JP2022118987A - マルチコプタ - Google Patents

Abstract

【課題】マルチコプタにおいて燃料電池から排出されるオフガスを希釈しながら外部に排出する技術を提供する。【解決手段】マルチコプタ１０は、燃料電池４ｂと、プロペラ８と、ケース４ｃと、第１放出口１４ｈと、を備える。燃料電池は、燃料ガスを反応させて電力を発生させる。プロペラは、燃料電池の発生させた電力により回転する。ケースは、燃料電池を収容するとともに、少なくとも一つの換気口を有する。第１放出口は、燃料電池から排出された燃料ガスのオフガスをケース内に放出する。上述したマルチコプタでは、燃料電池を収容するケース内にオフガスが放出される。オフガスは、ケース内で拡散し、希釈される。ケース内は、換気口によって換気される。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、マルチコプタに関する。特に、プロペラと、そのプロペラを回転させるための電力を発生させる燃料電池と、を備えているマルチコプタに関する。

上述のマルチコプタ（特許文献１では、飛翔体と称している）が、特許文献１に開示されている。燃料電池は、酸素と、燃料ガスと、を反応させて電力を発生させる。燃料電池は、燃料電池に流入したが消費されずに残った余剰燃料を、オフガスとして排出する。燃料電池から排出されたオフガスは、燃料排出管を通じて放出口から外部に放出される。オフガスの放出口は、プロペラの下方に配置されており、プロペラが回転した際に発生する風によって、オフガスの放出が促進されるように構成されている。

特開２０１８－１７６９２０号公報

燃料電池から排出されるオフガスには、燃料ガスが含まれている。従って、オフガスを外部に放出する際には、燃料ガスの濃度が低下するように、オフガスを希釈しながら放出することが望まれる。この点に関して、特許文献１のマルチコプタでは、オフガスの放出口がプロペラの下方に配置されているので、プロペラの発生する風によってオフガスが希釈されることが期待される。しかしながら、例えばマルチコプタが離陸、もしくは着陸するタイミングでは、プロペラの回転数が減少する。このようなタイミングでは、プロペラから発生する風量が減少するので、燃料電池から排出されるオフガスが、十分に希釈されないおそれがある。その場合、マルチコプタの排出口周辺で、燃料ガスの濃度が上昇するおそれがある。本明細書では、オフガスを希釈しながら外部に排出することができる技術を提供する。

本明細書が開示するマルチコプタは、燃料電池と、プロペラと、ケースと、第１放出口と、を備える。燃料電池は、燃料ガスを反応させて電力を発生させる。プロペラは、前記燃料電池の発生させた前記電力により回転する。ケースは、前記燃料電池を収容するとともに、少なくとも一つの換気口を有する。第１放出口は、前記燃料電池から排出された前記燃料ガスのオフガスを前記ケース内に放出する。

上述したマルチコプタでは、燃料電池から排出されるオフガスが、燃料電池を収容するケース内に放出されるように構成されている。ケース内に放出されたオフガスは、ケース内で拡散して希釈された後に、ケースの換気口から外部へ放出される。このように、本明細書が開示するマルチコプタでは、燃料電池を収容するケースを利用し、オフガスを当該ケース内で拡散させることによって、オフガスを希釈しながら外部に排出することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施形態のマルチコプタ１０の斜視図を示す。 実施形態のマルチコプタ１０の平面図を示す。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図を示す。 第２実施形態のマルチコプタ１０ａにおける、図１の線ＩＶ－ＩＶにおける断面図を示す。

本技術の一実施形態では、前記少なくとも一つの換気口は、前記プロペラの旋回範囲に対向する位置に設けられた開口を含んでもよい。これにより、プロペラの発生する風を利用して、ケース内を換気することができる。その結果、オフガスの希釈を促進することができる。

本技術の一実施形態では、マルチコプタは、前記燃料電池から排出された空気のオフガスを前記ケース内に放出する第２放出口をさらに備えてもよい。これにより、ケース内で、燃料電池が排出する空気のオフガスと、燃料ガスのオフガスとが混合される。その結果、オフガスの希釈を促進することができる。

本技術の一実施形態では、ケース内に収容されているとともに、前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサをさらに備えてもよい。このような構成によると、ケースのサイズが比較的に大きくなることから、ケース内に放出されたオフガスが、十分に拡散及び希釈された後でケースの外部に放出される。ただし、別の実施形態では、ケースは、コンプレッサを収容しなくてもよい。

