氢气站和燃料电池系统以及氢气使用费收费装置

摘要

本发明提供能够将多个燃料电池的阳极排出的包含未消耗的氢气的废气回收，将该废气有效利用的氢气站和燃料电池系统以及氢气收费系统。燃料电池系统(100)具备利用有机化合物的改性反应生成富氢的改性气体的氢气站(1)、利用所述氢气站(1)提供的所述改性气体发电，同时将所述发电中未消耗的改性气体、即废气排出到外部的多个燃料电池(4)、将所述改性气体从所述氢气站(1)引向所述燃料电池用的气体供给配管(2)、以及从所述燃料电池(4)将所述废气引向所述氢气站(1)用的废气回收配管(6)。

说明书

技术领域

本发明涉及氢气站和燃料电池系统以及氢气使用费收费装置，特别是涉及利用有机化合物的改性反应生成富氢的改性气体的氢气站和使用该改性气体发电的多个燃料电池构成的燃料电池系统。

背景技术

以氢气为燃料同时发生电和热的燃料电池，具有优异的将燃料能量变换为有效的电能和热能的变换效率。因此，人类对燃料电池系统寄予期望，希望这种电池系统能够利用高变换效率，作为减少地球温室化的原因即二氧化碳的一种手段，抑制二氧化碳的排放。

但是，另一方面，作为燃料电池的燃料的氢气的供给系统基础设施很难说是已经充分准备好，能够以已有的城市煤气等基础设施供给的原料气体为基础生成氢气的改性器同时设置(参照专利文献1，即日本特开平07-57756号公报)。

又，为了稳定地、高效率地供给氢气，开发研究了使氢气的分离和生成比较容易的将原料煤气供给作为基础设施整备，并且能够回收分离之后的原料气体再利用的技术(参照专利文献2，即日本特开2002-274801号公报)。

而且作为地区氢气供应的一种形态，建议将改性器、氢气使用设备、以及氢气贮存手段网络化的氢气供给系统，利用这种系统能够高效率地提供需要的氢气而不会发生供求过量或不足(参照专利文献3，即日本特开平2002-372199号公报)。

设想将专利文献1所述的燃料电池系统作为例如家庭用的燃料电池系统使用的情况，根据时时刻刻变化的对燃料电池要求的发电量或发热量，使与燃料电池并设的改性器生成的氢气量可改变地控制改性器的动作。

但是，利用改性器生成氢气的改性反应(吸热反应)通常在700℃左右的温度下进行。因此，频繁改变氢气量引起改性器工作条件(温度等)的改变，造成不少的热量的损失，其结果是使改性器生成氢气的效率下降。例如改性器的温度一旦下降到室温以下，如果想要重新使该改性器的温度升高到700℃，伴随该升温动作损失的启动能量和时间上的损失是不能够无视的。

亦即对于家庭用的燃料电池系统那样时时刻刻要求改变发电量的系统，使用专利文献1所述的燃料电池，要提高与燃料电池并设的改性器的能量利用效率是困难的，因此是不理想的。

与专利文献1的燃料电池系统相比，在专利文献2的氢气贮存系统和供给系统中，通过使用氢气的分离和生成容易的原料气体，虽然也存在氢气分离之后的原料气体的回收和再生上的麻烦，但是这种氢气贮存和供给系统能够对应家庭内的电力负荷变动。

又，在专利文献3的氢气供给系统中，改性器、多个使用氢气的设备(例如燃料电池)、以及氢气贮存手段等各种设备相互连接形成可通氢气的网络，期望以此使使用氢气的设备对应的氢气需求的波动能够相互抵消，谋求这个系统的氢气需求平稳化，其结果是，氢气供给量也平稳化。因此专利文献3的氢气供给系统能够将改性器的工作条件保持一定，可望能够消除专利文献1的氢气生成效率低下的原因。

但是，从燃料电池的燃料气体供给口提供给阳极的氢气的一部分没有在阳极消耗掉，而与水蒸汽和二氧化碳一起作为废气从燃料气体排出口排出到外部。排出的废气具有规定的热能，能够作为资源利用，从提高整个燃料电池系统的能量利用效率的观点出发，人们期望能够确立这样的废气的有效利用方法。

但是，专利文献3的氢气供给系统中没有记载从燃料电池的阳极排出的废气的有效利用，其回收方法也没有披露。

又，在专利文献2的燃料电池系统中，只不过是建议利用吸氢合金回收废气，与专利文献3的氢气供给系统一样，该专利文献2的燃料电池系统也没有涉及废气的有效利用。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供回收从多个燃料电池的燃料气体排出口排出的包含未消耗的氢气废气，将该废气加以有效利用的氢气站和燃料电池系统。

又，本发明的目的在于提供对多个燃料电池的燃料气体排出口排出的废气的价值加以估计的能够执行合适的氢气收费的氢气使用费收费装置。

本发明的氢气站具备：利用有机化合物的改性反应生成富氢的改性气体的改性器、与气体供给配管连通，向多个燃料电池提供所述改性气体用的气体供给端口、以及与气体回收配管连通，从所述燃料电池接收包含未被所述燃料电池消耗的氢气的废气用的气体回收端口，消耗所述废气。

