(57)【要約】【課題】燃料電池稼働部と燃料電池支援装置との接続時におけるパージ作業を短時間かつ低コストで行うことができる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池発電システム１を、燃料電池稼働部２と、燃料電池稼働部２とは別体にして設けられた燃料電池支援装置３とを有する構成とする。燃料電池支援装置３を、燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側供給流路１１と、燃料電池支援装置側供給流路１１に接続されるパージ用流体供給源１２と、燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端近傍部分に接続されたパージ用バイパス流路４１と、パージ用バイパス流路４１を開閉するパージ用バルブ４２とを有する構成とする。燃料電池稼働部２を、燃料電池支援装置３との接続部を開閉する燃料電池側供給バルブ６８を有する構成とする。【選択図】図１
2008021553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行う燃料電池稼働部と、
該燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続されて該燃料電池稼働部への流体供給を行う燃料電池支援装置とを有し、
該燃料電池支援装置は、前記燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側供給流路と、
該燃料電池支援装置側供給流路に接続されるパージ用流体供給源と、
前記燃料電池支援装置側供給流路に接続されたパージ用バイパス流路と、
該パージ用バイパス流路を開閉するパージ用バルブとを有している燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記パージ用バイパス流路が、前記燃料電池支援装置側供給流路の前記燃料電池稼働部との接続端近傍に接続されている請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃料電池支援装置が、前記燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側回収流路を有し、
前記パージ用バイパス流路は、前記燃料電池支援装置側回収流路に接続されている請求項１または２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記燃料電池支援装置側供給流路が、前記燃料電池稼働部への燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給路であり、
前記パージ用流体供給源が、不活性ガス供給源である請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記燃料電池支援装置側供給流路が、前記燃料電池稼働部への水の供給路であり、
前記パージ用流体供給源が、不活性ガス供給源である請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記燃料電池稼働部は、前記燃料電池支援装置側供給流路との接続部を開閉する燃料電池稼働部側供給バルブを有している請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とを有する燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一対の電極とこれら電極を隔てる電解質とを有するセル（発電素子）を備えている。燃料電池は、このセルの一方の電極に燃料ガス（例えば水素）を供給し、他方の電極に酸化剤ガス（例えば酸素）を供給することで、これら水素と酸素とを化学反応させて、これら電極間に電力を発生させるものである。各セルが発生させる電力はそれほど大きくないので、実際の燃料電池では、複数のセルを電気的に接続することによって必要な電力を発生させている（このセルの集合体を「燃料電池スタック」という）。
【０００３】
燃料電池は、上記のように燃焼反応を行わないクリーンな電源であるため、潜水艇などの閉鎖空間内で使用される装置の電源として好適に利用されている。
このような閉鎖空間内で使用される装置では、内部のスペースに限りがあるため、燃料電池についても、占有スペースを極力小さくすることが求められている。
占有スペースを小さくした燃料電池としては、例えば、後記の特許文献１に記載の燃料電池システムが知られている。特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池部（燃料電池稼働部）と燃料電池部の起動動作及び停止動作を支援する燃料電池支援部とを分離し、移動体には燃料電池部のみ搭載されるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１６８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような燃料電池システムでは、燃料電池部の起動動作や停止動作時には、燃料電池部と燃料電池支援部との間で、燃料ガス（例えば水素ガスや酸素ガス）やパージガス、電解質を加湿するための純水等、各種の流体のやり取りが行われる。
