CN115441005A - 燃料电池船 - Google Patents

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fuel
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cooling
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丸山刚广
山口安美
品川学
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Yanmar Holdings Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种燃料电池船，当在燃料电池产生了燃料气体泄漏时，能够抑制泄漏的燃料气体侵入并滞留于冷却介质容器。燃料电池船具备：对燃料电池进行冷却的冷却系统。冷却系统具有：冷却介质容器，其对冷却介质进行收容；冷却介质循环用配管，其使冷却介质在燃料电池与冷却介质容器之间循环；冷却容器内部气体监测器，其设置于冷却介质容器内；冷却容器内部气体排放配管，其与冷却介质容器连接；以及冷却容器内部气体排放阀，其设置于冷却容器内部气体排放配管。燃料电池船具备：对冷却容器内部气体排放阀的开闭进行控制的控制部。当冷却容器内部气体监测器监测到冷却介质容器内的燃料气体的浓度达到预先规定的标准值以上时，控制部将冷却容器内部气体排放阀打开。

Description

燃料电池船
技术领域
本发明涉及一种燃料电池船。
背景技术
以往，提出了如下燃料电池船：从燃料箱向燃料电池供给燃料气体(例如氢气)，利用由燃料电池产生的电力而对推进装置进行驱动(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2018－92815号公报
发明内容
燃料电池在产生电力的同时发热。为了维持燃料电池的适当的发电效率，优选通过例如冷却介质(例如冷却水)的供给而对燃料电池进行冷却。但是，关于这样的结构，当因某种原因而在燃料电池中产生燃料气体泄漏时，泄漏的燃料气体有可能经由冷却介质的循环用的配管而侵入至冷却介质容器。若考虑到燃料气体是可燃气体而存在爆炸的危险性，则使泄漏的燃料气体滞留于冷却介质容器内并非为优选。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种燃料电池船，当在燃料电池中产生燃料气体泄漏时，能够抑制泄漏的燃料气体侵入并滞留于冷却介质容器。
本发明的一方面所涉及的燃料电池船具备：燃料电池，其通过燃料的电化学反应而进行发电；以及推进装置，其利用从所述燃料电池供给的电力而使船体产生推进力，其中，所述燃料电池船还具备：对所述燃料电池进行冷却的冷却系统，所述冷却系统具有：冷却介质容器，其对冷却介质进行收容；冷却介质循环用配管，其使所述冷却介质在所述燃料电池与所述冷却介质容器之间循环；冷却容器内部气体监测器，其设置于所述冷却介质容器内；冷却容器内部气体排放配管，其与所述冷却介质容器连接；以及冷却容器内部气体排放阀，其设置于所述冷却容器内部气体排放配管，所述燃料电池船还具备：对所述冷却容器内部气体排放阀的开闭进行控制的控制部，当所述冷却容器内部气体监测器监测到所述冷却介质容器内的所述燃料的气体状态即燃料气体的浓度达到预先规定的标准值以上时，所述控制部将所述冷却容器内部气体排放阀打开。
根据上述结构，当在燃料电池产生了燃料气体泄漏时，能够抑制泄漏的燃料气体侵入并滞留于冷却介质容器。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料电池船的概要结构的说明图。
图2是示意性地示出上述燃料电池船的内部构造的说明图。
图3是示意性地示出上述燃料电池船所具备的燃料电池的概要结构的说明图。
图4是表示上述燃料电池船所具备的冷却容器内部气体排放阀的开闭控制的处理流程的流程图。
图5是示意性地示出上述燃料电池船的主要部分的结构的说明图。
图6是示意性地示出上述燃料电池船的主要部分的另一结构的说明图。
附图标记说明
1…船体；6…推进装置；7…冷却系统；12a…控制部；13…机械室(冷却介质容器设置分区)；13a…换气口；31…燃料电池；32…燃料气体供给配管(燃料供给配管)；41…燃料箱；71…冷却介质容器；72…冷却介质循环用配管；73…冷却容器内部气体监测器；74…冷却容器内部气体排放配管；74a…气体排放口；75…冷却容器内部气体排放阀；332a…供给侧燃料气体压力监测部(供给侧燃料压力监测部)；333a…供给侧冷却介质压力监测部；332b…排出侧燃料气体压力监测部(排出侧燃料压力监测部)；333b…排出侧冷却介质压力监测部；EM…电气设备；SH…燃料电池船。
具体实施方式
