(57)【要約】本発明は、ハウジング（１０）と、燃料電池装置（２０）と、気体送出ダクト（３０）と、バルブ（４０）と、駆動装置（５０）と、センサ装置（６０）とを備える発電ユニット（１）に関する。燃料電池装置（２０）は、ハウジング（１０）の内部空間（１０ａ）に配置される。気体送出ダクト（３０）は、上流開口部（３０ａ）と下流開口部（３０ｂ）を有する。バルブ（４０）は、少なくとも気体送出の際に内部空間（１０ａ）とダクト（３０）とを連結する。駆動装置（５０）は、ダクト（３０）内において気体を上流開口部（３０ａ）から下流開口部（３０ｂ）へと移動させる。センサ装置（６０）は、バルブ（４０）から始まるダクト（３０）の下流方向に配置され、気体のパラメータのうちの少なくとも１つを検出する。本発明は、発電ユニットの監視方法にも関する。
2019525415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１０）と、
前記ハウジング（１０）の内部空間（１０ａ）において、特に気密状態で配置された燃料電池装置（２０）と、
上流開口部（３０ａ）と下流開口部（３０ｂ）とを有する気体送出ダクト（３０）と、
前記内部空間（１０ａ）と前記ダクト（３０）とを、少なくとも気体の送出時に接続するように設けられたバルブ（４０）と、
前記ダクト（３０）内の気体を前記上流開口部（３０ａ）から前記下流開口部（３０ｂ）に向けて移動させる駆動装置（５０）と、
前記バルブ（４０）から始まる前記ダクト（３０）の下流方向に配置されて前記気体のパラメータのうちの少なくとも１つを検出するセンサ装置（６０）と、
を備えることを特徴とする発電ユニット（１）。
【請求項２】
前記気体のパラメータのうちの少なくとも１つが、化学成分、具体的には化学成分の量、特に水素の量であることを特徴とする請求項１に記載の発電ユニット。
【請求項３】
前記ダクト（３０）が、前記燃料電池（２０）側、具体的には、設置状態において前記燃料電池（２０）の上側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電ユニット。
【請求項４】
前記バルブ（４０）が、少なくとも大部分の気体につき、前記内部空間（１０ａ）から前記ダクト（３０）への移動のみを許容する一方向弁であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項５】
前記バルブ（４０）が、少なくとも大部分において気密性及び／又は液密性を持つ膜を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項６】
前記駆動装置（５０）がファンを有し、特に、前記駆動装置が当該ファンから形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項７】
前記駆動装置（５０）が、前記バルブ（４０）、特に、前記流れ方向（Ｓ）から見て最後のバルブから始まる前記ダクトの下流方向に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項８】
さらに、前記センサ装置（６０）及び前記燃料電池装置（２０）に信号伝達可能な形式で接続される制御装置（８０）を備え、前記制御装置（８０）は、前記パラメータのうちの少なくとも１つが閾値、特に前記制御装置（８０）に格納された閾値、を超えたとき、前記燃料電池装置（２０）に制御信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項９】
前記制御装置（８０）は、前述の前記閾値を超える事象が発生したとき、前記燃料電池装置（２０）をシャットオフ、具体的には電源オフするように構成されることを特徴とする請求項８に記載の発電ユニット。
【請求項１０】
さらに、電子モジュール（７０）を備え、
前記電子モジュール（７０）は、前記ハウジング（１０）内において、特に、前記燃料電池装置（２０）と対向する前記ダクト（３０）側に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項１１】
前記電子モジュール（７０）は、変圧器、具体的にはＤＣ／ＤＣ変圧器を有することを特徴とする請求項１０に記載の発電ユニット。
【請求項１２】