本技術の一実施形態では、マルチコプタは、前記燃料電池を冷却するラジエータをさらに備えてもよい。その場合、前記ラジエータは、前記プロペラの回転軸と直交する方向において、前記ケースと隣接してもよい。ただし、別の実施形態では、ラジエータは、プロペラの回転軸方向において、ケースと隣接してもよい。

（実施形態）
図面を参照して、本技術の一実施形態であるマルチコプタ１０について説明する。図１に示されるように、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８と、燃料ガスタンク２と、ラジエータ６と、ラジエータファン６ｆと、動力ユニット４と、を備える。特に限定はされないが、マルチコプタ１０は、いわゆるドローンであり、４つのプロペラ８を回転駆動させることで飛行することができる。マルチコプタ１０は、Ｚ軸方向（すなわち、図１の紙面上方向）に上昇する。上昇後、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８のそれぞれの回転数に差異を設けることで、平行移動、旋回等を実行する。

燃料ガスタンク２は、その内部に燃料ガス（本実施形態では水素ガス）を蓄えている。動力ユニット４は、そのケース４ｃの内部に燃料電池４ｂとエアコンプレッサ４ａとを収容している。燃料電池４ｂは、内部にセルスタック（図示省略）を備えており、燃料ガスと空気中の酸素とを反応させて発電する。エアコンプレッサ４ａは、燃料電池４ｂに空気を供給するための機器である。その他にも、ケース４ｃ内には、燃料電池４ｂが発電した電力を蓄える二次電池等が収容される。

マルチコプタ１０は、燃料ガスタンク２内の燃料ガスと空気中の酸素とを燃料電池４ｂ内で反応させることで、電力を発生させる。マルチコプタ１０は、燃料電池４ｂが発生させた電力を電動機（図示省略）に供給することで４つのプロペラ８を回転させる。

動力ユニット４のケース４ｃは、Ｘ軸方向（すなわち、図１の紙面左右方向）に延びる矩形形状を有している。ケース４ｃの上部には、燃料ガスタンク２を固定する架台が設けられており、その架台の４隅のそれぞれには、プロペラ支持部８ｓが設けられている。各プロペラ支持部８ｓは、プロペラ８を回転可能に支持する。

ケース４ｃのＸ軸方向正側（すなわち、図１の紙面左側）には、ラジエータ６と、ラジエータファン６ｆと、が配置される。ラジエータ６の内部には、冷媒が循環する循環路が形成されている。ラジエータ６は、Ｚ軸方向に延びる循環路を、Ｙ軸方向に隣接して配置している。図示は省略したが、ラジエータ６には、燃料電池４ｂに冷媒を供給する循環路が接続されている。ケース４ｃには、ラジエータ６と燃料電池４ｂとの間で冷媒を循環させるポンプが収容されている。

図１に示されるように、ラジエータ６は、動力ユニット４のＸ軸方向正側に露出している。マルチコプタ１０が例えばＸ軸方向正側に進行すると、ラジエータ６は、Ｘ軸方向負側（すなわち、図１の紙面右側）に向かう飛行風を受ける。この飛行風がラジエータ６を通過すると、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。その他にも様々な方向の飛行風がラジエータ６を通過することで、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。ラジエータファン６ｆは、扁平なラジエータ６のＸ軸方向負側（すなわち、図１の紙面右側）の面に、当接して配置されている。マルチコプタ１０が進行していない場合には、ラジエータファン６ｆが回転することで、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。このように、マルチコプタ１０は、ラジエータ６によって放熱された冷媒を燃料電池４ｂに供給することで、燃料電池４ｂを冷却する。

図２に示されるように、４つのプロペラ８のそれぞれは、プロペラ中心８ｃを中心として旋回する。４つのプロペラ８のそれぞれは、プロペラ中心８ｃを中心とした円形の旋回範囲８ａを覆うように旋回する。プロペラ８が旋回すると、その旋回範囲８ａの下方（すなわち、図２の紙面奥方向）に風が発生する。

ケース４ｃの上側（すなわち、図２の紙面手前側）には、給気口４ｓが設けられている。給気口４ｓは、Ｘ軸方向負側（すなわち、図２の紙面右側）かつＹ軸方向負側（すなわち、図２の紙面上側）のプロペラ８の旋回範囲８ａの下方に位置している。