如下述那样基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书中，如以下那样定义方向。首先，将从燃料电池船的船尾朝向船首的方向设为“前”，将从船首朝向船尾的方向设为“后”。而且，将与前后方向垂直的横向设为左右方向。此时，将燃料电池船前进时驾船者观察到的左侧设为“左”，将右侧设为“右”。另外，将与前后方向及左右方向垂直的重力方向的上游侧设为“上”，将下游侧设为“下”。
〔1.燃料电池船的概要结构〕
首先，参照图1对本实施方式所涉及的燃料电池船SH进行说明。图1是表示燃料电池船SH的概要结构的说明图。燃料电池船SH具备船体1及舱室2。舱室2配置于船体1的上侧。
燃料电池船SH还具备燃料电池系统3、燃料气体贮存部4、蓄电池系统5、推进装置6、冷却系统7、多个周边设备11及控制装置12。此外，在图1中，用实线表示控制信号或高电压的供电线路，用单点划线表示控制信号或低电压的供电线路。
燃料电池系统3作为主电源而发挥功能。燃料电池系统3消耗燃料气体而产生电力(具体而言是直流电力)。燃料气体是燃料的一个例子，例如是可燃气体。典型地，燃料气体是氢气。燃料电池系统3将产生的电力向推进装置6以及周边设备11供给。另外，燃料电池系统3还可以向蓄电池系统5供电而对蓄电池系统5进行充电。此外，燃料电池系统3的详细情况在后面叙述。
燃料气体贮存部4对向燃料电池系统3供给的燃料气体进行贮存。具体而言，燃料气体贮存部4具有对作为燃料的燃料气体进行收容的燃料箱41(参照图2)。经由后面叙述的燃料气体供给配管32(参照图2)而进行燃料气体从燃料箱41向燃料电池系统3的供给。
蓄电池系统5具有蓄电池。蓄电池例如是锂离子二次电池，也可以是镍镉蓄电池、镍氢蓄电池等。蓄电池系统5作为将蓄积的电力(具体而言是直流电力)向推进装置6及周边设备11供给的辅助电源而发挥功能。这样，由于蓄电池系统5作为辅助电源发挥功能，从而能够弥补从燃料电池系统3向推进装置6等的供电不足。此外，蓄电池系统5可以向控制装置12供电。
推进装置6由从燃料电池系统3的后面叙述的燃料电池31(参照图2)供给的电力驱动而使得船体1产生推进力。也就是说，燃料电池船SH具备：利用从燃料电池31供给的电力而使得船体1产生推进力的推进装置6。
此外，推进装置6可以仅由从蓄电池系统5所具有的蓄电池供给的电力驱动，还可以由从燃料电池31及蓄电池的双方供给的电力驱动。也就是说，推进装置6可以由从燃料电池及蓄电池的至少一方供给的电力驱动而使得船体1产生推进力。
推进装置6具有电力转换装置6a、推进马达6b及螺旋桨6c。电力转换装置6a将从燃料电池系统3供给的电力转换为与推进马达6b的规格相应的电力。例如，电力转换装置6a将直流电力转换为交流电力。在该情况下，电力转换装置6a例如具有逆变器。推进马达6b由从电力转换装置6a供给的电力(例如交流电力)驱动。若推进马达6b被驱动，则推进马达6b的旋转力向螺旋桨6c传递。其结果，螺旋桨6c旋转而使得船体1产生推进力。此外，可以形成为如下结构：在推进马达6b与螺旋桨6c之间具有船用齿轮。
作为周边设备11例如包括压缩机、电磁阀、泵等。此外，周边设备11还包括照明设备、空调设备等电气设备，周边设备11的种类并未特别限定。
控制装置12对燃料电池系统3、燃料气体贮存部4、蓄电池系统5、推进装置6、冷却系统7及多个周边设备11进行控制。控制装置12例如由1个或2个以上的计算机构成。计算机例如是PLC(Programable Logic Controller)，也可以是ECU(Electronic Control Unit)。从未图示的蓄电池(例如铅电池)或蓄电池系统5的蓄电池向控制装置12供电。
控制装置12具有控制部12a和存储部12b。控制部12a包括CPU(CentralProcessing Unit)之类的处理器。存储部12b包括存储装置，对数据及计算机程序进行存储。具体而言，存储部12b包括：半导体存储器之类的主存储装置；半导体存储器、固态驱动器及/或硬盘驱动器之类的辅助存储装置。存储部12b还可以包括移动介质。存储部12b相当于非临时性计算机可读存储介质的一例。
控制部12a的处理器执行存储部12b的存储装置中存储的计算机程序而对燃料电池系统3、燃料气体贮存部4、蓄电池系统5、推进装置6、冷却系统7及多个周边设备11进行控制。
冷却系统7具有对燃料电池系统3、特别是燃料电池31进行冷却的功能。也就是说，本实施方式的燃料电池船SH具备对燃料电池31进行冷却的冷却系统7。此外，冷却系统7的详细情况在后面叙述。
(2－1.燃料电池系统的详细情况)
接下来，对燃料电池系统3的详细情况进行说明。图2是示意性地示出燃料电池船SH的内部构造的说明图。
燃料电池船SH具备机械室13和燃料室14。机械室13及燃料室14配置于船体1的甲板1a的下部。换言之，机械室13及燃料室14配置于船体1的甲板1a与底板1b之间。此外，底板1b位于甲板1a与船底部1c(参照图1)之间。
