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(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】P2024064683
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】燃料電池発電装置
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20240507BHJP
H01M 8/04044 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/04029 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20240507BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20240507BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 Z
H01M8/04044
H01M8/04029
H01M8/04537
H01M8/249
H01M8/04858
H01M8/00 A
H01M8/04 J
H01M8/10 101
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022173447
(22)【出願日】2022-10-28
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】高橋 邦幸
(72)【発明者】
【氏名】福村 琢
(72)【発明者】
【氏名】高野 洋
(72)【発明者】
【氏名】三上 誠
【テーマコード（参考）】
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
5H126BB06
5H127AA06
5H127AB14
5H127AB29
5H127BA01
5H127BA02
5H127BA05
5H127BA06
5H127BA12
5H127BA18
5H127BA19
5H127BA28
5H127BA33
5H127BA57
5H127BA62
5H127BB02
5H127BB07
5H127BB12
5H127BB37
5H127BB39
5H127CC06
5H127DB72
5H127DC45
5H127DC58
(57)【要約】
【課題】様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置を提供すること。
【解決手段】燃料極と空気極を有する燃料電池と、前記燃料極に水素を供給する燃料管と、空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【選択図】図１
【解決手段】燃料極と空気極を有する燃料電池と、前記燃料極に水素を供給する燃料管と、空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、
前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、
前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【請求項2】
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項3】
前記第２中間熱交換器が前記第２冷却液の熱を放熱する冷熱源は、前記第１中間熱交換器が前記第１冷却液の熱を放熱する冷熱源と同じである、請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項4】
前記第１冷却液からイオンを取り除くイオン交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項5】
前記第１冷却液の電気伝導度を測定するセンサを備える、請求項４に記載の燃料電池発電装置。
【請求項6】
前記第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第１タンクを備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項7】
前記燃料極の出口から排出される第１混相流から水素ガスを分離する第１気液分離器と、
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項8】
前記排気管は、前記第１気液分離器により分離された排水と、前記排水に混入する水素と、前記空気極の出口から排出される排空気とを合流させた第２混相流を排出する、請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項9】
前記第２混相流から水と気体を分離する第２気液分離器を備える、請求項８に記載の燃料電池発電装置。
【請求項10】
複数の燃料電池プラットフォームを備え、
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気フィルタ、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気フィルタ、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項11】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記第１中間熱交換器は、共通の冷熱源との間で熱交換する、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項12】
前記共通の冷熱源は、空冷冷却器、開放式冷却塔、密閉式冷却塔、工場の冷却水、上水、河川水、海水、液化水素の気化熱、または圧縮水素が膨張した際の冷熱である、請求項１１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項13】
前記出力線から外部への供給電力が所定値に維持されるように、複数の前記燃料電池の各出力を制御する制御装置を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項14】
前記制御装置は、複数の前記燃料電池のうち、一部の前記燃料電池を他の前記燃料電池から切り離し、前記供給電力が前記所定値に維持されるように、前記他の前記燃料電池の出力電力を制御する、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項15】
前記複数の燃料電池プラットフォームに個別の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項16】
前記複数の燃料電池プラットフォームに共通の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項17】
前記出力線に接続される二次電池を備え、
