燃料ガス供給装置
【課題】安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる燃料ガス供給装置を提供する。
【解決手段】ドライブ装置６内のＣＰＵが、燃料ガスの硫黄成分濃度が急増する前に使用側ガス容器である左側ガス容器１１に接続された左側供給配管Ｐ１に設けた左側電磁弁２１を弁閉制御すると共に予備側ガス容器である右側ガス容器１２に接続された右側供給配管Ｐ２に設けた右側電磁弁２２を弁開制御して、燃料電池システムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替える。
【解決手段】ドライブ装置６内のＣＰＵが、燃料ガスの硫黄成分濃度が急増する前に使用側ガス容器である左側ガス容器１１に接続された左側供給配管Ｐ１に設けた左側電磁弁２１を弁閉制御すると共に予備側ガス容器である右側ガス容器１２に接続された右側供給配管Ｐ２に設けた右側電磁弁２２を弁開制御して、燃料電池システムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス供給装置に係り、特に、燃料ガスから水素を得る改質器を備える燃料電池システムへの燃料ガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水の電気分解の逆反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池には、リン酸形のような商用化段階に至っているものから、溶融炭酸塩形、固体電解質形、固体高分子形等の試験段階のものまで、燃料を水蒸気と反応させる改質器によって、電気エネルギーを発生させるプロセスに必要な水素を生成するようにしている。
【０００３】
中でも、電気エネルギーを発生させるプロセスにおいて温水（又は蒸気）を併せて発生させるコージェネレーション式の燃料電池システムは、電気設備と給湯設備とを併せ持つ一般家庭への普及が試みられており、この場合の燃料としては、従来、恒久的な原料供給を担保し易い都市ガスが有力視されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、都市ガスを原料とした燃料電池システムでは、都市ガス設備のある地域に適用地域が限られてしまい、一般家庭に広く普及させる上でネックとなってしまうので、入手および貯蔵が容易であって、近年の大型シリンダやそれをさらに上回る容積のバルク貯槽などの登場により都市ガス並みの恒久的燃料供給が可能となりつつあるＬＰガスを原料とすることが検討されている。
【０００５】
図６は、ＬＰガスを燃料ガスとする燃料電池コージェネレーションシステムの構成例を示す図である。図６において、燃料電池コージェネレーションシステム１は、改質器１ａ、セルスタック（燃料電池本体）１ｂ、インバータ１ｃおよび排熱回収装置１ｄを備えている。
【０００６】
改質器１ａは、上記供給用ガス容器から供給される燃料であるＬＰガス等を水蒸気と反応させて水素と温水（又は蒸気）を発生させるものである。セルスタック１ｂは、改質器１ａにおいて発生した水素を空気中の酸素と反応させて直流の電気エネルギーを生成するものである。インバータ１ｃは、セルスタック１ｂで生成された電気エネルギーを商用電力と同じ交流に変換するものである。
【０００７】
また、排熱回収装置１ｄは、改質器１ａで発生した温水（又は蒸気）の熱エネルギーと、セルスタック１ｂで電気エネルギーが生成される際に発生する高温の排熱の熱エネルギーとを回収するものであり、詳しくは、これら温水（又は蒸気）および排熱と、外部から引き込んだ市水との間で、いわゆる熱交換を行うものである。なお、排熱回収装置１ｄにおいて回収された熱エネルギーにより加熱された市水は、燃料電池コージェネレーションシステム１の近傍の屋外に設置された貯湯槽に貯留されて、家屋の屋内にて適宜給湯に利用される。
【０００８】
ところで、ＬＰガスは通常、プロパンガスやブタンガスといったガスが混合されて構成されているが、無臭であるが故に万一の漏洩の際に匂いでそれを察知することができないため、敢えて、硫黄分を多く含む付臭剤を混ぜている。
【０００９】
そして、ブタンガスは付臭剤よりも気化し易く、プロパンガスはブタンガスよりもさらに気化し易いので、ガス容器内のＬＰガスの消費が進むと、それにつれて、ガス容器内に残るＬＰガスの成分は、先ずプロパンガス成分が低くなり、次いでブタンガス成分が低く
なり、やがて、付臭剤の濃度が高くなって行き、その結果、単位流量当たりのＬＰガスの質量流量、つまり、体積流量でなくカロリー量に比例した流量が、ガス容器内のＬＰガスの残量がなくなりかけたところで急激に低下する傾向を示す。
【００１０】
すなわち、図７に示すように、ＬＰガスを燃料ガスとする場合においては、プロパン（ブタン）割合（点線）に対して、硫黄系付臭剤の濃度（実線）が、容器内残液がほとんどなくなる頃のタイミングにおいて、急激に高くなることが確認できている。
【００１１】
図７では、使用側ガス容器内の残液量が少なくなると、ＬＰガス成分は、ブタン分と硫黄分を含む付臭剤のみとなり、使用側ガス容器内のガス供給圧力が、予備側ガス容器側から補給開始する補給開始圧力よりも高い場合には、その状態が継続し、やがて付臭剤濃度が高くなる領域に入ってくる。
【００１２】
図８は、付臭剤濃度が高くなる領域でのＬＰガス供給状態における付臭剤濃度と硫黄成分濃度との関係を示したグラフであるが、両者の関係はほとんどリニアな特性傾向を持っている。
【００１３】
そこで、使用側ガス容器から供給される供給ガス中の硫黄成分濃度が低いうちに予備側ガス容器に切り替える燃料ガス供給装置が開示されている（例えば特許文献２、３）。この燃料ガス供給装置によれば、燃料電池システムに対して常に硫黄成分濃度の低い燃料ガスが供給されることになり、改質器や脱硫装置の寿命を延ばすことができる。ところが、上述した燃料ガス供給装置は、図９に示すような自動切替調整器を用いて使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えている。
【００１４】
同図に示すように自動切替調整器は、一側部に一対のガス入口ポート４１０が形成されたハウジング４１４と、ハウジング４１４の一側部端面に固定された切替弁ユニット４１６とを有している。一対のガス入力ポート４１０にはそれぞれ使用側ガス容器及び予備側ガス容器が接続されている。
【００１５】
ハウジング４１４の内部は、図示しないガス出口ポートに連通する減圧室４２２を有している。切替弁ユニット４１６は、各入口ポート４１０の内部にあって、夫々の供給端を開閉する弁体４３２と、弁体４３２を常時閉鎖側に付勢するスプリング４３４と、弁体４３２の上部に一体に突出したプランジャ４３２ａと、各プランジャ４３２ａに摺接するカム４３６を一体化した切替軸４３８と、中心に切替軸４３８を一体に突設すると共に、周縁をハウジング４１４の開口周縁とカバー４４０間に挟み付けられて、減圧室４２２を気密にシールするダイアフラム４４２と、ダイアフラム４４２の上部とカバー４４０間に介挿され、ダイアフラム４４２を減圧室４２２側に押し付けて、大気圧とガス圧をバランスするスプリング４４４と、切替軸４３８のカバー４４０からの突出端に配置された切替操作用のノブ４４６とからなっている。
【００１６】
スプリング４４４は、各スプリング４３４のばね圧より大きく設定されており、通常状態ではノブ４４６の切替操作によって、各弁体を交互開閉できる。減圧室４２２の圧力が高い間、カム４３６のリード面４３６ａは、一方のプランジャ４３２ａを押圧し、この結果、一方の弁体４３２（図中左側）は開き、他方の弁体４３２（図中右側）は閉じている。この状態からガス容器を他方に切り替えるには、ノブ４４６を１８０度回転させれば、一方側が閉じ、他方側がカムリード面に摺接し、弁開放状態となる。
【００１７】
一般的には上述したノブ４４６は人手で回転させられるものであるが、上述した特許文献１、２には、上述した自動切替調整器のノブ４４６を回転駆動させるモータを別途設けて、モータによって使用側ガス容器から供給される供給ガス中の硫黄成分濃度が低いうちに予備側ガス容器を切り替えることが開示されている。
【００１８】
しかしながら、上述した従来の燃料ガス供給装置では、既存の自動切替調整器に加えて、ノブ４４６を回転させるモータが必要となり、コスト的に問題があった。
【００１９】
また、上述した自動切替調整器では使用側ガス容器の残量が減少して減圧室４２２の一次圧力が低くなると、ダイアフラム４４２が減圧室４２２側に近づき、カム４３６のカムリードがプランジャ４３２ａに近づく。この結果、カム４３６は両方のプランジャ４３２ａを押圧し、この結果、両方の弁体４３２が開き、使用側ガス容器及び予備側ガス容器の両方から燃料ガスが供給される自動切替機能を有している。
【００２０】
