專利名稱：氫氣站和燃料電池系統(tǒng)以及氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣站和燃料電池系統(tǒng)以及氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，特別是涉及利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的氫氣站和使用該改性氣體發(fā)電的多個(gè)燃料電池構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以氫氣為燃料同時(shí)發(fā)生電和熱的燃料電池，具有優(yōu)異的將燃料能量變換為有效的電能和熱能的變換效率。因此，人類對(duì)燃料電池系統(tǒng)寄予期望，希望這種電池系統(tǒng)能夠利用高變換效率，作為減少地球溫室化的原因即二氧化碳的一種手段，抑制二氧化碳的排放。
但是，另一方面，作為燃料電池的燃料的氫氣的供給系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施很難說(shuō)是已經(jīng)充分準(zhǔn)備好，能夠以已有的城市煤氣等基礎(chǔ)設(shè)施供給的原料氣體為基礎(chǔ)生成氫氣的改性器同時(shí)設(shè)置(參照專利文獻(xiàn)1，即日本特開平07-57756號(hào)公報(bào))。
又，為了穩(wěn)定地、高效率地供給氫氣，開發(fā)研究了使氫氣的分離和生成比較容易的將原料煤氣供給作為基礎(chǔ)設(shè)施整備，并且能夠回收分離之后的原料氣體再利用的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)2，即日本特開2002-274801號(hào)公報(bào))。
而且作為地區(qū)氫氣供應(yīng)的一種形態(tài)，建議將改性器、氫氣使用設(shè)備、以及氫氣貯存手段網(wǎng)絡(luò)化的氫氣供給系統(tǒng)，利用這種系統(tǒng)能夠高效率地提供需要的氫氣而不會(huì)發(fā)生供求過量或不足(參照專利文獻(xiàn)3，即日本特開平2002-372199號(hào)公報(bào))。
設(shè)想將專利文獻(xiàn)1所述的燃料電池系統(tǒng)作為例如家庭用的燃料電池系統(tǒng)使用的情況，根據(jù)時(shí)時(shí)刻刻變化的對(duì)燃料電池要求的發(fā)電量或發(fā)熱量，使與燃料電池并設(shè)的改性器生成的氫氣量可改變地控制改性器的動(dòng)作。
但是，利用改性器生成氫氣的改性反應(yīng)(吸熱反應(yīng))通常在700℃左右的溫度下進(jìn)行。因此，頻繁改變氫氣量引起改性器工作條件(溫度等)的改變，造成不少的熱量的損失，其結(jié)果是使改性器生成氫氣的效率下降。例如改性器的溫度一旦下降到室溫以下，如果想要重新使該改性器的溫度升高到700℃，伴隨該升溫動(dòng)作損失的啟動(dòng)能量和時(shí)間上的損失是不能夠無(wú)視的。
亦即對(duì)于家庭用的燃料電池系統(tǒng)那樣時(shí)時(shí)刻刻要求改變發(fā)電量的系統(tǒng)，使用專利文獻(xiàn)1所述的燃料電池，要提高與燃料電池并設(shè)的改性器的能量利用效率是困難的，因此是不理想的。
與專利文獻(xiàn)1的燃料電池系統(tǒng)相比，在專利文獻(xiàn)2的氫氣貯存系統(tǒng)和供給系統(tǒng)中，通過使用氫氣的分離和生成容易的原料氣體，雖然也存在氫氣分離之后的原料氣體的回收和再生上的麻煩，但是這種氫氣貯存和供給系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)家庭內(nèi)的電力負(fù)荷變動(dòng)。
又，在專利文獻(xiàn)3的氫氣供給系統(tǒng)中，改性器、多個(gè)使用氫氣的設(shè)備(例如燃料電池)、以及氫氣貯存手段等各種設(shè)備相互連接形成可通氫氣的網(wǎng)絡(luò)，期望以此使使用氫氣的設(shè)備對(duì)應(yīng)的氫氣需求的波動(dòng)能夠相互抵消，謀求這個(gè)系統(tǒng)的氫氣需求平穩(wěn)化，其結(jié)果是，氫氣供給量也平穩(wěn)化。因此專利文獻(xiàn)3的氫氣供給系統(tǒng)能夠?qū)⒏男云鞯墓ぷ鳁l件保持一定，可望能夠消除專利文獻(xiàn)1的氫氣生成效率低下的原因。
但是，從燃料電池的燃料氣體供給口提供給陽(yáng)極的氫氣的一部分沒有在陽(yáng)極消耗掉，而與水蒸汽和二氧化碳一起作為廢氣從燃料氣體排出口排出到外部。排出的廢氣具有規(guī)定的熱能，能夠作為資源利用，從提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的能量利用效率的觀點(diǎn)出發(fā)，人們期望能夠確立這樣的廢氣的有效利用方法。
但是，專利文獻(xiàn)3的氫氣供給系統(tǒng)中沒有記載從燃料電池的陽(yáng)極排出的廢氣的有效利用，其回收方法也沒有披露。
又，在專利文獻(xiàn)2的燃料電池系統(tǒng)中，只不過是建議利用吸氫合金回收廢氣，與專利文獻(xiàn)3的氫氣供給系統(tǒng)一樣，該專利文獻(xiàn)2的燃料電池系統(tǒng)也沒有涉及廢氣的有效利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，其目的在于提供回收從多個(gè)燃料電池的燃料氣體排出口排出的包含未消耗的氫氣廢氣，將該廢氣加以有效利用的氫氣站和燃料電池系統(tǒng)。
又，本發(fā)明的目的在于提供對(duì)多個(gè)燃料電池的燃料氣體排出口排出的廢氣的價(jià)值加以估計(jì)的能夠執(zhí)行合適的氫氣收費(fèi)的氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置。
本發(fā)明的氫氣站具備利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的改性器、與氣體供給配管連通，向多個(gè)燃料電池提供所述改性氣體用的氣體供給端口、以及與氣體回收配管連通，從所述燃料電池接收包含未被所述燃料電池消耗的氫氣的廢氣用的氣體回收端口，消耗所述廢氣。
又，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具備利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的氫氣站、利用所述氫氣站提供的改性氣體發(fā)電，同時(shí)將所述發(fā)電中未消耗的改性氣體、即廢氣排出到外部的多個(gè)燃料電池、將所述改性氣體從所述氫氣站引向所述燃料電池用的氣體供給配管、以及從所述燃料電池將所述廢氣引向所述氫氣站用的廢氣回收配管。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠回收各燃料電池的陽(yáng)極排出的包含未消耗的氫氣的廢氣，將該廢氣加以有效利用。
在這里，也可以具有筒狀的內(nèi)配管和配置于該內(nèi)配管周圍的筒狀的外配管構(gòu)成的雙重配管，所述內(nèi)配管和所述外配管之一構(gòu)成所述氣體供給配管，另一配管則構(gòu)成所述氣體回收配管。
于是，在各氣體供給對(duì)象供給用和回收用的兩種配管共存造成的配管施工的不良影響得以消除。
又可以是，所述內(nèi)配管構(gòu)成所述氣體回收配管，所述外配管構(gòu)成所述氣體供給配管。
以此可以對(duì)通過內(nèi)配管與外配管之間的筒狀空間傳送到燃料電池的燃料氣體供給口的改性氣體，利用其與通過內(nèi)配管的內(nèi)部空間從燃料氣體排出口流出的廢氣進(jìn)行的熱交換進(jìn)行加熱，同時(shí)可以利用流過其周圍的改性氣體的存在抑制廢氣的放熱。
又可以具備配置于所述氣體供給配管的中途，貯存所述氫氣站提供的所述改性氣體的改性氣體貯存部，也可以具備配置于所述氣體回收配管的中途，貯存所述燃料電池排出的所述廢氣的廢氣貯存部。
