JP2020157924A

JP2020157924A - 作業車両

Info

Publication number: JP2020157924A
Application number: JP2019059284A
Authority: JP
Inventors: 裕輔橋本; Hirosuke Hashimoto
Original assignee: Yanmar Power Technology Co Ltd
Current assignee: Yanmar Power Technology Co Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JP7149213B2

Abstract

【課題】燃料電池駆動式の作業車両において、スペースを有効利用しながら効率的に燃料ガス貯留容器をレイアウトできる技術を提供する。【解決手段】機体フレーム２と、ボンネット８内に収容された燃料電池３と、前輪用電動モータ１５と、後輪用電動モータ１６と、燃料電池３に供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留容器Ｔと、を備えた作業車両１であって、機体フレーム２が、左右に対向配置された一対のフレーム部材２ａを有して構成され、燃料ガス貯留容器Ｔとして、一対のフレーム部材２ａの間に形成された隙間において前輪用電動モータ１５と後輪用電動モータ１６との間に形成されたフレーム部材間スペースＳ１に設置されたフレーム部材間設置貯留容器２１を備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池の発電電力を動力源とする作業車両に関する。

近年、水素ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を搭載し、その燃料電池の発電電力を前輪及び後輪の駆動源とする燃料電池駆動式の作業車両が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。このような燃料電池駆動式の作業車両では、燃料電池に供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留容器が搭載される。

特開２００２−２２５５７７号公報

例えばエンジンを駆動源とするエンジン駆動式の作業車両をベースに燃料電池駆動式の作業車両を構築する場合、駆動源及びそれに関連する機構部が大幅に変更されることから、それらの変更箇所において効率的なレイアウトが要求される。例えば、燃料電池駆動式の作業車両に搭載される燃料ガス貯留容器は、軽油等の液体燃料を利用するエンジン駆動式の作業車両に搭載される液体燃料貯留容器とは異なって、水素ガス等の気体燃料を高圧で貯留する高圧タンク容器のものとなるため、従来の液体燃料貯留容器の設置箇所にそのまま燃料ガス貯留容器を設置するだけでは、スペースの無駄が生じる場合がある。その他、燃料電池駆動式の作業車両において新たに追加される構成についても、作業車両特有の条件を満たしながら効率的に設置箇所を検討する必要がある。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、燃料電池駆動式の作業車両において、スペースを有効利用しながら効率的に燃料ガス貯留容器をレイアウトできる技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、前後方向に延びる機体フレームと、
前記機体フレーム上の運転席部の前方に設置されたボンネット内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記機体フレームの前方側に設置され、前記燃料電池の発電電力により前輪を回転駆動する前輪用電動モータと、
前記機体フレームの後方側に設置され、前記燃料電池の発電電力により後輪を回転駆動する後輪用電動モータと、
前記燃料電池に供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留容器と、を備えた作業車両であって、
前記機体フレームが、左右に対向配置された一対のフレーム部材を有して構成され、
前記燃料ガス貯留容器として、前記一対のフレーム部材の間に形成された隙間において前記前輪用電動モータと前記後輪用電動モータとの間に形成されたフレーム部材間スペースに設置されたフレーム部材間設置貯留容器を備えた点にある。

本構成によれば、左右に対向配置された一対のフレーム部材を有して構成された機体フレームを備えることから、その一対のフレーム部材の間に形成された隙間において前輪用電動モータと後輪用電動モータとの間には、前後方向に延びるフレーム部材間スペースを形成することができる。このフレーム部材間スペースは、エンジン駆動式の作業車両ではエンジンの駆動力を後輪に伝動するプロペラシャフト等の伝動機構部の設置空間として利用されていたが、本発明に係る燃料電池駆動式の作業車両では、プロペラシャフト等の伝動機構部が不要となることから、その不要となったフレーム部材間スペースを、燃料ガス貯留容器としてのフレーム部材間設置貯留容器の設置スペースとして有効利用することができる。
従って、本発明により、燃料電池駆動式の作業車両において、スペースを有効利用しながら効率的に燃料ガス貯留容器をレイアウトできる技術を提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記燃料電池の生成水を排出する排水部を備え、
前記排水部が、前記前輪又は前記後輪の通過領域内に排出するように設置されている点にある。

本構成によれば、燃料電池で比較的多く生成される比較的高温の生成水が、排水部を通じて、農作物が存在しない前輪又は後輪の通過領域内に排出される。このことで、比較的高温の生成水がかかることによる農作物への悪影響を防止することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記運転席部の左右の一方側に当該運転席部への搭乗部が設けられており、
前記燃料ガス貯留容器へ燃料ガスを補充する補給口が、前記運転席部の前記搭乗部とは反対側において前記運転席部の床よりも下方で且つ前記機体フレームよりも上方に設置されている点にある。

