流体供給システム搭載車両
【課題】自走すると共に用水供給のできる流体供給システム搭載車両を提供する。
【解決手段】空気圧縮機１５と空気圧縮機１５の上流側に設けられた第１の三方弁１８と、空気圧縮機１５の下流側の配管ブロック２４と配管ブロック２４の下流側に設けられた第２の三方弁２５とを備え、配管ブロック２４を水濾過フィルタに交換した後、プッシュボタン５１によって給水運転モードが選択されると、第１の三方弁１８と第２の三方弁２５とをそれぞれ水吸い込み管１９側と給水管２６側とに切り換え、空気圧縮機１５によって水吸い込み管１９から吸い込んだ水を、水濾過フィルタ３９を通して給水管２６から外部に給水する。
【解決手段】空気圧縮機１５と空気圧縮機１５の上流側に設けられた第１の三方弁１８と、空気圧縮機１５の下流側の配管ブロック２４と配管ブロック２４の下流側に設けられた第２の三方弁２５とを備え、配管ブロック２４を水濾過フィルタに交換した後、プッシュボタン５１によって給水運転モードが選択されると、第１の三方弁１８と第２の三方弁２５とをそれぞれ水吸い込み管１９側と給水管２６側とに切り換え、空気圧縮機１５によって水吸い込み管１９から吸い込んだ水を、水濾過フィルタ３９を通して給水管２６から外部に給水する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体供給システム搭載車両の構造及び制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、船舶等は移動中には外部から飲料水の供給を受けることができないため、搭乗者が使用する飲料水をタンク等に貯水することが必要となる。しかし、このような貯水タンクは重量、スペース上の問題があることから、航空機、船舶の中で発生した水を処理して飲料水などを供給するシステムが用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、航空機、陸上車両、船舶等に発電用として搭載された燃料電池から発生する水を処理して飲料水や生活用水を航空機内、陸上車両内、船舶内に供給するシステムが提案されている。このシステムは、燃料電池から発生した水を蒸発、凝縮させて蒸留水とした後、活性炭フィルタによって更に不純物を除去し、その後、加塩装置によって必要なミネラル分を加えて飲料水や生活用水として供給するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４―６３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、社会インフラの整備された地域では、飲料水や生活用水は上水道などによって配水されている場合が多い。また、上水道が整備されていない地域では井戸水などをポンプでくみ上げて利用している場合が多い。しかし、地震などの災害によって上水道のような社会インフラが破損して配水ができなくなる場合や、停電により、井戸からの水をくみ上げることができず、飲料水や生活用水を得ることができない場合がある。また、このような災害の際には、飲料水を配水するための給水車も不足することがあり、生活に大きな支障が出る場合がある。そこで、災害を受けた被災地で自走でき、被災地において飲料水等の生活用水を供給することができるシステムが求められている。
【０００６】
本発明は、自走すると共に用水供給のできる流体供給システム搭載車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流体供給システム搭載車両は、流体を移送する流体移送機と、流体移送機の上流側に設けられ、流体移送機への流路を空気吸い込み側と水吸い込み側とで切り換える第１の流路切り換え弁と、流体移送機の下流側に設けられ、水濾過フィルタと交換自在の配管ブロックと、配管ブロックの下流側に設けられ、配管ブロックからの流体の流路を車両用発電装置側と給水側とで切り換える第２の流路切り換え弁と、第１、第２の流体切り換え弁の動作を制御する制御部と、を備える流体供給システム搭載車両であって、制御部は、配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、第１の切り換え弁と第２の切り換え弁とをそれぞれ水吸い込み側と給水側とに切り換え、流体移送機によって水吸い込み側から吸い込んだ水を水濾過フィルタに移送し、濾過した水を給水側から給水する給水手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の流体供給システム搭載車両において、流体移送機と車両とは各モータによって駆動され、モータによって駆動される第２の流体移送機と、配管ブロックと独立に車両用発電装置に空気を供給する空気供給配管と、流体移送機と車両と第２の流体移送機とを駆動する各モータに駆動用電力を供給する２次電池と、を有し、制御部は、配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、濾過された水を給水側から給水すると共に車両用発電装置によって発電した電力を２次電池に充電する充電手段を備えること、としても好適であるし、車両用発電装置は燃料電池であり、流体移送機は空気圧縮機であること、としても好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、自走すると共に用水供給のできる流体供給システム搭載車両を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示す流体供給システム搭載車両１０は、車両用発電装置が燃料電池１１であり、燃料電池１１で発電した電力を駆動源とする燃料電池車両に本発明を適用したものである。
【００１１】