ここで、図３を参照して、本実施形態のマルチコプタ１０が、燃料ガスのオフガスを外部に排出する構造について説明する。燃料電池４ｂは、気液分離器１４に接続される。気液分離器１４には、燃料電池４ｂを通過した燃料ガス（すなわち、燃料ガスのオフガス）が供給される。気液分離器１４は、燃料ガスのオフガス中の水分と、燃料側オフガスＧ１と、を分離する。気液分離器１４の底部には、排気排水バルブ１４ｖが接続されており、排気排水バルブ１４ｖが開くと、燃料ガスのオフガスから分離して気液分離器１４の底部に溜まった水分が排出される。気液分離器１４によって水分と分離した燃料側オフガスＧ１は、気液分離器１４の上部の第１放出口１４ｈから、ケース４ｃ内の空間４ｍに放出される。

ここで、燃料側オフガスＧ１は、燃料電池４ｂを通過した燃料ガス（すなわち、水素ガス）である。燃料側オフガスＧ１は、反応後の不純物（例えば、窒素、水蒸気）に加え、燃料ガスも含んでいる。このため、マルチコプタ１０には、外部に燃料側オフガスＧ１を排出する前に、燃料側オフガスＧ１を希釈して燃料ガスの濃度の低下させることが求められる。マルチコプタ１０は、燃料側オフガスＧ１を外部に排出する前に、第１放出口１４ｈからケース４ｃ内の空間４ｍに放出する。これにより、燃料側オフガスＧ１は、空間４ｍ内で拡散し、空間４ｍ内の空気と混ざる。その結果、空間４ｍ内の燃料ガスの濃度が低下する。すなわち、燃料側オフガスＧ１は、空間４ｍ内に放出されることで、希釈される。

ケース４ｃの下側（すなわち、Ｚ軸方向負側）の壁には、排気口４ｅが設けられている。排気口４ｅは、ケース４ｃの下側の壁を貫通しており、ケース４ｃ内の空間４ｍと外部とを連通する。空間４ｍで希釈された燃料側オフガスＧ１は、希釈オフガスＧ２として、排気口４ｅを介して外部に排出される。ケース４ｃに排気口４ｅを設けることで、ケース４ｃの空間４ｍ内が換気される。すなわち、排気口４ｅは、ケース４ｃ内を換気する換気口である。

このように、本実施形態のマルチコプタ１０は、ケース４ｃの空間４ｍ内に燃料側オフガスＧ１を放出し、空間４ｍ内で希釈した後に排気口４ｅを介して外部に排出する。これにより、ケース４ｃを利用して、燃料側オフガスＧ１を希釈しながら外部に排出することができる。先に述べたように、ケース４ｃは、燃料電池４ｂ、エアコンプレッサ４ａ等の機器を収容するためのケースである。このケース４ｃを利用して燃料側オフガスＧ１を希釈することで、燃料側オフガスＧ１を希釈するための機器を設ける必要がない。このため、マルチコプタ１０は、比較的簡易な構造で、燃料側オフガスＧ１を希釈しながら外部に排出することができる。

また、ケース４ｃは、燃料電池４ｂ、エアコンプレッサ４ａ等の機器を収容しているため、その内部の空間４ｍの体積が大きくなる。内部の体積が大きいケース４ｃで燃料側オフガスＧ１を希釈することで、燃料側オフガスＧ１の希釈を促進することができる。

さらに、ケース４ｃの上側（すなわち、Ｚ軸方向正側）の壁には、給気口４ｓが設けられている。先に述べたように、給気口４ｓは、プロペラ８の旋回範囲８ａの下方に位置している。すなわち、給気口４ｓは、旋回範囲８ａと対向している。プロペラ８が旋回すると、旋回範囲８ａの下方には、下向きの風が発生する。図３に示されるように。プロペラ８の旋回によって生じた風の一部は、給気口４ｓを介して、ケース４ｃの空間４ｍ内に空気Ｓ１を押し込む。これにより、空間４ｍ内の空気が循環し、空間４ｍ内が換気される。このように、給気口４ｓは、ケース４ｃ内を換気する換気口である。給気口４ｓをプロペラ８の旋回範囲８ａの下方に配置して空間４ｍ内を換気することで、燃料側オフガスＧ１の希釈を促進することができる。

