WO2025142002A1 - 作業機械、及び作業車両 - Google Patents
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- H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
Definitions
- the present invention relates to a work machine and a work vehicle.
- This application claims priority based on Japanese Application No. 2023-219142 filed on December 26, 2023, and incorporates by reference all of the contents of said Japanese application.
- This application claims priority based on Japanese Application No. 2023-219206 filed on December 26, 2023, and incorporates by reference all of the contents of said Japanese application.
- This application claims priority based on Japanese Application No. 2023-219315 filed on December 26, 2023, and incorporates by reference all of the contents of the above-mentioned Japanese application.
- Patent Document 1 a work machine having a fuel cell and is driven by a motor that rotates with electricity generated by the fuel cell.
- the work machine disclosed in Patent Document 1 is a tractor. Hydrogen is used as fuel for the fuel cell.
- the tractor has electrical equipment such as a battery that stores the power generated by the fuel cell.
- Patent Document 2 discloses a work vehicle equipped with a motor, and a battery and a fuel cell arranged under the hood.
- the fuel cell uses hydrogen gas to generate electricity that is stored in the battery.
- the motor rotates with the power of the battery.
- the work vehicle runs using the rotational force of the motor as a driving force.
- a work machine has a vehicle body, a fuel cell mounted on the vehicle body, a battery that stores the power generated by the fuel cell, a motor that operates using the power as energy, a first power converter, and a second power converter.
- the vehicle body has a vehicle body frame and a support structure for mounting the first power converter and the second power converter to the vehicle body frame.
- the support structure has a base portion attached to the vehicle body frame, a first support portion having a first standing portion that stands up from the base portion and to which the first power converter is attached and supported by the first standing portion, and a second support portion having a second standing portion that stands up from the base portion and to which the second power converter is attached and supported by the second standing portion.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall structure of the working machine described in Chapter 1.
- FIG. 2 is a left side view of the working machine of Chapter 1.
- FIG. 3 is a bottom view of the working machine of Chapter 1.
- FIG. 4 is a right side view of the working machine from which a part of the exterior parts of Chapter 1 has been removed.
- FIG. 5 is a perspective view showing an example of the internal structure of the work vehicle of Chapter 1.
- FIG. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the work vehicle in Chapter 1.
- FIG. 7 is a perspective view of the support structure of Chapter 1 as viewed from the outer side in the vehicle width direction.
- FIG. 8 is an exploded view of the support structure of Chapter 1.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall structure of the working machine described in Chapter 1.
- FIG. 2 is a left side view of the working machine of Chapter 1.
- FIG. 3 is a bottom view of the working machine of Chapter 1.
- FIG. 4 is a
- FIG. 9 is a perspective view of the support structure of the first chapter as viewed from the inside in the vehicle width direction.
- FIG. 10 is a perspective view of the support structure of Chapter 1 with the cover removed.
- FIG. 11 is a perspective view of the support structure of Chapter 1 with the second support portion and the inverter removed.
- FIG. 12 is a perspective view showing a first modified example of the support structure of Chapter 1.
- FIG. 13 is a perspective view showing the support structure of FIG. 12 in an exploded state.
- FIG. 14 is a perspective view showing a second modified example of the support structure of Chapter 1.
- FIG. 15 is a perspective view of the support structure of FIG. 14 viewed from a different angle.
- FIG. 16 is a perspective view showing one embodiment of the work vehicle disclosed in Chapter 2.
- FIG. 17 is a front view of the work vehicle shown in FIG.
- FIG. 18 is a rear view of the work vehicle shown in FIG. 19 is a side view (right side view) of the work vehicle shown in FIG. 16.
- FIG. 20 is a side view (left side view) of the work vehicle shown in FIG. 16.
- FIG. 21 is a plan view of the work vehicle shown in FIG. 22 is a perspective view showing a part of the work vehicle shown in FIG. 16 in an exploded state.
- FIG. 23 is a right side view of the work vehicle shown in FIG. 16 with the bonnet, cover, and part of the tank case removed.
- 24 is a schematic bottom view of the front part of the work vehicle shown in FIG. 16 as viewed from below.
- FIG. 25 is a perspective view showing an example of the overall structure of the working machine of Chapter 3.
- FIG. 26 is a right side view of the work vehicle from which a part of the exterior parts of Chapter 3 has been removed.
- FIG. 27 is a perspective view showing an example of the internal structure of the work vehicle in Chapter 3.
- FIG. 28 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the work vehicle in Chapter 3.
- FIG. 29 is an explanatory diagram showing an example of the temperature adjustment system in Chapter 3.
- FIG. 30 is an explanatory diagram showing a modified example of the temperature adjustment system in Chapter 3.
- FIG. 31 is an explanatory diagram of a temperature control system of a work vehicle different from the configuration shown in FIGS.
- an object of the present disclosure is to provide a work machine having a new technical means for mounting a power converter.
- the first rising portion supporting the first power converter and the second rising portion supporting the second power converter are in a state of standing from the base portion attached to the body frame, and the support structure becomes small in the horizontal direction.
- a work machine includes a vehicle body, a fuel cell mounted on the vehicle body, a battery that stores electric power generated by the fuel cell, a motor that operates using the electric power as energy, a first power converter, and a second power converter
- the vehicle body includes a vehicle body frame and a support structure for attaching the first power converter and the second power converter to the vehicle body frame;
- the support structure has a base portion attached to the vehicle body frame, a first support portion having a first standing portion standing up from the base portion and having the first power converter attached and supported by the first standing portion, and a second support portion having a second standing portion standing up from the base portion and having the second power converter attached and supported by the second standing portion.
- the first standing part supporting the first power converter and the second standing part supporting the second power converter are in a state of standing from a base part attached to the body frame.
- the support structure is small in the horizontal direction (vehicle width direction).
- the first power converter is formed in a box shape, and the first upright portion has a first mounting surface that faces one side of the first power converter formed in the box shape and to which the one side is attached.
- the first power converter and the first standing portion supporting the first power converter are disposed so as to rise from the base portion.
- the second power converter is formed in a box shape, and the second upright portion has a second mounting surface that faces one side of the second power converter formed in the box shape and to which the one side is attached.
- the second power converter and the second standing portion supporting the second power converter are disposed so as to rise from the base portion.
- the first support portion and the second support portion are arranged side by side in the vehicle width direction, and the cover covers the support unit from the outside in the vehicle width direction. According to the above configuration, by removing the cover, maintenance of one or both of the first power converter and the second power converter becomes possible.
- the vehicle body has rear wheels on both sides of the body frame in a vehicle width direction, and the first support portion and the second support portion are positioned between one of the pair of rear wheels and the body frame.
- the first power converter and the second power converter are covered from both sides in the vehicle width direction and are protected from external damage.
- the support structure preferably has a first bolt that fixes the first support portion to the base portion, a second bolt that fixes the second support portion to the base portion, and a third bolt that connects the first support portion and the second support portion.
- the first support portion and the second support portion are connected by the third bolt, and the first support portion and the second support portion are stably attached to the base portion.
- the first support portion has, as the first standing portion, a first inner frame located on the inside in the vehicle width direction of the first power converter, and the outside in the vehicle width direction is open. According to the above configuration, by removing the cover and the second support part that supports the second power converter, the first power converter can be viewed while being attached to the base part via the first support part, making maintenance of the first power converter easier.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall structure of a work machine.
- Fig. 2 is a left side view of the work machine shown in Fig. 1.
- Fig. 3 is a bottom view of the work machine shown in Fig. 1.
- Fig. 4 is a right side view of the work machine with some of the exterior parts (bonnet 34, cover 111, etc.) removed.
- the work machine in this embodiment is a work vehicle used for agricultural work, specifically a tractor.
- the work machine is not limited to a tractor, and may be a mobile body such as a construction machine or a utility vehicle. Below, a case where the work machine is a work vehicle (tractor) 10 will be described.
- the work vehicle 10 has a driver's seat 15.
- the front-rear, left-right, and up-down directions of the work vehicle 10 are defined based on the driver seated in the driver's seat 15. In other words, the direction forward for the driver is "front” and the direction behind is “rear.” The right direction for the driver is “right” and the left direction is “left.”
- the front-rear and left-right directions are parallel to the ground, and are perpendicular to the front-rear and left-right directions.
- the up-down direction is perpendicular to both the front-rear and left-right directions.
- the left-right direction may be described as a “vehicle width direction.”
- the forward direction is the “traveling direction” of the work vehicle 10.
- the work proceeding direction of the work vehicle 10 is the "forward” direction
- the opposite direction is the "rear” direction. Facing the work proceeding direction, the right direction of the work vehicle 10 is the “right” direction, and the left direction is the "left” direction.
- a first radiator 48, a fuel cell 24, and a second radiator 49 are mounted in that order from front to rear on the front part of the chassis 41.
- the first radiator 48 and the fuel cell 24 are covered by the bonnet 34, and the second radiator 49 is covered by a cover 111.
- the tank unit 21 has a tank 13 (see FIG. 4) therein for storing fuel.
- the fuel is liquid or gas, such as hydrogen, methane, or carbon monoxide (CO).
- the tank 13 stores hydrogen gas.
- the drive unit 14 is driven by the stored fuel.
- the work vehicle 10 is a fuel cell vehicle (FCV), and runs on electricity generated by a chemical reaction between hydrogen and oxygen in a fuel cell 24, as its energy source.
- the fuel cell 24 may generate electricity using methane or carbon monoxide (CO).
- the drive device 14 (see FIG. 5 ) has a fuel cell 24, a battery unit 30, and a motor 31.
- the battery unit 30 has a battery pack (battery) that stores the electric power generated by the fuel cell 24.
- the work vehicle 10 has a hydrogen gas pipe 22. Hydrogen gas is supplied from a fill port 42 (see FIG. 6 ) connected to an end of the pipe 22 and filled into the tank 13. The hydrogen gas in the tank 13 is supplied to the fuel cell 24 through the pipe 22.
- the running gear 12 of the work vehicle 10 has front wheels 12A and rear wheels 12B.
- the front wheels 12A and rear wheels 12B are arranged symmetrically on the left and right sides of the vehicle body 11.
- One or both of the front wheels 12A and rear wheels 12B rotate by the power of a motor 31.
- One or both of the wheels 12A, 12B (drive wheels) that rotate by the power of the motor 31 may be crawlers (crawlers).
- FIG. 5 is a perspective view showing an example of the internal structure of the work vehicle 10.
- the chassis 41 is configured to have a steel frame that is long in the front-to-rear direction, and has a front frame 32 and a gear case 33.
- the gear case 33 is connected to the rear of the front frame 32.
- the gear case 33 and the front frame 32 form the framework of the vehicle body 11.
- the chassis 41 serves as a vehicle body frame on which the drive unit 14, the driver's seat 15, the cabin 16, etc. are mounted.
- a mounting frame 17 for the tank unit 21 is connected to the chassis 41.
- the mounting frame 17 supports the tank unit 21 above the cabin 16.
- the mounting frame 17 includes a roughly rectangular ceiling frame 17A that is longer in the front-to-rear direction than in the left-to-right direction, multiple pillars 17B that support the ceiling frame 17A from below, and a pair of left and right reinforcing frames 17C that are connected to the front end of the ceiling frame 17A.
- the tank unit 21 is connected to the ceiling frame 17A.
- the reinforcing frame 17C is a reinforcing diagonal member that slopes downward from the front end of the ceiling frame 17A to the front frame 32.
- the mounting frame 17 has the reinforcing frame 17C, which increases the rigidity of the mounting frame 17 in the front-to-rear direction.
- a support frame 37 is connected to the chassis 41, and the battery unit 30 is supported on the vehicle body 11 by the support frame 37.
- the motor 31 is mounted on the front frame 32 of the chassis 41, and the support frame 37 is attached to the portion of the front frame 32 that corresponds to the motor 31.
- the support frame 37 is made of, for example, a metal frame member, and is attached in a cantilevered state so that it protrudes to the right from the front frame 32.
- the gear case 33 located behind the motor 31 has a power transmission mechanism therein.
- the power transmission mechanism includes a transmission, a clutch, and a differential gear, and transmits the rotation of the output shaft of the motor 31 to the traveling device 12 while reducing or increasing the speed.
- the power transmission mechanism inside the gear case 33 includes a branching mechanism that outputs a portion of the power of the motor 31 to a PTO shaft 334 (see FIG. 4).
- the PTO shaft 334 is an output shaft that protrudes from the rear of the gear case 33.
