JP6557124B2

JP6557124B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6557124B2
Application number: JP2015230850A
Authority: JP
Inventors: 章雄松浦
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: JP2017098148A

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムとは、酸化ガスとしての空気中の酸素と供給した水素を反応させ、発電するシステムである。発電により発生した水が、氷点下において凍結するという問題があり、低温起動（氷点下起動）において重要な課題となっている。特に、エア系、水素系圧力センサ受感部のダイアフラムに付着した水が凍結すると、エアまたは水素の圧力が正常にダイアフラム部に伝達されず、センサ出力異常となり、燃料電池を発電させるための供給エア、水素圧力制御ができず、システム起動不可に陥る。これを解決するために、ヒータを用いてオフガス中の水分の結露を防止する技術がある（特許文献１等）。 The fuel cell system is a system for generating electric power by reacting oxygen in the air as an oxidizing gas with supplied hydrogen. There is a problem that water generated by power generation freezes below freezing point, which is an important issue in low temperature starting (starting below freezing point). In particular, if water adhering to the diaphragm of the air system or hydrogen system pressure sensor sensing part freezes, the air or hydrogen pressure is not normally transmitted to the diaphragm part, resulting in abnormal sensor output and supply for generating power to the fuel cell. Air and hydrogen pressure cannot be controlled, and the system cannot be started. In order to solve this problem, there is a technique for preventing condensation of moisture in the off gas using a heater (Patent Document 1, etc.).

特開２００９−１２９７４９号公報JP 2009-129749 A

ところで、低温起動を行うべく圧力センサの受感部に付着した氷をヒータで溶かして起動する場合には、ヒータを設置することで、搭載スペースの増加、コストの増加、ヒータへの電力供給ハーネスのスペースの増加等を招くとともに、低温起動立ち上げ時間の増加等を招く。 By the way, when melting and starting the ice attached to the sensitive part of the pressure sensor with a heater in order to start at low temperature, installing the heater increases the mounting space, the cost, and the power supply harness to the heater Increase the space required for the start-up, and increase the start-up time at low temperatures.

本発明の目的は、低温起動を容易に行うことができる燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can be easily started at a low temperature.

請求項１に記載の発明では、供給される水素ガス及び供給される酸化ガスを反応させて電気エネルギーを生成する燃料電池を備える燃料電池システムにおいて、ガス配管途中に、圧力センサが取り付けられるセンサ取付部材が挿入され、前記センサ取付部材には、ガスが通るガス通路が区画形成され、前記センサ取付部材における前記ガス通路を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部を有することを要旨とする。 According to the first aspect of the present invention, in the fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by reacting the supplied hydrogen gas and the supplied oxidizing gas, the sensor is attached in the middle of the gas pipe. A member is inserted, and a gas passage through which gas passes is defined in the sensor mounting member, and at least a part of the sensor mounting member that is positioned below the gravitational direction is a part of the sensor mounting member that defines the gas path. The gist of the present invention is to have a thin-walled portion thinner than other portions.

請求項１に記載の発明によれば、センサ取付部材において、圧力センサ付近の雰囲気の水蒸気を、圧力センサから離れた薄肉部において集中的に冷やして低温時に結露水が発生することにより、低温起動の際に結露水が凍っても圧力センサはその影響を受けにくく低温起動を容易に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, in the sensor mounting member, the water vapor in the atmosphere in the vicinity of the pressure sensor is intensively cooled in a thin wall portion away from the pressure sensor, and dew condensation water is generated at a low temperature. Even if the condensed water freezes at this time, the pressure sensor is not easily affected and can be easily started at a low temperature.

請求項２に記載のように、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記下側に位置する部位の全体が薄肉部となっているとよい。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に対し水素ガス供給源から水素ガスが供給されるとともに、前記燃料電池で使用されなかった水素ガスを水素ガス供給源からの水素ガスと集合させて前記燃料電池に循環させる水素循環路を有する燃料電池システムであって、前記センサ取付部材が、前記水素循環路における水素ガス供給源からの水素ガスとの集合部よりも高い位置に配置されていることを要旨とする。 As described in claim 2, in the fuel cell system according to claim 1, the entire portion located on the lower side may be a thin portion.
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect, hydrogen gas is supplied to the fuel cell from a hydrogen gas supply source and is not used in the fuel cell. A fuel cell system having a hydrogen circulation path that collects hydrogen gas from a hydrogen gas supply source and circulates it in the fuel cell, wherein the sensor mounting member is a hydrogen gas from the hydrogen gas supply source in the hydrogen circulation path. The gist is that it is arranged at a position higher than the assembly part.

請求項３に記載の発明によれば、水素循環路における水素ガス供給源からの水素ガスとの集合部よりも高い位置にセンサ取付部材が配置されているので、水素循環路の水蒸気がセンサ取付部材側に進行しにくくでき、低温起動を更に容易に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since the sensor mounting member is arranged at a position higher than the gathering portion with the hydrogen gas from the hydrogen gas supply source in the hydrogen circuit, the water vapor in the hydrogen circuit is attached to the sensor. It is difficult to proceed to the member side, and the low temperature startup can be performed more easily.

本発明によれば、低温起動を容易に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily start at a low temperature.

実施形態におけるフォークリフトの概略側面図。The schematic side view of the forklift in an embodiment. 燃料電池システムの概略構成図。The schematic block diagram of a fuel cell system. （ａ）はセンサ取付部材及び圧力センサを示す平面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は同じく右側面図。(A) is a top view which shows a sensor attachment member and a pressure sensor, (b) is a front view similarly, (c) is a right view similarly. システム終了後の放置時間に対するＡ，Ｂ点での温度の推移を示す図。The figure which shows transition of the temperature in the A and B point with respect to the leaving time after a system end. （ａ），（ｂ）は別例のセンサ取付部材及び圧力センサを示す正面図。(A), (b) is a front view which shows the sensor attachment member and pressure sensor of another example.

