JP7664153B2

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Publication number: JP7664153B2
Application number: JP2021201117A
Authority: JP
Inventors: 雄三白川; 聡悟西出; 浩章長谷川; 敬郎石川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2025-04-17
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: JP2023086536A

Description

Translated fromJapanese

本発明はエネルギー供給システムに関し、たとえば、エンジンと燃料電池とを組み合わせたハイブリッドシステムにおいて、熱と電力と水素を外部供給可能にする技術に関する。The present invention relates to an energy supply system, for example, a technology that enables heat, electricity, and hydrogen to be supplied to an external source in a hybrid system that combines an engine and a fuel cell.

脱炭素にむけて、分散電源の利用が増大する傾向にある。分散電源は、たとえばＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）およびエンジン（内燃機関）を備える。As part of efforts to decarbonize, there is a trend toward increased use of distributed power sources. Distributed power sources include, for example, SOFCs (solid oxide fuel cells) and engines (internal combustion engines).

ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）は、高い発電効率がメリットである。さらに、高温で駆動することから、その排熱を燃料改質に用いることができる。一方で、設備コストが高価であることや、未利用燃料を含むオフガスが排出されることがデメリットである。The advantage of SOFCs (solid oxide fuel cells) is their high power generation efficiency. In addition, because they operate at high temperatures, the waste heat can be used to reform fuel. On the other hand, their disadvantages include the high equipment costs and the emission of off-gas containing unused fuel.

エンジン発電機は、安価な設備コストがメリットであるが、発電効率がＳＯＦＣに比べて低いことがデメリットである。The advantage of engine generators is low equipment costs, but the disadvantage is that the power generation efficiency is lower than that of SOFCs.

これらの背景から、ＳＯＦＣとエンジンのハイブリッドシステムが提案されている。たとえば特許文献１の排気利用システムは、ＳＯＦＣのオフガスをエンジンの燃料として再利用する。In light of these circumstances, hybrid systems of SOFCs and engines have been proposed. For example, the exhaust utilization system described inPatent Document 1 reuses the off-gas from the SOFC as fuel for the engine.

特開２０１３－１８９８８０号公報JP 2013-189880 A

しかしながら、従来のエネルギー供給システムでは、システムの外部に水素を供給することができないという課題があった。However, conventional energy supply systems had the problem that hydrogen could not be supplied outside the system.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、外部に水素を供給することができるエネルギー供給システムを提供することを目的とする。The present invention has been made to solve these problems, and aims to provide an energy supply system that can supply hydrogen to the outside.

本発明に係るエネルギー供給システムの一例は、
酸化物イオン伝導型の燃料電池と、内燃機関とを備える、エネルギー供給システムにおいて、
前記内燃機関の排気または前記燃料電池の排気の少なくとも一方と、前記燃料電池への供給燃料または空気とを熱交換する、熱交換器と、
前記エネルギー供給システムの外部に水素を供給するために、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスを前記熱交換器に分配する、第一分配装置と、
を備え、
前記熱交換器は前記アノードオフガスを冷却し、
前記エネルギー供給システムは、さらに、前記熱交換器によって冷却された前記アノードオフガスを、前記外部への水素供給と、前記内燃機関への燃料利用とに分配する、第二分配装置を備える、
ことを特徴とする。 An example of the energy supply system according to the present invention is
An energy supply system comprising an oxide ion conductive fuel cell and an internal combustion engine,
a heat exchanger that exchanges heat between at least one of the exhaust gas from the internal combustion engine and the exhaust gas from the fuel cell and the fuel or air supplied to the fuel cell;
a first distributor that distributes an anode off-gas discharged from the fuel cell to the heat exchanger in order to supply hydrogen to the outside of the energy supply system;
Equipped with
The heat exchanger cools the anode off-gas;
The energy supply system further includes a second distribution device that distributes the anode off gas cooled by the heat exchanger between hydrogen supply to the outside and fuel use for the internal combustion engine.
It is characterized by:

本発明に係るエネルギー供給システムは、外部に水素を供給することができる。The energy supply system of the present invention can supply hydrogen to the outside.

たとえば、ＳＯＦＣとエンジンを組み合わせたハイブリッド方式により、熱、電気、水素の３形態で外部にエネルギーを供給でき、需要に合わせて高い効率と高い稼働率での運用が可能となる。For example, a hybrid system that combines an SOFC with an engine can supply energy to the outside in three forms: heat, electricity, and hydrogen, enabling highly efficient operation with high operating rates in line with demand.

また、たとえば、熱電比を調整可能なコージェネレーションシステムを提供することができる。In addition, for example, it is possible to provide a cogeneration system that allows for adjustment of the heat/power ratio.

第一実施形態に関わるエネルギー供給システムの基本構成例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of an energy supply system according to a first embodiment;図１のエネルギー供給システムが水素を外部に供給する際の動作例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of an operation of the energy supply system of FIG. 1 when supplying hydrogen to the outside.図１の第一分配装置に係る動作例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of an operation of the first distribution device of FIG. 1 .図１のＳＯＦＣへの供給燃料の制御例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of control of fuel supplied to the SOFC of FIG. 1 .図１のエンジンの概略構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration example of the engine shown in FIG. 1 .図１の改質器の概略構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration example of the reformer shown in FIG. 1 .第二実施形態に関わるエネルギー供給システムの基本構成例を示す概略図。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of an energy supply system according to a second embodiment.第三実施形態に関わるエネルギー供給システムの基本構成例を示す概略図。FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of an energy supply system according to a third embodiment.図５のエンジンの変形例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a modification of the engine of FIG. 5 .図５のエンジンの別の変形例を示す図。FIG. 6 shows another modification of the engine of FIG. 5 .

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に関わるエネルギー供給システムの構成及び運転方法について説明する。第一実施形態に関わるエネルギー供給システムは、ＳＯＦＣ－エンジンハイブリッドシステムである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
A configuration and an operation method of an energy supply system according to a first embodiment of the present invention will be described below. The energy supply system according to the first embodiment is an SOFC-engine hybrid system.

＜エネルギー供給システムの構成＞
図１は、第一実施形態に関わるエネルギー供給システム１０の基本構成例を示す概略図である。エネルギー供給システム１０は、エンジン１１（内燃機関）と、ＳＯＦＣ１２（固体酸化物形燃料電池）と、バーナー１３と、改質器１４と、分離器１５と、制御器１６と、熱交換器２１～２８を含む熱交換器群と、第一分配装置３１と、第二分配装置３２とを備える。なお図中「ＨＥＸ」は「熱交換器」を表す。<Energy supply system configuration>
1 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of anenergy supply system 10 according to a first embodiment. Theenergy supply system 10 includes an engine 11 (internal combustion engine), an SOFC 12 (solid oxide fuel cell), aburner 13, areformer 14, aseparator 15, acontroller 16, a heat exchanger group includingheat exchangers 21 to 28, afirst distributor 31, and asecond distributor 32. In the figure, "HEX" stands for "heat exchanger."

エンジン１１は、いわゆるエンジン発電機であり、ベース燃料を燃焼させて発電を行う。ＳＯＦＣ１２は酸化物イオン伝導型の燃料電池であり、燃料を空気中の酸素と反応させて発電を行う。ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスは、たとえば水素、二酸化炭素、水、一酸化炭素、を含む。ＳＯＦＣ１２はたとえば７００℃において最適に動作する。Theengine 11 is a so-called engine generator that burns a base fuel to generate electricity. The SOFC 12 is an oxide ion conductive fuel cell that generates electricity by reacting the fuel with oxygen in the air. The anode off-gas of the SOFC 12 contains, for example, hydrogen, carbon dioxide, water, and carbon monoxide. The SOFC 12 operates optimally at, for example, 700°C.

