(57)【要約】【課題】燃料電池システム及びそれを備えた燃料電池船において、運転停止時に安全且つ確実に燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止しながら、起動時に燃料電池装置への空気の供給に起因する性能低下を防止することができる技術を提供する。【解決手段】供給路１０に直列状態で設けられて当該供給路１０を遮断可能な上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂを備え、供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される空間１０Ｂに接続されて当該空間１０Ｂを外部に開放可能なブリード弁２１を備え、弁制御手段６０が、燃料ガスＧ１の供給時にブリード弁２１を閉弁させ、燃料ガスＧ１の供給停止時にブリード弁２１を開弁させる形態でブリード弁２１の作動を制御すると共に、燃料ガスＧ１の供給開始前に空間１０Ｂに対してパージガスＰＧを供給して当該空間１０Ｂをパージするパージ処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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１２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置に燃料ガスを供給する燃料電池システム及びそれを備えた燃料電池船に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を備えた燃料電池システムでは、燃料電池スタックに供給される水素ガス又は改質を経て当該水素ガスとなる炭化水素ガス等の燃料ガスが、ボンベ等の燃料ガス貯留部から燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置のアノード側に供給される。このような燃料電池システムでは、燃料ガス供給路に設けられた遮断弁を閉弁させることにより、燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止して、運転が停止される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
燃料電池システムの運転停止時には、燃料電池装置への燃料ガスの供給を確実に停止する必要がある。特に船舶では高い安全基準が要求されることから、動力源として燃料電池システムを搭載した燃料電池船では、遮断弁の遮断不良等に起因する燃料電池装置側への燃料ガスの漏洩を確実に防止することが要求される。
【０００４】
燃料ガス供給源から燃料ガス供給路を通じて燃料ガス供給先へ燃料ガスを供給するシステムにおいて、燃料ガスの供給を確実且つ安全に遮断するための構成として、ダブルブロックアンドブリード（以下、「ＤＢＢ」と呼ぶ。）と呼ぶものが知られている。かかるＤＢＢは、燃料ガス供給路に直列状態で２つの遮断弁を設けると共に、これら２つの遮断弁の間に形成された遮断弁間空間に接続され、当該空間を外部に開放可能なブリード弁を設けて構成されている。そして、これら２つの遮断弁及びブリード弁の作動を制御する弁制御手段は、燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止する供給停止時に、２つ遮断弁を閉弁させると共にブリード弁を開弁させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８７３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような燃料電池システムにＤＢＢを採用する場合、上記ブリード弁を閉弁させると共に上記２つの遮断弁を開弁させて燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始する起動時に、上記遮断弁間空間に存在していた空気中の酸素が燃料電池装置のアノード側に供給される。すると、改質器の改質触媒の劣化や燃料電池スタックの腐食電流の発生等により燃料電池装置の性能が低下するという問題が懸念される。
【０００７】
この実情に鑑み、燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置に燃料ガスを供給する燃料電池システム及びそれを備えた燃料電池船において、運転停止時に安全且つ確実に燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止しながら、起動時に燃料電池装置への空気の供給に起因する性能低下を防止することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムの第１特徴構成は、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点にある。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池船の特徴構成は、本発明に係る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点にある。
【００１０】
本構成によれば、高い安全基準が要求される燃料電池船等に搭載される燃料電池システムにおいて、燃料ガス供給路に直列状態で設けられる上流側遮断弁及び下流側遮断弁と当該両遮断弁の間に形成される遮断弁間空間に接続されるブリード弁とを備えて構成されるＤＢＢ（ダブルブロックアンドブリード）が採用されている。
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。
【００１１】
一方、燃料電池システムの起動時には、弁制御手段により、上流側遮断弁及び下流側遮断弁を開弁させると共にブリード弁を閉弁させる形態で、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を開始することができる。そして、このような燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前には、弁制御手段により、上記パージ処理が実行される。このパージ処理では、空気（酸素）を略含まない上記パージガスが遮断弁間空間に供給されて当該遮断弁間空間がパージされる。すると、燃料ガスの供給停止時に外部から開弁状態であるブリード弁を介して遮断弁間空間に侵入した空気が、上記パージ処理の実行により適切に除去された上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給が開始される。このことで、燃料電池装置のアノード側への空気の供給に起因する性能低下を防止することができる。
【００１２】
従って、本発明により、燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置に燃料ガスを供給する燃料電池システムにおいて、運転停止時に安全且つ確実に燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止しながら、起動時に燃料電池装置への空気の供給に起因する性能低下を防止することができる技術を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、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点にある。
【００１４】
本構成によれば、弁制御手段によりパージ処理が所定の設定パージ時間実行された後に、燃料電池装置への燃料ガスの供給が開始される。よって、簡単な構成で、遮断弁間空間に滞留する空気を除去した上で燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。また、パージ処理を実行する設定パージ時間については、遮断弁間空間に滞留する空気が略完全に除去可能な時間として適宜設定することができ、例えば、各弁の開度、各流路の断面積、パージガスの供給圧力等をパラメータとして実験やシミュレーション等により適宜求めることができる。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムの第３特徴構成は、上記第１特徴構成乃至上記第２特徴構成の何れかに加えて、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点にある。
【００１６】
本構成によれば、燃料ガスの供給停止時に開弁されたブリード弁が、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前におけるパージ処理の実行時に開弁状態に維持される。即ち、このパージ処理では、遮断弁間空間に供給されたパージガスを、開放状態であるブリード弁を介して外部に放出させる形態で、遮断弁間空間をパージすることができる。このことで、遮断弁間空間において特にブリード弁近傍に滞留する空気を略完全に除去した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムの第４特徴構成は、上記第３特徴構成に加えて、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点にある。
