JP2007328968A - Piping system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ガスの供給管と多層階の建築物に設置された複数の燃料電池との間を接続する配管装置に関する。 The present invention relates to a piping device for connecting between a hydrogen gas supply pipe and a plurality of fuel cells installed in a multi-story building.
発電効率が高くしかもNOXやSOXなどの有害物質の排出がない燃料電池システムは、クリーンな分散型発電システムとして注目され、マンションや集合住宅あるいはオフィスビルなどへの適用が検討されている。この燃料電池システムにおいては、空気等が混合されている燃料ガス(例えば都市ガス)を改質し、得られた水素ガスを空気中の酸素と反応させて水が生成される時に発生する電流を取り出して電力系統の補助電源として利用するとともに、その反応熱を利用することが検討されている。例えば、都市ガスから水素ガスを生成する改質器を集合住宅の共用部に設置し、その水素ガスを水素ガス配管で共用部から各住戸に設置された燃料電池に供給し、燃料電池で発電される電力とそこから排出される温水を各住戸で使用する燃料電池システムが提案されている(特許文献1参照)。 A fuel cell system that has high power generation efficiency and does not emit harmful substances such as NO X and SO X has attracted attention as a clean distributed power generation system, and its application to condominiums, apartment houses, office buildings, and the like is being studied. In this fuel cell system, a current generated when water is generated by reforming a fuel gas (for example, city gas) mixed with air or the like and reacting the obtained hydrogen gas with oxygen in the air. While taking out and using as an auxiliary power supply of an electric power system, utilizing the reaction heat is examined. For example, a reformer that generates hydrogen gas from city gas is installed in a common part of an apartment house, and the hydrogen gas is supplied from the common part to the fuel cell installed in each dwelling unit through a hydrogen gas pipe. A fuel cell system has been proposed that uses the generated electric power and the hot water discharged therefrom in each dwelling unit (see Patent Document 1).
燃料電池システムにおいては、改質器の過渡応答特性が低いので、負荷の増大に適合しえるように立ち上がるために、燃料処理器(改質器)と燃料電池スタックとの間に、例えば圧縮ガスシリンダのような水素貯蔵デバイスを設けることが提案されている(特許文献2参照)。また、燃料電池が必要とする水素を過不足なく、迅速に供給するために、改質器により生成された水素を水素貯蔵バッファに貯蔵するとともに、水素貯蔵バッファの下流側に、燃料電池に提供する水素の圧力を目的圧力以下に保つレギュレータを設け、燃料電池で消費する水素の量よりも多い場合に、水素を水素貯蔵バッファに貯蔵し、改質器により生成された水素の量が、燃料電池で消費する水素の量よりも小さい場合に、レギュレータを用いて水素を燃料電池に供給することが提案されている(特許文献3参照)。 In the fuel cell system, since the transient response characteristic of the reformer is low, for example, a compressed gas is provided between the fuel processor (reformer) and the fuel cell stack in order to start up so as to adapt to an increase in load. It has been proposed to provide a hydrogen storage device such as a cylinder (see Patent Document 2). In addition, in order to quickly supply the hydrogen required by the fuel cell without excess or deficiency, the hydrogen generated by the reformer is stored in the hydrogen storage buffer and provided to the fuel cell downstream of the hydrogen storage buffer. A regulator is provided to keep the hydrogen pressure below the target pressure, and when the amount of hydrogen consumed by the fuel cell is greater than the amount consumed, the hydrogen is stored in a hydrogen storage buffer, and the amount of hydrogen produced by the reformer is It has been proposed to supply hydrogen to a fuel cell using a regulator when the amount of hydrogen consumed by the battery is smaller (see Patent Document 3).