上述したモータによるノブ４４６の回転は、自動切替機能が働く前に行われるため通常は自動切替機能が働くことはない。しかしながら、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、例えばガス漏れなどの原因で減圧室４２２の圧力が減少すると、ダイアフラム４４２が減圧室４２２側に近づき、カム４３６が両方のプランジャ４３２ａを押圧し、結果、両方のガス容器から供給されてしまう。このため、残量が少なくなったガス容器から硫黄成分濃度の高いガス燃料が供給されてしまうという恐れもあった。つまり、従来の自動切替調整器を流用した切替方法では、硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を確実に遮断することができないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１７６５３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７５３号公報
【特許文献３】特開２００５−３２６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる燃料ガス供給装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、硫黄系付臭剤を含む燃料ガスを充填した使用側ガス容器及び予備側ガス容器にそれぞれ接続された使用側供給配管及び予備側供給配管と、一端に前記使用側供給配管及び予備側供給配管の双方が接続されて他端に燃料電池システムが接続された合流供給配管と、該合流供給配管に設けられて前記燃料電池システムに対して所定圧の燃料ガスを供給する圧力調整器と、前記使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときに前記燃料電池システムに前記燃料ガスを供給するガス容器を前記使用側ガス容器から前記予備側ガス容器に切り替える切替手段とを備え、前記所定残量が、前記使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から前記硫黄成分濃度が急増する残量を予め求めて該予め求めた残量よりも大きい値に設定されている燃料ガス供給装置において、前記切替手段が、前記使用側供給配管を弁開又は弁閉する使用側電磁弁と、前記予備側供給配管を弁開又は弁閉する該予備側電磁弁と、前記使用側ガス容器の残量が前記所定残量以下になったときに前記使用側電磁弁を弁閉制御すると共に前記予備側電磁弁を弁開制御する電磁弁制御手段とを有することを特徴とする燃料ガス供給装置に存する。
【００２３】
請求項２記載の発明は、前記電磁弁の駆動電源が、前記燃料電池システムから供給されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給装置に存する。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、自動切替調整器にモータを取り付けなくても使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えを行うことができ、圧力調整器としては既存のものを流用することができる。しかも、電磁弁により使用側供給配管を確実に弁閉することができるため、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、使用側ガス容器から再び燃料ガスが供給されることがないので、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、燃料電池システムと別途に電源を設けなくてもよいので、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の燃料ガス供給装置の概略構成を示す説明図である。
【００２７】
図１においては、本実施形態の燃料電池システムへの燃料ガス供給装置は、家庭用の燃料ガス供給装置として構築された場合を示している。すなわち、燃料ガス供給装置は、硫黄系付臭剤を含む燃料ガス、たとえばＬＰガスをそれぞれ充填した左側ガス容器１１または右側ガス容器１２にそれぞれ接続された左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２と、一端に左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が接続されて他端に燃料電池システムとしての燃料電池コージェネレーションシステムの改質器（図７参照）が接続される合流供給配管Ｐ３とを備えている。
【００２８】
上述した左側供給配管Ｐ１にはこの左側供給配管Ｐ１を弁開又は弁閉する左側電磁弁２１が設けられ、右側供給配管Ｐ２にはこの右側供給配管Ｐ２を弁開又は弁閉する右側電磁弁２２が設けられている。また、合流供給配管Ｐ３には、圧力調整器としての単段調整器４とガスメータ５とが設けられている。ガスメータ５は単段調整器４よりも改質器側に設けられている。
【００２９】
上述した左右側電磁弁２１、２２は、図２に示すように、それぞれ本体９０と、固定鉄心９１と、コイル９２と、プランジャ９３とを備えている。本体９０には、左側端面に左方を開口したガス導入口９４と、右側端部に右方を開口したガス排出口９５と、このガス導入口９４−ガス排出口９５間を連通するガス流路９６とがそれぞれ形成されている。上述したガス流路９６は、それぞれ左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２の途中に挿入される。
【００３０】
ガス流路９６には、弁座９７が形成されている。また、上述したコイル９２の上部には固定鉄心９１が固定されて設けられている。この固定鉄心９１の下部にはスプリング９８の一端が取り付けられている。スプリング９８の他端はプランジャ９３の上部に形成された凹部に取り付けられている。これによりプランジャ９３が固定鉄心９１に対して上下方向に移動可能に設けられている。また、プランジャ９３の下部には、ゴム製の弁９９が設けられている。上述したスプリング９８は、同図（ａ）に示すように、プランジャ９３に設けた弁９９が弁座９７に当接してガス流路９６を遮断するようにプランジャ９３を付勢している。
【００３１】
従って、コイル９２の非通電時は、スプリング９８によりプランジャ９３が付勢されて、プランジャ９３に設けた弁９９が弁座９７に当接してガス流路９６を遮断する。即ち、コイル９２の非通電時は、左右側電磁弁２１、２２により左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が弁閉される。これに対して、コイル９２を通電すると、プランジャ９３はスプリング９８に抗して固定鉄心９１により吸引され、上方に移動する。これにより、プランジャ９３の弁９９が弁座９７から離れガス流路９６を導通する。即ち、コイル９２の通電時は、左右側電磁弁２１、２２により左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が弁開される。
【００３２】
燃料電池コージェネレーションシステムは、たとえば図６と同様の構成を有し、ここで発電された電気エネルギーは、交流に変換されて利用される。
【００３３】
左右側ガス容器１１、１２は密閉型加圧容器であり、その内部に高圧（たとえば、０．８ＭＰａ）でＬＰガスが充填されている。左右側ガス容器１１、１２に高圧で充填されているＬＰガスは、単段調整器４により、燃料電池コージェネレーションシステムの改質器（図６参照）に適する低圧（たとえば、３ｋＰａ）に減圧されて供給される。
【００３４】
ガスメータ５は、単段調整器４で減圧された低圧で動作し、左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給している使用側ガス容器に充填されているＬＰガスの残量管理警告を行う残量管理警告機能を有するマイコンメータである。ガスメータ５には、図１に示すように、一対の通信線を介してドライブ装置６が接続されている。このドライブ装置６には、一対の通信線を介して自動通報装置（ＮＣＵ）７が接続されている。ＮＣＵ７は、集中監視センター８に自動通報するための装置である。上述したドライブ装置６は、それぞれ２本の信号線と１本の通電線を介して左右側電磁弁２１、２２に接続されている。
【００３５】
ドライブ装置６の前面パネルには、切替スイッチ６２および交換スイッチ６３の押しボタンと、空容器左ランプ６４および空容器右ランプ６５が配置されている。このドライブ装置６は、上述した燃料電池コージェネレーションシステムが発電した電気から電源を得ている。
【００３６】
次に、上述した燃料ガス供給装置の電気的構成について、図３を参照して以下説明する。図３において、ガスメータ５は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５１、流量センサ５２、積算表示器５３、遮断弁駆動回路５４、遮断弁５５、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）５６および容器リセットスイッチ５７を備えている。
【００３７】
マイコン５１は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）５１ａ、ＣＰＵ５１ａのためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ５１ｂおよび各種のデータを格納すると共にＣＰＵ５１ａの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ５１ｃを内蔵している。
