JP7431767B2 - 水素エネルギー供給システム - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、水素エネルギー供給システムに関する。

太陽光発電または風力発電等の自然エネルギー（または再生可能エネルギー）を用いた発電から得られる電力は変動が大きい。このため、平準化を図るために、発電から得られた電力は貯蔵される場合がある。一例として、水素を用いて電力を貯蔵し、貯蔵された水素を電力エネルギー等に変換して外部に供給する水素エネルギー供給システムが知られている。このような水素エネルギー供給システムにおいては、外部電源から供給される電力を用いて水素が製造され、製造された水素が貯蔵される。貯蔵された水素は、必要に応じて燃料電池において電力エネルギーに変換される。このため、水素を用いた電力の貯蔵は、大規模かつ長期間行うことができる。

水素製造装置と燃料電池は、風雨による影響を受けることを防止可能な一つの筐体内に設置される場合がある。水素は可燃性ガスであるため、万が一に水素が漏洩した場合に備えて筐体には換気装置が設置されている。換気装置を駆動することによって、漏洩した水素を拡散させて希釈させることができる。また、筐体内の温度を外気の温度に近づけることができ、筐体内の温度上昇を抑制することができる。

しかしながら、換気装置を駆動し続けると、電力が消費され続けるという問題がある。水素エネルギー供給システムの換気装置には、水素を爆発下限値の４．０ｖｏｌ％未満に希釈するために、高い換気能力が要求される。このため、多くの電力が消費され得る。また、換気装置の駆動によって、騒音が発生するという問題もある。

特開２０１７－１８７１５４号公報 特開２０２０－７５９２号公報

実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、換気のための消費電力を低減することができるとともに換気による騒音を低減することができる水素エネルギー供給システムを提供することを目的とする。

実施の形態による水素エネルギー供給システムは、水素製造装置と、水素貯蔵装置と、燃料電池装置と、第１供給管と、第２供給管と、第１開閉手段と、第２開閉手段と、換気装置と、制御装置と、を備えている。水素製造装置は、第１区画室に収容され、水素を製造する。水素貯蔵装置は、第１区画室とは区画された第２区画室に収容され、水素製造装置により製造された水素を貯蔵する。燃料電池装置は、第１区画室に収容され、水素貯蔵装置に貯蔵された水素を用いて発電を行う。第１供給管は、水素製造装置から水素貯蔵装置に水素を供給する。第２供給管は、水素貯蔵装置から燃料電池装置に水素を供給する。第１開閉手段は、第２区画室に収容され、第１供給管内の流路を開閉可能になっている。第２開閉手段は、第２区画室に収容され、第２供給管内の流路を開閉可能になっている。換気装置は、第１区画室内の空気を第２区画室に排出する。制御装置は、第１区画室および第２区画室とは区画された第３区画室に収容され、第１開閉手段、第２開閉手段および換気装置を制御する。第１区画室に、外部の空気を吸引する吸気開口が設けられている。第２区画室の天井に、第２区画室内の空気を外部に排出する排気開口が設けられている。

実施の形態によれば、換気のための消費電力を低減することができるとともに、換気による騒音を低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による水素エネルギー供給システムを示す概略平面図である。 図２は、図１の水素エネルギー供給システムを示す概略部分縦断面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態による水素エネルギー供給システムを示す概略平面図である。 図４は、図３の電池冷却装置を示す概略縦断面図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態による水素エネルギー供給システムを示す概略平面図である。 図６は、図５のガラリを示す概略縦断面図である。

以下、図面を参照して、本実施の形態による水素エネルギー供給システムについて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、図１および図２を用いて、本実施の形態による水素エネルギー供給システム１の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態による水素エネルギー供給システム１は、外部電源の電力エネルギーを用いて水素を製造して貯蔵し、必要に応じて、貯蔵した水素を用いて燃料電池で発電するように構成されている。図１に示すように、本実施の形態による水素エネルギー供給システム１は、第１筐体１１と、第２筐体１２と、水素製造装置３０と、水素貯蔵装置３１と、燃料電池装置３２と、第１供給管３３と、第２供給管３４と、第１開閉手段３５と、第２開閉手段３６と、換気ファン３７（換気装置）と、分電盤３８（分電装置）と、制御盤３９（制御装置）と、を備えている。

第１筐体１１は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２を収容する第１区画室１３を有している。第１筐体１１は、屋根を有しており、第１区画室１３に雨水が浸入することを防止している。また、第１筐体１１は、床板と、第１区画室１３を囲む側壁と、を有している。第１筐体１１は、後述する吸気開口１４以外には、外部の空気が第１区画室１３内に浸入することを防止するように構成されている。

第１筐体１１には、外部の空気を吸引する吸気開口１４が設けられている。換気ファン３７が駆動されることにより、第１区画室１３内の圧力が負圧になり、これによって、外部の空気が吸気開口１４から吸引される。

第２筐体１２は、第２区画室１５および第３区画室１６を有している。第２区画室１５には、水素貯蔵装置３１、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６が収容されている。第３区画室１６には、分電盤３８および制御盤３９が収容されている。

第２区画室１５と第３区画室１６は、仕切り板１７によって区画されている。図２に示すように、仕切り板１７の上端１７ａは、制御盤３９よりも高い位置に配置されている。図示しないが、仕切り板１７の上端１７ａは、制御盤３９よりも高い位置であって、分電盤３８よりも高い位置に配置されている。仕切り板１７の上端１７ａは、第２区画室１５および第３区画室１６の天井、すなわち第２筐体１２の天板１８に接続されていてもよい。図１に示すように、本実施の形態による仕切り板１７は、上方から見たときにＬ字状に形成されており、第２筐体１２の側板１９と後述する共通壁２３とに接続されている。第２区画室１５は、仕切り板１７と共通壁２３とによって区画され、第３区画室１６も、仕切り板１７と共通壁２３とによって区画されている。仕切り板１７には、第２区画室１５と第３区画室１６との間で空気を流すための開口は形成されていない。