図１に示すように、燃料電池１１は酸化剤ガスとして酸素を含む空気を用い、燃料ガスとして水素を用いている。酸化剤ガスである空気は空気圧縮機１５によって燃料電池１１の空気極１２に供給される。空気圧縮機１５の上流側には第１の切り換え弁である第１の三方弁１８が接続されている。第１の三方弁１８の上流側の一方は空気フィルタ１７に接続され、上流側の他方は水吸い込み管１９に接続されている。水吸い込み管１９の先端には吸い込みフィルタ２０が設けられている。空気圧縮機１５の下流には、吐出管２２が接続されている。吐出管２２には空気圧縮機１５によって温度の上昇した空気を冷却するインタークーラー３０が設けられ、インタークーラー３０の下流には空気圧縮機１５あるいはインタークーラー３０からの異物を除去する空気フィルタ３５が設けられている。また、吐出管２２には吐出管２２の圧力を測定する圧力センサ３８が設けられている。吐出管２２の下流側端部にはフランジ２３が設けられ、フランジ２３には配管ブロック２４が取り付けられ、配管ブロック２４の下流側にはフランジ２３を介して第２の切り換え弁である第２の三方弁２５が取り付けられている。配管ブロック２４は各フランジ２３によって吐出管２２と第２の三方弁２５との間から着脱自在となるよう構成されている。第２の三方弁２５の下流側の一方は加湿器１４に空気を供給する加湿器空気入口管２７に接続され、下流側の他方は車外に水を給水する給水管２６に接続されている。給水管２６の先端には給水フィルタ４０が設けられている。加湿器１４と燃料電池１１の空気極１２との間には、燃料電池１１に空気を供給する空気供給管２８と燃料電池１１で反応した空気を排出する空気排出管２９とが設けられている。加湿器１４は、燃料電池１１からの排気の湿分を低下させた後、排気管３１から外部に空気を排出する。
【００１２】
図１に示すように、燃料ガスである水素ガスは水素ガスタンク４１に貯留されている。水素は水素ガスタンク４１から水素供給管４３によって燃料電池１１の水素極１３に供給される。燃料電池１１に供給された水素の一部は空気極１２に供給された酸化剤である空気中の酸素と反応して消費されるが、消費されなかった水素は水素極１３の水素排出管４４から排出された後、水素排出管４４と水素供給管４３とを接続する水素循環管４５に設けられた水素循環ポンプ４６によって水素供給管４３に再循環される。そして発電によって消費された水素分は水素ガスタンク４１から水素供給管４３に補充される。補充される水素ガスの量は水素供給調節弁４２によって調節される。水素系統は循環系統となっているので、長時間運転していると空気極１２からクロスリークしてくる窒素や水分などの不純物が濃縮されてくる。そこで、このような不純物がある程度濃縮されてきた場合には、水素排出管４４に接続された水素系大気放出管４８の水素系排出弁４９を開として所定量の反応後の水素ガスを水素系大気放出管４８から外気に放出する。
【００１３】
燃料電池１１の正極である空気極１２と負極である水素極１３とはそれぞれケーブル３６，３７によって２次電池３３に接続され、燃料電池１１によって発電された電力は２次電池３３に蓄電される。２次電池３３に蓄電された直流電力はインバータ３２によって三相交流電力に変換され、空気圧縮機１５駆動用のモータ１６及び車両駆動用のモータジェネレータ３４及び水素ポンプ駆動用のモータ４７に供給される。
【００１４】
圧力センサ３８、各三方弁１８，２５、水素供給調節弁４２、水素系排出弁４９、燃料電池１１、２次電池３３、インバータ３２、空気圧縮機１５や水素循環ポンプ４６のモータ１６，４７、車両駆動用のモータジェネレータ３４、などは、すべて制御部５０に接続されている。制御部５０は、各三方弁１８，２５の切り換え、水素供給調節弁４２、水素系排出弁４９の開度指令、各モータ１６，４７、モータジェネレータ３４の回転数指令、インバータへの制御指令を出力するとともに、２次電池３３の充放電、インバータ３２の供給電力の制御指令を出力し、流体供給システム搭載車両１０全体の制御を行う。また、制御部５０には流体供給システム搭載車両１０の運転モードを通常運転モードと給水運転モードとの間で選択するプッシュボタン５１が接続されている。制御部５０はＣＰＵや記憶部を含みソフトウェアによって全体の制御を行うようになっていても良いし、電気回路を組み合わせて制御を行うようになっていても良い。また、制御部５０は制御動作に必要な制御マップなどの制御データを記憶する記憶部が含まれているものでもよい。
【００１５】
図２及び図３を参照しながら以上のように構成された流体供給システム搭載車両１０の動作について説明する。図２に示すように、プッシュボタン５１によって通常運転モードが選択されている場合は、制御部５０の指令によって第１の三方弁１８は空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路を開として水吸い込み管１９から空気圧縮機への流路を閉とする様に空気フィルタ１７側に切り換えられている。また、第２の三方弁２５は、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を開とし、配管ブロック２４から給水管２６への流路を閉とする様に加湿器１４側に切り換えられている。
【００１６】
空気フィルタ１７から吸い込まれた空気は第１の三方弁１８を通って空気圧縮機１５に流入する。空気圧縮機１５によって加圧された吐出空気は吐出管２２に設けられたインタークーラー３０と空気フィルタ３５とを通って配管ブロック２４に入り、更に配管ブロックから第２の三方弁２５、加湿器空気入口管２７を通って加湿器１４に供給される。加湿器１４に入った空気は、加湿器１４において燃料電池１１での反応で生成された水分により加湿され、湿り空気となって空気供給管２８から燃料電池１１に供給される。燃料電池１１の空気極１２から燃料電池内に入った空気は、水素供給管４３から供給された水素との発電反応によって酸素が減少する。そして反応の結果の生成水が水蒸気あるいは水滴として空気中に増えてくる。反応後の水分量が増加した空気は燃料電池１１の空気排出管２９に排出される。燃料電池１１の空気極１２から排気された水分を多く含む反応後の空気は、加湿器１４でその水分の一部を供給空気への付加水分とするために除去される。水分量が減少した排出空気は加湿器１４の排気管３１から大気に排出される。燃料電池１１の発電反応によって発電された電力はケーブル３６，３７から２次電池３３に出力される。流体供給システム搭載車両１０は２次電池３３に蓄電された電力によってモータジェネレータ３４を駆動して自走する。
【００１７】