前記電子モジュール（７０）は、少なくとも１つの冷却要素（７０ａ）、具体的には、少なくとも一部が前記ダクトの内部まで延在する少なくとも１つの冷却フィンを有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の発電ユニット。
【請求項１３】
前記発電ユニット（１）が複数のバルブ（４０）を備え、
前記センサ装置（６０）が前記流れ方向（Ｓ）から見て最後のバルブ（４０）から始まる前記ダクト（３０）の下流方向に配置されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項１４】
前記燃料電池装置（２０）が改質器を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の発電ユニット。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の発電ユニットを有することを特徴とする車両、特に陸上車両。
【請求項１６】
さらに、燃料、特にエタノール、より具体的にはバイオエタノール及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水、を供給する燃料貯蔵部を備え、
前記燃料は、前記燃料装置の動作のために少なくとも部分的に、特に少なくとも大部分が、より具体的には完全に供給されることを特徴とする請求項１５に記載の車両。
【請求項１７】
発電ユニット、特に請求項１から１４のいずれか一項に記載の発電ユニットの監視方法であって、
前記発電ユニットの燃料電池装置に沿って気体送出ダクト内に気体を導入し、
気体送出が可能となるように、前記燃料電池装置の内部空間と前記ダクトとをバルブを介して接続し、
前記バルブから始まる前記ダクトの下流方向にも植えられたセンサ装置により、前記気体のパラメータのうちの少なくとも１つを検出し、
前記検出したパラメータのうちの１つを、制御装置に格納された閾値と比較し、
前記少なくとも１つのパラメータが前記閾値を超える場合、前記燃料電池装置をシャットダウン、具体的には電源オフする、
ことを特徴とする発電ユニットの監視方法。
【請求項１８】
さらに、電子モジュールに沿って気体送出ダクト内に気体を導入することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置を備える発電ユニット、この種の発電ユニットを備える車両、及び発電ユニットの監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電ユニットは、例えば、自家用車やトラックといった陸上車両の主駆動部の構成部品として用いることができる。好ましい実施形態では、燃料、特にバイオエタノール及び／又はエタノールと混合した水を発電ユニットに供給し、そこから電気エネルギを生成する。生成された電気エネルギは、少なくともその一部が、具体的には介在バッテリを介して電気駆動部に供給される。好ましくは、該電気駆動部は車両の車輪のうち少なくとも一つを駆動する。
【０００３】
本発明に係る発電ユニットの別の好ましい用途は、いわゆる補助動力装置（ＡＰＵ）であり、例えば、自家用車やトラックといった陸上車両において他の装置とともに用いられ、オルタネータが接続された内燃機関等の駆動システムの電源がオフになっているときに車載システムに電力を提供する。
【０００４】
燃料電池の理論は１９世紀半ばから知られている。燃料電池は、連続的に供給される燃料と酸化剤との化学反応エネルギを電気エネルギに変換するガルバニ電池である。これは、いわゆる「低温燃焼」と呼ばれることもある。
【０００５】
かかる技術の自動車への適用は、２０年以上にわたって複数の自動車会社において研究対象とされてきた。従来の燃料電池は、一般的に燃料電池の燃料として水素ガスを用いている。ただし、水素本来の特徴、特にその揮発性及び燃焼性又は爆発性から、必要に応じて随時対策を講じるべく、燃料電池からの漏れを検出する特別な手法が必要になる。
【０００６】
