(57)【要約】【課題】高圧の燃料ガスを排出する場合、高濃度の燃料ガスが後方に放出される可能性があること。【解決手段】レギュレータ１３０の下に設けられた安全弁と、排気排水用配管１６０とを接続する接続管２００を設ける。第２水素供給用配管１２２内が安全弁の作動圧力に達すると、接続管２００を通じて、第２水素供給用配管１２２から水素が排気排水用配管１６０に流れ込む。排気排水用配管１６０の開放口は、車両後端付近に配置されるので、車両後端付近から後方に向けて水素が希釈されて排出される。更に高圧になると、接続管２００が安全弁から外れ、安全弁から地面に向けて水素が放出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される燃料電池用の配管であって、
燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス供給管内の圧力であるガス圧が第１基準値以上に達した場合は、前記燃料ガス供給管内のガスを車両の後端付近に設置された排出口から排出し、前記ガス圧が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上に達した場合は、車両の床下かつ前記排出口よりも車両前方において前記燃料ガス供給管内のガスを排出する排出部と
を備える燃料電池用配管。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用配管であって、
前記排出部は、
前記燃料ガス供給管に設けられた安全弁と、
前記排出口を備え、燃料ガス以外の流体を排出する排気管と、
前記排気管に対して排気管接続部位において接続されると共に、前記安全弁に接続されることによって、前記安全弁と前記排気管とを繋ぐ接続流路を形成する接続管とを備え、
前記ガス圧が前記第１基準値以上に達した場合は、前記安全弁が作動することによって、前記接続管と前記排気管とを通じて燃料ガスを排出し、
前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合は、前記接続流路が前記ガス圧によって損なわれることによって、前記排気管を経由せずに燃料ガスを排出する
燃料電池用配管。
【請求項３】
前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合、前記接続管と前記安全弁との接続が外れる
請求項２に記載の燃料電池用配管。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池用配管であって、
締め付け力を前記接続管に作用させることによって、前記接続管を前記安全弁に固定する締め付け部材を備え、
前記締め付け部材による固定は、前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合、前記接続管を介して受ける力によって解除される
燃料電池用配管。
【請求項５】
前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも上方に配置される
請求項２から請求項４の何れか１項に記載の燃料電池用配管。
【請求項６】
前記安全弁は、開口部が下を向いている
請求項５に記載の燃料電池用配管。
【請求項７】
前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも左右方向について中央寄りに配置される
請求項６に記載の燃料電池用配管。
【請求項８】
前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも前記排気管の上流側に配置される
請求項２から請求項７の何れか１項に記載の燃料電池用配管。
【請求項９】
前記接続管は、折れ曲がった流路を形成する
請求項２から請求項８の何れか１項に記載の燃料電池用配管。
【請求項１０】
前記排気管接続部位は、前記排気管から前記燃料ガス以外の流体を排出する時に、開口している
請求項２から請求項９の何れか１項に記載の燃料電池用配管。
【請求項１１】
前記排出口よりも車両前方かつ車両の床下において燃料ガスが排出されたことを検出する検出部
を備える請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の燃料電池用配管。
【請求項１２】
車両に搭載される燃料電池システムから燃料ガスを排出する方法であって、
燃料ガスの圧力が第１基準値以上に達した場合は、車両の後端付近に設置された排出口から燃料ガスを排出し、燃料ガスの圧力が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上に達した場合は、車両の床下かつ前記排出口よりも車両前方において燃料ガスを排出する
燃料ガスの排出方法。
【請求項１３】
車両に搭載される燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管に設けられた安全弁と、前記安全弁よりも後方から燃料ガス以外の流体を排出するための排気管とを接続する接続管であって、