災害などの発生した場合には、燃料電池１１によって駆動される流体供給システム搭載車両１０は、燃料電池１１の発電電力あるいは図１に示す２次電池３３に蓄電した電力によって、モータジェネレータ３４を駆動して被災地で河川の近傍まで自走する。被災の河川近傍に到着後、作業者によって配管ブロック２４は水濾過フィルタ３９に交換される。水濾過フィルタ３９のケーシングは配管ブロック２４と同一の長さで同一の箇所にフランジ２３と接続できる接続口を供えているもので、配管ブロック２４と交換自在となるよう構成されている。水濾過フィルタ３９のケーシングの内部には、濾過水が飲料水とできるような、例えば、中空糸膜フィルタあるいは活性炭フィルタのようなフィルタエレメントが格納されている。水濾過フィルタ３９の取付の終了の後、作業者が図１に示したプッシュボタン５１を操作して給水運転モードを選択すると、制御部５０は、水吸い込み管１９から空気圧縮機１５への流路が開となり、空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路が閉となる様に第１の三方弁１８を水吸い込み管１９側に切り換える指令を出力する。この指令によって第１の三方弁１８のアクチュエータが動作して第１の三方弁の流路が水吸い込み管１９側に切り換えられる。また、制御部５０は、配管ブロック２４から給水管２６への流路を開とし、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を閉とする様に第２の三方弁２５を給水管２６側に切り換える指令を出力する。この指令によって第２の三方弁２５のアクチュエータが動作して第２の三方弁の流路が給水管２６側に切り換えられる。
【００１８】
制御部５０は、第１の三方弁１８と第２の三方弁２５との切り換えが終了すると、空気圧縮機１５のモータ１６を駆動する指令を出力する。この指令によって、２次電池３３の電力がインバータ３２によって三相交流電力に変換されてモータ１６に供給され、モータ１６が回転を開始する。モータ１６が回転を開始すると空気圧縮機１５が始動する。空気圧縮機１５は水吸い込み管１９の先端に設けられた吸い込みフィルタ２０を通して河川などから水を吸い込む。河川の水に含まれている大きな異物は吸い込みフィルタ２０によって除去される。そして、空気圧縮機１５は吸い込んだ水の圧力を上昇させて、水濾過フィルタ３９に移送する。水濾過フィルタ３９に流入した水は水濾過フィルタ３９に組み込まれているフィルタエレメントによって飲用に適する程度に濾過される。濾過された水は水濾過フィルタ３９から第２の三方弁２５に流出する。第２の三方弁２５は、給水管２６側に切り換えられていることから、濾過水は第２の三方弁２５から給水管２６に向かって流れ、給水管２６の先端に設けられた給水フィルタ４０を通って流体供給システム搭載車両１０外部に設けられた給水タンク等に給水される。
【００１９】
空気圧縮機１５が始動されると、制御部５０は水濾過フィルタ３９の上流の吐出管２２に設けられた圧力センサ３８によって水濾過フィルタ３９の上流側の圧力信号を取得し、その圧力と閾値とを比較する。そして、圧力が所定の閾値よりも高くなった場合には、詰まり等によって水濾過フィルタ３９に異常が発生していると判断して、モータ１６への電力を停止する指令を出力する。この指令によって、インバータ３２からの電力の供給が停止され、モータ１６が停止し、空気圧縮機１５が停止する。空気圧縮機１５が停止した場合には、警報、あるいはランプの点灯などを行うようにしてもよい。また、給水運転モードが選択されると、第１、第２の三方弁１８，２５が水吸い込み管１９側及び給水管２６側に切り換わるため燃料電池１１へは空気が供給されず、燃料電池１１の発電は停止した状態となっている。
【００２０】
制御部５０は、給水開始後も水濾過フィルタ３９の上流の吐出管２２に設けられた圧力センサ３８によって水濾過フィルタ３９の上流側の圧力信号を取得し、その圧力と閾値とを比較することによって水濾過フィルタ３９の状態を監視する。そして、圧力が所定の閾値以上となった場合には、水濾過フィルタ３９の濾過能力が低下したと判断して、モータ１６、空気圧縮機１５を停止する。
【００２１】
空気圧縮機１５の停止後、作業者によって水濾過フィルタ３９が新しいものに交換されて、再度、作業者によってプッシュボタン５１で給水運転モードが選択された場合には、上記と同様の動作によって河川の水を濾過して給水する。
【００２２】
以上説明した本実施形態の流体供給システム搭載車両１０は、災害が発生した場合に、被災地周辺の道路が災害によって通行できない場合でも、自走によって被災地の河川近傍に移動し、被災地で河川の水等から飲料用の水を供給することができるという効果を奏する。
【００２３】
図４を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００２４】
本実施形態は、燃料電池１１に空気を供給する第２の空気圧縮機６３と、第２の空気圧縮機６３の吐出から吐出管２２及び配管ブロック２４とは独立して加湿器空気入口管２７に空気を供給する第２の吐出管６５とを備えている。また、第２の空気圧縮機６３の上流側には空気フィルタ６１が設けられ、第２の空気圧縮機６３は２次電池３３、インバータ３２から電力が供給されるモータ６４によって駆動されるよう構成されている。第２の空気圧縮機６３は燃料電池１１の負荷にかかわらず駆動され、空気圧縮機１５は燃料電池１１の負荷が例えば５０％等の中負荷以上となった場合にのみ運転される。従って、燃料電池の負荷が低負荷から中負荷の場合には、第２の空気圧縮機６３のみによって燃料電池１１に空気が供給され、燃料電池１１の負荷が例えば５０％以上等の高負荷の場合には、第２の空気圧縮機６３と空気圧縮機１５とによって燃料電池１１に空気が供給されるよう構成されている。
【００２５】
図５に示すように、通常運転モードの場合には制御部５０の指令によって第１の三方弁１８は空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路を開として水吸い込み管１９から空気圧縮機への流路を閉とする様に空気フィルタ１７側に切り換えられ、第２の三方弁２５は、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を開とし、配管ブロック２４から給水管２６への流路を閉とする様に加湿器１４側に切り換えられている。空気圧縮機１５に吸い込まれた空気は加圧されて配管ブロック２４を通って加湿器空気入口管２７から加湿器１４に供給される。また、空気フィルタ６１から第２の空気圧縮機６３に吸い込まれた空気は加圧されて第２の吐出管６５を通って加湿器空気入口管２７で空気圧縮機１５から供給された空気と合流して加湿器１４に供給される。加湿器１４に供給された空気は加湿器１４によって加湿された後に燃料電池１１の空気極１２に供給される。図５は燃料電池１１の負荷が高い場合を示しているが、燃料電池１１の負荷が低い場合には、空気圧縮機１５は停止している。