ハウジングと一体化した燃料電池スタックを備える燃料電池システムがドイツ特許公報ＤＥ１０２０１４２００８３８Ａ１に開示される。この燃料電池スタックは、少なくとも上方は大部分が閉じているハウジング内に並べられる。ハウジングの内部では、当該ハウジングの外側に設けられたファンにより空気の流れが作られる。また、ハウジン内部には水素センサも設けられ、通過した空気の水素含有量を検出する。仮に燃料電池スタックから水素が排出されると、排出された水素は上記空気の流れに沿って水素センサへと運ばれ、その量が検出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、燃料電池を有する発電ユニットの改良版を提供することにある。具体的には、当該発電ユニットは頑健性、特に気密性を向上させた発電ユニットである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１に係る発電ユニット、請求項１５に係る車両、請求項１７に係る方法によって達成される。以下に記載する有用な実施形態の特徴は、ここで明確に除外されるものを除き、必要に応じて他の特徴と組み合わせることができる。特に、本発明の第１の態様に関して記載される特徴及び利点を、本発明の他の態様やその有利な実施形態に適用することもでき、またその逆も可能である。
【０００９】
本発明の第１の態様は発電ユニットに関し、本発電ユニットは、ハウジングと、当該ハウジングの内部空間に配置された燃料電池装置と、上流開口部及び下流開口部を有する気体用ダクトと、燃料電池装置の内部空間とダクトとの間で気体の送出が可能となるように両者を接続するバルブと、ダクト内の気体を上流開口部から下流開口部へと送る駆動装置と、バルブから始まるダクトの下流方向に配置されて気体のパラメータのうちの少なくとも一つを検出するよう設計されたセンサ装置と、を備える。
【００１０】
本発明に係る発電ユニットの好ましい用途は、自家用車やトラックといった陸上車両の補助動力装置（ＡＰＵ）である。具体的には、オルタネータが接続された内燃機関等の駆動システムの電源がオフになっているときに車載システムに電力を提供するものである。
【００１１】
本発明に係る発電ユニットの別の好ましい用途は、自家用車やトラックといった陸上車両の主駆動部である。この場合、生成された電力エネルギは、少なくとも車両駆動の一部において利用される。
【００１２】
本発明は、燃料電池を用いる発電ユニットからの、制御困難な気体漏れをどのように防ぐ、及び／又は検出し、そして、これに対してどのように対処するか、という考えに基づいている。したがって、本発明に係る発電ユニットの燃料電池装置は、バルブの部分まで、少なくとも大部分が気密状態で格納されることが好ましい。このバルブは、ハウジングの内部空間の圧力が上昇した場合にのみ開放されるものであることが好ましく、内部空間（少なくともその大部分について）が、水、埃、又は汚れといった気体、液体、あるいは固体の環境的影響を受けることのないように完全に密封することが好ましい。気体、特に水素が燃料電池装置から漏れ出すと、内部空間の圧力が上昇する。これにより、バルブが開放され、当該気体は気体送出ダクトへと排出される。駆動装置があるため、内部空間から逃げ出した気体は、気体送出ダクトを流れる気体、即ち外気と共にセンサ装置へと送られる。センサ装置は、気体のパラメータのうちの少なくとも一つ（具体的には、水素含有量）を検出し、検出したパラメータを評価のために制御装置に出力する。当該評価は、その後、燃料電池装置に対して何らかの作用をするのに用いられるのが好ましい。
【００１３】
これは特に有利な効果をもたらす。なぜならば、環境的な影響（具体的には、気体、液体、又は固体の環境的影響）に対する耐性が向上するためである。かかる効果は、特に、本燃料電池装置が普段気密状態で密閉されており、内部空間の内圧が所定の限界値を超えた場合に、気体送出用途でのみ外部（正確には、気体送出ダクト）と接続されるという事実により達成される。また、そのデザインに関し、本燃料電池装置（特にその構成部品）は、上記した環境の影響に対し、先行技術において提示されているものよりも頑健性が低く設計される点で有利である。
【００１４】
この点は、特に有利である。なぜならば、運転前、運転中、そして運転後において、車両の乗員に対し、危険、特に燃焼性及び／又は爆発性の気体（具体的には水素）からのより高い保護を与えることができるためである。かかる効果は、ハウジングに設けられた燃料電池について、すくなくともその大部分を気密状態で密封することで、特に車室への制御不能な気体漏れを減らし、大部分においてはこれを防ぐことができるために得られる。また、燃料電池装置からの気体漏れが発生した場合、多くの場合、本発明の発電ユニットによりこれを早急かつ正確に検出し、乗員及び／又は車両に危険が及ぶ前に対策（具体的には、発電ユニットの電源オフ及び／又は車両のシャットダウン）を講じることができる。