【００１８】
本構成によれば、パージ処理の実行時にブリード弁を開弁状態に維持して、パージ処理の実行後に下流側遮断弁を開弁させて燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始するにあたり、当該下流側遮断弁が開弁された後に、ブリード弁が閉弁される。すると、ブリード弁の閉弁時に下流側遮断弁が開弁状態であることから、弁の開閉切替時における燃料ガス供給路の過剰な圧力上昇を抑制することができる。また、下流側遮断弁の開弁直後において、遮断弁間空間に供給されたパージガスを、ブリード弁及び下流側遮断弁の両方に通過させることできる。このことで、遮断弁間空間において特にブリード弁近傍や下流側遮断弁近傍に滞留する空気をパージガスで遮断弁間空間から押し出した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【００１９】
本発明に係る燃料電池システムの第５特徴構成は、上記第１特徴構成乃至上記第４特徴構成の何れかに加えて、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点にある。
【００２０】
本構成によれば、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理において、遮断弁間空間に供給するパージガスとして、燃料ガスを利用することができる。即ち、当該パージ処理において、上流側遮断弁が開弁されるので、燃料ガス供給路に供給された燃料ガスをパージガスとして上流側遮断弁を介して遮断弁間空間に流入させて、当該遮断弁間空間を燃料ガスによりパージすることができる。このことで、パージ処理を実行して遮断弁間空間を燃料ガスで満たした状態で、当該遮断弁間空間を含む燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置への燃料ガスの供給が開始されるので、燃料電池装置のアノード側への空気の供給に起因する性能低下を適切に防止することができる。
【００２１】
本発明に係る燃料電池システムの第６特徴構成は、上記第５特徴構成に加えて、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点にある。
【００２２】
本構成によれば、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理が、上流側遮断弁を介して燃料ガス供給路に供給された燃料ガスをパージガスとして遮断弁間空間に流入させる処理である場合に、当該パージ処理の実行時における燃料ガス供給路での燃料ガスの流量が、弁制御手段による流量調整手段の制御により、燃料電池装置の通常運転時における燃料ガス供給路での燃料ガスの流量よりも小さく設定される。このことで、パージ処理による燃料ガスの消費量の増加を抑制すると共に、当該パージガスとしての外部へ放出する燃料ガスをできるだけ少なくして、外部での燃料ガス濃度を確実に爆発限界未満に維持して、安全性を確保することができる。
【００２３】
本発明に係る燃料電池システムの第７特徴構成は、上記第５特徴構成又は上記第６特徴構成に加えて、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点にある。
【００２４】
本構成によれば、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理において、下流側開閉弁が閉弁されると共に下流側遮断弁及び下流側逃し弁が開弁される。よって、当該パージ処理において、上流側遮断弁を介してパージガスとして遮断弁間空間に流入した燃料ガスを、下流側遮断弁を介して下流側弁間空間に流入させた後に逃し弁を介して外部に放出させる形態で、遮断弁間空間及び下流側弁間空間を燃料ガスによりパージすることができる。このことで、遮断弁間空間において特に下流側遮断弁近傍に滞留する空気を略完全に除去した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【００２５】
本発明に係る燃料電池システムの第８特徴構成は、上記第７特徴構成に加えて、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点にある。
【００２６】
本構成によれば、下流側開閉弁を閉弁すると共に下流側遮断弁及び下流側逃し弁を開弁させる形態でパージ処理を実行する場合において、当該パージ処理の実行後に下流側開閉弁を開弁させて燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始するにあたり、当該下流側開閉弁が開弁された後に、下流側逃し弁が閉弁される。すると、下流側開閉弁の開弁直後において、下流側弁間空間に供給されたパージガスとしての燃料ガスを、下流側逃し弁及び下流側開閉弁に通過させることできる。このことで、下流側弁間空間において特に下流側逃し弁近傍及び下流側開閉弁近傍に滞留する空気を燃料ガスで下流側弁間空間から押し出した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【００２７】
本発明に係る燃料電池システムの第９特徴構成は、上記第１特徴構成乃至上記第８特徴構成の何れかに加えて、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点にある。
【００２８】
本構成によれば、上記不活性ガス供給路と上記不活性ガス供給弁とを備えることで、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理において、遮断弁間空間に供給するパージガスとして、窒素ガス等の不活性ガスを利用することができる。即ち、当該パージ処理において、不活性ガス供給弁が開弁されるので、当該不活性ガス供給弁を介して不活性ガス供給路から燃料ガス供給路に不活性ガスをパージガスとして流入させ、その不活性ガスを遮断弁間空間に流入させて、当該遮断弁間空間を不活性ガスによりパージすることができる。このことで、パージ処理を実行して遮断弁間空間を不活性ガスで満たした状態で、当該遮断弁間空間を含む燃料ガス供給路を通じて燃料電池装置への燃料ガスの供給が開始されるので、燃料電池装置のアノード側への空気の供給に起因する性能低下を適切に防止することができる。
【００２９】
本発明に係る燃料電池システムの第１０特徴構成は、上記第９特徴構成に加えて、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点にある。
【００３０】
本構成によれば、不活性ガス供給路が、燃料ガス供給路における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、燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理において、その不活性ガス供給路に設けられた不活性ガス供給弁及び下流側遮断弁が開弁される。よって、当該パージ処理において、不活性ガス供給路から下流側空間にパージガスとして供給された不活性ガスを、下流側遮断弁を介して遮断弁間空間に流入させる形態で、当該遮断弁間空間を不活性ガスによりパージすることができる。このことで、遮断弁空間において特に下流側遮断弁近傍に滞留する空気を略完全に除去した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【００３１】
本発明に係る燃料電池システムの第１１特徴構成は、上記第１０特徴構成に加えて、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点にある。
【００３２】
本構成によれば燃料電池装置への燃料ガスの供給開始前に実行されるパージ処理において、下流側空間にパージガスとして供給された不活性ガスをパージガスとして下流側遮断弁を介して遮断弁間空間に流入させると共に、燃料ガス供給路に供給された燃料ガスをパージガスとして上流側遮断弁を介して遮断弁間空間に流入させて、当該遮断弁間空間を不活性ガス及び燃料ガスの両方によりパージすることができる。このことで、遮断弁間空間において上流側遮断弁近傍及び下流側遮断弁近傍に滞留する空気を燃料ガス及び不活性ガスで略完全に除去した上で、燃料電池装置への燃料ガスの供給を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの概略構成及び作動状態を示すブロック図
【図２】第２実施形態の燃料電池システムの概略構成及び作動状態を示すブロック図