図１において、太実線矢印は高温の空気（たとえばエンジン１１の排気およびＳＯＦＣ１２のカソードからの未利用空気を含む排気）の流れを表し、細実線矢印は燃料（未利用の燃料を含むアノードオフガスを含む）の流れを表し、一点鎖線矢印は常温または高温の空気（たとえば吸気）の流れを表し、ハッチング付き太線矢印は排水の流れを表し、ハッチング付き細線矢印は熱媒体（本実施形態では水）の流れを表し、破線矢印はエンジン１１の冷媒の流れを表し、二重線矢印は制御信号の流れを表す。In FIG. 1, the thick solid arrows represent the flow of high-temperature air (e.g., exhaust fromengine 11 and exhaust containing unused air from the cathode of SOFC 12), the thin solid arrows represent the flow of fuel (including anode off-gas containing unused fuel), the dashed arrows represent the flow of room temperature or high-temperature air (e.g., intake air), the hatched thick arrows represent the flow of wastewater, the hatched thin arrows represent the flow of heat medium (water in this embodiment), the dashed arrows represent the flow of refrigerant fromengine 11, and the double arrows represent the flow of control signals.

バーナー１３は、ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスと、カソードの未利用空気とを混合し燃焼させる。改質器１４は、ＳＯＦＣ１２への供給燃料を、水素を含むガス（改質ガス）に変換することにより改質する。改質器１４の動作温度は適宜設計可能であるが、たとえばＳＯＦＣ１２の最適な稼働温度に応じて決定することができ、本実施形態では７００℃である。Theburner 13 mixes and burns the anode off-gas of the SOFC 12 with unused air from the cathode. Thereformer 14 reforms the fuel supplied to the SOFC 12 by converting it into a gas (reformed gas) containing hydrogen. The operating temperature of thereformer 14 can be designed as appropriate, but can be determined according to the optimum operating temperature of the SOFC 12, for example, which is 700°C in this embodiment.

熱交換器２１～２８は、エンジン１１の排気およびＳＯＦＣ１２の排気と、ＳＯＦＣ１２への供給燃料、空気および水とを熱交換する。本実施形態では、それぞれ具体的に下記の熱交換を行う。
‐熱交換器２１は、エンジン１１の排気とＳＯＦＣ１２への供給燃料とを熱交換する。これによって燃料が適切な温度に加熱される。
‐熱交換器２２は、エンジン１１の排気とＳＯＦＣ１２への空気とを熱交換する。これによって空気が適切な温度に加熱される。
‐熱交換器２３は、ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスとＳＯＦＣ１２への供給燃料とを熱交換する。これによってアノードオフガスが冷却されるとともに、燃料が適切な温度に加熱される。
‐熱交換器２４は、ＳＯＦＣ１２の排気とＳＯＦＣ１２への空気とを熱交換する。これによって空気が適切な温度に加熱される。
‐熱交換器２５は、ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスと水とを熱交換し、これによってアノードオフガスを冷却する。冷却によって凝縮しアノードオフガスから分離された液体の水は、外部に排出される。
‐熱交換器２６は、ＳＯＦＣ１２の排気と水を熱交換する。
‐熱交換器２７は、エンジン１１の排気と水とを熱交換する。
‐熱交換器２８は、エンジン１１の冷媒と水とを熱交換する。
熱交換器２５～２８によって加熱された水は、熱交換器２８から外部へと供給され、これによって外部に熱が供給される。 Theheat exchangers 21 to 28 exchange heat between the exhaust gas of theengine 11 and the exhaust gas of the SOFC 12 and the fuel, air, and water supplied to the SOFC 12. In this embodiment, the following specific heat exchange is performed, respectively.
- Theheat exchanger 21 exchanges heat between the exhaust gas of theengine 11 and the fuel supplied to the SOFC 12. This heats the fuel to an appropriate temperature.
- The heat exchanger 22 exchanges heat between the exhaust of theengine 11 and the air to the SOFC 12. This heats the air to an appropriate temperature.
Theheat exchanger 23 exchanges heat between the anode off-gas of the SOFC 12 and the fuel supplied to the SOFC 12. This cools the anode off-gas and heats the fuel to an appropriate temperature.
- The heat exchanger 24 exchanges heat between the exhaust of the SOFC 12 and the air to the SOFC 12. This heats the air to an appropriate temperature.
The heat exchanger 25 exchanges heat between the anode off-gas of the SOFC 12 and water, thereby cooling the anode off-gas. Liquid water that is condensed by the cooling and separated from the anode off-gas is discharged to the outside.
- Theheat exchanger 26 exchanges heat between the exhaust gas of the SOFC 12 and water.
The heat exchanger 27 exchanges heat between the exhaust gas of theengine 11 and water.
The heat exchanger 28 exchanges heat between the coolant of theengine 11 and water.
The water heated by the heat exchangers 25 to 28 is supplied to the outside from the heat exchanger 28, thereby supplying heat to the outside.

熱交換器２１～２８の配置は、次のようになっている。
‐エンジン１１の排気は、上流から順に、熱交換器２１、２２、２７を通過する。
‐ＳＯＦＣ１２の排気は、上流から順に、バーナー１３、改質器１４、熱交換器２４、２６を通過する。
‐ＳＯＦＣ１２への供給燃料は、上流から順に、熱交換器２１、２３、改質器１４を通過する。
‐ＳＯＦＣ１２への供給空気は、上流から順に、熱交換器２２、２４を通過する。
‐ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスは、まず第一分配装置３１によって分配される。第一分配装置３１によって分配された一方はバーナー１３に供給される。他方は、上流から順に熱交換器２３、２５、第二分配装置３２を通過する。
‐水は、上流から順に、熱交換器２５、２６、２７、２８を通過する。 Theheat exchangers 21 to 28 are arranged as follows.
The exhaust gas from theengine 11 passes through theheat exchangers 21, 22, and 27 in that order from the upstream.
The exhaust gas from theSOFC 12 passes through aburner 13, areformer 14, andheat exchangers 24 and 26 in this order from the upstream side.
The fuel supplied to theSOFC 12 passes throughheat exchangers 21 and 23 and areformer 14 in this order from the upstream side.
The air supplied to theSOFC 12 passes throughheat exchangers 22 and 24 in this order from the upstream side.
The anode off-gas of theSOFC 12 is first distributed by afirst distributor 31. One of the gases distributed by thefirst distributor 31 is supplied to theburner 13. The other gas passes throughheat exchangers 23 and 25 and asecond distributor 32 in this order from the upstream side.
The water passes throughheat exchangers 25, 26, 27, and 28 in that order from the upstream.

本実施形態に係る熱交換器群は８個の熱交換器を含むが、熱交換器群は少なくとも１個の熱交換器を含んでいればよく（すなわち単一の熱交換器であってもよく）、とくに、エンジン１１の排気またはＳＯＦＣ１２の排気の少なくとも一方と、ＳＯＦＣ１２への供給燃料または空気とを熱交換する熱交換器が少なくとも１個あればよい。また、熱交換器２１～２８のうち２個以上の機能を、１個の熱交換器に備えてもよい。The heat exchanger group according to this embodiment includes eight heat exchangers, but it is sufficient that the heat exchanger group includes at least one heat exchanger (i.e., it may be a single heat exchanger), and in particular, it is sufficient that there is at least one heat exchanger that exchanges heat between at least one of the exhaust gas from theengine 11 or the exhaust gas from theSOFC 12 and the fuel or air supplied to theSOFC 12. In addition, the functions of two or more of theheat exchangers 21 to 28 may be provided in one heat exchanger.

なお、熱交換器の具体的な構成はこれに限らず任意に変更可能であり、たとえば後述の第二実施形態および第三実施形態のような構成とすることも可能である。The specific configuration of the heat exchanger is not limited to this and can be changed as desired, for example, it can be configured as in the second and third embodiments described below.

第一分配装置３１は、ＳＯＦＣ１２から排出されたアノードオフガスの一部を熱交換器２３に分配し、別の一部をバーナー１３に分配する。動作の具体例は、図３を参照して後述する。熱交換器２３に分配されたアノードオフガスの一部は、エネルギー供給システム１０の外部に水素を供給するために用いられる。Thefirst distributor 31 distributes a portion of the anode off-gas discharged from theSOFC 12 to theheat exchanger 23, and distributes another portion to theburner 13. A specific example of the operation will be described later with reference to FIG. 3. The portion of the anode off-gas distributed to theheat exchanger 23 is used to supply hydrogen to the outside of theenergy supply system 10.

第二分配装置３２は、熱交換器２３および２５によって冷却されたアノードオフガスを、外部への水素供給と、エンジン１１への燃料利用とに分配する。Thesecond distribution device 32 distributes the anode off-gas cooled by theheat exchangers 23 and 25 between supplying hydrogen to the outside and using it as fuel for theengine 11.

