JP2023028066A - 燃料電池システム及び作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】大気空間のダストが燃料電池に侵入することを抑制すること。【解決手段】作業機械に搭載される燃料電池システムは、外気導入口を含む外気導入部材と、外気導入口から導入された作業機械の外部の空気と液体とを接触させるエアクリーナ装置と、液体に接触した後の空気と燃料ガスとが供給される燃料電池と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、燃料電池システム及び作業機械に関する。

燃料電池は、燃料ガスである水素と酸化ガスである酸素とを化学反応させて発電する。酸化ガスとして大気空間の酸素が使用される場合が多い。酸化ガスとして大気空間の酸素を使用する場合、大気空間のダストが燃料電池に侵入することを抑制する必要がある。特許文献１には、燃料電池本体の酸化剤ガス供給経路内に湿潤フィルタを配置する技術が開示されている。

特開２００１－１８５１９３号公報

鉱山、建設現場、及び農地等の作業現場においては、土又は岩を掘削、切削、開墾、及び運搬する作業において、大量のダストが巻き上げられ大気空間を浮遊することになる。作業現場で稼働する作業機械に燃料電池を搭載する場合、多量のダストが大気空間に存在しても、燃料電池にダストが侵入することを抑制できる技術が要望される。

本開示に従えば、作業機械に搭載される燃料電池システムであって、外気導入口を含む外気導入部材と、外気導入口から導入された作業機械の外部の空気と液体とを接触させるエアクリーナ装置と、液体に接触した後の空気と燃料ガスとが供給される燃料電池と、を備える、燃料電池システムが提供される。

本開示によれば、大気空間のダストが燃料電池に侵入することが抑制される。

図１は、実施形態に係る作業現場を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係るダンプトラックを示す斜視図である。 図３は、実施形態に係るダンプトラックを模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係るエアクリーナ装置を模式的に示す断面図である。 図５は、実施形態に係るエアクリーナ装置を模式的に示す断面図である。 図６は、実施形態に係る多孔部材の一部を模式的に示す断面図である。 図７は、実施形態に係る油圧ショベルを示す斜視図である。 図８は、実施形態に係る油圧ショベルを模式的に示す図である。 図９は、実施形態に係るエアクリーナ装置を模式的に示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。

＜作業現場＞
図１は、実施形態に係る作業現場１を模式的に示す図である。作業現場１において、複数の作業機械２が稼働する。実施形態において、作業現場１は、鉱山である。鉱山とは、鉱物を採掘する事業場をいう。作業機械２として、油圧ショベル２Ａ及びダンプトラック２Ｂが例示される。

作業現場１は、積込場１Ａと、排土場１Ｂと、搬送路１Ｃとを有する。積込場１Ａとは、油圧ショベル２Ａがダンプトラック２Ｂに積荷を積み込みする積込作業を実施するエリアをいう。排土場１Ｂとは、ダンプトラック２Ｂが積荷を排出する排土作業を実施するエリアをいう。搬送路１Ｃとは、積込場１Ａと排土場１Ｂとを繋ぐダンプトラック２Ｂの通路をいう。

＜ダンプトラック＞
図２は、実施形態に係るダンプトラック２Ｂを示す斜視図である。図３は、実施形態に係るダンプトラック２Ｂを模式的に示す図である。図２及び図３に示すように、ダンプトラック２Ｂは、燃料電池システム３と、電動モータ１０４と、パワーテイクオフ１０６と、油圧ポンプ１０５と、バルブ装置１０７と、前輪１０８Ａと、後輪１０８Ｂと、左後輪駆動モータ１０４Ａと、右後輪駆動モータ１０４Ｂと、ステアリングシリンダ１０９と、車体１１０と、ダンプボディ１１２と、ホイストシリンダ１１３とを備える。

電動モータ１０４、左後輪駆動モータ１０４Ａ、及び右後輪駆動モータ１０４Ｂのそれぞれは、燃料電池システム３が発電した電力に基づいて駆動する。

油圧ポンプ１０５は、パワーテイクオフ１０６を介して電動モータ１０４に接続される。油圧ポンプ１０５は、電動モータ１０４により駆動される。油圧ポンプ１０５から吐出された作動油は、バルブ装置１０７を介して、ステアリングシリンダ１０９及びホイストシリンダ１１３のそれぞれに供給される。

前輪１０８Ａ及び後輪１０８Ｂのそれぞれは、車体１１０を支持する。前輪１０８Ａに前タイヤ１０８Ｃが装着される。後輪１０８Ｂに後タイヤ１０８Ｄが装着される。前輪１０８Ａは、左前輪１０８Ａｌと、右前輪１０８Ａｒとを含む。後輪１０８Ｂは、左後輪１０８Ｂｌと、右後輪１０８Ｂｒとを含む。

前輪１０８Ａは、ステアリングシリンダ１０９により操舵される操舵輪である。後輪１０８Ｂは、左後輪駆動モータ１０４Ａ及び右後輪駆動モータ１０４Ｂが発生する動力により回転する駆動輪である。左後輪１０８Ｂｌは、左後輪駆動モータ１０４Ａに接続される。右後輪１０８Ｂｒは、右後輪駆動モータ１０４Ｂに接続される。後輪１０８Ｂに装着された後タイヤ１０８Ｄが回転することにより、ダンプトラック２Ｂが走行する。

