特開 2024-128191 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128191

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240913BHJP

   H01M 8/0444 20160101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/04 H

H01M8/0444

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037049

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 剛広

(72)【発明者】

【氏名】松井 晋一郎

(72)【発明者】

【氏名】平岩 琢也

(72)【発明者】

【氏名】品川 学

(72)【発明者】

【氏名】行實 文明

(72)【発明者】

【氏名】寺口 直希

(72)【発明者】

【氏名】久保 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】丸谷 祐介

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AA06

5H127AB04

5H127AB21

5H127AC02

5H127BA02

5H127BA05

5H127DB04

5H127DB14

5H127DC91

5H127EE25

5H127EE27

5H127EE29

(57)【要約】

【課題】燃料電池モジュールが設置される区画内で、燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されにくくする。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、換気流生成部と、を備える。燃料ガス系統は、燃料ガス漏洩リスク部を有する。換気流生成部は、燃料ガス漏洩リスク部に指向した換気流を生成する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、
換気流生成部と、を備え、
前記燃料ガス系統は、燃料ガス漏洩リスク部を有し、
前記換気流生成部は、前記燃料ガス漏洩リスク部に指向した換気流を生成する、燃料電池システム。

【請求項2】

前記燃料ガス漏洩リスク部は、燃料ガス配管継手、配管フランジ、バルブ、燃料ポンプの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃料ガスに対して非防爆型の電気機器をさらに備え、
前記換気流生成部は、前記非防爆型の電気機器とは異なる方向に前記換気流を指向させる、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記燃料ガスは水素ガスであり、
前記非防爆型の電気機器は、少なくとも１つの前記燃料ガス漏洩リスク部よりも下方に配置される、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記燃料電池モジュールと、前記燃料ガス系統と、前記換気流生成部と、を格納した第１区画と、
前記燃料電池モジュールと繋がるカソード空気系統の空気取込部を格納した第２区画と、
前記カソード空気系統を除いて、前記第１区画と前記第２区画との間での空気の流通を遮蔽する隔壁と、を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記第１区画に設けられる吸気口および換気口と、
前記第１区画を換気する換気装置と、
前記第１区画内の燃料ガス濃度を検知するガス検知器と、をさらに備え、
前記ガス検知器が所定値以上の前記燃料ガス濃度を検知した場合に、前記非防爆型の電気機器の作動を停止する、請求項３に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記換気流生成部は、送風ファンである、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記換気流生成部は、吸込ファンである、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記燃料電池モジュールおよび前記燃料ガス系統は、共通の筐体に収容されており、
前記筐体は、前記筐体の外部に配置される外部燃料ガス配管と接続されており、
前記外部燃料ガス配管は、内管と、外管と、を有し、
前記内管は、前記筐体内の前記燃料ガス系統と接続されており、
前記外管は、前記内管の外周面に対して所定の隙間を隔てて配置され、
前記内管と前記外管との間の前記隙間は、前記筐体内に開口し、
前記換気流生成部は、前記外部ガス配管の前記隙間に換気用流体を導入する流体導入部を有し、
前記燃料ガス漏洩リスク部は、前記筐体に対する前記外部ガス配管の接続側から見て、前記内管と前記外管との間の前記隙間と重なって位置する、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記筐体内において、前記燃料電池モジュールは、前記燃料ガス漏洩リスク部に対して、前記筐体と前記外部燃料ガス配管との接続側とは反対側に位置しており、
前記燃料電池モジュールと前記燃料ガス漏洩リスク部との間には、遮蔽板が配置されている、請求項９に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の燃料電池モジュールを用いた燃料電池システムが開示されている。例えば特許文献１には、複数の燃料電池モジュールを複数台ずつ別々の区画に設置し、各区画を１台の換気装置によって換気する例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－２６２４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、燃料電池システムを例えば船舶に搭載するにあたっては、様々なルールに従う必要がある。例えば、あるルールによれば、燃料電池を設置する区画は、特定の危険度区域（第１種危険度区域）と定められている。なお、上記ルールの一例としては、Interim guidelines for the safety of ships using fuel cell power installations （IMO：国際海事機関）が挙げられる。さらに、上記ルールでは、所轄官庁が認めることを条件として、所定の分類方法に基づいて危険度区域を定めてもよいことが例外的に規定されている。上記分類方法では、燃料ガスの漏洩リスクがある部分における漏洩頻度、換気流の流速などの条件に基づき、設置区画の危険度区域を、予め設定された分類フローに従って求める。

【0005】

設置区画の危険度区域の中で、最も安全な区域（通常運転状態では無視できる範囲の危険度である区域）には、燃料ガスに対して非防爆型の電気機器を設置することができる。したがって、異常時には上記電気機器への電力供給を停止する設計とすることで各国のルールをクリアすることができた場合には、上記の安全区域に、上記電気機器として非防爆型の燃料電池モジュールを設置することができる。

【0006】

ところが、上記の安全区域には、分類上、高い換気度が要求される。このため、燃料電池モジュールが設置される区画内で、燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されることを低減することが必要となる。この点、特許文献１のように、複数の区画を１台の換気装置によって換気する構成では、区画ごとの換気が不十分となりやすく、各区画内で燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されるおそれがある。

【0007】

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料電池モジュールが設置される区画内で、燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されにくい燃料電池システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、換気流生成部と、を備え、前記燃料ガス系統は、燃料ガス漏洩リスク部を有し、前記換気流生成部は、前記燃料ガス漏洩リスク部に指向した換気流を生成する。

【発明の効果】

【0009】

上記の構成によれば、燃料電池モジュールが設置される区画内で、燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の一形態に係る燃料電池システムの外観を示す概略斜視図である。

【図2】上記燃料電池システムの内部の構成を示す概略図である。

【図3】上記燃料電池システムが備える燃料モジュールを拡大して示す説明図である。

【図4】上記燃料電池システムの筐体の内部に設けられる仕切壁の断面図である。

【図5】上記燃料電池システムが備えるバルブ装置の詳細を示すブロック図である。

【図6】上記燃料電池システムの水素供給用接続部の周辺の構成を、筐体前方から見たときの説明図である。

【図7】上記水素供給用接続部の周辺の構成を、筐体右側から見たときの説明図である。

【図8】上記燃料電池システムの主要部の構成を模式的に示す説明図である。

【図9】上記燃料電池システムの主要部の他の構成を模式的に示す説明図である。

【図10】上記燃料電池システムにおいて、異常時の制御に関わる構成を示すブロック図である。

【図11】異常時の制御による動作の流れを示すフローチャートである。

【図12】高換気度を実現し得る換気流速の算出の流れを示すフローチャートである。

【図13】換気流量を算出するにあたって用いる各パラメータと、各実施例での各パラメータの値とを示す説明図である。

【図14】上記各パラメータと、各実施例での各パラメータの値とを示す説明図である。

【図15】実施例１での換気流量と換気流速との関係を示す説明図である。

【図16】実施例２での換気流量と換気流速との関係を示す説明図である。

【図17】実施例３での換気流量と換気流速との関係を示す説明図である。

【図18】実施例４での換気流量と換気流速との関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は同一相当部分については同一の参照符号を付し、特に必要がない場合には説明を繰り返さない。

【0012】

＜１．燃料電池システムの概要＞
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００の外観を示す概略斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００の内部の構成を示す概略図である。なお、図２において、実線、一点鎖線、および、二点鎖線の矢印は、流体通路（詳細例は配管）、および、流体通路を流体が流れる向きを示す。また、図２において、破線は、配線を示す。まず、図１および図２を参照して、燃料電池システム１００の概要について説明する。

【0013】

なお、本実施形態では、燃料電池システム１００で用いる燃料ガスとして、水素を用いる例について説明するが、水素以外の燃料ガス（例えばメタンを主成分とするガス）を用いて発電するシステムについても、本実施形態の構成および制御を適用することが可能である。また、燃料電池システム１００は、特に限定される趣旨ではないが、例えば船舶での利用に好適である。

【0014】

図１に示すように、燃料電池システム１００は筐体１を備える。図２に示すように、筐体１は燃料電池モジュール２を収容する。換言すると、燃料電池システム１００は燃料電池モジュール２を備える。詳細には、筐体１に収容される燃料電池モジュール２の数は４つである。ただし、筐体１に収容される燃料電池モジュール２の数は、単数でも４つ以外の複数でもよい。本実施形態では、燃料電池モジュール２は、燃料ガス（水素）に対して非防爆型の電気機器である。

【0015】

燃料電池モジュール２は、燃料電池スタック２ａを有する。また、燃料電池モジュール２は、昇圧コンバータ、空気送風用のコンプレッサ、および、燃料電池スタック２ａを冷却するための冷却液循環用のポンプを含んで構成される。