以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于燃料電池的各種發(fā)電量的改性氣體的穩(wěn)定供應(yīng)和廢氣的穩(wěn)定回收，改善分散型燃料電池系統(tǒng)使用上的方便性，同時(shí)提高其運(yùn)行效率。
也可以是所述氫氣站具備對(duì)所述改性反應(yīng)提供必要的熱量的第1燃燒器，所述第1燃燒器燃燒所述廢氣以生成所述熱量，又可以是在所述各燃料電池上連接燃燒所述廢氣的第2燃燒器。
這樣一來(lái)，通過在第1燃燒器燃燒廢氣，可以將該廢氣作為供給改性器的改性催化劑的熱源利用，能夠有效利用作為燃料資源的廢氣。又可以通過在第2燃燒器燃燒廢氣，例如，將該廢氣作為與燃料電池并設(shè)的熱水槽的熱水的加熱熱源利用，可以有效地利用廢氣作為燃料資源。
又可以具備配置于所述氣體回收配管的中途，調(diào)整所述廢氣的氣壓的第1升壓裝置，還可以具備配置于所述氣體供給配管的中途，調(diào)整所述廢氣的氣壓的第2升壓裝置。
這樣一來(lái)，即使是例如流通廢氣的路徑長(zhǎng)，該廢氣的氣壓有損失，也能夠相應(yīng)于該損失，利用第1或第2升壓裝置調(diào)整廢氣的氣壓到適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
還可以具備配置于所述燃料電池的廢氣的排出口下游側(cè)，使所述廢氣中所包含的水蒸汽冷凝的冷凝裝置。
借助于此，可以避免水蒸汽結(jié)露的水堵塞氣體回收配管。
在這里，所述氣體回收配管的一個(gè)例子是，由與各所述燃料電池分別連接的多條氣體回收支管、以及匯集所述氣體回收支管，連接于所述氫氣站的氣體回收主配管構(gòu)成。
利用這樣的構(gòu)成，即使是氣體回收主配管上連接的燃料電池的數(shù)量增加，也不會(huì)使該回收配管系統(tǒng)復(fù)雜化。
而且，又可以在所述氣體回收支管的中途及/或所述氣體回收主配管中途配置防止所述廢氣逆向流動(dòng)的逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu)。還有，所述逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子是止回閥。
利用這種逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu)，能夠防止廢氣向燃料電池逆向流動(dòng)。
又可以在所述氣體回收支管的中途配置測(cè)定所述廢氣的氣壓的第1壓力計(jì)。
利用該第1壓力計(jì)可以監(jiān)視廢氣的氣壓于合適的數(shù)值。
還可以具備在所述氣體回收支管的中途配置，調(diào)節(jié)所述廢氣的氣壓的第1升壓裝置，從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值利用所述第1升壓裝置調(diào)整為預(yù)先設(shè)定的值。
以此可以監(jiān)視廢氣的氣壓，使其成為合適的設(shè)定值，可以可靠地防止例如所述逆向流動(dòng)。
又可以具備在所述氣體回收主配管的中途配置的測(cè)定所述廢氣的氣壓的第2壓力計(jì)，從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值與從所述第2壓力計(jì)得到的壓力值的壓差利用所述第1升壓裝置調(diào)整為預(yù)先設(shè)定的值。
以此可以監(jiān)視廢氣的氣壓，根據(jù)上述壓差使其成為合適的設(shè)定值，可以可靠地防止例如所述逆向流動(dòng)。
還可以具備在所述氣體回收支管的中途配置，開閉所述氣體回收支管的氣體開閉手段，如果從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值小于預(yù)先設(shè)定的值，就關(guān)閉所述氣體開閉手段。
通過對(duì)發(fā)生廢氣氣壓不足的不測(cè)事態(tài)時(shí)關(guān)閉氣體開閉手段，可以更可靠地防止例如廢氣向上述燃料電池逆向流動(dòng)。
又可以在各所述燃料電池上連接燃燒所述廢氣的第2燃燒器，在所述氣體開閉手段閉塞時(shí)利用所述第2燃燒器燃燒所述廢氣。
這樣一來(lái)，即使是所述氣體開閉手段關(guān)閉，也能夠利用第2燃燒器處理廢氣，因此能夠從氫氣站對(duì)燃料電池持續(xù)提供改性氣體。
又可以在所述氣體回收支管的中途配置測(cè)定所述廢氣中的氧濃度的氧氣檢測(cè)計(jì)。
借助于此，即使是氧氣混入廢氣中也能夠迅速而且可靠地檢測(cè)出混入的氧氣。
而且，又可以具備在所述氣體回收支管的中途配置，開閉所述氣體回收支管的氣體開閉手段，形成在所述氧氣檢測(cè)計(jì)檢測(cè)出規(guī)定濃度以上的氧氣時(shí)，能夠關(guān)閉所述氣體開閉手段的結(jié)構(gòu)。又可以在所述氧氣檢測(cè)計(jì)檢測(cè)出規(guī)定濃度以上的氧氣時(shí)，使所述燃料電池停止工作。
以此可以防止因廢氣(氫氣)與氧氣混合而在氣體回收支管發(fā)生異常燃燒。
在這里，又可以具備配置在所述氣體供給配管的中途，測(cè)定流過所述氣體供給配管的改性氣體的流量的第1流量測(cè)定手段、配置在所述氣體回收配管的中途，測(cè)定流過所述回收配管的廢氣的流量的第2測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述第2流量測(cè)定手段測(cè)定的廢氣流量，計(jì)算出所述燃料電池的氫氣使用量。
又可以具備配置在所述氣體供給配管的中途，測(cè)定流過所述氣體供給配管的改性氣體的流量的第1流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述燃料電池的發(fā)電條件，計(jì)算出所述燃料電池的氫氣使用量。
這樣，所述運(yùn)算裝置能夠根據(jù)所述氫氣使用量收取氫氣使用費(fèi)。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)作為燃料資源的廢氣的價(jià)值的適當(dāng)估計(jì)，能夠計(jì)算出正確的氫氣使用量。
本發(fā)明的氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，具備對(duì)每一燃料電池測(cè)定氫氣站生成的，提供給多個(gè)燃料電池的富氫改性氣體的流量進(jìn)行測(cè)定的第1流量測(cè)定手段、對(duì)于所述每一燃料電池測(cè)定含有所述燃料電池未消耗的氫氣的廢氣的流量的第2流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述第2流量測(cè)定手段測(cè)定的廢氣流量，對(duì)于每一所述燃料電池計(jì)算氫氣使用量，同時(shí)根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
又本發(fā)明的氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，具備對(duì)于每一所述燃料電池測(cè)定氫氣站生成的，提供給多個(gè)燃料電池的富氫改性氣體的流量進(jìn)行測(cè)定的第1流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述燃料電池的發(fā)電條件，對(duì)于每一所述燃料電池計(jì)算氫氣使用量，同時(shí)根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
于是，氣體供應(yīng)商能夠利用氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，對(duì)改性氣體和廢氣與氫氣利用價(jià)值對(duì)應(yīng)的重量比率，再對(duì)各家庭計(jì)算出正確的氫氣使用量，對(duì)各家庭收取與該氫氣使用量對(duì)應(yīng)的合適的費(fèi)用。
