JP2005322579A - Fuel cell hydrogen gas leak detector - Google Patents
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Abstract
【課題】水素ガス以外の気体の影響を受け易い小型で安価な水素ガスセンサを用いても水素ガスの漏洩を精度良く検知できるようにし、よって装置の大型化やコストアップを抑制するようにした燃料電池の水素ガス漏洩検知装置を提供する。
【解決手段】燃料電池12を収容するケース14と、ケース14の外部の水素ガス濃度を示す値(V1)を出力する第1のセンサ130と、ケース14の内部の水素ガス濃度を示す値(V2)を出力する第2のセンサ132とを設けると共に、各センサ130,132の出力V1,V2の偏差に基づいて水素ガスの漏洩を検知する。
【選択図】図1A fuel capable of accurately detecting leakage of hydrogen gas even by using a small and inexpensive hydrogen gas sensor that is easily affected by gas other than hydrogen gas, thereby suppressing an increase in size and cost of the apparatus. A hydrogen gas leakage detection device for a battery is provided.
A case housing a fuel cell, a first sensor that outputs a value (V1) indicating a hydrogen gas concentration outside the case, and a value indicating a hydrogen gas concentration inside the case (see FIG. And a second sensor 132 that outputs V2), and detects leakage of hydrogen gas based on the deviation between the outputs V1 and V2 of the sensors 130 and 132.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、燃料電池の水素ガス漏洩検知装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen gas leak detection device for a fuel cell.
従来、燃料電池に供給される水素ガスの漏洩を検知する燃料電池の水素ガス漏洩検知装置が提案されている。例えば特許文献1に記載される装置にあっては、燃料電池を収容したケースに水素ガスを検出するセンサを取り付け、前記ケース内の水素ガス濃度を測定することによって水素ガスの漏洩を検知するように構成している。
水素ガスの漏洩を精度良く検知するには、検出精度の高い水素ガスセンサを使用することが望ましい。しかしながら、検出精度の高い水素ガスセンサは、一般に大型かつ高価であり、装置の大型化やコストアップに繋がるという不具合があった。一方、比較的小型で安価なセンサは、水素ガス以外の気体の影響を受け易い(水素ガス以外の気体にも反応して出力が変動する)ため、検出精度の点で必ずしも満足できるものではなかった。 In order to accurately detect leakage of hydrogen gas, it is desirable to use a hydrogen gas sensor with high detection accuracy. However, a hydrogen gas sensor with high detection accuracy is generally large and expensive, and there is a problem that the apparatus is increased in size and cost. On the other hand, a relatively small and inexpensive sensor is easily affected by a gas other than hydrogen gas (the output fluctuates in response to a gas other than hydrogen gas) and is not always satisfactory in terms of detection accuracy. It was.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、水素ガス以外の気体の影響を受け易い小型で安価な水素ガスセンサを用いても水素ガスの漏洩を精度良く検知できるようにし、よって装置の大型化やコストアップを抑制するようにした燃料電池の水素ガス漏洩検知装置を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-described problems, and to detect leakage of hydrogen gas with high accuracy even when using a small and inexpensive hydrogen gas sensor that is easily affected by gas other than hydrogen gas. An object of the present invention is to provide a hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell that suppresses the increase in cost and cost.
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、燃料電池に供給される水素ガスの漏洩を検知する燃料電池の水素ガス漏洩検知装置において、前記燃料電池を収容するケースと、前記ケースの外部の水素ガス濃度を示す値を出力する第1のセンサと、前記ケースの内部の水素ガス濃度を示す値を出力する第2のセンサと、前記第1のセンサと前記第2のセンサの出力の偏差に基づいて前記水素ガスの漏洩を検知する漏洩検知手段とを備えるように構成した。 In order to solve the above-mentioned object, in claim 1, in a hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell that detects leakage of hydrogen gas supplied to a fuel cell, a case for housing the fuel cell, A first sensor that outputs a value indicating a hydrogen gas concentration outside the case; a second sensor that outputs a value indicating the hydrogen gas concentration inside the case; the first sensor and the second sensor; Leakage detection means for detecting leakage of the hydrogen gas based on the output deviation.
