JP6401033B2 - 燃料電池式産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を動力源として動作する燃料電池式産業車両に関する。

燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって発電する。この際、燃料電池からは水を含んだオフガスが生成される。燃料電池を動力源として動作する燃料電池式産業車両では、オフガスに含まれる水を一時的に貯留部に貯留しておき、所定の場所で排水することが行われている。

例えば、特許文献１に記載の燃料電池式産業車両は、オフガスを水とガスに分離する気液分離器と、気液分離器によって分離された水が貯留される貯留部を車体に備えている。貯留部には、排水管が連通している。排水管は、貯留部に連通している端部とは異なる端部が大気開放されている。そして、作業者の排水忘れなどにより貯留部に貯留される水の量が設定水位まで達すると、排水管から水が排出される。設定水位は、気液分離器におけるオフガスの入口よりも低い水位であり、作業者の排水忘れなどで、貯留部の水が気液分離器のオフガスの入口から溢れ出すことを抑制している。

特開２０１４−１５４２８３号公報

例えば、旋回などに伴い、燃料電池式産業車両に加速度が加わると、この加速度により貯留部に貯留された水が排水管に押し寄せる。これにより、貯留部内の水位が設定水位に達していないにも関わらず、排水管から水が排出されるおそれがある。

本発明の目的は、加速度による排水管からの水の排出を抑制することができる燃料電池式産業車両を提供することにある。

上記課題を解決する燃料電池式産業車両は、車体に、燃料電池と、前記燃料電池の発電に伴って排出される水が貯留される貯留部と、前記貯留部に連通する第１端部と大気開放された第２端部とを有し、前記貯留部内での水位が予め定められた設定水位まで達したときに前記第２端部から水が排出される排水管とを備えた燃料電池式産業車両であって、前記排水管内の前記水の流路には、前記水の流通方向における前記第２端部よりも上流に狭小部が設けられている。

これによれば、燃料電池式産業車両の旋回に伴う加速度などの加速度が燃料電池式産業車両に加わると貯留部内の水が排水管に押し寄せる。このとき、流路の狭小部によって生じる圧力損失によって、貯留部から排水管に流入する水の流量は制限され、大気開放されている第２端部に向かう水の流量が制限される。このため、貯留部の水が設定水位まで達していないにも関わらず、加速度によって排水管から水が排出されることが抑制される。

上記燃料電池式産業車両について、前記排水管は、前記第１端部、及び、前記排水管を開閉可能とする閉塞部材で閉塞された第３端部を有するとともに水平方向に延びる第１排水部と、前記第１排水部から前記車体の上方に向けて延びるとともに前記第１排水部に連通する端部とは異なる端部が前記第２端部となる第２排水部とを有し、前記第２排水部内に前記狭小部が設けられていることが好ましい。これによれば、第２排水部に狭小部を設けることで、貯留部の水が設定水位まで達していないにも関わらず排水管から水が排出されることが好適に抑制される。

上記燃料電池式産業車両について、前記第２排水部内に、フロートと、前記設定水位よりも前記車体の下方に位置し、前記フロートの上昇を規制するストッパと、を有することが好ましい。これによれば、第２排水部内の水位をフロートによって確認しやすい。

上記燃料電池式産業車両について、前記フロートが前記狭小部を有することが好ましい。これによれば、フロートを利用して狭小部を設けることができる。
上記燃料電池式産業車両について、前記ストッパは、前記狭小部を区画する切欠を有することが好ましい。これによれば、ストッパを利用して狭小部を設けることができる。

上記燃料電池式産業車両について、前記第２排水部は、前記貯留部での水位を計測するための水位計測部を有することが好ましい。これによれば、水位計測部の水位を確認することで、貯留部の水位を確認することができる。

本発明によれば、加速度による排水管からの水の排出を抑制することができる。

フォークリフトに搭載された燃料電池システムを示す概略構成図。 気液分離器のオフガスの入口と第２排水部の位置関係を示す図。 排水管を拡大して示す一部破断図。 フロートを示す図３の４−４線断面図。 フォークリフトに加速度が加わったときの排水管を拡大して示す一部破断図。 フォークリフトに加速度が加わったときの第２排水部の上昇水位と、貫通孔の直径と、旋回角度との関係を示す模式図。 （ａ）は貯留部の水位が設定水位に達したときの燃料電池システムを示す概略構成図、（ｂ）は貯留部の水位が設定水位に達したときの排水管を拡大して示す一部破断図。 （ａ）は変形例の排水管を拡大して示す一部破断図、（ｂ）は変形例のストッパを示す（ａ）の８ｂ−８ｂ線断面図。

