(57)【要約】【課題】水素ガスの濃度を検知する際、ファンが停止したり、ファンの回転数が低下したりしても熱媒体に対する冷却性能の低下を防止することができる燃料電池型産業車両の提供にある。【解決手段】燃料電池２２と、燃料電池２２を収容する燃料電池ユニット２０と、燃料電池ユニット２０の内部の水素濃度を検出する水素濃度検出器３１と、燃料電池２２に接続され、熱媒体を流通する冷却水通路２４と、冷却水通路２４に設けたラジエータ２５と、冷却水通路２４に設けられ、熱媒体を循環させる冷却水ポンプ２８と、ラジエータ２５に対して空気流を発生させるラジエータファン２６と、冷却水ポンプ２８を制御する燃料電池コントローラ３２と、を備え、ラジエータファン２６が停止の指令を受けるとき、燃料電池コントローラ３２は、冷却水ポンプ２８を制御することにより熱媒体の循環量を増大させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤を供給して電気を生成する燃料電池と、
前記燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットの内部の水素濃度を検出する水素濃度検出器と、
前記燃料電池に接続され、熱媒体を循環させて流通する熱媒体通路と、
前記熱媒体通路に設けた熱交換器と、
前記熱媒体通路に設けられ、前記熱媒体通路において熱媒体を循環させる熱媒体ポンプと、
前記熱交換器に対して空気流を発生させるファンと、
前記熱媒体ポンプを制御する制御手段と、を備えた燃料電池型産業車両において、
前記ファンが停止又は回転数低下の指令を受けるとき、前記制御手段は、前記熱媒体ポンプを制御することにより熱媒体の循環量を増大させることを特徴とする燃料電池型産業車両。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ファンの停止又は回転数低下の前に、前記熱媒体ポンプを制御することにより前記熱媒体の循環量を増大させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池型産業車両。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ファンの停止又は回転数低下と同時に、前記熱媒体ポンプを制御することにより前記熱媒体の循環量を増大させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池型産業車両。
【請求項４】
前記熱媒体通路における熱媒体の温度検出する温度センサが設けられ、
前記制御手段は、前記温度センサにより検出される温度が予め設定した設定温度以上のとき、前記ファンを起動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料電池型産業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を搭載した燃料電池型産業車両に関し、特に、燃料電池ユニット内の水素濃度を検出する水素濃度検出器を備えた燃料電池型産業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気ガスによる地球温暖化の抑制のための駆動源として燃料電池が注目されており、一部の燃料電池は実用化されている。
燃料電池は、一対の電極に水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する。
燃料電池においては、各部品からの透過や漏出により、反応ガスである水素ガスが僅かながら排出されることが知られている。
各部品から排出される水素ガスは、別に設けられた排気装置により外部へ排出される。
【０００３】
ところで、燃料電池および燃料電池の関連機器が収容される燃料電池ユニットを備えた燃料電池システムが存在する（例えば、特許文献１を参照）。
燃料電池の関連機器としては、例えば、燃料電池へ循環して流通される熱媒体を冷却するラジエータおよびラジエータへの空気流を発生させるファンである。
この種の燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニット内の水素濃度を検知する場合には水素濃度検出器を設けて、水素濃度検出器により水素濃度を検知すればよい。
燃料電池ユニット内の水素ガスの濃度を精度よく測定しやすいように、ファンが停止しているときに水素ガスの濃度を測定することが好ましい。
【０００４】
また、関連する従来の技術として、例えば、特許文献２に開示されたガス漏れ検知装置を挙げることができる。
特許文献２に開示されたガス漏れ検知装置は、燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度検出手段を備え、燃料ガスの濃度を検出する際にシステム内の空気の流れを抑制する。
この構成によれば、燃料ガスの濃度検出の際に空気の流れが抑制されるので、燃料ガスの希釈が抑制され、燃料ガス濃度検出時の検出濃度が低下することがなく、ガス漏れを早期に検知できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６５９０３号公報
