WO2024143328A1 - 作業車両 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a work vehicle that is powered by gas stored in a tank.
- the tractor has a bonnet at the front of the vehicle body. Inside the bonnet, the engine, radiator, fuel tank, battery, etc. are housed.
- FCVs fuel cell vehicles
- the fuel cells installed in fuel cell vehicles have an optimal reaction temperature for the electrode reaction, and it is considered preferable to maintain the temperature at around 70°C. In order to maintain the fuel cell at a temperature of around 70°C, it is necessary to cool or heat the fuel cell.
- the tank and fuel cell are designed to be non-removable.
- the present invention also aims to provide a work vehicle in which the fuel cell and tank are unitized and can be easily attached and detached.
- a work vehicle comprises a vehicle body to which a work implement can be connected, a cabin that houses a driver's seat provided on the vehicle body, a traveling device that supports and drives the vehicle body, a drive device that drives the traveling device, and a first heat exchange device, the drive device having a fuel cell that generates electricity for driving the drive device, and the first heat exchange device supplies air cooled by heat exchange with a refrigerant to the inside of the cabin, and supplies heat from the refrigerant warmed by the heat exchange to the fuel cell.
- a bonnet may be provided at the front of the vehicle body, and the fuel cell may be housed inside the bonnet.
- the first heat exchange device may have a first condenser that releases heat from the refrigerant, and a heat transfer means that conducts the heat released from the first condenser to the fuel cell.
- the first heat exchange device may include a first condenser that dissipates heat within the hood, a first evaporator that absorbs heat within the cabin, a first pipe that circulates refrigerant between the first condenser and the first evaporator, and a first compressor that compresses the refrigerant that has absorbed heat in the first evaporator.
- the first heat exchange device may include a first condenser fan that blows the heat released from the first condenser onto the fuel cell as hot air, and a blower fan that blows air cooled by the heat absorption of the first evaporator into the cabin as cold air.
- the work vehicle has multiple tanks that store gas for driving the drive unit, and the traveling unit has front wheels arranged at both left and right ends of the front part of the body and rear wheels arranged at both left and right ends of the rear part of the body, and the multiple tanks may be arranged between the front and rear wheels.
- the drive device includes a battery that stores the electricity generated by the fuel cell, and a drive motor that is driven by the electricity generated by the fuel cell, and the drive motor may be disposed in the center of the vehicle body in the left-right direction, halfway between the front and rear wheels.
- the battery may be disposed below the driver's seat in the cabin.
- the fuel cell and tank can be unitized and easily attached and detached.
- a tractor is given as an example of the work vehicle 1.
- the work vehicle 1 according to the present invention is not limited to a tractor, and may be, for example, agricultural machinery other than a tractor (such as a combine harvester or rice transplanter), construction machinery, a utility vehicle, etc.
- the direction indicated by arrow A1 in Figures 5 and 6 (the forward direction of the work vehicle 1) is referred to as the forward direction.
- the direction indicated by arrow A2 in Figures 5 and 6 (the reverse direction of the work vehicle 1) is referred to as the rearward direction.
- the direction indicated by arrow A3 in Figures 5 and 6 will be described as the fore-and-aft direction.
- the directions indicated by arrows A1 to A3 are appropriately illustrated in the drawings such as Figures 5 and 6.
- the cabin 3 is a box mounted on the upper rear of the vehicle body 2, and a driver's seat 10 is arranged inside.
- the cabin 3 has front, rear, left and right panels, and pillars arranged between adjacent panels.
- the cabin 3 includes a front panel 11 arranged in front of the driver's seat 10, door panels 12L, 12R arranged respectively to the left and right of the driver's seat 10, and a rear panel 13 arranged behind the driver's seat 10.
- the following describes the drive motor 6, fuel cell 8, battery 20, and tank 7 that make up the drive device 5.
- a coupling device may be provided at the rear of the work vehicle 1 of the first embodiment (at the rear end of the transmission case 29).
- a coupling device three-point link mechanism
- FIG. 10 is a diagram showing the schematic configuration of the first heat exchange device 80.
- the first heat exchange device 80 supplies air cooled by heat exchange with the refrigerant to the inside of the cabin 3 (see arrow B1), and supplies heat from the refrigerant warmed by heat exchange to the fuel cell 8 (see arrow B2).
- the work vehicle 1 can cool the interior of the cabin 3 and heat the fuel cell 8. This makes it possible to adjust the temperature of the electrodes installed inside the fuel cell 8 to a temperature that provides high power generation efficiency (a temperature of about 70°C in the case of a hydrogen fuel cell).
- the first heat exchange device 80 includes a first condenser 83, a first evaporator 85, a first pipe 86, and a first compressor 87.
- the first compressor 87 is located behind the first condenser 83 in the cabin 3.
- a receiver tank for storing refrigerant may be provided on the route of the second piping 91 as appropriate.
- "storing” includes not only storing liquefied hydrogen gas, but also absorbing it into metal compounds, etc.
- Fuel cell vehicles may also use fuel other than hydrogen, such as methane, as fuel, so the work vehicle 101 of the second embodiment also includes fuel cell vehicles that generate electricity using fuel such as methane.
- fuel such as methane is stored in the tank 107, and electricity is generated in the fuel cell 108 using the fuel such as methane.
- a tractor is given as an example of the work vehicle 101.
- the work vehicle 101 in the second and third embodiments is not limited to a tractor, and may be, for example, agricultural machinery other than a tractor (such as a combine harvester or rice transplanter), construction machinery, a utility vehicle, etc.
- the direction indicated by arrow B1 in Figures 12 and 13 (the forward direction of the work vehicle 101) is referred to as the forward direction.
- the direction indicated by arrow B2 in Figures 12 and 13 (the reverse direction of the work vehicle 101) is referred to as the rearward direction.
- the direction indicated by arrow B3 in Figures 12 and 13 will be described as the fore-and-aft direction.
- the directions indicated by arrows A1 to A3 are appropriately illustrated in Figures 12, 13, and other drawings.
- the work vehicle 101 is equipped with a vehicle body 102, a traveling device 104, and a drive device 105.
- the vehicle body 102 includes a cabin 103 and a bonnet 109.
- the vehicle body 102 is capable of connecting a work device.
- the cabin 103 houses a driver's seat 110 provided in the vehicle body 102.
- the cabin 103 is provided at the rear of the vehicle body 102.
- a bonnet 109 is provided at the front of the vehicle body 102.
- the traveling device 104 supports the vehicle body 102 and allows it to travel.
- the drive device 105 drives the traveling device 104.
- the following describes the vehicle body 102, cabin 103, bonnet 109, running gear 104, and drive gear 105 that make up the work vehicle 101.
- the running gear 104 is provided at both ends of the vehicle body 102 in the vehicle width direction.
- the drive gear 105 is provided on the upper part of the vehicle body 102.
- the cabin 103 is provided at the rear of the vehicle body 102, and the bonnet 109 is provided at the front of the vehicle body 102.
- the cabin 103 and the bonnet 109 are fixed to the vehicle body 102 while being placed on the vehicle body 102.
- the vehicle body 102 of the second embodiment is a member that supports the running gear 104, the drive gear 105, the cabin 103, and the bonnet 109.
- a transmission case 129 that transmits power from the drive gear 105 to the running gear 104 is provided at the rear of the vehicle body 102.
- the front part of the vehicle body 102 is formed so as to exhibit high rigidity by combining metal frame materials and the like.
- the cabin 103 is a box mounted on the upper rear of the vehicle body 102, and a driver's seat 110 is arranged inside.
- the cabin 103 has front, rear, left and right panels, and pillars arranged between adjacent panels.
- the cabin 103 includes a front panel 111 arranged in front of the driver's seat 110, door panels 112L, 112R arranged respectively to the left and right of the driver's seat 110, and a rear panel 113 arranged behind the driver's seat 110.
- the cabin 103 also includes a left front pillar 114, a right front pillar 115, a left rear pillar 116, and a right rear pillar.
- the left front pillar 114 is provided between the front panel 111 and the left door panel 12L.
- the right front pillar 115 is provided between the front panel 111 and the right door panel 112R.
- the left rear pillar 116 is provided between the rear panel 113 and the left door panel 112L.
- the right rear pillar is provided between the rear panel 113 and the right door panel 112R.
- the bonnet 109 is a cover mounted on the front of the vehicle body 102.
- the bonnet 109 is made of metal plates or the like and is open at the rear and bottom, and closed at the front, left, right, and top.
- the work vehicle 101 has a storage section 162 inside the bonnet 109 that stores the fuel cell unit 200, power control unit 201, drive motor 106, etc. If such a storage section 162 is provided inside the bonnet 109, the stored items such as the fuel cell 108 are covered by the bonnet 109, and the fuel cell 108 and other items can be protected from wind, rain, sludge, and dust by the bonnet 109.
- the running device 104 of the present invention power is transmitted from the drive device 105 to any one or all of the left front wheel 118L, the right front wheel 118R, the left rear wheel 119L, and the right rear wheel 119R.
- the running device 104 may use crawlers or the like instead of rubber tires.
- the drive motor 106 is, for example, a DC or AC synchronous motor with embedded permanent magnets or a wound field type synchronous motor.
- One drive motor 106 is provided slightly forward of the center in the fore-and-aft direction of the vehicle body 102.
- the drive motor 106 has an output shaft that extends rearward, and drives the output shaft to rotate. The rear end of the output shaft is connected to the transmission case 129.
- a neck 107a is formed at the front end of the tank 107.
- the gas pipe 23 is connected to the neck 107a of the tank 107 via a safety valve (solenoid valve) not shown.
- the sling belt 214 fixed to the fuel cell unit 200 via the eye bolt is raised by a crane. This makes it possible to remove the fuel cell unit 200 from the top of the cabin 103.
- a work vehicle 1 as described in item 1, comprising a plurality of tanks 7 for storing gas for driving the drive unit 5, the running unit 4 having front wheels 18 arranged at both left and right ends of the front of the body 2 and rear wheels 19 arranged at both left and right ends of the rear of the body 2, and the plurality of tanks 7 are arranged between the front wheels 18 and the rear wheels 19.
- the mounting member 204 is provided on the upper part of the cabin 103, so that the fuel cell unit 200 can be mounted at a position away from the driver's seat 110, making it possible to protect the operator from heat, etc.
- the fuel cell unit 200 is provided with a casing 203 that houses the fuel cell 108 and/or the tank 107, and the fuel cell 108 and/or the tank 107 are detachably attached to the casing 203.
- the fuel cell 108 and the tank 107 are housed within the casing 203, so these components can be attached and detached together with the casing 203 at the same time.
