JP2020035609A - 燃料電池システム及び燃料電池船 - Google Patents
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Abstract
Description
このように保護協調制御の実行時において燃料電池への発電用空気の供給量を急激に増加させることができない場合には、短絡事故等が発生した電力負荷の遮断器を開放させるための電流又は電力を確保できずに、当該電力負荷を燃料電池から切り離すことができないという問題が生じる。更には、カソード電極において空気が消費尽くされる所謂空気枯れが発生して、燃料電池の性能低下や損傷を招く虞がある。
前記燃料電池に空気供給路を通じて発電用空気を供給する空気供給ポンプと、
前記燃料電池の発電制御を行う制御手段と、
過電流を検出する過電流検出手段と、を備え、
前記制御手段が、前記過電流検出手段で過電流を検出したときに前記燃料電池への発電用空気の供給量を一時的に増加させる保護協調制御を実行する燃料電池システムであって、
圧縮空気を貯留する空気貯留部を備えると共に、当該空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記発電用空気として前記燃料電池に放出可能な空気放出弁を備え、
前記制御手段が、前記保護協調制御において、前記空気放出弁を開弁させて前記空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記空気供給路に放出させる空気放出処理を実行する点にある。
前記燃料電池システムに供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留部と、を備え、
前記燃料電池システムの発電電力を船内における複数の電力負荷に対して夫々の遮断器を介して供給する点にある。
そして、一部の電力負荷での短絡事故等に起因して燃料電池の出力が急増して燃料電池から電力負荷への過電流が検出された際に燃料電池での発電を継続するために実行される保護協調制御において、上記のような空気放出処理が実行されるので、出力の急激な増加に対して燃料電池への発電用空気の供給量を迅速に追従させて一時的に増加させることができる。このことにより、カソード電極の空気枯れを回避しながら、短絡事故等が発生した電力負荷の遮断器を開放させるための電流又は電力を確保することができる。
前記制御手段が、前記空気放出処理の実行に先立って前記空気充填手段を作動させて前記空気貯留部に圧縮空気を充填する空気充填処理を実行する点にある。
そして、制御手段により、空気放出処理の実行に先立って上記のような空気充填処理を実行するので、空気貯留部に貯留されている圧縮空気を空気供給路に放出させる空気放出処理の実行時には必ず空気貯留手段に適切に圧縮空気が貯留されて状態とすることができる。
前記空気充填手段が、前記空気供給ポンプから吐出された圧縮空気を前記空気貯留部に導入する空気充填路と、前記空気充填路に設けられて当該空気充填路を開閉可能な空気充填弁とで構成され、
前記制御手段が、前記空気供給ポンプの吐出圧を前記設定供給圧よりも高い設定充填圧に設定しながら前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する点にある。
従って、空気供給ポンプから燃料電池に発電用空気を供給して当該燃料電池で発電を行う発電運転を継続しながら、共通の空気供給ポンプを利用して空気貯留部に圧縮空気を充填する空気充填処理を実行することができる。
そして、この状態から空気充填弁を開弁させるだけで、発電運転を継続しながら空気充填処理を実行することができる。
前記空気供給路における前記空気供給弁をバイパスするバイパス路と、を備え、
前記減圧部が、前記バイパス路に設けられており、
前記制御手段が、前記空気供給弁を閉弁させると共に前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する点にある。
そして、この状態から空気供給ポンプの吐出圧を設定充填圧に設定し、空気供給弁を閉弁させると共に空気充填弁を開弁させる形態で、発電運転を継続しながら空気充填処理を実行することができる。即ち、空気供給ポンプから吐出される設定充填圧の圧縮空気を、バイパス路に設けられた減圧部により設定供給圧に減圧して発電用空気として燃料電池に供給することができる。同時に、空気供給ポンプから吐出される設定充填圧の圧縮空気を、空気充填路の空気充填弁を通じて空気貯留部に充填することができる。
前記空気充填手段が、前記空気供給ポンプから吐出された圧縮空気を前記空気貯留部に導入する空気充填路と、前記空気充填路に設けられて当該空気充填路を開閉可能な空気充填弁とで構成され、
前記制御手段が、前記空気供給ポンプから前記燃料電池への発電用空気の供給を行う発電運転時に、前記空気供給ポンプの吐出圧を所定の設定供給圧に設定すると共に、前記燃料電池への発電用空気の供給を停止する発電停止時に、前記空気供給ポンプの吐出圧を前記設定供給圧よりも高い設定充填圧に設定しながら前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する点にある。
