JP3171551U - 駐輪場電源ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】商用のAC電源の有無に拘わらず、駐輪場の精算機などに電源を供給することができ、商用AC電源がある場合にはそれを利用し得る駐輪場電源ユニットを提供する。【解決手段】DC電圧を生成する燃料電池1に第1出力端子6が接続されると共に、燃料電池1の出力を蓄電する二次電池3が接続されている。また、商用AC電圧を入力する入力端子2に第2出力端子7が接続されている。そして、商用AC電圧をDC電圧に変換するAC−DCコンバータ4が入力端子2に接続され、AC−DCコンバータ4の出力は二次電池3および第1出力端子6に接続され、燃料電池1の出力または二次電池3の出力を入力して、AC電圧に変換するAC−DCインバータ5が第2出力端子7に接続され、燃料電池1または商用AC電圧の入力端子2を選択する第1の選択スイッチ8、および第1出力端子6または第2出力端子7を選択する第2の選択スイッチ9が設けられている。【選択図】図1
Description
本考案は、駅周辺や道路の道端などに設置される駐輪場の電源ユニットに関する。さらに詳しくは、駐輪場に駐輪した自転車などの駐輪時間に応じて料金の精算をするような管理システムを伴う駐輪場で、その管理システムに電源を供給する駐輪場電源ユニットに関する。
近年、自転車の駅周辺などへの放置が問題になり、自転車などの放置の取締りが強化されると共に、簡単な構成で駐輪場を設置することが盛んに行われている。このような駐輪場の駐輪装置の例としては、たとえば図3に示されるように、駐輪装置の前輪受け台51上に自転車53の前輪54を搭載すると、前輪受け台51上の端部側に取り付けられた駐輪装置本体52に、自転車53の前輪54を押し込まれ、駐輪装置本体52により前輪54がロックされて、図示しない精算機により駐輪料金の支払いなどの精算をしないとロックが解除されないような構成になっている(たとえば特許文献1参照)。
すなわち、図4に、駐輪装置本体52の概略図が示されるように、自転車53の前輪54を押し込むときは、一対のフック55が開いて前輪54が入り、前輪54が入るとフック55が閉じて前輪54をバックさせようとしてもフック55が開かないように係止具56でロックされる構造になっている。その係止具56はソレノイド57を介して図示しない精算機と電気的に接続されているため、駐輪装置の利用者は、一定時間駐輪して、帰宅などにより自転車53を駐輪装置から脱着しようとするときは、図示しない精算機により時間に応じた料金を投入して精算することにより、精算機からの電気信号によりソレノイド57が作動して係止具56のロックが解除されて自転車53を脱着することができる。
前述の図3〜4に示されるような駐輪装置であれば、図示されていないが、隣接する自転車用の前輪受け台51の高さを高くして、1台おきに前輪受け台51に段差をもたせることにより、自転車のハンドルの幅よりも狭い間隔で自転車を駐輪させることができるため、歩道の側縁部などの狭い区域でも、その区域の広さに合せて簡単に駐輪場を設置することができ、自転車放置の防止に一役買っている。しかし、各駐輪装置の駐輪装置本体52と、図示しない精算機との間は配線で接続して電気信号の授受を行う必要があり、精算機には、駐輪時間を積算して、駐輪料金を精算するための計算回路なども必要であり、そのようなICを動作させる電源を必要とする。これらの精算機は、通常のICを駆動させればよいため、たとえばDC12V程度の比較的低い電圧でよいが、相当長時間の連続運転ができることが好ましく、通常は商用のAC100Vの電源を利用してDCに変換し、さらに電圧を降圧させて利用している。
ところが、自動車の駐車場のように、比較的広い場所で大掛かりな装置として設置する場合や、民家や商店などの近くに設置する場合には、商用の100V電源を比較的容易に敷設することができるが、僅かの台数の駐輪場や歩道の側縁部などの小さなエリアに設ける駐輪場の場合、その商用電源を敷設する費用や時間(地下配線から分岐して地上に端子を形成する工事の費用や時間)が多大となり、電源装置を敷設することが困難な場合がある。一方で、僅かなスペースでも、また、駅の近くなどで商用電源と接続しにくい場所で、簡単には電源装置を敷設しにくい場所でも、積極的に駐輪場を設置して不法自転車の放置を防止することが望まれている。