【0016】

燃料電池スタック２ａは、積層された複数のセルによって構成される。各セルは、固体高分子電解質膜と、アノード極と、カソード極と、一対のセパレータとを有する。アノード極とカソード極とは、固体高分子電解質膜を挟む。アノード極は、負極（燃料極）である。アノード極は、アノード触媒層およびガス拡散層を含む。カソード極は、正極（空気極）である。カソード極は、カソード触媒層およびガス拡散層を含む。アノード極と固体高分子電解質膜とカソード極とは、膜－電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を構成する。一対のセパレータは、膜－電極接合体を挟む。各セパレータは複数の溝を有する。一方のセパレータの各溝は、水素ガスの流路を形成する。他方のセパレータの各溝は、酸化剤ガス（例えば空気）の流路を形成する。

【0017】

アノード極側では、水素が触媒によって水素イオンと電子とに分解される。水素イオンは固体高分子電解質膜を透過してカソード極側に移動する。一方、電子は外部回路を通ってカソード極側に移動する。これにより、電流が発生する（発電する）。カソード極側では、酸化剤ガスに含まれる酸素が、外部回路を流れてきた電子と、固体高分子電解質膜を透過した水素イオンと結合して水を生成する。生成された水は、排気に含まれて燃料電池システム１００の外部に放出される。燃料電池スタック２ａにより発電された電力は、昇圧コンバータにより昇圧されて、燃料電池システム１００の外部に取り出される。

【0018】

図３は、燃料電池モジュール２を拡大して示す説明図である。燃料電池モジュール２の燃料電池スタック２ａには、水素供給配管締込み継手２ｂを介して、後述する水素流通路５の水素供給通路５１が接続される。したがって、水素供給通路５１から供給される水素は、水素供給配管締込み継手２ｂを介して燃料電池スタック２ａに供給される。水素供給配管締込み継手２ｂは、燃料電池スタック２ａと水素供給通路５１との繋ぎ目に位置することから、水素が漏洩するリスクのある部分であり、燃料ガス漏洩リスク部４００を構成する。燃料電池モジュール２から排出される水素は、後述するベント通路５２の共用ベント通路５２１に送られる。

【0019】

また、燃料電池モジュール２は、水素循環ポンプ２ｃを有する。水素循環ポンプ２ｃは、燃料電池スタック２ａでの発電に利用されなかった余剰の水素を、燃料電池スタック２ａに戻すために設けられる。これにより、余剰の水素の燃料電池スタック２ａでの再利用が図られる。水素循環ポンプ２ｃも、構造上、水素が漏洩するリスクのある部分であり、燃料ガス漏洩リスク部４００を構成する。

【0020】

水素供給配管締込み継手２ｂおよび水素循環ポンプ２ｃはどちらも、燃料電池スタック２ａに燃料ガスである水素を供給することから、燃料ガス系統５Ａの一部を構成する。つまり、燃料ガス系統５Ａは、水素供給配管締込み継手２ｂおよび水素循環ポンプ２ｃを、燃料ガス漏洩リスク部４００として備える。

【0021】

本実施形態のように、筐体１内（特に後述する第１区画１１内）に燃料ガス漏洩リスク部４００が存在すると、第１区画１１内で燃料ガスが漏洩したときに、第１区画１１内で燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されるおそれがある。このようなエリアが生成されにくくするため、本実施形態では、換気流生成部１５０（図８参照）を配置している。なお、換気流生成部１５０の詳細については後述する。

【0022】

図１に示すように、燃料電池システム１００は塩分除去装置３を備える。塩分除去装置３は塩分除去フィルタ３ａを有する。塩分除去フィルタ３ａは、筐体１の後述する第２区画前壁１２ａの窓部１２３に設けられる。塩分除去フィルタ３ａにより、塩分が除去された空気が、燃料電池システム１００の筐体１内に取り込まれる。これにより、筐体１内での塩害が抑制される。筐体１内に取り込まれた空気は、後述する空気取込部９（図２参照）を介して燃料電池モジュール２に送られ、燃料電池スタック２ａでの発電に利用される。

【0023】

燃料電池システム１００が備える筐体１は、一例として直方体形状である。以下での説明の便宜上、燃料電池システム１００の説明にあたって、方向を次のように定義する。燃料電池システム１００が配置される水平な床面に対して直交する方向を上下方向とし、床面に対して燃料電池システム１００が配置される側を上として上下を定義する。また、筐体１の塩分除去装置３が配置される側を前側とし、筐体１の前側と反対となる側を後側として前後を定義する。上下方向および前後方向と直交する方向を左右方向とし、前方から後方に向かって左となる側を左側、右となる側を右側として左右を定義する。筐体１を上方から平面視した場合に、筐体１の長手方向は左右方向であり、短手方向は前後方向である。これらの方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定する意図はない。

【0024】

＜２．燃料電池システムの詳細構成＞
［２－１．区画の概要］
図２に示すように、筐体１は、第１区画１１と、第２区画１２と、仕切壁１３と、を含む。第２区画１２は、第１区画１１に隣接して位置する。詳細には、第１区画１１と第２区画１２とは、上下に並ぶ。第１区画１１は、第２区画１２の上方に配置される。なお、第１区画１１と第２区画１２とが上下に並ぶ構成は例示であり、他の構成であってもよい。例えば、第１区画と第２区画とは左右に並ぶ構成であってもよい。第１区画１１には、燃料電池モジュール２が配置される。第２区画１２には、燃料電池モジュール２の作動に関わる補機が配置される。補機については後述する。

【0025】

仕切壁１３は、第１区画１１と第２区画１２とを区画する（仕切る）隔壁である。仕切壁１３は、第１区画１１の底壁を構成する。また、仕切壁１３は、第２区画１２の上壁を構成する。

【0026】

なお、第１区画１１は、仕切壁１３の他、第１区画前壁１１ａ、第１区画後壁１１ｂ、第１区画左壁１１ｃ、第１区画右壁１１ｄ、および、第１区画上壁１１ｅとで構成される。第１区画前壁１１ａは、筐体１の前面壁１ａの上部を構成する。第１区画後壁１１ｂは、筐体１の後面壁１ｂの上部を構成する。第１区画左壁１１ｃは、筐体１の左面壁１ｃの上部を構成する。第１区画右壁１１ｄは、筐体１の右面壁１ｄの上部を構成する。第１区画上壁１１ｅは、筐体１の上面壁１ｅを構成する。

【0027】

また、第２区画１２は、仕切壁１３の他、第２区画前壁１２ａ、第２区画後壁１２ｂ、第２区画左壁１２ｃ、第２区画右壁１２ｄ、および、第２区画底壁１２ｅとで構成される。第２区画前壁１２ａは、筐体１の前面壁１ａの下部を構成する。第２区画後壁１２ｂは、筐体１の後面壁１ｂの下部を構成する。第２区画左壁１２ｃは、筐体１の左面壁１ｃの下部を構成する。第２区画右壁１２ｄは、筐体１の右面壁１ｄの下部を構成する。第２区画底壁１２ｅは、筐体１の底面壁１ｆを構成する。

【0028】

仕切壁１３は、第１区画１１と第２区画１２とを気密に区画する。本実施形態では、詳細は後述するように、第１区画１１は、燃料ガス系統５Ａが設けられる区画であり、水素が漏洩する可能性がある区画である。しかし、２つの区画（第１区画１１、第２区画１２）を気密に区画する仕切壁１３が設けられるため、第１区画１１で水素の漏洩が発生しても、第２区画１２に水素が流入することを防止できる。したがって、第２区画１２に配置される機器を、水素に対する防爆構造とする必要性をなくすことができる。また、第２区画１２に漏洩した水素を換気する機能を設ける必要性をなくすことができる。

【0029】

図４は、筐体１の内部に設けられる仕切壁１３の断面図である。図４に示すように、仕切壁１３は、一部に、上下方向に貫通する貫通孔１３１を有する。貫通孔１３１は、例えば配線や配管等の部材４を通すために設けられる。部材４には、配線および配管のうち少なくとも一方が含まれてよい。本実施形態では、部材４は、配線および配管を含む。図４に示す例において、部材４は配線４１である。仕切壁１３には、複数の配線４１のそれぞれに対して貫通孔１３１が１つずつ設けられている。ただし、これは例示であり、１つの貫通孔１３１が、複数の配線４１を纏めて通す構成であってもよい。なお、配線４１には、電力線および信号線が含まれる。信号線には、制御線およびセンサ線が含まれる。