【図３】第２実施形態の燃料電池システムの概略構成及び作動状態を示すブロック図
【図４】第３実施形態の燃料電池システムの概略構成及び作動状態を示すブロック図
【図５】第４実施形態の燃料電池システムの概略構成及び作動状態を示すブロック図
【図６】別実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図７】燃料電池船の概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
〔第１実施形態〕
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。
【００３５】
燃料ガス供給路１０は、水素ガスＧ１を貯留する水素ボンベ１（燃料ガス貯留部の一例）と、燃料電池装置４０の燃料電池スタック４１のアノード４１Ａとを接続する管路として構成されている。この燃料ガス供給路１０には、当該供給路１０を遮断可能な開閉弁である遮断弁１１Ａ，１１Ｂが設けられている。また、この燃料ガス供給路１０における上記遮断弁１１Ａ，１１Ｂよりも上流側には、燃料ガス供給路１０での水素ガスＧ１の流量を調整可能な流量調整弁２５（流量調整手段の一例）が設けられている。
【００３６】
そして、運転制御装置６０は、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を停止し、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を開始する形態で、遮断弁１１Ａ，１１Ｂの作動を制御する弁制御手段として機能する。
【００３７】
即ち、燃料電池システム５０の運転停止時には、燃料電池スタック４１での発電が停止されて、例えば図１（ａ）に示すように、運転制御装置６０により遮断弁１１Ａ，１１Ｂが閉弁されて、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの水素ガスＧ１の供給が停止される。一方、燃料電池システム５０の起動時には、例えば図１（ｄ）に示すように、運転制御装置６０により遮断弁１１Ａ，１１Ｂが開弁されることで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの水素ガスＧ１の供給が開始されて、当該燃料電池スタック４１での発電が開始される。また、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給時に、運転制御装置６０は、流量調整弁２５の開度を調整して、燃料ガス供給路１０における水素ガスＧ１の流量、言い換えれば燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給量を、通常運転時における所望の設定供給量に設定する。
【００３８】
本実施形態における燃料電池システム５０は、図７に示すように、燃料電池船１００に動力源として搭載されている。即ち、かかる燃料電池船１００は、燃料電池システム５０と、燃料電池システム５０に供給される水素ガスＧ１を貯留する水素ボンベ１と、を備え、推進用プロペラ５６を回転駆動する電動モータ５５等の船内の電力負荷に対して燃料電池システム５０の発電電力を供給するように構成されている。尚、船内の電力負荷としては、駆動用の電動モータ５５以外に、照明やポンプ等の船内の付帯設備（図示省略）がある。そして、燃料電池システム５０は、電動モータ５５や付帯設備の少なくとも一部に対して発電電力を供給するものとして船内に設置することができる。例えば、電動モータ５５のみ、又は付帯設備のみ、或いは電動モータ５５と付帯設備の両方に対して、燃料電池システム５０の発電電力を供給することができる。
【００３９】
このように燃料電池船１００に搭載される燃料電池システム５０では、遮断弁１１Ａ，１１Ｂの遮断不良等に起因する燃料電池装置４０側への水素ガスＧ１の漏洩を確実に防止することが要求される。
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。
【００４０】
上記ＤＢＢでは、燃料ガス供給路１０に直列状態で設けられて当該供給路１０を遮断可能な上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂが、上記遮断弁１１Ａ，１１Ｂとして設けられている。更に、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される遮断弁間空間１０Ｂに接続されて当該空間１０Ｂを大気（外部の一例）に開放可能なブリード弁２１が設けられている。即ち、ブリード弁２１は、燃料ガス供給路１０の遮断弁間空間１０Ｂから分岐して大気に通じる分岐路２０に設けられた開閉弁として構成されている。
【００４１】
そして、運転制御装置６０は、図１（ｄ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開弁させて燃料電池装置４０へ水素ガスＧ１を供給して当該燃料電池装置４０での発電を行う通常運転時には、ブリード弁２１を閉弁させた状態とする。一方、運転制御装置６０は、図１（ａ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を停止して当該燃料電池装置４０での発電を停止する運転停止時には、ブリード弁２１を開弁させた状態とする。
【００４２】
即ち、運転停止時には、遮断弁間空間１０Ｂが大気に開放された状態で上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとが閉弁されて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が停止される。このことで、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂ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１０における水素ボンベ１側と燃料電池装置４０側とが大気に開放された遮断弁間空間１０Ｂで隔離されることになる。よって、これら遮断弁１１Ａ，１１Ｂの遮断不良に起因する水素ボンベ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る。更に、運転停止時に遮断弁間空間１０Ｂに流出した水素ガスＧ１については、開弁状態であるブリード弁２１を介して大気へ放出されるので、安全性が保持される。
【００４３】
上記ＤＢＢを採用した燃料電池システム５０において、図１（ａ）に示すように、運転停止時には、分岐路２０を通じて遮断弁間空間１０Ｂに空気が侵入した状態となっている。そして、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始する燃料電池システム５０の起動時に、遮断弁間空間１０Ｂに存在する空気中の酸素が燃料電池装置４０のアノード４１Ａ側に供給されると、燃料電池スタック４１の腐食電流の発生等により燃料電池装置４０の性能が低下するという問題が生じる。
【００４４】
そこで、本実施形態の燃料電池システム５０では、運転停止状態から通常運転に移行する起動時において、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下を防止する。そのために、詳細については後述するが、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に遮断弁間空間１０Ｂに対して空気（酸素）を略含まないパージガスＰＧを供給して当該遮断弁間空間１０Ｂをパージするパージ処理が、運転制御装置６０により実行される。即ち、このようなパージ処理が、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に実行されると、遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気が適切に燃料ガス供給路１０から除去された上で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始される。このことで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００４５】
本実施形態における上記パージ処理の詳細構成について、本実施形態の燃料電池システム５０の運転を開始する起動時における燃料ガス供給路１０における状態変化の詳細と共に、以下に説明を加える。
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。
【００４６】
（供給停止状態）
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。
【００４７】