又，本发明的燃料电池系统，具备利用有机化合物的改性反应生成富氢的改性气体的氢气站、利用所述氢气站提供的改性气体发电，同时将所述发电中未消耗的改性气体、即废气排出到外部的多个燃料电池、将所述改性气体从所述氢气站引向所述燃料电池用的气体供给配管、以及从所述燃料电池将所述废气引向所述氢气站用的废气回收配管。

利用这样的结构，能够回收各燃料电池的阳极排出的包含未消耗的氢气的废气，将该废气加以有效利用。

在这里，也可以具有筒状的内配管和配置于该内配管周围的筒状的外配管构成的双重配管，所述内配管和所述外配管之一构成所述气体供给配管，另一配管则构成所述气体回收配管。

于是，在各气体供给对象供给用和回收用的两种配管共存造成的配管施工的不良影响得以消除。

又可以是，所述内配管构成所述气体回收配管，所述外配管构成所述气体供给配管。

以此可以对通过内配管与外配管之间的筒状空间传送到燃料电池的燃料气体供给口的改性气体，利用其与通过内配管的内部空间从燃料气体排出口流出的废气进行的热交换进行加热，同时可以利用流过其周围的改性气体的存在抑制废气的放热。

又可以具备配置于所述气体供给配管的中途，贮存所述氢气站提供的所述改性气体的改性气体贮存部，也可以具备配置于所述气体回收配管的中途，贮存所述燃料电池排出的所述废气的废气贮存部。

以此可以实现对应于燃料电池的各种发电量的改性气体的稳定供应和废气的稳定回收，改善分散型燃料电池系统使用上的方便性，同时提高其运行效率。

也可以是所述氢气站具备对所述改性反应提供必要的热量的第1燃烧器，所述第1燃烧器燃烧所述废气以生成所述热量，又可以是在所述各燃料电池上连接燃烧所述废气的第2燃烧器。

这样一来，通过在第1燃烧器燃烧废气，可以将该废气作为供给改性器的改性催化剂的热源利用，能够有效利用作为燃料资源的废气。又可以通过在第2燃烧器燃烧废气，例如，将该废气作为与燃料电池并设的热水槽的热水的加热热源利用，可以有效地利用废气作为燃料资源。

又可以具备配置于所述气体回收配管的中途，调整所述废气的气压的第1升压装置，还可以具备配置于所述气体供给配管的中途，调整所述废气的气压的第2升压装置。

这样一来，即使是例如流通废气的路径长，该废气的气压有损失，也能够相应于该损失，利用第1或第2升压装置调整废气的气压到适当的数值。

还可以具备配置于所述燃料电池的废气的排出口下游侧，使所述废气中所包含的水蒸汽冷凝的冷凝装置。

借助于此，可以避免水蒸汽结露的水堵塞气体回收配管。

在这里，所述气体回收配管的一个例子是，由与各所述燃料电池分别连接的多条气体回收支管、以及汇集所述气体回收支管，连接于所述氢气站的气体回收主配管构成。

利用这样的构成，即使是气体回收主配管上连接的燃料电池的数量增加，也不会使该回收配管系统复杂化。

而且，又可以在所述气体回收支管的中途及/或所述气体回收主配管中途配置防止所述废气逆向流动的逆向流动防止机构。还有，所述逆向流动防止机构的一个例子是止回阀。

利用这种逆向流动防止机构，能够防止废气向燃料电池逆向流动。

又可以在所述气体回收支管的中途配置测定所述废气的气压的第1压力计。

利用该第1压力计可以监视废气的气压于合适的数值。

还可以具备在所述气体回收支管的中途配置，调节所述废气的气压的第1升压装置，从所述第1压力计得到的压力值利用所述第1升压装置调整为预先设定的值。

以此可以监视废气的气压，使其成为合适的设定值，可以可靠地防止例如所述逆向流动。

又可以具备在所述气体回收主配管的中途配置的测定所述废气的气压的第2压力计，从所述第1压力计得到的压力值与从所述第2压力计得到的压力值的压差利用所述第1升压装置调整为预先设定的值。

以此可以监视废气的气压，根据上述压差使其成为合适的设定值，可以可靠地防止例如所述逆向流动。

还可以具备在所述气体回收支管的中途配置，开闭所述气体回收支管的气体开闭手段，如果从所述第1压力计得到的压力值小于预先设定的值，就关闭所述气体开闭手段。

通过对发生废气气压不足的不测事态时关闭气体开闭手段，可以更可靠地防止例如废气向上述燃料电池逆向流动。

又可以在各所述燃料电池上连接燃烧所述废气的第2燃烧器，在所述气体开闭手段闭塞时利用所述第2燃烧器燃烧所述废气。

这样一来，即使是所述气体开闭手段关闭，也能够利用第2燃烧器处理废气，因此能够从氢气站对燃料电池持续提供改性气体。

又可以在所述气体回收支管的中途配置测定所述废气中的氧浓度的氧气检测计。

借助于此，即使是氧气混入废气中也能够迅速而且可靠地检测出混入的氧气。

而且，又可以具备在所述气体回收支管的中途配置，开闭所述气体回收支管的气体开闭手段，形成在所述氧气检测计检测出规定浓度以上的氧气时，能够关闭所述气体开闭手段的结构。又可以在所述氧气检测计检测出规定浓度以上的氧气时，使所述燃料电池停止工作。

