抑制移动体中的燃料电池的燃料气体向室内空间侵入的方法及移动体

本申请主张在2014年11月14日提出的日本专利申请2014-231666的优先权，并将其所公开的全部内容援引于本申请而进行参照。

技术领域

本发明涉及抑制燃料气体向搭载燃料电池的移动体的室内空间侵入的方法及搭载燃料电池的移动体。

背景技术

固体高分子型燃料电池(以下，也简称为“燃料电池”)通过作为燃料气体的氢与作为氧化剂气体的氧的电化学反应而进行发电。在搭载燃料电池的燃料电池车辆中，提出了用于抑制从氢相对于燃料电池的供给、排出的路径错误地漏泄的氢向乘员搭乘的车辆室内侵入的技术(例如，日本特开2004-166488号公报)。

发明内容

然而，在上述文献中，在检测出氢向燃料电池车辆的车辆室内侵入之后，事后进行用于抑制氢向车辆室内侵入的处理，而关于对其进行预防，没有特别作出任何考虑。这样一来，并不局限于燃料电池车辆，在搭载燃料电池的移动体中，对于预防燃料气体向乘员搭乘的室内空间侵入的技术，依然存在改善的余地。

本发明为了解决搭载燃料电池的移动体中的上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。

[1]根据本发明的第一方式，提供一种抑制燃料电池的燃料气体向室内空间侵入的方法，该移动体具备由空调装置调节空气的上述室内空间和处于上述室内空间之外且配置有上述燃料电池的配置空间。该方法可以具备浓度检测步骤和运转模式控制步骤。上述浓度检测步骤可以是在上述配置空间中检测种类与上述燃料气体的种类相同的气体的浓度的步骤。上述运转模式控制步骤可以是在上述气体的浓度为预定的上限阈值以上时执行以下处理的步骤：(i)使上述空调装置的运转模式转移至内气循环模式，该内气循环模式是对从上述室内空间导入的空气进行调节后使该空气返回到上述室内空间的模式；及(ii)在上述空调装置处于上述内气循环模式的情况下以原有状态继续进行上述内气循环模式的运转。根据该方式的方法，能够预防在室内空间之外的配置空间内检测出燃料气体的浓度升高的情况下燃料气体经由空调装置向室内空间侵入。

[2]在上述方式的方法中，也可以是，上述运转模式控制步骤还包括运转模式复原步骤，在上述运转模式复原步骤中，在上述气体的浓度变为预定的下限阈值以下时，将上述空调装置的运转模式设为转移至上述内气循环模式的运转之前的运转模式。若为该方式的方法，则在燃料气体的浓度下降时，能够使空调装置的运转模式自动地复原成转移至内气循环模式之前的运转模式，因此搭载燃料电池的移动体的使用者的便利性提高。

[3]在上述方式的方法中，也可以是，上述运转模式控制步骤是在上述燃料电池发电的过程中执行的。若为该方式的方法，则能够预防在燃料电池发电的过程中燃料气体经由空调装置向室内空间侵入。

[4]根据本发明的第二方式，能提供一种移动体。该方式的移动体可以具备空调装置、燃料电池、控制部及气体浓度检测部。上述空调装置可以对室内空间的空气进行调节。上述燃料电池可以配置于上述室内空间之外的配置空间。上述控制部能够控制上述空调装置的运转。上述气体浓度检测部可以配置于上述室内空间之外，能够检测种类与向上述燃料电池供给的燃料气体的种类相同的气体的浓度。上述控制部可以执行如下运转模式控制：在上述气体的浓度为预定的上限阈值以上时，执行以下处理：(i)使上述空调装置的运转模式转移至内气循环模式，上述内气循环模式是对从上述室内空间导入的空气进行调节后使该空气返回到上述室内空间的模式；及(ii)在上述空调装置处于上述内气循环模式的情况下以原有状态继续进行上述内气循环模式的运转。若为该方式的移动体，则能够预防燃料气体经由空调装置向室内空间侵入。

[5]在上述方式的移动体中，也可以是，上述控制部在上述运转模式控制中还执行如下处理：在上述气体的浓度变为预定的下限阈值以下时，将上述空调装置的运转模式设为转移至上述内气循环模式的运转之前的运转模式。若为该方式的移动体，则在燃料气体的浓度下降时，能够使空调装置的运转模式自动地复原成转移至内气循环模式之前的运转模式，因此能提高使用者的便利性。

[6]在上述方式的移动体中，也可以是，上述控制部在上述燃料电池发电的过程中执行上述运转模式控制。根据该方式的移动体，能够预防在燃料电池发电的过程中燃料气体经由空调装置向室内空间侵入。

