(57)【要約】【課題】燃料電池における水素漏れの点検から、水素漏れの検出、水素漏れを起こしたリーク箇所の特定・修理までの工程全体を、簡素化する。【解決手段】燃料電池１５と、燃料電池１５に対して水素を含有する燃料ガスを給排する燃料ガス配管２７，２８と、内部が目視可能となる覗き窓３０を壁面に備える燃料電池ケース１７と、燃料電池ケース１７内に収納された燃料電池１５および／または燃料ガス配管２７，２８の表面を覆うように設けられ、水素に触れると変色する物質を備える水素検知塗膜と、燃料電池ケース１７内に収納された燃料電池１５および／または燃料ガス配管２７，２８の表面部分であって覗き窓３０から直接目視できない部分の様子を、覗き窓３０から視認可能となるように映す反射部と、を備える燃料電池装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池装置であって、
燃料電池と、
前記燃料電池に対して、水素を含有する燃料ガスを給排する燃料ガス配管と、
前記燃料電池および該燃料電池に接続する前記燃料ガス配管の一部を内部に収納すると共に、内部が目視可能となる覗き窓を壁面に備える燃料電池ケースと、
前記燃料電池ケース内に収納された前記燃料電池および／または前記燃料ガス配管の表面を覆うように設けられ、水素に触れると変色する物質を備える水素検知塗膜と、
前記燃料電池ケース内に収納された前記燃料電池および／または前記燃料ガス配管の表面部分であって前記覗き窓から直接目視できない部分の様子を、前記覗き窓から視認可能となるように映す反射部と
を備える燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池装置であって、
前記反射部は、前記燃料電池ケースの内壁面の少なくとも一部であって、鏡面となるように形成された内壁面である
燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池装置であって、
前記反射部は、前記燃料電池ケースとは別体で形成され、前記燃料電池ケースの内部に配置された反射板である
燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池装置、具体的には、水素漏れを検知するための構造を備える燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、燃料ガスとして水素含有ガスを用いており、燃料ガスの流路のいずれかにおいて漏れが生じた場合には、これをいち早く検出することが望まれる。燃料電池からの水素の漏れを検知するための構成として、従来、燃料電池ケース内部の上部に捕集部を形成して、この捕集部に水素検出センサを設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。水素は他の気体に比べて極めて軽いという性質を有しているため、水素漏れが生じたときには漏れた水素は燃料電池ケース内で上部に集まり、このような上部に水素検出センサを設けることにより、水素漏れを素早く検知することが可能になる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６７６４８
【特許文献２】特開２００５−３４５３３８
【特許文献３】特開２０００−４４８４０
【特許文献４】特開２００７−７８５９１
【特許文献５】特開２００７−２０７４４１
【特許文献６】特開２００５−１０８６５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようにして水素漏れを迅速に検知できたとしても、水素漏れを検出した際には、燃料電池をケースごと取り外して専用の施設に持ち込み、水素漏れを起こしたリーク箇所を特定した上で、リーク箇所の修理を行なう必要がある。このように、リーク箇所を特定するためには、まず、燃料電池装置全体の取り外しと、取り外した燃料電池装置の専用施設への持ち込みが必要であり、さらに、リーク箇所を特定するために煩雑な作業を要することになる。そして、リーク箇所を特定した後には、特定したリーク箇所に応じた施設で、必要な修理あるいは部品の交換を行なう必要があり、修理を終了するまでの工程全体が、極めて煩雑なものとなる。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池における水素漏れの点検から、水素漏れの検出、水素漏れを起こしたリーク箇所の特定・修理までの工程全体を、より簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池装置であって、
燃料電池と、
前記燃料電池に対して、水素を含有する燃料ガスを給排する燃料ガス配管と、
前記燃料電池および該燃料電池に接続する前記燃料ガス配管の一部を内部に収納すると共に、内部が目視可能となる覗き窓を壁面に備える燃料電池ケースと、
前記燃料電池ケース内に収納された前記燃料電池および／または前記燃料ガス配管の表面を覆うように設けられ、水素に触れると変色する物質を備える水素検知塗膜と、