このため、燃料電池支援部には、燃料電池部に対して着脱可能にして接続される流体供給路が設けられる。
【０００６】
しかし、燃料電池部と燃料電池支援部とを切り離した状態では、流体供給路のうち、燃料電池との接続端が外気にさらされる。このため、燃料電池部と燃料電池支援部とを接続する際に、流体供給路内に外気が侵入してしまう。
この状態で流体供給路を通じて燃料電池部に流体を供給すると、流体供給路に進入した外気が燃料電池部の燃料電池スタック内に送り込まれてしまい、燃料電池スタック内部で好ましくない化学反応が生じるなどして、燃料電池の運転に支障をきたす可能性がある。
【０００７】
このため、従来は、燃料電池部と燃料電池支援部とを接続した際には、燃料電池支援部から流体供給路内にパージ用の流体を送り込んで、流体供給路内の外気を、燃料電池部内の流路を通じて燃料電池部の排気系統に送り込んで、外部に排出していた。
【０００８】
しかし、この方法では、流体供給路内に加えて、燃料電池部内までパージする必要がある。このため、パージ作業に時間がかかるとともに、パージ作業に使用するパージガスの量が多く、運用コストが増大してしまう。
特に、流体供給路が水素ガス等の可燃性流体の供給路である場合には、可燃性流体中の酸素濃度が燃焼範囲または爆発範囲に達しないよう、まず窒素ガス等の不活性流体によって流体供給路内及び燃料電池部内をパージしてこれらの内部から酸素を確実に排出したのちに、改めて流体供給路及び燃料電池部内に可燃性流体を供給する必要があるので、パージ作業にさらに多くの時間とパージガスを要していた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置との接続時におけるパージ作業を短時間かつ低コストで行うことができる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、発電を行う燃料電池稼働部と、該燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続されて該燃料電池稼働部への流体供給を行う燃料電池支援装置とを有し、該燃料電池支援装置は、前記燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側供給流路と、該燃料電池支援装置側供給流路に接続されるパージ用流体供給源と、前記燃料電池支援装置側供給流路に接続されたパージ用バイパス流路と、該パージ用バイパス流路を開閉するパージ用バルブとを有している燃料電池発電システムを提供する。
【００１１】
この燃料電池発電システムにおいて、燃料電池支援装置と燃料電池稼働部とを接続するにあたっては、まず、燃料電池稼働部に燃料電池支援装置側供給流路を接続し、この状態で、燃料電池支援装置側供給バルブ及びパージ用バルブを開放して、パージ用流体供給源から燃料電池支援装置側供給流路にパージ用の流体を供給する。
これにより、燃料電池支援装置側供給流路内の流体が、パージ用流体によってパージ用バイパス流路に押し出されて、燃料電池支援装置側供給流路内から排出される（パージ処理）。
【００１２】
すなわち、この燃料電池発電システムでは、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とが分離している間に燃料電池支援装置側供給流路内に侵入した流体が、燃料電池稼働部に送り込まれることなく、燃料電池支援装置側供給流路からただちに排出されるので、パージ処理に要する時間やパージ用流体を大幅に節約することができる。
ここで、パージ用流体としては、窒素ガス等の不活性ガスを用いてもよく、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とを接続した際に燃料電池支援装置から燃料電池稼働部に供給する流体を用いてもよい。
また、燃料電池支援装置側供給流路内をパージするにあたっては、燃料電池支援装置側供給流路の内圧を変化させながらパージを行うことで（すなわちプレッシャースイング法を用いることで）、燃料電池支援装置側供給流路内の流体のパージをより確実に行うことができる。
【００１３】
この燃料電池発電システムにおいて、前記パージ用バイパス流路が、前記燃料電池支援装置側供給流路の前記燃料電池稼働部との接続端近傍に接続されていてもよい。
この場合には、パージ用流体供給源からパージ用流体を燃料電池支援装置側供給流路に供給することで、燃料電池支援装置側供給流路のうち、燃料電池稼働部との接続端近傍部分までの範囲で（すなわち燃料電池支援装置側供給流路内のほとんどの範囲で）、燃料電池支援装置側供給流路内の流体を、パージ用流体によってパージ用バイパス流路に直接押し出すことができるので、パージ効率が高い。
【００１４】
また、前記燃料電池支援装置が、前記燃料電池稼働部に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側回収流路を有し、前記パージ用バイパス流路は、前記燃料電池支援装置側回収流路に接続されていてもよい。
この場合には、パージ処理を行うと、燃料電池支援装置側供給流路内の流体及びパージ処理に使用したパージ用流体が、パージ用バイパス流路を通じて燃料電池支援装置側回収流路に送り込まれるので、燃料電池支援装置側供給流路内の流体及びパージ処理に使用したパージ用流体を回収することができる。
