JP6738558B2 - 燃料電池船 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池船に関する。

燃料電池を動力源とする推進システムを備えた燃料電池船が、特許文献１に記載されている。

特開２０１５−１９６４０８号公報

水素を燃料とする燃料電池が搭載された燃料電池船において、不要となった水素が大気中に排出される場合がある。水素は可燃性を有するため、排出された水素が好ましくない反応を引き起こすおそれがある。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、燃料電池船から排出された水素が好ましくない反応を引き起こす可能性を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池船は、水素を燃料とする燃料電池と、喫水線よりも下側の船体、かつ船体後部に設けられた水素排出口と、船尾に設けられた船外機とを備え、前記水素排出口が前記船外機のスクリューに向けて設けられている。

本発明によれば、燃料電池船から排出された水素が好ましくない反応を引き起こす可能性を低減することができる。

燃料電池船の断面図である。 水素排出口の拡大図である。 水素排出口の別の拡大図である。 逆止弁の拡大図である。 他の実施形態に係る燃料電池船の断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

図１に、水上モビリティーである燃料電池船１を示している。この燃料電池船１においては、水素を貯蔵する水素タンク２と、この水素タンク２に取り付けられた、開閉可能な電磁弁２１とが設けられている。

電磁弁２１には、その下流側に配管Ｄ１が接続されている。この配管Ｄ１の下流側には、該配管を通して水素タンク２から供給された水素の圧力を調整する圧力調整器３が接続されている。この圧力調整器はレギュレータとも呼ばれる。

圧力調整器３には、その下流側に配管Ｄ２が接続されている。この配管Ｄ２の下流側には、該配管を通して圧力調整器３から供給された水素を燃料とする燃料電池を備えた燃料電池システム４が設けられている。この燃料電池システム４は、当該燃料電池システム４の上流側に取り付けられた、開閉可能な電磁弁４１を介して配管Ｄ２と接続している。

圧力調整器３には、水素供給元側である一次側の圧力を一定に保つための第１圧力逃がし弁３１が設けられている。この第１圧力逃がし弁３１の下流側には配管Ｄ３が設けられており、この配管Ｄ３の下流側にはディスク式の逆止弁５が設けられている。逆止弁５には、その下流側に、船体上下方向に延びている配管Ｄ４が接続されている。配管Ｄ４は、燃料電池船１の船底部に設けられた水素排出口６に通じている。

水素排出口６は、燃料電池船１において不要となった水素を船外に排出するためのものであって、喫水線Ｌよりも下側に設けられている。上記逆止弁５は、水素排出口６から圧力調整器３及び燃料電池システム４に水が逆流することを防止するために設けられている。

圧力調整器３にはさらに、水素消費側である二次側の圧力を一定に保つための第２圧力逃がし弁３２が設けられている。この第２圧力逃がし弁３２の下流側には、配管Ｄ５が設けられている。この配管Ｄ５は、配管Ｄ３の途中において配管Ｄ３に接続されている。

燃料電池システム４には、その下流側に開閉可能なパージバルブ４２が設けられている。このパージバルブ４２は、パージと呼ばれる処理の際に開放される。パージとは、燃料電池システム４において不要となった水素を外部に排出する処理のことである。パージバルブ４２には、その下流側に配管Ｄ６が接続されており、この配管Ｄ６は、配管Ｄ３の途中において配管Ｄ３に接続されている。

このような燃料電池船１において、不要となった水素は、第１圧力逃がし弁３１と第２圧力逃がし弁３２とパージバルブ４２とのいずれかを通して水素排出口６から水中に排出される。

図２（ａ）に示しているように、逆止弁５の上流側の水素ガス圧Ｐ１が逆止弁５の下流側の水圧Ｐ２以下の場合、逆止弁５は閉じた状態にある。逆止弁５から水素排出口６に至る配管Ｄ４には水Ｗが入り込んでいる。そして、同図（ｂ）に示しているように、パージバルブ４２と第１圧力逃がし弁３１と第２圧力逃がし弁３２との少なくともいずれかが開かれて、水素ガス圧Ｐ１が水圧Ｐ２を上回ると、逆止弁５は開いた状態となる。この逆止弁５及び水素排出口６を通して、不要となった水素Ｈが水中に排出される。

この水素排出の詳細を図３に示している。図３（ａ）は、図２（ａ）と同様に、逆止弁５の上流側の水素ガス圧Ｐ１が逆止弁５の下流側の水圧Ｐ２以下の場合を示している。この場合、逆止弁５は閉じた状態にあり、逆止弁５から水素排出口６に至る配管Ｄ４には水Ｗが入り込んでいる。

続いて図３（ｂ）に示しているように、パージバルブ４２と第１圧力逃がし弁３１と第２圧力逃がし弁３２との少なくともいずれかが開かれて、水素ガス圧Ｐ１が上昇し、水素ガス圧Ｐ１が水圧Ｐ２を上回ると、逆止弁５は開いた状態となる。そして、水素が逆止弁５を通過して配管Ｄ４に入り込む。図示しているように、配管Ｄ４内の上流側が水素Ｈで満たされており、配管Ｄ４内の下流側が水Ｗで満たされている。

水素ガス圧Ｐ１がさらに上昇し、水素ガス圧Ｐ１から水圧Ｐ２を差し引いた圧力差が図３（ｂ）の場合よりも大きくなると、配管Ｄ４において水素の占める領域が増加し、水の占める領域は減少する。図３（ｃ）に、配管Ｄ４全体が水素Ｈで満たされた状態を示している。上記圧力差がさらに大きくなると、図３（ｄ）に示しているように、水素排出口６から水素Ｈが気泡Ｂとなって水中に排出される。

