KR20230113595A - 연료 전지의 연료 가스 공급 장치 - Google Patents

연료 전지의 연료 가스 공급 장치 Download PDF

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유스케 히토츠바시
유이치 데라모토
히로키 이리에
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지의 연료 가스 공급 장치는, 연료 전지에 복수의 연료 가스를 공급 가능한 복수의 연료 가스 공급원을 구비한다.　복수의 연료 가스 공급원의 각각에는 하류측에 복수의 연료 가스 공급로가 각각 접속된다.　연료 가스 공급로의 각각에는, 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조의 압력에 기초하여 개폐 가능한 복수의 제1 밸브가 마련된다.　또한 복수의 연료 가스 공급로의 합류점과 상기 연료 전지 사이에는, 복수의 연료 가스 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 가스를 연료 전지에 공급하기 위한 혼합 가스 공급로가 마련된다.　혼합 가스 공급로에는 제2 밸브가 마련된다.　복수의 제1 밸브는, 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조의 압력이 미리 설정된 설정 압력 이하로 된 경우에 개방되도록 구성되고, 설정 압력은, 복수의 제1 밸브의 각각에 대하여 서로 다르도록 설정된다.

Description

연료 전지의 연료 가스 공급 장치
본 개시는 연료 전지의 연료 가스 공급 장치에 관한 것이다.
본원은 2021년 2월 26일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2021-030464호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
연료 가스와 산화성 가스를 화학 반응시킴으로써 발전하는 연료 전지는, 우수한 발전 효율 및 환경 대응 등의 특성을 갖고 있다.　이 중, 고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)는 전해질로서 지르코니아 세라믹스 등의 세라믹스가 사용되고, 수소, 도시 가스, 천연 가스, 석유, 메탄올 및 탄소 함유 원료를 가스화 설비에 의해 제조한 가스화 가스 등의 가스 등을 연료 가스로서 공급하여, 고온 분위기에서 반응시켜 발전을 행하고 있다.
연료 전지에서 사용되는 연료 가스는, 상술한 바와 같이 다양하지만, 근년, 탄소 중립의 바이오가스나 재생 가능 에너지 유래의 수소와 같은 연료 가스와 같이, 도시 가스 등에 비하여 성상이나 공급량이 불안정한 종류의 연료 가스의 유효 이용이 요망되고 있다.　이러한 연료 가스는, 연료 전지의 안정적인 운전을 실현하기 위해, 다른 연료 가스와 조합되어 사용되는 경우가 있다.　예를 들어 특허문헌 1에서는, 연료 전지에 공급되는 연료 가스로서, 음식물 쓰레기, 오니 등의 폐기물로부터 발생하는 수소 가스와, 폐기물로부터 발생하는 메탄 가스를 개질함으로써 생성된 수소 가스를 혼합시킨 혼합 가스를 사용하는 연료 전지 발전 시스템이 개시되어 있다.　또한 특허문헌 2에서는, 연료 전지에 공급되는 연료 가스로서, 폐기물로부터 발생한 가스에 대하여, 탄화수소계 원연료에 의한 수소 가스를 보완함으로써 안정된 발전을 실현하는 연료 전지 발전 시스템이 개시되어 있다.　또한 특허문헌 3에서는, 연료 전지에 공급되는 연료 가스로서, 예를 들어 메탄 발효 가스나 소화 가스와 같은 바이오가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 연료 전지 시스템에 있어서, 가스 조성의 계측 결과에 기초하여, 바이오가스의 가스 조성·열량의 변동에 수반하여 혼합 가스의 유량을 제어함으로써, 시스템을 가동하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-93087호 공보 일본 특허 공개 제2008-204707호 공보 일본 특허 공개 제2010-272213호 공보
전술한 바와 같이 연료 전지에 대하여 성상이나 공급량이 불안정한 연료 가스를 사용하는 경우, 연료 전지에서 필요한 연료 성분이 부족하지 않도록 연료 가스의 공급 제어를 행할 필요가 있다.　이러한 요청에 대하여, 상기 특허문헌 3에서는, 연료 전지에 공급되는 연료 가스의 조성을 계측함으로써 혼합 가스의 유량 제어를 행하고 있지만, 계측에 필요한 센서나 제어 장치 등의 구성이 필요하여 비용이 높아져 버린다.　특히, 연료 전지에서 사용하려고 하는 연료 가스의 종류가 많은 경우에는, 각 연료 가스를 계측하기 위한 구성이 대규모가 되어 버린다.
본 개시의 적어도 일 실시 형태는 상술한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 간이적인 구성으로 복수의 연료 가스를 사용하여 효율적인 운용이 가능한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 적어도 일 실시 형태에 관한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치는, 상기 과제를 해결하기 위해,
연료 전지에 복수의 연료 가스를 각각 공급 가능한 복수의 연료 가스 공급원과,
상기 복수의 연료 가스 공급원의 각각에 접속되고, 상기 복수의 연료 가스 공급원보다 하류측에 있어서 서로 합류하는 복수의 연료 가스 공급로와,
상기 복수의 연료 가스 공급로에 각각 마련되고, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조의 압력에 기초하여 개폐 가능한 복수의 제1 밸브와,
상기 복수의 연료 가스 공급로의 합류점과 상기 연료 전지를 접속하고, 상기 복수의 연료 가스 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 가스를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 혼합 가스 공급로와,
상기 혼합 가스 공급로에 마련된 제2 밸브를
구비하고,
상기 복수의 제1 밸브는, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력이 미리 설정된 설정 압력 이하로 된 경우에 개방되도록 구성되고,
상기 설정 압력은, 상기 복수의 제1 밸브의 각각에 대하여 서로 다르도록 설정된다.
또한, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치는, 상기 복수의 제1 밸브와 상기 복수의 연료 가스의 합류부 사이에 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력이 미리 설정된 설정 압력 이상으로 된 경우에 혼합 가스의 역류를 방지하는 기구를 구비해도 된다.
