(57)【要約】【課題】水素燃料電池を用いる燃料電池車の車室内に存在する水素ガスの濃度を精度よく、しかも安定して検出し、検出した水素ガスの濃度が所定の濃度よりも高くなっていることを乗員に対し確実に報知することが可能な燃料電池車における水素ガス検知装置を提供する。【解決手段】運転席３０の上部には運転者の頭部を支えるヘッドレスト３２が設けられる。ヘッドレスト３２の運転席ドアに面した側部には水素ガス検知装置４０が配設される。水素ガス検知装置４０は、筐体４２を有し、該筐体４２内に水素ガスセンサ４４、警報部４６、制御部４８およびバッテリ５０を収容する。この場合、水素ガスセンサ４４および警報部４６は、筐体４２の運転席ドア側を指向した面において、外部に露出して設けられている。【選択図】図２
2004241206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料電池を電源とする燃料電池車における水素ガス検知装置であって、
前記水素ガスと白金触媒との発熱反応により発生する温度差を酸化物熱電変換材料により電気信号に変換することで前記水素ガスの濃度を検出する水素ガスセンサと、
機械的なスイッチングを伴わずに動作する電気部品で構成される警報部と、
前記水素ガスセンサが検出した水素ガス濃度が所定の濃度よりも高いか否かを判定し、前記水素ガス濃度が前記所定の濃度よりも高いと判定した場合、前記警報部を付勢する制御部と、
を備え、前記警報部を運転席部位に配設することを特徴とする燃料電池車における水素ガス検知装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車における水素ガス検知装置において、
前記水素ガスセンサ、前記警報部および前記制御部に電力を供給するバッテリを有し、前記水素ガスセンサ、前記警報部、前記制御部および前記バッテリを筐体内に収容し、該筐体を前記燃料電池車の運転席部位に配設することを特徴とする燃料電池車における水素ガス検知装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池車における水素ガス検知装置において、
前記警報部は、運転席側ヘッドレストの運転席ドアに面した側部に設けられることを特徴とする燃料電池車における水素ガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素燃料電池を電源とする燃料電池車における水素ガス検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素を燃料とする燃料電池を用いて走行する燃料電池車が知られている。このような燃料電池車は、水素供給施設において水素の供給を受ける。ところで、前記水素供給施設において、車のドアやウィンドウを開放した状態で水素を供給すると、供給中の水素ガスの一部が車室内に流入する可能性がある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、車室内の水素ガスの濃度を検出する水素ガスセンサを設け、該センサの検出結果、さらには車両の走行状態および使用状況に基づいてパワーウィンドウの開閉量、車室内の空気の流れを制御して、車室内に存在する水素ガスを自動的に外部に排出するように構成した従来技術が開示されている。この場合、前記パワーウィンドウや車室内の空気の流れを制御するファンを動作させるためのモータ等の駆動源を駆動させる必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２６１号公報（段落［００８２］〜［００８６］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記駆動源を駆動させるにはかなりの電力を必要とするとともに、前記駆動源が機械的なスイッチングを伴う電気部品で構成されている場合、動作時にスパークする可能性がある。このため、前記水素供給施設における水素ガス供給中に、前記駆動源を駆動させて水素ガスを自動的に外部に排出することが困難な場合があるかも知れない。この結果として、乗員が水素ガスの供給が終了した後、車室内の水素ガスの濃度が一定値を超えた状態の車に乗ってしまう懸念がある。
【０００６】
