JP2010228742A - 車両用燃料ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両内の異なる複数の領域における燃料ガスの漏洩を検出する場合に、必要な検出器の数を削減可能とする。
【解決手段】車両内には燃料ガスである水素ガスの漏洩を検知すべき検知対象領域としてモータルーム１０とタンク室２０とがある。これら２つの対象領域からバッテリ室３０の吸い込み口まで、それら各領域内のガスを導く配管４２ａ、４２ｂが設けられている。バッテリ室３０の排出口に水素センサ４０が設けられている。冷却ファン３４が回転すると、モータルーム１０及びタンク室２０内のガスが配管４２ａ及び４２ｂを介して吸気され、バッテリ室３０内を通って排出口近傍にある水素センサ４０に当たって排出口から排出される。モータルーム１０及びタンク室２０のいずれかで水素ガスが漏洩した場合、バッテリ室３０のファン排出口にある水素センサ４０によりそれを検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガス等の燃料ガスを用いて発電する燃料電池を搭載する車両に用いられる車両用燃料ガス検出装置に関する。

水素ガスを燃料として発電して電気を出力する燃料電池を、動力源として搭載する車両が知られている。この種の車両は、燃料として用いられる水素ガスを、水素ガスタンク等の燃料貯蔵器に充填して搭載する。燃料貯蔵器内の水素ガスは、発電時に所定の配管を通って燃料電池へ供給される。

ところで、燃料電池車両において、主止弁から燃料電池スタックまでの間の区画内の上部付近等検知しやすい位置に、水素ガス漏れを検知する装置（例えば水素ガスセンサ）を装備する義務がある（道路運送車両の保安基準 別添１００参照）。

特許文献１には、燃料ガス検出器が雪により覆われて検出ができなくなるという事態を防止するための技術が開示されている。

特許文献２に示される燃料電池発電装置では、燃料電池と水素供給デバイスの一部と水素排出デバイスとで構成される水素保有デバイス存在領域と、蓄電池との間に吸引手段が設けられている。吸引手段が駆動されると、仮に水素保有デバイス存在領域で水素漏れが発生したとしても、漏れた水素が吸引手段で吸引されるときに、吸引手段の吸引口付近に設けられた水素検出装置で水素漏れが検知される。吸引手段で吸引されたガスは蓄電池に吹き付けられて、蓄電池が冷却される。

特開２００７−２７４７８６号公報 特開２００７−０８０６５５号公報

従来の装置では、主止弁から燃料電池スタックまでの間の区画ごとに燃料ガス検出器を設けていた。

特許文献２の装置は、燃料電池と水素供給デバイスの一部と水素排出デバイスとで構成される水素保有デバイス存在領域で漏洩した水素ガスについては、吸引手段の吸引口付近の水素検出器で検知できる。しかし、水素保有デバイス存在領域の外にある高圧水素タンクやそのタンクから燃料電池へ水素を導く配管から漏洩したガスを検出するには、別の水素検出器を設ける必要があった。

本発明は、車両内の異なる複数の領域における燃料ガスの漏洩を検出する場合に、必要な検出器の数を削減可能とすることを目的とする。

本発明に係る車両用燃料ガス検出装置は、燃料ガスを検出するための検出器と、車両内の複数の燃料ガス漏洩検知対象領域の各々ごとに設けられた配管であって、それぞれ当該燃料ガス漏洩検知対象領域と前記検出器の近傍とを結ぶ配管と、前記複数の燃料ガス漏洩検知対象領域の各々の中のガスを、前記各配管を介して吸引し、吸引したガスを前記検出器へと導く吸引機と、を備える。