また燃料電池システムを多層建築物に採用する場合は、例えば図10に示すような配管装置が考えられる。同図において、100は多層階(4階建)のビルであり、各専有部101a……101dには、燃料電池9(9a、9b……9d)及び貯湯タンク10(10a、10b……10d)が設置され、地上には都市ガスの供給管11に接続された燃料処理部3が設置され、この燃料処理部3にはそこで生成された水素ガスを燃料電池9に供給するための主管12が接続されている。主管12は分岐継手60(60a……60c)を介して分配管13(13a、13b……13d)に接続され、各分配管13の端部は各々、継手6(6a、6b……6d)を介して燃料電池9(9a、9b……9d)に接続されている。
Moreover, when employ | adopting a fuel cell system for a multilayer building, a piping apparatus as shown, for example in FIG. 10 can be considered. In the figure,
燃料処理部3と燃料電池9との間を接続するための水素ガス配管には、SGP鋼管又はステンレス鋼管などの耐熱性及び耐食性の大なる鋼管が使用され、分岐部を溶接で接合するのが一般的である。また半導体製造装置などで使用されている、一対の金属製筒体の間にガスケットを挟み込み、おすナットとめすナットで締付けるようにした特殊なメカニカル継手で分岐部を接続することも行われている。しかして水素ガスは分子径が小さく、微小な隙間にも侵入し、継手などの接続部から漏洩し易いので、住宅あるいはオフィスビルなどでは、ガス漏れによる災害を防止することが極めて重要である。そこで、通常は、各分岐継手60及び継手6に、水素ガスの漏洩を検知するための水素ガスセンサ7(7a、7b……7g)が設置されている。
The hydrogen gas pipe for connecting the
特許文献2及び3に記載の燃料電池システムによれば、改質器で発生した水素ガスをバッファタンクに貯蔵しているので、水素ガスの安定供給は可能となるが、燃料電池での水素ガスの消費量に応じて改質器の起動と停止が頻繁に繰り返されるので改質器の耐久性が低下するという問題がある。また、改質器の立ち上げ時に消費されるエネルギーが増大するという問題がある。
According to the fuel cell systems described in
また、図10に示すように漏洩が予測される部分の総てにセンサを設けると、多数のセンサを必要とし、配管コストの増大を招くので、実用的ではない。 Also, as shown in FIG. 10, if sensors are provided in all of the portions where leakage is predicted, a large number of sensors are required, resulting in an increase in piping cost, which is not practical.
従って、本発明の目的は、改質器の長寿命化を図ることができる配管装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piping device capable of extending the life of the reformer.
また、本発明の他の目的は、従来よりも低コストで安全性の高い水素ガスの供給が可能となる配管装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a piping device that can supply hydrogen gas at a lower cost and higher safety than the prior art.
上記目的を達成するために、本発明の配管装置は、燃料ガスから水素ガスを生成する改質器を含む燃料処理部と、
前記水素ガスを貯蔵しかつ燃料電池に供給する互いに並列に接続される複数のバッファタンクを含む水素ガス供給部と、
前記燃料電池で消費される水素量に応じて前記改質器又は前記バッファタンクの一つから選択的に前記水素ガスを前記燃料電池に供給する制御手段を有するとともに、
前記バッファタンクに接続されるヘッダーを有する分配ユニットと、
内管と外管からなり、かつ前記ヘッダーと建築物の専有階ごとに設置された複数の燃料電池との間に接続される複数の分配管を備えることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a piping device of the present invention includes a fuel processing unit including a reformer that generates hydrogen gas from fuel gas,
A hydrogen gas supply unit including a plurality of buffer tanks connected in parallel to each other for storing the hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the fuel cell;
And having control means for selectively supplying the hydrogen gas to the fuel cell from one of the reformer or the buffer tank according to the amount of hydrogen consumed by the fuel cell,
A distribution unit having a header connected to the buffer tank;
It comprises an inner pipe and an outer pipe, and is provided with a plurality of distribution pipes connected between the header and a plurality of fuel cells installed on each exclusive floor of the building.
本発明において、前記分配ユニットは前記分配管に接続される部分が相互に仕切られた複数の小空間と、これらの小空間が連通する検出空間とを有することが好ましい。本発明において、前記検出空間には単一の水素ガス検出部材が設置されることがより好ましい。 In the present invention, it is preferable that the distribution unit includes a plurality of small spaces in which portions connected to the distribution pipe are partitioned from each other, and a detection space in which these small spaces communicate with each other. In the present invention, it is more preferable that a single hydrogen gas detection member is installed in the detection space.
本発明において、前記分配管は、樹脂で被覆したフレキシブル管であることが好ましい。 In the present invention, the distribution pipe is preferably a flexible pipe coated with a resin.
本発明において、前記分配管は、その下流側端部が差込まれ固定される継手を介して前記燃料電池に接続されるとともに、前記被覆樹脂と前記蛇腹管との隙間から流出した水素ガスが前記継手内部を通過して前記水素ガス検出部材に捕捉されることが好ましい。 In the present invention, the distribution pipe is connected to the fuel cell through a joint in which a downstream end is inserted and fixed, and hydrogen gas flowing out from a gap between the coating resin and the bellows pipe It is preferable to pass through the inside of the joint and be captured by the hydrogen gas detection member.
