JP6788836B2 - 燃料電池船 - Google Patents

Description

本発明は、盗難防止機能を備えた燃料電池船に関する。

電動船外機の電源として燃料電池を用いることが検討されている。例えば、特許文献１には、船体内部に燃料タンク及びバッテリを配置し、船体外部に燃料電池、電動モータ、プロペラを配置した燃料電池船が開示されている。

特開２０１５−１９６４０８号公報

しかし、船外機に搭載されることが一般的な電動モータに比較して、燃料電池（発電装置）は大型であるうえ、水素燃料を供給するための配管で船体内部の燃料タンクと連結される必要があり、このレイアウトは現実的とは言えない。また、小型船舶にあっては盗難の問題も憂慮されるが、特許文献１には盗難対策に関する記載はない。

本発明は従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、盗難防止機能を備えた燃料電池船を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池船は、
電動船外機（６）と、前記電動船外機に電力を供給するための燃料電池ユニット（２）と、前記燃料電池ユニットに水素燃料を供給するための水素燃料タンク（３）と、前記燃料電池ユニットおよび前記水素燃料タンクを収容する収納部（１０）と、を備えた燃料電池船（１）において、前記水素燃料タンクにはリリーフ弁（３０）が設けられ、前記収納部には、前記燃料電池ユニットおよび前記水素燃料タンクを導入するための開口部（１１ｃ）と、前記開口部を密閉するための蓋部材（１１ｂ）と、前記蓋部材の不正開放を検知する手段（１１ａ）が設けられ、前記不正開放が検知された場合に、前記リリーフ弁が開放され、前記水素燃料タンクから水素が積極的に排出されるように構成されている。

本発明に係る燃料電池船は、上記構成により、燃料電池ユニットおよび水素燃料タンクを収容する収納部の蓋部材が不正開放された場合に、水素燃料タンクから水素が積極的に排出されることで、素早く燃料を枯渇させ、盗難を防ぐうえで有利である。

本発明実施形態に係る燃料電池船を示す平面図である。 本発明実施形態に係る燃料電池船の収納部を示す要部平面図である。 本発明実施形態に係る燃料電池船を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３において、本発明実施形態に係る燃料電池船１は、推進力を得るための電動船外機６、電動船外機６に電力を供給するための発電装置である燃料電池ユニット２、燃料電池ユニット２に水素燃料を供給するための水素燃料タンク３、二次電池４、コンバータ５、降圧コンバータ７、低電圧二次電池８、電力管理装置９、制御装置１４を備えており、これらのうち、電動船外機６以外は、船体の収納部１０に収容されている。

燃料電池ユニット２は、電解質膜を挟んで燃料極と空気極が配置されたセルが、それらに燃料（水素）や酸化剤（空気中の酸素）を供給する流路を画成するセパレータを介して多数積層されたフエルセルスタックと、燃料側ヘッダー、空気側ヘッダー、コンプレッサー（不図示）、および、コントローラ２１などを備え、冷却用ファン２０が付設されている。

水素燃料タンク３は、水素を気体のまま貯蔵する高圧水素タンクや低圧水素タンクを用いることもできるが、容器の内部に水素を分子状態で吸蔵／放出可能な水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金タンクが好適である。吸蔵合金の金属種は、特に限定されるものではないが、可及的低温かつ低圧で水素放出可能な金属種が好ましい。

水素燃料タンク３の一端には燃料電池ユニット２に水素燃料を供給するための供給管３３が接続され、他端には非常時に水素を排出するためのリリーフ弁３０が設けられているが、これらの配置はこれ以外であってもよい。

水素燃料タンク３の周囲には、加熱によりタンク内部における吸蔵合金からの水素放出を促進するためのヒータ３１が設けられている。ヒータ３１は、通電によって発熱する抵抗発熱体や電熱ヒータが好適に用いられる。

二次電池４は、燃料電池ユニット２で発電される電気を充電しておき、二次電池４から電動船外機６のモータに給電することで、起動時に発電能力が低下する燃料電池ユニット２の特性を補い、電動船外機６の安定的な駆動を可能にするために搭載されており、リチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）などが好適である。

コンバータ５は、燃料電池ユニット２や二次電池４の電圧を調整するためのＨＶＤＣ／ＤＣコンバータである。本実施形態では、燃料電池ユニット２の出力電圧（約１００Ｖ）を二次電池４の電圧（４８Ｖ）まで降圧し、上述のように二次電池４から電動船外機６に電力を安定供給する降圧タイプが使用されるが、高出力が求められる場合には、燃料電池ユニット２や二次電池４の電圧を高電圧に変換して電動船外機６に供給する昇圧タイプを使用することもできる。

