JP7046741B2 - 燃料電池システム及び燃料電池船 - Google Patents
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Description
前記燃料電池装置に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられて当該供給路を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁を閉弁させて前記燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止し、前記遮断弁を開弁させて前記燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始する形態で前記遮断弁の作動を制御する弁制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給路に直列状態で設けられて当該供給路を遮断可能な上流側遮断弁及び下流側遮断弁を、前記遮断弁として備え、
前記燃料ガス供給路における前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に形成される遮断弁間空間に接続されて当該空間を外部に開放可能なブリード弁を備え、
前記弁制御手段が、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給時に前記ブリード弁を閉弁させ、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給停止時に前記ブリード弁を開弁させる形態で前記ブリード弁の作動を制御すると共に、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に前記遮断弁間空間に対して燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方であるパージガスを供給して当該遮断弁間空間をパージするパージ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の電力負荷に供給する点にある。
そして、燃料電池システムの運転停止時には、上流側遮断弁及び下流側遮断弁並びにブリード弁の作動を制御する弁制御手段により、上流側遮断弁及び下流側遮断弁を閉弁させると共にブリード弁を開弁させる形態で、燃料ガス貯留部等の燃料ガス供給源から燃料電池装置への燃料ガスの供給が停止される。このように燃料ガスの供給を停止することで、上流側遮断弁及び下流側遮断弁のうちの何れかに遮断不良が生じた場合であっても、燃料ガス供給路における燃料ガス供給源側と燃料電池装置側とを大気等の外部に開放された遮断弁間空間で隔離させることができる。よって、遮断弁の遮断不良に起因する燃料ガス供給源から燃料電池装置への燃料ガスの漏洩を確実に防止することができる。更には、燃料ガスの供給停止時に遮断弁間空間に流出した燃料ガスについては、開弁状態であるブリード弁を介して外部へ放出して、安全性を保持することができる。
前記弁制御手段が、前記流量調整手段を制御して、前記パージ処理時における前記燃料ガス供給路での燃料ガスの流量を、前記燃料電池装置の通常運転時における前記燃料ガス供給路での燃料ガスの流量よりも小さく設定する点にある。
前記燃料ガス供給路における前記下流側遮断弁と前記下流側開閉弁との間に形成される下流側弁間空間に接続されて当該空間を外部に開放可能な下流側逃し弁と、を備え、
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記下流側開閉弁を閉弁すると共に前記下流側遮断弁及び前記下流側逃し弁を開弁させて、前記遮断弁間空間に供給された燃料ガスを前記下流側遮断弁を介して前記下流側弁間空間に供給すると共に、前記下流側弁間空間に供給された燃料ガスを前記下流側逃し弁を介して外部に放出する点にある。
前記不活性ガス供給路に設けられた不活性ガス供給弁と、を備え、
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記不活性ガス供給弁を開弁させて前記不活性ガス供給路から前記遮断弁間空間に前記パージガスとして不活性ガスを供給する点にある。
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記不活性ガス供給弁及び前記下流側遮断弁を開弁させて前記不活性ガス供給路から前記下流側空間を介して前記遮断弁間空間に不活性ガスを供給する点にある。
本発明の第1実施形態について、図1等に基づいて説明する。
図1に示す燃料電池システム50は、水素ガス(燃料ガスの一例)の電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック41を有する燃料電池装置40と、燃料電池装置40に水素ガスG1を供給する燃料ガス供給路10と、運転を制御する運転制御装置60等とを備えて構成されている。
また、本実施形態において、燃料電池装置40は、上記燃料電池スタック41を備えて構成されており、上記燃料ガス供給路10から燃料電池スタック41のアノード41Aに水素ガスG1が供給される。
そこで、本実施形態の燃料電池システム50では、水素ボンベ1から燃料ガス供給路10を通じて燃料電池装置40へ水素ガスG1を供給するにあたり、水素ガスG1の供給を確実且つ安全に遮断するための構成としてDBB(ダブルブロックアンドブリード)が採用されている。
尚、本実施形態の燃料電池システム50では、起動時に、運転制御装置60により行われる弁制御により、燃料ガス供給路10の状態が、供給停止状態(図1(a)を参照)、パージ状態(図1(b)を参照)、移行状態(図1(c)を参照)、供給継続状態(図1(d)を参照)の順に変化する。以下では、夫々の状態について詳細を説明する。
図1(a)は、燃料電池システム50の運転を停止している運転停止時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を停止している供給停止状態を示す。