【0030】

図４に示すように、仕切壁１３には、貫通孔１３１を塞ぐシール構造１３２が設けられる。シール構造１３２により気密性が確保され、第１区画１１で水素の漏洩が発生しても、第２区画１２に水素が流入することを防止できる。シール構造１３２は、例えばシリコーン系コーキング剤などのシーリング材を用いて構成されてよい。図４は、シーリング材を用いて気密性を確保する構成を示す。他の例として、シール構造１３２は、ケーブルグランドを用いて構成されてもよい。

【0031】

なお、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される部材４が配管である場合にも、配線４１の場合と同様のシール構造が適用されてよい。例えば部材４が後述する空気配管４２１（図２参照）であっても、空気配管４２１を除く部分がシール構造１３２によってシールされる。そして、空気配管４２１が貫通孔１３１を通って第１区画１１と第２区画１２とを跨いて配置される。

【0032】

［２－２．第１区画の詳細］
図２に示すように、第１区画１１には、水素流通路５（太い実線）が配置される。別の言い方をすると、燃料電池システム１００は、筐体１内に配置される水素流通路５を備える。詳細には、水素流通路５は、燃料電池モジュール２に水素を供給する水素供給通路５１を含む。水素供給通路５１は、燃料電池スタック２ａに燃料ガスとしての水素を供給する燃料ガス系統５Ａを構成する。すなわち、燃料電池システム１００は、水素供給通路５１を、燃料ガス系統５Ａとして備える。また、水素流通路５は、燃料電池モジュール２から水素を排出するベント通路５２を含む。水素流通路５は、配管により構成することができる。

【0033】

筐体１は、第１区画１１を構成する壁１１ａ～１１ｅ、１３のうち、仕切壁１３とは異なる壁に、水素流通路５と当該筐体１の外部に配置される外部水素流通路２００とを接続する接続部６（図１参照）を有する。接続部６は、水素流通路５と外部水素流通路２００との接続を行う接続箇所そのものでもよいが、両者の接続を実現するための手段であってもよい。本実施形態では、接続部６は、第１区画１１内に配置される水素流通路５の端部を筐体１の外部に露出或いは配置させる開口部である。当該開口部を利用して、水素流通路５と外部水素流通路２００との接続を行うことができる。接続は、具体的には、配管同士の接続である。

【0034】

本実施形態では、接続部６は、第１区画右壁１１ｄに設けられる。ただし、接続部６は、第１区画左壁１１ｃ等の、仕切壁１３以外の第１区画１１を構成する壁に設けられてもよい。接続部６が第１区画１１を構成する仕切壁１３以外の壁に設けられることにより、第２区画１２に水素流通路５が配置されない構成とすることができる。すなわち、第２区画１２において、水素の漏洩に対する対策を施す必要をなくすことができる。これにより、燃料電池システム１００における水素の漏洩に対する対策を容易とすることができる。

【0035】

外部水素流通路２００も、筐体１の内部に配置される水素流通路５と同様に、水素供給用の通路である外部水素供給通路２０１と、水素排気用の通路である外部ベント通路２０２とを含む。これに対応して、接続部６も、水素供給通路５１と外部水素供給通路２０１とを接続するための水素供給用接続部６１と、ベント通路５２と外部ベント通路２０２とを接続するためのベント用接続部６２とを有する（図１参照）。本実施形態では、水素供給用接続部６１およびベント用接続部６２は、第１区画１１を構成する同一の壁（第１区画右壁１１ｄ）に設けられている。ただし、これは例示であり、水素供給用接続部６１とベント用接続部６２とは、第１区画１１を構成する互いに異なる壁に設けられてもよい。

【0036】

本実施形態では、第１区画１１には、複数（例えば４つ）の燃料電池モジュール２が配置される。複数の燃料電池モジュール２は、左右方向に並んで配置される。外部水素供給通路２０１から筐体１内の水素供給通路５１内に入った水素は、バルブ装置５３を介して、水素供給通路５１を４つに分岐する分岐部５６に至る。なお、バルブ装置５３の詳細については後述する。分岐部５６において、水素は、各燃料電池モジュール２に対して専用に設けられた４つの水素供給通路５１に分配される。そして、分配された水素は、各燃料電池モジュール２へと供給される。

【0037】

ベント通路５２は、複数の燃料電池モジュール２の間で共用される共用ベント通路５２１を含む。各燃料電池モジュール２から排出される水素は、共用ベント通路５２１に送られ、外部ベント通路２０２から排出される。なお、燃料電池モジュール２ごとに別々のベント通路を設けて、別々に筐体１の外部に上記水素を排出する構成としてもよい。

【0038】

図５は、バルブ装置５３の詳細を示すブロック図である。バルブ装置５３は、ＤＢＢ（ダブルブロックアンドブリード）と呼ばれる弁構造を有する。詳細には、バルブ装置５３は、上流側ブロック弁５３１と、下流側ブロック弁５３２と、ブリード弁５３３と、を含む。上流側ブロック弁５３１および下流側ブロック弁５３２は、燃料ガス系統５Ａ（特に水素供給通路５１）に設けられて、燃料ガス系統５Ａを開閉（開通または遮断）する。上流側ブロック弁５３１および下流側ブロック弁５３２は、水素供給通路５１内を水素が流れる方向において、上流側からこの順で配置される。したがって、下流側ブロック弁５３２は、上流側ブロック弁５３１と燃料電池モジュール２との間に位置する。

【0039】

ブリード弁５３３は、ベント系統５２２を開閉する弁である。ベント系統５２２は、上流側ブロック弁５３１と下流側ブロック弁５３２との間で燃料ガス系統５Ａから分岐して設けられて共用ベント通路５２１に繋がる配管である。

【0040】

燃料電池モジュール２を作動させる場合、上流側ブロック弁５３１および下流側ブロック弁５３２を開き、ブリード弁５３３を閉じることにより、燃料ガス系統５Ａ（水素供給通路５１内）を流れる水素が、燃料電池モジュール２に供給される。また、上流側ブロック弁５３１および下流側ブロック弁５３２を閉じることにより、燃料電池モジュール２への水素の供給が停止される。このとき、ブリード弁５３３を開くことにより、燃料ガス系統５Ａにおいて、上流側ブロック弁５３１と下流側ブロック弁５３２との間の空間に滞留する水素を、ベント系統５２２および共用ベント通路５２１を介して筐体１の外部に放出することができる。

【0041】

上記の上流側ブロック弁５３１、下流側ブロック弁５３２、およびブリード弁５３３は、構造上、水素が漏洩するリスクのある部分であり、水素循環ポンプ２ｃ（図３参照）等と同様に、燃料ガス漏洩リスク部４００を構成する。すなわち、バルブ装置５３が配置される燃料ガス系統５Ａは、上流側ブロック弁５３１、下流側ブロック弁５３２、およびブリード弁５３３を、燃料ガス漏洩リスク部４００として有する。このとき、上流側ブロック弁５３１、下流側ブロック弁５３２、およびブリード弁５３３をいずれもバルブと呼ぶと、燃料ガス系統５Ａは、燃料ガス漏洩リスク部４００としてのバルブを有するとも言える。

【0042】

図６および図７は、上記した水素供給用接続部６１の周辺の概略の構成を示す説明図である。なお、図６は、筐体１を前方から見たときの状態を示す。図７は、筐体１を右側から、つまり、外部水素供給通路２０１（外部ガス配管）の接続側から見たときの状態を示す。

【0043】

水素供給用接続部６１は開口部ＡＰであり、当該開口部ＡＰを利用して、燃料ガス系統５Ａの水素供給通路５１を構成する配管５１Ｐと、外部水素流通路２００の外部水素供給通路２０１を構成する配管２０１Ｐとが接続される。２つの配管５１Ｐ、２０１Ｐが接続された状態で、水素供給用接続部６１を構成する開口部ＡＰは、その全体が塞がれず、当該開口部ＡＰを介して第１区画１１の内部は、筐体１の外部と連通している。

【0044】

外部水素供給通路２０１を構成する配管２０１Ｐの周囲には、当該配管２０１Ｐを囲むように外管２０３が配置される。換言すると、外部水素供給通路２０１を構成する配管２０１Ｐは、外管２０３の内側に配置される内管である。以下、図６および図７の説明に際して、外部水素供給通路２０１を構成する配管２０１Ｐのことを、内管２０１Ｐと呼ぶ。

【0045】

筐体１には、例えば螺子を利用して外管２０３が取り付けられる。外管２０３は、水素供給用接続部６１を構成する開口部ＡＰを囲む。外管２０３の内径は、開口部ＡＰの直径よりも大きい。内管２０１Ｐと外管２０３との間に形成される内部空間２０４は、開口部ＡＰを介して第１区画１１の内部と連通する。内部空間２０４には、流体導入部２０５から換気用流体（例えば空気）を流すことが可能となっている。すなわち、第１区画１１は、内管２０１Ｐと外管２０３との間の内部空間２０４を介して換気用流体を供給可能に設けられる。

