(57)【要約】      （修正有）【課題】アンモニアの反応熱で発生する水蒸気を用いて電池の温度を調整する電池温調システムで、漏洩したアンモニアガスを回収することができる車載可能なシステムを提供する。【解決手段】水蒸気生成手段２０と、生成した水蒸気を第１の蒸気弁３２を介して電池２００に供給する水蒸気供給手段３０と、水蒸気供給手段３０によって供給する水蒸気の流量を制御する制御手段１０とを有し、制御手段１０は、前記水蒸気生成手段２０の外部に漏洩したアンモニアガスの気中濃度を検出する検出手段１２ｓを含み、前記気中濃度が所定の濃度以上である場合に、前記第１の蒸気弁３２を閉鎖することによって前記水蒸気生成手段２０内部の圧力を生成水蒸気の滞留により高め、前記内圧が所定の圧力以上になったときに第２の蒸気弁２２から水蒸気を放出し、前記漏洩したアンモニアガスを前記放出した水蒸気に溶解することによって漏洩アンモニアガスを回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を用いて電池の温度を調整する電池温調システムであって、
アンモニアの反応熱で前記水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、
生成した前記水蒸気を第１の蒸気弁を介して前記電池に供給する水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段によって供給する水蒸気の流量を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記水蒸気生成手段の外部に漏洩した前記アンモニアの気体の気中濃度を検出する検出手段を含み、前記気中濃度が所定の濃度以上である場合に、前記第１の蒸気弁を閉鎖することによって前記水蒸気生成手段内部の内圧を生成した水蒸気の滞留により高め、前記内圧が所定の圧力以上になったときに第２の蒸気弁から水蒸気を放出し、前記漏洩した気体を前記放出した水蒸気に溶解することによって該漏洩した気体を回収する、
ことを特徴とする電池温調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の温度を調整する電池温調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池温調システムには、アンモニアの反応熱で水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電池に供給することにより、その電池の温度を調整するものがある。ここで、アンモニアとは、無色で毒性が高く、可燃性の気体である。このため、アンモニアを利用して電池温調システムを構成するためには、そのアンモニアの漏洩を検出できる構成と漏洩したアンモニアを回収することができる構成とを電池温調システムに含む必要がある。
【０００３】
特許文献１は、アンモニア冷媒を使用する機器を配置した室内で、アンモニアが漏洩した場合に、毒性や爆発に対して安全とすることのできる換気装置に関する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１２３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池温調システムには、車両に搭載した電池の温度を調整するものがある。ここで、アンモニアを利用した電池温調システムを車両に搭載する場合には、何らかの理由によりアンモニアが漏洩することを前提に、予め漏洩が発生した場合に安全側に制御する対策（フェイルセーフ）を講じておく必要がある。すなわち、車両に搭載する電池温調システムでは、仮に、毒性及び可燃性のあるアンモニアが漏洩した場合でも、人体への影響又は引火による爆発を回避できるように設計することが要求される。
【０００６】
特許文献１に開示されている技術では、強制排気手段（天がい、排気ダスト及び換気扇）と水噴霧室とを含む換気装置により、冷凍機上部のアンモニアを吸引して水噴霧室に送り、水噴霧室でアンモニアに水を噴霧してアンモニアを水に溶解することによって、アンモニアの漏洩に対して対策を講じることができる。しかし、このままのサイズの換気装置を車両に搭載することはできない。また、特許文献１に係る換気装置を車載可能のサイズ及び重量に変更することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、アンモニアの気体が漏洩した場合でも、電池温調用の水蒸気に漏洩したアンモニアの気体を溶解することにより、漏洩したアンモニアの気体を回収することができる車載可能な電池温調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態である電池温調システムは、水蒸気を用いて電池の温度を調整する電池温調システムであって、アンモニアの反応熱で前記水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、