前記燃料ガス供給管内のガスの圧力が、前記安全弁の作動圧力である第１基準値よりも大きい第２基準値に達した場合、前記安全弁および前記排気管の少なくとも一方との接続が外れる接続管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスの排出に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電に用いられる燃料ガスは、大気に放出される場合がある。車両用の燃料電池において燃料ガスを放出する場合、空気用の排気管から排出することによって、ガス濃度を希釈しつつ、車両後端付近から後方に向けて放出する手法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０１５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術が有する課題は、高圧の燃料ガスを排出する場合、高濃度の燃料ガスが車両後方（車両の後端よりも後ろ）に放出される可能性があることである。高圧の燃料ガスを排出する場合、燃料ガスが排気管によって車両後端付近まで導かれ、その後、車両後方に向けて大気に放出される。このため、排気管内の空気が十分にない場合、高濃度の燃料ガスが車両後方に放出される可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、車両に搭載される燃料電池用の配管が提供される。この配管は、燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管と；前記燃料ガス供給管内の圧力であるガス圧が第１基準値以上に達した場合は、前記燃料ガス供給管内のガスを車両の後端付近に設置された排出口から排出し、前記ガス圧が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上に達した場合は、車両の床下かつ前記排出口よりも車両前方において前記燃料ガス供給管内のガスを排出する排出部とを備える。この形態によれば、高圧の燃料ガスを排出する場合、高濃度の燃料ガスが車両後方に放出される可能性を低減できる。燃料ガスの圧力が高圧（第２基準値以上）に達した場合は、車両の床下かつ排出口よりも車両前方において燃料ガスを排出するからである。このように排出すると、燃料ガスが車両後端付近に到達するまでの間に車外の空気と十分に混ざる。この結果、上記効果を得ることができる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記排出部は；前記燃料ガス供給管に設けられた安全弁と；前記排出口を備え、燃料ガス以外の流体を排出する排気管と；前記排気管に対して排気管接続部位において接続されると共に、前記安全弁に接続されることによって、前記安全弁と前記排気管とを繋ぐ接続流路を形成する接続管とを備え；前記ガス圧が前記第１基準値以上に達した場合は、前記安全弁が作動することによって、前記接続管と前記排気管とを通じて燃料ガスを排出し；前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合は、前記接続流路が前記ガス圧によって損なわれることによって、前記排気管を経由せずに燃料ガスを排出する。この形態によれば、接続管を追加するという簡易な手法によって、先の形態を実現できる。
【０００８】
（３）上記形態において、前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合、前記接続管と前記安全弁との接続が外れる。この形態によれば、設計が簡単になる。接続管と安全弁との接続部位は、接続管内においてガス圧が高い部位である。ガス圧が高い部位で接続が外れるようにすれば、他の部位で接続が外れるようにする等の手法に比べ、設計が簡単になる。
【０００９】
（４）上記形態において、締め付け力を前記接続管に作用させることによって、前記接続管を前記安全弁に固定する締め付け部材を備え；前記締め付け部材による固定は、前記ガス圧が前記第２基準値以上に達した場合、前記接続管を介して受ける力によって解除される。この形態によれば、第２基準値以上のガス圧による力によって接続が損なわれることが、簡易な手法によって実現できる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも上方に配置される。この形態によれば、排気管から接続管を経て、安全弁に水滴等が到達することを抑制できるので、安全弁の氷結に伴う作動不良を抑制できる。
【００１１】
（６）上記形態において、前記安全弁は、開口部が下を向いている。この形態によれば、接続管が外れた場合に、燃料ガス供給管内のガスが下に向けて排出されるので、より安全性が高まる。
【００１２】
（７）上記形態において、前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも左右方向について中央寄りに配置される。この形態によれば、安全弁から排出されたガスが車両の外側に勢いよく拡散することを抑制できる。安全弁から下向きに排出されたガスと、車両の外側との間に排気管が配置されるからである。左右方向とは、車両の進行方向および鉛直方向と直交する方向である。
【００１３】