【0046】

このように、本実施形態では、燃料電池モジュール２および燃料ガス系統５Ａが共通の筐体１に収容されている。そして、筐体１は、筐体１の外部に配置される外部水素流通路２００（外部燃料ガス配管）と接続される。外部水素流通路２００は、内管２０１Ｐと、外管２０３と、を有する。内管２０１Ｐは、筐体１内の燃料ガス系統５Ａ（例えば配管５１Ｐ）と接続される。外管２０３は、内管２０１Ｐの外周面に対して所定の隙間（内部空間２０４）を隔てて配置される。内管２０１Ｐと外管２０３との間の隙間は、筐体１内に開口する。

【0047】

内部空間２０４を利用して換気用流体を第１区画１１内に供給することができるために、後述する吸気口１１１のサイズを小さくすることができる。また、場合によっては、吸気口１１１を設けない構成とすることができる。また、内管２０１Ｐから水素が漏洩した場合でも、漏洩した水素を換気用流体と共に内部空間２０４から第１区画１１内に送り、安全に水素を外部に排出することができる。なお、第１区画１１からの換気用流体の排出については後述する。

【0048】

内管２０１Ｐと接続される配管５１Ｐは、第１配管５１Ｐ１と、第２配管５１Ｐ２と、を含む。第１配管５１Ｐ１は、内管２０１Ｐと接続される。第１配管５１Ｐ１は、内管２０１Ｐとの接続側（右側）から左側に向かって真っすぐ延びた後、下方に向かって屈曲する形状を有する（図６参照）。第２配管５１Ｐ２は、第１配管５１Ｐ１とバルブ装置５３とを連結する。第２配管５１Ｐ２は、第１配管５１Ｐ１との接続側から下方に延びた後、筐体１の後方に向かって屈曲し、その後上方に向かって屈曲してバルブ装置５３と接続される（図７参照）。

【0049】

第１配管５１Ｐ１と第２配管５１Ｐ２とは。互いのフランジがボルト締結されて連結される。第１配管５１Ｐ１と第２配管５１Ｐ２との連結部分を、ここでは、配管フランジ５１Ｆと呼ぶ。配管フランジ５１Ｆは、水素が漏洩するリスクのある部分であり、燃料ガス漏洩リスク部４００を構成する。すなわち、燃料ガス系統５Ａは、燃料ガス漏洩リスク部４００としての配管フランジ５１Ｆを有する。

【0050】

図６に示すように、筐体１内において、燃料電池モジュール２は、燃料ガス漏洩リスク部４００としての配管フランジ５１Ｆに対して左側に位置する。つまり、燃料電池モジュール２は、配管フランジ５１Ｆに対して、筐体１と外部水素流通路２００との接続側とは反対側に位置する。

【0051】

図１および図２に示すように、第１区画１１には、換気用の吸気口１１１および換気口１１２が設けられる。吸気口１１１は、第１区画１１を構成する壁１１ａ～１１ｅ、１３のうち、仕切壁１３を除く少なくとも一つの壁に設けられてよい。本実施形態では、吸気口１１１は、第１区画右壁１１ｄに設けられる。第１区画右壁１１ｄに設けられる吸気口１１１は、当該壁を左右方向に貫通する貫通孔である。吸気口１１１から換気用流体が、第１区画１１内に供給される。吸気口１１１には、換気用流体を供給するための配管が取り付けられる。換気用流体は、例えば空気であるが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスであってもよい。

【0052】

第１区画１１は、当該区画内を換気する換気装置、又は、換気装置と接続される換気装置接続部を有する。本実施形態では、図１および図２に示すように、第１区画１１は、換気装置３００と接続される換気装置接続部１１３を有する。換気装置接続部１１３は、換気口１１２を含んで構成される。換気装置３００は、換気口１１２に対して換気用流体の流れの下流側に配置される。換気装置３００は、筐体１側に設けられてもよいし、筐体１が設置される船舶側に設けられてもよい。いずれの場合でも、換気装置３００の駆動により、第１区画１１内の流体は、換気口１１２を介して第１区画１１の外部へと排出される。したがって、第１区画１１内で水素が漏洩した場合であっても、第２区画１２に水素が漏れ込まないように、換気用流体と共に水素を筐体１の外部に排出することができる。

【0053】

詳細には、換気口１１２は、第１区画上壁１１ｅ（筐体１の上面壁１ｅ）に設けられる。すなわち、換気装置接続部１１３は、第１区画１１の上壁である第１区画上壁１１ｅに設けられる。水素が漏洩した場合でも、燃料電池モジュール２の上方に水素を誘導すればよいため、水素の排出を行い易くすることができる。

【0054】

なお、換気装置３００は、第１区画１１の内部に設けられてもよい。この場合、換気装置３００は、換気口１１２に対して換気用流体の流れの上流側に配置される構成とすればよい。この場合も、換気装置３００は、第１区画１１の上壁である第１区画上壁１１ｅに設けられることが好ましい。

【0055】

その他、第１区画１１には、排気路７およびリザーブタンク８が配置される（図２参照）。なお、図２において、排気路７は、細い二点鎖線で示される。

【0056】

排気路７は、燃料電池モジュール２に接続される。排気路７は、詳細には排気管である。燃料電池モジュール２の排気は、排気路７の中を流通する。燃料電池モジュール２の排気中には、発電時に生じた水蒸気と、燃料電池モジュール２に供給されたものの発電に使用されなかった酸素および窒素と、燃料電池スタック２ａのアノード経路から適時パージ排出される水素と、が含まれる。

【0057】

本実施形態では、第１区画１１に配置される４つの燃料電池モジュール２のそれぞれに別々の排気路７が接続される。すなわち、第１区画１１には、４つの排気路７が配置される。４つの排気路７は、第１区画１１内に配置される排気路集合部７１に連結される。排気路集合部７１は、第１区画１１の右端部に配置される。４つの排気路７における排気は、排気路集合部７１で一纏めとされ、１つの末端排気路７２（図１参照）により第１区画１１の外部に放出される。

【0058】

なお、図１に示すように、末端排気路７２の先端（右端）は、第１区画右壁１１ｄから外部に突出する。末端排気路７２の先端には、外部排気路（不図示）が接続され、燃料電池モジュール２における排気を適所に放出する。

【0059】

リザーブタンク８は、燃料電池モジュール２用に設けられる冷却システムＣＳに含まれる（図２参照）。詳細には、燃料電池モジュール２用に設けられる冷却システムＣＳは、第１冷却システムＣＳ１と第２冷却システムＣＳ２とを含む。このために、詳細には、リザーブタンク８には、第１冷却システムＣＳ１が有する第１リザーブタンク８１と、第２冷却システムＣＳ２が有する第２リザーブタンク８２とが含まれる。

【0060】

第１冷却システムＣＳ１は、燃料電池モジュール２が有する燃料電池スタック２ａを冷却する冷却システムである。すなわち、第１区画１１には、燃料電池モジュール２が有する燃料電池スタック２ａを冷却する第１冷却システムＣＳ１に含まれるリザーブタンク８１が配置される。第１冷却システムＣＳ１は、燃料電池モジュール２に含まれるポンプ（不図示）の駆動により、燃料電池スタック２ａを冷却する第１クーラントを循環させる。第１リザーブタンク８１は、必要に応じて、第１クーラントを溜めたり、排出したりする。

【0061】

第１リザーブタンク８１は、燃料電池スタックよりも上方に配置される。このために、不具合により第１クーラントに水素が含有された場合でも、水素を燃料電池スタック２ａよりも高い位置に逃がすことができる。なお、第１冷却システムＣＳ１は、燃料電池モジュール２ごとに設けられる。このために、本実施形態にでは、第１区画１１には、４つの第１リザーブタンク８１が配置される。

【0062】

図２に示すように、各第１リザーブタンク８１は、エア抜き管８１１（細い実線）と繋がっている。また、図１に示すように、エア抜き管８１１の端部は、第１区画右壁１１ｄにおいて開口部（不図示）を介して外部に露出する。不具合によって第１クーラントに水素が含有された場合でも、エア抜き管８１１を介して第１区画１１の外部に水素を排出することができる。