すると、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａよりも上流側に形成されて水素ボンベ１に通じる上流側空間１０Ａについては、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。また、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成されて燃料電池装置４０に通じる下流側空間１０Ｃについても、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。一方、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される遮断弁間空間１０Ｂについては、開弁状態のブリード弁２１を通じて大気に開放された状態となるため、大気から侵入した空気が存在する状態となる。
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。
【００４８】
（パージ状態）
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。
【００４９】
供給停止状態からパージ状態に遷移するにあたっては、下流側遮断弁１１Ｂが閉弁状態に維持され、且つ、ブリード弁２１が開弁状態に維持されたままで、上流側遮断弁１１Ａが開弁される。すると、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、開弁された上流側遮断弁１１Ａを介して遮断弁間空間１０ＢにパージガスＰＧとして供給される。同時に、当該遮断弁間空間１０Ｂに供給された水素ガスＧ１が、開弁状態に維持されたブリード弁２１を介して分岐路２０を通じて外部に放出される。そして、このような形態で、遮断弁間空間１０Ｂが水素ガスＧ１によりパージされることになる。即ち、本実施形態では、遮断弁間空間１０Ｂに供給するパージガスＰＧとして水素ガスＧ１が利用され、この水素ガスＧ１により遮断弁間空間１０Ｂがパージされる。
【００５０】
このようなパージ処理が実行されると、上記供給停止状態において大気からブリード弁２１を介して遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気は、分岐路２０のブリード弁２１を介して大気に放出されて、燃料ガス供給路１０から除去されることになる。そして、この状態に続いて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を開始することで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００５１】
運転制御装置６０は、流量調整弁２５を制御して、パージ処理時における燃料ガス供給路１０での水素ガスＧ１の流量を、燃料電池装置４０の通常運転時における燃料ガス供給路１０での水素ガスＧ１の流量よりも小さく設定する。即ち、このパージ状態及び後述する移行状態における遮断弁間空間１０Ｂへの水素ガスＧ１の供給量が、後述する供給継続状態での燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の設定供給量よりも小さく設定される。このことで、パージ処理によりパージガスＰＧとして消費される水素ガスＧ１の消費量の増加が抑制される。更に、分岐路２０を通じて大気に放出される水素ガスＧ１が少なくなって、当該大気での水素ガスＧ１の濃度が確実に爆発限界未満に維持されて、安全性が確保されている。
【００５２】
また、運転制御装置６０は、パージ処理の実行時間を、遮断弁間空間１０Ｂに滞留する空気を略完全に除去可能な時間として適切な設定パージ時間に設定する。この適切な設定パージ時間は、例えば各弁の開度、各流路の断面積や流路長、水素ガスＧ１の供給圧力等をパラメータとして実験やシミュレーション等により適宜求めることができる。また、遮断弁間空間１０Ｂの酸素濃度を計測する酸素濃度センサを設け、酸素濃度センサで計測された酸素濃度が０又は一定値以下となるまでの間、パージ処理を実行するように構成しても構わない。
【００５３】
本実施形態の燃料電池システム５０では、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂの配置位置が、分岐路２０への分岐部と近接して配置されている。即ち、遮断弁間空間１０Ｂにおいて分岐路２０への分岐部から下流側遮断弁１１Ｂに至る空間ができるだけ小さくなるように、下流側遮断弁１１Ｂが配置されている。このことで、パージ処理において、上流側遮断弁１１Ａ側から分岐路２０に流入する形態でパージガスＰＧとしての水素ガスＧ１が遮断弁間空間１０Ｂを通流する際に、下流側遮断弁１１Ｂ近傍に空気が残留することが抑制されている。
【００５４】
（移行状態）
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。
【００５５】
パージ状態から移行状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａ及びブリード弁２１が開弁状態に維持されたままで、下流側遮断弁１１Ｂが開弁される。すると、上流側遮断弁１１Ａを介して遮断弁間空間１０Ｂに供給された水素ガスＧ１は、下流側遮断弁１１Ｂの開弁直後において、ブリード弁２１及び下流側遮断弁１１Ｂの両方を通過することになる。このことで、遮断弁間空間１０Ｂにおいて特にブリード弁２１近傍や下流側遮断弁１１Ｂ近傍に滞留する空気を、遮断弁間空間１０Ｂから押し出した状態で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始されることになる。また、後の供給継続状態においてブリード弁２１を閉弁する際に、下流側遮断弁１１Ｂが開弁状態であることから、ブリード弁２１の閉弁時における燃料ガス供給路１０の過剰な圧力上昇が抑制される。
【００５６】
（供給継続状態）
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。
【００５７】
移行状態から供給継続状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂが開弁状態に維持されたままで、ブリード弁２１が閉弁される。すると、ブリード弁２１を介した大気への水素ガスＧ１の放出が停止される。その状態で、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂを介して燃料電池装置４０に供給されて、当該燃料電池装置４０において所望の発電が行われることになる。そして、この供給継続状態への遷移時に、事前にパージ処理が実行されているので、燃料ガス供給路１０は空気が存在せずに水素ガスＧ１で満たされた状態となっている。よって、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下が好適に防止されることになる。
【００５８】
尚、本実施形態では、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始時のパージ処理を終了時に、下流側遮断弁１１Ｂの開弁後にブリード弁２１を閉弁させて、燃料ガス供給路１０の状態をパージ状態（図１（ｂ）を参照）から移行状態（図１（ｃ）を参照）を経て供給継続状態（図１（ｄ）を参照）に遷移させた。しかし、これら下流側遮断弁１１Ｂ及びブリード弁２１等の開閉タイミングについては適宜変更することができる。例えば、下流側遮断弁１１Ｂの開弁と同時又はその直前にブリード弁２１を閉弁させることで、燃料ガス供給路１０の状態をパージ状態（図１（ｂ）を参照）から直接供給継続状態（図１（ｄ）を参照）に遷移させるように構成しても構わない。
【００５９】
〔第２実施形態〕
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。
【００６０】
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。また、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂと下流側開閉弁１３との間に形成される下流側弁間空間１０Ｃ１に接続されて当該空間１０Ｃを外部に開放可能な下流側逃し弁２３が設けられている。即ち、下流側逃し弁２３は、燃料ガス供給路１０の下流側弁間空間１０Ｃ１から分岐して大気に通じる分岐路２２に設けられた開閉弁として構成されている。
【００６１】
そして、運転制御装置６０は、図３（ｅ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開弁させて燃料電池装置４０へ水素ガスＧ１を供給して当該燃料電池装置４０での発電を行う通常運転時には、下流側開閉弁１３を開弁させると共に、ブリード弁２１及び下流側逃し弁２３を閉弁させた状態とする。一方、運転制御装置６０は、図２（ａ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を停止して当該燃料電池装置４０での発電を停止する運転停止時には、ブリード弁２１を開弁させると共に、下流側開閉弁１３を閉弁させ、下流側逃し弁２３を閉弁させた状態とする。このとき、遮断弁１１Ｂが故障して遮断弁間空間１０Ｂの空気が遮断弁１１Ｂの下流側に漏れた場合でも、下流側開閉弁１３が閉状態であれば、燃料電池装置４０への空気流入が防止される。また、ブリード弁２３が故障して、下流側弁間空間１０Ｃ１に大気側から空気が流入した場合でも、下流側開閉弁１３が閉状態であれば、燃料電池装置４０への空気流入が防止される。尚、運転停止時において下流側開閉弁１３は開弁させても構わない。