また、請求項2にあっては、前記第1および第2のセンサが、自己発熱サーミスタからなるように構成した。 According to a second aspect of the present invention, the first and second sensors are constituted by self-heating thermistors.
請求項1に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置にあっては、燃料電池に供給される水素ガスの漏洩を検知する燃料電池の水素ガス漏洩検知装置において、前記燃料電池を収容するケースと、前記ケースの外部の水素ガス濃度を示す値を出力する第1のセンサと、前記ケースの内部の水素ガス濃度を示す値を出力する第2のセンサと、前記第1のセンサと前記第2のセンサの出力の偏差に基づいて前記水素ガスの漏洩を検知する漏洩検知手段とを備えるように構成した、換言すれば、各センサの出力の偏差を求めることによって水素ガス以外の気体に起因する出力変動を相殺し、ケース内に漏洩した水素ガスに起因する出力変動のみを検知するようにしたので、水素ガス以外の気体の影響を受け易い小型で安価なセンサを用いても水素ガスの漏洩を精度良く検知することができ、よって装置の大型化やコストアップも抑制することができる。 In the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to claim 1, in the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell that detects leakage of hydrogen gas supplied to the fuel cell, a case for housing the fuel cell; A first sensor that outputs a value indicating the hydrogen gas concentration outside the case; a second sensor that outputs a value indicating the hydrogen gas concentration inside the case; the first sensor; and the second sensor. And a leakage detection means for detecting leakage of the hydrogen gas based on a deviation in the output of the sensor. In other words, an output caused by a gas other than hydrogen gas by obtaining a deviation in the output of each sensor. Since fluctuations are offset and only output fluctuations due to hydrogen gas leaking into the case are detected, hydrogen gas can be detected even if a small and inexpensive sensor that is easily affected by gases other than hydrogen gas is used. Motor can be detected accurately, thus size and cost of the apparatus can be suppressed.
また、請求項2に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置にあっては、前記第1および第2のセンサが、自己発熱サーミスタ(具体的には、熱伝導式の水素ガスセンサ)からなるように構成したので、装置の大型化やコストアップをより効果的に抑制することができる。また、従来から広く利用されている自己発熱サーミスタを用いることで、装置の信頼性を向上させることができる。
In the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to
以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置の最良の実施の形態について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode of a hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の第1実施例に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置を燃料電池ユニットの一部として示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention as part of a fuel cell unit.
図1において、符合10は、第1実施例に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置を備えた発電ユニットを示す。発電ユニット10は、燃料電池12や後述する配管類など、発電に必要な要素がケース14に収容され、携帯自在な大きさにパッケージ化されてなる。
In FIG. 1,
燃料電池12(具体的には積層体(セルスタック))は、単電池(セル)16を複数個、具体的には70個積層して形成され、定格出力1.05kwを発生する。尚、単電池16は、電解質膜(固体高分子膜)と、それを挟持する空気極(カソード電極)と燃料極(アノード電極)と、それらの外側に配置されるセパレータとからなる公知の固体高分子型燃料電池であり、詳しい説明は省略する。