ステアリングシリンダ１０９は、油圧アクチュエータの一種である油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１０９は、油圧ポンプ１０５から吐出された作動油に基づいて駆動する。バルブ装置１０７は、油圧ポンプ５からステアリングシリンダ１０９に供給される作動油の方向及び流量を調整する。ステアリングシリンダ１０９は、前輪１０８Ａを操舵する動力を発生する。

車体１１０は、前輪１０８Ａ及び後輪１０８Ｂのそれぞれに支持される。

ダンプボディ１１２は、積荷が積み込まれる部材である。ダンプボディ１１２は、ホイストシリンダ１１３により回動される。ダンプボディ１１２は、リアダンプ方式である。ホイストシリンダ１１３によりダンプボディ１１２が後方に回動することにより、ダンプボディ１１２から積荷が排出される。

ホイストシリンダ１１３は、油圧アクチュエータの一種である油圧シリンダである。ホイストシリンダ１１３は、油圧ポンプ１０５から吐出された作動油に基づいて駆動する。バルブ装置１０７は、油圧ポンプ５からホイストシリンダ１１３に供給される作動油の方向及び流量を調整する。ホイストシリンダ１１３は、ダンプボディ１１２を回動させる動力を発生する。

＜燃料電池システム＞
燃料電池システム３は、ダンプトラック２Ｂに搭載される。図３に示すように、燃料電池システム３は、燃料電池２０と、酸化ガス供給装置３０と、燃料ガス供給装置４０と、電力調整装置５０と、冷媒供給装置６０とを有する。

燃料電池２０は、燃料ガスである水素と酸化ガスである酸素とを化学反応させて発電する。燃料電池２０は、複数の単位セル２１が積層されたスタック構造を有する。

酸化ガス供給装置３０は、燃料電池２０のカソードに酸素を含む空気を供給する。酸化ガス供給装置３０は、外気導入部材３１と、給気管３２と、エアクリーナ装置３３と、エアコンプレッサ３４と、排気管３６とを有する。

外気導入部材３１は、ダンプトラック２Ｂの外部の空気を取り入れる。ダンプトラック２Ｂの外部の空気は、ダンプトラック２Ｂの周囲の大気空間の空気である。外気導入部材３１は、大気空間の空気を導入する外気導入口３１Ａを含む。

給気管３２は、外気導入部材３１の外気導入口３１Ａと燃料電池２０のカソード入口とを接続する。

エアクリーナ装置３３は、給気管３２に配置される。エアクリーナ装置３３は、外気導入口３１Ａから導入された空気からダストを取り除く。

エアコンプレッサ３４は、給気管３２においてエアクリーナ装置３３と燃料電池２０との間に配置される。エアコンプレッサ３４は、外気導入口３１Ａに吸引力を発生させる。外気導入口３１Ａに吸引力が発生することにより、ダンプトラック２Ｂの外部の空気は、外気導入口３１Ａに導入される。外気導入口３１Ａに導入された空気は、エアクリーナ装置３３及びエアコンプレッサ３４を通過した後、燃料電池２０に供給される。

排気管３６は、燃料電池２０のカソード出口とダンプトラック２Ｂの周囲の大気空間とを接続する。

燃料ガス供給装置４０は、燃料電池２０のアノードに水素を供給する。燃料ガス供給装置４０は、水素タンク４１と、給気管４２と、調圧弁４３と、ドレン管４５と、気液分離器４６と、循環管４７と、水素循環ポンプ４８とを有する。

水素タンク４１は、水素を収容する。水素は、水素タンク４１に充填される。

給気管４２は、水素タンク４１と燃料電池２０のアノード入口とを接続する。

調圧弁４３は、給気管４２に配置される。水素タンク４１から送出された水素の圧力を規定の圧力に低下させる。

ドレン管４５は、燃料電池２０のアノード出口と排気管３６とを接続する。

気液分離器４６は、ドレン管４５に配置される。気液分離器４６は、燃料電池２０のアノード出口から排出された水素から水を分離して貯留する。気液分離器４６に貯留された水は、ドレン管４５及び排気管３６を介して大気空間に排出される。

なお、ドレン管４５は、排気管３６に接続されなくてもよい。

循環管４７は、気液分離器４６と給気管４２とを接続する。

水素循環ポンプ４８は、循環管４７に配置される。水素循環ポンプ４８は、燃料電池２０のアノード出口から排出され、気液分離器４６において水分を除去された水素を燃料電池２０に戻すように駆動する。水素循環ポンプ４８により、燃料電池２０から排出された未反応の水素が再利用される。

電力調整装置５０は、燃料電池２０が発電した電力を電動モータ１０４、左後輪駆動モータ１０４Ａ、及び右後輪駆動モータ１０４Ｂのそれぞれに供給する。電力調整装置５０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５１と、モータインバータ５２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ５３と、蓄電池５４とを有する。

ＤＣ－ＤＣコンバータ５１は、燃料電池２０で発電された電圧を昇圧する。ＤＣ－ＤＣコンバータ５１は、燃料電池２０で発電された直流電流をモータインバータ５２に供給する。

