JP2006068305A - 電気動力車、及び酸素富化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動車椅子等の電気動力車の利用者が必要に応じて酸素吸入を行えるようにするための技術を提供する。
【解決手段】 容器２１から排出された水はイオン交換樹脂２２によって純水にされ、水電解槽２４に送られて電気分解される。その電気分解によって発生した酸素は、酸素吸入のために、水井分離器３３、容器１７、及び調節弁３９を介して呼吸補助マスク４０に供給される。電気分解によって発生した水素は、発電のために燃料電池スタック３５に送られる。その発電によって得られた電力はバッテリー２７の充電に用いられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、搭載した二次電池により動力源を駆動して走行する電気動力車に乗車した利用者に酸素を供給するための技術に関する。

電動車椅子に代表される電気動力車は、身体の不自由な非健常者、或いは体力のない高齢者などに利用されている。そのような利用者にとって電気動力車は、生活の範囲を広げ、その質を向上させるものとして非常に有用となっている。

電気動力車の利用者のなかには、呼吸器官に発生した異常や損傷、または貧血などにより酸素を身体に取り込む能力の低い人が存在する。その能力の低さが生命維持を危険にする可能性のあるレベルの人は、酸素吸入が必要となる場合がある。このことから、そのような人（以降、便宜的に「要酸素吸入者」と呼ぶ）の多くは緊急事態に備えて酸素吸入器を携帯するようにしている。その酸素吸入器は、ボンベや缶等の低圧用非耐圧容器に充填された酸素を供給することにより、空気より高い酸素濃度で酸素を吸入できるようにしたものである。生命維持が危険なレベルの人では、酸素吸入は常時、行う必要がある。

携帯可能な酸素吸入器では、その携帯を忘れたり、或いは紛失する可能性がある。そのような理由で酸素吸入器を携帯していなかった場合、緊急時に酸素吸入を行うことはできない。それによって最悪の結果を招くこともありうる。このことから、電気動力車の利用者（ここではその家族等の介護者を含む）のなかには、酸素吸入器を携帯することなく、緊急時の酸素吸入を確実に行えるようになることを望んでいる人は少なくないと考えられる。

酸素吸入器では、容器に充填された酸素が無くなると酸素吸入が行えなくなる。このため、必要に応じた酸素吸入が確実に行えるように、容器の管理を行う必要がある。しかし、その管理は、非健常者や高齢者等にとってはその多くが困難である。その介護者であってもその管理を常に適切に行えるとは限らない。このことから、酸素吸入は、酸素を充填した容器を用いることなく行えるようにすることが望ましいと考えられる。

酸素を充填した容器の供給、及び空いた容器の回収などを行うためのインフラストラクチャは現在、不十分である。最終廃棄処分するときの容器の分別焼却処分は困難なのが実情である。また、一人ひとりの意識にも不十分な面があり、容器が廃棄物として自然界に放置される可能性も小さくない。このような観点からも、容器を用いることなく酸素吸入を行えるようにすることが望ましいと言える。

酸素が充填された容器を用いることなく酸素吸入を行えるようにする先行技術としては、特許文献１に記載されたものがある。その特許文献１に記載された技術では、水を電気分解して酸素を発生させ、その酸素と共に発生する水素を燃料電池発電システムに供給することにより、水素の無害化と電力の発電を併せて行うようにしている。電動車椅子としては、蓄電池等の二次電池の他に燃料電池発電システムを併せて搭載することにより、電源をハイブリッド化したものが考えられている。
特表２００２−２３１２５９号公報

本発明は、電動車椅子等の電気動力車の利用者が必要に応じて酸素吸入を確実に行えるようにするための技術を提供することを目的とする。

本発明の第１、及び第２の態様の電気動力車は共に、搭載した二次電池により動力源を駆動して走行することにより、利用者が乗車した状態で位置を移動できるものであることを前提とし、それぞれ以下の手段を具備する。

第１の態様の電気動力車は、酸素を発生させる酸素発生手段と、酸素発生手段が発生した酸素を吸入用に供給するための酸素供給手段と、を具備する。
なお、上記酸素発生手段は、水を電気分解することにより酸素を発生させる、ことが望ましい。

第２の態様の電気動力車は、上記第１の態様における構成に加えて、酸素発生手段が水を電気分解することにより発生する水素を用いて発電を行える発電手段、を更に具備し、発電手段が発電した電力は二次電池に充電できる。

なお、上記第１、或いは第２の態様では、電気分解する水用として飲料水を供給できる、ことが望ましい。また、電気動力車は電動車椅子である、ことが望ましい。
本発明の酸素富化装置は、搭載した二次電池により動力源を駆動して走行する電気動力車に乗車した利用者に酸素を供給するために用いられることを前提とし、水を電気分解して酸素を発生させる酸素発生手段と、酸素発生手段が発生した酸素を吸入用に供給するための酸素供給手段と、電気分解により酸素と共に発生する水素を用いて発電を行える発電手段と、発電手段が発電した電力を電気動力車に供給するための電力供給手段と、を具備する。