上述的本发明的各方式具有的多个构成要素并不是全部为必须的要素，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，可以适当地对上述多个构成要素的一部分进行变更、删除、与新的其他构成要素的更换、限定内容的一部分删除。而且，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，也可以将上述的本发明的一方式包含的技术特征的一部分或全部与上述的本发明的其他方式包含的技术特征的一部分或全部组合来作为本发明的独立的一方式。

本发明也可以通过预防燃料气体的侵入的方法、移动体以外的各种方式实现。例如，可以通过移动体、燃料电池系统的控制方法、空调装置的控制方法、实现上述的控制方法的计算机程序、存储该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。此外，也可以作为对搭载燃料电池的移动体的室内空间的燃料气体的浓度进行控制的控制方法来实现。

附图说明

图1是表示燃料电池车辆的结构的概略图。

图2是表示氢侵入抑制控制的流程的说明图。

具体实施方式

A.实施方式

图1是表示本发明的作为第一实施方式的燃料电池车辆100的结构的概略图。燃料电池车辆100是移动体的一形态，以在燃料电池20中发电产生的电力为驱动力源而行驶。燃料电池车辆100具有车室110、前方空间121、下方空间122作为车身内部的空间。车室110是包含驾驶员在内的燃料电池车辆100的乘员所搭乘的室内空间，具备座席111、设有驾驶操作用的接口的仪表板112。

前方空间121是在车室110的前方侧设置的空间。下方空间122是在车室110的下方侧设置的空间。前方空间121和下方空间122空间性地沿前后方向相互连通。另外，在本说明书中，“右”、“左”、“前”、“后”、“上”、“下”等的关于燃料电池车辆100中的方向的记载分别以搭乘于燃料电池车辆100时的驾驶员为基准。

燃料电池车辆100具备燃料电池系统10和空调装置50。燃料电池系统10从前方空间121向下方空间122设置。在本实施方式中，前方空间121及下方空间122相当于本发明的配置空间的下位概念。燃料电池系统10具备控制部11、燃料电池20、阴极气体供排部30及阳极气体供排循环部40。

控制部11由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成，向主存储装置上读入程序并执行，由此发挥各种功能。控制部11在燃料电池系统10运转的过程中对以下说明的各结构部进行控制，执行使燃料电池20发出与输出要求对应的电力的燃料电池20的运转控制。控制部11还执行抑制氢向车室110侵入的氢侵入抑制控制，在该氢侵入抑制控制中，进行空调装置50的运转模式的控制。关于控制部11进行的氢侵入抑制控制及空调装置50的运转模式的控制，在后文叙述。

燃料电池20是作为反应气体而接受作为燃料气体的氢和作为氧化剂气体的氧的供给进行发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池20的配置位置、配置方向没有特别限定。

阴极气体供排部30具有向燃料电池20供给压缩空气作为阴极气体的功能和从燃料电池20的阴极将阴极排气及排水排出的功能。阴极气体供排部30具备阴极气体配管31和阴极排气配管32。

阴极气体配管31与燃料电池20的阴极侧的气体流路的入口连接。阴极气体配管31导入从燃料电池车辆100前方的格栅101向前方空间121进入的外气，向燃料电池20的阴极引导。在阴极气体配管31设有对导入的外气进行压缩的空气压缩器、控制压缩空气向燃料电池20的流入的开闭阀等(图示省略)。

阴极排气配管32与燃料电池20的阴极侧的气体流路的出口连接。阴极排气配管32在下方空间122的下侧以从燃料电池车辆100的前方朝向后方延伸的方式配置，将从燃料电池20排出的排气及排水向燃料电池车辆100的外部引导。在阴极排气配管32设有用于调整燃料电池20的阴极侧的背压的调压阀(图示省略)。

阳极气体供排循环部40具有向燃料电池20供给高压氢作为阳极气体的功能。而且，阳极气体供排循环部40具有使燃料电池20的阳极排气及排水从燃料电池20排出的功能和使阳极排气含有的氢向燃料电池20的阳极循环的功能。阳极气体供排循环部40具备氢罐41、阳极气体配管42、阳极排气循环配管43及阳极排水配管44。

在氢罐41内填充有用于向燃料电池20供给的高压氢。氢罐41在下方空间122内配置在燃料电池车辆100的后方侧。在氢罐41的管头部安装有根据控制部11的指令进行开闭的主截止阀41b。阳极气体配管42将氢罐41与燃料电池20的阳极侧的气体流路的入口连接。在阳极气体配管42设有用于控制氢的压力、流量的调节器、喷射器等(图示省略)。