【００６２】
即ち、運転停止時には、遮断弁間空間１０Ｂが大気に開放された状態で上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとが閉弁されて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が停止される。このことで、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂ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１０における水素ボンベ１側と燃料電池装置４０側とが大気に開放された遮断弁間空間１０Ｂで隔離されることになる。よって、これら遮断弁１１Ａ，１１Ｂの遮断不良に起因する水素ボンベ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る。更に、運転停止時に遮断弁間空間１０Ｂに流出した水素ガスＧ１については、開弁状態であるブリード弁２１を介して大気へ放出されるので、安全性が保持される。
【００６３】
更に、本実施形態の燃料電池システム５０では、運転停止状態から通常運転に移行する起動時において、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下を防止する。そのために、詳細については後述するが、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に遮断弁間空間１０Ｂに対して空気（酸素）を略含まないパージガスＰＧを供給して当該遮断弁間空間１０Ｂをパージするパージ処理としての第１パージ処理及び第２パージ処理が、運転制御装置６０により実行される。即ち、このようなパージ処理が、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に実行されると、遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気が適切に燃料ガス供給路１０から除去された上で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始される。このことで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００６４】
本実施形態における上記パージ処理の詳細構成について、本実施形態の燃料電池システム５０の運転を開始する起動時における燃料ガス供給路１０における状態変化の詳細と共に、以下に説明を加える。
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。
【００６５】
（供給停止状態）
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。
【００６６】
すると、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａよりも上流側に形成されて水素ボンベ１に通じる上流側空間１０Ａについては、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。また、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成されて燃料電池装置４０に通じる下流側空間１０Ｃ１，１０Ｃ２についても、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。一方、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される遮断弁間空間１０Ｂについては、開弁状態のブリード弁２１を通じて大気に開放された状態となるため、大気から侵入した空気が存在する状態となる。
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。
【００６７】
（第１パージ状態）
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。
【００６８】
供給停止状態から第１パージ状態に遷移するにあたっては、下流側遮断弁１１Ｂ及び下流側逃し弁２３が閉弁状態に維持され、且つ、ブリード弁２１及び下流側開閉弁１３が開弁状態に維持されたままで、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側開閉弁１３が開弁される。すると、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、開弁された上流側遮断弁１１Ａを介して遮断弁間空間１０ＢにパージガスＰＧとして供給される。同時に、当該遮断弁間空間１０Ｂに供給された水素ガスＧ１が、開弁状態に維持されたブリード弁２１を介して分岐路２０を通じて外部に放出される。そして、このような形態で、遮断弁間空間１０Ｂが水素ガスＧ１によりパージされることになる。即ち、本実施形態では、遮断弁間空間１０Ｂに供給するパージガスＰＧとして水素ガスＧ１が利用され、この水素ガスＧ１により遮断弁間空間１０Ｂ等がパージされる。
【００６９】
このような第１パージ処理が実行されると、上記供給停止状態において大気からブリード弁２１を介して遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気は、分岐路２０のブリード弁２１を介して大気に放出されて、遮断弁間空間１０Ｂから除去されることになる。
【００７０】
また、運転制御装置６０は、第１パージ処理の実行時間を、遮断弁間空間１０Ｂに滞留する空気を略完全に除去可能な時間として適切な設定第１パージ時間に設定する。この適切な設定第１パージ時間は、例えば各弁の開度、各流路の断面積や流路長、水素ガスＧ１の供給圧力等をパラメータとして実験やシミュレーション等により適宜求めることができる。また、遮断弁間空間１０Ｂの酸素濃度を計測する酸素濃度センサを設け、酸素濃度センサで計測された酸素濃度が０又は一定値以下となるまでの間、パージ処理を実行するように構成しても構わない。
【００７１】
（第２パージ状態）
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。
【００７２】
第１パージ状態から第２パージ状態に遷移するにあたっては、下流側逃し弁２３が閉弁状態に維持され、且つ、上流側遮断弁１１Ａ及びブリード弁２１が開弁状態に維持されたままで、下流側開閉弁１３が閉弁され、下流側逃し弁２３が開弁された上で、下流側遮断弁１１Ｂが開弁される。すると、開弁された下流側遮断弁１１Ｂを介して遮断弁間空間１０Ｂから下流側弁間空間１０Ｃ１に、パージガスＰＧとしての水素ガスＧ１が供給される。同時に、当該下流側弁間空間１０Ｃ１に供給された水素ガスＧ１が、開弁状態に維持された下流側逃し弁２３を介して分岐路２２を通じて外部に放出される。このような形態で、遮断弁間空間１０Ｂ並びに下流側弁間空間１０Ｃ１が水素ガスＧ１によりパージされることになる。
【００７３】
そして、このような第２パージ処理が実行されると、上記第１パージ処理の実行後においても遮断弁間空間１０Ｂにおける下流側遮断弁１１Ｂ近傍に滞留する空気は、下流側弁間空間１０Ｃ１及び分岐路２２の下流側逃し弁２３を介して大気に放出されて、燃料ガス供給路１０から除去されることになる。そして、この状態に続いて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を開始することで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００７４】
また、運転制御装置６０は、第２パージ処理の実行時間を、下流側弁間空間１０Ｃ１に滞留する空気を略完全に除去可能な時間として適切な設定第２パージ時間に設定する。この適切な設定第２パージ時間は、例えば各弁の開度、各流路の断面積や流路長、水素ガスＧ１の供給圧力等をパラメータとして実験やシミュレーション等により適宜求めることができる。また、下流側弁間空間１０Ｃ１の酸素濃度を計測する酸素濃度センサを設け、酸素濃度センサで計測された酸素濃度が０又は一定値以下となるまでの間、パージ処理を実行するように構成しても構わない。
【００７５】
（移行状態）
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。