以此可以防止因废气(氢气)与氧气混合而在气体回收支管发生异常燃烧。

在这里，又可以具备：配置在所述气体供给配管的中途，测定流过所述气体供给配管的改性气体的流量的第1流量测定手段、配置在所述气体回收配管的中途，测定流过所述回收配管的废气的流量的第2测定手段、以及运算装置，所述运算装置根据所述第1流量测定手段测定的改性气体流量和所述第2流量测定手段测定的废气流量，计算出所述燃料电池的氢气使用量。

又可以具备：配置在所述气体供给配管的中途，测定流过所述气体供给配管的改性气体的流量的第1流量测定手段、以及运算装置，所述运算装置根据所述第1流量测定手段测定的改性气体流量和所述燃料电池的发电条件，计算出所述燃料电池的氢气使用量。

这样，所述运算装置能够根据所述氢气使用量收取氢气使用费。

采用这样的结构，通过对作为燃料资源的废气的价值的适当估计，能够计算出正确的氢气使用量。

本发明的氢气使用费收费装置，具备：对每一燃料电池测定氢气站生成的，提供给多个燃料电池的富氢改性气体的流量进行测定的第1流量测定手段、对于所述每一燃料电池测定含有所述燃料电池未消耗的氢气的废气的流量的第2流量测定手段、以及运算装置，所述运算装置根据所述第1流量测定手段测定的改性气体流量和所述第2流量测定手段测定的废气流量，对于每一所述燃料电池计算氢气使用量，同时根据所述氢气使用量执行氢气使用费的收费。

又本发明的氢气使用费收费装置，具备：对于每一所述燃料电池测定氢气站生成的，提供给多个燃料电池的富氢改性气体的流量进行测定的第1流量测定手段、以及运算装置，所述运算装置根据所述第1流量测定手段测定的改性气体流量和所述燃料电池的发电条件，对于每一所述燃料电池计算氢气使用量，同时根据所述氢气使用量执行氢气使用费的收费。

于是，气体供应商能够利用氢气使用费收费装置，对改性气体和废气与氢气利用价值对应的重量比率，再对各家庭计算出正确的氢气使用量，对各家庭收取与该氢气使用量对应的合适的费用。

采用本发明，可得到能够回收多个燃料电池从燃料气体排出口排出的含有未消耗的氢气的废气，对该废气进行有效利用的氢气站和燃料电池系统。

又，采用本发明，可得到能够对多个燃料电池从燃料气体排出口排出的废气的价值进行估计，进行合适的氢气收费的氢气使用费收费装置。

附图说明

图1是实施形态1的分散型燃料电池系统的结构图。

图2是实施形态1的氢气站的内部结构图。

图3是将气体供给支管30与气体回收支管33形成一体的配管例。

图4是实施形态5的分散型燃料电池系统的结构图。

图5表示利用废气处理装置和热水槽的废气利用形态之一例。

图6是解决关于燃料电池的燃料气体排出口排出的废气的技术课题的一个结构示例。

图7是解决关于燃料电池的燃料气体排出口排出的废气的技术课题的另一个结构示例。

符号说明

1    氢气站

2    氢气供给主配管

3    供给用中继部

4    燃料电池

5    回收用中继部

6    气体回收主配管

7    运算装置

11   改性器

12   原料气体供给配管

13   水供给配管

14   燃料气体供给配管

15   变换器

16   选择氧化器

17   空气供给配管

18   改性加热器

19   热水槽

20   废气处理装置

21   止回阀

22a  第1压力计

22b  第2压力计

23a   第1升压装置

23b   第2升压装置

24    氧气检测计

25    气体密封阀

30    气体供给支管

31    改性气体流量测定手段

32    废气流量测定手段

33    废气回收支管

34    控制装置

35    气体供给端口

36    气体回收端口

40    改性气体贮存部

41    废气贮存部

50    切换阀

51    第1内部配管

52    第2内部配管

53    废气配管

60    供给·回收一体化配管

61    内配管

62    外配管

70    冷凝装置

71    水滞留部

72    水排出配管

73    水排出阀

80    氢气使用费收费装置

100   燃料电池系统

最佳实施方式

下面参照附图说明，本发明实施形态1～5。

图1是实施形态1的分散型燃料电池系统的结构图。实施形态1的分散型燃料电池系统100(以下简称为“燃料电池系统100”)主要具备生成富氢改性气体作为气体供给源起作用的氢气站1、以及消耗该改性气体(氢气)以进行发电和发热的作为气体供给对象的多个燃料电池4。下面对氢气站1的内部结构加以详细说明。

