JP2005197156A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To treat leaked hydrogen so as not to be filled up in an enclosed space even in the case hydrogen leaks from a vehicle in stopping in the enclosed space, with respect to a fuel cell system mounted on a vehicle. <P>SOLUTION: When the vehicle 2 is in the driving stoppage, an air supply means 8 is operated regardless of driving of the vehicle, and air is taken in and the air taken is supplied to a cathode of the fuel cell 4. Thereby, the leaked hydrogen is taken into the cathode together with the air and oxidized by the action of a catalyst of the cathode and converted into water. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気自動車等の移動体に搭載される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system mounted on a moving body such as an electric vehicle.

電気自動車等の移動体の駆動用電源として、水素を燃料として発電する燃料電池システムが知られている。燃料電池システムでは水素の漏れについての対策が重要であり、かねてより様々な提案がなされていた。例えば、特許文献１に記載された従来技術では、燃料電池スタックを収納するケース内に触媒が設けられ、燃料電池スタックから収納ケース内に漏れた水素は触媒によって酸化され水に変換されるようになっている。水素から変換された水は収納ケース内に配置された吸水性高分子シートに吸収され、ファンからの送気によって水蒸気となって収納ケース外に排出される。
特開２００２−９３４３５号公報 実開平５−１７７９５号公報 特開２００２−３７３６８５号公報 特開平８−３１４３６号公報 特開平６−２４１５１４号公報 As a power source for driving a moving body such as an electric vehicle, a fuel cell system that generates power using hydrogen as a fuel is known. In fuel cell systems, measures against hydrogen leakage are important, and various proposals have been made for some time. For example, in the prior art described in Patent Document 1, a catalyst is provided in a case that houses a fuel cell stack, and hydrogen leaking from the fuel cell stack into the housing case is oxidized by the catalyst and converted into water. It has become. The water converted from hydrogen is absorbed by the water-absorbing polymer sheet disposed in the storage case, and is discharged out of the storage case as water vapor by the supply of air from the fan.
JP 2002-93435 A Japanese Utility Model Publication No. 5-17795 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-373585 JP-A-8-31436 JP-A-6-241514

しかしながら、燃料電池システムにおいて水素の漏れる可能性のある部位は燃料電池スタックのみではない。例えば、水素容器からの水素の漏れの可能性もあり、水素容器と燃料電池スタックとの間の水素供給管から水素が漏れる可能性もある。したがって、上記従来技術のように単に燃料電池スタックからの水素の漏れについてのみ対策したのでは、燃料電池システムにおける水素漏れ対策としては十分とは言えない。   However, the fuel cell stack is not the only part where hydrogen may leak in the fuel cell system. For example, hydrogen may leak from the hydrogen container, and hydrogen may leak from the hydrogen supply pipe between the hydrogen container and the fuel cell stack. Therefore, simply taking measures against hydrogen leakage from the fuel cell stack as in the above prior art is not sufficient as a measure against hydrogen leakage in the fuel cell system.

また、上記従来技術では、水素漏れ対策として収納ケースの他、収納ケース内に設ける触媒、吸水性高分子シート、及びファンを必要とするため、構造が複雑化するとともにコストが高くついてしまう。このため、上記従来技術のような水素漏れ対策を燃料電池スタック以外の他の部位に施すことは現実的ではない。また、水素が漏れる可能性がある部位を二重、三重に覆う、例えば、水素容器を二重容器にする等の対策も考えられるが、水素の漏れが生じる可能性と対策コストとの関係から見ればこれも現実的な対策とは言えない。   In addition, the conventional technology requires a catalyst, a water-absorbing polymer sheet, and a fan provided in the storage case in addition to the storage case as a measure against hydrogen leakage, which complicates the structure and increases the cost. For this reason, it is not realistic to take measures against hydrogen leakage as in the above-described prior art on parts other than the fuel cell stack. In addition, measures such as covering the part where hydrogen may leak double or triple, for example, using a hydrogen container as a double container, can be considered, but due to the possibility of hydrogen leakage and the cost of the countermeasure This is not a realistic measure.