The fuel cell 12 (specifically, a stacked body (cell stack)) is formed by stacking a plurality of, specifically 70, single cells (cells) 16 and generates a rated output of 1.05 kW. The
燃料電池12には、燃料電池12に冷却空気と反応空気を供給する空気供給系20が接続される。空気供給系20は、冷却空気および反応空気を吸引するエアブロワ22と、エアブロワ22の吐出口(図示せず)を燃料電池12の冷却空気流路(図示せず)に接続する冷却空気供給路24と、エアブロワ22の吐出口を燃料電池12の空気極に接続する反応空気供給路26と、エアブロワ22の吸入口(図示せず)をケース14の外部に連通する吸気管28とからなる。尚、吸気管28には、ケース14の内部に連通する連通口28aが設けられる。
An
また、燃料電池12には、燃料電池12に水素ガスを供給する水素ガス供給系30が接続される。水素ガス供給系30は、水素を高圧で封入した水素ガスボンベ32と、水素ガスボンベ32を燃料電池12に接続する流路34a〜34dと、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。
In addition, a hydrogen
水素ガスボンベ32は、ケース14の外部から手動で操作自在なボンベバルブ36を介してレギュレータ38に接続され、レギュレータ38は、第1の流路34aを介してエジェクタ40に接続される。第1の流路34aの途中には、ケース14の外部から手動で操作自在なメインバルブ42が配置されると共に、メインバルブ42をバイパスする第2の流路34bが接続される。第2の流路34bの途中には、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が配置される。
The
エジェクタ40は、第3の流路34cおよび第4の流路34dを介して燃料電池12の各燃料極に接続される。尚、第3の流路34cが供給側の流路であり、第4の流路34dが排出側の流路である。
The
また、第1の流路34aにおいてメインバルブ42の下流には、パージガス(不活性ガス。例えば窒素ガス)を燃料電池12に供給する窒素ガス供給系50が接続される。窒素ガス供給系50は、窒素を高圧で封入した窒素ガスボンベ52と、窒素ガスボンベ52を第1の流路34aに接続する第5の流路54と、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。
Further, a nitrogen
窒素ガスボンベ52は、ケース14の外部から手動で操作自在なボンベバルブ56を介してレギュレータ58に接続され、レギュレータ58は、第5の流路54を介して第1の流路34aに接続される。また、第5の流路54の途中には、第3の電磁バルブ60が配置される。
The
燃料電池12には、さらに空気排出系70が接続される。空気排出系70は、エキゾーストマニホールド72と、燃料電池12をエキゾーストマニホールド72に接続する空気排出路74とからなる。空気排出路74は、冷却空気排出路74aと反応空気排出路74bに分岐されてそれぞれ燃料電池12の冷却空気流路と空気極に接続される。
An
また、前記したエジェクタ40には、パージガス排出系80が接続される。パージガス排出系80は、エジェクタ40をエキゾーストマニホールド72に接続するパージガス排出路82と、パージガス排出路82の途中に配置された第4の電磁バルブ84とからなる。
A purge
尚、図1において、水素ガスやパージガスの流路となる各流路を太い実線で示し、空気の流路となる各流路を2重線で示した。 In FIG. 1, each flow path serving as a flow path for hydrogen gas and purge gas is indicated by a thick solid line, and each flow path serving as a flow path for air is indicated by a double line.
図1の説明を続けると、ケース14の内部には、電装ボックス100が配置される。電装ボックス100には、第1のDC−DCコンバータ102と、リレー104と、第2のDC−DCコンバータ106と、マイクロコンピュータからなるECU(電子制御ユニット)110とが収容される。
Continuing the description of FIG. 1, the
燃料電池12の出力端子は、電装ボックス100に収容された第1のDC−DCコンバータ102とリレー104を介して図示しない外部機器に接続されると共に、第2のDC−DCコンバータ106を介してECU110に接続される。ECU110には、ケース14の外部から手動でオン・オフ自在な運転スイッチ112が接続されると共に、前記したリレー104が接続される。
The output terminal of the
また、電装ボックス100には、ケース14の外部と電装ボックス100の内部を連通する換気口120が設けられると共に、電装ボックス100の内部とケース14の内部を連通する排気口122が設けられる。
In addition, the
ケース14の外部において換気口120の付近には、第1のセンサ130が配置される。また、ケース14の内部において前記した連通口28aの付近には、第2のセンサ132が配置される。第1のセンサ130と第2のセンサ132は、自己発熱サーミスタからなる熱伝導式の水素ガスセンサであり、同一(同種)のものが使用される。第1のセンサ130は、ケース14の外部の水素ガス濃度を示す値(電圧)を出力し、その出力V1はECU110に入力される。また、第2のセンサ132は、ケース14の内部の水素ガス濃度を示す値(電圧)を出力し、その出力V2はECU110に入力される。
A
次いで、上記した構成を前提に燃料電池12の発電動作について説明する。
Next, the power generation operation of the