【0063】

第２冷却システムＣＳ２は、燃料電池モジュール２が有する電気機器（特にパワーエレクトロニクス機器）を冷却する冷却システムである。第１区画１１には、燃料電池モジュール２が有する上記電気機器を冷却する第２冷却システムＣＳ２に含まれるリザーブタンク８２が配置される。第２冷却システムＣＳ２は、燃料電池モジュール２の外部に配置されるクーラントポンプ８３（図８参照）の駆動により、上記電気機器を冷却する第２クーラントを循環させる。第２リザーブタンク８２は、必要に応じて、第２クーラントを溜めたり、排出したりする。

【0064】

なお、第２冷却システムＣＳ２は、燃料電池モジュール２ごとに設けられる。このために、本実施形態では、第１区画１１には、４つの第２リザーブタンク８２が配置される。

【0065】

上記のクーラントポンプ８３は、本実施形態では、燃料ガス（水素）に対して非防爆型の電気機器である。すなわち、燃料電池システム１００は、非防爆型の電気機器としてのクーラントポンプ８３を備える。本実施形態では、非防爆型の電気機器が設置される第１区画１１内の換気度を高めるために、換気装置３００とは別の換気手段が第１区画１１に配置されている。なお。上記の換気手段の詳細については後述する。

【0066】

［２－３．第２区画の詳細］
上述のように、第２区画１２には、燃料電池モジュール２の作動に関わる補機が配置される。補機には、図２で示した空気取込部９、熱交換器１０、および、配電盤２０が含まれる。

【0067】

空気取込部９は、燃料電池スタック２ａが有する空気極に供給される空気を取り込む。本実施形態では、第２区画１２に、空気取込部９が配置される。すなわち、空気取込部９は、水素の漏洩が生じない区画に配置される。この配置により、水素を含む空気が空気取込部９から取り込まれるという事態を防止できる。したがって、水素を含んだ空気が燃料電池スタックの空気極に供給されることを防止できる。

【0068】

詳細には、第２区画１２には、空気取込部９が、第１区画１１に複数配置される燃料電池モジュール２と同数配置される。空気取込部９が燃料電池モジュール２ごとに設けられるため、複数の燃料電池モジュール２のいずれかに不具合が生じた場合に、全ての燃料電池モジュール２を停止する必要がなく、不具合が生じていない燃料電池モジュール２を稼働させ続けることができる。

【0069】

空気取込部９は、詳細にはフィルタを含んで構成される。空気取込部９には、空気を流す空気配管４２１（図２において太い二点鎖線で示される）が接続される。空気取込部９および空気配管４２１は、カソード空気系統４２１Ａを構成する。空気配管４２１は、図４で示した部材４に含まれる。空気配管４２１は、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される。燃料電池モジュール２に含まれるコンプレッサが作動することにより、空気取込部９から取り込まれた空気は、燃料電池モジュール２に含まれる燃料電池スタック２ａの空気極に供給される。以上のことから、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール２と繋がるカソード空気系統４２１Ａの空気取込部９を格納した第２区画１２を備える、と言える。

【0070】

熱交換器１０は、燃料電池モジュール２用に設けられる冷却システムＣＳを構成する。上述のように、本実施形態においては、冷却システムＣＳは、第１冷却システムＣＳと第２冷却システムＣＳとを含む。このために、詳細には、熱交換器１０は、第１冷却システムＣＳ１を構成する第１熱交換器１０１と、第２冷却システムＣＳ２を構成する第２熱交換器１０２とを含む。第１熱交換器１０１および第２熱交換器１０２は、燃料電池モジュール２ごとに設けられる。すなわち、第２区画１２には、４つの第１熱交換器１０１と、４つの第２熱交換器１０２とが配置される。

【0071】

第１熱交換器１０１は、第１クーラントと、筐体１の外部から供給される第３クーラントとの間で熱交換を行う。

【0072】

第１クーラントは、第１熱交換器１０１と燃料電池モジュール２に含まれるポンプとを接続する第１クーラント配管４２２を利用して、燃料電池スタック２ａから第１熱交換器１０１へと送られる共に、第１熱交換器１０１から燃料電池スタック２ａに戻される。なお、第１クーラント配管４２２は、図４で示した部材４に含まれる。第１クーラント配管４２２は、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される。第１クーラント配管４２２は、図２において細い一点鎖線で示されている。

【0073】

第３クーラントは、第２区画１２内に配置される第３クーラント配管４２４を用いて、筐体１の外部から第１熱交換器１０１に供給されると共に、第１熱交換器１０１から筐体１の外部へと排出される。第２区画右壁１２ｄには、図１に示すように、第３クーラントの供給および排出を行うための第３クーラント配管４２４を外部の配管と接続するための接続口１２１が設けられる。なお、第３クーラント配管４２４への第３クーラントの供給は、筐体１の外部に配置される装置が利用される。第３クーラントは、特に限定する趣旨ではないが、海水であってよい。第３クーラント配管４２４は、図２において太い一点鎖線で示されている。

【0074】

第２熱交換器１０２は、第２クーラントと、筐体１の外部から供給される第３クーラントとの間で熱交換を行う。第３クーラントの供給と排出を行う設備は、第１熱交換器１０１と共用される。

【0075】

第２クーラントは、第２熱交換器１０２と燃料電池モジュール２に含まれるポンプとを接続する第２クーラント配管４２３を利用して、燃料電池モジュール２に含まれる電気機器から第２熱交換器１０２へと送られる共に、第２熱交換器１０２から上記電気機器に戻される。なお、第２クーラント配管４２３は、図４で示した部材４に含まれ、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される。第２クーラント配管４２３は、図２において細い一点鎖線で示されている。

【0076】

第３クーラントは、第２区画１２内に配置される第３クーラント配管４２４を用いて、筐体１の外部から第２熱交換器１０２に供給されると共に、第２熱交換器１０２から筐体１の外部へと排出される。

【0077】

配電盤２０は、第２区画１２の右端部に配置される。第２区画右壁１２ｄには、配電盤２０と接続される電線を配置する電線配置部１２２が設けられる。電線配置部１２２は、詳細には、筐体１の内部から外部に電線を取り出したり、外部から内部へと電線を入れたりする部分である。また、電線配置部１２２は、筐体１の内部の電線と、外部の電線を接続する部分であってもよい。電線配置部１２２は、電線を通す開口や、電線を接続するコネクタ等で構成されてよい。

【0078】

配電盤２０には、各種の端子およびリレーが含まれる。各種の端子には、例えば、燃料電池モジュール２で発電した電力が流れる電力線４１１（図２の太い破線）と接続される端子が含まれる。なお、電力線４１１は、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される配線４１（図３参照）に含まれる。また、各種の端子には、燃料電池モジュール２の制御を行うための制御線４１２（図２の細い破線）と接続される端子が含まれる。なお、制御線４１２は、第１区画１１と第２区画１２とに跨って配置される配線４１（図３参照）に含まれていてもよい。その他、各種の端子には、圧力センサや温度センサ等のセンサと繋がるセンサ線と接続される端子が含まれる。また、各種の端子には、制御装置５００と通信を行う通信線ＣＬと繋がる端子等が含まれる。

【0079】

制御装置５００は、筐体１内の各部の動作を制御する装置である。すなわち、本実施形態の燃料電池システム１００は、制御装置５００を備える。制御装置５００は、例えばＰＬＣ（Programable Logic Controller）で構成される。本実施形態では、制御装置５００は、筐体１の外部に配置され、通信線ＣＬを介して筐体１の配電盤２０と通信可能に接続される。これにより、配電盤２０を介して筐体１内の各部を制御することができる。なお、制御装置５００は、筐体１内（例えば配電盤２０）に配置されて、外部からリモートで制御されることにより、筐体１の各部を制御する構成であってもよい。

【0080】

＜３．換気流生成部について＞
前述のＩＭＯルールでは、燃料電池設置区画は、原則、第一種危険度区域（Zone 1）に設定される。ただし、所轄官庁の判断に基づき、IEC60079-10-1による危険度区域分類が適用される場合がある。第一種危険度区域および第二種危険度区域（Zone 2またはZone 2NE）に設置する電気機器については、危険度区域の区分に応じた防爆仕様であることが求められ、危険度区域のグレードが高いほど、より安全性の高い防爆仕様であることが求められる。しかし、安全性の高い防爆仕様の電気機器は、より大型で高コストである。そこで、燃料電池設置区画がグレードの低い危険度区域（例えばZone 2NE）に分類されることが検討される。燃料電池設置区画がグレードの低い危険度区域に分類されるためには、高い換気度が必要となる。すなわち、燃料ガス濃度の高いエリアが局所的に生成されにくくすることが必要となる。そこで、本実施形態では、換気流生成部を設けて高い換気度を実現するようにしている。以下、換気流生成部の詳細について説明する。