このため、燃料電池支援装置側供給流路内の流体及びパージ処理に使用したパージ用流体を適切に処理することができる（この処理には、再利用のための再生処理も含まれる）。
【００１５】
ここで、前記燃料電池支援装置側供給流路が、前記燃料電池稼働部への燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給路であり、前記パージ用流体供給源が、不活性ガス供給源であってもよい。
この場合には、前記した手順でパージ作業を行うことによって、燃料電池稼働部内の燃料ガスまたは酸化剤ガスが流通する流路内に酸素を含んだ外気を入れることなく、燃料電池支援装置側供給流路内の雰囲気を不活性ガスに置換することができるので、燃料電池スタックの性能を落とすこともなく、安全かつ速やかに燃料電池支援装置側供給流路内のパージを行うことができる。
【００１６】
また、前記燃料電池支援装置側供給流路が、前記燃料電池稼働部への水の供給路であり、前記パージ用流体供給源が、不活性ガス供給源であってもよい。
この場合には、前記した手順でパージ処理を行うことによって、燃料電池支援装置側の水の供給流路内の雰囲気を不活性ガスに置換することができるので、燃料電池稼働部への水供給に伴う燃料電池稼働部への外気混入を防止することができる。
【００１７】
また、燃料電池稼働部は、前記燃料電池支援装置側供給流路との接続部を開閉する燃料電池稼働部側供給バルブを有していてもよい。
この場合には、燃料電池稼働部の燃料電池側供給バルブを閉じた状態で燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とを分離することで、燃料電池稼働部が独立した状態で運用される。
この燃料電池発電システムにおいて、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とを接続するにあたっては、まず、燃料電池稼働部に燃料電池支援装置側供給流路を接続し、この状態で、燃料電池支援装置側供給バルブ及びパージ用バルブを開放して、パージ用流体供給源から燃料電池支援装置側供給流路にパージ用の流体を供給する。
これにより、燃料電池支援装置側供給流路内の流体が、パージ用流体によってパージ用バイパス流路に押し出されて、燃料電池支援装置側供給流路内から排出される（パージ処理）。
【００１８】
すなわち、この燃料電池発電システムでは、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置とが分離している間に燃料電池支援装置側供給流路内に侵入した流体が、燃料電池稼働部に送り込まれることなく、燃料電池支援装置側供給流路からただちに排出されるので、パージ処理に要する時間やパージ用流体を大幅に節約することができる。
【００１９】
加えて、燃料電池支援装置側供給流路内を不活性ガスにパージした後、その燃料電池支援装置側供給流路内を燃料ガス及び酸化剤ガスに置換することも可能である。このように燃料電池支援装置側流路を燃料ガス及び酸化剤ガスに置換した後に燃料電池稼動部にある燃料電池稼動部側バルブを開放すれば、外気のみならず、パージに用いた不活性ガスさえも燃料電池稼動部へ送り込むことなく、燃料電池稼動部へ発電に必要となる燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することができる。すなわち、燃料電池稼動部内の燃料電池スタックの発電を止めることなく、燃料電池支援装置と燃料電池稼働部との接続が可能となるので、燃料電池発電システムの運用性が非常に良好となる。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成される燃料電池発電システムによれば、燃料電池稼働部と燃料電池支援装置との接続時におけるパージ作業を短時間かつ低コストで行うことができるとともに、運用性の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る燃料電池発電システムは、例えば、潜水艇等の移動体の電源として用いられるものである。図１に示すように、本実施形態に示す燃料電池発電システム１は、移動体に搭載される燃料電池稼働部２と、移動体の基地等に燃料電池稼働部２とは別体にして設けられた燃料電池支援装置３とを有している。
燃料電池支援装置３は、燃料電池稼働部２への流体の供給を行うものであって、燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側供給流路１１と、燃料電池支援装置側供給流路１１に接続されるパージ用流体供給源１２と、燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続される燃料電池支援装置側回収流路１３とを有している。
【００２２】
本実施形態では、燃料電池支援装置３は、水素供給源１６と、酸素供給源１７と、純水供給源１８とを有している。ここで、水素供給源１６及び酸素供給源１７は、例えば、水素ガスや酸素ガスが高圧ガスの状態または液化した状態で充填されるガス容器によって構成される。なお、水素供給源１６は、炭化水素等の水素化合物を供給する水素化合物供給源と、この水素化合物供給源から供給される水素化合物から水素を取り出す改質器とを有する構成とされていてもよい。