分離器１５は、アノードオフガスから水素を分離し、分離された水素をエネルギー供給システム１０の外部に供給する。これによって、外部に供給される水素の純度を向上させることができる。なお分離器１５の具体的な構成は、公知技術等に基づいて当業者が適宜設計することができる。Theseparator 15 separates hydrogen from the anode off-gas and supplies the separated hydrogen to the outside of theenergy supply system 10. This improves the purity of the hydrogen supplied to the outside. The specific configuration of theseparator 15 can be appropriately designed by a person skilled in the art based on publicly known technology, etc.

本実施形態では、分離器１５は第二分配装置３２の下流に配置されるが、変形例として、分離器１５を第二分配装置３２の上流に配置することも可能であり、たとえば熱交換器２５と第二分配装置３２との間に配置することができる。In this embodiment, theseparator 15 is disposed downstream of thesecond distribution device 32, but as a variant, theseparator 15 can also be disposed upstream of thesecond distribution device 32, for example, between the heat exchanger 25 and thesecond distribution device 32.

制御器１６は、エネルギー供給システム１０の全体の動作を制御する。たとえば、上述の第一分配装置３１の動作、第二分配装置３２の動作、ＳＯＦＣ１２への供給燃料の供給量、等を制御する。制御器１６は公知のコンピュータとしてのハードウェア構成を有し、たとえば演算手段および記憶手段を備える。演算手段はたとえばプロセッサを含み、記憶手段はたとえば半導体メモリ装置および磁気ディスク装置等の記憶媒体を含む。記憶手段はプログラムを記憶してもよい。プロセッサがこのプログラムを実行することにより、コンピュータは制御器１６としての機能を実現してもよい。Thecontroller 16 controls the overall operation of theenergy supply system 10. For example, it controls the operation of thefirst distribution device 31, the operation of thesecond distribution device 32, the amount of fuel supplied to theSOFC 12, etc. Thecontroller 16 has a hardware configuration as a known computer, and includes, for example, a calculation means and a storage means. The calculation means includes, for example, a processor, and the storage means includes, for example, a storage medium such as a semiconductor memory device and a magnetic disk device. The storage means may store a program. The computer may realize the function of thecontroller 16 by the processor executing this program.

＜水素の外部供給制御＞
以下、エネルギー供給システム１０が水素を外部に供給する際の動作について説明する。水素の外部供給有無は様々な判断材料がある。例えば、水素の外部需要量がある場合は、余剰水素を外部に供給してよい。その際に、水素の外部供給があった場合でも、水素の外部販売価格が所定の基準価格以下である場合は、外部供給をやめてもよい。さらに、外部需要量に合わせてエンジン１１への供給と外部への供給との流量調整を実施するために、第二分配装置３２を制御することが望ましい。<External hydrogen supply control>
The operation of theenergy supply system 10 when supplying hydrogen to the outside will be described below. There are various factors to consider when determining whether or not to supply hydrogen to the outside. For example, if there is an external demand for hydrogen, surplus hydrogen may be supplied to the outside. In that case, even if there is an external supply of hydrogen, if the external selling price of hydrogen is equal to or lower than a predetermined reference price, the external supply may be stopped. Furthermore, it is desirable to control thesecond distribution device 32 in order to adjust the flow rate between the supply to theengine 11 and the supply to the outside in accordance with the external demand.

図２は、エネルギー供給システム１０が水素を外部に供給する際の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理の実行は、たとえば制御器１６によって制御される。Figure 2 is a flowchart showing an example of the operation of theenergy supply system 10 when supplying hydrogen to the outside. Execution of the process of this flowchart is controlled, for example, by thecontroller 16.

水素の外部供給に先立って、エネルギー供給システム１０は、システムの運転を開始し（ステップＳ００１）、システムの暖機運転を行う（ステップＳ００２）。暖機運転は所定時間行われる。あるいは、暖機運転は、エネルギー供給システム１０の所定箇所の温度が任意の基準温度以上になるまで、または、経過時間に応じて事前に決定されたパターンで行われる。暖機運転の方法は、システムのサイズ、構成、等に応じて設計することができる。Prior to supplying hydrogen to the outside, theenergy supply system 10 starts operation of the system (step S001) and performs a warm-up operation of the system (step S002). The warm-up operation is performed for a predetermined time. Alternatively, the warm-up operation is performed until the temperature of a predetermined location of theenergy supply system 10 reaches or exceeds an arbitrary reference temperature, or in a pattern determined in advance according to the elapsed time. The method of warm-up operation can be designed according to the size, configuration, etc. of the system.

次に、エネルギー供給システム１０は、外部における水素の需要を表す情報を取得する（ステップＳ１０１）。この情報は、たとえば外部における水素の需要があるか否かを表す情報と、需要量を表す情報とを含む。需要量は、たとえば流量（時間あたりの量、以下同じ）で表される。また、この情報は、たとえば外部のコンピュータ等から受信することによって取得することができる。Next, theenergy supply system 10 acquires information indicating the external demand for hydrogen (step S101). This information includes, for example, information indicating whether there is an external demand for hydrogen and information indicating the amount of demand. The amount of demand is expressed, for example, as a flow rate (amount per time, the same applies below). This information can also be acquired, for example, by receiving it from an external computer or the like.

ステップＳ１０１において水素の需要がある場合には、エネルギー供給システム１０は、水素の販売価格を表す情報を取得し、販売価格が基準価格以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。販売価格を表す情報は、たとえば外部のコンピュータ等から受信することによって取得することができる。If there is a demand for hydrogen in step S101, theenergy supply system 10 acquires information representing the selling price of hydrogen and determines whether the selling price is equal to or higher than the reference price (step S102). The information representing the selling price can be acquired, for example, by receiving it from an external computer, etc.

基準価格は、エネルギー供給システム１０へ供給する燃料の価格、設備費、季節、時刻によるエネルギーの価値、等を考慮し、設計者が任意の値を事前に決定することができる。このような制御とすることで、経済的に成立する範囲で、需要量に合わせて、水素を外部に供給できる。The base price can be determined in advance by the designer, taking into consideration the price of the fuel supplied to theenergy supply system 10, the equipment costs, the value of energy depending on the season and time of day, etc. By controlling in this way, hydrogen can be supplied to the outside in accordance with the amount of demand, within an economically viable range.

ステップＳ１０１において水素の需要がない場合、または、ステップＳ１０２において販売価格が所定価格未満である場合には、エネルギー供給システム１０は、水素（余剰水素）をエンジン１１に供給する（ステップＳ１０３）。たとえば、第二分配装置３２が水素の全量をエンジン１１に分配する。ステップＳ１０３の後、処理はステップＳ１０１に戻る。If there is no demand for hydrogen in step S101, or if the selling price is less than the predetermined price in step S102, theenergy supply system 10 supplies hydrogen (surplus hydrogen) to the engine 11 (step S103). For example, thesecond distribution device 32 distributes the entire amount of hydrogen to theengine 11. After step S103, the process returns to step S101.

ステップＳ１０２において販売価格が所定価格以上である場合には、エネルギー供給システム１０は、現在の水素の供給量（エネルギー供給システム１０から外部に供給されている水素の量）を取得し、需要量が供給量より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。需要量および供給量は、たとえば流量で表される。If the selling price is equal to or higher than the predetermined price in step S102, theenergy supply system 10 obtains the current supply amount of hydrogen (the amount of hydrogen being supplied from theenergy supply system 10 to the outside) and determines whether the demand amount is greater than the supply amount (step S104). The demand amount and the supply amount are expressed, for example, as a flow rate.

ステップＳ１０４において需要量が供給量より大きい場合には、エネルギー供給システム１０は、供給量（すなわち外部に供給する水素の量）を増やす（ステップＳ１０５）。ここで増やす量（増分）は、任意に指定または変更可能である。ステップＳ１０５の後、処理はステップＳ１０２に戻る。なお、変形例としてステップＳ１０１に戻してもよい。If the demand is greater than the supply in step S104, theenergy supply system 10 increases the supply (i.e., the amount of hydrogen supplied to the outside) (step S105). The amount of increase (increment) can be specified or changed as desired. After step S105, the process returns to step S102. Alternatively, as a modified example, the process may return to step S101.