本考案は、このような状況に鑑みてなされたもので、商用電源と簡単に接続することができる場合には、その商用電源を用い、商用電源と接続するのが困難な場合には、内蔵した燃料電池により発電した電気をACの100V電源として、商用の電源装置に接続したのと同様に動作するようにすると共に、商用電源と接続した場合も含めて、AC100Vのみならず、DC12VなどのDC電源としても使用することができる駐輪場電源ユニットを提供することを目的とする。
本考案の駐輪場電源ユニットは、DC電圧を生成する燃料電池と、該燃料電池に接続され、該燃料電池により発生するDC電圧を出力する第1出力端子と、前記燃料電池に接続され、前記燃料電池により発生するDC電圧を蓄電する二次電池と、商用AC電圧を入力する入力端子と、該商用AC電圧を出力するため、前記入力端子に接続される第2出力端子と、前記入力端子に接続され、前記商用AC電圧をDC電圧に変換して前記二次電池および前記第1出力端子に出力するAC−DCコンバータと、前記燃料電池の出力または前記二次電池の出力をAC電圧に変換して前記第2出力端子に出力するAC−DCインバータと、前記燃料電池および前記商用AC電源のいずれかを選択する第1の選択スイッチと、前記第1出力端子および前記第2出力端子のいずれかを選択する第2の選択スイッチとが具備されている。
ここに第1出力端子とは、DC電圧の出力端子を意味し、つぎの第1出力端子に代えて第3出力端子から出力する場合も含む意味である。
前記第1出力端子に伝送されるDC電圧をDC−DCコンバータにより変圧して、前記第1出力端子に接続され、または第3出力端子に接続され、前記第1出力端子または前記第3出力端子から変圧したDC電圧を出力する構造にすることにより、精算機の仕様が、たとえば12VDCではなく、24VDCで駆動される場合でもスイッチの切り替えだけで使用可能となるため好ましい。
前記燃料電池の燃料が90%混合液のメタノールを用いたDMFC燃料電池であることが、劇薬の対象にもならず、高い出力電圧が得られるため好ましい。
前記第1の選択スイッチが切り替えスイッチからなり、前記燃料電池と前記入力端子に接続される商用AC電源との一方のみが選択される構造に形成されていることにより、入力電源の切り替えを容易に、かつ、確実に行うことができる。
前面に開き戸が形成された箱体の最下段に、前記二次電池が収納され、該箱体の中段に燃料電池部および燃料タンクが収納され、前記箱体の最上段に前記入力端子、前記AC−DCコンバータ、前記第1および第2の選択スイッチ、前記DC−ACインバータ、前記第1出力端子および第2出力端子が収納され、前記箱体の側面に吸気用フード付きルーバーが形成され、前記箱体の背面に排気用フード付きルーバーが形成されていることにより、各構成部品を効率的に配置することができると共に、歩道の側縁など屋根のないところに配置する場合でも、雨水を避けて安全に動作させることができる。
本考案の駐輪場電源ユニットによれば、商用交流電源であるAC100Vの入力端子と、燃料電池の両方を備えているため、容易にAC100Vの電源に接続することができる場所であれば、そのままAC100Vの電源を利用することができ、商用電源に接続しにくい場所であれば、内蔵した燃料電池を動作させればよく、どんな場所でも容易に設置できて精算機などへの電源を供給することができる。しかも、商用電源を接続することができる地域では、AC電源を使用することができるため、メインテナンスも非常に楽であり、管理コストを大幅に減らすことができる。また、歩道の側縁や公園など、商用電源を接続するのが非常に困難な場所でも、燃料電池を動作させることにより電源を供給することができる。そのため、商用AC電源の確保いかんに拘わらず、また、小さなエリアなどにも非常に簡単に駐輪場およびその管理装置を設置することができる。その結果、社会問題となっている自転車の放置問題を解決するのに大きく寄与するという効果がある。
また、本考案によれば、AC電源をDCに変換するコンバータおよびDCをACに変換するインバータを内蔵しているため、この電源を接続する精算機の電源端子が交流用であっても、直流用であっても、いずれにも対応することができ、しかも、蓄電することができる二次電池を内蔵しているため、AC100Vの電源に接続してAC電源として使用していて、突然の停電が発生しても、自動的に二次電池で稼動させることができるため、トラブルを未然に防止することができる。