【００１５】
ある実施形態では、生成された気流は、動作中は数百度に達することが知られる燃料電池の構成部品の少なくとも一部を冷却する効果も持つ。
【００１６】
本発明における「発電ユニット（generator unit）」とは、電気エネルギを供給する装置と解される。本発明における発電ユニットは、具体的には、主駆動源がオフとなったときに電気エネルギを供給するＡＰＵを指す。
【００１７】
本発明における「ハウジング（housing）」とは、具体的には、追加の構成部品を配置することのできる空洞を有する装置を指し、外部（具体的には、気体及び／又は液体及び／又は固体の環境的影響）に対する構造ユニット及び／又は遮蔽物を形成する。本発明のハウジングは、好ましくは金属材料、特にシート状の金属（より具体的には、鋼やアルミ合金）からなり、一次成形及び／又は再成形及び／又は機械加工によって製造される。本発明で用いられる「ハウジング」は、ある実施形態において、少なくとも大部分において液密状態で、特に好ましくは、少なくとも大部分において気密状態で、互いに離間した複数の領域及び／又は内部空間を有する。
【００１８】
本発明における「燃料電池装置（fuel cell device）」とは、特に、化学反応により継続的に供給される燃料を低温燃焼によって電力エネルギに変換する装置を意味する。かかる定義には、アルカリ燃料電池（ＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、ギ酸燃料電池（特に、実施形態によっては、白金及び／若しくはパラジウム、並びに／又はルテニウム触媒を含むギ酸燃料電池）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、ダイレクトカーボン型燃料電池（ＳＯＦＣ，ＭＣＦＣ）、及び空気マグネシウム電池（ＭＡＦＣ）が含まれる。ＡＰＵの具体的な適用例としては、特に、動作温度が６５０℃から１０００℃となる高温燃料電池の固体酸化物形燃料電池が好ましい。一実施形態において、この種の電池の電解質は、酸素イオンを伝導可能で、かつ電子に対する絶縁性能を有する固体セラミック材料を有する。電解質層の一方の面はカソードを有し、他方の面はアノードを有する。カソード及びアノードは、好ましくは気体透過型導電体として設計される。好ましい実施形態にあっては、アノードに燃料（具体的には、バイオエタノール及び／又はエタノールと混合した水、より具体的には、バイオエタノール及び／又はバイオエタノールから生成した混合気体）が供給される。酸素‐イオン伝導電解質は、最小限のエネルギで酸素イオンを伝達できるよう、薄膜状とするのが好ましい。この作用は、特に高温で顕著である。カソードの他方の面、即ち電解質と反対側の面は空気で覆われており、アノードの他方の面は燃料ガスで覆われている。未使用の空気や未使用の燃料ガス、及び燃焼生成物は吸引除去するのが好ましい。
【００１９】
燃料電池の動作は、還元と酸化が、特にアノードと電解質との間、あるいは電解質とカソードとの間の境界において、物理的に別々に生じる酸化還元反応に基づく。ＳＯＦＣの場合、酸化還元反応は、酸素と燃料（具体的には、水素や一酸化炭素）との反応となる。存在する酸素は燃料（例えば水素）と即座に反応するため、カソード側は酸素過多な状態が好ましい一方、アノード側は酸素が不足する。そして、この濃度勾配に起因して、酸素がカソードからアノードへと拡散する。ただし、両者の間に存する電解質は酸素イオンのみを透過させるものであるため、酸素分子はカソードと電解質との間の境界で電子を２つ取得する。これにより、当該酸素分子が酸素イオンとなって境界を通過できるようになる。酸素イオンがアノードとの境界に到達すると、燃料ガスと触媒的に反応して熱及び対応する燃焼生成物を明け渡すと共に、２つの追加的電極[sic]をアノードに放棄する。その要件は、導電的に接続された異なるシステムの動作に用いられる電流を発生させるアノードとカソードとの間の導電接続である。
【００２０】
したがって、本燃料電池装置の燃料電池スタックの形状は、単一型の燃料電池であっても複数型の燃料電池であっても良い。
【００２１】