본 개시의 적어도 일 실시 형태에 의하면, 간이한 구성으로 복수의 연료 가스를 사용하여 효율적인 운용이 가능한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 연료 전지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 SOFC 카트리지가 구비하는 셀 스택의 일 양태를 나타내는 것이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 3의 제어 장치에 의해 실시되는 연료 전지의 연료 가스 공급 방법의 흐름도이다.
도 5는 연료 전지의 운용 중에 있어서의 혼합 가스 저류조의 압력 및 제1 밸브의 개방도의 시간적 변화의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
이하에, 본 발명에 관한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
이하에 있어서는, 설명의 편의상, 지면을 기준으로 하여 「상」 및 「하」의 표현을 사용하여 설명한 각 구성 요소의 위치 관계는, 각각 연직 상방측, 연직 하방측을 나타내는 것이다.　또한, 본 실시 형태에서는, 상하 방향과 수평 방향에서 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은, 지면에서의 상하 방향이 반드시 연직 상하 방향으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 연직 방향에 직교하는 수평 방향에 대응해도 된다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시 형태에 관한 연료 전지(201)(SOFC 모듈)의 구성에 대하여 설명한다.　도 1은 본 실시 형태에 관한 연료 전지(201)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 SOFC 카트리지(203)가 구비하는 셀 스택(101)의 일 양태를 나타내는 것이다.　또한, 도 1에서는, 연료 전지(201)의 내부 구성을 알기 쉽도록, 부분적으로 단면이 도시되어 있다.
연료 전지(201)는 복수의 SOFC 카트리지(연료 전지 카트리지)(203)와, 이들 복수의 SOFC 카트리지(203)를 수납하는 압력 용기(205)를 구비한다.　SOFC 카트리지(203)는 복수의 셀 스택(101)을 포함하고 있고, 각 셀 스택(101)은 도 2에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 기체관(103)과, 기체관(103)의 외주면에 복수 형성된 연료 전지 셀(105)과, 인접하는 연료 전지 셀(105)의 사이에 형성된 인터커넥터(107)를 구비한다.　연료 전지 셀(105)은 연료극(109)과 고체 전해질막(111)과 공기극(113)이 적층되어 형성되어 있다.　또한, 셀 스택(101)은 기체관(103)의 외주면에 형성된 복수의 연료 전지 셀(105) 중, 기체관(103)의 축 방향에 있어서 가장 끝의 일단에 형성된 연료 전지 셀(105)의 공기극(113)에, 인터커넥터(107)를 통해 전기적으로 접속된 리드막(115)을 구비하고, 가장 끝의 타단에 형성된 연료 전지 셀(105)의 연료극(109)에 전기적으로 접속된 리드막(115)을 구비한다.
기체관(103)은 다공질 재료로 이루어지며, 예를 들어 CaO 안정화 ZrO2(CSZ), CSZ와 산화니켈(NiO)의 혼합물(CSZ+NiO), 또는 Y2O3 안정화 ZrO2(YSZ), 또는 MgAl2O4 등이 주성분으로 된다.　이 기체관(103)은 연료 전지 셀(105)과 인터커넥터(107)와 리드막(115)을 지지함과 함께, 기체관(103)의 내주면에 공급되는 연료 가스를 기체관(103)의 세공을 통해 기체관(103)의 외주면에 형성되는 연료극(109)에 확산시키는 것이다.
연료극(109)은 Ni와 지르코니아계 전해질 재료의 복합재의 산화물로 구성되며, 예를 들어 Ni/YSZ가 사용된다.　연료극(109)의 두께는 50㎛ 내지 250㎛이고, 연료극(109)은 슬러리를 스크린 인쇄하여 형성되어도 된다.　이 경우, 연료극(109)은 연료극(109)의 성분인 Ni가 연료 가스에 대하여 촉매 작용을 구비한다.　이 촉매 작용은, 기체관(103)을 통해 공급된 연료 가스, 예를 들어 메탄(CH4)과 수증기의 혼합 가스를 반응시켜, 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질하는 것이다.　또한, 연료극(109)은 개질에 의해 얻어지는 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)와, 고체 전해질막(111)을 통해 공급되는 산소 이온(O2-)을 고체 전해질막(111)과의 계면 부근에 있어서 전기 화학적으로 반응시켜 물(H2O) 및 이산화탄소(CO2)를 생성하는 것이다.　또한, 연료 전지 셀(105)은 이때, 산소 이온으로부터 방출되는 전자에 의해 발전한다.
고체 산화물형 연료 전지의 연료극(109)에 공급하여 이용할 수 있는 연료 가스로서는, 후술하는 바와 같이 소화 가스, 재생 에너지 유래의 수소 가스 및 도시 가스를 비롯해, 수소(H2), 암모니아(NH3) 및 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 탄화수소계 가스, 천연 가스 외에, 석유, 메탄올, 석탄 및 목질계 바이오매스 등의 탄소 함유 원료를 가스화 설비에 의해 제조한 가스화 가스 등을 들 수 있다.
고체 전해질막(111)은 가스를 통과시키기 어려운 기밀성과, 고온에서 높은 산소 이온 도전성을 구비하는 YSZ가 주로 사용된다.　이 고체 전해질막(111)은 공기극에서 생성되는 산소 이온(O2-)을 연료극으로 이동시키는 것이다.　연료극(109)의 표면 상에 위치하는 고체 전해질막(111)의 막 두께는 10㎛ 내지 100㎛이며 고체 전해질막(111)은 슬러리를 스크린 인쇄하여 형성되어도 된다.
공기극(113)은, 예를 들어 LaSrMnO3계 산화물, 또는 LaCoO3계 산화물로 구성되며, 공기극(113)은 슬러리를 스크린 인쇄 또는 디스펜서를 사용하여 도포된다.　이 공기극(113)은 고체 전해질막(111)과의 계면 부근에 있어서, 공급되는 공기 등의 산화성 가스 중의 산소를 해리시켜 산소 이온(O2-)을 생성하는 것이다.