モータインバータ５２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５１からの直流電流を三相交流電流に変換して電動モータ１０４、左後輪駆動モータ１０４Ａ、及び右後輪駆動モータ１０４Ｂのそれぞれに供給する。電動モータ１０４、左後輪駆動モータ１０４Ａ、及び右後輪駆動モータ１０４Ｂのそれぞれは、モータインバータ５２から供給された三相交流電流に基づいて駆動される。

蓄電池５４は、燃料電池２０が発電した電力により充電される。燃料電池２０と同様、蓄電池５４は、作業機械２の電源として機能する。ＤＣ－ＤＣコンバータ５３は、蓄電池５４が燃料電池２０と一体となってモータインバータ５２への電力供給ができるように、蓄電池５４の充放電をコントロールする。

なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ５３及び蓄電池５４は、省略されてもよい。

冷媒供給装置６０は、燃料電池２０を冷却するために燃料電池２０に冷媒を供給する。冷媒として、水が例示される。冷媒供給装置６０は、供給管６１と、排出管６２と、ラジエータ６３と、冷媒ポンプ６４とを有する。

供給管６１は、燃料電池２０の冷媒入口に接続される。

排出管６２は、燃料電池２０の冷媒出口に接続される。

ラジエータ６３は、供給管６１と排出管６２とに接続される。

冷媒ポンプ６４は、供給管６１に配置される。冷媒ポンプ６４は、供給管６１、燃料電池２０、排出管６２、及びラジエータ６３を含む循環経路において冷媒が循環するように駆動する。ラジエータ６３は、燃料電池２０から排出された冷媒とダンプトラック２Ｂの外部の空気とを熱交換して冷媒を冷却する。

＜エアクリーナ装置＞
図４は、実施形態に係るエアクリーナ装置３３を模式的に示す断面図である。図５は、実施形態に係るエアクリーナ装置３３を模式的に示す断面図である。図４は、エアクリーナ装置３３を側方から見たときの断面図である。図５は、エアクリーナ装置３３を図４とは９０度視点を変えた側方から見たときの断面図である。

エアクリーナ装置３３は、外気導入口３１Ａから導入されたダンプトラック２Ｂの外部の空気からダストを取り除く。エアクリーナ装置３３は、外気導入口３１Ａから導入されたダンプトラック２Ｂの外部の空気と液体とを接触させる。空気と液体とが接触することにより、空気に含まれているダストが空気から取り除かれる。

実施形態において、液体は、水である。なお、液体は、水と水に添加された添加物とを含んでもよい。すなわち、液体は、水を主成分とする液体でもよい。なお、液体は、水でなくてもよい。

ダンプトラック２Ｂが稼働する作業現場１においては、多量のダストがダンプトラック２Ｂの周囲の大気空間を浮遊する。特に鉱物を採掘する鉱山においては、メタルパウダーと呼ばれる金属を主成分とするダストが大気空間を浮遊する。例えば、鉄を採掘する鉱山においては、メタルパウダーとして鉄の微粒子が大気空間を浮遊する。銅を採掘する鉱山においては、メタルパウダーとして銅の微粒子が大気空間を浮遊する。

外気導入口３１Ａから導入された空気には、メタルパウダーのような多量のダストが含まれている可能性が高い。外気導入口３１Ａから導入された空気がエアクリーナ装置３３において液体と接触することにより、空気に含まれているダストが空気から取り除かれる。エアクリーナ装置３３において液体に接触した後の空気が給気管３２を介して燃料電池２０に供給される。液体に接触した後の空気が燃料電池２０に供給されるので、大気空間のダストが燃料電池２０に侵入することが抑制される。エアクリーナ装置３３において液体に接触した後の空気と水素タンク４１からの水素とが燃料電池２０に供給されることにより、燃料電池２０は、適正に発電することができる。

図４及び図５に示すように、エアクリーナ装置３３は、ハウジング７０と、ダストフィルタ７７と、ケミカルフィルタ７８と、多孔部材７１と、連結部材７２と、クリーナモータ７３と、プラグ７４と、液体供給装置７５と、液体回収装置７６とを有する。

ハウジング７０は、空気流入部７０Ａと、支持部７０Ｂと、貯留部７０Ｃと、空気流出部７０Ｄとを有する。実施形態において、空気流入部７０Ａと支持部７０Ｂと貯留部７０Ｃと空気流出部７０Ｄとは、単一の部材である。なお、空気流入部７０Ａと支持部７０Ｂと貯留部７０Ｃと空気流出部７０Ｄとは、別々の部材でもよい。

空気流入部７０Ａは、外気導入口３１Ａから導入されたダンプトラック２Ｂの外部の空気が流れる流入流路８１を形成する。空気流入部７０Ａは、給気管３２の少なくとも一部を介して外気導入部材３１に接続される。図５に示すように、実施形態において、ダストフィルタ７７及びケミカルフィルタ７８は、流入流路８１に配置される。ダストフィルタ７７は、外気導入口３１Ａから導入された空気に含まれるダストを捕集するぺーパフィルタである。ダストフィルタ７７は、大きい粒子径のダストを回収する。ケミカルフィルタ７８は、外気導入口３１Ａから導入された空気に含まれる化学物質を捕集する材料を練り込んだぺーパフィルタである。ケミカルフィルタ７８が回収可能な化学物質として、硫黄、窒素、及び塩素化合物が例示される。