【0081】

図８は、本実施形態の燃料電池システム１００の主要部の構成を模式的に示す説明図である。図９は、上記主要部の他の構成を示す説明図である。図８および図９に示すように、燃料電池システム１００は、換気流生成部１５０を備える。換気流生成部１５０は、筐体１内（第１区画１１内）に設置され、燃料ガス漏洩リスク部４００に指向した換気流を生成する。図８および図９では、燃料ガス漏洩リスク部４００として、水素供給配管締込み継手２ｂを想定している。

【0082】

ここで、「燃料ガス漏洩リスク部４００に指向した換気流」とは、例えば、図８に示すように、換気流生成部１５０から燃料ガス漏洩リスク部４００の方向に吐き出されて、燃料ガス漏洩リスク部４００に直接向かう換気流Ｗ１であってもよい。また、図９に示すように、換気流生成部１５０が周囲の空気を吸い込むことにより、燃料ガス漏洩リスク部４００から換気流生成部１５０の方向に向かって風Ｗｓが流れる結果、周囲から燃料ガス漏洩リスク部４００の方向に向かって流れ込む換気流Ｗ２であってもよい。前者の換気流Ｗ１は、換気流生成部１５０を送風ファン１５０ａで構成することによって実現される。後者の換気流Ｗ２は、換気流生成部１５０を吸込ファン１５０ｂで構成することによって実現される。図８は、換気流生成部１５０を送風ファン１５０ａで構成した場合を示し、そのときに流れる換気流Ｗ１の向きを実線の矢印で示す。また、図９は、換気流生成部１５０を吸込ファン１５０ｂで構成した場合を示し、そのときに流れる換気流Ｗ２の向きを破線の矢印で示す。

【0083】

このような換気流生成部１５０は、例えばＤＣファンで構成される。ＤＣファンは、直流電源から供給される電力によって駆動される。なお、換気流生成部１５０は、「燃料ガス漏洩リスク部４００に指向した換気流」を生成することができればよく、上記のＤＣファンには限定されず、その他のファンまたは装置を用いることもできる。

【0084】

本実施形態では、換気流生成部１５０は、図８および図９に示すように、燃料ガス漏洩リスク部４００の下方で、かつ、上述したクーラントポンプ８３の横に配置されているが、配置位置は特に限定されない。

【0085】

上記のように換気流生成部１５０を設けることにより、燃料ガス系統５Ａによって燃料電池スタック２ａに供給される燃料ガス（水素）が、燃料ガス漏洩リスク部４００から万が一漏洩した場合でも、換気流生成部１５０が生成した換気流Ｗ１またはＷ２により、漏洩した燃料ガスを速やかに拡散させることができる。これにより、第１区画１１内で燃料ガス濃度が局所的に高いエリアが生成されにくくして、高い換気度を実現することができる。したがって、各国のルールにもよるが、燃料電池モジュール２の設置区画の危険度区域の中で、高い換気度が要求される区域（ルール上で最も安全な区域）に、本実施形態のような非防爆型の燃料電池モジュール２を設置することが可能となる。言い換えれば、船舶に搭載する燃料電池モジュール２として、非防爆型の燃料電池モジュール２を採用することが可能となる。

【0086】

なお、上記の換気度は、換気流量と換気流速とによって規定される。換気流量は、燃料ガス漏洩リスク部４００から漏洩した燃料ガスの流量（漏洩流量）を、燃焼（爆発）下限濃度以下に希釈するために必要な換気流の流量である。換気流速は、燃料ガス漏洩リスク部４００の周辺を流れる換気流の流速である。本実施形態では、燃料電池モジュール２の設置区画である第１区画１１内を、通常時は安全場所である第二種危険度区域（例えばZone 2NE）に分類するために、換気流生成部１５０によって高換気度を実現し得る換気流速を、燃料ガス漏洩リスク部４００の種類ごとにシミュレーションによって具体的に検証した。その結果（実施例）については後述する。

【0087】

ところで、燃料ガスに対して非防爆型のファンを用いて、燃料電池システム１００を低コストで実現することを重視する場合には、燃料ガス漏洩リスク部４００から漏洩した燃料ガスが、換気流生成部１５０に接触することを低減することが望ましい。このような観点では、換気流生成部１５０は、燃料ガス漏洩リスク部４００に対して換気流Ｗ１を吹き付ける構成が望ましい。つまり、非防爆型のファンを用いることを重視する場合、換気流生成部１５０は、換気流Ｗ１を送り出す送風ファン１５０ａであることが望ましい。

【0088】

一方、周辺部品のレイアウトの自由度を増大させることを重視する場合、燃料ガス漏洩リスク部４００から漏洩した燃料ガスを周囲に拡散させることなく回収できるようにすることが望ましい。したがって、上記レイアウトの自由度を重視する観点では、換気流生成部１５０は、空気を吸い込むことによって換気流Ｗ２を生成する吸込ファン１５０ｂであることが望ましい。なお、この場合、吸込ファン１５０ｂは、防爆仕様であることが望ましい。

【0089】

本実施形態では、燃料ガス漏洩リスク部４００は、水素供給配管締込み継手２ｂ（燃料ガス配管継手）、配管フランジ５１Ｆ、バルブ（上流側ブロック弁５３１、下流側ブロック弁５３２、ブリード弁５３３）、水素循環ポンプ２ｃ（燃料ポンプ）の少なくともいずれかを含む。これらはいずれも、燃料ガスの漏洩リスクがある部分である。換気流生成部１５０を設けて高い換気度を実現することができる本実施形態の構成は、水素供給配管締込み継手２ｂ等を燃料ガス漏洩リスク部４００として備える燃料電池システム１００に非常に有効となる。

【0090】

なお、燃料ガス漏洩リスク部４００は、上記の他に、バルブシール部、コンプレッサ、ポンプシール部、リリーフ弁などの、燃料ガスの漏洩リスクがある箇所を含んでいてもよい。

【0091】

本実施形態では、図８に示すように、換気流生成部１５０（送風ファン１５０ａ）によって生成される換気流Ｗ１は、換気流生成部１５０から燃料ガス漏洩リスク部４００に向かって流れる。つまり、換気流Ｗ１は、換気流生成部１５０から、換気流生成部１５０の横に配置されたクーラントポンプ８３に向かう方向とは異なる方向に流れる。また、図９に示すように、換気流生成部１５０（吸込ファン１５０ｂ）によって生成される換気流Ｗ２は、燃料ガス漏洩リスク部４００の周囲から、燃料ガス漏洩リスク部４００に向かって流れる。つまり、換気流Ｗ２は、燃料ガス漏洩リスク部４００の周囲からクーラントポンプ８３に向かう方向とは異なる方向に流れる。

【0092】

燃料ガス漏洩リスク部４００から燃料ガスが漏洩した場合に、非防爆型の電気機器であるクーラントポンプ８３で着火が起こるリスクを低減するためには、燃料ガス漏洩リスク部４００から漏洩した燃料ガスが換気流に載ってクーラントポンプ８３に向かって流れることを低減することが望ましい。そのためには、換気流生成部１５０よって生成される換気流Ｗ１またはＷ２が、クーラントポンプ８３に向かう方向とは異なる方向に流れるように、換気流生成部１５０を配置することが望ましい。つまり、換気流生成部１５０は、クーラントポンプ８３とは異なる方向に換気流Ｗ１またはＷ２を指向させる向きに配置されることが望ましい。

【0093】

本実施形態では、送風方向（換気流Ｗ１が流れる方向）または吸込方向（風Ｗｓが流れる方向）が上下方向となる向きに換気流生成部１５０を配置している。つまり、送風方向または吸込方向が、換気流生成部１５０とクーラントポンプ８３とが並ぶ横方向とは異なる方向となる向きに換気流生成部１５０を配置している。このような向きに換気流生成部１５０を配置することにより、クーラントポンプ８３とは異なる方向に換気流Ｗ１またはＷ２を指向させる構成を実現している。

【0094】

本実施形態では、燃料電池モジュール２に供給する燃料ガスとして、水素（水素ガス）を用いている。水素は空気よりも軽いため、燃料ガス漏洩リスク部４００から漏洩すると、上昇する。したがって、例えば換気流生成部１５０の停止中に、燃料ガス漏洩リスク部４００から水素ガスの漏洩が発生した場合に、非防爆型の電気機器に水素ガスが接触することを低減する観点では、図８および図９に示すように、非防爆型の電気機器（例えばクーラントポンプ８３）は、少なくとも１つの燃料ガス漏洩リスク部４００よりも下方に配置されることが望ましい。