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項18】
前記出力線に接続される、並列に接続された複数の蓄電池を備え、
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項19】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料管に不活性ガスを個別にパージするパージ系統を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、燃料電池スタックから排出される第１冷却液を冷却する第１熱交換器と、燃料電池スタックの出力電圧を昇圧するコンバータ等のいくつかの補機から排出される第２冷却液を冷却する第２熱交換器とを備える燃料電池モジュールが知られている。熱交換器の具体例として、車両のラジエータが挙げられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－８６２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、熱交換器が車両のラジエータに限られていると、燃料電池発電装置を様々な用途に適用することが難しい。
【0005】
本開示は、様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１態様では、燃料電池発電装置は、
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、
前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える。
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
空気に含まれる不純物を取り除く空気フィルタと、
前記空気フィルタを通して供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える。
【0007】
第１態様によれば、前記燃料電池を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器を備えるので、燃料電池発電装置を様々な用途に適用できる。
【発明の効果】
【0008】
本開示は、様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態を説明する。
【0011】
図１は、第１実施形態の燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムの構成例を示す図である。図１に示す燃料電池発電システム２０１は、並列に接続された複数のＦＣ（燃料電池）プラットフォームによって発電された電力を、給電対象である外部装置１２に供給するシステムである。燃料電池発電システム２０１の用途の具体例として、定置用の発電システム、港湾クレーンなどの荷役機械用の発電システム、船舶用の発電システムなどが挙げられる。その他には、鉄道用、建設機械用などもある。燃料電池発電システム２０１の用途は、これらの例に限られず、燃料電池発電システム２０１は、他のアプリケーションに適用されてもよい。
【0012】
燃料電池発電システム２０１は、燃料電池発電装置１０１と補機システム３０１を備える。
【0013】
補機システム３０１は、主機である燃料電池発電装置１０１に接続される複数の補機を含み、燃料電池発電装置１０１の稼働を補助する周辺システムである。図１は、複数の補機として、制御用電源３２、パージ系統３０、燃料系統１８、給気系統１９、出力線１７、電力変換装置１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、二次電池１４、排気系統３１及び冷却器１５を例示する。複数の補機の一部又は全部は、燃料電池発電装置１０１に内蔵されてもよいし、ユニット化されてもよい。燃料電池発電装置１０１は、複数の補機の一部又は全部を、燃料電池発電装置１０１の内部に備えてもよいし、燃料電池発電装置１０１の外部に備えてもよい。
【0014】
燃料電池発電装置１０１は、外部装置１２に供給される電力を複数のＦＣプラットフォームによって発電する。燃料電池発電装置１０１は、ユニット化されてもよい。燃料電池発電装置１０１は、出力線１７に並列に接続された複数のＦＣプラットフォーム（この例では、３つのＦＣプラットフォーム１，２，３）と、それらの複数のＦＣプラットフォームを制御する制御装置１０とを備える。並列に接続される複数のＦＣプラットフォームの台数は、３台に限られず、２台でも、４台以上でもよい。
【0015】
ＦＣプラットフォーム１，２，３は、それぞれ、共通の出力線１７に出力点１６を経由して接続されるＦＣスタックを含む。ＦＣスタックは、燃料電池の一例である。ＦＣプラットフォーム１は、ＦＣスタック２１を含み、ＦＣプラットフォーム２は、ＦＣスタック２２を含み、ＦＣプラットフォーム３は、ＦＣスタック２３を含む。
【0016】
ＦＣスタック２１，２２，２３は、水素などの燃料の化学エネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換する装置である。ＦＣスタック２１，２２，２３は、燃料管を含む燃料系統１８を介して供給される水素又は水素リッチなガスと、空気管を含む給気系統１９を介して外部から供給される空気に含まれる酸素との電気化学反応によって発電する。ＦＣスタック２１，２２，２３（ＦＣプラットフォーム１，２，３）の発電状態は、制御装置１０によって制御される。ＦＣスタック２１，２２，２３の電気化学反応により発生した排ガスは、排気管を含む排気系統３１を介して排出される。ＦＣスタック２１，２２，２３は、ラジエータなどの冷却器１５から供給される冷却液（クーラント）により冷却される。
【0017】
ＦＣスタック２１，２２，２３は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）であり、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。単セルは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料により形成された一対の電極によって挟まれた膜－電極アッセンブリ（ＭＥＡ）と、このＭＥＡを両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。一対の電極のそれぞれは、例えば白金系の金属触媒（電極触媒）を担持するカーボン粉末を主成分とする触媒層と、通気性及び電子導電性を併せ持つガス拡散層とを有している。
【0018】
ＦＣスタック２１，２２，２３には、それらの出力端子の電圧を検出するための電圧センサと、それらの出力端子からの出力電流を検出するための電流センサが取り付けられている。制御装置１０は、ＦＣスタック２１，２２，２３から出力される各電圧の検出値を電圧センサにより取得し、ＦＣスタック２１，２２，２３から出力される各電流の検出値を電流センサにより取得する。制御装置１０は、各電圧の検出値と各電流の検出値を用いて、ＦＣスタック２１，２２，２３の各出力電力ｐ１，ｐ２，ｐ３を検出する。