本発明における「気体送出ダクト（gas-carrying duct）」とは、具体的には、少なくとも大分部が自由な形状、正確には楕円又は長方形の断面形状を有する筒状又はホース状の装置である。当該装置は、ダクトの上流開口部からダクトの下流開口部まで気体を運ぶためのものであって、原則、ダクトの表面から気体が漏れることはない。本発明の意味における気体送出ダクトの例には、内部空間から物理的に分離したパイプやホース、及び／又はハウジング領域が含まれる。
【００２２】
本発明における「バルブ（valve）」とは、場合に応じて、バルブの第１の側と第２の側との間に気体送出用接続（特に、一方向のみの流れを持つ接続）を提供するものであり、具体的にはチェックバルブである。本発明に係るバルブは、電動モータ駆動式バルブや、電磁式バルブや、媒体によって作動するバルブ（具体的には、内部媒体又は外部媒体によって作動するバルブ）とすることができる。
【００２３】
本発明における「駆動装置（driving device）」とは、具体的には、気体分散媒体を搬送・圧縮すると共に、当該駆動装置のインテーク側と加圧側との間に圧力勾配を生じさせる外部駆動のターボエンジンである。本発明における駆動装置とは、具体的には、インテーク側と加圧側との間の圧力比を１対３とするように設けられるものである。
【００２４】
本発明における「センサ装置（sensor device）」とは、具体的には、量的・質的意味において特定の物理的・化学的特徴及び／又は周囲の物質量を検出するために設けられる装置である。物理的又は化学的効果を用いて変数が検出され、当該検出結果は、その後の処理のために電気信号に変換される。本発明におけるセンサ装置は、具体的にはガス状の物質を検出するガスセンサ（化学センサ）である。本発明におけるセンサは、具体的には、実熱量センサであり、触媒表面における吸収性気体の燃焼によりセンサ効果が生じる。
【００２５】
好ましい実施形態にあっては、気体の少なくとも一つのパラメータは、その化学成分、具体的には気体の化学成分の量である。即ち、気体は水素からなる（少なくとも、大部分が水素からなる）ため、化学成分の特定量を求めることができる。好ましい実施形態では、（特に閾値を超えたときに）ある処理（具体的には、対策あるいは防護措置）を行うためにかかる情報が用いられる。好ましい実施形態では、検出される燃料電池の気体燃料の少なくとも一つのパラメータには、水素が含まれる（より具体的には、少なくとも大部分が水素から形成される）。これにより、その反応性や揮発性から、時に装置や人体に対して危険を及ぼす虞のある当該気体を監視することができる。
【００２６】
好ましい実施形態にあっては、ダクトは内部空間側、具体的には、設置位置において及び／又は燃料電池装置の内部空間上側に設けられる。これにより、内部空間の上部に滞留して外気と置換される低分子ガス、具体的には水素を利用することができる。内部空間の圧力が上昇するとバルブが開放され、バルブ近辺（水素が集まる内部空間上方の領域）に存在する気体分子が、内部空間からダクトへと排出され、ダクト内の空気の流れに沿ってセンサ装置へと供給される。別の好適な実施形態にあっては、バルブは一方向弁からなり、少なくとも大部分の気体は内部空間からダクトへのみ搬送される。これにより、水、埃、汚れといった、気体、液体、固体の環境的影響が、内部空間へと流入することを、少なくともその大部分において、防ぐことができる。かかる効果により、特に発電ユニットの頑健性を向上させることができ、したがって、ますます最適とはいえない設置場所においても本発電ユニットを利用することが可能となる。好適な実施形態にあっては、水や泥や埃等のしぶきに対し、燃料電池に別途更なる保護を提供する必要がない。
【００２７】
他の有利な実施形態にあっては、バルブに膜が設けられる。当該膜は、大部分において気密性及び／又は液密性を持つ。この結果、追加のセンサ、アクチュエータ、制御装置を設けることなく、内部空間の内圧に反応して（少なくとも大部分において）自動的に動作する自動バルブを提供することができる。また、必要であれば、一定量の気体を内部空間から気体送出ダクトへと排出することもできる。この種のバルブは経済的であり、他の手段に比して頑丈である。
【００２８】
他の実施形態にあっては、駆動装置はファンである（より具体的には、ファンからなる）。本発明における「ファン（fan）」とは、具体的には、機器として機能し、ファンハウジング内で回転する外部駆動インペラを有するターボエンジンを指す。インペラは具体的に、インペラ歯車、傘歯車、斜歯歯車等である。上記ファンの定義には、軸流ファン、対角ファン、ラジアルファン、遠心ファン、及びタンジェンシャルあるいはクロスフローファンを含む。これにより、少なくとも大部分において、少なくとも燃料電池装置の片側に向けられた連続的及び／又は調整可能な空気の流れを作り出すことができる。
