(57)【要約】【課題】  環境に与える負荷が少なく、効率、汎用性、実用性に優れるコンテナを提供する。【解決手段】  燃料電池を有する燃料電池システムを備えるコンテナ。コンテナがタンクコンテナで、温度調節手段が電気ヒータであることができ、コンテナがバンコンテナで、温度調節手段が、燃料電池システムを電源とする空調手段であることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を有する燃料電池システムを備えることを特徴とするコンテナ。
【請求項２】
前記コンテナが、温度調節手段を備える温度調節機能付きコンテナであり、
該温度調節手段の電源が前記燃料電池システムである請求項１記載のコンテナ。
【請求項３】
前記コンテナがタンクコンテナであって、
前記温度調節手段が、燃料電池システムを電源とする電気ヒータである
請求項２記載のコンテナ。
【請求項４】
さらに、前記電気ヒータとは別の温度調節手段として、前記燃料電池システムから取り出された熱媒体が流れる流路を有する
請求項３記載のコンテナ。
【請求項５】
さらに、タンクに液体を供給するおよび／またはタンクから液体を排出するための、前記燃料電池システムを電源とする電動ポンプを有する
請求項３または４記載のコンテナ。
【請求項６】
前記コンテナがタンクコンテナであって、
タンク内の積載物をミキシングするための、前記燃料電池システムを電源とする電動ミキシング手段を有する請求項１〜５の何れか一項記載のコンテナ。
【請求項７】
前記コンテナがバンコンテナであって、
前記温度調節手段が、燃料電池システムを電源とする空調手段である
請求項２記載のコンテナ。
【請求項８】
前記燃料電池システムから排出される水を該コンテナ内に噴霧する水噴霧手段を有する請求項７記載のコンテナ。
【請求項９】
さらに、前記空調手段とは別の温度調節手段として、前記燃料電池システムから取り出された熱媒体が流れる流路を有する
請求項７または８記載のコンテナ。
【請求項１０】
前記燃料電池システムが、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段、該液体燃料から水素含有ガスを製造する水素製造装置、該水素含有ガスを燃料とする燃料電池とを有する請求項１〜９の何れか一項記載のコンテナ。
【請求項１１】
さらに、前記燃料電池システムで発生した電力を貯蔵する電力貯蔵手段を備える請求項１〜１０の何れか一項記載のコンテナ。
【請求項１２】
前記燃料電池が緩衝装置を介してコンテナに固定される請求項１〜１１の何れか一項記載のコンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道、トラック、船舶などに積載されるコンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度調節が可能なコンテナには、軽油を燃料としたディーゼル発電機が搭載され、その電力によってヒータ、エアコンディショナー、冷凍機などを駆動し、加熱、冷却を行っていた。
【０００３】
しかし、ディーゼルエンジンからの排気ガスにはＮＯｘや煤塵等が含まれ、その低減が望まれている。例えば煤塵をトラップする装置を取り付けることもできるが、そのためにスペースが必要で、これが荷物積載量の減少に繋がる可能性がある。
【０００４】
また、発電機の排気があるため、発電エンジン部の防音措置が完全ではなく、特に夜間には騒音を低減することが求められていた。
【０００５】
さらに、低流動性の液体を運ぶ場合など、タンクコンテナのタンクを加熱するが、その熱源として一旦ディーゼル発電機で発電を行い、その電力によって電気ヒータ加熱を行っていたため、エネルギー効率が高いとは言えなかった。
【０００６】
特許文献１には、ディーゼル発電機に替えて燃料電池を利用する車載用冷却装置の電源装置が開示されている。この文献では、冷凍コンテナと、冷凍コンテナとは別置きにされた燃料電池がトラックの荷台に載せられており、冷凍コンテナは車両から降ろすことが可能とされる。燃料電池を用いることにより、騒音や排気ガスの点で改善が図られるとされる。
【０００７】
しかし、このような構成では、燃料電池は車両に設置したままとなるため、車両を冷凍コンテナ専用にしなければならず、例えば鉄道用には適用しづらいなど、汎用性、実用性において改善の余地があった。あるいは、荷台を空にするためにはコンテナとは別に燃料電池を車両から取り外さなければならないなど、作業効率、実用性において改善の余地があった。
【０００８】
また、タンクに収容された流体の固化を防ぐために電動ミキサーを備えるタンクコンテナがあるが、電動ミキサーの電源としてディーゼル発電機を備えるものにおいても、ＮＯｘや煤塵、騒音の点で改善の余地があった。
【特許文献１】特開平６−１３７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、騒音や排気ガスの点で環境に与える負荷が少なく、作業効率を落とすことなく積み降ろしでき、鉄道、トラック、船舶などに好適に適用できて汎用性に優れ、実用性に優れるコンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明により、以下のコンテナが提供される。
【００１１】
１）燃料電池を有する燃料電池システムを備えることを特徴とするコンテナ。
【００１２】