一方、発電運転時において、空気供給ポンプの吐出圧を比較的低い設定供給圧に設定しながら、空気充填弁を閉弁すると共に空気供給路に設けられた空気供給弁を開弁して、空気供給ポンプから吐出された設定供給圧の空気を、空気供給路を通じて発電用空気として燃料電池に供給することができる。よって、この際の空気供給ポンプの作動エネルギーの消費を抑制することができる。
前記制御手段が、前記空気放出処理において、前記複数の空気貯留部から選択される一部の空気貯留部に備えられた空気放出弁を開弁させて当該一部の空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記空気供給路に放出させる点にある。
本発明の第1実施形態について、図1〜図4等に基づいて説明する。尚、各図において、閉弁状態にある弁は黒塗りで表し、開弁状態にある弁は白抜きで表している。
図1〜図4に示す本実施形態の燃料電池システム50は、水素と発電用空気との電気化学反応により発電を行う燃料電池40と、燃料電池40の発電制御を行う運転制御装置60(制御手段の一例)等とを備えて構成されている。
空気供給路1の上流側には、燃料電池40のカソードに空気供給路1を通じて発電用空気を供給する空気供給ポンプ5が設けられている。この空気供給ポンプ5の運転・停止や吐出圧等の出力が運転制御装置60により制御される。尚、図示は省略するが、燃料電池40のカソードの空気出口側に設置した調圧弁の開度を制御して、空気供給路1内の圧力を所望の圧力値に設定する構成としても良い。
一方、発電用空気については、空気供給ポンプ5の応答性に限度があることから、保護協調制御の実行時において、当該空気供給ポンプ5の出力を増加させるだけでは、その供給量を迅速に増加させることが困難である。
そこで、本実施形態の燃料電池システム50では、上記保護協調制御の実行時において、出力の急激な増加に対して燃料電池40への発電用空気の供給量を迅速に追従させて増加させるように構成されており、その構成について以下に説明を加える。
尚、この空気タンク20の容量は、当該空気タンク20に所定の設定充填圧で貯留されている圧縮空気を空気供給路1に放出させた場合に、燃料電池40への発電用空気の供給量が、所望の時間(例えば2秒間)所望の割合(例えば3倍)で増加させることができる容量として設定されている。
一方、空気充填路2には、当該空気充填路2を開閉可能な空気充填弁13が設けられている。即ち、空気充填路2は、空気充填弁13の開弁操作に伴って空気供給ポンプ5から吐出された圧縮空気を空気タンク20に導入する流路となる。このことから、空気充填路2と空気充填弁13とは、空気供給ポンプ5と共に、空気タンク20に圧縮空気を充填可能な空気充填手段として機能する。
空気タンク20には、当該空気タンク20の内圧を検出する圧力センサ21が設けられており、その検出結果が運転制御装置60に入力される。
図1に示す通常発電状態は、保護協調制御が実行されていないときに、空気供給ポンプ5から燃料電池40へ発電用空気を供給して当該燃料電池40で発電運転を行う状態である。
かかる通常発電状態では、空気供給ポンプ5の吐出圧が、燃料電池40に供給すべき発電用空気の設定供給圧に設定される。更に、空気充填弁13及び空気放出弁14が閉弁され、空気供給弁10が開弁される。すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定供給圧の圧縮空気が、空気供給弁10を通じて空気供給路1に設けられた調圧弁11に供給され、その調圧弁11を設定供給圧のまま通過して燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
尚、この通常発電状態において、空気タンク20には、上記設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧の圧縮空気が貯留されている。
図2に示す空気放出状態は、上述の保護協調制御において、燃料電池40への発電用空気の供給量を一時的に増加させるべく、所定の空気放出処理が実行された状態である。
かかる空気放出処理では、空気放出弁14が開弁される。すると、空気タンク20に充填されていた設定充填圧の圧縮空気が、空気放出路3を通じて空気供給路1における調圧弁11と燃料電池40との間に放出されることになる。
このことにより、過電流の発生に伴って燃料電池40の出力が急激に増加するのに対して、燃料電池40への発電用空気の供給量が迅速に追従して一時的に増加することになる。結果、燃料電池40のカソード電極の空気枯れが回避されつつ、短絡事故等が発生した電力負荷70の遮断器71を開放させるための電流又は電力が確保されることになる。
尚、この空気放出処理の終了時には、空気供給弁10が開弁状態に維持されて、燃料電池40への発電用空気の供給が継続されて、当該燃料電池40による発電が継続されることになる。
図3に示す運転中空気充填状態では、空気供給ポンプ5から燃料電池40への発電用空気の供給を行う発電運転時に、上述の空気放出処理の実行に先立って空気タンク20に圧縮空気を充填する運転中空気充填処理(空気充填処理の一例)が実行された状態である。