공기극(113)은 2층 구성으로 할 수도 있다.　이 경우, 고체 전해질막(111) 측의 공기극층(공기극 중간층)은 높은 이온 도전성을 나타내고, 촉매 활성이 우수한 재료로 구성된다.　공기극 중간층 상의 공기극층(공기극 도전층)은 Sr 및 Ca 도프 LaMnO3으로 표시되는 페로브스카이트형 산화물로 구성되어도 된다.　이와 같이 함으로써, 발전 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
산화성 가스란, 산소를 대략 15％ 내지 30％ 포함하는 가스이며, 대표적으로는 공기가 적합하지만, 공기 이외에도 연소 배기 가스와 공기의 혼합 가스나, 산소와 공기의 혼합 가스 등이 사용 가능하다.
인터커넥터(107)는 SrTiO3계 등의 M1-xLxTiO3(M은 알칼리 토류 금속 원소, L은 란타노이드 원소)으로 표시되는 도전성 페로브스카이트형 산화물로 구성되며, 슬러리를 스크린 인쇄한다.　인터커넥터(107)는 연료 가스와 산화성 가스가 혼합되지 않도록 치밀한 막으로 되어 있다.　또한, 인터커넥터(107)는 산화 분위기와 환원 분위기의 양쪽 분위기 하에서 안정된 내구성과 전기 도전성을 구비한다.　이 인터커넥터(107)는 인접하는 연료 전지 셀(105)에 있어서, 한쪽의 연료 전지 셀(105)의 공기극(113)과 다른 쪽의 연료 전지 셀(105)의 연료극(109)을 전기적으로 접속하고, 인접하는 연료 전지 셀(105)끼리를 직렬로 접속하는 것이다.
리드막(115)은 전자 전도성을 구비하는 것, 및 셀 스택(101)을 구성하는 다른 재료와의 열팽창 계수가 근사한 것이 필요하기 때문에, Ni/YSZ 등의 Ni와 지르코니아계 전해질 재료의 복합재나 SrTiO3계 등의 M1-xLxTiO3(M은 알칼리 토류 금속 원소, L은 란타노이드 원소)으로 구성되어 있다.　이 리드막(115)은 인터커넥터(107)에 의해 직렬로 접속되는 복수의 연료 전지 셀(105)에서 발전된 직류 전력을 셀 스택(101)의 단부 부근까지 도출하는 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(201)는 연료 가스 공급관(207)과 복수의 연료 가스 공급 지관(207a) 및 연료 가스 배출관(209)과 복수의 연료 가스 배출 지관(209a)을 구비한다.　또한 연료 전지(201)는 산화성 가스 공급관(도시하지 않음)과 복수의 산화성 가스 공급 지관(도시하지 않음) 및 산화성 가스 배출관(도시하지 않음)과 복수의 산화성 가스 배출 지관(도시하지 않음)을 구비한다.
연료 가스 공급관(207)은 압력 용기(205)의 외부에 마련되고, 연료 전지(201)의 발전량에 대응하여 소정 가스 조성과 소정 유량의 연료 가스(후술하는 혼합 가스 Gm)를 공급하는, 후술하는 연료 가스 공급 장치(1)에 접속됨과 함께, 복수의 연료 가스 공급 지관(207a)에 접속되어 있다.　이 연료 가스 공급관(207)은 연료 가스 공급 장치(1)로부터 공급되는 소정 유량의 연료 가스(후술하는 혼합 가스)를 복수의 연료 가스 공급 지관(207a)으로 분기하여 유도하는 것이다.　또한, 연료 가스 공급 지관(207a)은 연료 가스 공급관(207)에 접속됨과 함께, 복수의 SOFC 카트리지(203)에 접속되어 있다.　이 연료 가스 공급 지관(207a)은 연료 가스 공급관(207)으로부터 공급되는 연료 가스(후술하는 혼합 가스)를 복수의 SOFC 카트리지(203)에 대략 균등한 유량으로 유도하여, 복수의 SOFC 카트리지(203)의 발전 성능을 대략 균일화시키는 것이다.
연료 가스 배출 지관(209a)은 복수의 SOFC 카트리지(203)에 접속됨과 함께, 연료 가스 배출관(209)에 접속되어 있다.　이 연료 가스 배출 지관(209a)은 SOFC 카트리지(203)로부터 배출되는 배연료 가스를 연료 가스 배출관(209)으로 유도하는 것이다.　또한, 연료 가스 배출관(209)은 복수의 연료 가스 배출 지관(209a)에 접속됨과 함께, 일부가 압력 용기(205)의 외부에 배치되어 있다.　이 연료 가스 배출관(209)은 연료 가스 배출 지관(209a)으로부터 대략 균등한 유량으로 도출되는 배연료 가스를 압력 용기(205)의 외부로 유도하는 것이다.
압력 용기(205)는 내부의 압력이 0.1MPa 내지 약 3MPa, 내부의 온도가 대기 온도 내지 약 550℃에서 운용되므로, 내력성과 산화성 가스 중에 포함되는 산소 등의 산화제에 대한 내식성을 보유하는 재질이 이용된다.　예를 들어 SUS304 등의 스테인리스계 재가 적합하다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 SOFC 카트리지(203)가 집합화되어 압력 용기(205)에 수납되는 양태에 대하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지는 않고, 예를 들어, SOFC 카트리지(203)가 집합화되지 않고 압력 용기(205) 내에 수납되는 양태로 할 수도 있다.
계속해서 상기 구성을 갖는 연료 전지(201)에 연료 가스를 공급하기 위한 연료 가스 공급 장치(1)에 대하여 설명한다.　도 3은 일 실시 형태에 관한 연료 전지(201)의 연료 가스 공급 장치(1)의 구성을 나타내는 모식도이다.　연료 가스 공급 장치(1)는 상술한 연료 가스 공급관(207)에 대하여 복수의 연료 가스를 공급하기 위한 장치이다.