【0019】
燃料電池発電装置１０１内のＦＣスタック２１，２２，２３（ＦＣプラットフォーム１，２，３）の発電により生成された発電電力は、電力変換装置１１を介して、外部装置１２に供給される。
【0020】
電力変換装置１１は、入力される電力Ｐａを、外部装置１２に供給される電力Ｐｃに変換する装置である。電力変換装置１１は、例えば、ＦＣスタック２１，２２，２３の発電により得られた直流電力を交流電力に変換して外部装置１２に供給するインバータである。インバータの具体例として、パワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）、系統連系インバータなどが挙げられる。外部装置１２がモータの場合、電力変換装置１１は、モータを駆動するインバータでもよい。電力変換装置１１は、ＦＣスタック２１，２２，２３の発電により得られた直流電力の電圧を、異なる電圧の直流電力に変換して外部装置１２に供給するコンバータでもよい。
【0021】
ＦＣスタック２１，２２，２３の発電により得られた直流電力は、出力線１７にＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して接続される二次電池１４に充電されてもよい。二次電池１４から放電された電力Ｐｂは、電力変換装置１１を介して外部装置１２に供給される。外部装置１２から電力変換装置１１を介して入力（回生）された電力Ｐｂが二次電池１４に充電されてもよい。二次電池１４の充電又は放電は、制御装置１０からの駆動制御信号により動作するＤＣ／ＤＣコンバータ１３により制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、無くてもよい。
【0022】
二次電池１４は、充放電可能な電池である。二次電池１４は、直列に接続された複数の蓄電池１４１，…，１４ｎを含むものでもよい（ｎは、２以上の整数）。二次電池１４（複数の蓄電池１４１，…，１４ｎ）の具体例として、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどが挙げられる。
【0023】
燃料系統１８は、外部から供給される炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質する改質機器を含んでもよい。改質機器は、炭化水素系燃料の改質反応により生成される水素リッチガスを水素管に出力する。改質機器は、例えば、炭化水素系燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫器と、脱硫された炭化水素系燃料を改質反応させる改質器と、改質時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）を除去するＣＯ除去器とを含む。
【0024】
炭化水素系燃料は、都市ガスに限られず、メタンガス、プロパンガス、下水汚泥等に由来する消化ガス、食品残渣等から発生するバイオガスなどを含んでもよい。
【0025】
制御装置１０は、ＦＣプラットフォーム１，２，３の動作を制御するコントローラである。制御装置１０は、例えば、制御用電源３２から供給される電力（例えば、ＤＣ１２ボルトの直流電力）により動作する。制御用電源３２は、例えば、制御用電池である。制御装置１０の個数は、１つに限られず、複数でもよく、例えば、ＦＣプラットフォーム１，２，３の各々に対して制御装置が設けられてもよい。
【0026】
図１は、燃料電池発電装置１０１がＦＣプラットフォーム１，２，３に共通の制御用電源３２を備える形態を例示する。ＦＣプラットフォーム１，２，３の電源が制御用電源３２に共通化されることで、複数の制御用電源を備える形態の場合に比べて、燃料電池発電システム２０１及び燃料電池発電装置１０１を小型化できる。
【0027】
燃料電池発電装置１０１は、ＦＣプラットフォーム１，２，３に個別の制御用電源３２を備えてもよい。複数のＦＣプラットフォームの電源が個別に複数用意されることで、複数の制御用電源のうち一部の電源が故障又はメンテナンス等により使用不能な場合でも、残りの電源を用いて複数のＦＣプラットフォームの一部又は全部の動作を継続できる。
【0028】
制御装置１０の機能（制御装置１０が行う処理）は、例えば、メモリに記憶されたプログラムによって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが動作することにより実現される。制御装置１０の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）によって実現されてもよい。
【0029】
図２は、第１実施形態の燃料電池発電装置１０１の構成例を詳細に示す図である。燃料電池発電装置１０１は、例えば、制御装置１０及び複数のＦＣプラットフォーム１，２，３を備える。ＦＣプラットフォーム１は、例えば、燃料管１１８、空気管１１９、空気フィルタ３３、排気管１３１、第１冷却系統３６、第２冷却系統９０及びＦＣユニット５１を備える。ＦＣユニット５１は、ＦＣスタック２１、昇圧コンバータ４２、水素ポンプ４３、空気コンプレッサ４５、ウォーターポンプ４４、空気入口遮断弁７７及び排空気出口遮断弁７８等を備える。昇圧コンバータ４２、水素ポンプ４３、空気コンプレッサ４５、ウォーターポンプ４４、空気入口遮断弁７７及び排空気出口遮断弁７８等は、制御装置１０により制御される。ＦＣプラットフォーム２，３は、ＦＣプラットフォーム１と同じ構成及び機能を有し、ＦＣプラットフォーム１と同様に、制御装置１０により制御される。よって、ＦＣプラットフォーム２，３の説明については、ＦＣプラットフォーム１の説明を援用することで、省略する。
【0030】
ＦＣスタック２１は、燃料極７１と空気極７２を有する。ＦＣスタック２１は、燃料極７１に供給された水素又は水素リッチなガスと、空気極７２に供給された空気に含まれる酸素との電気化学反応によって発電する。ＦＣスタック２１は、昇圧コンバータ４２を介して、出力線１７に接続されている。昇圧コンバータ４２は、ＦＣスタック２１から出力された電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力を出力点１６を経由して出力線１７に出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。複数のＦＣプラットフォーム１，２，３における複数のＦＣスタック２１，２２，２３の出力電力は、対応する昇圧コンバータ４２を介して、共通の出力線１７に出力される。
【0031】
燃料管１１８は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３に共通に接続された燃料系統１８から水素が供給される。燃料管１１８は、燃料極７１に入口７５を介して水素を供給する。
【0032】