２）  前記コンテナが、温度調節手段を備える温度調節機能付きコンテナであり、
該温度調節手段の電源が前記燃料電池システムである１）記載のコンテナ。
【００１３】
３）  前記コンテナがタンクコンテナであって、
前記温度調節手段が、燃料電池システムを電源とする電気ヒータである
２）記載のコンテナ。
【００１４】
４）  さらに、前記電気ヒータとは別の温度調節手段として、前記燃料電池システムから取り出された熱媒体が流れる流路を有する
３）記載のコンテナ。
【００１５】
５）  さらに、タンクに液体を供給するおよび／またはタンクから液体を排出するための、前記燃料電池システムを電源とする電動ポンプを有する
３）または４）記載のコンテナ。
【００１６】
６）  前記コンテナがタンクコンテナであって、
タンク内の積載物をミキシングするための、前記燃料電池システムを電源とする電動ミキシング手段を有する１）〜５）の何れか一項記載のコンテナ。
【００１７】
７）  前記コンテナがバンコンテナであって、
前記温度調節手段が、燃料電池システムを電源とする空調手段である
２）記載のコンテナ。
【００１８】
８）  前記燃料電池システムから排出される水を該コンテナ内に噴霧する水噴霧手段を有する７）記載のコンテナ。
【００１９】
９）  さらに、前記空調手段とは別の温度調節手段として、前記燃料電池システムから取り出された熱媒体が流れる流路を有する
７）または８）記載のコンテナ。
【００２０】
１０）  前記燃料電池システムが、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段、該液体燃料から水素含有ガスを製造する水素製造装置、該水素含有ガスを燃料とする燃料電池とを有する１）〜９）の何れか一項記載のコンテナ。
【００２１】
１１）  さらに、前記燃料電池システムで発生した電力を貯蔵する電力貯蔵手段を備える１）〜１０）の何れか一項記載のコンテナ。
【００２２】
１２）  前記燃料電池が緩衝装置を介してコンテナに固定される１）〜１１）の何れか一項記載のコンテナ。
【発明の効果】
【００２３】
ディーゼル発電機ではなく燃料電池システムを電源として利用し、しかも燃料電池システムをコンテナに備えることにより、騒音や排気ガスの点で環境に与える負荷が少なく、作業効率を落とすことなく積み降ろしでき、鉄道、トラック、船舶などに好適に適用できて汎用性に優れ、実用性に優れるコンテナが提供される。
【００２４】
燃料電池システムから排出されるガスは低ＮＯｘであり、ディーゼルエンジンで発生するような煤塵は含まれない。また、燃料電池は回転機器ではないため燃料電池システムは低騒音であり、例えば機側１ｍにおいて５０ｄＢ以下などとすることができる。このため大がかりな防音措置は不要であり、その分装置をコンパクトにすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔温度調節機能付きコンテナ〕
コンテナの代表的な形態として、主に液体を輸送するために用いられるタンクコンテナがある。コンテナの他の代表的な形態として、バンコンテナがある。タンクコンテナ、バンコンテナの何れにおいても温度調節機能が設けられたコンテナが用いられている。
【００２６】
タンクコンテナは、例えば略円筒状のタンクがフレームに固定された構成を有する。タンクに収容する液体が、例えば重油など、常温流動性が低い液体である場合、液体の流動性を上げるために、収容する液体を加熱するための温度調節手段を備える。
【００２７】
本発明において、タンクコンテナに用いる温度調節手段としては公知の電気ヒータを採用することができる。さらに、また熱媒体の流路をタンク外表面またはタンク内部に設け、ここに燃料電池システムの排熱を有する熱媒体を流すことによってタンクを加熱することもできる。この構造として、例えば公知の温水ジャケットの構造を採用することができる。
【００２８】
バンコンテナは箱形容器状で、生鮮食品や冷凍食品などを輸送するための、冷蔵コンテナあるいは冷凍コンテナとして知られる温度調節手段付きコンテナが用いられている。
【００２９】
本発明において、バンコンテナに用いる温度調節手段としては、空調機あるいは冷凍機として知られる公知の空調手段を採用できる。あるいはバンコンテナにおいても加熱のみ必要な場合には、タンクコンテナの場合と同様、電気ヒータや熱媒体流路をコンテナに設けてコンテナ内を加熱することもできる。
【００３０】
以下、図面を用いて本発明の形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００３１】
図１で示されるタンクコンテナでは、金属製のフレーム１０２に固定されたタンク１０１の外壁面に接して、電熱線１２２を有する電気ヒータ１２１が配されている。燃料電池システム１１０がフレーム内に設けられ、電気ヒータと燃料電池とが電気的に接続され、燃料電池を電源として電気ヒータが作動し、タンクが加熱される。この時、温度を所望の範囲に保つために、電気ヒータと燃料電池システムとの間に介在する温度制御手段１０５によって電気ヒータの出力が制御される。以上の構成により、タンク内の液体が所望の温度に加熱される。上記温度制御手段や、燃料電池システムに備わる制御装置など、コンテナに備わる電気機器を燃料電池システムで発生する電力により駆動することもできる。なお、温度制御手段は、温調コントローラなどとして知られる公知の技術を利用できる。
【００３２】