一方、従来の一般的な水素ガスセンサは、他の可燃性ガスにも反応してしまうので、水素ガスだけを精度よく検出することは困難である。また、パラジウム（Ｐｄ）をセンシング材料とした水素ガスセンサが知られている。このセンサは、水素のみに反応する高いガス選択性を備えているので水素ガスを精度よく検出することが可能である。しかしながら、パラジウムは水素に触れると劣化してしまい、水素ガスセンサとしての安定性に劣るという欠点を有している。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、水素燃料電池を用いる燃料電池車の車室内に存在する水素ガスの濃度を精度よく、しかも安定して検出し、検出した水素ガスの濃度が所定の濃度よりも高くなっていることを乗員に対し確実に報知することが可能であり、しかも、コンパクト化されるために製造効率が向上し、しかも、組立と設置の自由度が高い燃料電池車における水素ガス検知装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、水素燃料電池を電源とする燃料電池車における水素ガス検知装置であって、
前記水素ガスと白金触媒との発熱反応により発生する温度差を酸化物熱電変換材料により電気信号に変換することで前記水素ガスの濃度を検出する水素ガスセンサと、
機械的なスイッチングを伴わずに動作する電気部品で構成される警報部と、
前記水素ガスセンサが検出した水素ガス濃度が所定の濃度よりも高いか否かを判定し、前記水素ガス濃度が前記所定の濃度よりも高いと判定した場合、前記警報部を付勢する制御部と、
を備え、前記警報部を運転席部位に配設することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、警報部を車室外から容易に視認することができる場所である運転席部位に配設するので、乗車する前に警報が確実に認知され、乗員が車室内の水素ガスの濃度が一定値を超えた状態の車に乗ってしまう事態を回避することができる。
【００１０】
この場合、前記水素ガスセンサは、触媒材料として白金を用いている。白金は、水素のみに反応する高いガス選択性を備えるとともに、パラジウム等に比して高い安定性を有する。
【００１１】
また、前記水素ガスセンサは、熱電変換材料に酸化物熱電変換材料を用いている。酸化物熱電変換材料は、可燃性ガスによる抵抗変化が極めて小さいため、熱起電力の大きさがほぼ不変であり、発生信号を触媒からの微熱の大きさのみに依存させることができるとともに、同じ抵抗値でも比較的高い熱起電力を発生させることができるため、水素ガスに対するセンシング感度を高めることが可能である。しかも、酸化物熱電変換材料は、比較的に熱伝導率が低いため、面内方向の熱伝導を防ぎ、より正確な検知を可能とすることができる。
【００１２】
さらに、前記警報部が機械的なスイッチングを伴わずに動作する電気部品で構成されると、スパークし難くなり好適である。
【００１３】
さらに、本発明は、前記水素ガスセンサ、前記警報部および前記制御部に電力を供給するバッテリを備えるとともに、前記水素ガスセンサ、前記警報部、前記制御部および前記バッテリを筐体内に収容するので、水素ガス検知装置を自動車本体と別工程で製造することができる等、製造工程の自由度を向上させることができる。さらに、前記水素ガス検知装置を自動車本体に取り付ける際に、信号ケーブルや電源ケーブル等を引き回す必要がなくなり、組立作業を簡素なものとすることができる。
【００１４】
さらに、前記警報部を運転席側ヘッドレストの運転席ドアに面した側部に配設すると、乗員、特に、車に最初に乗る可能性が最も高い運転者が、確実に前記警報部による警報を認識することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池車における水素ガス検知装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下説明する。
【００１６】
燃料電池車１０は、図１に示すように、シャシー１２とボディ１４とから基本的に構成される。シャシー１２には、車体後部から順に水素ガスタンク１６、燃料電池１８、走行モータ２０が配設される。
【００１７】
水素ガスタンク１６には、水素供給施設において、水素ガス供給口２２を介して供給された水素ガスが貯蔵される。
【００１８】
燃料電池１８は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタックを備える。アノードには燃料としての水素ガスが前記水素ガスタンク１６から供給され、カソードには酸化剤としての空気が空気供給装置（図示せず）から供給される。アノードで触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードにおいて、酸素と電気化学反応を起こして電気を発生させる。前記燃料電池１８で発生した電気は、走行モータ２０に供給されるとともに二次電池、キャパシタ等の電気ストレージ（図示せず）に蓄電される。