【００２９】
別の好適な実施形態にあっては、駆動装置は、バルブ（特に、流れ方向からみて最後のバルブ）から始まるダクトの下流方向に配置される。これにより、排出された気体（の少なくとも大部分）が確実にセンサを通過する。
【００３０】
別の好適な実施形態にあっては、発電ユニットは、センサ装置及び燃料電池装置に対して信号伝達可能な形式で接続される制御装置を有し、当該制御装置は、少なくとも一つのパラメータが当該制御装置に記憶された閾値を超えた場合に、燃料電池装置に制御信号を送信する。これにより、測定器としてのセンサ装置、制御要素としての制御装置、及びアクチュエータとしての燃料電池装置（具体的には、燃料電池装置の一部）、から構成される制御回路を閉じることができる。
【００３１】
別の好適な実施形態にあっては、制御装置は、閾値を超えた場合に燃料電池装置をシャットダウン（具体的には、電源オフ）するように構成される。
【００３２】
制御装置は、気体漏れを防ぐために燃料電池装置をシャットダウン及び／又はその電源をオフにすることが好ましい。漏れによる気体の排出は、燃料電池装置の動作状態に関わらず発生するため、制御装置は、車両などの上位システム全体をシャットダウンできる構成（具体的には、バルブ）を備えると共に／あるいはこれに代えて、光及び／又は音及び／又は電波の信号を、駆動部及び／又は周辺及び／又は遠隔監視装置に対して、出力できるように構成されるのが好ましい。
【００３３】
別の好適な実施形態にあっては、発電ユニットは、ハウジング内のダクト側（具体的には、燃料電池装置の反対側）に設けられた電子モジュールを備える。この場合、測定用に存する気体（外気）を、対流冷却により部品を冷却するためにも利用することができるという効果を奏する。好適な実施形態にあっては、電子モジュールは、廃熱によって冷却されるのが好ましいパワー電子部品を有する。よって、電子モジュールを冷却するために別体の冷却手段を省略できる。また、この結果、燃料媒体供給ライン、排ガス・廃水ライン、制御信号線、及び電流ラインによってより上位のシステムと接続された、燃料電池装置としてのエネルギ生成装置や、駆動装置及びセンサを備える気体送出ダクトとしての冷却・監視装置、並びに電子モジュール（具体的には、電子制御／制限ユニットや、電圧変換器）を提供することができ、大部分において自動化された構造ユニットを実現することが可能になる。
【００３４】
別の好適な実施形態にあっては、電子モジュールは変圧器（具体的には、ＤＣ／ＤＣ変圧器）を備える。燃料電池及び／又は燃料電池スタックの出力電圧は通常必要な出力電圧（１２Ｖ〜４８Ｖ）に見合わないことが多いため、変圧器を備えることは有利である。
【００３５】
これにより、直流電源である燃料電圧の出力電圧は、異なる電圧（具体的には高圧）の直流電流へと変換される。この種の変圧器の例としては、上記したパワー電子部品が挙げられる。
【００３６】
別の好適な実施形態にあっては、電子モジュールは、少なくとも一つの冷却要素（具体的には、少なくとも一つの冷却フィン）を備える。当該冷却フィンは、少なくともその一部がダクトの内部まで延在する。これにより、気体の流れによって増加する表面上の対流がもたらされ、電子モジュールと流れる気体との間の熱交換を促進する。別の実施形態にあっては、ダクトを通過するように冷却フィンが設けられ、少なくともその大部分が電子モジュールの反対側にある気体送出ダクトの壁にまではみ出している。また、上記した冷却フィンに加え、ハニカム形状又はラメラ冷却構造も本発明のアイデアによる保護範囲に含まれる。
【００３７】
別の好適な実施形態にあっては、発電ユニットは複数のバルブを備え、センサユニットは、当該複数のバルブのうち流れ方向でみて最後のバルブから始まるダクトの下流方向に配置される。こうすることにより、内部空間からダクトへと気体を通す手段として複数の可能性が提案できるため、検出不能な気体の蓄積が発生するリスクを減少させることができる。
【００３８】
別の好適な実施形態にあっては、仕切壁によって、ハウジングの内部空間が、ハウジングによって規定される他の領域から分けられている。
【００３９】
別の好適な実施形態にあっては、燃料電池装置は、特に燃料電池の組成に適した燃料を提供する改質器を備える。