而且，燃料电池系统100的氢气供给系统具备为了从氢气站1将提供的改性气体引向供给用中继部3，使氢气站1的气体供给端口35和供给用中继部3连通的气体供给主配管2(气体供给配管)、连接于燃料电池4的各燃料气体供给口(未图示)，向各燃料电池4的阳极(未图示)分配适当数量的氢气站1提供的改性气体用的多条气体供给支管30(气体供给配管)、以及将这些气体供给支管30集中于一处，具有改变气体压力的功能的供给用中继部3。

这样从氢气站1提供的对燃料电池4的改性气体供应通过作为基础设施预先设置的气体供给主配管2进行。

连接于气体供给主配管2的燃料电池4的数量一旦增加，改性气体的供给配管系统就变得复杂。因此，如图1所示，采用从气体供给主配管2引出的改性气体一旦提供给作为气体中继地起作用的供给用中继部3之后，就从那里向各燃料电池4的燃料气体供给口分配的结构。而且，能够根据燃料电池4的数量及其容量调整供给用中继部3的数量和容量，使其有从那里提供气体能力的适当化。

燃料电池系统100的氢气回收系统具备：将与燃料电池4的各燃料气体排出口(未图示)连接，包含在燃料电池4的阳极的发电反应中没有起作用的，在该处未消耗的氢气的回收气体(以下称为废气)，从燃料电池4的燃料气体排出口引向外部用的多条气体回收支管33(气体回收配管)、使这些气体回收支管33集中于一处，具有改变气体压力功能的回收用中继部5、以及将从燃料电池4的燃料气体排出口排出送到回收用中继部5的废气送回氢气站1用的，使氢气站1的气体回收端口36与回收用中继部5连通的气体回收主配管6(气体回收配管)。

于是，从燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气向氢气站1回流通过作为气体供应的基础设施预先设置的气体回收主配管6进行。

在气体回收主配管6上连接的燃料电池4的数量一旦增加，废气的回收配管系统就变得复杂。因此，如图1所示，采用燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气一旦被提供给作为气体中继地起作用的回收用中继部3集中之后，就从那里被送到气体回收主配管6的结构。

还有，对应于燃料电池4的数量及其容量可以调整回收用中继部3的数量和容量，以使其具有从那里回收能力的适当化。

又，提供给燃料电池4的阳极的改性气体流量测定用的改性气体测定手段31(例如气量计)配置于各气体供给支管30的中途。同样，从燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气的流量测定用的废气流量测定手段32(例如气流计)配置于各气体回收支管33的中途。

而且，运算装置7形成能够接收改性气体流量测定手段31和废气流量测定手段32输出的气体流量数据的结构，以此能够对每一个燃料电池4是根据两个气体流量数据计算其发电工作时的氢气使用量。又，在改性气体与废气之间含有的氢气的浓度存在差异，因此氢气利用价值也不同，所以对于两个气体流量数据进行相应于氢气利用价值的规定重量比率，然后在该基础上计算上述氢气利用量。这样的运算装置7可以执行与该氢气使用量对应的收费。

也就是说，图1所示氢气使用费收费装置80由改性气体流量测定手段31、废气流量测定手段32、以及运算装置7构成，利用氢气使用费收费装置80对每一个燃料电池4进行根据正确的氢气使用量的收费。

又，运算装置7形成也能够从燃料电池4接收发电量、发电电压、以及电流值等燃料电池4的运行状态数据，根据该运行状态推断每一个燃料电池4在发电工作时消耗的氢气量的结构。运算装置7以此能够根据改性气体流量测定手段31输出的气体流量数据和该氢气消耗量计算上述氢气使用量。

当然，也可以使对各燃料电池4的运行进行恰当控制的控制装置(未图示)执行这样的运算装置7的动作，也可以使下面叙述的对氢气站1的内部设备的动作进行控制的控制装置34(参照图2)执行该动作。

下面参照附图对氢气站的内部结构进行说明。

图2是实施形态1的氢气站的内部结构图。

氢气站1主要具备使包含碳氢化合物(天然气或LPG等)、醇(甲醇等)或石脑油成分的有机化合物的原料气体与水蒸汽进行改性反应，以此生成以氢为主要成分的改性气体的改性器11、利用水蒸汽，借助于移位反应以减少该改性器11提供的改性气体中的一氧化碳的变换器15、为了使该变换器15提供的改性气体中的一氧化碳浓度最终降低到100ppm(干气体体积基准)以下，用氧气有选择地去除该改性气体中的一氧化碳气体的选择氧化器16、以及对这些设备11、15、16的动作进行恰当的控制的控制装置34。

在改性器11的内部，充填将钌催化剂调制于氧化铝载体中以促进改性反应的改性催化剂(未图示)，对该改性催化剂提供改性反应所需要的热的改性加热器18(燃烧器)与改性器11并设。