図２に示すように、第２筐体１２の天板１８に、排気開口２０が設けられている。第２筐体１２の天板１８に、多数の排気開口２０が形成されていてもよい。排気開口２０は、第２区画室１５の天井に形成されるとともに、第３区画室１６の天井に形成されている。第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０は、第２区画室１５内の空気を外部に排出する。第３区画室１６の天井に形成された排気開口２０は、第３区画室１６内の空気を外部に排出する。

図２に示すように、第２筐体１２の下端には、外部の空気を導入する導入開口２１が設けられている。第２筐体１２は、図示しないフレーム部材上に固定されている。第２筐体１２の下端に、外部に連通する導入開口２１を有する床板２２が形成されていてもよい。あるいは第２筐体１２の下端に床板２２が設けられずに、第２筐体１２の下端が開口することによって、外部に連通する大きな導入開口２１が形成されていてもよい。図２においては、第２区画室１５の下端に形成された導入開口２１が示されているが、第３区画室１６の下端にも導入開口２１が形成されている。

第１筐体１１と第２筐体１２は、一体に構成されていてもよい。例えば、第１筐体１１の内部空間と第２筐体１２の内部空間は、共通壁２３によって区画されていてもよい。共通壁２３は、第１筐体１１の構成部材であるとともに第２筐体１２の構成部材であってもよい。第１筐体１１と第２筐体１２は、ワンパッケージとして一体に構成されていてもよい。共通壁２３によって、第１区画室１３と第２区画室１５が区画されるとともに、第１区画室１３と第３区画室１６が区画されている。

水素製造装置３０は、第１区画室１３に収容されている。水素製造装置３０は、外部電源から供給される電力エネルギーを用いて水を電気分解し、水素を製造する。水素製造装置３０には、例えば、ＡＥＭ（アニオン交換膜型）の水電解装置が用いられてもよい。水素製造装置３０は、製造された水素を水素貯蔵装置３１に供給する水素ブロワ（図示せず）を含んでいてもよい。あるいは、水素製造装置３０において水素製造時に発生する水素の圧力で水素貯蔵装置３１に水素を貯蔵できる場合には、水素ブロワの代わりに、電気で開閉操作される弁（図示せず）などを用いてもよい。この場合、弁を開くことにより、水素製造装置３０において発生した水素を水素貯蔵装置３１に貯蔵することができる。

水素製造装置３０に電力エネルギーを供給する外部電源は、太陽光発電または風力発電等の自然エネルギー（または再生可能エネルギー）を用いた発電方式で発生した電力を供給する電源であってもよい。この場合には、発電時に変動を有していた電力エネルギーを平準化することができる。しかしながら、このことに限られることはなく、外部電源は、原子力発電または火力発電等の自然エネルギー以外の発電方式で発生した電力を供給する電源であってもよい。また、水素製造装置３０は、上述のような外部電源における余剰電力が供給されて、水素を製造するようにしてもよい。

水素貯蔵装置３１は、第２区画室１５に収容されている。水素貯蔵装置３１は、水素製造装置３０により製造された水素を貯蔵する。水素貯蔵装置３１は、水素を貯蔵する水素貯蔵材料を含んでいてもよい。水素貯蔵材料には、常温および常圧近傍において可逆的な水素の吸蔵および放出が可能な水素吸蔵合金が用いられてもよい。水素を放出する際には、図示しない温水循環器から供給された温水によって水素貯蔵材料を加熱してもよい。水素貯蔵装置３１は、排気開口２０を有する第２区画室１５に収容されるため、風雨による影響を受けることを防止可能に構成されている。

燃料電池装置３２は、第１区画室１３に収容されている。燃料電池装置３２は、水素貯蔵装置３１に貯蔵された水素を用いて発電を行う。燃料電池装置３２は、図示しないが、燃料電池と、空気ブロワと、水素ブロワと、空気フィルタと、電池制御部と、を含んでいる。燃料電池は、酸素含有ガスと水素含有ガスとを用いて発電を行う。燃料電池には、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、または他のタイプの燃料電池等、任意のタイプを採用することができる。空気ブロワは、酸素含有ガスとしての空気を燃料電池に供給する。燃料電池に供給される空気は、第１区画室１３内の空気であってもよい。水素ブロワは、燃料ガスとしての水素ガスを、水素貯蔵装置３１から燃料電池に供給する。空気フィルタは、燃料電池に供給する空気をろ過して、塵または硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の酸素と窒素以外の不純物を除去する。燃料電池において発電した電力は、分電盤３８を介して外部に供給される。電池制御部は、燃料電池装置３２を構成する上述した空気ブロワなどの各機器を制御する。燃料電池は発電時に発熱するため、発電時に冷却されてもよい。長時間の発電に対しては、空気または水を用いて燃料電池を冷却してもよい。

図１に示すように、燃料電池装置３２は、水素製造装置３０よりも吸気開口１４の側に配置されている。上方から見たときに、燃料電池装置３２は、吸気開口１４に対向する位置に配置されている。水素製造装置３０は、燃料電池装置３２よりも換気ファン３７の側に配置されている。上方から見たときに、水素製造装置３０は、換気ファン３７に対向する位置に配置されている。吸気開口１４から換気ファン３７への空気の流れで見たときに、吸気開口１４、燃料電池装置３２、水素製造装置３０および換気ファン３７が、この順番で配置されている。