【００３８】
ＣＰＵ５１ａは、流量積算処理、残量管理警告発呼処理および流量監視処理などを行う。流量積算処理においてＣＰＵ５１ａは、流量センサ５２からの流量信号をカウントし、このカウント値によってガス使用量の積算値を求める。
【００３９】
ＣＰＵ５１ａは、残量管理警告発呼処理を実行するための残量管理カウンタを内蔵しており、ＲＡＭ５１ｃには、残量管理カウンタのカウント値に基づいて予め設定される残量警告レベル１、２、３が格納されている。残量警告レベル１、２、３は、残量警告レベル１＜警告レベル２＜警告レベル３の関係になるように設定されている。
【００４０】
この警告レベル１、２、３の設定について図４を参照して以下説明する。図４は、左右側ガス容器１１、１２のガス使用量（残量）とＬＰガス中の硫黄成分濃度との関係を示すグラフである。このグラフは、ガスメータ５や硫黄センサを用いて予め計測されたものである。
【００４１】
たとえば、警告レベル１は、図４に示すように、左右側ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器から何れか他方である予備側ガス容器への切り替えが行われる前のガス使用量（たとえば、左右側ガス容器１１、１２のＬＰガス充填容量の９０％のガス使用量）で、ガス容器が左右ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器から他方である予備側ガス容器に切り替わることを予告するために設定される（すなわち、切り替え予告の意味を持つ。）。
【００４２】
また、警告レベル２は、使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えが行われるガス使用量である（すなわち、自動的に使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替わる切り替えレベルに達したことを意味する）。警告レベル２は、図４に示す左右ガス容器１１、１２のガス使用量（残量）とＬＰガス中の硫黄成分濃度との関係から硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％を予め求めてこの予め求めた残量Ｘ％よりも大きい値に設定された所定残量に相当するガス使用量（例えば、左右側ガス容器１１、１２のＬＰガス充填容量の９５％のガス使用量）に設定される。
【００４３】
図４に示すように、硫黄成分濃度は使用側ガス容器の残量が多い間は低く、残量が減少してもほとんど増加しない。そして、硫黄成分濃度は使用側ガス容器の残量がＬＰガス充填量のＸ％を切ったところで急激に増加する。従って、警告レベル２をこの燃料ガス中の硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％よりも大きい値に設定された所定残量に相当するガス使用量に設定すれば、硫黄成分濃度の高い燃料ガスが供給されることがない。
【００４４】
さらに、警告レベル３は、ゼロに設定され、判定には用いない。
【００４５】
燃料電池システム側でＬＰガスを消費すると、ＣＰＵ５１ａにおける残量管理カウンタが加算され、ガス使用量が設定された警告レベル１，２，３のいずれかのレベルに達すると、ガスメータ５が警告フラグを立てて発呼する。この警告フラグをドライブ装置６が読み取り、警告レベル２のフラグが立っていると、ガス容器を常時供給側から予備側に切り替える動作を行う。
【００４６】
上記ドライブ装置６は、マイコン６１、切替スイッチ６２、交換スイッチ６３、空容器左ランプ６４、空容器右ランプ６５及び電源回路６７を備えている。電源回路６７は、燃料電池コージェネレーションシステムが発電した電気から定電圧を生成する回路である。ドライブ装置６は、この電源回路６７から各部の動作に必要な電源を得ている。
【００４７】
マイコン６１は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行うＣＰＵ６１ａ、ＣＰＵ６１ａのためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ６１ｂおよび各種のデータを格納すると共にＣＰＵ６１ａの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６１ｃを内蔵している。ＣＰＵ６１ａは、電磁弁駆動処理および残量管理警告発呼受信処理などを行う。
【００４８】
マイコン６１には、左右側電磁弁２１、２２からの２本の通電線４ｄ及び４ｅ、４本の信号線４ｆ〜４ｉと、ガスメータ５のマイコン５１からの通信線と、自動通報装置７への通信線が接続されている。上述した通電線４ｄ及び４ｅは、左右側電磁弁２１、２２のコイル９２に電源回路６７が生成した定電圧を供給するためのものである。
【００４９】
信号線４ｆ及び４ｇは、上述した電源回路６７と左右側電磁弁２１、２２のコイル９２との間に設けたスイッチＳＷに対してオンオフ信号を出力するための信号線である。従って、マイコン６１から信号線４ｆ及び４ｇを通じてスイッチＳＷにオン信号を出力すると、スイッチＳＷがオンしてコイル９２が通電される。このコイル９２の通電によって、上述したように左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁開する。一方、オフ信号を出力すると、スイッチＳＷがオフしてコイル９２が非通電状態となる。コイル９２が非通電状態になると、上述したように左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁閉する。
【００５０】
信号線４ｈ及び４ｉは、左右側電磁弁２１、２２のコイル９２−スイッチＳＷ間電圧をマイコン６１に供給するための信号線である。この信号線４ｈ及び４ｉを通じて、スイッチＳＷがオンするとＨレベルとなり、そしてスイッチＳＷがオフするとＬレベルとなるアンサー信号がマイコン６１に供給される。即ち、アンサー信号は左右側電磁弁２１、２２の状態を検出するためのものであり、アンサー信号がＨレベルであれば左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁開していると判定することができる。一方、アンサー信号がＬレベルであれば左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁閉していると判定することができる。
【００５１】
以上概略説明した燃料ガス供給装置の残量管理警告発呼受信機能の詳細を、ＣＰＵ６１ａが予め定めた制御プログラムに従って行う処理を示す図５のフローチャートを参照して以下説明する。
【００５２】
ＣＰＵ６１ａは、ガスメータ５が警告フラグを立てて発呼したことに応じて残量管理警告発呼受信処理を行う。まず、ＣＰＵ６１ａは、残量管理警告レベル１、３のフラグが設定されているか否かを判定し（ステップＳ２１）、その答えがイエスならば、ガスメータ５から通信される、ガス使用量が残量管理警告レベル１、３に達していることの警報を自動通報装置７へスルーして集中管理センター８に通報する（ステップＳ２２）。
【００５３】
一方、ステップＳ２１の答えがノーならば、ＣＰＵ６１ａは、ガス使用量が残量管理警告レベル２に達していると判断して、左右側電磁弁２１、２２からのアンサー信号に基づいて使用側ガス容器が左側ガス容器１１か右側ガス容器１２か判定する（ステップＳ２３）。右側ガス容器１２からのアンサー信号がＨレベルであれば（ステップＳ２３で右）、それは右側ガス容器１２が使用側ガス容器であり、空になりつつあることを意味するので、空容器右ランプ６５を点滅させる（ステップＳ２４）。
【００５４】
次に、ＣＰＵ６１ａは、電磁弁制御手段として働き、右側電磁弁２２のスイッチＳＷに対してオフ信号を出力して右側電磁弁２２を弁閉制御すると共に左側電磁弁２１のスイッチＳＷに対してオン信号を出力して左側電磁弁２１を弁開制御する（ステップＳ２５）。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器である右側ガス容器１２から予備側ガス容器である左側ガス容器１１に切り替えることができる。次いで、ＣＰＵ６１ａは、アンサー信号に基づいて上記切り替え動作が確実に行われたか否かを判定する（ステップＳ２６）。左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＬレベルであれば、上記切り替え動作が確実に行われたと判定して（ステップＳ２６でＹ）、ステップＳ３１に進む。
【００５５】
一方、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＬレベルでなければ、何らかの異常が発生して上記切り替え動作が行われなかったと判断して（ステップＳ２６でＮ）、図示しないＬＣＤ表示器に切替エラーを伝える表示を行うと共に切替エラー信号を自動通報装置７へスルーして集中管理センター８に通報した後（ステップＳ３０）、残量管理警告発呼受信処理を終了する。