前記燃料電池ケース内に収納された前記燃料電池および／または前記燃料ガス配管の表面部分であって前記覗き窓から直接目視できない部分の様子を、前記覗き窓から視認可能となるように映す反射部とを備える燃料電池装置。
【０００８】
適用例１に記載の燃料電池装置では、燃料電池ケース内において、燃料電池および／または燃料ガス配管のいずれかの場所で水素漏れが生じたときには、水素漏れが生じた場所において、水素検知塗膜が変色する。そして、このように水素検知塗膜が変色したときには、水素漏れによって変色した箇所が、燃料電池ケースの覗き窓から直接目視できない位置であったとしても、反射部に映ることによって、覗き窓から視認可能となる。したがって、簡素な構成で、水素漏れの事実および水素漏れ箇所を簡便に知ることができる。また、水素漏れが生じた際に、修理に先立って水素漏れの箇所を特定する工程を簡素化し、水素漏れの箇所の特定に要する時間を短縮することができる。また、修理の工程を簡素化すると共に修理に要する時間を短縮することが可能になる。さらに、燃料電池装置における水素漏れの点検の動作を簡素化することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池装置であって、前記反射部は、前記燃料電池ケースの内壁面の少なくとも一部であって、鏡面となるように形成された内壁面である燃料電池装置。適用例２に記載の燃料電池装置によれば、鏡面となるように形成された燃料電池ケースの内壁面に映ることにより、燃料電池ケースの覗き窓から直接目視できない位置で水素漏れが生じて水素検知塗膜が変色した場合であっても、水素漏れの事実および水素漏れの箇所を容易に知ることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例１に記載の燃料電池装置であって、前記反射部は、前記燃料電池ケースとは別体で形成され、前記燃料電池ケースの内部に配置された反射板である燃料電池装置。適用例３に記載の燃料電池装置によれば、燃料電池ケースの内部に配置された反射板に映ることにより、燃料電池ケースの覗き窓から直接目視できない位置で水素漏れが生じて水素検知塗膜が変色した場合であっても、水素漏れの事実および水素漏れの箇所を容易に知ることができる。
【００１１】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池を駆動用電源として搭載する移動体などの形態で実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の好適な一実施例である燃料電池装置１０の構成の概略を模式的に表わす説明図である。燃料電池装置１０は、燃料電池１５と、燃料電池１５を内部に収納する燃料電池ケース１７と、燃料電池１５に対して水素を含有する燃料ガスを給排する配管である燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８と、を備えている。図１（Ａ）は、燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８が接続された燃料電池１５が、燃料電池ケース１７の内部に収納されている様子を、燃料電池ケース１７の一方の側壁面を除いて内部を見た様子として表わしている。図１（Ｂ）は、内部に燃料電池１５を収納する燃料電池ケース１７の外観を、図１（Ａ）と同じ向きから見た様子を表わしている。本実施例の燃料電池装置１０は、車両に搭載されており、車両の駆動用電源として用いられるが、他の用途、例えば定置型電源としての燃料電池装置とすることも可能である。
【００１３】
燃料電池１５は、電解質層と、電解質層上に形成された電極と、電極との間でガス流路を形成するガスセパレータと、を備える単セルを、複数積層して成る燃料電池スタック２０を備えている。本実施例では、燃料電池スタック２０の両端部には、ステンレス鋼などの剛性の高い材料により形成されたエンドプレート２２が配置されると共に、図示しない締結部材が設けられている。そして、燃料電池スタック２０は、上記締結部材によって、２枚のエンドプレート２２間に押圧力が加えられた状態で締結されている。また、それぞれのエンドプレート２２には、マウント部２６が設けられている。マウント部２６は、燃料電池スタック２０を、底面側で支持しつつ、絶縁性を確保した状態で燃料電池ケース１７へと固定する部材である。
【００１４】