改性加热器18具有使原料气体的一部分、废气或原料气体与废气的混合燃料与空气一起燃烧消耗的燃烧器(未示图)。

又，在变换器15的内部充填由例如铜-锌系催化剂构成的变质催化剂，在选择氧化器16的内部充填由包含例如贵金属的催化剂构成的选择氧化催化剂。

下面参照图2对氢气站1的氢气配管系统进行说明。

氢气站1的氢气配管系统具备将原料气体从原料气体供给手段(未图示)引向改性器11的原料气体供给配管12、将改性反应所需要的离子交换水从水供给手段(未图示)引向改性器11的水供给配管13、从原料气体供给配管12的中途分出并延伸，将原料气体供给手段提供的原料气体的一部分引向改性加热器18的燃料气体供给配管14、将改性器11提供的改性气体引向变换器15的第1内部配管51、将变换器15提供的改性气体引向选择氧化器16的第2内部配管52以及将选择氧化器16中的改性气体的选择氧化反应中使用的空气从空气供给手段(未图示)引向选择氧化器16的空气供给配管17。

还有，在这里，在氢气站1的气体配管系统的燃料供给配管14的中途，配置与气体回收主配管6(参照图1)连接的气体回收端口36，以此将流过气体回收主配管6的废气通过气体回收端口36引向燃料供给配管14，其后通过气体回收端口36的下游侧的燃料供给配管14将废气送往改性加热器18。

又在氢气站1的选择氧化器16上设置与气体供给主配管2(参照图1)连接的气体供给端口35，以此将选择氧化器16提供的改性气体通过气体供给端口35引向气体供给主配管2。

还有，原料气体使用例如天然气时，在原料气体供给配管12的中途配置充填有适当去除天然气中含有的硫磺成分用的沸石吸收剂的脱硫装置(未图示)。

下面参照图1和图2对以上说明的燃料电池系统100的动作进行说明。在这里设想以原料气体基础设施完整的容易得到的天然气或城市煤气作为原料气体的例子进行说明。

在氢气站1，利用改性反应由天然气和水蒸汽生成所含氢气成分的浓度比天然气和城市煤气高的富氢改性气体。这种改性气体利用图2所示的控制装置34使改性器11、变换器15、以及选择氧化器16进行适当的动作生成，以此得到适合于燃料电池4的阳极反应的改性气体组成。还有，这种改性气体的生成是根据已有技术得到的，因此在这里不再进行详细说明。

然后，氢气站1提供的改性气体通过气体供给主配管2、供给用中继部3、以及气体供给支管30提供给燃料电池4的各阳极，改性气体(氢气)在燃料电池4的阳极被消耗。还有，对燃料电池4的各阴极(未图示)提供氧气，在燃料电池4的发电中，在阴极消耗氧气。

又，燃料电池4发电时在氢气站1生成能够提供各燃料电池4的发电量总和的适量的改性气体。也就是说，氢气站1的控制装置34使改性器1等进行适当的动作，以此将适量的改性气体向各燃料电池4提供。

又，改性气体中所包含的氢气未能在燃料气体4的阳极的发电动作中消耗，含有未消耗的氢气的废气就从燃料电池4的燃料气体排出口向外部流出。因此，在本实施形态1中，通过气体回收支管33、回收用中继部5、以及气体回收主配管6，使从这样的燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气返回氢气站1的改性加热器18(参照图2)。

而且，在氢气站1中在改性加热器18使该废气燃烧，以此可以作为热源向改性器11的改性催化剂构件供热，借助于此，可以使利用改性催化剂构件生成改性气体用的改性反应恰当地进行。

采用这样的燃料电池系统100，可以得到如下所述的效果。

在利用实施形态1的固体高分子型燃料电池4中，使用天然气等气体通过改性反应得到的改性气体的情况下，燃料电池4的发电效率为百分之四十几，其热效率为百分之四十左右(HHV基准)。

但是，由于改性气体的生成需要能量真正的发电效率和热效率等于上述发电效率和热效率的数值乘以改性气体生成效率。因此，氢气生成过程中的效率的提高从能量总效率的提高的观点看来是重要的技术课题。

当然，在对于每一个燃料电池分别有专用的改性器的已有的燃料电池系统中，也能够使燃料电池排出的废气返回改性器的改性加热器，在这里，使废气燃烧以使改性器的改性催化剂构件升温是可能的。

但是，像已有的燃料电池系统那样，对于每一个燃料电池分别利用各改性器生成改性气体的方法，在对改性器(改性催化剂构件)的热供应量与改性器向外部的放热量取得热平衡的情况下，从改性器向外部的放热量相对于改性器得到的供热的比例变大，由此引起的热损失不能忽略，提高氢气生成效率是困难的。而且，对应于燃料电池的氢气需要量的变化，有必要调整返回改性器的废气的返回量，另一方面，已有的燃料电池系统中，这样的氢气需要量与废气的返回量取得平衡是困难的，因此由使氢气生成效率降低的倾向。

因此，在对于每一个燃料电池分别具有改性器的已有的燃料电池系统中，即使使从燃料电池排出的废气返回改性加热部，可以说对其进行有效利用也是有一定限度的。

另一方面，在具有能够满足多个燃料电池4的大量氢气需要的氢气站1的该实施形态1的燃料电池系统100中，随着氢气站1的改性器11的大型化，在生成氢气的时候，从改性器11向外部的放热量相对于改性器11得到的供热的比例与对每一个燃料电池4设置的小型的已有的改性器相比可以做得小，结果是能够提高氢气生成效率。也就是说，为了提高整个燃料电池系统100的能量利用效率，利用氢气站1集中在一处生成改性气体，而且将该生成的改性气体分别分配给多个燃料电池4这样的集中生产型改性气体供给方式是理想的。

