JPH1145726A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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- JPH1145726A JPH1145726A JP9200336A JP20033697A JPH1145726A JP H1145726 A JPH1145726 A JP H1145726A JP 9200336 A JP9200336 A JP 9200336A JP 20033697 A JP20033697 A JP 20033697A JP H1145726 A JPH1145726 A JP H1145726A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 消化ガスやメタンリッチガスを余すことな
く、燃料電池の燃料ガスとして有効に利用することが可
能な燃料電池発電設備を提供する。 【解決手段】 燃料電池発電設備１には、都市ガス配管
５と消化ガス配管４とを合流させ、都市ガスと消化ガス
との混合ガスを原燃料として改質器９に供給する原燃料
配管３が備えられている。したがって、消化ガスにおけ
る発生量の変動や未達分を都市ガスで補い、都市ガスと
消化ガスとの混合ガスにより燃料電池発電設備１の燃料
ガス要求量を十分に満たすことができる。
く、燃料電池の燃料ガスとして有効に利用することが可
能な燃料電池発電設備を提供する。 【解決手段】 燃料電池発電設備１には、都市ガス配管
５と消化ガス配管４とを合流させ、都市ガスと消化ガス
との混合ガスを原燃料として改質器９に供給する原燃料
配管３が備えられている。したがって、消化ガスにおけ
る発生量の変動や未達分を都市ガスで補い、都市ガスと
消化ガスとの混合ガスにより燃料電池発電設備１の燃料
ガス要求量を十分に満たすことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、消化ガス等の、嫌
気性発酵によって得られるメタンリッチガスを用いて発
電を行う燃料電池発電設備に関するものである。
気性発酵によって得られるメタンリッチガスを用いて発
電を行う燃料電池発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】省資源や地球環境の保全が強く求められ
ている近年、コージェネレーション設備として燃料電池
発電設備が注目を集めている。燃料電池とは、燃料極で
あるアノードと酸化剤極であるカソードとの間に電解質
を保持する電解質層を挟み、アノードの背面に燃料ガス
を接触させると共に、カソードの背面に空気（酸化剤ガ
ス）を接触させることによって電気化学反応を生じさ
せ、この反応を利用して電気エネルギー及び熱エネルギ
ーを取出す装置である。燃料電池の特徴は、内部に燃焼
サイクルを持たないため、振動や騒音が小さく、公害要
因となるＳＯｘ、ＮＯｘの排出が少ないという点にあ
る。また、化学エネルギーから直接、電気エネルギーに
変換するので、発電効率が極めて高い。そのため、燃料
電池を含む発電設備は、クリーンな排気特性と高い発電
効率という利点を発揮することができ、省資源及び地球
環境保全を図るコージェネレーション設備として今後の
普及が大いに期待されている。
ている近年、コージェネレーション設備として燃料電池
発電設備が注目を集めている。燃料電池とは、燃料極で
あるアノードと酸化剤極であるカソードとの間に電解質
を保持する電解質層を挟み、アノードの背面に燃料ガス
を接触させると共に、カソードの背面に空気（酸化剤ガ
ス）を接触させることによって電気化学反応を生じさ
せ、この反応を利用して電気エネルギー及び熱エネルギ
ーを取出す装置である。燃料電池の特徴は、内部に燃焼
サイクルを持たないため、振動や騒音が小さく、公害要
因となるＳＯｘ、ＮＯｘの排出が少ないという点にあ
る。また、化学エネルギーから直接、電気エネルギーに
変換するので、発電効率が極めて高い。そのため、燃料
電池を含む発電設備は、クリーンな排気特性と高い発電
効率という利点を発揮することができ、省資源及び地球
環境保全を図るコージェネレーション設備として今後の
普及が大いに期待されている。
【０００３】また、燃料電池発電設備には上記の燃料電
池本体以外に、燃料電池本体に燃料ガスを供給する改質
器が不可欠である。改質器とは、主としてメタン（ＣＨ
4 ）からなる天然ガスを原燃料とし、これに水蒸気を加
えて加熱して水素リッチの燃料ガスに改質する装置であ
る。
池本体以外に、燃料電池本体に燃料ガスを供給する改質
器が不可欠である。改質器とは、主としてメタン（ＣＨ
4 ）からなる天然ガスを原燃料とし、これに水蒸気を加
えて加熱して水素リッチの燃料ガスに改質する装置であ
る。
【０００４】ところで、下水処理場で発生する消化ガス
やビール製造などの嫌気性発酵によって発生するガス
は、６０％程度のメタンを含むメタンリッチガスである
ことが知られている。そこで従来より、これらメタンリ
ッチガスを燃料電池へ供給する燃料ガスとして利用する
ことが検討、研究されている。［一例として： Ｈ．
Ｍｉｙａｈａｒａ ｅｔ ａｌ．：“Ｖａｒｉｏｕｓ
Ｆｕｅｌ Ａｐｐｌｉ-ｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ＯＮ−