支持部７０Ｂは、空気流入部７０Ａの下部に接続される。支持部７０Ｂは、多孔部材７１の少なくとも一部が配置される処理空間８２を形成する。支持部７０Ｂは、多孔部材７１を支持する。処理空間８２は、流入流路８１と接続される。流入流路８１は、処理空間８２の上端部に接続される。流入流路８１を流れた空気は、処理空間８２に流入する。

貯留部７０Ｃは、支持部７０Ｂの下部に接続される。貯留部７０Ｃは、液体が貯められる貯留空間８３を形成する。貯留空間８３は、処理空間８２と接続される。処理空間８２は、貯留空間８３よりも上方に配置される。処理空間８２と貯留空間８３とは、一体である。多孔部材７１の少なくとも一部は、貯留空間８３に配置される。

空気流出部７０Ｄは、支持部７０Ｂの側部に接続される。空気流出部７０Ｄは、処理空間８２からの空気が流れる流出流路８４を形成する。処理空間８２は、流出流路８４と接続される。流出流路８４は、処理空間８２の側部に接続される。空気流出部７０Ｄは、給気管３２の少なくとも一部を介して燃料電池２０に接続される。処理空間８２を流れた空気は、流出流路８４に流入する。流出流路８４を流れた空気は、エアコンプレッサ３４を介して燃料電池２０に供給される。図４に示すように、実施形態において、エリミネータ７９が流出流路８４に配置される。エリミネータ７９は、空気に含まれる液体のミストが燃料電池２０に入らないように遮断する。

多孔部材７１は、複数の孔を有する。実施形態において、多孔部材７１は、メッシュプレートを含む。空気は、多孔部材７１の孔を通過することができる。液体も、多孔部材７１の孔を通過することができる。多孔部材７１は、液体を保持することができる。

実施形態において、多孔部材７１は、円筒状である。多孔部材７１は、メッシュプレートを曲げることによって形成される。

なお、多孔部材７１は、複数の繊維又は棒状部材を編んだ網目構造でもよい。

連結部材７２は、多孔部材７１に固定される。連結部材７２は、多孔部材７１の軸方向一方側の端部に接続される円板部７２Ａと、円板部７２Ａから突出するシャフト部７２Ｂとを有する。円板部７２Ａは、多孔部材７１の軸方向一方側に設けられた多孔部材７１の開口を塞ぐように、多孔部材７１の軸方向一方側の端部に固定される。シャフト部７２Ｂは、円板部７２Ａの中心から多孔部材７１の軸方向一方側に突出する。

支持部７０Ｂは、連結部材７２を介して多孔部材７１を支持する。実施形態において、支持部７０Ｂは、連結部材７２のシャフト部７２Ｂを支持する。支持部７０Ｂは、多孔部材７１の中心軸ＡＸと鉛直軸とが直交するように、多孔部材７１を支持する。すなわち、支持部７０Ｂは、多孔部材７１の中心軸ＡＸが横方向に延伸するように、多孔部材７１を支持する。

支持部７０Ｂは、多孔部材７１を回転可能に支持する。支持部７０Ｂは、多孔部材７１が中心軸ＡＸを中心に回転するように、多孔部材７１を支持する。支持部７０Ｂは、シャフト部７２Ｂが配置される開口を有する。シャフト部７２Ｂは、支持部７０Ｂの開口に配置されたベアリング（不図示）に支持される。

クリーナモータ７３は、電動モータである。クリーナモータ７３は、連結部材７２のシャフト部７２Ｂに接続される。クリーナモータ７３は、中心軸ＡＸを中心に多孔部材７１を回転させる動力を発生する。

プラグ７４は、貯留部７０Ｃの底部に設けられた開口７０Ｅに配置される。プラグ７４は、開口７０Ｅに着脱される。

液体供給装置７５は、貯留空間８３に液体を供給する。液体供給装置７５は、供給管７５Ａを介して貯留空間８３に接続される。液体供給装置７５は、供給管７５Ａを介して液体を貯留空間８３に供給する。

液体回収装置７６は、貯留空間８３から液体を回収する。液体回収装置７６は、回収管７６Ａを介して貯留空間８３に接続される。液体回収装置７６は、回収管７６Ａを介して貯留空間８３の液体を吸引することによって貯留空間８３から液体を回収する。

＜動作＞
次に、燃料電池システム３の動作について説明する。エアコンプレッサ３４が起動されると、ダンプトラック２Ｂの外部の空気が外気導入口３１Ａに導入される。外気導入口３１Ａに導入された空気は、流入流路８１を介して処理空間８２に流入する。また、貯留空間８３に液体が貯められる。

図４及び図５に示すように、中心軸ＡＸよりも下方の多孔部材７１の下部分は、貯留空間８３に配置される。すなわち、多孔部材７１の下部分は、貯留空間８３の液体に浸かる。中心軸ＡＸよりも上方の多孔部材７１の上部分は、処理空間８２に配置される。すなわち、多孔部材７１の上部分は、貯留空間８３の液体に浸からずに、貯留空間８３の液体から出ている。