本構成によれば、燃料ガス貯留容器へ燃料ガスを補充する補給口が、運転席部の搭乗部とは反対側において運転席部の床よりも下方で且つ機体フレームよりも上方に設置されているので、スペースを有効利用して補給口を配置し、搭乗部との干渉を避けながら補給口への燃料ガスの補給作業を簡単に行うことができる。

本発明の第４特徴構成は、前記燃料ガス貯留容器として、前記運転席部の少なくとも左右の一方側において前記運転席部の床よりも下方で前記機体フレームの外側に形成されたフレーム部材側方スペースに設置された側方設置貯留容器を備えた点にある。

本構成によれば、運転席部の少なくとも左右の一方側において運転席部の床よりも下方で前記機体フレームの外側に形成されたフレーム部材側方スペースを、燃料ガス貯留容器としての側方設置貯留容器の設置スペースとして有効利用することができる。

第１実施形態のトラクタ全体の左側面図第１実施形態のトラクタ全体の右側面図第１実施形態のトラクタ全体の平面図第１実施形態におけるボンネット内及び燃料ガス貯留容器の配置状態を示す正面図第２実施形態のトラクタ全体の左側面図第２実施形態のトラクタ全体の右側面図第２実施形態のトラクタ全体の平面図第２実施形態におけるボンネット内及び燃料ガス貯留容器の配置状態を示す正面図

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る作業車両をトラクタ１に適用した第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。尚、本実施形態の説明に当たっては、便宜上、トラクタ１の左側面を示す図１においては、トラクタ１の前進方向である紙面の左側を車体前方側、紙面の右側を車体後方側とし、トラクタ１の右側面を示す図２においては、トラクタ１の前進方向である紙面の右側を車体前方側、紙面の左側を車体後方側とする。また、トラクタ１の平面を示す図３においては、紙面の下方側を車体左側、紙面の上方側を車体右側とする。
尚、本発明に係る作業車両は、トラクタ以外の、例えば乗用草刈機、乗用田植機、コンバイン、除雪車、ホイールローダ、などの乗用作業車両、及び、無人耕耘機や無人草刈機などの無人作業車両に適用することができる。

図１、図２、及び図３に示すように、トラクタ１には、前後方向に延伸させて枠組形成した機体フレーム２が設けられている。そして、機体フレーム２の前方側の上部にはボンネット８が設けられており、そのボンネット８の後方である機体フレーム２の後方側の上部には運転席部１０を内部に有するキャビン９が設けられている。
ボンネット８の内部には、少なくとも走行用の動力源としての燃料電池３が収容されている。

そして、機体フレーム２の前方側には、燃料電池３の発電電力により前輪５を回転駆動する前輪用電動モータ１５が当該前輪５の回転軸と同軸上に設けられており、機体フレーム２の後方側には、燃料電池３の発電電力により後輪６を回転駆動する後輪用電動モータ１６が当該後輪６の回転軸と同軸上に設けられている。
左右の後輪６をそれぞれ上方、及び車体の左右方向の車体内方側から覆うフェンダ７が設けられている。尚、トラクタ１は、走行部にクローラが用いられる形態で実施してもよい。

燃料電池３は、カソード電極に供給された酸化剤ガスとアノード電極に供給された燃料ガスとの電気化学反応により発電を行うものとして構成されている。
また、図１及び図２に示すように、ボンネット８の内部には、燃料電池３以外に、燃料電池３が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ２８や、発電電力の電圧を上昇させる昇圧コンバータ２５や、燃料電池３の作動を制御する燃料電池制御ユニット２７や、燃料電池３のカソード電極に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給ポンプ２６や、当該空気供給ポンプ２６へ供給される空気を浄化するエアフィルタ２６ａや、ラジエータなどが収容されており、それに加えて、燃料電池３のアノード電極に供給される水素ガス等の燃料ガスを高圧状態で貯留する燃料ガス貯留タンクＴ（燃料ガス貯留容器の一例）であるボンネット内設置貯留タンク２３が収容されている。

本実施形態では、図４に示すように、ボンネット８の内部には、燃料電池３の上部に載置された２本のボンネット内設置貯留タンク２３と、その上に載置された１本のボンネット内設置貯留タンク２３とが収容されている。このように３本のボンネット内設置貯留タンク２３を配置することで、ボンネット８の横断面形状に合わせてこれらボンネット内設置貯留タンク２３をレイアウトすることができる。尚、このボンネット内設置貯留タンク２３の数については、適宜変更可能であり、不要であれば省略しても構わない。