복수의 연료 가스는, 성상이 안정되고 공급량이 충분히 확보된 적어도 하나의 연료 가스를 포함한다.　여기서 「성상이 안정되고 공급량이 충분히 확보된」이란, 다른 연료 가스에 비하여, 성상에 있어서 조성이 기지·명확하며, 조성의 변동이 작은 것을 의미하고, 공급량에 있어서 혼합 가스 저류조(14)로부터 연료 전지(201)로 공급할 필요한 공급량보다 상시 충분히 많은 유량을 혼합 가스 저류조(14)로 공급 가능하다는 것을 의미한다.　본 실시 형태에서는, 제N 연료 가스 GN인 도시 가스는, 인프라 설비로서의 연료 공급원(2-N)으로부터 공급되기 때문에, 성상이나 공급량이 변동하는 제1 연료 가스 G1(소화 가스)이나 제2 연료 가스 G2(재생 에너지 유래의 수소 가스) 등에 비하여 안정된 연료 가스이다.
이러한 복수의 연료 가스에는, 미리 우선도가 설정된다.　우선도는, 유저가 임의로 설정 가능하지만, 연료 가스의 공급처인 연료 전지에서 우선적으로 소비하기를 원하는 연료 가스일수록 우선도가 높아지도록 설정된다.　예를 들어, 복수의 연료 가스의 우선도는, 연료 전지의 운용 비용, 재생 가능 에너지의 우선 이용, 이산화탄소의 배출 삭감량 등의 관점에서 설정 가능하다.　본 실시 형태에서는, 제1 연료 가스 G1, 제2 연료 가스 G2, ···　제N 연료 가스 GN의 순으로 우선도가 설정된다.
복수의 연료 가스 공급원(2-1, 2-2, ···, 2-N))으로부터 각 연료 가스를 연료 전지(201) 측에 공급하기 위한 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)가 각각 마련된다.　복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)의 각각은, 일단측이 연료 가스 공급원에 접속되어 있고, 타단측이 서로 합류함으로써 합류점(6)을 형성하고 있다.
합류점(6)의 하류에는 혼합된 각 연료 가스(혼합 가스)를 저장하는 혼합 가스 저류조(14)가 설치되어도 된다.
복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)에는, 복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)가 각각 마련된다.　복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)는, 각 연료 가스의 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력에 기초하여 개방도가 변화함으로써, 복수의 연료 가스의 우선도에 따라 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)를 각각 흐르는 각 연료 가스의 유량을 각각 조정 가능하게 되어 있다.
복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)는, 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력에 기초하여 개방도가 조정 가능한 밸브이다.　복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)에는, 개폐 동작의 기준이 되는 2차(하류)측의 압력이 설정되어 있고, 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력이 제1 밸브의 설정 압력보다 낮은 경우에는 개방(연료 공급) 상태이며, 설정 압력보다 높은 경우에는 폐쇄 상태가 되도록 구성된다.　구체적으로 말하면, 복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)에는, 설정 압력 P1, P2, ···, PN이 각각 설정된다.
복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)의 설정 압력 P1, P2, ···, PN은, 연료 가스에 설정된 우선도가 높을수록 높아지도록 설정된다.　본 실시 형태에서는, 제1 연료 가스 G1, 제2 연료 가스 G2, ···, 제N 연료 가스 GN의 순으로 우선도가 설정되기 때문에, 각 설정 압력은, P1>P2>···>PN을 충족시키도록 설정된다.
또한, 각 연료 가스의 공급원 압력은, 각각의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)에 마련된 각각의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)에서 설정된 압력의 설정 압력 P1, P2, ···, PN보다 높은 압력으로 공급할 수 있는 능력을 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)는, 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력에 기초하여 기계적으로 제어 가능한 감압 밸브로 구성되어도 된다.　복수의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)는, 예를 들어 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)에 설치한 압력 센서의 검출값에 기초하여, 컨트롤러를 사용한 전자 제어적인 개방도 제어를 행하는 것도 가능하지만, 이러한 기계적으로 제어 가능한 감압 밸브로서 구성함으로써, 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)마다 이들 센서나 컨트롤러 등을 마련하는 것이 불필요하게 되어, 보다 간단한 구성으로 연료 가스 공급 장치(1)를 실현할 수 있다.
또한 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)의 합류점(6)의 하류측에는, 혼합 가스 공급로(10)가 마련된다.　복수의 연료 가스는 합류점(6)에서 혼합됨으로써 혼합 가스 Gm으로 되어, 혼합 가스 공급로(10)를 통해 연료 전지(201)에 공급 가능하다(혼합 가스 공급로(10)의 하류측은, 전술한 연료 가스 공급관(207)에 접속되어 있음).　혼합 가스 공급로(10)에는, 혼합 가스 Gm의 유량을 조정하기 위한 제2 밸브(12)가 마련된다.　이에 의해, 혼합 가스 공급로(10)에서의 혼합 가스 Gm의 유량은, 제2 밸브(12)의 개방도에 따라 조정 가능하게 되어 있다.
또한 혼합 가스 공급로(10)에는, 혼합 가스 Gm을 저류 가능한 혼합 가스 저류조(14)가 마련된다.　혼합 가스 저류조(14)는 혼합 가스 공급로(10) 중 제2 밸브(12)보다 상류측에 마련된다.　이에 의해, 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)로부터의 복수의 연료 가스를, 혼합 가스 저류조(14)에 일시적으로 저장함으로써 혼합 가스 Gm의 사용량이 크게 변동된 경우에도 공급 압력의 변동을 완화하여 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)의 작동 상태를 안정화할 수 있다.　또한, 저장됨으로써 연료 가스가 미리 혼합되어, 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)로부터의 공급 유량의 비율이 변화한 경우에 있어서도 혼합 가스 Gm의 조성의 변동을 완화할 수 있기 때문에 연료 전지의 운전을 안정화시킬 수 있다.