- the work vehicle 10 has a coupling device 43 (see FIGS. 3 and 4) for coupling a work implement 19 (see FIG. 6) for performing a desired agricultural work to the rear of the vehicle body 11.
- the work implement 19 is also called an implement.
- the work implement 19 is, for example, a cultivator or a baler.
- the rotational motion of the PTO shaft 334 is transmitted to the input shaft of the working device 19, for example, while the work vehicle 10 is traveling.
- the work vehicle 10 can drive the working device 19 by the power of the motor 31 while traveling in a farm field or the like.
- FIG. 6 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the work vehicle 10.
- the functional systems of the work vehicle 10 include a fuel system FS, a power system PS, and a temperature regulation system TS.
- Components of the fuel system FS include the tank 13 and the valve unit 45.
- Components of the temperature control system TS include a first radiator 48, a second radiator 49, and an air conditioner 37.
- Components of the power system PS include the fuel cell 24, a boost circuit 28, a DC/DC converter (first power converter) 26, an inverter (second power converter) 27, a motor 31, a gear case 33, and a battery unit 30.
- the DC/DC converter 26 is also referred to as the "converter 26.”
- the converter 26 is configured to include a first DC/DC converter 26A (also referred to as the "first converter 26A”) and a second DC/DC converter 26B (also referred to as the "second converter 26B").
- the valve unit 45 is a collection of valves including an on-off valve and a pressure reducing valve.
- the valve unit 45 adjusts the flow rate of hydrogen gas in the tank 13 and outputs it to the fuel cell 24 by controlling the operation of the internal valves.
- the fuel cell 24 is, for example, a battery module in which a plurality of unit cells, each having a positive electrode and a negative electrode, are stacked side by side in a casing.
- the fuel cell 24 collects the electric power generated by each unit cell to generate the electric power required to drive the motor 31.
- the fuel cell 24 is connected to the second radiator 49 through a cooling passage H2. That is, the fuel cell 24 is adjusted to a predetermined temperature by the coolant that is circulated from the second radiator 49.
- the fuel cell 24 is electrically connected to a boost circuit 28, which is electrically connected to an inverter 27.
- the boost circuit 28 boosts the voltage input from the fuel cell 24 and outputs the boosted voltage to the inverter 27.
- the inverter 27 is electrically connected to the motor 31.
- the inverter 27 converts the direct current input from the boost circuit 23 into three-phase alternating current and outputs it to the motor 31.
- the power generated by the fuel cell 24 is boosted and converted into alternating current and transmitted to the motor 31.
- the work vehicle 10 has low-current electrical equipment that operates at a lower voltage than the motor 31. These electrical equipment are supplied with DC power that has been stepped down by a step-down circuit.
- the low-current electrical components are, for example, the battery unit 30, the first radiator 48, the second radiator 49, and the air conditioner 37.
- the step-down circuit is, for example, the converter 26, and in this embodiment, the first converter 26A and the second converter 26B.
- the first converter 26A steps down the DC voltage input from the boost circuit 28 and supplies it to the battery unit 30 and the air conditioner 37.
- the second converter 26B steps down the DC voltage input from the boost circuit 28 and supplies it to the first radiator 48 and the second radiator 49.
- the inverter 27 and the converter 26 are attached to the chassis 41 (see FIG. 3), which serves as the vehicle body frame, by a support structure 50.
- the inverter 27 and the converter 26 are mounted near the driver's seat 15 (see FIG. 2).
- a cooling flow path H1 through which the refrigerant is circulated by a pump 46, is connected to the first radiator 48, and the refrigerant is cooled by heat exchange with the outside air.
- the first radiator 48 has a first fan 35 for promoting heat exchange with the outside air.
- the objects to be cooled by the temperature control unit including the first radiator 48 and the cooling flow path H1 are, for example, electrical equipment (heat-generating components) such as the motor 31, the boost circuit 28, the inverter 27, the first converter 26A, and the second converter 26B.
- a cooling flow path H2 through which the coolant is circulated by a pump 47, is connected to the second radiator 49, and the coolant is cooled by heat exchange with the outside air.
- the second radiator 49 has a second fan 36 for promoting heat exchange with the outside air.
- the target to be cooled by the temperature adjustment unit including the second radiator 49 and the cooling passage H2 is the fuel cell 24.
- the first lower frame 513 is placed on the base body 531 and fixed by bolts 90C.
- the space enclosed by the first inner frame 511, the first upper frame 512, the first lower frame 513, and the first rear frame 514 becomes the storage space for the converter 26.
- the first support portion 51 opens forward, and the harness 38A (see Figure 9) extends from the opening.
- the first support portion 51 supports the first converter 26A and the second converter 26B in a vertical arrangement.
- the first converter 26A and the second converter 26B are fixed to the first support portion 51 by bolts 90B (see FIG. 8 ).
- the first inner frame 511 has an open window frame 511 a and is provided with (a plurality of) holes penetrating in the plate thickness direction, thereby providing a heat dissipation measure for the converter 26 .
- the first support portion 51 has a first inner frame 511 as a first standing portion that stands up from the base body 531 of the base portion 53.
- the converter 26 is attached to and supported by the first inner frame 511.
- the second support part 52 is attached onto the base part 53 (base body 531).
- the second support part 52 supports the inverter 27, which is the second power converter.
- the second support part 52 has a frame structure made of a metal plate.
- the second support part 52 has a second inner frame 521, a second lower frame 523, and a second rear frame 524, each of which is plate-shaped.
- the second lower frame 523 is placed on the base body 531 and fixed by the bolts 90D.
- a space surrounded by the second inner frame 521, the second lower frame 523, and the second rear frame 524 is a space for accommodating the inverter 27.
- the second support portion 52 has an opening toward the front, and a harness 38B (see FIG. 9 ) extends from the opening.
- the second support portion 52 has the second inner frame 521 as a second standing portion that stands up from the base body 531 of the base portion 53.
- the inverter 27 is attached to and supported by the second inner frame 521.
- the work vehicle 10 of this embodiment has two converters 26 and one inverter 27.
- the converter 26 may be a single component, and the inverter 27 may be configured as two separate components.
- the first support part 51 and the second support part 52 mounted on the base part 53 are called the support unit 50U (see FIG. 9).
- the support unit 50U includes the first support part 51 and the second support part 52.
- the first support part 51 and the second support part 52 are arranged side by side in the vehicle width direction.
- the cover 54 covers the support unit 50U from the side of the vehicle.
- the vehicle body 11 has a cabin 16.
- the support unit 50U (first support part 51 and second support part 52) is located below the cabin 16. This shortens the wiring between the converter 26 and inverter 27 supported by the first support part 51 and the second support part 52 and the electrical equipment (e.g., air conditioning unit 37) installed around the cabin 16.
- the tank 13 is connected to the rear pipe 22r and the front pipe 22f via the valve unit 212 (see FIG. 23).
- the rear pipe 22r (see FIG. 18) is a gas inlet pipe that connects the hydrogen gas filling port 26 to the valve unit 212, and guides the hydrogen gas introduced into the filling port 26 to the tank 13.
- the front pipe 22f (see FIG. 16) is a gas outlet pipe that connects the fuel cell 24 to the valve unit 212, and guides the hydrogen gas stored in the tank 13 to the fuel cell 24.
- the tank 13 stores the hydrogen gas introduced into the filling port 26 from outside the vehicle and supplies it to the fuel cell 24.
- the valve unit 212 has an on-off valve, a pressure reducing valve, etc., and adjusts the hydrogen gas stored in the tank 13 to a predetermined flow rate and guides it to the fuel cell 24 through the front pipe 22f.
- the working machine of (2) has a first heat exchanger provided in the first flow path, adjusting the temperature of the first heat medium that has passed through the fuel cell, and a second heat exchanger provided in the second flow path, adjusting the temperature of the second heat medium that has passed through the electrical equipment.
- the first heat exchanger can reduce the temperature of the first heat medium that has passed through the fuel cell
- the second heat exchanger can reduce the temperature of the second heat medium that has passed through the electrical components.
- the first heat exchanger and the second heat exchanger have a difference in capacity with respect to the range of temperature drop due to heat exchange.
- the second heat exchanger may have a relatively large capacity. In this case, the cooling of the fuel cell by the first heat medium is supplemented by the second heat medium.
- the electrical equipment includes a battery that stores the electric power generated by the fuel cell, and a motor that generates driving power.
- the working machine starts to operate, it is preferable to perform a warm-up operation for the rolling bearings of the battery and the motor, which are the electrical equipment.
- the auxiliary heat exchanger utilizes the exhaust heat of the first heat exchanger (first heat medium), thereby making it possible to shorten the time required for warming up the electrical equipment.
- the working machine according to (3) above further comprises an air conditioning device having a compressor, an expansion valve, an evaporator, and a condenser and equipped with a cooling function using a third heat medium, and the evaporator exchanges heat between the first heat medium or the second heat medium and the third heat medium.
- an air conditioning device having a compressor, an expansion valve, an evaporator, and a condenser and equipped with a cooling function using a third heat medium, and the evaporator exchanges heat between the first heat medium or the second heat medium and the third heat medium.
- the work machine according to (9) further includes a battery and a heating unit that uses a fourth heat medium to raise the temperature of the battery, and the condenser exchanges heat between the fourth heat medium and the third heat medium.
- a battery and a heating unit that uses a fourth heat medium to raise the temperature of the battery, and the condenser exchanges heat between the fourth heat medium and the third heat medium.
- the temperature of the fourth heat medium is increased by the exhaust heat of the air conditioner (third heat medium), and the temperature of the battery can be efficiently increased by using the fourth heat medium.
- the opening degree of the first valve can be, for example, feedback-controlled, thereby making it possible to adjust the assistance level of the third heat medium for the air conditioner.
- the opening degree of the second valve can be, for example, feedback-controlled, thereby making it possible to adjust the level of assistance for raising the temperature of the battery by the third heat medium for the air conditioner.
- the heating unit has an electric heater that heats the fourth heat medium. According to this configuration, it is possible to quickly increase the temperature of the battery.
- a work machine includes a machine frame, a fuel cell mounted on the machine frame, electrical equipment mounted on the machine frame, a heat exchanger for adjusting the temperature of one or both of the fuel cell and the electrical equipment using a heat medium, and an air conditioner having a compressor, an expansion valve, an evaporator, and a condenser and equipped with a cooling function using a third heat medium, and the evaporator exchanges heat between the heat medium and the third heat medium.
- the temperature of the heat medium that regulates the temperature of one or both of the fuel cell and the electrical equipment is higher than the temperature of the third heat medium for the air conditioning device, the temperature of the heat medium is lowered by the third heat medium in the auxiliary heat exchanger.
- the heat medium whose temperature has been lowered by the third heat medium is used to cool one or both of the fuel cell and the electrical equipment.
- the work machine of (14) has a battery and a heating unit that raises the temperature of the battery by using a fourth heat medium, and the condenser exchanges heat between the fourth heat medium and the third heat medium.
- the temperature of the fourth heat medium is increased by the exhaust heat of the air conditioner (third heat medium), and the temperature of the battery can be efficiently increased by using the fourth heat medium.
- the fourth heat medium whose temperature has been increased by the third heat medium can be used to increase the temperature of the battery.
- FIG. 25 is a perspective view showing an example of the overall structure of a work machine.
- the work machine of this embodiment is a work vehicle used for agricultural work, specifically a tractor.
- the work machine is not limited to a tractor, and may be a mobile body such as a construction machine or a utility vehicle.
- Figure 26 is a right side view of the work vehicle 10 with some of the exterior parts (bonnet 34, cover 111, etc.) removed.
- the work vehicle 10 has a chassis 41 , a drive unit 14 , a driver's seat 15 , a cabin 16 , a bonnet 34 , a cover 111 , a tank unit 21 , a first radiator 48 , a second radiator 49 , and a running device 12 . From the front to the rear of the work vehicle 10 , the bonnet 34 and the cover 111 are mounted on the chassis 41 in that order, and the cabin 16 is disposed behind the cover 111 .
- the cabin 16 has front pillars, rear pillars, and a roof, and is a driver's compartment separated by these.
- the work vehicle 10 may have a canopy or roof instead of the cabin 16. If the work vehicle 10 does not have a cabin 16, the tank unit 21 is positioned above the driver's seat 15 by the mounting frame 17.
- the second radiator 49, the fuel cell 24, and the first radiator 48 are mounted in this order from front to rear on the front part of the chassis 41.