以下、本発明をフォークリフトに具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、フォークリフト１０には、車体１１の前部にマスト１２が設けられている。マスト１２にはフォーク１３がリフトブラケット１４を介して昇降可能に装備されるとともに、リフトシリンダ１５の伸縮運動によりフォーク１３がリフトブラケット１４とともに昇降される。車体１１の前下部には駆動輪（前輪）１６が設けられるとともに、駆動輪１６は車軸に装備された差動装置及びギヤ（いずれも図示せず）を介して走行用モータ１７により駆動される。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a forklift will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the forklift 10 is provided with a mast 12 at the front portion of the vehicle body 11. The mast 12 is equipped with a fork 13 that can be lifted and lowered via a lift bracket 14, and the fork 13 is lifted and lowered together with the lift bracket 14 by the expansion and contraction of the lift cylinder 15. Drive wheels (front wheels) 16 are provided at the front lower portion of the vehicle body 11, and the drive wheels 16 are driven by a traveling motor 17 via a differential gear and gears (both not shown) mounted on the axle. .

車体１１の後方には燃料電池システム（ＦＣシステム）１８が搭載されている。燃料電池システム１８はフード１９で覆われている。燃料電池システム１８は、燃料電池２０を備え、リフトシリンダ１５及びティルトシリンダの油圧源となる油圧モータ（図示せず）及び走行用モータ１７の電源として使用される。 A fuel cell system (FC system) 18 is mounted behind the vehicle body 11. The fuel cell system 18 is covered with a hood 19. The fuel cell system 18 includes a fuel cell 20 and is used as a power source for a hydraulic motor (not shown) that serves as a hydraulic pressure source for the lift cylinder 15 and the tilt cylinder and a traveling motor 17.

次に、燃料電池システム１８について図２を用いて説明する。
図２に示すように、燃料電池（スタック）２０は、例えば固体高分子型の燃料電池が使用される。燃料電池２０の水素供給ポートには水素ガス供給路２１を介して水素タンク２２が接続されている。そして、燃料電池２０に対し水素ガス供給源としての水素タンク２２から水素ガスが水素ガス供給路２１を通して供給される。水素ガス供給路２１は、流路２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。 Next, the fuel cell system 18 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the fuel cell (stack) 20 is, for example, a solid polymer fuel cell. A hydrogen tank 22 is connected to a hydrogen supply port of the fuel cell 20 via a hydrogen gas supply path 21. Then, hydrogen gas is supplied to the fuel cell 20 from a hydrogen tank 22 as a hydrogen gas supply source through a hydrogen gas supply path 21. The hydrogen gas supply path 21 has flow paths 21a, 21b, and 21c.

また、コンプレッサ２３が備えられ、コンプレッサ２３で加圧された空気が流路２４により燃料電池２０に供給される。燃料電池２０のカソード極からのオフガス（カソードオフガス）は流路２５を介して排気される。 In addition, a compressor 23 is provided, and air pressurized by the compressor 23 is supplied to the fuel cell 20 through the flow path 24. Off gas (cathode off gas) from the cathode electrode of the fuel cell 20 is exhausted through the flow path 25.

燃料電池２０は、水素タンク２２から供給される水素ガス及びコンプレッサ２３から供給される酸化ガスとしての空気中の酸素を反応させて直流の電気エネルギーを生成する。
水素ガス供給路２１の途中には燃料電池２０へ供給される水素の圧力を調整するレギュレータ（調圧弁）２６が設けられている。詳しくは、水素タンク２２から流路２１ａが延び、流路２１ａの他端にはレギュレータ（調圧弁）２６が接続され、レギュレータ（調圧弁）２６から流路２１ｂが延びている。レギュレータ２６を用いて燃料電池２０に供給される水素ガスの圧力が運転状態に応じて一定にされる。 The fuel cell 20 reacts the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 22 and the oxygen in the air as the oxidizing gas supplied from the compressor 23 to generate DC electric energy.
A regulator (pressure regulating valve) 26 that adjusts the pressure of hydrogen supplied to the fuel cell 20 is provided in the middle of the hydrogen gas supply path 21. Specifically, a flow path 21 a extends from the hydrogen tank 22, a regulator (pressure regulating valve) 26 is connected to the other end of the flow path 21 a, and a flow path 21 b extends from the regulator (pressure regulating valve) 26. The pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 20 using the regulator 26 is made constant according to the operating state.

水素ガス供給路２１における流路２１ａ及び流路２１ｂの一部は水平方向に延設され、流路２１ｂはＬ字状に延び、レギュレータ２６の下流側においては水平方向に延び、その下流側は鉛直方向に延設されている。 A part of the flow path 21a and the flow path 21b in the hydrogen gas supply path 21 extends in the horizontal direction, the flow path 21b extends in an L shape, extends in the horizontal direction on the downstream side of the regulator 26, and the downstream side thereof It extends in the vertical direction.

また、燃料電池２０で使用されなかった水素ガスを水素タンク２２からの水素ガスと集合させて燃料電池２０に循環させる水素循環路２７を有する。つまり、燃料電池２０のアノード極からのオフガス（アノードオフガス）は水素循環路２７を介して集合部Ｐ１で水素ガス供給路２１の水素ガスと集合する。水素循環路２７は、流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する。 In addition, a hydrogen circulation path 27 is provided that circulates the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell 20 together with the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 to circulate to the fuel cell 20. That is, the off gas (anode off gas) from the anode electrode of the fuel cell 20 gathers with the hydrogen gas in the hydrogen gas supply passage 21 at the gathering portion P1 via the hydrogen circulation passage 27. The hydrogen circulation path 27 has flow paths 27a, 27b, and 27c.