水素ガスボンベ32に封入された高圧の水素は、ボンベバルブ36が手動で開弁されることによってレギュレータ38に供給される。レギュレータ38で減圧、調圧された水素ガスは、メインバルブ42が手動で操作(開弁)されることによって第1の流路34aを介してエジェクタ40に供給され、さらに第3の流路34cを介して燃料電池12の燃料極に供給される。尚、図1に示す第1から第4の電磁バルブ44,46,60,84は、燃料電池12の非運転時に水素ガスや窒素ガスが外部に流出するのを防止するため、燃料電池12の運転終了時に全て閉弁されているものとする。換言すれば、第1から第4の電磁バルブ44,46,60,84は、いずれもノーマル・クローズ型の電磁バルブ(非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁バルブ)である。
The high-pressure hydrogen sealed in the
燃料電池12の各単電池16では、燃料極に供給された水素ガスが空気極に存在する反応空気(酸素)と電気化学反応を生じることにより、発電が開始される。尚、燃料極に供給された水素ガスのうち、空気との電気化学反応に供されなかった未反応ガスは、第4の流路34dを介してエジェクタ40に還流され、第3の流路34cを介して再度燃料極に供給される。
In each
燃料電池12の発電が開始されると、その電力は第2のDC−DCコンバータ106で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、ECU110に動作電源として供給される。
When the power generation of the
電力の供給を受けて起動させられたECU110は、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を開弁し、第2の流路34bを介して水素ガスを燃料電池12に供給する。
The
また、ECU110は、エアブロワ22を動作させて冷却空気と反応空気を燃料電池12に供給すると共に、ケース14の内部を換気する。具体的には、エアブロワ22が動作することにより、吸気管28を介してケース14の外部から空気(冷却空気と反応空気)が吸入される。また、それと同時に、電装ボックスの換気口120からも空気が吸入される。換気口120から吸入された空気は、電装ボックス100の内部を冷却して排気口122から排出される。排気口122から排出された空気は、ケース14の内部を通過した後、連通口28aから吸気管28へと流入し、冷却空気または反応空気として燃料電池12に供給される。
Further, the
燃料電池12を通過した冷却空気と反応空気は、それぞれ冷却空気排出路74aと反応空気排出路74bを介して燃料電池12の内部から流出した後、エキゾーストマニホールド72を介して外部へと排出される。これにより、ケース14の内部は常に換気される。
The cooling air and the reaction air that have passed through the
尚、ECU110が起動して第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が開弁されると、メインバルブ42を手動で操作する必要がなくなる。このため、ECU110は、燃料電池12の発電が開始されてECU110が起動したこと、換言すれば、外部機器への電力供給の準備が整ったことを、音声や表示などの適宜な報知手段(図示せず)を介して操作者に報知する。
When the
そして、外部機器への電力供給の準備が整ったことを知った操作者によって運転スイッチ112が手動で操作(オン)されると、ECU110は、リレー104を動作させて第1のDC−DCコンバータ102と外部機器を導通させる。これにより、燃料電池12で発電された電力は、第1のDC−DCコンバータ102で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、リレー104を介して外部機器へと供給される。
Then, when the
また、ECU110は、図示しない電圧センサの出力に基づき、各電磁バルブを動作させて燃料電池12のパージを実行する。具体的には、電圧センサの検出値が所定値以下に低下したとき、第2の流路34bに配置された第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を閉弁すると共に、第5の流路54に配置された第3の電磁バルブ60とパージガス排出路82に配置された第4の電磁バルブ84を開弁する。
The
これにより、水素ガスの供給が遮断される一方、窒素ガスボンベ52に封入された高圧の窒素がボンベバルブ56を介してレギュレータ58に供給され、そこで減圧、調圧された後に第5の流路54、エジェクタ40および第3の流路34cを介して燃料電池12の燃料極に供給される。尚、ボンベバルブ56は、燃料電池12の運転開始時に操作者によって予め開弁されるものとする。
As a result, the supply of hydrogen gas is cut off, while the high-pressure nitrogen sealed in the
燃料極に供給された窒素ガスは、燃料極内に滞留した不反応ガスや生成水を燃料電池12内から押し出しつつ、第4の流路34d、エジェクタ40、パージガス排出路82およびエキゾーストマニホールド72を介して外部に排出される。
The nitrogen gas supplied to the fuel electrode pushes the
また、ECU110は、第1のセンサ130と第2のセンサ132の出力V1,V2に基づいて水素ガスの漏洩を検知する、具体的には、燃料電池12や水素ガス供給系30から水素ガスが漏洩し、ケース14内の水素ガス濃度が上昇していないか否か判断する。
The
以下、水素ガスの漏洩検知について説明する。 Hereinafter, detection of leakage of hydrogen gas will be described.