本発明によれば、一時的に多量に水素が消費されて燃料処理部の供給能力を越えた場合には、水素ガスを燃料処理部の下流側に設置された複数のバッファタンクから選択的に燃料電池に供給することが可能となるので、水素ガスの安定供給を保証することができる。また改質器はバッファタンクを充填する期間だけ運転すればよいので、改質器の起動回数を低減することができる。したがって改質器の長寿命化を図ることができる。 According to the present invention, when a large amount of hydrogen is temporarily consumed and exceeds the supply capacity of the fuel processing unit, hydrogen gas is selectively sent from a plurality of buffer tanks installed on the downstream side of the fuel processing unit. Since the fuel cell can be supplied, a stable supply of hydrogen gas can be guaranteed. Further, since the reformer only needs to be operated for a period during which the buffer tank is filled, the number of times the reformer is started can be reduced. Therefore, the life of the reformer can be extended.
さらに本発明によれば、バッファタンクの下流側に分配ユニットを設け、その分配ユニットと燃料電池との間を内部から漏洩した水素ガスが流出し得る隙間を有する複数の分配管で接続するので、水素ガスを検出する部材の設置個数を最小限にとどめることができる。従って低コストで安全性の高い配管装置を実現することができる。 Furthermore, according to the present invention, a distribution unit is provided on the downstream side of the buffer tank, and the distribution unit and the fuel cell are connected by a plurality of distribution pipes having gaps through which hydrogen gas leaked from the inside can flow out. The number of installed members for detecting hydrogen gas can be minimized. Therefore, it is possible to realize a low-cost and highly safe piping device.
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る配管装置を示す斜視図、図2は図1の配管装置の配管系統図、図3は図1の配管装置の制御部を示すブロック図、図4は分配ユニットの断面図、図5は図4のX−X線断面図、図6は水素ガス管を模式的に示す断面図、図7は継手の断面図、図8は水素ガスの供給方法の一例を示すフローチャート図、図9は本発明の第2の実施の形態に係る配管装置を示す概略図である。なお、各図において同一の機能を有する部材には同一の参照符号(もしくは上一桁又は上二桁が同じ参照符号)を付与している。 Details of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view showing a piping device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a piping system diagram of the piping device of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram showing a control unit of the piping device of FIG. 4 is a sectional view of the distribution unit, FIG. 5 is a sectional view taken along line XX of FIG. 4, FIG. 6 is a sectional view schematically showing a hydrogen gas pipe, FIG. 7 is a sectional view of a joint, and FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing a piping device according to a second embodiment of the present invention. In each figure, members having the same function are given the same reference numerals (or the same reference numerals in the first one digit or the upper two digits).
(第1の実施の形態)
図1に示すように、複数階(図では4階建て)のビル100の各専有階には、燃料電池9a……9dとそこで生成された温水を貯溜する貯湯タンク10a……10dが設置されている。地上階には、燃料ガスが流動する元管1から分岐された供給管11に減圧器2を介して接続された燃料処理部3が設置され、燃料処理部3の下流側にはそこで生成された水素ガスを一時的に貯蔵するバッファタンク4a、4bが並列に接続されている。バッファタンク4a、4bの下流側には、レギュレータ(図示を省略)、主管12を介して分配ユニット5が接続されている。分配ユニット5は水素ガスメータ8a……8dを有する分配管13a……13dに接続され、水素ガスセンサを有する継手(いずれも図示を省略)を介して燃料電池9a……9dに接続されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1,
この配管装置のうち燃料電池及び燃料処理部の構成を図2により説明する。図2では地上階の燃料電池のみを示すが、他の燃料電池もこれと同様に分配ユニットに接続されている。また都市ガス(G)は太い二点鎖線で、空気(A)は太い破線で、オフガス(排ガス)は太い一点鎖線で、水素ガスは太い実線で、水(W)又は水蒸気は細い実線で示す。 The configuration of the fuel cell and the fuel processing unit in this piping apparatus will be described with reference to FIG. Although only the fuel cell on the ground floor is shown in FIG. 2, other fuel cells are connected to the distribution unit in the same manner. City gas (G) is indicated by a thick two-dot chain line, air (A) is indicated by a thick broken line, off-gas (exhaust gas) is indicated by a thick one-dot chain line, hydrogen gas is indicated by a thick solid line, and water (W) or water vapor is indicated by a thin solid line. .