【００２６】
図６に示すように、先に説明した実施形態と同様、災害などの発生した場合には被災地において、作業者によって配管ブロック２４が水濾過フィルタ３９に交換される。水濾過フィルタ３９の取付の終了の後、作業者が図４に示したプッシュボタン５１を操作して給水運転モードを選択すると、先の実施形態と同様、制御部５０の指令によって第１の三方弁１８の流路が水吸い込み管１９側に切り換えられ、第２の三方弁２５の流路が給水管２６側に切り換えられ、水吸い込み管１９の先端の吸い込みフィルタ２０を通して吸い込んだ水は、空気圧縮機１５によって水濾過フィルタ３９を通って給水管２６から流体供給システム搭載車両１０外部の給水タンク等に給水される。
【００２７】
一方、図６に示すように、制御部５０は第２の空気圧縮機６３を駆動し、圧縮した空気を加湿器空気入口管２７を通して加湿器１４、燃料電池１１に供給する。この空気と水素供給管４３から供給される水素とによって燃料電池１１内で発電反応が発生し、発電電力は空気極１２側に接続されたケーブル３６と水素極１３側に接続されたケーブル３７とによって図４に示した２次電池３３に供給され、２次電池３３を充電する。
【００２８】
本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏すると共に、河川の水等を濾過して飲用水などを供給することができると同時に燃料電池１１の発電を行うことができるので、２次電池３３の蓄電容量にかかわらず、長時間にわたって給水を行うことができるという効果を奏する。また、給水運転モードを終了した後に水濾過フィルタ３９を配管ブロック２４に交換しても吐出管２２などの内部に河川水が残留しており、空気圧縮機１５から燃料電池１１へ空気の供給ができないような場合であっても、第２の空気圧縮機６３から供給される空気によって燃料電池１１の発電を行ない、発電電力によって流体供給システム搭載車両１０を再度自走させることができるという効果を奏する。
【００２９】
図７を参照して、他の実施形態について説明する。先に図１から３を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７に示すように、本実施形態は、加湿器１４と燃料電池１１との間の空気供給管２８に第２の三方弁２５を設けたものである。図７のように構成することによって、配管ブロック２４と交換して取り付けられる水濾過フィルタ３９の容量あるいは能力が小さいものである場合でも、加湿器１４の流路内に設けられた中空糸膜フィルタを第２の水濾過フィルタとして用いることができる。このため、水濾過フィルタ３９の濾過能力が低い場合でも給水水質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【図２】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両において、通常運転モードの場合の空気の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両において、給水運転モードの場合の水の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【図５】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両において、通常運転モードの場合の空気の流れを示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両において、給水運転モードの場合の水の流れを示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 流体供給システム搭載車両、１１ 燃料電池、１２ 空気極、１３ 水素極、１４ 加湿器、１５ 空気圧縮機、１６，４７，６４ モータ、１７，６１ 空気フィルタ、１８ 第１の三方弁、１９ 水吸い込み管、２０ 吸い込みフィルタ、２２ 吐出管、２３ フランジ、２４ 配管ブロック、２５ 第２の三方弁、２６ 給水管、２７ 加湿器空気入口管、２８ 空気供給管、２９ 空気排出管、３０ インタークーラー、３１ 排気管、３２ インバータ、３３ ２次電池、３４ モータジェネレータ、３５ 空気フィルタ、３６，３７ ケーブル、３８ 圧力センサ、３９ 水濾過フィルタ、４０ 給水フィルタ、４１ 水素ガスタンク、４２ 水素供給調節弁、４３ 水素供給管、４４ 水素排出管、４５ 水素循環管、４６ 水素循環ポンプ、４８ 水素系大気放出管、４９ 水素系排出弁、５０ 制御部、５１ プッシュボタン、６３ 第２の空気圧縮機、６５ 第２の吐出管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体供給システム搭載車両の構造及び制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、船舶等は移動中には外部から飲料水の供給を受けることができないため、搭乗者が使用する飲料水をタンク等に貯水することが必要となる。しかし、このような貯水タンクは重量、スペース上の問題があることから、航空機、船舶の中で発生した水を処理して飲料水などを供給するシステムが用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、航空機、陸上車両、船舶等に発電用として搭載された燃料電池から発生する水を処理して飲料水や生活用水を航空機内、陸上車両内、船舶内に供給するシステムが提案されている。このシステムは、燃料電池から発生した水を蒸発、凝縮させて蒸留水とした後、活性炭フィルタによって更に不純物を除去し、その後、加塩装置によって必要なミネラル分を加えて飲料水や生活用水として供給するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４―６３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、社会インフラの整備された地域では、飲料水や生活用水は上水道などによって配水されている場合が多い。また、上水道が整備されていない地域では井戸水などをポンプでくみ上げて利用している場合が多い。しかし、地震などの災害によって上水道のような社会インフラが破損して配水ができなくなる場合や、停電により、井戸からの水をくみ上げることができず、飲料水や生活用水を得ることができない場合がある。また、このような災害の際には、飲料水を配水するための給水車も不足することがあり、生活に大きな支障が出る場合がある。そこで、災害を受けた被災地で自走でき、被災地において飲料水等の生活用水を供給することができるシステムが求められている。