空気管１１９は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３に共通に接続された給気系統１９から空気が供給される。空気管１１９は、ＦＣスタック２１の空気極７２に入口７３を介して空気を供給する。空気管１１９は必須ではなく、ＦＣプラットフォーム１，２，３の開放部から空気フィルタ３３が直接空気を吸い込んでもよい。
【0033】
空気フィルタ３３は、給気系統１９及び空気管１１９を介して供給される空気に含まれる塵や燃料電池に悪影響を及ぼす不純物を取り除いて、空気コンプレッサ４５に空気管１２０を介して供給する。空気フィルタは、エアクリーナーとも称される。
【0034】
空気コンプレッサ４５は、空気フィルタ３３を通して供給された空気を圧縮し、ＦＣスタック２１の空気極７２に供給する。空気コンプレッサ４５により圧縮された酸素を含む空気は、ＦＣスタック２１の空気極７２に入口７３を介して供給される。空気入口遮断弁７７は、空気コンプレッサ４５から空気極７２の入口７３へ供給される空気の流れを遮断する。
【0035】
排気管１３１は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３に共通に接続された排気系統３１に、ＦＣスタック２１で発生する排ガスを排出する。排空気出口遮断弁７８は、ＦＣスタック２１の空気極７２の出口７４から排気管１３１に排出されるオフガスの流れを遮断する。
【0036】
第１冷却系統３６は、ＦＣスタック２１を冷却水等の第１冷却液によって冷却する。第１冷却系統３６は、冷熱源３９との間で第１冷却液の熱交換を行って第１冷却液を冷却する第１中間熱交換器３４を有する。ウォーターポンプ４４は、第１冷却液を、第１中間熱交換器３４とＦＣスタック２１との間で循環させる。ウォーターポンプ４４により循環された第１冷却液により、ＦＣスタック２１は冷却される。
【0037】
第１中間熱交換器３４は、ＦＣスタック２１を冷却する第１冷却液を異種の冷熱源３９との間で熱交換可能な熱交換器である。異種の冷熱源３９とは、利用する冷熱源３９の種類を問わないことを意味する。第１中間熱交換器３４は、利用する冷熱源３９の種類を問わずに、任意の冷熱源３９で第１冷却液を冷却できるので、上記のような様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置１０１が実現される。
【0038】
第１中間熱交換器３４は、第１冷却系統３６を循環する第１冷却液が通過する放熱部４０と、冷熱源３９との間で熱を移動させる熱媒が通過する受熱部４１と、を有する。冷熱源３９から供給される熱媒は、液体でも気体でもよい。第１中間熱交換器３４において放熱部４０から受熱部４１へ放熱されることで、第１冷却液は、冷却される。第１中間熱交換器３４の具体例として、プレート熱交換器などが挙げられるが、第１中間熱交換器３４は、これに限られない。
【0039】
複数のＦＣプラットフォーム１，２，３における複数の第１中間熱交換器３４は、それぞれ、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３に共通に接続される冷熱源３９との間で熱交換してもよい。これにより、冷熱源３９が複数のＦＣプラットフォーム１，２，３間で共通化されるので、燃料電池発電装置１０１を小型化できる。なお、冷熱源３９は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３間で相違してもよい。
【0040】
第２冷却系統９０は、空気コンプレッサ４５を冷却水等の第２冷却液によって冷却する。第２冷却系統９０は、冷熱源９４との間で第２冷却液の熱交換を行って第２冷却液を冷却する第２中間熱交換器９２を有する。ポンプ９１は、第２冷却液を、第２中間熱交換器９２と空気コンプレッサ４５との間で循環させる。ポンプ９１により循環された第２冷却液により、空気コンプレッサ４５は冷却される。
【0041】
第２中間熱交換器９２は、空気コンプレッサ４５を冷却する第２冷却液を異種の冷熱源９４との間で熱交換可能な熱交換器である。異種の冷熱源９４とは、利用する冷熱源９４の種類を問わないことを意味する。第２中間熱交換器９２は、利用する冷熱源９４の種類を問わずに、任意の冷熱源９４で第２冷却液を冷却できるので、上記のような様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置１０１が実現される。
【0042】
第２中間熱交換器９２は、第２冷却系統９０を循環する第２冷却液が通過する放熱部９５と、冷熱源９４との間で熱を移動させる熱媒が通過する受熱部９６と、を有する。冷熱源９４から供給される熱媒は、液体でも気体でもよい。第２中間熱交換器９２において放熱部９５から受熱部９６へ放熱されることで、第２冷却液は、冷却される。第２中間熱交換器９２の具体例として、プレート熱交換器などが挙げられるが、第２中間熱交換器９２は、これに限られない。
【0043】
複数のＦＣプラットフォーム１，２，３における複数の第２中間熱交換器９２は、それぞれ、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３に共通に接続される冷熱源９４との間で熱交換してもよい。これにより、冷熱源９４が複数のＦＣプラットフォーム１，２，３間で共通化されるので、燃料電池発電装置１０１を小型化できる。なお、冷熱源９４は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３間で相違してもよい。
【0044】
冷却器１５（図１）は、冷熱源３９又は冷熱源９４の一例である。冷熱源３９又は冷熱源９４は、例えば、空冷冷却器、開放式冷却塔、密閉式冷却塔、工場の冷却水、上水、河川水、海水、液化水素の気化熱、または圧縮水素が膨張した際の冷熱などである。
【0045】
第１中間熱交換器３４の受熱部４１の素材は、例えば、金属イオンの溶出性が比較的低い低溶出性金属（例えば、高耐食のオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）など）である。受熱部４１に接触する熱媒が海水などであると、受熱部４１の素材によっては、金属イオンが受熱部４１から溶出するおそれがある。受熱部４１の素材が上記のような低溶出性金属であると、冷熱源３９から供給される熱媒の制約が緩和されるので、冷熱源３９の選択肢が増える。その結果、上記のような様々な用途に適用可能な燃料電池発電装置１０１が実現される。これは、第２中間熱交換器９２の受熱部９６の素材についても同様である。
【0046】
また、第１中間熱交換器３４の採用によって、第１冷却液が循環する経路をＦＣプラットフォームの外側の冷熱源３９まで伸ばさなくても、第１冷却液を放熱できる。つまり、第１冷却液が循環する経路を短縮でき、燃料電池を冷却する高価な第１冷却液の使用量を削減できる。その結果、コスト低減が可能となる。同様に、第２中間熱交換器９２の採用によっても、第２冷却液の使用量を削減でき、コスト低減が可能となる。
【0047】