- the second radiator 49 and the fuel cell 24 are covered by the bonnet 43, and the first radiator 48 is covered by a cover 111.
- the tank unit 21 has therein a tank 13 for storing fuel.
- the tank unit 21 has therein a tank 13 for storing fuel.
- the fuel may be liquid or gas, and may be hydrogen, methane, carbon monoxide (CO), or the like.
- the tank 13 stores hydrogen gas.
- the drive device 14 is driven by the stored fuel.
- the work vehicle 10 is a fuel cell vehicle (FCV) and runs on electricity generated by a chemical reaction between hydrogen and oxygen in a fuel cell 24.
- the fuel cell 24 may generate electricity using methane or carbon monoxide (CO).
- the running device 12 is mounted on a chassis 41 and has front wheels 12A and rear wheels 12B.
- One or both of the front wheels 12A and rear wheels 12B rotate by the power of a motor 31.
- One or both of the wheels 12A, 12B (drive wheels) that rotate by the power of the motor 31 may be crawlers (crawler tracks).
- the chassis 41 (see FIG. 27 ) is configured to have a steel frame that is long in the front-to-rear direction, and has a front frame 32 and a gear case 33.
- the gear case 33 is connected to the rear of the front frame 32.
- the gear case 33 and the front frame 32 form the framework of the work vehicle 10.
- the chassis 41 which has the front frame 32 and the gear case 33, serves as a vehicle body frame (machine frame) on which the drive unit 14, the driver's seat 15, the cabin 16, etc. are mounted.
- a mounting frame 17 for the tank unit 21 is connected to the chassis 41.
- the mounting frame 17 supports the tank unit 21 above the cabin 16.
- the mounting frame 17 includes a roughly rectangular ceiling frame 17A that is longer in the front-to-rear direction than in the left-to-right direction, a number of pillars 17B that support the ceiling frame 17A from below, and a pair of left and right reinforcing frames 17C that are connected to the front end of the ceiling frame 17A.
- the tank unit 21 is connected to the ceiling frame 17A.
- the reinforcing frame 17C is a reinforcing diagonal member that slopes downward from the front end of the ceiling frame 17A to the front frame 32.
- the support frame 37 is connected to the chassis 41, and the battery 30 is supported by the support frame 37.
- the motor 31 is mounted on the front frame 32 of the chassis 41, and the support frame 37 is attached to the portion of the front frame 32 that corresponds to the motor 31.
- the support frame 37 is made of, for example, a metal frame member, and is attached in a cantilevered state so that it protrudes to the right from the front frame 32.
- the gear case 33 located behind the motor 31 has a power transmission mechanism therein.
- the power transmission mechanism includes a transmission, a clutch, and a differential gear, and transmits the rotation of the output shaft of the motor 31 to the traveling device 12 while reducing or increasing the speed.
- the power transmission mechanism inside the gear case 33 includes a branching mechanism that outputs a portion of the power of the motor 31 to a PTO shaft 334 (see FIG. 26 ).
- the PTO shaft 334 is an output shaft that protrudes from the rear of the gear case 33.
- the work vehicle 10 has a coupling device 43 (see FIG. 26) for coupling a work implement 19 (see FIG. 28) for performing a desired agricultural work to the rear of the work vehicle 10.
- the work implement 19 is also called an implement.
- the work implement 19 is, for example, a cultivator or a baler.
- the rotational motion of the PTO shaft 334 is transmitted to the input shaft of the working device 19, for example, while the work vehicle 10 is traveling.
- the work vehicle 10 can drive the working device 19 by the power of the motor 31 while traveling in a farm field or the like.
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Abstract
作業機械は、車両本体11と、燃料電池24と、バッテリ30と、モータ31と、第一電力変換器(コンバータ26)と、第二電力変換器(インバータ27)とを有する。記車両本体11は、車体フレーム41と、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器を車体フレーム41に取り付けるための支持構造50とを有する。支持構造50は、車体フレーム41に取り付けられているベース部53と、ベース部53から起立する第一起立部を有し前記第一起立部に前記第一電力変換器が取り付けられて支持される第一支持部51と、ベース部53から起立する第二起立部を有し前記第二起立部に前記第二電力変換器が取り付けられて支持される第二支持部52とを有する。
Description
本発明は、作業機械、及び作業車両に関する。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219142号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219206号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219315号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219142号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219206号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
本出願は、2023年12月26日出願の日本出願第2023-219315号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての内容を援用するものである。
環境保護の観点から、燃料電池を搭載し、燃料電池が生成した電力により回転するモータで駆動する作業機械が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示の作業機械は、トラクタである。燃料電池の燃料として、水素が用いられる。
トラクタは、燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリ等の電装品を有する。
特許文献2には、モータと、ボンネット内に配置されたバッテリ及び燃料電池とを備える作業車両が開示されている。燃料電池は、水素ガスを用いてバッテリに蓄積する電力を発生する。モータは、バッテリの電力で回転する。作業車両は、モータの回転力を駆動力として走行する。
トラクタは、燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリ等の電装品を有する。
特許文献2には、モータと、ボンネット内に配置されたバッテリ及び燃料電池とを備える作業車両が開示されている。燃料電池は、水素ガスを用いてバッテリに蓄積する電力を発生する。モータは、バッテリの電力で回転する。作業車両は、モータの回転力を駆動力として走行する。
本発明の実施の一形態に係る作業機械は、車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池と、前記燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリと、電力をエネルギとして動作するモータと、第一電力変換器と、第二電力変換器と、を有し、前記車両本体は、車体フレームと、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器を前記車体フレームに取り付けるための支持構造と、を有し、前記支持構造は、前記車体フレームに取り付けられているベース部と、前記ベース部から起立する第一起立部を有し前記第一起立部に前記第一電力変換器が取り付けられて支持される第一支持部と、前記ベース部から起立する第二起立部を有し前記第二起立部に前記第二電力変換器が取り付けられて支持される第二支持部と、を有する。
本発明の実施の一形態に係る作業車両は、モータと、前記モータの動力によって動作する作業装置と、前記モータから前記作業装置に動力を伝達する伝達軸を支持する支持体、及び前記支持体の前側に連結され且つ車幅方向に互いに離間して配置された一対の縦フレーム、を有する車体と、前記モータに供給される電力を蓄積する電池ユニットを含む電装機器と、前記一対の縦フレームの上側に設けられ、前記電池ユニットに蓄積する電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に付随する補機器と、前記燃料電池を覆うボンネットと、を備え、前記電装機器及び前記補機器のうち少なくとも一つの機器は、前記一対の縦フレーム間に配置されている。
本発明の実施の一形態に係る作業機械は、機械フレームと、前記機械フレームに搭載される燃料電池と、前記機械フレームに搭載される電装品と、前記燃料電池を温度調整する第一熱媒体と前記電装品を温度調整する第二熱媒体との熱交換を行う補助熱交換器と、を有する。
<第1章>
<本開示が解決しようとする課題>
前記のような作業機械の場合、燃料電池により得られた電力を変圧したり、直流から交流に変換したりする必要がある。そのために、作業機械は、電力変換器を有する。
そこで、本開示は、電力変換器を搭載するための新たな技術的手段を有する作業機械を提供することを目的とする。
<本開示が解決しようとする課題>
前記のような作業機械の場合、燃料電池により得られた電力を変圧したり、直流から交流に変換したりする必要がある。そのために、作業機械は、電力変換器を有する。
そこで、本開示は、電力変換器を搭載するための新たな技術的手段を有する作業機械を提供することを目的とする。
<本開示の効果>
本開示の作業機械によれば、第一電力変換器を支持する第一起立部、及び、第二電力変換器を支持する第二起立部は、車体フレームに取り付けられたベース部から起立した状態にある。支持構造は、水平方向に小さくなる。