水素漏れ対策としては、上記従来技術のようにシステム外部への水素の漏れを防止するという観点からの対策のほかに、漏れた水素による水素濃度の上昇を抑制するという観点からの対策も考えられる。つまり、万が一水素がシステム外部に漏れたとしても、水素が漏れた空間における水素濃度を上昇させなければ、結果的にはシステム外部への水素の漏れを防止するのと同様の効果が得られたことになる。この場合、特に重要なのは移動体が閉鎖空間内に置かれているときの対策である。移動体が開放された空間内にあるときには、水素が漏れたとしても直ぐに空気中に拡散するため、空間内の水素濃度が高まることはない。これに対して移動体が車庫のような閉鎖空間内にあるときには、漏れた水素は閉鎖空間内に充満し、空間内の水素濃度は上昇してしまう。   As measures against hydrogen leaks, in addition to measures from the viewpoint of preventing hydrogen leakage to the outside of the system as in the above prior art, measures from the viewpoint of suppressing the increase in hydrogen concentration due to leaked hydrogen can be considered. . In other words, even if hydrogen leaks outside the system, if the hydrogen concentration in the space where hydrogen leaks is not increased, the same effect as preventing hydrogen leakage outside the system was obtained. It will be. In this case, what is particularly important is a countermeasure when the moving body is placed in a closed space. When the moving body is in an open space, even if hydrogen leaks, it immediately diffuses into the air, so that the hydrogen concentration in the space does not increase. On the other hand, when the moving body is in a closed space such as a garage, the leaked hydrogen fills the closed space, and the hydrogen concentration in the space increases.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、万が一、閉鎖空間内において運転停止中の移動体から水素が漏れた場合でも、漏れた水素を閉鎖空間内に充満させることのないよう処理できるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and even if hydrogen leaks from a moving body that is stopped in the closed space, the leaked hydrogen is filled in the closed space. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be processed so as not to cause any problem.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、移動体に搭載され前記移動体の駆動用電力を発電する燃料電池システムであって、
アノードへの水素の供給とカソードへの酸素の供給を受けて起電力を得る燃料電池と、
エアを取り込み前記カソードにエアを供給するエア供給手段と、
前記移動体の運転停止中に前記移動体の運転とかかわりなく前記エア供給手段を作動させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system that is mounted on a mobile body and generates electric power for driving the mobile body,
A fuel cell that obtains an electromotive force by supplying hydrogen to the anode and oxygen to the cathode; and
Air supply means for taking in air and supplying air to the cathode;
Control means for operating the air supply means regardless of the operation of the moving body while the operation of the moving body is stopped;
It is characterized by having.

第２の発明は、第１の発明において、水素の漏れを検知するガス漏れ検知手段を備え、
前記制御手段は、前記ガス漏れ検知手段によって水素の漏れが検知された際に前記エア供給手段を作動させることを特徴としている。 According to a second invention, there is provided gas leak detection means for detecting hydrogen leak in the first invention,
The control means operates the air supply means when hydrogen leak is detected by the gas leak detection means.

第３の発明は、第２の発明において、前記燃料電池とは別の電力供給手段を備え、
前記ガス漏れ検知手段は前記電力供給手段からの電力の供給を受けて作動することを特徴としている。 A third invention is the second invention, comprising a power supply means different from the fuel cell,
The gas leak detection means operates by receiving power supplied from the power supply means.

第４の発明は、第３の発明において、前記ガス漏れ検知手段は間欠的に作動することを特徴としている。   The fourth invention is characterized in that, in the third invention, the gas leak detection means operates intermittently.

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、前記燃料電池を冷却するための冷却剤を前記燃料電池に供給する冷却剤供給手段を備え、
前記制御手段は、前記エア供給手段を作動させる際に前記冷却剤供給手段も作動させることを特徴としている。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, a coolant supply means for supplying a coolant for cooling the fuel cell to the fuel cell is provided,
The control means operates the coolant supply means when operating the air supply means.

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記エア供給手段により取り込まれたエアが流れる流路内の圧力を調整する調圧弁を備え、
前記制御手段は、前記エア供給手段を作動させる際には前記調圧弁の開度を通常運転時の開度よりも大きくすることを特徴としている。 A sixth invention includes any one of the first to fifth inventions, further comprising a pressure regulating valve that adjusts a pressure in the flow path through which the air taken in by the air supply means flows.
The control means is characterized in that when the air supply means is operated, the opening of the pressure regulating valve is made larger than the opening during normal operation.

第１の発明によれば、移動体の運転停止中に万が一水素が漏れたとしても、漏れた水素はエアと一緒に取り込まれてカソードの触媒の作用により酸化されて水に変換されるので、水素が漏れた空間における水素濃度の上昇は抑制される。また、第１の発明によれば、エア供給手段を作動させるための制御手順の変更で済み、新たに水素を処理するための構成を設ける必要がないという利点もある。   According to the first invention, even if hydrogen leaks during the shutdown of the moving body, the leaked hydrogen is taken together with the air, is oxidized by the action of the cathode catalyst, and is converted into water. The increase in hydrogen concentration in the space where hydrogen leaks is suppressed. Further, according to the first invention, there is an advantage that it is only necessary to change the control procedure for operating the air supply means, and there is no need to newly provide a configuration for treating hydrogen.

第２の発明によれば、水素の漏れが検知されたとき、すなわち、必要なときにしかエア供給手段は作動しないので、省エネルギ化が可能になる。   According to the second invention, since the air supply means operates only when hydrogen leakage is detected, that is, when necessary, energy saving can be achieved.

第３の発明によれば、電力を得るために燃料電池システム全体を作動させる必要がなく、燃料電池システムの作動に伴う余分なエネルギ消費を抑えることができ、省エネルギ化が可能になる。   According to the third aspect of the present invention, it is not necessary to operate the entire fuel cell system in order to obtain electric power, and excess energy consumption associated with the operation of the fuel cell system can be suppressed, and energy saving can be achieved.

第４の発明によれば、ガス漏れ検知手段を常時作動させる場合に比較して電力供給手段の電力消費を抑えることができ、省エネルギ化が可能になる。   According to the fourth aspect of the invention, it is possible to suppress the power consumption of the power supply means as compared with the case where the gas leak detection means is always operated, and energy saving can be achieved.

第５の発明によれば、燃料電池に冷却剤が供給されることで、カソードでの発熱反応による触媒の温度上昇が抑えられ、温度上昇に伴う触媒の劣化が防止される。   According to the fifth aspect, by supplying the coolant to the fuel cell, the temperature rise of the catalyst due to the exothermic reaction at the cathode is suppressed, and deterioration of the catalyst accompanying the temperature rise is prevented.