第２中間熱交換器９２が第２冷却液の熱を放熱する冷熱源９４は、第１中間熱交換器３４が第１冷却液の熱を放熱する冷熱源３９と同じでも異なってもよい。冷熱源９４と冷熱源３９が同じであれば、冷熱源が第１中間熱交換器３４と第２中間熱交換器９２との間で共通化されるので、燃料電池発電装置１０１を小型化できる。
【0048】
第１冷却系統３６は、第１冷却液からイオンを取り除くイオン交換器３５を備えてもよい。第１冷却液からのイオンの取り除きによって、ＦＣスタック２１において入出力される第１冷却液の電気伝導度の上昇が抑制されるので、ＦＣスタック２１と第１冷却液との間の電気的な干渉が抑制される。
【0049】
また、第１中間熱交換器３４が採用されることで、第１冷却系統３６側の第１冷却液から冷熱源３９側の熱媒へのイオンの溶出が抑制されるので、イオン交換器３５のメンテナンスの頻度が低減する。
【0050】
第１冷却系統３６は、第１冷却液の電気伝導度を測定するセンサ３７を備えてもよい。センサ３７を備えることで、第１冷却液の電気伝導度を管理できる。例えば、電気伝導度が上昇し始めたことがセンサ３７により検知された場合、ユーザは、イオン交換器３５をメンテナンスするタイミングを把握できる。また、電気伝導度を管理することで燃料電池の直流ＰＮ間（プラスとマイナス間）の絶縁性を保つことができる。センサ３７又は制御装置１０は、電気伝導度が第１閾値（例えば、１μＳ／ｃｍ）以上と測定された場合、ユーザが認知できるように、警報を発報してもよい。制御装置１０は、電気伝導度が第１閾値よりも大きな第２閾値（例えば、５μＳ／ｃｍ）以上と測定された場合、第２閾値以上の電気伝導度が測定されたＦＣプラットフォームを停止させてもよい。
【0051】
第１冷却系統３６は、第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第１タンク３８を備えてもよい。これにより、第１冷却器の温度変化に伴う膨張又は収縮が抑制される。
【0052】
同様に、第２冷却系統９０は、第２冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第２タンク９３を備えてもよい。これにより、第２冷却器の温度変化に伴う膨張又は収縮が抑制される。
【0053】
ＦＣプラットフォーム１は、第１気液分離器７９及び水素ポンプ４３を備えてもよい。第１気液分離器７９は、燃料極７１の出口７６から排出される第１混相流から水素ガスと排水を分離する。水素ポンプ４３は、第１気液分離器７９により分離された水素ガスを燃料極７１の入口７５へ循環させる。これにより、ＦＣスタック２１での発電により生成された余剰の水素ガスを、ＦＣスタック２１での発電に再利用できる。
【0054】
ＦＣプラットフォーム１は、混合器８０を備えてもよい。排気管１３１は、第１気液分離器７９により分離された排水と、当該排水に混入する水素と、空気極７２の出口７４から排出される排空気とを混合器８０で合流させた第２混相流を排出する。これにより、排水と水素と排空気をまとめて排出できる。
【0055】
ＦＣプラットフォーム１は、第２混相流から水と気体を分離する第２気液分離器８１を備えてもよい。これにより、排水と排ガスを分離して排出できる。排水又は排ガスは、回収器８２により回収されてもよい。これにより、排水又は排ガスによる周辺の汚染が抑制される。
【0056】
燃料電池発電装置１０１は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３における複数の燃料管１１８に窒素等の不活性ガスを個別にパージするパージ系統３０を備えてもよい。パージ系統３０は、複数の燃料管１１８を不活性ガスで個別にパージできるように、バルブで流路を切り替えてもよい。これにより、不活性ガスのパージによる特性劣化をＦＣスタック単位で管理できる。
【0057】
ＦＣスタック２１の出力電力ｐ１の一部は、ＦＣユニット５１内の空気コンプレッサ４５等の補機の動作電力として使用され、その余剰電力が、ＦＣユニット５１の出力電力Ｐ１として出力される。ＦＣスタック２２の出力電力ｐ２及びＦＣスタック２３の出力電力ｐ３についても同様である。
【0058】
制御装置１０は、出力線１７から外部への供給電力を略一定の所定値に維持する制御を行う。例えば、制御装置１０は、出力線１７から電力変換装置１１に向けて出力される供給電力Ｐａ（＝Ｐｏ－Ｐｂ）が一定の目標値に維持されるように、ＦＣスタック２１，２２，２３（ＦＣプラットフォーム１，２，３）の発電及びＤＣ／ＤＣコンバータ１３の変換動作を制御する。Ｐｏは、出力点１６における電力である。Ｐｏは、ＦＣプラットフォーム１，２，３の各出力電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の和に等しい（Ｐｏ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）。Ｐｂは、二次電池１４と出力線１７との間でやり取りされる電力である。
【0059】
制御装置１０は、電力変換装置１１から外部装置１２に向けて出力される電力Ｐｃが目標値に追従するように、ＦＣスタック２１，２２，２３の発電及び電力変換装置１１の変換動作を制御してもよい。Ｐａ又はＰｃは、出力線１７から外部への供給電力の一例である。
【0060】
制御装置１０は、出力線１７から外部への供給電力Ｐａが略一定値に維持された状態で、ＦＣスタック２１，２２，２３の各出力電力ｐ１，ｐ２，ｐ３を変化（より詳しくは、増減）させる制御（電力変動制御）を行ってもよい。供給電力Ｐａは、電圧センサ及び電流センサにより検出可能である。
【0061】
制御装置１０は、例えば、ＦＣプラットフォーム１の昇圧コンバータ４２の動作電流（負荷電流）を増減することでＦＣスタック２１の負荷を増減させ、出力電力ｐ１を増減させる。同様に、制御装置１０は、ＦＣプラットフォーム２の昇圧コンバータ４２の動作電流（負荷電流）を増減することでＦＣスタック２２の負荷を増減させ、出力電力ｐ２を増減させる。制御装置１０は、ＦＣプラットフォーム３の昇圧コンバータ４２の動作電流（負荷電流）を増減することでＦＣスタック２３の負荷を増減させ、出力電力ｐ３を増減させる。
【0062】
制御装置１０が上記のような電力変動制御を行うことで、出力線１７から外部への供給電力Ｐａが略一定値に維持された状態で、複数のＦＣスタック２１，２２，２３の各出力電力ｐ１，ｐ２，ｐ３が増減する。これにより、出力線１７から外部への一定の電力供給が確保された状態で、複数のＦＣスタック２１，２２，２３のセル面内の湿度分布の偏りは、各出力電力ｐ１，ｐ２，ｐ３が常に一定に制御される場合に比べて、減少する。セル面内の湿度分布の偏りが減少することで、有効反応面積の低下による電流密度の上昇が抑制されるので、電流密度の上昇による電解質膜の劣化が抑制される。したがって、供給電力Ｐａが略一定値に維持された状態で各出力電力ｐ１，ｐ２，ｐ３を増減させる電力変動制御が制御装置１０により行われることで、略一定の電力供給が確保され、複数のＦＣスタック２１，２２，２３の劣化が抑制される。複数のＦＣスタック２１，２２，２３の劣化の抑制は、燃料電池発電装置１０１及び燃料電池発電システム２０１の耐久性の向上に貢献する。
【0063】