本開示の作業機械によれば、第一電力変換器を支持する第一起立部、及び、第二電力変換器を支持する第二起立部は、車体フレームに取り付けられたベース部から起立した状態にある。支持構造は、水平方向に小さくなる。
<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本開示の実施形態に係る作業機械は、車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池と、前記燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリと、電力をエネルギとして動作するモータと、第一電力変換器と、第二電力変換器と、を有し、
前記車両本体は、車体フレームと、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器を前記車体フレームに取り付けるための支持構造と、を有し、
前記支持構造は、前記車体フレームに取り付けられているベース部と、前記ベース部から起立する第一起立部を有し前記第一起立部に前記第一電力変換器が取り付けられて支持される第一支持部と、前記ベース部から起立する第二起立部を有し前記第二起立部に前記第二電力変換器が取り付けられて支持される第二支持部と、を有する。
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本開示の実施形態に係る作業機械は、車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池と、前記燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリと、電力をエネルギとして動作するモータと、第一電力変換器と、第二電力変換器と、を有し、
前記車両本体は、車体フレームと、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器を前記車体フレームに取り付けるための支持構造と、を有し、
前記支持構造は、前記車体フレームに取り付けられているベース部と、前記ベース部から起立する第一起立部を有し前記第一起立部に前記第一電力変換器が取り付けられて支持される第一支持部と、前記ベース部から起立する第二起立部を有し前記第二起立部に前記第二電力変換器が取り付けられて支持される第二支持部と、を有する。
前記構成を有する作業機械によれば、第一電力変換器を支持する第一起立部、及び、第二電力変換器を支持する第二起立部は、車体フレームに取り付けられたベース部から起立した状態にある。支持構造は、水平方向(車幅方向)に小さくなる。
(2)好ましくは、前記(1)の作業機械において、前記第一電力変換器は、箱型に形成され、前記第一起立部は、前記箱型に形成された前記第一電力変換器の一面に対向し、かつ、前記一面側が取り付けられる第一取付面を有する。
前記構成によれば、第一電力変換器、及びそれを支持する第一起立部は、ベース部から立ち上がるようにして設置される。
前記構成によれば、第一電力変換器、及びそれを支持する第一起立部は、ベース部から立ち上がるようにして設置される。
(3)好ましくは、前記(2)の作業機械において、前記第二電力変換器は、箱型に形成され、前記第二起立部は、前記箱型に形成された前記第二電力変換器の一面に対向し、かつ、前記一面側が取り付けられる第二取付面を有する。
前記構成によれば、第二電力変換器、及び、それを支持する第二起立部は、ベース部から立ち上がるようにして設置される。
前記構成によれば、第二電力変換器、及び、それを支持する第二起立部は、ベース部から立ち上がるようにして設置される。
(4)好ましくは、前記(3)の作業機械において、前記第一取付面と前記第二取付面とは、前記車両本体の幅方向に離間して配置されている。
(5)好ましくは、前記(4)の作業機械において、前記第一取付面と前記第二取付面との間に前記第一電力変換器が配置されている。
(5)好ましくは、前記(4)の作業機械において、前記第一取付面と前記第二取付面との間に前記第一電力変換器が配置されている。
(6)好ましくは、前記(1)から(5)のいずれか一つの作業機械において、前記第一支持部と前記第二支持部とは、それぞれ別部材により構成されていて、前記ベース部に個別に取り付け可能である。
前記構成によれば、第一電力変換器と第二電力変換器とを個別に取り付け及び取り外し可能であり、組み立て作業性、及びメンテナンス性が、より一層、良好である。
前記構成によれば、第一電力変換器と第二電力変換器とを個別に取り付け及び取り外し可能であり、組み立て作業性、及びメンテナンス性が、より一層、良好である。
(7)好ましくは、前記(1)から(5)のいずれか一つの作業機械において、前記第一支持部と、前記第二支持部と、前記ベース部の一部とは、一つの部材により構成されている。
前記構成によれば、第一支持部と第二支持部とベース部の一部とが一体となり、これらが一体となって、車両本体から取り付けられたり、取り外されたりすることが可能となる。
前記構成によれば、第一支持部と第二支持部とベース部の一部とが一体となり、これらが一体となって、車両本体から取り付けられたり、取り外されたりすることが可能となる。
(8)好ましくは、前記(1)から(7)のいずれか一つの作業機械において、前記支持構造は、前記第一支持部と前記第二支持部とを含む支持ユニットを、車両側方から覆うカバーを有する。
前記構成によれば、車両本体の外側から異物が支持ユニットに飛散しても、第一電力変換器及び第二電力変換器を支持する支持ユニットは、カバーによってその異物から保護される。
前記構成によれば、車両本体の外側から異物が支持ユニットに飛散しても、第一電力変換器及び第二電力変換器を支持する支持ユニットは、カバーによってその異物から保護される。
(9)好ましくは、前記(8)の作業機械において、前記第一支持部と前記第二支持部とは、車幅方向に並んで配置され、前記カバーは、前記支持ユニットを、車幅方向の外側から覆う。
前記構成によれば、カバーを外せば、第一電力変換器及び第二電力変換器の一方又は双方のメンテナンスが可能となる。
前記構成によれば、カバーを外せば、第一電力変換器及び第二電力変換器の一方又は双方のメンテナンスが可能となる。
(10)好ましくは、前記(8)又は(9)の作業機械において、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器それぞれはハーネスと接続されていて、前記カバーは、前記第一電力変換器と前記ハーネスとの接続部、及び、前記第二電力変換器と前記ハーネスとの接続部を覆う。
前記構成によれば、ハーネスの接続部は、カバーによって覆われ、異物から保護される。
前記構成によれば、ハーネスの接続部は、カバーによって覆われ、異物から保護される。
(11)好ましくは、前記(1)から(10)のいずれか一つの作業機械において、前記車両本体は、キャビンを有し、前記第一支持部及び前記第二支持部は、前記キャビンの下に位置する。
前記構成によれば、第一電力変換器及び第二電力変換器のうちの一方又は双方と、キャビンの周囲に設置されている電装品との間の配線が短くなる。
前記構成によれば、第一電力変換器及び第二電力変換器のうちの一方又は双方と、キャビンの周囲に設置されている電装品との間の配線が短くなる。
(12)好ましくは、前記(11)の作業機械において、前記車両本体は、前記車体フレームの車幅方向の両側に後輪を有し、前記第一支持部及び前記第二支持部は、一対の前記後輪の一方と前記車体フレームとの間に位置する。
前記構成によれば、第一電力変換器及び第二電力変換器は、車幅方向について両側から覆われ、外傷から保護される。
前記構成によれば、第一電力変換器及び第二電力変換器は、車幅方向について両側から覆われ、外傷から保護される。
(13)第一支持部と第二支持部とは、それぞれ別部材により構成されている前記(6)の作業機械において、好ましくは、前記支持構造は、前記第一支持部を前記ベース部に固定する第一ボルトと、前記第二支持部を前記ベース部に固定する第二ボルトと、前記第一支持部と前記第二支持部とを連結する第三ボルトと、を有する。
前記構成によれば、第一支持部と第二支持部とは第三ボルトによって連結されていて、第一支持部及び第二支持部はベース部に安定して取り付けられた状態となる。
前記構成によれば、第一支持部と第二支持部とは第三ボルトによって連結されていて、第一支持部及び第二支持部はベース部に安定して取り付けられた状態となる。
(14)好ましくは、前記(1)から(13)のいずれか一つの作業機械において、前記第一電力変換器は、前記第二電力変換器よりも車幅方向内側に位置し、前記第二支持部は、前記第二起立部として、前記第二電力変換器の車幅方向内側に位置する第二内側フレームを有し、前記第二支持部の車幅方向外側は開放されていて、前記支持構造は、前記第二支持部に支持されている前記第二電力変換器を車幅方向外側から覆うカバーを有する。
前記構成によれば、カバーを外せば、第二電力変換器が第二支持部を介してベース部に取り付けられた状態で、その第二電力変換器を視認できる。第二電力変換器のメンテナンスが容易となる。
前記構成によれば、カバーを外せば、第二電力変換器が第二支持部を介してベース部に取り付けられた状態で、その第二電力変換器を視認できる。第二電力変換器のメンテナンスが容易となる。
(15)好ましくは、前記(14)の作業機械は、前記第一支持部は、前記第一起立部として、前記第一電力変換器の車幅方向内側に位置する第一内側フレームを有し、車幅方向外側は開放されている。
前記構成によれば、カバー、及び、第二電力変換器を支持する第二支持部を外せば、第一電力変換器が第一支持部を介してベース部に取り付けられた状態で、その第一電力変換器を視認できる。第一電力変換器のメンテナンスが容易となる。
前記構成によれば、カバー、及び、第二電力変換器を支持する第二支持部を外せば、第一電力変換器が第一支持部を介してベース部に取り付けられた状態で、その第一電力変換器を視認できる。第一電力変換器のメンテナンスが容易となる。
<本開示の実施形態の詳細>
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔作業機械の全体構造〕
図1は、作業機械の全体構造の一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す作業機械の左側面図である。図3は、図1に示す作業機械の底面図である。図4は、外装部品の一部(ボンネット34及びカバー111等)を取り外した作業機械の右側面図である。
本実施形態の作業機械は、農作業に用いられる作業車両であり、具体的にはトラクタである。作業機械は、トラクタに限定されず、建設機械、及びユーティリティビークル等の移動体であってもよい。以下、作業機械が作業車両(トラクタ)10である場合について説明する。
図1は、作業機械の全体構造の一例を示す斜視図である。図2は、図1に示す作業機械の左側面図である。図3は、図1に示す作業機械の底面図である。図4は、外装部品の一部(ボンネット34及びカバー111等)を取り外した作業機械の右側面図である。
本実施形態の作業機械は、農作業に用いられる作業車両であり、具体的にはトラクタである。作業機械は、トラクタに限定されず、建設機械、及びユーティリティビークル等の移動体であってもよい。以下、作業機械が作業車両(トラクタ)10である場合について説明する。
作業車両10の方向を定義する。作業車両10は運転席15を有する。運転席15のシートに着座した運転者を基準として、作業車両10の前後、左右及び上下が定義される。つまり、その運転者にとっての前方向が「前」であり、その後ろ方向が「後」である。その運転者にとっての右方向が「右」であり、その左方向が「左」である。前後方向及び左右方向は地面に平行であり、前後方向と左右方向は直交する。上下方向は、前後方向及び左右方向の双方と直交する。
左右方向を「車幅方向」として説明する場合がある。前方向が、作業車両10の「走行方向」となる。
なお、作業車両10が運転席15を有していない場合、作業車両10の作業進行方向が「前」であり、その反対方向が「後」である。作業進行方向に向かって、その作業車両10の右方向が「右」であり、その左方向が「左」である。
なお、作業車両10が運転席15を有していない場合、作業車両10の作業進行方向が「前」であり、その反対方向が「後」である。作業進行方向に向かって、その作業車両10の右方向が「右」であり、その左方向が「左」である。
作業車両10が有する車両本体11は、シャーシ41、駆動装置14、運転席15、キャビン16、ボンネット34、カバー111、タンクユニット21、第一ラジエータ48、及び第二ラジエータ49を有する。
車両本体11の前から後に向かって順に、シャーシ41に、ボンネット34及びカバー111が搭載され、カバー111の後にキャビン16が配置される。
車両本体11の前から後に向かって順に、シャーシ41に、ボンネット34及びカバー111が搭載され、カバー111の後にキャビン16が配置される。
キャビン16は、前柱、後ろ柱及びルーフを有し、これらにより区画された運転室である。作業車両10は、キャビン16の代わりに、キャノピやロプスを有していてもよい。作業車両10がキャビン16を有さない場合、タンクユニット21は、搭載フレーム17により運転席15の上方に配置される。
図4に示すように、シャーシ41の前部に、前から後に向かって順に、第一ラジエータ48、燃料電池24、及び第二ラジエータ49が搭載される。第一ラジエータ48及び燃料電池24は、ボンネット34により覆われ、第二ラジエータ49はカバー111により覆われる。
タンクユニット21は、燃料を貯蔵するタンク13(図4参照)を内部に有する。燃料は、液体又は気体であり、水素、メタン、一酸化炭素(CO)等である。この実施形態では、タンク13は水素ガスを貯蔵する。駆動装置14は、貯蔵された燃料により駆動する。作業車両10は、燃料電池車両(FCV:Fuel Cell Vehicle)であり、燃料電池24が水素と酸素の化学反応により発生させる電力をエネルギ源として走行する。燃料電池24は、メタン又は一酸化炭素(CO)によって電力を発生させるものであってもよい。
駆動装置14は(図5参照)、燃料電池24、バッテリユニット30、及びモータ31を有する。バッテリユニット30は、燃料電池24が生成した電力を溜めるバッテリパック(バッテリ)を有する。
作業車両10は、水素ガスの配管22を有する。水素ガスは、配管22の端部に接続された充填口42(図6参照)から供給されてタンク13に充填される。タンク13内の水素ガスは、配管22を通じて燃料電池24に供給される。