ステップＳ１０４において需要量が供給量以下である場合には、エネルギー供給システム１０は、供給量を減らす（ステップＳ１０６）。ここで減らす量も、任意に指定または変更可能である。ステップＳ１０６の後、処理はステップＳ１０２に戻る。なお、変形例としてステップＳ１０１に戻してもよい。If the demand amount is equal to or less than the supply amount in step S104, theenergy supply system 10 reduces the supply amount (step S106). The amount of reduction can also be specified or changed as desired. After step S106, the process returns to step S102. Alternatively, as a modified example, the process may return to step S101.

ステップＳ１０２～Ｓ１０６のループは、停止指示が与えられるまで連続して実行することができる。このループにより、常に最適な水素量を外部へ供給することができる。The loop of steps S102 to S106 can be executed continuously until a stop command is given. This loop ensures that the optimal amount of hydrogen is always supplied to the outside.

このようにして、本実施形態に係るエネルギー供給システム１０は、外部に水素を供給することができる。In this way, theenergy supply system 10 according to this embodiment can supply hydrogen to the outside.

また、エネルギー供給システム１０では、第二分配装置３２が、外部に供給する水素の量を、水素の需要に応じて制御するので、需要に応じた適切な水素供給を行うことができる。また、とくに本実施形態では、第二分配装置３２が、外部に供給する水素の量を、さらに水素の販売価格に応じて制御するので、エネルギー供給システム１０の外部および内部における水素の価値を比較して、適切な水素供給を行うことができる。In addition, in theenergy supply system 10, thesecond distribution device 32 controls the amount of hydrogen supplied to the outside in accordance with the demand for hydrogen, so that appropriate hydrogen supply can be provided according to demand. In particular, in this embodiment, thesecond distribution device 32 further controls the amount of hydrogen supplied to the outside in accordance with the selling price of hydrogen, so that appropriate hydrogen supply can be provided by comparing the value of hydrogen outside and inside theenergy supply system 10.

なお、エネルギー供給システム１０は、熱交換器２８から高温の水を排出するので、熱を外部に供給することができる。また、エンジン１１およびＳＯＦＣ１２の発電動作により、電力を外部に供給することができる。このように、熱、電力、水素の３形態でエネルギーを供給することができる。とくに、エネルギー供給システム１０は、熱電比を調整可能なコージェネレーションシステムとして機能する。Theenergy supply system 10 can supply heat to the outside by discharging high-temperature water from the heat exchanger 28. In addition, the power generation operation of theengine 11 and theSOFC 12 can supply electricity to the outside. In this way, energy can be supplied in three forms: heat, electricity, and hydrogen. In particular, theenergy supply system 10 functions as a cogeneration system capable of adjusting the heat/power ratio.

＜アノードオフガスの分配制御＞
図３は、第一分配装置３１に係る動作例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理の実行は、たとえば制御器１６によって制御される。ステップＳ００１およびＳ００２は、図２の処理と同様である。ステップＳ００２の後、エネルギー供給システム１０は、ＳＯＦＣ１２の入口の供給燃料および空気の温度が、所定の基準温度以上になるように分配装置を制御する。<Anode off-gas distribution control>
Fig. 3 is a flowchart showing an example of the operation of thefirst distribution device 31. Execution of the process of this flowchart is controlled, for example, by thecontroller 16. Steps S001 and S002 are similar to the process of Fig. 2. After step S002, theenergy supply system 10 controls the distribution device so that the temperature of the supplied fuel and air at the inlet of theSOFC 12 becomes equal to or higher than a predetermined reference temperature.

まず、エネルギー供給システム１０は、ＳＯＦＣ１２の入口におけるガス温度が、所定の基準温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、「ガス温度」とは、供給燃料（燃料ガス）の温度であってもよく、空気の温度であってもよく、双方に基づいて算出される温度であってもよい。また、基準温度はＳＯＦＣ１２の最適な稼働温度に基づいて適宜決定することができ、たとえば７００℃である。First, theenergy supply system 10 determines whether the gas temperature at the inlet of theSOFC 12 is equal to or higher than a predetermined reference temperature (step S201). Here, the "gas temperature" may be the temperature of the supplied fuel (fuel gas), the temperature of the air, or a temperature calculated based on both. The reference temperature may be appropriately determined based on the optimal operating temperature of theSOFC 12, and is, for example, 700°C.

ステップＳ２０１において、温度が基準温度以上である場合には、エネルギー供給システム１０は、バーナー１３に供給するアノードオフガスの量を減らす（ステップＳ２０２）。この量は、たとえば流量である。一方、温度が基準温度未満である場合には、エネルギー供給システム１０は、バーナー１３に供給するアノードオフガスの量を増やす（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０２またはＳ２０３の後、処理はステップＳ２０１に戻る。In step S201, if the temperature is equal to or higher than the reference temperature, theenergy supply system 10 reduces the amount of anode off-gas supplied to the burner 13 (step S202). This amount is, for example, the flow rate. On the other hand, if the temperature is less than the reference temperature, theenergy supply system 10 increases the amount of anode off-gas supplied to the burner 13 (step S203). After step S202 or S203, the process returns to step S201.

このような制御により、ＳＯＦＣ１２の温度を稼働に適した温度に維持しながら、外部に供給可能な水素の量を自由に変化させることができる。This type of control makes it possible to freely change the amount of hydrogen that can be supplied to the outside while maintaining the temperature of the SOFC12 at a temperature suitable for operation.

＜ＳＯＦＣへの燃料供給制御＞
図４は、ＳＯＦＣ１２への供給燃料の制御例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理の実行は、たとえば制御器１６によって制御される。とくに、この処理の実行は、図示しない燃料供給装置（たとえば熱交換器２１に燃料を供給する）を介して実現することができる。<Fuel supply control to SOFC>
4 is a flowchart showing an example of control of the fuel supply to theSOFC 12. Execution of the process of this flowchart is controlled, for example, by thecontroller 16. In particular, execution of this process can be realized via a fuel supply device (not shown) (for example, supplying fuel to the heat exchanger 21).

ステップＳ００１およびＳ００２は、図２の処理と同様である。ステップＳ００２の後、エネルギー供給システム１０は、改質器１４の温度が所定の基準温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。基準温度は、たとえば上述のように７００℃である。Steps S001 and S002 are the same as the process in FIG. 2. After step S002, theenergy supply system 10 determines whether the temperature of thereformer 14 is equal to or higher than a predetermined reference temperature (step S301). The reference temperature is, for example, 700° C. as described above.

ステップＳ３０１において改質器１４の温度が基準温度以上である場合には、エネルギー供給システム１０は、第二分配装置３２が外部に水素を供給しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。If the temperature of thereformer 14 is equal to or higher than the reference temperature in step S301, theenergy supply system 10 determines whether thesecond distribution device 32 is supplying hydrogen to the outside (step S302).

ステップＳ３０２において外部に水素が供給されている場合には、エネルギー供給システム１０は、外部における水素の需要量を表す情報を取得し、需要量が供給量より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０３）。If hydrogen is being supplied to the outside in step S302, theenergy supply system 10 acquires information representing the amount of hydrogen demanded outside and determines whether the amount of demand is greater than the amount of supply (step S303).

ステップＳ３０２において外部に水素が供給されていない場合、および、ステップＳ３０３において需要量が供給量以下である場合には、エネルギー供給システム１０は、エンジン１１にベース燃料が供給されているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。If hydrogen is not being supplied to the outside in step S302, and if the demand amount is less than or equal to the supply amount in step S303, theenergy supply system 10 determines whether base fuel is being supplied to the engine 11 (step S304).

ステップＳ３０３において需要量が供給量より大きい場合、および、ステップＳ３０４においてエンジン１１にベース燃料が供給されている場合には、エネルギー供給システム１０は、ＳＯＦＣ１２への燃料の供給量を増やす（ステップＳ３０５）。ここで増やす量（増分）は、任意に指定または変更可能である。ステップＳ３０５の後、処理はステップＳ３０１に戻る。If the demand amount is greater than the supply amount in step S303, and if base fuel is being supplied to theengine 11 in step S304, theenergy supply system 10 increases the amount of fuel supplied to the SOFC 12 (step S305). The amount of increase (increment) here can be specified or changed as desired. After step S305, the process returns to step S301.

