JP2021176121A5

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Publication number: JP2021176121A5
Application number: JP2020080998A
Authority: JP
Filing date: 2020-05-01
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2040-05-01

Description

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］
本開示の一形態によれば、燃料電池システムの水素漏れを検知する水素漏れ検知機構が提供される。この水素漏れ検知機構は、燃料電池と、前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する水素タンクと、のうちの少なくとも一方の装置と、該装置に接続された水素配管を備える水素配管部と、を含む水素流通部を、収納する外殻部と、前記外殻部内に配置された水素センサと、前記外殻部内の空間の少なくとも一部を区画するように配置されて、水素を厚み方向に透過させる多孔質シートと、を備える。前記外殻部内において、前記多孔質シートよりも下方の領域に、前記水素流通部が配置されると共に、前記多孔質シートよりも上方の領域に、前記水素センサが配置されている。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムの水素漏れを検知する水素漏れ検知機構が提供される。この水素漏れ検知機構は、前記燃料電池システムの少なくとも一部であって、燃料電池と、前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する水素タンクと、のうちの少なくとも一方の装置と、該装置に接続された水素配管を備える水素配管部と、を含む水素流通部を、収納する外殻部と、前記外殻部内に配置された水素センサと、前記外殻部内の空間の少なくとも一部を区画するように配置されて、水素を厚み方向に透過させる多孔質シートと、を備え、前記外殻部内において、前記多孔質シートよりも下方の領域に、前記水素流通部が配置されると共に、前記多孔質シートよりも上方の領域に、前記水素センサが配置されている。
この形態の水素漏れ検知機構によれば、外殻部内において、多孔質シートよりも下方の領域に、水素流通部が配置されると共に、多孔質シートよりも上方の領域に、水素センサが配置される。そのため、水素流通部で欠陥が生じて、水素流通部内の水素が欠陥箇所から噴出したときに、噴出した水素を多孔質シートに通過させることによって、水素センサにより検出可能な水素濃度となっている領域の範囲を広げることができる。その結果、水素センサによる水素漏れの検知を早めることができる。
（２）上記形態の水素漏れ検知機構において、前記外殻部内を鉛直方向に見たときに、前記水素流通部に含まれる水素の流路の接続部と、前記水素センサとが、前記多孔質シートと重なるように配置されていることとしてもよい。この形態の水素漏れ検知機構によれば、水素流通部に含まれる水素の流路の接続部で欠陥が生じて水素漏れが起こるときに、水素センサによる水素漏れの検知を早めることができる。
（３）上記形態の水素漏れ検知機構において、前記外殻部内を鉛直方向に見たときに、前記多孔質シートと重なるように配置されている前記接続部が、複数存在することとしてもよい。この形態の水素漏れ検知機構によれば、複数の接続部のいずれかで欠陥が生じて水素漏れが起こるときに、水素センサの数を抑えつつ、水素センサによる水素漏れの検知を早めることができる。
（４）上記形態の水素漏れ検知機構は、さらに、前記水素配管部に接続されて内部に水素が流れ、前記装置とは異なる他の装置を備え、前記水素配管部は、複数の前記水素配管を備え、前記接続部は、前記複数の水素配管のうちの隣り合う水素配管同士の接続部と、前記水素配管と前記装置との接続部と、前記水素配管と前記他の装置との接続部と、のうちのいずれか１つを含むこととしてもよい。この形態の水素漏れ検知機構によれば、水素漏れが生じる可能性が比較的高い接続部で水素漏れが生じたときに、速やかに水素漏れを検知することができる。
（５）上記形態の水素漏れ検知機構において、前記多孔質シートは、開口率が２０～５０％である構成としてもよい。この形態の水素漏れ検知機構によれば、水素を厚み方向に透過させる効率を確保しつつ、配管接続部から噴出する水素を多孔質シートの表面に沿って広げる機能を高めることができる。
（６）上記形態の水素漏れ検知機構は、燃料電池車両に搭載されており、前記外殻部は、前記燃料電池車両のフロントコンパートメントであり、前記水素センサは、前記フロントコンパートメントの内壁面であって、前記フロントコンパートメントを開閉するフロントフードとは異なる部位に固定されていることとしてもよい。この形態の水素漏れ検知機構によれば、フロントフードとは異なる位置に水素センサを固定することにより、配線の引き回し等に制限されることなく、水素センサの配置の自由度を高めることができると共に、水素センサをこのような配置にしても、上方に移動中の水素を検出可能となることで、水素センサによる水素漏れの検知を早める効果を高めることができる。
本開示は、水素漏れ検知機構以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素漏れ検知機構と共に用いられる燃料電池システム、水素漏れ検知機構を搭載した燃料電池車両、水素漏れ検知機構と燃料電池システムとを備える定置型電源、あるいは、水素漏れ検知方法等の形態で実現することができる。

