JP4682564B2 - ガス検出システム及びガス検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のガス検出対象箇所における、水素などの特定ガスを検出するためのガス検出システムに関するものである。

近年、車両の動力源として燃料電池が注目されている。燃料電池とは、水素と酸素の電気化学反応により発電する装置である。燃料ガスとしての水素は、引火性、毒性を有するガスであるため、水素センサによって水素濃度を検出し、水素漏れを監視しておく必要がある。

このような水素を検出するためのガス検出システムとしては、例えば、下記の特許文献１に記載の技術などが挙げられる。

このガス検出システムにおいては、車両の屋根上に設置された水素タンクから車両の後部に設置された燃料電池まで、水素供給管を介して水素を供給していた。そして、水素漏れを検出するために、水素タンクが設置されている水素タンク室内に２つの水素センサを、燃料電池が設置されている燃料電池室内に２つの水素センサを、排出管が設けられている排気室内に１つの水素センサを、それぞれ設け、これら５つの水素センサからの検出結果をセンサ入力部を介して取り込んで、主制御部よって、これらの水素センサの出力を統合的に利用して、水素漏れの有無を判断していた。

なお、その他、関連する技術には、例えば、ヘリウムガスの濃度を検出するシステムとして、下記の特許文献２に記載の技術が、排気ガスの差圧を検出するシステムとして、下記の特許文献３に記載の技術が、それぞれ挙げられる。

特開２００３−１４９０７１号公報 特開平１１−２６０３８９号公報 特開２００２−９７９３４号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、５つの検出箇所における水素濃度を検出するために、５つの水素センサを用いていたため、部品点数が増加すると共に、水素センサ自体高価であるため、コスト高になるという問題があった。

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、部品点数を削減できると共に、コストを低減することができるガス検出システムを提供することにある。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のガス検出システムは、特定ガスを検出するためのガス検出システムであって、
供給されたガスの中から前記特定ガスを検出するガス検出部と、
複数のガス検出対象箇所から、採取したガスをそれぞれ導くための複数のガス流路と、
前記複数のガス流路を切り換えて、各ガス流路によって導かれた前記ガスを前記ガス検出部に供給する切り換え部と、
を備え、
前記ガス検出部は、前記複数のガス検出対象箇所毎に設定された閾値に基づいて、前記複数のガス流路からそれぞれ供給されるガスの中から前記特定ガスを検出することを要旨とする。

このように、本発明では、複数のガス検出対象箇所からそれぞれガス流路を介して、採取したガスを導き、そして、切り換え部によって、各ガス流路を切り換えることにより、導かれた各々のガスをガス検出部に供給するようにしている。

従って、本発明によれば、ガス検出部は１つで済むため、部品点数を削減することができると共に、コストを低減することができる。

また、本発明のガス検出システムにおいて、圧送または吸引により、前記ガスを前記ガス検出対象箇所から前記ガス検出部まで移送するガス移送部をさらに備えることが好ましい。
このようなガス移送部を備えることにより、採取したガスを、ガス検出対象箇所からガス検出部まで確実に送ることができる。

また、本発明のガス検出システムにおいて、前記ガス移送部はポンプを備えることが好ましい。このようなポンプを備えることにより、低コストでガス移送部を実現することができる。

また、本発明のガス検出システムにおいて、前記切り換え部は、前記複数のガス流路と、前記ガス検出部と、の間に配置されるロータリーバルブを備えてもよい。このようなロータリーバイブを備えることにより、部品点数が少なく、かつ、低コストで切り換え部を実現することができる。

また、本発明のガス検出システムにおいて、前記切り換え部は、前記複数のガス流路中にそれぞれ配置される複数のシャットバルブを備えてもよい。このような構成を備えることにより、低コストで切り換え部を実現することができる。

さらに、本発明のガス検出システムにおいて、前記特定ガスは、水素であってもよい。この場合、本発明のガス検出システムを、水素を利用する燃料電池を搭載したシステムなどに適用すれば、水素漏れなどを確実に監視することができる。

なお、本発明は、上記したガス検出システムなどの態様に限ることなく、そのガス検出システムを備える車両などの態様や、さらに、ガス検出方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１の実施例：
図１は本発明の第１の実施例としてのガス検出システムを搭載した車両を示す説明図である。図１に示す車両５００は、燃料電池３００を電源とし、モータ（図示せず）の動力によって駆動される。