水素循環路２７における流路２７ａは燃料電池２０から延び、流路２７ａの他端には気液分離器２８が接続されている。燃料電池２０から流路２７ａに、水素ガスと水と水蒸気と窒素ガスが排出される。気液分離器２８でアノードオフガスが気体と液体に分離される。気液分離器２８の気体排出ポートから流路２７ｂが延び、流路２７ｂの他端には水素ポンプ２９の水素供給口が接続されている。水素ポンプ２９の水素排出口には流路２７ｃが延び、流路２７ｃの他端が集合部Ｐ１で水素ガス供給路２１と集合している。 A flow path 27a in the hydrogen circulation path 27 extends from the fuel cell 20, and a gas-liquid separator 28 is connected to the other end of the flow path 27a. Hydrogen gas, water, water vapor, and nitrogen gas are discharged from the fuel cell 20 to the flow path 27a. The gas-liquid separator 28 separates the anode off gas into a gas and a liquid. A flow path 27b extends from the gas discharge port of the gas-liquid separator 28, and a hydrogen supply port of a hydrogen pump 29 is connected to the other end of the flow path 27b. A flow path 27c extends to the hydrogen discharge port of the hydrogen pump 29, and the other end of the flow path 27c gathers with the hydrogen gas supply path 21 at the gathering portion P1.

また、排気・排水バルブ３０が気液分離器２８の液体排出ポートから延びる水分排出流路３１に設けられている。そして、所定の時間間隔で排気・排水バルブ３０が開かれることにより気液分離器２８で分離された水分がガスと共に排出される。 Further, an exhaust / drain valve 30 is provided in a moisture discharge passage 31 extending from the liquid discharge port of the gas-liquid separator 28. And the water | moisture content isolate | separated with the gas-liquid separator 28 is discharged | emitted with gas by opening the exhaust_gas | exhaustion / drain valve 30 by a predetermined time interval.

水素ガス供給路２１の途中には、圧力センサ５０が取り付けられるセンサ取付部材４０が挿入されている。即ち、ガス配管途中としての水素ガス供給路２１における流路２１ｂのうちレギュレータ２６の下流側直下の水平部にセンサ取付部材４０が挿入されている。センサ取付部材４０は金属のブロック（塊）である。 A sensor attachment member 40 to which the pressure sensor 50 is attached is inserted in the middle of the hydrogen gas supply path 21. That is, the sensor mounting member 40 is inserted in the horizontal portion directly below the regulator 26 in the flow path 21b in the hydrogen gas supply path 21 in the middle of the gas piping. The sensor mounting member 40 is a metal block (lump).

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、センサ取付部材４０は直方体をなし、下面が水平状態で設置される。センサ取付部材４０は、ガスが通るガス通路４１が形成されている。ガス通路４１は断面円形をなし、水平方向に延びている。ガス通路４１の一方の開口端には水素ガス供給路２１の端部が接続（例えば配管が溶接やロウ付け）される。また、ガス通路４１の他方の開口端には水素ガス供給路２１の端部が接続（例えば配管が溶接やロウ付け）される。このように、ガス配管途中にセンサ取付部材４０が挿入される。 As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the sensor mounting member 40 has a rectangular parallelepiped shape, and the lower surface is installed in a horizontal state. The sensor mounting member 40 has a gas passage 41 through which gas passes. The gas passage 41 has a circular cross section and extends in the horizontal direction. An end of the hydrogen gas supply path 21 is connected to one open end of the gas passage 41 (for example, piping is welded or brazed). Further, the end of the hydrogen gas supply path 21 is connected to the other open end of the gas passage 41 (for example, piping is welded or brazed). Thus, the sensor attachment member 40 is inserted in the middle of the gas pipe.

センサ取付部材４０には、ガス通路４１に連通する圧力センサ取付穴４２が形成されている。圧力センサ取付穴４２は断面円形をなし、センサ取付部材４０の上面から下方に（鉛直方向に）延び、ガス通路４１に開口している。 A pressure sensor mounting hole 42 communicating with the gas passage 41 is formed in the sensor mounting member 40. The pressure sensor mounting hole 42 has a circular cross section, extends downward (in the vertical direction) from the upper surface of the sensor mounting member 40, and opens to the gas passage 41.

センサ取付部材４０の圧力センサ取付穴４２に、圧力センサ５０が取り付けられている。例えば圧力センサ取付穴４２の内面にねじが切られており、この雌ねじ部に圧力センサ５０が螺入されている。 A pressure sensor 50 is attached to the pressure sensor attachment hole 42 of the sensor attachment member 40. For example, a screw is cut on the inner surface of the pressure sensor mounting hole 42, and the pressure sensor 50 is screwed into the female screw portion.

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、圧力センサ５０はダイアフラム式センサであって、円柱形のセンサ本体５１の先端に受感部５２を有し、受感部５２はダイアフラム部で構成されている。円柱形のセンサ本体５１がセンサ取付部材４０の圧力センサ取付穴４２に挿入され、受感部（ダイアフラム部）５２が、圧力センサ取付穴４２におけるガス通路４１との連通部、即ち、水平方向に延びるガス通路４１の上面に位置している。 As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the pressure sensor 50 is a diaphragm sensor, and has a sensing part 52 at the tip of a cylindrical sensor body 51. Consists of a diaphragm. A cylindrical sensor body 51 is inserted into the pressure sensor mounting hole 42 of the sensor mounting member 40, and the sensing part (diaphragm part) 52 communicates with the gas passage 41 in the pressure sensor mounting hole 42, that is, in the horizontal direction. It is located on the upper surface of the extending gas passage 41.