また、ボンネット８の内部には、燃料電池３やボンネット内設置貯留タンク２３からの燃料ガスの漏洩を検知するための漏洩検知センサ４０（図４参照。）が、例えばボンネット８の内部に生じる気流の下流側に配置されている。

燃料電池３では、上記電気化学反応によって比較的高温の水が生成される。このように生成された生成水は、ボンネット８から側方に延出する排水管３０の排水口３０ａ（排水部の一例）を通じて外部の地面上に排出される。また、この排水口３０ａは、後輪６の幅内の前方且つ前輪５の幅内の後方の領域に燃料電池３の生成水を排水するように設置されている。即ち、燃料電池３から排出される比較的高温の生成水が、農作物が存在しない前輪５又は後輪６の通過領域内に排出されることになる。このことで、比較的高温の生成水がかかることによる農作物への悪影響が防止されている。尚、この排水管３０の設置箇所については適宜変更可能であり、例えば、前輪５又は後輪６に対して燃料電池３の生成水をかけるように配置することもできる。また、走行部にクローラが用いられる形態では、当該クローラに燃料電池３の生成水を排水しても良い。

ボンネット８の後方に配置されたキャビン９内部の運転席部１０には、機体フレーム２上に運転席部１０の床としての運転席部フロア２０が設けられている。運転席部フロア２０は、運転ハンドル１８と運転座席１７との間において車体幅方向の左右中央部に配置される。
図２に示すように、運転席部１０の左方側１１Ｌには、運転席部１０への搭乗部としての搭乗部ステップ１９が設けられており、図３に示すように、運転席部１０の右方側１１Ｒには、このような搭乗部が設けられていないものとなっている。
そして、図３に示すように、燃料ガス貯留タンクＴへ燃料ガスを補充する補給口３５が、運転席部１０の搭乗部ステップ１９とは反対側である右方側１１Ｒにおいて運転席部フロア２０よりも下方で且つ機体フレーム２より上方に設置されている。このことで、スペースを有効利用して補給口３５を配置し、搭乗部ステップ１９との干渉を避けながら補給口３５への燃料ガスの補給作業を簡単に行うことができる。尚、この補給口３５の設置位置については、適宜変更可能である。

図２、図３、及び図４に示すように、機体フレーム２は、左右に対向配置された一対のフレーム部材２ａを有して構成されている。そして、一対のフレーム部材２ａの間に形成された隙間において前輪用電動モータ１５と前記後輪用電動モータ１６との間には、フレーム部材間スペースＳ１と呼ぶ空間が形成されている。
このフレーム部材間スペースＳ１は、本実施形態とは異なるが、エンジン駆動式のトラクタでは、エンジンの駆動力を後輪６に伝動するためのプロペラシャフト等の伝動機構部の設置空間として利用されていた空間であるが、本実施形態の燃料電池駆動式のトラクタ１ではこのような伝動機構部が不要となる。
そこで、本実施形態の燃料電池駆動式のトラクタ１では、エンジンを駆動源とするエンジン駆動式の作業車両をベースにして機体フレーム２やボンネット８やローダ取付用ブラケット４等の形状を変更することなく、一対のフレーム部材２ａの間に形成されたフレーム部材間スペースＳ１に、燃料ガス貯留タンクＴとしてのフレーム部材間設置貯留タンク２１（フレーム部材間設置貯留容器の一例）を設置して、スペースの有効利用が図られている。

更に、図１、図３、及び図４に示すように、運転席部１０の右方側１１Ｒ及び左方側１１Ｌの両側方側の夫々において、運転席部フロア２０よりも下方で機体フレーム２のフレーム部材２ａの外側にはフレーム部材側方スペースＳ２が形成されている。このフレーム部材側方スペースＳ２のうち、運転席部１０の左方側１１Ｌにおける搭乗部ステップ１９の奥側には、上記燃料電池３の発電電力を一時的に貯留するバッテリー２９が配置されており、スペースの有効利用が図られている。即ち、このバッテリー２９は、搭乗部ステップ１９により保護された状態で設置されている。また、上記運転席部１０の右方側１１Ｒのフレーム部材側方スペースＳ２には、燃料電池３に必要な補機等を設置することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る作業車両をトラクタ１に適用した第２実施形態を図５〜図８に基づいて説明する。尚、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用すると共に、説明を割愛する場合がある。

ボンネット８の内部には、上記第１実施形態と同様に、少なくとも走行用の動力源としての燃料電池３が収容されているが、上記第１実施形態とは異なり、ボンネット内設置貯留タンク２３（図１等参照）は収容されていない。
また、図５、図６、及び図８に示すように、ボンネット８の内部には、燃料電池３以外に、燃料電池３が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ２８や、発電電力の電圧を上昇させる昇圧コンバータ２５や、燃料電池３の作動を制御する燃料電池制御ユニット２７や、燃料電池３のカソード電極に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給ポンプ２６や、当該空気供給ポンプ２６へ供給される空気を浄化するエアフィルタ２６ａや、ラジエータなどが収容されており、それに加えて、燃料電池３の発電電力を一時的に貯留するバッテリー２９が収容されている。