ここでは電気ヒータをタンク外壁面に設けたが、タンク内部に設けることもできる。
【００３３】
例えば、重油をタンクに収容して輸送する場合、電気ヒータを４０℃以上１００℃以下程度に設定し、重油の温度を４０℃以上７０℃以下に保つことができる。
【００３４】
燃料電池はディーゼル発電機に比べ、騒音や排気ガスなど環境に与える負荷が少ない。また発電効率も高くすることが可能である。さらに、燃料電池システム等がコンテナに備わるため、車両側には特段の設備は不要であり汎用性に優れるとともに、コンテナと燃料電池システム等を一度に車両に搭載したり、車両から降ろしたりすることができ、作業効率の点でも、良好である。
【００３５】
図２には、フレーム２０２に固定されたタンク２０１内の液体を加熱する場合に好適なタンクコンテナを示す。図２に示す形態では、図１に示した電気ヒータを有する形態に、さらに熱媒体による温度制御手段を付加している（ただし、電気ヒータ等の図示は省略してある）。すなわち、電気ヒータによる加熱に加えて、燃料電池システム２１０の排熱を熱媒体（ここでは温水）の形で取り出し、タンク外壁面に設けた温水流路２３１に温水を通すことによって、タンクを加熱する。この温水の流量および温度を温度制御手段２０５で制御し、タンク内の液体の温度を制御することができる。この形態では、燃料電池システムの発電電力と排熱とを両方使用するため、より効率的にタンク内の液体を加熱することができる。
【００３６】
ここでは熱媒体の流路をタンク外壁面に設けたが、タンク内部に設けることもできる。
【００３７】
例えば重油をタンクに収容して輸送する場合、４０℃以上１００℃以下の温水を用いて、重油の温度を４０℃以上７０℃以下に保つことができる。
【００３８】
熱媒体の流路は、円管や方形管などを利用して適宜形成することができる。なお、図２には、簡単のため、温水流路を２本のみ示したが、温水流路をタンクの全周にわたって均等に配置するなど、温水流路の配置の仕方は適宜決めることができる。ここでは熱媒体流路をタンク外壁面に設けたが、タンク内部に設けることもできる。例えば図２に示すように温水流路をタンク外壁に設け、さらにその外側に電気ヒータを設けることができるし、あるいは、タンク外壁に電気ヒータを設け、タンク内部を貫通するように温水流路を設けることもできる。
【００３９】
温水流路が設けられたタンクの外側に断熱手段２３２を設けることにより放熱ロスを抑えることができる。断熱手段は、公知の断熱材から使用する温度に応じて適宜選ぶことができ、場合によっては真空断熱構造など公知の断熱構造を採用することもできる。断熱手段は図２に示した形態のコンテナに限らず、図１に示した形態のコンテナなどにも適宜適用することができる。
【００４０】
また、温水に限らず、スチームや燃焼排ガスなど、温水以外の流体を燃料電池システムから取り出し、タンク加熱などのための熱媒体として用いることもできる。温水やスチーム（あるいはその凝縮水）など、タンク加熱等に利用された熱媒体は燃料電池システムに循環することが熱媒体を無駄にしないために好ましい。
【００４１】
図３には、図１または図２に示す形態のタンクコンテナに、さらに、タンクに液体積載物を外部から供給するため、または、タンクから液体積載物を排出するため、あるいはこれらの両方のために、電動ポンプを設けた形態を示す（温度調節手段および温度制御手段は図示を省略した。）。すなわち、図３に、フレーム３０２に固定されたタンク３０１に収容する液体の荷揚げおよび／または払出しのための電動ポンプ３４１を備えるタンクコンテナを示す。電動ポンプは燃料電池に電気的に接続され、燃料電池で発生した電力により駆動される。タンク、電動ポンプおよび止め弁３４２は、この順に配管３４３によって接続される。このようなポンプと電源とを備えるタンクコンテナでは、タンクローリーと同様、ポンプを必要に応じて稼働させ、受入側の設備によらず、液体の荷揚げや払出しを行うことができる。
【００４２】
図４には、バンコンテナに燃料電池を適用した形態を示す。このバンコンテナは、燃料電池システム４１０を電源として駆動される空調手段４５０により、貨物室４０３内の温度がコントロールされる。いわゆる冷蔵コンテナあるいは冷凍コンテナにこの形態が適用できる。空調手段自体は、電気によって駆動される公知の空調機あるいは冷凍機を適用できる。なお、バンコンテナは、貨物を収容する領域である貨物室４０３と、燃料電池システムおよび空調手段をを収容する領域であるユニット部４５１とに隔壁によって区画された構造を有する。ただし、空調手段から貨物室へ冷風などを噴き出す噴き出し口や貨物室から空調手段への空気取り入れ口は、例えば貨物室の上部あるいは下部に開口する位置に、適宜設けられる。
【００４３】
このようなバンコンテナは燃料電池を利用するためＮＯｘおよび煤塵が少なく環境に優しく、軽量化、貨物を収容する容積の拡大を図ることもできる。
【００４４】
図５には、図４に示した形態のバンコンテナに、さらに燃料電池システムで生成する水を噴霧する噴霧手段を付加した形態を示す。例えば野菜などの生鮮食品を収容する場合、鮮度を保つためにコンテナ内部で生鮮食品に水を霧状に噴霧することがあり、このような場合に本形態は好適である。
【００４５】