ステップＳ３０１において改質器１４の温度が基準温度未満である場合、および、ステップＳ３０４においてエンジン１１にベース燃料が供給されていない場合には、エネルギー供給システム１０は、ＳＯＦＣ１２への燃料の供給量を減らす（ステップＳ３０６）。ここで減らす量（増分）も、任意に指定または変更可能である。ステップＳ３０６の後、処理はステップＳ３０１に戻る。If the temperature of thereformer 14 is less than the reference temperature in step S301, and if base fuel is not being supplied to theengine 11 in step S304, theenergy supply system 10 reduces the amount of fuel supplied to the SOFC 12 (step S306). The amount of reduction (increment) here can also be specified or changed as desired. After step S306, the process returns to step S301.

以上のように、ステップＳ３０１の判定結果に応じてステップＳ３０５またはＳ３０６が実行されるので、改質器１４が適切な稼働温度でない場合にはＳＯＦＣ１２に供給される燃料が減少し、非効率な動作を抑制することができる。As described above, step S305 or S306 is executed depending on the result of the determination in step S301, so that if thereformer 14 is not at an appropriate operating temperature, the fuel supplied to theSOFC 12 is reduced, thereby suppressing inefficient operation.

また、ステップＳ３０２の判定結果に応じてステップＳ３０５またはＳ３０６が実行されるので、水素を外部に供給している場合にはＳＯＦＣ１２に供給される燃料が増加し、より多くの水素を生成することができる。In addition, step S305 or S306 is executed depending on the result of the determination in step S302, so that when hydrogen is being supplied to the outside, the fuel supplied to SOFC12 increases, and more hydrogen can be produced.

また、ステップＳ３０３の判定結果に応じてステップＳ３０５またはＳ３０６が実行されるので、水素の需要量が大きい場合にはＳＯＦＣ１２に供給される燃料が増加し、より多くの水素を生成することができる。In addition, step S305 or S306 is executed depending on the result of the determination in step S303, so that when the demand for hydrogen is large, the fuel supplied to SOFC12 increases, and more hydrogen can be produced.

また、ステップＳ３０４の判定結果に応じてステップＳ３０５またはＳ３０６が実行されるので、エンジン１１にベース燃料が供給されておらず、すなわちエンジン１１が第二分配装置３２からの水素のみで動作している場合には、不要な水素の生成を抑制することができる。In addition, step S305 or S306 is executed depending on the result of the determination in step S304, so that when base fuel is not supplied to theengine 11, i.e., when theengine 11 is operating only with hydrogen from thesecond distribution device 32, the generation of unnecessary hydrogen can be suppressed.

このように、図４の処理によれば、エネルギー供給システム１０は、
‐改質器１４の温度、
‐第二分配装置３２が外部に水素を供給しているか否か、
‐外部における水素の需要量と、第二分配装置３２から外部への水素の供給量との関係、および
‐エンジン１１に燃料が供給されているか否か、
に基づいて、ＳＯＦＣ１２への燃料の供給量を制御するので、ＳＯＦＣ１２が生成する水素の量を最適に制御することができ、動作効率が向上する。 In this way, according to the process of FIG. 4, the energy supply system 10:
the temperature of thereformer 14,
- whether thesecond distributor 32 supplies hydrogen to the outside;
the relationship between the external demand for hydrogen and the supply of hydrogen from thesecond distributor 32 to the outside, and whether or not theengine 11 is being supplied with fuel.
Since the amount of fuel supplied to theSOFC 12 is controlled based on the above, the amount of hydrogen generated by theSOFC 12 can be optimally controlled, and the operation efficiency is improved.

なお、ステップＳ３０１～Ｓ３０４の判定処理は、いずれかを省略することも可能であり、ステップＳ３０１～Ｓ３０４のうち少なくとも１つが実行されればよい。たとえば、ステップＳ３０１～Ｓ３０４のうち１つのみを実行し、結果がＹＥＳであればステップＳ３０５を、ＮＯであればステップＳ３０６を、それぞれ実行するよう構成することも可能である。Note that any of the determination processes in steps S301 to S304 may be omitted, and it is sufficient that at least one of steps S301 to S304 is executed. For example, it is also possible to configure the system to execute only one of steps S301 to S304, and execute step S305 if the result is YES, and execute step S306 if the result is NO.

ステップＳ３０１～Ｓ３０６のループは、停止指示が与えられるまで連続して実行することができる。このループにより、常に最適な量の燃料をＳＯＦＣ１２に供給することができる。The loop of steps S301 to S306 can be executed continuously until a stop command is given. This loop ensures that the optimal amount of fuel is always supplied to theSOFC 12.

＜全体制御＞
エネルギー供給システム１０は、上記の制御以外に、エンジン１１およびＳＯＦＣ１２の発電電力を電力需要に合わせるために、燃料の供給量を制御する。具体例として、システム全体での発電電力が、外部から要求される電力量の指示値（需要電力値等）に適合するように、各燃料の流量が増減する。<Overall control>
In addition to the above controls, theenergy supply system 10 controls the amount of fuel supply to match the power generated by theengine 11 and theSOFC 12 with the power demand. As a specific example, the flow rate of each fuel is increased or decreased so that the power generated by the entire system matches the designated value of the amount of power required from the outside (such as a demand power value).

＜燃料供給装置＞
ＳＯＦＣ１２およびエンジン１１へ供給する燃料の量に関する制御は、当業者が公知技術等に基づいて適宜設計することができ、特に制限はない。たとえば、燃料噴射弁の開閉周期および／または開閉時間の制御により流量を調整するものを用いてもよいし、マスフローコントローラのようなバルブ制御やポンプ制御による流量制御が可能なものを用いてもよい。また、必要に応じて加圧ポンプを用いて所定圧力まで加圧してもよい。<Fuel supply device>
The control of the amount of fuel supplied to theSOFC 12 and theengine 11 can be appropriately designed by a person skilled in the art based on known techniques, and is not particularly limited. For example, a device that adjusts the flow rate by controlling the opening and closing cycle and/or opening and closing time of a fuel injection valve may be used, or a device that allows flow rate control by valve control or pump control such as a mass flow controller may be used. In addition, the fuel may be pressurized to a predetermined pressure using a pressure pump as necessary.

＜燃料の組成＞
エンジン１１へ供給するベース燃料の組成について、特に制限はない。一般的なエンジン燃料を用いることができ、たとえば、ガソリン、軽油、天然ガス、メタン、エタノール、水素などが考えられる。また、バイオエタノールまたはバイオガスを用いることも可能である。<Fuel composition>
There is no particular limitation on the composition of the base fuel supplied to theengine 11. Common engine fuels can be used, such as gasoline, diesel, natural gas, methane, ethanol, and hydrogen. Bioethanol or biogas can also be used.

ＳＯＦＣ１２へ供給する燃料の組成についても制限はなく、メタン、エタノール、メタノール、天然ガス、ガソリン、などの炭化水素燃料を用いることができる。また、改質器１４内で水蒸気改質を行うために水も供給するが、水と燃料との比率はそれぞれの燃料に対して事前に適切な値を決定することにより制御することができる。特に、改質ガス中の水素量を多くする場合は、燃料中の水蒸気と炭素数のモル数の比率であるＳ／Ｃが高いことが望ましく５以上にすることが好ましい。There are no restrictions on the composition of the fuel supplied to theSOFC 12, and hydrocarbon fuels such as methane, ethanol, methanol, natural gas, and gasoline can be used. Water is also supplied to perform steam reforming in thereformer 14, and the ratio of water to fuel can be controlled by determining an appropriate value in advance for each fuel. In particular, when increasing the amount of hydrogen in the reformed gas, it is desirable for the S/C, which is the ratio of the number of moles of water vapor to the number of carbon atoms in the fuel, to be high, and it is preferably 5 or more.