さらに、燃料電池を使用する場合でも、定期的にメタノールの残量を検査し、残量が少なくなったら、タンクごと取り替えればよいため、安全で同様にメインテナンスが非常に容易になる。
つぎに、添付図面を参照しながら、本考案の駐輪場電源ユニットを詳細に説明する。本考案による駐輪場電源ユニットは、図1にその一実施形態のブロック図が示されるように、DC電圧を生成する燃料電池1に、その燃料電池1により発生したDC電圧を出力するように第1出力端子6が接続されると共に、燃料電池1の出力を蓄電する二次電池3が接続されている。また、商用AC電圧を入力する入力端子2が設けられ、その入力端子2に入力される商用AC電圧を出力する第2出力端子7が入力端子2に接続されている。その商用AC電圧をDC電圧に変換するAC−DCコンバータ4が入力端子2に接続され、AC−DCコンバータ4の出力は二次電池3および第1出力端子6に接続されている。また、燃料電池1の出力または二次電池3の出力を入力して、AC電圧に変換するAC−DCインバータ5が第2出力端子7に接続されている。そして、燃料電池1および商用AC電圧の入力端子2のいずれかを選択する第1の選択スイッチ8(8a、8b)、および第1出力端子6および第2出力端子7のいずれかを選択する第2の選択スイッチ9(9a、9b)が設けられている。
燃料電池1としては、たとえばメタノール90%相等の混合溶液(メチルアルコールと純粋との混合液)を燃料として用いたダイレクトメタノール燃料電池(DMFC)を用いることができる。このDMFCは、電解質膜を挟んでアノードとカソードとが設けられ、アノード(−)極と、カソード(+)極では、それぞれつぎのような反応をする。
(−)極の反応 CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2
(+)極の反応 6H++6e-+3/2O2→3H2O
(−)極の反応 CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2
(+)極の反応 6H++6e-+3/2O2→3H2O
すなわち、(−)極でCH3OHとH2Oとが反応してCO2を放出し、6H+が電解質膜を通って(+)極に移動すると共に、6e-がアノード・カソード間に接続される負荷を通って(+)極に移動し、(+)極で上述のような反応をしてH2Oを放出することにより、負荷に電気を供給することができる。なお、このような電極反応を促進するために、たとえばPtなどの触媒作用をする電極が用いられる。
たとえば1モルのメタノールによってCO2が1モル、H2が3モル発生し、1モルの水素のもつ電気変換エネルギーは237kJであるので、Wh(ワットアワー)に変換すると65Whとなる。従って、水素が3モル発生するので、65×3=195Whとなる。換言すると、1モルのメタノール(32g)と1モルの水(18g)が全反応することにより、1モルのCO2(44g)と3モルの水素(6g)が発生し、195Wh発電することになる。そして、発電の際にカソード側で3モルの水(54g)が生成される。混合液5リットルのメタノール(CH3OHは4.5リットル)では、理論発電量として27kWh、実効発電量として12.69kWhの発電をすることができる。
商用AC電圧を入力する入力端子2は、たとえば商用AC電源の100Vを接続することができるところに電源ユニットが設置される場合には、そのAC電源を接続する端子で、商用AC電源が接続されてスイッチ8bが接続されれば、第2の選択スイッチ9のスイッチ9bが接続されていれば、AC電圧をそのまま第2出力端子7から出力したり、DCに変換して、DC12VやDC24Vなどとして第1出力端子6から出力したりする構成になっている。なお、DC24Vを図示しない第3出力端子から出力する接続にすることもできる。このAC電源と前述の燃料電池1とは、どちらかが択一的に選択され、第1の選択スイッチ8によりいずれかのスイッチ8a、8bが接続され、他方が遮断されるように形成されている。