【００１９】
走行モータ２０は、前記燃料電池１８で発生した電気により駆動される。走行モータ２０の駆動作用下に前輪が回転し、その結果、燃料電池車１０が走行する。前記電気ストレージは、燃料電池車１０の走行状態に応じて前記走行モータ２０に電気を供給する。
【００２０】
ボディ１４の内部には、図１に示すように、運転者が乗車するための運転席３０が配設される。該運転席３０の上部には、運転者の頭部を支えるヘッドレスト３２が設けられる。この運転席３０とヘッドレスト３２とで運転席部位を構成する。このヘッドレスト３２の運転席ドア３４に面した側部には、ボディ１４内の水素ガスを検知する本実施の形態の水素ガス検知装置４０が配設される。
【００２１】
水素ガス検知装置４０は、図２に示すように、筐体４２を有し、該筐体４２内には、水素ガスセンサ４４、警報部４６、制御部４８およびバッテリ５０が収容される。この場合、水素ガスセンサ４４および警報部４６は、筐体４２の運転席ドア３４側の面において、少なくともその一部が外部に露出して設けられる。
【００２２】
水素ガスセンサ４４、警報部４６、制御部４８およびバッテリ５０の接続関係を図３に示す。
【００２３】
水素ガスセンサ４４は、図４に示すように、基板６０上に形成された熱電変換膜６２と、該熱電変換膜６２の表面の一部に形成された触媒金属膜６４とから基本的に構成され、水素ガスと前記触媒金属膜６４との発熱反応により発生する局部的な温度差を前記熱電変換膜６２で電圧信号に変換する。
【００２４】
この場合、前記熱電変換膜６２を、例えば、酸化ニッケルに炭素ナトリウムおよび酸化リチウムを混合した酸化物熱電変換材料で形成し、前記触媒金属膜６４を白金で形成すると好適である。
【００２５】
警報部４６は、光を発生する表示部材や音を発生する音響部材を備えて構成される。表示部材としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を使用し、音響部材としては、例えば、ピエゾ（圧電素子）スピーカを使用する。
【００２６】
制御部４８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、周辺回路等から構成され、前記水素ガスセンサ４４が検出した水素ガス濃度が所定の濃度よりも高いか否かを判定し、前記水素ガス濃度が前記所定の濃度よりも高い場合、前記警報部４６を付勢する。
【００２７】
バッテリ５０は、前記水素ガスセンサ４４、前記警報部４６および前記制御部４８に電力を供給する。バッテリ５０は、乾電池等の一次電池であってもよいし、ニッケル・カドミウム電池、リチウム・イオン電池、あるいはニッケル・水素電池等の再充電可能な二次電池であってもよい。
【００２８】
本実施の形態の水素ガス検知装置４０を含む燃料電池車１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、前記水素ガス検知装置４０による水素ガス検知手順について説明する。
【００２９】
燃料電池車１０が水素供給施設において水素ガスの供給を受ける場合を想定する。この際、水素ガス検知装置４０が水素ガスの供給に先立って付勢されているものとする。なお、水素ガス検知装置４０は、常に付勢された状態であってもよいし、水素ガスの供給時のみ付勢してもよい。
【００３０】
ところで、前記水素供給施設は、一般的に屋外に設置されているため、水素ガス供給時に前記水素ガス供給口２２から漏れた水素ガスは風等の影響を受けて車体に沿って流動する。この場合、運転席ドア３４やドアウィンドウを開放したままにしておくと、車体に沿って流動する前記漏洩水素ガスの一部がボディ１４内に流入することが想起される。そして、この場合、前記水素ガスは空気より比重が小さいためボディ１４内の上部に滞留する可能性がある。
【００３１】
ボディ１４内の上部に滞留した水素ガスの濃度（車室内水素ガス濃度ともいう）は、前記水素ガスセンサ４４によって検出される。水素ガスセンサ４４は、水素ガスと触媒金属膜６４との発熱反応によって発生する局部的な温度差を熱電変換膜６２で電圧信号に変換することで車室内水素ガス濃度を検出する。水素ガスセンサ４４は、検出された車室内水素ガス濃度を車室内水素ガス濃度情報として制御部４８へ出力する。
【００３２】