【特許文献２】特開２００６−７９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示された燃料電池ユニットに水素濃度検出器を設けて、水素ガスの濃度を測定する場合、ファンの停止時に水素ガスの濃度を検知すればよい。
しかしながら、ファンの停止中はラジエータにおける熱媒体に対する冷却性能が低下して熱媒体の温度が上昇する。
ファン停止の間に熱媒体の温度が上昇し、高温の熱媒体が燃料電池に供給されると、燃料電池の劣化を促進するおそれがある。
一方、特許文献２に開示されたガス漏れ検知装置では、燃料ガスの希釈が抑制され、燃料ガス濃度検出時の検出濃度が低下することがなく、ガス漏れを早期に検知する技術に過ぎず、熱媒体に対する冷却性能の低下を解決することはできない。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、水素ガスの濃度を検知する際、ファンが停止したり、ファンの回転数が低下したりしても熱媒体に対する冷却性能の低下を防止することができる燃料電池型産業車両の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤を供給して電気を生成する燃料電池と、前記燃料電池を収容する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットの内部の水素濃度を検出する水素濃度検出器と、前記燃料電池に接続され、熱媒体を循環させて流通する熱媒体通路と、前記熱媒体通路に設けた熱交換器と、前記熱媒体通路に設けられ、前記熱媒体通路において熱媒体を循環させる熱媒体ポンプと、前記熱交換器に対して空気流を発生させるファンと、前記熱媒体ポンプを制御する制御手段と、を備えた燃料電池型産業車両において、前記ファンが停止又は回転数低下の指令を受けるとき、前記制御手段は、前記熱媒体ポンプを制御することにより熱媒体の循環量を増大させることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ファンが停止又は回転数低下の指令を受けると、制御手段は熱媒体ポンプを制御し、熱媒体通路における熱媒体の循環量を増大する。
熱媒体の循環量を増大させることにより、熱交換器において熱媒体の冷却が促進され、ファン停止又は回転数低下による熱媒体に対する冷却性能の低下が防止される。
【００１０】
また、上記の燃料電池型産業車両において、前記制御手段は、前記ファンの停止又は回転数低下の前に、前記熱媒体ポンプを制御することにより前記熱媒体の循環量を増大させる構成としてもよい。
この場合、ファンの停止又は回転数低下の前に、制御手段は熱媒体ポンプを制御し、熱媒体通路における熱媒体の循環量を増大する。
このため、水素ガスの濃度検出の際、ファン停止又は回転数低下による熱媒体の温度上昇を確実に防止することができる。
【００１１】
また、上記の燃料電池型産業車両において、前記制御手段は、前記ファンの停止又は回転数低下と同時に、前記熱媒体ポンプを制御することにより前記熱媒体の循環量を増大させる構成としてもよい。
この場合、ファンの停止又は回転数低下と同時に、制御手段は熱媒体ポンプを制御し、熱媒体通路における熱媒体の循環量を増大する。
このため、水素ガスの濃度検出の際、ファン停止又は回転数低下による熱媒体の温度上昇を防止することができる。
【００１２】
また、上記の燃料電池型産業車両において、前記熱媒体通路における熱媒体の温度検出する温度センサが設けられ、前記制御手段は前記温度センサにより検出される温度が、予め設定した設定温度以上のとき、前記ファンを起動する構成としてもよい。
この場合、熱媒体の循環量を増大しても熱媒体の温度が上昇する場合、温度センサにより検出される温度が予め設定した設定温度以上になると、ファンが起動される。
このため、熱媒体の循環量が増大するときに熱媒体の温度が上昇しても熱媒体の温度が過度に上昇することはない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水素ガスの濃度を検知する際、ファンが停止したり、ファンの回転数が低下したりしても熱媒体に対する冷却性能の低下を防止することができる燃料電池型産業車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池型産業車両を示す側面図である。
【図２】第１の実施形態に係る燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る燃料電池ユニットにおける水素濃度検出の手順を示すフロー図である。
【図４】第２の実施形態に係る燃料電池ユニットにおける水素濃度検出の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る燃料電池型産業車両について図面を参照して説明する。