（８）上記形態において、前記安全弁は、前記排気管接続部位よりも前記排気管の上流側に配置される。この形態によれば、接続管から排気管への水滴等の流出を促進するので、安全弁の氷結に伴う作動不良を抑制できる。
【００１４】
（９）上記形態において、前記接続管は、折れ曲がった流路を形成する。この形態によれば、排気管から接続管を経て、安全弁に水滴等が到達することを抑制できるので、安全弁の氷結に伴う作動不良を抑制できる。
【００１５】
（１０）上記形態において、前記排気管接続部位は、前記排気管から前記燃料ガス以外の流体を排出する時に、開口している。この形態によれば、接続管が排気管のサイドブランチとして機能するので、排気管における脈動が抑制される。
【００１６】
（１１）上記形態において、前記排出口よりも車両前方かつ車両の床下において燃料ガスが排出されたことを検出する検出部を備える。この形態によれば、排出口よりも車両前方かつ車両の床下において燃料ガス供給管内のガスが排出された場合に、燃料ガスのタンクの主止弁を閉じる等の措置を取ることができるようになる。
【００１７】
本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、車両に搭載される燃料電池システムから燃料ガスを排出する方法、上記燃料電池用配管の一部としての接続管、上記燃料電池用配管を備えた燃料電池システム等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料電池システムの斜視図。
【図２】接続管付近の斜視図。
【図３】第１部位、クリップ及び安全弁の断面、並びにレギュレータを示す図。
【図４】接続管が安全弁から外れた様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、燃料電池システム１０の斜視図である。燃料電池システム１０は、燃料電池自動車（以下「車両」という）に搭載されたものである。図１に示された座標軸は、車両の上下、左右、前後を基準にした方向を示す。本明細書では、方向の説明を全てこの座標軸に従って行う。
【００２０】
燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、２つの水素タンク１１０と、第１水素供給用配管１２１と、第２水素供給用配管１２２と、第３水素供給用配管１２３と、レギュレータ１３０と、供給側マニホールド１３５と、水素充填用配管１４０と、充填側マニホールド１５０と、排気排水用配管１６０とを備える。
【００２１】
水素タンク１１０は、高圧（充填時においては例えば８７．５MPa[abs]）の水素ガスを貯蔵する。水素タンク１１０は、端部にバルブアッセンブリ１１１を備える。水素タンク１１０は、バルブアッセンブリ１１１を介して、第１水素供給用配管１２１と水素充填用配管１４０とに接続される。
【００２２】
第１水素供給用配管１２１は、水素タンク１１０と供給側マニホールド１３５とを繋ぐ流路を形成する。第２水素供給用配管１２２は、供給側マニホールド１３５とレギュレータ１３０とを繋ぐ流路を形成する。第３水素供給用配管１２３は、レギュレータ１３０と燃料電池１００とを繋ぐ流路を形成する。
【００２３】
水素タンク１１０に貯蔵された水素は、バルブアッセンブリ１１１によって減圧され、レギュレータ１３０によって更に減圧された後、燃料電池１００に供給される。レギュレータ１３０は、車両のフロアパネル（図示しない）に固定されてもよいし、水素タンク１１０を固定するタンクバンド（図示しない）に固定されてもよい。
【００２４】
水素充填用配管１４０は、水素タンク１１０及び充填側マニホールド１５０の間、並びに充填側マニホールド１５０及びレセプタクル（図示しない）の間に配設される。レセプタクルは、水素タンク１１０に水素を充填する際に、水素ステーション等に設置された水素供給装置から延びるノズルに接続される。水素ステーションの水素供給装置から供給される水素は、レセプタクルから充填側マニホールド１５０を介して各水素タンク１１０に充填される。
【００２５】
排気排水用配管１６０は、燃料電池１００からの排ガスや、生成水等を含む排水を外部に排水するための配管である。排気排水用配管１６０は、一方の端部が燃料電池１００に接続され、他方の端部が車両の後端付近において外部に開放される。この開放口は、所定角度、下を向いている。排気排水用配管１６０は、管路の途中に消音装置１６１を備える。
【００２６】
図１に示されるように、バルブアッセンブリ１１１が左を向くように水素タンク１１０が搭載されているため、第２水素供給用配管１２２と第３水素供給用配管１２３と排気排水用配管１６０とを含め、配管全体が車両の左側に寄せられて配置されている。
【００２７】
図１に示されるように、燃料電池システム１０は、接続管２００を備える。接続管２００は、排気排水用配管１６０と、レギュレータ１３０の下に設置された安全弁３００（図
３参照）とを接続する配管である。
【００２８】
図２は、接続管２００付近の斜視図である。排気排水用配管１６０は、レギュレータ１３０よりも左下に配置される。レギュレータ１３０よりも左ということは、車両のより外側ということになる。
【００２９】