二次電池3は、たとえばニッケル−水素充電池(Ni−MH: Nickel metal hydride)を用いることができるが、これには限定されない。このNi−MHからなる二次電池を用いる場合、たとえば12V−102Ah(1220Wh)のものを使用することができる。この能力は、燃料電池1の起動およびピーク時電力に対応していることが好ましい。この容量の二次電池を形成する場合、たとえば200mm×150mm×360mmの大きさで形成することができる。
AC−DCコンバータ4は、通常の整流器で半導体素子およびキャパシタなどで構成することができ、入力端子2に接続された商用AC電源からの100VのAC電圧を直流電圧に変換するもので、たとえば二次電池に蓄電するため、または、出力電圧が直流電圧(DC)で求められる場合のために用いられる。このDCへの変換は、たとえば12Vに変換することもできるし、24Vなどの他の電圧に変換することもできる。このようなAC−DCコンバータによりDCに変換して二次電池3に蓄電することにより、AC電源が停電した場合のバックアップ電源として利用することもできる。この場合、つぎに説明するDC−ACインバータ5によりAC電圧に戻すことにより、二次電池3が、AC電圧の入力で、AC電圧の出力として利用する場合のバックアップ電源となる。
DC−ACインバータ5は、DC電圧をAC電圧に変換するもので、たとえば前述の燃料電池1でDC電圧を発電した場合でも、出力としてAC電圧を求められている場合には、たとえばAC100Vに変換して第2出力端子7からAC電圧を出力したり、AC電圧をDCに変換して二次電池3に蓄電しておいて、停電などの際にその二次電池3によりバックアップ電源として利用したりすることができる。
第1出力端子6は、たとえば12VなどのDC電圧を出力する端子として設けられ、第2出力端子7は、100VのAC電圧を出力する端子として設けられている。すなわち、この電源ユニットが駆動する、たとえば精算機で必要とする電圧を出力することができるように出力端子もDC、ACのいずれの電圧でも提供できるように形成されている。通常は、精算機は100VのAC電源に差し込めば動作するように形成されているが、本考案のような駐輪場専用の電源とする場合には、直接DC電源を供給できるようにしておくことにより、精算機の構成も無駄な変換器を搭載する必要がなくなり、効率的になる。そのため、2種類の出力電圧を出力することができるように構成されている。この第1出力端子6と第2出力端子7もいずれか一方から出力されればよいため、切り替えスイッチのような連動する第2の選択スイッチ9により、いずれか一方のみが接続されるように構成することができる。
前述の精算機に直接DC電圧を供給する場合、精算機によって、DC電圧が異なる機種がある場合があり、そのような場合に備えてDC−DCコンバータ10が設けられている。たとえば、精算機がDC24Vで動作するように形成されている場合には、この電源ユニットにより直接DC24Vを出力することができるように形成されている。このDC−DCコンバータ10も通常のDC−DCコンバータと同様に、ICなどで構成することができ、昇圧または降圧の所望の電圧になるように変換することができるが、前述の例では、DC12VをDC24Vに昇圧する回路で形成している。このDC−DCコンバータ10は、出力するDC電圧の一態様であり、たとえば図1に示されるように、第1出力端子6への配線に分岐回路を形成し、分岐回路と同期する第3の選択スイッチ11(11a、11b)を設け、その分岐回路にDC−DCコンバータ10が設けられる構造にすることができる。このような構造にすれば、第1出力端子6はそのままにしておいて、第3の選択スイッチ11の切り替えのみでいずれかのDC電圧を選択することができる。しかし、DC−DCコンバータ10の出力を第1出力端子6に接続しないで、図示しない第3出力端子として別出しにしても、DCの出力端子であり、第1出力端子6の代用として扱うことができる。換言すると、第1出力端子6は、本明細書ではDC出力端子の代表として記述されている。また、前述のDC12Vを24Vに変換する例も一例であり、燃料電池の出力電圧や、AC100VからDC電圧に変換する場合でも、12Vに限定されるものではない。