同时，这样的集中生产型改性气体的供给方式中，随着改性气体供给对象(燃料电池4)的增加，使各燃料电池4的改性气体的需要量的波动和各燃料电池4排出的废气的返回量的波动能够相互抵消，改性气体的供给量和废气返回量达到平衡，能够使改性器11稳定运行，因此也能够提高氢气生成效率。

在这里，如果利用通常的城市煤气供应的基础设施，气体供应商就没有必要考虑气体的回收，将气体供给对象(如果是例如家庭用燃料电池，就是各家庭)的气体消耗量看作与气体供应对象的气体供给量相等，就可以形成与气体的消耗量对应的收费系统。

但是，该实施形态1所示的燃料电池系统100中，燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气返回氢气站1，该废气可以作为有用的燃料资源使用于氢气站1的改性器中生成改性气体。因此，在仿照已有的城市煤气供给的基础设施的收费体系中，不能够不估计作为燃料资源的废气的价值，因此不理想。

如在这里已经说明的那样，改性气体流量和废气流量都利用气体流量计那样的改性气体和废气流量测量手段31、32检测。又，运算装置7根据发电量、发电电压、以及电流值等燃料电池4的运行状态计算该燃料电池4发电时消耗的氢气量，以此计算出废气中包含的氢气量。

这样的氢气供应商能够利用图1所示的氢气使用费收费装置80，对改性气体和废气按与氢气利用价值对应的重量比率，再对各家庭计算出正确的氢气使用量，对各家庭收取与该氢气使用量对应的合适的费用。

实施形态2

在实施形态1中，说明了各燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气返回氢气站1，而且，被使用于在氢气站1的内部生成改性气体的例子，但是，废气的利用方式并不限于此。

本发明的实施形态2中，说明将这样的废气作为燃料电池4的不足的热能的热源利用的例子。在例如各燃料电池4，也可以设置能够对废气的一部分或全部进行燃烧处理的废气处理装置20(参照图5)，利用废气处理装置20使废气燃烧得到的高温燃烧气体通过热交换对伴随燃料电池4的发电动作生成的热水进行再加热。

图5是表示利用废气处理装置和热水槽的废气利用形态之一例。该废气利用形态以外的图5所示的结构和动作与实施形态1中说明的相同，对于两者相同的结构和动作的说明省略。

根据图5，存储规定量的热水的热水槽19在各燃料电池4分别设置。而且，各热水槽19分别配置使废气燃烧的燃烧器和利用废气的燃烧生成的高温的燃烧气体的热对水进行加热产生热水，以此将燃烧气体的热回收的热回收手段构成的废气处理装置20。

又，在燃料电池4的燃料气体排出口与废气处理装置20之间配置将其连通的废气配管53，以此能够将燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气引向废气处理装置20。

又，气体回收支管33(参照图1)从该废气配管53的中途分叉延伸出，在气体回收支管33与废气配管53的连接处，配置由控制装置(未图示)控制其切换动作的切换阀50。而且也能够利用切换阀50的切换动作根据废气利用形态将废气通过废气配管53送到废气处理装置20，也可以通过废气回收支管33和废气回收主配管6(参照图1)使废气返回氢气站1(参照图1)。

在这里，对不使废气返回氢气站1，而使其在配置热水槽19的废气处理装置20燃烧的工作例进行说明。

如果利用燃料电池4进行1kW的发电，而且，燃料电池4的氢气利用率为75％，每分钟要对燃料电池4的阳极提供相当于16L的改性气体中的氢气，于是废气中的氢气量为每分钟4L。而且，通过使该废气在废气处理装置20中燃烧，每小时能够通过热水回收大约2400kJ的热量。

还有根据未燃烧的废气的适当的排出处理和废气能量的有效利用的观点在燃料电池4配置同样的废气处理装置的已有的燃料电池系统。

但是，在气温高的季节，借助于热水槽19利用废气是有限的，仅仅是连接于燃料电池4的燃料气体排出口的废气处理装置20进行的燃料处理，难以充分地有效利用作为燃料资源的废气能量。

在这里，如实施形态2所示的燃料电池系统100那样，借助于热水槽19利用废气，而且还采用利用废气作为氢气站1的改性器11的热源的形态，这样就容易而且能够大幅度地利用废气的热能。

实施形态3

在实施形态1中说明了将气体供给支管30和气体回收支管33分别作为独立的基础设施整备的例子。同样，气体供给主配管2和气体回收主配管6也分别作为独立的基础设施整备。

但是，如果将例如气体供给支管30和气体回收支管33分别进行配管施工，由于在各气体供给对象同时存在供给用和回收用的两种配管，因此对配管施工会有不良影响。

所以在实施例3，为了从根本上消除这样的配管施工难点，说明了谋求使气体供给支管30和气体回收支管33一体化的配管例子。

图3是将气体供给支管30与气体回收支管33形成一体的配管例。

由图3可知，将气体供给支管30与气体回收支管33形成一体的供给·回收一体化配管60具有圆筒状的内配管61和比该内配管直径大的圆筒状外配管62构成的双重配管结构，更详细地说，将内配管61与外配管62同轴配置，而且，使其形成规定的筒状空间地在内配管61的外围配置外配管62。

