WO2015001777A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2015001777A1
WO2015001777A1 PCT/JP2014/003446 JP2014003446W WO2015001777A1 WO 2015001777 A1 WO2015001777 A1 WO 2015001777A1 JP 2014003446 W JP2014003446 W JP 2014003446W WO 2015001777 A1 WO2015001777 A1 WO 2015001777A1
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reformed gas
energy
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小林　晋
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention generally relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system including a fuel cell system that generates reformed gas containing hydrogen from raw fuel in a reformer and generates power using the reformed gas. .
  • the fuel cell system described in Document 1 uses a hydrocarbon-based fuel such as city gas, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas) as a raw fuel to generate a reformed gas by a steam reforming reaction in a reformer,
  • the fuel cell is configured to generate power using the generated reformed gas.
  • the fuel cell system is configured such that the end of the reformed gas lead-out pipe derived from the reformer is connected to the fuel cell, and the reformed gas is supplied to the fuel cell as a fuel for power generation through the reformed gas lead-out pipe. It is done.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing a decrease in energy efficiency due to increase or decrease in power consumption of a load.
  • the fuel cell system according to the present invention is installed in a customer to which raw fuel is supplied, generates reformed gas containing hydrogen from the raw fuel in the reformer, generates power using the reformed gas, and the demand
  • a fuel cell device for supplying electric power to a load of a house, and the reformed gas being generated with a generation amount per unit time of the reformed gas when the power output from the fuel cell device becomes a predetermined rated output
  • the distributor supplies energy equivalent to the difference between the rated output and the power consumption as surplus energy from the fuel cell device to the vehicle. Characterized in that it is configured to accumulate the serial storage unit.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation of the distributor according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of an operation of a fuel cell system according to Embodiment 3.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell device 2, a control unit 3, and a distributor 4.
  • the fuel cell apparatus 2 is installed at a facility 10 to which raw fuel is supplied, and the reformer 21 generates reformed gas containing hydrogen from the raw fuel, and generates power using the reformed gas. , And is configured to supply power to the load (not shown) of the customer 10.
  • the control unit 3 controls the reformer 21 so that the reformed gas is generated with an amount of generation of the reformed gas per unit time when the power output from the fuel cell device 2 becomes a predetermined rated output. Control.
  • the distributor 4 distributes energy from the fuel cell device 2 to the vehicle 5 having a storage unit (tank 51, storage battery 53) for storing energy generated by the fuel cell device 2, and the load.
  • the distributor 4 supplies energy corresponding to the difference between the rated output and the power consumption as surplus energy from the fuel cell device 2 to the vehicle 5 and stores it. It is configured to be stored in a department.
  • the raw fuel here is not crude oil or coal, but is supplied to housing etc., such as city gas, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), etc., and reformed gas used for power generation by the fuel cell device 2 Means the material that is the source of
  • the configuration and function of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described in detail.
  • the general detached house which receives supply of commercial power from an electric utility company is demonstrated as an example of the consumer 10 who is supplied with raw fuel below, the consumer 10 is not restricted to a detached house.
  • it may be a housing complex, a store, a facility, a factory, or the like.
  • the fuel cell system 1 includes an inverter 11, a heat recovery device 12, and a measurement unit 13 in addition to the fuel cell device 2, the control unit 3, and the distributor 4 described above.
  • the fuel cell device 2, the control unit 3, the distributor 4, the inverter 11, the heat recovery device 12, and the measuring unit 13 are integrated by being accommodated in one case (not shown) here. May be configured separately.
  • the fuel cell system 1 is electrically connected to the distribution board 100 of the customer 10, outputs the electric power generated by the fuel cell device 2 to the distribution board 100, and is connected to the distribution board 100. Supply power to loads consisting of various equipment and devices. Furthermore, the fuel cell system 1 is connected to the vehicle 5 parked in the premises of the customer 10 via at least one of the cable 6 and the supply hose 7 and is generated by the fuel cell device 2 as described in detail later. It has a function of distributing surplus energy to the vehicle 5 and the load.
  • the fuel cell device 2 is a stationary type installed in the premises of the customer 10, and includes a reformer 21 generating a reformed gas containing hydrogen from a raw fuel, and a reformer generated by the reformer 21. And a stack 22 for generating electricity using gas. Further, although not shown here, the fuel cell device 2 includes an air supply device for supplying air to the stack 22 and a desulfurizer for removing sulfur components of the raw fuel, which is provided at a front stage of the reformer 21. Are further equipped.
  • the reformer 21 uses hydrocarbon-based gases such as city gas, natural gas, and LPG as raw fuel, receives raw fuel and water, and reforms the raw fuel to generate a reformed gas.
  • the reformer 21 introduces the raw fuel through the raw fuel pipe (not shown) together with the water vapor vaporized water, and generates a hydrogen-rich reformed gas from the raw fuel by the steam reforming reaction. Since this reforming reaction is an endothermic reaction, the reformer 21 continues to supply thermal energy to the reforming reaction part (reforming catalyst) during operation in order to advance the reforming reaction.
  • the stack 22 is a device called a fuel cell stack or a cell stack, and in addition to the reformed gas generated by the reformer 21, oxygen-containing air is supplied as an oxidant from the air supply device. Is configured.
  • the stack 22 electrochemically reacts hydrogen in the introduced reformed gas with oxygen in the oxidant to generate power.
  • the inverter 11 includes a DC / AC converter (not shown), and converts DC power generated by the fuel cell device 2 into AC power of a voltage (for example, AC 100 V) available at the load of the customer 10.
  • the inverter 11 outputs the converted AC power to the distribution board 100 of the customer 10.
  • the fuel cell device 2 supplies power to the load connected to the distribution board 100 via the inverter 11.
  • the shortfall is the electric power or vehicle generated by a power generation device other than the fuel cell device 2 such as a solar power generation device as described later.
  • the storage battery 53 of No. 5 is covered by the commercial power supplied from the electric power supplier.
  • the fuel cell system 1 also has a function as a cogeneration system using exhaust heat as thermal energy by being provided with the heat recovery device 12. That is, the heat recovery device 12 recovers the heat generated by the fuel cell device 2 and uses the exhaust heat of the fuel cell device 2 by, for example, boiling water in a water heater (not shown) or hot water floor heating. Effective use as thermal energy.
  • the measuring unit 13 measures the power supplied from the fuel cell device 2 to the load of the customer 10, that is, the power consumption at the load.
  • the measuring unit 13 monitors the output of the inverter 11 and measures the power consumption at the load based on the output of the inverter 11. In the present embodiment, it is assumed that the conversion loss in the inverter 11 is as small as negligible.
  • the fuel cell system 1 configured as described above is operated so that the output power of the fuel cell device 2 becomes a predetermined rated output. Therefore, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, as described above, the control unit 3 per unit time of the reformed gas when the power output from the fuel cell device 2 becomes a predetermined rated output (for example, 750 W).
  • the reformer 21 is controlled such that a reformed gas is generated at a production amount of
  • the production amount of the reformed gas adjusted by the control unit 3 is the production amount per unit time (for example, 1 second) of the reformed gas, in the following, “the production amount per unit time” is simply “produced”. It is also called "quantity.”
  • the control unit 3 adjusts the amount of reformed gas generated in the reformer 21 by, for example, adjusting (switching) the amount of raw fuel introduced per unit time in the reformer 21 in a stepwise manner. Is possible.
  • the control unit 3 stores in advance the generation amount per unit time of the reformed gas in the reformer 21 when the power output from the fuel cell device 2 becomes the rated output as the rated generation amount.
  • the control unit 3 adjusts, for example, the introduction amount of the raw fuel per unit time in the reformer 21 so that the production amount of the reformed gas in the reformer 21 becomes the rated production amount.
  • the control unit 3 comprehensively adjusts the introduction amount of water per unit time, the amount of heat supplied to the reforming reaction portion, etc., as well as the introduction amount of the raw fuel, and the reformed gas in the reformer 21 The amount of generation of may be adjusted.
  • the stack 22 can continue to output the power of the rated output, and the fuel cell system The energy efficiency of 1 can be improved.