第１供給管３３は、水素製造装置３０と水素貯蔵装置３１に接続されており、水素製造装置３０から水素貯蔵装置３１に水素を供給する。第１供給管３３は、共通壁２３を貫通している。

第２供給管３４は、水素貯蔵装置３１と燃料電池装置３２に接続されており、水素貯蔵装置３１から燃料電池装置３２に水素を供給する。第２供給管３４は、共通壁２３を貫通している。

なお、第１供給管３３および第２供給管３４等を構成する配管は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス材料で形成されていてもよい。第１供給管３３および第２供給管３４はそれぞれ、複数の配管で構成されていてもよい。この場合、配管と配管との接続、および配管と機器との接続には、フランジ、シールテープを用いたねじ込み継手、または２圧縮リング継手等が用いられてもよい。水素は着火に要するエネルギーが小さく、静電気等でも着火する可能性がある。このため、水素が流れる配管は全て電気的に接地される。配管と配管との接続等に用いられるシールテープおよびパッキン等は導電性を有していないため、配管と配管とを配線で接続し、全ての配管および機器を電気的に接地する。配管に用いられる材料には、オーステナイト系ステンレスを用いてもよい。オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６Ｌは、圧力が高い配管に用いられる場合がある。安価なオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４は、圧力が低い配管に用いられる場合がある。

第１開閉手段３５は、第１供給管３３に設けられている。第１開閉手段３５は、第２区画室１５に収容されている。すなわち、第１開閉手段３５は、第１供給管３３のうち第２区画室１５内に位置する部分に設けられている。第１開閉手段３５は、第１供給管３３内の流路を開閉可能に構成されている。第１開閉手段３５は、流路を電気で開閉可能な弁（例えば、電磁弁）であってもよい。第１開閉手段３５は、制御盤３９により制御されてもよい。第１開閉手段３５は、無通電時に閉じるように構成されていてもよい。

第２開閉手段３６は、第２供給管３４に設けられている。第２開閉手段３６は、第２区画室１５に収容されている。すなわち、第２開閉手段３６は、第２供給管３４のうち第２区画室１５内に位置する部分に設けられている。第２開閉手段３６は、第２供給管３４内の流路を開閉可能に構成されている。第２開閉手段３６は、電気で開閉可能な弁（例えば、電磁弁）であってもよい。第２開閉手段３６は、制御盤３９により制御されてもよい。第２開閉手段３６は、無通電時に閉じるように構成されていてもよい。

換気ファン３７は、第１区画室１３内の空気を第２区画室１５に排出する。換気ファン３７が駆動されると、第１区画室１３内の空気が第２区画室１５に排出される。このことにより、上述した吸気開口１４から外部の空気が吸引される。このようにして、第１区画室１３の換気が行われる。

換気ファン３７は、共通壁２３に形成された換気開口２４に連通しており、換気開口２４を通って第２区画室１５に空気を排出する。図１においては、換気ファン３７は、第１区画室１３内に配置されており、共通壁２３に取り付けられている。しかしながら、このことに限られることはなく、換気ファン３７は、第１区画室１３内の空気を排出することができれば、第２区画室１５内に配置されていてもよい。図２に示すように、換気ファン３７は、第１区画室１３の上部に存在し得る水素を第２区画室１５に排出できるように、共通壁２３の上部に取り付けられていてもよい。

換気ファン３７は、所望の流量の空気を排出可能な風量性能を有していてもよい。例えば、換気ファン３７は、水素製造装置３０、燃料電池装置３２、第１供給管３３または第２供給管３４から水素が全て漏洩したとしても、第１区画室１３内の空気を、水素の爆発下限値である４．０ｖｏｌ％未満まで希釈できる程度の風量性能を有していてもよい。

換気ファン３７の出口（または、換気開口２４）は、上方から見たときに、仕切り板１７と第２筐体１２の側板１９に囲まれている。このことにより、第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０を介して外部から換気ファン３７の出口に向かう風が吹いて、第２区画室１５から換気ファン３７の出口に空気が流れ込むことを防止できる。このため、換気ファン３７から第２区画室１５に排出される空気の流れが阻害されることを防止でき、水素エネルギー供給システム１を安全に運用することができる。

図１に示すように、換気ファン３７の出口（または、換気開口２４）は、水素貯蔵装置３１の直上に配置されていない。図１に示す例では、水素貯蔵装置３１は、換気ファン３７よりも、換気ファン３７に対向する仕切り板１７の部分に近い位置に配置されており、換気ファン３７から離れている。このことにより、水素貯蔵装置３１から万が一に水素が漏洩したとしても、漏洩した水素が、換気ファン３７の出口に達することを抑制している。

分電盤３８は、第３区画室１６に収容されている。分電盤３８は、水素製造装置３０、燃料電池装置３２および換気ファン３７に駆動電力を供給する。水素製造装置３０に供給される駆動電力は、分電盤３８を介して外部電源に接続されている。また、分電盤３８は、燃料電池装置３２において発電された電力を、外部に供給する。

制御盤３９は、第３区画室１６に収容されている。制御盤３９は、水素製造装置３０、水素エネルギー供給システム１の運転を制御する制御中枢として機能する。より具体的には、制御盤３９は、水素製造装置３０、水素貯蔵装置３１、燃料電池装置３２、第１開閉手段３５、第２開閉手段３６、換気ファン３７および分電盤３８を制御する。制御盤３９は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置および入出力装置等で構成されたマイクロコンピュータであってもよい。制御盤３９は、水素エネルギー供給システム１に設けられた各種センサ（図示せず）からの信号を受信する。受信した信号と、予め記憶装置に記憶された制御ロジック（プログラム）に基づいて、水素エネルギー供給システム１の各構成機器（水素製造装置３０、燃料電池装置３２および換気ファン３７等）に制御指令を送信する。このようにして、制御盤３９は、水素エネルギー供給システム１の運転および停止に必要な全ての動作を統括制御する。