燃料電池発電システム２０１又は燃料電池発電装置１０１は、複数のＦＣプラットフォームのそれぞれに対して設けられた複数の開閉器（この例では、開閉器６１，６２，６３）を備えてもよい。開閉器６１は、ＦＣスタック２１及び昇圧コンバータ４２と、出力線１７に接続される出力点１６との間の電力経路の遮断と接続を切り替える遮断器である。開閉器６２は、ＦＣスタック２２及び不図示の昇圧コンバータと、出力線１７に接続される出力点１６との間の電力経路の遮断と接続を切り替える遮断器である。開閉器６３は、ＦＣスタック２３及び不図示の昇圧コンバータと、出力線１７に接続される出力点１６との間の電力経路の遮断と接続を切り替える遮断器である。
【0064】
制御装置１０は、複数のＦＣスタック２１，２２，２３のうち、一部のＦＣスタックを他のＦＣスタックから開閉器６１，６２又は６３により切り離してもよい。当該一部のＦＣスタックが切り離された状態で、制御装置１０は、供給電力Ｐａが略一定値に維持されるように、当該他のＦＣスタックの出力電力を制御してもよい。これにより、供給電力Ｐａが略一定値に維持された状態で、当該一部のＦＣスタックの交換が容易になる。例えば、制御装置１０は、ＦＣスタック２１が開閉器６１によりＦＣスタック２２，２３から切り離された状態で、供給電力Ｐａが略一定値に維持されるように、他のＦＣスタック２２，２３の出力電力を制御してもよい。開閉器６１，６２，６３の開閉は、制御装置１０によって自動で切り替えられるが、手動で切り替えられてもよい。
【0065】
燃料電池発電装置１０１は、複数のＦＣプラットフォームのうち、一部のＦＣプラットフォームが動作中に残りのＦＣプラットフォームを運転停止して取り外せるように、配管を遮断する遮断弁、及び、配線を遮断する開閉器を備えてもよい。配管は、液体（冷却液、排水など）又は気体（空気、水素、排ガスなど）を伝達し、配線は、電力や信号を伝送する。配管を遮断する遮断弁として、空気入口遮断弁７７及び排空気出口遮断弁７８が例示される。配線を遮断する開閉器として、開閉器６１，６２，６３が例示される。
【0066】
燃料電池発電装置１０１は、複数のＦＣプラットフォームの地絡を個別に検出する機能を備えてもよい。例えば、制御装置１０は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３のうち、対地間抵抗の低下もしくは地絡が検出されたＦＣプラットフォームを、開閉器６１，６２又は６３により切り離してもよい。
【0067】
二次電池１４の出力電圧と出力点１６での出力電圧とが略等しくなるように、直列に接続される複数の蓄電池１４１，…，１４ｎの数が調整されてもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を削除して燃料電池発電装置１０１を小型化できる。
【0068】
外部装置１２の電力需要と燃料電池発電装置１０１の関係から、二次電池１４の容量を増加させるため、複数の蓄電池１４１，…，１４ｎを並列に接続してもよい。複数の蓄電池１４１，…，１４ｎの並列数は、出力線１７に共通接続される複数のＦＣプラットフォームの数よりも少ないのが好ましい。この場合、複数のＦＣプラットフォームの各出力電力ラインに個別に蓄電池を接続する場合に比べて、燃料電池発電装置１０１を小型化できる。
【0069】
このように、本実施形態によれば、定置用発電機、港湾荷役機械（クレーンなど）用電源、船用電源、鉄道用電源、建設用重機、土木作業用重機などの分野において、水素発電による電源の脱炭素化の課題を解決できる。水素発電には、水素燃焼式と燃料電池式があるが、一般的に燃料電池式の方が高効率である。燃料電池を多用途に適用する際に、それぞれのシステム開発に時間と労力を要する。本実施形態によれば、様々な用途に共通して使用できる安価で高効率なプラットフォームの開発という課題を解決できる。より詳しくは、様々な用途（定置用、クレーン用、船舶用、鉄道用、建機用等）に適用するために、共通となる部分をＦＣプラットフォームとして構築することで、各用途のシステム開発リソース（設計、エンジニアリングなど）を低減できる。各用途共通のプラットフォームを使用することで、ＦＣプラットフォームの量産効果が得られ、低価格化が実現する。
【0070】
また、本実施形態によれば、２つの冷却系（第１冷却系統３６及び第２冷却系統９０）について、適用するシステムや設置場所などに応じて冷却系の個別エンジニアリングが不要となる。より詳しくは、２つの冷却系のうち一方又は両方の中間熱交換器をＦＣプラットフォーム内に設置することで冷却系の個別エンジニアリングが不要になる。
【0071】
また、本実施形態によれば、ＦＣプラットフォームの並列化により、拡張性向上及び高出力対応を実現できる。補機を組み込んだＦＣプラットフォームを構築することで、複数のＦＣプラットフォームを容易に並列化でき、拡張性向上及び高出力対応の実現が容易になる。
【0072】
また、本実施形態によれば、複数のＦＣプラットフォームをそれぞれ独立に切り離すことができ、運搬などの取り扱いが容易になるので、例えば、メンテナンスが容易化される。例えば、システム故障時にはＦＣプラットフォームごとの交換によって、システムの停止期間が短縮し、システムの稼働率が向上する。システム故障時には現地で修復するのではなく、ＦＣプラットフォームを工場に引き取り、工場で修復することで、現地修復にかかるコストが低減する。工場引き取り期間は代替えのＦＣプラットフォームを入れ替えることで、システムの稼働率が向上する。
【0073】
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、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、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。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共に、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。
【0074】
例えば、図１では、窒素を供給するパージ系統３０が水素を供給する燃料系統１８に合流する箇所は、燃料系統１８がＦＣスタック２１，２２，２３に向けて分岐した後の系統であるが、分岐する前の系統でもよい。
【符号の説明】
【0075】
１，２，３ ＦＣプラットフォーム
１０ 制御装置
１１ 電力変換装置
１２ 外部装置
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 二次電池
１４１，１４ｎ 蓄電池
１５ 冷却器
１６ 出力点
１７ 出力線
１８ 燃料系統
１９ 給気系統
２１，２２，２３ ＦＣスタック
３０ パージ系統
３１ 排気系統
３２ 制御用電源
３３ 空気フィルタ
３４ 第１中間熱交換器
３５ イオン交換器
３６ 第１冷却系統
３７ センサ
３８ 第１タンク
３９ 冷熱源
４０ 放熱部
４１ 受熱部
４２ 昇圧コンバータ
４３ 水素ポンプ
４４ ウォーターポンプ
４５ 空気コンプレッサ
５１ ＦＣユニット