例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）ではアノード室に供給された水素がプロトンとなって電解質を通過し、カソード側で酸素と反応して水が生成する。従って、カソード室から排出されるカソードオフガスには水分が含まれる。このようなカソードオフガス、あるいはそれ以外の燃料電池システム内のガス中の水分を凝縮することで液体の水を得ることができる。燃料電池システム５１０で生成した水を必要に応じてポンプなどの昇圧手段により昇圧して配管５６２を経て水噴霧ノズル５６１から貨物室５０３内に噴霧する。水噴霧ノズル自体は、公知の技術を利用することができ、例えば小口径の孔を多数有するパイプを用いることができる。
【００４６】
ガス中の水分を凝縮するためには、そのガスを空冷するなど適宜冷却し、気液分離すればよく、公知の空気による冷却器や気液分離器を採用することができる。
【００４７】
図示しないが、図２で示したタンクコンテナの場合と同様、バンコンテナにおいても燃料電池システムの排熱を利用して貨物室を加熱することが可能である。つまり、空調手段に加えて、例えば、バンコンテナの床下に温水を流す配管（熱媒体流路）を設置し、燃料電池システムから取り出した温水をここに流して、いわば床暖房の形でバンコンテナ内部を暖房することができる。同じ貨物室内を空調手段と熱媒体流路との両方で加熱すれば、燃料電池システムの発電電力と排熱とを両方利用できるので効率の点で好ましい。あるいは、貨物室を二つ以上に分け、一部を空調手段によって冷却し、残りの部分を熱媒体によって加熱することもできる。この場合、加熱すべき貨物と、冷却すべき貨物とを両方運べる。
【００４８】
以上説明したように、電源として燃料電池システムを用いることに加え、燃料電池システムの排熱や副生物を利用することにより、効率に優れ、資源を優れて有効に利用できる温度調節機能付きコンテナが提供される。
【００４９】
〔電動ミキシング手段〕
タンクコンテナにおいて、タンク内の液体積載物の固化防止のために、電動の攪拌機で液体積載物を攪拌することができ、あるいは循環用の電動ポンプを用いて液体積載物を循環させることができる。電動攪拌機や電動ポンプなどの電動ミキシング手段の電源として、燃料電池システムを用いることが、ＮＯｘや煤塵、また騒音の低減の観点から好ましい。先に説明したような温度調節手段に加えて、さらにはタンクに液体を供給するおよび／またはタンクから液体を排出するための電動ポンプに加えて、上記電動ミキシング手段を用いることもできる。
【００５０】
〔インバータ〕
本発明において、燃料電池システムから得られる電力が直流電力で、電力を利用する側の機器が交流にしか対応しない場合など、直流を交流に変換するインバータを設けることができる。また、必要に応じ、電圧変換器など、電力を利用する機器に好適な電源を形成するための機器を設けることができる。これらの機器としては、電源を構成する機器として公知のものを適宜採用することができる。
【００５１】
〔電力貯蔵手段によるハイブリッド化〕
燃料電池システムに加え、電力貯蔵手段をコンテナに設けることが好ましい。これにより燃料電池と電力貯蔵手段のハイブリッド式とすることができる。消費電力が小さい際に燃料電池で発電した電力を電力貯蔵手段に蓄え、消費電力が大きい際、起動時、停止時などに電力貯蔵手段の電力を利用することができる。
【００５２】
燃料電池にとっては断続的な運転より連続的な運転が好ましいため、ハイブリッド化すれば、負荷変動を電力貯蔵手段で吸収し、燃料電池は比較的長期にわたって出力一定で連続運転を行うことが可能になる。例えば電気ヒータでタンクを加熱する図１の形態において、温度制御をサーモスタットで行うような場合、電気ヒータは比較的短い時間間隔でＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことになる。このような場合には特に、ハイブリッド化しておくことが好ましい。
【００５３】
電力貯蔵手段としては、二次電池や電気二重層キャパシタなど電力を貯蔵する公知の装置を適宜採用することができる。
【００５４】
図７に電力貯蔵手段を燃料電池システム等と電気的に接続する形態の例を示す。燃料電池システム７０１で発電を行い、その電力を空調手段、電気ヒータ、温度制御手段、電動ミキシング手段などの電力利用機器７０３に供給して空調などを行う。電力利用機器の停止時あるいは消費電力が小さい際には燃料電池システムで発電した電力を電力貯蔵手段７０２に供給して蓄電する。燃料電池システムの起動時に、電力貯蔵手段の電力を燃料電池システムあるいは電力利用機器で利用することもできる。また電力利用機器の負荷変動時に、電力貯蔵手段の電力を電力利用機器に供給することもできる。
【００５５】
電力貯蔵手段の運転パターンの例を図８に示す。同図（ａ）は燃料電池システムの出力（発電量）が一定で、電力需要（ここでは代表例として空調機の所要電力を考えている）が変化する際のパターンを示している。空調機の所要電力が燃料電池システムの出力を超える場合には電力貯蔵手段から電力を供給し（放電）、そうでない場合は燃料電池システムから電力貯蔵手段へ蓄電する。同図（ｂ）は、燃料電池システムの起動停止を含む運転パターンの例を示している。このパターンでは、燃料電池システムを起動させると、発電量は徐々に上昇し、定格値で一定となる。停止時にはほぼ瞬間的に発電が停止される。空調機の所要電力が燃料電池システムの出力を超える場合には電力貯蔵手段から電力を供給し（放電）、そうでない場合は燃料電池システムから電力貯蔵手段へ蓄電するのは、上記と同じである。
【００５６】
〔緩衝装置〕