采用本發(fā)明，可得到能夠回收多個(gè)燃料電池從燃料氣體排出口排出的含有未消耗的氫氣的廢氣，對(duì)該廢氣進(jìn)行有效利用的氫氣站和燃料電池系統(tǒng)。
又，采用本發(fā)明，可得到能夠?qū)Χ鄠€(gè)燃料電池從燃料氣體排出口排出的廢氣的價(jià)值進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)行合適的氫氣收費(fèi)的氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置。


圖1是實(shí)施形態(tài)1的分散型燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是實(shí)施形態(tài)1的氫氣站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是將氣體供給支管30與氣體回收支管33形成一體的配管例。
圖4是實(shí)施形態(tài)5的分散型燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5表示利用廢氣處理裝置和熱水槽的廢氣利用形態(tài)之一例。
圖6是解決關(guān)于燃料電池的燃料氣體排出口排出的廢氣的技術(shù)課題的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。
圖7是解決關(guān)于燃料電池的燃料氣體排出口排出的廢氣的技術(shù)課題的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。
符號(hào)說(shuō)明1氫氣站2氫氣供給主配管3供給用中繼部4燃料電池5回收用中繼部6氣體回收主配管7運(yùn)算裝置11 改性器12 原料氣體供給配管13 水供給配管14 燃料氣體供給配管15 變換器16 選擇氧化器17 空氣供給配管18 改性加熱器19 熱水槽20 廢氣處理裝置21 止回閥22a 第1壓力計(jì)22b 第2壓力計(jì)
23a 第1升壓裝置23b 第2升壓裝置24氧氣檢測(cè)計(jì)25氣體密封閥30氣體供給支管31改性氣體流量測(cè)定手段32廢氣流量測(cè)定手段33廢氣回收支管34控制裝置35氣體供給端口36氣體回收端口40改性氣體貯存部41廢氣貯存部50切換閥51第1內(nèi)部配管52第2內(nèi)部配管53廢氣配管60供給·回收一體化配管61內(nèi)配管62外配管70冷凝裝置71水滯留部72水排出配管73水排出閥80氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置100 燃料電池系統(tǒng)最佳實(shí)施方式下面參照

，本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1～5。
圖1是實(shí)施形態(tài)1的分散型燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施形態(tài)1的分散型燃料電池系統(tǒng)100(以下簡(jiǎn)稱為“燃料電池系統(tǒng)100”)主要具備生成富氫改性氣體作為氣體供給源起作用的氫氣站1、以及消耗該改性氣體(氫氣)以進(jìn)行發(fā)電和發(fā)熱的作為氣體供給對(duì)象的多個(gè)燃料電池4。下面對(duì)氫氣站1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以詳細(xì)說(shuō)明。
而且，燃料電池系統(tǒng)100的氫氣供給系統(tǒng)具備為了從氫氣站1將提供的改性氣體引向供給用中繼部3，使氫氣站1的氣體供給端口35和供給用中繼部3連通的氣體供給主配管2(氣體供給配管)、連接于燃料電池4的各燃料氣體供給口(未圖示)，向各燃料電池4的陽(yáng)極(未圖示)分配適當(dāng)數(shù)量的氫氣站1提供的改性氣體用的多條氣體供給支管30(氣體供給配管)、以及將這些氣體供給支管30集中于一處，具有改變氣體壓力的功能的供給用中繼部3。
這樣從氫氣站1提供的對(duì)燃料電池4的改性氣體供應(yīng)通過作為基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)先設(shè)置的氣體供給主配管2進(jìn)行。
連接于氣體供給主配管2的燃料電池4的數(shù)量一旦增加，改性氣體的供給配管系統(tǒng)就變得復(fù)雜。因此，如圖1所示，采用從氣體供給主配管2引出的改性氣體一旦提供給作為氣體中繼地起作用的供給用中繼部3之后，就從那里向各燃料電池4的燃料氣體供給口分配的結(jié)構(gòu)。而且，能夠根據(jù)燃料電池4的數(shù)量及其容量調(diào)整供給用中繼部3的數(shù)量和容量，使其有從那里提供氣體能力的適當(dāng)化。
燃料電池系統(tǒng)100的氫氣回收系統(tǒng)具備將與燃料電池4的各燃料氣體排出口(未圖示)連接，包含在燃料電池4的陽(yáng)極的發(fā)電反應(yīng)中沒有起作用的，在該處未消耗的氫氣的回收氣體(以下稱為廢氣)，從燃料電池4的燃料氣體排出口引向外部用的多條氣體回收支管33(氣體回收配管)、使這些氣體回收支管33集中于一處，具有改變氣體壓力功能的回收用中繼部5、以及將從燃料電池4的燃料氣體排出口排出送到回收用中繼部5的廢氣送回氫氣站1用的，使氫氣站1的氣體回收端口36與回收用中繼部5連通的氣體回收主配管6(氣體回收配管)。
于是，從燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣向氫氣站1回流通過作為氣體供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)先設(shè)置的氣體回收主配管6進(jìn)行。
在氣體回收主配管6上連接的燃料電池4的數(shù)量一旦增加，廢氣的回收配管系統(tǒng)就變得復(fù)雜。因此，如圖1所示，采用燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣一旦被提供給作為氣體中繼地起作用的回收用中繼部3集中之后，就從那里被送到氣體回收主配管6的結(jié)構(gòu)。
還有，對(duì)應(yīng)于燃料電池4的數(shù)量及其容量可以調(diào)整回收用中繼部3的數(shù)量和容量，以使其具有從那里回收能力的適當(dāng)化。
又，提供給燃料電池4的陽(yáng)極的改性氣體流量測(cè)定用的改性氣體測(cè)定手段31(例如氣量計(jì))配置于各氣體供給支管30的中途。同樣，從燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣的流量測(cè)定用的廢氣流量測(cè)定手段32(例如氣流計(jì))配置于各氣體回收支管33的中途。
而且，運(yùn)算裝置7形成能夠接收改性氣體流量測(cè)定手段31和廢氣流量測(cè)定手段32輸出的氣體流量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，以此能夠?qū)γ恳粋€(gè)燃料電池4是根據(jù)兩個(gè)氣體流量數(shù)據(jù)計(jì)算其發(fā)電工作時(shí)的氫氣使用量。又，在改性氣體與廢氣之間含有的氫氣的濃度存在差異，因此氫氣利用價(jià)值也不同，所以對(duì)于兩個(gè)氣體流量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)于氫氣利用價(jià)值的規(guī)定重量比率，然后在該基礎(chǔ)上計(jì)算上述氫氣利用量。這樣的運(yùn)算裝置7可以執(zhí)行與該氫氣使用量對(duì)應(yīng)的收費(fèi)。