第６の発明によれば、エア流路内の圧力は通常運転時よりも低くなるので、エア流路にエアを送り込むエア供給手段の仕事量を低減することができ、省エネルギ化が可能になる。   According to the sixth aspect of the invention, the pressure in the air flow path is lower than that during normal operation. Therefore, the work of the air supply means that sends air into the air flow path can be reduced, and energy saving can be achieved. Become.

実施の形態１．
以下、図１を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１としての燃料電池システムの概略構成図である。本燃料電池システムは、電気自動車２に搭載される車両用燃料電池システムとして構成されている。電気自動車２は図示しないモータを原動機として搭載しており、モータの駆動用電源として燃料電池スタック４が搭載されている。 Embodiment 1 FIG.
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as Embodiment 1 of the present invention. This fuel cell system is configured as a vehicle fuel cell system mounted on the electric vehicle 2. The electric vehicle 2 includes a motor (not shown) as a prime mover, and a fuel cell stack 4 is mounted as a power source for driving the motor.

燃料電池スタック４は、燃料電池の単セルが複数枚積層されて構成されている。単セルは、図示は省略するが、プロトン伝導性の電解質膜の両側を触媒電極であるアノード及びカソードで挟まれ、さらにその両側を導電性のセパレータによって挟まれて構成されている。各単セルにおいて、アノードとセパレータとの間には水素を含む燃料ガスが流通するアノードガス流路が形成され、カソードとセパレータとの間には酸素を含む酸化ガスが流通するカソードガス流路が形成されている。また、隣接するセルのセパレータ間には、冷却剤としての冷却水が流通する冷却水流路が形成されている。   The fuel cell stack 4 is configured by stacking a plurality of single cells of a fuel cell. Although not shown, the single cell is configured such that both sides of a proton conductive electrolyte membrane are sandwiched between an anode and a cathode as catalyst electrodes, and both sides are sandwiched between conductive separators. In each single cell, an anode gas flow path through which fuel gas containing hydrogen flows is formed between the anode and the separator, and a cathode gas flow path through which oxidizing gas containing oxygen flows between the cathode and the separator. Is formed. In addition, a cooling water passage through which cooling water as a coolant flows is formed between the separators of adjacent cells.

燃料電池スタック４への燃料ガスの供給は、電気自動車２に搭載されている水素容器１４から行われる。水素容器１４には水素が圧縮された状態で収容されている。水素容器１４は燃料電池スタック４のアノードガス流路に接続され、燃料電池スタック４の発電負荷に応じた流量の水素が水素容器１４から供給されるようになっている。   Fuel gas is supplied to the fuel cell stack 4 from a hydrogen container 14 mounted on the electric vehicle 2. Hydrogen is stored in the hydrogen container 14 in a compressed state. The hydrogen container 14 is connected to the anode gas flow path of the fuel cell stack 4 so that hydrogen at a flow rate corresponding to the power generation load of the fuel cell stack 4 is supplied from the hydrogen container 14.

燃料電池スタック４への酸化ガスの供給は、エア供給管６Ａを介して行われる。エア供給管６Ａは燃料電池スタック４のカソードガス流路の入側に接続され、エア供給管６Ａの途中にはエアポンプ８が配置されている。エアポンプ８の作動によってエア供給管６Ａの開口部６ａからエアが取り込まれ、取り込まれたエアが酸化ガスとしてカソード流路に供給される。なお、燃料電池スタック４のカソードガス流路の出側にはエア排出管６Ｂが接続され、燃料電池スタック４内を流通したエアは、エア排出管６Ｂの開口部６ｂから大気中に放出されるようになっている。エア排出管６Ｂには調圧弁７が配置されており、調圧弁７の開度を制御することで上流のカソードガス流路内を流れるエアの圧力を調整できるようになっている。なお、調圧弁７は燃料電池スタック４の上流側、つまりエア供給管６Ａに配置することも可能であるが、上流に配置するに場合にはエアの圧力を高めるための仕事量がエアポンプ８に要求されるため、好ましくは図示するように燃料電池スタック４の下流側に配置する。   Supply of the oxidizing gas to the fuel cell stack 4 is performed via the air supply pipe 6A. The air supply pipe 6A is connected to the inlet side of the cathode gas flow path of the fuel cell stack 4, and an air pump 8 is arranged in the middle of the air supply pipe 6A. By the operation of the air pump 8, air is taken in from the opening 6a of the air supply pipe 6A, and the taken-in air is supplied to the cathode channel as an oxidizing gas. Note that an air discharge pipe 6B is connected to the outlet side of the cathode gas flow path of the fuel cell stack 4, and the air flowing through the fuel cell stack 4 is released into the atmosphere from the opening 6b of the air discharge pipe 6B. It is like that. A pressure regulating valve 7 is disposed in the air discharge pipe 6B, and the pressure of the air flowing in the upstream cathode gas flow path can be adjusted by controlling the opening degree of the pressure regulating valve 7. The pressure regulating valve 7 can be arranged on the upstream side of the fuel cell stack 4, that is, on the air supply pipe 6 </ b> A. Since it is required, it is preferably arranged downstream of the fuel cell stack 4 as shown.