上記したように、第1のセンサ130と第2のセンサ132は、共に自己発熱サーミスタからなる熱伝導式の水素ガスセンサである。
As described above, each of the
ここで、第1のセンサ130と第2のセンサ132について説明する。自己発熱させられた(具体的には、所定の温度となるように所定の電流が供給された)サーミスタの熱放散定数は、サーミスタ素子の周囲に存在する気体の熱伝導率に依存する。即ち、自己発熱サーミスタの出力は、周囲に存在する気体の熱伝導率に応じて変動する。
Here, the
気体の熱伝導率は、その湿度に応じて変化する。そのため、自己発熱サーミスタは、小型で安価なこともあり、従来、絶対湿度センサとして広く利用されてきた。 The thermal conductivity of the gas changes according to its humidity. Therefore, the self-heating thermistor is small and inexpensive, and has been widely used as an absolute humidity sensor.
また、気体の熱伝導率は、その種類によっても相違する。従って、自己発熱サーミスタは、特定のガスを検知するガスセンサとしても応用することができる。第1のセンサ130と第2のセンサ132は、かかる特性を利用して水素ガスの濃度を測定するものである。
Further, the thermal conductivity of the gas varies depending on the type. Therefore, the self-heating thermistor can also be applied as a gas sensor for detecting a specific gas. The
但し、熱伝導式のガスセンサは、雰囲気中に測定対象以外の気体が存在していると、それらの影響を受けて測定誤差を生じる。そこで、この発明に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置にあっては、水素ガスセンサとして小型で安価な自己発熱サーミスタを用いつつ、水素ガス以外の気体の影響を解消することで、水素ガスの漏洩を精度良く検知するようにした。 However, if a gas other than the measurement target is present in the atmosphere, the heat conduction type gas sensor is affected by them and causes a measurement error. Therefore, in the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to the present invention, the hydrogen gas leakage is eliminated by eliminating the influence of gas other than hydrogen gas while using a small and inexpensive self-heating thermistor as the hydrogen gas sensor. Was detected accurately.
図1に示すように、第1のセンサ130は、ケース14の外部において換気口120の付近に配置されることから、その出力V1はケース14の外部(具体的には、ケース14の外部から内部へと導入されつつある空気中)の水素ガス濃度を示す。これに対し、第2のセンサ132は、ケース14の内部において連通口28aの付近に配置されることから、その出力V2はケース14の内部(具体的には、ケース14の内部から外部へと排出されつつある空気中)の水素ガス濃度を示す。
As shown in FIG. 1, since the
前述したように、ケース14の内部は常に換気されていることから、ケース14内の気体成分と外部の気体成分とは、通常、一致する。即ち、第1のセンサ130と第2のセンサ132の出力は、通常、一致する。一方、水素ガスの漏洩が生じると、ケース14内の水素ガス濃度が上昇し、第1のセンサ130と第2のセンサ132の出力に差異が生じる。
As described above, since the inside of the
そこで、この発明に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置にあっては、第1のセンサ130の出力V1と第2のセンサ132の出力V2の偏差に基づいて水素ガスの漏洩を検知するようにした。
Therefore, in the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to the present invention, the leakage of hydrogen gas is detected based on the deviation between the output V1 of the
図2は、この発明に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置の動作を示すフローチャートである。図示のプログラムは、ECU110で所定の周期毎(例えば100msec毎)に実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to the present invention. The illustrated program is executed by the
以下説明すると、先ずS10において、第2のセンサ132の出力V2から第1のセンサ130の出力V1を減算し、偏差ΔVを算出する。即ち、第1のセンサ130と第2のセンサ132の出力偏差を求めることにより、水素ガス以外の気体に起因する出力変動を相殺し、ケース14内に漏洩した水素ガスに起因する出力変動のみを検知するようにした。
In the following, first, in S10, the output V1 of the