燃料電池はキャリアイオンの通過媒体となる電解質の種類によって、固体高分子形(PEFC)、固体酸化物形(SOFC)、りん酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)に分類されるが、本発明においては、低温で動作し、出力密度が高いので、コンパクトでかつ取扱いが容易なPEFCが好ましい。このPEFCは、図2に示すように水素イオン導伝性電解質膜(図示を省略)の両側に燃料極901と空気極902(いずれも触媒層を多孔質層(集電層)で支持した構造を有する)を形成したセルを集合してスタックとしたものである。PEFCにおいては、改質器31で生成された水素ガスは燃料極901で水素イオンと電子に分かれ、水素イオンは電解質膜中を水と一体となって空気極902に移動し、電子は外部回路を通って空気極902に行き、空気極902では送風ファン90及びブロワ91を介して取り込まれた空気中の酸素、電子及び水素イオンが反応して水が生成される。この反応過程で発生した直流電力Eは、インバータなどの電力変換装置により、交流に変換されてビルや家庭で利用することができる。また貯湯タンク10a……10dに貯溜された温水(W)は家庭内の給湯などにそのまま利用することができる。さらに分配管13a……13dから流出した水素ガスの一部(H)を取り出し、ガス器具(図示を省略)に供給することができる。
Fuel cells are classified into polymer electrolyte (PEFC), solid oxide (SOFC), phosphoric acid (PAFC), and molten carbonate (MCFC) types, depending on the type of electrolyte used as a carrier ion passage medium. In the present invention, a PEFC that is compact and easy to handle is preferable because it operates at a low temperature and has a high output density. As shown in FIG. 2, this PEFC has a structure in which a
燃料極901には水素ガスが供給され、かつ空気極902に送風ポンプ90で取り込まれた空気がブロワ91を介して供給されると、そこで発生したオフガスは第2冷却器932に給送される。燃料極901で発生したオフガスは改質器31に給送される。第1タンク941に貯溜された純水は循環ポンプ95により冷却部903を経て第1冷却器931に給送され、第1冷却器931で給水ポンプ92から給送された水と混合される。また、第1タンク941に貯溜された純水は熱交換機38を経て改質器31へ供給される。第2冷却器932で発生した水と第3冷却器933で発生した水は、第2タンク942に回収される。第2タンク942には給水ポンプ96により水が補給されるとともに、第2タンク942に流入した排ガスは排気ポンプ99で排気される。第1冷却器931から流出した温水は第2冷却器932及び第3冷却器933を経て、ポンプ98により貯湯タンク10aに供給される。また第2タンク942内の水は回収ポンプ97で回収された後、冷却器及び濾過器(いずれも図示を省略)を経て第1タンク941に供給される。
When hydrogen gas is supplied to the
燃料処理部3は、水素ガスを生成する水蒸気改質器31(以下単に改質器31という。)と、その水素ガスを精製するCO変性32及びCO除去33からなる改質部30を有する。改質器31は、触媒311が内蔵され都市ガスと水蒸気が供給される反応室312と、燃料電池で消費されなかった改質ガスに空気を混合することにより燃焼させて触媒311を加熱させる燃焼室313を有する。改質部30においては、脱硫器34により硫黄化合物(付臭剤)が除去された都市ガスが減圧器2を経て改質器31の触媒311に供給されると、都市ガスの主成分である炭化水素化合物(メタン)は700℃程度に保温された触媒上で反応して、水素を主成分とする(水素:70%、二酸化炭素:20%、その他:10%)改質ガス(水素ガス)が生成し、CO変性32でシフト反応(CO+H2O→CO2+H2)により一酸化炭素の濃度が5000ppm程度に低減され、次いでCO除去33にてCO選択酸化反応(CO+1/2O2→CO2)により一酸化炭素の濃度が10PPM以下になるように精製される。
The
バッファタンク4a、4bは、第1バルブ41a及び第2バルブ41bを介して燃料処理部3の下流側に並列に接続され、バッファタンク4a、4bの出口側は第3バルブ41c及び第4バルブ41dを介して分配ユニット5に接続されている。これらのバッファタンクはアルミニウム合金又はプラスチック等からなるボンベの表面にカーボン繊維強化層を設け、さらに表面に樹脂被覆層を設けた構造とすることができる。
The
上記の配管装置においては、水素ガスの安定供給と改質器の起動回数を低減するために、改質器31の運転及びバッファタンク4a、4bの開閉を制御する回路は図3に示すように構成されている。すなわち制御部302は、圧力検出センサ(図示を省略)で検出されたバッファタンク4a、4bの圧力に対応する信号を処理する信号処理回路301と、信号処理回路301から出力された信号に基づいて改質器31を起動又は停止する信号と第1バルブ41a、第2バルブ41b、第3バルブ41c、第4バルブ41dを開閉する駆動信号を出力する駆動回路303を備えている。
In the above piping apparatus, the circuit for controlling the operation of the
上記の配管装置のうち配管部材の構成を図4〜7により説明する。
図4及び図5に示すように、バッファタンク4a、4bには水素ガスを燃料電池9に供給するための主管12が接続され、主管12は継手6eを介して分配ユニット5の内部に設置されたヘッダー51に接続されている。ヘッダー51には複数の分配管13a、13b、13c、13dが接続され、各分配管の端部は継手6a……6dを介して、各専有階の燃料電池9a……9d(図1参照)に接続されている。また分配ユニット5には、水素ガスセンサ7eが取り付けられるとともに、継手6a……6dにも各々、水素ガスセンサ7a……7d(図1参照)が装着されている。
The structure of a piping member among said piping apparatuses is demonstrated with FIGS.