燃料電池スタック２０が備える個々の単セルの内部には、単セルが備えるアノードに供給される燃料ガスが流れるセル内燃料ガス流路と、単セルが備えるカソードに供給される酸化ガスが流れるセル内酸化ガス流路と、が形成されている。そして、燃料電池スタック２０の内部には、積層方向に燃料電池スタック２０を貫通する流路であって、個々のセル内燃料ガス流路あるいはセル内酸化ガス流路と連通する複数のガスマニホールドが形成されている。本実施例の燃料電池スタック２０内には、セル内燃料ガス流路に連通する２本のガスマニホールドが形成されている。セル内燃料ガス流路に連通するガスマニホールドの一方は、燃料電池装置１０の外部に設けられた図示しない燃料ガス供給装置（例えば、水素タンクを含む装置）に接続される既述した燃料ガス供給路２７に接続されて、各セル内燃料ガス流路に燃料ガスを分配する燃料ガス供給マニホールドとして働く。また、セル内燃料ガス流路に連通するガスマニホールドの他方は、図示しない燃料ガス排出装置に接続される既述した燃料ガス排出路２８に接続されて、各セル内燃料ガス流路から排出された燃料ガスを導く燃料ガス排出マニホールドとして働く。燃料電池１５において、一方のエンドプレート２２のさらに外側には流路接続部２４が取り付けられており、燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８は、この流路接続部２４を介して燃料電池１５に接続されている。なお、燃料電池スタック２０の内部に形成される酸化ガス供給マニホールドおよび酸化ガス排出マニホールドに対しても、同様の配管が接続されているが、図１では記載を省略している。
【００１５】
燃料電池ケース１７は、剛性の高い材料、例えばステンレス鋼により形成されており、略直方体形状に形成されている。このような燃料電池ケース１７は、図示しない固定部材によって、車体（例えばサイドフレーム）に固定されている。したがって、マウント部２６で燃料電池ケース１７に固定される燃料電池１５は、この燃料電池ケース１７を介して車体に固定される。この燃料電池ケース１７には、その壁面に、複数の穴が形成されており、燃料電池１５に接続される燃料ガス供給路２７や燃料ガス排出路２８等の配管は、これらの穴を貫通して配置されている。また、本実施例では、燃料電池ケース１７の内壁面には、鏡面加工が施されている。さらに、本実施例の燃料電池ケース１７の壁面には、覗き窓３０が形成されている。これらの、鏡面加工された内壁面および覗き窓３０に係る構成は、本発明の要部に対応するものであり、後に詳しく説明する。
【００１６】
さらに、本実施例の燃料電池装置１０は、燃料電池ケース１７内に収納される部分を被覆する水素検知塗膜を備えている。具体的には、水素検知塗膜は、燃料ガスの流路が内部に形成されて燃料ガスが漏れ出す可能性のある部分、すなわち、燃料電池１５と、燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８の表面（燃料電池１５と燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８との接続部を含む）を被覆するように形成されている。この水素検知塗膜は、本発明の要部に対応するものであり、後に詳しく説明する。
【００１７】
Ｂ．水素検知塗膜：
上記のように燃料ガスの流路が内部に形成されて燃料ガスが漏れ出す可能性のある部分に形成された水素検知塗膜は、水素ガスに触れると目視可能な色の変化を呈する物質を備えている。そのため、このような水素検知塗膜によって表面を覆われることにより、燃料電池１５やこれに接続される燃料ガス配管（燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８）において水素漏れが起こると、水素が漏れた部位において水素検知塗膜が変色し、水素漏れを起こした箇所を特定可能になる。
【００１８】
水素検知塗膜が備える水素ガスに触れると色相変化する物質（水素検知化合物）としては、例えば、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2）等の塩化物や、酸化マンガン（ＭｎＯ、ＭｎＯ2、Ｍｎ2Ｏ3）、酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）、酸化鉛（ＰｂＯ、ＰｂＯ2）、酸化パラジウム（ＰｄＯ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）が知られており、これらの化合物を用いることができる。あるいは、水素検知塗膜は、上記水素検知化合物に加えて、触媒、例えば塩酸や、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスニウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の触媒金属をさらに備えていても良い。例えば、水素検知化合物としての酸化タングステンと、酸化された触媒金属とを備える水素検知塗膜を設ければ、水素の漏洩時には、その漏洩箇所において、酸化タングステンの色が薄黄色から濃青色へと変化する。
【００１９】
このような水素検知塗膜は、例えば、上記水素検知化合物あるいはさらに触媒を含有する検知紙を、透明な（色変化の視認を妨げない）樹脂により被覆して検知フィルムを作製し、この検知フィルムを所望の箇所に貼り付けることにより形成することができる。また、上記水素検知化合物と（あるいはさらに触媒と）、適当なバインダと溶媒とを混合して、所望の箇所に塗布して乾燥させることにより形成することができる。水素検知塗膜は、さらに異なる構成であっても良く、燃料電池１５および燃料ガス配管の表面を被覆可能であって、燃料電池１５の動作温度あるいは燃料電池１５が配置された環境温度において水素漏れが生じたときには水素漏洩箇所において色変化を起こし、所望の感度で水素漏れを検知可能であればよい。
