(57)【要約】【課題】低コストにて、配管の外部への流体の漏洩や配管に設けられた弁における流体の漏洩を迅速かつ正確に検知することができる漏れ検知装置及びそれを備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池に水素ガスを供給するための水素供給路７４に、水素供給路７４内に光を照射する発光素子１１と、水素供給路７４内の光を受光可能な受光素子１２と、漏れ判定部としての制御部５０と、を備えた漏れ検知装置１０を設ける。水素供給路７４における遮断弁Ｈ２１を介した両側に発光素子１１と受光素子１２とを設置する。制御部５０は、受光素子１２からの検出信号に基づいて、水素供給路７４における外部への水素ガスの漏洩あるいは遮断弁Ｈ２１の不具合による水素ガスの漏洩を判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管における外部への流体の漏れを検知する漏れ検知装置であって、
前記配管内の光を受光可能な受光素子と、
前記受光素子からの検出信号に基づいて、前記配管における流体の漏洩の有無を判定する漏れ判定部と、を備える漏れ検知装置。
【請求項２】
配管に設けられた弁における流体の漏れを検知する漏れ検知装置であって、
前記配管における前記弁の上流側と下流側のうち一方に配されて前記配管内に光を照射する発光素子と、
前記配管における前記弁の上流側と下流側のうち他方に配されて前記配管内の光を受光可能な受光素子と、
前記弁によって前記配管を遮断して前記発光素子から光を照射した状態における前記受光素子からの検出信号に基づいて、前記弁における流体の漏洩の有無を判定する漏れ判定部と、を備える漏れ検知装置。
【請求項３】
燃料電池と、この燃料電池にガスを供給するためのガス供給路とを備えた燃料電池システムであって、
前記ガス供給路の配管に、請求項１または請求項２に記載の漏れ検知装置を備えた燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を流れる流体の漏れを検知する検知装置及びそれを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、電解質膜を有する燃料電池と、この燃料電池に反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）を供給するためのガス供給手段とを備えており、この種の燃料電池システムには、反応ガスの漏洩を検知するセンサが設けられている。このセンサとしては、例えば、配管内に設けた風車の回転を透明の配管の外部から光学センサによって検知することにより、不具合を生じたバルブにおけるガスの漏洩を検知するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、車速が所定値未満の場合に、水素を検出するディテクタによって水素の漏洩の有無を検知し、車速が所定値以上の場合に、燃料電池への水素の供給量と燃料電池における発電量との関係に基づいて、水素の漏洩を検知する燃料電池システムも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実開平６−５８３３８号公報
【特許文献２】特開２００４−１３９８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、配管を樹脂などの透明な材料から形成し、しかも、配管内に回転可能な風車を設けなければならず、構造の複雑化によるコストアップを招いてしまう。また、風車自体が回転不良を起こし、正確な検知が困難となることがある。
【０００５】
特許文献２の技術では、漏洩した水素が微量である場合、水素の拡散により、ディテクタによる検知が困難であり、また、燃料電池への水素の供給量と燃料電池における発電量との関係から水素の漏洩を検知する場合も、微小の漏れの検出が困難であり、しかも、漏れ位置の特定も困難である。
【０００６】
また、配管内の圧力降下を検出して漏れを検知する方法もあるが、やはり、微小の漏れの検出及び漏れ位置の特定が困難であり、また、漏れによる圧力降下には時間を要するため、漏れの検知が遅れることがある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低コストにて、配管の外部への流体の漏洩や配管に設けられた弁における流体の漏洩を迅速かつ正確に検知することができる漏れ検知装置及びそれを備えた燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の漏れ検知装置は配管における外部への流体の漏れを検知する漏れ検知装置であって、前記配管内の光を受光可能な受光素子と、前記受光素子からの検出信号に基づいて、前記配管における流体の漏洩の有無を判定する漏れ判定部と、を備えるものである。
【０００９】
この構成によれば、例えば、配管に亀裂などの損傷箇所がある場合は、その損傷箇所から外光が入り込み、その外光が受光素子に検知される。これにより、配管に損傷箇所があり、この損傷箇所から流体が外部に漏洩していると判定することができる。
【００１０】
また、本発明の漏れ検知装置は配管に設けられた弁における流体の漏れを検知する漏れ検知装置であって、前記配管における前記弁の上流側と下流側のうち一方に配されて前記配管内に光を照射する発光素子と、前記配管における前記弁の上流側と下流側のうち他方に配されて前記配管内の光を受光可能な受光素子と、前記弁によって前記配管を遮断して前記発光素子から光を照射した状態における前記受光素子からの検出信号に基づいて、前記弁における流体の漏洩の有無を判定する漏れ判定部と、を備えるものである。
【００１１】
この構成によれば、弁に動作不良が生じ、弁によって配管が完全に閉鎖されていない場合、発光素子の光が弁を通過して受光素子側へ入り込み、その光が受光素子に検知される。これにより、弁に動作不良が生じ、弁が完全に閉鎖されずに弁を通過して流体が漏洩していると判定することができる。
【００１２】
さらに、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池にガスを供給するためのガス供給路とを備えた燃料電池システムであって、前記ガス供給路の配管に、上記漏れ検知装置を備えている。
【００１３】
この構成によれば、配管における外部への流体の漏れあるいは弁の不具合による弁における流体の漏れを迅速かつ正確に検知することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の漏れ検知装置及びそれを備えた燃料電池システムによれば、低コストにて、配管の外部への流体の漏洩や配管に設けられた弁における流体の漏洩を迅速かつ正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る漏れ検知装置及びそれを備えた燃料電池システムの一の実施形態を説明する。以下、この燃料電池システムを燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
【００１６】
図１に示される燃料電池システム１において、酸化ガスとしての空気（外気）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、及び空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１が設けられている。
【００１７】