かかる運転中空気充填処理は、空気供給弁10を開弁させると共に、空気供給ポンプ5の回転数を増加させて当該空気供給ポンプ5の吐出流量を増加させながら、空気充填弁13を開弁させる形態で実行される。このとき、調圧弁11は、燃料電池40へ供給される空気流量を制限して当該空気の圧力を所定の設定供給圧に減圧する減圧部として機能する。よって、空気供給ポンプ5の吐出圧は、吐出流量の増加に伴って上昇し、結果、上記調圧弁11の設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧に設定されることになる。
更に、空気供給ポンプ5から吐出された設定充填圧の空気の残部が、空気供給路1の調圧弁11で設定供給圧に減圧された上で燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
尚、この運転中空気充填処理は、圧力センサ21で検出される空気タンク20の内圧が設定充填圧に到達した時点で、空気充填弁13を閉弁させると共に空気供給ポンプ5の吐出圧が設定充填圧から設定供給圧に低下させる形態で終了される。そして、このように運転中空気充填処理が終了されて、空気供給弁10が開弁状態で維持されることで、上述した通常発電状態となって、燃料電池40での発電が継続される。
図4に示す停止中空気充填状態では、空気供給弁10を閉弁させて燃料電池40への発電用空気の供給を停止する発電停止時に、上述の空気放出処理の実行に先立って空気タンク20に圧縮空気を充填する停止中空気充填処理(空気充填処理の一例)が実行された状態である。
かかる停止中空気充填処理は、空気供給弁10を閉弁させると共に、空気供給ポンプ5の作動を開始し、その空気供給ポンプ5の吐出圧を設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧に設定しながら空気充填弁13を開弁させる形態で実行される。
すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定充填圧の空気の全部が、空気充填路2を通じて空気タンク20に供給されて、当該空気タンク20に貯留されることになる。
尚、この停止中空気充填処理は、圧力センサ21で検出される空気タンク20の内圧が設定充填圧に到達した時点で、空気充填弁13を閉弁させると共に空気供給ポンプ5の作動を停止させる形態で終了される。
本発明の第2実施形態について、図5〜図7等に基づいて説明する。尚、各図において、閉弁状態にある弁は黒塗りで表し、開弁状態にある弁は白抜きで表している。
上述の実施形態と同様の構成については、詳細な説明を割愛する場合がある。
図5に示す通常発電状態は、保護協調制御が実行されていないときに、空気供給ポンプ5から燃料電池40へ発電用空気を供給して当該燃料電池40で発電運転を行う状態である。
かかる通常発電状態では、空気供給ポンプ5の吐出圧が、燃料電池40に供給すべき発電用空気の設定供給圧に設定される。更に、空気充填弁13及び空気放出弁14が閉弁され、空気供給弁10が開弁される。すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定供給圧の圧縮空気が、空気供給弁10を通じて燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
即ち、本実施形態の通常発電状態では、空気供給ポンプ5から吐出された空気は、減圧部としての調圧弁11で減圧されることなく、調圧弁11と空気供給弁10とを通じて燃料電池40に供給される。よって、このときの空気供給ポンプ5の吐出圧は比較的低めの設定供給圧に設定されることから、当該空気供給ポンプ5の作動エネルギーの消費が抑制される。
尚、この通常発電状態において、空気タンク20には、上記設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧の圧縮空気が貯留されている。
また、この通常発電状態において、制御簡素化のために、調圧弁11又はその調圧弁11と共にバイパス路4に設けられた開閉弁を閉弁して、空気供給弁10のみを通じて燃料電池40に空気を供給するように構成しても構わない。
図6に示す空気放出状態は、上述の保護協調制御において、燃料電池40への発電用空気の供給量を一時的に増加させるべく、所定の空気放出処理が実行された状態である。
かかる空気放出処理では、空気放出弁14が開弁される。すると、空気タンク20に充填されていた比較的高い設定充填圧の圧縮空気が、空気放出路3を通じて空気供給路1における空気供給弁10と燃料電池40との間に放出されることになる。
このことにより、過電流の発生に伴って燃料電池40の出力が急激に増加するのに対して、燃料電池40への発電用空気の供給量が迅速に追従して一時的に増加することになる。結果、燃料電池40のカソード電極の空気枯れが回避されつつ、短絡事故等が発生した電力負荷70の遮断器71を開放させるための電流又は電力が確保されることになる。
尚、この空気放出処理の終了時には、空気供給弁10が開弁状態に維持されて、燃料電池40への発電用空気の供給が継続されて、当該燃料電池40による発電が継続されることになる。