降圧コンバータ７は、燃料電池ユニット２や二次電池４の電力の一部を低電圧に変換するための１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータであり、変換された電力は低圧用二次電池８（１２Ｖバッテリ）に蓄電され、燃料電池ユニット２に付設されたコンプレッサー（ブロワ）や電磁バルブ、冷却ファン２０、コントローラ２１、などの補機類、および、電力管理装置９や制御装置１４に供給される。

収納部１０は、図示例では、船体後部に並設された２つの収納部１１，１２からなり、船体右側の第１収納部１１に燃料電池ユニット２と水素燃料タンク３が収容され、船体左側の第２収納部１２に二次電池４、コンバータ５、降圧コンバータ７、二次電池８、電力管理装置９、および、制御装置１４が収容されている。なお、収納部１１，１２は、船体に備わる既存の収納部（デッキストレージ）を利用しても良いし、何れか一方または両方が既存の収納部とは別に設けられたケース等であっても良い。

燃料電池ユニット２の出力側は、中央の連通部１３に挿通された配線２５により電力管理装置９を介してコンバータ５の入力側に接続されており、二次電池４の入出力は配線２４により電力管理装置９を介して燃料電池ユニット２の出力側（充電時）またはコンバータ５の入力側（放電時）に選択的に接続されるようになっている。

また、水素燃料タンク３のヒータ３１は、中央の連通部１３に挿通された配線４３により二次電池４に接続され、二次電池４から電力が供給されるようになっている。なお、連通部１３は配線２５，４３等が配策された後にシール材等で封止されることが好ましい。

各収納部１１，１２は、船体甲板上の開口部１１ｃ，１２ｃを密閉するための蓋部材１１ｂ，１２ｂ（ハッチ）を備えるとともに、蓋部材１１ｂまたは１２ｂの不正開放を検知するセンサ１１ａ，１２ａが対応する収納部１１，１２内に設けられている。

センサ１１ａ，１２ａは、例えば、燃料電池船１の停泊中に、蓋部材１１ｂ，１２ｂが不正開放された場合における収納部１１，１２の圧力変化を検知する圧力センサで構成されるが、蓋部材１１ｂ，１２ｂに生じる開度を検知するスイッチや、蓋部材１１ｂ，１２ｂの不正開放に伴う振動を検知するセンサとすることができる。また、第１収納部１１内のセンサ１１ａは、第１収納部１１内の酸素濃度を検知するセンサを利用することもできる。この場合、通常は運転直後の低酸素濃度状態から徐々に大気圧と同等まで上昇するので、急激に酸素濃度が変化した場合には不正開放されたものと推定できる。

上記各場合において、センサやスイッチで蓋部材１１ｂ，１２ｂの開状態が検知されることで、制御装置１４がオンになるように構成することが好ましい。また、何れの場合も、一度オンになるとセンサやスイッチの復帰動作では制御装置１４がオフにならないように構成することが好ましい。また、蓋部材１１ｂ，１２ｂに施錠機構を設け、施錠操作によって上記センサやスイッチがアクティブになるように構成することもできる。このような構成とすることで、施錠機構の鍵が不正入手された場合の盗難を防止できる。

なお、第１収納部１１には、燃料電池ユニット２の冷却用および反応用の空気を導入するための吸気部と、冷却後の空気や燃料電池ユニット２から排出される水蒸気を排出するための排気部を兼ねた吸排気部１５が設けられている。この吸排気部１５は塩害対策のための耐塩フィルタを備え、非使用時に密閉するためのサブハッチ３４を備えている。なお、吸気部と排気部は個別に設けられてもよい。

以上のように構成された燃料電池船１は、非使用時には制御装置１４およびセンサ１１ａ，１２ａが動作可能な状態となり、盗難防止機能が有効になる。

この状態において、蓋部材１１ｂ，１２ｂ（または吸排気部１５のサブハッチ３４）が開放された場合、すなわち、不正開放された場合には、センサ１１ａまたは１２ａからの検知信号が制御装置１４に送られ、制御装置１４は、電力管理装置９に内蔵されているブレーカによって配線２５を遮断し、燃料電池ユニット２および二次電池４からコンバータ５（電動船外機６）側に給電できないようにする。

しかし、配線２５が遮断されるのみでは、直結配線等により、燃料電池ユニット２または二次電池４の何れかから電動船外機６に給電される虞があるので、制御装置１４は、さらに以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の盗難防止措置を発動する。

（ｉ）水素燃料タンク３のリリーフ弁３０を開放するとともに、二次電池４から配線４３を通じてヒータ３１に給電する。水素燃料タンク３が加熱されることで水素吸蔵合金から水素の放出が促進され、リリーフ弁３０を通じて水素が排出される。