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Abstract
作業車両(1)において燃料電池(8)を適切な温度に温度調整する。 作業車両(1)は、作業装置(49)を連結可能な車体(2)と、車体(2)に設けられた運転席(10)を収容するキャビン(3)と、車体(2)を支持すると共に走行させる走行装置(4)と、走行装置(4)を駆動する駆動装置(5)と、第1熱交換装置(80)と、を備え、駆動装置(5)は、当該駆動装置(5)を駆動させるための電力を発生する燃料電池(8)を有しており、第1熱交換装置(80)は、冷媒との熱交換により冷却された空気をキャビン(3)の内部に供給するとともに、熱交換によって温められた冷媒の熱を燃料電池(8)に供給する。
Description
本発明は、タンクに収容されたガスを用いて駆動する作業車両に関する。
特許文献1に記載されるように、トラクタは、車体の前部に、ボンネットを有している。ボンネットの内部には、エンジン、ラジエ-タ、燃料タンク及びバッテリ等が収容されている。
一方、脱炭素化の実現を目指して、水素を燃料とする燃料電池車(FCV)の開発が進んでいる。当該作業車両には、水素ガスを収容(貯留)するタンク(水素タンク)と、タンクの水素ガスを用いて発電を行う燃料電池が設けられる。
燃料電池車に設けられる燃料電池は、電極反応を行う際に最適な反応温度があり、70℃程度の温度に維持されるのが好ましいとされている。燃料電池を70℃程度の温度に維持するためには、燃料電池を冷却または加温することが必要となる。
また、従来の技術では、タンク及び燃料電池は取り外すことができない構造である。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、燃料電池を適切な温度に温度調整することができる作業車両を提供することを目的とする。
また、本発明は、燃料電池及びタンクをユニット化して簡単に着脱することが可能な作業車両を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る作業車両は、作業装置を連結可能な車体と、前記車体に設けられた運転席を収容するキャビンと、前記車体を支持すると共に走行させる走行装置と、前記走行装置を駆動する駆動装置と、第1熱交換装置と、を備え、前記駆動装置は、当該駆動装置を駆動させるための電力を発生する燃料電池を有しており、前記第1熱交換装置は、冷媒との熱交換により冷却された空気を前記キャビンの内部に供給するとともに、前記熱交換によって温められた冷媒の熱を前記燃料電池に供給する。
前記車体の前部にはボンネットが設けられ、前記燃料電池は、前記ボンネットの内部に収容されていてもよい。
前記第1熱交換装置は、前記冷媒の熱を放出する第1コンデンサと、前記第1コンデンサから放出された熱を前記燃料電池に導く導熱手段と、を有していてもよい。
前記第1熱交換装置は、前記ボンネット内で放熱を行う第1コンデンサと、前記キャビン内で吸熱を行う第1エバポレータと、前記第1コンデンサと前記第1エバポレータとの間で冷媒を循環させる第1配管と、前記第1エバポレータにおいて吸熱された前記冷媒を圧縮する第1コンプレッサと、を備えてもよい。
前記第1熱交換装置は、前記第1コンデンサから放出された熱を、前記燃料電池に温風として吹き付ける第1コンデンサファンと、前記第1エバポレータの吸熱で冷却された空気を、冷風として前記キャビン内に送る送風ファンと、を備えてもよい。
上記作業車両は、前記駆動装置を駆動させるためのガスを収容するタンクを複数備え、前記走行装置は、前記車体の前部の左右両端に配備される前輪と、前記車体の後部の左右両端に配備される後輪と、を有しており、複数の前記タンクは、前記前輪と後輪との間に配備されてもよい。
前記駆動装置は、前記燃料電池が発電した電力を蓄電するバッテリと、前記燃料電池が発電した電力によって駆動する駆動モータと、を備えており、前記駆動モータは、前記車体の左右方向の中央であって、前記前輪と後輪との中間に配備されてもよい。
前記バッテリは、前記キャビンにおける前記運転席の下方に配備されてもよい。
前記ボンネット内における前記燃料電池の後方には、前記燃料電池を冷却する第2熱交換装置が配備されてもよい。
前記第2熱交換装置は、前記燃料電池を冷却するスタック冷却部と、前記燃料電池の前方及び/又は後方のボンネット内で放熱を行う第2コンデンサと、前記第2コンデンサで放熱された熱を前記ボンネット外に排熱する第2コンデンサファンと、前記第2コンデンサと前記スタック冷却部との間で冷媒を循環させる第2配管と、前記スタック冷却部において吸熱が行われた前記冷媒を圧縮する第2コンプレッサと、を備えてもよい。
本発明の別の一態様に係る作業車両は、車体と、前記車体を支持すると共に走行させる走行装置と、前記走行装置を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を駆動させる電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池で発電させるガスを収容するタンクと、を有する燃料電池ユニットと、を備え、前記燃料電池ユニットは、前記車体に対して着脱自在である。
前記車体は、前記車体に設けられた運転席を収容するキャビンと、前記キャビンの前方に配備されたボンネットと、を含み、前記ボンネットの内部及び/又は前記キャビンに、前記燃料電池ユニットを着脱自在に支持する取付部材を備えてもよい。
前記燃料電池ユニットは、前記燃料電池で発生した電力を外部に出力する出力コネクタを有し、前記取付部材は、前記燃料電池ユニットを固定するブラケットと、前記駆動装置に電力を供給する電気回路に接続されており、且つ前記出力コネクタに連結されて前記燃料電池で発生した電力が入力される入力コネクタと、を有し、前記出力コネクタと前記入力コネクタとは着脱自在であってもよい。
前記取付部材は、前記キャビンの上部に配備されてもよい。
前記取付部材は、前記ボンネットの内部に配備されてもよい。
前記燃料電池ユニットは、前記燃料電池及び/又は前記タンクを収容するケーシングを備えており、前記ケーシングと一体に前記燃料電池及び/又は前記タンクが着脱されてもよい。
前記燃料電池ユニットは、当該燃料電池ユニットを吊り下げ状態で支持する吊り下げ部材を備えてもよい。
本発明に係る作業車両によれば、燃料電池を適切な温度に温度調整することができる。
また、上記作業車両によれば、燃料電池及びタンクをユニット化して簡単に着脱することができる。
<第1実施形態>
以下、本発明に係る作業車両1の好適な実施形態について説明する。
以下、本発明に係る作業車両1の好適な実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態のトラクタ(作業車両1)の斜視図である。第1実施形態の作業車両1は、燃料である水素を電極反応させて発電を行う燃料電池車(FCV:Fuel Cell Vehicle)である。作業車両1は、燃料である水素などを貯蔵するタンク7と、タンク7に貯蔵された水素ガスなどの燃料を用いて発電を行う燃料電池8が設けられている。
なお、本発明の「貯留する」には、液化した水素ガスなどを貯留するだけでなく、金属化合物などに吸蔵するものも含まれる。
また、燃料電池車の燃料には水素以外のメタンなどを燃料として用いる場合もあるため、メタンなどの燃料を用いて発電を行う燃料電池車も、本発明の作業車両1には含まれる。この場合、タンク7にはメタンなどの燃料が貯蔵され、燃料電池8ではメタンなどの燃料を用いて発電が行われる。
また、第1実施形態では、作業車両1として、トラクタを例に挙げている。しかし、本発明に係る作業車両1はトラクタに限定されず、例えば、トラクタ以外の農業機械(コンバインや田植機など)、建設機械、ユーティリティビークル等であってもよい。
以下の第1実施形態の説明においては、図5及び図6に矢印A1方向で示す方向(作業車両1の前進方向)を前方という。図5及び図6に矢印A2で示す方向(作業車両1の後進方向)を後方という。図5及び図6に矢印A3で示す方向を前後方向として説明する。矢印A1~矢印A3で示す方向は、図5及び図6などの図面において適宜図示している。
また、前後方向(矢印A3で示す方向)に直交する方向である水平方向(左右方向)を車体幅方向K1または幅方向(図5参照)として説明する。車体幅方向K1は、作業車両1の幅方向である。作業車両1の幅方向の中央部から右方、或いは、中央部から左方へ向かう方向を、車体幅方向K1の外方(幅方向外方)として説明する。つまり、幅方向外方は、作業車両1の幅方向の中心から車体幅方向K1に離れる方向である。幅方向外方とは反対の方向を、車体幅方向K1の内方(幅方向内方)として説明する。つまり、幅方向内方は、車体幅方向K1に作業車両1の幅方向の中心に近づく方向である。
図1~図6に示すように、作業車両1は、車体2と、キャビン3と、走行装置4と、駆動装置5と、を備えている。車体2は、作業装置49を連結可能となっている。キャビン3は、車体2に設けられた運転席10を収容している。キャビン3は、車体2の後部に配備されている。車体2の前部には、ボンネット9が配備されている。走行装置4は、車体2を支持すると共に走行させるものである。駆動装置5は、走行装置4を駆動するものである。
以降では、作業車両1を構成する車体2、キャビン3、ボンネット9、走行装置4、及び駆動装置5について説明する。
図1~図4に示すように、車体2は、作業車両1の下部に設けられている。車体2の車体幅方向の両端には、走行装置4が配備されている。車体2の上部には、駆動装置5が配備されている。車体2の後部にはキャビン3が配備されており、車体2の前部にはボンネット9が配備されている。キャビン3及びボンネット9は、車体2の上に載せられた状態で、車体2に固定されている。つまり、第1実施形態の車体2は、走行装置4、駆動装置5、キャビン3、及びボンネット9を支持する部材である。また、車体2の後部には、駆動装置5から走行装置4に動力を伝達するミッションケース29が設けられている。車体2の前部は、金属製のフレーム材などを組み合わせて高い剛性を発揮できるように形成されている。
図1及び図2に示すように、キャビン3は、車体2の後部上方に搭載された箱体であり、内部には運転席10が配備されている。キャビン3は、前後左右のパネルと、隣接するパネル同士の間に配備されるピラーとを有している。具体的には、キャビン3は、運転席10の前方に配備されたフロントパネル11と、運転席10の左方及び右方にそれぞれ配備されたドアパネル12L、12Rと、運転席10の後方に配備されたリアパネル13と、を含んでいる。
また、キャビン3は、左フロントピラー14と、右フロントピラー15と、左リアピラー16と、及び右リアピラー17と、を含んでいる。左フロントピラー14は、フロントパネル11と左方のドアパネル12Lとの間に設けられている。右フロントピラー15は、フロントパネル11と右方のドアパネル12Rとの間に設けられている。左リアピラー16は、リアパネル13と左方のドアパネル12Lとの間に設けられている。右リアピラー17は、リアパネル13と右方のドアパネル12Rとの間に設けられている。
ボンネット9は、車体2の前部に搭載されたカバーである。ボンネット9は、金属板などを用いて、後方と下方が開放されると共に、前方、左方、右方、及び上方が閉鎖された形状に形成されている。
なお、作業車両1は、ボンネット9の内部に、燃料電池8などを収容する収容部62を有している。このような収容部62をボンネット9の内部に設ければ、燃料電池8などの被収容物がボンネット9により覆われ、ボンネット9により燃料電池8などを走行風、雨、汚泥、塵埃から保護することができる。