輸送中の振動を極力抑えるために、燃料電池を緩衝装置を介してコンテナに固定することが好ましい。緩衝装置は、バネやゴムなどの弾性部材、空気バネなど、公知の緩衝装置を利用することができる。例えば、コンテナの天井或いは上部フレームに取り付けたバネと、コンテナの床あるいは下部フレームに取り付けたバネとで燃料電池を上下から挟んだ構造とすることができる。
【００５７】
〔燃料電池の燃料とその貯蔵手段〕
燃料電池の燃料は、使用する燃料電池のタイプに応じて適宜選ぶことができる。水素が燃料電池の反応物質である場合、コンテナに水素を貯蔵したボンベ等の水素貯蔵手段を設け、この水素を燃料電池に供給することができる。しかし、取り扱いの容易さなどの観点から、液体燃料を用いることが好ましい。
【００５８】
液体燃料としては、ガソリン、ナフサ、灯油等の石油系燃料、メタノール等のアルコールなど０．１ＭＰａ、２５℃で液体である炭化水素系の燃料、あるいは液化石油ガスを用いることができる。なかでも灯油は入手容易であり、その取り扱い易さにも優れるため、好ましい。
【００５９】
液体燃料を用いる場合、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵手段を燃料電池システムに備える。液体燃料貯蔵手段としては、液体燃料の種類に応じて公知のタンク、ボンベなどを採用することができる。
【００６０】
〔燃料電池システム〕
燃料電池システムは、燃料電池を有し、そして燃料電池を作動させて電力を取り出すための機器を必要に応じて備える。本発明において、燃料電池システム自体は公知の構成を適用できる。
【００６１】
〔燃料電池〕
燃料電池としては、公知の燃料電池を適宜用いることができる。例えば、燃料極において水素が電極反応の反応物質であるタイプの燃料電池、具体的には、固体高分子形、燐酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形の燃料電池を採用することができる。以下、固体高分子型燃料電池の構成を記す。
【００６２】
燃料電池電極はアノード（燃料極）およびカソード（空気極）とこれらに挟まれる固体高分子電解質からなり、アノード側には水素含有ガスが、カソード側には空気等の酸素含有ガスが、それぞれ必要であれば適当な加湿処理を行った後導入される。
【００６３】
この時、アノードでは水素ガスがプロトンとなり電子を放出する反応が進行し、カソードでは酸素ガスが電子とプロトンを得て水となる反応が進行する。これらの反応を促進するため、それぞれ、アノードには白金黒、活性炭担持のＰｔ触媒あるいはＰｔ−Ｒｕ合金触媒などが、カソードには白金黒、活性炭担持のＰｔ触媒などが用いられる。通常アノード、カソードの両触媒とも、必要に応じてテフロン、低分子の高分子電解質膜素材、活性炭などと共に多孔質触媒層に成形される。
【００６４】
固体高分子電解質としてはナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、デュポン社製）、ゴア（Ｇｏｒｅ、ゴア社製）、フレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、旭硝子社製）、アシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、旭化成社製）等の商品名で知られる高分子電解質膜が通常用いられ、この両側に上記多孔質触媒層を積層しＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極集合体）が形成される。さらにＭＥＡを金属材料、グラファイト、カーボンコンポジットなどからなるガス供給機能、集電機能、特にカソードにおいては重要な排水機能等を持つセパレータで挟み込むことで燃料電池が組み立てられる。電気負荷はアノード、カソードと電気的に連結される。
【００６５】
〔水素製造装置〕
水素を反応物質とする燃料電池を用い、上述の液体燃料を用いる場合など、液体燃料から水素を含有するガス（水素含有ガス）を製造する水素製造装置を燃料電池システムに設ける。
【００６６】
水素製造装置は、少なくとも改質器を有する。改質器は、水素含有ガスを製造するための原料である水素製造用原料（例えば上述の液体燃料）と水および／または酸素を反応させ、水素を含有する水素含有ガス（改質ガス）を製造する装置である。この装置で水素製造用原料は主に水素と一酸化炭素に分解される。また、通常、二酸化炭素およびメタンも分解ガス中に含有される。
【００６７】
水素製造装置には、さらに必要に応じ、改質器に供給する液体燃料中の硫黄分濃度を低減する脱硫器、改質器に供給する液体燃料を予熱する予熱器、液体燃料を気化する気化器、改質器から排出される水素含有ガス（改質ガス）中の一酸化炭素濃度を低減するシフト反応器、シフト反応器から排出される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度をさらに低減する選択酸化反応器が設けられる。
【００６８】
〔改質器〕
改質反応の例としては水蒸気改質反応、自己熱改質反応、部分酸化反応を挙げることができる。
【００６９】