なお、上記酸素発生手段は、電気分解を二次電池から供給される電力により行う、ことが望ましい。また、電力供給手段は、発電手段が発電した電力を二次電池に充電させるために電気動力車に供給する、ことが望ましい。

本発明は、電気動力車の乗車する利用者を対象にした酸素を発生させ、発生させた酸素を吸入用に供給する。このため、利用者は、酸素吸入器を別に用意することなく、必要に応じて酸素吸入を行うことができる。

水を電気分解することにより酸素を発生させるようにした場合には、入手が容易な水（飲料水）に対応させることにより、水の電気分解を行える状態の維持を容易に行えるようになる。それにより、利用者は必要に応じた酸素吸入を確実に行えることとなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態による電気動力車の外観を示す図であり、図２は、そのシステム構成を示す図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は背面図をそれぞれ示している。その電気動力車１に、本実施の形態による酸素富化装置は搭載されており、図２に示すシステムを構成する構成要素の大部分はその酸素富化装置を構成するものである。

上記電気動力車１は、電動車椅子（以降「電動車椅子」と呼ぶ）である。それに設けられた座椅子２の下方には、図１に示すように、車椅子１を走行させるための駆動電源等を収納する収納ボックス１２が設置されている。

その走行は、動力を車輪１３に伝達することで行われる。その走行内容を指示するためのものとしてジョイステック１８が設けられている。また、停止した状態を維持するブレーキをかけられるように、サイドブレーキレバー１９が設けられている。

上記駆動電源としては、図２に示すバッテリー（蓄電池）２７の他に、燃料電池発電システムを用意している。それにより、電源をハイブリッド化させている。それらは収納ボックス１２内に収納されている。

座椅子１１の背もたれ１４の背面側には、図１（ｂ）に示すように、燃料タンク１５、水タンク１６、及び容器１７が配置されている。図２に示すように、燃料タンク１５は燃料電池本体３５への水素供給用に設置されている。同様に、水タンク１５は水電解槽２４への水供給用、容器１７は水電解槽２４で発生した酸素の貯蔵用にそれぞれ設置されている。

以降、図２を参照して、本実施の形態による酸素富化装置の構成、及びその動作について詳細に説明する。
電動車椅子１の走行は、バッテリー２７から供給された電力を用いてモーター制御装置３０がモーター３１を駆動することで行われる。特には図示していないが、その制御装置３０には、図１（ａ）に示すジョイスティック１８や、前輪の向き（進行方向）を変えるためのモーター（以降、便宜的に「前輪用モーター」と呼ぶ）などが他に接続されている。それにより、制御装置３０は、ジョイスティック１８への操作に応じて、前輪用モーターを駆動して進行方向を変更させ、モーター３１を駆動して電動車椅子１を走行させるようになっている。本実施の形態による酸素富化装置は、図２に示すシステム構成において、それらモーター制御装置３０、バッテリー２７、及びモーター３１を除く部分によって構成されている。

水タンク１６としては、水を入れた別の容器２１をセットするものを採用している。その容器２１としては、入手が容易なペットボトル（このことから容器は「ペットボトル」と呼ぶ）に対応させている。そのペットボトル２１は、口を下にしてセットするようになっている。

ペットボトル２１から排出された水は、水タンク１６の内部に設置したイオン交換樹脂２２によって不純物が除去されて純水にされる。その純水は循環ポンプ２３によって水電解槽２４の陽極室２５、及び陰極室２６にそれぞれ供給される。本実施の形態では、イオン交換樹脂２２を用いて純水を得るようにすることにより、様々な水（飲料水、等）をペットボトル２１で供給できるようにさせている。

水電解槽２４には、電圧変換装置２９により所定の電解電圧が印加される。各室２５、２６に水（純水）が供給された状態でその電圧を印加させることにより電解反応が行われ、陽極室２４では酸素、陰極室２５では水素が発生する。

電圧変換装置２９は、スイッチ２８を介してバッテリー２７と接続されている。上記電解電圧の印加は、スイッチ２８が閉とされてバッテリー２７からの電力が供給されることで行われる。そのスイッチ２８の開閉は、利用者の操作によって行われる。

発生した酸素（ガス）は汽水分離器３３に送られ、ガスと水に分離される。その分離によって得られた酸素ガスは容器（貯蔵タンク）１７に送られて蓄えられる。容器１７に蓄えられた酸素ガスは、調整弁３９を介して呼吸補助マスク４０に排出される。マスク４０に排出された酸素は、周囲の空気と混合して、概して３０〜３５％の酸素濃度で利用者に吸引される。調整弁３９は、酸素の排出量の調整用に設けている。容器１７に蓄えられた酸素ガスの圧力は、循環ポンプ２３の吐出圧で決定することができる。これは、燃料タンク１５においても同様である。

