JP2015196408A - 燃料電池船 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池船において、汎用性の高い船外機を備えることでコスト低下を図るべく、推進システムの構成要素の船体内外における配置を工夫する。【解決手段】燃料電池３、該燃料電池３に供給する燃料を貯留する燃料タンク２、該燃料電池３より発生する電力を貯留するバッテリ４、プロペラ６、及び、該バッテリ４より電力の供給を受けて該プロペラ６を駆動する電動モータ５にて推進システムを構成し、該推進システムを船体１１に装備してなる燃料電池船１０において、該船体１１の内部に、該燃料タンク２及び該バッテリ４を配置し、該船体１１の外部に、該燃料電池３、該電動モータ５、該プロペラ６を配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池を動力源とする推進システムを備えた燃料電池船に関し、特に、燃料電池船における推進システムの設計を容易化するためのシステム関係機器の配置構成に関する。

近年、例えば温室効果のある二酸化炭素等の有害な排気を発生することのない動力源として、水素を燃料とする燃料電池が開発され、また、燃料電池より電力を得て電動モータを駆動する構成の推進システムが開発されており、このような燃料電池を具備する推進システムを採用した船舶（燃料電池船）も開発されている。

燃料電池船用推進システムの構成要素としては、水素燃料を貯留するための燃料タンク、燃料タンクより水素燃料の供給を受けて発電する燃料電池、該燃料電池より発生した電力を貯留するバッテリ、該バッテリより電力を受けて駆動される電動モータ、該電動モータにて駆動されるプロペラがある。

燃料電池船用推進システムを実際に船舶の船体に装着して燃料電池船を構成するにあたっては、推進システムの各構成要素を船体内外にいかに振り分けて配置するかが、運航後のメンテナンスの点でも重要である。例えば特許文献１に開示されるように、従来の燃料電池船においては、プロペラを支持した船外機に、燃料タンクもバッテリも含めた状態の燃料電池を、プロペラ駆動用の電動モータとともに内設している。つまり、上述の推進システムの構成要素の全てを船外機に組み入れている。

しかし、このように推進システムの全構成要素となる機器を船外機に組み込む構成とすると、船外機自体について、その取付対象となる船舶の航続時間、航続距離、船速等の用途に応じた設計をしなければならず、特に、燃料タンク及びバッテリの容量がこれらの船舶の用途に制約されるので、船舶ごとに異なった船外機を用意することとなり、コスト上昇の原因となる。また、このように推進システムの全構成要素を組み込んだ状態で、燃料タンク及びバッテリの容量を大きくすれば、船外機が大型化してしまって、取付対象の船舶に不釣り合いなものとなる可能性がある。また、船外機をコンパクトなものにすれば、船外機内の燃料タンクやバッテリの容量が限られて航続性に欠けることとなり、電動モータの出力が充分であるにもかかわらず燃料タンクやバッテリの容量を補うために、船外機を追加する必要がある場合や、逆に、燃料タンクやバッテリの容量が充分であるにもかかわらず電動モータやプロペラを複数設ける必要がある場合に、全構成要素を具備した船外機を追加しなければならないので、この点においてもコスト高を招くこととなる。

特開２００６−５６４５８号公報

本発明は、燃料電池船において、その推進システムの構成要素の配置構成を改善することにより当該推進システムの設計を容易化することを課題とする。

本発明は、燃料電池、該燃料電池に供給する燃料を貯留する燃料タンク、該燃料電池より発生する電力を貯留するバッテリ、プロペラ、及び、該バッテリより電力の供給を受けて該プロペラを駆動する電動モータにて推進システムを構成し、該推進システムを船体に装備してなる燃料電池船である。本発明に係る燃料電池船は、該船体の内部に、該燃料タンク及び該バッテリを配置し、該船体の外部に、該燃料電池、該電動モータ、該プロペラを配置することを特徴とするものである。

また、前記燃料電池、前記電動モータ、前記プロペラを単一の船外機ケースに収容して船外機を構成し、該船外機ケースを前記船体に取り付けることで、該船外機を備えるものとする。

また、前記船外機を複数備え、複数の該船外機それぞれにおける前記燃料電池に対する燃料の供給、該燃料電池の発電による電力の充電、及び前記電動モータに対する電力の供給について、前記船体の内部に配置した前記燃料タンク及び前記バッテリを共用する。

本発明に係る燃料電池船は、以上の如く構成することで、次の如き効果を奏する。まず、船外機として組み合わせられる可能性のある、船体外に配置される構成要素からは、燃料タンク及びバッテリが除かれているため、船外機自体の設計について、燃料タンクやバッテリに求められるほどには、その取付対象となる船舶の航続時間、航続距離、船速等の用途に応じたものとする必要がなくなり、したがって、燃料電池、電動モータ、プロペラを組み合わせてなる船外機を、汎用性の高いものにすることができ、システム設計の容易化を実現する。