水蒸気改質反応とは水蒸気と水素製造用原料を反応させるものであるが、大きな吸熱を伴うため通常外部からの加熱が必要である。通常、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのＶＩＩＩ族金属を代表例とする金属触媒の存在下反応が行われる。反応温度は４５０℃〜９００℃、好ましくは５００℃〜８５０℃、さらに好ましくは５５０℃〜８００℃の範囲で行うことができる。反応系に導入するスチームの量は、水素製造用原料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比（スチーム／カーボン比）として定義され、この値は好ましくは０．５〜１０、より好ましくは１〜７、さらに好ましくは２〜５とされる。水素製造用原料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は水素製造用原料の液体状態での流速をＡ（Ｌ／ｈ）、触媒層体積をＢ（Ｌ）とした場合Ａ／Ｂで表すことができ、この値は好ましくは０．０５〜２０ｈ-1、より好ましくは０．１〜１０ｈ-1、さらに好ましくは０．２〜５ｈ-1の範囲で設定される。
【００７０】
自己熱改質反応とは、水素製造用原料の一部を酸化しながら、この時発生する熱で水蒸気改質反応を進行させることで反応熱のバランスを取りつつ改質を行う方法であり、比較的立ち上げ時間も短く制御も容易であるため、近年燃料電池用の水素製造方法として注目されているものである。この場合にも通常、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのＶＩＩＩ族金属を代表例とする金属触媒の存在下反応が行われる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム／カーボン比として好ましくは０．３〜１０、より好ましくは０．５〜５、さらに好ましくは１〜３とされる。
【００７１】
自己熱改質ではスチームの他に酸素が原料に添加される。酸素源としては純酸素でも良いが多くの場合空気が使用される。通常水蒸気改質反応に伴う吸熱反応をバランスできる熱量を発生し得る程度の酸素を添加するが、熱のロスや必要に応じて設置する外部加熱と関係において適宜添加量は決定される。その量は、水素製造用原料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比（酸素／カーボン比）として好ましくは０．０５〜１、より好ましくは０．１〜０．７５、さらに好ましくは０．２〜０．６とされる。自己熱改質反応の反応温度は水蒸気改質反応の場合と同様、４５０℃〜９００℃、好ましくは５００℃〜８５０℃、さらに好ましくは５５０℃〜８００℃の範囲で設定される。水素製造用原料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は、好ましくは０．１〜３０、より好ましくは０．５〜２０、さらに好ましくは１〜１０の範囲で選ばれる。
【００７２】
部分酸化反応とは、水素製造用原料を酸化させて改質反応を進行させる方法であり、比較的立ち上げ時間が短く、装置をコンパクトに設計できることもあり、水素製造方法として注目されている。触媒を使用する場合と使用しない場合があるが、触媒を使用する場合は、通常、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、白金などのＶＩＩＩ族金属を代表例とする金属触媒やペロブスカイトやスピネル型酸化物触媒の存在下反応が行われる。反応系においてすすの発生を抑制するためにスチームを導入することができ、その量は、スチーム／カーボン比として好ましくは０．１〜５、より好ましくは０．１〜３、さらに好ましくは１〜２とされる。
【００７３】
部分酸化改質では酸素が原料に添加される。酸素源としては純酸素でも良いが多くの場合空気が使用される。反応を進めるための温度を確保するため、熱のロス等において適宜添加量は決定される。その量は、水素製造用原料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比（酸素／カーボン比）として好ましくは０．１〜３、より好ましくは０．２〜０．７とされる。部分酸化反応の反応温度は、触媒を用いない場合は、反応温度は１，０００〜１，３００℃の範囲とすることができ、触媒を用いた場合は水蒸気改質反応の場合と同様、４５０℃〜９００℃、好ましくは５００℃〜８５０℃、さらに好ましくは５５０℃〜８００℃の範囲で設定することができる。水素製造用原料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は、好ましくは０．１〜３０の範囲で選ばれる。
【００７４】
本発明において、改質器として、上記改質反応を行うことのできる公知の改質器を利用することができる。
【００７５】
〔シフト反応器〕
改質器で発生するガスは水素の他に例えば一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水蒸気を含む。また、自己熱改質や部分酸化改質で空気を酸素源とした場合には窒素も含有される。このうち、一酸化炭素を水と反応させ水素と二酸化炭素に転換するシフト反応を行うのがシフト反応器である。通常、触媒の存在下反応が進行し、Ｆｅ−Ｃｒの混合酸化物、Ｚｎ−Ｃｕの混合酸化物、白金、ルテニウム、イリジウムなど貴金属を含有する触媒を用い、一酸化炭素含有量（ドライベースのモル％）を好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下までに落とす。シフト反応を二段階で行うこともでき、この場合高温シフト反応器と低温シフト反応器が用いられる。