生成した前記水蒸気を第１の蒸気弁を介して前記電池に供給する水蒸気供給手段と、前記水蒸気供給手段によって供給する水蒸気の流量を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記水蒸気生成手段の外部に漏洩した前記アンモニアの気体の気中濃度を検出する検出手段を含み、前記気中濃度が所定の濃度以上である場合に、前記第１の蒸気弁を閉鎖することによって前記水蒸気生成手段内部の内圧を生成した水蒸気の滞留により高め、前記内圧が所定の圧力以上になったときに第２の蒸気弁から水蒸気を放出し、前記漏洩した気体を前記放出した水蒸気に溶解することによって該漏洩した気体を回収する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電池温調システムによれば、アンモニアの気体が漏洩した場合でも、電池温調用の水蒸気に漏洩したアンモニアの気体を溶解することにより、漏洩したアンモニアの気体を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電池温調システムを説明する概略構成図である。
【図２】本実施形態の第２の蒸気弁の一例を説明する図である。図（ａ）は、閉鎖時の第２の蒸気弁を説明する概略平面図である。図（ｂ）は、閉鎖時の第２の蒸気弁を説明する概略断面図である。図（ｃ）は、開放時の第２の蒸気弁を説明する概略平面図である。図（ｄ）は、開放時の第２の蒸気弁を説明する概略断面図である。
【図３】本実施形態において、漏洩したアンモニアの気体を回収する動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
本発明は、アンモニアの反応熱で生成した水蒸気を車載用電池に供給することにより、車載用電池の温度を調整することができる電池温調システムに関するものである。また、本発明に係る電池温調システムは軽量小型であり、汎用性が高い。このため、適用対象を車両に限定することなく、車載用以外の様々な温調システムに用いることができる。この場合、下記に示した実施形態の構成に、その他の要素を組合わせるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて、適切に定めることができる。
【００１３】
（電池温調システムの構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電池温調システムを説明する概略構成図を示す。
【００１４】
図１において、電池温調システム１００は、電池２００に供給する水蒸気の流量を制御する制御手段１０と、アンモニア（ＮＨ３）の反応熱で水蒸気を生成する水蒸気生成手段２０と、生成した水蒸気を電池２００に供給する水蒸気供給手段３０と、アンモニアの気体（以下、「アンモニアガス」という）が水蒸気生成手段２０の外部に漏洩した場合にその漏洩したアンモニアガスを捕捉する漏洩ガス捕捉手段４０とを含む。
【００１５】
電池温調システム１００は、水蒸気生成手段２０（後述する蒸発器２１）により生成した水蒸気を、水蒸気供給手段３０により電池２００に供給することによって、低温環境下で出力性能が低下する電池２００の温度を調整することができる。
【００１６】
また、電池温調システム１００は、制御手段１０（後述する検出手段１２ｓ）により、水蒸気生成手段２０の外部に漏洩したアンモニアガスの空気中の濃度（以下、「気中濃度」という）を検出することができる。このとき、電池温調システム１００は、検出した気中濃度に対応して、水蒸気の供給を停止（後述する第１の蒸気弁３２を閉鎖）することによって、水蒸気生成手段２０（蒸発器２１）内部の内圧を生成した水蒸気の滞留により高めることができる。これにより、電池温調システム１００は、水蒸気生成手段２０内部の内圧が所定の圧力以上になった時に後述する第２の蒸気弁２２（図２）から水蒸気（水、Ｈ２Ｏ）を放出し、漏洩したアンモニアガスを放出した水蒸気に溶解し、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）を生成する。以上により、電池温調システム１００は、アンモニア水を回収することによって、漏洩したアンモニアガスの拡散を防止することができる。
【００１７】
ここで、電池温調システム１００が温度を調整する電池２００は、ＥＶ（電気自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド車）、ＨＶ（ハイブリッド車）及びＦＣＶ（燃料電池車）などの車両に搭載する二次電池、蓄電池及び燃料電池等を用いることができる。
【００１８】
制御手段１０は、電池２００の温度、出力及び電力残量並びに異常などを検知する電池監視ユニット１１と、アンモニアガスの漏洩を監視する漏洩監視ユニット１２とを含む。制御手段１０は、漏洩監視ユニット１２によりアンモニアガスの漏洩を検出したときに、電池２００に水蒸気を供給することを停止するために、水蒸気供給手段３０に停止に関する情報を出力する。