【００４０】
本発明における「改質器（reformer）」とは、具体的には、初期燃料材（天然ガス及び／又はエタノール、より具体的には、バイオエタノール及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水）が導入されて、これを燃料に変換する（正確には、熱と、水素・二酸化炭素・一酸化炭素からなる混合ガスも一緒に生成する）ものを指す。これにより、燃料電池を作動させるために必要な燃料（混合ガス）を当初からそのままの形で格納しておく必要がなく、より安定した形態及び／又はよりエネルギ密度が高い形態で格納することが可能となり、燃料への変換がすぐに（少なくともその大部分が燃料電池の反応前、瞬時に）行われることとなる。
【００４１】
本発明の更なる態様は、ここで記載する種類の発電ユニットを備えた車両、特に陸上車両に関連する。これにより、本発明に係る発電ユニットの特長（即ち、高エネルギ効率）を道路輸送などの日々の用途に活用することができ、有害物質排出量の減少に貢献できる。
【００４２】
別の好適な実施形態にあっては、車両は、燃料（エタノール、バイオエタノール、及び／又はエタノール（特にバイオエタノール）混合水）を供給する燃料貯蔵部を有する。燃料は、燃料電池の動作に用いる備蓄として、少なくともその一部が、具体的には少なくともその大部分が、より具体的にはその全てが供給される。
【００４３】
本発明における「バイオエタノール（Bio-ethanol）」とは、少なくとも大分部が廃棄物の生分解可能な部分又はバイオマスから生成されるエタノールを指す。なお、「農業エタノール（Agricultural ethanol）」とは、バイオエタノールの同義語である。
【００４４】
本発明の更なる態様にあっては、発電ユニットの監視方法が以下のステップを含む：
・発電ユニットの燃料装置に沿って気体送出ダクト内に気体を導入する、
・燃料電池装置の内部空間と前記ダクトとを、気体送出用バルブにより接続する、
・該バルブから始まるダクトの下流方向に設けられたセンサ装置により、気体のパラメータのうち少なくとも１つを検出する、
・該検出したパラメータのうちの１つを、制御装置に格納された閾値と比較する、
・少なくとも１つのパラメータが閾値を超える場合、燃料電池装置をシャットダウン（具体的には、電源オフ）する。
【００４５】
本方法に係る別の好ましい実施形態にあっては、以下のステップを含む：
・電子モジュールに沿って気体送出ダクトに気体を導入し、その後の要素を冷却する。なお、本発明及びさらなる実施形態の特長に関しては、重複を避けるために上記を参照されたい。上記した特長は本方法にも妥当する。
【００４６】
本発明のさらなる特徴、特長、及び用途については、図面に示す種々の実施形態に関する以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る発電ユニットを設置した状態を示す部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１に示す発電ユニット１は、ハウジング１０と、ハウジング１０の内部空間１０ａに配置された燃料電池装置２０と、上流開口部３０ａ及び下流開口部３０ｂを有する気体用ダクト３０と、内部空間１０ａとダクト３０とを、少なくとも気体を送出するために連結するバルブ４０と、ダクト内の気体を上流開口部３０ａから下流開口部３０ｂへとフロー方向Ｓに送る駆動装置５０と、バルブ４０から始まるダクト３０の下流方向に配置され、気体のパラメータのうちの少なくとも１つを検出するよう設計されたセンサ装置６０と、を備える。図１の実施形態によれば、気体送出ダクト３０はハウジング１０の内部に設けられる。気体送出ダクトの開口部３０ａ，３０ｂはハウジング内で同時に開放される。図１の実施形態では、ハウジング１０の内部空間１０ａとハウジングで区切られたそれ以外の部分とが仕切り壁によって隔てられている。図１の実施形態では、発電ユニット１は２つのバルブ４０を備える。なお、当業者であれば、本発明の発明概念を逸脱することなく、単一のバルブを用いたり、２つを超える数のバルブを用いたりすることが可能であることは容易に理解できるだろう。気体（本件では外気）は上流開口部３０ａから気体送出ダクト３０に導入される。即ち、駆動ユニット５０（具体的には、ファン）が気体送出ダクト内において周囲に吸引力を生み出し、その結果として、外気が上流開口部３０ａを介して吸い込まれ、ハウジング１０内の気体送出ダクト３０に沿って流れ、下流開口部３０ｂを介して再びハウジング１０から排出される。これにより、気体がセンサ装置６０（具体的にはガスセンサ）を通過する。