【０００６】
本発明は、自走すると共に用水供給のできる流体供給システム搭載車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流体供給システム搭載車両は、流体を移送する流体移送機と、流体移送機の上流側に設けられ、流体移送機への流路を空気吸い込み側と水吸い込み側とで切り換える第１の流路切り換え弁と、流体移送機の下流側に設けられ、水濾過フィルタと交換自在の配管ブロックと、配管ブロックの下流側に設けられ、配管ブロックからの流体の流路を車両用発電装置側と給水側とで切り換える第２の流路切り換え弁と、第１、第２の流体切り換え弁の動作を制御する制御部と、を備える流体供給システム搭載車両であって、制御部は、配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、第１の切り換え弁と第２の切り換え弁とをそれぞれ水吸い込み側と給水側とに切り換え、流体移送機によって水吸い込み側から吸い込んだ水を水濾過フィルタに移送し、濾過した水を給水側から給水する給水手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の流体供給システム搭載車両において、流体移送機と車両とは各モータによって駆動され、モータによって駆動される第２の流体移送機と、配管ブロックと独立に車両用発電装置に空気を供給する空気供給配管と、流体移送機と車両と第２の流体移送機とを駆動する各モータに駆動用電力を供給する２次電池と、を有し、制御部は、配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、濾過された水を給水側から給水すると共に車両用発電装置によって発電した電力を２次電池に充電する充電手段を備えること、としても好適であるし、車両用発電装置は燃料電池であり、流体移送機は空気圧縮機であること、としても好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、自走すると共に用水供給のできる流体供給システム搭載車両を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示す流体供給システム搭載車両１０は、車両用発電装置が燃料電池１１であり、燃料電池１１で発電した電力を駆動源とする燃料電池車両に本発明を適用したものである。
【００１１】
図１に示すように、燃料電池１１は酸化剤ガスとして酸素を含む空気を用い、燃料ガスとして水素を用いている。酸化剤ガスである空気は空気圧縮機１５によって燃料電池１１の空気極１２に供給される。空気圧縮機１５の上流側には第１の切り換え弁である第１の三方弁１８が接続されている。第１の三方弁１８の上流側の一方は空気フィルタ１７に接続され、上流側の他方は水吸い込み管１９に接続されている。水吸い込み管１９の先端には吸い込みフィルタ２０が設けられている。空気圧縮機１５の下流には、吐出管２２が接続されている。吐出管２２には空気圧縮機１５によって温度の上昇した空気を冷却するインタークーラー３０が設けられ、インタークーラー３０の下流には空気圧縮機１５あるいはインタークーラー３０からの異物を除去する空気フィルタ３５が設けられている。また、吐出管２２には吐出管２２の圧力を測定する圧力センサ３８が設けられている。吐出管２２の下流側端部にはフランジ２３が設けられ、フランジ２３には配管ブロック２４が取り付けられ、配管ブロック２４の下流側にはフランジ２３を介して第２の切り換え弁である第２の三方弁２５が取り付けられている。配管ブロック２４は各フランジ２３によって吐出管２２と第２の三方弁２５との間から着脱自在となるよう構成されている。第２の三方弁２５の下流側の一方は加湿器１４に空気を供給する加湿器空気入口管２７に接続され、下流側の他方は車外に水を給水する給水管２６に接続されている。給水管２６の先端には給水フィルタ４０が設けられている。加湿器１４と燃料電池１１の空気極１２との間には、燃料電池１１に空気を供給する空気供給管２８と燃料電池１１で反応した空気を排出する空気排出管２９とが設けられている。加湿器１４は、燃料電池１１からの排気の湿分を低下させた後、排気管３１から外部に空気を排出する。
【００１２】
図１に示すように、燃料ガスである水素ガスは水素ガスタンク４１に貯留されている。水素は水素ガスタンク４１から水素供給管４３によって燃料電池１１の水素極１３に供給される。燃料電池１１に供給された水素の一部は空気極１２に供給された酸化剤である空気中の酸素と反応して消費されるが、消費されなかった水素は水素極１３の水素排出管４４から排出された後、水素排出管４４と水素供給管４３とを接続する水素循環管４５に設けられた水素循環ポンプ４６によって水素供給管４３に再循環される。そして発電によって消費された水素分は水素ガスタンク４１から水素供給管４３に補充される。補充される水素ガスの量は水素供給調節弁４２によって調節される。水素系統は循環系統となっているので、長時間運転していると空気極１２からクロスリークしてくる窒素や水分などの不純物が濃縮されてくる。そこで、このような不純物がある程度濃縮されてきた場合には、水素排出管４４に接続された水素系大気放出管４８の水素系排出弁４９を開として所定量の反応後の水素ガスを水素系大気放出管４８から外気に放出する。
【００１３】
燃料電池１１の正極である空気極１２と負極である水素極１３とはそれぞれケーブル３６，３７によって２次電池３３に接続され、燃料電池１１によって発電された電力は２次電池３３に蓄電される。２次電池３３に蓄電された直流電力はインバータ３２によって三相交流電力に変換され、空気圧縮機１５駆動用のモータ１６及び車両駆動用のモータジェネレータ３４及び水素ポンプ駆動用のモータ４７に供給される。
【００１４】