この供給停止状態では、上流側遮断弁11A及び下流側遮断弁11Bが閉弁され、ブリード弁21が開弁される。
そして、このように燃料電池装置40への水素ガスG1の供給が停止されることで、上述したように、水素ボンベ1から燃料電池装置40への水素ガスG1の漏洩が確実に防止され、安全性が保持される。
運転制御装置60は、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を開始する前にパージ処理を実行する。そして、図1(b)は、パージ処理が実行された際の燃料ガス供給路10の状態であるパージ状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、パージ処理が実行されることで、燃料ガス供給路10の状態は上記供給停止状態からこのパージ状態に遷移する。
運転制御装置60は、パージ処理を終了時における燃料電池装置40への水素ガスG1の供給開始時には、下流側遮断弁11Bの開弁後にブリード弁21を閉弁させる。そして、図1(c)は、このときの燃料ガス供給路10の状態である移行状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時において上記パージ処理が終了される際に、燃料ガス供給路10の状態は、上記パージ状態からこの移行状態に遷移する。
図1(d)は、燃料電池システム50の運転を行っている通常運転時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を継続している供給継続状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、燃料ガス供給路10の状態は、上記移行状態からこの供給継続状態に遷移する。
本発明の第2実施形態について、図2及び図3等に基づいて説明する。
尚、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2及び図3に示す燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、燃料電池装置40と燃料ガス供給路10と運転制御装置60等とを備え、燃料ガス供給路10から燃料電池スタック41のアノード41Aに水素ガスG1が供給される。
また、本実施形態の燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、上流側遮断弁11A、下流側遮断弁11B、及びブリード弁21で構成されたDBB(ダブルブロックアンドブリード)が採用されている。
尚、本実施形態の燃料電池システム50では、起動時に、運転制御装置60により行われる弁制御により、燃料ガス供給路10の状態が、供給停止状態(図2(a)を参照)、第1パージ状態(図2(b)を参照)、第2パージ状態(図2(c)を参照)、移行状態(図3(d)を参照)、供給継続状態(図3(e)を参照)の順に変化する。以下では、夫々の状態について詳細を説明する。
図2(a)は、燃料電池システム50の運転を停止している運転停止時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を停止している供給停止状態を示す。
この供給停止状態では、上流側遮断弁11A及び下流側遮断弁11Bが閉弁され、ブリード弁21が開弁される。更に、この供給停止状態では、下流側開閉弁13は閉弁され、下流側逃し弁23は閉弁される。
そして、このように燃料電池装置40への水素ガスG1の供給が停止されることで、上述したように、水素ボンベ1から燃料電池装置40への水素ガスG1の漏洩が確実に防止され、安全性が保持される。
運転制御装置60は、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を開始する前にパージ処理として第1パージ処理と第2パージ処理とを順に実行する。そして、図2(b)は、第1パージ処理が実行された際に燃料ガス供給路10の状態である第1パージ状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、第1パージ処理が実行されることで、燃料ガス供給路10の状態は上記供給停止状態からこの第1パージ状態に遷移する。
図2(c)は、第2パージ処理が実行された際に燃料ガス供給路10の状態であるパージ状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、第2パージ処理が実行されることで、燃料ガス供給路10の状態は上記第1パージ状態からこの第2パージ状態に遷移する。
運転制御装置60は、第2パージ処理を終了時における燃料電池装置40への水素ガスG1の供給開始時には、下流側開閉弁13の開弁後に下流側逃し弁23を閉弁させる。そして、図3(d)は、このときの燃料ガス供給路10の状態である移行状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時において上記パージ処理が終了される際に、燃料ガス供給路10の状態は、上記第2パージ状態からこの移行状態に遷移する。
図3(e)は、燃料電池システム50の運転を行っている通常運転時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を継続している供給継続状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、燃料ガス供給路10の状態は、上記移行状態からこの供給継続状態に遷移する。
本発明の第3実施形態について、図4等に基づいて説明する。
尚、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4に示す燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、燃料電池装置40と燃料ガス供給路10と運転制御装置60等とを備え、燃料ガス供給路10から燃料電池スタック41のアノード41Aに水素ガスG1が供給される。