本実施の形態においては、制御盤３９は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の停止時、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６を閉じるとともに、換気ファン３７を停止するように、第１開閉手段３５、第２開閉手段３６および換気ファン３７を制御してもよい。例えば、換気ファン３７は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２を停止させてから一定時間駆動させた後に停止してもよい。この場合、第１区画室１３の換気を十分に行った後に換気ファン３７を停止させることができる。また、換気ファン３７を停止してから一定時間経過した後に、第２開閉手段３６を閉じてもよい。この場合、換気ファン３７の回転が十分に減速してから第２開閉手段３６を閉じることができる。

次に、このように構成された本実施の形態の作用について説明する。

水素製造装置３０の運転時または燃料電池装置３２の運転時、換気ファン３７が駆動される。このことにより、第１区画室１３内の空気が第２区画室１５に排出され、外部の空気が吸気開口１４から第１区画室１３に吸引される。このため、第１区画室１３内で水素が万が一に漏洩した場合であっても、漏洩した水素を拡散させて希釈させることができるとともに、第２区画室１５に排出することができる。また、第１区画室１３内の温度を外気の温度に近づけることができ、第１区画室１３内の温度上昇を抑制することができる。

吸気開口１４から吸引された空気は、燃料電池装置３２の周囲および水素製造装置３０の周囲をこの順番に流れて、換気ファン３７に達する。一般に、水素製造装置３０はエネルギー変換効率が低く、発熱が多い。しかしながら、本実施の形態では、燃料電池装置３２が、水素製造装置３０よりも上流側に配置されているため、水素製造装置３０の発熱の影響を受けることを抑制できる。

第２区画室１５に排出された空気は、第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０から外部に排出される。水素は、空気よりも比重が小さいため、第１区画室１３から第２区画室１５に排出される空気に水素が混合している場合であっても、水素は容易に排気開口２０から排出される。また、第２区画室１５に収容されている水素貯蔵装置３１から水素が漏洩した場合であっても、漏洩した水素は、空気よりも比重が小さいため、第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０から外部に排出される。

このようにして、換気ファン３７を駆動することにより、第１区画室１３を換気することができる。このため、水素が漏洩した場合であっても、漏洩した水素を希釈することができ、水素の濃度を爆発下限値未満に低下させることができる。このため、第１区画室１３内で、火花（またはアーク）などが発生したとしても水素が着火することを防止できる。

ここで、分電盤３８および制御盤３９の電気回路には、動作時に火花を発生させる電気接点が設けられている。水素の濃度が爆発下限値以上である場合、電気接点で発生する火花によって水素が着火する可能性が考えられる。しかしながら、本実施の形態においては、分電盤３８および制御盤３９が、第３区画室１６に収容されている。第３区画室１６は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２が収容された第１区画室１３に対して区画されるとともに、水素貯蔵装置３１が収容された第２区画室１５に対して区画されている。このことにより、第３区画室１６内に水素が浸入することを抑制でき、分電盤３８および制御盤３９において発生する火花によって水素が着火することを防止できる。分電盤３８および制御盤３９を第３区画室１６に収容することにより、換気ファン３７の電源が喪失された場合であっても、漏洩した水素が、第３区画室１６に浸入することを抑制できる。

一方、本実施の形態においては、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の停止時には、換気ファン３７を停止する。この場合、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６は閉じる。

水素製造装置３０の停止時には、水素製造装置３０から水素貯蔵装置３１への水素の貯蔵を停止する。第１開閉手段３５は、第２区画室１５に収容されている。このことにより、第１供給管３３のうち第１区画室１３内に位置する部分に水素が流れることを防止できる。また、第１供給管３３のうち水素製造装置３０から第１開閉手段３５の間の部分における水素の残留量は少ない。当該部分から第１区画室１３内に水素が漏洩したとしても、水素の漏洩量は少ない。このため、第１区画室１３が十分に大きな容積を有していれば、水素の爆発下限値未満に水素濃度を維持することができる。

同様に、燃料電池装置３２の停止時には、燃料電池装置３２の水素ブロワを停止する。第２開閉手段３６は、第２区画室１５に収容されている。このことにより、第２供給管３４のうち第１区画室１３内に位置する部分に水素が流れることを防止できる。また、第２供給管３４のうち第２開閉手段３６から燃料電池装置３２の間の部分における水素の残留量は少ない。当該部分から第１区画室１３内に水素が漏洩したとしても、水素の漏洩量は少ない。このため、第１区画室１３が十分に大きな容積を有していれば、水素の爆発下限値未満に水素濃度を維持することができる。

水素製造装置３０の停止時および燃料電池装置３２の停止時においても、水素貯蔵装置３１から水素が漏洩した水素は、第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０から外部に排出される。この場合においても、漏洩した水素が、第３区画室１６内に浸入することを抑制でき、分電盤３８および制御盤３９において発生する火花によって水素が着火することを抑制できる。