走行装置4は、路面(地面)に対して車体2を支持すると共に走行させることができる。言い換えると、走行装置4は、車体2に推進力を付与する。第1実施形態の場合、走行装置4は、ゴムタイヤなどで形成された前輪18及び後輪19である。後輪19は、前輪18よりも大径なゴムタイヤで形成されており、車体2の後部に加わる大きな荷重を支持可能となっている。前輪18は、車体2の前部左端に左前輪18Lと、車体2の前部右端に右前輪18Rを有している。後輪19は、車体2の後部左端に左後輪19Lと、車体2の後部右端に右後輪19Rを有している。本発明の走行装置4では、前輪18及び後輪19のいずれか一方、または前輪18及び後輪19の双方に、駆動装置5から動力が伝達されている。なお、走行装置4には、ゴムタイヤに替えてクローラなどを用いても良い。
図1~図6に示すように、本発明の駆動装置5は、走行装置4を駆動させる動力を発生している。第1実施形態の駆動装置5には、燃料電池で発生した電力が用いられている。具体的には、駆動装置5は、走行装置4を駆動させる動力を発生する駆動モータ6と、駆動モータ6に電力を供給する燃料電池8と、燃料電池8から供給される電力を貯留するバッテリ20と、を有している。また、作業車両1には、燃料電池8に燃料用の水素ガスを供給するタンク7が設けられている。
以降、駆動装置5を構成する駆動モータ6、燃料電池8、バッテリ20、及びタンク7について説明する。
図7は、第1実施形態の作業車両1に設けられる駆動装置5のブロック図である。
図1~図7に示すように、駆動モータ6は、例えば、永久磁石埋込式の直流または交流の同期モータや巻線界磁型同期モータ等である。駆動モータ6は、燃料電池8の後方に1基配備されている。駆動モータ6は、後方に向かって延びる出力軸6aを備えており、出力軸6aを回転駆動させている。出力軸6aの後端は、ミッションケース29に接続されている。
ミッションケース29には、出力軸6aに伝達された動力を変速するトランスミッション、クラッチ、デファレンシャルギヤなどが配備されている。ミッションケース29は、出力軸6aから入力された動力を減速あるいは増速し、減速あるいは増速された動力を走行装置4の前輪18及び/又は後輪19に出力している。例えば、走行装置4に出力される動力は、作業車両1が後輪駆動である場合は後輪19のみに伝達され、四輪駆動である場合は前輪18及び後輪19の両方に伝達される。
なお、第1実施形態の駆動モータ6は、車体2の上部に一箇所だけ配備されており、一基の駆動モータ6で発生した動力が前輪18及び/又は後輪19に分配されている。しかし、本発明の駆動装置5に内蔵される駆動モータ6の設置数などは適宜変更してもよい。なお、駆動モータ6は、車体2の左右方向の中央であって、前輪18と後輪19との中間に配備されるのが好ましい。駆動モータ6を前輪18と後輪19との中間に配備すれば、前輪18と後輪19との双方に駆動モータ6の重量が均等に加わり、走行性能を安定化することが可能となる。
第1実施形態の作業車両1では、ミッションケース29は、減速あるいは増速した動力を走行装置4に伝達するだけでなく、動力の一部を作業装置49に伝達する。具体的には、作業車両1の後部(ミッションケース29の後端)に、PTO軸(パワーテイクオフ軸)を設けておき、ミッションケース29に伝達(入力)された動力を、走行装置4だけでなくPTO軸にも出力する。このようにすれば、燃料電池で発生した電力を用いて、作業装置49(インプルメント)を作動させることも可能となる。
また、第1実施形態の作業車両1の後部(ミッションケース29の後端)に、連結装置(3点リンク機構)を設けてもよい。このような3点リンク機構を設ければ、作業車両1の後方にさまざまなインプルメント(作業装置49)を取り付けて、姿勢変更させたり駆動させたりすることが可能になり、作業車両1に多様な作業を実施させることができる。
作業装置49は、耕運機、ロータリ、マルチャー、ハンマーナイフモア、畦塗り機、運搬機、播種機、ハロー、又は畝立て機などのインプルメントである。
なお、上述したPTO軸や3点リンク機構は、必ず設置されるものではない。コンバインや田植機のような農業機械や建設機械などの作業車両1では、設置されない場合も存在し得る。また、上述した駆動モータ6とは別に、当該駆動モータ6が出力した動力によって駆動する油圧ポンプや、駆動モータ6とは別の電動モータなどを設けておき、作業装置49(インプルメント)を油圧または電動で作動させても良い。
第1実施形態の駆動装置5に用いられる燃料電池8は、燃料である水素を酸素と電極反応させ、電気を発生させている。燃料電池8に供給される水素は、タンク7に吸蔵されている。燃料電池8には、電極が多層に亘って積層されて収容されている。タンク7の水素ガスは、燃料電池8に供給され、燃料電池8内において電極反応が行われる。本発明の駆動装置5は、燃料電池8内での電極反応により取り出された電気を用いて、駆動モータ6を駆動させる構造となっている。燃料電池8での電極反応では、内燃機関の燃焼反応などで必ず排出される二酸化炭素が排出されない。それゆえ、燃料電池で発生する電力を用いて駆動する本発明の作業車両1は脱炭素化の実現に有望である。
具体的には、燃料電池8は、箱状に形成された電池ケーシングの内部に、正極及び負極の2種類の電極を備えた単セルを積層状態で複数備えている。正極及び負極は、それぞれ正極材及び負極材を用いて、シート状又は膜状に形成されている。単セルには、正極及び負極が1枚ずつ含まれており、隣り合う単セルの間はセパレータにより区切られている。正極にはタンク7の水素ガスが供給され、負極にはコンプレッサなどで圧縮された酸素ガス(酸化ガス)が供給されており、単セルごとに電池反応(発電)が行われる。燃料電池8は、それぞれの単セルで発電された電力を集約することで、駆動装置5を駆動可能な電圧及び電流の電力を発生させている。
図3~図5に示すように、第1実施形態の場合、燃料電池8は、車体2の前部上方に配備されたボンネット9の内部に収容されている。燃料電池8には、タンク7からガス配管23(図7参照)を通じて水素ガスが供給されている。ボンネット9内部における燃料電池8の前方には、後述する第1熱交換装置80の第1コンデンサ83が配備されている。また、ボンネット9内部における燃料電池8の後方には、後述する第2熱交換装置81の第2コンデンサ84が配備されている。
図7に示すように、駆動モータ6の下流(電力伝達経路における下流)には、燃料電池8で発生した電力を昇圧する昇圧回路25が設けられている。これにより、燃料電池8で発生した電力を昇圧回路25が昇圧することで、駆動モータ6を起動するための電圧を確保することができる。
昇圧回路25は、燃料電池8で発生した電力を昇圧させる回路を備えており、昇圧された電力は駆動モータ6に送られて、駆動モータ6を駆動させる。なお、作業車両1で用いられる電装品には、駆動モータ6よりもさらに低電圧で作動するものがある。このような低電圧で作動する電装品(弱電の電装品)に対しては、第1DC-DCコンバータ26及び第2DC-DCコンバータ27を含む降圧回路で降圧された電力が供給される。第1実施形態の場合であれば、低電圧で作動する電装品には、上述した第1熱交換装置80、第2熱交換装置81、バッテリ20が挙げられる。
バッテリ20は、燃料電池8で発生した電気を蓄電するものである。バッテリ20に対しては第1DC-DCコンバータ26で降圧された電力が供給され、第1熱交換装置80及び第2熱交換装置81に対しては第2DC-DCコンバータ27で降圧された電力が供給される。
なお、第1実施形態の作業車両1では、バッテリ20は、運転席10の下方に配備されている。バッテリ20を運転席10の下方に配備すれば、重量のあるバッテリ20が車両の中でも下方に位置するようになり、作業車両1の重心が低くなり、走行性能を安定化することが可能となる。
駆動モータ6は、例えば、永久磁石埋込式の直流または交流の同期モータや巻線界磁型同期モータ等である。駆動モータ6は、燃料電池8の後方に1基配備されている。駆動モータ6は、後方に向かって延びる出力軸6aを備えており、出力軸6aを回転駆動させている。出力軸6aの後端は、ミッションケース29に接続されている。
ミッションケース29には、出力軸6aに伝達された動力を変速するトランスミッション、クラッチ、デファレンシャルギヤなどが配備されている。ミッションケース29は、出力軸6aから入力された動力を減速あるいは増速し、減速あるいは増速された動力を走行装置4の前輪18及び/又は後輪19に出力している。例えば、走行装置4に出力される動力は、作業車両1が後輪駆動である場合は後輪19のみに伝達され、四輪駆動である場合は前輪18及び後輪19の両方に伝達される。
図2及び図3に示すように、タンク7は、キャビン3の下方に、タンク7が含まれたタンクユニット31として配備されている。タンクユニット31は、複数のタンク7を収容可能なタンクケーシング32を備えている。第1実施形態の場合であれば、タンクケーシング32には、6本のタンク7が収容されている。タンクユニット31の上部には、キャビン3に設けられる左フロントピラー14、右フロントピラー15、左リアピラー16、及び右リアピラー17の下端を弾性的に支持するブラケット42が設けられている。また、タンクユニット31は、タンク7の水素ガスを案内するガス配管23(図7参照)が、タンク7ごとに設けられている。ガス配管23の先端には、ガス配管23を通じて導入された水素ガスを混合等し、所定の流量に調整した上で、燃料電池8に送るバルブユニット33が配備されている。
次に、タンク7、タンクケーシング32、ブラケット42、ガス配管23、及びバルブユニット33について説明する。
図3及び図4に示すように、タンク7は、炭素繊維やガラス繊維で強化された硬質合成樹脂などを用いて長尺な円筒状に形成されたボンベが用いられている。第1実施形態の場合であれば、タンク7(ボンベ)は、いずれも車体幅方向に軸心を向けるように配備されており、タンクケーシング32内に前後方向に並んで6本収容されている。
タンク7の前端には、ネック7aが形成されている。タンク7のネック7aには、図示しない安全弁(電磁弁)を介してガス配管23が連結されている。
なお、第1実施形態の場合、複数のタンク7は、すべて前輪18と後輪19との間に配備されている。重量があるタンク7を前輪18と後輪19との間に配備すれば、前輪18と後輪19との双方にタンク7の重量がほぼ均等に加わり、走行性能を安定化することが可能となる。
タンクケーシング32は、複数本のタンク7を収容でき、ボルト等の締結部材や溶接等により車体2に固定(リジット固定)されている。タンクケーシング32は上述したタンク7より大きな内寸を備えた箱状に形成されており、複数本のタンク7を収容する。第1実施形態のタンクケーシング32は、外部からタンク7を熱的及び物理的に保護可能な厚みのある鋼材などを用いて、上方に向かって開口した箱状に形成されている。
図3に示すように、第1実施形態のタンクケーシング32は、底部34、前壁部35、左壁部36、後壁部37、右壁部38を有している。底部34は、車体幅方向に比べて前後方向に長い長方形の板状に形成されている。前壁部35は、底部34の前縁に上下方向に沿って起立状に形成されている。左壁部36は、底部34の左縁に上下方向に沿って起立状に形成されている。後壁部37は、底部34の後縁に上下方向に沿って起立状に形成されている。右壁部38は、底部34の右縁に上下方向に沿って起立状に形成されている。タンクケーシング32の底部34は、車体2の上部に対して、ボルトなどを用いて締結あるいは溶接などの手段で固定(リジット固定)されている。