１つの態様では、車両用燃料ガス検出装置は、前記各配管にそれぞれ設けられた開閉弁と、漏洩有無検出モードと漏洩箇所特定モードとを有し、前記漏洩有無検出モードでは前記各配管に設けられた前記開閉弁をすべて開状態とすることにより前記複数の燃料ガス漏洩検知対象領域のすべてからのガスを前記検出器へと導き、前記漏洩有無検出モードにて前記検出器が前記燃料ガスを検出した場合には前記漏洩箇所特定モードへと移行し、前記漏洩箇所特定モードでは前記各配管に設けられた前記各開閉弁を１つずつ順に開状態とし、前記各配管からのガスをそれぞれ個別に前記検出器に導くことで、いずれの配管に対応する前記燃料ガス漏洩検知対象領域にて燃料ガスが漏洩しているのかを特定する制御手段と、を更に備える。

別の態様では、車両用燃料ガス検出装置は、前記配管の各部分のうち、前記燃料ガス漏洩検知対象領域内にある当該配管の開口の近傍部分を加熱する加熱手段、を更に備えることを特徴とする。

更なる態様では、前記加熱手段として、前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池の排気管を前記配管の開口の近傍部分に近接配置したことを特徴とする。

本発明によれば、１つの検出器で複数の燃料ガス漏洩検知対象領域を監視することができる。

実施の形態における燃料ガス検出システムを模式的に示す図である。 変形例の燃料ガス検出システムを模式的に示す図である。 変形例における制御部の処理手順の一例を示す図である。 配管の吸い込み口近傍に融雪手段を設ける例を示す図である。 配管の吸い込み口近傍に融雪手段を設ける別の例を示す図である。

図１を参照して実施の形態の燃料ガス検知の仕組みを説明する。図１の例では、車両前部のモータルーム１０内に燃料電池（ＦＣ）１２が設置されており、また車両後部のタンク室２０内に複数の水素タンク２２が設置されている。図示は省略したが、水素タンク２２と燃料電池１２とはガス供給管で結ばれており、この供給管を経由して水素タンク２２から燃料電池１２へと、燃料ガスの一例である水素ガスが供給される。なお、モータルーム１０及びタンク室２０の車両内での配置は、図示の例に限るものではない。

また、車両内のバッテリ室３０には、バッテリ３２が設けられている。このバッテリ３２は、燃料電池１２が発電した電気を蓄積するためのものである。このバッテリ３２は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよいし、電気二重層キャパシタなどのキャパシタであってもよい。車両を駆動するモータ等の負荷は、燃料電池１２とバッテリ３２とから電力供給を受ける。すなわち、この例の車両は、燃料電池１２とバッテリ３２のハイブリッドシステムとなっている。

バッテリ室３０の車両内部側の吸い込み口近傍には、冷却ファン３４が設けられている。この冷却ファン３４によりバッテリ室３０内に空気を送り込むことでバッテリ３２を冷却する。冷却ファン３４には、図示省略したバッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）により、例えばバッテリ３２の温度が上昇すると回転数を上げて送風量を増すなどの制御が行われる。

この実施の形態では、車両内には、燃料ガスである水素ガスの漏洩を検知すべき検知対象領域として、モータルーム１０とタンク室２０という２つの領域がある。そして、これら２つの対象領域からバッテリ室３０の吸い込み口まで、それら各領域内のガスを導く配管４２ａ、４２ｂが設けられている。ここで、検出対象である水素ガスは空気より軽いので、配管４２ａ，４２ｂの各検知対象領域側での開口（検査対象のガスのいわば入り口）は、当該検知対象領域の上端部近傍に配置される。

また、バッテリ室３０には、冷却ファン３４が吸い込んだ空気を排出するための排出口が設けられている。排出口の断面積は、バッテリ室３０の断面積に比べて小さくなっている。図１の例では、この排出口に水素センサ４０が設けられている。図では簡略化して示しているが、水素センサ４０は、例えば排出口の上面側に設ければよい。

冷却ファン３４が回転すると、モータルーム１０及びタンク室２０内のガス（空気、及びもし水素ガスが漏洩していれば水素ガス）が配管４２ａ及び４２ｂを介して吸気され、バッテリ室３０内へと送り込まれる。バッテリ３２は、このガスにより冷却される。そして、送り込まれたガスは、排出口近傍にある水素センサ４０に当たって排出口から排出される。