阳极排气循环配管43将燃料电池20中的阳极侧的气体流路的出口与阳极气体配管42连接。在阳极排气循环配管43上设有气液分离器、循环泵(图示省略)。阳极排水配管44为了能够将在阳极排气循环配管43中进行了气液分离后的排水向燃料电池车辆100的外部排出而与阴极排气配管32连接。在阳极排水配管44设有用于控制排水定时的排水阀(图示省略)。

此外，燃料电池系统10除了未图示的结构部以外，至少具备以下的结构部。燃料电池系统10具备用于向燃料电池20供给冷却介质而控制燃料电池20的温度的冷却介质供给部。而且，燃料电池系统10具备对燃料电池20输出的电力、再生电力进行蓄积且与燃料电池20一起作为电力源发挥功能的二次电池、用于控制燃料电池20的电压及二次电池的充放电的DC/DC转换器等。

空调装置50执行调整车室110的温度的空调处理。空调装置50配置于前方空间121。空调装置50具备空调部51、鼓风部52、第一空气导入部53、第二空气导入部54及切换部55。空调部51具备蒸发器、冷凝器，利用外气、燃料电池20的排热，根据由乘员指定的温度来调整从第一空气导入部53、第二空气导入部54导入的空气的温度。鼓风部52将在空调部51进行了温度调整后的空气以由乘员指定的风量向车室110送出。

第一空气导入部53导入车室110的空气。第二空气导入部54导入从格栅101进入到前方空间121的外气。切换部55例如由三通阀或与三通阀同等地发挥功能的蝶式的缓冲机构等构成，且与空调部51、第一空气导入部53、第二空气导入部54连接。空调装置50通过切换部55的连接方向的切换动作，能够切换对车室110内的空气进行温度调整而使该空气返回到车室110的内气循环模式和向车室110导入温度调整后的外气的外气导入模式。在内气循环模式时，切换部55将对空调部51的空气的供给源设为第一空气导入部53。在外气导入模式时，将对空调部51的空气的供给源设为第二空气导入部54。

空调装置50在通常时，根据经由设于车室110的操作部(图示省略)的乘员的操作而工作。燃料电池车辆100的乘员经由操作部，能够指定从空调装置50的鼓风部52向车室110送出的空气的温度和风量。而且，经由操作部，能够切换外气导入模式与内气循环模式。但是，本实施方式的空调装置50也根据燃料电池系统10的控制部11的指令来执行外气导入模式与内气循环模式的切换。

而且，燃料电池车辆100在前方空间121具备第一氢浓度传感器61，在下方空间122具备第二氢浓度传感器62。第一氢浓度传感器61设置在前方空间121的上方的接近车室110的位置。第二氢浓度传感器62在下方空间122内，设置在接近氢罐41的主截止阀41b的位置。第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62相当于本发明中的气体浓度检测部的下位概念。

第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62检测设置场所的氢，并将表示氢浓度的信号向控制部11输出。控制部11在以下说明的氢侵入抑制控制中，基于在第一氢浓度传感器61或第二氢浓度传感器62中检测出的氢浓度来控制空调装置50，执行用于抑制氢向车室110侵入的处理。

图2是表示控制部11执行的氢侵入抑制控制的流程的说明图。在燃料电池车辆100中进行了基于驾驶员的点火装置接通的操作时，控制部11使燃料电池系统10起动，开始燃料电池20的运转控制，且并行地开始氢侵入抑制控制。

步骤S10、S20是在燃料电池车辆100起动时进行的初期处理。在步骤S10中，控制部11取得第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的试验信号，检测第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的驱动状态是正常的。在由于断线等而无法正常取得第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的试验信号的情况下，控制部11使用仪表板112的指示器(图示省略)等向驾驶员报知此内容。

在步骤S20中，控制部11检测阳极气体供排循环部40对燃料电池20供给氢正常地进行。具体而言，控制部11检测氢罐41中的主截止阀41b的固着等不良情况未发生。而且，检测对燃料电池20开始氢的供给之后的燃料电池20的电流的上升，并检测氢到达了燃料电池20。在无法检测出氢的供给状态正常的情况下，控制部11向驾驶员报知此内容，使燃料电池系统10的运转停止。

在步骤S10、S20的初期处理之后，开始控制部11进行的前方空间121及下方空间122中的氢浓度的监视处理。在燃料电池系统10持续运转的期间，控制部11周期性地取得第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的检测信号。第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62对氢浓度的检测步骤相当于本发明中的浓度检测步骤的下位概念。每当取得第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的检测信号时，控制部11根据该检测信号来判定检测出的氢浓度是否为预定的上限阈值以上(步骤S30)。作为氢浓度的上限阈值，只要设定在封闭的空间内能够允许的氢浓度即可，例如，可以设为3％。