本実施形態は、燃料電池型産業車両としての燃料電池型フォークリフトに適用した例である。
図１に示す燃料電池型フォークリフト（以下、単に「フォークリフト」と表記する）１０は、車体１１の前部に荷役装置１２を備えている。
車体１１の中央付近には運転席１３が設けられている。
車体１１の前部には前輪としての駆動輪１４が設けられ、車体１１の後部には後輪としての操舵輪１５が設けられている。
【００１６】
本実施形態のフォークリフト１０は、車体１１に搭載され、電力により駆動する走行モータ（図示せず）を備えたフォークリフトである。
車体１１における運転席の下方には、燃料電池システムをユニット化した燃料電池ユニット２０を収容する収容部１６が形成されている。
【００１７】
図２に示すように、燃料電池ユニット２０は、フォークリフト１０の駆動源である燃料電池２２を収容する燃料電池ケース２１を備えている。
燃料電池２２は、水素ガスを含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスの供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する。
燃料電池２２において得られた電気は蓄電装置（図示せず）に蓄電されるほか、走行モータや車体１１に設けた電力負荷となる機器（図示せず）に供給される。
【００１８】
燃料電池２２には、冷却水を循環して流通する冷却水通路２４が接続されている。
本実施形態では、冷却水が熱媒体に相当し、冷却水通路２４が熱媒体通路に相当する。
冷却水通路２４には熱交換器としてのラジエータ２５が設けられている。
ラジエータ２５は冷却水通路２４を流れる冷却水を空気との熱交換により冷却する機能を有する。
ラジエータ２５は、ラジエータ２５と対向する位置に設けられたファンとしてのラジエータファン２６を備えている。
ラジエータファン２６はファンモータ２７の出力軸に固定されており、ファンモータ２７の駆動によりラジエータ２５へ向けて空気流を発生させる。
ラジエータ２５ではラジエータファン２６による空気流を受けて冷却水と空気との熱交換が促進される。
図２において、ラジエータファン２６による空気流の向きを矢印Ｆにより示す。
【００１９】
冷却水通路２４には冷却水ポンプ２８が設けられている。
冷却水ポンプ２８は冷却水を圧送して冷却水通路２４において循環させる機能を有する。
冷却水ポンプ２８の駆動により、冷却水は燃料電池２２からラジエータ２５へ供給され、さらに、ラジエータ２５から燃料電池２２へ供給される。
冷却水通路２４には、冷却水の温度を検出する温度センサ２９、３０が設けられている。
本実施形態では、温度センサ２９は冷却水通路２４における燃料電池２２の冷却水入口付近に設けられている。
温度センサ３０は冷却水通路２４における燃料電池２２の冷却水出口付近に設けられている。
温度センサ２９は、燃料電池２２に流入する前の冷却水の温度を測定し、温度センサ３０は、燃料電池２２から流出した冷却水の温度を測定する。
【００２０】
燃料電池ケース２１の内部には、水素濃度検出器３１が設置されており、水素濃度検出器３１は燃料電池ユニット２０の内部の水素濃度を検出する機能を有する。
水素ガスが空気よりも軽いことから、水素濃度検出器３１の設置位置を燃料電池ケース２１の収容空間における上部側とし、水素濃度検出器３１の検知面は下方へ向けられている。
本実施形態の水素濃度検出器３１は公知の水素濃度検出器を用いている。
【００２１】
本実施形態では、燃料電池２２および各機器を制御する制御手段としての燃料電池コントローラ３２が備えられている。
燃料電池コントローラ３２は、燃料電池２２のほか、ファンモータ２７、冷却水ポンプ２８、温度センサ２９、３０と電気的に接続されている。
従って、燃料電池２２、ファンモータ２７および冷却水ポンプ２８は燃料電池コントローラ３２の制御を受けて駆動される。
【００２２】
また、温度センサ２９、３０により検出される冷却水の温度の検出信号は燃料電池コントローラ３２へ伝達される。
従って、燃料電池コントローラ３２は、温度センサ２９の検出信号に基づいて燃料電池２２に流入前の冷却水の温度を把握できるほか、温度センサ３０の検出信号に基づいて燃料電池２２に流出後の冷却水の温度を把握できる。
燃料電池コントローラ３２は、冷却水の温度が高い場合にはラジエータファン２６を作動させて、冷却水の温度が下がったときにはラジエータファン２６を停止させる制御を行う。
【００２３】
燃料電池コントローラ３２は、燃料電池２２の運転中において図３に示すフロー図に基づく一連の制御を行う。
まず、ステップＳ１では、燃料電池コントローラ３２は予め設定された設定時間が経過したかを判断する。
設定時間を経過したと判断したときは、ステップＳ２へ進み、設定時間が経過していないと判断したときはステップＳ１に戻る。
設定時間は燃料電池コントローラ３２が備えるタイマ機能により設定される。
従って、本実施形態の燃料電池コントローラ３２は制御手段に相当するほか、設定時間の計時機能を有するタイマ手段に相当する。
【００２４】