또한, 혼합 가스 공급로(10)에는, 예를 들어 연료 전지(201)의 기동·정지 시에 연료 계통을 퍼지하기 위한 수소 가스 및 질소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급로(15a) 및 질소 가스 공급로(15b)가 접속되어 있는 경우가 있다.　그때 수소 가스 공급로(15a) 및 질소 가스 공급로(15b)는 혼합 가스 공급로(10) 중 제2 밸브(12)보다 하류측에 접속된다.　수소 가스 공급로(15a) 및 질소 가스 공급로(15b)에는, 수소 가스 및 질소 가스의 공급량을 조정하기 위한 밸브(17a, 17b)가 마련되어 있다.
또한 연료 가스 공급 장치(1)는 혼합 가스 저류조(14)에 저류된 혼합 가스 Gm의 압력 Px를 검출하기 위한 압력 센서(16), 연료 전지의 연료가 되는 연료 성분의 농도, 예를 들어 혼합 가스 Gm의 CH4 농도를 검출하기 위한 CH4 농도 센서(18), 혼합 가스 Gm의 H2 농도를 검출하기 위한 H2 농도 센서(20), 혼합 가스 Gm의 CO 농도를 검출하기 위한 CO 농도 센서(22)와, 혼합 가스 Gm의 유량 Fx를 검출하는 유량 검출기(23)와, 이들 센서의 검출값에 기초하여 제2 밸브(12)의 개방도를 제어하기 위한 제어 장치(24)를 구비한다.
제어 장치(24)는 연료 가스 공급 장치(1)의 제어 유닛이며, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다.　그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일 예로서, 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있으며, 이 프로그램을 CPU가 RAM 등에 읽어내어, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다.　또한, 프로그램은, ROM이나 기타의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통해 배신되는 형태 등이 적용되어도 된다.　컴퓨터 판독 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
계속해서 상기 구성을 갖는 연료 가스 공급 장치(1)에 의해 실시되는 연료 가스 공급 방법에 대하여 설명한다.　도 4는 도 3의 제어 장치(24)에 의해 실시되는 연료 전지의 연료 가스 공급 방법의 흐름도이다.
먼저 제어 장치(24)는 연료 전지(201)에 대한 출력 지령 D를 취득한다(스텝 S1).　출력 지령 D는, 예를 들어 연료 전지(201)에서 발전된 전력의 공급처인 전력 계통의 수급 상태에 따라 부여된다.　계속해서 제어 장치(24)는 스텝 S1에서 취득한 출력 지령 D에 기초하여, 연료 전지의 I-V(전류-전압) 특성에 의해 결정되는 출력 전류 목표값을 산출한다(스텝 S2).
한편 제어 장치(24)는 혼합 가스 Gm의 각 농도 센서, 예를 들어 CH4 농도 센서(18), H2 농도 센서(20), CO 농도 센서(22)의 검출값을 각각 취득하고(스텝 S3), 스텝 S3의 취득 결과에 기초하여 혼합 가스 Gm의 개질 후의 연료 조성(H2, CO)을 산출한다(스텝 S4).　그리고 제어 장치(24)는 스텝 2에서 산출된 목표 전류에 따라 미리 설정된 연료 이용률을 취득한다(스텝 S5).　또한 스텝 S4에서 산출된 연료 조성을 기초로 스텝 S2에서 산출된 전류 목표값과 스텝 S5에서 취득한 연료 이용률로부터 필요한 혼합 가스 Gm의 연료 유량을 산출한다(스텝 S6).　또한, 그 유량이 되기 위한 제2 밸브(12)의 개방도 목표값을 산출한다(스텝 S7).　그리고 제어 장치(24)는 스텝 S7에서 산출된 개방도 목표값에 대응하는 제어 신호를 제2 밸브(12)에 부여함으로써, 제2 밸브(12)의 개방도 제어가 행해진다(스텝 S8).
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1, 2, 5의 플로와, 스텝 S3, 4의 플로는 서로 독립적으로 실시 가능하고, 양자의 실시 순서는 임의여도 된다.
이와 같이 제어 장치(24)에 의해 제2 밸브(12)의 개방도 제어가 행해짐으로써, 혼합 가스 Gm의 연료 유량이 조정되어, 연료 전지(201)에 대한 출력 지령 D에 대응할 수 있다.
도 5는 연료 전지(201)의 운용 중에 있어서의 혼합 가스 저류조(14)의 압력 및 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)의 개방도의 시간적 변화의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
시각 t0에서 나타내는 초기 상태에서는, 복수의 연료 가스 공급원(2-1, 2-2, ···, 2-N)에는, 각각 충분한 연료 가스가 있다고 가정한다.　발전에 필요한 연료 전지로의 연료 공급에 수반하여 혼합 가스 저류조의 압력이 저하되고, 복수의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)에 각각 마련된 제1 밸브(8-1, 8-2 ··· 8-N 중, 먼저 제1 밸브(8-1)의 설정 압력 P1만이 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px보다 높아지기 때문에(다른 제1 밸브(8-2, ··· 8-N)의 설정 압력은 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px보다 낮음), 혼합 가스 저류조(14)에는 제1 연료 가스 공급로(4-1)로부터만 제1 연료 가스 G1이 공급된다.　그리고 시각 t0 내지 t1에서는, 혼합 가스 저류조(14)로의 제1 연료 가스 G1의 공급과, 혼합 가스 저류조(14)로부터 연료 전지(201)로의 혼합 가스 Gm의 공급이 평형이 됨으로써, 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-1)의 설정 압력 P1로 대략 일정하게 유지된다.