也就是說(shuō)，圖1所示氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置80由改性氣體流量測(cè)定手段31、廢氣流量測(cè)定手段32、以及運(yùn)算裝置7構(gòu)成，利用氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置80對(duì)每一個(gè)燃料電池4進(jìn)行根據(jù)正確的氫氣使用量的收費(fèi)。
又，運(yùn)算裝置7形成也能夠從燃料電池4接收發(fā)電量、發(fā)電電壓、以及電流值等燃料電池4的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)該運(yùn)行狀態(tài)推斷每一個(gè)燃料電池4在發(fā)電工作時(shí)消耗的氫氣量的結(jié)構(gòu)。運(yùn)算裝置7以此能夠根據(jù)改性氣體流量測(cè)定手段31輸出的氣體流量數(shù)據(jù)和該氫氣消耗量計(jì)算上述氫氣使用量。
當(dāng)然，也可以使對(duì)各燃料電池4的運(yùn)行進(jìn)行恰當(dāng)控制的控制裝置(未圖示)執(zhí)行這樣的運(yùn)算裝置7的動(dòng)作，也可以使下面敘述的對(duì)氫氣站1的內(nèi)部設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行控制的控制裝置34(參照?qǐng)D2)執(zhí)行該動(dòng)作。
下面參照附圖對(duì)氫氣站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是實(shí)施形態(tài)1的氫氣站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
氫氣站1主要具備使包含碳?xì)浠衔?天然氣或LPG等)、醇(甲醇等)或石腦油成分的有機(jī)化合物的原料氣體與水蒸汽進(jìn)行改性反應(yīng)，以此生成以氫為主要成分的改性氣體的改性器11、利用水蒸汽，借助于移位反應(yīng)以減少該改性器11提供的改性氣體中的一氧化碳的變換器15、為了使該變換器15提供的改性氣體中的一氧化碳濃度最終降低到100ppm(干氣體體積基準(zhǔn))以下，用氧氣有選擇地去除該改性氣體中的一氧化碳?xì)怏w的選擇氧化器16、以及對(duì)這些設(shè)備11、15、16的動(dòng)作進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目刂频目刂蒲b置34。
在改性器11的內(nèi)部，充填將釕催化劑調(diào)制于氧化鋁載體中以促進(jìn)改性反應(yīng)的改性催化劑(未圖示)，對(duì)該改性催化劑提供改性反應(yīng)所需要的熱的改性加熱器18(燃燒器)與改性器11并設(shè)。
改性加熱器18具有使原料氣體的一部分、廢氣或原料氣體與廢氣的混合燃料與空氣一起燃燒消耗的燃燒器(未示圖)。
又，在變換器15的內(nèi)部充填由例如銅-鋅系催化劑構(gòu)成的變質(zhì)催化劑，在選擇氧化器16的內(nèi)部充填由包含例如貴金屬的催化劑構(gòu)成的選擇氧化催化劑。
下面參照?qǐng)D2對(duì)氫氣站1的氫氣配管系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
氫氣站1的氫氣配管系統(tǒng)具備將原料氣體從原料氣體供給手段(未圖示)引向改性器11的原料氣體供給配管12、將改性反應(yīng)所需要的離子交換水從水供給手段(未圖示)引向改性器11的水供給配管13、從原料氣體供給配管12的中途分出并延伸，將原料氣體供給手段提供的原料氣體的一部分引向改性加熱器18的燃料氣體供給配管14、將改性器11提供的改性氣體引向變換器15的第1內(nèi)部配管51、將變換器15提供的改性氣體引向選擇氧化器16的第2內(nèi)部配管52以及將選擇氧化器16中的改性氣體的選擇氧化反應(yīng)中使用的空氣從空氣供給手段(未圖示)引向選擇氧化器16的空氣供給配管17。
還有，在這里，在氫氣站1的氣體配管系統(tǒng)的燃料供給配管14的中途，配置與氣體回收主配管6(參照?qǐng)D1)連接的氣體回收端口36，以此將流過氣體回收主配管6的廢氣通過氣體回收端口36引向燃料供給配管14，其后通過氣體回收端口36的下游側(cè)的燃料供給配管14將廢氣送往改性加熱器18。
又在氫氣站1的選擇氧化器16上設(shè)置與氣體供給主配管2(參照?qǐng)D1)連接的氣體供給端口35，以此將選擇氧化器16提供的改性氣體通過氣體供給端口35引向氣體供給主配管2。
還有，原料氣體使用例如天然氣時(shí)，在原料氣體供給配管12的中途配置充填有適當(dāng)去除天然氣中含有的硫磺成分用的沸石吸收劑的脫硫裝置(未圖示)。
下面參照?qǐng)D1和圖2對(duì)以上說(shuō)明的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在這里設(shè)想以原料氣體基礎(chǔ)設(shè)施完整的容易得到的天然氣或城市煤氣作為原料氣體的例子進(jìn)行說(shuō)明。
在氫氣站1，利用改性反應(yīng)由天然氣和水蒸汽生成所含氫氣成分的濃度比天然氣和城市煤氣高的富氫改性氣體。這種改性氣體利用圖2所示的控制裝置34使改性器11、變換器15、以及選擇氧化器16進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作生成，以此得到適合于燃料電池4的陽(yáng)極反應(yīng)的改性氣體組成。還有，這種改性氣體的生成是根據(jù)已有技術(shù)得到的，因此在這里不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
然后，氫氣站1提供的改性氣體通過氣體供給主配管2、供給用中繼部3、以及氣體供給支管30提供給燃料電池4的各陽(yáng)極，改性氣體(氫氣)在燃料電池4的陽(yáng)極被消耗。還有，對(duì)燃料電池4的各陰極(未圖示)提供氧氣，在燃料電池4的發(fā)電中，在陰極消耗氧氣。
又，燃料電池4發(fā)電時(shí)在氫氣站1生成能夠提供各燃料電池4的發(fā)電量總和的適量的改性氣體。也就是說(shuō)，氫氣站1的控制裝置34使改性器1等進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作，以此將適量的改性氣體向各燃料電池4提供。
又，改性氣體中所包含的氫氣未能在燃料氣體4的陽(yáng)極的發(fā)電動(dòng)作中消耗，含有未消耗的氫氣的廢氣就從燃料電池4的燃料氣體排出口向外部流出。因此，在本實(shí)施形態(tài)1中，通過氣體回收支管33、回收用中繼部5、以及氣體回收主配管6，使從這樣的燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣返回氫氣站1的改性加熱器18(參照?qǐng)D2)。
而且，在氫氣站1中在改性加熱器18使該廢氣燃燒，以此可以作為熱源向改性器11的改性催化劑構(gòu)件供熱，借助于此，可以使利用改性催化劑構(gòu)件生成改性氣體用的改性反應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。
采用這樣的燃料電池系統(tǒng)100，可以得到如下所述的效果。
在利用實(shí)施形態(tài)1的固體高分子型燃料電池4中，使用天然氣等氣體通過改性反應(yīng)得到的改性氣體的情況下，燃料電池4的發(fā)電效率為百分之四十幾，其熱效率為百分之四十左右(HHV基準(zhǔn))。
但是，由于改性氣體的生成需要能量真正的發(fā)電效率和熱效率等于上述發(fā)電效率和熱效率的數(shù)值乘以改性氣體生成效率。因此，氫氣生成過程中的效率的提高從能量總效率的提高的觀點(diǎn)看來(lái)是重要的技術(shù)課題。
當(dāng)然，在對(duì)于每一個(gè)燃料電池分別有專用的改性器的已有的燃料電池系統(tǒng)中，也能夠使燃料電池排出的廢氣返回改性器的改性加熱器，在這里，使廢氣燃燒以使改性器的改性催化劑構(gòu)件升溫是可能的。