【0095】

図８等に示すように、筐体１の第１区画１１は、燃料電池モジュール２と、燃料ガス系統５Ａと、上記の換気流生成部１５０と、を格納している。本実施形態では、前述のように、カソード空気系統４２１Ａを構成する空気配管４２１が、仕切壁１３の貫通孔１３１（図４参照）を通って第１区画１１と第２区画１２とを跨いて配置され、空気配管４２１以外の部分は、シール構造１３２（図４参照）によってシールされる。このため、カソード空気系統４２１Ａ以外では、第１区画１１と第２区画１２との間での空気の流通が遮蔽される。

【0096】

したがって、仮に、第１区画１１に格納された燃料ガス系統５Ａの燃料ガス漏洩リスク部４００から燃料ガスが漏洩した場合でも、その漏洩した燃料ガスが、第１区画１１から第２区画１２に侵入することは回避される。その結果、漏れた上記燃料ガスが第２区画１２内の空気取込部９から取り込まれて、空気配管４２１を介して燃料電池モジュール２のカソード（空気極）に供給されることも回避される。

【0097】

このように、燃料ガス漏洩リスク部４００から燃料ガスが漏洩した場合に、漏洩した燃料ガスが、燃料電池モジュール２のカソードに供給されることを回避する観点では、燃料電池システム１００が、カソード空気系統４２１Ａを除いて、第１区画１１と第２区画１２との間での空気の流通を遮蔽する隔壁となる仕切壁１３を備えることが望ましい。

【0098】

＜４．換気流生成部の他の構成について＞
図６および図７で示したように、配管フランジ５１Ｆが燃料ガス漏洩リスク部４００を構成する場合、配管フランジ５１Ｆは、筐体１に対する外部水素供給通路２０１（外部ガス配管）の接続側から見て、内管２０１Ｐと外管２０３との間の隙間（内部空間２０４）と重なって位置することが望ましい（特に図７参照）。本実施形態では、上記接続側から見て、配管フランジ５１Ｆの全体が内部空間２０４と重なって位置する。なお、上記接続側から見て、配管フランジ５１Ｆの一部が内部空間２０４と重なって位置してもよい。

【0099】

この場合、流体導入部２０５が換気流生成部１５０を構成してもよい。つまり、換気流生成部１５０は、外部水素供給通路２０１の内部空間２０４に換気用流体を導入する流体導入部２０５を有してもよい。流体導入部２０５から内部空間２０４に換気用流体を導入すると、換気用流体は内部空間２０４を流れて筐体１内に取り込まれる。上記接続側から見て、配管フランジ５１Ｆが内部空間２０４と重なって位置することにより、配管フランジ５１Ｆから燃料ガスが漏洩した場合でも、内部空間２０４を流れた換気用流体（換気流）を、配管フランジ５１Ｆに直接かつ効率よく当てて、漏洩した燃料ガスを速やかに拡散させることができる。

【0100】

したがって、例えば、配管フランジ５１Ｆに対して送風することを目的とするファンを、流体導入部２０５とは別に設ける必要がなくなる。また、この場合、内管２０１Ｐと外管２０３とを含む二重管（外部水素流通路２００）に接続される既存の流体導入部２０５を、換気流生成部１５０として有効利用できる利点もある。

【0101】

また、燃料ガス漏洩リスク部４００としての配管フランジ５１Ｆから漏洩した燃料ガスが、内部空間２０４を流れる換気流によって拡散された後、燃料電池モジュール２に向かって流れることを低減する観点では、図６のように、燃料電池モジュール２と配管フランジ５１Ｆとの間に遮蔽板５４を配置することが有効である。この場合、遮蔽板５４が、換気流によって拡散された燃料ガスの燃料電池モジュール２の方向への進行を阻害する邪魔板となる。上記燃料ガスは、その後、燃料電池モジュール２を避けて換気口１１２（図２等参照）へ向かって流れ、換気装置３００によって筐体１の外部に排出される。

【0102】

＜５．異常時の制御について＞
図８および図９に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００は、第１区画１１に設けられる上述した吸気口１１１および換気口１１２と、第１区画１１を換気する換気装置３００と、を備える。加えて、燃料電池システム１００は、ガス検知器１６０を備える。ガス検知器１６０は、筐体１内の燃料ガス濃度を検知するセンサである。

【0103】

本実施形態では、燃料ガスは水素ガスであるため、ガス検知器１６０は水素濃度を検知する水素センサで構成される。ガス検知器１６０は、例えば換気口１１２の近傍に設けられる。なお、ガス検知器１６０は、燃料ガス漏洩リスク部４００の近傍に設けられてもよい。また、ガス検知器１６０の個数は、１個であってもよいし、複数であってもよい。

【0104】

本実施形態では、燃料ガスの漏れに対する安全を確保するため、図２で示した制御装置５００によって以下の制御が行われる。図１０は、燃料電池システム１００において、異常時の制御に関わる構成を示すブロック図である。図１１は。異常時の制御による動作の流れを示すフローチャートである。

【0105】

なお、ここでは、換気流生成部１５０として、水素に対して非防爆型の送風ファン１５０ａを用いているとする。また、換気装置３００は水素に対して防爆型のファンであるとする。燃料電池システム１００には、燃料電池システム１００に対して各種の指示を入力するためのシステム操作パネル６００が設けられる。システム操作パネル６００は、例えばタッチパネル付きの表示装置で構成される。システム操作パネル６００は、筐体１の外部の制御装置５００と一体化されていてもよいし、制御装置５００とは別体で設けられて、制御装置５００と通信可能であってもよい。また、システム操作パネル６００は、筐体１に設けられてもよい。

【0106】

燃料電池モジュール２が作動中であれば（Ｓ１にてＹｅｓ）、ガス検知器１６０は、筐体１内の水素ガスの濃度を検出する（Ｓ２）。なお、Ｓ１にて、燃料電池モジュール２が作動しているとき、送風ファン１５０ａおよび換気装置３００も作動している。Ｓ２で取得された水素濃度の検出値が所定値未満であれば（Ｓ３にてＮｏ）、Ｓ１に戻って以降の動作を繰り返す。

【0107】

一方、水素濃度の検出値が所定値以上であれば（Ｓ３にてＹｅｓ）、制御装置５００は、燃料電池モジュール２の停止を指示する制御信号を筐体１に出力する（Ｓ４）。これにより、燃料電池モジュール２の作動が停止する。また、制御装置５００は、水素に対して非防爆型の送風ファン１５０ａの停止を指示する制御信号を筐体１に出力する（Ｓ５）。これにより、送風ファン１５０ａが停止する。なお、システム操作パネル６００のモニタには、燃料電池モジュール２および送風ファン１５０ａが停止したことが情報として表示される。換気装置３００は防爆型であるため、換気を継続させる。

【0108】

なお、換気装置３００は、例えば船舶側に設けられていてもよい。この場合、換気装置３００は制御装置５００と通信可能に繋がっていないが、繋がっていてもよい。また、システム操作パネル６００にて、燃料電池モジュール２の停止指示を手動で入力した場合は、Ｓ４以降の動作が行われる。

【0109】

以上のように、燃料ガスの漏れにより、第１区画１１内の燃料ガス濃度が所定値以上となった場合には、安全を確保するために、非防爆型の電気機器である送風ファン１５０ａの作動を停止させることが望ましい（Ｓ３、Ｓ５参照）。また、第１区画１１内の燃料ガス濃度を所定値未満に低減して、燃料ガスの漏れの影響を最小限に留める点では、送風ファン１５０ａの作動が停止した後であっても、防爆型の換気装置３００は、第１区画１１内の換気を継続することが望ましい。

【0110】

なお、Ｓ４で燃料電池モジュール２の作動を停止させた場合、バルブ装置５３の遮断弁（上流側ブロック弁５３１、下流側ブロック弁５３２）を閉じてもよい。

【0111】

＜６．換気流生成部によって実現し得る換気流速について＞
次に、換気流生成部１５０によって高換気度を実現し得る換気流速について検証した結果を、実施例として説明する。以下では、燃料ガス漏洩リスク部４００として、配管フランジ５１Ｆ（実施例１）、水素供給配管締込み継手２ｂ（実施例２）、上流側ブロック弁５３１（実施例３）、水素循環ポンプ２ｃ（実施例４）、を例に挙げて検証した。そして、国際規格（IEC60079-10-1）に基づき、実施例１～４のそれぞれについて、高換気度を実現し得る換気流速を算出した。

【0112】

図１２は、高換気度を実現し得る換気流速の算出の流れを示すフローチャートである。以下のフローを、実施例１～４ごとに行う。まず、燃料ガス漏洩リスク部４００における漏洩ガスの放出開口部の面積（想定口径）を特定する（Ｓ１１）。次に、燃料ガス漏洩リスク部４００における漏洩ガスの放出特性を算出する（Ｓ１２）。この放出特性は、漏洩ガスの流量を燃焼下限濃度以下に希釈するために必要な換気流の流量（換気流量Ｑｃ）に対応する。そして、最後に、高換気度を実現するために必要な換気流の換気流速ｕｗを、換気流量Ｑｃに基づいて求める（Ｓ１３）。