ＳＩＴＥ ＦＣＰＰ” Ｔｈｅ ２ｎｄＩｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ（ＩＦＣＣ），Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｅｓｓｉｏｎ，ｐｐ．９５−９
８，ＮＥＤＯ（１９９６）］。
やビール製造などの嫌気性発酵によって発生するガス
は、６０％程度のメタンを含むメタンリッチガスである
ことが知られている。そこで従来より、これらメタンリ
ッチガスを燃料電池へ供給する燃料ガスとして利用する
ことが検討、研究されている。［一例として： Ｈ．
Ｍｉｙａｈａｒａ ｅｔ ａｌ．：“Ｖａｒｉｏｕｓ
Ｆｕｅｌ Ａｐｐｌｉ-ｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ＯＮ−
ＳＩＴＥ ＦＣＰＰ” Ｔｈｅ ２ｎｄＩｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ（ＩＦＣＣ），Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｅｓｓｉｏｎ，ｐｐ．９５−９
８，ＮＥＤＯ（１９９６）］。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池の
燃料ガスとして消化ガスなどのメタンリッチガスを利用
するためには、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を満
たす分だけの、メタンリッチガスを確保することが重要
である。しかしながら、下水処理場で発生する消化ガス
や、ビール製造などの嫌気性発酵によるメタンリッチガ
スの発生量は少なく、製品として一般に存在する燃料電
池発電設備の燃料ガス要求量に満たないことが多かっ
た。しかも、消化ガスやビール製造などの嫌気性発酵に
よるメタンリッチガスは、時間的・季節的あるいはその
他の要因によって発生量が大幅に変動することがある。
一方、燃料電池発電設備の出力負荷を決定する電力や熱
の消費量も時間的・季節的な変動が大きく、電力や熱の
消費量の変動パターンと前記ガス発生量の変動パターン
とは通常、一致していなかった。このように従来技術に
おいては、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を満足さ
せるだけの消化ガスあるいはメタンリッチガスの発生量
を確保することが困難であり、燃料電池の燃料ガスとし
て消化ガスやメタンリッチガスを有効に利用するまでに
は至らなかった。
燃料ガスとして消化ガスなどのメタンリッチガスを利用
するためには、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を満
たす分だけの、メタンリッチガスを確保することが重要
である。しかしながら、下水処理場で発生する消化ガス
や、ビール製造などの嫌気性発酵によるメタンリッチガ
スの発生量は少なく、製品として一般に存在する燃料電
池発電設備の燃料ガス要求量に満たないことが多かっ
た。しかも、消化ガスやビール製造などの嫌気性発酵に
よるメタンリッチガスは、時間的・季節的あるいはその
他の要因によって発生量が大幅に変動することがある。
一方、燃料電池発電設備の出力負荷を決定する電力や熱
の消費量も時間的・季節的な変動が大きく、電力や熱の
消費量の変動パターンと前記ガス発生量の変動パターン
とは通常、一致していなかった。このように従来技術に
おいては、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を満足さ
せるだけの消化ガスあるいはメタンリッチガスの発生量
を確保することが困難であり、燃料電池の燃料ガスとし
て消化ガスやメタンリッチガスを有効に利用するまでに
は至らなかった。
【０００６】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
消化ガスやメタンリッチガスを余すことなく、燃料電池
の燃料ガスとして有効に利用することが可能な燃料電池
発電設備を提供することである。
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
消化ガスやメタンリッチガスを余すことなく、燃料電池
の燃料ガスとして有効に利用することが可能な燃料電池
発電設備を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の燃料電池発電設備は、空気及び燃料ガス
を取入れて電気エネルギー及び熱エネルギーを取出す燃
料電池本体と、原燃料と水蒸気とを取入れて水素リッチ
の燃料ガスに改質しこの燃料ガスを前記燃料電池本体に
供給する改質器とが設けられた燃料電池発電設備におい
て、都市ガスを供給する都市ガス配管と、消化ガスを供
給する消化ガス配管とが設けられ、前記都市ガス配管と
消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと消化ガスとの混
合ガスを原燃料として前記改質器に供給する原燃料配管
が備えられたことを特徴とする。
に、請求項１の燃料電池発電設備は、空気及び燃料ガス
を取入れて電気エネルギー及び熱エネルギーを取出す燃
料電池本体と、原燃料と水蒸気とを取入れて水素リッチ
の燃料ガスに改質しこの燃料ガスを前記燃料電池本体に