センサ取付部材４０において、水平方向に延びるガス通路４１の下面と外表面との厚みｔ１が、他の部位の厚みｔ２，ｔ３，ｔ４よりも薄くされ、薄肉部４３を構成している。即ち、ガス通路４１の下面とセンサ取付部材４０の下面との厚みｔ１は、ガス通路４１の上面とセンサ取付部材４０の上面との厚みｔ２よりも薄く、かつ、ガス通路４１の側面とセンサ取付部材４０の側面との厚みｔ３，ｔ４よりも薄い。本実施形態では、下側に位置する部位の全体（ガス通路４１における下面全体）が薄肉部４３となっている。図３（ｃ）で説明すると、ガス通路４１の中心とセンサ取付部材４０の上面との距離Ｘ１よりも、ガス通路４１の中心とセンサ取付部材４０の下面との距離Ｘ２の方が小さい。 In the sensor mounting member 40, the thickness t 1 between the lower surface and the outer surface of the gas passage 41 extending in the horizontal direction is made thinner than the thicknesses t 2, t 3, t 4 of the other parts, thereby forming the thin portion 43. That is, the thickness t1 between the lower surface of the gas passage 41 and the lower surface of the sensor attachment member 40 is smaller than the thickness t2 between the upper surface of the gas passage 41 and the upper surface of the sensor attachment member 40, and the side surface of the gas passage 41 and the sensor attachment. It is thinner than the thickness t3, t4 with the side surface of the member 40. In the present embodiment, the entire portion located on the lower side (the entire lower surface of the gas passage 41) is the thin portion 43. 3C, the distance X2 between the center of the gas passage 41 and the lower surface of the sensor mounting member 40 is smaller than the distance X1 between the center of the gas passage 41 and the upper surface of the sensor mounting member 40.

このように、ガス配管途中に、圧力センサ５０が取り付けられるセンサ取付部材４０が挿入され、センサ取付部材４０には、ガスが通るガス通路４１が区画形成され、センサ取付部材４０におけるガス通路４１を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部４３を有する。 Thus, the sensor attachment member 40 to which the pressure sensor 50 is attached is inserted in the middle of the gas pipe, and the gas passage 41 through which the gas passes is defined in the sensor attachment member 40, and the gas passage 41 in the sensor attachment member 40 is defined. Among the parts to be partitioned, a part located below the gravitational direction has a thin portion 43 that is thinner than other parts at least in part.

図１に示すように、センサ取付部材４０が、水素循環路２７における水素タンク２２からの水素ガスとの集合部Ｐ１よりも所定の高さ分ΔＨだけ高い位置に配置されている。
図２に示すように、コントローラ６０が備えられている。コントローラ６０はマイコンを中心に構成されている。コントローラ６０は圧力センサ５０からの信号により水素ガスの圧力を検知する。この水素ガスの圧力に基づいてレギュレータ（調圧弁）２６が制御される。具体的には、水素ガスの圧力が所望の値となるようにコントローラ６０によりレギュレータ（調圧弁）２６の開度が調整される。 As shown in FIG. 1, the sensor mounting member 40 is disposed at a position higher by a predetermined height ΔH than the gathering portion P <b> 1 with the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 in the hydrogen circulation path 27.
As shown in FIG. 2, a controller 60 is provided. The controller 60 is mainly composed of a microcomputer. The controller 60 detects the pressure of hydrogen gas based on a signal from the pressure sensor 50. Based on the pressure of the hydrogen gas, a regulator (pressure regulating valve) 26 is controlled. Specifically, the opening degree of the regulator (pressure regulating valve) 26 is adjusted by the controller 60 so that the pressure of the hydrogen gas becomes a desired value.

次に、作用について説明する。
燃料電池２０の稼動時には、水素タンク２２から所定の加圧状態で水素が燃料電池２０のアノード（水素極）に供給される。また、コンプレッサ２３が稼動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池２０のカソード（空気極）に供給される。 Next, the operation will be described.
During operation of the fuel cell 20, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 22 to the anode (hydrogen electrode) of the fuel cell 20 in a predetermined pressurized state. Further, the compressor 23 is operated, and air is pressurized to a predetermined pressure and supplied to the cathode (air electrode) of the fuel cell 20.

アノードに供給された水素は、触媒によって水素イオンと電子とに解離し、水素イオンが電解質膜を通ってカソードへ移動する。カソードでは、カソードに供給された空気中の酸素と、電解質膜中を移動してカソードに達した水素イオンと、外部回路を通ってきた電子とが結合して電力を発生させるとともに水が生成される。そして、カソードで発生した水は水蒸気の状態で未反応の空気とともにカソードオフガスとして放出される。 The hydrogen supplied to the anode is dissociated into hydrogen ions and electrons by the catalyst, and the hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane. At the cathode, oxygen in the air supplied to the cathode, hydrogen ions that move through the electrolyte membrane and reach the cathode, and electrons that have passed through the external circuit combine to generate power and generate water. The The water generated at the cathode is discharged as cathode offgas together with unreacted air in the state of water vapor.

カソードの水や窒素の一部が電解質膜をカソード側からアノード側へ逆拡散するため、アノードの水や窒素の濃度が高くなり、発電効率が低下する。これを防止あるいは抑制すべくアノードに溜まった水分及び窒素が水素ガスと共に水分排出流路３１へ排出される（アノードパージが行われる）。 Since some of the water and nitrogen in the cathode back diffuses the electrolyte membrane from the cathode side to the anode side, the concentration of water and nitrogen in the anode increases and the power generation efficiency decreases. In order to prevent or suppress this, moisture and nitrogen accumulated in the anode are discharged together with hydrogen gas to the moisture discharge channel 31 (anode purge is performed).