タンクケーシング32の前壁部35及び後壁部37の上縁には、下方に向かって円弧状に凹む切欠部39が形成されている。切欠部39は、タンク7の収容本数に合わせて、前壁部35及び後壁部37に4箇所ずつ形成されている。切欠部39は、凹んだ部分にネック7aを嵌め込むようにして、切欠部39の1箇所につきタンク7が1本収容される。切欠部39の凹んだ部分にネック7aを嵌め込むことで、タンクケーシング32は、タンク7に横揺れを起こさないようにタンク7を収容されている。
図4に示すように、タンクケーシング32の上部には、ビーム材40が設けられている。ビーム材40は、車体幅方向に沿って延びる細長い板状の第1板部材40aと、前後方向に沿って延びる細長い板状の第2板部材40b及び第3板部材40cとを組み合わることで櫛歯状(ギリシャ文字のπ字状)に形成されている。第1板部材40aは、車体幅方向に延びる細長い板状に形成されている。第1板部材40aの後端には、第2板部材40b及び第3板部材40cの前端が連結されている。第2板部材40bは第1板部材40aの左端に連結されており、第3板部材40cは第1板部材40aの右端に連結されている。
第3板部材40cは、車体幅方向に延伸するように配備されている。ビーム材40は、左壁部36の前部上端と、右壁部38の前部上端と、を車体幅方向に連結している。また、ビーム材40は、タンクケーシング32が収容するタンク7の前部の上方に位置しており、タンク7が縦揺れを起こさないよう、当該タンク7の前部を前壁部35とともに保持している。
ビーム材40の第1板部材40aは、タンクケーシング32の車体幅方向に沿った幅寸法(外寸)よりも長く形成されており、第1板部材40aの左端及び右端はタンクケーシング32よりも幅方向外方に突出するように形成されている。タンクケーシング32よりも幅方向外方に突出した第1板部材40aの左端及び右端の上部には、ブラケット42が配備されている。また、ビーム材40の第2板部材40b及び第3板部材40cは、タンクケーシング32の車体幅方向に沿った幅寸法(外寸)と同じ長さの距離をあけて配備されている。第2板部材40b及び第3板部材40cの後端には、ブラケット42が配備されている。
なお、第1実施形態のタンクケーシング32は箱状に形成されているが、本発明のタンクケーシング32にはタンク7を収容可能な棚やラックなどを用いても良い。また、第1実施形態のタンクケーシング32では、前壁部35と後壁部37の双方に切欠部39が形成された例を挙げたが、切欠部39は前壁部35及び後壁部37のいずれか一方だけ(タンク7のネック7aが設けられる方)に形成されていても良い。
ブラケット42は、キャビン3の下端を車体2に支持する部材である。具体的には、ブラケット42は、キャビン3の左右に設けられたフロントピラー14、15及びリアピラー16、17の下端を支持する。ブラケット42は、フロントピラー14、15及びリアピラー16、17の下端と嵌合するブラケット本体43と、ブラケット本体43に対してフロントピラー14、15及びリアピラー16、17の下端を弾性的に支持するマウント部材44と、を有している。
図7に示すように、ガス配管23は、複数のタンク7のそれぞれに配備されており、それぞれのタンク7の水素ガスをバルブユニット33に案内する。ガス配管23には、水素ガスの透過を防止可能な合成樹脂と、可撓性を備えた金属ワイヤなどを組み合わせた複合材料のホースなどが用いられる。
バルブユニット33は、ガス配管23を通じてそれぞれのタンク7から送られてきた水素ガスを集め、適宜混合している。バルブユニット33は、水素ガスの圧力及び流量を調整可能な電磁弁などを備えており、燃料電池8で発電するのに適した圧力及び流量に水素ガスを調整して、燃料電池8に水素ガスを送っている。
作業車両1は、燃料電池8の温度を調整可能な装置として、第1熱交換装置80を備えている。第1熱交換装置80は、燃料電池8の温度を発電効率が高くなる温度(水素燃料電池の場合であれば70℃程度の温度)に調整可能である。燃料電池8の温度は、当該燃料電池の内部に設けられた電極にて計測することができる。なお、第1熱交換装置80は、燃料電池8の温度を発電効率が高くなる温度に高くする装置であって、上述した温度は一例であり限定されない。
図10は、第1熱交換装置80の概略構成を示す図である。第1熱交換装置80は、冷媒との熱交換により冷却された空気をキャビン3の内部に供給する(矢印B1参照)とともに、熱交換によって温められた冷媒の熱を燃料電池8に供給する(矢印B2参照)。
第1熱交換装置80は、第1コンデンサ83、第1エバポレータ85、第1コンプレッサ87、第1配管86を備えている。
第1コンデンサ83は、ボンネット9内における燃料電池8の前方に配備されている。第1コンデンサ83は、金属チューブや金属板などで表面積が大きくなるように形成された熱交換器が用いられている。第1コンデンサ83には、第1コンプレッサ87で圧縮された冷媒が供給される。第1コンデンサ83では、冷媒が、放熱により冷却される。言い換えれば、、第1コンデンサ83は、冷媒の熱を放出する。第1コンデンサ83から放出された熱は、燃料電池8に供給される。
第1エバポレータ85は、第1コンデンサ83での放熱により冷却された冷媒を用いて、キャビン3内の空気を冷却している。第1エバポレータ85は、キャビン3内の前部に配備されている。
図10の白抜き矢印は、第1熱交換装置80の冷媒の流れを示している。第1エバポレータ85では冷媒との熱交換により空気が冷却され、冷却された空気がキャビン3の内部に供給される(矢印B1参照)。第1エバポレータ85での熱交換によって温められた冷媒は、第1コンプレッサ87で圧縮されて第1配管86を介して、第1コンデンサ83に供給される。第1コンデンサ83では、第1エバポレータ85での熱交換によって温められた冷媒の熱が燃料電池8に供給される(矢印B2参照)。
このように、作業車両1は、第1熱交換装置80を備えることによって、キャビン3の内部を冷却できるとともに燃料電池8を温めることができる。これにより、燃料電池8の内部に設けられた電極温度を発電効率が高くなる温度(水素燃料電池の場合であれば70℃程度の温度)に調整可能となる。
作業車両1は、上記した第1熱交換装置80に加えて、第2熱交換装置81を備えていてもよい。図1は、第1熱交換装置80と第2熱交換装置81を備えた作業車両1を示している。以下、第1熱交換装置80と第2熱交換装置81を備えた作業車両1について説明する。但し、上述した構成と重複する構成については説明を一部省略する。
図8に示すように、第1熱交換装置80は、第1コンデンサ83、第1エバポレータ85、第1配管86と、第1コンプレッサ87を備えている。
第1熱交換装置80は、ボンネット9内とキャビン3内との間で熱交換を行う。第1熱交換装置80は、キャビン3内を冷却し、ボンネット9内を加温する。
第1コンデンサ83は、ボンネット9内における燃料電池8の前方に配備されている。第1コンデンサ83の後方には、第1コンデンサファン88が配備されている。第1コンデンサファン88は、第1コンデンサ83で放熱された熱を、燃料電池8に温風として吹き付けている。第1コンデンサファン88は、第1コンデンサから放出された熱を燃料電池8に導く導熱手段である。但し、第1コンデンサ83をボンネット9の内部とは異なる位置に配置し、導熱手段として、第1コンデンサ83から放出された熱を燃料電池8に導くパイプを設けてもよい。
第1エバポレータ85は、キャビン3における下部前方に配備されている。第1エバポレータ85の側方には、図示を省略する送風ファンが設けられている。送風ファンは、第1エバポレータ85で冷却された空気を冷風としてキャビン3内に送っている。
第1コンプレッサ87は、キャビン3における第1コンデンサ83の後方に配備されている。
図8に点線で示すように、第1配管86は、第1コンデンサ83、第1エバポレータ85、及び第1コンプレッサ87を接続している。第1配管86は、銅やアルミなどの金属管が用いられている。第1配管86は、第1コンデンサ83から第1エバポレータ85、次いで第1コンプレッサ87を経由して、第1コンデンサ83に戻る循環経路に沿って配備されている。これにより、冷媒は、第1コンデンサ83、第1エバポレータ85、第1コンプレッサ87を循環することができる。なお、第1配管86の経路上には、冷媒を貯留するレシーバタンクや膨張弁などを適宜設けても良い。
第2熱交換装置81は、ボンネット9内における燃料電池8の後方に配置されている。第2熱交換装置81は、燃料電池8を冷却するものである。つまり、図1に示す作業車両1は、燃料電池8を加温する第1熱交換装置80と、燃料電池8を冷却する第2熱交換装置81を組み合わせて用いることで、燃料電池8を最適な温度に調整している。
図9に示すように、第2熱交換装置81は、スタック冷却部89、第2コンデンサ84、第2コンデンサファン90、第2配管91、及び第2コンプレッサ92を備えている。
スタック冷却部89は、冷却された冷媒を用いて、燃料電池8を冷却している。スタック冷却部89は、燃料電池8の電池ケーシングの内部又は周囲に冷媒を流通させる導管を備え、導管を通じて冷媒との間で熱交換を行うことで、スタック冷却部89を冷却している。スタック冷却部89で吸熱により加熱された冷媒は、第2コンプレッサ92に送られる。
第2コンプレッサ92は、第1コンプレッサ87と同様に、スタック冷却部89で冷却により吸熱された冷媒を圧縮する部材である。第2コンプレッサ92で圧縮された冷媒は、第2コンデンサ84に供給される。
第2コンデンサ84は、第2コンプレッサ92で圧縮された冷媒の熱を、ボンネット9外に排熱するものである。第1実施形態の第2コンデンサ84は、ボンネット9内における燃料電池8の後方に配備されている。第2コンデンサ84には、第1コンデンサ83と同様な熱交換器が用いられている。第2コンデンサ84には、第2配管91を通じて第2コンプレッサ92で圧縮された冷媒が供給されている。第2コンデンサ84では、冷媒が、放熱により冷却される。第2コンデンサ84の前方または後方には、第2コンデンサファン90が配備されている。第2コンデンサファン90は、第2コンデンサ84で放熱された熱を、ボンネット9外に排熱風として排出している。
図9に点線で示すように、第2配管91は、第2コンデンサ84、スタック冷却部89、及び第2コンプレッサ92の3部材を循環している。第2配管91にも、第1配管86と同様に銅やアルミなどの金属管が用いられている。第2配管91は、第2コンデンサ84からスタック冷却部89、次いで第2コンプレッサ92を経由して、第2コンデンサ84に戻る循環経路に沿って配備されている。
なお、第2配管91の経路上には、冷媒を貯留するレシーバタンクなどを適宜設けても良い。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の作業車両1について説明する。
次に、第2実施形態の作業車両1について説明する。
図11は、第2実施形態の作業車両101の一例であるトラクタの斜視図である。第2実施形態の作業車両101は、燃料である水素を電極反応させて発電を行う燃料電池車(FCV:Fuel Cell Vehicle)である。作業車両101は、燃料である水素などを貯蔵するタンク107と、タンク107に貯蔵された水素ガスなどの燃料を用いて発電を行う燃料電池108が設けられている。
なお、第2実施形態の「貯留する」には、液化した水素ガスなどを貯留するだけでなく、金属化合物などに吸蔵するものも含まれる。
また、燃料電池車の燃料には水素以外のメタンなどを燃料として用いる場合もあるため、メタンなどの燃料を用いて発電を行う燃料電池車も、第2実施形態の作業車両101には含まれる。この場合、タンク107にはメタンなどの燃料が貯蔵され、燃料電池108ではメタンなどの燃料を用いて発電が行われる。