コンプレッサＡ３は、モータによって駆動される。このモータは、後述の制御部（漏れ判定部）５０によって駆動制御される。なお、エアフィルタＡ１には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられている。
【００１８】
燃料電池２０から排出される空気オフガス（酸化オフガス）は、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、圧力調整弁Ａ４及び加湿器Ａ２１の熱交換器が設けられている。圧力調整弁Ａ４は、燃料電池２０への供給空気圧を設定する調圧(減圧)器として機能する。制御部５０は、コンプレッサＡ３のモータ回転数及び圧力調整弁Ａ４の開度面積を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
【００１９】
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源３０から水素供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。
【００２０】
水素供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁Ｈ１００、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、及び燃料電池２０の水素供給口と水素供給路７４間を開閉する遮断弁Ｈ２１が設けられている。また、水素供給路７４には、この水素供給路７４における水素の漏洩を検出するとともに、この水素供給路７４に設けられた遮断弁Ｈ２１の動作の不具合を検知する漏れ検知装置１０が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、この漏れ検知装置１０は、水素供給路７４における遮断弁Ｈ２１の下流側に設けられた発光素子１１と、水素供給路７４における遮断弁Ｈ２１の上流側に設けられた受光素子１２と、制御部５０と、を備えている。発光素子１１は、例えば、発光ダイオード等を備えたもので、水素供給路７４内へ光を照射する。
【００２２】
これに対して、受光素子１２は、例えば、フォトダイオード等を備えたもので、水素供給路７４内の光を検出し、その検出結果は制御部５０へ送信される。このように、本実施形態の制御部５０は、受光素子１２からの検出信号に基づいて、水素供給路７４における水素ガスの漏洩の有無を判定する漏れ判定部としても機能する。
【００２３】
水素調圧弁Ｈ９としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。
【００２４】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、水素供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０が設けられている。
【００２５】
遮断弁Ｈ２１は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは、水素供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。遮断弁Ｈ１００，Ｈ２１は、制御部５０からの信号で駆動される。
【００２６】
水素循環路７５は、排出制御弁Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって排気路７２に接続されている。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスは空気オフガスとともに外部へ排出（パージ）される。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
【００２７】
燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられている。冷却路７３には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、及び冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。
【００２８】
燃料電池２０は、水素ガスと空気の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
【００２９】
制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成る制御コンピュータシステムによって構成されており、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する他、上記したように、受光素子１２からの検出信号に基づいて水素供給路７４における水素ガスの漏洩の有無を判定する。
【００３０】
そして、本実施形態の燃料電池システム１によれば、漏れ検知装置１０を備えたことにより、水素供給路７４における外部への水素ガスの漏れあるいは遮断弁Ｈ２１の不具合による水素供給源３０側からの水素ガスの漏れを迅速かつ正確に検知することができる。
【００３１】
例えば、図３に示すように、水素供給路７４における受光素子１２の周辺に亀裂などの損傷箇所Ｓがある場合は、その損傷箇所Ｓから外光が入り込み、その外光が受光素子１２に検知される。そして、かかる受光素子１２からの検出信号を受信した制御部５０は、水素供給路７４における受光素子１２の周辺に損傷箇所Ｓがあり、この損傷箇所Ｓから水素ガスが外部に漏洩していると判定することができる。
【００３２】
また、運転停止時や間欠運転時等に遮断弁Ｈ２１によって水素供給路７４を閉鎖した際に、遮断弁Ｈ２１に動作不良が生じていて、この遮断弁Ｈ２１が完全に閉鎖されていない場合には、発光素子１１を発光させると、この発光素子１１の光が遮断弁Ｈ２１を通過して受光素子１２側へ入り込み、その光が受光素子１２に検知されるので、かかる受光素子１２からの検出信号を受信した制御部５０は、遮断弁Ｈ２１に動作不良が生じ、水素供給路７４が完全に閉鎖されずに、水素供給源３０側から燃料電池２０側へ水素ガスが漏洩していると判定することができる。
【００３３】
つまり、本実施形態に係る漏れ検知装置１０及びそれを備えた燃料電池システム１によれば、低コストにて、水素供給路７４の外部への水素ガスの漏洩や水素供給路７４に設けられた遮断弁Ｈ２１における水素ガスの漏洩を迅速かつ正確に検知することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、水素供給路７４に漏れ検知装置１０を設けた場合を例にとって説明したが、この漏れ検知装置１０は、水素供給路７４に限らず、水素ガス、空気、冷却水などの流体が流れる配管にも設置可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る漏れ検知装置を備えた燃料電池システムを概略的に示すシステム構成図である。
【図２】漏れ検知装置を示す水素供給路の一部の断面図である。
【図３】漏れの検知の仕方を説明する水素供給路の一部の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…燃料電池システム、１０…漏れ検知装置、１１…発光素子、１２…受光素子、２０…燃料電池、５０…制御部（漏れ判定部）、７４…水素供給路（配管）、Ｈ２１…遮断弁（弁）。
【図１】
2008014715.tif 000003
【図２】
2008014715.tif 000004
【図３】
2008014715.tif 000005