制御部４８は、前記車室内水素ガス濃度情報を受け取り、車室内の水素ガス濃度が所定の濃度よりも高いか否かを判定する。ボディ１４内の水素ガス濃度が所定の濃度よりも高い場合、制御部４８は警報部４６を付勢し、ボディ１４内の水素ガス濃度が所定の濃度よりも高い状態にあることを警報する。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態の水素ガス検知装置４０は、燃料電池車１０のボディ１４内の上部で且つボディ１４外から容易に視認することができる場所、例えば、図１に示すように、ヘッドレスト３２の運転席ドア３４に面した側部に配設されるので、空気より比重が小さいためボディ１４内の上部に滞留し易い水素ガスの濃度を精度よく検出することができるとともに、運転者等の乗員が乗車する前に警報部４６による警報が確実に認知され、乗員が水素ガスの濃度が一定値を超えた状態の車に乗ってしまう懸念が解消される。
【００３４】
また、前記水素ガスセンサ４４は、熱電変換膜６２に酸化物熱電変換材料を用いている。酸化物熱電変換材料は、可燃性ガスによる抵抗変化が極めて小さいため、熱起電力の大きさがほぼ不変であり、発生信号を触媒からの微熱の大きさのみに依存させることができるとともに、同じ抵抗値でも比較的高い熱起電力を発生させるため、センシング感度を高めることが可能である。しかも、酸化物熱電変換材料は、比較的に熱伝導率が低いため、膜面内（図４における矢印Ｘおよび矢印Ｙで示される平面内）での熱伝導を防ぎ、水素ガス濃度をより正確に検出することができる。
【００３５】
また、前記水素ガスセンサ４４は、触媒金属膜６４として白金を用いている。白金は、水素のみに反応する高いガス選択性を備えるとともに、パラジウム等に比して高い安定性を有する。
【００３６】
また、警報部４６は、ＬＥＤやピエゾスピーカを使用する。ＬＥＤおよびピエゾスピーカは、機械的なスイッチングを伴わずに動作するので、スパークすることがない。
【００３７】
さらに、本実施の形態の水素ガス検知装置４０は、水素ガスセンサ４４、警報部４６および制御部４８に電力を供給するバッテリ５０を備えるとともに、前記水素ガスセンサ４４、前記警報部４６、前記制御部４８および前記バッテリ５０を筐体４２内に収容するので、水素ガス検知装置４０を自動車本体と別工程で製造することができる等、製造工程の自由度を向上させることができる。さらに、水素ガス検知装置４０を自動車本体に取り付ける際に、信号ケーブルや電源ケーブル等を引き回す必要がなくなり、組立作業を簡素なものとすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、水素燃料電池を用いる燃料電池車の車室内に存在する水素ガスの濃度を精度よく、しかも安定して検出することができる。しかも、検出した水素ガスの濃度が所定の濃度よりも高い場合、該状態を示す警報を乗員に対し確実に報知することができる。さらに、コンパクト化されるために製造効率が向上し、しかも、組立と設置の自由度を著しく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の水素ガス検知装置を含む燃料電池車の運転席側ドアから見た概略側面図である。
【図２】図１に示す燃料電池車の運転席の一部拡大斜視図である。
【図３】図２に示す水素ガス検知装置の各構成要素の接続関係を示すブロック回路図である。
【図４】図２に示す水素ガス検知装置を構成する水素ガスセンサの概略斜視説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池車                      １２…シャシー
１４…ボディ                          １６…水素ガスタンク
１８…燃料電池                        ２０…走行モータ
２２…水素ガス供給口                  ３２…ヘッドレスト
３４…運転席ドア                      ４０…水素ガス検知装置
４２…筐体                            ４４…水素ガスセンサ
４６…警報部                          ４８…制御部
５０…バッテリ                        ６２…熱電変換膜
６４…触媒金属膜
【図１】
2004241206.tif 000003
【図２】
2004241206.tif 000004
【図３】
2004241206.tif 000005
【図４】
2004241206.tif 000006