【００５６】
これに対して、左側ガス容器１１からのアンサー信号がＨレベルであれば（ステップＳ２３で左）、それは左側ガス容器１１が使用側ガス容器であり、空になりつつあることを意味するので、空容器左ランプ６４を点滅させる（ステップＳ２７）。次に、ＣＰＵ６１ａは、電磁弁制御手段として働き、左電磁弁２１のスイッチＳＷに対してオフ信号を出力して左側電磁弁２１を弁閉制御すると共に右側電磁弁２２のスイッチＳＷに対してオン信号を出力して右側電磁弁２２を弁開制御する（ステップＳ２８）。
【００５７】
これにより、燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器である左側ガス容器１１から予備側ガス容器である右側ガス容器１２に切り替えることができる。次に、ＣＰＵ６１ａは、アンサー信号に基づいて上記切り替え動作が確実に行われたか否かを判定する（ステップＳ２９）。右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＬレベルであれば、上記切り替え動作が確実に行われたと判定して（ステップＳ２９でＹ）、ステップＳ３１に進む。
【００５８】
一方、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＬレベルでなければ、何らかの異常が発生して上記切り替え動作が行われなかったと判断して（ステップＳ２９でＮ）、上述したステップＳ３０に進む。
【００５９】
上記したステップＳ３１において、ＣＰＵ６１ａは、補給開始信号を出力し、自動通報装置７を介して集中監視センタ８に通報する。次に、ドライブ装置６の交換スイッチ６３がオンされたか否かを判定し（ステップＳ３２）、その答えがイエスならば、容器交換発呼を自動通報装置７へスルーする（ステップＳ３３）。
【００６０】
次いで、空容器左ランプ６４または空容器右ランプ６５を消灯させ（ステップＳ３４）、次いで、処理を終了する。
【００６１】
以上のことから明らかなように左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池システムに燃料ガスを供給している方が請求項中の使用側ガス容器に相当する。そして、左右側ガス容器１１、１２のうち使用側ガス容器に相当するガス容器に接続されている方の左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が請求項中の使用側供給配管に相当し、左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２のうち使用側供給配管に相当する供給配管に設けられている方の左右側電磁弁２１、２２が請求項中の使用側電磁弁に相当する。
【００６２】
また、左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池システムに燃料ガスを供給していない方が請求項中の予備側ガス容器に相当する。そして、左右側ガス容器１１、１２のうち予備側ガス容器に相当するガス容器に接続されている方の左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が請求項中の予備側供給配管に相当し、左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２のうち予備側供給配管に相当する供給配管に設けられている方の左右側電磁弁２１、２２が請求項中の予備側電磁弁に相当する。また、左右電磁弁２１、２２及びＣＰＵ６１ａが請求項中の切替手段に相当する。
【００６３】
以上の燃料ガス供給装置によれば、ドライブ装置６内のＣＰＵ６１ａが、左右側ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器のガス使用量が警告レベル２に達したときに、即ち使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときにその使用側ガス容器の電磁弁２１、２２を弁閉制御すると共に左右側ガス容器１１、１２の他方である予備側ガス容器の電磁弁２１、２２を弁開制御する。なお、所定残量は、使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％を予め求めて該予め求めた残量Ｘ％よりも大きい値に設定されている。これにより、使用側ガス容器の供給する燃料ガス中の硫黄成分濃度が急増する前に予備側ガス容器に切り替えることができる。
【００６４】
また、自動切替調整器にモータを取り付けなくても使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えを行うことができ、圧力調整器としては既存のものを流用することができる。しかも、左右電磁弁２１、２２により使用側ガス容器に接続された左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を確実に弁閉することができるため、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、使用側ガス容器から再び燃料ガスが供給されることがないので、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる。
【００６５】
また、左右電磁弁２１、２２の駆動電源が、燃料電池システムから供給されている。従って、燃料電池システムと別途に電源を設けなくてもよく、コストダウンを図ることができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、圧力調整器として単段調整器４を用いていたが従来で説明したような自動切替調整器であってもよい。
【００６７】
また、上述した実施形態では、左右側ガス容器１１、１２を交互に使い切っていたが本発明はこの限りではない。例えば、左右側ガス容器１１、１２のうち何れか一方を常時使用側とし、他方を予備側として常時使用側のガス使用量が警告レベル２に達したときに常時使用側から予備側に切り替えが行われ、その後常時使用側の容器交換が終了すると予備側から常時使用側に切り替えられるものに適用することも考えられる。
【００６８】
また、上述した実施形態では、使用側電磁弁と予備側電磁弁とが各々別々に設けられていたが本発明はこの限りではない。例えば、１つの電磁弁で使用側供給配管及び予備側供給配管の双方の弁開及び弁閉が行える３ポート直動型電磁弁を使用側電磁弁及び予備側電磁弁として働かせても良い。
【００６９】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の燃料ガス供給装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す燃料ガス供給装置を構成する使用側及び予備側電磁弁の断面図である。
【図３】図１に示す燃料ガス供給装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図４】警告レベルの設定例を説明する図である。
【図５】図３に示す燃料ガス供給装置を構成するドライブ装置のＣＰＵの残量管理警告発呼受信処理における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】ＬＰガスを燃料ガスとする燃料電池コージェネレーションシステムの構成例を示す説明図である。
【図７】ガス容器における容器内残液量と燃料ガスの割合及び硫黄系付臭剤濃度の関係を示したグラフである。
【図８】付臭剤濃度が高くなる領域での燃料ガス供給状態における付臭剤濃度と硫黄成分濃度との関係を示したグラフである。
【図９】自動切替調整器の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
４ 単段調整器（圧力調整器）
１１、１２ 左右側ガス容器（使用側ガス容器、予備側ガス容器）
２１、２２ 左右側電磁弁（使用側電磁弁、予備側電磁弁、切替手段）
６１ａ ＣＰＵ（電磁弁制御手段、切替手段）
Ｐ１、Ｐ２ 左右側供給配管（使用側供給配管、予備側供給配管）
Ｐ３ 合流配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス供給装置に係り、特に、燃料ガスから水素を得る改質器を備える燃料電池システムへの燃料ガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水の電気分解の逆反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池には、リン酸形のような商用化段階に至っているものから、溶融炭酸塩形、固体電解質形、固体高分子形等の試験段階のものまで、燃料を水蒸気と反応させる改質器によって、電気エネルギーを発生させるプロセスに必要な水素を生成するようにしている。
【０００３】