以下、燃料電池式産業車両の一実施形態について説明する。
図１に示すように、燃料電池式産業車両としてのフォークリフト１０の車体１１には、燃料電池システム２０が搭載されている。燃料電池システム２０は、燃料電池ユニット２１と、気液分離器２４と、タンク２９と、排水管４０とを備えている。なお、図では燃料電池システム２０の各部材を模式的に示しており、実際の燃料電池システムの各部材の配置とは異なる。また、以下の説明において、上方及び下方とは、フォークリフト１０の上方及び下方（鉛直方向）を示す。

燃料電池ユニット２１は、燃料電池２２を備え、燃料電池２２では、車体１１に搭載された水素ガス供給装置から供給される水素と、空気中の酸素との化学反応によって発電が行われる。燃料電池２２で発電された電力は、燃料電池システム２０に接続される走行用モータなどの負荷に供給される。

燃料電池ユニット２１には流入路２３を介して気液分離器２４が連通している。気液分離器２４の壁部には、内外を連通する入口２５が設けられており、この入口２５と流入路２３が連通している。燃料電池２２で排出された水とガスとを含むオフガスは、流入路２３を介して気液分離器２４に流入する。気液分離器２４では、自然落下方式によりオフガスが水とガスに分離される。気液分離器２４において、流入路２３よりも上方には、排気路２６が連通している。そして、気液分離器２４で水と分離されたガスは、排気路２６から排気される。

気液分離器２４の流入路２３よりも下方には、連通路２８が連通している。気液分離器２４の壁部には、入口２５よりも下方に内外を連通する出口２７が設けられており、この出口２７と連通路２８が連通している。連通路２８は、気液分離器２４よりも下方に設けられたタンク２９に連通している。気液分離器２４で分離された水は、タンク２９に流入する。本実施形態では、気液分離器２４及びタンク２９が、水が貯留される貯留部３０として機能している。

タンク２９の壁部には、内外を連通する入口３１が設けられており、この入口３１と連通路２８が連通している。タンク２９の連通路２８よりも下方には、排水管４０が連通している。タンク２９の壁部には、入口２５よりも下方に内外を連通する出口３２が設けられており、この出口３２と排水管４０が連通している。タンク２９に流入した水は、排水管４０に流入する。本実施形態の排水管４０は、円筒状であり、排水管４０の内部は、水の流路となっている。

排水管４０は、タンク２９から水平方向に延びる第１排水部４１を有している。なお、水平方向とは、厳密な意味での水平方向（鉛直方向に直交する方向）のみを含むものではなく、若干の下り傾斜や、若干の上り傾斜が生じている状態で第１排水部４１が設けられている状態も含む。本実施形態では、第１排水部４１は、フォークリフト１０の車幅方向に向けて延びている。第１排水部４１は、タンク２９と連通する端部４９とは反対側の端部５０が着脱可能な閉塞部材４２によって閉塞されている。排水管４０は、閉塞部材４２の着脱によって開閉される。具体的にいえば、閉塞部材４２の装着によって閉塞され、閉塞部材４２の離脱によって開放される。

第１排水部４１には、第１排水部４１から上方に向けて延びる第２排水部４３が連通されている。第２排水部４３は、透明な樹脂製である。第２排水部４３は、第１排水部４１から上方に向けて延びる水位計測部４４と、水位計測部４４から水平に延びる導通部４５と、導通部４５から下方に延びる排出部４６とを有している。第２排水部４３は、第１排水部４１を介してタンク２９に連通している。よって、第２排水部４３は、第１排水部４１、タンク２９、及び連通路２８を介して気液分離器２４にも連通しており、タンク２９及び気液分離器２４と同圧である。水位計測部４４には、第２排水部４３内の水位を確認するための目盛り４７が一定間隔毎に付与されている。

図３及び図４に示すように、水位計測部４４内には、フロート５２が水位計測部４４内を上下動可能に収容されている。フロート５２は、水位計測部４４内での水位の上昇、下降とともに水位計測部４４内で上昇、下降する。フロート５２は双円錐状である。フロート５２には、高さ方向（軸方向）に貫通する貫通孔５３が設けられている。この貫通孔５３の直径は、水位計測部４４の直径に比べて小さい。したがって、貫通孔５３の断面積（貫通孔５３の延びる方向に直交する方向の断面積）は、水位計測部４４の断面積（水位計測部４４の延びる方向に直交する方向の断面積）よりも小さく、貫通孔５３内は水位計測部４４内よりも狭い。