供給する改質器とが設けられた燃料電池発電設備におい
て、都市ガスを供給する都市ガス配管と、消化ガスを供
給する消化ガス配管とが設けられ、前記都市ガス配管と
消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと消化ガスとの混
合ガスを原燃料として前記改質器に供給する原燃料配管
が備えられたことを特徴とする。
【０００８】このような請求項１の発明では、都市ガス
配管と消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと消化ガス
との混合ガスを原燃料として燃料電池発電設備内の改質
器に供給することができる。したがって、消化ガスにお
ける発生量の変動や未達分を都市ガスで補うことが可能
であり、消化ガスの発生量における時間的・季節的な変
動に左右されることなく、都市ガスと消化ガスとの混合
ガスによって燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を十分
に満たすことができる。
配管と消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと消化ガス
との混合ガスを原燃料として燃料電池発電設備内の改質
器に供給することができる。したがって、消化ガスにお
ける発生量の変動や未達分を都市ガスで補うことが可能
であり、消化ガスの発生量における時間的・季節的な変
動に左右されることなく、都市ガスと消化ガスとの混合
ガスによって燃料電池発電設備の燃料ガス要求量を十分
に満たすことができる。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電
池発電設備において、前記都市ガス配管及び前記消化ガ
ス配管の各経路に、ガス流量を調節する都市ガス流量調
節手段及び消化ガス流量調節手段がそれぞれ設置された
ことを特徴とするものである。
池発電設備において、前記都市ガス配管及び前記消化ガ
ス配管の各経路に、ガス流量を調節する都市ガス流量調
節手段及び消化ガス流量調節手段がそれぞれ設置された
ことを特徴とするものである。
【００１０】請求項２に対応する燃料電池発電設備で
は、請求項１記載の燃料電池発電設備において、都市ガ
ス配管及び消化ガス配管の各経路にガス流量調節手段を
設置するので、電力需要や熱需要の変化またはその他の
理由により燃料電池発電設備の出力を変化させる必要が
生じた場合に、前記ガス流量調節手段によって任意に都
市ガス及び消化ガスの流量を変化させることが可能であ
る。したがって、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量に
相当するだけの混合ガスを、原燃料として改質器に対し
安定供給することができる。
は、請求項１記載の燃料電池発電設備において、都市ガ
ス配管及び消化ガス配管の各経路にガス流量調節手段を
設置するので、電力需要や熱需要の変化またはその他の
理由により燃料電池発電設備の出力を変化させる必要が
生じた場合に、前記ガス流量調節手段によって任意に都
市ガス及び消化ガスの流量を変化させることが可能であ
る。したがって、燃料電池発電設備の燃料ガス要求量に
相当するだけの混合ガスを、原燃料として改質器に対し
安定供給することができる。
【００１１】請求項３の発明は、請求項２記載の燃料電
池発電設備において、前記消化ガス流量調節手段よりも
前記都市ガス流量調節手段を優先して作動させる制御手
段が設けられたことを特徴とする。
池発電設備において、前記消化ガス流量調節手段よりも
前記都市ガス流量調節手段を優先して作動させる制御手
段が設けられたことを特徴とする。
【００１２】このような燃料電池発電設備では、電力需
要や熱需要の変化またはその他の理由により燃料電池発
電設備の出力を変化させる場合、都市ガス流量調節手段
を消化ガス流量調節手段よりも優先して作動させるの
で、消化ガスの流量は燃料電池発電設備の出力変化によ
る影響を受ける度合が少なく、常に理想的な流量状態で
消化ガスを利用することができる。また、燃料電池発電
設備の出力低下に伴って混合ガスの流量を絞り込む場合
でも、まず都市ガス流量側を絞り込むので、消化ガスの
一部を余剰ガスとして廃棄する量を最小限に抑えること
ができ、消化ガスを最大限利用することができる。
要や熱需要の変化またはその他の理由により燃料電池発
電設備の出力を変化させる場合、都市ガス流量調節手段
を消化ガス流量調節手段よりも優先して作動させるの
で、消化ガスの流量は燃料電池発電設備の出力変化によ
る影響を受ける度合が少なく、常に理想的な流量状態で
消化ガスを利用することができる。また、燃料電池発電
設備の出力低下に伴って混合ガスの流量を絞り込む場合
でも、まず都市ガス流量側を絞り込むので、消化ガスの
一部を余剰ガスとして廃棄する量を最小限に抑えること
ができ、消化ガスを最大限利用することができる。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１、２または３
記載の燃料電池発電設備において、前記都市ガス配管に
より供給される都市ガスを改質するのに必要な水蒸気
と、前記消化ガス配管により供給される消化ガスを改質
するのに必要な水蒸気との合計量以上の水蒸気を、前記
改質器に供給するように構成されたことを構成上の特徴
とする。