また、第1実施形態では、作業車両101として、トラクタを例に挙げている。しかし、第2実施形態及び第3実施形態に係る作業車両101はトラクタに限定されず、例えば、トラクタ以外の農業機械(コンバインや田植機など)、建設機械、ユーティリティビークル等であってもよい。
以下の第2実施形態及び第3実施形態の説明においては、図12及び図13に矢印B1方向で示す方向(作業車両101の前進方向)を前方という。図12及び図13に矢印B2で示す方向(作業車両101の後進方向)を後方という。図12及び図13に矢印B3で示す方向を前後方向として説明する。矢印A1~矢印A3で示す方向は、図12及び図13などの図面において適宜図示している。
また、前後方向(矢印B3で示す方向)に直交する方向である水平方向(左右方向)を車体幅方向K1又は幅方向(図13参照)として説明する。車体幅方向K1は、作業車両101の幅方向である。作業車両101の幅方向の中央部から右方、或いは、中央部から左方へ向かう方向を、車体幅方向K1の外方(幅方向外方)として説明する。つまり、幅方向外方は、作業車両101の幅方向の中心から車体幅方向K1に離れる方向である。幅方向外方とは反対の方向を、車体幅方向K1の内方(幅方向内方)として説明する。つまり、幅方向内方は、車体幅方向K1に作業車両101の幅方向の中心に近づく方向である。
図11~図13に示すように、作業車両101は、車体102と、走行装置104と、駆動装置105と、を備えている。車体102は、キャビン103とボンネット109とを含んでいる。車体102は、作業装置を連結可能となっている。キャビン103は、車体102に設けられた運転席110を収容している。キャビン103は、車体102の後部に配備されている。車体102の前部には、ボンネット109が配備されている。走行装置104は、車体102を支持すると共に走行させるものである。駆動装置105は、走行装置104を駆動するものである。
以降では、作業車両101を構成する車体102、キャビン103、ボンネット109、走行装置104、及び駆動装置105について説明する。
図11~図13に示すように、車体102の車体幅方向の両端には、走行装置104が配備されている。車体102の上部には、駆動装置105が配備されている。車体102の後部にはキャビン103が配備されており、車体102の前部にはボンネット109が配備されている。キャビン103及びボンネット109は、車体102の上に載せられた状態で、車体102に固定されている。つまり、第2実施形態の車体102は、走行装置104、駆動装置105、キャビン103、及びボンネット109を支持する部材である。また、車体102の後部には、駆動装置105から走行装置104に動力を伝達するミッションケース129が設けられている。車体102の前部は、金属製のフレーム材などを組み合わせて高い剛性を発揮できるように形成されている。
図11及び図12に示すように、キャビン103は、車体102の後部上方に搭載された箱体であり、内部には運転席110が配備されている。キャビン103は、前後左右のパネルと、隣接するパネル同士の間に配備されるピラーとを有している。具体的には、キャビン103は、運転席110の前方に配備されたフロントパネル111と、運転席110の左方及び右方にそれぞれ配備されたドアパネル112L、112Rと、運転席110の後方に配備されたリアパネル113と、を含んでいる。
また、キャビン103は、左フロントピラー114と、右フロントピラー115と、左リアピラー116と、及び右リアピラーと、を含んでいる。左フロントピラー114は、フロントパネル111と左方のドアパネル12Lとの間に設けられている。右フロントピラー115は、フロントパネル111と右方のドアパネル112Rとの間に設けられている。左リアピラー116は、リアパネル113と左方のドアパネル112Lとの間に設けられている。右リアピラーは、リアパネル113と右方のドアパネル112Rとの間に設けられている。
ボンネット109は、車体102の前部に搭載されたカバーである。ボンネット109は、金属板などを用いて、後方と下方が開放されると共に、前方、左方、右方、及び上方が閉鎖された形状に形成されている。
なお、作業車両101は、ボンネット109の内部に、燃料電池ユニット200、パワーコントロールユニット201、駆動モータ106などを収容する収容部162を有している。このような収容部162をボンネット109の内部に設ければ、燃料電池108などの被収容物がボンネット109により覆われ、ボンネット109により燃料電池108などを走行風、雨、汚泥、塵埃から保護することができる。
走行装置104は、路面(地面)に対して車体102を支持すると共に走行させることができる。言い換えると、走行装置104は、車体102に推進力を付与する。第2実施形態の場合、走行装置104は、ゴムタイヤなどで形成された左前輪118L、右前輪118R、左後輪119L、及び右後輪119Rである。左後輪119L及び右後輪119Rは、左前輪118L及び右前輪118Rよりも大径なゴムタイヤで形成されており、車体102の後部に加わる大きな荷重を支持している。本発明の走行装置104では、左前輪118L、右前輪118R、左後輪119L、及び右後輪119Rのいずれか、又はこれらの全てに、駆動装置105から動力が伝達されている。なお、走行装置104には、ゴムタイヤに替えてクローラなどを用いても良い。
図11~図16に示すように、本実施形態の駆動装置105は、車体102に配備されて、走行装置104を駆動させる動力を発生している。第2実施形態の駆動装置105には、燃料電池で発生した電力が用いられている。具体的には、駆動装置105は、走行装置104を駆動させる動力を発生する駆動モータ106と、駆動モータ106に電力を供給する燃料電池108と、燃料電池108から供給される電力を貯留するバッテリ120と、を有している。また、作業車両101には、燃料電池108に燃料用の水素ガスを供給するタンク107が設けられている。
以降、駆動装置105を構成する駆動モータ106、燃料電池108、バッテリ120、及びタンク107について説明する。
図11~図13に示すように、駆動モータ106は、例えば、永久磁石埋込式の直流又は交流の同期モータや巻線界磁型同期モータ等である。駆動モータ106は、車体102の前後方向の中央よりやや前方に1基配備されている。駆動モータ106は、後方に向かって延びる出力軸を備えており、出力軸を回転駆動させている。出力軸の後端は、ミッションケース129に接続されている。
ミッションケース129には、駆動モータの出力軸に伝達された動力を変速するトランスミッション、クラッチ、デファレンシャルギヤなどが配備されている。ミッションケース129は、出力軸から入力された動力を減速あるいは増速し、減速あるいは増速された動力を走行装置104の左前輪118L、右前輪118R、左後輪119L、及び/又は右後輪119Rに出力している。例えば、作業車両101が後輪駆動である場合、動力は左後輪119L及び右後輪119Rのみに伝達される。また、作業車両101が四輪駆動である場合、左前輪118L、右前輪118R、左後輪119L、及び右後輪119Rの全てに伝達される。
なお、第2実施形態の駆動モータ106は、車体102の上部に一箇所だけ配備されており、一基の駆動モータ106で発生した動力が左前輪118L、右前輪118R、左後輪119L、及び/又は右後輪119Rに分配されている。しかし、本発明の駆動装置105に内蔵される駆動モータ106の設置数などは適宜変更してもよい。
第2実施形態の作業車両101では、ミッションケース129は、減速あるいは増速した動力を走行装置104に伝達するだけでなく、動力の一部を作業装置(図示略)に伝達する。具体的には、作業車両101の後部(ミッションケース129の後端)に、PTO軸(パワーテイクオフ軸)を設けておき、ミッションケース129に伝達(入力)された動力を、走行装置104だけでなくPTO軸にも出力する。このようにすれば、燃料電池で発生した電力を用いて、作業装置(インプルメント)を作動させることも可能となる。
また、第2実施形態の作業車両101の後部(ミッションケース129の後端)に、連結装置(3点リンク機構202)を設けてもよい。このような3点リンク機構202を設ければ、作業車両101の後方にさまざまなインプルメント(作業装置)を取り付けて、姿勢変更させたり駆動させたりすることが可能になり、作業車両101に多様な作業を実施させることができる。
作業装置は、耕運機、ロータリ、マルチャー、ハンマーナイフモア、畦塗り機、運搬機、播種機、ハロー、又は畝立て機などのインプルメントである。
なお、上述したPTO軸や3点リンク機構202は、必ず設置されるものではない。コンバインや田植機のような農業機械や建設機械などの作業車両101では、設置されない場合も存在し得る。また、上述した駆動モータ106とは別に、当該駆動モータ106が出力した動力によって駆動する油圧ポンプや、駆動モータ106とは別の電動モータなどを設けておき、作業装置(インプルメント)を油圧又は電動で作動させても良い。
さて、本実施形態の作業車両101は、燃料電池ユニット200を備えることを特徴としている。具体的には、図14に示すように、燃料電池ユニット200は、燃料電池ユニット200とタンク107とをユニット化して一体にしたものである。燃料電池ユニット200は、ケーシング203を有している。ケーシング203には、燃料電池108及びタンク107が収容されている。また、ケーシング203には、タンク107の水素ガスを燃料電池108に送る際に、水素ガスの混合等を行うバルブユニット133が設けられている。つまり、燃料電池ユニット200は、タンク107に収容された水素ガスを用いて燃料電池108で発電を行うことで、単独で自律的に電気を発生させている。
また、燃料電池ユニット200は、車体102に対して着脱自在である。これにより、燃料電池ユニット200は、取り換えが可能である。燃料電池ユニット200は、作業車両101の中でも、着脱が容易な場所に配備されている。燃料電池ユニット200の取り付け位置としては、第2実施形態に示すようなキャビン103の上部、又は第3実施形態に示すようなボンネット109の内部を挙げることができる。
燃料電池ユニット200を取り付ける取り付け先には、燃料電池ユニット200を着脱自在に取り付ける取付部材204が設けられている。第2実施形態の場合であれば、取付部材204はキャビン103の上部に配備されている。また、第3実施形態の場合であれば、取付部材204はボンネット109の内部に配備されている。
次に、燃料電池ユニット200が備えるケーシング203、燃料電池108、タンク107、バルブユニット133、及び取付部材204について説明する。
図14に示すように、第2実施形態の燃料電池ユニット200に設けられるケーシング203は、燃料電池ユニット200の周囲(前方、後方、左方、右方、上方、下方の6方向)を覆うように配備されている。ケーシング203の内部は、複数のタンク107、燃料電池108、及びバルブユニット133を収容可能なユニット収容部205が形成されている。ケーシング203には、外部からタンク107を熱的及び物理的に保護可能な厚みのある鋼材などが用いられている。上述したケーシング203の内部に燃料電池108及び/又はタンク107を収容すれば、ケーシング203と一体に燃料電池108及び/又はタンク107の着脱が可能となる。