【００７６】
第２パージ状態から移行状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び下流側逃し弁２３が開弁状態に維持されたままで、下流側開閉弁１３が開弁されると共に、ブリード弁２１が閉弁される。すると、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂを介して下流側弁間空間１０Ｃ１に供給された水素ガスＧ１は、下流側遮断弁１１Ｂの開弁直後において、下流側逃し弁２３及び下流側開閉弁１３の両方を通過することになる。このことで、下流側弁間空間１０Ｃ１において特に下流側逃し弁２３近傍や下流側開閉弁１３近傍に滞留する空気を、下流側弁間空間１０Ｃ１から押し出した状態で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始されることになる。また、後の供給継続状態において下流側逃し弁２３を閉弁する際に、下流側開閉弁１３が開弁状態であることから、下流側逃し弁２３の閉弁時における燃料ガス供給路１０の過剰な圧力上昇が抑制される。
【００７７】
（供給継続状態）
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。
【００７８】
移行状態から供給継続状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び下流側開閉弁１３が開弁状態に維持されたままで、下流側逃し弁２３が閉弁される。すると、下流側逃し弁２３を介した大気への水素ガスＧ１の放出が停止される。その状態で、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び下流側開閉弁１３を介して燃料電池装置４０に供給されて、当該燃料電池装置４０において所望の発電が行われることになる。そして、この供給継続状態への遷移時に、事前に第１パージ処理及び第２パージ処理が実行されているので、燃料ガス供給路１０は空気が存在せずに水素ガスＧ１で満たされた状態となっている。よって、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下が好適に防止されることになる。
【００７９】
尚、本実施形態では、第２燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始時のパージ処理を終了時に、下流側開閉弁１３の開弁後に下流側逃し弁２３を閉弁させて、燃料ガス供給路１０の状態を第２パージ状態（図２（ｃ）を参照）から移行状態（図３（ｄ）を参照）を経て供給継続状態（図３（ｅ）を参照）に遷移させた。しかし、これら下流側開閉弁１３及び下流側逃し弁２３等の開閉タイミングについては適宜変更することができる。例えば、下流側開閉弁１３の開弁と同時又はその直前に下流側逃し弁２３を閉弁させることで、燃料ガス供給路１０の状態を第２パージ状態（図２（ｃ）を参照）から直接供給継続状態（図３（ｅ）を参照）に遷移させるように構成しても構わない。
【００８０】
〔第３実施形態〕
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。
【００８１】
燃料ガス供給路１０に接続されて当該燃料ガス供給路１０に窒素ガスＮＧ（不活性ガスの一例）を供給可能な窒素ガス供給路３１（不活性ガス供給路の一例）が設けられている。当該窒素ガス供給路３１は、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成される下流側空間、具体的には燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂと下流側開閉弁１３との間に形成される下流側弁間空間１０Ｃ１に接続されている。即ち、この窒素ガス供給路３１は、窒素ガスＮＧを貯留する窒素ガスボンベ３０と、燃料ガス供給路１０における下流側弁間空間１０Ｃ１とを接続する管路として構成されている。尚、本実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスＮＧを利用するが、別の不活性ガスを利用しても構わない。
【００８２】
窒素ガス供給路３１には、窒素ガス供給弁３２（不活性ガス供給弁の一例）が設けられている。運転制御装置６０は、この窒素ガス供給弁３２の開閉作動を制御することにより、窒素ガス供給路３１から燃料ガス供給路１０の下流側弁間空間１０Ｃ１への窒素ガスＮＧの供給を断続させることができる。
【００８３】
そして、運転制御装置６０は、図４（ｃ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開弁させて燃料電池装置４０へ水素ガスＧ１を供給して当該燃料電池装置４０での発電を行う通常運転時には、下流側開閉弁１３を開弁させると共に、ブリード弁２１及び窒素ガス供給弁３２を閉弁させた状態とする。一方、運転制御装置６０は、図４（ａ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を停止して当該燃料電池装置４０での発電を停止する運転停止時には、ブリード弁２１を開弁させると共に、下流側開閉弁１３を開弁させ、窒素ガス供給弁３２を閉弁させた状態とする。
【００８４】
即ち、運転停止時には、遮断弁間空間１０Ｂが大気に開放された状態で上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとが閉弁されて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が停止される。このことで、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂ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１０における水素ボンベ１側と燃料電池装置４０側とが大気に開放された遮断弁間空間１０Ｂで隔離されることになる。よって、これら遮断弁１１Ａ，１１Ｂの遮断不良に起因する水素ボンベ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る。更に、運転停止時に遮断弁間空間１０Ｂに流出した水素ガスＧ１については、開弁状態であるブリード弁２１を介して大気へ放出されるので、安全性が保持される。
【００８５】
更に、本実施形態の燃料電池システム５０では、運転停止状態から通常運転に移行する起動時において、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下を防止する。そのために、詳細については後述するが、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に遮断弁間空間１０Ｂに対して空気（酸素）を略含まないパージガスＰＧを供給して当該遮断弁間空間１０Ｂをパージするパージ処理が、運転制御装置６０により実行される。即ち、このようなパージ処理が、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に実行されると、遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気が適切に燃料ガス供給路１０から除去された上で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始される。このことで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００８６】
本実施形態における上記パージ処理の詳細構成について、本実施形態の燃料電池システム５０の運転を開始する起動時における燃料ガス供給路１０における状態変化の詳細と共に、以下に説明を加える。
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。
【００８７】
（供給停止状態）
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。
【００８８】
すると、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａよりも上流側に形成されて水素ボンベ１に通じる上流側空間１０Ａについては、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。また、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成されて燃料電池装置４０に通じる下流側空間１０Ｃ１，１０Ｃ２についても、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。一方、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される遮断弁間空間１０Ｂについては、開弁状態のブリード弁２１を通じて大気に開放された状態となるため、大気から侵入した空気が存在する状態となる。