圧力センサ３８、各三方弁１８，２５、水素供給調節弁４２、水素系排出弁４９、燃料電池１１、２次電池３３、インバータ３２、空気圧縮機１５や水素循環ポンプ４６のモータ１６，４７、車両駆動用のモータジェネレータ３４、などは、すべて制御部５０に接続されている。制御部５０は、各三方弁１８，２５の切り換え、水素供給調節弁４２、水素系排出弁４９の開度指令、各モータ１６，４７、モータジェネレータ３４の回転数指令、インバータへの制御指令を出力するとともに、２次電池３３の充放電、インバータ３２の供給電力の制御指令を出力し、流体供給システム搭載車両１０全体の制御を行う。また、制御部５０には流体供給システム搭載車両１０の運転モードを通常運転モードと給水運転モードとの間で選択するプッシュボタン５１が接続されている。制御部５０はＣＰＵや記憶部を含みソフトウェアによって全体の制御を行うようになっていても良いし、電気回路を組み合わせて制御を行うようになっていても良い。また、制御部５０は制御動作に必要な制御マップなどの制御データを記憶する記憶部が含まれているものでもよい。
【００１５】
図２及び図３を参照しながら以上のように構成された流体供給システム搭載車両１０の動作について説明する。図２に示すように、プッシュボタン５１によって通常運転モードが選択されている場合は、制御部５０の指令によって第１の三方弁１８は空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路を開として水吸い込み管１９から空気圧縮機への流路を閉とする様に空気フィルタ１７側に切り換えられている。また、第２の三方弁２５は、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を開とし、配管ブロック２４から給水管２６への流路を閉とする様に加湿器１４側に切り換えられている。
【００１６】
空気フィルタ１７から吸い込まれた空気は第１の三方弁１８を通って空気圧縮機１５に流入する。空気圧縮機１５によって加圧された吐出空気は吐出管２２に設けられたインタークーラー３０と空気フィルタ３５とを通って配管ブロック２４に入り、更に配管ブロックから第２の三方弁２５、加湿器空気入口管２７を通って加湿器１４に供給される。加湿器１４に入った空気は、加湿器１４において燃料電池１１での反応で生成された水分により加湿され、湿り空気となって空気供給管２８から燃料電池１１に供給される。燃料電池１１の空気極１２から燃料電池内に入った空気は、水素供給管４３から供給された水素との発電反応によって酸素が減少する。そして反応の結果の生成水が水蒸気あるいは水滴として空気中に増えてくる。反応後の水分量が増加した空気は燃料電池１１の空気排出管２９に排出される。燃料電池１１の空気極１２から排気された水分を多く含む反応後の空気は、加湿器１４でその水分の一部を供給空気への付加水分とするために除去される。水分量が減少した排出空気は加湿器１４の排気管３１から大気に排出される。燃料電池１１の発電反応によって発電された電力はケーブル３６，３７から２次電池３３に出力される。流体供給システム搭載車両１０は２次電池３３に蓄電された電力によってモータジェネレータ３４を駆動して自走する。
【００１７】
災害などの発生した場合には、燃料電池１１によって駆動される流体供給システム搭載車両１０は、燃料電池１１の発電電力あるいは図１に示す２次電池３３に蓄電した電力によって、モータジェネレータ３４を駆動して被災地で河川の近傍まで自走する。被災の河川近傍に到着後、作業者によって配管ブロック２４は水濾過フィルタ３９に交換される。水濾過フィルタ３９のケーシングは配管ブロック２４と同一の長さで同一の箇所にフランジ２３と接続できる接続口を供えているもので、配管ブロック２４と交換自在となるよう構成されている。水濾過フィルタ３９のケーシングの内部には、濾過水が飲料水とできるような、例えば、中空糸膜フィルタあるいは活性炭フィルタのようなフィルタエレメントが格納されている。水濾過フィルタ３９の取付の終了の後、作業者が図１に示したプッシュボタン５１を操作して給水運転モードを選択すると、制御部５０は、水吸い込み管１９から空気圧縮機１５への流路が開となり、空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路が閉となる様に第１の三方弁１８を水吸い込み管１９側に切り換える指令を出力する。この指令によって第１の三方弁１８のアクチュエータが動作して第１の三方弁の流路が水吸い込み管１９側に切り換えられる。また、制御部５０は、配管ブロック２４から給水管２６への流路を開とし、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を閉とする様に第２の三方弁２５を給水管２６側に切り換える指令を出力する。この指令によって第２の三方弁２５のアクチュエータが動作して第２の三方弁の流路が給水管２６側に切り換えられる。
【００１８】
制御部５０は、第１の三方弁１８と第２の三方弁２５との切り換えが終了すると、空気圧縮機１５のモータ１６を駆動する指令を出力する。この指令によって、２次電池３３の電力がインバータ３２によって三相交流電力に変換されてモータ１６に供給され、モータ１６が回転を開始する。モータ１６が回転を開始すると空気圧縮機１５が始動する。空気圧縮機１５は水吸い込み管１９の先端に設けられた吸い込みフィルタ２０を通して河川などから水を吸い込む。河川の水に含まれている大きな異物は吸い込みフィルタ２０によって除去される。そして、空気圧縮機１５は吸い込んだ水の圧力を上昇させて、水濾過フィルタ３９に移送する。水濾過フィルタ３９に流入した水は水濾過フィルタ３９に組み込まれているフィルタエレメントによって飲用に適する程度に濾過される。濾過された水は水濾過フィルタ３９から第２の三方弁２５に流出する。第２の三方弁２５は、給水管２６側に切り換えられていることから、濾過水は第２の三方弁２５から給水管２６に向かって流れ、給水管２６の先端に設けられた給水フィルタ４０を通って流体供給システム搭載車両１０外部に設けられた給水タンク等に給水される。
【００１９】