燃料電池108は、駆動装置105を駆動させる電力を供給している。燃料電池108は、燃料である水素を酸素と電極反応させ、電気を発生させている。燃料電池108に供給される水素は、タンク107に吸蔵されている。燃料電池108には、電極が多層に亘って積層されて収容されている。タンク107の水素ガスは、バルブユニット133を介して燃料電池108に供給され、燃料電池108内において電極反応が行われる。燃料電池108での電極反応では、内燃機関の燃焼反応などで必ず排出される二酸化炭素が排出されない。それゆえ、燃料電池で発生する電力を用いて駆動する本発明の作業車両101は脱炭素化の実現に有望である。
具体的には、燃料電池108は、箱状に形成された電池ケーシングの内部に、正極及び負極の2種類の電極を備えた単セルを積層状態で複数備えている。正極及び負極は、それぞれ正極材及び負極材を用いて、シート状又は膜状に形成されている。単セルには、正極及び負極が1枚ずつ含まれており、隣り合う単セルの間はセパレータにより区切られている。正極にはタンク107の水素ガスが供給され、負極にはコンプレッサなどで圧縮された酸素ガス(酸化ガス)が供給されており、単セルごとに電池反応(発電)が行われる。燃料電池108は、それぞれの単セルで発電された電力を集約することで、駆動装置105を駆動可能な電圧及び電流の電力を発生させている。
燃料電池108は、内部に設けられた電極温度を発電効率が高くなる温度(水素燃料電池の場合であれば70℃程度の温度)に調整可能とされている。また、燃料電池108には、タンク107からガス配管23を通じて水素ガスが供給されている。ケーシング203の内部における燃料電池108の側方には、タンク107が複数(図例では4本)配備されている。
図14に示すように、タンク107は、燃料電池108で発電させるガスを収容している。タンク107は、炭素繊維やガラス繊維で強化された硬質合成樹脂などを用いて長尺な円筒状に形成されたボンベが用いられている。第2実施形態の場合であれば、タンク107(ボンベ)は、いずれも車体幅方向に軸心を向けるように配備されており、ケーシング203内に前後方向に並んで4本収容されている。
タンク107の前端には、ネック107aが形成されている。タンク107のネック107aには、図示しない安全弁(電磁弁)を介してガス配管23が連結されている。
ガス配管23は、複数のタンク107のそれぞれに配備されており、それぞれのタンク107の水素ガスをバルブユニット133に案内している。ガス配管23には、水素ガスの透過を防止可能な合成樹脂と、可撓性を備えた金属ワイヤなどを組み合わせた複合材料のホースなどが用いられる。
バルブユニット133は、水素ガスの圧力及び流量を調整可能な電磁弁などを備えており、燃料電池108で発電するのに適した圧力及び流量に水素ガスを調整して、燃料電池108に水素ガスを送っている。
本実施形態の取付部材204は、作業車両101中の所望位置に燃料電池ユニット200を取り付ける部材である。第2実施形態の場合であれば、取付部材204は、キャビン103に設けられている。
具体的には、第2実施形態の取付部材204はキャビン103の上部に複数のブラケット207を有している。ブラケット207は、燃料電池ユニット200を固定するための金具であり、第2実施形態ではL字状に曲げられた金属ステーが用いられている。
L字状に曲げられたブラケット207の一方には、第1締結具208を挿通する第1挿通孔209が形成されている。また、L字状に曲げられたブラケット207のもう一方には、第2締結具210を挿通する第2挿通孔211が形成されている。第1締結具208は、第1挿通孔209を挿通してケーシング203の側面にブラケット207を固定している。第2締結具210は、第2挿通孔211を挿通してキャビン103の上部(上面)にブラケット207を固定している。このようなブラケット207(取付部材204)を用いれば、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部(上面)に確実かつ堅固に取り付けることができる。また、第1締結具208又は第2締結具210の少なくとも一方を緩めれば、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部(上面)から取り外すことが可能となる。それゆえ、上述したブラケット207(取付部材204)を用いれば、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部(上面)に着脱自在とすることができる。
図15に示すように、燃料電池ユニット200は、当該燃料電池ユニット200を吊り下げ状態で支持する吊り下げ部材212を備えている。第2実施形態の場合であれば、吊り下げ部材212には、ケーシング203の上面の四隅に取り付けられたアイボルトが用いられている。このような吊り下げ部材212を用いれば、燃料電池ユニット200がクレーン等を用いて自在に昇降可能となる。その結果、ブラケット207(取付部材204)を取り外した燃料電池ユニット200を搬出、又は新たな燃料電池ユニット200をキャビン103の上部に搬入することが容易となる。
燃料電池ユニット200は、出力コネクタ206を有している。出力コネクタ206は燃料電池108で発生した電力を外部に出力する配線部材である。出力コネクタ206には、入力コネクタ213が着脱自在である。出力コネクタ206に入力コネクタ213を接続することで、電気の導通が可能となる。入力コネクタ213から延びる配線は、車体102側に固定されていて、駆動装置105に電力を供給する電気回路(パワーコントロールユニット201)に接続されており、駆動装置105に燃料電池108で発生した電力を入力している。上述した出力コネクタ206及び入力コネクタ213には、「電源ハーネス」又は「電源取り出しハーネス」を用いることができる。
なお、出力コネクタ206及び入力コネクタ213は、防水性を備えた場所に配備されているのが好ましい。第2実施形態の場合であれば、燃料電池ユニット200のケーシング203の側面に、配線収納ボックス215を設けている。配線収納ボックス215に出力コネクタ206及び入力コネクタ213を収容することで、出力コネクタ206及び入力コネクタ213の防水性を高めることが可能となる。
上述した駆動装置105に電力を供給する電気回路には、第2実施形態の場合、パワーコントロールユニット201が用いられる。第2実施形態のパワーコントロールユニット201は、ボンネット109の内部に配備されている。パワーコントロールユニット201は、燃料電池108で発生した電力を、駆動装置105、バッテリ120、又は他の電装品を動作させるに適した電圧に調整している。パワーコントロールユニット201には、インバータやパワートランジスタを組み合わせることで、昇圧回路や降圧回路が設けられている。
例えば、パワーコントロールユニット201に設けられる昇圧回路は、燃料電池108で発生した電力を昇圧することで、駆動モータ106を起動するための電圧を確保している。また、降圧回路は、駆動モータ106よりもさらに低電圧で作動する電装品(弱電の電装品)を動作させるため、昇圧後の電力を降圧させている。降圧回路には、2つのDC-DCコンバータが設けられている。また、低電圧で作動する電装品としては、第1ラジエータ122、第2ラジエータ124、バッテリ120などが挙げられる。
バッテリ120は、燃料電池108で発生した電気をパワーコントロールユニット201経由で蓄電するものである。第2実施形態の作業車両101では、バッテリ120は、運転席110の下方に配備されている。バッテリ120を運転席110の下方に配備すれば、重量のあるバッテリ120が車両の中でも下方に位置するようになり、作業車両101の重心が低くなり、走行性能を安定化することが可能となる。
次に、第2実施形態の燃料電池ユニット200を着脱する方法(燃料電池ユニット200の着脱方法)について説明する。
図16に示すように、燃料電池ユニット200を、キャビン103の上部から取り外す場合は、まずケーシング203の上面の四隅に取り付けられたアイボルトに、スリングベルト214を取り付けておく。次に、燃料電池ユニット200のケーシング203の側面に設けられた配線収納ボックス215を開け、入力コネクタ213を出力コネクタ206から外す。
図16の上部に示すように、ケーシング203の側面に取り付けられた第1締結具208を取り外す。第1挿通孔209か第1締結具208を取り外すと、第1締結具208により固定されていたブラケット207を、ケーシング203から取り外すことが可能となる。
図16の下部に示すように、アイボルトを介して燃料電池ユニット200に固定されたスリングベルト214を、クレーンで上昇させる。そうすると、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部から取り外すことが可能となる。
燃料電池ユニット200を、キャビン103の上部に取り付ける場合は、上述した手順と逆の手順で操作を行う。そうすると、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部に取り付けることが可能となる。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態の作業車両101について説明する。
次に、第3実施形態の作業車両101について説明する。
図17及び図18に示すように、第3実施形態の作業車両101は、第2実施形態と同様な燃料電池ユニット200を備えている。第3実施形態の作業車両101に設けられる燃料電池ユニット200の構成は、、第2実施形態と同じである。第3実施形態の燃料電池ユニット200が、第2実施形態と異なっているのは、燃料電池ユニット200の取り付け位置と、取り付け部分の構造である。
具体的には、、第2実施形態の燃料電池ユニット200がキャビン103の上部に取り付けられていたのに対し、第3実施形態の燃料電池ユニット200がボンネット109の内部に取り付けられている。
第3実施形態の作業車両101に設けられるボンネット109には、第2実施形態と同様に、パワーコントロールユニット201が配備されている。パワーコントロールユニット201は、駆動モータ106の前方に配備されている。パワーコントロールユニット201の上部には、燃料電池ユニット200を支持する支持架台216が配備されている。
支持架台216は、燃料電池ユニット200をボンネット109内で支持するために設けられている。支持架台216は、車体2に対して固定されており、燃料電池ユニット200の重量を支持できるようになっている。支持架台216の上面には、取付部材204が設けられている。取付部材204は複数のブラケット207を有している。ブラケット207は、燃料電池ユニット200を固定するための金具であり、第1実施形態と同様なL字状に曲げられた金属ステーが用いられている。ブラケット207には、第1締結具208を挿通するための第1挿通孔209と、第2締結具210を挿通するための第2挿通孔211が形成されている。第1締結具208及び第2締結具210を各挿通孔に挿通させることで、支持架台216の上部(上面)にブラケット207を介し燃料電池ユニット200が固定される。
次に、第3実施形態の燃料電池ユニット200を着脱する方法(燃料電池ユニット200の着脱方法)について説明する。
図19に示すように、燃料電池ユニット200を、支持架台216の上部(ボンネット109の内部)から取り外す場合は、まずボンネット109を開放させる。図例の場合であれば、ボンネット109は前端を揺動中心として、後端を跳ね上げ方向に揺動させることができる。なお、ボンネット109を開放させる方法は、車両ごとに異なるので、他の方法でボンネット109を開放させても問題はない。
