(57)【要約】【課題】水素のリークをいち早く検知すると共に、水素の供給を受ける側に悪影響を及ぼすおそれをなくし、充分な安全性を確保する。【解決手段】水素供給用配管３の経路上で水素リークが発生しやすい箇所をそれぞれ密閉容器６で囲み、各密閉容器６内に付臭剤混入ガスを封入する。各密閉容器６には圧力センサ７を取り付け、各密閉容器６内のガス圧をモニタリングする。そして、圧力センサ７にて密閉容器６内のガス圧上昇が検知された際に、ガス圧上昇が感知された密閉容器６以外の他の密閉容器６に接続された遮断弁８を開放し、この密閉容器６内に封入されていた付臭剤混入ガスを外部に放出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を供給するための水素供給経路と、
前記水素供給経路を構成する配管と他の部材との接続箇所をそれぞれ囲むように配設された複数の密閉容器と、
前記複数の密閉容器にそれぞれ取り付けられ、各密閉容器内の圧力変化を検知する圧力センサとを備え、
前記複数の密閉容器内に付臭剤を混入したガスを封入し、前記圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されたときに、付臭剤を混入したガスを外部に放出することを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】
前記圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されたときに、圧力上昇した密閉容器以外の他の密閉容器内に封入されているガスを外部に放出することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記密閉容器内に封入されるガスは、毒性が無く、且つ活性が低いガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素供給装置。
【請求項４】
燃料電池自動車に搭載される水素供給装置であって、
前記燃料電池自動車が走行中に前記圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されたときは、前記付臭剤を混入したガスが車両キャビン内のみに放出され、
前記燃料電池自動車が停止中に前記圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されたときは、前記付臭剤を混入したガスが車両キャビン内及び車外に放出されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池自動車の駆動動力源として用いられる燃料電池等に水素を供給する水素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車の駆動動力源として用いられる燃料電池は、水素極に水素ガス、空気極に空気がそれぞれ供給されることで、これら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電するものである。このような燃料電池に燃料ガスとして供給される水素は可燃性であるため、その取り扱いには充分な注意を要し、仮にリークが発生した場合には、水素の供給を停止すると共にリークした水素を外気に放出するといった対応を図ることが望まれる。
【０００３】
しかしながら、水素は無色・無味・無臭であるため、リークが発生した場合にこれを人間が直接感知することができない。このため、例えば、水素供給装置が配されたパッケージや筐体内の空気中の水素濃度をセンサで検出し、このセンサからの出力に基づいて水素リークが発生したことを検知する方法（例えば、特許文献１参照）や、水素に付臭剤を混合し、その付臭剤の臭気によって水素リークを検知する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１４３６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２９７０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素濃度を検出するセンサからの出力に基づいて水素リークを検知する場合には、リークした水素がセンサ周囲まで到達しないとリークを検知できない。したがって、水素供給装置が配されたパッケージや筐体が大型であるといった事情がある場合には、リークの発生から検知まで大きな時間差が生じてしまうといった問題がある。
【０００７】
また、付臭剤の臭気によって水素リークを検知する場合には、水素に混合された付臭剤が水素の供給を受ける側、例えば燃料電池の金属触媒等に悪影響を及ぼすおそれがある。また、燃料電池自動車に搭載される水素供給装置では、例えば３５ＭＰａ以上といった高圧ガスの状態で水素が貯蔵されることが一般的であるが、このような高圧に耐えられ、且つ前記金属触媒等に悪影響を及ぼさない安価な付臭剤の開発は困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、水素のリークをいち早く検知し、水素の供給を受ける側にも悪影響を及ぼすおそれのない水素供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水素供給装置は、水素を供給するための水素供給経路と、この水素供給経路を構成する配管と他の部材との接続箇所をそれぞれ囲むように配設された複数の密閉容器と、これら複数の密閉容器にそれぞれ取り付けられて各密閉容器内の圧力変化を検知する圧力センサとを備える。そして、この水素供給装置では、前記複数の密閉容器内に付臭剤を混入したガスを封入し、前記圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されたときに、付臭剤を混入したガスを外部に放出するようにしている。
【００１０】
この水素供給装置においては、水素供給経路の水素リークが起こりやすい接続箇所が、付臭剤混入ガスが封入された密閉容器で囲まれて、この密閉容器によって密封されている。この接続箇所において水素リークが生じた場合には、密閉容器内の圧力が上昇することになるが、この密閉容器内の圧力上昇は圧力センサによって検知される。そして、圧力センサによって密閉容器内の圧力上昇が検知されると、密閉容器内に封入されていた付臭剤混入ガスが外部に放出されるので、その臭気によって、水素リークが発生したことを検知することができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る水素供給装置によれば、水素リークが発生したときに、ごく狭い水素供給経路の接続箇所を囲む密閉容器内の圧力上昇に伴って、付臭剤混入ガスが外部に放出されるので、その臭気によって、水素リークが発生したことを素速く検知することが可能となる。また、例えば燃料電池等の水素供給対象には水素のみが供給されるため、この水素供給対象に付臭剤を混入した水素を供給した場合に懸念される水素供給対象への悪影響を未然に回避することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明を適用した水素供給装置の一構成例を図１に示す。この図１に示す水素供給装置１は、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンク２と、この高圧水素タンク２から燃料電池等の水素供給対象に水素を供給するための水素供給用配管３と、この水素供給用配管３による経路上の適所に配置され、水素供給用配管３に接続された減圧弁等の複数の制御弁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（以下、特にこれらを区別しない場合には単に制御弁４と称する。）と、高圧水素タンク２に水素を充填するための水素充填用配管５とを備える。
【００１４】
水素供給用配管３は、燃料電池等の水素供給対象に水素を供給するための配管であり、その基端側が、前記複数の制御弁のうち高圧水素タンク２の水素取り出し口に位置する第１の制御弁４ａを介して高圧水素タンク２に接続されている。また、水素供給用配管３の先端側は燃料電池等の水素供給対象に接続されている。
【００１５】
水素充填用配管５は、高圧水素タンク２内の水素が減少した際に、図示を省略する充填レセプタクルから高圧水素タンク２に水素を充填するための配管である。この水素充填用配管５は、水素供給用配管３の基端側と共に、第１の制御弁４ａを介して高圧水素タンク２に接続されている。
【００１６】
そして、本発明を適用した水素供給装置１では、水素供給用配管３による経路上で水素の供給の際に水素リークが起こりやすい箇所、すなわち、本実施形態では各制御弁４と水素供給用配管３或いは水素充填用配管５との接続部分の周囲が、それぞれ密閉容器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ（以下、特にこれらを区別しない場合には単に密閉容器６と称する。）によって囲まれて密閉されている。これら密閉容器６の内部には、内部に付臭剤が混入されたガスが封入され、この付臭剤混入ガスが外部に漏れないよう密封されている。ここで、付臭剤を混入させるガスには、毒性が無く、且つ活性が低いもの、例えば窒素等が用いられる。
【００１７】
また、各密閉容器６には、それぞれ圧力センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ（以下、特にこれらを区別しない場合には単に圧力センサ７と称する。）が取り付けられており、これら圧力センサ７によって各密閉容器６内のガス圧が随時モニタリングされている。なお、密閉容器６内のガス圧は、密閉容器６内に付臭剤混入ガスが封入されることで、大気圧よりも高く、且つ水素供給用配管３内の水素圧、減圧弁が配されている場合にはこの減圧弁よりも下流側の水素供給用配管３内の水素圧よりも低く（例えば２〜８ｂａｒ程度）なるように保たれている。
【００１８】
また、各密閉容器６には、それぞれ遮断弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ（以下、特にこれらを区別しない場合には単に遮断弁８と称する。）を介して、付臭剤混入ガスを水素供給装置１の外部に放出するための付臭剤混入ガス放出用配管９が接続されている。各遮断弁８は、水素供給装置１の正常運転時、具体的には水素リークが生じていないときには、各密閉容器６内の付臭剤混入ガスを水素供給装置１の外部に放出しないように閉じられている。
【００１９】
以上のように構成される水素供給装置１では、水素供給用配管３の経路上に設けられた何れかの制御弁４、或いは制御弁４と水素供給用配管３との接続部で水素リークが生じた場合、この水素リークが生じた部分に配設された密閉容器６内のガス圧が水素リークに伴って上昇することになる。そして、この密閉容器６内のガス圧の上昇は、当該密閉容器６に取り付けられた圧力センサ７によって検知される。
【００２０】
水素供給装置１は、何れかの圧力センサ７にて密閉容器６内のガス圧上昇が検知された場合には、高圧水素タンク２からの水素の供給を停止して、ガス圧が上昇している密閉容器６以外の他の密閉容器６に接続されている遮断弁８を開放する。具体的には、例えば図１中圧力センサ７ｄにて密閉容器６ｄ内の圧力上昇が検知されると、水素と付臭剤混入ガスが混在している密閉容器６ｄに接続された遮断弁８ｄは閉じられたままで、その他の遮断弁８ａ，８ｂ，８ｃが開放される。これにより、密閉容器６ａ，６ｂ，６ｃ内の付臭剤混入ガスが、付臭剤混入ガス放出用配管９を通って水素供給装置１の外部に放出される。そして、水素供給装置１の外部に放出された付臭剤混入ガスの臭気によって、水素リークが検知されることになる。
【００２１】
以上のように、本発明を適用した水素供給装置１では、水素供給の際に水素リークが起こりやすい部分を密閉容器６で囲んで密封し、水素リークが生じた場合には、その部分の密閉容器６内のガス圧上昇が圧力センサ７にて検知されて、付臭剤混入ガスが外部に放出されるように構成されている。このとき、各密閉容器６は、水素リークが起こりやすい部分、本実施形態では各制御弁４の周囲というごく限られた狭い範囲を囲うものであるため、密閉容器６内のガス圧上昇を素早く検知することができる。したがって、この水素供給装置１では、水素リークが生じた際に付臭剤混入ガスの放出が迅速に行われるので、その臭気により水素リークの発生を素速く検知することが可能となる。
【００２２】
また、この水素供給装置１は、付臭剤混入ガスを外部に放出し、その臭気によって水素リークを検知するものであるが、このように外部に放出される付臭剤混入ガスは密閉容器６内に封入されたものであり、燃料電池本体等の水素供給対象に供給される水素には付臭剤が混入されない。したがって、この水素供給装置１では、水素供給対象に供給されるのは水素のみであるため、水素供給対象に悪影響を及ぼすおそれがない。
【００２３】
さらに、この水素供給装置１は、水素リークが生じた部分を密封する密閉容器６に接続された遮断弁８は閉じられたままで、その他の水素リークが生じていない部分を密閉する密閉容器６に接続された遮断弁８が開放され、水素リークが生じていない部分の密閉容器６内の付臭剤混入ガスが外部に放出される。このため、リークした水素は水素供給装置１の密閉容器６内に留まり、付臭剤混入ガスのみが外部に放出されることになる。このように、水素供給装置１では、リークした水素を不用意に放出させることがないので、充分な安全性を確保することができる。
【００２４】
なお、以上説明した例では、制御弁４の周囲を密閉容器６で密封するようにしているが、これ以外にも、例えば複数の配管部材を連結するコネクタと配管部材との接続部分や、配管内の水素圧力等を検出するセンサ類と配管部材との接続部分等、水素供給の際に水素リークが生じるおそれがある部分が存在する場合には、その部分も密閉容器６にて密封することが望ましい。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、上述した水素供給装置を燃料電池自動車に搭載して、この水素供給装置からの水素を燃料電池自動車の駆動動力源である燃料電池に供給するようにした例である。なお、水素供給装置の基本構成は、上述した第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同一の部分について同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２６】
燃料電池は、水素極に水素ガス、空気極に空気がそれぞれ供給されることで、これら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電するものである。このような燃料電池を駆動動力源とする燃料電池自動車には、燃料電池の他、燃料電池に水素を供給する水素供給装置や、燃料電池に空気を供給する空気供給装置、燃料電池を冷却するための冷却装置、燃料電池を加湿するための加湿装置等が搭載される。本実施形態では、この燃料電池自動車に搭載する水素供給装置として、図２に示すような水素供給装置１１を用いるようにしている。
【００２７】
この水素供給装置１１は、図２に示すように、高圧水素タンク２からの水素を水素供給用配管３を通して燃料電池へと供給する。そして、水素供給の際に水素リークが生じた場合には、第１の実施形態と同様に、密閉容器６内の付臭剤混入ガスのみが付臭剤混入ガス放出配管９へと導かれる。ここで、本実施形態の水素供給装置１１では、付臭剤混入ガス放出配管９に分岐配管１２が接続されていると共に、この分岐配管１２よりも下流側に第２の遮断弁１３が設けられている。
【００２８】
分岐配管１２は、付臭剤混入ガス放出配管９を通る付臭剤混入ガスを燃料電池自動車の車外ではなく、車両キャビン内に導くものである。また、第２の遮断弁１３は、燃料電池自動車が走行している間は閉じられ、燃料電池自動車が停止している場合にのみ開放されるように制御され、この第２の遮断弁１３よりも下流側の付臭剤混入ガス放出配管９は、燃料電池自動車の車外にて開放されている。
【００２９】
以上のように構成される水素供給装置１１では、水素リークが生じた場合、この水素リークに伴う密閉容器６内のガス圧上昇が圧力センサ７によって検知され、高圧水素タンク２からの水素の供給が停止されると共に、ガス圧が上昇した密閉容器６以外に接続されている遮断弁８が開放されて、これら密閉容器６内の付臭剤混入ガスが混入ガス放出配管９へと導かれる。このとき、燃料電池自動車が走行中である場合には、第２の遮断弁１３が閉じられているため、付臭剤混入ガスが分岐配管１２を通って車両キャビン内にのみ放出されることになる。したがって、燃料電池自動車が走行中に水素リークが生じた場合には、車両キャビン内に導入された混入ガスの臭気によって、燃料電池自動車の乗員に水素リークが発生していることを検知させることができ、充分な安全性を確保することができるようになる。
【００３０】
一方、燃料電池自動車が停車中である場合には、第２の遮断弁１３が開放されているため、付臭剤混入ガスが車両キャビン内と車外とに放出され、燃料電池自動車の乗員だけでなく、燃料電池自動車の近くにいる人間にも水素リークが発生したことを検知させることができるようになる。このため、燃料電池自動車に誰も乗っていない場合であっても、燃料電池自動車の近くにいる人間に水素リークに対する注意を促すことができ、充分な安全性を確保することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した水素供給装置の一構成例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用した水素供給装置の他の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１１  水素供給装置
２  高圧水素タンク
３  水素供給用配管
４  制御弁
６  密閉容器
７  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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