但是，像已有的燃料電池系統(tǒng)那樣，對(duì)于每一個(gè)燃料電池分別利用各改性器生成改性氣體的方法，在對(duì)改性器(改性催化劑構(gòu)件)的熱供應(yīng)量與改性器向外部的放熱量取得熱平衡的情況下，從改性器向外部的放熱量相對(duì)于改性器得到的供熱的比例變大，由此引起的熱損失不能忽略，提高氫氣生成效率是困難的。而且，對(duì)應(yīng)于燃料電池的氫氣需要量的變化，有必要調(diào)整返回改性器的廢氣的返回量，另一方面，已有的燃料電池系統(tǒng)中，這樣的氫氣需要量與廢氣的返回量取得平衡是困難的，因此由使氫氣生成效率降低的傾向。
因此，在對(duì)于每一個(gè)燃料電池分別具有改性器的已有的燃料電池系統(tǒng)中，即使使從燃料電池排出的廢氣返回改性加熱部，可以說(shuō)對(duì)其進(jìn)行有效利用也是有一定限度的。
另一方面，在具有能夠滿足多個(gè)燃料電池4的大量氫氣需要的氫氣站1的該實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)100中，隨著氫氣站1的改性器11的大型化，在生成氫氣的時(shí)候，從改性器11向外部的放熱量相對(duì)于改性器11得到的供熱的比例與對(duì)每一個(gè)燃料電池4設(shè)置的小型的已有的改性器相比可以做得小，結(jié)果是能夠提高氫氣生成效率。也就是說(shuō)，為了提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)100的能量利用效率，利用氫氣站1集中在一處生成改性氣體，而且將該生成的改性氣體分別分配給多個(gè)燃料電池4這樣的集中生產(chǎn)型改性氣體供給方式是理想的。
同時(shí)，這樣的集中生產(chǎn)型改性氣體的供給方式中，隨著改性氣體供給對(duì)象(燃料電池4)的增加，使各燃料電池4的改性氣體的需要量的波動(dòng)和各燃料電池4排出的廢氣的返回量的波動(dòng)能夠相互抵消，改性氣體的供給量和廢氣返回量達(dá)到平衡，能夠使改性器11穩(wěn)定運(yùn)行，因此也能夠提高氫氣生成效率。
在這里，如果利用通常的城市煤氣供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，氣體供應(yīng)商就沒有必要考慮氣體的回收，將氣體供給對(duì)象(如果是例如家庭用燃料電池，就是各家庭)的氣體消耗量看作與氣體供應(yīng)對(duì)象的氣體供給量相等，就可以形成與氣體的消耗量對(duì)應(yīng)的收費(fèi)系統(tǒng)。
但是，該實(shí)施形態(tài)1所示的燃料電池系統(tǒng)100中，燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣返回氫氣站1，該廢氣可以作為有用的燃料資源使用于氫氣站1的改性器中生成改性氣體。因此，在仿照已有的城市煤氣供給的基礎(chǔ)設(shè)施的收費(fèi)體系中，不能夠不估計(jì)作為燃料資源的廢氣的價(jià)值，因此不理想。
如在這里已經(jīng)說(shuō)明的那樣，改性氣體流量和廢氣流量都利用氣體流量計(jì)那樣的改性氣體和廢氣流量測(cè)量手段31、32檢測(cè)。又，運(yùn)算裝置7根據(jù)發(fā)電量、發(fā)電電壓、以及電流值等燃料電池4的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算該燃料電池4發(fā)電時(shí)消耗的氫氣量，以此計(jì)算出廢氣中包含的氫氣量。
這樣的氫氣供應(yīng)商能夠利用圖1所示的氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置80，對(duì)改性氣體和廢氣按與氫氣利用價(jià)值對(duì)應(yīng)的重量比率，再對(duì)各家庭計(jì)算出正確的氫氣使用量，對(duì)各家庭收取與該氫氣使用量對(duì)應(yīng)的合適的費(fèi)用。
實(shí)施形態(tài)2在實(shí)施形態(tài)1中，說(shuō)明了各燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣返回氫氣站1，而且，被使用于在氫氣站1的內(nèi)部生成改性氣體的例子，但是，廢氣的利用方式并不限于此。
本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2中，說(shuō)明將這樣的廢氣作為燃料電池4的不足的熱能的熱源利用的例子。在例如各燃料電池4，也可以設(shè)置能夠?qū)U氣的一部分或全部進(jìn)行燃燒處理的廢氣處理裝置20(參照?qǐng)D5)，利用廢氣處理裝置20使廢氣燃燒得到的高溫燃燒氣體通過熱交換對(duì)伴隨燃料電池4的發(fā)電動(dòng)作生成的熱水進(jìn)行再加熱。
圖5是表示利用廢氣處理裝置和熱水槽的廢氣利用形態(tài)之一例。該廢氣利用形態(tài)以外的圖5所示的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與實(shí)施形態(tài)1中說(shuō)明的相同，對(duì)于兩者相同的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作的說(shuō)明省略。
根據(jù)圖5，存儲(chǔ)規(guī)定量的熱水的熱水槽19在各燃料電池4分別設(shè)置。而且，各熱水槽19分別配置使廢氣燃燒的燃燒器和利用廢氣的燃燒生成的高溫的燃燒氣體的熱對(duì)水進(jìn)行加熱產(chǎn)生熱水，以此將燃燒氣體的熱回收的熱回收手段構(gòu)成的廢氣處理裝置20。
又，在燃料電池4的燃料氣體排出口與廢氣處理裝置20之間配置將其連通的廢氣配管53，以此能夠?qū)⑷剂想姵?的燃料氣體排出口排出的廢氣引向廢氣處理裝置20。
又，氣體回收支管33(參照?qǐng)D1)從該廢氣配管53的中途分叉延伸出，在氣體回收支管33與廢氣配管53的連接處，配置由控制裝置(未圖示)控制其切換動(dòng)作的切換閥50。而且也能夠利用切換閥50的切換動(dòng)作根據(jù)廢氣利用形態(tài)將廢氣通過廢氣配管53送到廢氣處理裝置20，也可以通過廢氣回收支管33和廢氣回收主配管6(參照?qǐng)D1)使廢氣返回氫氣站1(參照?qǐng)D1)。
在這里，對(duì)不使廢氣返回氫氣站1，而使其在配置熱水槽19的廢氣處理裝置20燃燒的工作例進(jìn)行說(shuō)明。
如果利用燃料電池4進(jìn)行1kW的發(fā)電，而且，燃料電池4的氫氣利用率為75％，每分鐘要對(duì)燃料電池4的陽(yáng)極提供相當(dāng)于16L的改性氣體中的氫氣，于是廢氣中的氫氣量為每分鐘4L。而且，通過使該廢氣在廢氣處理裝置20中燃燒，每小時(shí)能夠通過熱水回收大約2400kJ的熱量。
還有根據(jù)未燃燒的廢氣的適當(dāng)?shù)呐懦鎏幚砗蛷U氣能量的有效利用的觀點(diǎn)在燃料電池4配置同樣的廢氣處理裝置的已有的燃料電池系統(tǒng)。
但是，在氣溫高的季節(jié)，借助于熱水槽19利用廢氣是有限的，僅僅是連接于燃料電池4的燃料氣體排出口的廢氣處理裝置20進(jìn)行的燃料處理，難以充分地有效利用作為燃料資源的廢氣能量。
在這里，如實(shí)施形態(tài)2所示的燃料電池系統(tǒng)100那樣，借助于熱水槽19利用廢氣，而且還采用利用廢氣作為氫氣站1的改性器11的熱源的形態(tài)，這樣就容易而且能夠大幅度地利用廢氣的熱能。
實(shí)施形態(tài)3在實(shí)施形態(tài)1中說(shuō)明了將氣體供給支管30和氣體回收支管33分別作為獨(dú)立的基礎(chǔ)設(shè)施整備的例子。同樣，氣體供給主配管2和氣體回收主配管6也分別作為獨(dú)立的基礎(chǔ)設(shè)施整備。
但是，如果將例如氣體供給支管30和氣體回收支管33分別進(jìn)行配管施工，由于在各氣體供給對(duì)象同時(shí)存在供給用和回收用的兩種配管，因此對(duì)配管施工會(huì)有不良影響。