このように本実施の形態によれば、第１区画室１３に水素製造装置３０および燃料電池装置３２が収容され、第２区画室１５に水素貯蔵装置３１、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６が収容されている。第１区画室１３に外部の空気を吸引する吸気開口１４が設けられ、第１区画室１３内の空気は、換気ファン３７によって第２区画室１５に排出される。第２区画室１５の天井に、空気を外部に排出する排気開口２０が設けられている。このことにより、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６を閉じた場合には、水素貯蔵装置３１に貯蔵された水素が第１区画室１３に漏洩することを防止できる。また、制御盤３９は、第１区画室１３および第２区画室１５とは区画された第３区画室１６に収容されている。このため、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６を閉じる場合には、換気ファン３７の駆動を不要にすることができる。この場合、換気のための消費電力を低減することができるとともに、換気による騒音を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、制御盤３９は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の停止時、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６を閉じるとともに、換気ファン３７を停止する。このことにより、水素貯蔵装置３１に貯蔵された水素が第１区画室１３に漏洩することを防止できる。このため、水素製造装置３０及び燃料電池装置３２の停止時に、換気ファン３７を駆動することを不要にできる。この場合、換気のための消費電力を低減することができるとともに換気による騒音を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、第２区画室１５と第３区画室１６が仕切り板１７で区画され、仕切り板１７の上端１７ａが、制御盤３９よりも高い位置に配置されている。水素は空気よりも比重が小さいため、第２区画室１５から第３区画室１６に水素が流入した場合であっても、流入した水素が制御盤３９に達することを抑制できる。このため、第３区画室１６に収容された制御盤３９において発生する火花によって、水素が着火することを抑制できる。

また、本実施の形態によれば、燃料電池装置３２は、水素製造装置３０よりも吸気開口１４の側に配置されている。換気ファン３７が駆動されると、吸気開口１４から換気ファン３７への空気の流れが形成される。このことにより、吸気開口１４から換気ファン３７への空気の流れで見たときに、燃料電池装置３２を、水素製造装置３０よりも上流側に配置することができる。このため、燃料電池装置３２が、水素製造装置３０の発熱の影響を受けることを抑制でき、燃料電池装置３２の劣化を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、第３区画室１６に、分電盤３８が収容されている。このことにより、第２区画室１５から水素が流入することを抑制可能な第３区画室１６に分電盤３８を配置することができる。このため、分電盤３８において発生する火花によって、水素が着火することを抑制できる。

（第２の実施の形態）
次に、図３および図４を用いて、本発明の第２の実施の形態による水素エネルギー供給システムについて説明する。

図３および図４に示す第２の実施の形態においては、燃料電池装置が電池冷却装置によって冷却され、電池冷却装置が、熱交換部と空気供給部と排出部とを含む点が主に異なり、他の構成は、図１および図２に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図３および図４において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図３に示すように、本実施の形態における水素エネルギー供給システム１は、貯湯装置５０と、電池冷却装置５１と、排出開閉装置５２と、空気温度計測器５３と、水素製造冷却装置５４と、を更に備えている。

貯湯装置５０は、燃料電池装置３２の運転時に発生した熱を回収する。より具体的には、貯湯装置５０には、燃料電池装置３２において加熱された水がお湯として供給されて貯留される。例えば、貯湯装置５０は、図示しないが、貯湯槽と、お湯温度計測器と、を含んでいてもよい。貯湯槽には、燃料電池装置３２からライン５５ａを介してお湯が供給される。お湯温度計測器は、貯湯槽に貯留されたお湯の温度を計測する。貯湯槽に貯留されたお湯は、ライン５５ｂを介して後述するラジエータ５６に供給される。お湯温度計測器により計測されたお湯の温度が所定値よりも高い場合に、ラジエータ５６に供給するようにしてもよい。さらに、ラジエータファン５７を駆動してお湯を冷却してもよい。ラジエータ５６を通過したお湯は、ライン５５ｃを介して燃料電池装置３２に供給されて加熱される。このようにしてお湯が、燃料電池装置３２、貯湯装置５０およびラジエータ５６を循環する。お湯の循環のために、図示しないポンプが、１つ以上用いられてもよい。なお、図示しないが、燃料電池装置３２において加熱されたお湯は、水素貯蔵装置３１における水素放出時の加熱に利用してもよい。この場合、ラジエータ５６の駆動頻度を低減させることができ、騒音および消費電力を低減することができる。

貯湯装置５０は、貯留されたお湯を、外部に供給可能に構成されていてもよい。この場合、水素エネルギーの利用効率を向上させることができる。また、貯湯装置５０が、燃料電池の熱を回収するため、燃料電池を冷却することができる。このため、燃料電池の運転時間を長くすることができる。

図３に示すように、第１筐体１１には、２つの吸気開口１４が形成されている。一方の吸気開口１４は、図１に示す吸気開口１４と同様に、上方から見たときに、燃料電池装置３２に対向する位置に配置されている。他方の吸気開口１４は、上方から見たときに、貯湯装置５０に対向する位置に配置されている。換気ファン３７が駆動されると、各吸気開口１４から換気ファン３７への空気の流れが形成され、燃料電池装置３２だけでなく貯湯装置５０が、水素製造装置３０の発熱の影響を受けることを抑制できる。また、貯湯装置５０の周囲に温度が高い空気が滞留することを抑制できる。

電池冷却装置５１は、燃料電池装置３２を冷却する。図４に示すように、電池冷却装置５１は、ラジエータ５６と、ラジエータファン５７（空気供給部）と、排出部５８と、を含んでいてもよい。ラジエータ５６は、アルミなどの金属の薄板で構成された複数枚のフィンを有しており、燃料電池装置３２から熱を回収した熱媒体が内部に流れる熱交換部として機能する。熱媒体は、貯湯装置５０に貯留されたお湯であってもよい。ラジエータファン５７は、ラジエータ５６に、第１区画室１３内の空気を供給する。排出部５８は、ラジエータ５６に供給された空気を第２区画室１５に排出する。排出部５８は、空気の排出流路を有しており、排出流路は共通壁２３に設けられた排出開口２５に連通している。ラジエータファン５７および排出部５８は、第１区画室１３の上部に存在し得る水素を第２区画室１５に排出できるように、共通壁２３の上部に取り付けられていてもよい。ラジエータ５６およびラジエータファン５７は、排出流路内に配置されていてもよい。なお、排出部５８はラジエータ５６への空気の流路を形成する部材であるため、ラジエータ５６の近傍の部分と、ラジエータファン５７の近傍の部分とで別部材で構成されていてもよい。