燃料電池スタック４は、上記のようにアノードに水素が供給されカソードにエアが供給されることで、両触媒電極で電気化学反応が起こり、起電力が発生する仕組みになっている。また、その際、図示しない冷却水ポンプから燃料電池スタック４の冷却水流路に冷却水が供給されることで、反応熱による温度上昇が抑制され、燃料電池スタック４の温度は所望の作動温度に保たれるようになっている。   As described above, the fuel cell stack 4 has a mechanism in which hydrogen is supplied to the anode and air is supplied to the cathode, so that an electrochemical reaction occurs at both catalyst electrodes and an electromotive force is generated. Further, at that time, the cooling water is supplied from the cooling water pump (not shown) to the cooling water flow path of the fuel cell stack 4, so that the temperature rise due to the reaction heat is suppressed, and the temperature of the fuel cell stack 4 becomes the desired operating temperature. It is supposed to be kept.

また、電気自動車２には、燃料電池システム全体を統合制御する制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０が搭載されている。本燃料電池システムでは、このＥＣＵ１０による燃料電池システムの制御、特に、エアポンプ８の制御に特徴がある。以下、詳細に説明する。   Further, the electric vehicle 2 is equipped with an ECU (Electronic Control Unit) 10 as a control device for integrated control of the entire fuel cell system. This fuel cell system is characterized by control of the fuel cell system by the ECU 10, in particular, control of the air pump 8. Details will be described below.

ＥＣＵ１０はバッテリ１８からの電力の供給を受けて動作する。このため、燃料電池スタック４が発電していない燃料電池システムの停止時にも機能することができる。電気自動車２の運転停止に伴い、例えば、車室内の運転スイッチ２０がオフされることで、エアポンプ８等の動作が停止し燃料電池スタック４の発電は停止する。従来の燃料電池システムであれば、再び運転スイッチ２０がオンにされるまで燃料電池システムは機能を停止したままであり、エアポンプ８も作動しない。しかし、本燃料電池システムでは、以下に説明する一定の条件が成立した場合には、まず、ＥＣＵ１０が起動し、次に、ＥＣＵ１０はバッテリ１８からエアポンプ８に電力を供給してエアポンプ８を作動させるようになっている。   The ECU 10 operates upon receiving power supplied from the battery 18. Therefore, the fuel cell stack 4 can function even when the fuel cell system that is not generating power is stopped. When the operation of the electric vehicle 2 is stopped, for example, the operation switch 20 in the passenger compartment is turned off, whereby the operation of the air pump 8 and the like is stopped, and the power generation of the fuel cell stack 4 is stopped. In the case of the conventional fuel cell system, the fuel cell system remains deactivated until the operation switch 20 is turned on again, and the air pump 8 does not operate. However, in the present fuel cell system, when a certain condition described below is satisfied, the ECU 10 is first activated, and then the ECU 10 supplies power from the battery 18 to the air pump 8 to operate the air pump 8. It is like that.

ＥＣＵ１０には水素センサ１２が接続されている。水素センサ１２は周囲の水素濃度を検出し、水素濃度に応じた信号を出力するガスセンサであるが、本実施形態では、ＥＣＵ１０を起動させる起動手段としても機能している。具体的には、運転スイッチ２０がオフされると、バッテリ１８からＥＣＵ１０への通電が停止されＥＣＵ１０はオフされるが、水素センサ１２は運転スイッチ２０のオフ後もバッテリ１８からの電力供給によって動作している。ただし、水素センサ１２は常時動作するのではなく、バッテリ１８の電力消費を抑えるために所定の周期で間欠的に動作するように設定されている。水素センサ１２は、検出した水素濃度が所定濃度（第１所定濃度）を上回ったときに、ＥＣＵ１０にトリガ信号を出力するようになっている。水素センサ１２はＥＣＵ１０の起動スイッチに接続されており、水素センサ１２からトリガ信号が入力されることで起動スイッチがオンになり、バッテリ１８からの通電によってＥＣＵ１０は起動する。   A hydrogen sensor 12 is connected to the ECU 10. The hydrogen sensor 12 is a gas sensor that detects the surrounding hydrogen concentration and outputs a signal corresponding to the hydrogen concentration. In the present embodiment, the hydrogen sensor 12 also functions as an activation unit that activates the ECU 10. Specifically, when the operation switch 20 is turned off, the energization from the battery 18 to the ECU 10 is stopped and the ECU 10 is turned off, but the hydrogen sensor 12 is operated by supplying power from the battery 18 even after the operation switch 20 is turned off. doing. However, the hydrogen sensor 12 is not always operated, but is set to operate intermittently at a predetermined cycle in order to suppress the power consumption of the battery 18. The hydrogen sensor 12 outputs a trigger signal to the ECU 10 when the detected hydrogen concentration exceeds a predetermined concentration (first predetermined concentration). The hydrogen sensor 12 is connected to the start switch of the ECU 10, the start switch is turned on when a trigger signal is input from the hydrogen sensor 12, and the ECU 10 is started by energization from the battery 18.