そして、以上のように本発明に係る燃料電池船は、燃料タンク及びバッテリを船体内に設けることで、低コストで汎用性の高い船外機を備えた船舶とすることができ、他船との互換性を向上する。したがって、燃料電池自体が高コストであっても、燃料電池ベースの推進システムの稼働率を上げることで、結果的にコストを低下することができるのである。

また、複数の船外機を備えた燃料電池船を構成する必要がある場合も、船外機の増加に伴って増加すべき推進システムの構成要素は、燃料電池、電動モータ、プロペラに限られるので、低コストでそのような燃料電池船を構成することができる。その一方で、船体内の燃料タンク及びバッテリについては、複数の船外機の燃料電池及び電動モータに対する燃料供給や電力供給において共用されるので、燃料タンク及びバッテリの数量を抑えることができ、この点においても、コスト低下に貢献する。

燃料電池船の推進システムのブロック図である。 本発明に係る燃料電池船の側面図である。 該燃料電池船の平面図である。 船外機を左右一対設けた場合の該燃料電池船の平面図である。

図１より、燃料電池船用の推進システム１について説明する。燃料電池船の推進システム１は、構成要素として、燃料タンク２、燃料電池３、バッテリ４、電動モータ５、プロペラ６を備える。燃料タンク２には燃料である水素が貯留されるものであり、燃料電池３は、燃料タンク２より負極活物質としての水素の供給（Ａ）を受け、この水素を、空気中より取り込んだ正極活物質としての酸素と反応させて、電力を発生させる。すなわち、燃料電池３は、発電装置として機能する。燃料電池３より発生した電力は、バッテリ４に充電され（Ｂ）、電動モータ５は、オペレータの入り切り操作、変速操作、正逆回転方向選択操作等に基づき、必要に応じてバッテリ４より電力を得て（Ｃ）、プロペラ６を駆動する（Ｄ）。

燃料電池３での発電（水素と酸素との反応）は、かなりの高温下で行われる。すなわち、燃料電池３やその近傍のバッテリ４等が発熱体となる。このため、推進システム１には、このような発熱体を冷却する（Ｅ）ためのラジエター７が設けられている。

さらに、推進システム１において、コントローラ８が設けられており、オペレータの操作等により、例えば、燃料タンク２から燃料電池３への水素供給路に設けられる開閉弁の制御や、電動モータ５の出力回転数や出力回転方向の制御にて、プロペラ６の駆動制御を行ったり、推進システム１の発熱状態を検知してラジエター７を制御したりする（Ｆ）。

図２乃至図４は、図１に示す推進システム１を適用した本発明に係る燃料電池船１０である。燃料電池船１０の船体１１の船尾１１ａに、船外機ケース１２が取り付けられている。船外機ケース１２より後方にプロペラ６が延設されており、船外機ケース１２内には、プロペラ６に連動連係された電動モータ５と、燃料電池３とが設けられている。このように、推進システム１の構成要素のうち、燃料電池３、電動モータ５及びプロペラ６が船体１１の外側にて船外機ケース１２に収容され、船外機１３として組み合わされている一方、船体１１内には、燃料タンク２及びバッテリ４が設けられている。なお、ラジエター７及びコントローラ８については、図２乃至図４にて図略している。また、図２乃至図４における燃料タンク２及びバッテリ４の配置は、これらの実際の正確な配置を示すものではなく、単に、これらが船体１内のいずれかに配置されていることを示しているにすぎない。船外機ケース１２内の燃料電池３及び電動モータ５のレイアウトについても同様である。

このように推進システム１の構成要素を船体１１の内外に配置することで、プロペラ６の駆動にあたっては、船体１１内の燃料タンク２より船体１１外の燃料電池３へと燃料（水素）が供給され（図１のＡ）、船体１１外の燃料電池３の発電により発生した電力が船体１１内のバッテリ４に充電され（図１のＢ）、船体１１内のバッテリ４から船体１１外の電動モータ５に電力が供給され（図１のＣ）、船体１１外の電動モータ５の出力にて船体１１外のプロペラ６が駆動される（図１のＤ）。

以上のように、燃料電池船１０は、燃料電池３、該燃料電池３に供給する燃料を貯留する燃料タンク２、該燃料電池３より発生する電力を貯留するバッテリ４、プロペラ６、及び、該バッテリ４より電力の供給を受けて該プロペラ６を駆動する電動モータ５にて推進システム１を構成し、該推進システム１を船体１１に装備してなるものであり、該船体１１の内部に、該燃料タンク２及び該バッテリ４を配置し、該船体１１の外部（船外機ケース１２内）に、該燃料電池３、該電動モータ５、該プロペラ６を配置している。