このような構成により、ラジエータ５６の内部に貯湯装置５０から供給されるお湯が流れて、ラジエータファン５７から供給される空気と上述したフィンを介して熱交換する。このことにより、お湯が冷却される。冷却されたお湯は、貯湯装置５０に供給される。このため、貯湯装置５０に貯留されたお湯が冷却され、燃料電池装置３２を冷却することができる。このようにして、本実施の形態による電池冷却装置５１は、貯湯装置５０を介して燃料電池装置３２を冷却する。燃料電池装置３２を冷却することにより、燃料電池装置３２の運転時間を長くすることができる。一方、ラジエータ５６に供給された空気は、ラジエータ５６の内部を流れるお湯と熱交換し、加熱される。加熱された空気は、排出部５８および排出開口２５を通って、第２区画室１５に排出される。このようにして、電池冷却装置５１のラジエータファン５７を駆動することにより、第１区画室１３の換気を行うことができる。

図３に示すように、ラジエータファン５７および排出開口２５は、上方から見たときに、仕切り板１７と第２筐体１２の側板１９に囲まれている。このことにより、第２区画室１５の天井に形成された排気開口２０を介して外部から排出開口２５に向かう風が吹いて、第２区画室１５から排出開口２５に空気が流れ込むことを防止できる。このため、排出部５８から第２区画室１５に排出される空気の流れが阻害されることを防止でき、水素エネルギー供給システム１を安全に運用することができる。

排出開閉装置５２は、排出部５８内の流路を開閉可能に構成されている。例えば、排出開閉装置５２は、排出開口２５を開閉可能なシャッターを含んでいてもよい。この場合、シャッターは、第２区画室１５内に配置されてもよい。あるいは、排出開閉装置５２は、排出部５８内に配置される弁を含んでいてもよい。排出開閉装置５２は、電気で開閉操作され、制御盤３９により制御される。排出開閉装置５２は、無通電時に開くように構成されていてもよく、あるいは、無通電時に閉じるように構成されていてもよい。排出開閉装置５２を閉じることにより、風の侵入を防止でき、排出開閉装置５２を開くことにより、水素が第１区画室１３に残留することを低減することができる。

空気温度計測器５３は、第１区画室１３内の温度を計測する。空気温度計測器５３は、上方から見たときに、水素製造装置３０と換気ファン３７との間に配置されていてもよい。空気温度計測器５３は、換気ファン３７の近傍に配置されていてもよい。この場合、空気温度計測器５３を、吸気開口１４から換気ファン３７への空気の流れにおける最も下流側に配置することができる。このことにより、第１区画室１３において最も温度が高くなり得る位置に空気温度計測器５３を配置することができる。このため、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の劣化を効果的に防止することができる。

制御盤３９は、空気温度計測器５３により計測された温度計測値が第１閾値Ｔ１よりも高い場合、換気ファン３７を駆動するように換気ファン３７を制御する。この場合、制御盤３９は、排出部５８の流路を閉じるとともにラジエータファン５７を停止するように、排出開閉装置５２およびラジエータファン５７を制御する。このことにより、第１区画室１３内の空気が第２区画室１５に排出され、外部の空気が吸気開口１４から第１区画室１３に吸引される。このため、第１区画室１３内の温度を低下させることができる。また、排出開閉装置５２によって排出部５８の流路が閉じられるため、排出部５８を通って第２区画室１５から第１区画室１３に空気が逆流することを防止できる。なお、貯湯装置５０に貯留されたお湯の温度が高いために電池冷却装置５１のラジエータファン５７が駆動されている場合には、排出部５８の流路は閉じられなくてもよい。

制御盤３９は、空気温度計測器５３により計測された温度計測値が、第１閾値Ｔ１よりも高い第２閾値Ｔ２よりも高い場合、換気ファン３７を駆動するように換気ファン３７を制御する。この場合、制御盤３９は、排出部５８の流路を開くとともにラジエータファン５７を駆動するように、排出開閉装置５２およびラジエータファン５７を制御する。このことにより、第１区画室１３内から第２区画室１５に排出される空気の排出量を増大させることができるとともに、外部から第１区画室１３に吸引される空気の吸引量を増大させることができる。このため、第１区画室１３の換気量を増大させることができ、第１区画室１３内の温度をより一層低下させることができる。

制御盤３９は、空気温度計測器５３により計測された温度計測値が、第２閾値Ｔ２よりも高い第３閾値Ｔ３よりも高い場合、警報を発する。この場合、制御盤３９は、換気ファン３７およびラジエータファン５７を駆動するとともに、排出部５８の流路を開くように、換気ファン３７、ラジエータファン５７および排出開閉装置５２を制御する。また、制御盤３９は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２を停止するとともに、第１開閉手段３５および第２開閉手段３６を閉じる。第３閾値Ｔ３は、水素製造装置３０で用いられる樹脂材料または燃料電池装置３２で用いられる樹脂材料の高温劣化特性に基づいて設定されてもよい。