【００２０】
Ｃ．覗き窓３０と反射部：
本実施例の燃料電池装置１０では、既述したように、燃料電池ケース１７において覗き窓３０が形成されている。この覗き窓は、内部の様子を燃料電池ケース１７外から視認可能にするための構造である。このような覗き窓３０は、例えば、燃料電池ケース１７の壁面に設けた穴に、透明な樹脂やガラスを嵌め込むことにより形成することができる。あるいは、覗き窓３０は、燃料電池ケース１７の壁面に設けた穴によって構成し、通常はこの覗き窓３０としての穴をシャッタやボルトを用いて閉じておき、必要に応じてシャッタを開いたりボルトを取り外すことにより、内部を目視することとしても良い。
【００２１】
また、本実施例の燃料電池ケース１７の内壁面には、既述したように、鏡面加工が施されている。これにより、燃料電池ケース１７の内壁面は、燃料電池１５および燃料電池１５に接続される燃料ガス配管の表面部分であって覗き窓３０から直接目視できない部分を映して、当該直接目視できない部分を覗き窓３０から視認可能にする反射部として働く。このように、燃料電池ケース１７の内壁面は、直接目視できない部分が視認可能となるように映すためのものであるため、燃料電池ケース１７の内壁面の鏡面度は、覗き窓から水素漏れ箇所の色変化を視認可能になる写像性を実現できるものであればよい。また、燃料電池ケース１７の内壁面は、全面がこのような鏡面加工されている必要はなく、例えば、上記直接目視できない部分を覗き窓３０から視認可能となるように反射する動作に関わらない領域は、鏡面加工が施されていないこととしても良い。
【００２２】
図２は、覗き窓３０から直接目視できない燃料電池１５の表面部分が、鏡面加工された燃料電池ケース１７の内壁面である反射部に映ることによって、覗き窓３０から視認可能になる様子を、模式的に示す説明図である。図２では、燃料電池ケース１７内部の様子を、図１（Ｂ）において矢印Ｘによって示した方向から見た様子として表わしている。この図２では、覗き窓３０から直接目視できない部分が、反射部である燃料電池ケース１７の内壁面に１回以上反射することによって覗き窓３０から視認可能となる様子が、点線で示されている。
【００２３】
ここで、図１（Ｂ）に表わした燃料電池ケース１７は、覗き窓３０を２つ有しているが、覗き窓３０の数は任意に設定可能である。すなわち、覗き窓３０は、鏡面加工された燃料電池ケース１７の内壁面と組み合わせられることにより、直接目視できない部分も視認可能にするものであるため、覗き窓３０の数、設けられる位置、およびその形状は、覗き窓３０を設けることによる燃料電池ケース１７の強度低下が許容できる範囲で、適宜設定すればよい。覗き窓３０の数、設けられる位置、およびその形状は、鏡面加工された燃料電池ケース１７の内壁面と組み合わせることにより、燃料電池１５および燃料電池１５に接続される流路表面において、視認できない場所が無くなるように、すなわち、死角が無くなるように設定すれば良い。
【００２４】
以上のように構成された本実施例の燃料電池装置１０によれば、燃料電池ケース１７内において、燃料電池１５および燃料電池１５に接続される配管のいずれかの場所で水素漏れが生じたときには、水素漏れが生じた場所において、水素検知塗膜が変色する。そして、このように水素検知塗膜が変色したときには、水素漏れによって変色した箇所が、燃料電池ケース１７の覗き窓３０から直接目視できない位置であったとしても、鏡面加工された燃料電池ケース１７の内壁面に映ることによって、覗き窓３０から視認可能となる。したがって、本実施例の燃料電池装置１０によれば、特別に水素センサを設けることなく水素漏れを検知可能になるため、センサやセンサのための配線が不要になり、装置全体の構成を簡素化することができる。ここで、燃料電池ケース内に水素センサを設けた場合には、水素漏れを検知したときには、燃料電池ケース１７ごと燃料電池装置１０を専用の施設に搬送し、いずれの箇所において水素漏れを起こしているのかを調べる必要がある。これに対して本実施例の燃料電池装置１０によれば、覗き窓３０から内部を観察するだけで容易に水素漏れの箇所を特定できるため、修理に先立って水素漏れの箇所を特定する工程を簡素化し、水素漏れの箇所の特定に要する時間を短縮することができる。
【００２５】