시각 t1 내지 t2에서는, 예를 들어 연료 전지(201)에서의 연료 가스의 소비 증가나, 제1 연료 가스 G1의 공급량 감소 등의 사정으로 인해, 제1 밸브(8-1)가 완전 개방이 되어도 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 시간 경과에 따라 점차 저하된다.　그리고 시각 t2에서 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 제1 밸브(8-2)의 설정 압력 P2에 도달하면, 제1 밸브(8-2)가 개방 상태가 되어 연료 가스 공급원(2-2)으로부터의 제2 연료 가스 G2의 공급이 개시된다.　이에 의해, 제1 연료 가스 G1이 부족한 경우에는, 다음으로 우선도가 높은 제2 연료 가스 G2가 공급됨으로써, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-2)의 설정 압력 P2가 되도록 제어된다.
그리고 시각 t2 내지 t3에서는, 혼합 가스 저류조(14)로의 혼합 가스 Gm(제1 연료 가스 G1+제2 연료 가스 G2)의 공급과, 혼합 가스 저류조(14)로부터 연료 전지(201)로의 혼합 가스 Gm의 공급이 평형이 됨으로써, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-2)의 설정 압력 P2로 대략 일정하게 유지된다.
시각 t3 내지 t4에서는, 예를 들어 연료 전지(201)에서의 연료 가스의 추가적인 소비 증가나, 제1 연료 가스 G1 또는 제2 연료 가스 G2의 공급량 감소 등의 사정으로 인해, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 시간 경과에 따라 점차 저하된다.　그리고 시각 t4에서 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 제1 밸브(8-N)의 설정 압력 PN에 도달하면, 제1 밸브(8-N)가 개방 상태가 되어 연료 가스 공급원(2-N)으로부터의 제N 연료 가스 GN의 공급이 개시된다.　이와 같이 복수의 연료 가스 공급원으로부터의 연료가 부족한 경우에는, 최종적으로 충분한 공급량을 갖는 제N 연료 가스 GN이 공급됨으로써, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-N)의 설정 압력 PN이 되도록 제어된다.
그리고 시각 t4 내지 t5에서는, 혼합 가스 저류조(14)로의 혼합 가스 Gm(제1 연료 가스 G1+제2 연료 가스 G2+제N 연료 가스 GN)의 공급과, 혼합 가스 저류조(14)로부터 연료 전지(201)로의 혼합 가스 Gm의 공급이 평형이 됨으로써, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-N)의 설정 압력 PN으로 대략 일정하게 유지된다.
반대로 시각 t5 내지 t6에서는, 예를 들어 연료 전지(201)에서의 연료 가스의 소비 감소나, 제1 연료 가스 G1 또는 제2 연료 가스 G2의 공급량 증가 등의 사정으로 인해, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 시간 경과에 따라 점차 증가하기 때문에 시각 t5에서 각 연료 가스 합류 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 설정 압력 PN을 초과하면, 제1 밸브(8-N)를 폐쇄 제어함으로써, 연료 가스 공급원(2-N)으로부터의 제N 연료 가스 GN의 공급이 정지된다.　이에 의해, 우선도가 낮은 제N 연료 가스 GN의 소비를 억제하여, 연료 전지(201)의 운용 비용이나 이산화탄소의 배출량을 효과적으로 삭감할 수 있다.
시각 t5 내지 t6에서는 점차 혼합 저류조(14)의 압력 Px가 상승하고, 시각 t6에서 제1 밸브(8-2)의 설정 압력에 도달하면 제1 밸브(8-2)는 혼합 저류조(14)의 압력이 설정 압력 P2가 되도록 완전 개방 상태로부터 압력 제어를 개시한다.
시각 t6 내지 t7에서는, 혼합 가스 저류조(14)로의 혼합 가스 Gm(제1 연료 가스 G1+제2 연료 가스 G2)의 공급과, 혼합 가스 저류조(14)로부터 연료 전지(201)로의 혼합 가스 Gm의 공급이 평형이 됨으로써, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px는 제1 밸브(8-2)의 설정 압력 P2로 대략 일정하게 유지된다.
계속해서 시각 t7에서 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 설정 압력 P2를 초과하면, 제1 밸브(8-2)를 폐쇄 제어함으로써, 연료 가스 공급원(2-2)으로부터의 제2 연료 가스 G2의 공급이 정지된다.　그 결과, 가장 우선도가 높은 제1 연료 가스 G1만이 공급되는 초기 상태로 되돌아간다.
이와 같이 혼합 가스 저류조(14)의 압력이 변동하는 경우에는, 각 설정 압력 P1, P2, ···, PN과의 대소 관계에 대응하여 각 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N)가 개폐됨으로써, 우선도가 높은 연료 가스의 사용 기회를 최대화함과 함께, 부족분에 따라 하위의 우선도의 연료 가스를 차례로 사용함으로써, 연료 전지(201)에서 필요한 연료 유량을 확보할 수 있다.
또한, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(14)의 압력 Px가 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N)에 각각 마련된 제1 밸브(8-1, 8-2 ··· 8-N)의 설정 압력 P1, P2 ··· PN보다 높아진 경우에 연료 가스 공급원(2-1, 2-2 ··· 2-N)으로 역류하지 않도록 각 제1 밸브(8-1, 8-2 ··· 8-N)의 하류에 역류 방지 기구를 마련하면 된다.　역류 방지 기구는 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 저류조(14)의 압력 Px가 각 설정 압력 P1, P2 ··· PN보다 높은 경우에 연료 가스 공급로를 차단하는 차단 밸브를 마련해도 되고, 기계적으로 역류를 방지하는 역지 밸브를 마련해도 된다.　기계적으로 역류를 방지하는 역지 밸브를 사용하면 보다 간소한 시스템으로 역류를 방지할 수 있다.
그 밖에, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시 형태에서의 구성 요소를 주지의 구성 요소로 치환하는 것은 적절히 가능하고, 또한 상기한 실시 형태를 적절히 조합해도 된다.