純水供給源１８は、純水製造装置１８ａと、純水製造装置１８ａが製造した純水を貯留する貯水タンク１８ｂと、貯水タンク１８ｂ内の純水を圧送する純水供給ポンプ１８ｃとを有している。また、貯水タンク１８ｂには、ガス抜きのためのリリーフ弁（図示せず）が設けられている。
【００２３】
上記の水素供給源１６、酸素供給源１７、及び純水供給源１８は、それぞれ対応する燃料電池支援装置側供給流路１１を介して、燃料電池稼働部２に接続されている。
具体的には、水素供給源１６は、燃料電池支援装置側水素供給路２１を介して燃料電池稼働部２に接続されており、酸素供給源１７は、燃料電池支援装置側酸素供給路２２を介して燃料電池稼働部２に接続されており、純水供給源１８は、燃料電池支援装置側純水供給路２３を介して燃料電池稼働部２に接続されている。
ここで、燃料電池支援装置側純水供給路２３は、燃料電池稼働部２の後述する燃料電池側水素供給路６１に接続される水素側純水供給路２３ａと、燃料電池稼働部２の後述する燃料電池側酸素供給路６２に接続される酸素側純水供給路２３ｂと、燃料電池稼働部２の後述する冷却水供給路６３に接続される冷却水供給路２３ｃとを有している。
【００２４】
これら燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端には、この接続端を燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続する供給側コネクタ２４が設けられている。
これら燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端近傍は、フレキシブルチューブ等の可撓性を有する配管によって構成されており、これによって燃料電池稼働部２に対する接続作業を容易に行うことができるようになっている。
これら燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端近傍には、燃料電池支援装置側供給流路１１を開閉する燃料電池支援装置側供給バルブ２５が設けられている。なお、燃料電池支援装置側供給バルブ２５は、供給側コネクタ２４に組み込まれていてもよい。
【００２５】
これら燃料電池支援装置側供給流路１１のうち、燃料電池支援装置側水素供給路２１及び燃料電池支援装置側酸素供給路２２には、それぞれ対応する流体供給源から供給される流体の下流側への流量を調整する流量調整装置２６が設けられており、燃料電池稼働部２への各流体の供給量を制御することができるようになっている。
また、水素側純水供給路２３ａ、酸素側純水供給路２３ｂ、及び冷却水供給路２３ｃには、それぞれ遮断弁２７が設けられており、これら供給路のそれぞれについて、純水の供給を独立して制御することができるようになっている。
【００２６】
パージ用流体供給源１２は、例えば、窒素等の不活性ガスが高圧ガスの状態または液化した状態で充填されるガス容器によって構成される。
パージ用流体供給源１２は、パージ用流体供給路２８を通じて各燃料電池支援装置側供給流路１１に接続されている。本実施形態では、パージ用流体供給路２８上には、パージ用流体供給源１２から供給されるパージ用流体の下流側への流量を調整する流量調整装置２９が設けられており、各燃料電池支援装置側供給流路１１へのパージ用流体の供給量を制御することができるようになっている。
【００２７】
また、本実施形態では、燃料電池支援装置側回収流路１３として、燃料電池稼働部２から水素を含む流体を回収する燃料電池支援装置側水素回収路３１と、燃料電池稼働部２から酸素を含む流体を回収する燃料電池支援装置側酸素回収路３２と、燃料電池稼働部２から余剰水分を回収する燃料電池支援装置側水分回収路３３とが設けられている。
これら燃料電池支援装置側回収流路１３は、回収した流体を大気開放する構成とされていてもよく、また、対応する流体回収装置または除害装置等に供給する構成とされていてもよい。
本実施形態では、燃料電池支援装置側水素回収路３１及び燃料電池支援装置側酸素回収路３２は、回収した流体を大気開放する構成とされている。ただし、水素等の可燃性ガスは爆発下限以下の濃度に希釈する等の対策は別途必要になる。また、燃料電池支援装置側水分回収路３３は、貯水タンク１８ｂに接続されており、燃料電池支援装置側水分回収路３３を通じて回収された水分は貯水タンク１８ｂに回収されて再利用されるようになっている。また、燃料電池支援装置側水分回収路３３を通じて回収された気体は、貯水タンク１８ｂに設けられたリリーフ弁（図示せず）を通じて大気開放されるようになっている。
【００２８】
これら燃料電池支援装置側流体回収路１３の燃料電池稼働部２との接続端には、この接続端を燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続する回収側コネクタ３４が設けられている。
これら燃料電池支援装置側回収流路１３の燃料電池稼働部２との接続端近傍は、フレキシブルチューブ等の可撓性を有する配管によって構成されており、これによって燃料電池稼働部２に対する接続作業を容易に行うことができるようになっている。
これら燃料電池支援装置側回収流路１３の燃料電池稼働部２との接続端近傍には、燃料電池支援装置側回収流路１３を開閉する燃料電池支援装置側回収バルブ３５が設けられている。なお、燃料電池支援装置側回収バルブ３５は、回収側コネクタ３４に組み込まれていてもよい。
【００２９】