ボンネット109が開放されたら、ケーシング203の上面の四隅に取り付けられたアイボルトに、スリングベルト214を取り付ける。次に、燃料電池ユニット200のケーシング203の側面に設けられた配線収納ボックス215を開け、入力コネクタ213を出力コネクタ206から外す。
図16の下部に示すように、ケーシング203の側面に取り付けられた第1締結具208を取り外す。第1挿通孔209か第1締結具208を取り外すと、第1締結具208により固定されていたブラケット207を、ケーシング203から取り外すことが可能となる。
図19の下部に示すように、アイボルトを介して燃料電池ユニット200に固定されたスリングベルト214を、クレーンで上昇させる。そうすると、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部から取り外すことが可能となる。
燃料電池ユニット200を、キャビン103の上部に取り付ける場合は、上述した手順と逆の手順で操作を行う。そうすると、燃料電池ユニット200をキャビン103の上部に取り付けることが可能となる。
本発明の好適な実施形態は、以下の項目に記載の作業車両1を提供する。
(項目1)
作業装置49を連結可能な車体2と、前記車体2に設けられた運転席10を収容するキャビン3と、前記車体2を支持すると共に走行させる走行装置4と、前記走行装置4を駆動する駆動装置5と、第1熱交換装置80と、を備え、前記駆動装置5は、当該駆動装置5を駆動させるための電力を発生する燃料電池8を有しており、前記第1熱交換装置80は、冷媒との熱交換により冷却された空気を前記キャビン3の内部に供給するとともに、前記熱交換によって温められた冷媒の熱を前記燃料電池8に供給する作業車両1。
作業装置49を連結可能な車体2と、前記車体2に設けられた運転席10を収容するキャビン3と、前記車体2を支持すると共に走行させる走行装置4と、前記走行装置4を駆動する駆動装置5と、第1熱交換装置80と、を備え、前記駆動装置5は、当該駆動装置5を駆動させるための電力を発生する燃料電池8を有しており、前記第1熱交換装置80は、冷媒との熱交換により冷却された空気を前記キャビン3の内部に供給するとともに、前記熱交換によって温められた冷媒の熱を前記燃料電池8に供給する作業車両1。
この項目1に係る作業車両1によれば、第1熱交換装置80によってキャビン3内を冷却することができるとともに、燃料電池8を適切な温度に温度調整することができる。
(項目2)
前記車体2の前部にはボンネット9が設けられ、前記燃料電池8は、前記ボンネット9の内部に収容されている項目1に記載の作業車両1。
前記車体2の前部にはボンネット9が設けられ、前記燃料電池8は、前記ボンネット9の内部に収容されている項目1に記載の作業車両1。
この項目2に係る作業車両1によれば、第1熱交換装置80でボンネット9内とキャビン3内との間で熱交換を行うことができるため、ボンネット9内に設けられた燃料電池8を適切な温度に温度調整することができる。
(項目3)
前記第1熱交換装置80は、前記冷媒の熱を放出する第1コンデンサ83と、前記第1コンデンサ83から放出された熱を前記燃料電池8に導く導熱手段(例えば、第1コンデンサファン88)と、を有している項目1に記載の作業車両1。
前記第1熱交換装置80は、前記冷媒の熱を放出する第1コンデンサ83と、前記第1コンデンサ83から放出された熱を前記燃料電池8に導く導熱手段(例えば、第1コンデンサファン88)と、を有している項目1に記載の作業車両1。
この項目3に係る作業車両1によれば、第1コンデンサ83から放出された熱を確実に燃料電池8に導いて、燃料電池8を適切な温度に温度調整することができる。
(項目4)
前記第1熱交換装置80は、前記ボンネット9内で放熱を行う第1コンデンサ83と、前記キャビン3内で吸熱を行う第1エバポレータ85と、前記第1コンデンサ83と前記第1エバポレータ85との間で冷媒を循環させる第1配管86と、前記第1エバポレータ85において吸熱された前記冷媒を圧縮する第1コンプレッサ87と、を備えている項目2に記載の作業車両1。
前記第1熱交換装置80は、前記ボンネット9内で放熱を行う第1コンデンサ83と、前記キャビン3内で吸熱を行う第1エバポレータ85と、前記第1コンデンサ83と前記第1エバポレータ85との間で冷媒を循環させる第1配管86と、前記第1エバポレータ85において吸熱された前記冷媒を圧縮する第1コンプレッサ87と、を備えている項目2に記載の作業車両1。
この項目4に係る作業車両1によれば、第1配管86上に第1コンデンサ83、第1エバポレータ85、及び第1コンプレッサ87を備えた第1熱交換装置80を用いているので、キャビン3内で吸熱した熱を、燃料電池8の加温に用いることができる。その結果、燃料電池8の温度調整を効率的に行うことが可能となる。
(項目5)
前記第1熱交換装置80は、前記第1コンデンサ87から放出された熱を、前記燃料電池8に温風として吹き付ける第1コンデンサファン88と、前記第1エバポレータ85の吸熱で冷却された空気を、冷風として前記キャビン内に送る送風ファンと、を備えている項目4に記載の作業車両1。
前記第1熱交換装置80は、前記第1コンデンサ87から放出された熱を、前記燃料電池8に温風として吹き付ける第1コンデンサファン88と、前記第1エバポレータ85の吸熱で冷却された空気を、冷風として前記キャビン内に送る送風ファンと、を備えている項目4に記載の作業車両1。
この項目5に係る作業車両1によれば、第1コンデンサファン88が設けられているので、第1コンデンサ83で放熱された熱を、温風の状態で燃料電池8に送ることができ、燃料電池8を効率的に加温できる。また、送風ファンを用いて第1エバポレータ85で冷却された冷風を送風すれば、キャビン3内を効率的に冷房できる。
(項目6)
前記駆動装置5を駆動させるためのガスを収容するタンク7を複数備え、前記走行装置4は、前記車体2の前部の左右両端に配備される前輪18と、前記車体2の後部の左右両端に配備される後輪19と、を有しており、複数の前記タンク7は、前記前輪18と後輪19との間に配備されている項目1に記載の作業車両1。
前記駆動装置5を駆動させるためのガスを収容するタンク7を複数備え、前記走行装置4は、前記車体2の前部の左右両端に配備される前輪18と、前記車体2の後部の左右両端に配備される後輪19と、を有しており、複数の前記タンク7は、前記前輪18と後輪19との間に配備されている項目1に記載の作業車両1。
この項目6に係る作業車両1によれば、重量があるタンク7が前輪18と後輪19との間に配備されているので、前輪18と後輪19との双方にタンク7の重量がほぼ均等に加わり、走行性能を安定化することが可能となる。
(項目7)
前記駆動装置5は、前記燃料電池8が発電した電力を蓄電するバッテリ20と、前記燃料電池8が発電した電力によって駆動する駆動モータ6と、を備えており、前記駆動モータ6は、前記車体2の左右方向の中央であって、前記前輪19と後輪19との中間に配備されている項目6に記載の作業車両1。
前記駆動装置5は、前記燃料電池8が発電した電力を蓄電するバッテリ20と、前記燃料電池8が発電した電力によって駆動する駆動モータ6と、を備えており、前記駆動モータ6は、前記車体2の左右方向の中央であって、前記前輪19と後輪19との中間に配備されている項目6に記載の作業車両1。
この項目7に係る作業車両1によれば、タンク7に次いで重量がある重量物である駆動モータ6が、前輪18と後輪19との中間に配備されているので、タンク7の場合と同様に前輪18と後輪19との双方に駆動モータ6の重量が均等に加わり、走行性能をさらに安定化することが可能となる。
(項目8)
前記バッテリ20は、前記キャビン3における前記運転席10の下方に配備されている項目7に記載の作業車両1。
前記バッテリ20は、前記キャビン3における前記運転席10の下方に配備されている項目7に記載の作業車両1。
この項目8に係る作業車両1によれば、上述したタンク7や駆動モータ6と同様に重量がある重量物であるバッテリ20を、運転席10の下方に配備しているので、重量のあるバッテリ20が車両の中でも下方に位置するようになり、作業車両1の重心が低くなり、走行性能を安定化することが可能となる。
(項目9)
前記ボンネット9内における前記燃料電池8の後方には、前記燃料電池8を冷却する第2熱交換装置81が配備されている項目1に記載の作業車両1。
前記ボンネット9内における前記燃料電池8の後方には、前記燃料電池8を冷却する第2熱交換装置81が配備されている項目1に記載の作業車両1。
この項目9に係る作業車両1によれば、第2熱交換装置81が第1熱交換装置80に加えて設けられているので、第1熱交換装置80で燃料電池8を加温すると共に、第2熱交換装置81で燃料電池8を冷却することが可能となる。その結果、燃料電池8の温度調整をより効率的に行うことが可能となる。
(項目10)
前記第2熱交換装置81は、前記燃料電池8を冷却するスタック冷却部89と、前記燃料電池8の前方及び/又は後方のボンネット9内で放熱を行う第2コンデンサ84と、前記第2コンデンサ84で放熱された熱を前記ボンネット9外に排熱する第2コンデンサファン90と、前記第2コンデンサ84と前記スタック冷却部89との間で冷媒を循環させる第2配管91と、前記スタック冷却部89において吸熱が行われた前記冷媒を圧縮する第2コンプレッサ92と、を備えている項目9に記載の作業車両1。
前記第2熱交換装置81は、前記燃料電池8を冷却するスタック冷却部89と、前記燃料電池8の前方及び/又は後方のボンネット9内で放熱を行う第2コンデンサ84と、前記第2コンデンサ84で放熱された熱を前記ボンネット9外に排熱する第2コンデンサファン90と、前記第2コンデンサ84と前記スタック冷却部89との間で冷媒を循環させる第2配管91と、前記スタック冷却部89において吸熱が行われた前記冷媒を圧縮する第2コンプレッサ92と、を備えている項目9に記載の作業車両1。
この項目10に係る作業車両1によれば、第2配管91上にスタック冷却部、第2コンデンサ84、及び第2コンプレッサ92を備えた第2熱交換装置81が設けられているので、キャビン3内の燃料電池8を加温することも冷却することも可能となる。その結果、燃料電池8の温度調整をより効率的に行うことが可能となる。
本発明の好適な実施形態は、以下の項目に記載の作業車両101を提供する。
(項目11)
車体102と、前記車体102を支持すると共に走行させる走行装置104と、前記走行装置104を駆動する駆動装置105と、前記駆動装置105を駆動させる電力を供給する燃料電池108と、前記燃料電池108で発電させるガスを収容するタンク107と、を有する燃料電池ユニット200と、を備え、前記燃料電池ユニット200は、前記車体102に対して着脱自在である作業車両101。
車体102と、前記車体102を支持すると共に走行させる走行装置104と、前記走行装置104を駆動する駆動装置105と、前記駆動装置105を駆動させる電力を供給する燃料電池108と、前記燃料電池108で発電させるガスを収容するタンク107と、を有する燃料電池ユニット200と、を備え、前記燃料電池ユニット200は、前記車体102に対して着脱自在である作業車両101。
この項目11に係る作業車両101によれば、燃料電池108とタンク107とを同時に車体102から取り外すことができ、燃料電池108及びタンク107のメンテナンスを簡単にすることができる。例えば、燃料電池ユニット200を取り外した状態で、タンク107に関する部品を交換したり、燃料電池108の部品を交換した後、部品が交換された燃料電池108とタンク107とを車体102に装着したりすることで、部品の交換などを簡単に行うことができる。
(項目12)