所以在實(shí)施例3，為了從根本上消除這樣的配管施工難點(diǎn)，說(shuō)明了謀求使氣體供給支管30和氣體回收支管33一體化的配管例子。
圖3是將氣體供給支管30與氣體回收支管33形成一體的配管例。
由圖3可知，將氣體供給支管30與氣體回收支管33形成一體的供給·回收一體化配管60具有圓筒狀的內(nèi)配管61和比該內(nèi)配管直徑大的圓筒狀外配管62構(gòu)成的雙重配管結(jié)構(gòu)，更詳細(xì)地說(shuō)，將內(nèi)配管61與外配管62同軸配置，而且，使其形成規(guī)定的筒狀空間地在內(nèi)配管61的外圍配置外配管62。
還有，雖然未圖示為了將從供給·回收一體化配管60發(fā)送的改性氣體引向燃料電池4的燃料氣體供給口，又為了使燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣返回供給·回收一體化配管60，配置連接燃料氣體供給口與供給·回收一體化配管的合適的配管以及連接燃料氣體排出口與供給·回收一體化配管60的合適的配管。
在這里，內(nèi)配管61和外配管62之一構(gòu)成氣體供給支管30，另一配管則構(gòu)成上述氣體回收支管33。
也就是說(shuō)，由氫氣站1提供的改性氣體被引入內(nèi)配管61的內(nèi)部空間和內(nèi)配管61與外配管62之間的筒狀空間中的任一空間，而且，燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣被引向另一空間。
當(dāng)然，如圖3所示，最好是內(nèi)配管61構(gòu)成氣體回收支管33，外配管62構(gòu)成氣體供給支管30。也就是說(shuō)，將氫氣站1提供的改性氣體引入內(nèi)配管61與外配管62之間的筒狀空間，而且將燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣引入內(nèi)配管61的內(nèi)部空間，從提高這些氣體的熱效率的觀點(diǎn)看來(lái)，這樣做是最理想的。
燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣的溫度大致與燃料電池4的工作溫度相等，比提供給燃料電池4的燃料氣體供給口的改性氣體的溫度高。因此，通過內(nèi)配管61和外配管62之間的筒狀空間向燃料電池4的燃料氣體供給口傳送的改性氣體可以與通過內(nèi)配管61的內(nèi)部空間從燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣進(jìn)行熱交換加熱，同時(shí)，廢氣的放熱可以通過在其周圍流動(dòng)的改性氣體的存在加以抑制。這樣，從燃料電池4的燃料氣體排出口剛排出的氣體中內(nèi)在的熱能能夠得到有效利用。
實(shí)施形態(tài)4在圖1所示的具有多個(gè)燃料電池4的分散型燃料電池系統(tǒng)100中存在各種為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化而應(yīng)該解決的事項(xiàng)。更具體地說(shuō)，對(duì)燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣存在以下所述的技術(shù)課題。
第1，燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣返回氫氣站時(shí)如果將該廢氣引向氫氣站1的距離長(zhǎng)，則廢氣的壓力損失大，可能陷于廢氣的氣壓不足的狀態(tài)。
第2，燃料電池4的燃料氣體排出口上連接的氣體回收支管33中存在的廢氣的氣壓對(duì)于各燃料電池4如果不同，則廢氣通過回收用中繼部5，從處于高氣壓狀態(tài)的氣體回收支管33向處于低氣壓狀態(tài)的氣體回收支管33流入，在最壞的情況下，廢氣有可能逆向流動(dòng)到連接于處于低氣壓狀態(tài)的氣體回收支管的燃料電池4的陽(yáng)極。
第3，在陷于停電或廢氣壓送系統(tǒng)故障等不能預(yù)料的事態(tài)，氣體升壓裝置有故障等而不能穩(wěn)定得到廢氣氣壓的情況下，也可以設(shè)想會(huì)有廢氣的逆向流動(dòng)。
第4，燃料電池4的陰極中存在的空氣(氧氣)通過電介質(zhì)膜一旦達(dá)到燃料電池4的陽(yáng)極，含有氫氣的廢氣與氧氣混合可能引發(fā)氫氣的異常燃燒。
第5，燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣含有大量的水蒸汽，其露點(diǎn)接近于燃料電池4的工作溫度，在將廢氣在一個(gè)時(shí)期大量排放到氣體回收支管33的情況下，在該氣體回收配管33的中途廢氣的溫度下降，在這里包含的水蒸汽結(jié)露形成露水，因此，露水可能堵塞氣體回收支管33。
在這里，為了對(duì)上述第1～第4點(diǎn)所述的不利情況應(yīng)對(duì)，如圖6所示，在使從燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣向回收用中繼部5流動(dòng)的氣體回收支管33的中途，配置各種傳感器和升壓裝置以及各種閥門。
根據(jù)圖6，將作為開關(guān)氣體回收支管33的氣體開閉手段起作用的氣體密封閥25(例如電磁閥)、防止燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣逆向流動(dòng)的止回閥21(逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu))、提高氣體回收支管33中的廢氣的氣壓用的第1升壓裝置23a(例如升壓器、測(cè)定氣體回收支管33中的廢氣的氣壓用的第1壓力計(jì)22a、測(cè)定廢氣中的氧濃度用的磁學(xué)式氧氣檢測(cè)計(jì)24沿著廢氣流動(dòng)方向依序從切換閥50開始，配置于在廢氣流的比切換閥50下游的一側(cè)，而且，在廢氣流的比回收用中繼部5上游的一側(cè)的位置上的廢氣回收配管33的中途。
又，測(cè)定處于氣體回收主配管6的廢氣的氣壓用的第2壓力計(jì)22b配置于連接在回收用中繼部5上的氣體回收主配管6的中途。
在這里，第1升壓裝置23a配置于氣體回收支管33的中途，但是，如圖6所示，也可以代之以將該第2升壓裝置23b配置于氣體供給支管30(參照?qǐng)D1)的中途的結(jié)構(gòu)。又，止回閥21配置于氣體回收支管33的中途，但是，也可以將同樣的止回閥(未圖示)配置于氣體回收主配管6的中途，以此可以防止處于氣體回收主配管6的廢氣的逆向流動(dòng)。
還有，控制裝置(未圖示)根據(jù)第1和第2壓力計(jì)22a、22b以及氧氣檢測(cè)計(jì)24的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)氣體密封閥25的開閉動(dòng)作、第1升壓裝置23a的升壓動(dòng)作、以及第2升壓裝置23b的升壓動(dòng)作進(jìn)行合適的控制。
這樣在氣體供給支管33的中途或氣體回收支管33的中途設(shè)置第1或第2升壓裝置23a、23b，以此能夠確保廢氣的氣壓維持于預(yù)先設(shè)定的值。具體的廢氣的氣壓設(shè)定值是使得廢氣能夠順利通過廢氣回收支管33內(nèi)部的氣壓值，對(duì)于每一個(gè)燃料電池4分別設(shè)置。還有，在這里，處于氣體回收支管33的廢氣的氣壓利用第1壓力計(jì)22a逐個(gè)監(jiān)控。
還有，在回收用中繼部5連接的氣體回收主配管6上附加配置第2壓力計(jì)22b，于是就能夠測(cè)定第1和第2壓力計(jì)22a、22b的壓差。而且，通過對(duì)該壓差進(jìn)行適當(dāng)控制，能夠可靠地使廢氣穩(wěn)定地返回氫氣站1。而且，使配置于每一個(gè)燃料電池4上的多個(gè)壓力計(jì)連動(dòng)，利用這些壓力計(jì)的壓差測(cè)定以及對(duì)該壓差的適當(dāng)控制，能夠使廢氣更穩(wěn)定地返回氫氣站1。