これら燃料電池支援装置側回収流路１３のうち、燃料電池支援装置側水素回収路３１及び燃料電池支援装置側酸素回収路３２には、それぞれ燃料電池稼働部２から供給される流体の下流側への流量を調整する流量調整装置３６が設けられており、これによって燃料電池稼働部２からの流体の回収量を制御することができるようになっている。
また、燃料電池支援装置側水素回収路３１の末端及び燃料電池支援装置側酸素回収路３２の末端は、それぞれ排気用ポット３７内に挿入されている。排気用ポット３７は、内部が大気開放されるとともに、内部に水が貯留されており、この水中に、対応する燃料電池支援装置側回収流路１３の末端が挿入されている。これにより、燃料電池支援装置側水素回収路３１内の流体及び燃料電池支援装置側酸素回収路３２内の流体が、排気用ポット３７内の水によって外部と隔絶されるので、これら流体への引火等が防止される。
【００３０】
燃料電池支援装置側水分回収路３３は、燃料電池稼働部２の後述する燃料電池側水素回収路に接続される水素側水分回収路３３ａと、燃料電池稼働部２の後述する燃料電池側酸素回収路に接続される酸素側水分回収路３３ｂと、燃料電池稼働部２の後述する冷却水回収路に接続される燃料電池支援装置側冷却水回収路３３ｃとを有している。
また、水素側水分回収路３３ａ、酸素側水分回収路３３ｂ、及び燃料電池支援装置側冷却水回収路３３ｃには、それぞれ遮断弁３８が設けられており、これら回収路のそれぞれについて、水分の回収量を独立して制御することができるようになっている。
また、水素側水分回収路３３ａ、酸素側水分回収路３３ｂ、及び燃料電池支援装置側冷却水回収路３３ｃは、冷却水回収ポンプ３９を介して貯水タンク１８ｂに接続されており、冷却水回収ポンプ３９を運転することで、燃料電池稼働部２内から水分が回収されるようになっている。
【００３１】
さらに、この燃料電池支援装置３には、各燃料電池支援装置側供給流路１１のそれぞれに対して、燃料電池支援装置側供給流路１１に一端を接続されたパージ用バイパス流路４１と、パージ用バイパス流路４１を開閉するパージ用バルブ４２とが設けられている。
本実施形態では、パージ用バイパス流路４１は、燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端近傍に接続されている。
【００３２】
パージ用バイパス流路４１は、対応する燃料電池支援装置側供給流路１１を対応する燃料電池支援装置側回収流路１３に接続せず大気開放とする構成とされていてもよく、燃料電池支援装置側供給流路１１を、対応する燃料電池支援装置側回収流路１３に接続する構成とされていてもよい。
本実施形態では、パージ用バイパス流路４１は、各燃料電池支援装置側供給流路１１とこの燃料電池支援装置側供給流路１１に対応する燃料電池支援装置側回収流路１３とを接続する構成とされている。
具体的には、燃料電池支援装置側水素供給路２１は、パージ用バイパス流路４１を介して燃料電池支援装置側水素回収路３１に接続され、燃料電池支援装置側酸素供給路２２は、パージ用バイパス流路４１を介して燃料電池支援装置側酸素回収路３２に接続されている。
同様に、水素側純水供給路２３ａは、パージ用バイパス流路４１を介して水素側水分回収路３３ａに接続され、酸素側純水供給路２３ｂは、パージ用バイパス流路４１を介して酸素側水分回収路３３ｂに接続され、冷却水供給路２３ｃは、パージ用バイパス流路４１を介して燃料電池支援装置側冷却水回収路３３ｃと接続されている。
【００３３】
また、パージ用バルブ４２は、パージ用バイパス流路４１の燃料電池支援装置側供給流路１１との接続部近傍と、燃料電池支援装置側回収流路１３との接続部近傍とにそれぞれ設けられている。
これにより、パージ用バルブ４２を閉じている状態では、パージ用バイパス流路４１が燃料電池支援装置側供給流路１１及び燃料電池支援装置側回収流路１３から隔離されて、燃料電池支援装置側供給流路１１内を流通する流体及び燃料電池支援装置側回収流路１３内を流通する流体が、パージ用バイパス流路４１内に流れ込まないので、燃料電池支援装置側供給流路１１内を流通する流体及び燃料電池支援装置側回収流路１３内を流通する流体の滞留が防止される。
【００３４】
燃料電池稼働部２は、燃料電池スタック５０と、燃料電池支援装置側供給流路１１と燃料電池スタック５０とを接続する燃料電池側供給流路５１と、燃料電池スタック５０から排出された各種流体を回収する燃料電池側流体回収路５３とを有している。
本実施形態では、燃料電池側供給流路５１として、燃料電池支援装置側水素供給路２１に接続される燃料電池側水素供給路６１と、燃料電池支援装置側酸素供給路２２に接続される燃料電池側酸素供給路６２と、燃料電池支援装置側純水供給路２３の冷却水供給路２３ｃに接続される冷却水供給路６３と、燃料電池支援装置側純水供給路２３の水素側純水供給路２３ａに接続される水素側純水供給路６６と、燃料電池支援装置側純水供給路２３の酸素側純水供給路２３ｂに接続される酸素側純水供給路６７とが設けられている。
ここで、水素側純水供給路６６は、後述する加湿器６９を介して燃料電池側水素供給路６１に接続されており、酸素側純水供給路６７は、後述する加湿器６９を介して燃料電池側酸素供給路６２に接続されている。
【００３５】
これら燃料電池側供給流路５１は、燃料電池支援装置側供給流路１１に対して、供給側コネクタ２４を介して着脱可能にして接続されるようになっている。