机械室13相对于燃料室14位于船首侧。机械室13及燃料室14由间隔壁(未图示)分隔。上述间隔壁例如由纤维增强塑料(FRP：Fiber Reinforced Plastics)构成，也可以是铁板。上述燃料气体贮存部4的燃料箱41位于燃料室14内。这样，燃料电池船SH具备对燃料进行收容的燃料箱41。
燃料电池船SH的燃料电池系统3位于机械室13内。燃料电池系统3具有燃料电池31、燃料气体供给配管32及燃料电池侧截止阀33。燃料电池侧截止阀33是周边设备11(参照图1)的一例。
燃料电池31通过作为燃料的一例的燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而产生电力(具体而言是直流电力)。典型地，氧化剂气体是空气，氧化剂是氧。也就是说，燃料电池船SH具备：通过燃料的电化学反应而进行发电的燃料电池31。
图3是示意性地示出燃料电池31的概要结构的说明图。燃料电池31例如是固体高分子式燃料电池(PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell)，是多个电池单体310层叠而构成的燃料电池堆。图3中简单地将电池单体310的个数设为2个而示出了燃料电池31。燃料电池31的各电池单体310具有固体高分子电解质膜311、阳极312、阴极313和一对隔离件314a及314b。
阳极312和阴极313夹着固体高分子电解质膜311。阳极312是负极(燃料极)。阳极312包括阳极催化剂层及气体扩散层。阴极313是正极(空气极)。阴极313包括阴极催化剂层及气体扩散层。阳极312、固体高分子电解质膜311及阴极313构成膜－电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)。一对隔离件314a及314b夹着膜－电极接合体。
各隔离件314a及314b例如由SUS(stainless steel)构成，在两个面具有形成多个槽的凹凸形状的肋。位于隔离件314a的一面侧(与阳极312对置的一侧)的各槽形成燃料气体的流路CH1。位于隔离件314b的一面侧(与阴极313对置的一侧)的各槽形成氧化剂气体的流路CH2。另外，任意的电池单体310(例如设为电池单体310B)的隔离件314b的另一面侧的各槽、与相邻的电池单体310(例如设为电池单体310A)的隔离件314a的另一面侧的各槽形成后面叙述的冷却介质的流路CH3。此外，在流路CH1及流路CH3设置有各种监测器(压力传感器、温度传感器等)，关于这点在后面叙述。
此外，在图3中，冷却介质的流路CH3设置于相邻的电池单体310之间，但是，并非必须将流路CH3夹在各电池单体310之间。只要能够将各电池单体310冷却到适当温度即可，还可以形成为将冷却介质的流路CH3夹在几个电池单体层叠层的每一个的结构。
关于燃料电池31的上述结构，在例如电池单体310B的阳极312侧，流路CH1中流动的燃料气体中含有的氢被催化剂分解成氢离子和电子。氢离子穿过固体高分子电解质膜311向阴极313侧移动。电池单体310B的隔离件314a的凹凸形状的肋隔着流路CH1而与阳极312接触，所以，在阳极312产生的电子向隔离件314a移动。电池单体310B的隔离件314a与隔着冷却介质的流路CH3的隔离件314b利用彼此的肋而接触，所以，上述电子从隔离件314a向隔离件314b移动。移动至隔离件314b的电子通过外部电路315而向层叠方向的相反侧的端部的隔离件314a移动。由此，产生电流(进行发电)。
隔离件314a与隔着冷却介质的流路CH3的电池单体310A的隔离件314b利用彼此的肋而接触，所以，上述电子从隔离件314a向电池单体310A的隔离件314b移动。隔离件314b的凹凸形状的肋隔着氧化剂气体的流路CH2而与阴极313接触，所以，移动至隔离件314b的电子向阴极313移动。在阴极313侧，流路CH2中流动的氧化剂气体含有的氧与上述电子及穿过固体高分子电解质膜的氢离子结合而生成水。生成的水经由排出配管31a(参照图2)而向船外排出。
燃料电池31将产生的电力向图1所示的推进装置6及周边设备11供给。此外，燃料电池31可以将产生的电力经由DC/DC转换器等的电路而间接地向推进装置6及周边设备11供给。
图2所示的燃料气体供给配管32是用于将收容至燃料气体贮存部4的燃料箱41中的燃料气体向燃料电池31的阳极312(参照图3)供给的燃料供给配管。也就是说，燃料电池船SH具备：作为从燃料箱41向燃料电池31供给燃料的燃料供给配管的燃料气体供给配管32。
燃料电池侧截止阀33是对燃料气体供给配管32的流路进行打开或关闭的截止阀。燃料电池侧截止阀33的开闭由控制部12a(参照图1)控制。具体而言，燃料电池侧截止阀33基于控制部12a的控制而对从燃料箱41向燃料电池31的燃料气体的供给与供给停止进行切换。燃料电池侧截止阀33在后面叙述的燃料电池分区30内在燃料气体供给配管32仅设置有1个，也可以设置2个以上。