上述した温度計測値に基づく制御盤３９の制御は、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の運転状態に無関係に行われてもよい。すなわち、温度計測値に基づく制御盤３９の制御は、水素製造装置３０の運転時に行われてもよく、燃料電池装置３２の運転時に行われてもよく、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の停止時に行われてもよい。温度計測値に基づく制御により、第１筐体１１に照射される直射日光によって第１区画室１３内の温度が上昇した場合であっても、第１区画室１３を換気して、第１区画室１３内の温度を低減することができる。水素製造装置３０の停止時および燃料電池装置３２の停止時においても、第１区画室１３内の温度が高くなることを防止できる。このため、水素製造装置３０および燃料電池装置３２の劣化を効果的に防止することができる。

また、上述したように、第１閾値Ｔ１と第２閾値Ｔ２を用いて第１区画室１３の換気を制御することにより、インバータなどを用いて換気ファン３７の回転数を制御することを不要にできる。すなわち、上述した温度計測値に基づく制御は、第１区画室１３の換気量について２段階の調整を行うことができる。このため、換気ファン３７の回転数制御を行わない場合であっても、第１区画室１３の換気量を簡易な構成で調整することができ、低コスト化を図ることができる。

水素製造冷却装置５４は、水素製造装置３０を冷却する。水素製造冷却装置５４は、第１区画室１３内に配置されている。水素製造冷却装置５４は、水素製造装置３０から回収した熱を第１区画室１３内に排出する。例えば、水素製造冷却装置５４は、第１区画室１３内の空気を用いて水素製造装置３０を冷却するように構成されていてもよい。このことにより、水素製造冷却装置５４は、水素を製造する際に発熱した水素製造装置３０を冷却することができる。水素製造装置３０から除去された熱は、第１区画室１３内の空気に放出されてもよい。

このように本実施の形態によれば、燃料電池装置３２が電池冷却装置５１によって冷却される。電池冷却装置５１は、燃料電池装置３２から熱を回収したお湯が内部に流れるラジエータ５６と、ラジエータ５６に第１区画室１３内の空気を冷却媒体として供給するラジエータファン５７と、ラジエータ５６に供給された空気を第２区画室１５に排出する排出部５８と、を含んでいる。このことにより、お湯を冷却した空気を、第２区画室１５に排出することができる。このため、第１区画室１３の換気量を増大させることができる。

また、本実施の形態によれば、排出部５８内の流路が、排出開閉装置５２によって開閉可能になっている。このことにより、ラジエータファン５７の停止時に換気ファン３７が駆動されている場合には、排出部５８を通って第２区画室１５から第１区画室１３に空気が逆流することを防止できる。このため、換気ファン３７により第１区画室１３の換気が阻害されることを防止できる。この場合、第１区画室１３内の水素濃度を効果的に低下させることができるとともに、第１区画室１３内の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、第１区画室１３内の温度が第１閾値Ｔ１よりも高い場合、換気ファン３７が駆動されるとともに排出部５８の流路が閉じられる。このことにより、第１区画室１３内の温度を低下させることができる。このため、水素製造装置３０および燃料電池装置３２が劣化することを防止することができる。

また、本実施の形態によれば、第１区画室１３内の温度が第１閾値Ｔ１よりも高い第２閾値Ｔ２よりも高い場合、換気ファン３７が駆動されるとともに排出部５８の流路を開く。このことにより、第１区画室１３の換気量を増大させることができる。このため、第１区画室１３内の温度の低下速度を高めることができる。このため、水素製造装置３０および燃料電池装置３２が劣化することを効果的に防止することができる。

また、本実施の形態によれば、水素製造装置３０は、水素製造冷却装置５４によって冷却され、水素製造装置３０から回収した熱が、第１区画室１３内に排出される。このことにより、第１区画室１３内に排出された熱は、換気ファン３７を介して第２区画室１５に向かう空気の流れによって第２区画室１５に排出される。このため、水素製造装置３０を効率よく冷却することができる。

なお、上述した本実施の形態においては、電池冷却装置５１が、貯湯装置５０を介して燃料電池装置３２を冷却する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、電池冷却装置５１は、直接的に燃料電池装置３２を冷却するようにしてもよい。この場合、ラジエータ５６の内部を流れる熱媒体を燃料電池装置３２に供給して燃料電池の熱で加熱し、ラジエータ５６において冷却媒体としての空気と熱交換させるようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
次に、図５および図６を用いて本発明の第３の実施の形態による水素エネルギー供給システムについて説明する。

図５および図６に示す第３の実施の形態においては、吸気開口にガラリが設けられるとともに、吸引される空気から塩分を捕集するフィルタが設けられている点が主に異なり、他の構成は、図３および図４に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図５および図６において、図３および図４に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本実施の形態における水素エネルギー供給システム１は、ガラリ６０と、フィルタ６１と、を更に備えている。

ガラリ６０は、吸気開口１４に設けられている。ガラリ６０は、吸気開口１４の外側に配置されている。図６に示すように、ガラリ６０は、外部に向かって斜め下方に延びる複数の板を含んでいる。複数の板は、上下方向に配列されている。

図５に示すように、フィルタ６１は、吸気開口１４に設けられている。フィルタ６１は、吸気開口１４の外側であるが、ガラリ６０の内側に配置されている。フィルタ６１を吸気開口１４の外側に配置することにより、比較的厚いフィルタ６１が、吸気開口１４の内側に配置されることを回避することができ、吸気開口１４の内側のスペースを有効利用することができる。フィルタ６１は、吸引される空気から塩分を捕集する。