また、本実施形態の燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、上流側遮断弁11A、下流側遮断弁11B、及びブリード弁21で構成されたDBB(ダブルブロックアンドブリード)が採用されている。
更に、燃料ガス供給路10には、下流側遮断弁11Bよりも下流側に下流側開閉弁13が設けられている。
尚、本実施形態の燃料電池システム50では、起動時に、運転制御装置60により行われる弁制御により、燃料ガス供給路10の状態が、供給停止状態(図4(a)を参照)、パージ状態(図4(b)を参照)、供給継続状態(図4(c)を参照)の順に変化する。以下では、夫々の状態について詳細を説明する。
図4(a)は、燃料電池システム50の運転を停止している運転停止時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を停止している供給停止状態を示す。
この供給停止状態では、上流側遮断弁11A及び下流側遮断弁11Bが閉弁され、ブリード弁21が開弁される。更に、この供給停止状態では、下流側開閉弁13は開弁され、窒素ガス供給弁32は閉弁される。
そして、このように燃料電池装置40への水素ガスG1の供給が停止されることで、上述したように、水素ボンベ1から燃料電池装置40への水素ガスG1の漏洩が確実に防止され、安全性が保持される。
運転制御装置60は、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を開始する前にパージ処理を実行する。そして、図4(b)は、パージ処理が実行された際に燃料ガス供給路10の状態であるパージ状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、パージ処理が実行されることで、燃料ガス供給路10の状態は上記供給停止状態からこのパージ状態に遷移する。
図4(c)は、燃料電池システム50の運転を行っている通常運転時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を継続している供給継続状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、燃料ガス供給路10の状態は、上記パージ状態からこの供給継続状態に遷移する。
本発明の第4実施形態について、図5等に基づいて説明する。
尚、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に示す燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、燃料電池装置40と燃料ガス供給路10と運転制御装置60等とを備え、燃料ガス供給路10から燃料電池スタック41のアノード41Aに水素ガスG1が供給される。
また、本実施形態の燃料電池システム50は、上述の実施形態と同様に、上流側遮断弁11A、下流側遮断弁11B、及びブリード弁21で構成されたDBB(ダブルブロックアンドブリード)が採用されている。
更に、燃料ガス供給路10には、下流側遮断弁11Bよりも下流側に下流側開閉弁13が設けられている。
尚、本実施形態の燃料電池システム50では、起動時に、運転制御装置60により行われる弁制御により、燃料ガス供給路10の状態が、供給停止状態(図5(a)を参照)、パージ状態(図5(b)を参照)、供給継続状態(図5(c)を参照)の順に変化する。以下では、夫々の状態について詳細を説明する。
図5(a)は、燃料電池システム50の運転を停止している運転停止時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を停止している供給停止状態を示す。
この供給停止状態では、上流側遮断弁11A及び下流側遮断弁11Bが閉弁され、ブリード弁21が開弁される。更に、この供給停止状態では、下流側開閉弁13は開弁され、窒素ガス供給弁32は閉弁される。
そして、このように燃料電池装置40への水素ガスG1の供給が停止されることで、上述したように、水素ボンベ1から燃料電池装置40への水素ガスG1の漏洩が確実に防止され、安全性が保持される。
運転制御装置60は、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を開始する前にパージ処理を実行する。そして、図5(b)は、パージ処理が実行された際に燃料ガス供給路10の状態であるパージ状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、パージ処理が実行されることで、燃料ガス供給路10の状態は上記供給停止状態からこのパージ状態に遷移する。
図5(c)は、燃料電池システム50の運転を行っている通常運転時に、燃料電池装置40への水素ガスG1の供給を継続している供給継続状態を示す。即ち、燃料電池システム50の起動時に、燃料ガス供給路10の状態は、上記パージ状態からこの供給継続状態に遷移する。
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。
10 燃料ガス供給路
10B 遮断弁間空間
10C 下流側空間
10C1 下流側弁間空間(下流側空間)
11A 上流側遮断弁
11B 下流側遮断弁
13 下流側開閉弁
21 ブリード弁
23 下流側逃し弁
25 流量調整弁(流量調整手段)
31 窒素ガス供給路(不活性ガス供給路)
32 窒素ガス供給弁(不活性ガス供給弁)
40 燃料電池装置
41 燃料電池スタック
50 燃料電池システム
55 電動モータ(船内の電力負荷)
60 運転制御装置(弁制御手段)
100 燃料電池船
G1 水素ガス(燃料ガス)
G2 炭化水素ガス(燃料ガス)
NG 窒素ガス(不活性ガス)
PG パージガス
Claims (12)
- 燃料ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを有する燃料電池装置と、