【００１９】
漏洩監視ユニット１２は、アンモニアガスの漏洩を検出することができる検出手段１２ｓを含む。検出手段１２ｓは、本実施形態では、ガス濃度センサを用いることができる。漏洩監視ユニット１２は、ガス濃度センサが検出したアンモニアガスの濃度により、アンモニアガスが漏洩しているか否かを判断することができる。
【００２０】
水蒸気生成手段２０は、アンモニアの反応熱によって水を加熱して水蒸気を生成する蒸発器（エバポレータ）２１と、蒸発器２１内部の水蒸気を放出することができる第２の蒸気弁（蒸気放出用蒸気弁）２２とを含む。水蒸気生成手段２０は、アンモニアの反応熱を用いて蒸発器２１により生成した水蒸気を、後述する水蒸気供給手段３０により電池２００に供給する。また、水蒸気生成手段２０は、アンモニアガスが漏洩したときに、第２の蒸気弁２２により漏洩したアンモニアガスに水蒸気を放出（噴射）し、放出した水蒸気にアンモニアガスを溶解する。
【００２１】
蒸発器２１は、本実施形態では、アンモニア（ＮＨ３）と塩化力ルシウム（ＣａＣｌ２）との反応熱で水を加熱し、水蒸気を生成する。なお、蒸発器は、アンモニアと塩化カルシウム以外の物質とを反応させることによって、反応熱を発生させてもよい。
【００２２】
第２の蒸気弁２２は、本実施形態では、蒸発器２１のハウジングに切れ込みを付けて形成することができる。第２の蒸気弁２２は、蒸発器２１の内圧が所定の圧力以上となったときに、ハウジングの切れ込みから蒸発器２１内部の水蒸気を放出することができる。なお、第２の蒸気弁２２は、所定の圧力以上で開放し、所定の圧力未満で閉鎖する蒸気弁（繰り返し開閉可能な減圧弁など）を用いてもよい。
【００２３】
図２に、第２の蒸気弁２２の例を示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、閉鎖時の第２の蒸気弁２２ａの概略平面図及び概略断面図である。図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、開放時の第２の蒸気弁２２ｂの概略平面図及び概略断面図である。
【００２４】
図２（ａ）及び図２（ｂ）において、蒸発器２１はその外形を形成するハウジング２１ｈの一部を変形する（切れ込みを入れる）ことにより形成された第２の蒸気弁２２ａ（２２）を有する。
【００２５】
図２（ｃ）及び図２（ｄ）において、蒸発器２１の第２の蒸気弁２２ｂ（２２）は、所定の圧力以上で開放（開口）し、蒸発器２１内部の水蒸気を放出することができる。具体的には、第２の蒸気弁２２ｂは、蒸発器２１内部の内圧の増加によるハウジング２１ｈの機械的な塑性変形によって開口することができる。このため、本実施形態の電池温調システム１００は、第２の蒸気弁２２自体の開閉を制御する必要はない。これにより、第２の蒸気弁２２自体の制御時の誤作動による第２の蒸気弁２２の開放は起きない。また、本実施形態の電池温調システム１００は、アンモニアガスの漏洩時の対策用に部品を新たに追加する必要がなく、異常時のみに作動する部品を車両に搭載しないで本発明を実施することができる。
【００２６】
水蒸気供給手段３０は、本実施形態では、水蒸気生成手段２０（蒸発器２１）が生成した水蒸気を電池２００に供給する蒸気配管３１と、蒸気配管３１から供給される水蒸気の流量を制御する第１の蒸気弁（蒸気供給用蒸気弁）３２とを含む。第１の蒸気弁３２は、制御手段１０の制御に基づいて、その弁の開閉度を調整することにより、蒸気配管３１から供給される水蒸気の流量を制御することができる。
【００２７】
漏洩ガス捕捉手段４０は、本実施形態では、漏洩したアンモニアガスを捕捉する置換容器４１を含む。置換容器４１は、空気より密度が小さいアンモニアガスの性質を利用して、漏洩したアンモニアガスを捕捉する。具体的には、置換容器４１は、アンモニアガス（常温常圧下で比重０．５８）を、上方置換により、捕捉する。すなわち、置換容器４１は、水蒸気生成手段２０の外部に漏洩したアンモニアガスを、鉛直方向の下向きに開口部を有する置換容器４１の上部に形成されたアンモニアガスの気層として、捕捉する。なお、漏洩ガス捕捉手段４０は、上方置換以外の方法で、漏洩したアンモニアガスを捕捉してもよい。
【００２８】
（電池温調システムの動作）
本発明の実施形態に係る電池温調システムが漏洩したアンモニアガスを回収する動作を、図１〜３を用いて説明する。図３は、本実施形態の電池温調システムの動作を説明するフローチャートを示す。
【００２９】
図３において、先ず、電池温調システムは、制御手段の電池監視ユニットの要求により電池の温度を調整するために蒸発器にアンモニアを供給すると同時に、漏洩監視ユニットを起動する（ステップＳ０１）。起動を完了すると、ステップＳ０２に進む。
【００３０】
ステップＳ０２において、電池温調システムは、検出手段により、蒸発器の外部のアンモニアガスの気中濃度の検出を開始する。開始を完了すると、ステップＳ０３に進む。
【００３１】