燃料と水とは、それぞれを別々に供給してもよいし、エタノールのような水と混合が可能なものであれば、事前に混合したものを一つの供給装置で供給してもよい。水と燃料とを別々に供給する場合は、水の全量または一部として熱交換器２５，２６，２７，２８により昇温されたものを用いることも考えられる。これにより、改質器やＳＯＦＣを任意の温度に維持したまま、供給燃料量を増量させることができ、水素発生量を増やすことができる。これは、外部へ供給する熱量を減らし、水素生産量を増大することなる。すなわち、外部へ供給する熱と水素の供給量のバランスを制御することが可能となる。このように水を外部の熱利用装置と燃料供給装置へと分配する場合は図示しない水分配装置を設けてもよい。The fuel and water may be supplied separately, or if it is a fuel that can be mixed with water, such as ethanol, it may be pre-mixed and supplied by one supply device. When supplying water and fuel separately, it is possible to use water that has been heated byheat exchangers 25, 26, 27, and 28 as all or part of the water. This makes it possible to increase the amount of fuel supplied while maintaining the reformer and SOFC at a desired temperature, thereby increasing the amount of hydrogen generated. This reduces the amount of heat supplied to the outside and increases the amount of hydrogen produced. In other words, it becomes possible to control the balance between the amount of heat supplied to the outside and the amount of hydrogen supplied. In this way, a water distribution device (not shown) may be provided to distribute water to the external heat utilization device and the fuel supply device.

＜エンジンの構成＞
エンジン１１は、公知の構成を備えたものとすることができ、ディーゼルエンジン、火花点火エンジン、等を用いることができる。<Engine configuration>
Theengine 11 may have a known configuration, and may be a diesel engine, a spark ignition engine, or the like.

図５に、エンジン１１の概略構成例を示す。この例は予混合火花エンジンのものである。エンジン１１において、ベース燃料を供給する燃料供給装置１１１が吸気管１１２または燃焼室１１３に備えられている。ベース燃料としてはガソリンや軽油等の石油系燃料だけでなく、エタノール混合ガソリン、バイオエタノールおよびメタンなど公知のものを用いることができる。さらに、エンジン１１は、第二分配装置３２からの改質ガスを供給する改質ガス供給装置１１４を吸気管１１２に備えており、これによって改質ガスが吸気管１１２に供給される。燃焼室１１３には点火プラグ１１６が配置され、エンジン１１は燃料と改質ガスの双方もしくは少なくとも片方を用いて発電する構成となっている。Figure 5 shows an example of the schematic configuration of theengine 11. This example is a premixed spark engine. In theengine 11, afuel supply device 111 that supplies a base fuel is provided in theintake pipe 112 or thecombustion chamber 113. As the base fuel, not only petroleum fuels such as gasoline and diesel, but also well-known fuels such as ethanol-mixed gasoline, bioethanol, and methane can be used. Furthermore, theengine 11 is provided in theintake pipe 112 with a reformedgas supply device 114 that supplies reformed gas from thesecond distribution device 32, thereby supplying the reformed gas to theintake pipe 112. Anignition plug 116 is provided in thecombustion chamber 113, and theengine 11 is configured to generate electricity using both the fuel and the reformed gas, or at least one of them.

エンジン１１の台数に特に制限はなく、エネルギー供給システム１０はエンジン１１を複数台搭載しても良い。エンジン１１の排気の全量または一部は、排気管１１５に結合された熱交換器２１へ供給される。排気管１１５に結合される熱交換器２１の台数に制限はなく、熱交換器２１を複数台搭載する場合には、配置（並列や直列など）に制限はない。There is no particular limit to the number ofengines 11, and theenergy supply system 10 may be equipped withmultiple engines 11. All or part of the exhaust from theengines 11 is supplied to aheat exchanger 21 connected to theexhaust pipe 115. There is no limit to the number ofheat exchangers 21 connected to theexhaust pipe 115, and whenmultiple heat exchangers 21 are installed, there is no limit to their arrangement (parallel, series, etc.).

改質ガス中に含まれる水素は、燃焼速度がエンジン燃料として一般的に使われている炭化水素系燃料に比べ大きいこと、燃焼範囲が炭化水素系燃料に比べて大きいことから、急速燃焼および希薄燃焼が可能となる。更に、水素は炭化水素燃料に比べて燃焼性が高いことから、燃焼効率の向上が可能となる。これにより、エンジン１１の熱効率が向上し、同一出力を出すための燃料の消費量削減が可能となる。The hydrogen contained in the reformed gas has a higher combustion speed and a larger combustion range than hydrocarbon fuels that are commonly used as engine fuels, making rapid combustion and lean combustion possible. Furthermore, hydrogen has higher combustibility than hydrocarbon fuels, making it possible to improve combustion efficiency. This improves the thermal efficiency of theengine 11 and makes it possible to reduce the amount of fuel consumed to produce the same output.

また、図には示されていないが、吸気管１１２には吸入する空気量の調整バルブ（たとえばスロットル）を備えてもよく、燃料および改質ガスの量に対して量論空気量以上の空気が吸入されるよう制御されてもよい。さらに、水素を含む改質ガスの割合が高いときは、吸入空気量を増大し希薄燃焼を行うように制御されてもよい。Although not shown in the figure, theintake pipe 112 may be provided with a valve (e.g., a throttle) for adjusting the amount of intake air, and may be controlled so that more than the stoichiometric amount of air is intake relative to the amount of fuel and reformed gas. Furthermore, when the proportion of reformed gas containing hydrogen is high, the intake air amount may be increased to perform lean combustion.

＜ＳＯＦＣの構成＞
ＳＯＦＣ１２は酸化物イオン伝導型の燃料電池であり、一般的なＳＯＦＣを用いることができる。アノードには水素および一酸化炭素を含む燃料ガスが供給され、カソードには空気または酸素が供給される。ＳＯＦＣの材料、稼働温度、サイズ、等については、特に制限はない。<Configuration of SOFC>
TheSOFC 12 is an oxide ion conductive fuel cell, and a general SOFC can be used. A fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide is supplied to the anode, and air or oxygen is supplied to the cathode. There are no particular limitations on the material, operating temperature, size, etc. of the SOFC.

＜熱交換器＞
熱交換器２１～２８は、公知の構成を有する熱交換器を用いることができる。発電装置（エンジン１１およびＳＯＦＣ１２）のサイズおよび仕様に合わせて適切な熱交換器を用いる。一般的なシェルアンドチューブ型、プレート型、フィンチューブ型、等の公知の熱交換器であってもよい。たとえば排熱ボイラーなどにより発電装置の排熱を用いて蒸気を生成するものであってもよい。<Heat exchanger>
Theheat exchangers 21 to 28 may be heat exchangers having known configurations. Appropriate heat exchangers are used according to the size and specifications of the power generation device (engine 11 and SOFC 12). Known heat exchangers such as a general shell-and-tube type, plate type, fin tube type, etc. may be used. For example, a waste heat boiler may be used to generate steam using the waste heat of the power generation device.

熱交換器の構造および個数に制限はなく、複数台搭載した場合でも、配置（並列、直列など）に関して制限はない。熱交換器は放熱による大気への熱損失を低減するために、断熱材を取り付けるなど断熱を行うことが好ましい。熱交換器の出口には図に記載していない圧力調整弁を搭載してもよい。これにより、熱交換内の流路の圧力を上昇させることから、密度を増加させるため、熱交換能力が増大する。そのため、熱交換器の小型化が可能となる。また、熱利用装置の熱源として０．７８ＭＰａ以上の高圧蒸気が必要な場合にも対応できる。There are no restrictions on the structure or number of heat exchangers, and even if multiple units are installed, there are no restrictions on the arrangement (parallel, series, etc.). It is preferable to insulate the heat exchanger by installing insulating material, etc., to reduce heat loss to the atmosphere due to heat radiation. A pressure regulating valve (not shown in the figure) may be installed at the outlet of the heat exchanger. This increases the pressure in the flow path within the heat exchanger, thereby increasing the density and therefore the heat exchange capacity. This makes it possible to reduce the size of the heat exchanger. It can also be used in cases where high-pressure steam of 0.78 MPa or more is required as a heat source for heat utilization equipment.

＜分配装置＞
第一分配装置３１および第二分配装置３２には、公知の分配装置を用いることができる。単一の配管から二つの配管へ、それぞれ任意の流量を供給できる分配装置であってもよく、分配した配管それぞれにバルブを設置し、それぞれの流量を制御する分配装置であってもよい。例えば高温のガス制御装置においては、自動車用部品であるウエストゲートバルブやそれと同等なものを用いることができる。<Distribution device>
A known distributor can be used for thefirst distributor 31 and thesecond distributor 32. The distributor may be capable of supplying an arbitrary flow rate from a single pipe to two pipes, or may be a distributor in which a valve is provided in each of the distributed pipes to control the flow rate of each. For example, in a high-temperature gas control device, a wastegate valve, which is an automobile part, or an equivalent may be used.