水素濃度の上昇は、図１に示すように電気自動車２が車庫３０のような閉鎖空間に置かれている状況において、燃料電池システムの何れかの部位から水素が漏れた場合に起こり得る。したがって、水素センサ１２からＥＣＵ１０へのトリガ信号の入力は、燃料電池システムからの水素漏れが検知されたことを意味する。車庫３０のような閉鎖空間で水素が漏れると空間全体に水素が充満することになり好ましくない。   The increase in the hydrogen concentration can occur when hydrogen leaks from any part of the fuel cell system in a situation where the electric vehicle 2 is placed in a closed space such as the garage 30 as shown in FIG. Therefore, the input of the trigger signal from the hydrogen sensor 12 to the ECU 10 means that hydrogen leakage from the fuel cell system has been detected. If hydrogen leaks in a closed space such as the garage 30, the entire space is filled with hydrogen, which is not preferable.

そこで、ＥＣＵ１０は、水素センサ１２からのトリガ信号の入力による起動後、バッテリ１８からエアポンプ８に電力を供給し、エアポンプ８を作動させる。ただし、作動させるのはエアポンプ８のみであり、燃料電池システム全体は作動させない。また、調圧弁７はシステムの通常運転時にはその運転状態に応じた開度に制御されるが、システムの停止時には全開状態にされている。このため、ここでは調圧弁７は全開状態になっており、エアポンプ８は少ない仕事量でエアを取り込み燃料電池スタック４に供給することができる。   Therefore, the ECU 10 supplies power to the air pump 8 from the battery 18 after the activation by the input of the trigger signal from the hydrogen sensor 12, and operates the air pump 8. However, only the air pump 8 is operated, and the entire fuel cell system is not operated. Further, the pressure regulating valve 7 is controlled to an opening degree according to the operation state during normal operation of the system, but is fully opened when the system is stopped. Therefore, here, the pressure regulating valve 7 is fully opened, and the air pump 8 can take in air with a small work amount and supply it to the fuel cell stack 4.

エアポンプ８が作動することで開口部６ａからエア供給管６Ａに車庫３０内のエアが取り込まれるが、同時に車庫３０内のエア中に拡散している水素もエア供給管６Ａに取り込まれる。エア供給管６Ａに取り込まれた水素は、エアとともに燃料電池スタック４のカソードに供給される。カソードには白金等の触媒が担持させられているため、カソードガス流路を流通している間にエア中の水素は酸素と反応して酸化され、水に変換される。生成された水はエアの圧力によって排出管６Ｂに流れ、その開口部６ｂから外部へ排出される。   When the air pump 8 is operated, air in the garage 30 is taken into the air supply pipe 6A from the opening 6a. At the same time, hydrogen diffused in the air in the garage 30 is also taken into the air supply pipe 6A. Hydrogen taken into the air supply pipe 6A is supplied to the cathode of the fuel cell stack 4 together with air. Since a catalyst such as platinum is supported on the cathode, hydrogen in the air reacts with oxygen and is oxidized and converted into water while flowing through the cathode gas flow path. The generated water flows into the discharge pipe 6B by the pressure of air and is discharged to the outside from the opening 6b.

車庫３０内のエアとともにエア供給管６Ａに取り込まれた水素がカソードで酸化されて水に変換されることで、エアポンプ８の作動後、車庫３０内の水素濃度は次第に低下していく。水素濃度の低下は水素センサ１２によって検出され、やがて水素濃度が所定濃度（第２所定濃度：第２所定濃度＜第１所定濃度）を下回った時点でＥＣＵ１０はエアポンプ８を停止させる。エアポンプ８の流量が４ｍ3／ｍｉｎ程度である場合、一般的な小型の車庫３０（４０ｍ3程度の容積）であれば、１０分程度で車庫３０内のエア全体を処理することができる。 The hydrogen taken into the air supply pipe 6A together with the air in the garage 30 is oxidized at the cathode and converted into water, so that the hydrogen concentration in the garage 30 gradually decreases after the air pump 8 is activated. The decrease in the hydrogen concentration is detected by the hydrogen sensor 12, and the ECU 10 stops the air pump 8 when the hydrogen concentration eventually falls below a predetermined concentration (second predetermined concentration: second predetermined concentration <first predetermined concentration). When the flow rate of the air pump 8 is about 4 m 3 / min, if the general small garage 30 (volume of about 40 m 3 ), the entire air in the garage 30 can be processed in about 10 minutes.

エアポンプ８の停止後も水素の漏れが続いている場合には、車庫３０内の水素濃度は再び上昇していくが、その時には再び上記の制御手順によってエアポンプ８が作動させられ、漏れ水素の処理が行われる。なお、電気自動車２が運転中であり燃料電池スタック４の発電が行われている状況では、エアポンプ８が作動してカソードに車庫３０内のエアが取り込まれているので、上記の制御を行わずとも車庫３０内の漏れ水素の処理はおのずと行われている。したがって、上記の制御が必要になるのは、あくまでも車庫３０のような閉鎖空間内に電気自動車２が運転停止状態で置かれている状況である。   If hydrogen leakage continues even after the air pump 8 is stopped, the hydrogen concentration in the garage 30 increases again. At that time, the air pump 8 is operated again by the above-described control procedure, and treatment of the leaked hydrogen is performed. Is done. In the situation where the electric vehicle 2 is in operation and the fuel cell stack 4 is generating power, the air pump 8 is activated and the air in the garage 30 is taken into the cathode, so the above control is not performed. In both cases, leakage hydrogen in the garage 30 is naturally treated. Therefore, the above-described control is necessary only in a situation where the electric vehicle 2 is placed in a closed state in a closed space such as the garage 30.