支持部７０Ｂは、多孔部材７１の少なくとも一部が貯留空間８３の液体に浸かった第１状態と貯留空間８３の液体から出た第２状態とに変化するように、多孔部材７１を回転可能に支持する。クリーナモータ７３は、少なくとも外気導入口３１Ａから処理空間８２に空気が流入している期間において、多孔部材７１を規定の回転速度で回転し続ける。

クリーナモータ７３は、多孔部材７１の少なくとも一部が第１状態と第２状態とに変化するように、多孔部材７１を回転させる。多孔部材７１の一部分に着目した場合、多孔部材７１が回転することにより、多孔部材７１の一部分は、貯留空間８３の液体に浸かった第１状態と貯留空間８３の液体から出た第２状態とを繰り返す。

貯留空間８３の液体に浸かった多孔部材７１の一部分は、液体で濡れる。第１状態から第２状態に変化した多孔部材７１の一部分は、液体に濡れた状態で処理空間８２に配置される。

空気流入部７０Ａの流入流路８１を流れたダンプトラック２Ｂの外部の空気は、第１状態から第２状態に変化して処理空間８２に配置された多孔部材７１の少なくとも一部に供給される。すなわち、外気導入口３１Ａから導入されて流入流路８１を流れた空気は、濡れた状態で処理空間８２に配置された多孔部材７１の一部分に供給される。

上述のように、実施形態において、多孔部材７１は、円筒状である。流入流路８１からの空気は、第２状態の多孔部材７１の外面に上方から供給される。

多孔部材７１の外面に供給され、多孔部材７１の孔を通過した空気は、多孔部材７１の内側空間７１Ａに流入した後、内側空間７１Ａの軸方向他方側の端部から流出する。内側空間７１Ａの軸方向他方側の端部から流出した空気は、流出流路８４を流れた後、燃料電池２０に供給される。

図６は、実施形態に係る多孔部材７１の一部を模式的に示す断面図である。図６に示すように、第１状態から第２状態に変化した多孔部材７１においては、多孔部材７１の表面に液体の膜が形成される。また、多孔部材７１の孔７１Ｂにも液体の膜が形成される。流入流路８１から多孔部材７１に供給された空気は、多孔部材７１に形成された液体の膜に接触する。空気と多孔部材７１に形成された液体の膜とが接触することにより、空気に含まれているダストは、液体に捕らえられる。ダストは、多孔部材７１又は多孔部材７１を濡らしている液体に保持される。

また、孔７１Ｂに形成された液体の膜に空気が当たることにより、液体のミストが生成される。実施形態において、液体のミストは、専ら多孔部材７１の内側空間７１Ａに生成される。また、液体で濡れた多孔部材７１が回転することによっても、液体のミストが多孔部材７１の内側空間７１Ａに生成される。多孔部材７１の内側空間７１Ａは、生成されたミストが存在するミスト空間になる。

孔７１Ｂを通過した空気の少なくとも一部は、ミスト空間である内側空間７１Ａを通過する。空気がミスト空間を通過することにより、空気に含まれているダストは、液体に捕らえられる。ダストは、ミストとともに貯留空間８３に落下する。貯留空間８３の液体は、ミストに含まれているダストを捕らえる。貯留空間８３の液体は、落下したダストを回収する。

処理空間８２においてダストを保持した多孔部材７１の一部分が、多孔部材７１の回転により第２状態から第１状態に変化すると、貯留空間８３の液体に浸かる。多孔部材７１の一部分に保持されていたダストは、貯留空間８３の液体に捕らえられる。貯留空間８３の液体に浸かった多孔部材７１の一部分は、貯留空間８３の液体でクリーニングされる。貯留空間８３の液体は、第２状態から第１状態に変化した多孔部材７１の一部分からダストを回収する。

図４及び図５に示すように、貯留空間８３の液体に回収されたダストは、貯留空間８３の底部に沈殿する。開口７０Ｅからプラグ７４が外されることにより、貯留空間８３の底部に沈殿したダストは、開口７０Ｅを介して貯留空間８３から排出される。

実施形態において、液体回収装置７６は、液体供給装置７５による液体供給動作と並行して液体回収動作を実施する。少なくとも外気導入口３１Ａから処理空間８２に空気が流入している期間において、液体供給装置７５による液体供給動作と液体回収装置７６による液体回収動作とが継続される。これにより、クリーンな液体が貯留空間８３に一定量貯留され続ける。

＜効果＞
以上説明したように、実施形態によれば、燃料電池システム３は、外気導入口３１Ａから導入された大気空間の空気と液体とを接触させるエアクリーナ装置３３を備える。外気導入口３１Ａから導入された空気がエアクリーナ装置３３において液体と接触することにより、空気に含まれているダストが空気から取り除かれる。液体に接触した後の空気が供給される燃料電池２０に供給されるので、大気空間のダストが燃料電池２０に侵入することが防止される。