６１，６２，６３ 開閉器
７１ 燃料極
７２ 空気極
７３，７５ 入口
７４，７６ 出口
７７ 空気入口遮断弁
７８ 排空気出口遮断弁
７９ 第１気液分離器
８０ 混合器
８１ 第２気液分離器
８２ 回収器
９０ 第２冷却系統
９１ ポンプ
９２ 第２中間熱交換器
９３ 第２タンク
９４ 冷熱源
９５ 放熱部
９６ 受熱部
１０１ 燃料電池発電装置
１１８ 燃料管
１１９，１２０ 空気管
１３１ 排気管
２０１ 燃料電池発電システム
３０１ 補機システム
１０ 制御装置
１１ 電力変換装置
１２ 外部装置
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 二次電池
１４１，１４ｎ 蓄電池
１５ 冷却器
１６ 出力点
１７ 出力線
１８ 燃料系統
１９ 給気系統
２１，２２，２３ ＦＣスタック
３０ パージ系統
３１ 排気系統
３２ 制御用電源
３３ 空気フィルタ
３４ 第１中間熱交換器
３５ イオン交換器
３６ 第１冷却系統
３７ センサ
３８ 第１タンク
３９ 冷熱源
４０ 放熱部
４１ 受熱部
４２ 昇圧コンバータ
４３ 水素ポンプ
４４ ウォーターポンプ
４５ 空気コンプレッサ
５１ ＦＣユニット
６１，６２，６３ 開閉器
７１ 燃料極
７２ 空気極
７３，７５ 入口
７４，７６ 出口
７７ 空気入口遮断弁
７８ 排空気出口遮断弁
７９ 第１気液分離器
８０ 混合器
８１ 第２気液分離器
８２ 回収器
９０ 第２冷却系統
９１ ポンプ
９２ 第２中間熱交換器
９３ 第２タンク
９４ 冷熱源
９５ 放熱部
９６ 受熱部
１０１ 燃料電池発電装置
１１８ 燃料管
１１９，１２０ 空気管
１３１ 排気管
２０１ 燃料電池発電システム
３０１ 補機システム
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2023-09-28
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【請求項2】
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源とは異なる第２冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項3】
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項4】
前記第１冷却液からイオンを取り除くイオン交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項5】
前記第１冷却液の電気伝導度を測定するセンサを備える、請求項４に記載の燃料電池発電装置。
【請求項6】
前記第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第１タンクを備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項7】
前記燃料極の出口から排出される第１混相流から水素ガスを分離する第１気液分離器と、
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項8】
前記排気管は、前記第１気液分離器により分離された排水と、前記排水に混入する水素と、前記空気極の出口から排出される排空気とを合流させた第２混相流を排出する、請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項9】
前記第２混相流から水と気体を分離する第２気液分離器を備える、請求項８に記載の燃料電池発電装置。
【請求項10】
複数の燃料電池プラットフォームを備え、
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項11】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記第１中間熱交換器は、共通の冷熱源との間で熱交換する、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項12】
前記共通の冷熱源は、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかである、請求項１１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項13】
前記出力線から外部への供給電力が所定値に維持されるように、複数の前記燃料電池の各出力を制御する制御装置を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項14】
前記制御装置は、複数の前記燃料電池のうち、一部の前記燃料電池を他の前記燃料電池から切り離し、前記供給電力が前記所定値に維持されるように、前記他の前記燃料電池の出力電力を制御する、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項15】
前記複数の燃料電池プラットフォームに個別の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項16】
前記複数の燃料電池プラットフォームに共通の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項17】
前記出力線に接続される二次電池を備え、
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項18】
前記出力線に接続される、並列に接続された複数の蓄電池を備え、
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項19】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料管に不活性ガスを個別に供給するパージ系統を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
第１態様では、燃料電池発電装置は、
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える。
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、を備える。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
第１態様によれば、前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器を備えるので、燃料電池発電装置を様々な用途に適用できる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0051】
第１冷却系統３６は、第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第１タンク３８を備えてもよい。これにより、第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮が抑制される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0052】