【００７６】
上記シフト反応は発熱反応であるため、平衡論的には低温での運転条件が好ましいが、用いる触媒の活性が発現する温度により、実際にはある程度の温度を保持することが必要である。具体的には、シフト反応を１段で行う場合、通常１００〜４５０℃、好ましくは１２０〜４００℃、より好ましくは１５０〜３５０℃の範囲である。１００℃よりも低い場合には、触媒自身のＣＯ吸着により活性が発現しにくく、良好にＣＯ転化が行えない傾向があるという点で不利であり、また４５０℃を超える場合には、平衡論的にＣＯ濃度が高くなり、この場合も良好にＣＯ転化が行えない傾向があるという点で不利である。
【００７７】
〔選択酸化反応器〕
シフト反応器の出口ガス中の一酸化炭素濃度をさらに低減させるために、シフト反応器出口ガスを選択酸化反応で処理することができる。この工程では、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅、銀、金などを含有する触媒を用い、残存する一酸化炭素モル数に対し好ましくは０．５〜１０倍モル、より好ましくは０．７〜５倍モル、さらに好ましくは１〜３倍モルの酸素を添加することで一酸化炭素を選択的に二酸化炭素に転換することにより一酸化炭素濃度を好ましくは１０ｐｐｍ（ドライベースのモル基準）以下に低減させる。この場合、一酸化炭素の酸化と同時に共存する水素と反応させメタンを生成させることで一酸化炭素濃度の低減を図ることもできる。選択酸化反応を二段階で行うこともできる。
【００７８】
選択酸化反応は、用いる触媒や容器の構造によっても異なるが、通常５０〜２５０℃、好ましくは６０〜２２０℃、さらに好ましくは８０〜２００℃の範囲で行われる。５０℃よりも低い場合には、触媒の活性が良好に発現せずＣＯが良好に低減できない傾向があるという点で不利であり、また２５０℃を超える場合には、ＣＯ選択酸化の場合には燃焼選択性の低下により水素が余計に消費され、触媒層温度の上昇や水素製造装置全体の改質プロセス効率の低下につながる傾向があるという点で不利であり、またメタネーション反応の場合にはＣＯのみでなく多量に共存するＣＯ2のメタネーションが起こり、熱暴走状態になる場合がある点で不利である。
【００７９】
〔水貯蔵手段および水処理手段〕
燃料電池システムが水を必要とする場合、燃料電池システムに水貯蔵手段を備えることができる。水貯蔵手段としては、水を蓄えることのできる構造であれば良く、公知の水タンクなどを適宜採用することができる。
【００８０】
また、スケール発生防止等のため、水の清浄性を向上させる水処理手段を設けることもできる。水処理手段としては、フィルターやイオン交換装置など公知の水処理機器を採用することができる。
【００８１】
〔他の機器〕
上記機器の他にも、水素製造装置あるいは燃料電池システムに、水素製造装置あるいは燃料電池システムの公知の構成要素を、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、燃料電池のカソードに空気等の酸素含有ガスを供給する手段、燃料電池に供給するガスを加湿するためなどに用いる水蒸気を発生する水蒸気発生器、燃料電池等の各種機器を冷却するための冷却系、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの加圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断／切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断／切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、液体を気化する気化器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱／保温手段、各種流体の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統などである。
【００８２】
〔燃料電池システムの排熱回収と副生物利用〕
燃料電池の作動温度は、例えば固体高分子形燃料電池でも８０℃〜１００℃程度あり、発電に際して発熱を伴う。また、燃料電池システムにはこれ以外にも、改質器など、上記温度範囲と同等あるいはそれよりも高い作動温度を有する機器が存在する場合もある。このように比較的高温で作動する機器があるため、燃料電池システムの排熱を利用することが可能であり、例えば６０℃程度の熱を温水として取り出すことができる。場合によってはスチームを取り出すこともできる。また、改質器が改質反応に必要な熱をバーナで発生させる外熱式改質器の場合、バーナの燃焼排ガスも熱源として利用することができる。
【００８３】
このような機器に水やスチームなどの熱媒体が流れる流路を形成し、熱交換により熱媒体を加熱することができ、加熱された熱媒体をタンクコンテナやバンコンテナにおいて熱源として利用することができる。熱媒体は循環させることができる。
【００８４】
あるいは、バーナの排ガスをそのまま熱媒体としてコンテナにおいて熱源として利用することもできる。
【００８５】
図６に、液体燃料として灯油を用いた燃料電池システムの構成の一例を示す。灯油タンク６０１には灯油が貯蔵される。この灯油が水素製造装置６９０にて水素含有ガスに変換され、燃料電池６０７に供給され、発電が行われる。
【００８６】