＜改質器＞
図６に、改質器１４の概略構成例を示す。改質器１４は反応器を備える。図６（ａ）は２流体型の反応器の例を示し、図６（ｂ）は１流体型の反応器の例を示す。<Reformer>
6 shows an example of a schematic configuration of thereformer 14. Thereformer 14 includes a reactor. Fig. 6(a) shows an example of a two-fluid type reactor, and Fig. 6(b) shows an example of a one-fluid type reactor.

改質器１４は燃料を改質ガスに変換する。改質器１４は、燃料改質を行うための触媒１４１を内部に搭載している。改質器１４は、高温水蒸気と燃料が供給可能な供給口１４２と、改質ガスの排出が可能な排出口１４３とを備える。Thereformer 14 converts fuel into reformed gas. Thereformer 14 is equipped with acatalyst 141 for fuel reforming. Thereformer 14 has asupply port 142 through which high-temperature steam and fuel can be supplied, and anexhaust port 143 through which the reformed gas can be exhausted.

改質器１４のサイズおよび外形に制限は無い。サイズは、エンジン１１またはＳＯＦＣ１２の出力に対応して、適宜調整することができる。There are no restrictions on the size and shape of thereformer 14. The size can be adjusted appropriately to correspond to the output of theengine 11 orSOFC 12.

改質器１４の内部に搭載する触媒１４１の組成に制限はなく、たとえば公知のものが用いられる。たとえば金属またはセラミックを材料とした母材に、触媒材料を担持したものを用いる。母材の形状に制限はなく、ペレット状、ハニカム構造、シート状、等とすることができる。担持される触媒材料は、たとえばニッケル、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄、ニオブ、銅、亜鉛等から選択された少なくとも１種で構成される。There is no restriction on the composition of thecatalyst 141 mounted inside thereformer 14, and for example, a known catalyst may be used. For example, a catalyst material may be supported on a base material made of metal or ceramic. There is no restriction on the shape of the base material, and it may be in the form of pellets, a honeycomb structure, a sheet, or the like. The supported catalyst material may be at least one selected from the group consisting of nickel, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, osmium, chromium, cobalt, iron, niobium, copper, zinc, and the like.

＜熱利用装置＞
エネルギー供給システム１０から供給される熱を利用する装置は、たとえば施設ごとに必要な装置とすることができ、制限はない。乾燥機、暖房装置、吸収式冷凍機、給湯器、等の熱源として用いることができる。他の公知の熱利用装置を用いてもよい。<Heat utilization equipment>
The device that utilizes the heat supplied from theenergy supply system 10 may be, for example, a device required for each facility, and there is no limitation. The device may be used as a heat source for a dryer, a heating device, an absorption chiller, a water heater, etc. Other known heat utilization devices may also be used.

＜分離器＞
分離器１５の構成について制限はない。設置場所に関しては、上述のように第二分配装置３２の前後どちらに配置してもよい。<Separator>
There is no limitation on the configuration of theseparator 15. As for the installation location, theseparator 15 may be disposed either before or after thesecond distributor 32 as described above.

＜ＣＯ変成器＞
アノードオフガス中には水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気などが含まれる。外部へ水素を供給する場合は、改質ガス中の水素量を増やすことが好ましい。改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気との以下のような反応を進めることで水素量を増量することができる。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ⇒ＣＯ_２＋Ｈ_２
このために、図示していないＣＯ変成器を設けてもよい。設置する場所に制限はないが、第一分配装置３１と熱交換器２３との間、熱交換器２３と熱交換器２５との間、熱交換器２５の出口などが考えられる。ＣＯ変成器の具体的な構成は、公知技術等に基づいて当業者が適宜設計することができる。<CO transformer>
The anode off-gas contains hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor, etc. When hydrogen is supplied to the outside, it is preferable to increase the amount of hydrogen in the reformed gas. The amount of hydrogen can be increased by promoting the following reaction between carbon monoxide and water vapor in the reformed gas.
_CO +_H2O⇒CO2 +_H2
For this purpose, a CO transformer (not shown) may be provided. There is no limitation on the location where it may be installed, but possible locations include between thefirst distribution device 31 and theheat exchanger 23, between theheat exchanger 23 and the heat exchanger 25, and at the outlet of the heat exchanger 25. The specific configuration of the CO transformer can be appropriately designed by a person skilled in the art based on known techniques and the like.

［第二実施形態］
以下、本発明の第二実施形態に関わるエネルギー供給システムの構成及び運転方法について説明する。第一実施形態と共通する部分については、説明を省略する場合がある。[Second embodiment]
Hereinafter, a configuration and an operation method of an energy supply system according to a second embodiment of the present invention will be described. Descriptions of parts common to the first embodiment may be omitted.

図７は、第二実施形態に関わるエネルギー供給システム１０の基本構成例を示す概略図である。なおこの図では制御器１６の図示を省略している。Figure 7 is a schematic diagram showing an example of the basic configuration of anenergy supply system 10 according to the second embodiment. Note that thecontroller 16 is not shown in this figure.

本実施形態では、第一実施形態（図１）の熱交換器群において、熱交換器２３が省略されている。すなわち、ＳＯＦＣ１２への供給燃料は、熱交換器２１から直接改質器１４へと流れ、ＳＯＦＣ１２のアノードオフガスは、第一分配装置３１から直接熱交換器２５へと流れる。このように、熱交換器の一部を省略することも可能である。In this embodiment, theheat exchanger 23 is omitted from the heat exchanger group of the first embodiment (Figure 1). That is, the fuel supplied to theSOFC 12 flows directly from theheat exchanger 21 to thereformer 14, and the anode off-gas of theSOFC 12 flows directly from thefirst distribution device 31 to the heat exchanger 25. In this way, it is possible to omit some of the heat exchangers.

［第三実施形態］
以下、本発明の第三実施形態に関わるエネルギー供給システムの構成及び運転方法について説明する。第一または第二実施形態と共通する部分については、説明を省略する場合がある。[Third embodiment]
Hereinafter, a configuration and an operation method of an energy supply system according to a third embodiment of the present invention will be described. Descriptions of parts common to the first and second embodiments may be omitted.

図８は、第三実施形態に関わるエネルギー供給システム１０の基本構成例を示す概略図である。なおこの図でも制御器１６の図示を省略している。Figure 8 is a schematic diagram showing an example of the basic configuration of anenergy supply system 10 according to the third embodiment. Note that thecontroller 16 is also omitted in this figure.

本実施形態では、第二実施形態（図７）において、ＳＯＦＣ１２への供給燃料に含まれるメタンがエタノールに置き換えられ、改質器１４の位置が変更されている（すなわち、熱交換器２１があった位置に改質器１４が配置されている）。また、改質器１４があった位置には新たな熱交換器２９が配置されている。このように、第三実施形態の熱交換器群は熱交換器２１を含まず、熱交換器２９を含む。In this embodiment, the methane contained in the fuel supplied to theSOFC 12 in the second embodiment (Figure 7) is replaced with ethanol, and the position of thereformer 14 is changed (i.e., thereformer 14 is placed where theheat exchanger 21 was located). Also, anew heat exchanger 29 is placed where thereformer 14 was located. Thus, the heat exchanger group of the third embodiment does not include theheat exchanger 21, but includes theheat exchanger 29.

熱交換器２９は、ＳＯＦＣ１２の排気（バーナー１３を経由して供給される）と、改質器１４からＳＯＦＣ１２への供給燃料とを熱交換する。これによってＳＯＦＣ１２への供給燃料がさらに加熱され、ＳＯＦＣ１２の最適な稼働温度（たとえば７００℃）に達する。Theheat exchanger 29 exchanges heat between the exhaust gas from the SOFC 12 (supplied via the burner 13) and the fuel supplied to theSOFC 12 from thereformer 14. This further heats the fuel supplied to theSOFC 12, so that it reaches the optimum operating temperature of the SOFC 12 (e.g., 700°C).