ステップＳ２では、燃料電池コントローラ３２はファンモータ２７を停止する指令を出してステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、ファンモータ２７が停止する前に冷却水の循環量を増大させるように、燃料電池コントローラ３２は、冷却水ポンプ２８に対して高出力の運転を行う指令を出す。
次に、ステップＳ４へ進み、ステップＳ４では、冷却水ポンプ２８の高出力運転により冷却水の循環量が増大され、次のステップＳ５ではファンモータ２７が停止することによりラジエータファン２６が停止する。
【００２５】
次に、ステップＳ６へ進み、ステップＳ６では水素濃度検出器３１が水素濃度を検出し、水素濃度検出後にステップＳ７へ進み、ステップＳ７では、燃料電池コントローラ３２はファンモータ２７を起動する指令を出す。
ステップＳ７からステップＳ８へ進み、ステップＳ８では冷却水の循環量を減少させるように、燃料電池コントローラ３２は冷却水ポンプ２８に対して通常出力運転を行う指令を出す。
ステップＳ９では、ファンモータ２７の起動によりラジエータファン２６が起動され、次のステップＳ１０において冷却水ポンプ２８の通常出力運転により冷却水の循環量が減少される。
そして、冷却水の循環量が減少されるとステップＳ１へ戻る。
【００２６】
冷却水ポンプ２８による通常出力運転と高出力運転における冷却水の循環量の差、高出力運転時間、ラジエータファン２６の停止時間については、ラジエータ２５やラジエータファン２６の性能、燃料電池２２の能力等、各種条件に基づいて予め設定される。
なお、通常出力運転から高出力運転への変更は、冷却水ポンプ２８の回転数を通常出力運転時の回転数よりも高くすることにより実現される。
【００２７】
本実施形態では、燃料電池コントローラ３２は、ラジエータファン２６の停止中に冷却水の温度が予め設定された設定温度以上の温度が温度センサ２９、３０により検出されたとき、ファンモータ２７を作動させてラジエータファン２６を駆動する制御を行う。
つまり、燃料電池コントローラ３２は、図３に示す一連の制御とは別に、冷却水の循環量の多寡に関わらず、冷却水が設定温度以上の温度に達したときに、ラジエータファン２６による冷却水の冷却を行う。
【００２８】
次に、本実施形態のフォークリフト１０における水素濃度検出について説明する。
フォークリフト１０が運転されている状態では、燃料電池２２が駆動され、燃料電池２２において発電される。
燃料電池２２の発電により得られた電気は蓄電装置に蓄えられるほか、走行モータや車体に設けた電力負荷としての機器に供給される。
燃料電池２２が駆動されている状態では、燃料電池コントローラ３２は燃料電池２２へ供給される冷却水の温度を一定とするように、ファンモータ２７を制御してラジエータファン２６を起動したり停止したりする。
【００２９】
燃料電池コントローラ３２は、フォークリフト１０の運転中において図３のフロー図の示す一連の制御を行う。
予め設定された設定時間が経過したら、燃料電池コントローラ３２はファンモータ２７を停止する指令を出す。
ファンモータ２７を停止する指令が出されると、燃料電池コントローラ３２は冷却水ポンプ２８に対してラジエータファン２６が停止する前に、冷却水の循環量を増大させる指令を出す。
このため、ラジエータファン２６が停止する前に、冷却水ポンプ２８は高出力で運転され、冷却水の循環量が増大され、冷却水の冷却が促進される。
【００３０】
ラジエータファン２６が停止すると、水素濃度検出器３１が燃料電池ユニット２０内の水素濃度を検出する。
このとき、ラジエータファン２６が停止しているので、水素濃度検出器３１付近における水素ガスが拡散されず、水素ガスの濃度は水素濃度検出器３１により精度良く検出される。
水素濃度検出後、燃料電池コントローラ３２はファンモータ２７を起動する指令を出し、冷却水ポンプ２８に対して冷却水の循環量を減少させるように通常出力運転の指令を出す。
そして、ファンモータ２７の起動によりラジエータファン２６が空気流Ｆを発生させ、冷却水ポンプ２８が高出力運転から通常出力運転となり冷却水の循環量が減少する。
【００３１】
なお、水素濃度の検出時においては、ラジエータファン２６が停止し、冷却水ポンプ２８が高出力で運転されている。
しかしながら、何らかの原因により冷却水の温度が上昇する場合、温度センサ２９、３０が設定温度以上の冷却水の温度を検出したとき、燃料電池コントローラ３２はファンモータ２７を作動させてラジエータファン２６を駆動する制御を行う。
これにより、冷却水の循環量の多寡に関わらず、冷却水が設定温度以上の温度に達したときに、ラジエータファン２６による冷却水の冷却が行われ、高温の冷却水による燃料電池２２の劣化が防止される。
【００３２】
本実施形態のフォークリフト１０は以下の作用効果を奏する。
（１）ファンモータ２７が停止の指令を受けると、燃料電池コントローラ３２は冷却水ポンプ２８を制御して通常運転から高出力運転とし、冷却水通路２４における冷却水の循環量を増大する。冷却水の循環量を増大させることにより、ラジエータ２５において冷却水の冷却が促進され、冷却水に対する冷却性能の低下が防止される。