中でも、電気エネルギーを発生させるプロセスにおいて温水（又は蒸気）を併せて発生させるコージェネレーション式の燃料電池システムは、電気設備と給湯設備とを併せ持つ一般家庭への普及が試みられており、この場合の燃料としては、従来、恒久的な原料供給を担保し易い都市ガスが有力視されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、都市ガスを原料とした燃料電池システムでは、都市ガス設備のある地域に適用地域が限られてしまい、一般家庭に広く普及させる上でネックとなってしまうので、入手および貯蔵が容易であって、近年の大型シリンダやそれをさらに上回る容積のバルク貯槽などの登場により都市ガス並みの恒久的燃料供給が可能となりつつあるＬＰガスを原料とすることが検討されている。
【０００５】
図６は、ＬＰガスを燃料ガスとする燃料電池コージェネレーションシステムの構成例を示す図である。図６において、燃料電池コージェネレーションシステム１は、改質器１ａ、セルスタック（燃料電池本体）１ｂ、インバータ１ｃおよび排熱回収装置１ｄを備えている。
【０００６】
改質器１ａは、上記供給用ガス容器から供給される燃料であるＬＰガス等を水蒸気と反応させて水素と温水（又は蒸気）を発生させるものである。セルスタック１ｂは、改質器１ａにおいて発生した水素を空気中の酸素と反応させて直流の電気エネルギーを生成するものである。インバータ１ｃは、セルスタック１ｂで生成された電気エネルギーを商用電力と同じ交流に変換するものである。
【０００７】
また、排熱回収装置１ｄは、改質器１ａで発生した温水（又は蒸気）の熱エネルギーと、セルスタック１ｂで電気エネルギーが生成される際に発生する高温の排熱の熱エネルギーとを回収するものであり、詳しくは、これら温水（又は蒸気）および排熱と、外部から引き込んだ市水との間で、いわゆる熱交換を行うものである。なお、排熱回収装置１ｄにおいて回収された熱エネルギーにより加熱された市水は、燃料電池コージェネレーションシステム１の近傍の屋外に設置された貯湯槽に貯留されて、家屋の屋内にて適宜給湯に利用される。
【０００８】
ところで、ＬＰガスは通常、プロパンガスやブタンガスといったガスが混合されて構成されているが、無臭であるが故に万一の漏洩の際に匂いでそれを察知することができないため、敢えて、硫黄分を多く含む付臭剤を混ぜている。
【０００９】
そして、ブタンガスは付臭剤よりも気化し易く、プロパンガスはブタンガスよりもさらに気化し易いので、ガス容器内のＬＰガスの消費が進むと、それにつれて、ガス容器内に残るＬＰガスの成分は、先ずプロパンガス成分が低くなり、次いでブタンガス成分が低く
なり、やがて、付臭剤の濃度が高くなって行き、その結果、単位流量当たりのＬＰガスの質量流量、つまり、体積流量でなくカロリー量に比例した流量が、ガス容器内のＬＰガスの残量がなくなりかけたところで急激に低下する傾向を示す。
【００１０】
すなわち、図７に示すように、ＬＰガスを燃料ガスとする場合においては、プロパン（ブタン）割合（点線）に対して、硫黄系付臭剤の濃度（実線）が、容器内残液がほとんどなくなる頃のタイミングにおいて、急激に高くなることが確認できている。
【００１１】
図７では、使用側ガス容器内の残液量が少なくなると、ＬＰガス成分は、ブタン分と硫黄分を含む付臭剤のみとなり、使用側ガス容器内のガス供給圧力が、予備側ガス容器側から補給開始する補給開始圧力よりも高い場合には、その状態が継続し、やがて付臭剤濃度が高くなる領域に入ってくる。
【００１２】
図８は、付臭剤濃度が高くなる領域でのＬＰガス供給状態における付臭剤濃度と硫黄成分濃度との関係を示したグラフであるが、両者の関係はほとんどリニアな特性傾向を持っている。
【００１３】
そこで、使用側ガス容器から供給される供給ガス中の硫黄成分濃度が低いうちに予備側ガス容器に切り替える燃料ガス供給装置が開示されている（例えば特許文献２、３）。この燃料ガス供給装置によれば、燃料電池システムに対して常に硫黄成分濃度の低い燃料ガスが供給されることになり、改質器や脱硫装置の寿命を延ばすことができる。ところが、上述した燃料ガス供給装置は、図９に示すような自動切替調整器を用いて使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えている。
【００１４】
同図に示すように自動切替調整器は、一側部に一対のガス入口ポート４１０が形成されたハウジング４１４と、ハウジング４１４の一側部端面に固定された切替弁ユニット４１６とを有している。一対のガス入力ポート４１０にはそれぞれ使用側ガス容器及び予備側ガス容器が接続されている。
【００１５】
ハウジング４１４の内部は、図示しないガス出口ポートに連通する減圧室４２２を有している。切替弁ユニット４１６は、各入口ポート４１０の内部にあって、夫々の供給端を開閉する弁体４３２と、弁体４３２を常時閉鎖側に付勢するスプリング４３４と、弁体４３２の上部に一体に突出したプランジャ４３２ａと、各プランジャ４３２ａに摺接するカム４３６を一体化した切替軸４３８と、中心に切替軸４３８を一体に突設すると共に、周縁をハウジング４１４の開口周縁とカバー４４０間に挟み付けられて、減圧室４２２を気密にシールするダイアフラム４４２と、ダイアフラム４４２の上部とカバー４４０間に介挿され、ダイアフラム４４２を減圧室４２２側に押し付けて、大気圧とガス圧をバランスするスプリング４４４と、切替軸４３８のカバー４４０からの突出端に配置された切替操作用のノブ４４６とからなっている。
【００１６】
スプリング４４４は、各スプリング４３４のばね圧より大きく設定されており、通常状態ではノブ４４６の切替操作によって、各弁体を交互開閉できる。減圧室４２２の圧力が高い間、カム４３６のリード面４３６ａは、一方のプランジャ４３２ａを押圧し、この結果、一方の弁体４３２（図中左側）は開き、他方の弁体４３２（図中右側）は閉じている。この状態からガス容器を他方に切り替えるには、ノブ４４６を１８０度回転させれば、一方側が閉じ、他方側がカムリード面に摺接し、弁開放状態となる。
【００１７】
一般的には上述したノブ４４６は人手で回転させられるものであるが、上述した特許文献１、２には、上述した自動切替調整器のノブ４４６を回転駆動させるモータを別途設けて、モータによって使用側ガス容器から供給される供給ガス中の硫黄成分濃度が低いうちに予備側ガス容器を切り替えることが開示されている。
【００１８】
しかしながら、上述した従来の燃料ガス供給装置では、既存の自動切替調整器に加えて、ノブ４４６を回転させるモータが必要となり、コスト的に問題があった。
【００１９】
また、上述した自動切替調整器では使用側ガス容器の残量が減少して減圧室４２２の一次圧力が低くなると、ダイアフラム４４２が減圧室４２２側に近づき、カム４３６のカムリードがプランジャ４３２ａに近づく。この結果、カム４３６は両方のプランジャ４３２ａを押圧し、この結果、両方の弁体４３２が開き、使用側ガス容器及び予備側ガス容器の両方から燃料ガスが供給される自動切替機能を有している。
【００２０】
上述したモータによるノブ４４６の回転は、自動切替機能が働く前に行われるため通常は自動切替機能が働くことはない。しかしながら、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、例えばガス漏れなどの原因で減圧室４２２の圧力が減少すると、ダイアフラム４４２が減圧室４２２側に近づき、カム４３６が両方のプランジャ４３２ａを押圧し、結果、両方のガス容器から供給されてしまう。このため、残量が少なくなったガス容器から硫黄成分濃度の高いガス燃料が供給されてしまうという恐れもあった。つまり、従来の自動切替調整器を流用した切替方法では、硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を確実に遮断することができないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１７６５３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７５３号公報
【特許文献３】特開２００５−３２６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる燃料ガス供給装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、硫黄系付臭剤を含む燃料ガスを充填した使用側ガス容器及び予備側ガス容器にそれぞれ接続された使用側供給配管及び予備側供給配管と、一端に前記使用側供給配管及び予備側供給配管の双方が接続されて他端に燃料電池システムが接続された合流供給配管と、該合流供給配管に設けられて前記燃料電池システムに対して所定圧の燃料ガスを供給する圧力調整器と、前記使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときに前記燃料電池システムに前記燃料ガスを供給するガス容器を前記使用側ガス容器から前記予備側ガス容器に切り替える切替手段とを備え、前記所定残量が、前記使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から前記硫黄成分濃度が急増する残量を予め求めて該予め求めた残量よりも大きい値に設定されている燃料ガス供給装置において、前記切替手段が、前記使用側供給配管を弁開又は弁閉する使用側電磁弁と、前記予備側供給配管を弁開又は弁閉する該予備側電磁弁と、前記使用側ガス容器の残量が前記所定残量以下になったときに前記使用側電磁弁を弁閉制御すると共に前記予備側電磁弁を弁開制御する電磁弁制御手段とを有することを特徴とする燃料ガス供給装置に存する。