As shown in FIGS. 4 and 5, a
分配ユニット5は、密閉された直方体状の中空容器50と、その内部に収容されたヘッダー51を有し、ヘッダー51は複数の分岐部52a……52dを介して分配管13a……13dに接続されている。中空容器50は、平面からみて長辺方向に伸長する仕切板53eとその端部(分岐部52a側)に固着された仕切板53aにより、分岐空間54と検出空間56に区画され、さらに分岐空間54は、仕切板53b……53dにより4つの小空間54a……54dに区画されている(図5参照)。仕切板53eには、各小空間54a……54dごとに連通孔57a……57dが設けられているので、各小空間54a……54dは検出空間56と連通するように構成されている。検出空間56の一ヶ所には、単一の水素ガスセンサ7eが設置されている。
The
図6(a)に示すように、分配管13(13a……13d)は、コルゲイト管からなるフレキシブル管131(131a)とその外周面に被着された被覆樹脂133(133a)とを有し、フレキシブル管131(131a)にクラック134(134a)などの欠陥が発生した場合、両者の間に形成された隙間を水素ガスが流動し得るように構成されている。本発明においては、分配管13(13a……13d)は内管と外管を有していればよく、例えば図6(b)に示すように、分配管13(13a……13d)は、直管132(132a)と被覆樹脂133(133a)とを有する樹脂被覆管とすることも可能であり、直管132(132a)にクラック134(134a)などの欠陥が発生した場合、両者の間に形成された隙間を水素ガスが流動し得るように構成されていてもよい。フレキシブル管131(131a)又は直管132(132a)は、腐食によるクラックなどの発生による漏れを防止するために、耐食性を有する金属材料(例えばオーステナイト系ステンレス鋼)で形成される。なお、図6では、代表的な例として分配管13aについて示しているが、分配管13b、13c、13dについても同様である。
As shown in FIG. 6A, the distribution pipe 13 (13a... 13d) has a flexible pipe 131 (131a) made of a corrugate pipe and a coating resin 133 (133a) deposited on the outer peripheral surface thereof. When a defect such as a crack 134 (134a) occurs in the flexible tube 131 (131a), hydrogen gas can flow through a gap formed between them. In the present invention, the distribution pipe 13 (13a... 13d) only needs to have an inner pipe and an outer pipe. For example, as shown in FIG. A resin-coated tube having a straight tube 132 (132a) and a coating resin 133 (133a) is also possible, and when a defect such as a crack 134 (134a) occurs in the straight tube 132 (132a), between the two It may be configured so that hydrogen gas can flow through the gap formed in the above. The flexible pipe 131 (131a) or the straight pipe 132 (132a) is formed of a corrosion-resistant metal material (for example, austenitic stainless steel) in order to prevent leakage due to generation of cracks due to corrosion. 6 shows the
図7に示すように、継手6(6a……6d)は、一端側(分配管13が挿入される側)の内周面にメネジ部を有し、他端側の外周面にオネジ部を有する金属材料からなる継手本体60と、メネジ部にねじ込まれるナット61を有する。継手本体60の内部には、奥から順に、円板状のガスケット62と、リング状の耐火パッキン63が装着されるとともに、ナット61に押されて分配管13を固定するためのリテーナ64を有する。リテーナ64は、コーン形状を有し、ガスケット62に対向する側の端部が内径側に折り曲げられてフレキシブル管131の先端の谷部に当接するように形成された締付けリング65とその内周面に嵌込まれるガイドリング66を有する。継手本体60の端部とナット61の間は、Oリング67でシールされている。ナット61の内部には内周面と外周面を連通する貫通孔611が形成され、そこに水素ガスを含む気体のみを透過する選択透過性部材68が封入されている。ナット61の端部は被覆樹脂133の外周面に当接するリップ部を有するパッキン69でシールされている。選択透過性部材68は、例えば、フッ素樹脂(例えばPTFE)、ポリオレフィン(PE、PP等)、アクリル系樹脂(例えばPMA)等の高分子重合体からなる、三次元的に連続した網目構造を有し、1〜50μm程度の気孔径を有する多孔質体で形成することができる。