ステップＳ０３において、電池温調システムは、漏洩監視ユニットにより、アンモニアガスの気中濃度が所定の閾値以上であるか否かを判断する。その後、所定の閾値以上であると判断した場合は、ステップＳ０４に進む。それ以外の場合は、ステップＳ０２に戻り、電池温調システム動作中のアンモニアガスの気中濃度の検出を継続する。具体的には、漏洩監視ユニットは、漏洩ガス捕捉手段の上部に配置されたガス濃度センサ（検出手段）により、蒸発器から漏洩したアンモニアガスの気中濃度を検出する。このとき、漏洩監視ユニットは、検出した気中濃度が所定の濃度以上の場合に、アンモニアガスが蒸発器（水蒸気生成手段）から漏洩していると判断し、ステップＳ０４に進む。
【００３２】
ここで、所定の濃度とは、漏洩ガス捕捉手段の容積若しくは水蒸気生成手段の諸元又はアンモニアの毒性若しくは可燃性に対応する値とすることができる。また、所定の濃度を実験又は数値計算等により予め定められる値とすることができる。
【００３３】
なお、毒性については、気中濃度５ｐｐｍで不快な臭気、５０ｐｐｍで不快が強まり、１００ｐｐｍで眼や鼻に刺激を与える。ここで、人体が耐えられる限界濃度は３００〜５００ｐｐｍである（一般的なアンモニアの許容濃度は５０ｐｐｍである）。また、アンモニアの可燃性については、気中濃度１６〜２５％でアンモニア混合ガスは引火により爆発する。アンモニアガスは比重０．５８（常温常圧下）のため、漏洩したアンモニアガスにより、容器などの上部にアンモニアガスの気層ができる。このため、微量の漏洩量でも、その気層近傍では爆発が起こる場合がある。
【００３４】
次に、ステップＳ０４において、電池温調システムは、制御手段により、水蒸気供給手段の第１の蒸気弁（蒸気供給用蒸気弁）を閉鎖し、電池に水蒸気を供給することを停止する。停止を完了すると、ステップＳ０５に進む。なお、電池温調システムは、電池温調システム外部（運転者など）に、アンモニアガスが漏洩したことを知らせるために、表示手段又は音声などにより、その外部に警告することができる（ステップＳ０４ｂ）。
【００３５】
ステップＳ０５において、電池温調システムは、水蒸気生成手段の第２の蒸気弁（蒸気放出用蒸気弁）により、漏洩ガス捕捉手段の置換容器に捕捉されているアンモニアガスに、水蒸気を放出（噴射）する。具体的には、第２の蒸気弁は、蒸発器の内圧が所定の圧力以上となったときに、蒸発器内部の水蒸気を放出する（図２（ｃ）及び図２（ｄ））。ここで、所定の圧力とは、漏洩したアンモニアガスの気中濃度又は蒸発器の諸元に対応した圧力とすることができる。また、所定の圧力を実験又は数値計算等により予め定められる値とすることができる。第２の蒸気弁による水蒸気の放出後、ステップＳ０６に進む。
【００３６】
ステップＳ０６において、電池温調システムは、放出した水蒸気（ステップＳ０５）がアンモニアガスを溶解して生成したアンモニア水を回収することによって、漏洩したアンモニアガス（気体）をアンモニア水（液体）により回収することができる。このため、電池温調システムは、漏洩したアンモニアガスからアンモニア水を生成し、爆発の可能性を低減することができる。また、電池温調システムは、漏洩したアンモニアガスが車両の車室内へ侵入することを防止し、毒性による人的被害の発生を防止することができる。更に、電池温調システムは、漏洩したアンモニアガスが車外へ拡散することを防止し、二次被害の発生を防止することができる。
【００３７】
なお、生成されたアンモニア水は、処理槽などに排出することができる。また、処理槽などは、アンモニア水をｐＨ約７に中和し、又は、気中濃度が５％以下となるアンモニアガスに希釈することができる。
【００３８】
以上より、本発明に係る電池温調システムは漏洩したアンモニアガスを回収することができる。また、本発明に係る電池温調システムは、アンモニアの気体が漏洩した場合でも、電池温調用の水蒸気に漏洩したアンモニアの気体を溶解することにより、漏洩したアンモニアの気体を回収することができる。更に、本発明に係る電池温調システムは、アンモニアガスの漏洩時の対策用に部品を新たに追加する必要がなく、異常時のみに作動する部品を車両に搭載しないで、漏洩したアンモニアの気体を回収することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００    ：電池温調システム
１０    ：制御手段
１１    ：電池監視ユニット
１２    ：漏洩監視ユニット
１２ｓ  ：検出手段
２０    ：水蒸気生成手段
２１    ：蒸発器
２１ｈ  ：蒸発器のハウジング
２２、２２ａ、２２ｂ：第２の蒸気弁（蒸気放出用蒸気弁）
３０    ：水蒸気供給手段
３１    ：蒸気配管
３２    ：第１の蒸気弁（蒸気供給用蒸気弁）
４０    ：漏洩ガス捕捉手段
４１    ：置換容器
２００    ：電池（二次電池、蓄電池、燃料電池スタック）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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