また、水位計測部４４内には、円環状のストッパ５１が固定されている。ストッパ５１は、水位計測部４４内の最上部４４ａよりも下方に位置している。ストッパ５１の内径は、フロート５２の赤道面の直径（フロート５２の最大径）よりも小さい。フロート５２がストッパ５１と密着するまで水位計測部４４内での水位が上昇し、更に水位が上昇していくと、水は貫通孔５３を流通する。このため、貫通孔５３は、水位計測部４４とともに水の流通する流路を構成している。

排出部４６の先端部４８は、下方に向けて大気開放されている。したがって、排水管４０において、タンク２９に接続された第１排水部４１の端部４９が第１端部となり、大気開放された第２排水部４３の先端部４８が第２端部となる。また、閉塞部材４２で閉塞された端部５０が第３端部となる。

図２に示すように、導通部４５の最下部４５ａは、気液分離器２４の入口２５（流入路２３）の最下部２５ａよりも下方に位置している。このため、閉塞部材４２によって排水管４０が閉じられた状態では、排水管４０内には水が流入する。水位計測部４４内での水位は、排水管４０の先端部４８が大気開放されているので、タンク２９及び気液分離器２４、すなわち、貯留部３０での水位を示している。したがって、貯留部３０での水位が導通部４５の最下部４５ａの高さに達すると、水位計測部４４から導通部４５に水が溢れだし、排出部４６から外部に水が排出される。したがって、排水管４０から水が排出される設定水位とは、導通部４５の最下部４５ａ（水位計測部４４の最上部４４ａ）と同一の高さであり、導通部４５の高さを変更することで変更することができる。設定水位は、気液分離器２４の入口２５の最下部２５ａよりも低く、タンク２９の出口３２の最上部よりも高い範囲内、好ましくは、気液分離器２４の入口２５の最下部２５ａよりも低く、タンク２９が満水となる水位よりも高い範囲内で任意に設定することができる。

次に、本実施形態のフォークリフト１０の作用について説明する。
燃料電池２２の発電に伴い、タンク２９に水が貯留していくと、タンク２９内の水位は上昇していき、次第に連通路２８、及び、気液分離器２４にも水が貯留していく。フォークリフト１０の作業者は、水位計測部４４によって水位を確認し、閉塞部材４２を適宜取り外すことで、貯留部３０内の水をフォークリフト１０の外部に排出する。

図５に示すように、気液分離器２４の水位が設定水位に達していない状態で、フォークリフト１０が旋回し、加速度がフォークリフト１０に加わると、タンク２９内の水が出口３２から排水管４０内に押し寄せる。この水によって、第２排水部４３の水位は上昇し、これに伴いフロート５２も上昇していく。フロート５２がストッパ５１まで上昇すると、フロート５２の外面とストッパ５１の開口縁が密着する。この状態では、水位計測部４４内のフロート５２が設けられていない部分では水位計測部４４が、水の流路となるのに対して、フロート５２が設けられている部分ではフロート５２に設けられた貫通孔５３が、水の流路となる。このため、フロート５２は、排水管４０での流路を他の流路の部分に比べて狭くする狭小部として機能している。フロート５２は、ストッパ５１によって上昇が規制されるため、狭小部は、水の流通方向における第２排水部４３の先端部４８よりも上流に設けられている。

フロート５２によって水の流路の断面積を小さくすることでフロート５２の上下では圧力損失が生じ、水位計測部４４内での水位上昇が抑えられる。これによりタンク２９から排水管４０に流入する水の流量が制限される。このため、フォークリフト１０が旋回することで加わる加速度による水の押し上げによって、貯留部３０内の水位が設定水位に達していないにも関わらず排水管４０から水が排出されることが抑制されている。

図６に示すように、フォークリフト１０が旋回したときに、水位計測部４４内で上昇する水位は、貫通孔５３の直径、及び、フォークリフト１０の旋回角度によって異なる（図示では、旋回角度が９０度と１８０度のときを例示）。貫通孔５３の直径が小さくなれば、水位計測部４４内で上昇する水位は低くなり、フォークリフト１０の旋回角度が小さければ水位計測部４４内で上昇する水位は低くなる。そして、水位計測部４４内での水位の上昇を許容できる許容上昇水位と、フォークリフト１０の使用環境における最大旋回角度から貫通孔５３の直径、すなわち、貫通孔５３の断面積を設定することで、フォークリフト１０に加わる加速度で排水管４０から水が排出されることを抑制することができる。