したがって、この実施の形態によれば、モータルーム１０及びタンク室２０のいずれかで水素ガスが漏洩した場合、この実施の形態では、漏洩した水素ガスをバッテリ室３０のファン排出口にある水素センサ４０により検出することができる。すなわち、この実施の形態では、モータルーム１０及びタンク室２０という２つの検知対象領域に対し、水素センサ４０を１つ設けるだけでよい。したがって、検知対象領域ごとに水素センサを設けるよりも、必要な水素センサの数を少なくすることができる。

また、バッテリ室３０の冷却ファン３４は、バッテリ３２を搭載する従来の電気自動車等にも搭載されているものである。すなわち、この実施の形態では、そのような従来からある冷却ファン３４を利用することで、検査対象ガスの収集のための専用の吸気機構を設ける必要がない。

次に変形例を説明する。この変形例では、図２に示すように、各検知対象領域（モータルーム１０とタンク室２０）とバッテリ室３０の冷却ファン３４の吸い込み口とを繋ぐ配管４２ａ，４２ｂに対し、それぞれバルブ４４ａ，４４ｂを設ける。バルブ４４ａ，４４ｂは制御部５０により開閉制御される。繁雑さを避けるために配線等の図示は省略したが、制御部５０は水素センサ４０から検出信号を受信する。

制御部５０が実行するバルブ開閉制御の一例を、図３を参照して説明する。この例では、制御部５０は漏洩有無検出モードと漏洩箇所特定モードという２つの動作モードを備える。漏洩有無検出モードは、車両内のいずれかの検知対象領域で水素ガスの漏洩が生じているか否かを判定するためのモードである。漏洩箇所特定モードは、漏洩有無検出モードで漏洩有りと判定された場合に、それら各検知対象領域のうちのどれで水素ガスの漏洩が生じているのかを特定するモードである。

図３の手順では、制御部５０は、漏洩検査の開始が指示されると、まず漏洩有無検出モードにセットされる。このモードでは、制御部５０は、各検知対象領域とバッテリ室３０の冷却ファン３４の吸い込み口とを繋ぐすべての配管４２ａ及び４２ｂのバルブ４４ａ及び４４ｂを開き（Ｓ１０）、水素センサ４０からの検出信号をチェックする（Ｓ１２）。ここで、冷却ファン３４が停止している場合は、制御部５０は冷却ファン３４を回転させるようバッテリＥＣＵに指示を送ってもよい。制御部５０は、水素ガス検出の旨を表す信号が来るまでは、制御部５０は全バルブ４４ａ及び４４ｂを開いたままとし、水素センサ４０の検出信号のチェックを繰り返す（漏洩有無検出モードの続行）。

そして、水素センサ４０から水素検出の旨を示す信号を受信した場合、制御部５０は漏洩箇所特定モードへと移行する。このモードでは、制御部５０は、各検知対象領域とバッテリ室３０の冷却ファン３４の吸い込み口とを繋ぐ配管４２ａ及び４２ｂのバルブ４４ａ及び４４ｂを順に１つずつ開き、それら各配管からのガスをそれぞれ個別に水素センサ４０へと導くことで、いずれの配管に繋がった検知対象領域にて燃料ガスが漏洩しているのかを特定する。より詳しくは、例えば、まず未調査の検知対象領域のうちから１つを調査対象に選び、その領域に繋がる配管のバルブのみを開き、他の配管のバルブは閉じる（Ｓ１４）。これにより、バルブが開いている配管に繋がった領域のみのガスが水素センサ４０に導かれることになる。制御部５０は、この状態で、所定の時間だけ水素センサ４０からの信号をチェックする（Ｓ１６）。ここでいう所定の時間は、冷却ファン３４の吸気により当該領域内から吸い込まれたガスが水素センサ４０に到達するのに十分な時間としてあらかじめ実験等により求められた時間である。この間に水素センサ４０が水素を検出しなければ、制御部５０はその領域を調査済みとしてステップＳ１４に戻り、未調査の領域の中から新たな調査対象を選択し、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１６で水素センサ４０から水素ガスを検出した旨の信号を受け取ると、制御部５０は、ステップＳ１４で調査対象に選んだ領域を、水素ガスの漏洩箇所として記録する（Ｓ１８）。そして、すべての検知対象領域が調査済みとなったかどうかを判定し（Ｓ２０）、未調査の領域があればステップＳ１４に戻る。すべての領域の調査が完了すると、制御部５０は、水素の漏洩箇所を車両のインストルメントパネル等のインジケータに表示するなどの所定の処理を行う。なお、ステップＳ１８で漏洩を検知した段階で、インジケータに表示してももちろんよい。また、水素を検知した場合は、警報音を発するようにしてもよい。