また、これら燃料電池側供給流路５１の燃料電池支援装置側供給流路１１との接続端近傍には、燃料電池側供給流路５１を開閉する燃料電池側供給バルブ６８が設けられている。なお、燃料電池側供給バルブ６８は、供給側コネクタ２４に組み込まれていてもよい。
【００３６】
燃料電池側供給流路５１のうち、燃料電池側水素供給路６１上及び燃料電池側酸素供給路６２上には、加湿器６９が設けられている。この加湿器６９は、燃料電池スタック５０に供給される流体を適度に加湿するものである。また、この加湿器６９は、燃料電池スタック５０に供給される流体中の余剰水分をドレン水として回収するドレントラップを兼ねている。
燃料電池側水素供給路６１に設けられる加湿器６９は、水素側純水供給路６６を介して、支援装置３から加湿に用いる純水を供給されている。また、燃料電池側酸素供給路６２に設けられる加湿器６９は、酸素側純水供給路６７を介して、支援装置３から加湿に用いる純水を供給されている。
【００３７】
燃料電池稼働部２は、内部水素供給源７１と、内部酸素供給源７２と、冷却水タンク７３とを有している。ここで、内部水素供給源７１及び内部酸素供給源７２は、例えば、水素ガスや酸素ガスが高圧ガスの状態または液化した状態で充填されるガス容器によって構成される。
【００３８】
上記の内部水素供給源７１、内部酸素供給源７２、及び冷却水タンク７３は、それぞれ対応する燃料電池側供給流路５１を介して、燃料電池スタック５０に接続されている。
具体的には、内部水素供給源７１は、燃料電池側水素供給路６１の加湿器６９の前段部分に対して、内部水素供給路７６を介して接続されており、この内部水素供給路７６及び燃料電池側水素供給路６１を介して、燃料電池スタック５０に接続されている。
内部酸素供給源７２は、燃料電池側酸素供給路６２の加湿器６９の前段部分に対して、内部酸素供給路７７を介して接続されており、この内部酸素供給路７７及び燃料電池側酸素供給路６２を介して燃料電池スタック５０に接続されている。
冷却水タンク７３は、燃料電池側冷却水供給路６３上に設けられており、この燃料電池側冷却水供給路６３を介して燃料電池スタック５０に接続されている。
【００３９】
また、内部水素供給路７６には、内部水素供給路７６を開閉する内部水素供給バルブ７６ａが設けられており、燃料電池側水素供給路６１の内部水素供給路７６との接続部の直前には、外部水素供給バルブ６１ａが設けられている。これにより、内部水素供給バルブ７６ａを閉塞し、外部水素供給バルブ６１ａを開放した状態では、燃料電池支援装置３の水素供給源１６から燃料電池スタック５０に水素が供給され、外部水素供給バルブ６１ａを閉塞し、内部水素供給バルブ７６ａを開放した状態では、内部水素供給源７１から燃料電池スタック５０に水素が供給されるようになっている。
【００４０】
同様に、内部酸素供給路７７には、内部酸素供給路７７を開閉する内部酸素供給バルブ７７ａが設けられており、燃料電池側酸素供給路６２の内部酸素供給路７７との接続部の直前には、外部酸素供給バルブ６２ａが設けられている。これにより、内部酸素供給バルブ７７ａを閉塞し、外部酸素供給バルブ６２ａを開放した状態では、燃料電池支援装置３の酸素供給源１７から燃料電池スタック５０に酸素が供給され、外部酸素供給バルブ６２ａを閉塞し、内部酸素供給バルブ７７ａを開放した状態では、内部酸素供給源７２から燃料電池スタック５０に酸素が供給されるようになっている。
一方、燃料電池側冷却水供給路６３上には、冷却水タンク７３の後段に、圧送ポンプ７８が設けられており、この圧送ポンプ７８を動作させることで、冷却水タンク７３内の純水が、燃料電池スタック５０に供給されるようになっている。
【００４１】
また、本実施形態では、燃料電池稼働部２には、燃料電池スタック５０の水素出口と燃料電池側水素供給路６１上の加湿器６９とを接続する水素循環流路８１が設けられている。この水素循環流路８１には、水素を圧送する水素ブロワ８２が設けられており、これによって、燃料電池スタック５０から排出された水素が、再び燃料電池スタック５０に送り込まれて発電に利用されるようになっている。
同様に、燃料電池稼働部２には、燃料電池スタック５０の酸素出口と燃料電池側酸素供給路６２上の加湿器６９とを接続する酸素循環流路８３が設けられている。この酸素循環流路８３には、酸素を圧送する酸素ブロワ８４が設けられており、これによって、燃料電池スタック５０から排出された酸素が、再び燃料電池スタック５０に送り込まれて発電に利用されるようになっている。
すなわち、本実施形態にかかる燃料電池稼働部２は、燃料電池スタック５０に供給された水素及び酸素が循環使用される循環型の燃料電池稼働部とされている。
【００４２】
本実施形態では、燃料電池側回収流路５３として、燃料電池スタック５０から水素を含む流体を回収する燃料電池側水素回収路９１と、燃料電池スタック５０から酸素を含む流体を回収する燃料電池側酸素回収路９２と、燃料電池スタック５０から余剰水分を回収する燃料電池側水分回収路９３と、燃料電池側水素供給路６１上の加湿器６９のドレン水を回収する水素側ドレン回収路９４と、燃料電池側酸素供給路６２上の加湿器６９のドレン水を回収する酸素側ドレン回収路９５とが設けられている。
燃料電池側水分回収路９３は、燃料電池スタック５０の水分出口と冷却水タンク７３とを接続する冷却用管路９３ａと、冷却水タンク７３と燃料電池支援装置３の燃料電池支援装置側冷却水回収路３３ｃとを接続する燃料電池側冷却水回収路９３ｂとを有している。冷却用管路９３ａには、冷却用管路９３ａ内を流通する水分と燃料電池稼働部２外の雰囲気との間で熱交換を行って冷却用管路９３ａ内を流通する水分の冷却を行う熱交換器９３ｃが設けられている。