燃料电池船SH还具备燃料电池分区30。燃料电池分区30是对燃料电池31进行收容的收容体，并配置于机械室13。
燃料电池分区30具有中空的形状。例如，燃料电池分区30具有中空的近似长方体形状。在该情况下，构成燃料电池分区30的外壁例如具有顶壁30a、底壁30b、正面壁(未图示)、背面壁(未图示)、侧壁30c及侧壁30d。但是，燃料电池分区30的顶面、底面、正面、背面及侧面可以任意地规定。另外，燃料电池分区30的形状只要具有能够收容燃料电池31的空间即可，并未特别限定。燃料电池分区30还可以设为对燃料电池31进行收容的容器、腔室或盒体。燃料电池分区30的外壁的材料例如是FRP，也可以是铁板。
电池分区供气口30e开口设置于燃料电池分区30的侧壁30d。电池分区供气口30e与电池分区供气管35连接。电池分区供气管35从电池分区供气口30e延伸至甲板1a，并从甲板1a的上表面露出。此外，电池分区供气口30e可以在燃料电池分区30设置于侧壁30d以外的外壁
另一方面，电池分区排气口30f开口设置于燃料电池分区30的侧壁30c。电池分区排气口30f与连通部36连接。连通部36与形成排气通路的管道分区(未图示)连通。另外，管道分区与和船外相通的排气管(未图示)连通。由此，从电池分区供气管35经由电池分区供气口30e而侵入至燃料电池分区30内部的空气经由电池分区排气口30f、连通部36、管道分区及排气管而向船外排出。其结果，对燃料电池分区30的内部进行换气。
燃料电池分区30除了电池分区供气口30e及电池分区排气口30f以外在内部具有密闭的空间。
在燃料电池分区30内收容有前面叙述的燃料气体供给配管32的一部分和燃料电池侧截止阀33。另外，在燃料电池分区30内还收容有电池分区内部气体监测器34a和电池分区内部火灾监测器34b。
电池分区内部气体监测器34a是配置于燃料电池分区30内部的燃料气体监测器。例如，在燃料气体是氢气的情况下，电池分区内部气体监测器34a由氢气监测传感器构成。
电池分区内部气体监测器34a配置在位于燃料电池分区30上部的顶壁30a的内表面。作为燃料气体的氢气比空气还轻从而会上升。因而，通过在燃料电池分区30的顶壁30a配置电池分区内部气体监测器34a，即便当燃料气体在燃料电池分区30内泄漏的情况下，也能够利用电池分区内部气体监测器34a而可靠地监测到泄漏的燃料气体。此外，电池分区内部气体监测器34a的设置位置可以构成为：当燃料气体在燃料电池分区30内泄漏时位于供上述燃料气体流动的流路的最下游侧。
当电池分区内部气体监测器34a在燃料电池分区30内监测到燃料气体时，该监测信号从电池分区内部气体监测器34a发送至控制部12a。由此，控制部12a对设置于燃料气体供给配管32的燃料电池侧截止阀33进行控制，从而能够使从燃料箱41向燃料电池31的燃料气体的供给停止。
电池分区内部火灾监测器34b是配置于燃料电池分区30内部的火灾监测器。电池分区内部火灾监测器34b包括：例如对烟雾进行监测的烟雾传感器、对热量进行监测的热传感器、对火焰进行监测的火焰传感器中的1种以上的传感器。电池分区内部火灾监测器34b可以由热电偶式火灾监测器构成。
电池分区内部火灾监测器34b配置在位于燃料电池分区30上部的顶壁30a的内表面。当万一在燃料电池分区30的内部发生火灾时，电池分区内部火灾监测器34b监测到该火灾，并将表示发生了火灾的监测信号输出至控制部12a。在该情况下，控制部12a对燃料电池侧截止阀33进行控制而能够使从燃料箱41向燃料电池31的燃料气体的供给停止。由此，能够在燃料电池分区30中尽量降低由对上述燃料气体点火而引起的爆炸的危险性。
对上述燃料电池系统3进一步追加说明。燃料电池系统3具有氧化剂气体流量调整部321、废气循环部322、气液分离部323及排出部324。氧化剂气体流量调整部321、废气循环部322及排出部324是周边设备11的一例。控制部12a对氧化剂气体流量调整部321、废气循环部322及排出部324进行控制。另外，燃料电池系统3还具有排出配管31a、氧化剂气体配管31b、废气循环配管31c及连接配管31d。此外，在燃料电池31的内部形成有用于使燃料气体、氧化剂气体及后面叙述的冷却介质流通的岐管。
氧化剂气体流量调整部321对燃料电池31的阴极313(参照图3)供给氧化剂气体。具体而言，氧化剂气体流量调整部321对向燃料电池31供给的氧化剂气体的流量进行调整。典型地，氧化剂气体流量调整部321是对氧化剂气体进行压缩的空气压缩机。
氧化剂气体配管31b将从氧化剂气体流量调整部321供给的氧化剂气体向燃料电池31的阴极313引导。
上述排出配管31a与设置于燃料电池31内部的阴极313侧的排出岐管连接。排出配管31a将从燃料电池31排出的氧化剂废气及水向大气引导。氧化剂废气表示来自阴极313的废气。也就是说，氧化剂废气是阴极废气。