アノードパージにより燃料電池２０から水素循環路２７へ排出されたアノードオフガス（パージガス）は、水素循環路２７を介して気液分離器２８に送られる。アノードオフガスに含まれる水分は、気液分離器２８で分離されてタンク等に溜められる。 The anode off gas (purge gas) discharged from the fuel cell 20 to the hydrogen circulation path 27 by the anode purge is sent to the gas-liquid separator 28 through the hydrogen circulation path 27. Moisture contained in the anode off gas is separated by the gas-liquid separator 28 and stored in a tank or the like.

氷点下起動、即ち、０℃以下の環境下において、フォークリフト１０をキーオフした状態で、次にキーオンする場合には次のようになる。
センサ取付部材４０におけるガス通路４１を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部４３を有する。つまり、ｔ１＜ｔ２、ｔ１＜ｔ３、ｔ１＜ｔ３、ｔ１＜ｔ４となるセンサ取付部材（ブロック）４０に圧力センサ５０が取り付けられている。 When the forklift 10 is keyed off in a state where the temperature is below 0 ° C., that is, in an environment of 0 ° C. or less, the following is performed.
Of the portions of the sensor mounting member 40 that define the gas passage 41, the thin portion 43 that is thinner than the other portions is provided at least in a portion that is located below the gravitational direction. That is, the pressure sensor 50 is attached to the sensor attachment member (block) 40 that satisfies t1 <t2, t1 <t3, t1 <t3, and t1 <t4.

よって、図３（ｂ）に示すように、燃料電池システム（ＦＣシステム）１８の終了後において、外気により、水平方向に延びるガス通路４１のうち上面中央位置でのＡ点及びガス通路４１の下面中央位置（圧力センサ受感部５２の配置部分）でのＢ点は冷やされる。しかしながら、放置時間と温度の関係は、図４に示すように、Ａ点の温度はＢ点より常に高くなり、水蒸気の凝結はＡ点よりもＢ点で多くなる。その結果、Ａ点付近の圧力センサ５０の受感部５２への凝結水の付着が抑制される。 Therefore, as shown in FIG. 3B, after the end of the fuel cell system (FC system) 18, point A at the center of the upper surface of the gas passage 41 extending in the horizontal direction and the lower surface of the gas passage 41 due to the outside air. Point B at the center position (placement portion of the pressure sensor sensing part 52) is cooled. However, as shown in FIG. 4, the relationship between the standing time and the temperature is that the temperature at the point A is always higher than the point B, and the condensation of water vapor is higher at the point B than at the point A. As a result, the adhesion of condensed water to the sensing part 52 of the pressure sensor 50 near the point A is suppressed.

即ち、センサ取付部材４０において、圧力センサ５０付近の雰囲気の水蒸気を、離れた場所に集中的に冷やせる所があり、圧力センサ５０付近の雰囲気の水蒸気を、圧力センサ５０から離れた薄肉部４３において集中的に冷やして低温時に結露水が発生する。これにより、低温起動の際に結露水が凍っても圧力センサ５０は影響を受けにくく受感部（ダイアフラム部）５２に付着した結露水が氷結することにより圧力センサ５０が出力異常となることが回避される。その結果、低温起動が容易に行われる。 That is, in the sensor mounting member 40, there is a place where the water vapor in the vicinity of the pressure sensor 50 can be intensively cooled in a remote place, and the water vapor in the atmosphere in the vicinity of the pressure sensor 50 is thinned 43 away from the pressure sensor 50. Condensed water is generated at low temperatures due to intensive cooling in As a result, even if the condensed water freezes at the time of low temperature startup, the pressure sensor 50 is not easily affected, and the condensed water adhering to the sensitive part (diaphragm part) 52 freezes, so that the pressure sensor 50 becomes abnormal in output. Avoided. As a result, low-temperature startup is easily performed.

このようにして、圧力センサ５０の受感部５２に水が付着し、低温環境下で凍結して圧力センサ５０の出力異常となることが防止される。
比較例として、センサ取付部材（ブロック）における圧力センサの受感部付近にヒータを設置する構造を採用することにより、氷点下時にヒータを発熱することによって熱を圧力センサの受感部に伝達し、圧力センサの受感部に付着した氷を解凍する。ヒータの設置により、正常にセンサは圧力検知することが可能になり、圧力制御、氷点下起動が可能となる。 In this way, it is possible to prevent water from adhering to the sensing part 52 of the pressure sensor 50 and freezing in a low temperature environment to cause an output abnormality of the pressure sensor 50.
As a comparative example, by adopting a structure in which a heater is installed in the sensor mounting member (block) near the sensitive part of the pressure sensor, heat is transmitted to the sensitive part of the pressure sensor by generating heat when the temperature is below freezing point, Thaw the ice adhering to the sensitive part of the pressure sensor. By installing the heater, the sensor can normally detect pressure, and pressure control and activation below freezing point are possible.