【００４３】
これら燃料電池側流体回収路５３の燃料電池支援装置３と燃料電池稼働部２との接続端には、この接続端を燃料電池稼働部２に対して着脱可能にして接続する回収側コネクタ３４が設けられている。
これら燃料電池側回収流路５３の燃料電池支援装置３との接続端近傍には、燃料電池側回収流路５３を開閉する燃料電池側回収バルブ９６が設けられている。なお、燃料電池側回収バルブ９６は、回収側コネクタ３４に組み込まれていてもよい。
【００４４】
このように構成される燃料電池発電システム１では、燃料電池稼働部２の起動にあたっては、燃料電池稼働部２と燃料電池支援装置３とを接続した状態で起動操作を行う。また、燃料電池稼働部２を停止させるにあたっては、燃料電池稼働部２と燃料電池支援装置３とを接続された状態で、停止操作を行う。
燃料電池稼働部２を起動する際には、燃料電池支援装置側供給流路１１と燃料電池側供給流路５１とを供給側コネクタ２４によって接続し、燃料電池側回収流路５３と燃料電池支援装置側回収流路１３とを回収側コネクタ３４によって接続して、後述する所定のパージ処理を行った後に、燃料電池支援装置３から燃料電池稼働部２に各種流体を供給することで、燃料電池稼働部２が起動させられる。
具体的には、燃料電池稼働部２の起動にあたっては、まず、パージガス供給源１２から、パージ用流体供給路２８、各燃料電池支援装置側供給流路１１、及び各燃料電池側供給流路５１を通じて、不活性ガスを供給する。供給された不活性ガスは、燃料電池稼働部２が制御する加湿器６９で適切な温度・適切な湿度に調整され、燃料電池稼働部２の燃料電池スタック５０に送り込まれ、これによって燃料電池スタック５０内の加湿や加熱がなされる。なお、このときに燃料電池スタック５０内の加湿及び加熱に用いた不活性ガスは、燃料電池側回収流路５３及び燃料電池支援装置側回収流路１３を介して、大気放出される。
【００４５】
燃料電池スタック５０内が十分に加湿され、かつ燃料電池スタック５０の温度が作動温度範囲まで加熱されたのちに、パージガス供給源１２による不活性ガスの供給を停止させて、水素供給源１６、酸素供給源１７、及び純水供給源１８から各燃料電池支援装置側供給流路１１及び燃料電池側供給流路５１を通じて燃料電池稼働部２内に各種流体を供給することで、燃料電池スタック５０による水素と酸素との化学反応が開始されて、燃料電池稼働部２が起動する。
【００４６】
燃料電池稼働部２の運転が十分安定したら、内部水素供給バルブ７６ａ及び内部酸素供給バルブ７６ｂを開放して内部水素供給源７１及び内部酸素供給源７２から燃料電池スタック５０への水素及び酸素の供給を開始する。
この操作と並行して、燃料電池支援装置側供給バルブ２５、燃料電池支援装置側回収バルブ３５、燃料電池側供給バルブ６８、燃料電池側回収バルブ９６、外部水素供給バルブ６１ａ、及び外部酸素供給バルブ６２ａを閉じて燃料電池支援装置３から燃料電池稼働部２への各種流体の供給を遮断し、その後、供給側コネクタ２４による燃料電池支援装置側供給流路１１と燃料電池側供給流路５１との接続、及び回収側コネクタ３４による燃料電池側回収流路５３と燃料電池支援装置側回収流路１３との接続を解除することで、燃料電池稼働部２の運転が継続した状態で、燃料電池稼働部２が燃料電池支援装置３から分離される。
【００４７】
燃料電池稼働部２を停止させる際には、燃料電池稼働部２と燃料電池支援装置３とを接続して、燃料電池支援装置３のパージ用流体供給源１２から燃料電池稼働部２内に不活性ガスを供給して燃料電池稼働部２内雰囲気を不活性ガスに置換することで、燃料電池スタック５０による水素と酸素との化学反応が停止して、燃料電池稼働部２が停止する。
具体的には、燃料電池稼働部２の停止にあたっては、パージガス供給源１２から、パージ用流体供給路２８、各燃料電池支援装置側供給流路１１、及び各燃料電池側供給流路５１を通じて、不活性ガスを燃料電池稼働部２の燃料電池スタック５０に送り込んで、燃料電池スタック５０内を不活性ガスで満たす。なお、このときに燃料電池スタック５０内から押し出された水素や酸素、及び不活性ガスは、燃料電池側回収流路５３及び燃料電池支援装置側回収流路１３を介して、大気放出される。
【００４８】
以下、この燃料電池発電システム１におけるパージ処理について説明する。
このパージ処理を行うにあたって、まず、燃料電池支援装置側供給流路１１と燃料電池側供給流路５１とを供給側コネクタ２４によって接続し、燃料電池側回収流路５３と燃料電池支援装置側回収流路１３とを回収側コネクタ３４によって接続する。
この状態で、全ての燃料電池支援装置側供給バルブ２５を開放して、供給側コネクタ２４内部を燃料電池支援装置側供給流路１１に連通させる。
さらに、全てのパージ用バルブ４２を開放して、各燃料電池支援装置側供給流路１１と各燃料電池支援装置側回収流路１３とを、パージ用バイパス流路４１を介して接続する。
この状態で、パージガス供給源１２から各燃料電池支援装置側回収流路１３に不活性ガスを供給する。
これにより、燃料電池支援装置側供給流路１１内及び供給側コネクタ２４内の流体が、パージ用流体によってパージ用バイパス流路４１に押し出されて、燃料電池支援装置側供給流路１１内及び供給側コネクタ２４内から排出される。
【００４９】