例えばダストフィルタ７７でメタルパウダーのような微小なダストを捕集することは困難である。また、微小なダストを捕集するためにダストフィルタ７７の目を細かくすると、吸気抵抗が大きくなりすぎて、欲しいだけの空気を吸い込むことができなくなるため、ダストフィルタ７７の目はある程度以下にはできない。空気を吸い込めるようするとその結果、メタルパウダーが燃料電池２０に入ってしまう。実施形態によれば、エアクリーナ装置３３は、液体でダストを捕らえるので、鉱山の作業現場１のように多量のダストが大気空間を浮遊していても、空気からダストを円滑に効率良く取り除くことができる。

エアクリーナ装置３３は、液体で濡れた多孔部材７１を有する。液体で濡れた多孔部材７１の孔７１Ｂを空気が通過することにより、空気に含まれるダストは、多孔部材７１に保持される液体に捕らえられる。

多孔部材７１の孔７１Ｂに液体の膜が形成される。液体の膜に空気が当たることにより、内側空間７１Ａに液体のミストが生成される。孔７１Ｂを通過した空気の少なくとも一部は、生成されたミストが存在するミスト空間である内側空間７１Ａを通過する。空気に含まれているダストは、液体の膜及び液体のミストの少なくとも一方に捕らえらえる。

エアクリーナ装置３３は、液体が貯められる貯留空間８３を形成する貯留部７０Ｃと、多孔部材７１の少なくとも一部が貯留空間８３の液体に浸かった第１状態と貯留空間８３の液体から出た第２状態とに変化するように、多孔部材７１を支持する支持部７０Ｂと、第１状態から第２状態に変化した多孔部材７１の少なくとも一部に供給される大気空間の空気が流れる流入流路８１を形成する空気流入部７０Ａと、を有する。これにより、液体で濡れた多孔部材７１に大気空間の空気を供給することができる。

多孔部材７１は、円筒状である。支持部７０Ｂは、多孔部材７１の少なくとも一部が第１状態と第２状態とに変化するように、多孔部材７１を回転可能に支持する。これにより、多孔部材７１の一部分に着目した場合、多孔部材７１の一部分は、第１状態と第２状態とを繰り返すことができる。第１状態の多孔部材７１の一部分は、空気に含まれるダストを捕らえることができる。第２状態の多孔部材７１の一部分は、貯留空間８３の液体によりクリーニングされる。

エアクリーナ装置３３は、多孔部材７１の少なくとも一部が第１状態と第２状態とに変化するように、多孔部材７１を回転させるクリーナモータ７３を有する。クリーナモータ７３が発生する動力により、多孔部材７１の一部分は、第１状態と第２状態とを繰り返すことができる。

流入流路８１からの空気は、第２状態の多孔部材７１の外面に供給される。多孔部材７１の孔７１Ｂを通過した空気は、多孔部材７１の内側空間７１Ａに流入した後、内側空間７１Ａの軸方向の端部から流出する。これにより、液体に接触した後の空気は、燃料電池２０に供給される。

多孔部材７１の回転により液体のミストが生成される。多孔部材７１の内側空間７１Ａは、生成されたミストが存在するミスト空間を含む。空気が内側空間７１Ａを通過することにより、空気に含まれているダストは、液体のミストに捕らえらえる。

第２状態から第１状態に変化した多孔部材７１の一部分は、貯留空間８３の液体でクリーニングされる。貯留空間８３の液体は、第２状態から第１状態に変化した多孔部材７１の少なくとも一部からダストを回収することができる。

貯留部７０Ｃの底部に開口７０Ｅが設けられる。エアクリーナ装置３３は、開口７０Ｅに配置されるプラグ７４を有する。開口７０Ｅからプラグ７４が外されることにより、貯留空間８３の底部に沈殿したダストは、開口７０Ｅを介して貯留空間８３から排出される。

エアクリーナ装置３３は、貯留空間８３に液体を供給する液体供給装置７５と、貯留空間８３から液体を回収する液体回収装置７６とを有する。これにより、クリーンな液体が貯留空間８３に貯留される。

＜変形例＞
上述の実施形態において、クリーナモータ７３は、省略されてもよい。支持部７０Ｂに回転可能に支持された多孔部材７１は、流入流路８１から供給される空気の力によって回転してもよい。支持部７０Ｂに回転可能に支持された多孔部材７１は、液体供給装置７５から供給された液体の力によって回転してもよい。多孔部材７１にフィンが設けられてもよい。空気又は液体がフィンに当たることにより、多孔部材７１は、円滑に回転することができる。

上述の実施形態において、貯留空間８３の液体として、燃料電池２０において生成された水が使用されてもよい。すなわち、気液分離器４６において水素から分離された水が貯留空間８３に供給されてもよい。これにより、燃料電池２０において生成された水が有効利用される。

上述の実施形態において、液体供給装置７５及び液体回収装置７６は、省略されてもよい。貯留空間８３の液体は、定期的に交換されてもよい。

上述の実施形態において、外気導入口３１Ａとダストフィルタ７７との間にプリクリーナが配置されてもよい。

上述の実施形態において、流入流路８１に、磁力によりダストを捕らえるダストフィルタが配置されてもよいし、静電気の力によりダストを捕らえるダストフィルタが配置されてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態において、燃料電池システム３がダンプトラック２Ｂに搭載されることとした。燃料電池システム３は、油圧ショベル２Ａに搭載されてもよい。