又，由第1壓力計(jì)22測(cè)定的氣壓設(shè)定于下限值，在由第1壓力計(jì)22a測(cè)定的壓力值小于該下限值的情況下，也可以使氣體密封閥25關(guān)閉。也就是說(shuō)，氣體密封閥25在某種不測(cè)事態(tài)引起氣壓下降的緊急情況下，起響應(yīng)作用關(guān)閉氣體回收支管33。
于是，在例如連接于燃料電池4的第1升壓裝置23a由于沒有預(yù)料到的事態(tài)而發(fā)生故障，在該處不能得到合適的廢氣氣壓的情況下，關(guān)閉氣體密封閥25，借助于此，上述止回閥21以外，還利用氣體密封閥25也可以防止燃料電池4排出的廢氣逆向流動(dòng)。
在這里，一旦關(guān)閉氣體密封閥25停止送出燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣，在停止送出廢氣之后，對(duì)燃料電池4的燃料氣體供給口不能夠繼續(xù)提供改性氣體。因此，在利用第1壓力計(jì)22a測(cè)定的壓力值小于該下限值的情況下，關(guān)閉氣體密封閥25同時(shí)停止燃料電池4的發(fā)電動(dòng)作。
還有，為了避免發(fā)生這樣的燃料電池4發(fā)電動(dòng)作停止的不好情況，如圖6所示，在熱水槽19配置處理廢氣的廢氣處理裝置20，這樣根據(jù)已經(jīng)說(shuō)明的切換閥50的動(dòng)作將燃料電池4的燃料氣體排出口排出的廢氣引向廢氣處理裝置20。
而且，在氣體回收支管33的中途設(shè)置測(cè)定廢氣中的氧濃度的氧氣檢測(cè)器24，以此可靠地檢測(cè)廢氣中是否混入氧氣。
又，在由于沒有預(yù)料到的事態(tài)而發(fā)生氧氣混入氣體回收支管33中的廢氣中的情況下，(具備)，作為廢氣中可能含有的氧氣濃度的上限，設(shè)定相當(dāng)于氫氣的可燃燒范圍下限值的氧氣濃度(1％)的基準(zhǔn)。于是，在氧氣檢測(cè)器24檢測(cè)出高于該基準(zhǔn)濃度的氧氣時(shí)，控制裝置使氣體密封閥25關(guān)閉，自動(dòng)停止將廢氣引入氣體回收支管33的動(dòng)作。于是，能夠防止氣體回收支管33中的氫氣與氧氣混合引起氫氣異常燃燒的異常情況發(fā)生。
又，為了恰當(dāng)?shù)貞?yīng)對(duì)上述第5點(diǎn)所述的不好情況，如圖7所示，在燃料電池4的燃料氣體排出口上連接的氣體回收支管33的中途，配置促進(jìn)廢氣中含有的水蒸汽冷凝用的冷凝裝置70。于是，通過促進(jìn)廢氣中含有的水蒸汽的冷凝，能夠使廢氣的露點(diǎn)溫度下降，能夠防止從廢氣中產(chǎn)生的露水堵塞廢氣回收配管33。
含有，該冷凝裝置70由使廢氣中含有的水蒸汽生成的冷凝水滯留的水滯留部71、與該水滯留部71連通的水排出配管72、以及配置于該水排出配管72的中途的水排出閥73構(gòu)成，一旦有規(guī)定數(shù)量以上的冷凝水滯留于水滯留部71，水排出閥門73就打開，通過水排出配管72將滯留于水滯留部71的冷凝水排出到外部。
同樣，集中在回收用中繼部6的廢氣的溫度下降，在這里，所含的水蒸冷凝成結(jié)露水，由于該結(jié)露水的生成回收用中繼部6周邊的配管也有可能被堵塞。因此，在回收用中繼部6用的內(nèi)部和與回收用中繼部6連通的氣體回收主配管6的中途，也可以配置與圖7所示的冷凝裝置70相同的冷凝裝置。
當(dāng)然，這樣的冷凝裝置的配置場(chǎng)所，不限于氣體回收支管33或氣體回收主配管6，重要的是，只要上述冷凝裝置被配置于至少是燃料電池4的燃料氣體排出口(廢氣的排出口)的下游側(cè)合適的場(chǎng)所，就能夠得到該效果。當(dāng)然，最好是能夠發(fā)生結(jié)露水的區(qū)域中，在廢氣流的上游側(cè)配置冷凝裝置以便能夠及早避免水冷凝的影響。
實(shí)施形態(tài)5
圖4是實(shí)施形態(tài)5的分散型燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
在該實(shí)施形態(tài)5中，在將氫氣站1提供的改性氣體引向供給用中繼部3時(shí)暫時(shí)作為存儲(chǔ)用的緩沖器起作用的改性氣體貯存部40配置于氣體供給主配管2的中途，同時(shí)從各燃料電池4的燃料氣體排出口排出，匯集回收用中繼部5的廢氣在返回氫氣站時(shí)，暫時(shí)貯存用的作為緩沖器起作用的氣體貯存部41配置于氣體回收主配管6的中途。
還有，作為改性氣體貯存部40和廢氣貯存部41的具體例，是具備使用高壓型的貯存箱、用吸氫合金的貯存箱那樣的能夠貯存氣體，而且能夠排氣的貯存箱。這些改性氣體貯部40和廢氣貯存部41以外的實(shí)施形態(tài)5的燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與實(shí)施形態(tài)1說(shuō)明的相同，對(duì)于兩者相同的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作省略其說(shuō)明。
通過配置改性氣體貯存部40和廢氣貯存部41，能夠與各燃料電池4的發(fā)電量對(duì)應(yīng)的改性氣體的穩(wěn)定供給和廢氣的穩(wěn)定回收，實(shí)施形態(tài)5的分散型的燃料電池系統(tǒng)100的使用方便性得到改善，同時(shí)，其運(yùn)行效率得到提高。
工業(yè)應(yīng)用性采用本發(fā)明的氫氣站和燃料電池系統(tǒng)能夠?qū)Χ鄠€(gè)燃料電池供給氣體，同時(shí)能夠有效利用各燃料電池排出的廢氣，以此提高氫氣生成效率，對(duì)于使用由大型改性器生成的改性氣體(氫氣)的氫氣基礎(chǔ)設(shè)施方式的燃料電池系統(tǒng)是有用的。
權(quán)利要求
1.一種氫氣站，其特征在于，具備利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的改性器、與氣體供給配管連通，向多個(gè)燃料電池提供所述改性氣體用的氣體供給端口、以及與氣體回收配管連通，從所述燃料電池接收包含未被所述燃料電池消耗的氫氣的廢氣用的氣體回收端口，消耗所述廢氣。
2.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的氫氣站、利用所述氫氣站提供的改性氣體發(fā)電，同時(shí)將所述發(fā)電中未消耗的改性氣體、即廢氣排出到外部的多個(gè)燃料電池、將所述改性氣體從所述氫氣站引向所述燃料電池用的氣體供給配管、以及從所述燃料電池將所述廢氣引向所述氫氣站用的廢氣回收配管。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有筒狀的內(nèi)配管和配置于該內(nèi)配管周圍的筒狀的外配管構(gòu)成的雙重配管，所述內(nèi)配管和所述外配管之一構(gòu)成所述氣體供給配管，另一配管則構(gòu)成所述氣體回收配管。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)配管構(gòu)成所述氣體回收配管，所述外配管構(gòu)成所述氣體供給配管。
5.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置于所述氣體供給配管的中途，貯存所述氫氣站提供的所述改性氣體的改性氣體貯存部。
6.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置于所述氣體回收配管的中途，貯存所述燃料電池排出的所述廢氣的廢氣廢氣貯存部。
7.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣站具備對(duì)所述改性反應(yīng)提供必要的熱量的第1燃燒器，所述第1燃燒器燃燒所述廢氣以生成所述熱量。
8.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述各燃料電池上連接燃燒所述廢氣的第2燃燒器。