この場合（比較例）には、ヒータを設置することで、搭載スペースの増加、コストの増加となる。また、ヒータ本体、ヒータへの電力供給ハーネスのスペースの増加だけでなく、ヒータを取り付ける取付部材のスペースの増加となる。これは、ヒータ本体、ハーネス、ヒータ取付部材の部品コストの増加にもつながる。また、ハーネス取り回しについては、コントローラ、電源からヒータへのハーネス取り回しを最短にするために、コントローラ、電源、ヒータの搭載位置を近づけるというレイアウト上の制約が発生してしまう。さらにヒータを設置する場合には、低温起動立ち上げ時間の増加となる。ＦＣシステム終了後、放置中に例えば１９０ｋＰａの水素低圧系閉空間、即ち、図２の流路２１ｂ，２１ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃで示す部位に残存した水蒸気が凝結、凍結する虞がある。システム全体が冷やされることにより、飽和蒸気圧が下がり、水蒸気量が飽和蒸気圧以上となり、システム内部品に凝結水が付着する。凝結水は、圧力センサの受感部にも付着し、氷点下では凍結する。そのため、ヒータを設置しても、ヒータの熱がセンサ受感部に伝わり、付着した氷を解凍するには時間がかかり、低温起動の立ち上げ時間の増加につながる。 In this case (comparative example), the installation of the heater increases the mounting space and the cost. Moreover, not only the space of the heater main body and the power supply harness to the heater is increased, but also the space of the mounting member for attaching the heater is increased. This also leads to an increase in the component costs of the heater body, the harness, and the heater mounting member. In addition, with regard to harness routing, there is a layout restriction in which the mounting positions of the controller, power source, and heater are brought closer in order to minimize the harness routing from the controller and power source to the heater. Further, when a heater is installed, the start-up time at low temperature is increased. After completion of the FC system, there is a risk that the water vapor remaining in the hydrogen low-pressure system closed space of, for example, 190 kPa, that is, the portion indicated by the flow paths 21b, 21c, 27a, 27b, and 27c in FIG. When the entire system is cooled, the saturated vapor pressure decreases, the water vapor amount becomes equal to or higher than the saturated vapor pressure, and condensed water adheres to the components in the system. The condensed water also adheres to the sensitive part of the pressure sensor and freezes below freezing point. For this reason, even if a heater is installed, the heat of the heater is transmitted to the sensor sensing part, and it takes time to thaw the attached ice, leading to an increase in start-up time for low temperature startup.

これに対し本実施形態においては、ヒータを用いておらず、ヒータ設置によるスペースの増加、コストの増加、レイアウト上の制約発生を防止するとともに、低温起動時にヒータによる加熱時間、即ち、圧力センサ５０の受感部５２に付着した凝結氷を解凍するための時間は必要なく起動時間の短縮を図ることができる。その結果、燃料電池システムにおける低温起動が可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, no heater is used, and an increase in space due to heater installation, an increase in cost, and occurrence of restrictions on layout are prevented, and the heating time by the heater at low temperature startup, that is, the pressure sensor 50. No time is required for thawing the condensed ice adhering to the sensitive part 52, and the activation time can be shortened. As a result, the fuel cell system can be started at a low temperature.

一方、水素循環系ではなく、レギュレータ２６のすぐ下流のドライ環境に圧力センサ５０が設置されている。上述したように圧力センサ５０の取付部材（取付ブロック）４０の構造として、圧力センサ５０の受感部５２の付近の厚みがガス通路４１の下側の部分よりも厚くなっている。これにより、圧力センサ５０の受感部５２への水の付着を抑制し、低温（氷点下）起動が可能となる。 On the other hand, the pressure sensor 50 is installed not in the hydrogen circulation system but in the dry environment immediately downstream of the regulator 26. As described above, in the structure of the mounting member (mounting block) 40 of the pressure sensor 50, the thickness in the vicinity of the sensing part 52 of the pressure sensor 50 is thicker than the lower part of the gas passage 41. Thereby, adhesion of water to the sensitive part 52 of the pressure sensor 50 is suppressed, and a low temperature (below freezing point) activation is possible.

また、水素循環系ではなく、レギュレータ２６のすぐ下流のドライ環境に圧力センサ５０が設置されている。この水素循環低圧系では、燃料電池（スタック）２０で生成した水が、水素ポンプ２９によって循環系を循環している。即ち、燃料電池（スタック）２０から、気液分離器２８、水素ポンプ２９を介して燃料電池（スタック）２０を循環している。 The pressure sensor 50 is installed not in the hydrogen circulation system but in a dry environment immediately downstream of the regulator 26. In this hydrogen circulation low-pressure system, water generated in the fuel cell (stack) 20 is circulated in the circulation system by a hydrogen pump 29. That is, the fuel cell (stack) 20 is circulated from the fuel cell (stack) 20 through the gas-liquid separator 28 and the hydrogen pump 29.

一方、レギュレータ２６のすぐ下流の配管における、集合部（分岐点）Ｐ１までのラインは、レギュレータ２６の上流からの水素はドライである。そのため、水素循環系で生成した水が付着しづらい場所であり、その水素ドライ環境に圧力センサ５０が設置されており、圧力センサ５０への水の付着が防止される。 On the other hand, in the line immediately downstream of the regulator 26 to the gathering point (branch point) P1, hydrogen from the upstream side of the regulator 26 is dry. Therefore, it is a place where the water generated in the hydrogen circulation system is difficult to adhere, and the pressure sensor 50 is installed in the hydrogen dry environment, and the adhesion of water to the pressure sensor 50 is prevented.