（ｉｉ）燃料電池ユニット２を起動し、水素燃料タンク３内に残留する水素燃料が燃料電池ユニット２によっても消費されるようにする。この時、燃料電池ユニット２で発電される電力は電力管理装置９および配線２４を介して二次電池４に充電に充当されるが、二次電池４からヒータ３１に給電することで、二次電池４の電力も消費される。

（ｉｉｉ）二次電池４からの給電によって冷却用ファン２０が起動し、水素燃料タンク３からリリーフ弁３０を通じて排出される水素燃料が外気に拡散されるようにするとともに、冷却用ファン２０の作動により二次電池４の電力消費が促進されるようにする。

以上のような盗難防止措置が発動されることで、直結配線等により、燃料電池ユニット２または二次電池４の何れかから電動船外機６側への給電が可能になったとしても、直結配線等の作業で時間が経過する間に、水素燃料タンク３の水素燃料および二次電池４の電力が枯渇し、燃料電池船１は走行不能な状態になっているので、盗難を阻止できる。

なお、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の盗難防止措置のうち、上記（ｉ）のみ発動するとともに、遮断弁３２で燃料電池ユニット２への水素燃料の供給を遮断するように構成することもできる。さらに、この構成において、遮断弁３２の作動後に、不正アクセスの履歴解除または直結配管等の手段で燃料電池ユニット２が起動された場合に、上記（ｉｉ）〜（ｉｉｉ）の盗難防止措置が発動するように構成することもできる。また、上記（ｉｉｉ）に加えて、二次電池４からの給電によって燃料電池船１のライトを点灯させ、二次電池４の電力消費が促進されるように構成することもできる。

上記実施形態では、蓋部材１１ｂ，１２ｂとしてヒンジやスライダにより開閉可能なハッチが使用される場合を想定しているが、ネジなどの締結手段やクランプなどの緊締手段により着脱開閉可能な蓋部材など、各種の蓋部材を使用でき、さらに、剛性部材以外の蓋部材、例えば、可撓性のシート材料からなる蓋部材の使用や併用を妨げるものではなく、その場合、蓋部材の周縁部と開口部の縁部との間をファスナーで開閉可能とすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

１ 燃料電池船
２ 燃料電池ユニット
３ 水素燃料タンク
４ 二次電池（リチウムイオンバッテリ）
５ コンバータ（ＨＶＤＣ／ＤＣコンバータ）
６ 電動船外機
７ 降圧コンバータ（１２ＶＤＣ／ＤＣコンバータ）
８ 二次電池（１２Ｖバッテリ）
９ 電力管理装置（ブレーカ）
１０ 収納部
１１ 第１収納部
１１ａ，１２ａ センサ
１１ｂ，１２ｂ 蓋部材（ハッチ）
１２ 第２収納部
１３ 連通部
１４ 制御装置
１５ 吸排気部
２０ 冷却用ファン
３０ リリーフ弁
３１ ヒータ
３４ サブハッチ

Claims (5)

1. 電動船外機と、前記電動船外機に電力を供給するための燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットに水素燃料を供給するための水素燃料タンクと、前記燃料電池ユニットおよび前記水素燃料タンクを収容する収納部と、を備えた燃料電池船において、
   前記水素燃料タンクにはリリーフ弁が設けられ、前記収納部には、前記燃料電池ユニットおよび前記水素燃料タンクを導入するための開口部と、前記開口部を密閉するための蓋部材と、前記蓋部材の不正開放を検知する手段が設けられ、前記不正開放が検知された場合に、前記リリーフ弁が開放され、前記水素燃料タンクから水素が積極的に排出されるように構成されていることを特徴とする燃料電池船。
2. 前記水素燃料タンクはヒータが付設された水素吸蔵合金タンクであり、前記不正開放が検知された場合に、前記燃料電池ユニットから前記ヒータに給電され、前記水素吸蔵合金タンクからの水素放出と前記燃料電池ユニットでの発電による水素消費が促進されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池船。
3. 前記燃料電池ユニットはファンを備え、前記不正開放が検知された場合に、前記ファンが起動され、前記リリーフ弁から排出される水素が前記ファンで拡散されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池船。
4. 前記不正開放が検知された場合に、前記燃料電池ユニットから前記ファンに給電され、前記燃料電池ユニットでの発電による水素消費が促進されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池船。
5. 前記燃料電池ユニットの補助電源として二次電池をさらに備え、前記不正開放が検知された場合に、前記二次電池から前記電動船外機への給電を遮断する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池船。

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