【0113】

図１３および図１４は、換気流量Ｑｃを算出するにあたって用いる各パラメータと、実施例１～４での各パラメータの値とを示している。なお、図１３および図１４において、「ＡＥ－Ｘ」の形式で示した値は、「Ａ×１０^-X」であることを示す。各パラメータの内容は、以下の通りである。

【0114】

Ｃｄは、放出開口部の特性である放出係数を示す。Ｓは放出開口部の面積を示す。なお、上記の面積については、漏洩リスク部ごとに上記の規格で予め推奨値として定められた値を用いる。Ｐはプロセス圧力、すなわち、燃料電池モジュール２が設置される第１区画１１内の圧力を示す。γは比熱比を示す。Ｍは気体または蒸気のモル質量を示す。Ｚは圧縮係数を示す。Ｒは気体定数を示す。Ｔは流体、気体または液体の温度を示し、ここでは２０℃（絶対温度で２９３．１５Ｋ）とする。Ｗｇは気体の質量放出率を示し、図１３の式（Ａ）によって定義される。Ｑｇは気体の体積放出率を示す。なお、単位のＮＬＭは、Normal Litter /Minの略である。

【0115】

Ｐａは大気圧を示す。Ｔａは周囲温度を示し、ここでは２０℃（絶対温度で２９３．１５Ｋ）とする。ρｇは、気体または蒸気の密度を示し、図１４の式（Ｂ）によって定義される。ＬＦＬは燃焼下限濃度（Lower Flammability Limit）を示す。Ｑｃは、図１４の式（Ｃ）によって定義される換気流量を示す。ｕｗ＿ｈは、高希釈（高換気度）を実現するために必要な換気流速を示す（＿ｈはhigh dilutionの意味）。

【0116】

図１５～図１８は、換気流量Ｑｃと換気流速ｕｗとで規定される高希釈（換気度：高）、中希釈（換気度：中）、低希釈（換気度：低）の各領域を示すとともに、実施例１～４のそれぞれにおいて、式（Ｃ）によって求めた換気流量Ｑｃを座標平面上にプロットした図である。なお、図中の縦軸（換気流速ｕｗ）および横軸（換気流量Ｑｃ）は、いずれも対数表示である。また、境界線Ｌ１は、高希釈の領域と、中希釈の領域との境界線を示す。境界線Ｌ２は、中希釈の領域と、低希釈の領域との境界線を示す。

【0117】

これらの図面より、高希釈、すなわち、高換気度を実現するためには、実施例１～４における換気流量Ｑｃの値で、最低、境界線Ｌ１上の換気流速ｕｗ（すなわちｕｗ＿ｈ）を実現することが必要となる。実施例１～４では、図１４で示した換気流速ｕｗ＿ｈの値を実現し得る換気流生成部１５０（例えば送風ファン１５０ａ）を適切に選定して設置することにより、設置区画内の高換気度を実現することができる。

【0118】

設置区画内の高換気度を実現することができれば、上記規格に基づき、換気有効度および放出等級を満足すること、各国で定められたルールを満足することを条件として、燃料電池モジュール２の設置場所である第１区画１１内を、安全区域（Zone 2NE）に分類することができ、これによって、非防爆型の燃料電池モジュール２を第１区画１１内に設置することができる。なお、換気有効度については、例えば船体側の換気ファンで燃料電池システム１００の筐体１内を常時換気することにより、満足することができる。放出等級については、実施例１～４で示したいずれの燃料ガス漏洩リスク部４００についても、燃料電池システム１００の通常運転時には燃料ガスの放出または漏洩が発生しないため、この条件も満足することができる。

【0119】

＜４．付記＞
本実施形態で説明した燃料電池システムは、以下の付記に示す燃料電池システムと表現することもできる。

【0120】

付記（１）の燃料電池システムは、
燃料電池スタックを有する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス系統と、
換気流生成部と、を備え、
前記燃料ガス系統は、燃料ガス漏洩リスク部を有し、
前記換気流生成部は、前記燃料ガス漏洩リスク部に指向した換気流を生成する。

【0121】

付記（２）の燃料電池システムは、付記（１）に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス漏洩リスク部は、燃料ガス配管継手、配管フランジ、遮断弁、燃料ポンプの少なくともいずれかを含む。

【0122】

付記（３）の燃料電池システムは、付記（１）または（２）に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスに対して非防爆型の電気機器をさらに備え、
前記換気流生成部は、前記非防爆型の電気機器とは異なる方向に前記換気流を指向させる。

【0123】

付記（４）の燃料電池システムは、付記（３）に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスは水素ガスであり、
前記非防爆型の電気機器は、少なくとも１つの前記燃料ガス漏洩リスク部よりも下方に配置される。

【0124】

付記（５）の燃料電池システムは、付記（１）から（４）のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池モジュールと、前記燃料ガス系統と、前記換気流生成部と、を格納した第１区画と、
前記燃料電池モジュールと繋がるカソード空気系統の空気取込部を格納した第２区画と、
前記カソード空気系統を除いて、前記第１区画と前記第２区画との間での空気の流通を遮蔽する隔壁と、を備える。

【0125】

付記（６）の燃料電池システムは、付記（３）に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１区画に設けられる吸気口および換気口と、
前記第１区画を換気する換気装置と、
前記第１区画内の燃料ガス濃度を検知するガス検知器と、をさらに備え、
前記ガス検知器が所定値以上の前記燃料ガス濃度を検知した場合に、前記非防爆型の電気機器の作動を停止する。

【0126】

付記（７）の燃料電池システムは、付記（１）から（６）のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記換気流生成部は、送風ファンである。

【0127】

付記（８）の燃料電池システムは、付記（１）から（６）のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記換気流生成部は、吸込ファンである。

【0128】

付記（９）の燃料電池システムは、付記（１）から（８）のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池モジュールおよび前記燃料ガス系統は、共通の筐体に収容されており、
前記筐体は、前記筐体の外部に配置される外部燃料ガス配管と接続されており、
前記外部燃料ガス配管は、内管と、外管と、を有し、
前記内管は、前記筐体内の前記燃料ガス系統と接続されており、
前記外管は、前記内管の外周面に対して所定の隙間を隔てて配置され、
前記内管と前記外管との間の前記隙間は、前記筐体内に開口し、
前記換気流生成部は、前記外部ガス配管の前記隙間に換気用流体を導入する流体導入部を有し、
前記燃料ガス漏洩リスク部は、前記筐体に対する前記外部ガス配管の接続側から見て、前記内管と前記外管との間の前記隙間と重なって位置する。

【0129】

付記（１０）の燃料電池システムは、付記（９）に記載の燃料電池システムにおいて、
前記筐体内において、前記燃料電池モジュールは、前記燃料ガス漏洩リスク部に対して、前記筐体と前記外部燃料ガス配管との接続側とは反対側に位置しており、
前記燃料電池モジュールと前記燃料ガス漏洩リスク部との間には、遮蔽板が配置されている。

【0130】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0131】

本発明の燃料電池システムは、例えば船舶での電力の生成に利用可能である。

【符号の説明】

【0132】

１ 筐体
２ 燃料電池モジュール
２ａ 燃料電池スタック
２ｂ 水素供給配管締込み継手（燃料ガス漏洩リスク部）
２ｃ 水素循環ポンプ（燃料ガス漏洩リスク部、燃料ポンプ）
５Ａ 燃料ガス系統
９ 空気取込部
１１ 第１区画
１２ 第２区画
１３ 仕切壁（隔壁）
５１Ｆ 配管フランジ（燃料ガス漏洩リスク部）
５４ 遮蔽板
８３ クーラントポンプ（非防爆型の電気機器）
１００ 燃料電池システム
１１１ 吸気口
１１２ 換気口
１５０ 換気流生成部
１５０ａ 送風ファン
１５０ｂ 吸込ファン
１６０ ガス検知器
２００ 外部水素流通路（外部燃料ガス配管）
２０１Ｐ 内管
２０３ 外管
２０４ 内部空間（隙間）
２０５ 流体導入部
３００ 換気装置
４００ 燃料ガス漏洩リスク部
４２１Ａ カソード空気系統
５３１ 上流側ブロック弁（燃料ガス漏洩リスク部、バルブ）
５３２ 下流側ブロック弁（燃料ガス漏洩リスク部、バルブ）
５３３ ブリード弁（燃料ガス漏洩リスク部、バルブ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】