記載の燃料電池発電設備において、前記都市ガス配管に
より供給される都市ガスを改質するのに必要な水蒸気
と、前記消化ガス配管により供給される消化ガスを改質
するのに必要な水蒸気との合計量以上の水蒸気を、前記
改質器に供給するように構成されたことを構成上の特徴
とする。
【００１４】請求項５の発明は、請求項４記載の燃料電
池発電設備において、燃料電池発電設備の負荷を上昇さ
せる場合には前記改質器への原燃料供給量の上昇に先行
して前記改質器への水蒸気供給量を増加させ、燃料電池
発電設備の負荷を下降させる場合には前記改質器への水
蒸気供給量の減少に先行して前記改質器への原燃料供給
量を下降させるように構成されたことを特徴とする。
池発電設備において、燃料電池発電設備の負荷を上昇さ
せる場合には前記改質器への原燃料供給量の上昇に先行
して前記改質器への水蒸気供給量を増加させ、燃料電池
発電設備の負荷を下降させる場合には前記改質器への水
蒸気供給量の減少に先行して前記改質器への原燃料供給
量を下降させるように構成されたことを特徴とする。
【００１５】原燃料を水素リッチガスに改質するために
は、原燃料の流量に対し一定の比率で水蒸気を混入しな
くてはならない。この比率は原燃料の種類によって異な
るものであり、複数種類のガスからなる混合ガスの場
合、各々のガスの供給量に対して適した水蒸気量が決ま
り、これらの合計の水蒸気量を混合ガスに供給する必要
がある。請求項４及び５に対応する燃料電池発電設備に
おいては、都市ガス及び消化ガスそれぞれの改質のため
に必要となる水蒸気の合計量以上の水蒸気を都市ガスと
消化ガスの混合ガスの改質のために供給することができ
るので、混合ガスによる運転に対して改質反応を十分に
行うことができる条件を整えることができる。特に、請
求項５の発明では、燃料電池発電設備の負荷が変化する
場合であっても、混合ガス改質用の水蒸気を十分に供給
することが可能である。
は、原燃料の流量に対し一定の比率で水蒸気を混入しな
くてはならない。この比率は原燃料の種類によって異な
るものであり、複数種類のガスからなる混合ガスの場
合、各々のガスの供給量に対して適した水蒸気量が決ま
り、これらの合計の水蒸気量を混合ガスに供給する必要
がある。請求項４及び５に対応する燃料電池発電設備に
おいては、都市ガス及び消化ガスそれぞれの改質のため
に必要となる水蒸気の合計量以上の水蒸気を都市ガスと
消化ガスの混合ガスの改質のために供給することができ
るので、混合ガスによる運転に対して改質反応を十分に
行うことができる条件を整えることができる。特に、請
求項５の発明では、燃料電池発電設備の負荷が変化する
場合であっても、混合ガス改質用の水蒸気を十分に供給
することが可能である。
【００１６】請求項６の発明は、請求項１、２、３、４
または５記載の燃料電池発電設備において、前記都市ガ
スに代えてＬＰＧ（液化石油ガス）が用いられたことを
特徴とする。
または５記載の燃料電池発電設備において、前記都市ガ
スに代えてＬＰＧ（液化石油ガス）が用いられたことを
特徴とする。
【００１７】請求項６に対応する燃料電池発電設備で
は、都市ガスの代わりにＬＰＧを使用して都市ガスの場
合と同様の作用を発揮することができる。
は、都市ガスの代わりにＬＰＧを使用して都市ガスの場
合と同様の作用を発揮することができる。
【００１８】請求項７の発明は、請求項１、２、３、
４、５または６記載の燃料電池発電設備において、前記
消化ガスに代えて消化ガス以外の嫌気性発酵によって得
られるメタンリッチガスが用いられたことを特徴とす
る。
４、５または６記載の燃料電池発電設備において、前記
消化ガスに代えて消化ガス以外の嫌気性発酵によって得
られるメタンリッチガスが用いられたことを特徴とす
る。
【００１９】請求項７に対応する燃料電池発電設備は、
消化ガス以外の嫌気性発酵によって得られるメタンリッ
チガスも消化ガスとほぼ同様の特性を示すので、消化ガ
スの代わりにこのようなメタンリッチガスを使用して消
化ガスの場合と同様の作用を発揮することができる。
消化ガス以外の嫌気性発酵によって得られるメタンリッ
チガスも消化ガスとほぼ同様の特性を示すので、消化ガ
スの代わりにこのようなメタンリッチガスを使用して消
化ガスの場合と同様の作用を発揮することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して具体的に説明する。
て図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】（１）第１の実施の形態 ［構成］第１の実施の形態は、請求項１〜３記載の発明
を包含する実施の形態であり、図１に示すように、燃料
電池発電設備１には空気及び燃料ガスを取入れて電気エ
ネルギー及び熱エネルギーを取出す燃料電池本体１１
と、原燃料と水蒸気とを取入れて水素リッチの燃料ガス
に改質しこの燃料ガスを燃料電池本体１１に供給する改
質器９とが設けられている。
を包含する実施の形態であり、図１に示すように、燃料
電池発電設備１には空気及び燃料ガスを取入れて電気エ
ネルギー及び熱エネルギーを取出す燃料電池本体１１
と、原燃料と水蒸気とを取入れて水素リッチの燃料ガス
に改質しこの燃料ガスを燃料電池本体１１に供給する改
質器９とが設けられている。
【００２２】また、燃料電池発電設備１には消化ガス配
管４と都市ガス配管５とを合流させて都市ガスと消化ガ