  • the power consumption of the load receiving the power supply from the fuel cell system 1 increases or decreases, the power consumption of the load may be reduced to fall below the rated output of the fuel cell system 1. In this case, the fuel cell system The energy generated in 1 will be surplus. That is, in this case, since the power consumption is smaller than the rated output output from the fuel cell device 2, if the reformed gas of the rated generation amount continues to be generated in the reformer 21, the reformer 21 generates it. It is conceivable that a part of the reformed gas is left unused for power generation in the stack 22.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment distributes the energy generated by the fuel cell device 2 to the vehicle 5 having the storage unit for storing the energy generated by the fuel cell device 2 and the load.
  • the distributor 4 is provided.
  • the distributor 4 supplies energy corresponding to the difference between the rated output and the consumed power as surplus energy from the fuel cell device 2 to the vehicle 5 and stores it in the storage unit when the consumed power at the load is lower than the rated output. It is configured to let you In short, in the case where the power consumption at the load is lower than the rated output of the fuel cell device 2, the fuel cell system 1 generates extra without reducing the amount of reformed gas generated in the reformer 21. Energy is effectively used by distributing it to the vehicle 5 with the distributor 4.
  • FIG. 1 the flow of the reformed gas is represented by a dotted arrow, and the flow of the electric energy (electric power) is represented by a solid arrow.
  • the vehicle 5 has a tank 51 for storing reformed gas as an accumulation portion, and generates a fuel cell stack 52 that generates electric power using the reformed gas accumulated in the tank 51.
  • FCV fuel cell vehicle
  • the vehicle 5 can receive the fuel supply of the fuel cell stack 52 also at a hydrogen station etc., and the tank 51 is used not only at the reformed gas generated by the reformer 21 of the fuel cell system 1 but also at the hydrogen station etc.
  • the supplied hydrogen gas is also accumulated. That is, the fuel cell stack 52 uses the hydrogen rich gas (reformed gas, hydrogen gas) stored in the tank 51 to generate electric energy, and the vehicle 5 uses the electric energy to drive a traveling motor (not shown). Drive and drive.
  • the vehicle 5 also has a storage battery 53 for storing electrical energy as a storage unit, and the fuel cell stack 52 is configured to supply power to the storage battery 53 to charge the storage battery 53.
  • the vehicle 5 travels by driving a traveling motor or the like with the electric energy generated by the fuel cell stack 52 and temporarily stored in the storage battery 53.
  • the fuel cell system 1 is connected to a parked vehicle 5 via a cable 6 and a supply hose 7.
  • the cable 6 has a plurality of electric wires for passing power and electric signals, one end of which is connected to the fuel cell system 1 and the other end of which is connected to a connector (not shown).
  • the connector is removably attached to a vehicle side connector (not shown) provided on the vehicle 5. Therefore, the fuel cell system 1 is electrically connected to the vehicle 5 via the cable 6 in a state where the connector is attached to the vehicle side connector.
  • the vehicle-side connector is electrically connected to the storage battery 53 and the ECU (electronic control unit) in the vehicle 5.
  • the supply hose 7 is a flexible pipe through which the reformed gas passes, one end of which is connected to the fuel cell system 1 and the other end of which is connected to a socket (not shown).
  • the socket is removably attached to a plug (not shown) provided on the vehicle 5. Therefore, with the socket attached to the plug, the fuel cell system 1 is physically connected to the vehicle 5 via the supply hose 7.
  • the plug is also used to supply fuel (hydrogen gas) at a hydrogen station or the like, and is connected to the tank 51 in the vehicle 5.
  • the relationship between the plug and the socket may be reversed, and the plug may be provided on the supply hose 7 side and the socket may be provided on the vehicle 5.
  • a pump 71 for compressing the gas is provided in the middle of the supply hose 7, and at the time of supply of the reformed gas from the fuel cell system 1 to the vehicle 5, the reformed gas is compressed by the pump 71 and filled in the tank 51. Be done.
  • the distributor 4 is electrically connected to the measurement unit 13, and determines the presence or absence of surplus energy in the fuel cell device 2 based on the power consumption of the load measured by the measurement unit 13. That is, the distributor 4 stores in advance the rated output of the fuel cell device 2 in a memory (not shown), and compares this rated output with the measurement result (power consumption at load) of the measuring unit 13 in magnitude. . When the power consumption at the load falls below the rated output, the distributor 4 determines that surplus energy is generated, and the energy corresponding to the difference between the rated output and the power consumption (rated output-power consumption) Is converted as surplus energy, and surplus energy is supplied to the vehicle 5.
  • the vehicle 5 has a tank 51 for storing the reformed gas and a storage battery 53 for storing the electric energy as a storage unit for storing the energy generated by the fuel cell device 2. Therefore, the distributor 4 can supply the surplus energy to the vehicle 5 in the form of reformed gas or in the form of electric energy, and can store the surplus energy in the storage unit (tank 51, storage battery 53). Therefore, the distributor 4 supplies the reformed gas generated by the reformer 21 to the vehicle 5 as surplus energy and the electric energy generated by the fuel cell device 2 to the vehicle 5 as surplus energy. At least one of the above can be adopted.
  • the distributor 4 has both a function of supplying the surplus energy to the vehicle 5 in the form of reformed gas and a function of supplying the surplus energy to the vehicle 5 in the form of electric energy. It is configured to be switchable. That is, the distributor 4 supplies the reformed gas generated by the reformer 21 to the vehicle 5 as surplus energy, and the electric energy generated by the fuel cell apparatus 2 to the vehicle 5 as surplus energy. Power distribution mode, and two operation modes.
  • the distributor 4 is equipped with the switching part 41 (refer FIG. 1) which switches these two operation modes.
  • the distributor 4 introduces and supplies reformed gas of an amount corresponding to the surplus energy generated in the fuel cell device 2 per unit time from the reformer 21 as shown in FIG. It supplies to the vehicle 5 through the hose 7.
  • the distributor 4 distributes the reformed gas generated by the reformer 21 to the stack 22 and the vehicle 5 by supplying a part of the reformed gas generated by the reformer 21 to the vehicle 5.
  • the distributor 4 opens a valve (not shown) provided between the reformer 21 and the supply hose 7, and operates the pump 71 provided for the supply hose 7 to perform reforming.
  • the gas is compressed by the pump 71 and filled in the tank 51 of the vehicle 5.
  • the distributor 4 introduces power corresponding to the surplus energy generated in the fuel cell device 2 per unit time from the stack 22 as shown in FIG. To supply.
  • the distributor 4 supplies a part of the electric energy generated by the fuel cell device (stack 22) to the vehicle 5 to load the electric energy generated by the fuel cell device 2 to the customer 10 And distribute to the vehicle 5.
  • the distributor 4 closes a contact (not shown) provided between the stack 22 and the cable 6 and charges the storage battery 53 of the vehicle 5 using the power generated by the stack 22.
  • the distributor 4 acquires vehicle information including the remaining amount of the tank 51 and the remaining capacity of the storage battery 53 from the ECU of the vehicle 5 through the cable 6, and switches the above two operation modes based on the vehicle information At 41, switch as follows.
  • the remaining amount of the tank 51 refers to the amount of gas (reformed gas, hydrogen gas) stored in the tank 51, and is expressed by the internal pressure of the tank 51.
  • the remaining capacity of the storage battery 53 is the electrical energy stored in the storage battery 53.
  • the switching unit 41 switches the operation mode by comparing the vehicle information with the first threshold and the second threshold stored in advance in the memory (not shown).
  • the switching unit 41 performs a first function of switching from the gas distribution mode to the power distribution mode when the remaining amount of the tank 51 exceeds the first threshold, and when the remaining capacity of the storage battery 53 exceeds the second threshold. It has at least one of the second function of switching from the power distribution mode to the gas distribution mode.
  • the switching unit 41 has a first function (a function of switching from the gas distribution mode to the power distribution mode when the remaining amount of the tank 51 exceeds the first threshold).
  • the distributor 4 supplies surplus energy to the vehicle 5 with priority given to the form of the reformed gas over the form of electric energy, and when the empty capacity of the tank 51 is reduced or eliminated, the surplus energy is reduced. It is supplied to the vehicle 5 in the form of electrical energy.
  • the switching unit 41 is not limited to this configuration, and may have a second function (a function of switching from the power distribution mode to the gas distribution mode when the remaining capacity of the storage battery 53 exceeds the second threshold). Also, it may have both the first and second functions. It should be noted that whether the surplus energy is to be preferentially supplied to the vehicle 5 in the form of reformed gas or electric energy is determined by comparing the power generation efficiency of the fuel cell stack 52 with the power generation efficiency of the stack 22 of the fuel cell device 2. It is desirable to be done.