ここで、このパージ処理の際に、燃料電池支援装置側供給流路１１の内圧を変化させながらパージを行うこと（すなわちプレッシャースイング法を用いてパージ処理を行うこと）が好ましい。
具体的には、燃料電池支援装置側供給流路１１の内圧を減圧することで、燃料電池支援装置側供給バルブ２５から供給側コネクタ２４内の流体の一部がパージ用バイパス流路４１に取り込まれる。そして、燃料電池支援装置側供給流路１１の内圧を一旦上げてから再度減圧する操作を繰り返すことで、燃料電池支援装置側供給バルブ２５から供給側コネクタ２４内の流体が次第に不活性ガスに置換されて、最終的に、燃料電池支援装置側供給バルブ２５から供給側コネクタ２４内全体が不活性ガスに置換される。
これにより、空間燃料電池支援装置側供給流路１１においてパージ用バイパス流路４１との接続部よりも先端側に位置していて、直接不活性ガスによって押し出すことが困難な燃料電池支援装置側供給バルブ２５から供給側コネクタ２４内の流体についても、不活性ガスに置換することができ、より確実なパージ処理が可能となる。
【００５０】
以上述べたように、この燃料電池発電システム１では、燃料電池稼働部２と燃料電池支援装置３を、燃料電池支援装置側供給流路１１と燃料電池側供給流路５１とを供給側コネクタ２４によって接続し、燃料電池側回収流路５３と燃料電池支援装置側回収流路１３とを回収側コネクタ３４によって接続した後、前記パージ処理を実施することにより、燃料電池稼働部２と燃料電池支援装置３とが分離している間に供給側コネクタ２４内及び燃料電池支援装置側供給流路１１内に侵入した流体が、燃料電池稼働部２に送り込まれることなく、燃料電池支援装置側供給流路１１からただちに排出されるので、燃料電池発電システム１のパージ処理に要する時間やパージ用流体を大幅に節約することができる。
特に、燃料電池稼働部２の水素が流通する流路内に酸素を含んだ外気を入れることなく、燃料電池支援装置側水素供給路２１内の水素を不活性ガスに置換することができるので、安全かつ速やかに燃料電池支援装置側供給流路１１内のパージを行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態では、パージ用バイパス流路４１が、燃料電池支援装置側供給流路１１の燃料電池稼働部２との接続端近傍に接続されている。このため、パージ用流体供給源１２からパージ用流体を燃料電池支援装置側供給流路１１に供給した際に、燃料電池支援装置側供給流路１１のうち、燃料電池稼働部２との接続端近傍部分までの範囲で（すなわち燃料電池支援装置側供給流路１１内のほとんどの範囲で）、燃料電池支援装置側供給流路１１内の流体を、パージ用流体によってパージ用バイパス流路４１に直接押し出すことができるので、パージ効率が高い。
【００５２】
また、本実施形態では、パージ用バイパス流路４１は、燃料電池支援装置側回収流路１３に接続されているので、燃料電池支援装置側供給流路１１内の流体及びパージ処理に使用したパージ用流体を適切に処理することができる（この処理には、再利用のための再生処理も含まれる）。
【００５３】
ここで、上記実施の形態では、全ての燃料電池支援装置側供給流路１１にパージ用バイパス流路４１を接続し、全ての燃料電池支援装置側供給流路１１に上記のパージ処理を行う例を示したが、これに限られることなく、外気の混入が特に問題となる燃料電池支援装置側供給流路１１、具体的には可燃性流体である水素が流通される燃料電池支援装置側水素供給路２１にのみ、パージ用バイパス流路４１を設けて、上記のパージ処理を行ってもよい。
また、上記実施の形態では、全ての燃料電池支援装置側供給流路１１について不活性ガスによるパージ処理を行う例を示したが、これに限られることなく、燃料電池支援装置側酸素供給路２２及び燃料電池支援装置側純水供給路２３については、それぞれ酸素供給源１６が供給する酸素や純水供給源１８が供給する純水によってパージ処理を行ってもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態では、燃料電池稼働部２として、循環式のものを用いた例を示したが、燃料電池稼働部として、デッドエンド方式のものを用いてもよい。この場合には、例えば、上記の燃料電池稼働部２において水素循環流路８１、水素ブロワ８２、酸素循環流路８３、及び酸素ブロワ８４をなくし、燃料電池側水素回収路９１を燃料電池スタック５０の水素出口に直接接続し、燃料電池側酸素回収路９２を燃料電池スタック５０の酸素出口に直接接続した構成の燃料電池稼働部が用いられる。
また、上記実施の形態では、内部水素供給源７１を、水素ガスが充填されるガス容器によって構成した例を示したが、これに限られることなく、内部水素供給源５６は、炭化水素等の水素化合物を供給する水素化合物供給源と、この水素化合物供給源から供給される水素化合物から水素を取り出す改質器とを有する構成や、水素吸蔵合金を用いたガス供給装置等によって構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  燃料電池発電システム
２  燃料電池稼働部
３  燃料電池支援装置
１１  燃料電池支援装置側供給流路
１２  パージ用流体供給源
１３  燃料電池支援装置側回収流路
４１  パージ用バイパス流路
４２  パージ用バルブ
６８  燃料電池側供給バルブ
【図１】
2008021553.tif 000003