接続管２００は、第１部位２０１と、第２部位２０２と、第３部位２０３と、第４部位２０４とに仮想的に分割される。第１部位２０１は、上端において安全弁３００に接続され、上端から下向きに延びる部位である。第２部位２０２は、右端において第１部位２０１の下端に接続され、右端から左に延びる部位である。第３部位２０３は、前端において第２部位２０２の左端に接続され、前端から後ろに延びる部位である。第４部位は、上端において第３部位２０３の後端に接続され、上端から下に延び、下端において排気排水用配管１６０に接続される部位である。この形状は、円筒状に形成された熱可塑性エラストマ製のホースを型にはめこみ、加温および冷却を作用させることによって得ることができる。
【００３０】
第４部位２０４と排気排水用配管１６０との接続部位は、弁などを備えず、常に開口している。一方、第１部位２０１とレギュレータ１３０との接続部位には、安全弁３００が設けられる。
【００３１】
図３は、第１部位２０１、クリップ２１０及び安全弁３００の断面、並びにレギュレータ１３０を示す。安全弁３００は、筐体３１０と、弁体３２０と、バネ３３０とを備える。
【００３２】
筐体３１０は、レギュレータ１３０に対して固定されており、第２水素供給用配管１２２から外部への流路を形成する。この流路の開放口は、下を向いている。バネ３３０は、筐体３１０内部に設置され、第２水素供給用配管１２２内の圧力（以下「ガス圧」という）が第１基準値（例えば３MPa[abs]）未満の場合は、レギュレータ１３０側に設けられた弁座に弁体３２０を押しつける。このように押しつけられた弁体３２０は、第２水素供給用配管１２２と第１部位２０１との流路を遮断する。より正確には、流路が遮断される条件は、ガス圧と、第１部位２０１内の圧力との差が第１基準値未満の場合である。但し、第１部位２０１内の圧力は、排気排水用配管１６０内の圧力と同程度であり、第１基準値に対して小さな値であるので、本実施形態においてはゼロと見なして説明する。
【００３３】
第１基準値は、通常時におけるガス圧の値と、減圧するのが好ましいガス圧の値との間に設定される。通常時におけるガス圧とは、燃料電池システム１０の通常の運転時や、燃料電池システム１０の休止開始直後におけるガス圧である。減圧するのが好ましいガス圧の値とは、レギュレータ１３０や、第３水素供給用配管１２３に設けられたインジェクタ（図示しない）等の作動を妨げ得る圧力値（例えば１０MPa[abs]）である。このようなガス圧が発生する原因としては、燃料電池システム１０を長期間、休止させた場合に発生するリークが挙げられる。ここでのリークとは、水素タンク１１０内の水素が、バルブアッセンブリ１１１による封止をすり抜けて、第１水素供給用配管１２１へ漏れることを意味する。
【００３４】
ガス圧が第１基準値以上に達した場合、バネ３３０が縮み、弁体３２０が下がって、流路が開く。流路が開くと、第２水素供給用配管１２２から第１部位２０１に水素が流入する。第１部位２０１に流入した水素は、接続管２００を通過し、排気排水用配管１６０に流入する。排気排水用配管１６０に流入した水素は、排気排水用配管１６０内の空気によって希釈され、車両後端付近から大気に排出される。この排出は、排気排水用配管１６０の開放口がやや下を向いているので、その向きに沿って行われる。下向きに水素が排出されれば、後方の車両等にとってより安全である。
【００３５】
このように安全弁３００の開閉を制御することによって、通常時においては接続管２００から排気排水用配管１６０に水素を流出させない一方、ガス圧が第１基準値に達した場合には、第２水素供給用配管１２２内の水素を大気に排出することによって、ガス圧が大きくなり過ぎないように制御できる。
【００３６】
図３に示すように第１部位２０１は、クリップ２１０の締め付けによって、筐体３１０に対して固定される。この固定によって、第１部位と筐体３１０との間がシールされる。第１部位２０１内の圧力が第２基準値（例えば１５MPa[abs]）に達した場合、第１部位２０１と筐体３１０とのシールが破れるように、クリップ２１０の締め付け力や、第１部位２０１の径などが設定されている。シールが破れれば、クリップ２１０は第１部位から外れ、第１部位２０１は筐体３１０から外れる。
【００３７】
図４は、接続管２００が安全弁３００から外れた様子（第１部位２０１が筐体３１０から外れた様子）を示す。接続管２００が安全弁３００から外れた場合、安全弁３００が閉じるまで（ガス圧が第１基準値を下回るまで）、第２水素供給用配管１２２内の水素が安全弁３００から大気に排出される。
【００３８】
第２基準値は、第１基準値と、故障を発生させ得るガス圧の値（例えば２０〜７０MPa[abs]）との間に設定される。この故障とは、例えば、高圧の水素によって燃料電池スタック等の高価な部品が損傷することである。このような圧力は、バルブアッセンブリ１１１の故障や、水素タンク１１０が高温に曝されること等によって発生し得る。
【００３９】
安全弁３００からの排出は、安全弁３００の開放口が下を向いているため、下向きに行われる。下向きに排出された水素は、排気排水用配管１６０が安全弁３００に対して左（車両の外側）にオフセットしており、且つ安全弁３００の真下には障害物が殆ど無いことによって、地面に吹き付けられる。排気排水用配管１６０が安全弁３００よりも外側に配置されているため、地面に吹き付けられた水素が、車両の左に向かって勢いよく拡散することは抑制される。