  • the fuel cell system 1 may be configured to use the vehicle information acquired from the vehicle 5 not only for switching between the two operation modes but also for other applications.
  • the fuel cell system 1 transfers the acquired vehicle information to a monitor, an intercom master unit installed in the customer 10, or a display device such as a smartphone or a tablet terminal, and displays the vehicle information on these display devices. It may also be configured to In this case, in addition to the remaining amount of the tank 51 and the remaining capacity of the storage battery 53, it is preferable that the vehicle information includes information such as the ambient temperature of the tank 51.
  • the distributor 4 compares the rated output of the fuel cell device 2 with the power consumption at the load measured by the measuring unit 13 (S1), and if the power consumption is equal to or higher than the rated output (S1: No), Repeat S1.
  • the distributor 4 compares the remaining amount of the tank 51 included in the vehicle information with the first threshold (S2). At this time, if the remaining amount of the tank 51 is equal to or less than the first threshold (S2: No), the distributor 4 selects the gas distribution mode by the switching unit 41 (S3). In the gas distribution mode, the distributor 4 supplies the reformed gas in an amount corresponding to the surplus energy generated by the fuel cell device 2 per unit time to the vehicle 5 to be accumulated in the tank 51.
  • the distributor 4 compares the remaining capacity of the storage battery 53 included in the vehicle information with the second threshold (S4). At this time, if the remaining capacity of the storage battery 53 is less than or equal to the second threshold (S4: No), the distributor 4 switches the operation mode to the power distribution mode by the switching unit 41 (S5). In the power distribution mode, the distributor 4 supplies power corresponding to the surplus energy generated by the fuel cell device 2 per unit time to the vehicle 5 and causes the storage battery 53 to store the power.
  • the distributor 4 ends the power distribution mode and stops distribution of surplus energy (supply to the vehicle 5) (S6) .
  • the control unit 3 controls the reformer so that the reformed gas is generated in an amount generated when the power output from the fuel cell device 2 becomes the rated output. 21 is controlled, and the distributor 4 supplies surplus energy from the fuel cell device 2.
  • the distributor 4 supplies the energy corresponding to the difference between the rated output and the power consumption as surplus energy from the fuel cell device 2 to the vehicle 5 Accumulate in the accumulation unit.
  • the fuel cell system 1 can improve the energy efficiency by adjusting the amount of the reformed gas generated per unit time by the reformer 21 to the rated generation amount. Moreover, the fuel cell system 1 is effective by distributing the generated extra energy (surplus energy) to the vehicle 5 by the distributor 4 when the power consumption at the load is less than the rated output of the fuel cell device 2. It can be used. Therefore, the fuel cell system 1 has the advantage of being able to suppress the decrease in energy efficiency due to the increase or decrease of the power consumption of the load.
  • the vehicle 5 includes the tank 51 for accumulating the reformed gas as the accumulation unit, and generates a fuel cell stack 52 that generates electric power using the reformed gas accumulated in the tank 51. It may be a fuel cell vehicle mounted. In this case, it is desirable that the distributor 4 be configured to supply the reformed gas generated by the reformer 21 to the vehicle 5 as the surplus energy as in the present embodiment. According to this configuration, the fuel cell system 1 can accumulate the generated surplus energy in the form of a reformed gas in the tank 51 of the vehicle 5 and can be effectively used as traveling energy of the vehicle 5.
  • the vehicle 5 may have a storage battery 53 for storing electrical energy as the storage unit.
  • the distributor 4 be configured to supply the electric energy generated by the fuel cell device 2 to the vehicle 5 as the surplus energy as in the present embodiment.
  • the fuel cell system 1 can store the generated surplus energy in the form of electric energy in the storage battery 53 of the vehicle 5 and can be effectively used as traveling energy of the vehicle 5. Therefore, the vehicle 5 can effectively utilize the surplus energy of the fuel cell system 1 not only for the fuel cell vehicle but also for an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle (PHV).
  • EV electric vehicle
  • PV plug-in hybrid vehicle
  • the vehicle 5 includes the tank 51 and the storage battery 53 as the storage unit, generates electric power using the reformed gas stored in the tank 51, and supplies power to the storage battery 53.
  • It may be a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell stack 52 for charging the storage battery 53.
  • the distributor 4 is configured to supply the reformed gas generated by the reformer 21 and the electric energy generated by the fuel cell device 2 to the vehicle 5 as the surplus energy.
  • the distributor 4 can cope with the supply of a large amount of surplus energy as compared with the case where the surplus energy is supplied to the vehicle 5 in only one of the reformed gas and the electric energy.
  • This configuration is not an essential configuration, and whether or not this configuration is adopted is optional.
  • the distributor 4 has the gas distribution mode and the power distribution mode as the operation mode as in this embodiment, and switches the operation mode. It is desirable to have the switching unit 41.
  • the distributor 4 supplies the reformed gas generated by the reformer 21 to the vehicle 5 as the surplus energy in the gas distribution mode, and the electric energy generated by the fuel cell device 2 in the power distribution mode. The energy is supplied to the vehicle 5 as surplus energy.
  • the switching unit 41 has at least one of the first function and the second function with respect to switching of the operation mode.
  • the switching unit 41 switches the operation mode from the gas distribution mode to the power distribution mode when the remaining amount of the tank 51 exceeds the first threshold.
  • the switching unit 41 switches the operation mode from the power distribution mode to the gas distribution mode when the remaining capacity of the storage battery 53 exceeds the second threshold.
  • the distributor 4 can preferentially supply the surplus energy to the vehicle 5 in the form of one of the reformed gas and the electric energy, and the free capacity of the tank 51 and the storage battery 53 is reduced or eliminated. Then, the surplus energy can be supplied to the vehicle 5 in the other form.
  • This configuration is not an essential configuration, and whether or not this configuration is adopted is optional.
  • the distributor 4 has both a function of supplying the surplus energy to the vehicle 5 in the form of reformed gas and a function of supplying the surplus energy to the vehicle 5 in the form of electric energy.
  • the function is configured to be switchable, the present invention is not limited to this configuration.
  • the distributor 4 may have only one of the function of supplying the surplus energy in the form of reformed gas and the function of supplying the surplus energy in the form of electric energy. May be supplied simultaneously in the form of both reformed gas and electrical energy.
  • the distributor 4 supplies the surplus energy only in the form of a reformed gas, it is not essential that the vehicle 5 have the storage battery 53 as an accumulation unit.
  • the distributor 4 supplies the surplus energy only in the form of electric energy, it is not essential that the vehicle 5 have the tank 51 as an accumulation unit.
  • the distributor 4 may be configured to be able to simultaneously distribute surplus energy to a plurality of vehicles 5.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment is different from the fuel cell system 1 of the first embodiment in that the fuel cell system 1 further includes a power converter 8 as shown in FIG. 3.
  • the same components as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
  • the vehicle 5 is a fuel cell vehicle equipped with the tank 51 and the fuel cell stack 52, but the storage battery 53 is not essential.
  • the power converter 8 is electrically connected between the cable 6 and the distribution board 100, converts the power generated by the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 into power, and supplies it to the load of the customer 10 .
  • power converter 8 converts DC / DC converter 81 for converting discharged power (DC power) of storage battery 53 of vehicle 5 into appropriate DC power, and outputs DC / DC converter 81 (DC power).
  • a DC / AC converter 82 for converting into AC power.
  • the power conversion device 8 converts the power generated by the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 and temporarily stored in the storage battery 53, outputs the power to the distribution board 100, and supplies the power to the load of the customer 10.
  • Can. Power converter 8 may be configured to receive power supply directly from fuel cell stack 52 without using storage battery 53.
  • the power conversion device 8 includes an acquisition unit 83 that acquires vehicle information including at least the remaining amount of the tank 51, and a power supply control unit 84 that controls power supply to the load according to the vehicle information. If the remaining amount of the tank 51 exceeds the predetermined third threshold, the power supply control unit 84 transmits a signal to the ECU of the vehicle 5 through the cable 6 to start the operation of the fuel cell stack 52, and Power is supplied to the load using the supplied power. On the other hand, when the remaining amount of the tank 51 becomes equal to or less than the third threshold, the feed control unit 84 transmits a signal to the ECU of the vehicle 5 through the cable 6 to stop the operation of the fuel cell stack 52 to feed the load. Stop.