スとの混合ガスを原燃料として前記改質器９に供給する
原燃料配管３が接続されている。さらに、消化ガス配管
４及び都市ガス配管５の各経路には、ガス流量を調節す
る消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７がそ
れぞれ設置されている。
管４と都市ガス配管５とを合流させて都市ガスと消化ガ
スとの混合ガスを原燃料として前記改質器９に供給する
原燃料配管３が接続されている。さらに、消化ガス配管
４及び都市ガス配管５の各経路には、ガス流量を調節す
る消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７がそ
れぞれ設置されている。
【００２３】これら消化ガス流量調節弁６及び都市ガス
流量調節弁７には制御装置８が接続されている。この制
御装置８は燃料電池発電設備１内に組込まれており、消
化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７に対して
燃料電池発電設備１の出力変化信号を発すると共に、消
化ガス流量調節弁６よりも都市ガス流量調節弁７を優先
して作動させるように構成されている。また、消化ガス
配管４の端部には消化ガスを消化ガス配管４内に送込む
消化ガス発生装置２が設置されている。消化ガス発生装
置２は消化ガス流量調節弁６に対して流量設定信号を出
力するように構成されている。
流量調節弁７には制御装置８が接続されている。この制
御装置８は燃料電池発電設備１内に組込まれており、消
化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７に対して
燃料電池発電設備１の出力変化信号を発すると共に、消
化ガス流量調節弁６よりも都市ガス流量調節弁７を優先
して作動させるように構成されている。また、消化ガス
配管４の端部には消化ガスを消化ガス配管４内に送込む
消化ガス発生装置２が設置されている。消化ガス発生装
置２は消化ガス流量調節弁６に対して流量設定信号を出
力するように構成されている。
【００２４】［作用・効果］以上のような構成を有する
第１の実施の形態の作用は以下の通りである。すなわ
ち、通常時は消化ガス発生装置２から出力される流量設
定信号に応じて、消化ガス流量調節弁６は消化ガス発生
装置２から送られる消化ガスのすべてを燃料電池発電設
備１に供給するようにガス流量を制御する。一方、都市
ガス流量調節弁７は、燃料電池発電設備１の必要とする
燃料ガス消費量と消化ガス流量調節弁６を経由して供給
される消化ガス量の差分を補うようにガス流量を制御す
る。このようにして、消化ガスにおける発生量の変動や
未達分を都市ガスで補うことができ、原燃料配管３を通
じて都市ガスと消化ガスとの混合ガスを原燃料として十
分に改質器９に供給することができる。その結果、燃料
電池発電設備１の燃料ガス消費量を満足させることがで
き、消化ガスの発生量における時間的・季節的な変動に
左右されることなく、燃料電池発電設備１の出力（電気
及び熱）要求を確実に満たすことができる。
第１の実施の形態の作用は以下の通りである。すなわ
ち、通常時は消化ガス発生装置２から出力される流量設
定信号に応じて、消化ガス流量調節弁６は消化ガス発生
装置２から送られる消化ガスのすべてを燃料電池発電設
備１に供給するようにガス流量を制御する。一方、都市
ガス流量調節弁７は、燃料電池発電設備１の必要とする
燃料ガス消費量と消化ガス流量調節弁６を経由して供給
される消化ガス量の差分を補うようにガス流量を制御す
る。このようにして、消化ガスにおける発生量の変動や
未達分を都市ガスで補うことができ、原燃料配管３を通
じて都市ガスと消化ガスとの混合ガスを原燃料として十
分に改質器９に供給することができる。その結果、燃料
電池発電設備１の燃料ガス消費量を満足させることがで
き、消化ガスの発生量における時間的・季節的な変動に
左右されることなく、燃料電池発電設備１の出力（電気
及び熱）要求を確実に満たすことができる。
【００２５】ところで、電力需要や熱需要の変化または
その他の理由により燃料電池発電設備１の出力を変化さ
せる場合、制御装置８が消化ガス流量調節弁６及び都市
ガス流量調節弁７に対して出力変化信号を発する。この
とき、第１の実施の形態では都市ガス流量調節弁７を消
化ガス流量調節弁６よりも優先して作動させるようにな
っいるので、消化ガスの流量は燃料電池発電設備の出力
変化による影響を受けることがない。したがって、消化
ガス発生装置２側の運転条件は電力需要や熱需要の変動
の影響がなく、消化ガス発生装置２側の都合を優先した
運転が可能となる。その結果、消化ガス発生装置２を常
に最良の条件で運用することができ、発生した消化ガス
を無駄なくすべて利用することができる。
その他の理由により燃料電池発電設備１の出力を変化さ
せる場合、制御装置８が消化ガス流量調節弁６及び都市
ガス流量調節弁７に対して出力変化信号を発する。この
とき、第１の実施の形態では都市ガス流量調節弁７を消
化ガス流量調節弁６よりも優先して作動させるようにな
っいるので、消化ガスの流量は燃料電池発電設備の出力
変化による影響を受けることがない。したがって、消化
ガス発生装置２側の運転条件は電力需要や熱需要の変動
の影響がなく、消化ガス発生装置２側の都合を優先した
運転が可能となる。その結果、消化ガス発生装置２を常