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。
【００８９】
（パージ状態）
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。
【００９０】
供給停止状態からパージ状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａが閉弁状態に維持され、且つ、ブリード弁２１が開弁状態に維持されたままで、下流側開閉弁１３が閉弁され、且つ、下流側遮断弁１１Ｂ及び窒素ガス供給弁３２が開弁される。すると、窒素ガスボンベ３０から供給された窒素ガスＮＧが、開弁された窒素ガス供給弁３２を介して下流側弁間空間１０Ｃ１にパージガスＰＧとして供給され、その窒素ガスＮＧが、開弁された下流側遮断弁１１Ｂを介して遮断弁間空間１０ＢにパージガスＰＧとして供給される。同時に、当該遮断弁間空間１０Ｂに供給された窒素ガスＮＧが、開弁状態に維持されたブリード弁２１を介して分岐路２０を通じて外部に放出される。そして、このような形態で、遮断弁間空間１０Ｂが窒素ガスＮＧによりパージされることになる。即ち、本実施形態では、遮断弁間空間１０Ｂに供給するパージガスＰＧとして窒素ガスＮＧが利用され、この窒素ガスＮＧにより遮断弁間空間１０Ｂ等がパージされる。
【００９１】
このようなパージ処理が実行されると、上記供給停止状態において大気からブリード弁２１を介して遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気は、分岐路２０のブリード弁２１を介して大気に放出されて、遮断弁間空間１０Ｂから除去されることになる。そして、この状態に続いて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を開始することで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【００９２】
（供給継続状態）
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。
【００９３】
パージ状態から供給継続状態に遷移するにあたっては、下流側遮断弁１１Ｂが開弁状態に維持されたままで、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１が閉弁され、且つ、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側開閉弁１３が開弁される。すると、燃料ガス供給路１０への窒素ガスＮＧの供給とブリード弁２１を介した大気への窒素ガスＮＧの放出とが停止される。その状態で、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び下流側開閉弁１３を介して燃料電池装置４０に供給されて、当該燃料電池装置４０において所望の発電が行われることになる。そして、この供給継続状態への遷移時に、事前にパージ処理が実行されているので、燃料ガス供給路１０は空気が存在せずに水素ガスＧ１又は窒素ガスＮＧで満たされた状態となっている。よって、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下が好適に防止されることになる。
【００９４】
尚、本実施形態では、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始時のパージ処理を終了時に、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１の閉弁と同時に、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側開閉弁１３を開弁させるが、各弁の開閉タイミングについては適宜変更することができる。例えば、下流側開閉弁１３を開弁させた後に、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１の閉弁と上流側遮断弁１１Ａの開弁を行うこともできる。
【００９５】
〔第４実施形態〕
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。
【００９６】
燃料ガス供給路１０に接続されて当該燃料ガス供給路１０に窒素ガスＮＧ（不活性ガスの一例）を供給可能な窒素ガス供給路３１（不活性ガス供給路の一例）が設けられている。当該窒素ガス供給路３１は、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成される下流側空間、具体的には燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂと下流側開閉弁１３との間に形成される下流側弁間空間１０Ｃ１に接続されている。即ち、この窒素ガス供給路３１は、窒素ガスＮＧを貯留する窒素ガスボンベ３０と、燃料ガス供給路１０における下流側弁間空間１０Ｃ１とを接続する管路として構成されている。
【００９７】
窒素ガス供給路３１には、窒素ガス供給弁３２（不活性ガス供給弁の一例）が設けられている。運転制御装置６０は、この窒素ガス供給弁３２の開閉作動を制御することにより、窒素ガス供給路３１から燃料ガス供給路１０の下流側弁間空間１０Ｃ１への窒素ガスＮＧの供給を断続させることができる。
【００９８】
そして、運転制御装置６０は、図５（ｃ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを開弁させて燃料電池装置４０へ水素ガスＧ１を供給して当該燃料電池装置４０での発電を行う通常運転時には、下流側開閉弁１３を開弁させると共に、ブリード弁２１及び窒素ガス供給弁３２を閉弁させた状態とする。一方、運転制御装置６０は、図５（ａ）に示すように、遮断弁１１Ａ，１１Ｂを閉弁させて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を停止して当該燃料電池装置４０での発電を停止する運転停止時には、ブリード弁２１を開弁させると共に、下流側開閉弁１３を開弁させ、窒素ガス供給弁３２を閉弁させた状態とする。
【００９９】
即ち、運転停止時には、遮断弁間空間１０Ｂが大気に開放された状態で上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとが閉弁されて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が停止される。このことで、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂ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１０における水素ボンベ１側と燃料電池装置４０側とが大気に開放された遮断弁間空間１０Ｂで隔離されることになる。よって、これら遮断弁１１Ａ，１１Ｂの遮断不良に起因する水素ボンベ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る。更に、運転停止時に遮断弁間空間１０Ｂに流出した水素ガスＧ１については、開弁状態であるブリード弁２１を介して大気へ放出されるので、安全性が保持される。
【０１００】
更に、本実施形態の燃料電池システム５０では、運転停止状態から通常運転に移行する起動時において、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下を防止する。そのために、詳細については後述するが、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に遮断弁間空間１０Ｂに対して空気（酸素）を略含まないパージガスＰＧを供給して当該遮断弁間空間１０Ｂをパージするパージ処理が、運転制御装置６０により実行される。即ち、このようなパージ処理が、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始前に実行されると、遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気が適切に燃料ガス供給路１０から除去された上で、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給が開始される。このことで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【０１０１】
本実施形態における上記パージ処理の詳細構成について、本実施形態の燃料電池システム５０の運転を開始する起動時における燃料ガス供給路１０における状態変化の詳細と共に、以下に説明を加える。
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。