同様に、第２冷却系統９０は、第２冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第２タンク９３を備えてもよい。これにより、第２冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮が抑制される。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0056】
燃料電池発電装置１０１は、複数のＦＣプラットフォーム１，２，３における複数の燃料管１１８に窒素等の不活性ガスを個別に供給するパージ系統３０を備えてもよい。パージ系統３０は、複数の燃料管１１８を不活性ガスで個別にパージできるように、バルブで流路を切り替えてもよい。これにより、不活性ガスのパージによる特性劣化をＦＣスタック単位で管理できる。
【手続補正書】
【提出日】2024-03-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源とは異なる第２冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源とは異なる第２冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【請求項2】
燃料極と空気極を有する燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
前記燃料極に水素を供給する燃料管と、
供給された空気を圧縮し、前記空気極に供給する空気コンプレッサと、
前記燃料電池で発生する排ガスを排出する排気管と、
前記燃料電池を冷却する第１冷却液を、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかの第１冷熱源との間で熱交換可能な第１中間熱交換器と、
前記空気コンプレッサを冷却する第２冷却液を前記第１冷熱源との間で熱交換可能な第２中間熱交換器と、を備える、燃料電池発電装置。
【請求項3】
前記第１中間熱交換器に接続される冷却塔を備える、請求項１又は２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項4】
前記第１冷却液からイオンを取り除くイオン交換器を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項5】
前記第１冷却液の電気伝導度を測定するセンサを備える、請求項４に記載の燃料電池発電装置。
【請求項6】
前記第１冷却液の温度変化に伴う膨張又は収縮を吸収する第１タンクを備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項7】
前記燃料極の出口から排出される第１混相流から水素ガスを分離する第１気液分離器と、
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
前記第１気液分離器により分離された水素ガスを前記燃料極の入口へ循環させる水素ポンプと、を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項8】
前記排気管は、前記第１気液分離器により分離された排水と、前記排水に混入する水素と、前記空気極の出口から排出される排空気とを合流させた第２混相流を排出する、請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項9】
前記第２混相流から水と気体を分離する第２気液分離器を備える、請求項８に記載の燃料電池発電装置。
【請求項10】
複数の燃料電池プラットフォームを備え、
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の燃料電池プラットフォームは、それぞれ、前記燃料電池、前記燃料管、前記空気コンプレッサ、前記排気管および前記第１中間熱交換器を有し、
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料電池の出力電力は、共通の出力線に出力される、
請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項11】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記第１中間熱交換器は、共通の冷熱源との間で熱交換する、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項12】
前記共通の冷熱源は、空気、液体、圧縮水素が膨張した際の冷熱、の何れかである、請求項１１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項13】
前記出力線から外部への供給電力が所定値に維持されるように、複数の前記燃料電池の各出力を制御する制御装置を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項14】
前記制御装置は、複数の前記燃料電池のうち、一部の前記燃料電池を他の前記燃料電池から切り離し、前記供給電力が前記所定値に維持されるように、前記他の前記燃料電池の出力電力を制御する、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項15】
前記複数の燃料電池プラットフォームに個別の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項16】
前記複数の燃料電池プラットフォームに共通の制御用電源を備える、請求項１３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項17】
前記出力線に接続される二次電池を備え、
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記二次電池は、直列に接続された複数の蓄電池を含む、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項18】
前記出力線に接続される、並列に接続された複数の蓄電池を備え、
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
前記複数の蓄電池の数は、前記複数の燃料電池プラットフォームの数よりも少ない、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項19】
前記複数の燃料電池プラットフォームにおける複数の前記燃料管に不活性ガスを個別に供給するパージ系統を備える、請求項１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項20】
前記第２中間熱交換器に接続される冷却塔を備える、請求項１に記載の燃料電池発電装置。