に最良の条件で運用することができ、発生した消化ガス
を無駄なくすべて利用することができる。
【００２６】また、燃料電池発電設備１の出力要求が低
下して、消費する原燃料の量が消化ガスの発生量を下回
った場合には、制御装置８より発せられる出力変化信号
により都市ガス流量調節弁７は全閉となり、また消化ガ
ス流量調節弁６は前記出力変化信号に追従して消化ガス
流量を制御する運転を行うことができる。つまり、燃料
電池発電設備１の出力要求が低い値となった場合は、都
市ガスのガス流量を絞り込み、消化ガスだけを最大限有
効に利用することができる。
下して、消費する原燃料の量が消化ガスの発生量を下回
った場合には、制御装置８より発せられる出力変化信号
により都市ガス流量調節弁７は全閉となり、また消化ガ
ス流量調節弁６は前記出力変化信号に追従して消化ガス
流量を制御する運転を行うことができる。つまり、燃料
電池発電設備１の出力要求が低い値となった場合は、都
市ガスのガス流量を絞り込み、消化ガスだけを最大限有
効に利用することができる。
【００２７】（２）第２の実施の形態 ［構成］第２の実施の形態は、請求項４，５記載の発明
を包含する実施の形態である。なお、図１に示した第１
の実施形態と同一の部材については、同一の符号を付し
て説明を省略する。図２に示すように、第２の実施の形
態においては、前記第１の実施の形態に加え、燃料電池
発電設備１の内部に水蒸気流量調節弁１０が構成要素と
して追加されている点に特徴がある。また、制御装置８
は消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７から
それぞれの流量信号を入力し、水蒸気流量調節弁１０に
対して制御信号を出力するように構成されている。
を包含する実施の形態である。なお、図１に示した第１
の実施形態と同一の部材については、同一の符号を付し
て説明を省略する。図２に示すように、第２の実施の形
態においては、前記第１の実施の形態に加え、燃料電池
発電設備１の内部に水蒸気流量調節弁１０が構成要素と
して追加されている点に特徴がある。また、制御装置８
は消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調節弁７から
それぞれの流量信号を入力し、水蒸気流量調節弁１０に
対して制御信号を出力するように構成されている。
【００２８】このとき、水蒸気流量調節弁１０は都市ガ
ス及び消化ガスを改質するのに必要な水蒸気の合計量以
上の水蒸気を、改質器９に供給するように構成されてい
る。また、燃料電池発電設備１の負荷を上昇させる場合
には改質器９への原燃料供給量の上昇に先行して改質器
９への水蒸気供給量を増加させ、燃料電池発電設備１の
負荷を下降させる場合には改質器９への水蒸気供給量の
減少に先行して改質器９への原燃料供給量を下降させる
ように構成されている。
ス及び消化ガスを改質するのに必要な水蒸気の合計量以
上の水蒸気を、改質器９に供給するように構成されてい
る。また、燃料電池発電設備１の負荷を上昇させる場合
には改質器９への原燃料供給量の上昇に先行して改質器
９への水蒸気供給量を増加させ、燃料電池発電設備１の
負荷を下降させる場合には改質器９への水蒸気供給量の
減少に先行して改質器９への原燃料供給量を下降させる
ように構成されている。
【００２９】［作用・効果］以上のような構成を有する
第２実施の形態の作用は以下の通りである。すなわち、
制御装置８が消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調
節弁７からそれぞれ流量信号を入力し、これら流量情報
に対して各々のガス流量に適した水蒸気量を決め、これ
らの合計の水蒸気量よりも多い水蒸気量を、改質器９に
供給するように水蒸気流量調節弁１０に制御信号を出力
する。これは、水蒸気流量が少ないと、改質器９の触媒
に炭素が折出する等により改質器９の性能を劣化させる
ことがあるので、制御装置８からの水蒸気流量を前記の
合計水蒸気量よりも若干余裕をみた値とするためであ
る。
第２実施の形態の作用は以下の通りである。すなわち、
制御装置８が消化ガス流量調節弁６及び都市ガス流量調
節弁７からそれぞれ流量信号を入力し、これら流量情報
に対して各々のガス流量に適した水蒸気量を決め、これ
らの合計の水蒸気量よりも多い水蒸気量を、改質器９に
供給するように水蒸気流量調節弁１０に制御信号を出力
する。これは、水蒸気流量が少ないと、改質器９の触媒
に炭素が折出する等により改質器９の性能を劣化させる
ことがあるので、制御装置８からの水蒸気流量を前記の
合計水蒸気量よりも若干余裕をみた値とするためであ
る。
【００３０】また、燃料電池発電設備１の負荷を上昇さ
せる場合には、原燃料流量の上昇に先行して水蒸気流量
の増加を行う指令を、反対に燃料電池発電設備１の負荷
を下降させる場合には水蒸気流量の減少に先行して原燃
料流量の下降を行う指令を、それぞれ制御装置８から出
力する。このような第２の実施の形態によれば、消化ガ
スと都市ガスとの混合ガスによる燃料電池発電設備１の
運転に対して、定常運転時及び負荷変化時を含めて改質
器９内で進行する改質反応を常に正常な状態で行うこと
ができ、改質器９を長期間健全な状態に保つことが可能
である。
せる場合には、原燃料流量の上昇に先行して水蒸気流量
の増加を行う指令を、反対に燃料電池発電設備１の負荷
を下降させる場合には水蒸気流量の減少に先行して原燃