还有，虽然未图示为了将从供给·回收一体化配管60发送的改性气体引向燃料电池4的燃料气体供给口，又为了使燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气返回供给·回收一体化配管60，配置连接燃料气体供给口与供给·回收一体化配管的合适的配管以及连接燃料气体排出口与供给·回收一体化配管60的合适的配管。

在这里，内配管61和外配管62之一构成气体供给支管30，另一配管则构成上述气体回收支管33。

也就是说，由氢气站1提供的改性气体被引入内配管61的内部空间和内配管61与外配管62之间的筒状空间中的任一空间，而且，燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气被引向另一空间。

当然，如图3所示，最好是内配管61构成气体回收支管33，外配管62构成气体供给支管30。也就是说，将氢气站1提供的改性气体引入内配管61与外配管62之间的筒状空间，而且将燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气引入内配管61的内部空间，从提高这些气体的热效率的观点看来，这样做是最理想的。

燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气的温度大致与燃料电池4的工作温度相等，比提供给燃料电池4的燃料气体供给口的改性气体的温度高。因此，通过内配管61和外配管62之间的筒状空间向燃料电池4的燃料气体供给口传送的改性气体可以与通过内配管61的内部空间从燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气进行热交换加热，同时，废气的放热可以通过在其周围流动的改性气体的存在加以抑制。这样，从燃料电池4的燃料气体排出口刚排出的气体中内在的热能能够得到有效利用。

实施形态4

在图1所示的具有多个燃料电池4的分散型燃料电池系统100中存在各种为实现实用化而应该解决的事项。更具体地说，对燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气存在以下所述的技术课题。

第1，燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气返回氢气站时如果将该废气引向氢气站1的距离长，则废气的压力损失大，可能陷于废气的气压不足的状态。

第2，燃料电池4的燃料气体排出口上连接的气体回收支管33中存在的废气的气压对于各燃料电池4如果不同，则废气通过回收用中继部5，从处于高气压状态的气体回收支管33向处于低气压状态的气体回收支管33流入，在最坏的情况下，废气有可能逆向流动到连接于处于低气压状态的气体回收支管的燃料电池4的阳极。

第3，在陷于停电或废气压送系统故障等不能预料的事态，气体升压装置有故障等而不能稳定得到废气气压的情况下，也可以设想会有废气的逆向流动。

第4，燃料电池4的阴极中存在的空气(氧气)通过电介质膜一旦达到燃料电池4的阳极，含有氢气的废气与氧气混合可能引发氢气的异常燃烧。

第5，燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气含有大量的水蒸汽，其露点接近于燃料电池4的工作温度，在将废气在一个时期大量排放到气体回收支管33的情况下，在该气体回收配管33的中途废气的温度下降，在这里包含的水蒸汽结露形成露水，因此，露水可能堵塞气体回收支管33。

在这里，为了对上述第1～第4点所述的不利情况应对，如图6所示，在使从燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气向回收用中继部5流动的气体回收支管33的中途，配置各种传感器和升压装置以及各种阀门。

根据图6，将作为开关气体回收支管33的气体开闭手段起作用的气体密封阀25(例如电磁阀)、防止燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气逆向流动的止回阀21(逆向流动防止机构)、提高气体回收支管33中的废气的气压用的第1升压装置23a(例如升压器、测定气体回收支管33中的废气的气压用的第1压力计22a、测定废气中的氧浓度用的磁学式氧气检测计24沿着废气流动方向依序从切换阀50开始，配置于在废气流的比切换阀50下游的一侧，而且，在废气流的比回收用中继部5上游的一侧的位置上的废气回收配管33的中途。

又，测定处于气体回收主配管6的废气的气压用的第2压力计22b配置于连接在回收用中继部5上的气体回收主配管6的中途。

在这里，第1升压装置23a配置于气体回收支管33的中途，但是，如图6所示，也可以代之以将该第2升压装置23b配置于气体供给支管30(参照图1)的中途的结构。又，止回阀21配置于气体回收支管33的中途，但是，也可以将同样的止回阀(未图示)配置于气体回收主配管6的中途，以此可以防止处于气体回收主配管6的废气的逆向流动。

还有，控制装置(未图示)根据第1和第2压力计22a、22b以及氧气检测计24的检测信号，对气体密封阀25的开闭动作、第1升压装置23a的升压动作、以及第2升压装置23b的升压动作进行合适的控制。

这样在气体供给支管33的中途或气体回收支管33的中途设置第1或第2升压装置23a、23b，以此能够确保废气的气压维持于预先设定的值。具体的废气的气压设定值是使得废气能够顺利通过废气回收支管33内部的气压值，对于每一个燃料电池4分别设置。还有，在这里，处于气体回收支管33的废气的气压利用第1压力计22a逐个监控。