  • the power conversion device 8 cooperates with the distributor 4 and generates electric power by the fuel cell stack 52 while the reformed gas generated by the reformer 21 is supplied to the vehicle 5 by the distributor 4 as surplus energy. Power is converted to be supplied to the load of the customer 10. That is, the fuel cell system 1 can supply electric power generated by the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 to the load of the customer 10 while supplying the reformed gas to the vehicle 5. In other words, the fuel cell system 1 can supply power generated by using the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 instead of the stack 22 of the fuel cell device 2 to the load.
  • the power consumption of the load in the fuel cell device 2 measured by the measurement unit 13 is calculated from the total power consumption of the load of the customer 10 of the power conversion device 8. It is the power minus the output. Therefore, even if the total power consumption at the load of the customer 10 is equal to or higher than the rated output of the fuel cell device 2, the distributor 4 determines that the power consumption at the load is lower than the rated output of the fuel cell device 2.
  • the reformed gas generated by the reformer 21 may be supplied to the vehicle 5 as surplus energy.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment further includes the power conversion device 8 that converts the power generated by the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 and supplies the power to the load of the customer 10 There is.
  • the power conversion device 8 includes an acquisition unit 83 that acquires vehicle information including at least the remaining amount of the tank 51 and a power supply control unit 84 that controls power supply to the load according to the vehicle information as in the present embodiment. It is desirable to have
  • the fuel cell system 1 supplies power to the load of the customer 10 using the vehicle (fuel cell vehicle) 5 as a power source even when the supply of commercial power is stopped in an emergency or the like, for example. be able to.
  • the power supply control unit 84 controls the power supply to the load according to the vehicle information including the remaining amount of the tank 51, the remaining amount of the tank 51 necessary for the traveling of the vehicle 5 can be secured.
  • the power conversion device 8 be configured to cooperate with the distributor 4 as in the present embodiment.
  • the power converter 8 generates electric power generated by the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 while the reformed gas generated by the reformer 21 is supplied to the vehicle 5 by the distributor 4 as the surplus energy. It is preferable to be configured to convert power and supply the load to the customer 10. According to this configuration, when the power generation efficiency of the fuel cell stack 52 of the vehicle 5 is higher than the power generation efficiency of the fuel cell device 2 in the fuel cell system 1, the fuel cell system 1 is a fuel of the vehicle 5 with high power generation efficiency.
  • the battery stack 52 can be used effectively to generate power efficiently. This configuration is not an essential configuration, and whether or not this configuration is adopted is optional.
  • the power conversion device 8 is housed in the fuel cell device 2, the control unit 3, the distributor 4, the inverter 11, the heat recovery device 12, the measuring unit 13 and one casing (not shown). Are integrated, but may be configured separately.
  • power converter 8 is integrated with inverter 11, the function of power conversion in inverter 11 is also used as power converter 8, and DC / DC converter 81 and DC / AC converter 82 of power converter 8 are integrated. It may be omitted.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment differs from the fuel cell system 1 of the second embodiment in the operation when the power consumption of the load exceeds the rated output of the fuel cell system 1.
  • the same components as in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be appropriately omitted.
  • the storage battery 53 of the vehicle 5 is an essential component.
  • the power consumption of the load increases and exceeds the rated output of the fuel cell device 2, which may cause a shortage of energy generated by the fuel cell device 2.
  • the power consumption at the load is larger than the rated output output from the fuel cell device 2, the power consumption at the load can not be surpassed by the power generation of the stack 22 alone and a shortage will occur. It is conceivable to use the power stored in the storage battery 53 for this purpose.
  • the fuel cell system 1 uses the energy corresponding to the difference between the rated output and the power consumption as the deficient energy,
  • the storage battery 53 of the vehicle 5 is introduced into the power converter 8.
  • the power conversion device 8 is configured to convert the power introduced from the storage battery 53 into power and output the power to the distribution board 100 of the customer 10.
  • the fuel cell system 1 can supply the power stored in the storage battery 53 of the vehicle 5 to the load of the customer 10 via the power conversion device 8.
  • the fuel cell system 1 distributes the energy of the shortage from the vehicle 5 via the power conversion device 8. It operates to compensate by separately providing each load connected to the board 100.
  • the fuel cell system 1 compares the rated output of the fuel cell device 2 with the power consumption at the load measured by the measuring unit 13 (S11), and if the power consumption is equal to or higher than the rated output (S11: No), It shifts to the power supply mode (S17).
  • the fuel cell system 1 is first used by a distributed power supply such as a solar power generation apparatus or an electric power source on the customer 10 side (hereinafter referred to as "consumer power supply”) such as commercial power (system power). It is determined whether it is possible (S18). When the customer power supply is available (S18: Yes), the fuel cell system 1 causes the power supply corresponding to the shortage energy to be supplied to the load from the customer power supply (S19), and returns to the process S11.
  • a distributed power supply such as a solar power generation apparatus or an electric power source on the customer 10 side
  • system power commercial power
  • the fuel cell system 1 confirms the remaining capacity of the storage battery 53 based on the vehicle information. As a result, when the remaining capacity of storage battery 53 exceeds a predetermined third threshold (S20: Yes), fuel cell system 1 supplies power from storage battery 53 to each load connected to distribution board 100. (S21), the process returns to step S11.
  • the storage battery 53 of the vehicle 5 can cover the shortage of power. There is an advantage that the storage battery 53 can be used effectively.
  • the fuel cell system 1 supplies the surplus energy to the vehicle 5 in the form of reformed gas or electric energy.
  • the fuel cell system 1 supplies the vehicle 5 as other forms of energy such as thermal energy.
  • the distributor 4 is preferably configured to supply at least one of the electrical energy, the reformed gas, and the thermal energy to the vehicle 5 as the surplus energy. According to this configuration, since the fuel cell system 1 can supply surplus energy to the vehicle 5 in a form that is easy to use in the vehicle 5 such as reformed gas, electrical energy, and thermal energy, energy efficiency is enhanced.
  • the fuel cell system 1 is described as not including the vehicle 5 as a component. However, the fuel cell system 1 may have a concept including the vehicle 5.