前記車体102は、前記車体102に設けられた運転席110を収容するキャビン103と、前記キャビン103の前方に配備されたボンネット109と、を含み、前記ボンネット109の内部及び/又は前記キャビン103に、前記燃料電池ユニット200を着脱自在に支持する取付部材204を備えている項目11に記載の作業車両101。
前記車体102は、前記車体102に設けられた運転席110を収容するキャビン103と、前記キャビン103の前方に配備されたボンネット109と、を含み、前記ボンネット109の内部及び/又は前記キャビン103に、前記燃料電池ユニット200を着脱自在に支持する取付部材204を備えている項目11に記載の作業車両101。
この項目12に係る作業車両101によれば、燃料電池ユニット200が取付部材204を介して着脱自在とされているため、タンク107と燃料電池108とを備えた燃料電池ユニット200を取り外して、両者を簡単にメンテナンスすることができる。例えば、燃料電池ユニット200を取り外した状態で、タンク107に関する部品を交換したり、燃料電池108の部品を交換した後、部品が交換された燃料電池ユニット200を取付部材204に取り付けたりすることで、簡単に、燃料電池ユニット200を車体102に装着することができる。
(項目13)
前記燃料電池ユニット200は、前記燃料電池108で発生した電力を外部に出力する出力コネクタ206を有し、前記取付部材204は、前記燃料電池ユニット200を固定するブラケット207と、前記駆動装置105に電力を供給する電気回路に接続されており、且つ前記出力コネクタ206に連結されて前記燃料電池108で発生した電力が入力される入力コネクタ213と、を有し、前記出力コネクタ206と前記入力コネクタ213とは着脱自在である請求項11に記載の作業車両101。
前記燃料電池ユニット200は、前記燃料電池108で発生した電力を外部に出力する出力コネクタ206を有し、前記取付部材204は、前記燃料電池ユニット200を固定するブラケット207と、前記駆動装置105に電力を供給する電気回路に接続されており、且つ前記出力コネクタ206に連結されて前記燃料電池108で発生した電力が入力される入力コネクタ213と、を有し、前記出力コネクタ206と前記入力コネクタ213とは着脱自在である請求項11に記載の作業車両101。
この項目13に係る作業車両101によれば、互いに出力コネクタ206と入力コネクタ213とが着脱自在であるため、出力コネクタ206から入力コネクタ213を取り外した後に、簡単に燃料電池ユニット200を車体102に取り外すことができ、燃料電池ユニット200を車体102に装着後は、出力コネクタ206に入力コネクタ213を接続することによって、簡単に燃料電池ユニット200を装着することができる。
(項目14)
前記取付部材204は、前記キャビン103の上部に配備されている項目12に記載の作業車両101。
前記取付部材204は、前記キャビン103の上部に配備されている項目12に記載の作業車両101。
この項目14に係る作業車両101によれば、取付部材204がキャビン103の上部に設けられているので、燃料電池ユニット200を運転席110から離れた位置に取り付けることができ、オペレータを熱などから保護することが可能となる。
(項目15)
前記取付部材204は、前記ボンネット109の内部に配備されている項目12に記載の作業車両101。
前記取付部材204は、前記ボンネット109の内部に配備されている項目12に記載の作業車両101。
この項目15に係る作業車両101によれば、取付部材204がボンネット109の内部に設けられているので、燃料電池ユニット200を運転席110から離れた位置に取り付けることができ、オペレータを熱などから保護することが可能となる。
(項目16)
前記燃料電池ユニット200は、前記燃料電池108及び/又は前記タンク107を収容するケーシング203を備えており、前記ケーシング203と一体に前記燃料電池108及び/又は前記タンク107が着脱される項目11又は項目12に記載の作業車両101。
前記燃料電池ユニット200は、前記燃料電池108及び/又は前記タンク107を収容するケーシング203を備えており、前記ケーシング203と一体に前記燃料電池108及び/又は前記タンク107が着脱される項目11又は項目12に記載の作業車両101。
この項目16に係る作業車両101によれば、燃料電池108やタンク107がケーシング203内に収容されているので、これらの部材をケーシング203と一緒に一度に着脱できる。
(項目17)
前記燃料電池ユニット200は、当該燃料電池ユニット200を吊り下げ状態で支持する吊り下げ部材212を備えている項目11又は項目12に記載の作業車両101。
前記燃料電池ユニット200は、当該燃料電池ユニット200を吊り下げ状態で支持する吊り下げ部材212を備えている項目11又は項目12に記載の作業車両101。
この項目17に係る作業車両101によれば、このような吊り下げ部材212を用いて燃料電池ユニット200を容易に搬出入することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 作業車両
2 車体
3 キャビン
4 走行装置
5 駆動装置
6 駆動モータ
7 タンク
8 燃料電池
9 ボンネット
10 運転席
18 前輪
19 後輪
20 バッテリ
49 作業装置
80 第1熱交換装置
81 第2熱交換装置
83 第1コンデンサ
84 第2コンデンサ
85 第1エバポレータ
86 第1配管
87 第1コンプレッサ
88 第1コンデンサファン
89 スタック冷却部
90 第2コンデンサファン
91 第2配管
92 第2コンプレッサ
101 作業車両
102 車体
103 キャビン
104 走行装置
105 駆動装置
107 タンク
108 燃料電池
109 ボンネット
200 燃料電池ユニット
203 ケーシング
204 取付部材
206 出力コネクタ
207 ブラケット
212 吊り下げ部材
213 入力コネクタ
2 車体
3 キャビン
4 走行装置
5 駆動装置
6 駆動モータ
7 タンク
8 燃料電池
9 ボンネット
10 運転席
18 前輪
19 後輪
20 バッテリ
49 作業装置
80 第1熱交換装置
81 第2熱交換装置
83 第1コンデンサ
84 第2コンデンサ
85 第1エバポレータ
86 第1配管
87 第1コンプレッサ
88 第1コンデンサファン
89 スタック冷却部
90 第2コンデンサファン
91 第2配管
92 第2コンプレッサ
101 作業車両
102 車体
103 キャビン
104 走行装置
105 駆動装置
107 タンク
108 燃料電池
109 ボンネット
200 燃料電池ユニット
203 ケーシング
204 取付部材
206 出力コネクタ
207 ブラケット
212 吊り下げ部材
213 入力コネクタ
Claims (17)
- 作業装置を連結可能な車体と、
前記車体に設けられた運転席を収容するキャビンと、
前記車体を支持すると共に走行させる走行装置と、
前記走行装置を駆動する駆動装置と、
第1熱交換装置と、
を備え、
前記駆動装置は、当該駆動装置を駆動させるための電力を発生する燃料電池を有しており、
前記第1熱交換装置は、冷媒との熱交換により冷却された空気を前記キャビンの内部に供給するとともに、前記熱交換によって温められた冷媒の熱を前記燃料電池に供給する作業車両。 - 前記車体の前部にはボンネットが設けられ、
前記燃料電池は、前記ボンネットの内部に収容されている請求項1に記載の作業車両。 - 前記第1熱交換装置は、
前記冷媒の熱を放出する第1コンデンサと、
前記第1コンデンサから放出された熱を前記燃料電池に導く導熱手段と、
を有している請求項1に記載の作業車両。 - 前記第1熱交換装置は、
前記ボンネット内で放熱を行う第1コンデンサと、
前記キャビン内で吸熱を行う第1エバポレータと、
前記第1コンデンサと前記第1エバポレータとの間で冷媒を循環させる第1配管と、
前記第1エバポレータにおいて吸熱された前記冷媒を圧縮する第1コンプレッサと、を備えている請求項2に記載の作業車両。 - 前記第1熱交換装置は、
前記第1コンデンサから放出された熱を、前記燃料電池に温風として吹き付ける第1コンデンサファンと、
前記第1エバポレータの吸熱で冷却された空気を、冷風として前記キャビン内に送る送風ファンと、
を備えている請求項4に記載の作業車両。 - 前記駆動装置を駆動させるためのガスを収容するタンクを複数備え、
前記走行装置は、前記車体の前部の左右両端に配備される前輪と、前記車体の後部の左右両端に配備される後輪と、を有しており、
複数の前記タンクは、前記前輪と後輪との間に配備されている
請求項1に記載の作業車両。 - 前記駆動装置は、前記燃料電池が発電した電力を蓄電するバッテリと、前記燃料電池が発電した電力によって駆動する駆動モータと、を備えており、
前記駆動モータは、前記車体の左右方向の中央であって、前記前輪と後輪との中間に配備されている請求項6に記載の作業車両。 - 前記バッテリは、前記キャビンにおける前記運転席の下方に配備されている請求項7に記載の作業車両。
- 前記ボンネット内における前記燃料電池の後方には、前記燃料電池を冷却する第2熱交換装置が配備されている
ことを特徴とする請求項1に記載の作業車両。 - 前記第2熱交換装置は、
前記燃料電池を冷却するスタック冷却部と、
前記燃料電池の前方及び/又は後方のボンネット内で放熱を行う第2コンデンサと、
前記第2コンデンサで放熱された熱を前記ボンネット外に排熱する第2コンデンサファンと、
前記第2コンデンサと前記スタック冷却部との間で冷媒を循環させる第2配管と、
前記スタック冷却部において吸熱が行われた前記冷媒を圧縮する第2コンプレッサと、
を備えている請求項9に記載の作業車両。 - 車体と、
前記車体を支持すると共に走行させる走行装置と、
前記走行装置を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を駆動させる電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池で発電させるガスを収容するタンクと、を有する燃料電池ユニットと、を備え、
前記燃料電池ユニットは、前記車体に対して着脱自在である作業車両。 - 前記車体は、前記車体に設けられた運転席を収容するキャビンと、前記キャビンの前方に配備されたボンネットと、を含み、
前記ボンネットの内部及び/又は前記キャビンに、前記燃料電池ユニットを着脱自在に支持する取付部材を備えている請求項11に記載の作業車両。 - 前記燃料電池ユニットは、前記燃料電池で発生した電力を外部に出力する出力コネクタを有し、
前記取付部材は、前記燃料電池ユニットを固定するブラケットと、前記駆動装置に電力を供給する電気回路に接続されており、且つ前記出力コネクタに連結されて前記燃料電池で発生した電力が入力される入力コネクタと、を有し、
前記出力コネクタと前記入力コネクタとは着脱自在である請求項11に記載の作業車両。。 - 前記取付部材は、前記キャビンの上部に配備されている請求項12に記載の作業車両。
- 前記取付部材は、前記ボンネットの内部に配備されている請求項12に記載の作業車両。
- 前記燃料電池ユニットは、前記燃料電池及び/又は前記タンクを収容するケーシングを備えており、前記ケーシングと一体に前記燃料電池及び/又は前記タンクが着脱される請求項11又は12に記載の作業車両。
- 前記燃料電池ユニットは、当該燃料電池ユニットを吊り下げ状態で支持する吊り下げ部材を備えている請求項11又は12に記載の作業車両。
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