料流量の下降を行う指令を、それぞれ制御装置８から出
力する。このような第２の実施の形態によれば、消化ガ
スと都市ガスとの混合ガスによる燃料電池発電設備１の
運転に対して、定常運転時及び負荷変化時を含めて改質
器９内で進行する改質反応を常に正常な状態で行うこと
ができ、改質器９を長期間健全な状態に保つことが可能
である。
【００３１】（３）他の実施の形態 本発明は以上のような実施の形態に限定されるものでは
なく、請求項６の発明に対応する実施の形態として、都
市ガスの代わりにＬＰＧ（液化石油ガス）を適用するこ
とによっても、第１及び第２の実施の形態と同様の作用
効果を得ることができる。
なく、請求項６の発明に対応する実施の形態として、都
市ガスの代わりにＬＰＧ（液化石油ガス）を適用するこ
とによっても、第１及び第２の実施の形態と同様の作用
効果を得ることができる。
【００３２】また、請求項７の発明に対応する実施の形
態として、下水処理場にて得られる消化ガスの代わり
に、他の嫌気性発酵手段によって得られるメタンリッチ
ガス（ビール製造過程で得られるガスや、推肥や有機物
を含むゴミ等の発酵で得られるガス等々）を適用するこ
とによっても、第１及び第２の実施の形態と同様の作用
効果を得ることができる。
態として、下水処理場にて得られる消化ガスの代わり
に、他の嫌気性発酵手段によって得られるメタンリッチ
ガス（ビール製造過程で得られるガスや、推肥や有機物
を含むゴミ等の発酵で得られるガス等々）を適用するこ
とによっても、第１及び第２の実施の形態と同様の作用
効果を得ることができる。
【００３３】さらに、上記の実施の形態では、各配管
３，４，５を燃料電池発電設備１のパッケージ外部に設
けているが、燃料電池発電設備１において消化ガスと都
市ガスの２つの燃料入口部を形成し、消化ガス流量調節
弁６及び都市ガス流量調節弁７を含むこれらより下流の
配管部分をすべて燃料電池発電設備１のパッケージ内に
含む構成であっても良い。
３，４，５を燃料電池発電設備１のパッケージ外部に設
けているが、燃料電池発電設備１において消化ガスと都
市ガスの２つの燃料入口部を形成し、消化ガス流量調節
弁６及び都市ガス流量調節弁７を含むこれらより下流の
配管部分をすべて燃料電池発電設備１のパッケージ内に
含む構成であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
都市ガス配管と消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと
消化ガスとの混合ガスを原燃料として改質器に供給する
原燃料配管を備えるという極めて簡単な構成により、消
化ガスにおける発生量の変動や未達分を都市ガスで補う
ことができ、消化ガスを余すことなく、燃料電池の燃料
ガスとして有効に利用することが可能な燃料電池発電設
備を得ることができた。
都市ガス配管と消化ガス配管とを合流させ、都市ガスと
消化ガスとの混合ガスを原燃料として改質器に供給する
原燃料配管を備えるという極めて簡単な構成により、消
化ガスにおける発生量の変動や未達分を都市ガスで補う
ことができ、消化ガスを余すことなく、燃料電池の燃料
ガスとして有効に利用することが可能な燃料電池発電設
備を得ることができた。
【図１】本発明の燃料電池発電設備の第１の実施の形態
を示す構成図
を示す構成図
【図２】本発明の燃料電池発電設備の第２の実施の形態
を示す構成図
を示す構成図
１…燃料電池発電設備 ２…消化ガス発生設備 ３…原燃料配管 ４…消化ガス配管 ５…都市ガス配管 ６…消化ガス流量調節弁 ７…都市ガス流量調節弁 ８…制御装置 ９…改質器 １０…水蒸気流量調節弁 １１…燃料電池本体
Claims (7)
- 【請求項１】 空気及び燃料ガスを取入れて電気エネル
ギー及び熱エネルギーを取出す燃料電池本体と、原燃料
と水蒸気とを取入れて水素リッチの燃料ガスに改質しこ
の燃料ガスを前記燃料電池本体に供給する改質器とが設
けられた燃料電池発電設備において、 都市ガスを供給する都市ガス配管と、消化ガスを供給す
る消化ガス配管とが設けられ、 前記都市ガス配管と消化ガス配管とを合流させ、都市ガ
スと消化ガスとの混合ガスを原燃料として前記改質器に
供給する原燃料配管が備えられたことを特徴とする燃料
電池発電設備。 - 【請求項２】 前記都市ガス配管及び前記消化ガス配管
の各経路に、ガス流量を調節する都市ガス流量調節手段
及び消化ガス流量調節手段がそれぞれ設置されたことを
特徴とする請求項１記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項３】 前記消化ガス流量調節手段よりも前記都
市ガス流量調節手段を優先して作動させる制御手段が設
けられたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電
設備。 - 【請求項４】 前記都市ガス配管により供給される都市
ガスを改質するのに必要な水蒸気と、前記消化ガス配管
により供給される消化ガスを改質するのに必要な水蒸気
との合計量以上の水蒸気を、前記改質器に供給するよう
に構成されたことを特徴とする請求項１、２または３記
載の燃料電池発電設備。 - 【請求項５】 燃料電池発電設備の負荷を上昇させる場
合には前記改質器への原燃料供給量の上昇に先行して前
記改質器への水蒸気供給量を増加させ、燃料電池発電設