前記燃料電池装置に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられて当該供給路を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁を閉弁させて前記燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止し、前記遮断弁を開弁させて前記燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始する形態で前記遮断弁の作動を制御する弁制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給路に直列状態で設けられて当該供給路を遮断可能な上流側遮断弁及び下流側遮断弁を、前記遮断弁として備え、
前記燃料ガス供給路における前記上流側遮断弁と前記下流側遮断弁との間に形成される遮断弁間空間に接続されて当該空間を外部に開放可能なブリード弁を備え、
前記弁制御手段が、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給時に前記ブリード弁を閉弁させ、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給停止時に前記ブリード弁を開弁させる形態で前記ブリード弁の作動を制御すると共に、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に前記遮断弁間空間に対して燃料ガス及び不活性ガスの少なくとも一方であるパージガスを供給して当該遮断弁間空間をパージするパージ処理を実行する燃料電池システム。 - 前記弁制御手段は、前記パージ処理を所定の設定パージ時間実行した後に前記燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始する請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記ブリード弁を開弁状態に維持して、前記遮断弁間空間に供給された前記パージガスを前記ブリード弁を介して外部に放出する請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 前記弁制御手段が、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給開始時に、前記下流側遮断弁の開弁後に前記ブリード弁を閉弁させる請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記上流側遮断弁を開弁させて当該上流側遮断弁を介して前記遮断弁間空間に前記パージガスとして燃料ガスを供給する請求項1~4の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料ガス供給路での燃料ガスの流量を調整可能な流量調整手段を備え、
前記弁制御手段が、前記流量調整手段を制御して、前記パージ処理時における前記燃料ガス供給路での燃料ガスの流量を、前記燃料電池装置の通常運転時における前記燃料ガス供給路での燃料ガスの流量よりも小さく設定する請求項5に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料ガス供給路における前記下流側遮断弁よりも下流側に設けられた下流側開閉弁と、
前記燃料ガス供給路における前記下流側遮断弁と前記下流側開閉弁との間に形成される下流側弁間空間に接続されて当該空間を外部に開放可能な下流側逃し弁と、を備え、
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記下流側開閉弁を閉弁すると共に前記下流側遮断弁及び前記下流側逃し弁を開弁させて、前記遮断弁間空間に供給された燃料ガスを前記下流側遮断弁を介して前記下流側弁間空間に供給すると共に、前記下流側弁間空間に供給された燃料ガスを前記下流側逃し弁を介して外部に放出する請求項5又は6に記載の燃料電池システム。 - 前記弁制御手段が、前記燃料電池装置への燃料ガスの供給開始時に、前記下流側開閉弁の開弁後に前記下流側逃し弁を閉弁させる請求項7に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料ガス供給路に接続されて当該燃料ガス供給路に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給路と、
前記不活性ガス供給路に設けられた不活性ガス供給弁と、を備え、
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記不活性ガス供給弁を開弁させて前記不活性ガス供給路から前記遮断弁間空間に前記パージガスとして不活性ガスを供給する請求項1~8の何れか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記不活性ガス供給路が、前記燃料ガス供給路における前記下流側遮断弁の下流側に形成される下流側空間に接続されており、
前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記不活性ガス供給弁及び前記下流側遮断弁を開弁させて前記不活性ガス供給路から前記下流側空間を介して前記遮断弁間空間に不活性ガスを供給する請求項9に記載の燃料電池システム。 - 前記弁制御手段が、前記パージ処理において、前記上流側遮断弁を開弁させて当該上流側遮断弁を介して前記遮断弁間空間に前記パージガスとして燃料ガスを供給する請求項10に記載の燃料電池システム。
- 請求項1~11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の電力負荷に供給する燃料電池船。
Priority Applications (2)
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