气液分离部323将从燃料电池31排出的燃料废气中含有的水分离，并将上述水向连接配管31d排出。此外，气液分离部323将水分离后的燃料废气即剩余燃料气体向废气循环配管31c排出。典型地，气液分离部323是气液分离器。燃料废气表示来自燃料电池31的阳极312(参照图3)的废气。也就是说，燃料废气是阳极废气。
废气循环部322配置于废气循环配管31c。废气循环部322将从气液分离部323排出的剩余燃料气体向燃料气体供给配管32排出。而且，燃料气体供给配管32将剩余燃料气体向燃料电池31供给。典型地，废气循环部322是泵。此外，例如，废气循环部322可以是喷射器。
排出部324配置于连接配管31d。排出部324将由气液分离部323分离出的水排出。此外，排出部324将从燃料电池31排出的燃料废气的一部分、即未供给至废气循环配管31c的剩余的气体及水排出。典型地，排出部324是清洗阀。
从排出部324排出的水及燃料废气通过连接配管31d向排出配管31a排出，并与从燃料电池31排出的氧化剂废气(阴极废气)一起从排出配管31a向大气引导。
〔3.冷却系统的详细情况〕
接下来，继续参照图2对冷却系统7的详细情况进行说明。冷却系统7具有冷却介质容器71、冷却介质循环用配管72、冷却容器内部气体监测器73、冷却容器内部气体排放配管74及冷却容器内部气体排放阀75。
冷却介质容器71是对冷却介质进行收容的容器。冷却介质例如是导电率较低的防冻液。防冻液例如是将纯水和乙二醇以规定比例进行混合而得的液体。
冷却介质容器71在机械室13内设置于燃料电池分区30的外部。这样，由于在机械室13设置有冷却介质容器71，所以，还可以说机械室13构成冷却介质设置分区。因此，可以说燃料电池船SH具备供冷却介质容器71设置的冷却介质设置分区(机械室13)。
上述燃料气体供给配管32从燃料室14延伸至机械室13，并与燃料电池分区30的燃料电池31连接。也就是说，燃料气体供给配管32从冷却介质设置分区通过。
另外，作为冷却介质设置分区的机械室13具有与船外连通的换气口13a。换气口13a是将作为机械室13上壁的甲板1a贯通而形成的供气排气口。在本实施方式中，换气口13a分别设置于船体1的右舷侧及左舷侧。在处于机械室13内的空气压缩机(未图示)未驱动的状态下，从例如右舷侧的换气口13a向机械室13的内部取入船外的空气。而且，机械室13的内部空气从左舷侧的换气口13a向船外排出。相反，有时也从左舷侧的换气口13a向机械室13内部取入船外的空气，并且将其从右舷侧的换气口13a向船外排出。上述任意空气流均能够使得机械室13的内部进行换气。另外，有时仅通过右舷侧的换气口13a进行吸气排气，有时仅通过左舷侧的换气口13a进行吸气排气。另一方面，在机械室13内的空气压缩机驱动的状态下，空气压缩机通过右舷侧及左舷侧的换气口13a而将空气吸入到机械室13的内部。
冷却介质循环用配管72是用于使冷却介质在燃料电池31与冷却介质容器71之间循环的配管。在冷却介质循环用配管72的中途配置有冷却介质循环部76及热交换器77。冷却介质循环部76例如由泵构成。通过冷却介质循环部76的驱动，使得冷却介质在冷却介质循环用配管72中流动，从而使得冷却介质在燃料电池31与冷却介质容器71之间循环。向燃料电池31供给冷却介质而对燃料电池31进行冷却。用于冷却燃料电池31的冷却介质通过冷却介质循环用配管72由热交换器77进行热交换而被冷却，然后返回至冷却介质容器71。此外，热交换器77可以在冷却介质循环用配管72设置于冷却介质容器71与冷却介质循环部76之间。
此外，在图2中，冷却介质循环部76配置于燃料电池分区30内，冷却介质循环部76也可以在机械室13内配置于燃料电池分区30的外部。
这样，冷却系统7具有：对冷却介质进行收容的冷却介质容器71；以及使冷却介质在燃料电池31与冷却介质容器71之间循环的冷却介质循环用配管72。
冷却容器内部气体监测器73是：设置于冷却介质容器71的内部上方并对存在于冷却介质容器71内部的燃料气体进行监测的燃料气体监测器。例如，在燃料气体是氢气的情况下，冷却容器内部气体监测器73由氢气监测传感器构成。
作为存在于冷却介质容器71内的燃料气体，能够想到例如在燃料电池31中泄漏并经由冷却介质循环用配管72而侵入至冷却介质容器71内的燃料气体。冷却容器内部气体监测器73对燃料气体的监测结果(例如燃料气体的浓度信息)发送至控制部12a。由此，控制部12a能够基于冷却容器内部气体监测器73的监测结果而判断燃料电池31中有无燃料气体的泄漏，在产生泄漏的情况下，能够进行例如使燃料电池31的发电停止的控制。
冷却容器内部气体排放配管74是：与冷却介质容器71连接并且用于将存在于冷却介质容器71内部的燃料气体向外部排放的配管。冷却容器内部气体排放配管74的出口、即冷却容器内部气体排放配管74中的与冷却介质容器71连接那侧的相反侧的端部构成排放燃料气体的气体排放口74a。