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Abstract

　燃料電池装置は、需要家に設置され、改質器にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し、スタックにて改質ガスを用いて発電し、需要家の負荷へ電力供給するように構成されている。制御部は、燃料電池装置の出力する電力が所定の定格出力となるときの単位時間当たりの生成量で改質ガスが生成されるように改質器を制御する。分配器は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置から車両に供給して蓄積部に蓄積させる。

Description

燃料電池システム
　本発明は、一般に燃料電池システムに関し、より詳細には改質器にて原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電する燃料電池装置を備えた燃料電池システムに関する。
　従来、家庭用の燃料電池（発電）システムとして、原燃料から改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する改質器（燃料改質装置）を備えたシステムが知られている（文献１：ＪＰ２００８－１７９４９４Ａ）。
　文献１に記載の燃料電池システムは、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の炭化水素系燃料を原燃料として、改質器にて水蒸気改質反応により改質ガスを生成し、生成された改質ガスを用いて燃料電池が発電を行うように構成されている。この燃料電池システムは、改質器から導出される改質ガス導出管の終端が燃料電池に接続され、改質ガス導出管を通して改質ガスが発電用燃料として燃料電池に供給されるように構成されている。
　ところで、上述したような燃料電池システムは、エネルギー効率を高めるためには、出力電力が所定の定格出力となるように運転することが望ましい。しかし、一般的には燃料電池システムからの電力供給を受ける負荷の消費電力は増減するので、燃料電池システムを常に定格出力で運転させることは難しい。つまり、負荷の消費電力が減少して燃料電池システムの定格出力を下回るような場合、燃料電池から出力される電力が定格出力より小さくなるので、改質器で生成された改質ガスの一部が燃料電池での発電に使用されずに余ることが考えられる。したがって、燃料電池システムは、負荷の消費電力の増減によりエネルギー効率が低下する可能性がある。
　本発明は上記事由に鑑みて為されており、負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本発明の燃料電池システムは、原燃料が供給される需要家に設置され、改質器にて前記原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、前記需要家の負荷へ電力供給する燃料電池装置と、前記燃料電池装置の出力する電力が所定の定格出力となるときの前記改質ガスの単位時間当たりの生成量で前記改質ガスが生成されるように、前記改質器を制御する制御部と、前記燃料電池装置で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両、および前記負荷に、前記燃料電池装置からエネルギーを分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記負荷での消費電力が前記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、前記燃料電池装置から前記車両に供給して前記蓄積部に蓄積させるように構成されていることを特徴とする。
実施形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略ブロック図である。 実施形態１に係る分配器の動作の説明図である。 実施形態２に係る燃料電池システムの構成を示す概略ブロック図である。 実施形態３に係る燃料電池システムの動作の説明図である。
　（実施形態１）
　本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池装置２と、制御部３と、分配器４とを備えている。
　燃料電池装置２は、原燃料が供給される需要家（facility）１０に設置され、改質器２１にて上記原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、需要家１０の負荷（図示せず）へ電力供給するように構成されている。制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が所定の定格出力となるときの上記改質ガスの単位時間当たりの生成量で上記改質ガスが生成されるように、改質器２１を制御する。分配器４は、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部（タンク５１、蓄電池５３）を有した車両５、および上記負荷に、燃料電池装置２からエネルギーを分配する。
　分配器４は、上記負荷での消費電力が上記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に供給して蓄積部に蓄積させるように構成されている。
　なお、ここでいう原燃料は、原油や石炭などではなく、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）など、住宅等に供給されており且つ燃料電池装置２で発電に用いられる改質ガスの原料となる物質を意味する。
　以下、本実施形態の燃料電池システム１の構成および機能について詳しく説明する。なお、以下では電気事業者から商用電力の供給を受けている一般的な戸建住宅を原燃料が供給される需要家１０の例として説明するが、需要家１０は、戸建住宅に限らず、たとえば集合住宅、店舗、施設、工場などであってもよい。
　燃料電池システム１は、図１に示すように、上述した燃料電池装置２、制御部３、分配器４に加えて、インバータ１１と熱回収装置１２と計測部１３とを備えている。これらの燃料電池装置２、制御部３、分配器４、インバータ１１、熱回収装置１２、計測部１３は、ここでは１つの筐体（図示せず）に収納されることで一体化されているが、別体として構成されていてもよい。
　この燃料電池システム１は、需要家１０の分電盤１００に電気的に接続されており、燃料電池装置２で発電した電力を分電盤１００へ出力し、分電盤１００に接続されている各種の設備や機器からなる負荷へ電力を供給する。さらに、燃料電池システム１は、需要家１０の敷地内に駐車中の車両５に対しケーブル６と供給ホース７との少なくとも一方を介して接続され、詳しくは後述するが燃料電池装置２で発生した余剰エネルギーを車両５および負荷に分配する機能を持つ。
　燃料電池装置２は、需要家１０の敷地内に設置される据置型であって、原燃料から水素を含む改質ガスを生成する改質器２１と、改質器２１で生成された改質ガスを用いて発電するスタック２２とを備えている。また、ここでは図示を省略しているが、燃料電池装置２は、スタック２２に空気を供給する給気装置と、改質器２１の前段に設けられ原燃料の硫黄成分を除去する脱硫器とをさらに備えている。
　改質器２１は、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系のガスを原燃料とし、原燃料および水の供給を受けて、原燃料の改質を行って改質ガスを生成する。ここでは、改質器２１は、水を気化させた水蒸気と共に原燃料管（図示せず）を通して原燃料を導入し、水蒸気改質反応によって原燃料から水素リッチな改質ガスを生成する。なお、この改質反応は吸熱反応であるので、改質器２１は、改質反応を進めるために運転中には改質反応部（改質触媒）に熱エネルギーを供給し続ける。
　スタック２２は、燃料電池スタックあるいはセルスタックと呼ばれている装置であり、改質器２１で生成された改質ガスに加え、給気装置から酸素を含有する空気が酸化剤として供給されるように構成されている。スタック２２は、導入した改質ガス中の水素と、酸化剤中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。
　インバータ１１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（図示せず）を含み、燃料電池装置２で生成された直流電力を、需要家１０の負荷で利用可能な電圧（たとえば交流１００Ｖ）の交流電力に変換する。インバータ１１は、変換後の交流電力を需要家１０の分電盤１００に出力する。これにより、燃料電池装置２は、インバータ１１を介して、分電盤１００に接続された負荷へ電力供給することになる。なお、負荷の消費電力に対して燃料電池装置２の出力が不足している場合、不足分は、後述の通り、太陽光発電装置など燃料電池装置２以外の発電装置で生成された電力や車両５の蓄電池５３の電力、電気事業者から供給される商用電力によって賄われる。
　また、本実施形態では、燃料電池システム１は、熱回収装置１２を備えていることで、排熱を熱エネルギーとして利用するコージェネレーションシステムとしての機能も兼ね備えている。すなわち、熱回収装置１２は、燃料電池装置２で発生する熱を回収し、たとえば給湯装置（図示せず）の湯沸しや、温水床暖房などに利用することで、燃料電池装置２の排熱を熱エネルギーとして有効利用する。
　計測部１３は、燃料電池装置２から需要家１０の負荷へ供給されている電力、つまり負荷での消費電力を計測する。図１の例では、計測部１３はインバータ１１の出力を監視し、インバータ１１の出力に基づいて負荷での消費電力を計測する。なお、本実施形態ではインバータ１１での変換損失は無視できる程度に小さいと仮定する。
　ところで、上述したような構成の燃料電池システム１は、エネルギー効率を高めるためには、燃料電池装置２の出力電力が所定の定格出力となるように運転することが望ましい。そこで、本実施形態の燃料電池システム１においては、上述した通り、制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が所定の定格出力（たとえば７５０Ｗ）となるときの改質ガスの単位時間当たりの生成量で改質ガスが生成されるように改質器２１を制御する。なお、制御部３によって調整される改質ガスの生成量は、改質ガスの単位時間（たとえば１秒）当たりの生成量であるから、以下では「単位時間当たりの生成量」を単に「生成量」ということもある。
　要するに、制御部３は、たとえば改質器２１における原燃料の単位時間当たりの導入量を段階的に調整する（切り替える）ことにより、改質器２１での改質ガスの生成量を調整することが可能である。制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が定格出力となるときの改質器２１での改質ガスの単位時間当たりの生成量を定格生成量として予め記憶している。制御部３は、改質器２１での改質ガスの生成量が定格生成量となるように、たとえば改質器２１における原燃料の単位時間当たりの導入量を調整する。なお、制御部３は、原燃料の導入量に限らず、単位時間当たりの水の導入量や改質反応部に供給する熱量などを総合的に調節し、改質器２１での改質ガスの生成量を調整する構成であってもよい。
　このように改質器２１で単位時間当たりに生成される改質ガスの量が定格生成量に調整されていると、スタック２２は、定格出力の電力を出力し続けることができ、燃料電池システム１のエネルギー効率を高めることができる。