9.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置于所述氣體回收配管的中途，調(diào)整所述廢氣的氣壓的第1升壓裝置。
10.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置于所述氣體供給配管的中途，調(diào)整所述廢氣的氣壓的第2升壓裝置。
11.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置于所述燃料電池的廢氣的排出口下游側(cè)，使所述廢氣中所包含的水蒸汽冷凝的冷凝裝置。
12.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體回收配管由與各所述燃料電池分別連接的多條氣體回收支管、以及匯集所述氣體回收支管，連接于所述氫氣站的氣體回收主配管構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述氣體回收支管的中途及/或所述氣體回收主配管中途配置防止所述廢氣逆向流動(dòng)的逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述逆向流動(dòng)防止機(jī)構(gòu)是止回閥。
15.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體回收支管的中途配置測(cè)定所述廢氣的氣壓的第1壓力計(jì)。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備在所述氣體回收支管的中途配置，調(diào)節(jié)所述廢氣的氣壓的第1升壓裝置，從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值利用所述第1升壓裝置調(diào)整為預(yù)先設(shè)定的值。
17.如權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備在所述氣體回收主配管的中途配置的測(cè)定所述廢氣的氣壓的第2壓力計(jì)，從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值與從所述第2壓力計(jì)得到的壓力值的壓力差利用所述第1升壓裝置調(diào)整為預(yù)先設(shè)定的值。
18.如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備在所述氣體回收支管的中途配置，開閉所述氣體回收支管的氣體開閉手段，如果從所述第1壓力計(jì)得到的壓力值小于預(yù)先設(shè)定的值，就關(guān)閉所述氣體開閉手段。
19.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在各所述燃料電池上連接燃燒所述廢氣的第2燃燒器，在所述氣體開閉手段閉塞時(shí)利用所述第2燃燒器燃燒所述廢氣。
20.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述氣體回收支管的中途配置測(cè)定所述廢氣中的氧濃度的氧氣檢測(cè)計(jì)。
21.如權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備在所述氣體回收支管的中途配置，開閉所述氣體回收支管的氣體開閉手段，在所述氧氣檢測(cè)計(jì)檢測(cè)出規(guī)定濃度以上的氧氣時(shí)，關(guān)閉所述氣體開閉手段。
22.如權(quán)利要求21所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述氧氣檢測(cè)計(jì)檢測(cè)出規(guī)定濃度以上的氧氣時(shí)，所述燃料電池停止工作。
23.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置在所述氣體供給配管的中途，測(cè)定流過所述氣體供給配管的改性氣體的流量的第1流量測(cè)定手段、配置在所述氣體回收配管的中途，測(cè)定流過所述回收配管的廢氣的流量的第2測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述第2流量測(cè)定手段測(cè)定的廢氣流量，計(jì)算出所述燃料電池的氫氣使用量。
24.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備配置在所述氣體供給配管的中途，測(cè)定流過所述氣體供給配管的改性氣體的流量的第1流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述燃料電池的發(fā)電條件，計(jì)算出所述燃料電池的氫氣使用量。
25.如權(quán)利要求23所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
26.如權(quán)利要求24所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
27.一種氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，其特征在于，具備對(duì)每一燃料電池測(cè)定氫氣站生成的，提供給多個(gè)燃料電池的富氫改性氣體的流量進(jìn)行測(cè)定的第1流量測(cè)定手段、對(duì)于所述每一燃料電池測(cè)定含有所述燃料電池未消耗的氫氣的廢氣的流量的第2流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述第2流量測(cè)定手段測(cè)定的廢氣流量，對(duì)于每一所述燃料電池計(jì)算氫氣使用量，同時(shí)根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
28.一種氫氣使用費(fèi)收費(fèi)裝置，其特征在于，具備對(duì)于每一所述燃料電池測(cè)定氫氣站生成的，提供給多個(gè)燃料電池的富氫改性氣體的流量進(jìn)行測(cè)定的第1流量測(cè)定手段、以及運(yùn)算裝置，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述第1流量測(cè)定手段測(cè)定的改性氣體流量和所述燃料電池的發(fā)電條件，對(duì)于每一所述燃料電池計(jì)算氫氣使用量，同時(shí)根據(jù)所述氫氣使用量執(zhí)行氫氣使用費(fèi)的收費(fèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠?qū)⒍鄠€(gè)燃料電池的陽(yáng)極排出的包含未消耗的氫氣的廢氣回收，將該廢氣有效利用的氫氣站和燃料電池系統(tǒng)以及氫氣收費(fèi)系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)(100)具備利用有機(jī)化合物的改性反應(yīng)生成富氫的改性氣體的氫氣站(1)、利用所述氫氣站(1)提供的所述改性氣體發(fā)電，同時(shí)將所述發(fā)電中未消耗的改性氣體、即廢氣排出到外部的多個(gè)燃料電池(4)、將所述改性氣體從所述氫氣站(1)引向所述燃料電池用的氣體供給配管(2)、以及從所述燃料電池(4)將所述廢氣引向所述氫氣站(1)用的廢氣回收配管(6)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1612399SQ20041008789
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者鵜飼邦弘, 田口清, 脅田英延, 藤原誠(chéng)二, 可兒幸宗 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社