【００２３】
請求項２記載の発明は、前記電磁弁の駆動電源が、前記燃料電池システムから供給されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給装置に存する。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、自動切替調整器にモータを取り付けなくても使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えを行うことができ、圧力調整器としては既存のものを流用することができる。しかも、電磁弁により使用側供給配管を確実に弁閉することができるため、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、使用側ガス容器から再び燃料ガスが供給されることがないので、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、燃料電池システムと別途に電源を設けなくてもよいので、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の燃料ガス供給装置の概略構成を示す説明図である。
【００２７】
図１においては、本実施形態の燃料電池システムへの燃料ガス供給装置は、家庭用の燃料ガス供給装置として構築された場合を示している。すなわち、燃料ガス供給装置は、硫黄系付臭剤を含む燃料ガス、たとえばＬＰガスをそれぞれ充填した左側ガス容器１１または右側ガス容器１２にそれぞれ接続された左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２と、一端に左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が接続されて他端に燃料電池システムとしての燃料電池コージェネレーションシステムの改質器（図７参照）が接続される合流供給配管Ｐ３とを備えている。
【００２８】
上述した左側供給配管Ｐ１にはこの左側供給配管Ｐ１を弁開又は弁閉する左側電磁弁２１が設けられ、右側供給配管Ｐ２にはこの右側供給配管Ｐ２を弁開又は弁閉する右側電磁弁２２が設けられている。また、合流供給配管Ｐ３には、圧力調整器としての単段調整器４とガスメータ５とが設けられている。ガスメータ５は単段調整器４よりも改質器側に設けられている。
【００２９】
上述した左右側電磁弁２１、２２は、図２に示すように、それぞれ本体９０と、固定鉄心９１と、コイル９２と、プランジャ９３とを備えている。本体９０には、左側端面に左方を開口したガス導入口９４と、右側端部に右方を開口したガス排出口９５と、このガス導入口９４−ガス排出口９５間を連通するガス流路９６とがそれぞれ形成されている。上述したガス流路９６は、それぞれ左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２の途中に挿入される。
【００３０】
ガス流路９６には、弁座９７が形成されている。また、上述したコイル９２の上部には固定鉄心９１が固定されて設けられている。この固定鉄心９１の下部にはスプリング９８の一端が取り付けられている。スプリング９８の他端はプランジャ９３の上部に形成された凹部に取り付けられている。これによりプランジャ９３が固定鉄心９１に対して上下方向に移動可能に設けられている。また、プランジャ９３の下部には、ゴム製の弁９９が設けられている。上述したスプリング９８は、同図（ａ）に示すように、プランジャ９３に設けた弁９９が弁座９７に当接してガス流路９６を遮断するようにプランジャ９３を付勢している。
【００３１】
従って、コイル９２の非通電時は、スプリング９８によりプランジャ９３が付勢されて、プランジャ９３に設けた弁９９が弁座９７に当接してガス流路９６を遮断する。即ち、コイル９２の非通電時は、左右側電磁弁２１、２２により左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が弁閉される。これに対して、コイル９２を通電すると、プランジャ９３はスプリング９８に抗して固定鉄心９１により吸引され、上方に移動する。これにより、プランジャ９３の弁９９が弁座９７から離れガス流路９６を導通する。即ち、コイル９２の通電時は、左右側電磁弁２１、２２により左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が弁開される。
【００３２】
燃料電池コージェネレーションシステムは、たとえば図６と同様の構成を有し、ここで発電された電気エネルギーは、交流に変換されて利用される。
【００３３】
左右側ガス容器１１、１２は密閉型加圧容器であり、その内部に高圧（たとえば、０．８ＭＰａ）でＬＰガスが充填されている。左右側ガス容器１１、１２に高圧で充填されているＬＰガスは、単段調整器４により、燃料電池コージェネレーションシステムの改質器（図６参照）に適する低圧（たとえば、３ｋＰａ）に減圧されて供給される。
【００３４】
ガスメータ５は、単段調整器４で減圧された低圧で動作し、左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給している使用側ガス容器に充填されているＬＰガスの残量管理警告を行う残量管理警告機能を有するマイコンメータである。ガスメータ５には、図１に示すように、一対の通信線を介してドライブ装置６が接続されている。このドライブ装置６には、一対の通信線を介して自動通報装置（ＮＣＵ）７が接続されている。ＮＣＵ７は、集中監視センター８に自動通報するための装置である。上述したドライブ装置６は、それぞれ２本の信号線と１本の通電線を介して左右側電磁弁２１、２２に接続されている。
【００３５】
ドライブ装置６の前面パネルには、切替スイッチ６２および交換スイッチ６３の押しボタンと、空容器左ランプ６４および空容器右ランプ６５が配置されている。このドライブ装置６は、上述した燃料電池コージェネレーションシステムが発電した電気から電源を得ている。
【００３６】
次に、上述した燃料ガス供給装置の電気的構成について、図３を参照して以下説明する。図３において、ガスメータ５は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５１、流量センサ５２、積算表示器５３、遮断弁駆動回路５４、遮断弁５５、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）５６および容器リセットスイッチ５７を備えている。
【００３７】
マイコン５１は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）５１ａ、ＣＰＵ５１ａのためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ５１ｂおよび各種のデータを格納すると共にＣＰＵ５１ａの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ５１ｃを内蔵している。
【００３８】
ＣＰＵ５１ａは、流量積算処理、残量管理警告発呼処理および流量監視処理などを行う。流量積算処理においてＣＰＵ５１ａは、流量センサ５２からの流量信号をカウントし、このカウント値によってガス使用量の積算値を求める。
【００３９】
ＣＰＵ５１ａは、残量管理警告発呼処理を実行するための残量管理カウンタを内蔵しており、ＲＡＭ５１ｃには、残量管理カウンタのカウント値に基づいて予め設定される残量警告レベル１、２、３が格納されている。残量警告レベル１、２、３は、残量警告レベル１＜警告レベル２＜警告レベル３の関係になるように設定されている。
【００４０】
この警告レベル１、２、３の設定について図４を参照して以下説明する。図４は、左右側ガス容器１１、１２のガス使用量（残量）とＬＰガス中の硫黄成分濃度との関係を示すグラフである。このグラフは、ガスメータ５や硫黄センサを用いて予め計測されたものである。
【００４１】
たとえば、警告レベル１は、図４に示すように、左右側ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器から何れか他方である予備側ガス容器への切り替えが行われる前のガス使用量（たとえば、左右側ガス容器１１、１２のＬＰガス充填容量の９０％のガス使用量）で、ガス容器が左右ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器から他方である予備側ガス容器に切り替わることを予告するために設定される（すなわち、切り替え予告の意味を持つ。）。
【００４２】