エタノールやメタノール、ジエチルエーテル、ジメチルエーテルなどは比較的低温（たとえば４００℃以上）で改質が可能なので、熱交換器による加熱を省略して改質器１４に導入することができる。また、本実施形態ではＳＯＦＣ１２の最適な稼働温度が７５０℃であるため、ＳＯＦＣ１２への供給燃料をさらに熱交換器２９によって加熱する必要があるが、ＳＯＦＣ１２の最適な稼働温度がより低い場合には、熱交換器２９を省略することも可能である。Ethanol, methanol, diethyl ether, dimethyl ether, etc. can be reformed at a relatively low temperature (e.g., 400°C or higher), so they can be introduced into thereformer 14 without heating by a heat exchanger. In addition, in this embodiment, the optimum operating temperature of theSOFC 12 is 750°C, so the fuel supplied to theSOFC 12 needs to be further heated by theheat exchanger 29, but if the optimum operating temperature of theSOFC 12 is lower, theheat exchanger 29 can be omitted.

［その他の実施形態］
第一、第二および第三実施形態において、当業者は公知技術等に基づいて適宜変形を施すことが可能である。具体例を以下に示す。[Other embodiments]
In the first, second and third embodiments, a person skilled in the art can appropriately modify the embodiments based on known techniques, etc. Specific examples are shown below.

図９に、エンジン１１の変形例を示す。この例は直噴火花エンジンのものである。この変形例に係るエンジン１１では、改質ガス供給装置１１４が吸気管１１２でなく燃焼室１１３に設けられており、これによって改質ガスは燃焼室１１３に供給される。このようなエンジン１１で発電を行うことも可能である。Figure 9 shows a modified version of theengine 11. This example is a direct-injection spark engine. In theengine 11 according to this modification, the reformedgas supply device 114 is provided in thecombustion chamber 113 instead of theintake pipe 112, thereby supplying the reformed gas to thecombustion chamber 113. It is also possible to generate electricity with thisengine 11.

図１０に、エンジン１１の別の変形例を示す。この例はディーゼルエンジンのものである。この変形例に係るエンジン１１でも、改質ガス供給装置１１４が燃焼室１１３に設けられている。また、ディーゼルエンジンであるため燃料の発火点が低く、点火プラグ１１６は不要である。Figure 10 shows another modified example of theengine 11. This example is a diesel engine. In theengine 11 according to this modified example, a reformedgas supply device 114 is also provided in thecombustion chamber 113. In addition, because it is a diesel engine, the ignition point of the fuel is low, and anignition plug 116 is not required.

１０…エネルギー供給システム
１１…エンジン（内燃機関）
１２…ＳＯＦＣ（燃料電池）
１３…バーナー
１４…改質器
１５…分離器
１６…制御器
２１～２９…熱交換器
３１…第一分配装置
３２…第二分配装置
１１１…燃料供給装置
１１２…吸気管
１１３…燃焼室
１１４…改質ガス供給装置
１１５…排気管
１１６…点火プラグ
１４１…触媒
１４２…供給口
１４３…排出口 10...Energy supply system 11... Engine (internal combustion engine)
12...SOFC (fuel cell)
Reference Signs List 13burner 14reformer 15separator 16controller 21 to 29heat exchanger 31first distributor 32second distributor 111fuel supply device 112intake pipe 113combustion chamber 114 reformedgas supply device 115exhaust pipe 116ignition plug 141catalyst 142supply port 143 exhaust port

Claims

Translated fromJapanese

酸化物イオン伝導型の燃料電池と、内燃機関とを備える、エネルギー供給システムにおいて、
前記内燃機関の排気または前記燃料電池の排気の少なくとも一方と、前記燃料電池への供給燃料または空気とを熱交換する、熱交換器と、
前記エネルギー供給システムの外部に水素を供給するために、前記燃料電池から排出されたアノードオフガスを前記熱交換器に分配する、第一分配装置と、
を備え、
前記熱交換器は前記アノードオフガスを冷却し、
前記エネルギー供給システムは、さらに、前記熱交換器によって冷却された前記アノードオフガスを、前記外部への水素供給と、前記内燃機関への燃料利用とに分配する、第二分配装置を備える、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 An energy supply system comprising an oxide ion conductive fuel cell and an internal combustion engine,
a heat exchanger that exchanges heat between at least one of the exhaust gas from the internal combustion engine and the exhaust gas from the fuel cell and the fuel or air supplied to the fuel cell;
a first distributor that distributes an anode off-gas discharged from the fuel cell to the heat exchanger in order to supply hydrogen to the outside of the energy supply system;
Equipped with
The heat exchanger cools the anode off-gas;
The energy supply system further includes a second distribution device that distributes the anode off gas cooled by the heat exchanger between hydrogen supply to the outside and fuel use for the internal combustion engine.
An energy supply system comprising:

請求項１に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記第一分配装置は、前記燃料電池の入口におけるガス温度が所定の基準温度以上である場合に、バーナーに供給するアノードオフガスの量を減らし、入口におけるガス温度が前記基準温度未満である場合に、前記バーナーに供給するアノードオフガスの量を増やす、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 2. The energy supply system according to claim 1,
the first distributor reduces an amount of anode off-gas supplied to the burner when the gas temperature at the inlet of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined reference temperature, and increases an amount of anode off-gas supplied to the burner when the gas temperature at the inlet is lower than the reference temperature;
An energy supply system comprising:

請求項１に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー供給システムは、前記外部における水素の需要を表す情報を取得し、
前記第二分配装置は、前記需要に応じて、前記外部に供給する水素の量を制御する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 2. The energy supply system according to claim 1,
The energy supply system acquires information representing the external demand for hydrogen,
The second distribution device controls the amount of hydrogen supplied to the outside in accordance with the demand.
An energy supply system comprising:

請求項３に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー供給システムは、水素の販売価格を表す情報を取得し、
前記第二分配装置は、前記需要と、前記販売価格とに応じて、前記外部に供給する水素の量を制御する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 The energy supply system according to claim 3,
The energy supply system acquires information representing a selling price of hydrogen,
The second distribution device controls the amount of hydrogen to be supplied to the outside in accordance with the demand and the selling price.
An energy supply system comprising:

請求項１に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記熱交換器は、前記アノードオフガスと、前記燃料電池への供給燃料とを熱交換する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 2. The energy supply system according to claim 1,
The heat exchanger exchanges heat between the anode off-gas and a fuel supplied to the fuel cell.
An energy supply system comprising:

請求項１に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー供給システムは、前記燃料電池への供給燃料を改質する改質器を備える、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 2. The energy supply system according to claim 1,
the energy supply system includes a reformer that reforms fuel to be supplied to the fuel cell;
An energy supply system comprising:

請求項１または６に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー供給システムは、
‐改質器の温度、
‐前記第二分配装置が前記外部に水素を供給しているか否か、
‐前記外部における水素の需要量と、前記第二分配装置から前記外部への水素の供給量との関係、および
‐前記内燃機関に燃料が供給されているか否か、
のうち少なくとも１つに基づいて、前記燃料電池への燃料の供給量を制御する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 In the energy supply system according to claim 1 or 6,
The energy supply system includes:
- reformer temperature,
- whether said second distributor supplies hydrogen to said outside;
the relationship between the demand for hydrogen in the external environment and the supply of hydrogen from the second distributor to the external environment, and whether or not fuel is being supplied to the internal combustion engine.
and controlling the amount of fuel supplied to the fuel cell based on at least one of the following:
An energy supply system comprising:

請求項６に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記熱交換器は、前記内燃機関の排気と、前記改質器への供給燃料とを熱交換する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 The energy supply system according to claim 6,
The heat exchanger exchanges heat between the exhaust gas from the internal combustion engine and the fuel supplied to the reformer.
An energy supply system comprising:

請求項６に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記熱交換器は、前記燃料電池の排気と、前記改質器から前記燃料電池への供給燃料とを熱交換する、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。 The energy supply system according to claim 6,
the heat exchanger exchanges heat between exhaust gas from the fuel cell and fuel supplied from the reformer to the fuel cell;
An energy supply system comprising:

請求項１に記載のエネルギー供給システムにおいて、
前記エネルギー供給システムは、前記アノードオフガスから水素を分離する分離器を備える、
ことを特徴とする、エネルギー供給システム。
2. The energy supply system according to claim 1,
The energy supply system includes a separator that separates hydrogen from the anode off-gas.
An energy supply system comprising: