(57)【要約】【課題】燃料電池ユニット内の水素ガスの排気中の水素濃度をより正確に検出できるとともに、水素ガスを確実に外部に拡散可能な燃料電池型産業車両を提供する。【解決手段】水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して電気を生成する燃料電池１９が収容された燃料電池ユニット１３を有し、車体本体に立設される中空筒状のリヤピラー１７を備えた燃料電池型産業車両としてのフォークリフトであって、リヤピラー１７の内部に形成された内部空間２８と燃料電池ユニット１３を繋ぐ流通経路としての配管２５と、リヤピラー１７の上端部に形成され燃料電池ユニット１３内の水素ガスを排出する排気口としての開口部２９と、開口部２９の上部に設けられ、内部空間２８を通って開口部２９から排出される排気中の水素濃度を検出する水素濃度検知器３０と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して電気を生成する燃料電池が収容された燃料電池ユニットを有し、車体本体に立設される中空筒状のピラーを備えた燃料電池型産業車両であって、
前記ピラーの内部に形成された内部空間と前記燃料電池ユニットを繋ぐ流通経路と、
前記ピラーの上端部に形成され前記燃料電池ユニット内の水素ガスを排出する排気口と、
前記排気口の上部に設けられ、前記内部空間を通って前記排気口から排出される排気中の水素濃度を検出する水素濃度検知器と、を備えたことを特徴とする燃料電池型産業車両。
【請求項２】
前記水素濃度検知器は、前記排気口より上方で前記ピラーの外側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池型産業車両。
【請求項３】
前記水素濃度検知器は、前記排気口より上方で前記ピラーの内側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池型産業車両。
【請求項４】
前記流通経路における前記燃料電池ユニットとの接続部分には、上方ほど先細りの形状を有するフードが形成され、該フードの最頂部に前記流通経路が接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池型産業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を搭載した燃料電池型産業車両に関し、特に、燃料電池ユニット内の水素濃度を検出する水素濃度検知器を備えた燃料電池型産業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気ガスによる地球温暖化の抑制のため駆動源として燃料電池が注目され、一部実用化されている。燃料電池は、一対の電極に水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して電気化学反応により電気エネルギーを生成するものである。燃料電池においては、各部品からの透過や漏出により、反応ガスである水素ガスがわずかながらも排出されることが知られている。この排出される水素ガスは、別途設けられた排気装置によって、外部に排出される。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された水素センサとそれを用いた自動車においては、自動車本体に、乗車空間と、水素タンク収納空間と、駆動手段収納空間と、床下空間とがそれぞれ空間的に分離して設けられている。そして、乗車空間と水素タンク収納空間と駆動手段収納空間と床下空間のそれぞれの上部に水素センサが配置されている。漏洩した水素は空気よりも比重が小さいことにより天井部分に向うため、天井部分に設置された各水素センサで水素濃度を素早く検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３０８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された水素センサとそれを用いた自動車では、乗車空間と水素タンク収納空間と駆動手段収納空間と床下空間のそれぞれの箇所に水素センサを配置する必要がある。このため、特許文献１に開示された水素センサとそれを用いた自動車では、多くの水素センサが必要となり部品点数が増加するとともに、水素センサを配置するための設置スペースが別途必要となる問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、燃料電池ユニット内の水素ガスの排気中の水素濃度をより正確に検出できるとともに、水素ガスを確実に外部に拡散可能な燃料電池型産業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して電気を生成する燃料電池が収容された燃料電池ユニットを有し、車体本体に立設される中空筒状のピラーを備えた燃料電池型産業車両であって、前記ピラーの内部に形成された内部空間と前記燃料電池ユニットを繋ぐ流通経路と、前記ピラーの上端部に形成され前記燃料電池ユニット内の水素ガスを排出する排気口と、前記排気口の上部に設けられ、前記内部空間を通って前記排気口から排出される排気中の水素濃度を検出する水素濃度検知器と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、燃料電池ユニットとピラーの内部空間とは、流通経路を介して接続されており、燃料電池ユニット内の水素ガスは流通経路を通ってピラーの内部空間へと案内され、内部空間を上昇して上端部の排気口より外部に排出される。排気口の上部に水素濃度検知器が設けられているので、燃料電池ユニット内の水素ガスの排気中の水素濃度を検出することにより、より正確に燃料電池ユニット内の水素濃度を検出することができる。また、水素ガスはピラーの上端部に形成された排気口から外部に排出されるので、外部に確実に拡散させることが可能である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池型産業車両において、前記水素濃度検知器は、前記排気口より上方で前記ピラーの外側面に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、水素濃度検知器は、排気口より上方でピラーの外側面に配置されているので、水素濃度検知器を外側から容易に取り付けることが可能である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池型産業車両において、前記水素濃度検知器は、前記排気口より上方で前記ピラーの内側面に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、水素濃度検知器を外側に突出して設けなくとも良いので、外観性を損なうことなく設置可能であり、且つ、水素濃度検知器に直接外力が加わって破損することを防止可能である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池型産業車両において、前記流通経路における前記燃料電池ユニットとの接続部分には、上方ほど先細りの形状を有するフードが形成され、該フードの最頂部に前記流通経路が接続されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、燃料電池ユニットから排出された水素ガスをフードの形状を利用して効果的に最頂部に集め、最頂部に接続された流通経路を介して確実にピラーの内部空間に案内可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池ユニット内の水素ガスの排気中の水素濃度をより正確に検出できるとともに、水素ガスを確実に外部に拡散可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を搭載したフォークリフトの側面図である。
【図２】図１における要部を拡大して示すと共に一部を破断面で示す要部拡大図である。
【図３】燃料電池ユニットの断面図である。
【図４】（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）はピラーの排出口付近の概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は変更例に係るピラー上部の縦断面図であり、（ｂ）は変更例に係るピラー上部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池を搭載した燃料電池型産業車両としてのフォークリフトについて、図１〜図４に基づき説明を行う。
図１に示すように、フォークリフト１０では、車体本体１５に設けた運転席１１の下方に収容ケース１２が設けられ、収容ケース１２には燃料電池ユニット１３が収容されている。燃料電池ユニット１３では、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスが図２及び図３に示す燃料電池１９へ供給されて、水素と酸素による電気化学反応により燃料電池１９において電気が生成される。
フォークリフト１０の運転席１１上部には、ヘッドガード１４が備えられている。ヘッドガード１４は、ルーフと車体本体１５の前部に立設された左右一対のフロントピラー１６と、後部に立設された左右一対のリヤピラー１７により運転席１１の直上に支持されている。
なお、図１において、紙面左側をフォークリフト１０の前部、紙面右側をフォークリフト１０の後部とし、紙面の上側をフォークリフト１０の上部、紙面の下側をフォークリフト１０の下部として、紙面に直角方向をフォークリフト１０の左右方向とする。
【００１８】
図２および図３に示すように、燃料電池ユニット１３は、周囲を覆うケーシング１８を有している。ケーシング１８内には、フォークリフト１０の駆動源となる燃料電池１９が収容されている。燃料電池１９には、冷却水を流通させる熱媒体通路２０が接続されている。熱媒体通路２０には、熱交換器としてのラジエータ２１が設けられると共に、熱媒体通路２０及び燃料電池１９に冷却水を循環させる循環ポンプ２２が設けられている。ラジエータ２１と燃料電池１９間には、ラジエータ２１を冷却するための空気流を発生させるラジエータファン２３およびファンモータ２７が設置されている。燃料電池ユニット１３には、燃料電池ユニット１３のシステム全体を制御する制御装置２６が設けられている。
【００１９】
燃料電池ユニット１３内には、上記の他、図示しないが、水素供給源（水素タンクなど）、レギュレータ、エアコンプレッサ、加湿器、キャパシタ、バッテリ等、燃料電池１９を作動させるために必要な部品が収容されている。
燃料電池ユニット１３は、ケーシング１８の天板部１８Ａがフード２４によって覆われており、フード２４における最頂部２４Ａに貫通孔２４Ｂが形成されている。なお、フード２４は、上方ほど先細りの形状を有している。先細りの形状とは、具体的には、テーパー形状やドーム形状、ピラミッド形状などが該当する。フード２４の最頂部２４Ａと左側のリヤピラー１７の下端部とを接続する配管２５が設けられている。なお、配管２５が流通経路に相当する。配管２５の一方の端部は貫通孔２４Ｂに接続されている。
リヤピラー１７の下端部底面１７Ａには、貫通孔１７Ｂが形成されている。配管２５の他方の端部は貫通孔１７Ｂに接続されている。燃料電池ユニット１３とリヤピラー１７の内部空間２８とは、配管２５を介して接続されている。
【００２０】
ケーシング１８の天板部１８Ａには、複数の排出口１８Ｂが設けられている。排出口１８Ｂは燃料電池ユニット１３内の水素ガスをフード２４の方へ排出する排出口である。
図１および図２に示すように、リヤピラー１７は燃料電池ユニット１３の位置よりも上方に設けられている。配管２５はフード２４との接続部分よりリヤピラー１７との接続部分の方が高さが高くなるように傾斜して配置されている。
【００２１】
図２および図４に示すように、フォークリフト１０の左側のリヤピラー１７は、中空筒状に形成されており、断面矩形の内部空間２８を有している。リヤピラー１７の上端部には、開口部２９が形成されている。開口部２９より上方でリヤピラー１７の外側面には、水素濃度検知器３０が検知面を下方に向けて配置されている。なお、開口部２９が燃料電池ユニット１３内の水素ガスを外部に排出する排気口に相当する。また、水素濃度検知器３０としては、公知の水素濃度検知器を使用している。内部空間２８の上端部はフロントピラー１６又はルーフによって塞がれている。
【００２２】
制御装置２６は、ラジエータ２１、循環ポンプ２２、ファンモータ２７、水素濃度検知器３０などと接続されている。制御装置２６にはメモリ（図示せず）が設けられ、予め、燃料電池ユニット１３内における水素濃度が正常レベルにあるかどうかを判断する判断基準となる設定濃度Ｈ１が制御装置２６のメモリに記憶されている。
【００２３】
次に、上記構成を有する燃料電池ユニット１３の動作説明を行う。
図３に示すように、燃料電池１９の作動時には、循環ポンプ２２が駆動され、燃料電池１９を冷却するための冷却水が熱媒体通路２０を介して燃料電池１９とラジエータ２１との間を循環する。制御装置２６は、冷却水の温度が所定値を超えると、ファンモータ２７に駆動信号を送信し、ラジエータファン２３を駆動させる。ラジエータファン２３の駆動により、燃料電池ユニット１３内では燃料電池１９からラジエータ２１に向う空気流が発生する。空気流の発生により、ラジエータ２１内を通る冷却水が冷却される。ここで、燃料電池１９など燃料電池ユニット１３内の部品の異常などによって燃料電池ユニット１３内へ流出した水素ガスは、空気よりも比重が小さいことにより、燃料電池ユニット１３内の上方に移動しやすい。燃料電池ユニット１３内の上方に移動した水素ガスは、ケーシング１８の天板部１８Ａに形成された複数の排出口１８Ｂからフード２４内に排出される。排出口１８Ｂからフード２４内へ排出された水素ガスはフード２４に沿って最頂部２４Ａへ案内され、配管２５に導入される。
【００２４】
図２に示すように、配管２５内に導入された水素ガスは、配管２５内で滞留することなくリヤピラー１７の内部空間２８に案内される。リヤピラー１７の内部空間２８に案内された水素ガスは、内部空間２８内を上昇する。
図４（ａ）に示すように、内部空間２８内を上昇した水素ガスは、リヤピラー１７の上端部に設けられた開口部２９を通って外部へと排出される。このとき、水素濃度検知器３０によって排気中の水素濃度を検出する。
【００２５】
このように、燃料電池ユニット１３内の水素ガスは、上方ほど先細りの形状のフード２４により最頂部２４Ａに集められた後、配管２５を介してリヤピラー１７の内部空間２８に確実に集められ、開口部２９を通って外部へと排出されるので、水素濃度検知器３０で水素ガスの排気中の水素濃度を検出することによって、燃料電池ユニット１３内の水素濃度をより正確に検出することが可能となる。
また、燃料電池ユニット１３内の水素ガスはリヤピラー１７の上端部に形成された開口部２９から外部に排出されるが、開口部２９の位置が運転席１１より上方の高さにあるので、開口部２９より排出される水素ガスをフォークリフト１０の外部に確実に拡散させることが可能である。
【００２６】
水素濃度検知器３０で検出した水素濃度Ｈｍは、検出信号として制御装置２６に入力される。制御装置２６のメモリには、予め、燃料電池ユニット１３内における水素濃度が正常レベルにあるかどうかを判断する判断基準となる設定濃度Ｈ１が記憶されているので、制御装置２６では水素濃度Ｈｍと設定濃度Ｈ１との比較が行われる。水素濃度検知器３０により検知された水素濃度Ｈｍが設定濃度Ｈ１より低い場合には、燃料電池ユニット１３内の水素濃度が正常レベルにあり、燃料電池１９の作動状態が正常であると判定される。
【００２７】
一方、水素濃度検知器３０により検知された水素濃度Ｈｍが設定濃度Ｈ１より高い場合には、燃料電池ユニット１３内の水素濃度が異常レベルにあり、燃料電池１９の作動状態が異常であると判定される。なお、燃料電池ユニット１３内の水素濃度が異常であると判定した場合には、制御装置２６によって燃料電池１９の動作を停止し、フォークリフト１０の運転席１１に配設された警告ランプ又はブザー等により警告を発して異常である旨を運転者に通知する。場合によっては、ファンモータ２７を駆動してラジエータファン２３を動作させ、燃料電池ユニット１３内の水素ガスを拡散させる方策をしても良い。
【００２８】
この本発明の実施形態に係る燃料電池を搭載したフォークリフト１０によれば以下の効果を奏する。
（１）燃料電池ユニット１３とリヤピラー１７の内部空間２８とは、配管２５を介して接続されているので、ラジエータファン２３の駆動又は停止にかかわらず、燃料電池ユニット１３内の水素ガスは、空気よりも比重が小さいことを利用して、他に漏れることなく配管２５を通ってリヤピラー１７の内部空間２８に確実に案内され、内部空間２８を上昇して上端部の開口部２９より外部へと排出される。開口部２９より上方でリヤピラー１７の外側面には水素濃度検知器３０が設けられているので、排気中の水素濃度を水素濃度検出することによって燃料電池ユニット１３内の水素濃度をより正確に検出することが可能となる。
（２）燃料電池ユニット１３内の水素ガスは、リヤピラー１７の内部空間２８に集められリヤピラー１７の上端部の開口部２９から外部に排出される。開口部２９の位置が運転席１１より上方の高いところにあるので、開口部２９より排出される水素ガスを外部に確実に拡散させることが可能である。
（３）水素濃度検知器３０は、開口部２９より上方でリヤピラー１７の外側面に配置されているので、水素濃度検知器３０を外側から容易に取り付けることが可能である。
（４）燃料電池ユニット１３から排出された水素ガスの排気通路として、リヤピラー１７の内部空間２８を利用できるので、別途排気通路を設けなくても良く、部品点数と設置スペースを削減可能である。
（５）制御装置２６のメモリには、予め、燃料電池ユニット１３内における水素濃度が正常レベルにあるかどうかを判断する判断基準となる設定濃度Ｈ１が記憶されているので、制御装置２６では水素濃度検知器３０により検知された排気中の水素ガスの水素濃度Ｈｍと設定濃度Ｈ１との比較が行われる。水素濃度Ｈｍが設定濃度Ｈ１より低い場合には、燃料電池ユニット１３内の水素濃度が正常レベルにあり、燃料電池１９の作動状態が正常であると判定される。水素濃度Ｈｍが設定濃度Ｈ１より高い場合には、燃料電池ユニット１３内の水素濃度が異常レベルにあり、燃料電池１９の作動状態が異常であると判定される。従って、ラジエータファン２３の停止および駆動に関係なく、燃料電池１９の正常又は異常の判断をより正確に行うことができる。
（６）水素濃度検知器３０は１個でラジエータファン２３駆動時および停止時の水素濃度を検出可能であり、水素濃度検知器３０を複数個設ける必要がない。よって、部品点数および部品コストを削減可能である。
（７）燃料電池ユニット１３は、ケーシング１８の天板部１８Ａが上方ほど先細りの形状を有するフード２４によって覆われており、フード２４の最頂部２４Ａに配管２５が接続されていることにより、天板部１８Ａの排出口１８Ｂから排出された水素ガスはフード２４に沿って最頂部２４Ａへ案内され、配管２５に導入される。よって、フード２４によって燃料電池ユニット１３から排出された水素ガスを速やかに配管２５に案内することが可能である。
【００２９】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○  本発明の実施形態では、開口部２９より上方でリヤピラー１７の外側面に水素濃度検知器３０が設けられているとして説明したが、図５に示すように、開口部２９より上方でリヤピラー１７の内側面に水素濃度検知器３０を設けても良い。この場合には、水素濃度検知器３０を外側に突出して設けなくとも良いので、外観性を損なうことなく設置可能であり、且つ、水素濃度検知器３０に直接外力が加わって破損することを防止可能である。
○  本発明の実施形態において、リヤピラー１７の内部空間２８内に排気用ファンを設けても良い。排気用ファンを設けることにより、配管２５や内部空間２８に水素ガスが滞留していたとしても速やかに開口部２９を通って外部へと排出でき、水素ガスの排出効率を向上可能である。
○  本発明の実施形態において、開口部２９にルーバーを取り付けても良い。なお、ルーバーとは、羽板と呼ばれる細長い板を枠組みに隙間をあけて平行に配置したものである。ルーバーを取り付けることにより、開口部２９から内部空間２８に異物などの侵入を防止できる。
○  本発明の実施形態では、リヤピラー１７の上端部に開口部２９が形成されるとして説明したが、開口部２９の位置はリヤピラー１７の上端部側面、上端部後面又は上端部前面のどの位置にあっても構わない。
○  本発明の実施形態では、フォークリフト１０の後部左側のリヤピラー１７に開口部２９を設けるとして説明したが、フォークリフト１０の後部右側のリヤピラー１７に開口部２９を設けても良い。また、フォークリフト１０の前部右側又は前部左側のフロントピラー１６に開口部２９を設けても良い。
○  本発明の実施形態では、燃料電池を搭載したフォークリフト１０の例で説明したが、フォークリフトに限らず、建設車両や、牽引車など他の産業車両に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  フォークリフト
１１  運転席
１３  燃料電池ユニット
１４  ヘッドガード
１５  車体本体
１７  リヤピラー
１９  燃料電池
２５  配管（流通経路）
２６  制御装置
２８  内部空間
２９  開口部
３０  水素濃度検知器
Ｈ１  設定濃度
Ｈｍ  水素濃度検知器により検出された水素濃度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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