作業車両10は、水素ガスの配管22を有する。水素ガスは、配管22の端部に接続された充填口42(図6参照)から供給されてタンク13に充填される。タンク13内の水素ガスは、配管22を通じて燃料電池24に供給される。
作業車両10が有する走行装置12は、前輪12A及び後輪12Bを有する。前輪12A及び後輪12Bは車両本体11に対して左右対称に配置される。前輪12A及び後輪12Bのうちの一方又は双方は、モータ31の動力によって回転する。モータ31の動力により回転する車輪12A,12Bのうちの一方又は双方(駆動輪)は、クローラ(無限軌道)であってもよい。
〔作業車両の内部構造〕
図5は、作業車両10の内部構造の一例を示す斜視図である。シャーシ41は、前後方向に長い形状の鋼製フレームを有して構成されていて、前フレーム32とギアケース33とを有する。ギアケース33は、前フレーム32の後部に連結されている。ギアケース33と前フレーム32とから車両本体11の骨格が形成される。シャーシ41は、駆動装置14、運転席15、キャビン16等を搭載する車体フレームとなる。
図5は、作業車両10の内部構造の一例を示す斜視図である。シャーシ41は、前後方向に長い形状の鋼製フレームを有して構成されていて、前フレーム32とギアケース33とを有する。ギアケース33は、前フレーム32の後部に連結されている。ギアケース33と前フレーム32とから車両本体11の骨格が形成される。シャーシ41は、駆動装置14、運転席15、キャビン16等を搭載する車体フレームとなる。
シャーシ41に、タンクユニット21用の搭載フレーム17が連結されている。搭載フレーム17は、タンクユニット21をキャビン16の上方で支持する。搭載フレーム17は、前後方向が左右方向よりも長いほぼ長方形状の天井フレーム17Aと、天井フレーム17Aを下方から支持する複数本のピラー17Bと、天井フレーム17Aの前端部に連結される左右一対の補強フレーム17Cとを含む。
天井フレーム17Aに、タンクユニット21が連結される。補強フレーム17Cは、天井フレーム17Aの前端部から前フレーム32にわたって下方に傾斜する補強用斜材である。搭載フレーム17は、補強フレーム17Cを有することで、搭載フレーム17の前後方向の剛性が高まる。
シャーシ41に支持フレーム37が連結され、支持フレーム37によって、電池ユニット30は車両本体11に支持される。具体的には、シャーシ41の前フレーム32にモータ31が搭載され、前フレーム32におけるモータ31の対応部分に支持フレーム37が取り付けられている。支持フレーム37は、例えば金属製のフレーム部材よりなり、前フレーム32から右側に突出するように片持ち状態で取り付けられる。
モータ31の後に位置するギアケース33は、内部に動力伝達機構を有する。動力伝達機構は、トランスミッション、クラッチ、及びデファレンシャルギアを含み、モータ31の出力軸の回転を減速又は増速して走行装置12に伝達する。
ギアケース33の内部の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を、PTO軸334(図4参照)に出力する分岐機構を含む。PTO軸334は、ギアケース33の後部から突出する出力軸である。
ギアケース33の内部の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を、PTO軸334(図4参照)に出力する分岐機構を含む。PTO軸334は、ギアケース33の後部から突出する出力軸である。
作業車両10は、所望の農作業を行うための作業装置19(図6参照)を車両本体11の後ろに連結するための連結装置43(図3、図4参照)を有する。作業装置19は、インプルメントとも呼ばれる。作業装置19は、例えば耕運機及びベーラーなどである。
PTO軸334の回転運動は、例えば作業車両10の走行中に、作業装置19の入力軸に伝達される。作業車両10は、圃場などを走行しつつ、作業装置19をモータ31の動力によって駆動することができる。
PTO軸334の回転運動は、例えば作業車両10の走行中に、作業装置19の入力軸に伝達される。作業車両10は、圃場などを走行しつつ、作業装置19をモータ31の動力によって駆動することができる。
〔作業車両の機能的構成〕
図6は、作業車両10の機能的構成の一例を示すブロック図である。図6に示すように、作業車両10の機能的な系統には、燃料系統FS、動力系統PS、及び温調系統TSが含まれる。
図6は、作業車両10の機能的構成の一例を示すブロック図である。図6に示すように、作業車両10の機能的な系統には、燃料系統FS、動力系統PS、及び温調系統TSが含まれる。
燃料系統FSの構成要素に、タンク13及びバルブユニット45が含まれる。温調系統TSの構成要素に、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置37が含まれる。動力系統PSの構成要素に、燃料電池24、昇圧回路28、DC/DCコンバータ(第一電力変換器)26、インバータ(第二電力変換器)27、モータ31、ギアケース33、及びバッテリユニット30が含まれる。
以下、DC/DCコンバータ26を「コンバータ26」ともいう。本実施形態の場合、コンバータ26は、第一DC/DCコンバータ26A(「第一コンバータ26A」ともいう。)と、第二DC/DCコンバータ26B(「第二コンバータ26B」ともいう。)とを有して構成される。
以下、DC/DCコンバータ26を「コンバータ26」ともいう。本実施形態の場合、コンバータ26は、第一DC/DCコンバータ26A(「第一コンバータ26A」ともいう。)と、第二DC/DCコンバータ26B(「第二コンバータ26B」ともいう。)とを有して構成される。
タンク13は、バルブユニット45を介して第一配管22A及び第二配管22Bに連結される。第一配管22Aは、充填口42とバルブユニット45とを繋ぐガス管であり、充填口42に導入される水素ガスをタンク13へ導く。第二配管22Bは、燃料電池24とバルブユニット45とを繋ぐガス管であり、タンク13に貯蔵された水素ガスを燃料電池24へ導く。
バルブユニット45は、内部に開閉弁や減圧弁を含む弁の集合体である。バルブユニット45は、内部の弁の動作が制御されることにより、タンク13内の水素ガスを流量調整して燃料電池24に導出する。
モータ31は、ロータと複数のコイルを有するステータとを有し、所定のトルク及び回転速度で出力軸を駆動する。本実施形態の場合、作業車両10にモータ31が1つだけ搭載され、モータ31の回転軸はギアケース33に結合される。
ギアケース33の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を走行装置12に出力し、モータ31の動力の残りをPTO軸334に出力する。
ギアケース33の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を走行装置12に出力し、モータ31の動力の残りをPTO軸334に出力する。
燃料電池24は、例えば、正極及び負極を備えた単セルをケーシング内に積層状態で複数並設した電池モジュールである。燃料電池24は、各単セルで発電された電力を集約してモータ31の駆動に必要な電力を発生させる。
燃料電池24は、冷却流路H2を通じて第二ラジエータ49に接続される。すなわち、燃料電池24は、第二ラジエータ49から循環的に供給される冷却液により、所定温度に調整される。
燃料電池24は、冷却流路H2を通じて第二ラジエータ49に接続される。すなわち、燃料電池24は、第二ラジエータ49から循環的に供給される冷却液により、所定温度に調整される。
燃料電池24は、昇圧回路28と電気的に接続され、昇圧回路28はインバータ27と電気的に接続される。昇圧回路28は、燃料電池24から入力される電圧を昇圧してインバータ27に出力する。
インバータ27は、モータ31と電気的に接続される。インバータ27は、昇圧回路23から入力される直流を三相交流に変換してモータ31に出力する。燃料電池24が発生させた電力は、昇圧かつ交流に変換されてモータ31に伝送される。
インバータ27は、モータ31と電気的に接続される。インバータ27は、昇圧回路23から入力される直流を三相交流に変換してモータ31に出力する。燃料電池24が発生させた電力は、昇圧かつ交流に変換されてモータ31に伝送される。
作業車両10は、モータ31よりも低電圧で作動する弱電の電装品を有する。これらの電装品に対しては、降圧回路で降圧された直流電力が供給される。
弱電の電装品は、例えば、バッテリユニット30、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置37である。降圧回路は、例えばコンバータ26であり、本実施形態の場合、第一コンバータ26A、及び、第二コンバータ26Bである。
弱電の電装品は、例えば、バッテリユニット30、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置37である。降圧回路は、例えばコンバータ26であり、本実施形態の場合、第一コンバータ26A、及び、第二コンバータ26Bである。
第一コンバータ26Aは、昇圧回路28から入力される直流電圧を降圧してバッテリユニット30と空調装置37に供給する。第二コンバータ26Bは、昇圧回路28から入力される直流電圧を降圧して第一ラジエータ48及び第二ラジエータ49に供給する。
インバータ27、及びコンバータ26(第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26B)は、車体フレームとなるシャーシ41に(図3参照)、支持構造50によって取り付けられる。インバータ27及びコンバータ26は、運転席15の近傍に搭載される(図2参照)。
バッテリユニット30は、モータ31に供給される電力を一時的に蓄積する蓄電装置である。バッテリユニット30は、バッテリパック30Aを有する(図6参照)。
バッテリパック30Aは、少なくとも1つのバッテリを含む。バッテリは、例えば、リチウムイオン電池、又は鉛蓄電池等の充放電型の二次電池である。
バッテリパック30Aは、少なくとも1つのバッテリを含む。バッテリは、例えば、リチウムイオン電池、又は鉛蓄電池等の充放電型の二次電池である。
前述のとおり(図4参照)、第一ラジエータ48は燃料電池24の前に配置され、第二ラジエータ49は燃料電池24の後方に配置される。
第一ラジエータ48及び第二ラジエータ49は、燃料電池24の他に、電力をエネルギとして動作するモータ31、昇圧回路28、インバータ27、第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26B等の電装品を、冷媒(冷却液)により冷却させる冷却システムに含まれる。
第一ラジエータ48及び第二ラジエータ49は、燃料電池24の他に、電力をエネルギとして動作するモータ31、昇圧回路28、インバータ27、第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26B等の電装品を、冷媒(冷却液)により冷却させる冷却システムに含まれる。
第一ラジエータ48に、冷媒がポンプ46で循環される冷却流路H1が接続され、冷媒を外部空気との熱交換により冷却する。第一ラジエータ48は、外部空気との熱交換を促進させるための第一ファン35を有する。第一ラジエータ48及び冷却流路H1を含む温調ユニットの冷却対象は、例えば、モータ31、昇圧回路28、インバータ27、第一コンバータ26A、第二コンバータ26B等の電装品(発熱部品)である。
第二ラジエータ49に、冷媒がポンプ47で循環される冷却流路H2が接続され、冷媒を外部空気との熱交換により冷却する。第二ラジエータ49は、外部空気との熱交換を促進させるための第二ファン36を有する。
第二ラジエータ49及び冷却流路H2を含む温調ユニットによる冷却対象は、燃料電池24である。
第二ラジエータ49及び冷却流路H2を含む温調ユニットによる冷却対象は、燃料電池24である。
〔支持構造50について〕
前記のとおり(図2参照)、インバータ27及びコンバータ26は、運転席15の近傍に搭載される。車両本体11は、支持構造50を有する。支持構造50は、コンバータ26及びインバータ27を、車体フレームであるシャーシ41に取り付ける。なお、本実施形態の場合、コンバータ26は、第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26Bを含む。
前記のとおり(図2参照)、インバータ27及びコンバータ26は、運転席15の近傍に搭載される。車両本体11は、支持構造50を有する。支持構造50は、コンバータ26及びインバータ27を、車体フレームであるシャーシ41に取り付ける。なお、本実施形態の場合、コンバータ26は、第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26Bを含む。
図7は、車幅方向外側から見た支持構造50の斜視図である。図8は、図7に示す支持構造50の分解図である。図9は、車幅方向内側から見た支持構造50の斜視図である。図9に示すように、コンバータ26は、その前面に、複数の端子(接続部)28Aを有し、コンバータ26に複数のハーネス38Aが接続される。インバータ27は、その前面に、複数の端子(接続部)28Bを有し、インバータ27に複数のハーネス38Bが接続される。なお、図9では、ハーネス38A,38Bは、想像線(二点鎖線)により示されている。
図8において、支持構造50は、ベース部53と、第一支持部51と、第二支持部52と、カバー54とを有する。
ベース部53は、車体フレームであるシャーシ41(図7参照)の一部に取り付けられる。本実施形態の場合(図3参照)、ベース部53は、シャーシ41が有するギアケース33の底部にボルト90A(図7参照)によって取り付けられる。図8に示すように、ベース部53は、前後方向に長いベース本体531と、車幅方向に長いアーム532とを有する。アーム532は、ベース本体531をギアケース33に連結する部材である。
ベース部53は、第一支持柱533及び第二支持柱534を有する。第一支持柱533及び第二支持柱534は、ベース本体531から上に立ち上がって設けられている。第一支持柱533は、コンバータ26(図9参照)に接続されているハーネス38Aを支持する。第二支持柱534は、インバータ27に接続されているハーネス38Bを支持する。
第一支持部51は、ベース部53(ベース本体531)の上に取り付けられる。第一支持部51は、第一電力変換器であるコンバータ26を支持する。第一支持部51は、金属板から成る枠構造を有する。図8に示すように、第一支持部51は、それぞれ板状である、第一内側フレーム511、第一上フレーム512、第一下フレーム513、及び、第一後ろフレーム514を有する。