このように、不要となった水素が配管Ｄ４内に徐々に溜まってゆき、いずれ水素排出口６から水素が溢れる。溢れた水素は、気泡となって水中へ排出される。

図４に、逆止弁５の構造を示している。逆止弁５は、弁本体部５１と、該弁本体部５１の下流側に固定された支持部材５２と、ばね５３とを備えている。弁本体部５１は、ばね５３により支持部材５２に接続されている。弁本体部５１は、ばね５３の撓み量の変化に伴って船体上下方向に動くように構成されている。

同図（ａ）に示しているように、水素ガス圧Ｐ１が水圧Ｐ２以下の場合、逆止弁５は閉塞状態にある。そのため、水が逆止弁５よりも上流側の配管Ｄ３に入り込むことはない。このときの弁本体部５１の位置を閉塞位置と呼ぶ。

同図（ｂ）に示しているように、水素ガス圧Ｐ１が水圧Ｐ２を上回ると、ばね５３が同図（ａ）のときに比べて撓み、弁本体部５１が前記閉塞位置よりも下側に移動する。その結果、逆止弁５は開放状態となり、水素が逆止弁５の上流側の配管Ｄ３から下流側の配管Ｄ４に向かって移動する。

以上のような実施形態によれば、燃料電池船において不要となった水素は、喫水線よりも下側の船底部に設けられている水素排出口から水中に排出される。水中に排出された水素が大気中に移動する可能性があるとしても、水素が水中で拡散した後に大気中に移動するため、大気中の局所的な水素濃度上昇を抑えることができる。このようにして、排出された水素が好ましくない反応を引き起こす可能性を、火気が存在する可能性のある大気中に直接的に水素を排出する場合に比べて低減することができる。

特に軽量な小型船舶の場合、船全体の重量バランスの観点から、燃料電池システム４は甲板のような船体の上方よりも、下方に搭載される可能性が高いことが想定される。このような場合、大気中へ水素を排出すると船体内又は甲板上で火気に接触する可能性がある。しかし、本実施形態によれば、そのような可能性も低減することができる。

また、逆止弁を設けたことにより、水素排出口から圧力調整器及び燃料電池システムに対する水の逆流を防止することができる。燃料電池システムの機能を損なわずに水素を水中に排出することができる。

水素を大気中に直接的に排出する場合、大気中に排出する前に水素を安全な濃度に希釈するための希釈システムを設けることが必要となる。しかし、本実施形態によれば、そのような希釈システムを設ける必要がなくなるか、または設けるにしても簡素化することできる。その結果、部品点数が削減され、コストダウンに繋がる。

その他、水素排出口から排出される水素を水中に拡散し易くするための仕組みを設けてもよい。例えば、水素排出口にメッシュを設けることができる。

図５に、船尾に船外機９が取り付けられた燃料電池船１ａを示している。船外機９は、燃料電池システム４内の燃料電池から供給された電力により駆動される。燃料電池船１ａにおいては、逆止弁５の下流側に、船体前後方向に延びている配管Ｄ９が設けられている。この配管Ｄ９は、船体後部に設けられた水素排出口６ａに通じている。この水素排出口６ａは、喫水線Ｌよりも下側に位置しており、かつ船外機９に取り付けられたスクリュー９ａの近傍に位置している。水素排出口６ａは、水が波打ったとしても、該水素排出口６ａが大気中に露出しないような位置に設けることができる。

図５に示した実施形態によれば、水素排出口６ａから排出された水素が水中でスクリュー９ａにより撹拌されることで、水素が水中に拡散し易くなる。すなわち、水素が水中から大気中に移動したとしても、大気中の局所的な水素濃度上昇を一層抑えることができる。

水素排出口を船体前部に設けてもよい。これにより、特に燃料電池船のアイドリング時において、水素を水中に排出することができる。
また、この場合において、喫水線Ｌよりも僅かに下側の船体に水素排出口を設けることもできる。これにより、燃料電池船が前進している場合は、船首が上がり（ハンプ）、水素排出口が大気中に一部露出することがあっても、燃料電池船は前進しているため、一部露出した水素排出口から大気中に排出された僅かな水素は船体（船首）にぶつかり撹拌されるため、燃料電池船が前進している場合でも、大気中の局所的な水素濃度上昇を抑えることができる。

逆止弁はディスク式に限られず、他の方式のものを用いてもよい。また、水素排出口を船体に複数設けることもできる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態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各種の変形及び変更が可能である。

１、１ａ 燃料電池船

２ 水素タンク
２１ 電磁弁

３ 圧力調整器
３１ 第１圧力逃がし弁
３２ 第２圧力逃がし弁

４ 燃料電池システム
４１ 電磁弁
４２ パージバルブ

５ 逆止弁
５１ 弁本体部
５２ 支持部材
５３ ばね

６、６ａ 水素排出口

Ｌ 喫水線

Claims (3)

1. 水素を燃料とする燃料電池と、
   喫水線よりも下側の船体、かつ船体後部に設けられた水素排出口と、
   船尾に設けられた船外機と
   を備え、
   前記水素排出口が前記船外機のスクリューに向けて設けられている、
   燃料電池船。
2. 水素を燃料とする燃料電池と、
   喫水線よりも下側の船体、かつ船体後部に設けられた水素排出口と、
   船尾に設けられた船外機と
   を備え、
   前記水素排出口から排出された水素が前記船外機のスクリューに当たることで水素が撹拌されるように前記水素排出口が設けられている、
   燃料電池船。
3. 前記水素排出口に通じる配管に、水逆流防止用の逆止弁を備えている請求項１又は２に記載の燃料電池船。

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