図５と図６とを比較すると、図５において多孔質シート５２が配置された位置よりも下方の領域である領域７０ａでは、水素濃度分布は図５と図６で同様となっている。図５および図６では、領域７０ａにおいて、漏洩部位からの鉛直方向の距離が同じである位置の、水素濃度が４％以上である範囲の一例を、矢印αによって示している。また、図５および図６では、多孔質シート５２が配置された位置よりも上方の領域である領域７０ｂにおいて、水素センサ５０と水平方向に重なる位置の、水素濃度が４％以上である範囲を、それぞれ、矢印β１、矢印β２によって示している。図５と図６とを比較すると、矢印αの長さ（水素濃度が４％以上である領域の幅）は、図５と図６とで同じであるが、図５の矢印β１の長さの方が図６の矢印β２よりも長くなっている。そして、図５では、水素センサ５０は、水素濃度が４％以上の範囲に含まれるが、図６では、水素センサ５０は、水素濃度が４％の範囲外に位置している。図５と図６との比較により、多孔質シート５２を採用することで水素漏洩の検知が早くなることが理解される。

多孔質シート１５２は、多孔質シート５２と同様に、配管等の接続部から漏れた水素が多孔質シート１５２の表面に向かって流れたときに、水素を厚み方向に透過させつつ、水素流れを乱して水素流れを上記表面に沿って広げる機能を有している。そのため、多孔質シート１５２の開口率は、多孔質シート５２と同様の理由により、１０％以上が好ましく、２０％以上がより好ましい。また、多孔質シート５２と同様の理由により、６０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましい。ただし、多孔質シート１５２の開口率は、１０％以下、あるいは、６０％以上とすることも可能である。多孔質シート１５２を平面視したときの開口率は、例えば、多孔質シート１５２の表面をカメラで撮像し、得られた画像を５倍に拡大し、画像処理により、画像中の特定範囲において、多孔質シート１５２全体の面積に対する、厚み方向に貫通する箇所の面積の合計の割合を算出して求めればよい。多孔質シート１５２の厚みは、多孔質シート５２と同様の理由により、０．２ｃｍ以上が好ましく、０．５ｃｍ以上がより好ましい。また、２．０ｃｍ以下が好ましく、１．０ｃｍ以下がより好ましい。

多孔質シート２５２は、多孔質シート５２と同様に、配管等の接続部から漏れた水素が多孔質シート２５２の表面に向かって流れたときに、水素を厚み方向に透過させつつ、水素流れを乱して水素流れを上記表面に沿って広げる機能を有している。そのため、多孔質シート２５２の開口率は、多孔質シート５２と同様の理由により、１０％以上が好ましく、２０％以上がより好ましい。また、多孔質シート５２と同様の理由により、６０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましい。ただし、多孔質シート２５２の開口率は、１０％以下、あるいは、６０％以上とすることも可能である。多孔質シート２５２を平面視したときの開口率は、例えば、多孔質シート２５２の表面をカメラで撮像し、得られた画像を５倍に拡大し、画像処理により、画像中の特定範囲において、多孔質シート２５２全体の面積に対する、パンチングメタルの穴部の面積の合計の割合を算出して求めればよい。多孔質シート２５２の厚みは、多孔質シート５２と同様の理由により、０．２ｃｍ以上が好ましく、０．５ｃｍ以上がより好ましい。また、２．０ｃｍ以下が好ましく、１．０ｃｍ以下がより好ましい。