また、警告レベル２は、使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えが行われるガス使用量である（すなわち、自動的に使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替わる切り替えレベルに達したことを意味する）。警告レベル２は、図４に示す左右ガス容器１１、１２のガス使用量（残量）とＬＰガス中の硫黄成分濃度との関係から硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％を予め求めてこの予め求めた残量Ｘ％よりも大きい値に設定された所定残量に相当するガス使用量（例えば、左右側ガス容器１１、１２のＬＰガス充填容量の９５％のガス使用量）に設定される。
【００４３】
図４に示すように、硫黄成分濃度は使用側ガス容器の残量が多い間は低く、残量が減少してもほとんど増加しない。そして、硫黄成分濃度は使用側ガス容器の残量がＬＰガス充填量のＸ％を切ったところで急激に増加する。従って、警告レベル２をこの燃料ガス中の硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％よりも大きい値に設定された所定残量に相当するガス使用量に設定すれば、硫黄成分濃度の高い燃料ガスが供給されることがない。
【００４４】
さらに、警告レベル３は、ゼロに設定され、判定には用いない。
【００４５】
燃料電池システム側でＬＰガスを消費すると、ＣＰＵ５１ａにおける残量管理カウンタが加算され、ガス使用量が設定された警告レベル１，２，３のいずれかのレベルに達すると、ガスメータ５が警告フラグを立てて発呼する。この警告フラグをドライブ装置６が読み取り、警告レベル２のフラグが立っていると、ガス容器を常時供給側から予備側に切り替える動作を行う。
【００４６】
上記ドライブ装置６は、マイコン６１、切替スイッチ６２、交換スイッチ６３、空容器左ランプ６４、空容器右ランプ６５及び電源回路６７を備えている。電源回路６７は、燃料電池コージェネレーションシステムが発電した電気から定電圧を生成する回路である。ドライブ装置６は、この電源回路６７から各部の動作に必要な電源を得ている。
【００４７】
マイコン６１は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行うＣＰＵ６１ａ、ＣＰＵ６１ａのためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ６１ｂおよび各種のデータを格納すると共にＣＰＵ６１ａの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６１ｃを内蔵している。ＣＰＵ６１ａは、電磁弁駆動処理および残量管理警告発呼受信処理などを行う。
【００４８】
マイコン６１には、左右側電磁弁２１、２２からの２本の通電線４ｄ及び４ｅ、４本の信号線４ｆ〜４ｉと、ガスメータ５のマイコン５１からの通信線と、自動通報装置７への通信線が接続されている。上述した通電線４ｄ及び４ｅは、左右側電磁弁２１、２２のコイル９２に電源回路６７が生成した定電圧を供給するためのものである。
【００４９】
信号線４ｆ及び４ｇは、上述した電源回路６７と左右側電磁弁２１、２２のコイル９２との間に設けたスイッチＳＷに対してオンオフ信号を出力するための信号線である。従って、マイコン６１から信号線４ｆ及び４ｇを通じてスイッチＳＷにオン信号を出力すると、スイッチＳＷがオンしてコイル９２が通電される。このコイル９２の通電によって、上述したように左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁開する。一方、オフ信号を出力すると、スイッチＳＷがオフしてコイル９２が非通電状態となる。コイル９２が非通電状態になると、上述したように左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁閉する。
【００５０】
信号線４ｈ及び４ｉは、左右側電磁弁２１、２２のコイル９２−スイッチＳＷ間電圧をマイコン６１に供給するための信号線である。この信号線４ｈ及び４ｉを通じて、スイッチＳＷがオンするとＨレベルとなり、そしてスイッチＳＷがオフするとＬレベルとなるアンサー信号がマイコン６１に供給される。即ち、アンサー信号は左右側電磁弁２１、２２の状態を検出するためのものであり、アンサー信号がＨレベルであれば左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁開していると判定することができる。一方、アンサー信号がＬレベルであれば左右側電磁弁２１、２２が左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を弁閉していると判定することができる。
【００５１】
以上概略説明した燃料ガス供給装置の残量管理警告発呼受信機能の詳細を、ＣＰＵ６１ａが予め定めた制御プログラムに従って行う処理を示す図５のフローチャートを参照して以下説明する。
【００５２】
ＣＰＵ６１ａは、ガスメータ５が警告フラグを立てて発呼したことに応じて残量管理警告発呼受信処理を行う。まず、ＣＰＵ６１ａは、残量管理警告レベル１、３のフラグが設定されているか否かを判定し（ステップＳ２１）、その答えがイエスならば、ガスメータ５から通信される、ガス使用量が残量管理警告レベル１、３に達していることの警報を自動通報装置７へスルーして集中管理センター８に通報する（ステップＳ２２）。
【００５３】
一方、ステップＳ２１の答えがノーならば、ＣＰＵ６１ａは、ガス使用量が残量管理警告レベル２に達していると判断して、左右側電磁弁２１、２２からのアンサー信号に基づいて使用側ガス容器が左側ガス容器１１か右側ガス容器１２か判定する（ステップＳ２３）。右側ガス容器１２からのアンサー信号がＨレベルであれば（ステップＳ２３で右）、それは右側ガス容器１２が使用側ガス容器であり、空になりつつあることを意味するので、空容器右ランプ６５を点滅させる（ステップＳ２４）。
【００５４】
次に、ＣＰＵ６１ａは、電磁弁制御手段として働き、右側電磁弁２２のスイッチＳＷに対してオフ信号を出力して右側電磁弁２２を弁閉制御すると共に左側電磁弁２１のスイッチＳＷに対してオン信号を出力して左側電磁弁２１を弁開制御する（ステップＳ２５）。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器である右側ガス容器１２から予備側ガス容器である左側ガス容器１１に切り替えることができる。次いで、ＣＰＵ６１ａは、アンサー信号に基づいて上記切り替え動作が確実に行われたか否かを判定する（ステップＳ２６）。左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＬレベルであれば、上記切り替え動作が確実に行われたと判定して（ステップＳ２６でＹ）、ステップＳ３１に進む。
【００５５】
一方、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＬレベルでなければ、何らかの異常が発生して上記切り替え動作が行われなかったと判断して（ステップＳ２６でＮ）、図示しないＬＣＤ表示器に切替エラーを伝える表示を行うと共に切替エラー信号を自動通報装置７へスルーして集中管理センター８に通報した後（ステップＳ３０）、残量管理警告発呼受信処理を終了する。
【００５６】
これに対して、左側ガス容器１１からのアンサー信号がＨレベルであれば（ステップＳ２３で左）、それは左側ガス容器１１が使用側ガス容器であり、空になりつつあることを意味するので、空容器左ランプ６４を点滅させる（ステップＳ２７）。次に、ＣＰＵ６１ａは、電磁弁制御手段として働き、左電磁弁２１のスイッチＳＷに対してオフ信号を出力して左側電磁弁２１を弁閉制御すると共に右側電磁弁２２のスイッチＳＷに対してオン信号を出力して右側電磁弁２２を弁開制御する（ステップＳ２８）。
【００５７】
これにより、燃料電池コージェネレーションシステムに燃料ガスを供給するガス容器を使用側ガス容器である左側ガス容器１１から予備側ガス容器である右側ガス容器１２に切り替えることができる。次に、ＣＰＵ６１ａは、アンサー信号に基づいて上記切り替え動作が確実に行われたか否かを判定する（ステップＳ２９）。右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＬレベルであれば、上記切り替え動作が確実に行われたと判定して（ステップＳ２９でＹ）、ステップＳ３１に進む。
【００５８】
一方、右側電磁弁２２から出力されるアンサー信号がＨレベルであり、左側電磁弁２１から出力されるアンサー信号がＬレベルでなければ、何らかの異常が発生して上記切り替え動作が行われなかったと判断して（ステップＳ２９でＮ）、上述したステップＳ３０に進む。
【００５９】
上記したステップＳ３１において、ＣＰＵ６１ａは、補給開始信号を出力し、自動通報装置７を介して集中監視センタ８に通報する。次に、ドライブ装置６の交換スイッチ６３がオンされたか否かを判定し（ステップＳ３２）、その答えがイエスならば、容器交換発呼を自動通報装置７へスルーする（ステップＳ３３）。
【００６０】
次いで、空容器左ランプ６４または空容器右ランプ６５を消灯させ（ステップＳ３４）、次いで、処理を終了する。