第一下フレーム513が、ベース本体531に載った状態となり、ボルト90Cにより固定される。第一内側フレーム511、第一上フレーム512、第一下フレーム513、及び、第一後ろフレーム514により囲われる空間が、コンバータ26の収容空間となる。第一支持部51は、前方に開口していて、その開口から、ハーネス38A(図9参照)が延びて設けられる。
第一支持部51は、第一コンバータ26A及び第二コンバータ26Bを上下方向に並べて支持する。第一コンバータ26A及び第二コンバータ26Bそれぞれは、第一支持部51にボルト90B(図8参照)によって固定される。
第一内側フレーム511は、開口窓フレーム511aを有し、板厚方向に貫通している(複数の)穴が設けられていて、コンバータ26の放熱対策が講じられている。
第一内側フレーム511は、開口窓フレーム511aを有し、板厚方向に貫通している(複数の)穴が設けられていて、コンバータ26の放熱対策が講じられている。
このように、第一支持部51は、ベース部53が有するベース本体531から起立する第一起立部として第一内側フレーム511を有する。第一内側フレーム511にコンバータ26が取り付けられて支持される。
第二支持部52は、ベース部53(ベース本体531)の上に取り付けられる。第二支持部52は、第二電力変換器であるインバータ27を支持する。第二支持部52は、金属板から成る枠構造を有する。第二支持部52は、それぞれ板状である、第二内側フレーム521、第二下フレーム523、及び、第二後ろフレーム524を有する。
第二下フレーム523が、ベース本体531に載った状態となり、ボルト90Dにより固定される。
第二内側フレーム521、第二下フレーム523、及び、第二後ろフレーム524により囲われる空間が、インバータ27の収容空間となる。第二支持部52は、前方に開口していて、その開口から、ハーネス38B(図9参照)が延びて設けられている。
第二内側フレーム521、第二下フレーム523、及び、第二後ろフレーム524により囲われる空間が、インバータ27の収容空間となる。第二支持部52は、前方に開口していて、その開口から、ハーネス38B(図9参照)が延びて設けられている。
第二支持部52は、インバータ27を支持する。インバータ27は、第二支持部52にボルト90E(図8参照)によって固定される。
第二内側フレーム521は、開口窓フレーム521aを有し、板厚方向に貫通している(複数の)穴が設けられていて、インバータ27の放熱対策が講じられている。
第二内側フレーム521は、開口窓フレーム521aを有し、板厚方向に貫通している(複数の)穴が設けられていて、インバータ27の放熱対策が講じられている。
このように、第二支持部52は、ベース部53が有するベース本体531から起立する第二起立部として第二内側フレーム521を有する。第二内側フレーム521にインバータ27が取り付けられて支持される。
本実施形態の作業車両10は、二つのコンバータ26と、一つのインバータ27とを有する。なお、コンバータ26は、一つであってもよく、また、インバータ27は、2つに分離した構成であってもよい。
ベース部53上に搭載される第一支持部51及び第二支持部52は、支持ユニット50Uと呼ばれる(図9参照)。つまり、支持ユニット50Uは、第一支持部51と第二支持部52とを含む。ベース部53上において、第一支持部51と第二支持部52とは、車幅方向に並んで配置される。カバー54は、支持ユニット50Uを車両側方から覆う。
図2に示すように、車両本体11は、キャビン16を有する。支持ユニット50U(第一支持部51及び第二支持部52)は、キャビン16の下に位置する。このため、第一支持部51及び第二支持部52が支持するコンバータ26及びインバータ27と、キャビン16の周囲に設置されている電装品(例えば、空調装置37)との間の配線が短くなる。
車両本体11は、車体フレームであるシャーシ41の車幅方向の両側に後輪12Bを有する(図3参照)。第一支持部51及び第二支持部52は、一対の後輪12Bの一方(左側の後輪12B)と、車体フレームであるシャーシ41(ギアケース33)との間に位置する。この構成により、コンバータ26及びインバータ27は、車幅方向について両側から覆われ、外傷から保護される。
支持構造50の各部構成について更に説明するために、コンバータ26及びインバータ27の形状について説明する。図8に示すように、本実施形態のコンバータ26(第一コンバータ26A、第二コンバータ26B)及びインバータ27は、それぞれ箱型に形成されている。コンバータ26(第一コンバータ26A、第二コンバータ26B)は、偏平した仮想の直方体Q1に収まる形態を有する。インバータ27は、偏平した仮想の直方体Q2に収まる形態を有する。
第一支持部51は、コンバータ26における前記直方体Q1において、面積の最も大きい面q1が、水平方向に向く側面となるようにして、コンバータ26を支持する。そのために、第一起立部である第一内側フレーム511は、前記箱型に形成されたコンバータ26の一面に対向し、かつ、その一面側が取り付けられる第一取付面511bを有する。
第二支持部52は、インバータ27における前記直方体Q2において、面積の最も大きい面q2が、水平方向に向く側面となるようにして、インバータ27を支持する。そのために、第二起立部である第二内側フレーム521は、前記箱型に形成されたインバータ27の一面に対向し、かつ、その一面側が取り付けられる第二取付面521bを有する。
コンバータ26を支持する第一支持部51(第一起立部である第一内側フレーム511)は、ベース部53から立ち上がるようにして設置される。その第一支持部51と共に、インバータ27を支持する第二支持部52(第二起立部である第二内側フレーム521)は、ベース部53から立ち上がるようにして設置される。この第一支持部51と第二支持部52との配置によれば、図9に示すように、支持構造50(支持ユニット50U)は、水平方向(車幅方向)に小さくなる。
本実施形態の場合(図8参照)、第一支持部51と第二支持部52とは、それぞれ別部材により構成されている。第一支持部51と第二支持部52とは、ベース部53に個別に取り付け可能である。
第一支持部51は、ベース部53にボルト90Cによって固定される。第二支持部52は、ベース部53にボルト90Dによって固定される。つまり、支持構造50は、第一支持部51をベース部53に固定する第一ボルト90Cと、第二支持部52をベース部53に固定する第二ボルト90Dとを有する。
第一支持部51は、ベース部53にボルト90Cによって固定される。第二支持部52は、ベース部53にボルト90Dによって固定される。つまり、支持構造50は、第一支持部51をベース部53に固定する第一ボルト90Cと、第二支持部52をベース部53に固定する第二ボルト90Dとを有する。
コンバータ26を支持する第一支持部51は、ベース部53から立ち上がるようにして設置されていて、インバータ27を支持する第二支持部52は、ベース部53から立ち上がるようにして設置されている。第一支持部51及び第二支持部52は、幅狭であって縦長の姿勢となる。
そこで、第一支持部51は、第一フランジ板515を有し、第二支持部52は、第二フランジ板525を有する。支持構造50は、第一支持部51と第二支持部52とを連結する第三ボルト90Fを有する(図7参照)。第一フランジ板515と第二フランジ板525とは、第三ボルト90Fによって連結される。このため、第一支持部51及び第二支持部52は、幅狭であって縦長の姿勢となるが、ベース部53に安定して取り付けられる。
そこで、第一支持部51は、第一フランジ板515を有し、第二支持部52は、第二フランジ板525を有する。支持構造50は、第一支持部51と第二支持部52とを連結する第三ボルト90Fを有する(図7参照)。第一フランジ板515と第二フランジ板525とは、第三ボルト90Fによって連結される。このため、第一支持部51及び第二支持部52は、幅狭であって縦長の姿勢となるが、ベース部53に安定して取り付けられる。
カバー54は、支持ユニット50Uを、車両側方から覆う。より詳しく説明すると、カバー54は、支持ユニット50Uを、車幅方向の外側から覆う。車両本体11の外側から異物が、支持ユニット50Uに飛散しても、支持ユニット50Uは、カバー54によってその異物から保護される。
カバー54は、側壁541と、上壁542とを有する。側壁541は、支持ユニット50Uを車幅方向の外側から覆う。上壁542は、支持ユニット50Uを上から覆う。カバー54は金属製であり、板材を折り曲げて成形されている。上壁542と側壁541とは一体である。カバー54の前方は、開口している。
図9に示すように、カバー54の前方の開口から、ハーネス38A及びハーネス38Bが延びて設けられている。
カバー54は、コンバータ26とハーネス38Aとの接続部(端子28A)、及び、インバータ27とハーネス38Bとの接続部(端子28B)を覆う。ハーネス38A,38Bの接続部は、カバー54によって覆われ、異物から保護される。
カバー54は、コンバータ26とハーネス38Aとの接続部(端子28A)、及び、インバータ27とハーネス38Bとの接続部(端子28B)を覆う。ハーネス38A,38Bの接続部は、カバー54によって覆われ、異物から保護される。
第一内側フレーム511の第一取付面511bと、第二内側フレーム521の第二取付面521bとは、車両本体11の幅方向に離間して配置される。第一取付面511bと第二取付面521bとの間に、コンバータ26が配置される。
本実施形態の場合(図9参照)、コンバータ26は、インバータ27よりも車幅方向内側に位置する。図10は、カバー54を取り外した支持構造50の斜視図である。図11は、第二支持部52及びインバータ27を取り外した支持構造50の斜視図である。
第二支持部52は、インバータ27の車幅方向内側に位置する第二内側フレーム521を有する。インバータ27は、第二内側フレーム521に沿って設けられている。第二支持部52は、インバータ27の車幅方向外側に位置するフレームを有していない。つまり、第二支持部52がベース部53に取り付けられている状態で、第二支持部52の車幅方向外側は開放されている。
第二支持部52は、インバータ27の車幅方向内側に位置する第二内側フレーム521を有する。インバータ27は、第二内側フレーム521に沿って設けられている。第二支持部52は、インバータ27の車幅方向外側に位置するフレームを有していない。つまり、第二支持部52がベース部53に取り付けられている状態で、第二支持部52の車幅方向外側は開放されている。
そして、カバー54は、第二支持部52に支持されているインバータ27を車幅方向外側から覆う(図7参照)。この構成によれば、カバー54を外せば、図10に示すように、インバータ27が第二支持部52を介してベース部53に取り付けられた状態で、そのインバータ27を視認できる。インバータ27のメンテナンスが容易となる。
第一支持部51は、コンバータ26の車幅方向内側に位置する第一内側フレーム511を有する(図9、図11参照)。二つのコンバータ26は、第一内側フレーム511に沿って設けられている。図11に示すように、第一支持部51は、コンバータ26の車幅方向外側に位置するフレームを有していない。つまり、第一支持部51がベース部53に取り付けられている状態で、第一支持部51の車幅方向外側は開放されている。
この構成によれば、カバー54、及び、インバータ27を支持する第二支持部52を外せば、コンバータ26が第一支持部51を介してベース部53に取り付けられた状態で、そのコンバータ26を視認できる。コンバータ26のメンテナンスが容易となる。
第一支持部51と第二支持部52とは、車幅方向に並んで配置されている。このため、インバータ27を支持する第二支持部52は、コンバータ26を車幅方向外側から覆った状態となる。
第一支持部51と第二支持部52とは、車幅方向に並んで配置されている。このため、インバータ27を支持する第二支持部52は、コンバータ26を車幅方向外側から覆った状態となる。
以上のように(図2参照)、走行可能である車両本体11は、車体フレームとなるシャーシ41と、コンバータ26及びインバータ27をシャーシ41に取り付けるための支持構造50とを有する。支持構造50は(図7、図8参照)、シャーシ41に取り付けられているベース部53と、ベース部53の上に取り付けられコンバータ26を支持する第一支持部51と、ベース部53の上に取り付けられインバータ27を支持する第二支持部52とを有する。コンバータ26を支持する第一支持部51、及び、インバータ27を支持する第二支持部52は、インバータ27に取り付けられたベース部53に載せられて取り付けられる。コンバータ26及びインバータ27の組み立て作業性、及びメンテナンス性が良好である。
〔支持ユニット50Uの変形例〕
図8及び図9に示す支持構造50の場合、前記のとおり、第一支持部51と第二支持部52とは、それぞれ別部材により構成されている。この構成により、コンバータ26とインバータ27とを個別に取り付け及び取り外し可能である。
図8及び図9に示す支持構造50の場合、前記のとおり、第一支持部51と第二支持部52とは、それぞれ別部材により構成されている。この構成により、コンバータ26とインバータ27とを個別に取り付け及び取り外し可能である。
図12は、支持構造50の第一の変形例を示す斜視図である。図13は、図12の支持構造50を分解した状態を示す斜視図である。
第一の変形例の場合、第一支持部51と、第二支持部52と、ベース部53の一部であるベース本体531とは、一つの部材により構成されている。第二支持部52が有する第二内側フレーム521は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。第一支持部51が有する第一内側フレーム511は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。
第一の変形例の場合、第一支持部51と、第二支持部52と、ベース部53の一部であるベース本体531とは、一つの部材により構成されている。第二支持部52が有する第二内側フレーム521は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。第一支持部51が有する第一内側フレーム511は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。
第一支持部51と第二支持部52とベース本体531とが一体となり、これらが一体となって、車両本体11側(アーム532)から取り付けられたり、取り外されたりすることが可能となる。
図12及び図13に示す第一の変形例において、図7及び図8に示す形態と同じ構成については、同じ符号が付されている。
図12及び図13に示す第一の変形例において、図7及び図8に示す形態と同じ構成については、同じ符号が付されている。