図４を参照して第２実施形態のマルチコプタ１０ａについて説明する。第２実施形態のマルチコプタ１０ａは、上述した第１実施形態のマルチコプタ１０の給気口４ｓ（図３参照）に代えて、第２放出口２０ｈを備えている。第２放出口２０ｈは、燃料電池４ｂの空気放出管２０に設けられた開口である。第２放出口２０ｈは、ケース４ｃの空間４ｍと、空気放出管２０と、を連通する。空気放出管２０は、燃料電池４ｂから、燃料電池４ｂを通過した空気（すなわち、空気側オフガスＳ２）を排出するためのパイプである。燃料電池４ｂから排出された空気側オフガスＳ２は、空気放出管２０の第２放出口２０ｈを介して、ケース４ｃの空間４ｍ内に放出される。第２放出口２０ｈから放出された空気のオフガスＳ２は、空間４ｍ内で、第１放出口１４ｈから放出された燃料側オフガスＧ１と混ざる。その結果、燃料側オフガスＧ１の濃度の希釈が促進される。このように、第２実施形態のマルチコプタ１０ａは、給気口４ｓから空間４ｍ内に取り込まれる空気に換えて、燃料電池４ｂ自らが排出した空気のオフガスを利用して、燃料側オフガスＧ１を希釈する。これにより、別途構造を追加することなく、比較的簡単な構造で、燃料側オフガスＧ１を希釈しながら外部に排出することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施形態の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）上述した第１実施形態では、「換気口」として、排気口４ｅと、給気口４ｓと、がケース４ｃに設けられていたが、変形例では、これに代えて、「換気口」は、ケース４ｃの構成部品の間に生じる隙間であってもよい。すなわち、明確な「換気口」が設けられていなくても、ケース４ｃの一部で、空間４ｍと外部とが通していればよい。また、さらなる変形例では、ケース４ｃが給気口４ｓを備え、さらに、ケース４ｃ内に第２放出口２０ｈが設けられていてもよい。

（変形例２）上述した実施形態では、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８を備えていたが、変形例のマルチコプタ１０は、２つ、または３つのプロペラ８を備えてもよいし、５つ以上のプロペラ８を備えてもよい。

（変形例３）上述した第１実施形態では、給気口４ｓは、下方からプロペラ８の旋回範囲８ａに対向していたが、変形例では、給気口４ｓに代えて、上方からプロペラ８の旋回範囲８ａに対向する換気口が設けられてもよい。この場合、プロペラ８の旋回によって、旋回範囲８ａ付近が負圧になるため、空間４ｍ内の空気が外部に排出されやすくなる。すなわち、上方からプロペラ８の旋回範囲８ａに対向する換気口は、排気口として機能する。

（変形例４）上述した実施形態では、ケース４ｃ内にエアコンプレッサ４ａが収容されていたが、変形例では、ケース４ｃの外にエアコンプレッサ４ａが配置されてもよい。さらに、ケース４ｃ内に、燃料ガスタンク２がさらに配置されてもよい。

（変形例５）上述した実施形態では、ラジエータ６は、ケース４ｃのＸ軸方向において隣接して配置されたが、変形例では、ラジエータ６は、動力ユニット４とＺ軸方向において隣接して配置されもよいし、Ｙ軸方向において隣接して配置されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：燃料ガスタンク
４ ：動力ユニット
４ａ ：エアコンプレッサ
４ｂ ：燃料電池
４ｃ ：ケース
４ｅ ：排気口
４ｍ ：空間
４ｓ ：給気口
６ ：ラジエータ
６ｆ ：ラジエータファン
８ ：プロペラ
８ａ ：旋回範囲
８ｃ ：プロペラ中心
８ｓ ：プロペラ支持部
１０ ：マルチコプタ
１０ａ ：マルチコプタ
１４ ：気液分離器
１４ｈ ：第１放出口
１４ｖ ：排気排水バルブ
２０ ：空気放出管
２０ｈ ：第２放出口
Ｇ１ ：燃料側オフガス
Ｇ２ ：希釈オフガス

Claims (5)

1. 燃料ガスを反応させて電力を発生させる燃料電池と、
   前記燃料電池の発生させた前記電力により回転するプロペラと、
   前記燃料電池を収容するとともに、少なくとも一つの換気口を有するケースと、
   前記燃料電池から排出された前記燃料ガスのオフガスを前記ケース内に放出する第１放出口と、
   を備える、マルチコプタ。
2. 前記少なくとも一つの換気口は、前記プロペラの旋回範囲に対向する位置に設けられた開口を含む、請求項１に記載のマルチコプタ。
3. 前記燃料電池から排出された空気のオフガスを前記ケース内に放出する第２放出口をさらに備える、請求項１または２に記載のマルチコプタ。
4. 前記ケース内に収容されているとともに、前記燃料電池に空気を供給するコンプレッサをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチコプタ。
5. 前記燃料電池を冷却するラジエータをさらに備え、
   前記ラジエータは、前記プロペラの回転軸と直交する方向において、前記ケースと隣接する、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチコプタ。

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