【００４９】
図１の実施形態にあっては、バルブ４０は、少なくともその大部分が、気密及び／又は液密の膜状として設計され、気体のみが内部空間１０ａからダクト３０へと通過できるようにすると共に、少なくともその大部分は逆方向には流れないように設計されている。また、バルブ４０は、少なくともその大部分が、外気、湿気、水、及び／又は埃が入り込むのを防いでいる。
【００５０】
燃料電池装置２０から気体（具体的には水素）が漏出した場合、その分子的特性上、この気体は設置部の上方に進み、バルブ４０の周辺に滞留する。ここで、漏出した気体は、バルブ４０の周辺にもともと存在していた気体（具体的には外気）と置き換わり、その結果、ハウジング１０の内部空間１０ａの圧力が上昇する。内部空間１０ａの内圧が、バルブ４０により、及び／又は用いる制御技術により定まる所定限界値を超えると、バルブ４０は、内部空間１０ａと気体送出ダクト３０との間にある気体送出路に対して開放される。漏出した気体（水素）は、少なくともその大部分がバルブ４０の周辺に滞留するため、当該気体（水素）は、少なくともその大部分は、気体送出ダクト内を流れる外気に対して開放されるに過ぎない。また、内部空間１０ａからダクト３０へと流れた気体（水素）は、外気と共に流れ、センサ装置６０へと供給される。なお、センサ装置６０は、気体のパラメータのうちの少なくとも１つ（具体的には、気体の化学的組成、特に当該化学的組成の量）を検出するために設けられる。
【００５１】
好適な実施形態では、水素の通常存在分が判断される（具体的には、定量化される）。
【００５２】
制御装置８０と信号のやり取りが可能となるように接続されたセンサ装置６０は、センサ装置６０の測定結果を推定し、その推定結果を所定閾値と比較し、閾値を超える場合、制御装置８０と信号のやり取りが可能なように接続された燃料電池装置２０に制御信号を送信する。制御装置８０はハウジング１０内に設けるのが好ましいが、内部空間１０ａの内部である必要はない。また、気体送出ダクト３０の下流開口部３０ｂにおいて、漏出した気体が出口に誘導されずに留まるのを防ぐため、出口装置１０ｃをハウジング（ハウジング１０の外部であっても良いが、少なくともハウジング１０の近傍）に設けるのが好ましい。当該出口装置１０ｃは、気体がセンサ装置６０に到達するまで気体を誘導する。
【００５３】
図１に示す実施形態は、さらに電子モジュール７０を備える。電子モジュール７０は、ハウジング１０のダクト３０側、即ち燃料電池装置２０の反対側に設けられる。したがって、一方側において、少なくとも一部が仕切り壁１０ｂによって区切られているダクトは、その他方側において、少なくともその一部が電子モジュール７０によって区切られる。フロー方向Ｓに流れる外気は、対流冷却時に電子モジュール７０を冷却する。この冷却効果は、図１に例示される、少なくとも１つの冷却フィン７０ａを設けることでさらに向上させることができる。
【００５４】
以上、実施形態を例示して説明したが、種々の変更が可能であることは言うまでもない。また、上記実施形態は例に過ぎず、いかなる形においても権利保護範囲や本願の範囲、あるいは意匠の範囲を限定するものではない。むしろ、上記は、当業者が例示した実施形態のうちの少なくとも１つを実施できるようにするものであって、本願のクレームやその特徴の均等物の組み合わせから特定される権利保護範囲から逸脱することなく、その構成の持つ機能や配置に対する種々の変更を許容するものである。
【符号の説明】
【００５５】
１      発電ユニット
１０    ハウジング
１０ａ  ハウジング１０の内部空間
１０ｂ  仕切り壁
１０ｃ  出口装置
２０    燃料電池装置
３０    気体送出ダクト
３０ａ  気体送出ダクトの上流開口部
３０ｂ  気体送出ダクトの下流開口部
４０    バルブ
５０    駆動装置
６０    センサ装置
７０    電子モジュール
７０ａ  冷却要素
８０    電子モジュール
Ｓ      フロー方向
【図１】
2019525415.tif 000003
【国際調査報告】
2019525415.tif 000004
2019525415.tif 000005