このような構成としても、水素漏れ検知機構１２において、多孔質シート２５２を第１実施形態の多孔質シート５２と同様の配置にすることにより、水素センサ５０による水素漏れの検知を早め、水素センサ５０の数を抑制することができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、多孔質シート２５２を構成するパンチングメタルは、一般に、メッシュ等に比べて、シートを透過した（パンチングメタルの穴部を通過した）ガス流れを大きく乱す。そのため、配管接続部から多孔質シート２５２の表面に向かって水素が流れたときに、水素流れを上記表面に沿って広げる機能を高め、多孔質シート２５２よりも上方の領域において、水素濃度が水素センサ５０の検出限界以上となる範囲を広げる効果を高めることができる。また、パンチングメタルを用いる場合には、パンチングメタルに設ける穴部の直径と、穴部を設ける間隔であるピッチとを変更することにより、多孔質シート２５２の開口率を所望の値に調節することが容易になる。さらに、パンチングメタルを用いる場合には、多孔質シートの厚みを抑えつつ多孔質シートの強度を確保することが容易になり、配管接続部から噴出する水素が多孔質シート２５２にぶつかっても、多孔質シート２５２の変形が抑えられる。

Claims

燃料電池システムの水素漏れを検知する水素漏れ検知機構であって、
燃料電池と、前記燃料電池に供給する水素を貯蔵する水素タンクと、のうちの少なくとも一方の装置と、該装置に接続された水素配管を備える水素配管部と、を含む水素流通部を、収納する外殻部と、
前記外殻部内に配置された水素センサと、
前記外殻部内の空間の少なくとも一部を区画するように配置されて、水素を厚み方向に透過させる多孔質シートと、
を備え、
前記外殻部内において、前記多孔質シートよりも下方の領域に、前記水素流通部が配置されると共に、前記多孔質シートよりも上方の領域に、前記水素センサが配置されている
水素漏れ検知機構。
請求項１に記載の水素漏れ検知機構であって、
前記外殻部内を鉛直方向に見たときに、前記水素流通部に含まれる水素の流路の接続部と、前記水素センサとが、前記多孔質シートと重なるように配置されている
水素漏れ検知機構。
請求項２に記載の水素漏れ検知機構であって、
前記外殻部内を鉛直方向に見たときに、前記多孔質シートと重なるように配置されている前記接続部が、複数存在する
水素漏れ検知機構。
請求項２または請求項３に記載の水素漏れ検知機構であって、さらに、
前記水素配管部に接続されて内部に水素が流れ、前記装置とは異なる他の装置を備え、
前記水素配管部は、複数の前記水素配管を備え、
前記接続部は、
前記複数の水素配管のうちの隣り合う水素配管同士の接続部と、
前記水素配管と前記装置との接続部と、
前記水素配管と前記他の装置との接続部と、
のうちのいずれか１つを含む
水素漏れ検知機構。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の水素漏れ検知機構であって、
前記多孔質シートは、開口率が２０～５０％である
水素漏れ検知機構。
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の水素漏れ検知機構であって、
前記水素漏れ検知機構は、燃料電池車両に搭載されており、
前記外殻部は、前記燃料電池車両のフロントコンパートメントであり、
前記水素センサは、前記フロントコンパートメントの内壁面であって、前記フロントコンパートメントを開閉するフロントフードとは異なる部位に固定されている
水素漏れ検知機構。