在由第一氢浓度传感器61和第二氢浓度传感器62检测出的氢浓度均低于上限阈值的情况下(步骤S30为“否”)，控制部11继续进行第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62对氢浓度的监视。在由第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62检测出的氢浓度的至少一方为上限阈值以上的情况下(步骤S30为“是”)，控制部11执行步骤S40的处理。在步骤S40中，控制部11在空调装置50的运转模式不处于内气循环模式的情况下使空调装置50的运转模式转移至内气循环模式。另一方面，在空调装置50的运转模式处于内气循环模式的情况下继续进行内气循环模式。在前方空间121、下方空间122内氢浓度升高时，以内气循环模式使空调装置50运转，由此抑制前方空间121、下方空间122的氢由空调装置50向车室110导入。因此，能预防车室110内的氢浓度增大。该步骤S40的处理步骤相当于本发明中的运转模式控制步骤的下位概念，执行步骤S40的处理的控制相当于本发明中的运转模式控制的下位概念。另外，在步骤S40中，控制部11也并行地执行将氢罐41的主截止阀41b关闭等用于降低前方空间121、下方空间122的氢浓度的处理。

在步骤S40中，控制部11除了执行转移至内气循环模式的处理之外，也可以执行降低空调装置50的风量的处理、停止向车室110送风的处理。由此，能够进一步抑制前方空间121、下方空间122的氢被导入到车室110内。而且，控制部11可以在使空调装置50的运转模式转移至内气循环模式之后，以使乘员对空调装置50的运转模式的切换操作无效的方式控制空调装置50。由此，能抑制基于控制部11的预防措施无用。此外，在步骤S40中，控制部11可以执行将车室110外的氢浓度增大而应采取用于抑制氢向车室110侵入的预防措施这一情况向乘员报知的处理。

在步骤S40之后，控制部11转移至监视前方空间121、下方空间122内的氢浓度的下降的模式。控制部11周期性地取得第一氢浓度传感器61及第二氢浓度传感器62的检测信号，判定根据该检测信号得到的氢浓度是否为预定的下限阈值以下(步骤S50)。作为氢浓度的下限阈值，只要设定即使将前方空间121、下方空间122的空气向车室110导入而车室110内的氢浓度也不会超过1％的程度的氢浓度的值即可。作为氢浓度的下限阈值，可以设为例如0.85％。

即使在前方空间121及下方空间122的氢浓度的至少一方高于下限阈值的情况下(步骤S50为“否”)，控制部11也继续进行氢浓度的监视。另一方面，在前方空间121及下方空间122的氢浓度均变为下限阈值以下时(步骤S50为“是”)，控制部11返回到使空调装置50转移至内气循环模式之前的运转模式(步骤S60)。控制部11在步骤S40中，将转移至内气循环模式之前的运转模式存储于主存储装置等，在步骤S60中，读入该存储的信息，执行运转模式的控制。在步骤S40之前空调装置50处于外气导入模式的情况下，控制部11转移至外气导入模式。在步骤S40之前空调装置50处于内气循环模式的情况下，继续进行内气循环模式。步骤S60的步骤相当于本发明的运转模式复原步骤的下位概念。

在本实施方式的燃料电池车辆100中，在车室110内的氢浓度增大的可能性下降的情况下，乘员不进行操作，空调装置50的运转状态自动地恢复原状。因此，能提高对于乘员的便利性。在步骤S60中，控制部11除了使运转模式复原以外，也可以使空调装置50的运转条件复原。控制部11可以在步骤S40中存储空调装置50的风量等运转条件，在步骤S60中返回到该运转条件。在步骤S60之后，也是在燃料电池系统10的运转继续的期间，继续进行控制部11对前方空间121及下方空间122内的氢浓度的监视。

如以上所述，若是本实施方式的燃料电池车辆100，则基于在车室110外的前方空间121、下方空间122内检测出的氢浓度来控制空调装置50的运转模式。因此，即使在前方空间121、下方空间122内氢漏泄的情况下，也能够在车室110的氢浓度上升之前适当地预防氢向车室110侵入。而且，为了抑制氢向车室110侵入而强制性地转移的空调装置50的运转模式在车室110内的氢浓度的增大的可能性下降时自动恢复原状，因此能提高对于乘员的便利性。