このようにして、本実施の形態では、ペットボトル２１により供給される水を用いて酸素を発生させ、利用者の酸素吸入に利用できるようにさせている。豊富に存在し入手が容易な水を電気分解して酸素を発生させることから、緊急時の酸素吸入は確実に行えるようになる。酸素吸入器を携帯する必要性や、酸素を充填した容器を管理する必要性などは回避されることから、利用者側の負担は大幅に軽減し、高い利便性が実現される。酸素を充填した容器の未回収による廃棄物の発生等も防止される。

水電解槽２４の陰極室２６で発生した水素（ガス）は汽水分離器３２に送られ、ガスと水に分離される。その分離によって得られた水素ガスは燃料タンク１５に送られて蓄えられる。タンク１５に蓄えられた水素ガスは、調整弁３４を介して、燃料電池スタック３５を構成する各セルの燃料極３７に送られる。各セルの酸化剤極３６には、酸化剤を含んだガス、例えば空気が供給される。その供給は、セルの発電によって空気が自然に吸引されて排気される構造を採用することで実現させている。

そのセルは、固体高分子形イオン導電体膜を、それぞれ拡散層と触媒層を有する燃料極３７、及び酸化剤極３６の２つの電極の間に配置した構成のものである。図２では１つのセルのみを表しているいるが、燃料電池スタック３５は、そのセルを複数、積層して所望の電圧が得られるようになっている。その図２では、周知の技術であることから、燃料極３７からの排出ガス（水素を含むガス）を燃料タンク１５に戻すための構成は省略させている。

燃料電池スタック３５の各セルで発生した電力は、電力変換器３８に供給される。その変換器３８は、充電用の電力に変換して供給することにより、バッテリー２７の充電を行う。

このようにして、本実施の形態では、水の電気分解により発生した水素は燃料電池での発電に用いている。それにより、水の電気分解用に消費された電力を補充するようにして、酸素吸入を行うことによる電動車椅子１の稼働可能時間の短縮を抑えている。

なお、本実施の形態では、燃料電池スタック３５とは別に、水の電気分解を行う水電解槽２４を用意しているが、それらの代わりに、発電と電気分解の両方を行えるものを用意するようにしても良い。

本実施の形態は、電動車椅子１に本発明を適用、つまり本実施の形態による酸素富化装置を電動車椅子１に搭載させたものである。その富化装置は、電動車椅子１以外の電気動力車、例えば電動スクーターやシニアカーなどに搭載させても良い。燃料電池によって発電した電力は、バッテリー２７等の二次電池の充電ではなく、その他の用途に用いるようにしても良い。電気分解用の水の供給については、その水を入れたペットボトル２１等の容器をセットするのではなく、単にその水を供給することで行えるようにしても良い。

本実施の形態による電気動力車の外観を示す図である。 本実施の形態による電気動力車のシステム構成を示す図である。

符号の説明

１ 電気動力車（電動車椅子）
１４ 背もたれ
１５ 燃料タンク
１６ 水タンク
１７、２１ 容器
２２ イオン交換樹脂
２４ 水電解槽
２５ 陽極室
２６ 陰極室
２７ バッテリー
２９ 電圧変換装置
３２、３３ 汽水分離器
３４、３９ 調節弁
３５ 燃料電池スタック
３６ 酸化剤極
３７ 燃料極
３８ 電力変換器
４０ 呼吸補助マスク

Claims (8)

1. 搭載した二次電池により動力源を駆動して走行することにより、利用者が乗車した状態で位置を移動できる電気動力車において、
   酸素を発生させる酸素発生手段と、
   前記酸素発生手段が発生した酸素を吸入用に供給するための酸素供給手段と、
   を具備することを特徴とする電気動力車。
2. 前記酸素発生手段は、水を電気分解することにより前記酸素を発生させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の電気動力車。
3. 前記酸素発生手段が水を電気分解することにより発生する水素を用いて発電を行える発電手段、を更に具備し、
   前記発電手段が発電した電力は前記二次電池に充電できる、
   ことを特徴とする請求項２記載の電気動力車。
4. 前記電気分解する水用として飲料水を供給できる、
   ことを特徴とする請求項１、２、または３記載の電気動力車。
5. 前記電気動力車は電動車椅子である、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電気動力車。
6. 搭載した二次電池により動力源を駆動して走行する電気動力車に乗車した利用者に酸素を供給するための装置であって、
   水を電気分解して酸素を発生させる酸素発生手段と、
   前記酸素発生手段が発生した酸素を吸入用に供給するための酸素供給手段と、
   前記電気分解により酸素と共に発生する水素を用いて発電を行える発電手段と、
   前記発電手段が発電した電力を前記電気動力車に供給するための電力供給手段と、
   を具備することを特徴とする酸素富化装置。
7. 前記酸素発生手段は、前記電気分解を前記二次電池から供給される電力により行う、
   ことを特徴とする請求項６記載の酸素富化装置。
8. 前記電力供給手段は、前記発電手段が発電した電力を前記二次電池に充電させるために前記電気動力車に供給する、
   ことを特徴とする請求項６、または７記載の酸素富化装置。

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