【００６１】
以上のことから明らかなように左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池システムに燃料ガスを供給している方が請求項中の使用側ガス容器に相当する。そして、左右側ガス容器１１、１２のうち使用側ガス容器に相当するガス容器に接続されている方の左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が請求項中の使用側供給配管に相当し、左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２のうち使用側供給配管に相当する供給配管に設けられている方の左右側電磁弁２１、２２が請求項中の使用側電磁弁に相当する。
【００６２】
また、左右側ガス容器１１、１２のうち燃料電池システムに燃料ガスを供給していない方が請求項中の予備側ガス容器に相当する。そして、左右側ガス容器１１、１２のうち予備側ガス容器に相当するガス容器に接続されている方の左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２が請求項中の予備側供給配管に相当し、左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２のうち予備側供給配管に相当する供給配管に設けられている方の左右側電磁弁２１、２２が請求項中の予備側電磁弁に相当する。また、左右電磁弁２１、２２及びＣＰＵ６１ａが請求項中の切替手段に相当する。
【００６３】
以上の燃料ガス供給装置によれば、ドライブ装置６内のＣＰＵ６１ａが、左右側ガス容器１１、１２の何れか一方である使用側ガス容器のガス使用量が警告レベル２に達したときに、即ち使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときにその使用側ガス容器の電磁弁２１、２２を弁閉制御すると共に左右側ガス容器１１、１２の他方である予備側ガス容器の電磁弁２１、２２を弁開制御する。なお、所定残量は、使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から硫黄成分濃度が急増する残量Ｘ％を予め求めて該予め求めた残量Ｘ％よりも大きい値に設定されている。これにより、使用側ガス容器の供給する燃料ガス中の硫黄成分濃度が急増する前に予備側ガス容器に切り替えることができる。
【００６４】
また、自動切替調整器にモータを取り付けなくても使用側ガス容器から予備側ガス容器への切り替えを行うことができ、圧力調整器としては既存のものを流用することができる。しかも、左右電磁弁２１、２２により使用側ガス容器に接続された左右側供給配管Ｐ１、Ｐ２を確実に弁閉することができるため、使用側ガス容器から予備側ガス容器に切り替えた後、使用側ガス容器から再び燃料ガスが供給されることがないので、安価に、かつ確実に硫黄成分濃度の高い燃料ガスの供給を遮断することができる。
【００６５】
また、左右電磁弁２１、２２の駆動電源が、燃料電池システムから供給されている。従って、燃料電池システムと別途に電源を設けなくてもよく、コストダウンを図ることができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、圧力調整器として単段調整器４を用いていたが従来で説明したような自動切替調整器であってもよい。
【００６７】
また、上述した実施形態では、左右側ガス容器１１、１２を交互に使い切っていたが本発明はこの限りではない。例えば、左右側ガス容器１１、１２のうち何れか一方を常時使用側とし、他方を予備側として常時使用側のガス使用量が警告レベル２に達したときに常時使用側から予備側に切り替えが行われ、その後常時使用側の容器交換が終了すると予備側から常時使用側に切り替えられるものに適用することも考えられる。
【００６８】
また、上述した実施形態では、使用側電磁弁と予備側電磁弁とが各々別々に設けられていたが本発明はこの限りではない。例えば、１つの電磁弁で使用側供給配管及び予備側供給配管の双方の弁開及び弁閉が行える３ポート直動型電磁弁を使用側電磁弁及び予備側電磁弁として働かせても良い。
【００６９】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の燃料ガス供給装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す燃料ガス供給装置を構成する使用側及び予備側電磁弁の断面図である。
【図３】図１に示す燃料ガス供給装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図４】警告レベルの設定例を説明する図である。
【図５】図３に示す燃料ガス供給装置を構成するドライブ装置のＣＰＵの残量管理警告発呼受信処理における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】ＬＰガスを燃料ガスとする燃料電池コージェネレーションシステムの構成例を示す説明図である。
【図７】ガス容器における容器内残液量と燃料ガスの割合及び硫黄系付臭剤濃度の関係を示したグラフである。
【図８】付臭剤濃度が高くなる領域での燃料ガス供給状態における付臭剤濃度と硫黄成分濃度との関係を示したグラフである。
【図９】自動切替調整器の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
４ 単段調整器（圧力調整器）
１１、１２ 左右側ガス容器（使用側ガス容器、予備側ガス容器）
２１、２２ 左右側電磁弁（使用側電磁弁、予備側電磁弁、切替手段）
６１ａ ＣＰＵ（電磁弁制御手段、切替手段）
Ｐ１、Ｐ２ 左右側供給配管（使用側供給配管、予備側供給配管）
Ｐ３ 合流配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄系付臭剤を含む燃料ガスを充填した使用側ガス容器及び予備側ガス容器にそれぞれ接続された使用側供給配管及び予備側供給配管と、一端に前記使用側供給配管及び予備側供給配管の双方が接続されて他端に燃料電池システムが接続された合流供給配管と、該合流供給配管に設けられて前記燃料電池システムに対して所定圧の燃料ガスを供給する圧力調整器と、前記使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときに前記燃料電池システムに前記燃料ガスを供給するガス容器を前記使用側ガス容器から前記予備側ガス容器に切り替える切替手段とを備え、前記所定残量が、前記使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から前記硫黄成分濃度が急増する残量を予め求めて該予め求めた残量よりも大きい値に設定されている燃料ガス供給装置において、
前記切替手段が、前記使用側供給配管を弁開又は弁閉する使用側電磁弁と、前記予備側供給配管を弁開又は弁閉する該予備側電磁弁と、前記使用側ガス容器の残量が前記所定残量以下になったときに前記使用側電磁弁を弁閉制御すると共に前記予備側電磁弁を弁開制御する電磁弁制御手段とを有することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
前記電磁弁の駆動電源が、前記燃料電池システムから供給されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給装置。
【請求項１】
硫黄系付臭剤を含む燃料ガスを充填した使用側ガス容器及び予備側ガス容器にそれぞれ接続された使用側供給配管及び予備側供給配管と、一端に前記使用側供給配管及び予備側供給配管の双方が接続されて他端に燃料電池システムが接続された合流供給配管と、該合流供給配管に設けられて前記燃料電池システムに対して所定圧の燃料ガスを供給する圧力調整器と、前記使用側ガス容器の残量が所定残量以下になったときに前記燃料電池システムに前記燃料ガスを供給するガス容器を前記使用側ガス容器から前記予備側ガス容器に切り替える切替手段とを備え、前記所定残量が、前記使用側ガス容器の残量と燃料ガス中の硫黄成分濃度との関係から前記硫黄成分濃度が急増する残量を予め求めて該予め求めた残量よりも大きい値に設定されている燃料ガス供給装置において、
前記切替手段が、前記使用側供給配管を弁開又は弁閉する使用側電磁弁と、前記予備側供給配管を弁開又は弁閉する該予備側電磁弁と、前記使用側ガス容器の残量が前記所定残量以下になったときに前記使用側電磁弁を弁閉制御すると共に前記予備側電磁弁を弁開制御する電磁弁制御手段とを有することを特徴とする燃料ガス供給装置。
【請求項２】
前記電磁弁の駆動電源が、前記燃料電池システムから供給されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４２２５５（Ｐ２００７−２４２２５５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５８９２４（Ｐ２００６−５８９２４）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]