　ただし、燃料電池システム１からの電力供給を受ける負荷の消費電力は増減するので、負荷の消費電力が減少して燃料電池システム１の定格出力を下回ることもあり、この場合には、燃料電池システム１で発生するエネルギーに余剰を生じることになる。つまり、この場合、消費電力が燃料電池装置２から出力される定格出力より小さくなるので、改質器２１で定格生成量の改質ガスが生成され続けていると、改質器２１で生成された改質ガスの一部がスタック２２での発電に使用されずに余ることが考えられる。
　そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、上述したように、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両５、および負荷に、燃料電池装置２で発生したエネルギーを分配する分配器４を備えている。分配器４は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合に、定格出力と消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に供給して蓄積部に蓄積させるように構成されている。要するに、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が燃料電池装置２の定格出力を下回るような場合には、改質器２１での改質ガスの生成量を絞ることなく、発生した余分なエネルギーを分配器４で車両５に分け与えることによって有効利用する。
　以下、燃料電池システム１から車両５へエネルギーを供給するための構成について図１を参照して詳しく説明する。なお、図１では、改質ガスの流れを点線の矢印で表し、電気エネルギー（電力）の流れを実線の矢印で表している。
　本実施形態では、車両５は、図１に示すように、改質ガスを蓄積するタンク５１を蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された改質ガスを用いて発電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車（ＦＣＶ）であると仮定する。車両５は、燃料電池スタック５２の燃料の供給を水素ステーションなどでも受けることができ、タンク５１には燃料電池システム１の改質器２１で生成された改質ガスだけでなく、水素ステーションなどで供給される水素ガスも蓄積される。つまり、燃料電池スタック５２は、タンク５１に貯まっている水素リッチなガス（改質ガス、水素ガス）を用いて電気エネルギーを生成し、車両５は、この電気エネルギーで走行用モータ（図示せず）等を駆動して走行する。
　さらに、この車両５は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３も蓄積部として有し、燃料電池スタック５２が蓄電池５３へ電力供給を行って蓄電池５３を充電するように構成されている。車両５は、燃料電池スタック５２で生成され蓄電池５３に一旦蓄えられた電気エネルギーで走行用モータ等を駆動して走行する。
　燃料電池システム１は、駐車中の車両５に対しケーブル６および供給ホース７を介して接続される。ケーブル６は、電力並びに電気信号を通すように複数本の電線を有し、その一端が燃料電池システム１に接続されており、他端がコネクタ（図示せず）に接続されている。コネクタは車両５に設けられている車両側コネクタ（図示せず）に取り外し可能に装着される。したがって、コネクタが車両側コネクタに装着された状態で、燃料電池システム１は車両５に対しケーブル６を介して電気的に接続されることになる。車両側コネクタは、車両５において蓄電池５３およびＥＣＵ（電子制御ユニット）と電気的に接続されている。
　一方、供給ホース７は改質ガスを通す可撓性の管であって、その一端が燃料電池システム１に接続されており、他端がソケット（図示せず）に接続されている。ソケットは車両５に設けられているプラグ（図示せず）に取り外し可能に装着される。したがって、ソケットがプラグに装着された状態で、燃料電池システム１は車両５に対し供給ホース７を介して物理的に接続されることになる。プラグは、水素ステーションなどでの燃料（水素ガス）の供給にも使用され、車両５においてタンク５１に接続されている。なお、プラグとソケットとの関係は逆でもよく、プラグが供給ホース７側、ソケットが車両５に設けられていてもよい。
　供給ホース７の途中にはガスを圧縮するポンプ７１が設けられており、燃料電池システム１から車両５への改質ガスの供給時には、改質ガスはこのポンプ７１で圧縮されてタンク５１に充填される。
　分配器４は、計測部１３に電気的に接続されており、計測部１３にて計測された負荷での消費電力に基づいて、燃料電池装置２における余剰エネルギーの有無を判断する。すなわち、分配器４は、燃料電池装置２の定格出力を予めメモリ（図示せず）に記憶しており、この定格出力と計測部１３の計測結果（負荷での消費電力）とを大小比較する。そして、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合に、分配器４は、余剰エネルギーが発生していると判断し、定格出力と消費電力との差分（定格出力－消費電力）に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして換算し、余剰エネルギーを車両５へと供給する。
　ここにおいて、車両５は、燃料電池装置２で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部として、改質ガスを蓄積するタンク５１と、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３とを有している。そのため、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態、あるいは電気エネルギーの形態で車両５へ供給し、蓄積部（タンク５１、蓄電池５３）へ蓄積させることが可能である。したがって、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に供給する構成と、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを余剰エネルギーとして車両５に供給する構成との少なくとも一方を採用可能である。
　本実施形態では、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５へ供給する機能と、電気エネルギーの形態で車両５へ供給する機能との両方を有し、これら２つの機能を切替可能に構成されている。つまり、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に供給するガス分配モードと、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを余剰エネルギーとして車両５に供給する電力分配モードとの２つの動作モードを有している。分配器４は、これら２つの動作モードを切り替える切替部４１（図１参照）を具備している。
　ガス分配モードにおいては、分配器４は、単位時間当たりに燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の改質ガスを、図１に示すように、改質器２１から導入して供給ホース７を通して車両５へと供給する。言い換えれば、分配器４は、改質器２１で生成された改質ガスの一部を車両５へ供給することで、改質器２１で生成される改質ガスをスタック２２および車両５に分配する。このとき、分配器４は、改質器２１と供給ホース７との間に設けられているバルブ（図示せず）を開け、さらに供給ホース７に設けられているポンプ７１を動作させ、改質ガスをポンプ７１で圧縮して車両５のタンク５１に充填する。
　一方、電力分配モードにおいては、分配器４は、単位時間当たりに燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する電力を、図１に示すように、スタック２２から導入してケーブル６を通して車両５へと供給する。言い換えれば、分配器４は、燃料電池装置（スタック２２）２で生成された電気エネルギーの一部を車両５へ供給することで、燃料電池装置２で生成される電気エネルギーを需要家１０の負荷および車両５に分配する。このとき、分配器４は、スタック２２とケーブル６との間に設けられている接点（図示せず）を閉じ、スタック２２で発電された電力を用いて車両５の蓄電池５３を充電する。
　分配器４は、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵから、タンク５１の残量と蓄電池５３の残容量とを含む車両情報を取得しており、この車両情報に基づいて上記２つの動作モードを切替部４１にて次のように切り替える。なお、ここでいうタンク５１の残量とは、タンク５１内に蓄えられているガス（改質ガス、水素ガス）の量のことであって、タンク５１の内圧で表される。蓄電池５３の残容量は、蓄電池５３に蓄えられている電気エネルギーのことである。
　切替部４１は、車両情報と、メモリ（図示せず）に予め記憶されている第１の閾値、第２の閾値とを比較することによって、動作モードを切り替える。切替部４１は、タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときにガス分配モードから電力分配モードへ切り替える第１の機能と、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに電力分配モードからガス分配モードへ切り替える第２の機能との少なくとも一方を持つ。
　本実施形態では、切替部４１は、第１の機能（タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときにガス分配モードから電力分配モードへ切り替える機能）を持つ。これにより、分配器４は、電気エネルギーの形態よりも改質ガスの形態を優先して余剰エネルギーを車両５へ供給し、タンク５１の空き容量が少なくなったあるいは無くなった場合に、余剰エネルギーを電気エネルギーの形態で車両５へ供給する。
　ただし、切替部４１は、この構成に限らず、第２の機能（蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに電力分配モードからガス分配モードへ切り替える機能）を持っていてもよく、また、第１および第２の両方の機能を持っていてもよい。なお、余剰エネルギーを改質ガス、電気エネルギーのいずれの形態で優先的に車両５へ供給するかは、燃料電池スタック５２の発電効率と燃料電池装置２のスタック２２の発電効率との比較によって決定されることが望ましい。
　また、燃料電池システム１は、車両５から取得した車両情報を、上記２つの動作モードの切り替えだけでなく、他の用途に用いるように構成されていてもよい。たとえば、燃料電池システム１は、取得した車両情報を、需要家１０に設置されているモニタやインターホン親機、あるいはスマートフォンやタブレット端末などの表示装置に転送し、これらの表示装置に車両情報を表示させるように構成されていてもよい。この場合、車両情報としては、タンク５１の残量および蓄電池５３の残容量以外に、タンク５１の周辺温度などの情報が含まれていることが望ましい。
　次に、上述した構成の燃料電池システム１における分配器４の動作について図２を参照して説明する。