図示しないが、換気ファン３７には、庇が設けられていてもよい。庇は、第２区画室１５内に配置され、換気開口２４に対応する位置で共通壁２３に取り付けられていてもよい。このような庇を設けることにより、排気開口２０から第２区画室１５内に落下する雨水が、排出開口２５に入り込むことを防止できる。このため、換気ファン３７が水分によって損傷することを防止することができる。同様にして、排出部５８にも庇が設けられていてもよい。庇は、第２区画室１５内に配置され、排出開口２５に対応する位置で共通壁２３に取り付けられていてもよい。このため、空気供給部が水分によって損傷することを防止することができる。

このように本実施の形態によれば、吸気開口１４にガラリ６０が設けられている。このことにより、吸気開口１４の近傍に落下する雨水はガラリ６０に衝突して、吸気開口１４の外側に案内される。このため、吸気開口１４から第１区画室１３に雨水が入り込むことを防止できる。この場合、燃料電池装置３２を、吸気開口１４に近づけて配置することができ、第１区画室１３をコンパクト化することができる。

また、本実施の形態によれば、吸気開口１４にフィルタ６１が設けられ、吸引される空気から塩分が捕集される。このことにより、第１区画室１３に塩分が浸入することを防止できる。この場合、燃料電池装置３２の燃料電池に供給される酸素含有ガスに塩分が混入することを防止でき、塩分による燃料電池の劣化を防止できる。また、換気ファン３７等の他の機器に塩分による錆が発生することを防止できる。このため、水素エネルギー供給システム１を、海に近い場所に設置することができる。

以上述べた実施の形態によれば、換気のための消費電力を低減することができるとともに、換気による騒音を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

１：水素エネルギー供給システム、１３：第１区画室、１４：吸気開口、１５：第２区画室、１６：第３区画室、１７：仕切り板、１７ａ：上端、２０：排気開口、３０：水素製造装置、３１：水素貯蔵装置、３２：燃料電池装置、３３：第１供給管、３４：第２供給管、３５：第１開閉手段、３６：第２開閉手段、３７：換気ファン、３８：分電盤、３９：制御盤、５１：電池冷却装置、５２：排出開閉装置、５３：空気温度計測器、５４：水素製造冷却装置、５６：ラジエータ、５７：ラジエータファン、５８：排出部、６０：ガラリ、６１：フィルタ

Claims (12)

1. 第１区画室に収容され、水素を製造する水素製造装置と、
   前記第１区画室とは区画された第２区画室に収容され、前記水素製造装置により製造された前記水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
   前記第１区画室に収容され、前記水素貯蔵装置に貯蔵された前記水素を用いて発電を行う燃料電池装置と、
   前記水素製造装置から前記水素貯蔵装置に前記水素を供給する第１供給管と、
   前記水素貯蔵装置から前記燃料電池装置に前記水素を供給する第２供給管と、
   前記第２区画室に収容され、前記第１供給管内の流路を開閉可能な第１開閉手段と、
   前記第２区画室に収容され、前記第２供給管内の流路を開閉可能な第２開閉手段と、
   前記第１区画室内の空気を前記第２区画室に排出する換気装置と、
   前記第１区画室および前記第２区画室とは区画された第３区画室に収容され、前記第１開閉手段、前記第２開閉手段および前記換気装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記第１区画室に、外部の空気を吸引する吸気開口が設けられ、
   前記第２区画室の天井に、前記第２区画室内の空気を外部に排出する排気開口が設けられている、水素エネルギー供給システム。
2. 前記制御装置は、前記水素製造装置および前記燃料電池装置の停止時、前記第１開閉手段および前記第２開閉手段を閉じるとともに、前記換気装置を停止する、請求項１に記載の水素エネルギー供給システム。
3. 前記第２区画室と前記第３区画室は、仕切り板で区画され、
   前記仕切り板の上端は、前記制御装置よりも高い位置に配置されている、請求項１または２に記載の水素エネルギー供給システム。
4. 前記燃料電池装置は、前記水素製造装置よりも前記吸気開口の側に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。
5. 前記第３区画室に収容され、前記水素製造装置、前記燃料電池装置および前記換気装置に駆動電力を供給する分電装置を更に備えた、請求項１～４のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。
6. 前記燃料電池装置を冷却する電池冷却装置を更に備え、
   前記電池冷却装置は、前記燃料電池装置から熱を回収した熱媒体が内部に流れる熱交換部と、前記熱交換部に前記第１区画室内の空気を冷却媒体として供給する空気供給部と、前記熱交換部に供給された前記空気を前記第２区画室に排出する排出部と、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。
7. 前記排出部内の流路を開閉可能な排出開閉装置を更に備えた、請求項６に記載の水素エネルギー供給システム。
8. 前記第１区画室内の温度を計測する空気温度計測器を更に備え、
   前記制御装置は、前記空気温度計測器により計測された温度計測値が第１閾値よりも高い場合、前記換気装置を駆動するとともに前記排出部の流路を閉じるように、前記換気装置および前記排出開閉装置を制御する、請求項７に記載の水素エネルギー供給システム。
9. 前記制御装置は、前記空気温度計測器により計測された温度計測値が前記第１閾値よりも高い第２閾値よりも高い場合、前記換気装置を駆動するとともに前記排出部の流路を開くように、前記換気装置および前記排出開閉装置を制御する、請求項８に記載の水素エネルギー供給システム。
10. 前記水素製造装置を冷却する水素製造冷却装置を更に備え、
    前記水素製造冷却装置は、前記水素製造装置から回収した熱を前記第１区画室内に排出する、請求項１～９のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。
11. 前記吸気開口に設けられたガラリを更に備えた、請求項１～１０のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。
12. 前記吸気開口に設けられ、吸引される前記空気から塩分を捕集するフィルタを更に備えた、請求項１～１１のいずれか一項に記載の水素エネルギー供給システム。

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