図7に示す運転中空気充填状態では、空気供給ポンプ5から燃料電池40への発電用空気の供給を行う発電運転時に、上述の空気放出処理の実行に先立って空気タンク20に圧縮空気を充填する運転中空気充填処理(空気充填処理の一例)が実行された状態である。
かかる運転中空気充填処理は、空気供給弁10を閉弁させると共に、空気供給ポンプ5の吐出圧の回転数を増加させて当該空気供給ポンプ5の吐出流量を増加させながら、空気充填弁13を開弁させる形態で実行される。このとき、調圧弁11は、燃料電池40へ供給される空気流量を制限して当該空気の圧力を所定の設定供給圧に減圧する減圧部として機能する。よって、空気供給ポンプ5の吐出圧は、吐出流量の増加に伴って上昇し、結果、上記調圧弁11の設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧に設定されることになる。
更に、空気供給ポンプ5から吐出された設定充填圧の空気の残部が、バイパス路4の調圧弁11で設定供給圧に減圧された上で燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
尚、この運転中空気充填処理は、圧力センサ21で検出される空気タンク20の内圧が設定充填圧に到達した時点で、空気充填弁13を閉弁させると共に空気供給ポンプ5の吐出圧が設定充填圧から設定供給圧に低下させる形態で終了される。そして、このように運転中空気充填処理が終了されて、空気供給弁10が開弁されることで、上述した通常発電状態となって、燃料電池40での発電が継続される。
本発明の第3実施形態について、図8〜図10等に基づいて説明する。尚、各図において、閉弁状態にある弁は黒塗りで表し、開弁状態にある弁は白抜きで表している。
上述の実施形態と同様の構成については、詳細な説明を割愛する場合がある。
図8に示す通常発電状態は、保護協調制御が実行されていないときに、空気供給ポンプ5から燃料電池40へ発電用空気を供給して当該燃料電池40で発電運転を行う状態である。
かかる通常発電状態では、空気供給ポンプ5の吐出圧が、燃料電池40に供給すべき発電用空気の設定供給圧に設定される。更に、空気充填弁13及び空気放出弁14が閉弁され、空気供給弁10が開弁される。すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定供給圧の圧縮空気が、空気供給弁10を通じて燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
尚、この通常発電状態において、空気タンク20には、上記設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧の圧縮空気が貯留されている。
図9に示す空気放出状態は、上述の保護協調制御において、燃料電池40への発電用空気の供給量を一時的に増加させるべく、所定の空気放出処理が実行された状態である。
かかる空気放出処理では、空気放出弁14が開弁される。すると、空気タンク20に充填されていた設定充填圧の圧縮空気が、空気放出路3を通じて空気供給路1における空気供給弁10と燃料電池40との間に放出されることになる。
このことにより、過電流の発生に伴って燃料電池40の出力が急激に増加するのに対して、燃料電池40への発電用空気の供給量が迅速に追従して一時的に増加することになる。結果、燃料電池40のカソード電極の空気枯れが回避されつつ、短絡事故等が発生した電力負荷70の遮断器71を開放させるための電流又は電力が確保されることになる。
尚、この空気放出処理の終了時には、空気供給弁10が開弁状態に維持されて、燃料電池40への発電用空気の供給が継続されて、当該燃料電池40による発電が継続されることになる。
図10に示す停止中空気充填状態では、空気供給弁10を閉弁させて燃料電池40への発電用空気の供給を停止する発電停止時に、上述の空気放出処理の実行に先立って空気タンク20に圧縮空気を充填する停止中空気充填処理(空気充填処理の一例)が実行された状態である。
かかる停止中空気充填処理は、空気供給弁10を閉弁させると共に、空気供給ポンプ5の作動を開始し、その空気供給ポンプ5の吐出圧を設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧に設定しながら空気充填弁13を開弁させる形態で実行される。
すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定充填圧の空気の全部が、空気充填路2を通じて空気タンク20に供給されて、当該空気タンク20に貯留されることになる。
尚、この停止中空気充填処理は、圧力センサ21で検出される空気タンク20の内圧が設定充填圧に到達した時点で、空気充填弁13を閉弁させると共に空気供給ポンプ5の作動を停止させる形態で終了される。
図11に示す形態では、複数の空気タンク20の夫々に空気放出弁14及び空気充填弁13が設けられている。そして、空気放出処理において、複数の空気タンク20から選択される一部の空気タンク20に備えられた空気放出弁14を開弁させて当該一部の空気タンク20に貯留されている圧縮空気が空気供給路1に放出される。また、停止中空気充填処理では、図13に示すように、全ての空気放出弁1及び空気供給弁10が閉弁され、全ての空気充填弁13が開弁されると共に、空気供給ポンプ5の作動が開始され、その空気供給ポンプ5の吐出圧が設定充填圧に設定される。すると、空気供給ポンプ5から吐出されて設定充填圧の圧縮空気が、複数の空気タンク20に分配供給されて充填されることになる。