气体排放口74a位于比冷却介质设置分区(机械室13)内的电气设备EM更靠上方的位置。另外，机械室13的上述换气口13a位于气体排放口74a的上方。此外，规定这样的位置关系的理由在后面叙述。电气设备EM是构成周边设备11的设备。作为电气设备EM的具体例，可以考虑例如空气压缩机、使燃料电池31的发电电力在与电力转换装置6a(参照图1)之间进行中继的接线盒、逆变器、转换器等。
冷却容器内部气体排放阀75设置于冷却容器内部气体排放配管74，并对在冷却容器内部气体排放配管74中流动的燃料气体的流路进行打开或关闭。冷却容器内部气体排放阀75的开闭由控制部12a控制。
这样，冷却系统7具有：设置于冷却介质容器71内的冷却容器内部气体监测器73；与冷却介质容器71连接的冷却容器内部气体排放配管74；以及设置于冷却容器内部气体排放配管74的冷却容器内部气体排放阀75。而且，燃料电池船SH具备：对冷却容器内部气体排放阀75的开闭进行控制的控制部12a。
接下来，参照图4说明控制部12a对冷却容器内部气体排放阀75的开闭控制的详细情况。图4是表示冷却容器内部气体排放阀75的开闭控制的处理流程的流程图。
若冷却容器内部气体监测器73监测到冷却介质容器71内的燃料气体(例如氢气)的浓度达到标准值以上(S1中为Yes)，则控制部12a将冷却容器内部气体排放阀75打开(S2)。在该情况下，存在于冷却介质容器71内的燃料气体通过冷却容器内部气体排放配管74从气体排放口74a排放。由于燃料气体较轻，所以，在机械室13内从气体排放口74a排放的燃料气体上升，并经由机械室13的换气口13a而向船外排出。
此外，作为上述标准值可以考虑例如40％LEL，只要基于实验或经验而适当地规定即可。
另一方面，若冷却容器内部气体监测器73监测到冷却介质容器71内的燃料气体的浓度小于标准值(S1中为No)，则控制部12a使冷却容器内部气体排放阀75关闭(S3)。由此，冷却介质容器71内维持密闭状态。
如上，当冷却容器内部气体监测器73监测到冷却介质容器71内的燃料气体(燃料的气体状态)的浓度达到预先规定的标准值以上时，控制部12a将冷却容器内部气体排放阀75打开(S1、S2)。由此，即便因某种原因而在燃料电池31产生燃料气体泄漏并且泄漏的燃料气体经由冷却介质循环用配管72而侵入至冷却介质容器71，该燃料气体也会经由冷却容器内部气体排放阀75而从冷却容器内部气体排放配管74排放。因此，能够减少泄漏的燃料气体滞留于冷却介质容器71内的情况。
另外，如上所述，冷却容器内部气体排放配管74的气体排放口74a位于比供冷却介质容器71设置的机械室13内的电气设备EM更靠上方的位置(参照图2)。在该情况下，当从燃料电池31泄漏并侵入至冷却介质容器71内的燃料气体从冷却容器内部气体排放配管74的气体排放口74a排放时，由于比重较轻的燃料气体(例如氢气)上升，所以，上述燃料气体难以与下方位置的电气设备EM接触。由此，能够降低排放的燃料气体被电气设备EM点燃的危险性。
另外，机械室13的换气口13a位于气体排放口74a的上方(参照图2)。由此，从气体排放口74a排放出的比重较轻的燃料气体从气体排放口74a保持原样上升，并经由换气口13a向机械室13的外部迅速地(有效地)排放。因此，能够可靠地降低机械室13内的燃料气体被电气设备EM点燃的危险性。
另外，燃料气体供给配管32是供燃料气体穿过的配管，所以，有可能因某种原因而使得燃料气体从燃料气体供给配管32泄漏。另一方面，在燃料电池31中泄漏的燃料气体有可能经由冷却介质循环用配管72而侵入并汇集于冷却介质容器71。因而，也不能否认汇集于冷却介质容器71的燃料气体因某种原因而从冷却介质容器71泄漏的可能性。
如本实施方式那样，燃料气体供给配管32通过供冷却介质容器71设置的机械室13而定位，使得船体1中的燃料气体有可能泄漏的部位(燃料气体供给配管32、冷却介质容器71)汇集于同一空间(机械室13)。由此，与例如将冷却介质容器71设置于机械室13以外的场所的情况相比，存在燃料气体泄漏的风险的范围缩小。因此，能够增大将电气设备设置于上述范围的外侧时的设置的自由度。例如，即便在将供气风扇设置于机械室13的换气口13a的外部以便积极地进行机械室13内的换气的情况下，可设置该供气风扇的范围也扩大。所以，能够增大其设置的自由度。
然而，在本实施方式中，如图2所示，冷却介质容器71与冷却介质循环用配管72的最上部连接。也就是说，冷却介质容器71位于在冷却介质循环用配管72中流动的冷却介质的循环路径的最上部。这样规定冷却介质容器71与冷却介质循环用配管72之间的位置关系(连接关系)而能够获得以下效果。
例如，若冷却介质容器71与冷却介质循环用配管72的最上部以外的部位(例如最下部)连接，则在控制部12a基于冷却容器内部气体监测器73中的燃料气体的监测结果而将冷却容器内部气体排放阀75打开时，冷却介质循环用配管72内的冷却介质因自重而流入冷却介质容器71，并从冷却容器内部气体排放配管74的气体排放口74a流出，从而有可能产生“冷却介质泄漏”。