상기 각 실시 형태에 기재된 내용은, 예를 들어 이하와 같이 파악된다.
(1) 일 양태에 관한 연료 전지의 연료 가스 공급 장치(예를 들어 상기 실시 형태의)는,
연료 전지에 복수의 연료 가스 공급원(예를 들어 상기 실시 형태의 연료 가스 G1, G2, ···, GN을 각각 공급 가능한 연료 가스 공급원(2-1, 2-2, ···, 2-N))과,
상기 복수의 연료 가스 공급원의 각각에 접속되고, 상기 복수의 연료 가스 공급원보다 하류측에 있어서 서로 합류하는 복수의 연료 가스 공급로(예를 들어 상기 실시 형태의 연료 가스 공급로(4-1, 4-2, ···, 4-N))와,
상기 복수의 연료 가스 공급로에 각각 마련되고, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조(예를 들어 상기 실시 형태의 혼합 가스 저류조(14))의 압력(예를 들어 상기 실시 형태의 압력 Px)에 기초하여 개폐 가능한 복수의 제1 밸브(예를 들어 상기 실시 형태의 제1 밸브(8-1, 8-2, ···, 8-N))와,
상기 복수의 연료 가스 공급로의 합류점(예를 들어 상기 실시 형태의 합류점(6))과 상기 연료 전지를 접속하고, 상기 복수의 연료 가스 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 가스(예를 들어 상기 실시 형태의 혼합 가스 Gm)를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 혼합 가스 공급로(예를 들어 상기 실시 형태의 혼합 가스 공급로(10))와,
상기 혼합 가스 공급로에 마련된 제2 밸브(예를 들어 상기 실시 형태의 제2 밸브(12))를
구비하고,
상기 복수의 제1 밸브는, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력이 미리 설정된 설정 압력(예를 들어 상기 실시 형태의 설정 압력 P1, P2, ···, PN) 이하가 된 경우에 개방되도록 구성되고,
상기 설정 압력은, 상기 복수의 제1 밸브의 각각에 대하여 서로 다르도록 설정된다.
상기 (1)의 양태에 의하면, 복수의 연료 가스를 복수의 연료 공급원으로부터 공급의 우선도에 따라 공급되는 연료 가스를 포함하는 혼합 가스를 연료 전지에 공급할 수 있다.　복수의 연료 가스 공급로에는 압력에 따라 개방도를 조정 가능한 제1 밸브가 마련되어 있고, 각 연료 가스 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조의 압력이 각 설정 압력 이하로 된 경우에 개방되도록 구성된다.　각 제1 밸브의 설정 압력은 서로 다르도록 설정됨으로써, 복수의 연료 공급원으로부터 연료 가스를 순차 취출하여, 혼합 가스로서 연료 전지에 공급할 수 있다.　이와 같이 복수의 연료 가스로 이루어지는 혼합 가스를 연료 전지에 공급함으로써, 복수의 연료 가스를 이용한 연료 전지의 운용이 가능하게 된다.
(2) 다른 양태에서는, 상기 (1)의 양태에 있어서,
상기 복수의 연료 가스에는 미리 우선도가 설정되어 있고,
상기 설정 압력은, 상기 우선도가 높을수록 높게 설정된다.
상기 (2)의 양태에 의하면, 각 제1 밸브의 설정 압력은, 우선도에 기초하여 설정된다.　특히, 우선도가 높은 연료 가스에 대응하는 설정 압력을 크게 설정함으로써, 우선도가 높은 연료 가스의 사용 빈도를 높이면서, 당해 연료 가스만으로는 부족이 생기는 경우에는, 우선도가 낮은 연료 가스를 순차 공급하여 혼합 가스로 함으로써, 유저가 의도하는 연료 가스를 효율적으로 사용하면서, 연료 전지(201)의 운용 비용이나 이산화탄소의 배출량을 효과적으로 삭감할 수 있다.
(3) 다른 양태에서는, 상기 (1) 또는 (2)의 양태에 있어서,
상기 복수의 제1 밸브는, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력에 따라 개방도를 조정 가능한 감압 밸브이다.
상기 (3)의 양태에 의하면, 각 연료 가스 공급로에 마련된 제1 밸브를 감압 밸브로서 구성함으로써, 압력을 검출하기 위한 센서나 당해 센서에 기초하여 제어 신호를 생성하기 위한 컨트롤러 등의 구성을 사용하지 않고, 심플한 구성으로 상기 장치를 실현할 수 있다.
(4) 다른 양태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 양태에 있어서,
상기 혼합 가스 공급로 중 상기 제2 밸브보다 상류측에 마련되고, 상기 혼합 가스를 저류 가능한 혼합 가스 저류조(예를 들어 상기 실시 형태의 혼합 가스 저류조(14))를 더 구비한다.
상기 (4)의 양태에 의하면, 복수의 연료 가스 공급로로부터의 복수의 연료 가스는, 혼합 가스 저류조에 일시적으로 저장함으로써 혼합 가스의 사용량이 변동된 경우에도 공급 압력의 변동을 완화하여 제1 밸브의 작동 상태를 안정화할 수 있다.　또한, 저장됨으로써 연료 가스가 충분히 혼합되어, 복수의 연료 가스 공급로로부터의 공급 유량의 비율이 변화한 경우에 있어서도 혼합 가스 조성의 변동을 완화할 수 있기 때문에 연료 전지의 운전을 안정시킬 수 있다.
(5) 다른 양태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 양태에 있어서,
상기 제2 밸브로부터 상기 연료 전지에 공급되는 상기 혼합 가스의 연료 조성을 계측하는 수단 상기 혼합 가스의 유량 검출 수단을 더 구비한다.
상기 (5)의 양태에 의하면, 안정된 성상을 갖는 혼합 가스의 연료 조성을 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 출력 지령에 기초하여 연료 전지에 공급할 혼합 가스 유량을 산출하는 제어 장치를 구비한다.