次いでS12に進み、算出した偏差ΔVが所定値Cを上回っているか否か判断する。S12で否定されるときは、S14に進んで水素ガスの漏洩は発生していないと判定する。他方、S12で肯定されるときはS16に進み、水素ガスの漏洩が発生していると判定すると共に、さらにS18に進んで危険回避動作を実行する。具体的には、適宜な報知手段によって操作者に水素ガスが漏洩していることを報知すると共に、第1および第2の電磁バルブ44,46を閉弁して燃料電池12への水素ガスの供給を停止する。
Next, in S12, it is determined whether or not the calculated deviation ΔV exceeds a predetermined value C. When the result in S12 is negative, the program proceeds to S14, where it is determined that no leakage of hydrogen gas has occurred. On the other hand, when the result in S12 is affirmative, the program proceeds to S16, in which it is determined that hydrogen gas has leaked, and the program further proceeds to S18 to execute a danger avoidance operation. Specifically, an appropriate notification means notifies the operator that hydrogen gas is leaking, and the first and second
次いで、上記した水素ガスの漏洩検知について、具体的な数値を挙げて説明する。 Next, the hydrogen gas leakage detection will be described with specific numerical values.
図3は、各種ガスの濃度に対する第1のセンサ130と第2のセンサ132の出力特性を示す特性図である。尚、図示の特性は、第1のセンサ130と第2のセンサ132として、株式会社大泉製作所の自己発熱サーミスタ(産業用絶対湿度センサ D5AH-05B3-1240)を使用したときのものである。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing output characteristics of the
第1および第2のセンサ130,132の出力V1,V2は、雰囲気温度が30[℃]未満、相対湿度が80[%]未満であるとき、水素ガスの濃度が0[%]であれば、0〜4(±1)[mV]を示す。尚、0〜4[mV]の出力変動は、気温と相対湿度に起因するものである。また、±1[mV]は、製造バラツキに起因する公差である。
The outputs V1 and V2 of the first and
一方、ケース14内の水素ガス濃度が0.1[vol%]上昇すると、図3に示す如く、第1および第2のセンサ130,132の出力V1,V2は約1[mV]上昇する。
On the other hand, when the hydrogen gas concentration in the
ところで、空気中における水素ガスの爆発限界は、4[vol%]程度である。従って、水素ガスの漏洩は、4[vol%]よりも十分に低い濃度で検知できることが望ましい。 By the way, the explosion limit of hydrogen gas in the air is about 4 [vol%]. Therefore, it is desirable that the leakage of hydrogen gas can be detected at a concentration sufficiently lower than 4 [vol%].
そこで、この実施例にあっては、前記した所定値Cを7[mV]に設定した。これにより、ケース14内の水素ガス濃度が爆発限界よりも十分に低い0.7(±1)[vol%]に達する前に漏洩を検知することができる。
Therefore, in this embodiment, the predetermined value C is set to 7 [mV]. Thereby, leakage can be detected before the hydrogen gas concentration in the
また、例えばメタンガスなどを改質して水素ガスを得るようにした場合には、ケース14内にメタンガスや二酸化炭素が漏洩するおそれがある。しかしながら、メタンガスや二酸化炭素は水素ガスに比して熱伝導率が小さいことから、図3に示すように、それらの濃度変化に対する第1および第2のセンサ130,132の出力変動は小さい。
For example, when hydrogen gas is obtained by reforming methane gas or the like, methane gas or carbon dioxide may leak into the
具体的には、メタンガスの濃度が1[vol%]上昇すると、図3に示す如く、第1および第2のセンサ130,132の出力V1,V2は約1.1[mV]上昇する。一方、二酸化炭素の濃度が1[vol%]上昇すると、各センサ130,132の出力V1,V2は約1[mV]低下する。このように、メタンガスや二酸化炭素の濃度変化に対する第1および第2のセンサ130,132の出力変動は、水素ガスのそれに比して十分に小さい(10分の1程度)ことから、仮にケース14内にメタンガスや二酸化炭素が漏洩したとしても、水素ガスの漏洩検知を精度良く行うことができる。
Specifically, when the concentration of methane gas increases by 1 [vol%], the outputs V1 and V2 of the first and