As shown in FIG. 7, the joint 6 (6a... 6d) has a female thread portion on the inner peripheral surface on one end side (side into which the
上記の継手6によれば次の手順で分配管13と燃料電池9a……9dを接続することができる。継手本体60にガスケット62及び耐火パッキン63を挿入し、ナット61に選択透過性部材68とパッキン69を挿入し、継手本体60とナット61との間にOリング67が挟着された状態で両部材を所定の締付け量(例えばフレキシブル管131の約1山分)を残して螺着し、次いで継手本体60を燃料電池9a……9d及びヘッダー51(図6ではいずれも図示を省略)にねじ込む。分配管13の端部を継手本体60の奥まで挿入した後、ナット61を締付けることにより、図7に示す状態となる。
According to the joint 6 described above, the
上記の継手6によれば、ナット61の貫通孔611に水素ガス検出部材(図7では図示を省略)を装着することにより、水素ガスを検出することができる。すなわちフレキシブル管131から漏出した水素ガスは、矢印で示す経路を辿って継手6の内部を流動し、選択透過性部材68を通過して水素ガス検出部材に捕捉される。
According to the joint 6 described above, hydrogen gas can be detected by mounting a hydrogen gas detection member (not shown in FIG. 7) in the through
上記の分配ユニット5及び継手6からの水素ガスの漏洩を検出する水素ガス検出部材7a〜7eとしては、公知の可燃性ガスを検出するためのセンサを使用することができる。例えば、センサ材料である半導体酸化物(酸化スズなど)の表面にガス分子を吸着させ、又はガス分子の表面での触媒燃焼によるセンサ材料の抵抗変化を検出する、半導体抵抗変化方式センサ、あるいは可燃性ガスと触媒材との触媒反応による発熱を、熱電変換効果により電圧信号に変換して、それを検出信号とする熱電変換方式センサなどを使用することができる。
As the hydrogen
上記の配管装置によれば、次のようにして燃料電池に水素ガスの供給が行うことができる。主管12から燃料ガス(例えば都市ガス)が燃料処理部3a、3bに供給されると、そこで発生した水素ガスは、バッファタンク4a、4bに貯蔵されるともに、主管12を通じて分配ユニット5に給送される。ここで一時的に多量に水素が消費されて燃料処理部3の供給能力を越えた場合には、図8に示す手順でバッファタンク4a、4bから水素ガスが供給される。ここで、初期状態はバッファタンク4a、4bの圧力(Pa、Pb)が上限値(P2)(例えば100kPa)、(P4)(例えば100kPa)である。前記の初期状態において、第1バルブ41aは閉弁、第3バルブ41cは開弁され、バッファタンク4a貯蔵された水素ガスがレギュレータ(図示を省略)により減圧されて燃料電池に供給される(S1)。バッファタンク4aに貯蔵された水素ガスが使用されバッファタンク4aの圧力(Pa)が下限値(P1)(例えば3kPa)に達すると(S2)、第4バルブ41dが開弁されるとともに第3バルブ41cが閉弁されバッファタンク4bに貯蔵された水素ガスが燃料電池に供給される(S3)。
According to the above piping device, hydrogen gas can be supplied to the fuel cell as follows. When fuel gas (for example, city gas) is supplied from the
次いで、第1バルブ41aが開弁(第2バルブ41bは閉弁)される(S4)とともに改質器31を起動する(S5)ことによって、改質器31で改質された水素ガスがバッファタンク4aに貯蔵される(S6)。もしバッファタンク4bの圧力(Pb)が下限値(P3)(例えば3kPa)に達する前にバッファタンク4aの圧力(Pa)が上限値(P2)に達した場合は、Pa=P2のときに次ステップ(S8)へ進む。一方、バッファタンク4aの圧力(Pa)が上限値(P2)に達する前に、バッファタンク4bの圧力(Pb)が下限値(P3)に達した場合は、バッファタンク4bの圧力を測定し(S7)、Pb=P3のときに次ステップ(S8)へ進む。バッファタンク4a、4bの圧力Pa、Pbと上限値P2、P4とを比較して(S8)、Pa、Pbがともに上限値であれば改質器31を停止し(S9)、それ以外は次ステップ(S10)へ進む。
Next, the
次いで、第3バルブ41cが開弁、第4バルブ41dが閉弁されバッファタンク4aから燃料電池に水素が供給される(S10)。次いで第1バルブ41aが閉弁され(S11)、第2バルブ41bが開弁されて改質器31で改質された水素ガスがバッファタンク4bに貯蔵される(S12)。もしバッファタンク4aの圧力(Pa)が下限値(P1)(例えば3kPa)に達する前にバッファタンク4bの圧力(Pa)が上限値(P4)に達した場合は、Pb=P4のときに次ステップ(S12)へ進む。一方、バッファタンク4bの圧力(Pb)が上限値(P4)に達する前に、バッファタンク4aの圧力(Pa)が下限値(P1)に達した場合は、バッファタンク4aの圧力を測定し(S13)、Pa=P1のときに次ステップ(S16)へ進む。バッファタンク4a、4bの圧力Pa、Pbと上限値P2、P4とを比較して(S14)、Pa、Pbがともに上限値であれば改質器31を停止し(S15)、それ以外は次ステップ(S16)に進む。