B.变形例

B1.变形例1

在上述实施方式中，在燃料电池车辆100中，执行用于抑制氢向车室110侵入的氢侵入抑制控制。相对于此，上述实施方式的氢侵入抑制控制可以在燃料电池车辆100以外的搭载燃料电池的移动体中执行。例如，氢侵入抑制控制可以在搭载燃料电池的列车中，为了预防氢向列车的客室侵入而执行。

B2.变形例2

在上述实施方式中，燃料电池车辆100在前方空间121具备第一氢浓度传感器61，在下方空间122具备第二氢浓度传感器62。在燃料电池车辆100中，第一氢浓度传感器61或第二氢浓度传感器62的任一方可以省略。而且，第一氢浓度传感器61、第二氢浓度传感器62的设置场所没有限定为在上述实施方式中说明的场所。第一氢浓度传感器61例如可以设置在燃料电池20的附近。氢浓度传感器可以设置在空调装置50的空气流路内。氢浓度传感器只要设置在车室110外即可。

B3.变形例3

在上述实施方式中，在前方空间121和下方空间122中，氢浓度的上限阈值设定为相同的值。相对于此，在前方空间121和下方空间122中，氢浓度的上限阈值也可以设定为不同的值。配置氢罐41的下方空间122的上限阈值可以设定为比前方空间121低的值。或者配置空调装置50的第二空气导入部54的前方空间121的上限阈值可以设定为比下方空间122低的值。而且，在上述实施方式中，控制部11在前方空间121和下方空间122中的至少一方的氢浓度变为上限阈值以上时切换空调装置50的运转模式。相对于此，控制部11也可以在前方空间121和下方空间122这两方的氢浓度变为上限阈值以上时切换空调装置50的运转模式。

B4.变形例4

在上述实施方式中，在步骤S40中通过控制部11而转移至内气循环模式的空调装置50的运转模式在步骤S60中通过控制部11而复原为原来的运转模式。相对于此，步骤S60的基于控制部11的运转模式的复原步骤可以省略。

B5.变形例5

在上述实施方式的燃料电池车辆100中，在燃料电池20发电的过程中执行氢侵入抑制控制。相对于此，也可以在燃料电池20未发电的期间执行氢侵入抑制控制。在这种情况下，燃料电池车辆100能够通过二次电池的电力执行氢侵入抑制控制。

B6.变形例6

在上述实施方式的燃料电池车辆100中，通过控制部11控制燃料电池系统10的运转和空调装置50的运转。相对于此，在燃料电池车辆100中，除了控制燃料电池系统10的运转的控制部11之外，也可以设置控制空调装置50的运转的控制部，氢侵入抑制控制也可以由空调装置50的控制部执行。

B7.变形例7

在上述实施方式中，在搭载燃料电池作为动力源的移动体即燃料电池车辆100中，执行用于抑制氢向车室110侵入的氢侵入抑制控制。相对于此，氢侵入抑制控制也可以在搭载燃料电池作为动力源的移动体以外的移动体中执行。氢侵入抑制控制可以在搭载氢发动机的车辆中执行。或者，可以在使用氢以外的气体作为燃料气体的移动体中执行与氢侵入抑制控制同样的控制作为用于抑制燃料气体向室内空间侵入的控制。例如，在以天然气为燃料气体的车辆中，可以执行为用于抑制天然气向室内空间侵入的控制。

B8.变形例8

在上述实施方式中，空调装置50的切换部55由三通阀或缓冲机构构成。相对于此，切换部55也可以通过其他结构构成为能够切换内气循环模式与外气导入模式。切换部55可以通过对第一空气导入部53的配管进行开闭的阀与对第二空气导入部54的配管进行开闭的阀的开闭状态的切换，来切换内气循环模式与外气导入模式。

本发明并不局限于上述的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征只要不是在本说明书中作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。在上述的各实施方式及变形例中，通过软件实现的功能及处理的一部分或全部可以通过硬件实现。而且，通过硬件实现的功能及处理的一部分或全部可以通过软件实现。作为硬件，可以使用例如集成电路、分立电路、将这些电路组合而成的电路模块等各种电路。

附图标记说明

10…燃料电池系统

11…控制部

20…燃料电池

30…阴极气体供排部

31…阴极气体配管

32…阴极排气配管

40…阳极气体供排循环部

41…氢罐

41b…主截止阀

42…阳极气体配管

43…阳极排气循环配管

44…阳极排水配管

50…空调装置

51…空调部

52…鼓风部

53…第一空气导入部

54…第二空气导入部

55…切换部

61…第一氢浓度传感器

62…第二氢浓度传感器

100…燃料电池车辆

101…格栅

110…车室

111…座席

112…仪表板

121…前方空间

122…下方空间