还有，在回收用中继部5连接的气体回收主配管6上附加配置第2压力计22b，于是就能够测定第1和第2压力计22a、22b的压差。而且，通过对该压差进行适当控制，能够可靠地使废气稳定地返回氢气站1。而且，使配置于每一个燃料电池4上的多个压力计连动，利用这些压力计的压差测定以及对该压差的适当控制，能够使废气更稳定地返回氢气站1。

又，由第1压力计22测定的气压设定于下限值，在由第1压力计22a测定的压力值小于该下限值的情况下，也可以使气体密封阀25关闭。也就是说，气体密封阀25在某种不测事态引起气压下降的紧急情况下，起响应作用关闭气体回收支管33。

于是，在例如连接于燃料电池4的第1升压装置23a由于没有预料到的事态而发生故障，在该处不能得到合适的废气气压的情况下，关闭气体密封阀25，借助于此，上述止回阀21以外，还利用气体密封阀25也可以防止燃料电池4排出的废气逆向流动。

在这里，一旦关闭气体密封阀25停止送出燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气，在停止送出废气之后，对燃料电池4的燃料气体供给口不能够继续提供改性气体。因此，在利用第1压力计22a测定的压力值小于该下限值的情况下，关闭气体密封阀25同时停止燃料电池4的发电动作。

还有，为了避免发生这样的燃料电池4发电动作停止的不好情况，如图6所示，在热水槽19配置处理废气的废气处理装置20，这样根据已经说明的切换阀50的动作将燃料电池4的燃料气体排出口排出的废气引向废气处理装置20。

而且，在气体回收支管33的中途设置测定废气中的氧浓度的氧气检测器24，以此可靠地检测废气中是否混入氧气。

又，在由于没有预料到的事态而发生氧气混入气体回收支管33中的废气中的情况下，(具备)，作为废气中可能含有的氧气浓度的上限，设定相当于氢气的可燃烧范围下限值的氧气浓度(1％)的基准。于是，在氧气检测器24检测出高于该基准浓度的氧气时，控制装置使气体密封阀25关闭，自动停止将废气引入气体回收支管33的动作。于是，能够防止气体回收支管33中的氢气与氧气混合引起氢气异常燃烧的异常情况发生。

又，为了恰当地应对上述第5点所述的不好情况，如图7所示，在燃料电池4的燃料气体排出口上连接的气体回收支管33的中途，配置促进废气中含有的水蒸汽冷凝用的冷凝装置70。于是，通过促进废气中含有的水蒸汽的冷凝，能够使废气的露点温度下降，能够防止从废气中产生的露水堵塞废气回收配管33。

含有，该冷凝装置70由使废气中含有的水蒸汽生成的冷凝水滞留的水滞留部71、与该水滞留部71连通的水排出配管72、以及配置于该水排出配管72的中途的水排出阀73构成，一旦有规定数量以上的冷凝水滞留于水滞留部71，水排出阀门73就打开，通过水排出配管72将滞留于水滞留部71的冷凝水排出到外部。

同样，集中在回收用中继部6的废气的温度下降，在这里，所含的水蒸冷凝成结露水，由于该结露水的生成回收用中继部6周边的配管也有可能被堵塞。因此，在回收用中继部6用的内部和与回收用中继部6连通的气体回收主配管6的中途，也可以配置与图7所示的冷凝装置70相同的冷凝装置。

当然，这样的冷凝装置的配置场所，不限于气体回收支管33或气体回收主配管6，重要的是，只要上述冷凝装置被配置于至少是燃料电池4的燃料气体排出口(废气的排出口)的下游侧合适的场所，就能够得到该效果。当然，最好是能够发生结露水的区域中，在废气流的上游侧配置冷凝装置以便能够及早避免水冷凝的影响。

实施形态5

图4是实施形态5的分散型燃料电池系统的结构图。

在该实施形态5中，在将氢气站1提供的改性气体引向供给用中继部3时暂时作为存储用的缓冲器起作用的改性气体贮存部40配置于气体供给主配管2的中途，同时从各燃料电池4的燃料气体排出口排出，汇集回收用中继部5的废气在返回氢气站时，暂时贮存用的作为缓冲器起作用的气体贮存部41配置于气体回收主配管6的中途。

还有，作为改性气体贮存部40和废气贮存部41的具体例，是具备使用高压型的贮存箱、用吸氢合金的贮存箱那样的能够贮存气体，而且能够排气的贮存箱。这些改性气体贮部40和废气贮存部41以外的实施形态5的燃料电池系统100的结构和动作与实施形态1说明的相同，对于两者相同的结构和动作省略其说明。

通过配置改性气体贮存部40和废气贮存部41，能够与各燃料电池4的发电量对应的改性气体的稳定供给和废气的稳定回收，实施形态5的分散型的燃料电池系统100的使用方便性得到改善，同时，其运行效率得到提高。

工业应用性

采用本发明的氢气站和燃料电池系统能够对多个燃料电池供给气体，同时能够有效利用各燃料电池排出的废气，以此提高氢气生成效率，对于使用由大型改性器生成的改性气体(氢气)的氢气基础设施方式的燃料电池系统是有用的。