つまり、図２において、流路２７ａによる経路Ｒ１、流路２７ｂ，２７ｃによる経路Ｒ２、流路２１ｃによる経路Ｒ３は、水分を含んだ水素ガス経路である。また、流路２１ａ，２１ｂによる経路Ｒ１０は水分を含んでいない水素ガス経路である。流路２１ｂにおいて、集合部Ｐ１からセンサ取付部材４０に向かって水分が経路Ｒ２０で進行しようとする。この際、センサ取付部材４０が、水素循環路２７における水素タンク２２からの水素ガスとの集合部Ｐ１よりも高い位置に配置されている。よって、水素循環系内に充満する水蒸気が、センサ取付部材４０（圧力センサ５０）まで到達しづらい。つまり、水蒸気は水素と比較して分子量が大幅に大きい。そのため、循環系内の重い水蒸気は軽い水素で充満するセンサ取付部材４０（圧力センサ５０）に到達しづらい。即ち、集合部（分岐点）Ｐ１からセンサ取付部材４０に向かって水蒸気が経路Ｒ２０で進行しにくい。 That is, in FIG. 2, the path R1 by the flow path 27a, the path R2 by the flow paths 27b and 27c, and the path R3 by the flow path 21c are water-containing hydrogen gas paths. A path R10 formed by the flow paths 21a and 21b is a hydrogen gas path that does not contain moisture. In the flow path 21b, moisture tends to travel along the path R20 from the collecting portion P1 toward the sensor mounting member 40. At this time, the sensor mounting member 40 is disposed at a position higher than the gathering part P1 with the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 in the hydrogen circulation path 27. Therefore, it is difficult for the water vapor filling the hydrogen circulation system to reach the sensor mounting member 40 (pressure sensor 50). That is, water vapor has a significantly higher molecular weight than hydrogen. Therefore, it is difficult for heavy water vapor in the circulation system to reach the sensor mounting member 40 (pressure sensor 50) filled with light hydrogen. That is, water vapor hardly travels along the path R <b> 20 from the gathering portion (branch point) P <b> 1 toward the sensor mounting member 40.

よって、圧力センサ５０の受感部５２に水が付着して低温環境下で凍結し圧力センサ５０が出力異常となることが更に防止される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。 Therefore, it is further prevented that water adheres to the sensing part 52 of the pressure sensor 50 and freezes in a low temperature environment and the pressure sensor 50 becomes abnormal in output.
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

（１）燃料電池システム１８の構成として、ガス配管途中に、圧力センサ５０が取り付けられるセンサ取付部材４０が挿入されている。このセンサ取付部材４０には、ガスが通るガス通路４１が区画形成されている。センサ取付部材４０におけるガス通路４１を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部４３を有する。よって、センサ取付部材４０において、圧力センサ５０付近の雰囲気の水蒸気を、圧力センサ５０から離れた薄肉部４３において集中的に冷やして低温時に結露水が発生することにより、低温起動の際に結露水が凍っても圧力センサ５０はその影響を受けにくくなる。その結果、圧力センサ５０の受感部（ダイアフラム部）５２に付着した結露水が氷結することにより圧力センサ５０が出力異常になることなく低温起動を容易に行うことができる。つまり、燃料電池システムにおける低温起動の際に、ヒータ設置によるスペースの増加、コストの増加、レイアウト上の制約の発生を防止することができる。また、低温起動時においてセンサ受感部に付着した凝結氷を解凍するための時間を短縮することができる。 (1) As a configuration of the fuel cell system 18, a sensor attachment member 40 to which the pressure sensor 50 is attached is inserted in the middle of the gas pipe. A gas passage 41 through which gas passes is defined in the sensor mounting member 40. Of the portions of the sensor mounting member 40 that define the gas passage 41, the thin portion 43 that is thinner than the other portions is provided at least in a portion that is located below the gravitational direction. Therefore, in the sensor mounting member 40, the water vapor in the atmosphere in the vicinity of the pressure sensor 50 is intensively cooled in the thin-walled portion 43 away from the pressure sensor 50 to generate condensed water at a low temperature. Even if the ice is frozen, the pressure sensor 50 is not easily affected. As a result, the condensed water adhering to the sensitive part (diaphragm part) 52 of the pressure sensor 50 freezes, so that the pressure sensor 50 can be easily started at a low temperature without causing output abnormality. That is, when the fuel cell system is started at a low temperature, it is possible to prevent an increase in space due to heater installation, an increase in cost, and occurrence of restrictions on the layout. Further, it is possible to shorten the time for thawing the condensed ice adhering to the sensor sensing part at low temperature startup.

（２）センサ取付部材４０は、下側に位置する部位の全体が薄肉部４３となっているので、製造が容易である。
（３）燃料電池２０に対し水素ガス供給源としての水素タンク２２から水素ガスが供給されるとともに、燃料電池２０で使用されなかった水素ガスを水素タンク２２からの水素ガスと集合させて燃料電池２０に循環させる水素循環路２７を有する燃料電池システムである。センサ取付部材４０が、水素循環路２７における水素タンク２２からの水素ガスとの集合部Ｐ１よりも高い位置に配置されている。よって、水素循環路２７における水素タンク２２からの水素ガスとの集合部Ｐ１よりも高い位置にセンサ取付部材４０が配置されているので、水素循環路２７の水蒸気がセンサ取付部材４０側に進行しにくくでき、低温起動を更に容易に行うことができる。 (2) The sensor mounting member 40 is easy to manufacture because the entire portion located on the lower side is the thin portion 43.
(3) Hydrogen gas is supplied to the fuel cell 20 from a hydrogen tank 22 as a hydrogen gas supply source, and hydrogen gas that has not been used in the fuel cell 20 is combined with hydrogen gas from the hydrogen tank 22 to produce a fuel cell. 20 is a fuel cell system having a hydrogen circulation path 27 to be circulated into the fuel cell 20. The sensor mounting member 40 is disposed at a position higher than the gathering part P1 with the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 in the hydrogen circulation path 27. Therefore, since the sensor mounting member 40 is disposed at a position higher than the gathering portion P1 with the hydrogen gas from the hydrogen tank 22 in the hydrogen circulation path 27, the water vapor in the hydrogen circulation path 27 travels to the sensor mounting member 40 side. It can be made difficult, and the cold start can be performed more easily.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・センサ取付部材４０において図３（ｂ）に示すごとくガス通路４１のうち下面の全体が薄肉部４３となっていたが、これに限ることはない。例えば、図５（ａ）に示すように、センサ取付部材４０の下面に円弧状の切欠き７０を設け、これにより、センサ取付部材４０におけるガス通路４１を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部４４を有する構成としてもよい。他にも、図５（ｂ）に示すように、センサ取付部材４０の下面に矩形の切欠き７１を設け、これにより、センサ取付部材４０におけるガス通路４１を区画形成する部位のうち重力方向の下側に位置する部位において少なくとも一部に他の部位よりも薄い薄肉部４５を有する構成としてもよい。図５（ｂ）のように、切欠き７１は圧力センサ取付穴４２の開口部とは水平方向においてずれていてもよい。 The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
In the sensor attachment member 40, the entire lower surface of the gas passage 41 is the thin portion 43 as shown in FIG. 3B, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5 (a), an arc-shaped notch 70 is provided on the lower surface of the sensor mounting member 40, so that the portion of the sensor mounting member 40 where the gas passage 41 is partitioned is formed in a lower direction in the gravity direction. It is good also as a structure which has the thin part 44 thinner than the other site | part in at least one part in the site | part located in the side. In addition, as shown in FIG. 5B, a rectangular notch 71 is provided on the lower surface of the sensor mounting member 40, so that the portion of the sensor mounting member 40 that forms the gas passage 41 in the gravitational direction. It is good also as a structure which has the thin part 45 thinner than an other site | part in at least one part in the site | part located below. As shown in FIG. 5B, the notch 71 may be displaced in the horizontal direction from the opening of the pressure sensor mounting hole 42.