　分配器４は、燃料電池装置２の定格出力と、計測部１３で計測された負荷での消費電力とを比較し（Ｓ１）、消費電力が定格出力以上であれば（Ｓ１：Ｎｏ）、処理Ｓ１を繰り返す。消費電力が定格出力を下回ると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、分配器４は、車両情報に含まれるタンク５１の残量と第１の閾値とを比較する（Ｓ２）。このとき、タンク５１の残量が第１の閾値以下であれば（Ｓ２：Ｎｏ）、分配器４は、切替部４１にてガス分配モードを選択する（Ｓ３）。ガス分配モードでは、分配器４は、単位時間当たりに燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する量の改質ガスを車両５に供給してタンク５１に蓄積させる。
　一方、タンク５１の残量が第１の閾値を超えると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、分配器４は、車両情報に含まれる蓄電池５３の残容量と第２の閾値とを比較する（Ｓ４）。このとき、蓄電池５３の残容量が第２の閾値以下であれば（Ｓ４：Ｎｏ）、分配器４は、切替部４１にて動作モードを電力分配モードに切り替える（Ｓ５）。電力分配モードでは、分配器４は、単位時間当たりに燃料電池装置２で発生する余剰エネルギーに相当する電力を車両５に供給して蓄電池５３に蓄積させる。
　一方、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、分配器４は、電力分配モードを終了し、余剰エネルギーの分配（車両５への供給）を停止する（Ｓ６）。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、制御部３は、燃料電池装置２の出力する電力が定格出力となるときの生成量で改質ガスが生成されるように改質器２１を制御し、分配器４は、燃料電池装置２から余剰エネルギーを供給する。ここで、分配器４は、負荷での消費電力が定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、燃料電池装置２から車両５に供給して蓄積部に蓄積させる。
　すなわち、燃料電池システム１は、改質器２１で単位時間当たりに生成される改質ガスの量を定格生成量に調整することで、エネルギー効率を高めることができる。しかも、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が燃料電池装置２の定格出力を下回るような場合には、発生した余分なエネルギー（余剰エネルギー）を分配器４で車両５に分け与えることによって有効利用することができる。したがって、この燃料電池システム１は、負荷の消費電力の増減によるエネルギー効率の低下を抑制できる、という利点がある。
　また、本実施形態のように、車両５は、上記改質ガスを蓄積するタンク５１を上記蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された上記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であってもよい。この場合に、分配器４は、本実施形態のように、改質器２１で生成された上記改質ガスを上記余剰エネルギーとして車両５に供給するように構成されていることが望ましい。この構成によれば、燃料電池システム１は、発生した余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５のタンク５１に蓄積し、車両５の走行エネルギーとして有効に利用することができる。とくに、車両５の燃料電池スタック５２の発電効率が、燃料電池システム１における燃料電池装置２の発電効率に比べて高い場合には、このように余剰エネルギーを改質ガスの形態で供給すると余剰エネルギーをより有効に利用できる。この構成は必須の構成ではなく、この構成を採用するか否かは任意である。
　また、本実施形態のように、車両５は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池５３を上記蓄積部として有していてもよい。この場合に、分配器４は、本実施形態のように、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを上記余剰エネルギーとして車両５に供給するように構成されていることが望ましい。この構成によれば、燃料電池システム１は、発生した余剰エネルギーを電気エネルギーの形態で車両５の蓄電池５３に蓄積し、車両５の走行エネルギーとして有効に利用することができる。したがって、車両５は、燃料電池車に限らず、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）であっても、燃料電池システム１の余剰エネルギーを有効に利用できる。この構成は必須の構成ではなく、この構成を採用するか否かは任意である。
　また、本実施形態のように、車両５は、タンク５１と蓄電池５３とを上記蓄積部として有し、タンク５１に蓄積された上記改質ガスを用いて発電し蓄電池５３へ電力供給を行って蓄電池５３を充電する燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であってもよい。この場合、分配器４は、改質器２１で生成された上記改質ガス、および燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを上記余剰エネルギーとして車両５に供給するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガス、電気エネルギーの一方の形態でのみ車両５へ供給する場合に比べて、大きな余剰エネルギーの供給に対応できる。この構成は必須の構成ではなく、この構成を採用するか否かは任意である。
　さらに、改質ガスおよび電気エネルギーを余剰エネルギーとして供給する構成においては、分配器４は、本実施形態のように、動作モードとして、ガス分配モードと電力分配モードとを有し、動作モードを切り替える切替部４１を具備することが望ましい。分配器４は、ガス分配モードでは、改質器２１で生成された上記改質ガスを上記余剰エネルギーとして車両５に供給し、電力分配モードでは、燃料電池装置２で発電された電気エネルギーを上記余剰エネルギーとして車両５に供給する。
　切替部４１は、動作モードの切り替えに関して、第１の機能と第２の機能との少なくとも一方の機能を持つ。第１の機能によれば、切替部４１は、タンク５１の残量が第１の閾値を超えたときに上記動作モードを上記ガス分配モードから上記電力分配モードへ切り替える。第２の機能によれば、切替部４１は、蓄電池５３の残容量が第２の閾値を超えたときに上記動作モードを上記電力分配モードから上記ガス分配モードへ切り替える。この構成によれば、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガス、電気エネルギーの一方の形態で優先的に車両５へ供給でき、タンク５１、蓄電池５３の空き容量が少なくなったあるいは無くなった場合に、余剰エネルギーを他方の形態で車両５へ供給できる。この構成は必須の構成ではなく、この構成を採用するか否かは任意である。
　なお、上記実施形態では、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で車両５へ供給する機能と、電気エネルギーの形態で車両５へ供給する機能との両方を有し、これら２つの機能を切替可能に構成されているが、この構成に限らない。たとえば、分配器４は、余剰エネルギーを改質ガスの形態で供給する機能と、電気エネルギーの形態で供給する機能との一方のみを有してもよいし、これら両方の機能を有し余剰エネルギーを改質ガスおよび電気エネルギーの両方の形態で同時に供給してもよい。分配器４が余剰エネルギーを改質ガスの形態でのみ供給する場合には、車両５が蓄積部としての蓄電池５３を有することは必須ではない。また、分配器４が余剰エネルギーを電気エネルギーの形態でのみ供給する場合には、車両５が蓄積部としてのタンク５１を有することは必須ではない。
　また、分配器４は、複数台の車両５に対して同時に余剰エネルギーを分配可能に構成されていてもよい。
　（実施形態２）
　本実施形態の燃料電池システム１は、図３に示すように、電力変換装置８をさらに備える点で実施形態１の燃料電池システム１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。なお、本実施形態では、車両５はタンク５１および燃料電池スタック５２を搭載した燃料電池車であることを前提とするが、蓄電池５３は必須ではない。
　電力変換装置８は、ケーブル６と分電盤１００との間に電気的に接続されており、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の負荷へ供給する。具体的には、電力変換装置８は、車両５の蓄電池５３の放電電力（直流電力）を適切な直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ８１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１の出力（直流電力）を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ８２とを有している。これにより、電力変換装置８は、車両５の燃料電池スタック５２で発電され蓄電池５３に一旦蓄積された電力を、電力変換して分電盤１００へ出力し、需要家１０の負荷へ供給することができる。なお、電力変換装置８は、蓄電池５３を介さずに燃料電池スタック５２から直接、電力供給を受けるように構成されていてもよい。
　ここにおいて、電力変換装置８は、少なくともタンク５１の残量を含む車両情報を取得する取得部８３と、車両情報に応じて負荷への給電を制御する給電制御部８４とを有している。給電制御部８４は、タンク５１の残量が所定の第３の閾値を超えていれば、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵに信号を送信し燃料電池スタック５２の運転を開始させて、車両５から供給される電力を用いて負荷への給電を行う。一方、給電制御部８４は、タンク５１の残量が第３の閾値以下になると、ケーブル６を通して車両５のＥＣＵに信号を送信し燃料電池スタック５２の運転を停止させて、負荷への給電を停止する。
　また、電力変換装置８は、分配器４と連携し、改質器２１で生成された改質ガスが余剰エネルギーとして分配器４により車両５に供給されている間に、燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の負荷へ供給するように構成されている。すなわち、この燃料電池システム１は、車両５へ改質ガスを供給しながら、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を取り出して需要家１０の負荷へ供給することができる。言い換えれば、燃料電池システム１は、燃料電池装置２のスタック２２の代わりに、車両５の燃料電池スタック５２を用いて発電した電力を負荷へ供給できる。
　このように電力変換装置８が負荷へ電力供給する場合、計測部１３で計測される燃料電池装置２における負荷での消費電力は、需要家１０の負荷での総消費電力から電力変換装置８の出力を差し引いた電力となる。そのため、需要家１０の負荷での総消費電力が燃料電池装置２の定格出力以上であっても、分配器４は、負荷での消費電力が燃料電池装置２の定格出力を下回ると判断し、改質器２１で生成された改質ガスを余剰エネルギーとして車両５に供給することがある。