空気圧縮機１５が始動されると、制御部５０は水濾過フィルタ３９の上流の吐出管２２に設けられた圧力センサ３８によって水濾過フィルタ３９の上流側の圧力信号を取得し、その圧力と閾値とを比較する。そして、圧力が所定の閾値よりも高くなった場合には、詰まり等によって水濾過フィルタ３９に異常が発生していると判断して、モータ１６への電力を停止する指令を出力する。この指令によって、インバータ３２からの電力の供給が停止され、モータ１６が停止し、空気圧縮機１５が停止する。空気圧縮機１５が停止した場合には、警報、あるいはランプの点灯などを行うようにしてもよい。また、給水運転モードが選択されると、第１、第２の三方弁１８，２５が水吸い込み管１９側及び給水管２６側に切り換わるため燃料電池１１へは空気が供給されず、燃料電池１１の発電は停止した状態となっている。
【００２０】
制御部５０は、給水開始後も水濾過フィルタ３９の上流の吐出管２２に設けられた圧力センサ３８によって水濾過フィルタ３９の上流側の圧力信号を取得し、その圧力と閾値とを比較することによって水濾過フィルタ３９の状態を監視する。そして、圧力が所定の閾値以上となった場合には、水濾過フィルタ３９の濾過能力が低下したと判断して、モータ１６、空気圧縮機１５を停止する。
【００２１】
空気圧縮機１５の停止後、作業者によって水濾過フィルタ３９が新しいものに交換されて、再度、作業者によってプッシュボタン５１で給水運転モードが選択された場合には、上記と同様の動作によって河川の水を濾過して給水する。
【００２２】
以上説明した本実施形態の流体供給システム搭載車両１０は、災害が発生した場合に、被災地周辺の道路が災害によって通行できない場合でも、自走によって被災地の河川近傍に移動し、被災地で河川の水等から飲料用の水を供給することができるという効果を奏する。
【００２３】
図４を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００２４】
本実施形態は、燃料電池１１に空気を供給する第２の空気圧縮機６３と、第２の空気圧縮機６３の吐出から吐出管２２及び配管ブロック２４とは独立して加湿器空気入口管２７に空気を供給する第２の吐出管６５とを備えている。また、第２の空気圧縮機６３の上流側には空気フィルタ６１が設けられ、第２の空気圧縮機６３は２次電池３３、インバータ３２から電力が供給されるモータ６４によって駆動されるよう構成されている。第２の空気圧縮機６３は燃料電池１１の負荷にかかわらず駆動され、空気圧縮機１５は燃料電池１１の負荷が例えば５０％等の中負荷以上となった場合にのみ運転される。従って、燃料電池の負荷が低負荷から中負荷の場合には、第２の空気圧縮機６３のみによって燃料電池１１に空気が供給され、燃料電池１１の負荷が例えば５０％以上等の高負荷の場合には、第２の空気圧縮機６３と空気圧縮機１５とによって燃料電池１１に空気が供給されるよう構成されている。
【００２５】
図５に示すように、通常運転モードの場合には制御部５０の指令によって第１の三方弁１８は空気フィルタ１７から空気圧縮機１５への流路を開として水吸い込み管１９から空気圧縮機への流路を閉とする様に空気フィルタ１７側に切り換えられ、第２の三方弁２５は、配管ブロック２４から加湿器１４への空気供給流路を開とし、配管ブロック２４から給水管２６への流路を閉とする様に加湿器１４側に切り換えられている。空気圧縮機１５に吸い込まれた空気は加圧されて配管ブロック２４を通って加湿器空気入口管２７から加湿器１４に供給される。また、空気フィルタ６１から第２の空気圧縮機６３に吸い込まれた空気は加圧されて第２の吐出管６５を通って加湿器空気入口管２７で空気圧縮機１５から供給された空気と合流して加湿器１４に供給される。加湿器１４に供給された空気は加湿器１４によって加湿された後に燃料電池１１の空気極１２に供給される。図５は燃料電池１１の負荷が高い場合を示しているが、燃料電池１１の負荷が低い場合には、空気圧縮機１５は停止している。
【００２６】
図６に示すように、先に説明した実施形態と同様、災害などの発生した場合には被災地において、作業者によって配管ブロック２４が水濾過フィルタ３９に交換される。水濾過フィルタ３９の取付の終了の後、作業者が図４に示したプッシュボタン５１を操作して給水運転モードを選択すると、先の実施形態と同様、制御部５０の指令によって第１の三方弁１８の流路が水吸い込み管１９側に切り換えられ、第２の三方弁２５の流路が給水管２６側に切り換えられ、水吸い込み管１９の先端の吸い込みフィルタ２０を通して吸い込んだ水は、空気圧縮機１５によって水濾過フィルタ３９を通って給水管２６から流体供給システム搭載車両１０外部の給水タンク等に給水される。
【００２７】
一方、図６に示すように、制御部５０は第２の空気圧縮機６３を駆動し、圧縮した空気を加湿器空気入口管２７を通して加湿器１４、燃料電池１１に供給する。この空気と水素供給管４３から供給される水素とによって燃料電池１１内で発電反応が発生し、発電電力は空気極１２側に接続されたケーブル３６と水素極１３側に接続されたケーブル３７とによって図４に示した２次電池３３に供給され、２次電池３３を充電する。
【００２８】
本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏すると共に、河川の水等を濾過して飲用水などを供給することができると同時に燃料電池１１の発電を行うことができるので、２次電池３３の蓄電容量にかかわらず、長時間にわたって給水を行うことができるという効果を奏する。また、給水運転モードを終了した後に水濾過フィルタ３９を配管ブロック２４に交換しても吐出管２２などの内部に河川水が残留しており、空気圧縮機１５から燃料電池１１へ空気の供給ができないような場合であっても、第２の空気圧縮機６３から供給される空気によって燃料電池１１の発電を行ない、発電電力によって流体供給システム搭載車両１０を再度自走させることができるという効果を奏する。
【００２９】