冷却介质容器71与冷却介质循环用配管72的最上部连接并位于冷却介质的循环路径的最上部，从而，即便在控制部12a将冷却容器内部气体排放阀75打开的情况下，也能够防止冷却介质循环用配管72内的冷却介质因自重而流入冷却介质容器71。由此，能够防止将冷却容器内部气体排放阀75打开时的冷却介质泄漏。
另外，当冷却容器内部气体监测器73监测到冷却介质容器71内的燃料气体的浓度小于预先规定的标准值时，控制部12a将冷却容器内部气体排放阀75关闭而使得冷却介质容器71密闭(S3)。
当燃料电池31的动作温度变为高温时，有可能需要向燃料电池31供给加压水(加压后的冷却介质)以使得燃料电池31迅速冷却。例如，当燃料电池31的动作温度超过100℃时，除非是加压后的冷却介质，否则无法维持液体状态(导热率比气体状态高10倍以上)。在燃料气体未向冷却介质容器71泄漏的情况下，将冷却介质容器71密闭，从而能够容易地应对这种加压水的供给。也就是说，能够在冷却介质容器71内对冷却介质进行加压并将其供给至燃料电池31。另外，由于冷却介质容器71密闭，所以，还能够避免在冷却介质容器71的上部始终打开的情况下产生的问题。例如，还能够避免：燃料电池船SH在航行时因摇晃而使得冷却介质向容器外部流出的情况、以及杂质向冷却介质容器71内的冷却介质混入的情况。
特别地，关于固体高分子式的燃料电池31，其最佳动作温度为80℃左右，但是，若持续高负荷的驱动，则燃料电池31的动作温度有时会达到100℃以上。因此，当燃料电池31的动作温度达到100℃以上时，在燃料气体未向冷却介质容器71泄漏的情况下将冷却介质容器71密闭而使得能够供给加压水的上述控制非常有效。也就是说，在向燃料电池31供给的冷却介质的温度、及从燃料电池31排出的冷却介质的温度中的至少一方达到100℃以上的情况下，将冷却介质容器71密闭而使得能够供给加压水的上述控制非常有效。
此外，向燃料电池31供给的冷却介质的温度可以由图5及图6所示的供给侧冷却介质温度监测部331a监视。另一方面，从燃料电池31排出的冷却介质的温度可以由排出侧冷却介质温度监测部331b监视。供给侧冷却介质温度监测部331a及排出侧冷却介质温度监测部331b例如由热敏电阻等温度传感器构成。
〔4.关于用于防止燃料电池中的燃料气体的泄漏的控制〕
图5是示意性地示出燃料电池船SH的主要部分的结构的说明图。燃料电池船SH可以具备供给侧燃料气体压力监测部332a和供给侧冷却介质压力监测部333a。供给侧燃料气体压力监测部332a是：对(从燃料箱41)向燃料电池31供给的燃料(例如燃料气体)的压力P1(MPa)进行监测的供给侧燃料压力监测部。供给侧冷却介质压力监测部333a对(从冷却介质容器71)向燃料电池31供给的冷却介质的压力P2(MPa)进行监测。供给侧燃料气体压力监测部332a及供给侧冷却介质压力监测部333a均由压力传感器构成。
优选地，控制部12a基于供给侧燃料气体压力监测部332a及供给侧冷却介质压力监测部333a的监测结果而在燃料(例如燃料气体)的压力P1大于冷却介质的压力P2时使燃料电池31的发电停止。
在P1＞P2的情况下，燃料有可能在燃料电池31的燃料气体的供给侧(阳极入口侧)泄漏并混入冷却介质侧。在P1＞P2的情况下，使燃料电池31的发电停止而能够抑制燃料电池31的燃料的供给侧的、燃料向冷却介质侧的泄漏。
图6是示意性地示出燃料电池船SH的主要部分的另一结构的说明图。燃料电池船SH还可以在图5所示的供给侧燃料气体压力监测部332a及供给侧冷却介质压力监测部333a的基础上具备排出侧燃料气体压力监测部332b及排出侧冷却介质压力监测部333b。排出侧燃料气体压力监测部332b是：对从燃料电池31排出的燃料(例如燃料气体)的压力P3(MPa)进行监测的排出侧燃料压力监测部。排出侧冷却介质压力监测部333b对从燃料电池31排出的冷却介质的压力P4(MPa)进行监测。排出侧燃料气体压力监测部332b及排出侧冷却介质压力监测部333b均由压力传感器构成。
在此，将由供给侧燃料气体压力监测部332a监测到的燃料(例如燃料气体)的压力P1与由供给侧冷却介质压力监测部333a监测到的冷却介质的压力P2之差设为第1压力差Pd1(MPa)。另外，将由排出侧燃料气体压力监测部332b监测到的燃料(例如燃料气体)的压力P3与由排出侧冷却介质压力监测部333b监测到的冷却介质的压力P4之差设为第2压力差Pd2(MPa)。
优选地，当第1压力差Pd1与第2压力差Pd2中的至少一方达到规定值Pth(MPa)以上时，控制部12a使燃料电池31的发电停止。
当Pd1≥Pth时、即例如(P1－P2)≥Pth时，燃料的供给压力过度高于冷却介质的供给压力，所以，燃料有可能在燃料电池31的燃料的供给侧(阳极入口侧)向冷却介质侧泄漏并混入。另一方面，当Pd2≥Pth时、即例如(P3－P4)≥Pth时，燃料的排出压力过度高于冷却介质的排出压力，所以，燃料有可能在燃料电池31的燃料的排出侧(阳极出口侧)向冷却介质侧泄漏并混入。
