(57)【要約】【課題】水素を燃料として発電を行う燃料電池システムからの水素の漏洩を効果的に検知する燃料電池システムボックスの配置構造を提供する。【解決手段】筐体（燃料電池システムボックス１０１）内に固体高分子型燃料電池スタック１０３を備え、筐体１０１の内部の空間に充填部材１１８、１１９を配置し、この充填部材１１８、１１９の体積により空間の容積を充填し、この容積を埋めた空間に漏洩した燃料ガスを水素センサ１１６によって検知する。また、充填部材１１８、１１９には緩衝材を用いる。【選択図】　　　図３
2004146135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に燃料電池スタックを備え、
前記筐体の内部の空間に充填部材を配置し、前記充填部材の体積により前記空間の容積を埋めたことを特徴とする燃料電池システムボックスの配置構造。
【請求項２】
前記充填部材は、緩衝材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムボックスの配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料として発電を行う燃料電池システムからの水素の漏洩を検知する燃料電池システムボックスの配置構造に関し、特に、燃料電池スタックやその他の機器との間に充填部材を配置する燃料電池システムボックスの配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池システムを構成する燃料電池スタックは、アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質を挟持したものであり、燃料電池システムボックス内に収められて燃料電池自動車などの様々な用途に用いられる。
【０００３】
図４は、従来の固体高分子型燃料電池スタックを利用した燃料電池システムの構成図を示す。図４に示すように、燃料電池システム３００は、燃料電池システムボックス３０１と、燃料である水素を貯蔵する水素タンク３０２と、固体高分子型燃料電池スタック３０３と、固体高分子型燃料電池スタック３０３から放出された水素を再び固体高分子型燃料電池スタック３０３に循環させる水素循環路３０４と、水素タンク３０２と水素循環路３０４とを接続し、固体高分子型燃料電池スタック３０３に水素を供給するための水素供給路３０５とを備えている。この水素供給路３０５を通って供給された水素は、固体高分子型燃料電池スタック３０３のアノード電極へ供給される。また、燃料電池システム３００は、固体高分子型燃料電池スタック３０３から放出された水素を外部へ放出する水素放出管３０６を備え、この水素放出管３０６には、水素パージ弁３０７が設けられている。
【０００４】
また、この燃料電池システム３００は、もう一方の燃料である酸素を供給するコンプレッサ３０８を有し、このコンプレッサ３０８から供給された酸素は、酸素供給管３０９を通って固体高分子型燃料電池スタック３０３のカソード電極へ供給される。また、燃料電池システム３００は、固体高分子型燃料電池スタック３０３から放出された酸素を外部へ放出する酸素放出管３１０を備え、この酸素放出管３１０には、圧力制御弁３１１が設けられている。
【０００５】
さらに、燃料電池システム３００は、換気ファン３１２を有し、換気ファン３１２から送風管３１３を経由して供給される換気風が、燃料電池システムボックス３０１内のガスを排気管３１５へ送風される。この排気管３１５には、水素センサ３１６が設けられている。
【０００６】
このように、燃料電池システムボックス３０１内には、固体高分子型燃料電池スタック３０３の他に、加湿器などその他の機器３１７が備えられ、換気ファン３１２の送風管３１３から換気風が送り込まれ、排気管３１５へ送風される。この排気管３１５に設けられた水素センサ３１６によって、燃料電池システムボックス３０１内の水素の漏洩を検知している。
【０００７】
このような水素の漏洩を検知する水素センサが特開平２００２−２２７００号公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。図５に示すように、特許文献１において、被測定ガスの存在する空間となる電池室Ａは、電池ケースＢ内に収容される複数のニッケル水素電池Ｃを備えており、電池室Ａの上壁部に水素センサ１が取り付けられて、過充電・過放電の検出装置の一部を構成している。水素センサ１は、センサ制御回路９１を介してＥＣＵ９２に接続され、ＥＣＵ９２は水素センサ１にて測定される被測定ガス中の水素濃度に基づいて、電池の過充電・過放電を検知し、充放電を制御する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２２７００号公報（第６頁、図５、図６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池システムボックスにおいて、固体高分子型燃料電池スタック、その他の機器との間には余剰空間が存在しており、この空間が広いと、水素センサが検知するまでに時間がかかり、水素の漏洩を検知するのに不利であった。そのため、水素漏洩時の検知時間の短縮ができないという問題があった。
【００１０】