更に、図５〜図８に示すように、運転席部１０の右方側１１Ｒ及び左方側１１Ｌの両側方側の夫々において、運転席部フロア２０よりも下方で機体フレーム２のフレーム部材２ａの外側にはフレーム部材側方スペースＳ２が形成されている。そして、これら両フレーム部材側方スペースＳ２の夫々に、燃料ガス貯留タンクＴとしての側方設置貯留タンク２２（側方設置貯留容器の一例）を設置して、スペースの有効利用が図られている。尚、この側方設置貯留タンク２２の数については、適宜変更可能であり、不要であれば省略しても構わない。

また、図５及び図７に示すように、運転席部１０の左方側１１Ｌに設置された側方設置貯留タンク２２は、搭乗部ステップ１９により保護された状態で設置されている。
一方、図６及び図７に示すように、運転席部１０の右方側１１Ｒに設置された側方設置貯留タンク２２は、それを覆うカバー３２により、保護された状態で設置されている。そして、そのカバー３２に、燃料ガス貯留タンクＴへ燃料ガスを補充する補給口３５が設けられている。

また、図７に示すように、左右方向において、側方設置貯留タンク２２の及びそれを覆うカバー３２の最外位置は、前輪５及び後輪６の最外位置よりも内側に位置している。このことにより、前輪５及び後輪６の最外位置よりも障害物が存在している場合であっても、その障害物が側方設置貯留タンク２２の及びそれを覆うカバー３２に衝突することを回避できる。

〔別実施形態〕
本発明の別実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各別実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の別実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）作業車両１の構成は種々の変更が可能である。
例えば、作業車両１は、左右の後輪６に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両１は、左右の前輪５及び左右の後輪６に代えて左右のクローラを備えるフルクローラ仕様に構成されていてもよい。
尚、このようなクローラ仕様の作業車両１を燃料電池駆動式として構成する場合には、エンジン駆動式とする際に液体燃料貯留タンクを設置していた例えばフェンダー部内のスペースに燃料ガス貯留タンクを設置することができる。

１トラクタ（作業車両）
２機体フレーム
２ａフレーム部材
３燃料電池
５前輪
６後輪
８ボンネット
１０運転席部
１１Ｌ左方側（運転席部の左右の一方側）
１１Ｒ右方側（運転席部の搭乗部とは反対側）
１５前輪用電動モータ
１６後輪用電動モータ
１９搭乗部ステップ（搭乗部）
２０運転席部フロア（運転席部の床）
２１フレーム部材間設置貯留タンク（フレーム部材間設置貯留容器）
２２側方設置貯留タンク（側方設置貯留容器）
３０ａ排水口（排水部）
３５補給口
Ｓ１フレーム部材間スペース
Ｓ２フレーム部材側方スペース
Ｔ燃料ガス貯留タンク（燃料ガス貯留容器）

Claims

前後方向に延びる機体フレームと、
前記機体フレーム上の運転席部の前方に設置されたボンネット内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記機体フレームの前方側に設置され、前記燃料電池の発電電力により前輪を回転駆動する前輪用電動モータと、
前記機体フレームの後方側に設置され、前記燃料電池の発電電力により後輪を回転駆動する後輪用電動モータと、
前記燃料電池に供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留容器と、を備えた作業車両であって、
前記機体フレームが、左右に対向配置された一対のフレーム部材を有して構成され、
前記燃料ガス貯留容器として、前記一対のフレーム部材の間に形成された隙間において前記前輪用電動モータと前記後輪用電動モータとの間に形成されたフレーム部材間スペースに設置されたフレーム部材間設置貯留容器を備えた作業車両。
前記燃料電池の生成水を排出する排水部を備え、
前記排水部が、前記前輪又は前記後輪の通過領域内に排出するように設置されている請求項１に記載の作業車両。
前記運転席部の左右の一方側に当該運転席部への搭乗部が設けられており、
前記燃料ガス貯留容器へ燃料ガスを補充する補給口が、前記運転席部の前記搭乗部とは反対側において前記運転席部の床よりも下方で且つ前記機体フレームよりも上方に設置されている請求項１又は２に記載の作業車両。
前記燃料ガス貯留容器として、前記運転席部の少なくとも左右の一方側において前記運転席部の床よりも下方で前記機体フレームの外側に形成されたフレーム部材側方スペースに設置された側方設置貯留容器を備えた請求項１〜３の何れか１項に記載の作業車両。