本燃料電池システムによれば、万が一、車庫３０のような閉鎖空間内において運転停止中の電気自動車２から水素が漏れたとしても、漏れた水素は車庫３０内のエアと一緒にエアポンプ８によって取り込まれ、カソードの触媒の作用により酸化されて水に変換されるので、車庫３０内の水素濃度の上昇は抑制される。また、その効果は水素がシステム内のどの部位から漏れたかにかかわらず得られるものである。さらに、本燃料電池システムは、水素センサ１２の設置とＥＣＵ１０の制御プログラムの変更で実現することができ、新たに水素を処理するための構成を設ける必要がないという利点もある。   According to this fuel cell system, even if hydrogen leaks from the electric vehicle 2 that is stopped in a closed space such as the garage 30, the leaked hydrogen is taken in by the air pump 8 together with the air in the garage 30. Then, it is oxidized and converted into water by the action of the cathode catalyst, so that an increase in the hydrogen concentration in the garage 30 is suppressed. The effect can be obtained regardless of where the hydrogen leaks from the system. Furthermore, the present fuel cell system can be realized by installing the hydrogen sensor 12 and changing the control program of the ECU 10, and there is also an advantage that it is not necessary to newly provide a configuration for processing hydrogen.

実施の形態２．
次に、図２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
上述の実施の形態１では、水素が漏れる閉鎖空間として電気自動車２の置かれている車庫３０を想定しているが、本発明は燃料電池スタック４からその収納ケース内に漏れた水素の処理にも適用可能である。図２は、本発明の実施の形態２としての燃料電池システムの概略構成図である。図２中、実施の形態１と同一の部位については同一の符号を付している。 Embodiment 2. FIG.
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the garage 30 in which the electric vehicle 2 is placed is assumed as a closed space where hydrogen leaks. However, the present invention is used to treat hydrogen leaked from the fuel cell stack 4 into the storage case. Is also applicable. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図２に示すように、燃料電池スタック４は収納ケース２４内に設置されている。収納ケース２４の最上部には換気用の換気孔２６が形成され、換気孔２６は水は透過しないが気などの気体は透過する気体透過膜２８により密封されている。収納ケース２４にはエア供給管１６が接続され、エア供給枝管１６の開口部１６ａが収納ケース２４内に配置されている。エア供給枝管１６は、エアポンプ８の上流側にて切換弁２２を介してエア供給管６Ａに接続されている。また、収納ケース２４内には水素センサ３２が配置されている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 4 is installed in the storage case 24. A ventilation hole 26 for ventilation is formed at the top of the storage case 24, and the ventilation hole 26 is sealed by a gas permeable film 28 that does not transmit water but allows gas such as air to pass through. An air supply pipe 16 is connected to the storage case 24, and an opening 16 a of the air supply branch pipe 16 is disposed in the storage case 24. The air supply branch pipe 16 is connected to the air supply pipe 6 </ b> A via the switching valve 22 on the upstream side of the air pump 8. A hydrogen sensor 32 is arranged in the storage case 24.

エアポンプ８の作動／停止制御と切換弁２２の切換制御は、ＥＣＵ１０にて行われる。ＥＣＵ１０は水素センサ３２からの出力信号に基づいてこれらの制御を行う。具体的には、燃料電池システムの停止中、水素センサ３２によって水素濃度の上昇が検出されたときには、まず、ＥＣＵ１０が起動し、切換弁２２を作動させてエアポンプ８にエア供給管１６を接続するとともに、実施の形態１と同様、バッテリ１８からエアポンプ８に電力を供給してエアポンプ８を作動させる。エアポンプ８が作動することで開口部１６ａからエア供給管１６に収納ケース２４内のエアが取り込まれる。なお、収納ケース２４には気体分離膜２８が設けられているので、収納ケース２４内外の差圧に応じてエアが気体分離膜２８を透過することで、収納ケース２４内の空気量が減少した分、収納ケース２４外から収納ケース２４内にエアが補充される。   The ECU 10 performs operation / stop control of the air pump 8 and switching control of the switching valve 22. The ECU 10 performs these controls based on the output signal from the hydrogen sensor 32. Specifically, when an increase in hydrogen concentration is detected by the hydrogen sensor 32 while the fuel cell system is stopped, first, the ECU 10 is activated to operate the switching valve 22 and connect the air supply pipe 16 to the air pump 8. At the same time, as in the first embodiment, power is supplied from the battery 18 to the air pump 8 to operate the air pump 8. By operating the air pump 8, the air in the storage case 24 is taken into the air supply pipe 16 from the opening 16a. Since the storage case 24 is provided with the gas separation membrane 28, the amount of air in the storage case 24 is reduced by allowing air to permeate the gas separation membrane 28 according to the differential pressure inside and outside the storage case 24. Thus, air is replenished from outside the storage case 24 into the storage case 24.