さらに換気システムが作動して強制的に換気する時の換気時間の短縮ができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、水素を燃料として発電を行う燃料電池システムからの水素の漏洩を効果的に検知する燃料電池システムボックスの配置構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、筐体内に燃料電池スタックを備え、前記筐体の内部の空間に充填部材を配置し、前記充填部材の体積により前記空間の容積を埋めたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池システムボックスを強制的に短時間に換気することができ、また水素センサの検知性を向上させることができるため、燃料電池システムからの水素の漏洩を効果的に検知することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記充填部材は、緩衝材であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の構成に加えて、充填部材は緩衝材であるため、衝突時、燃料電池システムボックス内のデバイスに対して、緩衝材として働き、破損を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池システムボックスの配置構造の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムボックスの配置構造を有した燃料電池自動車の概略図である。図１に示すように、燃料電池自動車１０（以下、車両という）のほぼ中央部の床下に、燃料電池システム１００が搭載されている。この燃料電池システム１００には、燃料電池システムボックス１０１、固体高分子型燃料電池スタック１０３、その他の機器１１７、および充填部材１１８、１１９が設けられている。燃料電池システム１００は、これらの他に、水素タンク、コンプレッサ（スーパーチャージャ）、加湿器、温調器、ラジェータなどを備えている。これによって、車両１０を駆動させるための電気が供給される。
【００１７】
図２は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システム１００の概略を示す上面を破断した斜視図である。図２に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池システムボックス１０１と、燃料である水素を貯蔵する水素タンク１０２と、固体高分子型燃料電池スタック１０３と、一度使用された水素の利用効率を上げる（燃費を良くする）ために固体高分子型燃料電池スタック１０３から放出された水素を再び固体高分子型燃料電池スタック１０３に循環させる水素循環路１０４と、水素タンク１０２と水素循環路１０４とを接続し、固体高分子型燃料電池スタック１０３に水素を供給するための水素供給路１０５とを備えている。この水素供給路１０５を通って供給された水素は、固体高分子型燃料電池スタック１０３に内蔵されるアノード電極へ供給される。また、燃料電池システム１００は、固体高分子型燃料電池スタック１０３から放出された水素を外部へ放出する水素放出管１０６を備え、この水素放出管１０６には、水素パージ弁１０７が設けられている。
【００１８】
また、この燃料電池システム１００は、もう一つの燃料である酸素を供給するコンプレッサ１０８を有し、このコンプレッサ１０８から供給された酸素は、酸素供給管１０９を通って固体高分子型燃料電池スタック１０３に内蔵されるカソード電極へ供給される。また、燃料電池システム１００は、固体高分子型燃料電池スタック１０３から放出された酸素を外部へ放出する酸素放出管１１０を備え、この酸素放出管１１０には、圧力制御弁１１１が設けられている。
【００１９】
また、燃料電池システムボックス１０１内には、固体高分子型燃料電池スタック１０３、その他の機器１１７などの他に、固体高分子型燃料電池スタック１０３、その他の機器１１７の間の余剰空間を埋める充填部材１１８、１１９が設けられている。
【００２０】
さらに、燃料電池システム１００は、換気ファン１１２を有し、換気ファン１１２から送風管１１３を経由して供給される換気風が、燃料電池システムボックス１０１内のガスを排気管１１５へ送風する。この排気管１１５には、水素センサ１１６が設けられている。
【００２１】
次に、以上の構成を備えた燃料電池システムボックス１０１の配置構造の動作について説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システム１００の概略を示す構成図であり、図３（ａ）は図２の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線の縦断面図である。高圧の水素タンク１０２に貯蔵されている水素は、水素供給路１０５及び水素循環路１０４を介して固体高分子型燃料電池スタック１０３に内蔵されるアノード電極に供給され、アノード電極において電子とプロトンとに解離する。解離した電子は外部の負荷を経由してカソード電極に移動し、プロトンは固体高分子電解質中をカソード電極に移動し、カソード電極において、車外から取り入れられてコンプレッサ１０８によりから酸素供給管１０９を経て供給される酸化剤ガス（空気中の酸素）により酸化されて水を生じる。
【００２２】
燃料電池システム１００においては、アノード電極全体に水素を行き渡らせるために、固体高分子型燃料電池スタック１０３には理論量よりも多量の水素が供給されており、アノード電極で消費されなかった水素は、固体高分子型燃料電池スタック１０３から放出され、水素循環路１０４を流通して再び固体高分子型燃料電池スタック１０３に循環される。
【００２３】
また、固体高分子型燃料電池スタック１０３に供給される水素は予め加湿されており、さらに発電に伴い水が生成する。これらの水が、固体高分子型燃料電池スタック１０３の内部で結露して水素の流通を妨げ、固体高分子型燃料電池スタック１０３の発電効率を低下させることを防ぐために、アノード電極に過剰の水素を吹き込むことで、結露水のパージを水素パージ弁１０７により行う。このパージされた結露水は水素パージ弁１０７を介して水素放出管１０６から系外に排出される。
【００２４】
このように、アノード電極における水素と共に、発電に使用されたカソード電極における酸化剤ガス（空気中の酸素）は、圧力制御弁１１１によって圧力を制御されて、酸素放出管１１０から系外に排出される。
【００２５】
また、燃料電池システムボックス１０１内には、固体高分子型燃料電池スタック１０３、その他の機器１１７などの他に、固体高分子型燃料電池スタック１０３、その他の機器１１７の間の余剰空間を埋める独立気泡型の発泡材からなる充填部材１１８、１１９を設けているため、燃料電池システムボックス１０１内の余剰空間は、狭められて水素が漏れた場合にも、効果的に検知することができる。この充填部材１１８、１１９は、発泡材として発泡ポリプロピレンが用いられている。
【００２６】
さらに、燃料電池システム１００は、換気ファン１１２を有し、換気ファン１１２から送風管１１３を経由して供給される換気風が、燃料電池システムボックス１０１内のガスを排気管１１５へ送風して、水素センサ１１６に送風するため、水素の漏洩が発生した場合に、水素センサ１１６によって、燃料電池システムボックス１０１内の水素の漏洩を検知することができる。
【００２７】
即ち、この一実施の形態では、燃料電池システムボックス１０１内の空間容積に独立気泡型の発泡材を挿入して、固体高分子型燃料電池スタック１０３、加湿器などのその他の機器１１７との間の空間を充填している。
【００２８】
また、水素センサ１１６は、燃料電池システムボックス１０１の外部の排気管１１５に設けているが、燃料電池システムボックス１０１の内部に設けても良く、その場合には、図３（ｂ）に示されるように、充填部材１１８、１１９の上面部付近は空間が設けられて、水素が上面部付近の空間に集まりやすいように、換言すると検知センサに検知されやすいようになっている。また、発熱部品に対しては、冷却を妨げないように、充填部材１１８、１１９を充填しないようにしている。
【００２９】
ところで、図３（ａ）に示すように、燃料電池システムボックス１００内で漏れた水素は、充填部材１１８、１１９で充填された狭い空間を漂うことにより、広い空間を漂うよりは検知センサ（水素センサ）１１６は、速やかに水素を検知することができる。
【００３０】
さらに充填部材１１８、１１９は、発泡ポリプロピレンを用いているため、耐熱性があり、かつ軽量であり、車両の衝突時に燃料電池システムボックス１００内の構成部品に対して緩衝材として働き、これらの破損を防ぐことができる。
【００３１】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施の形態では、充填部材を２個配置しているが、空間を充填することができれば、いくつあっても構わない。また、充填部材として発泡ポリプロピレンを用いているが、充填部材として機能するものであればその他の絶縁性部材であっても構わない。また、充填部材は主に絶縁性部材を用いているが、導電性の充填部材を用いることにより、燃料電池システムボックス内で発生した静電気を筐体に容易に逃がすことができる。そのため、導電性でも良い箇所には、発泡アルミなどの導電性部材を用いることができる。
【００３２】
また、水素センサは、実施の形態では、燃料電池システムボックスの外部に設置しているが、燃料電池システムボックスの内部に設けることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、空間容積を減少させることで、水素漏洩時に水素センサの検知時間を短縮することができ燃料電池システムからの水素の漏洩を効果的に検知することができる。さらに換気システムが作動したときに、同じ換気風量に対して、換気能力が向上するため、安全濃度に達する時間を短縮することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、充填部材は緩衝材であるため、衝突時に燃料電池システムボックス内のデバイスに対して緩衝材として働き、破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムボックスを設けた燃料電池自動車の概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す部分断面斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの概略を示す構成図であり、（ａ）は図２の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の縦断面図である。
【図４】従来の燃料電池システムの概略を示す構成図である。
【図５】従来の電池室内の水素濃度を検知するシステムの概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１０　　燃料電池自動車
１００　　燃料電池システム
１０１　　燃料電池システムボックス
１０２　　水素タンク
１０３　　固体高分子型燃料電池スタック
１０４　　水素循環路
１０５　　水素供給路
１０６　　水素放出路
１０７　　水素パージ弁
１０８　　コンプレッサ
１０９　　酸素供給路
１１０　　酸素放出路
１１１　　圧力制御弁
１１２　　換気ファン
１１３　　送風管
１１５　　排気管
１１６　　水素センサ
１１７　　その他の機器
１１８、１１９　　充填部材
【図１】
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【図２】
2004146135.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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