　以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１は、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の上記負荷へ供給する電力変換装置８をさらに備えている。この電力変換装置８は、本実施形態のように、少なくともタンク５１の残量を含む車両情報を取得する取得部８３と、当該車両情報に応じて上記負荷への給電を制御する給電制御部８４とを有することが望ましい。
　この構成によれば、燃料電池システム１は、たとえば非常時などで商用電力の供給が停止した場合でも、車両（燃料電池車）５を電源として用いて、需要家１０の負荷へ電力供給を行うことができる。しかも、給電制御部８４は、タンク５１の残量を含む車両情報に応じて負荷への給電を制御するので、車両５の走行に必要なだけのタンク５１の残量を確保することができる。
　また、電力変換装置８は、本実施形態のように、分配器４と連携するように構成されていることが望ましい。電力変換装置８は、改質器２１で生成された上記改質ガスが上記余剰エネルギーとして分配器４により車両５に供給されている間に、車両５の燃料電池スタック５２で発電される電力を電力変換して需要家１０の上記負荷へ供給するように構成されることが好ましい。この構成によれば、車両５の燃料電池スタック５２の発電効率が、燃料電池システム１における燃料電池装置２の発電効率に比べて高い場合、燃料電池システム１は、発電効率の高い車両５の燃料電池スタック５２を有効に用いて効率的に発電を行うことができる。この構成は必須の構成ではなく、この構成を採用するか否かは任意である。
　本実施形態では、電力変換装置８は、燃料電池装置２、制御部３、分配器４、インバータ１１、熱回収装置１２、計測部１３と、１つの筐体（図示せず）に収納されることで一体化されているが、別体として構成されていてもよい。また、電力変換装置８がインバータ１１と一体化されている場合、インバータ１１における電力変換の機能を電力変換装置８と兼用し、電力変換装置８のＤＣ／ＤＣコンバータ８１およびＤＣ／ＡＣコンバータ８２を省略してもよい。
　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
　（実施形態３）
　本実施形態の燃料電池システム１は、負荷の消費電力が燃料電池システム１の定格出力を超えた場合の動作が実施形態２の燃料電池システム１と相違する。以下、実施形態２と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。なお、本実施形態においては、車両５の蓄電池５３は必須の構成である。
　燃料電池システム１においては、負荷の消費電力が増加して燃料電池装置２の定格出力を上回り、燃料電池装置２で発生するエネルギーに不足を生じることがある。この場合、負荷での消費電力が燃料電池装置２から出力される定格出力より大きくなるので、負荷での消費電力をスタック２２の発電だけでは賄いきれず不足分が生じるため、この不足分を賄うために蓄電池５３に蓄積された電力を用いることが考えられる。
　そこで、本実施形態の燃料電池システム１は、負荷での消費電力が定格出力を上回る場合に、定格出力と消費電力との差分に相当するエネルギーを不足エネルギーとして、その不足エネルギー分の電力を、車両５の蓄電池５３から電力変換装置８に導入する。電力変換装置８は、蓄電池５３から導入した電力を電力変換して需要家１０の分電盤１００に出力するように構成されている。これにより、燃料電池システム１は、車両５の蓄電池５３に蓄積されている電力を、電力変換装置８を介して需要家１０の負荷に供給することができる。
　要するに、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が増大して燃料電池装置２の定格出力を上回るような場合には、不足分のエネルギーを車両５から、電力変換装置８を介して分電盤１００に接続された各負荷に分け与えることによって補うように動作する。
　次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作について図４を参照して説明する。なお、図４の処理Ｓ１１～Ｓ１６は上述した図２の処理Ｓ１～Ｓ６それぞれに相当する処理であるから、ここでは処理Ｓ１１～Ｓ１６についての詳しい説明は省略し、本実施形態の特徴的な処理Ｓ１７～Ｓ２２を中心に説明する。
　燃料電池システム１は、燃料電池装置２の定格出力と、計測部１３で計測された負荷での消費電力とを比較し（Ｓ１１）、消費電力が定格出力以上であれば（Ｓ１１：Ｎｏ）、電力供給モードに移行する（Ｓ１７）。電力供給モードにおいては、燃料電池システム１は、まず、太陽光発電装置等の分散電源や商用電力（系統電力）などの需要家１０側の電力源（以下、「需要家電源」という）が利用可能か否かを判断する（Ｓ１８）。燃料電池システム１は、需要家電源が利用可能な場合には（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、不足エネルギーに相当する電力をこれら需要家電源から負荷へ供給させ（Ｓ１９）、処理Ｓ１１に戻る。
　一方、需要家電源が利用できない場合や、不足エネルギーの全部を需要家電源で賄いきれない場合には（Ｓ１８：Ｎｏ）、燃料電池システム１は、車両情報によって蓄電池５３の残容量を確認する。その結果、蓄電池５３の残容量が所定の第３の閾値を超える場合には（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１は、分電盤１００に接続された各負荷に蓄電池５３から電力を供給し（Ｓ２１）、処理Ｓ１１に戻る。
　一方、蓄電池５３の残容量が第３の閾値以下である場合には（Ｓ２０：Ｎｏ）、燃料電池システム１は、負荷での消費電力が過大であるため、ブレーカなどの過電流保護機能により需要家１０の配線系を保護する（Ｓ２２）。
　以上説明した本実施形態の燃料電池システム１によれば、消費電力が燃料電池システム１の定格出力を超えた場合に不足分の電力を車両５の蓄電池５３で賄うことができるので、車両５の蓄電池５３を有効に利用できるという利点がある。
　その他の構成および機能は実施形態２と同様である。
　なお、上記各実施形態では、燃料電池システム１は改質ガスまたは電気エネルギーの形態で余剰エネルギーを車両５に供給しているが、たとえば熱エネルギーなど、他の形態のエネルギーとして車両５に供給してもよい。ここで、分配器４は、電気エネルギーと改質ガスと熱エネルギーとの少なくとも１つを、上記余剰エネルギーとして車両５に供給するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、燃料電池システム１は、改質ガス、電気エネルギー、熱エネルギーといった車両５で利用しやすい形態で余剰エネルギーを車両５に供給できるので、エネルギー効率が高くなる。
　また、上記各実施形態では、燃料電池システム１は車両５を構成要素に含まないこととして説明しているが、燃料電池システム１は車両５を含む概念であってもよい。

Claims (8)

  1. 　原燃料が供給される需要家に設置され、改質器にて前記原燃料から水素を含む改質ガスを生成し当該改質ガスを用いて発電し、前記需要家の負荷へ電力供給する燃料電池装置と、
    　前記燃料電池装置の出力する電力が所定の定格出力となるときの前記改質ガスの単位時間当たりの生成量で前記改質ガスが生成されるように、前記改質器を制御する制御部と、
    　前記燃料電池装置で発生するエネルギーを蓄積する蓄積部を有した車両、および前記負荷に、前記燃料電池装置からエネルギーを分配する分配器とを備え、
    　前記分配器は、前記負荷での消費電力が前記定格出力を下回る場合、当該定格出力と当該消費電力との差分に相当するエネルギーを余剰エネルギーとして、前記燃料電池装置から前記車両に供給して前記蓄積部に蓄積させるように構成されている
    　ことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 　前記分配器は、電気エネルギーと前記改質ガスと熱エネルギーとの少なくとも１つを、前記余剰エネルギーとして前記車両に供給するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、
    　前記分配器は、前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に供給するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記車両は、電気エネルギーを蓄積する蓄電池を前記蓄積部として有し、
    　前記分配器は、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に供給するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記車両は、前記改質ガスを蓄積するタンクと電気エネルギーを蓄積する蓄電池とを前記蓄積部として有し、当該タンクに蓄積された前記改質ガスを用いて発電し前記蓄電池へ電力供給を行って当該蓄電池を充電する燃料電池スタックを搭載した燃料電池車であって、
    　前記分配器は、前記改質器で生成された前記改質ガス、および前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に供給するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記分配器は、
    　動作モードとして、前記改質器で生成された前記改質ガスを前記余剰エネルギーとして前記車両に供給するガス分配モードと、前記燃料電池装置で発電された電気エネルギーを前記余剰エネルギーとして前記車両に供給する電力分配モードとを有しており、
    　前記タンクの残量が第１の閾値を超えたときに前記動作モードを前記ガス分配モードから前記電力分配モードへ切り替える機能と、前記蓄電池の残容量が第２の閾値を超えたときに前記動作モードを前記電力分配モードから前記ガス分配モードへ切り替える機能との少なくとも一方の機能を持つ切替部を具備する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 　前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給する電力変換装置をさらに備え、
    　前記電力変換装置は、少なくとも前記タンクの残量を含む車両情報を取得する取得部と、当該車両情報に応じて前記負荷への給電を制御する給電制御部とを有する
    　ことを特徴とする請求項３，５，６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  8. 　前記電力変換装置は、前記改質器で生成された前記改質ガスが前記余剰エネルギーとして前記分配器により前記車両に供給されている間に、前記車両の前記燃料電池スタックで発電される電力を電力変換して前記需要家の前記負荷へ供給するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
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