【００４０】
図４に示すように、レギュレータ１３０の付近に、水素センサ４００が設置される。水素センサ４００は、周辺の水素を検出する。この検出が行われた場合、接続管２００が外れ、安全弁３００から水素が排出されていると見なし、制御装置（図示しない）がバルブアッセンブリ１１１を閉弁する。この閉弁によって、水素タンク１１０内の水素が大気に排出される量を低減できる。
【００４１】
本実施形態によれば、少なくとも以下の効果を得ることができる。ガス圧の値に応じて、より好ましい方法で水素を大気に排出できる。具体的には、これまで説明したように、ガス圧の値が第１基準値以上に達した場合は、排気排水用配管１６０を利用することによって、水素を希釈しつつ車両後端付近から車両後方に向けて排出し、ガス圧の値が第２基準値以上に達した場合は、車両の中央付近から下向きに水素を排出する。これによって、ガス圧の値が第２基準値以上に達した場合に、直線性を持った流れの高濃度水素が車両後方に排出されることを防止できる。
【００４２】
ガス圧の値が第２基準値以上に達した場合は、本実施形態のように、その事態を検出してバルブアッセンブリ１１１を閉弁するのが好ましい。但し、従来のように車両後端付近から後方に向けて排出する場合、排出された水素が直ぐに拡散しやすいので、検出が遅れることがある。これに対して本実施形態においては、ガス圧の値が第２基準値以上に達した場合、床下に排出するので、後端付近から車両後方に向けて排出する場合に比べて、排出された水素の拡散が遅く、検出がより早くなる可能性が高い。
【００４３】
接続管２００の形状は、氷結によって安全弁３００の作動が妨げられる可能性を低減している。第４部位２０４が排気排水用配管１６０の上側に接続されているので、接続管２００には排気排水用配管１６０内に存在する水（水滴、水蒸気）が進入しにくい。さらに、接続管２００全体で３箇所の曲げがあり、且つ、第１部位２０１が第２部位２０２に対して上に延びるので、第４部位２０４に水が進入したとしても、安全弁３００に到達する可能性は低い。
【００４４】
加えて、接続管２００全体が、安全弁３００を基準にして後方（排気排水用配管１６０の下流側）かつ下方に延びるので、水が接続管２００に進入したとしても排気排水用配管１６０に流出しやすい。元々、水素用の配管（第２水素供給用配管１２２等）は、地面に存在する障害物（車両の走行によって跳ね上げられる石など）との干渉をできるだけ回避するために、本実施形態のように排気排水用配管１６０よりも上方に配置されるのが好ましい。接続管２００の形状は、この配置に適合し且つ上記効果を奏する合理的なものであるといえる。
【００４５】
接続管２００は、排気排水用配管１６０内の脈動を抑制する。排気排水用配管１６０との接続部位において常に開口しているので、接続管２００が排気排水用配管１６０のサイドブランチとして機能するからである。
【００４６】
以上のような効果は、主に接続管２００とクリップ２１０とによって発揮されるものである。本実施形態は、このような種々の効果を発揮する部品を小型、軽量、安価に作成できる点において優れている。
【００４７】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが挙げられる。
【００４８】
ガス圧が第１基準値以上に達した場合に水素を希釈しつつ排出する際に、排気排水用配管を用いず、別途、設けた専用の配管を用いてもよい。専用の配管には、例えば、窒素等の不活性ガスを流すことによって、水素を希釈するようにしてもよい。
ガス圧が第２基準値以上に達した場合に、接続管が安全弁との接続部位で外れるための構造は、どのようなものであってもよい。例えば、接着剤で固定してもよい。
接続管は、ガス圧が第２基準値以上に達した場合に、安全弁との接続部位で外れなくてもよい。例えば、排気排水用配管との接続部位で外れてもよいし、或いは、接続管の第２部位などにおいて破損してもよい。
接続管の形状は、種々考えられる。例えば、第２部位と第３部位との代わりに、第１部位と第４部位とを直線的に結ぶ部位を設けてもよい。
接続管の材料や製造方法は、どのようなものでもよい。例えば、金属製でもよい。
安全弁の設置部位は、レギュレータ以外の部位、例えば、第２水素供給用配管に設けてもよい。
安全弁の構造は、他のものであってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…水素タンク
１１１…バルブアッセンブリ
１２１…第１水素供給用配管
１２２…第２水素供給用配管
１２３…第３水素供給用配管
１３０…レギュレータ
１３５…供給側マニホールド
１４０…水素充填用配管
１５０…充填側マニホールド
１６０…排気排水用配管
１６１…消音装置
２００…接続管
２０１…第１部位
２０２…第２部位
２０３…第３部位
２０４…第４部位
２１０…クリップ
３００…安全弁
３１０…筐体
３２０…弁体
３３０…バネ
４００…水素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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