本実施例に係る燃料電池船１０については、図３に示すように船外機１３を一つだけ備えてもよく、或いは図４に示すように船外機１３を左右一対設けるものとしてもよい。さらには、必要に応じて３個以上の船外機１３を設けるものとしてもよい。このように複数の船外機１３を設けた場合にも、図４にてわかるように、各船外機１３の燃料電池３に対しては、船体１１内の共通の燃料タンク２より燃料が供給され（Ａ）、各船外機１３の燃料電池３の発電により発生した電力は、船体１１内の共通のバッテリ４に充電され（Ｂ）、各船外機１３の電動モータ５は、船体１１内の共通のバッテリ４より供給される電力（Ｃ）にて駆動され、各プロペラ６を駆動する。このように、必要に応じて複数の船外機１３を船体１１に取り付ける場合においても、各船外機１３の燃料電池３への燃料供給や各船外機１３の電動モータ５への電力供給については、該複数の船外機１３が、船体１１内に設けた燃料タンク２・バッテリ４を共用している。

以上の如き構成の燃料電池船１０は、次の如き効果を奏する。まず、船外機１３として組み合わせられるように船体１１外に配置される構成要素からは、燃料タンク２及びバッテリ４が除かれているため、船外機１３自体の設計について、燃料タンク２やバッテリ４に求められるほどには、その取付対象となる船舶（燃料電池船１０）の航続時間、航続距離、船速等の用途に応じたものとする必要がなくなり、したがって、燃料電池３、電動モータ５、プロペラ６を組み合わせてなる船外機１３を、汎用性の高いものにすることができ、コスト低下に貢献する。そして、電動モータ５及び（または）プロペラ６を複数設ける必要がある場合には、このように燃料電池３、電動モータ５、プロペラ６を組み合わせてなる低コストの船外機１３を追加すればよいので、無駄がなく、コスト高を抑制する。一方、電動モータ５やプロペラ６はそのままでよい一方で、燃料タンク２やバッテリ４の容量を増やしたい場合には、船外機１３とは無関係に、船体１１内の充分なスペースを利用して、容量の大きな燃料タンク２やバッテリ４を船体１１内に設ければよいので、低コストで航続性を向上できる。

また、燃料タンク２及びバッテリ４を船体１１内に配置することで、船体１１外の燃料電池３、電動モータ５、プロペラ６を組み合わせてなる船外機１３が破損した場合にも、船体１１内の燃料タンク２及びバッテリ４にはその影響が及ばないため、緊急時の電力確保も可能となる。また、燃料タンク２やバッテリ４が船体１１内にあると、船外機１３が複数ある場合でも、船外機１３間での燃料電池３の発電状況の差や電動モータ５の駆動状況の差とは関係なく、これらのメンテナンス作業を行うことが可能である。例えば、バッテリ４を複数設けている場合に、それらを個々の船外機１３に割り当てるのではなく、それぞれのバッテリ４を、複数の船外機１３の電動モータ５に対する共通の電源とすることで、一つのバッテリ４を実際の電源として用い、他のバッテリ４をスペアとし、実際の電源としてのバッテリ４が補充を必要とする段になったらスペアを実際の電源にするということが可能となり、補充作業がやりやすくなる。

そして、以上のように本発明に係る燃料電池船１０は、燃料タンク２及びバッテリ４を船体１１内に設けることで、低コストで汎用性の高い船外機１３を備えた船舶とすることができ、他船との互換性を向上する。したがって、燃料電池自体が高コストであっても、燃料電池ベースの推進システム１の稼働率を上げることで、結果的にコストを低下することができるのである。

本発明に係る燃料電池船としては、例えば図２及び図３に示すような全長数メートル程度の数人乗りのプレジャーボートや、数十メートルあるような数十人乗りの観光船等が考えられ、大きさや形式にこだわらず広汎な適用が可能である。

１ 推進システム
２ 燃料タンク
３ 燃料電池
４ バッテリ
５ 電動モータ
６ プロペラ
１０ 燃料電池船
１１ 船体
１２ 船外機ケース
１３ 船外機

Claims (3)

1. 燃料電池、該燃料電池に供給する燃料を貯留する燃料タンク、該燃料電池より発生する電力を貯留するバッテリ、プロペラ、及び、該バッテリより電力の供給を受けて該プロペラを駆動する電動モータにて推進システムを構成し、該推進システムを船体に装備してなる燃料電池船であって、該船体の内部に、該燃料タンク及び該バッテリを配置し、該船体の外部に、該燃料電池、該電動モータ、該プロペラを配置することを特徴とする燃料電池船。
2. 前記燃料電池、前記電動モータ、前記プロペラを単一の船外機ケースに収容して船外機を構成し、該船外機ケースを前記船体に取り付けることで、該船外機を備えるものとしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池船。
3. 前記船外機を複数備え、複数の該船外機それぞれにおける前記燃料電池に対する燃料の供給、該燃料電池の発電による電力の充電、及び前記電動モータに対する電力の供給について、前記船体の内部に配置した前記燃料タンク及び前記バッテリを共用することを特徴とする請求項２記載の燃料電池船。