また、図3に示すように、水蒸気の濃度変化に対する第1および第2のセンサ130,132の出力変動も、水素ガスのそれに比して十分に小さいことから、ケース14の内外で湿度差が生じた場合であっても、水素ガスの漏洩検知を精度良く行うことができる。
Further, as shown in FIG. 3, the output fluctuation of the first and
このように、この発明の第1実施例に係る燃料電池の水素ガス漏洩検知装置にあっては、燃料電池12やそれに接続された水素ガス供給系30などを収容するケース14と、ケース14の外部の水素ガス濃度を示す値(V1)を出力する第1のセンサ130と、ケース14の内部の水素ガス濃度を示す値(V2)を出力する第2のセンサ132とを設けると共に、各センサ130,132の出力V1,V2の偏差ΔVに基づいて水素ガスの漏洩を検知するようにした、換言すれば、偏差ΔVを求めることによって水素ガス以外の気体に起因する出力変動を相殺し、ケース14内に漏洩した水素ガスに起因する出力変動のみを検知するようにしたので、水素ガス以外の気体の影響を受け易い小型で安価なセンサを用いても水素ガスの漏洩を精度良く検知することができ、よって装置の大型化やコストアップを抑制することができる。
As described above, in the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention, the
特に、第1および第2のセンサ130,132を小型で安価な自己発熱サーミスタ(熱伝導式の水素ガスセンサ)としたので、装置の大型化やコストアップをより効果的に抑制することができる。また、従来から広く利用されている自己発熱サーミスタを用いることで、装置の信頼性を向上させることができる。
In particular, since the first and
以上のように、この発明の第1実施例にあっては、燃料電池(12)に供給される水素ガスの漏洩を検知する燃料電池の水素ガス漏洩検知装置において、前記燃料電池(12)を収容するケース(14)と、前記ケース(14)の外部の水素ガス濃度を示す値(V1)を出力する第1のセンサ(130)と、前記ケース(14)の内部の水素ガス濃度を示す値(V2)を出力する第2のセンサ(132)と、前記第1のセンサ(130)と前記第2のセンサ(132)の出力の偏差(ΔV)に基づいて前記水素ガスの漏洩を検知する漏洩検知手段(ECU110、図2フローチャートのS10からS16)とを備えるように構成した。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in the hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell that detects leakage of hydrogen gas supplied to the fuel cell (12), the fuel cell (12) A housing case (14), a first sensor (130) that outputs a value (V1) indicating a hydrogen gas concentration outside the case (14), and a hydrogen gas concentration inside the case (14); Detection of leakage of the hydrogen gas based on a second sensor (132) that outputs a value (V2), and a deviation (ΔV) between outputs of the first sensor (130) and the second sensor (132) Leakage detection means (
また、前記第1および第2のセンサ(130,132)が、自己発熱サーミスタからなるように構成した。 The first and second sensors (130, 132) are constituted by self-heating thermistors.
尚、上記において、第1のセンサ130と第2のセンサ132を自己発熱サーミスタからなる熱伝導式の水素ガスセンサとしたが、他の形式の水素ガスセンサを用いても良い。また、各センサ130,132の取り付け位置も、上記に限られるものではない。また、第2のセンサ132の出力V2から第1のセンサ130の出力V1を減算して偏差ΔVを算出するようにしたが、V1とV2の比を偏差と見做しても良い。
In the above description, the
12 燃料電池
14 ケース
110 ECU(漏洩検知手段)
130 第1のセンサ
132 第2のセンサ
12
130 first sensor 132 second sensor
Claims (2)
2. The hydrogen gas leakage detection device for a fuel cell according to claim 1, wherein the first and second sensors are self-heating thermistors.
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| DE102023204858A1 (en) | 2023-05-25 | 2024-11-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Fluid supply device, electrochemical system and method for operating such a fluid supply device |
-
2004
- 2004-05-11 JP JP2004141049A patent/JP2005322579A/en not_active Withdrawn
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