(6) 다른 양태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 양태에 있어서,
혼합 가스의 유량 검출 수단을 구비하고, 상기 연료 전지에 공급되는 상기 혼합 가스에 포함되는 연료 조성에 기초하여 산출된 혼합 가스 유량을 상기 제2 밸브의 개방도 및 유량 검출 수단에 의해 제어한다.
상기 (6)의 양태에 의하면, 혼합 가스에 포함되는 연료 조성에 기초하여 제2 밸브의 개방도를 제어함으로써, 연료 전지의 발전에 필요한 혼합 가스의 유량을 적절하게 공급할 수 있다.
(7) 다른 양태에서는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 양태에 있어서,
각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 저류조의 압력이 상기 연료 가스 공급 라인에 각각 마련된 상기 제1 밸브의 상기 설정 압력보다 높아진 경우에, 상기 연료 가스 공급원으로 상기 혼합 가스가 역류하지 않도록 역류 방지 기구를 더 구비한다.
상기 (7)의 양태에 의하면, 역류 방지 기구를 구비함으로써, 제1 밸브의 하류측의 압력이 설정 압력보다 높아진 경우에 있어서도, 제1 밸브의 상류측으로 혼합 가스가 역류하는 것을 방지하여, 신뢰성이 우수한 연료 가스 공급 장치를 실현할 수 있다.
(8) 다른 양태에서는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 양태에 있어서,
상기 복수의 연료 가스는, 성상이나 공급량이 안정되어 있는 연료 가스를 적어도 하나 포함한다.
상기 (8)의 양태에 의하면, 예를 들어 도시 가스와 같은 성상이 안정되고 충분한 공급량이 있는 연료 가스를 사용함으로써, 소화 가스나 재생 에너지 유래의 수소 가스 등과 같이 성상이나 공급량이 안정되어 있지 않은 연료 가스를 우선적으로 사용하는 경우에 있어서도, 부족이 생긴 경우에는 성상이나 공급량이 안정되어 있는 연료 가스를 사용함으로써 부족분을 조달할 수 있다.　이에 의해, 성상이나 공급량이 안정되어 있는 연료 가스의 소비를 억제함으로써 연료 전지의 운용 비용을 저감시킬 수 있어, 소화 가스나 재생 에너지 유래의 수소 가스 등의 성상이 안정되어 있지 않은 연료 가스의 유효 이용이 가능하게 된다.
1: 연료 가스 공급 장치
2-1, 2-2, ···, 2-N: 연료 가스 공급원
4-1, 4-2, ···, 4-N: 연료 가스 공급로
6: 합류점
8-1, 8-2, ···, 8-N: 제1 밸브
9-1, 9-2, ···, 9-N: 역류 방지 기구
10: 혼합 가스 공급로
12: 제2 밸브
14: 혼합 가스 저류조
16: 압력 센서
18: CH4 농도 센서
20: H2 농도 센서
22: CO 농도 센서
23: 혼합 가스 유량 검출기
24: 제어 장치
101: 셀 스택
103: 기체관
105: 연료 전지 셀
107: 인터커넥터
109: 연료극
111: 고체 전해질막
113: 공기극
115: 리드막
201: 연료 전지
203: 카트리지
205: 압력 용기
207: 연료 가스 공급관
207a: 연료 가스 공급 지관
209: 연료 가스 배출관
209a: 연료 가스 배출 지관
D: 출력 지령
G1, G2, ···, GN: 연료 가스
Gm: 혼합 가스
P1, P2, ···, PN: 설정 압력

Claims (8)

  1. 연료 전지에 복수의 연료 가스를 각각 공급 가능한 복수의 연료 가스 공급원과,
    상기 복수의 연료 가스 공급원 각각에 접속되고, 상기 복수의 연료 가스 공급원보다 하류측에 있어서 서로 합류하는 복수의 연료 가스 공급로와,
    상기 복수의 연료 가스 공급로에 각각 마련되고, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 혼합 가스 저류조의 압력에 기초하여 개폐 가능한 복수의 제1 밸브와,
    상기 복수의 연료 가스 공급로의 합류점과 상기 연료 전지를 접속하고, 상기 복수의 연료 가스 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 가스를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 혼합 가스 공급로와,
    상기 혼합 가스 공급로에 마련된 제2 밸브를
    구비하고,
    상기 복수의 제1 밸브는, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력이 미리 설정된 설정 압력 이하로 된 경우에 개방되도록 구성되고,
    상기 설정 압력은, 상기 복수의 제1 밸브의 각각에 대하여 서로 다르도록 설정되는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연료 가스에는 미리 우선도가 설정되어 있고,
    상기 설정 압력은, 상기 우선도가 높을수록 높게 설정되는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 밸브는, 각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 가스 저류조의 압력에 따라 개방도를 조정 가능한 감압 밸브인, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 가스 저류조는, 상기 혼합 가스 공급로 중 상기 제2 밸브보다 상류측에 마련되는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 밸브로부터 상기 연료 전지에 공급되는 상기 혼합 가스의 연료 조성을 계측하는 수단을 더 구비하는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지에 공급되는 상기 혼합 가스에 포함되는 연료 조성에 기초하여 필요한 혼합 가스 유량을 산출하고, 당해 유량에 기초하여 상기 제2 밸브의 개방도를 제어하는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 연료 가스의 혼합 후의 압력 혹은 상기 혼합 저류조의 압력이 상기 연료 가스 공급 라인에 각각 마련된 상기 제1 밸브의 상기 설정 압력보다 높아진 경우에, 상기 연료 가스 공급원으로 상기 혼합 가스가 역류하지 않도록 역류 방지 기구를 더 구비하는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 연료 가스는, 성상이 안정되고, 또한 공급량이 충분히 확보되어 있는 연료 가스를 적어도 하나 포함하는, 연료 전지의 연료 가스 공급 장치.
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