また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１排水部４１から排水が行われることがないまま気液分離器２４の水位が上昇していくと、第２排水部４３での水位も上昇していき、これによりフロート５２も上昇していく。フロート５２が上昇していき、フロート５２の外面とストッパ５１の開口縁とが密着すると、フロート５２の上昇はストッパ５１によって規制される。ストッパ５１によってフロート５２の上昇が規制されている状態で、更に気液分離器２４での水位が上昇していくと、第２排水部４３内の水は、ストッパ５１の貫通孔５３内を流通して、ストッパ５１よりも上方に流通する。そして、気液分離器２４での水位が設定水位に達すると、第２排水部４３から水が排出され、これにより貯留部３０の水が入口２５に溢れ出すことを抑止している。気液分離器２４の水位の上昇速度は、旋回による水位計測部４４内での水位の上昇速度よりも緩やかであるため、ストッパ５１によって流路の断面積が小さくなっていることの影響が少ない。すなわち、狭小部を設けることによって貯留部３０内の水位が設定水位に達したときの第２排水部４３からの水の排出が阻害されることがない。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）フロート５２の上下で生じる圧力損失によって、フォークリフト１０に加速度が加わったときに貯留部３０から排水管４０に流入する水の流量を制限している。このため、貯留部３０の水位が設定水位に達していないにも関わらず、フォークリフト１０に加わる加速度によって排水管４０から水が排出されることが抑制される。

（２）フロート５２は、第２排水部４３に設けられている。フォークリフト１０に加速度が加わったときに水が排出されるのは第２排水部４３であるため、この第２排水部４３にフロート５２を設けることで、フォークリフト１０に加わる加速度によって排水管４０から水が排出されることが好適に抑制される。

（３）フロート５２は、第２排水部４３内の水に浮いているため、第２排水部４３内の水位をフロート５２によって確認することができる。このため、第２排水部４３内の水位を確認しやすい。

（４）フロート５２に設けられた貫通孔５３を狭小部としているため、第２排水部４３内の水位を確認するためのフロート５２を利用して狭小部を設けることができる。
（５）第２排水部４３は、貯留部３０の水位と同水位の水位計測部４４を有している。このため、水位計測部４４の水位を確認することで、貯留部３０の水位を確認することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ストッパ６１に切欠６２が設けられていてもよい。フロート６３の上昇に伴い、フロート６３とストッパ６１が密着すると、切欠６２が設けられていない部分は、フロート６３と密着することで水の流通を規制する一方で、切欠６２が設けられている部分は、フロート６３とともに水の流路を区画する。このため、フロート６３とストッパ６１によって、他の部分に比べ流路の断面積の小さい狭小部が区画される。切欠６２は、単数でもよいし、複数でもよい。切欠６２が複数設けられている場合には、各切欠６２によって区画される流路の断面積の合計が狭小部の流路の断面積となる。また、この場合、フロート６３には貫通孔が設けられていてもよいし、貫通孔が設けられていなくてもよい。

○第１排水部４１に狭小部が設けられていてもよい。この場合、フロート５２のように水の流通に伴い移動する部材ではなく、オリフィス板のように流路の断面積を他の部分に比べて小さくする部材を第１排水部４１に固定する。この場合でも、実施形態の場合と同様に、排水管４０に流入する水の流量が制限される。また、この場合、水位計測部４４には、水位を確認することを目的として狭小部を有さないフロート及びストッパを収容してもよいし、フロート及びストッパを設けなくてもよい。

○水位計測部４４の断面積よりも小さい断面積の狭小部を有するオリフィス板など、水位計測部４４に固定する部材に狭小部を設けてもよい。
○排水管４０は、第１排水部４１及び第２排水部４３を有しているが、第１排水部４１と第２排水部４３は分離されていてもよい。例えば、タンク２９の出口２７に、着脱可能な閉塞部材４２で閉塞された第１排水部４１を連通させる。そして、タンク２９の出口２７よりも上方に流出口を設けて、この流出口に排水管としての第２排水部４３を連通させる。この場合であっても、実施形態と同様の効果を得ることができる。

○ 第２排水部４３は、水位計測部４４に加え、導通部４５及び排出部４６を備える構成であったが、水位計測部４４の最上部が気液分離器２４の入口２５より下方に位置していれば、導通部４５が無く、上方に水位計測部４４が開口する筒状であってもよいし、形状は特に限定されない。