詳しくは、灯油タンクからの灯油は分岐されて一方は脱硫器６０２にて脱硫され、他方は改質器６０３のバーナ６０３ｂにて燃焼される。硫黄分の濃度が低い灯油を用いる場合には、脱硫器６０２は省くことができる。必要に応じて加熱および／または気化された灯油に、蒸気が混合され、この混合物が改質器６０３の反応管（改質管）において改質反応により水素を含む改質ガスとなる。改質ガスはシフト反応器６０４、選択酸化反応器６０５によりＣＯ濃度が低減され、燃料電池（ＰＥＦＣ）６０７のアノード室６０７ａに供給される。アノード室出口ガスは可燃成分を含むため、不図示のラインにより改質器のバーナ６０３ｂに導かれて燃焼される。
【００８７】
燃料電池のカソード室には、必要により加熱および／または加湿された空気が供給される。カソード室出口ガスは熱交換器６１０により冷却され、気液分離器６１１で水が回収され、気体は系外に排出される。熱交換器６１０では、冷却用媒体として、例えば大気や水を用いることができる。冷却用媒体として用いた流体は、適宜燃料電池システム内で利用することができる。大気を用いる場合には、燃料電池のカソード室へ送る空気や改質器のバーナへ送る空気として利用することができる。水を用いる場合は、選択酸化反応器へ送る水として用いることができる。つまり、上記熱交換器６１０は空気や水の予熱器として利用することができる。
【００８８】
気液分離器６１１でで回収された水は、分岐され、一方は貨物室に水噴霧するための水噴霧ノズルに送られ、他方は水タンク６１２に貯蔵される。水タンクから水処理装置６１３を経た水は、選択酸化反応器やシフト反応器を冷却するために使用でき、その際、水は加熱されて蒸気となる。噴霧ノズルへの分岐は、水処理装置の下流でもよい。このように燃料電池システムの副生物（ここでは水）を利用することにより、予めコンテナに積載しておく水の量を少なくすることができ、効率的かつ省資源である。
【００８９】
燃料電池には水冷却装置６０７ｒが設けられ、これによって燃料電池が冷却されるとともに、水が加熱される。加熱された水は熱交換器６０８において、コンテナを加熱するための熱媒体である温水を加熱するために用いられる。水冷却装置の構成には、燃料電池の水冷却に用いられる公知の構成を利用できる。
【００９０】
〔鉄道用またはトラック用コンテナへの適用〕
トラック用および鉄道用のコンテナに本発明を適用した場合について述べる。
【００９１】
タンクコンテナの場合、積載物を収容するタンク容量は例えば１０ｋＬ以上３０ｋＬ以下が好ましい。
【００９２】
バンコンテナの場合、例えば全温度帯タイプの冷凍コンテナとして−２５℃以上２５℃以下の範囲で貨物室内の温度を調節可能なバンコンテナがあり、本発明のコンテナはこのようなコンテナに適用できる。
【００９３】
水素製造用原料とする液体燃料の貯蔵手段として、１００Ｌ以下の容量のタンクを用いることが好ましい。
【００９４】
燃料電池の発電出力は１０ｋＷ以下が好ましい。
【００９５】
燃料電池システムの質量は１．５ｔｏｎ未満が好ましい。
【００９６】
燃料電池システムは、２．６ｍ3未満の領域に収容することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明のタンクコンテナの一例を示す模式図である。
【図２】本発明のタンクコンテナの別の例を示す模式図である。
【図３】本発明のタンクコンテナの別の例を示す模式図である。
【図４】本発明のバンコンテナの一例を示す模式図である。
【図５】本発明のバンコンテナの別の例を示す模式図である。
【図６】燃料電池システムの一例を示すプロセスフロー図である。
【図７】電力貯蔵手段と燃料電池システム等との電気的接続の例を説明するためのブロック図である。
【図８】電力貯蔵手段の運転パターンの例を説明するためのチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１０１、２０１、３０１  タンク
１０２、２０２、３０２  フレーム
１０５、２０５  温調器
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  燃料電池システム
１２１  電気ヒータ
１２２  電熱線
２３１  温水流路
２３２  断熱材
３４１  電動ポンプ
３４２  止め弁
３４３  配管
４０３、５０３  貨物室
４５０、５５０  空調手段
４５１  ユニット部
５６１  水噴霧ノズル
５６２  水配管
６０１  灯油タンク
６０２  脱硫器
６０３  改質器
６０３ａ  改質管
６０３ｂ  バーナ
６０４  シフト反応器
６０５  選択酸化反応器
６０７  燃料電池
６０７ａ  アノード室
６０７ｃ  カソード室
６０７ｒ  冷却装置
６０８  熱交換器
６１０  熱交換器
６１１  気液分離器
６１２  水タンク
６１３  水処理装置
６９０  水素製造装置
７０１  燃料電池システム
７０２  電力貯蔵手段
７０３  電力利用機器
【図１】
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【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】
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【図８】
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