Next, the
次いで、第3バルブ41cが閉弁、第4バルブ41dが開弁されバッファタンク4bから燃料電池に水素が供給される(S16)。次いで、第1バルブ41aが開弁、第2バルブが閉弁され(S17)て(S6)へ進み(S6)から(S17)をループする。このように上記の配管装置によれば、水素ガスの消費に応じてバッファタンク4a、4bを切り換えて水素ガスが貯蔵または燃料電池に供給されるので、水素ガスの安定供給を行うことができる。また改質器31の起動回数が少なくなるので、改質器は一定の改質量に保った状態で連続運転を行うことができるので、改質器の長寿命化を図ることができる。
Next, the
長期間にわたって燃料電池の運転が行われると、分配管13a……13dを構成するフレキシブル管131又は直管132が腐食して、クラック134が発生することがあるが、その場合には、水素ガスはフレキシブル管131(又は直管132)と被覆樹脂133との隙間を通り(図6参照)、分配ユニット5に戻る。この水素ガスは、分配管13a……13dと分岐部52a……52dの接続部の隙間から中空容器50の内部に形成された小空間54a……54dに漏出し、そこから検出空間56に流入する。検出空間56の内部に流入した水素ガスは、そこに装着された水素ガス検出部材7eにより検出され、その出力信号が警報器(不図示)に送られて、警報器が作動することよりガス漏れを感知することができる。また漏洩した水素ガスが継手6a……6dに流入した場合には、そこに装着された水素ガス検出部材7a……7dにより検出される。
If the fuel cell is operated for a long period of time, the
上記のように、図1に示す配管装置によれば、燃料電池1a……1dの入口側に水素ガス検出部材7a……7dを設ける以外は、改質器31の下流側に分配ユニット5を接続しそこに単一の水素ガス検出部材を設けるだけで、分配管13a……13dから漏洩した水素ガスを確実に検出することができる。したがって従来よりも配管コストの低減を図ることができる。
As described above, according to the piping apparatus shown in FIG. 1, the
(第2の実施形態)
図9に示す配管装置は、改質器3、バッファタンク4a、4b及び分配ユニット5をビル100の屋上に設置した以外は上記と同様の構造を有するので、詳細な説明は省略する。この配管装置によれば、水素ガス発生部が屋上に設置されているで、ビルの地上階を有効に利用することができる。
(Second Embodiment)
The piping apparatus shown in FIG. 9 has the same structure as described above except that the
1:元管、2:減圧器、
3、3a、3b:燃料処理部、30:改質部、
31:改質器、311:触媒、312:反応室、313:加熱室、32:CO変性器、33:CO除去器、34:脱硫器、35:蒸気発生器、36:吸気ポンプ、37:ブロワ、38:熱交換機、
302:制御部、301:信号処理回路、303:駆動回路、
4a、4b:バッファタンク、41a:第1バルブ、41b:第2バルブ、41c:第3バルブ、41d:第4バルブ、
5:分配ユニット、50:ケース、51:ヘッダー、52a、52b、52c、52d:分岐部、53a、53b、53c、53d:仕切板窓、54:分岐空間、54a、54b、54c、54d:小空間、56:検出空間、57a、57b、57c、57d:連通孔
6a、6b、6c、6d、6e:継手、
7a、7b、7c、7d、7e:水素ガスセンサ、
8a、8b、8c、8d:水素ガスメータ、
9a、9b、9c、9d:燃料電池、
901:燃料極、902:空気極、903:冷却部、90:吸気ポンプ、91:ブロワ、92:給水ポンプ、931:第1冷却器、932:第2冷却器、933:第3冷却器、941:第1タンク、942:第2タンク、95:循環ポンプ、96:補給ポンプ、97:回収ポンプ、98:給湯ポンプ、99:排気ポンプ
10a、10b、10c、10d:貯湯タンク、11:供給管、12:主管、
13a、13b、13c、13d:分配管、
131、131a:フレキシブル管、132、132a:直管、133、133a:被覆樹脂、134、134a:クラック
14a、14b、14c、14d:接続管、
100:ビル、101a、101b、101c、101d:専有階
1: main pipe, 2: decompressor,
3, 3a, 3b: fuel processing section, 30: reforming section,
31: reformer, 311: catalyst, 312: reaction chamber, 313: heating chamber, 32: CO modifier, 33: CO remover, 34: desulfurizer, 35: steam generator, 36: intake pump, 37: Blower, 38: Heat exchanger,