このような構成の電源ユニットを、歩道の側縁などに設置する場合、1つの箱体に搭載することが好ましい。その一例として図2に開き戸21aを開いた状態の箱体21内部と、全体の斜視図が示されている。すなわち、正面に開き戸21aが形成された箱体21内の下段に二次電池3が複数個直並列に図示しない配線により接続して設けられ、中段に燃料電池1の発電部1aおよびその燃料タンク1bが隣接して設けられている。また、最上段に入力端子2、AC−DCコンバータ4、第1の選択スイッチ8、第2の選択スイッチ9、第3の選択スイッチ11、DC−ACインバータ5、DC−DCコンバータ10、第1出力端子6および第2出力端子7がそれぞれ収納され、箱体21の側面に吸気用フード付きルーバー23が形成され、箱体21の背面には図示しない排気用フード付きルーバーが形成されている。なお、図2で、21bは箱体21の天板、21cは箱体21の底板、22は二次電池の充電状態を表示する二次電池充電モニタである。
つぎに、この駐輪場電源ユニットの動作について説明をする。まず、商用交流電源を接続し得るか否かにより、第1の選択スイッチ8により燃料電池1または交流電圧入力端子2のいずれかを選択する。燃料電池1を選択する場合は、スイッチ8aが閉じられる(このときスイッチ8bはオープン)と同時に、燃料電池1が動作を始め、たとえば12VのDC電圧が出力される。一方、この電源ユニットを利用する精算機の電源入力対応に応じて、第2の選択スイッチ9によりDC出力か、AC出力かを選択する。AC出力を選択すると、スイッチ9bが閉じられ、スイッチ9aがオープンになる。このスイッチ状態で、燃料電池1で発生したDC12Vは、二次電池3を充電すると共に、DC−ACインバータ5により100VのAC電圧に変換されて第2の選択スイッチ9のスイッチ9bを介して第2出力端子7から出力される。この出力電圧が精算機の電源として接続されることにより、図示しない精算機が動作するようになる。
一方、精算機がDC電圧で駆動できるようになっていれば、第2の選択スイッチ9の選択により、スイッチ9aが閉じられ、第1出力端子6側に接続される。この際、その駆動電圧が12Vか24Vかにより、第3の選択スイッチ11を切り替えて、たとえば12V駆動であればスイッチ11aが閉じられ、分岐回路のDC−DC回路10は動作せず、第1の選択スイッチ8のスイッチ8aを通過した12VのDC電圧は、直接第1出力端子6に接続される。従って、燃料電池1で発生した12VのDC電圧は、二次電池3を充電すると共に、直接第2出力端6から出力される。
また、この電源ユニットが接続される精算機が、たとえば24Vで駆動するタイプであれば、第3の選択スイッチ11を切り替えることにより、スイッチ11bがオンになり、スイッチ11aをオープンにすることにより、DC−DCコンバータ10により昇圧されて24VのDC電圧となり、第1の出力端子6に出力される。その結果、24VのDC駆動の精算機をこの電源ユニットに接続することにより、直接駆動電圧のDC24Vで駆動することができる。なお、前述のように、DC−DCコンバータ10の出力を第1出力端子に接続するようにしないで、直接第3の出力端子として出力するようにすることもでき、この場合は、第1出力端子6に代えて第3出力端子を選択する。
さらに商用AC電源に接続することができる場合には、燃料電池1はオフにしておいて、第1の選択スイッチ8のスイッチ8bを接続し、100VのAC電圧が導入される。出力電圧をどの形態で出力するかは、前述のように、精算機の状態に応じて選択され、精算機がAC100Vの電源で動作するようになっていれば、第2の選択スイッチ9のスイッチ9bがオンになり、スイッチ9aをオープンにすることにより、第2出力端子7からAC100Vが出力される。この場合でも、入力されたAC100Vは、AC−DCコンバータ4により12VのDC電圧に変換されて、二次電池3に蓄電される。このように、二次電池3が充電されていることにより、商用のAC電源が何らかの事故により停電しても、この二次電池3に充電した電力により精算機を駆動させることができる。その結果、歩道の側縁などに設置された駐輪場で、急な雷などによる停電が発生しても、精算機の稼動を停止させることなく、バックアップ機能を果たすことができる。