水素センサ３２は収納ケース２４内に配置されているので、水素センサ３２の出力値の上昇は収納ケース２４内における水素濃度が上昇したこと、すなわち、燃料電池スタック４から水素が漏れていることを意味する。燃料電池スタック４から漏れた水素は収納ケース２４内のエア中に拡散するが、エア供給管１６に収納ケース２４内のエアが取り込まれることで、同時に収納ケース２４内のエア中に拡散している水素もエア供給管１６に取り込まれる。エア供給管１６に取り込まれた水素は、エアとともに燃料電池スタック４のカソードに供給され、触媒の作用によって酸化されて水に変換される。   Since the hydrogen sensor 32 is disposed in the storage case 24, an increase in the output value of the hydrogen sensor 32 indicates that the hydrogen concentration in the storage case 24 has increased, that is, hydrogen has leaked from the fuel cell stack 4. means. Hydrogen leaked from the fuel cell stack 4 diffuses into the air in the storage case 24, but is diffused into the air in the storage case 24 at the same time by the air in the storage case 24 being taken into the air supply pipe 16. Hydrogen that is present is also taken into the air supply pipe 16. Hydrogen taken into the air supply pipe 16 is supplied to the cathode of the fuel cell stack 4 together with air, and is oxidized and converted to water by the action of the catalyst.

このように本燃料電池システムによれば、万が一燃料電池スタック４から水素が漏れたとしても、漏れた水素は収納ケース２４内のエアと一緒にエアポンプ８によって取り込まれ、カソードの触媒の作用により酸化されて水に変換されるので、収納ケース２４内の水素濃度の上昇は抑制される。その結果、収納ケース２４内外での水素分圧の差圧の拡大を抑制して、気体分離膜２８を介しての収納ケース２４内から外部への水素の漏れを抑えることができる。燃料電池システムにおいて水素が漏れる可能性が比較的高いのは燃料電池スタック４であるが、本燃料電池システムの構成を採ることで外部に水素が漏れる可能性を低減することができる。さらに、実施の形態１の構成と併用することで、車庫３０のような閉鎖空間内での水素濃度の上昇をより効果的に抑制することが可能になる   Thus, according to the present fuel cell system, even if hydrogen leaks from the fuel cell stack 4, the leaked hydrogen is taken in by the air pump 8 together with the air in the storage case 24, and is oxidized by the action of the cathode catalyst. Since it is converted into water, an increase in the hydrogen concentration in the storage case 24 is suppressed. As a result, expansion of the differential pressure of the hydrogen partial pressure inside and outside the storage case 24 can be suppressed, and leakage of hydrogen from the inside of the storage case 24 to the outside via the gas separation membrane 28 can be suppressed. The fuel cell stack 4 has a relatively high possibility of hydrogen leakage in the fuel cell system. However, the possibility of hydrogen leakage to the outside can be reduced by adopting the configuration of the fuel cell system. Furthermore, by using together with the configuration of the first embodiment, it becomes possible to more effectively suppress an increase in the hydrogen concentration in a closed space such as the garage 30.

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。 Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.

上述実施の形態では、水素濃度の上昇が検出されたときにエアポンプ８のみを作動させているが、エアポンプ８とともに冷却水ポンプも作動させるようにしてもよい。冷却水ポンプの駆動用電力はバッテリ１８から供給する。冷却水ポンプを作動させることで燃料電池スタック４の冷却水流路に冷却水が供給されるので、カソードでの発熱反応による触媒の温度上昇が抑えられ、温度上昇に伴う触媒の劣化が防止される。   In the above-described embodiment, only the air pump 8 is operated when an increase in the hydrogen concentration is detected, but the cooling water pump may be operated together with the air pump 8. Electric power for driving the cooling water pump is supplied from the battery 18. Since the cooling water is supplied to the cooling water flow path of the fuel cell stack 4 by operating the cooling water pump, the temperature rise of the catalyst due to the exothermic reaction at the cathode is suppressed, and the deterioration of the catalyst due to the temperature rise is prevented. .

また、水素濃度の上昇が検出されたときに燃料電池システム全体を作動させるようにしてもよい。つまり、エアポンプ８や冷却水ポンプを作動させるとともに水素容器１４からの水素供給も行い、燃料電池スタック４を機能させて発電を行う。そして、発電で得られた電力をエアポンプ８や冷却水ポンプに供給する。これによれば、バッテリ１８の充電量の低下を防止することができる。また、バッテリ１８の充電量を検出して、バッテリ１８の充電量が所定値以上のときにはバッテリ１８から電力供給を行い、バッテリ１８の充電量が所定値以下になったときに燃料電池システム全体を作動させるようにしてもよい。ただし、燃料電池システム全体を作動させる場合には、調圧弁７の開度は通常運転時の開度よりも大きい開度、望ましくは全開状態にする。調圧弁７の開度を通常運転時の開度よりも大きくすることで、エアポンプ８の仕事量を軽減して省エネルギ化を図ることができる。   Further, the entire fuel cell system may be operated when an increase in the hydrogen concentration is detected. That is, the air pump 8 and the cooling water pump are operated and hydrogen is supplied from the hydrogen container 14 to generate power by causing the fuel cell stack 4 to function. And the electric power obtained by electric power generation is supplied to the air pump 8 or a cooling water pump. According to this, the fall of the charge amount of the battery 18 can be prevented. Further, the amount of charge of the battery 18 is detected, and power is supplied from the battery 18 when the amount of charge of the battery 18 is equal to or greater than a predetermined value. When the amount of charge of the battery 18 becomes less than the predetermined value, the entire fuel cell system is You may make it operate. However, when the entire fuel cell system is operated, the opening of the pressure regulating valve 7 is set to an opening larger than the opening during normal operation, preferably in a fully open state. By making the opening of the pressure regulating valve 7 larger than the opening during normal operation, the work of the air pump 8 can be reduced and energy saving can be achieved.