図14及び図15は、支持構造50の更に別の変形例(第二の変形例)を示す斜視図である。第二の変形例の場合、第一の変形例と同様、第一支持部51と、第二支持部52と、ベース部53の一部であるベース本体531とは、一つの部材により構成されている。第二支持部52が有する第二内側フレーム521は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。第一支持部51が有する第一内側フレーム511は、ベース本体531に、例えば溶接によって固定されていて、ベース本体531から起立している。
図14及び図15に示す第二の変形例において、図7及び図8に示す形態と同じ構成については、同じ符号が付されている。第二の変形例の場合、コンバータ26の数が1つである。
前記第一の変形例(図12及び図13)及び前記第二変形例(図14及び図15)においても、図7及び図8に示す形態と同様に、支持構造50は、ベース部53と、第一支持部51と、第二支持部52とを有する。ベース部53は、シャーシ(車体フレーム)41に取り付けられる部分である。ベース部53は、ベース本体531と、アーム532とを有する。
第一支持部51は、ベース本体531から起立する第一起立部として第一内側フレーム511を有する。コンバータ26は、第一内側フレーム511に取り付けられて支持される。第二支持部52は、ベース本体531から起立する第二起立部として第二内側フレーム521を有する。インバータ27は、第二内側フレーム521に取り付けられて支持される。
前記第一の変形例(図12及び図13)及び前記第二変形例(図14及び図15)においても、図7及び図8に示す形態と同様に、コンバータ26及びインバータ27は、それぞれ箱型に形成されている。第一内側フレーム511は、箱型に形成されたコンバータ26の一面に対向し、かつ、その一面側が取り付けられる第一取付面511bを有する。第二内側フレーム521は、箱型に形成されたインバータ27の一面に対向し、かつ、その一面側が取り付けられる第二取付面521bを有する。第一取付面511bと第二取付面521bとは、車両本体11の幅方向に離間して配置される。第一取付面511bと第二取付面521bとの間に、コンバータ26が配置される。第二取付面512bの車幅方向外側に、インバータ27が配置される。
〔その他〕
前記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、前記実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更を含む。
第1章で用いられた符号は、この第1章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
前記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、前記実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更を含む。
第1章で用いられた符号は、この第1章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
〔符号の説明〕
10 作業車両(作業機械)
11 車両本体
12B 後輪
16 キャビン
24 燃料電池
26 コンバータ(第一電力変換器)
26A 第一コンバータ(第一電力変換器)
26B 第二コンバータ(第一電力変換器)
27 インバータ(第二電力変換器)
28A 端子(接続部)
28B 端子(接続部)
30A バッテリパック(バッテリ)
31 モータ
38A ハーネス
38B ハーネス
41 シャーシ(車体フレーム)
50 支持構造
50U 支持ユニット
51 第一支持部
52 第二支持部
53 ベース部
54 カバー
90C ボルト(第一ボルト)
90D ボルト(第二ボルト)
90F 第三ボルト
511 第一内側フレーム(第一起立部)
511b 第一取付面
521 第二内側フレーム(第二起立部)
521b 第二取付面
10 作業車両(作業機械)
11 車両本体
12B 後輪
16 キャビン
24 燃料電池
26 コンバータ(第一電力変換器)
26A 第一コンバータ(第一電力変換器)
26B 第二コンバータ(第一電力変換器)
27 インバータ(第二電力変換器)
28A 端子(接続部)
28B 端子(接続部)
30A バッテリパック(バッテリ)
31 モータ
38A ハーネス
38B ハーネス
41 シャーシ(車体フレーム)
50 支持構造
50U 支持ユニット
51 第一支持部
52 第二支持部
53 ベース部
54 カバー
90C ボルト(第一ボルト)
90D ボルト(第二ボルト)
90F 第三ボルト
511 第一内側フレーム(第一起立部)
511b 第一取付面
521 第二内側フレーム(第二起立部)
521b 第二取付面
<第2章>
<本開示が解決しようとする課題>
従来の作業車両は、燃料電池に付随する補機器を含む多数の機器を備えている。このため、これらの機器が車両に搭載されることで、作業車両全体が大型化するという問題がある。
本開示は、燃料電池を備える作業車両の大型化を抑制することを目的とする。
<本開示が解決しようとする課題>
従来の作業車両は、燃料電池に付随する補機器を含む多数の機器を備えている。このため、これらの機器が車両に搭載されることで、作業車両全体が大型化するという問題がある。
本開示は、燃料電池を備える作業車両の大型化を抑制することを目的とする。
<本開示の効果>
本開示によれば、燃料電池を備える作業車両の大型化を抑制することができる。
本開示によれば、燃料電池を備える作業車両の大型化を抑制することができる。
<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本実施形態の作業車両は、モータと、前記モータの動力によって動作する作業装置と、前記モータから前記作業装置に動力を伝達する伝達軸を支持する支持体、及び前記支持体の前側に連結され且つ車幅方向に互いに離間して配置された一対の縦フレーム、を有する車体と、前記モータに供給される電力を蓄積する電池ユニットを含む電装機器と、前記一対の縦フレームの上側に設けられ、前記電池ユニットに蓄積する電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に付随する補機器と、前記燃料電池を覆うボンネットと、を備え、前記電装機器及び前記補機器のうち少なくとも一つの機器は、前記一対の縦フレーム間に配置されている。
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本実施形態の作業車両は、モータと、前記モータの動力によって動作する作業装置と、前記モータから前記作業装置に動力を伝達する伝達軸を支持する支持体、及び前記支持体の前側に連結され且つ車幅方向に互いに離間して配置された一対の縦フレーム、を有する車体と、前記モータに供給される電力を蓄積する電池ユニットを含む電装機器と、前記一対の縦フレームの上側に設けられ、前記電池ユニットに蓄積する電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に付随する補機器と、前記燃料電池を覆うボンネットと、を備え、前記電装機器及び前記補機器のうち少なくとも一つの機器は、前記一対の縦フレーム間に配置されている。
上記作業車両によれば、車体において燃料電池が上側に設けられる一対の縦フレーム間を、電装機器及び補機器のうち少なくとも一つの機器が配置されるスペースとして有効に活用することできる。これにより、燃料電池を備える作業車両の大型化を抑制することができる。
(2)前記(1)に記載の作業車両において、前記少なくとも一つの機器は、前記一対の縦フレーム間であって且つ前記燃料電池の下方に配置されているのが好ましい。
この場合、一対の縦フレーム間であって燃料電池の下方を、電装機器及び補機器のうち少なくとも一つの機器が配置されるスペースとして有効に活用することできる。
この場合、一対の縦フレーム間であって燃料電池の下方を、電装機器及び補機器のうち少なくとも一つの機器が配置されるスペースとして有効に活用することできる。
(3)前記(1)又は(2)に記載の作業車両において、前記電装機器には、前記電池ユニット、直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力するインバータ、及び前記電池ユニットから入力される電力を降圧する電圧コンバータが含まれ、前記一対の縦フレーム間に配置される前記少なくとも一つの機器は、前記電池ユニット、前記インバータ、及び前記電圧コンバータのうちのいずれかであるのが好ましい。
この場合、電装機器である電池ユニット、インバータ、及び電圧コンバータのいずれかが一対の縦フレーム間に配置されるので、一対の縦フレーム間を、電装機器が配置されるスペースとして有効に活用することできる。また、インバータが一対の縦フレーム間に配置される場合、燃料電池とインバータとの間の配線長を短くすることができる。また、電池ユニット及び電圧コンバータが一対の縦フレーム間に配置される場合、電池ユニットと電圧コンバータとの間の配線長を短くすることができる。
(4)前記(1)又は(2)に記載の作業車両において、前記補機器には、冷却液を冷却するラジエータ、前記ラジエータに空気流を供給するファン、前記燃料電池に供給される空気を清浄化するエアクリーナ、前記冷却液からイオンを除去するイオン交換器、及び前記燃料電池への水素の供給流路から漏えいした水素を検出する水素検出部が含まれ、前記一対の縦フレーム間に配置される前記少なくとも一つの機器は、前記ラジエータ、前記ファン、前記エアクリーナ、前記イオン交換器、及び前記水素検出部のうちのいずれかであるのが好ましい。
この場合、補機器であるラジエータ、ファン、エアクリーナ、イオン交換器、及び水素検出部のいずれかが一対の縦フレーム間に配置されるので、一対の縦フレーム間を、補機器が配置されるスペースとして有効に活用することできる。また、エアクリーナが一対の縦フレーム間に配置される場合、エアクリーナと燃料電池との間における空気の流路長を短くすることができる。また、イオン交換器が一対の縦フレーム321間に配置される場合、イオン交換器と燃料電池との間における冷却液の流路長を短くすることができる。
<本開示の実施形態の詳細>
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔作業車両の全体構成〕
図16は、本開示の作業車両の実施の一形態を示す斜視図である。図17~図21は、図16に示す作業車両の正面図、背面図、側面図(右側面図)、側面図(左側面図)、及び平面図である。
本実施形態の作業車両10は、農作業に用いることが可能である車両であり、図16に示す作業車両10は、トラクタである。作業車両は、トラクタに限定されない。例えば、本開示に係る作業車両は、トラクタ以外の農業機械、建設機械、ユーティリティビークルなどであってもよい。
図16は、本開示の作業車両の実施の一形態を示す斜視図である。図17~図21は、図16に示す作業車両の正面図、背面図、側面図(右側面図)、側面図(左側面図)、及び平面図である。
本実施形態の作業車両10は、農作業に用いることが可能である車両であり、図16に示す作業車両10は、トラクタである。作業車両は、トラクタに限定されない。例えば、本開示に係る作業車両は、トラクタ以外の農業機械、建設機械、ユーティリティビークルなどであってもよい。
本開示の作業車両10の方向について定義する。作業車両10が前進する方向を前、作業車両10が後退する方向を後ろ、作業車両10が前方を向いて左側を左、作業車両10が前方を向いて右側を右と定義する。作業車両10の前後方向を車両前後方向と定義する。車両前後方向に直交する左右方向を車幅方向と定義する。車両前後方向及び車幅方向の双方に直交する方向を上下方向と定義する。上下方向は、高さ方向とも呼ばれる。
各図において、直交三次元座標が示されていて、前の方向を、矢印X1で示し、後ろの方向を、矢印X2で示す。左の方向を、矢印Y1で示し、右の方向を、矢印Y2で示す。上の方向を、矢印Z1で示し、下の方向を、矢印Z2で示す。
各図において、直交三次元座標が示されていて、前の方向を、矢印X1で示し、後ろの方向を、矢印X2で示す。左の方向を、矢印Y1で示し、右の方向を、矢印Y2で示す。上の方向を、矢印Z1で示し、下の方向を、矢印Z2で示す。
図16に示す作業車両10は、車体11、車体11を走行可能に支持する走行装置12、運転席15、キャビン16、タンクユニット21、燃料電池(燃料電池モジュール)24、電池ユニット30、及び電動のモータ31を備える。タンクユニット21は、燃料を貯蔵するタンク13を有する。燃料は、液体又は気体であり、例えば、水素、メタン、一酸化炭素(CO)等である。本実施形態では、タンク13は、水素ガスを貯蔵する。
本実施形態の作業車両10は、燃料電池車両(FCV;Fuel Cell Vehicle)であり、水素と酸素とを用いて燃料電池24が発生する電力を用いて走行する。燃料電池24は、電池ユニット30に蓄積する電力を発生する。燃料電池24は、メタン又は一酸化炭素(CO)を燃料として電力を発生させるものであってもよい。電池ユニット30に蓄電された電力は、モータ31に供給される。
作業車両10は、水素ガス用の配管(水素配管)22、及び充填部25(図18参照)を備える。充填部25は、作業車両10と別である水素ガス供給機(図示せず)の充填ノズルを接続する充填口(レセプタクル)26を有する。水素ガスは、充填口26から供給され、配管22(後ろ配管22r)を通じて、タンク13に供給される。タンク13の水素ガスは、配管22(前配管22f)を通じて、燃料電池24に供給される。
作業車両10は(図16参照)、搭載フレーム17を備える。搭載フレーム17は、車体11にタンクユニット21(タンク13)を搭載するためのフレームである。搭載フレーム17の具体的構成については、後に説明する。
〔車体〕
車体11は、シャーシ41、ボンネット34、カバー111、及びフェンダ47を有する。フェンダ47は、後輪122を上から覆う。
シャーシ41は、走行装置12、キャビン16、燃料電池24、電池ユニット30、及びモータ31を支持する。図22は、図16に示す作業車両10の一部を分解して示す斜視図である。シャーシ41は、車幅方向の中央に位置し、車両前後方向に長い形状を有する。シャーシ41は、シャーシ41の前部を構成する前フレーム32と、シャーシ41の後部を構成するミッションケース(支持体)33と、を有する。
車体11は、シャーシ41、ボンネット34、カバー111、及びフェンダ47を有する。フェンダ47は、後輪122を上から覆う。
シャーシ41は、走行装置12、キャビン16、燃料電池24、電池ユニット30、及びモータ31を支持する。図22は、図16に示す作業車両10の一部を分解して示す斜視図である。シャーシ41は、車幅方向の中央に位置し、車両前後方向に長い形状を有する。シャーシ41は、シャーシ41の前部を構成する前フレーム32と、シャーシ41の後部を構成するミッションケース(支持体)33と、を有する。