また、このように、水素漏れが生じた場合であっても、修理に先立って、水素漏れが生じた位置を容易に特定可能になるため、いずれかの場所で水素漏れが生じたときには、水素漏れが生じた位置に応じて必要な措置を判断して対応することが可能になり、修理の工程を簡素化すると共に修理に要する時間を短縮することが可能になる。例えば、水素漏れの箇所が燃料電池１５に接続された燃料ガス配管であって、配管の取り替えのみにより修理可能と判断できる場合であって、燃料電池装置１０を車載したままで必要な部品の取り替え修理が可能であれば、燃料電池装置１０全体を車両から取り外して修理施設に搬入する必要が無い。また、燃料電池１５において水素漏れが生じている場合であっても、水素漏れの位置を目視で特定できることにより、簡単な部品交換により修理可能であるのか、燃料電池１５の分解を伴う大がかりな修理が必要であるのか、燃料電池１５そのものを交換する必要があるのかを判断できる場合がある。そのため、水素漏れの箇所に応じて、無駄なく必要な修理を直ちに行なうことが可能になる。
【００２６】
さらに、本実施例の燃料電池装置１０によれば、燃料電池装置１０において水素漏れが生じていないかを点検する際に、点検の動作として、覗き窓３０から内部を観察する動作を行なうだけで、いずれかの場所で水素漏れが生じているときには、水素漏れの事実および水素漏れの箇所を知ることができる。そのため、水素漏れの点検の際に、燃料電池ケース１７を解体して燃料電池１５およびこれに接続される配管全体を観察して色の変化の有無を確認する必要が無く、点検の動作を簡素化することができる。
【００２７】
なお、本実施例の燃料電池装置１０は、既述したように特別な水素センサを用いることなく水素漏れを検知可能にするものであるが、燃料電池ケース内に設けた水素センサと組み合わせて用いることとしても良い。この場合には、所定のタイミングで覗き窓３０から内部を観察する点検時以外であっても、水素漏れが生じたときには直ちに水素センサによって水素漏れを検知可能になると共に、センサが水素漏れを検知したときには、覗き窓３０から内部を観察することにより、直ちに水素漏れの箇所を特定することが可能になる。
【００２８】
また、本実施例では、燃料電池ケース１７内に収納された燃料電池１５およびこれに接続される燃料ガス供給路２７および燃料ガス排出路２８の表面の全体を被覆するように水素検知塗膜を設けたが、異なる構成としても良い。必ずしも、燃料電池１５およびこれに接続される燃料ガス流路全体を覆う必要はなく、燃料電池１５およびこれに接続される燃料ガス流路の表面の、少なくとも一部であって、覗き窓３０から直接目視できない部分を含む表面を覆うように水素検知塗膜を設けるならば、覗き窓３０および反射部と組み合わせることによる所定の効果が得られる。
【００２９】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３０】
実施例の燃料電池装置１０では、燃料電池１５および燃料電池１５に接続される燃料ガス配管の表面部分であって覗き窓３０から直接目視できない部分を映して、当該直接目視できない部分を覗き窓３０から視認可能にする反射部を、鏡面加工を施した燃料電池ケース１７の内壁面としたが、異なる構成としても良い。例えば、燃料電池ケース１７とは別体で形成して、燃料電池ケース１７の内部に配置した、表面が鏡面となっている反射板を用いることとしても良い。燃料電池１５およびこれに接続される燃料ガス配管の表面の様子を、死角が形成されることなく、覗き窓３０から視認可能となる位置に、反射部が設けられていればよい。燃料電池ケース１７の内壁面の角度は、燃料電池１５の形状や燃料電池１５に接続される配管の配置、あるいは燃料電池装置１０の設置場所などの制約を受け得るが、反射板を用いる場合には、このような制約を抑えて、所望の角度の反射部を、より容易に設けることが可能になる。
【００３１】
また、覗き窓３０から直接目視できない部分を映して覗き窓３０から視認可能にする反射部は、鏡面加工した燃料電池ケース１７の内壁面と、燃料電池ケース１７とは別体で設けた反射板とを組み合わせて構成しても良い。あるいは、複数の反射板を組み合わせて、複数の反射板を反射させることによって、覗き窓３０から直接目視できない部分を視認可能にしても良い。燃料電池装置１０が搭載される場所によっては、覗き窓３０を設ける位置が制約を受ける場合があるが、このように複数の反射部を組み合わせることにより、燃料電池１５および配管の表面において、より容易に死角の発生を抑えることができる。また、このようにして覗き窓３０から視認可能となる範囲を広げることにより、覗き窓３０の面積や数を抑えることができる。これにより、製造工程および部品点数を削減すると共に、覗き窓３０を形成することに起因する燃料電池ケース１７の強度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】燃料電池装置１０の構成の概略を模式的に表わす説明図である。
【図２】直接目視できない部分が視認可能になる様子を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…燃料電池装置
１５…燃料電池
１７…燃料電池ケース
２０…燃料電池スタック
２２…エンドプレート
２４…流路接続部
２６…マウント部
２７…燃料ガス供給路
２８…燃料ガス排出路
３０…覗き窓
【図１】
2010049952.tif 000003
【図２】
2010049952.tif 000004