302: Control unit, 301: Signal processing circuit, 303: Drive circuit,
4a, 4b: buffer tank, 41a: first valve, 41b: second valve, 41c: third valve, 41d: fourth valve,
5: Distribution unit, 50: Case, 51: Header, 52a, 52b, 52c, 52d: Branch part, 53a, 53b, 53c, 53d: Partition plate window, 54: Branch space, 54a, 54b, 54c, 54d: Small Space 56:
7a, 7b, 7c, 7d, 7e: hydrogen gas sensor,
8a, 8b, 8c, 8d: hydrogen gas meter,
9a, 9b, 9c, 9d: fuel cell,
901: Fuel electrode, 902: Air electrode, 903: Cooling unit, 90: Intake pump, 91: Blower, 92: Feed water pump, 931: First cooler, 932: Second cooler, 933: Third cooler, 941: first tank, 942: second tank, 95: circulation pump, 96: supply pump, 97: recovery pump, 98: hot water supply pump, 99:
13a, 13b, 13c, 13d: distribution pipes,
131, 131a: flexible pipe, 132, 132a: straight pipe, 133, 133a: coating resin, 134, 134a:
100: Building, 101a, 101b, 101c, 101d: Exclusive floor
Claims (5)
前記水素ガスを貯蔵しかつ燃料電池に供給する互いに並列に接続される複数のバッファタンクを含む水素ガス供給部と、
燃料電池で消費される水素量に応じて前記改質器又は前記バッファタンクの一つから選択的に前記水素ガスを前記燃料電池に供給する制御手段を有するとともに、
前記バッファタンクに接続されるヘッダーを有する分配ユニットと、
内管と外管からなり、かつ前記ヘッダーと建築物の専有階ごとに設置された複数の燃料電池との間に接続される複数の分配管を備えることを特徴とする配管装置。 A fuel processing unit including a reformer that generates hydrogen gas from the fuel gas;
A hydrogen gas supply unit including a plurality of buffer tanks connected in parallel to each other for storing the hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the fuel cell;
A control means for selectively supplying the hydrogen gas to the fuel cell from one of the reformer or the buffer tank according to the amount of hydrogen consumed in the fuel cell;
A distribution unit having a header connected to the buffer tank;
A piping device comprising a plurality of distribution pipes, each of which is constituted by an inner pipe and an outer pipe, and is connected between the header and a plurality of fuel cells installed on each exclusive floor of the building.
The distribution pipe is connected to the fuel cell via a joint where the downstream end is inserted and fixed, and hydrogen gas flowing out from the gap between the coating resin and the bellows pipe passes through the joint. The piping device according to claim 4, wherein the piping device passes and is captured by the hydrogen gas detection member.
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