この変形例によれば、複数の検知対象領域に対して水素センサ４０を１つしか設けない場合でも、どの検知対象領域で水素漏洩が生じたかを特定することができる。

上記実施の形態及び変形例では、水素漏洩の検知対象領域としてモータルーム１０とタンク室２０の２つを例示したが、本発明の適用範囲はそのような場合に限らない。検知対象領域が３以上ある場合も、同様にそれら各検知対象領域から冷却ファン３４の吸い込み
口までを配管で繋ぐことで、１つの水素センサ４０でそれらすべての検知対象領域を監視することができる。

また、上記実施の形態及び変形例では、バッテリ室３０のファン排気口に水素センサ４０を設けたが、水素センサ４０の配置場所はこれに限るものではない。この代わりに、例えば、気流の流れに関して冷却ファン３４の直前又は直後の位置に水素センサ４０を設けてもよい。

また、以上では、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合を例に取ったが、水素ガス以外の燃料ガスを用いる場合にも、上述の機構・手法は適用可能である。

さて、以上に例示した実施の形態及び変形例の機構においては、冬季等の積雪時に、モータルーム１０やタンク室２０に雪が侵入し、配管４２ａ、４２ｂの吸い込み口を塞いでしまう場合がある。吸い込み口が塞がれると、漏れ出た水素が十分に吸い込めず、したがって検出感度が下がってしまうことも考えられる。

そこで、積雪対策の変形例を、図４に示す。

この例では、配管４２ａ及び４２ｂの吸い込み口４６ａ及び４６ｂの近傍に、配管４２ａ及び４２ｂに沿って（好適には接触させて）電気ヒータ６０ａ及び６０ｂをそれぞれ設けた。そして、制御部５０により、電気ヒータ６０ａ及び６０ｂの制御を行う。例えば、吸い込み口４６ａ及び４６ｂの各々の近傍に温度センサ（図示省略）を設け、制御部５０がその温度センサの出力を監視する。そして、温度センサが示す温度があらかじめ定めた値（例えば摂氏０度）以下であれば、制御部５０がその温度センサに対応する吸い込み口４６ａ又は４６ｂ（両方のセンサがその値以下を示す場合は、両方とも）の近傍の電気ヒータ６０ａ又は６０ｂをオンする。これにより、配管４２ａ及び４２ｂの吸い込み口６０ａ及び６０ｂ近傍の部分が加熱される。これにより、吸い込み口６０ａ及び６０ｂに仮に雪が侵入していたとしても、それが融かされるので、雪により吸い込み口６０ａ及び６０ｂが完全に又は部分的に閉塞することが防止できる。

この例では、電気ヒータ６０ａ又は６０ｂは、吸い込み口４６ａ又は４６ｂの近傍の温度があらかじめ定めた温度以下の場合にのみ動作させたが、これは一例に過ぎない。この代わりに、例えば車両の始動時のあらかじめ定められた時間の間電気ヒータ６０ａ及び６０ｂを動作させるなどといった制御も考えられる。

また、融雪手段は電気ヒータに限らない。図５の例では、燃料電池１２からの排気を排出する排気管６２を、少なくとも配管４２ａ及び４２ｂの吸い込み口４６ａ及び４６ｂ近傍の部分に近接して（好適には接触させて）配置し、排気の熱により吸い込み口４６ａ及び４６ｂ近傍の配管部分を加熱する。燃料電池１２は摂氏約８０度で発電するので、未使用の酸化ガス（例えば空気）等のオフガスが燃料電池１２内でその温度近くまで熱せられた状態で排出される。この熱により、吸い込み口４６ａ及び４６ｂに入り込んだ雪を融かすのである。