燃料電池３００は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池３００には、種々のタイプを適用可能であるが、本実施例では、固体高分子型を用いている。燃料電池３００の酸素極には、酸素供給管（図示せず）を介して外部から酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池３００の水素極には、車両５００の後部に設置された水素タンク２００から水素供給管４００を介して燃料ガスとしての水素が供給される。水素供給管４００中には、ポンプ、バルブ、レギュレータなどが設けられているが、これらについては、図示の煩雑化を避けるため、図示を省略した。

本実施例では、このような燃料電池車において、ガス検出システム１００を搭載して、水素漏れの監視を行っている。

かかるガス検出システム１００は、図１に示すように、主として、採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄと、ロータリーバルブ１３０と、水素センサ１５０と、ポンプ１７０と、制御部１９０と、を備えており、車両５００内における所望の検出箇所の水素濃度を検出して、水素漏れの有無を監視している。なお、図１では、図の煩雑化を避けるため、ガス検出システム１００を構成する各構成要素は、便宜的に車両５００の外側に記載しているが、実際は、当然ながら、車両５００内部に搭載されており、例えば、その大部分は、前部座席（図示せず）の下側などに配置されている。

本実施例では、水素濃度を検出すべき検出箇所として、車両５００内における、次の４箇所を選定している。即ち、１つ目の検出箇所１１０ａは燃料電池３００におけるスタックケース内であり、２つ目の検出箇所１１０ｂは燃料電池３００の配置された燃料電池ルームの上部であり、３つ目の検出箇所１１０ｃは乗員の居る室内であり、４つ目の検出箇所１１０ｄは水素タンク２００周りである。

これら各検出箇所１１０ａ〜１００ｄから、ロータリーバルブ１３０までは、それぞれ、採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄが設けられている。また、ロータリーバルブ１３０には、ガス流路１４０を介して水素センサ１５０が接続されており、さらに、その水素センサ１５０には、ガス流路１６０を介してポンプ１７０が接続されている。また、そのポンプ１７０には、車両５００外部まで延びたガス排出路１８０が接続されている。
また、ロータリーバルブ１３０，水素センサ１５０，ポンプ１７０は、それぞれ、制御部１９０に接続されている。

それでは、本実施例の動作について説明する。本実施例では、水素タンク２００から水素供給管４００を介して燃料電池３００に水素が供給され、燃料電池３００の運転が開始されると、制御部１９０が、ロータリーバルブ１３０及びポンプ１７０の駆動を制御する。

即ち、制御部１９０による制御によって、ロータリーバルブ１３０は、４つの採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄを、一定の時間間隔で１つずつ順番に選択して、ガス流路１４０につなげる。一方、ポンプ１７０は、水素センサ１５０側から車両５００外部に向かって、ガスの吸引を行う。

これにより、ロータリーバルブ１３０が、例えば、採取ガス流路１２０ａをガス流路１４０につなげると、ポンプ１７０による吸引によって、検出箇所１１０ａ近傍のガスが、採取ガス流路１２０ａに吸い込まれて採取され、採取ガス流路１２０ａからガス流路１４０を介して水素センサ１５０に導かれる。水素センサ１５０は、導かれたガスに含まれる水素の濃度を検出し、制御部１９０は、その検出結果を、検出箇所１１０ａ近傍における水素濃度として受け取る。そして、水素センサ１５０に導かれたガスは、その後、ガス流路１６０，ポンプ１７０，ガス排出路１８０を介して、車両５００外部に排出される。

次に、ロータリーバルブ１３０が、採取ガス流路１２０ｂをガス流路１４０につなげると、今度は、検出箇所１１０ｂ近傍のガスが、採取ガス流路１２０ｂに吸い込まれて採取され、採取ガス流路１２０ｂからガス流路１４０を介して水素センサ１５０に導かれる。そして、水素センサ１５０は、同様にして、導かれたガスに含まれる水素の濃度を検出し、制御部１９０は、その検出結果を、検出箇所１１０ｂ近傍における水素濃度として受け取る。

以下同様にして、ロータリーバルブ１３０が、４つの採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄを順番に選択してガス流路１４０につなげることにより、水素センサ１５０は、各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄ近傍の水素濃度を順次検出することができる。なお、水素センサ１５０は、一般に、その９０％応答（即ち、ガスが導かれてから、その水素センサの出力が、実際の水素濃度の９０％に達するまでの時間）が１０秒弱であるため、少なくとも１０秒は水素センサにガスを供給し続ける必要がある。従って、ロータリーバルブ１３０によって、採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄを切り換える時間間隔は、例えば、２０秒〜３０秒が好ましい。