○閉塞部材４２は、着脱可能として記載したが、排水管４０を開閉可能なバルブを用いてもよい。
○水位計測部４４は、内部の水位が確認できればよく、ガラス製などでもよい。

○気液分離器２４に連通路２８を介してタンク２９を連通させ、気液分離器２４とタンク２９を貯留部３０としているが、タンク２９を設けず、気液分離器２４のみを貯留部３０としてもよい。換言すれば、気液分離器２４とタンク２９とを一体にしてもよい。この場合、排水管４０は、気液分離器２４に設けられる。

○排水管４０、及び、貫通孔５３の形状は、円筒でなくてもよく、四角筒状など多角筒状でもよい。フロート５２及びストッパ５１は、排水管４０の形状に合わせて形状を変更してもよい。この場合であっても、貫通孔５３の断面積が排水管４０の断面積よりも小さければよい。

○ストッパ５１は、四角環状など、多角環状でもよい。この場合、ストッパ５１の形状に合わせてフロート５２の形状も変更する。例えば、ストッパ５１が四角環状であれば、フロート５２の形状を双四角錐状（八面体状）にすることで、ストッパ５１とフロート５２が密着するようにする。

○フロート５２の形状は、ストッパ５１と密着することができる形状であればよい。例えば、フロート５２は円柱状であってもよいし、円錐状であってもよい。また、狭小部を構成することができれば、フロート５２とストッパ５１が密着しない構成であってもよい。

○第１排水部４１は、車体１１の長さ方向（前後方向）に延びていてもよい。この場合、フォークリフト１０の発進、停止に伴う加速度によって第２排水部４３から水が排出されることが抑制される。

○燃料電池式産業車両は、フォークリフトに限られず、トラクターなどであってもよい。
○気液分離器２４は、遠心分離方式であってもよい。

１０…フォークリフト、１１…車体、２２…燃料電池、３０…貯留部、４０…排水管、４１…第１排水部、４２…閉塞部材、４３…第２排水部、４４…水位計測部、４８…先端部、４９…端部、５１…ストッパ、５２…フロート、５３…貫通孔。

Claims (3)

1. 車体に、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の発電に伴って排出される水が貯留される貯留部と、
   前記貯留部に連通する第１端部と大気開放された第２端部とを有し、前記貯留部内での水位が予め定められた設定水位まで達したときに前記第２端部から水が排出される排水管とを備えた燃料電池式産業車両であって、
   前記排水管内の前記水の流路には、前記水の流通方向における前記第２端部よりも上流に狭小部が設けられており、
   前記排水管は、前記第１端部、及び、前記排水管を開閉可能とする閉塞部材で閉塞された第３端部を有するとともに水平方向に延びる第１排水部と、前記第１排水部から前記車体の上方に向けて延びるとともに前記第１排水部に連通する端部とは異なる端部が前記第２端部となる第２排水部とを有し、
   前記第２排水部内に前記狭小部が設けられ、
   前記第２排水部内に、
   フロートと、
   前記設定水位よりも前記車体の下方に位置し、前記フロートの上昇を規制するストッパと、を有し、
   前記フロートが前記狭小部を有する燃料電池式産業車両。
2. 車体に、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の発電に伴って排出される水が貯留される貯留部と、
   前記貯留部に連通する第１端部と大気開放された第２端部とを有し、前記貯留部内での水位が予め定められた設定水位まで達したときに前記第２端部から水が排出される排水管とを備えた燃料電池式産業車両であって、
   前記排水管内の前記水の流路には、前記水の流通方向における前記第２端部よりも上流に狭小部が設けられており、
   前記排水管は、前記第１端部、及び、前記排水管を開閉可能とする閉塞部材で閉塞された第３端部を有するとともに水平方向に延びる第１排水部と、前記第１排水部から前記車体の上方に向けて延びるとともに前記第１排水部に連通する端部とは異なる端部が前記第２端部となる第２排水部とを有し、
   前記第２排水部内に前記狭小部が設けられ、
   前記第２排水部内に、
   フロートと、
   前記設定水位よりも前記車体の下方に位置し、前記フロートの上昇を規制するストッパと、を有し、
   前記ストッパは、前記狭小部を区画する切欠を有する燃料電池式産業車両。
3. 前記第２排水部は、前記貯留部での水位を計測するための水位計測部を有する請求項１又は請求項２に記載の燃料電池式産業車両。