【０１０２】
（供給停止状態）
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。
【０１０３】
すると、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａよりも上流側に形成されて水素ボンベ１に通じる上流側空間１０Ａについては、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。また、燃料ガス供給路１０における下流側遮断弁１１Ｂよりも下流側に形成されて燃料電池装置４０に通じる下流側空間１０Ｃ１，１０Ｃ２についても、供給停止状態となる前の供給継続状態において通流していた水素ガスＧ１が満たされた状態となる。一方、燃料ガス供給路１０における上流側遮断弁１１Ａと下流側遮断弁１１Ｂとの間に形成される遮断弁間空間１０Ｂについては、開弁状態のブリード弁２１を通じて大気に開放された状態となるため、大気から侵入した空気が存在する状態となる。
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。
【０１０４】
（パージ状態）
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。
【０１０５】
供給停止状態からパージ状態に遷移するにあたっては、ブリード弁２１が開弁状態に維持されたままで、下流側開閉弁１３が閉弁され、且つ、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び窒素ガス供給弁３２が開弁される。すると、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、開弁された上流側遮断弁１１Ａを介して遮断弁間空間１０ＢにパージガスＰＧとして供給される。更に、窒素ガスボンベ３０から供給された窒素ガスＮＧが、開弁された窒素ガス供給弁３２を介して下流側弁間空間１０Ｃ１にパージガスＰＧとして供給され、その窒素ガスＮＧが、開弁された下流側遮断弁１１Ｂを介して遮断弁間空間１０ＢにパージガスＰＧとして供給される。同時に、当該遮断弁間空間１０Ｂに供給された水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧが、開弁状態に維持されたブリード弁２１を介して分岐路２０を通じて外部に放出される。そして、このような形態で、遮断弁間空間１０Ｂが水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧによりパージされることになる。即ち、本実施形態では、遮断弁間空間１０Ｂに供給するパージガスＰＧとして水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧが利用され、この水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧにより遮断弁間空間１０Ｂ等がパージされる。
【０１０６】
このようなパージ処理が実行されると、上記供給停止状態において大気からブリード弁２１を介して遮断弁間空間１０Ｂに侵入した空気は、分岐路２０のブリード弁２１を介して大気に放出されて、遮断弁間空間１０Ｂから除去されることになる。そして、この状態に続いて燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給を開始することで、燃料電池スタック４１のアノード４１Ａへの空気の供給に起因する性能低下が防止される。
【０１０７】
尚、本実施形態では、パージ処理において、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び窒素ガス供給弁３２を同時に開弁させて、遮断弁間空間１０ＢへのパージガスＰＧとしての水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧの供給を同時に行うように構成した。しかし、上流側遮断弁１１Ａの開弁タイミングと、下流側遮断弁１１Ｂ及び窒素ガス供給弁３２の開弁タイミングとを、異なるタイミングに設定しても構わない。例えば、上流側遮断弁１１Ａの開弁タイミングを、下流側遮断弁１１Ｂ及び窒素ガス供給弁３２の開弁タイミングよりも早くすることで、遮断弁間空間１０Ｂに水素ガスＧ１をパージガスＰＧとして供給した後に、その遮断弁間空間１０Ｂに窒素ガスＮＧをパージガスＰＧとして供給することができる。逆に、下流側遮断弁１１Ｂ及び窒素ガス供給弁３２の開弁タイミングを、上流側遮断弁１１Ａの開弁タイミングよりも早くすることで、遮断弁間空間１０Ｂに窒素ガスＮＧをパージガスＰＧとして供給した後に、その遮断弁間空間１０Ｂに水素ガスＧ１をパージガスＰＧとして供給することができる。また、遮断弁間空間１０Ｂに対するパージガスＰＧとしての水素ガスＧ１の供給と、遮断弁間空間１０Ｂに対するパージガスＰＧとしての窒素ガスＮＧの供給とについて、一方を終了させた後に他方を開始するように、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び窒素ガス供給弁３２の開閉タイミングを設定しても構わない。
【０１０８】
（供給継続状態）
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。
【０１０９】
パージ状態から供給継続状態に遷移するにあたっては、上流側遮断弁１１Ａ及び下流側遮断弁１１Ｂが開弁状態に維持されたままで、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１が閉弁され、且つ、下流側開閉弁１３が開弁される。すると、燃料ガス供給路１０への窒素ガスＮＧの供給とブリード弁２１を介した大気への水素ガスＧ１及び窒素ガスＮＧの放出とが停止される。その状態で、水素ボンベ１から供給された水素ガスＧ１が、上流側遮断弁１１Ａ、下流側遮断弁１１Ｂ、及び下流側開閉弁１３を介して燃料電池装置４０に供給されて、当該燃料電池装置４０において所望の発電が行われることになる。そして、この供給継続状態への遷移時に、事前にパージ処理が実行されているので、燃料ガス供給路１０は空気が存在せずに水素ガスＧ１又は窒素ガスＮＧで満たされた状態となっている。よって、燃料電池装置４０への空気の供給に起因する性能低下が好適に防止されることになる。
【０１１０】
尚、本実施形態では、燃料電池装置４０への水素ガスＧ１の供給開始時のパージ処理を終了時に、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１の閉弁と同時に、下流側開閉弁１３を開弁させるが、各弁の開閉タイミングについては適宜変更することができる。例えば、下流側開閉弁１３を開弁させた後に、窒素ガス供給弁３２及びブリード弁２１の閉弁を行うこともできる。
【０１１１】
〔別実施形態〕
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。
【０１１２】
（１）上記実施形態では、燃料電池装置４０を、燃料ガス供給路１０からアノード４１Ａに水素ガスＧ１が供給される燃料電池スタック４１を備えたものとして構成した。しかし、図６に示すように、燃料電池装置４０を、メタンガスやプロパンガスなどの炭化水素ガスＧ２を改質して水素ガスＧ１を含む水素含有ガスを生成する改質器４２と、当該生成された水素ガスＧ１の電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック４１とを備えて構成しても構わない。この場合、燃料ガス供給路１０には、炭化水素ガスＧ２が通流することになり、その炭化水素ガスＧ２が、燃料ガスとして、燃料ガス供給路１０から改質器４２に供給され、当該改質器４２の改質により水素ガスＧ１を含む水素含有ガスとなる。そして、このような燃料電池装置４０への炭化水素ガスＧ２の供給開始前において、燃料ガス供給路１０においてパージ処理を実行することができる。この場合、パージ処理において炭化水素ガスＧ２をパージガスＰＧとして利用することができる。
【０１１３】
（２）上記実施形態では、燃料電池システム５０を燃料電池船１００の動力源として搭載した例を説明したが、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、他の輸送機械又はエネルギー機器に搭載された燃料電池システムにおいて本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【０１１４】
１        水素ボンベ（燃料ガス貯留部）
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
【図１】
2020009544.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020009544.tif 000009