本発明の第4実施形態について、図12〜図14等に基づいて説明する。尚、各図において、閉弁状態にある弁は黒塗りで表し、開弁状態にある弁は白抜きで表している。
上述の実施形態と同様の構成については、詳細な説明を割愛する場合がある。
即ち、空気充填路2は、空気充填弁13の開弁操作に伴って充填用空気供給ポンプ15から吐出された圧縮空気を空気タンク20に導入する流路となる。このことから、空気充填路2と空気充填弁13とは、充填用空気供給ポンプ15と共に、空気タンク20に圧縮空気を充填可能な空気充填手段として機能する。
図12に示す通常発電状態は、保護協調制御が実行されていないときに、空気供給ポンプ5から燃料電池40へ発電用空気を供給して当該燃料電池40で発電運転を行う状態である。
かかる通常発電状態では、空気供給ポンプ5の吐出圧が、燃料電池40に供給すべき発電用空気の設定供給圧に設定される。更に、充填用空気供給ポンプ15が停止され、空気充填弁13及び空気放出弁14が閉弁され、空気供給弁10が開弁される。すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定供給圧の圧縮空気が、空気供給弁10を通じて燃料電池40に供給されて、当該燃料電池40での発電に利用される。
尚、この通常発電状態において、空気タンク20には、上記設定供給圧よりも高い所定の設定充填圧の圧縮空気が貯留されている。
図13に示す空気放出状態は、上述の保護協調制御において、燃料電池40への発電用空気の供給量を一時的に増加させるべく、所定の空気放出処理が実行された状態である。
かかる空気放出処理では、空気放出弁14が開弁される。すると、空気タンク20に充填されていた設定充填圧の圧縮空気が、空気放出路3を通じて空気供給路1における空気供給弁10と燃料電池40との間に放出されることになる。
このことにより、過電流の発生に伴って燃料電池40の出力が急激に増加するのに対して、燃料電池40への発電用空気の供給量が迅速に追従して一時的に増加することになる。結果、燃料電池40のカソード電極の空気枯れが回避されつつ、短絡事故等が発生した電力負荷70の遮断器71を開放させるための電流又は電力が確保されることになる。
尚、この空気放出処理の終了時には、空気供給弁10が開弁状態に維持されて、燃料電池40への発電用空気の供給が継続されて、当該燃料電池40による発電が継続されることになる。
図14に示す空気充填状態では、上述の空気放出処理の実行に先立って空気タンク20に圧縮空気を充填する空気充填処理(空気充填処理の一例)が実行された状態である。
尚、この空気充填状態において、空気供給ポンプ5が作動されて空気供給弁10が開弁されると燃料電池40への発電用空気の供給が継続され、逆に、空気供給ポンプ5が停止されて空気供給弁10が閉弁されると燃料電池40への発電用空気の供給が停止される。
すると、空気供給ポンプ5から吐出された設定充填圧の空気の全部が、空気充填路2を通じて空気タンク20に供給されて、当該空気タンク20に貯留されることになる。
尚、この空気充填処理は、圧力センサ21で検出される空気タンク20の内圧が設定充填圧に到達した時点で、空気充填弁13を閉弁させると共に充填用空気供給ポンプ15の作動を停止させる形態で終了される。このとき、空気供給ポンプ5による燃料電池40への発電用空気の供給を継続している場合には、空気供給弁10は開弁状態に維持されることで、上述した通常発電状態となって、燃料電池40での発電が継続される。
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
2 空気充填路
3 空気放出路
4 バイパス路
5 空気供給ポンプ
10 空気供給弁
11 調圧弁(減圧部)
13 空気充填弁
14 空気放出弁
20 空気タンク(空気貯留部)
40 燃料電池
42 燃料電池側過電流検出器(燃料電池側過電流検出手段)
43 電力負荷側過電流検出器(電力負荷側過電流検出手段)
50 燃料電池システム
70A 電動モータ(電力負荷)
60 運転制御装置(制御手段)
70 電力負荷
71 遮断器
100 燃料電池船
Claims (10)
- 複数の電力負荷に対して夫々の遮断器を介して発電電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池に空気供給路を通じて発電用空気を供給する空気供給ポンプと、
前記燃料電池の発電制御を行う制御手段と、
過電流を検出する過電流検出手段と、を備え、
前記制御手段が、前記過電流検出手段で過電流を検出したときに前記燃料電池への発電用空気の供給量を一時的に増加させる保護協調制御を実行する燃料電池システムであって、
圧縮空気を貯留する空気貯留部を備えると共に、当該空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記発電用空気として前記燃料電池に放出可能な空気放出弁を備え、