図７は、実施形態に係る油圧ショベル２Ａを示す斜視図である。図８は、実施形態に係る油圧ショベル２Ａを模式的に示す図である。図７及び図８に示すように、油圧ショベル２Ａは、燃料電池システム３と、電動モータ４と、油圧ポンプ５と、バルブ装置７と、走行体８と、走行モータ９と、旋回体１０と、旋回モータ１１と、作業機１２と、作業機シリンダ１３とを備える。

燃料電池システム３は、上述の実施形態で説明したエアクリーナ装置３３を有する。電動モータ４は、燃料電池システム３が発電した電力に基づいて駆動する。

油圧ポンプ５は、電動モータ４により駆動される。油圧ポンプ５から吐出された作動油は、バルブ装置７を介して、走行モータ９、旋回モータ１１、及び作業機シリンダ１３のそれぞれに供給される。

走行体８は、旋回体１０を支持した状態で走行する。走行体８は、駆動輪８Ａと、従動輪８Ｂと、駆動輪８Ａ及び従動輪８Ｂに支持される履帯８Ｃとを有する。

走行モータ９は、油圧アクチュエータの一種である油圧モータである。走行モータ９は、油圧ポンプ５から吐出された作動油に基づいて駆動する。走行モータ９は、駆動輪８Ａを回転させる動力を発生する。

旋回体１０は、油圧ショベル２Ａの車体である。旋回体１０は、走行体８に支持された状態で旋回動作する。

旋回モータ１１は、油圧アクチュエータの一種である油圧モータである。旋回モータ１１は、油圧ポンプ５から吐出された作動油に基づいて駆動する。旋回モータ１１は、旋回体１０を旋回させる動力を発生する。

作業機１２は、旋回体１０に取り付けられる。作業機１２は、ブーム１２Ａと、アーム１２Ｂと、バケット１２Ｃとを含む。

作業機シリンダ１３は、油圧アクチュエータの一種である油圧シリンダである。作業機シリンダ１３は、油圧ポンプ５から吐出された作動油に基づいて駆動する。作業機シリンダ１３は、作業機１２を動作させる動力を発生する。作業機シリンダ１３は、ブームシリンダ１３Ａと、アームシリンダ１３Ｂと、バケットシリンダ１３Ｃとを含む。

以上説明したように、燃料電池システム３が油圧ショベル２Ａに搭載されてもよい。燃料電池システム３は、上述の実施形態で説明したエアクリーナ装置３３を有する。したがって、大気空間のダストが燃料電池２０に侵入することが抑制される。

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

図９は、実施形態に係るエアクリーナ装置１３３を模式的に示す図である。図９に示すように、エアクリーナ装置１３３は、ケース１７０と、多孔部材１７１と、空気流入管１７２とを有する。

ケース１７０は、液体を収容する。液体は、ケース１７０に貯められる。

多孔部材１７１は、ケース１７０の液体に浸けられる。多孔部材１７１は、円筒状である。多孔部材１７１は、複数の孔を有する。空気は、多孔部材１７１の孔を通過することができる。ダストも、多孔部材１７１の孔を通過することができる。液体も、多孔部材７１の孔を通過することができる。

空気流入管１７２は、外気導入口（不図示）から導入された作業機械２の外部の空気が流れる流入流路１８１を形成する。流入流路１８１を流れた空気は、多孔部材１７１の内側空間１７１Ａに供給される。

外気導入口から導入された作業機械２の外部の空気は、流入流路１８１を流れた後、多孔部材１７１の内側空間１７１Ａに供給される。内側空間１７１Ａに供給された空気は、多孔部材１７１の孔を通過する。多孔部材１７１の孔を通過した空気は、バブルとなって、多孔部材１７１の周囲の液体に噴出される。多孔部材１７１の孔を通過した空気は、多孔部材１７１の周囲の液体に接触する。空気にダストが含まれている場合、ダストは、液体に捕捉される。ケース１７０に収容されている液体は、ダストを回収する。ダストは、ケース１７０の底部に沈殿する。