すなわち、この例では、排気管６２は、モータルーム１０内の燃料電池１２の排気口（図示省略）に接続され、その排気口から配管４２ａの吸い込み口４６ａの近傍を通って車両の後方へと延び、タンク室２０内の配管４２ｂの吸い込み口４６ｂ近傍を通って更に後方へと延びる。したがって、燃料電池１２からの排気は、矢印６４で示すように排気管６２のモータルーム１０側の開口から排気管６２内に導かれ、配管４１ａの吸い込み口４６ａ近傍を加熱し、排気管６２内を通って更に後方のタンク室２０内の配管４２ｂの吸い込み口４６ｂ近傍を加熱する。そして、排気管６２の排気口から矢印６６に示すように外部に排気される。この排気の熱により、各吸い込み口４６ａ及び４６ｂに侵入した雪が融かされる。

このように、図５の例では、燃料電池１２の排気の廃熱を利用して吸い込み口４６ａ及び４６ｂの融雪を行うので、融雪のための特別のエネルギー（電気など）が不要である。

図４及び図５の例では、配管４２ａ及び４２ｂの吸い込み口４６ａ及び４６ｂの凍結を防ぎ、雪による閉塞を防ぐことができる。また、特許文献１の技術では、水素センサが設置された捕集室全体を加熱したが、この例では、配管４２ａ及び４２ｂの吸い込み口４６ａ及び４６ｂを加熱するだけなので、電気ヒータ６０ａ及び６０ｂでの消費電力を節約できる。

１０ モータルーム、１２ 燃料電池、２０ タンク室、２２ 水素タンク、３０ バッテリ室、３２ バッテリ、３４ 冷却ファン、４０ 水素センサ、４２ａ，４２ｂ 配管、４４ａ，４４ｂ バルブ、４６ａ，４６ｂ 吸い込み口、５０ 制御部、６０ａ，６０ｂ 電気ヒータ、６２ 排気管。

Claims (4)

1. 燃料ガスを検出するための検出器と、
   車両内の複数の燃料ガス漏洩検知対象領域の各々ごとに設けられた配管であって、それぞれ当該燃料ガス漏洩検知対象領域と前記検出器の近傍とを結ぶ配管と、
   前記複数の燃料ガス漏洩検知対象領域の各々の中のガスを、前記各配管を介して吸引し、吸引したガスを前記検出器へと導く吸引機と、
   を備える車両用燃料ガス検出装置。
2. 前記各配管にそれぞれ設けられた開閉弁と、
   漏洩有無検出モードと漏洩箇所特定モードとを有し、前記漏洩有無検出モードでは前記各配管に設けられた前記開閉弁をすべて開状態とすることにより前記複数の燃料ガス漏洩検知対象領域のすべてからのガスを前記検出器へと導き、前記漏洩有無検出モードにて前記検出器が前記燃料ガスを検出した場合には前記漏洩箇所特定モードへと移行し、前記漏洩箇所特定モードでは前記各配管に設けられた前記各開閉弁を１つずつ順に開状態とし、前記各配管からのガスをそれぞれ個別に前記検出器に導くことで、いずれの配管に対応する前記燃料ガス漏洩検知対象領域にて燃料ガスが漏洩しているのかを特定する制御手段と、
   を更に備える請求項１記載の車両用燃料ガス検出装置。
3. 前記配管の各部分のうち、前記燃料ガス漏洩検知対象領域内にある当該配管の吸い込み口の近傍部分を加熱する加熱手段、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用燃料ガス検出装置。
4. 前記加熱手段として、前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池の排気管を前記配管の吸い込み口の近傍部分に近接配置したことを特徴とする請求項３に記載の車両用燃料ガス検出装置。
   

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