前記制御手段が、前記保護協調制御において、前記空気放出弁を開弁させて前記空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記空気供給路に放出させる空気放出処理を実行する燃料電池システム。 - 前記空気貯留部に圧縮空気を充填可能な空気充填手段を備え、
前記制御手段が、前記空気放出処理の実行に先立って前記空気充填手段を作動させて前記空気貯留部に圧縮空気を充填する空気充填処理を実行する請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記空気供給ポンプから吐出された圧縮空気を所定の設定供給圧に減圧して前記発電用空気として前記燃料電池に供給可能な減圧部を備えると共に、
前記空気充填手段が、前記空気供給ポンプから吐出された圧縮空気を前記空気貯留部に導入する空気充填路と、前記空気充填路に設けられて当該空気充填路を開閉可能な空気充填弁とで構成され、
前記制御手段が、前記空気供給ポンプの吐出圧を前記設定供給圧よりも高い設定充填圧に設定しながら前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記減圧部が、前記空気供給路に設けられている請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給路に設けられて当該空気供給路を開閉可能な空気供給弁と、
前記空気供給路における前記空気供給弁をバイパスするバイパス路と、を備え、
前記減圧部が、前記バイパス路に設けられており、
前記制御手段が、前記空気供給弁を閉弁させると共に前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する請求項3に記載の燃料電池システム。 - 前記空気供給路に設けられて当該空気供給路を開閉可能な空気供給弁を備え、
前記空気充填手段が、前記空気供給ポンプから吐出された圧縮空気を前記空気貯留部に導入する空気充填路と、前記空気充填路に設けられて当該空気充填路を開閉可能な空気充填弁とで構成され、
前記制御手段が、前記空気供給ポンプから前記燃料電池への発電用空気の供給を行う発電運転時に、前記空気供給ポンプの吐出圧を所定の設定供給圧に設定すると共に、前記燃料電池への発電用空気の供給を停止する発電停止時に、前記空気供給ポンプの吐出圧を前記設定供給圧よりも高い設定充填圧に設定しながら前記空気充填弁を開弁させる形態で前記空気充填処理を実行する請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記空気貯留部の複数を並列状態で備えると共に、当該複数の空気貯留部の夫々に前記空気放出弁を備え、
前記制御手段が、前記空気放出処理において、前記複数の空気貯留部から選択される一部の空気貯留部に備えられた空気放出弁を開弁させて当該一部の空気貯留部に貯留されている圧縮空気を前記空気供給路に放出させる請求項1〜6の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記過電流検出手段として、前記燃料電池からの出力電力の電流値の過剰な上昇を前記過電流として検出する燃料電池側過電流検出手段を備えた請求項1〜7の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記過電流検出手段として、前記複数の電力負荷の夫々に設けられ、当該電力負荷の消費電力の電流値の過剰な上昇を前記過電流として検出する電力負荷側過電流検出手段を備えた請求項1〜8の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 請求項1〜9の何れか1項に記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池システムに供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留部と、を備え、
前記燃料電池システムの発電電力を船内における複数の電力負荷に対して夫々の遮断器を介して供給する燃料電池船。
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JP2011204600A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池システム |
JP2011210567A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法 |
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JP2009099431A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電システム |
JP2011204600A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池システム |
JP2011210567A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法 |
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