以上説明したように、エアクリーナ装置１３３によっても、大気空間のダストが燃料電池２０に侵入することが抑制される。

１…作業現場、１Ａ…積込場、１Ｂ…排土場、１Ｃ…搬送路、２…作業機械、２Ａ…油圧ショベル、２Ｂ…ダンプトラック、３…燃料電池システム、４…電動モータ、５…油圧ポンプ、７…バルブ装置、８…走行体、８Ａ…駆動輪、８Ｂ…従動輪、８Ｃ…履帯、９…走行モータ、１０…旋回体、１１…旋回モータ、１２…作業機、１２Ａ…ブーム、１２Ｂ…アーム、１２Ｃ…バケット、１３…作業機シリンダ、１３Ａ…ブームシリンダ、１３Ｂ…アームシリンダ、１３Ｃ…バケットシリンダ、２０…燃料電池、２１…単位セル、３０…酸化ガス供給装置、３１…外気導入部材、３１Ａ…外気導入口、３２…給気管、３３…エアクリーナ装置、３４…エアコンプレッサ、３６…排気管、４０…燃料ガス供給装置、４１…水素タンク、４２…給気管、４３…調圧弁、４５…ドレン管、４６…気液分離器、４７…循環管、４８…水素循環ポンプ、５０…電力調整装置、５１…ＤＣ－ＤＣコンバータ、５２…モータインバータ、５３…ＤＣ－ＤＣコンバータ、５４…蓄電池、６０…冷媒供給装置、６１…供給管、６２…排出管、６３…ラジエータ、６４…冷媒ポンプ、７０…ハウジング、７０Ａ…空気流入部、７０Ｂ…支持部、７０Ｃ…貯留部、７０Ｄ…空気流出部、７０Ｅ…開口、７１…多孔部材、７１Ａ…内側空間、７１Ｂ…孔、７２…連結部材、７２Ａ…円板部、７２Ｂ…シャフト部、７３…クリーナモータ、７４…プラグ、７５…液体供給装置、７５Ａ…供給管、７６…液体回収装置、７６Ａ…回収管、７７…ダストフィルタ、７８…ケミカルフィルタ、７９…エリミネータ、８１…流入流路、８２…処理空間、８３…貯留空間、８４…流出流路、１０４…電動モータ、１０４Ａ…左後輪駆動モータ、１０４Ｂ…右後輪駆動モータ、１０５…油圧ポンプ、１０６…パワーテイクオフ、１０７…バルブ装置、１０８Ａ…前輪、１０８Ｂ…後輪、１０８Ｃ…前タイヤ、１０８Ｄ…後タイヤ、１０９…ステアリングシリンダ、１１０…車体、１１２…ダンプボディ、１１３…ホイストシリンダ、１３３…エアクリーナ装置、１７０…ケース、１７１…多孔部材、１７１Ａ…内側空間、１７２…空気流入管、１８１…流入流路、ＡＸ…中心軸。

Claims (16)

1. 作業機械に搭載される燃料電池システムであって、
   外気導入口を含む外気導入部材と、
   前記外気導入口から導入された前記作業機械の外部の空気と液体とを接触させるエアクリーナ装置と、
   前記液体に接触した後の空気と燃料ガスとが供給される燃料電池と、を備える、
   燃料電池システム。
2. 前記エアクリーナ装置は、前記液体で濡れた多孔部材を有し、
   前記多孔部材の孔を通過した空気が前記燃料電池に供給される、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記多孔部材の孔に前記液体の膜が形成され、
   前記液体の膜に前記外部の空気が当たることにより前記液体のミストが生成され、
   前記孔を通過した空気の少なくとも一部は、生成された前記ミストが存在するミスト空間を通過する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記エアクリーナ装置は、
   前記液体が貯められる貯留空間を形成する貯留部と、
   前記多孔部材の少なくとも一部が前記貯留空間の液体に浸かった第１状態と前記貯留空間の液体から出た第２状態とに変化するように、前記多孔部材を支持する支持部と、
   前記第１状態から前記第２状態に変化した前記多孔部材の少なくとも一部に供給される前記外部の空気が流れる流入流路を形成する空気流入部と、を有する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
5. 前記多孔部材は、円筒状であり、
   前記支持部は、前記多孔部材の少なくとも一部が前記第１状態と前記第２状態とに変化するように、前記多孔部材を回転可能に支持する、
   請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記エアクリーナ装置は、
   前記多孔部材の少なくとも一部が前記第１状態と前記第２状態とに変化するように、前記多孔部材を回転させるクリーナモータを有する、
   請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記流入流路からの空気は、前記第２状態の前記多孔部材の外面に供給され、
   前記多孔部材の孔を通過した空気は、前記多孔部材の内側空間に流入した後、前記内側空間の軸方向の端部から流出する、
   請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記多孔部材の回転により前記液体のミストが生成され、
   前記内側空間は、生成された前記ミストが存在するミスト空間を含む、
   請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記貯留空間の液体は、前記第２状態から前記第１状態に変化した前記多孔部材の少なくとも一部からダストを回収する、
   請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
10. 前記ダストは、メタルパウダーを含む、
    請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 前記貯留部の底部に開口が設けられ、
    前記エアクリーナ装置は、前記開口に配置されるプラグを有する、
    請求項９又は請求項１０に記載の燃料電池システム。
12. 前記エアクリーナ装置は、
    前記貯留空間に液体を供給する液体供給装置と、
    前記貯留空間から液体を回収する液体回収装置と、を有する、
    請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
13. 前記貯留空間の液体は、前記燃料電池において生成された水を含む、
    請求項４から請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の燃料電池システムと、
    前記燃料電池が発電した電力に基づいて駆動する電動モータと、
    前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出された作動油に基づいて駆動する油圧アクチュエータと、を備える、
    作業機械。
15. 車体と、
    前記車体に取り付けられる作業機と、を備え、
    前記油圧アクチュエータは、前記作業機を動作させる油圧シリンダを含む、
    請求項１４に記載の作業機械。
16. 車体と、
    前記車体に支持されるダンプボディと、を備え、
    前記油圧アクチュエータは、前記ダンプボディを回動させる油圧シリンダを含む、
    請求項１４に記載の作業機械。

Images