備の負荷を下降させる場合には前記改質器への水蒸気供
給量の減少に先行して前記改質器への原燃料供給量を下
降させるように構成されたことを特徴とする請求項４記
載の燃料電池発電設備。 - 【請求項６】 前記都市ガスに代えてＬＰＧ（液化石油
ガス）が用いられたことを特徴とする請求項１、２、
３、４または５記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項７】 前記消化ガスに代えて消化ガス以外の嫌
気性発酵によって得られるメタンリッチガスが用いられ
たことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６
記載の燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9200336A JPH1145726A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9200336A JPH1145726A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 燃料電池発電設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1145726A true JPH1145726A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16422607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9200336A Pending JPH1145726A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1145726A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511923A (ja) * | 2002-12-19 | 2006-04-06 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 複数の燃料で作動する燃料電池発電装置用の燃料混合制御 |
| JP2012242011A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Tokyo Gas Co Ltd | バイオガス燃焼制御システム及びその燃焼制御方法 |
| JP2013048084A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-03-07 | Metawater Co Ltd | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| JP2014011051A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Metawater Co Ltd | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| WO2022181511A1 (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池の燃料ガス供給装置 |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP9200336A patent/JPH1145726A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511923A (ja) * | 2002-12-19 | 2006-04-06 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 複数の燃料で作動する燃料電池発電装置用の燃料混合制御 |
| JP2012242011A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Tokyo Gas Co Ltd | バイオガス燃焼制御システム及びその燃焼制御方法 |
| JP2013048084A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-03-07 | Metawater Co Ltd | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| JP2014011051A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Metawater Co Ltd | 燃料電池発電装置およびその制御方法 |
| WO2022181511A1 (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池の燃料ガス供給装置 |
| JP2022131495A (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-07 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池の燃料ガス供給装置 |
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