また、上述の実施の形態では、水素の漏れを水素濃度センサによって検知しているが、その他の手段によっても水素の漏れを検知することができる。例えば、水素容器からの水素漏れの可能性が比較的高いならば、圧力センサにより水素容器内の圧力を測定することで、水素容器内の圧力の低下から水素容器内のガス量の低下、すなわち水素の漏れを検知することができる。この場合、温度センサにより水素容器内のガス温度も測定し、ガス温度によって水素容器内のガス量を補正すれば、より正確に水素の漏れを検知することができる。   In the above-described embodiment, hydrogen leakage is detected by the hydrogen concentration sensor, but hydrogen leakage can also be detected by other means. For example, if the possibility of hydrogen leakage from the hydrogen container is relatively high, the pressure in the hydrogen container is measured by a pressure sensor, so that the gas amount in the hydrogen container is decreased from the decrease in the pressure in the hydrogen container. Hydrogen leakage can be detected. In this case, if the gas temperature in the hydrogen container is also measured by the temperature sensor and the gas amount in the hydrogen container is corrected based on the gas temperature, leakage of hydrogen can be detected more accurately.

さらに、上述の実施の形態では、水素濃度を検出して水素濃度が上昇したときにエアポンプ８を作動させているが、電気自動車２の運転停止中、水素濃度の上昇にかかわらずエアポンプ８を作動させるようにしてもよい。例えば、運転スイッチ２０のオフ後、所定の周期で所定時間エアポンプ８を作動させるようにしてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the air pump 8 is operated when the hydrogen concentration is increased by detecting the hydrogen concentration. However, the air pump 8 is operated regardless of the increase in the hydrogen concentration while the electric vehicle 2 is stopped. You may make it make it. For example, after the operation switch 20 is turned off, the air pump 8 may be operated at a predetermined period for a predetermined time.

本発明の実施の形態１としての燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell system as Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２としての燃料電池システムの要部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the principal part of the fuel cell system as Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２ 電気自動車
４ 燃料電池スタック
６Ａ エア供給管
６Ｂ エア排出管
７ 調圧弁
８ エアポンプ
１０ ＥＣＵ
１２ 水素センサ
１４ 水素容器
１６ エア供給管
１８ バッテリ
２０ 運転スイッチ
２２ 切換弁
２４ 収納ケース
２８ 気体分離膜
３０ 車庫
３２ 水素センサ 2 Electric vehicle 4 Fuel cell stack 6A Air supply pipe 6B Air discharge pipe 7 Pressure regulating valve 8 Air pump 10 ECU
12 Hydrogen sensor 14 Hydrogen container 16 Air supply pipe 18 Battery 20 Operation switch 22 Switching valve 24 Storage case 28 Gas separation membrane 30 Garage 32 Hydrogen sensor

Claims (6)

移動体に搭載され前記移動体の駆動用電力を発電する燃料電池システムであって、
アノードへの水素の供給とカソードへの酸素の供給を受けて起電力を得る燃料電池と、
エアを取り込み前記カソードにエアを供給するエア供給手段と、
前記移動体の運転停止中に前記移動体の運転とかかわりなく前記エア供給手段を作動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system mounted on a mobile body and generating electric power for driving the mobile body,
A fuel cell that obtains an electromotive force by supplying hydrogen to the anode and oxygen to the cathode; and
Air supply means for taking in air and supplying air to the cathode;
Control means for operating the air supply means regardless of the operation of the moving body while the operation of the moving body is stopped;
A fuel cell system comprising: 水素の漏れを検知するガス漏れ検知手段を備え、
前記制御手段は、前記ガス漏れ検知手段によって水素の漏れが検知された際に前記エア供給手段を作動させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 Equipped with gas leak detection means to detect hydrogen leak,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means operates the air supply means when hydrogen leak is detected by the gas leak detection means. 前記燃料電池とは別の電力供給手段を備え、
前記ガス漏れ検知手段は前記電力供給手段からの電力の供給を受けて作動することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 A power supply means different from the fuel cell;
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the gas leak detection means operates upon receiving power supplied from the power supply means. 前記ガス漏れ検知手段は間欠的に作動することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the gas leak detection means operates intermittently. 前記燃料電池を冷却するための冷却剤を前記燃料電池に供給する冷却剤供給手段を備え、
前記制御手段は、前記エア供給手段を作動させる際に前記冷却剤供給手段も作動させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料電池システム。 A coolant supply means for supplying the fuel cell with a coolant for cooling the fuel cell;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit also operates the coolant supply unit when the air supply unit is operated. 前記エア供給手段により取り込まれたエアが流れる流路内の圧力を調整する調圧弁を備え、
前記制御手段は、前記エア供給手段を作動させる際には前記調圧弁の開度を通常運転時の開度よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の燃料電池システム。 A pressure regulating valve for adjusting the pressure in the flow path through which the air taken in by the air supply means flows;
The said control means makes the opening degree of the said pressure regulation valve larger than the opening degree at the time of a normal driving | operation, when operating the said air supply means. Fuel cell system.
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