当满足Pd1≥Pth、Pd2≥Pth的至少一方的条件时，使燃料电池31的发电停止而能够抑制燃料在燃料电池31的燃料的供给侧及排出侧的至少一方向冷却介质侧泄漏的情况。
如上，在本实施方式中，使用气体的燃料气体作为从燃料箱41向燃料电池31供给的燃料，但是，上述燃料并不限定于气体，也可以是液体。在使用液体燃料的情况下，若液体燃料从配管泄漏，则泄漏的液体燃料发生气化而变成气体(燃料气体)。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明的范围并不限定于此，能够在不脱离发明主旨的范围内进行扩展或变更而实施。
工业上的利用可能性
本发明能够用于例如燃料电池船。

Claims (9)

1.一种燃料电池船，具备：燃料电池，其通过燃料的电化学反应而进行发电；以及推进装置，其利用从所述燃料电池供给的电力而使船体产生推进力，
其特征在于，
所述燃料电池船还具备：对所述燃料电池进行冷却的冷却系统，
所述冷却系统具有：
冷却介质容器，其对冷却介质进行收容；
冷却介质循环用配管，其使所述冷却介质在所述燃料电池与所述冷却介质容器之间循环；
冷却容器内部气体监测器，其设置于所述冷却介质容器内；
冷却容器内部气体排放配管，其与所述冷却介质容器连接；以及
冷却容器内部气体排放阀，其设置于所述冷却容器内部气体排放配管，
所述燃料电池船还具备：对所述冷却容器内部气体排放阀的开闭进行控制的控制部，
当所述冷却容器内部气体监测器监测到所述冷却介质容器内的所述燃料的气体状态即燃料气体的浓度达到预先规定的标准值以上时，所述控制部将所述冷却容器内部气体排放阀打开。
2.根据权利要求1所述的燃料电池船，其特征在于，
所述燃料电池船还具备：供所述冷却介质容器设置的冷却介质容器设置分区，
所述冷却容器内部气体排放配管的气体排放口位于比所述冷却介质容器设置分区内的电气设备更靠上方的位置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池船，其特征在于，
所述冷却介质容器设置分区具有与船外连通的换气口，
所述换气口位于所述气体排放口的上方。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池船，其特征在于，
所述燃料电池船还具备：燃料箱，其对所述燃料进行收容；以及燃料供给配管，其从所述燃料箱向所述燃料电池供给所述燃料，
所述燃料供给配管穿过所述冷却介质容器设置分区。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池船，其特征在于，
所述冷却介质容器位于在所述冷却介质循环用配管中流动的所述冷却介质的循环路径的最上部。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池船，其特征在于，
所述燃料电池船还具备：供给侧燃料压力监测部，其对向所述燃料电池供给的所述燃料的压力进行监测；以及供给侧冷却介质压力监测部，其对向所述燃料电池供给的所述冷却介质的压力进行监测，
当所述燃料的压力大于所述冷却介质的压力时，所述控制部使所述燃料电池的发电停止。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池船，其特征在于，
所述燃料电池船还具备：供给侧燃料压力监测部，其对向所述燃料电池供给的所述燃料的压力进行监测；供给侧冷却介质压力监测部，其对向所述燃料电池供给的所述冷却介质的压力进行监测；排出侧燃料压力监测部，其对从所述燃料电池排出的所述燃料的压力进行监测；以及排出侧冷却介质压力监测部，其对从所述燃料电池排出的所述冷却介质的压力进行监测，
在将由所述供给侧燃料压力监测部监测到的所述燃料的压力与由所述供给侧冷却介质压力监测部监测到的所述冷却介质的压力之差设为第1压力差、将由所述排出侧燃料压力监测部监测到的所述燃料的压力与由所述排出侧冷却介质压力监测部监测到的所述冷却介质的压力之差设为第2压力差时，
当所述第1压力差与所述第2压力差中的至少一方达到规定值以上时，所述控制部使所述燃料电池的发电停止。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池船，其特征在于，
当所述冷却容器内部气体监测器监测到所述冷却介质容器内的所述燃料气体的浓度小于预先规定的标准值时，所述控制部将所述冷却容器内部气体排放阀关闭而将所述冷却介质容器密闭。
9.根据权利要求8所述的燃料电池船，其特征在于，
向所述燃料电池供给的所述冷却介质的温度及从所述燃料电池排出的所述冷却介质的温度的至少一方为100℃以上。
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