図７を参照して、他の実施形態について説明する。先に図１から３を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７に示すように、本実施形態は、加湿器１４と燃料電池１１との間の空気供給管２８に第２の三方弁２５を設けたものである。図７のように構成することによって、配管ブロック２４と交換して取り付けられる水濾過フィルタ３９の容量あるいは能力が小さいものである場合でも、加湿器１４の流路内に設けられた中空糸膜フィルタを第２の水濾過フィルタとして用いることができる。このため、水濾過フィルタ３９の濾過能力が低い場合でも給水水質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【図２】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両において、通常運転モードの場合の空気の流れを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における流体供給システム搭載車両において、給水運転モードの場合の水の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【図５】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両において、通常運転モードの場合の空気の流れを示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両において、給水運転モードの場合の水の流れを示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態における流体供給システム搭載車両の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 流体供給システム搭載車両、１１ 燃料電池、１２ 空気極、１３ 水素極、１４ 加湿器、１５ 空気圧縮機、１６，４７，６４ モータ、１７，６１ 空気フィルタ、１８ 第１の三方弁、１９ 水吸い込み管、２０ 吸い込みフィルタ、２２ 吐出管、２３ フランジ、２４ 配管ブロック、２５ 第２の三方弁、２６ 給水管、２７ 加湿器空気入口管、２８ 空気供給管、２９ 空気排出管、３０ インタークーラー、３１ 排気管、３２ インバータ、３３ ２次電池、３４ モータジェネレータ、３５ 空気フィルタ、３６，３７ ケーブル、３８ 圧力センサ、３９ 水濾過フィルタ、４０ 給水フィルタ、４１ 水素ガスタンク、４２ 水素供給調節弁、４３ 水素供給管、４４ 水素排出管、４５ 水素循環管、４６ 水素循環ポンプ、４８ 水素系大気放出管、４９ 水素系排出弁、５０ 制御部、５１ プッシュボタン、６３ 第２の空気圧縮機、６５ 第２の吐出管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を移送する流体移送機と、
流体移送機の上流側に設けられ、流体移送機への流路を空気吸い込み側と水吸い込み側とで切り換える第１の流路切り換え弁と、
流体移送機の下流側に設けられ、水濾過フィルタと交換自在の配管ブロックと、
配管ブロックの下流側に設けられ、配管ブロックからの流体の流路を車両用発電装置側と給水側とで切り換える第２の流路切り換え弁と、
第１、第２の流体切り換え弁の動作を制御する制御部と、を備える流体供給システム搭載車両であって、
制御部は、
配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、第１の切り換え弁と第２の切り換え弁とをそれぞれ水吸い込み側と給水側とに切り換え、流体移送機によって水吸い込み側から吸い込んだ水を水濾過フィルタに移送し、濾過した水を給水側から給水する給水手段を備えること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の流体供給システム搭載車両であって、
流体移送機と車両とは各モータによって駆動され、
モータによって駆動される第２の流体移送機と、配管ブロックと独立に車両用発電装置に空気を供給する空気供給配管と、流体移送機と車両と第２の流体移送機とを駆動する各モータに駆動用電力を供給する２次電池と、を有し、
制御部は、
配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、濾過された水を給水側から給水すると共に車両用発電装置によって発電した電力を２次電池に充電する充電手段を備えること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体供給システム搭載車両であって、
車両用発電装置は燃料電池であり、
流体移送機は空気圧縮機であること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【請求項１】
流体を移送する流体移送機と、
流体移送機の上流側に設けられ、流体移送機への流路を空気吸い込み側と水吸い込み側とで切り換える第１の流路切り換え弁と、
流体移送機の下流側に設けられ、水濾過フィルタと交換自在の配管ブロックと、
配管ブロックの下流側に設けられ、配管ブロックからの流体の流路を車両用発電装置側と給水側とで切り換える第２の流路切り換え弁と、
第１、第２の流体切り換え弁の動作を制御する制御部と、を備える流体供給システム搭載車両であって、
制御部は、
配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、第１の切り換え弁と第２の切り換え弁とをそれぞれ水吸い込み側と給水側とに切り換え、流体移送機によって水吸い込み側から吸い込んだ水を水濾過フィルタに移送し、濾過した水を給水側から給水する給水手段を備えること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の流体供給システム搭載車両であって、
流体移送機と車両とは各モータによって駆動され、
モータによって駆動される第２の流体移送機と、配管ブロックと独立に車両用発電装置に空気を供給する空気供給配管と、流体移送機と車両と第２の流体移送機とを駆動する各モータに駆動用電力を供給する２次電池と、を有し、
制御部は、
配管ブロックが水濾過フィルタに交換された場合には、濾過された水を給水側から給水すると共に車両用発電装置によって発電した電力を２次電池に充電する充電手段を備えること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体供給システム搭載車両であって、
車両用発電装置は燃料電池であり、
流体移送機は空気圧縮機であること、
を特徴とする流体供給システム搭載車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８３９０９（Ｐ２００９−１８３９０９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８４１０（Ｐ２００８−２８４１０）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]