（２）ラジエータファン２６の停止の前に、冷却水ポンプ２８が通常出力運転から高出力運転となり、冷却水通路２４における冷却水の循環量が増大する。このため、水素ガスの濃度検出の際、確実に冷却水の温度上昇を防止することができる。
【００３３】
（３）冷却水の循環量を増大しても、何らかの原因により冷却水の温度が上昇する場合、温度センサ２９、３０により検出される温度が予め設定した設定温度以上になると、ラジエータファン２６が起動されて冷却水を冷却する。このため、冷却水の循環量が増大するときに冷却水の温度が上昇しても冷却水の温度が過度に上昇することはない。
（４）水素ガスの濃度検出の際、ラジエータファン２６が停止されているので、水素濃度検出器３１付近の水素ガスが拡散されない。このため、水素濃度検出器３１により水素濃度をより正確に検出することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る燃料電池型フォークリフトについて説明する。
本実施形態は、ファンモータを停止する指令が出されると、ラジエータファンが停止すると同時に冷却水の循環量を増大させるように、循環ポンプに対して高出力運転の指令を出す点で、第１の実施形態と相違する。
その他の構成は同一であり、同一の構成については先の実施形態の説明を援用し、符号を共通して使用する。
【００３５】
図４は、本実施形態に係る燃料電池ユニット２０の水素濃度検出の手順を示すフロー図である。
ステップＳ３では、燃料電池コントローラ３２は、ファンモータ２７が停止すると同時に冷却水の循環量を増大させるように、冷却水ポンプ２８に対して高出力運転の指令を出す。
ステップＳ４ではファンモータ２７の停止によりラジエータファン２６が停止されるとともに冷却水ポンプ２８が通常出力運転から高出力運転となり、冷却水の循環量が増大される。
なお、本実施形態のステップＳ５〜Ｓ９は、第１の実施形態のステップＳ６〜Ｓ１０と対応する。
本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果（１）、（３）、（４）と同等の作用効果を奏する。
【００３６】
なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【００３７】
○  上記の実施形態では、燃料電池型産業車両としての燃料電池型フォークリフトに本発明を適用した例を説明したが、燃料電池型フォークリフトに限定されない。燃料電池型産業車両は少なくとも燃料電池ユニットを搭載する産業車両であればよい。例えば、燃料電池型スキッドステアローダーや燃料電池型ホイルローダーでもよい。また、燃料電池型トーイングトラクターでもよい。
○  上記の実施形態では、制御手段は、ファン停止の前やファン停止と同時に、熱媒体ポンプを制御することにより熱媒体の循環量を増大させるとしたが、ファンの停止に限定されない。ファンの停止に代えて、ファンの回転数が低下する前や、ファンの回転数が低下すると同時に制御手段が熱媒体ポンプを制御することにより熱媒体の循環量を増大させるとしてもよい。この場合、ファンが停止せず回転数低下の状態にて水素濃度検出を行うようにしてもよい。
○  上記の実施形態では、予め設定した設定時間により水素濃度の検出のタイミングが設定されたが、水素濃度の検出のタイミングは設定時間に限定されない。例えば、冷却水の温度に基づいて水素濃度の検出のタイミングを設定してもよい。具体的には、循環ポンプの駆動時において冷却水の温度が所定の温度まで低下したタイミングにより水素濃度の検出を行う。温度センサの検出により所定の温度を検出し、所定の温度まで低下したタイミングで、ラジエータファンの停止の指令と、冷却水の循環量を増大させる指令を出せばよい。
○  上記の実施形態や変更例では、ファンを停止又はファンの回転数を低下させた状態とし、水素濃度検出器による水素濃度をより正確に検出するとしたが、ファンを逆回転させて、水素濃度検出器の近くに水素ガスを集めるようにしてもよい。この場合、水素ガスを拡散させない程度の低回転数にてファンを逆回転させることが好ましい。
○  上記の実施形態では、熱媒体として冷却水を採用したが、冷却水以外の熱媒体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  フォークリフト
１１  車体
１２  荷役装置
１３  運転席
１４  駆動輪
１５  操舵輪
１６  収容部
２０  燃料電池ユニット
２１  ケース
２２  燃料電池
２４  冷却水通路
２５  ラジエータ
２６  ラジエータファン
２７  ファンモータ
２８  冷却水ポンプ
２９、３０  温度センサ
３１  水素濃度検出器
３２  燃料電池コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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