要は、圧力センサ５０付近の雰囲気の水蒸気を、離れた場所に集中的に冷やせる所があればよい。
・センサ取付部材４０において圧力センサ５０は上に配され、圧力センサ取付穴４２は上から下に向かって延びていたが（圧力センサ５０は上から下に延びていたが）、これに限らない。例えば、センサ取付部材４０において圧力センサ取付穴４２は側方に延びており、圧力センサ５０はセンサ取付部材４０の側面に取り付けられていてもよい。 In short, it suffices if there is a place where the water vapor in the atmosphere near the pressure sensor 50 can be cooled intensively in a remote place.
In the sensor mounting member 40, the pressure sensor 50 is disposed above and the pressure sensor mounting hole 42 extends from the top to the bottom (although the pressure sensor 50 extends from the top to the bottom), this is not restrictive. . For example, the pressure sensor mounting hole 42 may extend laterally in the sensor mounting member 40, and the pressure sensor 50 may be mounted on the side surface of the sensor mounting member 40.

・燃料電池２０で使用されなかった水素ガスを燃料電池２０に循環させる方式に適用したが、これに限らない。つまり、水素ガスを燃料電池２０に循環させない場合において燃料電池（スタック）２０から水素ガス路に水分が戻ってくることがあるので、水素ガスを燃料電池２０に循環させない方式にも適用できる。 -Although applied to the system which circulates the hydrogen gas which was not used with the fuel cell 20 to the fuel cell 20, it is not restricted to this. That is, when hydrogen gas is not circulated to the fuel cell 20, moisture may return from the fuel cell (stack) 20 to the hydrogen gas path, so that the method can be applied to a method in which the hydrogen gas is not circulated to the fuel cell 20.

・水素ガスの圧力センサに適用したが、これに限らない。つまり、センサ取付部材（４０）は水素ガスが流れるガス配管途中に設けたが、水素ガスが流れるガス配管以外の配管、例えば空気が流れるガス配管の途中に設けてもよい。 -Although applied to a hydrogen gas pressure sensor, it is not limited to this. That is, the sensor mounting member (40) is provided in the middle of a gas pipe through which hydrogen gas flows, but may be provided in the middle of a pipe other than the gas pipe through which hydrogen gas flows, for example, a gas pipe through which air flows.

・フォークリフトに具体化したが、これに限るものではない。例えば、産業車両以外の移動体に具体化してもよく、空港等で使用されるトーイング車等において、低温（氷点下）起動時に応用できる。 -Although it is embodied in a forklift, it is not limited to this. For example, the present invention may be embodied in a moving body other than an industrial vehicle, and can be applied at a low temperature (below freezing point) start-up in a towing vehicle used at an airport or the like.

１８…燃料電池システム、２０…燃料電池、２１…水素ガス供給路、２２…水素タンク、２７…水素循環路、４０…センサ取付部材、４１…ガス通路、４３…薄肉部、４４…薄肉部、４５…薄肉部、Ｐ１…集合部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell, 21 ... Hydrogen gas supply path, 22 ... Hydrogen tank, 27 ... Hydrogen circulation path, 40 ... Sensor attachment member, 41 ... Gas passage, 43 ... Thin part, 44 ... Thin part, 45 ... thin part, P1 ... gathering part.

Claims

In a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by reacting a supplied hydrogen gas and a supplied oxidizing gas,
A hydrogen gas supply path for supplying hydrogen gas supplied from a hydrogen gas supply source to the fuel cell;
A hydrogen circulation path that circulates the hydrogen gas that has not been used in the fuel cell together with the hydrogen gas from the hydrogen gas supply source in a collecting portion branched from the hydrogen gas supply path and circulates in the fuel cell;
A regulator for adjusting the pressure of hydrogen gas supplied to the fuel cell is provided in the middle of the hydrogen gas supply path,
A sensor attachment member to which a pressure sensor is attached is inserted between the regulator and the collecting portion in the hydrogen gas supply path ,
A gas passage through which a gas passes is defined in the sensor mounting member, and at least a part of a portion of the sensor mounting member that is positioned below the gravity direction among the portions that define the gas passage is at least partially than other portions. A fuel cell system having a thin thin portion.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the entire portion located on the lower side is a thin portion.

The fuel cell system according to claim 1 or 2 before Symbol sensor mounting member, characterized in that it is arranged at a position higher than the set unit.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas passage has a circular cross section and extends in a horizontal direction.