また、AC100V電圧を導入する場合で、出力をDC電圧、すなわち第1出力端子6から出力する場合には、入力されたAC電圧がスイッチ8bを通過してAC−DCコンバータ4によりDC電圧に変換され、そのDC電圧が二次電池3に蓄電されると共に、第2の選択スイッチ9のスイッチ9aを介してDC12Vが出力される。この精算機の動作電圧が、たとえば24VDCの場合には、前述と同様に、第3の選択スイッチ11の選択により、DC−DCコンバータ10を介して、所望の電圧に変換され、第1出力端子6から、たとえば24Vの直流電圧を出力することができる。
以上のように、本考案によれば、商用のAC電源を簡単に導入することができないような場所に駐輪場を設置する場合でも、その精算機の電源を簡単に準備することができる。そのため、駐輪場を設置する場所の選択に制約を受けることがなく、場所さえ確保できれば、簡単に駐輪場を設置することができる。その結果、自転車の放置を防止することができ、街の美観にも大きく寄与すると共に、交通安全、ならびに盗難防止にも大きく寄与することができる。
1 燃料電池
2 商用AC電圧の入力端子
3 二次電池
4 AC−DCコンバータ
5 DC−ACインバータ
6 第1出力端子
7 第2出力端子
8 第1の選択スイッチ
9 第2の選択スイッチ
10 DC−DCコンバータ
11 第3の選択スイッチ
21 箱体
22 二次電池充電モニタ
2 商用AC電圧の入力端子
3 二次電池
4 AC−DCコンバータ
5 DC−ACインバータ
6 第1出力端子
7 第2出力端子
8 第1の選択スイッチ
9 第2の選択スイッチ
10 DC−DCコンバータ
11 第3の選択スイッチ
21 箱体
22 二次電池充電モニタ
Claims (5)
- DC電圧を生成する燃料電池と、該燃料電池に接続され、該燃料電池により発生するDC電圧を出力する第1出力端子と、前記燃料電池に接続され、前記燃料電池により発生するDC電圧を蓄電する二次電池と、商用AC電圧を入力する入力端子と、該商用AC電圧を出力するため、前記入力端子に接続される第2出力端子と、前記入力端子に接続され、前記商用AC電圧をDC電圧に変換して前記二次電池および前記第1出力端子に出力するAC−DCコンバータと、前記燃料電池の出力または前記二次電池の出力をAC電圧に変換して前記第2出力端子に出力するAC−DCインバータと、前記燃料電池および前記商用AC電源のいずれかを選択する第1の選択スイッチと、前記第1出力端子および前記第2出力端子のいずれかを選択する第2の選択スイッチとを具備する駐輪場電源ユニット。
- 前記第1出力端子に伝送されるDC電圧をDC−DCコンバータにより変圧して、前記第1出力端子に接続され、または第3出力端子に接続され、前記第1出力端子または前記第3出力端子から変圧したDC電圧を出力する構造にされてなる請求項1記載の駐輪場電源ユニット。
- 前記燃料電池の燃料が90%混合液のメタノールを用いたDMFC燃料電池である請求項1または2記載の駐輪場電源ユニット。
- 前記第1の選択スイッチが切り替えスイッチからなり、前記燃料電池と前記入力端子に接続される商用AC電源との一方のみが選択される構造に形成されてなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の駐輪場電源ユニット。
- 前面に開き戸が形成された箱体の最下段に、前記二次電池が収納され、該箱体の中段に燃料電池部および燃料タンクが収納され、前記箱体の最上段に前記入力端子、前記AC−DCコンバータ、前記第1および第2の選択スイッチ、前記DC−ACインバータ、前記第1出力端子および第2出力端子が収納され、前記箱体の側面に吸気用フード付きルーバーが形成され、前記箱体の背面に排気用フード付きルーバーが形成されてなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の駐輪場電源ユニット。
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JP6267761B1 (ja) * | 2016-09-20 | 2018-01-24 | 本田技研工業株式会社 | 給電管理装置、取引管理システム、充電用具及びプログラム |
WO2022158432A1 (ja) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 本田技研工業株式会社 | 給受電装置および駐車装置 |
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