一方、制御部１９０は、こうして受け取った各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄ近傍の水素濃度に基づいて、各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄで水素漏れが生じていないかを判定する。具体的には、各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄ毎に、予め、濃度閾値が設定されており、制御部１９０は、受け取った検出箇所近傍の水素濃度と、その検出箇所について設定されている濃度閾値と、を比較し、水素濃度が濃度閾値を上回った場合に、その検出箇所において水素漏れが発生していると判断する。制御部１９０は、水素漏れが発生していると判断した場合、水素タンク２００に最も近いシャットバルブ（図示せず）を制御して、バルブを閉じさせる。これにより、水素タンク２００から燃料電池３００に対する水素の供給が停止する。また、制御部１９０は、運転席のフロントパネルに設置されている警告ランプ（図示せず）を点灯させ、水素漏れが発生していることを運転者に報知する。

なお、上記した濃度閾値は、各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄ毎に、例えば、次のような大小関係になるように設定されている。

検出箇所１１０ｂ，１１０ｃの濃度閾値＜検出箇所１１０ｄの濃度閾値＜検出箇所１１０ａの濃度閾値

従って、水素タンク２００周りや燃料電池３００のスタックケース内では水素漏れとして判断されないような水素濃度であっても、燃料電池ルーム内や室内では、水素漏れとして判断されることがある。即ち、本実施例では、このように、燃料電池ルーム内や室内についての優先順位を上げることにより、乗員などに対する安全性を高めるようにしている。

以上説明したように、本実施例では、ポンプ１７０によって吸引を行いながら、ロータリーバルブ１３０によって４つの採取ガス流路１２０ａ〜１１０ｄを順番に切り換えることにより、１つの水素センサ１５０によって、時分割で各検出箇所１１０ａ〜１００ｄ近傍の水素濃度の検出を行うようにしている。従って、本実施例によれば、水素センサ１５０は１つで済むため、部品点数を削減することができる。また、従来に比較して、高価な水素センサ１５０を削減し、代わりに、安価なロータリーバルブ１３０やポンプ１７０を用いているため、コストを低減することができる。

Ｂ．第２の実施例：
図２は本発明の第２の実施例としてのガス検出システムを搭載した車両を示す説明図である。本実施例のガス検出システム１００'が、図１に示すガス検出システム１００と異なる点は、ロータリーバルブ１３０の代わりに、４つのシャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄを用いた点にある。即ち、各採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄ中には、それぞれ、シャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄが配置されており、それらシャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄは、それぞれ、制御部１９０に接続されている。また、各採取ガス流路１２０ａ〜１２０ｄは、共に、ガス流路１４０に接続されている。

燃料電池３００の運転が開始されると、制御部１９０が、ポンプ１７０の他、各シャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄの駆動を制御する。

即ち、制御部１９０は、４つのシャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄを、一定の時間間隔で１つずつ順番に選択し、選択したシャットバルブのみを開き、それ以外のシャットバルブは閉じるように制御する。

従って、制御部１９０が、例えば、採取ガス流路１２０ａ中に設けられたシャットバルブ１３５ａを開くよう制御すると、ポンプ１７０による吸引によって、検出箇所１１０ａ近傍のガスが、採取ガス流路１２０ａに吸い込まれて採取され、採取ガス流路１２０ａからガス流路１４０を介して水素センサ１５０に導かれる。水素センサ１５０は、導かれたガスに含まれる水素の濃度を検出し、制御部１９０は、その検出結果を、検出箇所１１０ａ近傍における水素濃度として受け取る。

次に、制御部１９０が、採取ガス流路１２０ｂ中に設けられたシャットバルブ１３５ｂを開くよう制御すると、今度は、検出箇所１１０ｂ近傍のガスが、採取ガス流路１２０ｂに吸い込まれて採取され、採取ガス流路１２０ｂからガス流路１４０を介して水素センサ１５０に導かれる。そして、水素センサ１５０は、同様に、導かれたガスに含まれる水素の濃度を検出し、制御部１９０は、その検出結果を、検出箇所１１０ｂ近傍における水素濃度として受け取る。

以下同様にして、制御部１９０が、４つのシャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄを順番に選択して開くことにより、水素センサ１５０は、各検出箇所１１０ａ〜１１０ｄ近傍の水素濃度を順次検出することができる。

以上説明したように、本実施例においても、水素センサ１５０は１つで済むため、部品点数を削減することができる。また、従来に比較して、高価な水素センサ１５０を削減し、代わりに、安価なシャットバルブ１３５ａ〜１３５ｄやポンプ１７０を用いているため、コストを低減することができる。

なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

上記した実施例においては、ポンプ１７０を水素センサ１５０の下流側（即ち、ガス排出路１８０側）に配置するようにしていたが、ポンプ１７０と水素センサ１５０との位置を変え、水素センサ１５０をポンプ１７０の下流側に配置するようにしてもよい。この場合、ポンプ１７０は、ガスを吸引ではなく、圧送するよう動作させるようにする。

上記した実施例では、検出箇所は４箇所であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出箇所は２箇所以上であれば、何箇所であってもよい。なお、検出箇所が多くなるほど、従来に比較して、部品点数の削減の効果は大きくなる。

なお、検出箇所が多数の場合、それら検出箇所を複数のグループに分け、各グループ毎に、水素センサ，ポンプ，ロータリーバルブ（または複数のシャットバルブ）などを用意して、各グループ毎に、図１または図２に示すガス検出システム１００，１００'を構築するようにしてもよい。このようにすれば、１つの水素センサが受け持つ検出箇所の数が減少するため、各検出箇所について、検出される頻度を増やすことができる。例えば、１つの水素センサで４つの検出箇所を受け持った場合、各検出箇所において、検出される頻度は、検出箇所が１箇所の場合に比較して、およそ１／４であるのに対し、検出箇所を２つのグループに分け、２つの水素センサを用意し、１つの水素センサでそれぞれ２つの検出箇所を受け持つようにすれば、各検出箇所において、検出れる頻度は１／２となり、頻度を増やすことができる。

上記した実施例では、ガス移送部として、ポンプを用いるようにしたが、これに代えて、ファンなどを用いるようにしてもよい。

上記した実施例では、ガス検出システムを水素漏れの監視のために利用していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、燃料電池システムにおいて、所望の複数箇所の水素濃度を検出して、その検出結果に応じて、燃料電池の運転を制御するのに利用してもよい。

上記した実施例においては、検出すべきガスを水素とし、ガス検出部として、水素の濃度を検出する水素センサ１５０を用いるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素以外のガスを検出すべきガスとしてもよく、その場合には、ガス検出部として、そのガスの濃度を検出することが可能なセンサを用いるようにすればよい。

上記した実施例においては、ガス検出システムを車両５００に搭載するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、船舶、航空機など、車両以外の移動体に搭載するようにしてもよいし、移動体ではなく、固定設備などに適用するようにしてもよい。

本発明の第１の実施例としてのガス検出システムを搭載した車両を示す説明図である。 本発明の第２の実施例としてのガス検出システムを搭載した車両を示す説明図である。

符号の説明

１００，１００'...ガス検出システム
１１０ａ〜１００ｄ...検出箇所
１２０ａ〜１１０ｄ...採取ガス流路
１２０ａ〜１２０ｄ...採取ガス流路
１３０...ロータリーバルブ
１３５ａ〜１３５ｄ...シャットバルブ
１４０...ガス流路
１５０...水素センサ
１６０...ガス流路
１７０...ポンプ
１８０...ガス排出路
１９０...制御部
２００...水素タンク
３００...燃料電池
４００...水素供給管
５００...車両

Claims (4)

1. 特定ガスを検出するためのガス検出システムであって、
   供給されたガスの中から前記特定ガスを検出するガス検出部と、
   複数のガス検出対象箇所から、採取したガスをそれぞれ導くための複数のガス流路と、
   前記複数のガス流路を切り換えて、各ガス流路によって導かれた前記ガスを前記ガス検出部に供給する切り換え部と、
   を備え、
   前記ガス検出部は、前記複数のガス検出対象箇所毎に設定された閾値に基づいて、前記複数のガス流路からそれぞれ供給されるガスの中から前記特定ガスを検出する、ガス検出システム。
2. 請求項１に記載のガス検出システムにおいて、
   圧送または吸引により、前記ガスを前記ガス検出対象箇所から前記ガス検出部まで移送するガス移送部をさらに備えるガス検出システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のガス検出システムを備える車両。
4. 特定ガスを検出するためのガス検出方法であって、
   （ａ）供給されるガスの中から前記特定ガスを検出するガス検出部を用意する工程と、
   （ｂ）前記複数のガス検出対象箇所から、採取したガスをそれぞれ導く工程と、
   （ｃ）導いた各々の前記ガスを切り換えて、前記ガス検出部に供給する工程と、
   を備え、
   前記工程（ａ）は、前記複数のガス検出対象箇所毎に設定された閾値に基づいて、前記複数のガス流路からそれぞれ供給されるガスの中から前記特定ガスを検出する、ガス検出方法。

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