前フレーム32は、金属製のフレーム材などを組み合わせて構成される。本実施形態の前フレーム32は、一対の縦フレーム321、第一横フレーム322、第二横フレーム323、及び第三横フレーム324を有する。一対の縦フレーム321は、ミッションケース33の前側と連結されている。一対の縦フレーム321は、互いに車幅方向に離間して配置され、車両前後方向に延びている。
第一横フレーム322は、前輪121の後ろにおいて一対の縦フレーム321の後部に固定されている。一対の縦フレーム321の後部、且つ第一横フレーム322の上には、モータ31が搭載される。第二横フレーム323は、前輪121の前において一対の縦フレーム321の前部に固定されている。第一横フレーム322及び第二横フレーム323それぞれの車幅方向の両端部は、一対の縦フレーム321よりも車幅方向の外側に延びている。第三横フレーム324は、一対の縦フレーム321の前端同士を連結している。第三横フレーム324の車幅方向の寸法は、一対の縦フレーム321の車幅方向の寸法と同一寸法である。
ミッションケース33は、金属製の箱体を有して構成される。ミッションケース33は、前フレーム32の後側と連結されていて、ミッションケース33と前フレーム32とにより車体11の骨格が形成される。ミッションケース33は、内部にトランスミッション、クラッチ、デファレンシャルギヤ等の動力伝達機構を有する。動力伝達機構は、モータ31の出力軸の回転を、減速又は増速し、走行装置12(前輪121及び後輪122の一方又は双方)に出力する。
動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を出力するPTO軸(伝達軸)334(図18参照)に出力する。PTO軸334は、ミッションケース33の後部に支持されている出力軸である。作業車両10は、作業装置340(図20参照)と、車体11の後ろに作業装置340を連結するための連結装置43とを備える。PTO軸334は、連結装置43に連結された作業装置340にモータ31の動力を伝達する。作業装置340は、モータ31の動力によって動作する。作業装置340は、例えば、耕運機などである。図16~図19、図21~図23では、作業装置340の図示を省略している。
図23は、作業車両10の右側面図であるが、ボンネット34、カバー111、及びタンクユニット21が有するタンクケース211の一部を外した状態を示す。車両前方から順に、第一ラジエータ48、燃料電池24、及び第二ラジエータ49が、この順で並んで、シャーシ41の前フレーム32に搭載される。
図19及び図23に示すように、ボンネット34、及びカバー111は、車体11の前寄りに位置する搭載品を覆う。ボンネット34は、燃料電池24及び第一ラジエータ48を、上から及び車幅方向の両側から覆う。カバー111は、燃料電池24の後ろに位置する第二ラジエータ49を、上から及び車幅方向の両側から覆う。
図19及び図23に示すように、ボンネット34、及びカバー111は、車体11の前寄りに位置する搭載品を覆う。ボンネット34は、燃料電池24及び第一ラジエータ48を、上から及び車幅方向の両側から覆う。カバー111は、燃料電池24の後ろに位置する第二ラジエータ49を、上から及び車幅方向の両側から覆う。
カバー111の上面111aは、ボンネット34の上面34aよりも高いが、運転席15に座る作業者が操舵のために操作するステアリング151の上端よりも低い。ボンネット34の上面34aは、前に向かうにしたがって低くなる。このため、運転席15に座る作業者にとって、視界が妨げられ難い。
〔運転席及びキャビン〕
運転席15及びキャビン16は、シャーシ41の上であって後ろ寄りの位置に設けられている(図16参照)。キャビン16は、運転席15及びステアリング151を内部に有する。
キャビン16は、運転席15よりも前に位置する前柱162と、運転席15よりも後ろに位置する後ろ柱163と、運転席15よりも上に位置するルーフ164とを有する。前柱162は、運転席15の左前及び右前に設けられている。後ろ柱163は、運転席15の左後ろ及び右後ろに設けられている。ルーフ164は、前柱162及び後ろ柱163によって支持される。
運転席15及びキャビン16は、シャーシ41の上であって後ろ寄りの位置に設けられている(図16参照)。キャビン16は、運転席15及びステアリング151を内部に有する。
キャビン16は、運転席15よりも前に位置する前柱162と、運転席15よりも後ろに位置する後ろ柱163と、運転席15よりも上に位置するルーフ164とを有する。前柱162は、運転席15の左前及び右前に設けられている。後ろ柱163は、運転席15の左後ろ及び右後ろに設けられている。ルーフ164は、前柱162及び後ろ柱163によって支持される。
キャビン16は、運転席15の前に位置する透明のフロントガラス165と、運転席15の左右両側に位置する透明のサイドガラス166と、を有する。フロントガラス165は、左右の前柱162の間に設けられている。サイドガラス166は、前柱162と後ろ柱163との間に設けられている。サイドガラス166は、開閉可能であり、作業者がキャビン16に出入りするドアとして機能する。
キャビン16の車幅方向の一方側(左側)に、ステップ167が設けられている(図20参照)。ステップ167は、キャビン16に乗降する作業者が足を掛ける部材である。
キャビン16の前に、カバー111及びボンネット34が設けられる。図17及び図21に示すように、カバー111及びボンネット34それぞれの車幅方向の寸法は、キャビン16の車幅方向の寸法よりも小さい。ボンネット34の車幅方向の寸法は、カバー111の車幅方向の寸法よりも小さい。
キャビン16の前に、カバー111及びボンネット34が設けられる。図17及び図21に示すように、カバー111及びボンネット34それぞれの車幅方向の寸法は、キャビン16の車幅方向の寸法よりも小さい。ボンネット34の車幅方向の寸法は、カバー111の車幅方向の寸法よりも小さい。
本実施形態の作業車両10は、キャビン16を備えるが、キャビン16を備えていなくてもよい。作業車両10は、キャビン16の代わりに、キャノピやロプスを備えていてもよい。作業車両10がキャビン16を備えない場合、タンクユニット21は、搭載フレーム17に搭載されて運転席15の上方に位置する。
〔走行装置〕
図21及び図22に示すように、走行装置12は、前輪121と後輪122とを有する。前輪121は、車体11の前部の左右に設けられている。左右の前輪121は、車幅方向に延びる車軸123の両端部に回転可能に支持されている。車軸123は、車体11の一対の縦フレーム321の下方に配置され、一対の縦フレーム321に支持されている。後輪122は、車体11の後部の左右に設けられている。左右の後輪122の車幅方向の最大寸法は、左右の前輪121の車幅方向の最大寸法よりも大きい。左右の後輪122の車幅方向の最大寸法が、作業車両10の最大車幅寸法となる。
前輪121及び後輪122のうちの一方又は双方が、モータ31の動力によって回転する。モータ31の動力により回転する前輪121及び後輪122のうちの一方又は双方(駆動輪)は、クローラ(無限軌道)であってもよい。
図21及び図22に示すように、走行装置12は、前輪121と後輪122とを有する。前輪121は、車体11の前部の左右に設けられている。左右の前輪121は、車幅方向に延びる車軸123の両端部に回転可能に支持されている。車軸123は、車体11の一対の縦フレーム321の下方に配置され、一対の縦フレーム321に支持されている。後輪122は、車体11の後部の左右に設けられている。左右の後輪122の車幅方向の最大寸法は、左右の前輪121の車幅方向の最大寸法よりも大きい。左右の後輪122の車幅方向の最大寸法が、作業車両10の最大車幅寸法となる。
前輪121及び後輪122のうちの一方又は双方が、モータ31の動力によって回転する。モータ31の動力により回転する前輪121及び後輪122のうちの一方又は双方(駆動輪)は、クローラ(無限軌道)であってもよい。
図23に示すように、燃料電池24は、シャーシ41の前フレーム32において、第一横フレーム322と第二横フレーム323との間における一対の縦フレーム321の上側に設けられている。モータ31は、燃料電池24の後ろで、且つ第二ラジエータ49の下に位置する。モータ31は、回転するロータと、複数のコイルを有するステータとを有する。モータ31の出力軸は、ミッションケース33内の動力伝達機構に連結される(図22参照)。電池ユニット30は、燃料電池24の下方に位置する。その詳細については後述する。
燃料電池24は、電池ユニット30から供給される水素ガスを燃料として発電し、モータ31を回転させるための電力を得る。燃料電池24は、略矩形箱状の電池ケーシング241と、電池ケーシング241の内部に設けられている燃料電池スタック242とを有する。燃料電池スタック242は、複数の電池セルを有する。電池セルは、正極の電極と負極の電極とを有する。複数の電池セルは積層状態にある。電池セルそれぞれで発電した電力は、集約され、電池ユニット30に出力される。
〔タンクユニット〕
タンクユニット21は(図23参照)、タンク13と、タンク13を収容するタンクケース211と、バルブユニット212とを有する。タンク13は、略円筒状の高圧容器である。タンク13は、炭素繊維又はガラス繊維により強化された繊維強化樹脂等によって構成される。本実施形態の場合、3つのタンク13が、その円筒部の軸方向を車幅方向に平行として、タンクケース211に固定されている。タンク13の数は、3つに限定されない。
タンクユニット21は(図23参照)、タンク13と、タンク13を収容するタンクケース211と、バルブユニット212とを有する。タンク13は、略円筒状の高圧容器である。タンク13は、炭素繊維又はガラス繊維により強化された繊維強化樹脂等によって構成される。本実施形態の場合、3つのタンク13が、その円筒部の軸方向を車幅方向に平行として、タンクケース211に固定されている。タンク13の数は、3つに限定されない。
タンクケース211は、単数又は複数のタンク13を収容可能な箱体である。タンクケース211は、開閉扉213(図16参照)を車幅方向の一方又は両方に有し、車幅方向で開口する。タンクケース211は、ルーフ164の上方において、ルーフ164と上下方向に間隔をあけて設置される。タンクケース211は、搭載フレーム17が有する上フレーム部171に固定される。タンクケース211は、アルミ又は鋼等の金属製であり、外部からの熱的及び物理的な影響に対して、タンク13を保護する。
タンク13は、キャビン16(運転席15)の上方に配置される。このため、車体11における、燃料電池24、充填部25、モータ31、電池ユニット30の配置の自由度が高い。従来の内燃機関による作業車両を、本実施形態のような燃料電池24及びモータ31を有する作業車両10に改造する場合、各機器の配置構成を大幅に変更する必要がない。
タンク13は、バルブユニット212(図23参照)を介して後ろ配管22r及び前配管22fに連結される。後ろ配管22rは(図18参照)、水素ガスの充填口26とバルブユニット212とを繋ぐガス導入管路であり、充填口26に導入される水素ガスをタンク13へ導く。前配管22fは(図16参照)、燃料電池24とバルブユニット212とを繋ぐガス導出管路であり、タンク13内に貯蔵された水素ガスを燃料電池24へ導く。タンク13は、車両外部から充填口26に導入される水素ガスを貯蔵し、燃料電池24に供給する。バルブユニット212は、開閉弁や減圧弁などを有しており、タンク13に貯蔵された水素ガスを所定の流量に調整し、前配管22fを通じて燃料電池24に導出する。
〔搭載フレーム〕
図16及び図22に示すように、搭載フレーム17は、車体11にタンク13を搭載するためのフレーム構造体である。本実施形態の搭載フレーム17は、上フレーム部171、一対の前フレーム部172、後ろフレーム部173、及び一対の補強フレーム部175を有する。
上フレーム部171は、矩形枠状に形成され、キャビン16の上方に位置する。上フレーム部171に、タンクケース211が取り付けられている。つまり、上フレーム部171は、タンクケース211を介してタンク13を支持する。上フレーム部171は、前フレーム部172、後ろフレーム部173、及び補強フレーム部175により支持されている。
図16及び図22に示すように、搭載フレーム17は、車体11にタンク13を搭載するためのフレーム構造体である。本実施形態の搭載フレーム17は、上フレーム部171、一対の前フレーム部172、後ろフレーム部173、及び一対の補強フレーム部175を有する。
上フレーム部171は、矩形枠状に形成され、キャビン16の上方に位置する。上フレーム部171に、タンクケース211が取り付けられている。つまり、上フレーム部171は、タンクケース211を介してタンク13を支持する。上フレーム部171は、前フレーム部172、後ろフレーム部173、及び補強フレーム部175により支持されている。
一対の前フレーム部172は、キャビン16の前、かつ、車体11の車幅方向の外側において、上下方向に延びている。一対の前フレーム部172の上端は、上フレーム部171の前側の左右の角部にそれぞれ固定されている。一対の前フレーム部172の下端は、シャーシ41の第一横フレーム322における車幅方向の両端部にそれぞれ固定されている。
後ろフレーム部173は、キャビン16の後ろに位置している。後ろフレーム部173は、複数のフレーム材により格子状に構成されている。後ろフレーム部173の上端は、上フレーム部171の後側の左右の角部にそれぞれ固定されている。後ろフレーム部173の下端は、シャーシ41に固定されている。後ろフレーム部173には、充填部25が設けられている(図18参照)。
後ろフレーム部173は、キャビン16の後ろに位置している。後ろフレーム部173は、複数のフレーム材により格子状に構成されている。後ろフレーム部173の上端は、上フレーム部171の後側の左右の角部にそれぞれ固定されている。後ろフレーム部173の下端は、シャーシ41に固定されている。後ろフレーム部173には、充填部25が設けられている(図18参照)。
一対の補強フレーム部175は、走行中の作業車両10が停止したときに、上フレーム部171及びタンクケース211が前方へ移動しようとする慣性力を受け止めるための補強部材である。一対の補強フレーム部175は、前フレーム部172の前、かつ、ボンネット34の車幅方向の両側に位置する。一対の補強フレーム部175の上端は、上フレーム部171の前側の左右の角部にそれぞれ固定されている。一対の補強フレーム部175の下端は、シャーシ41の第二横フレーム323における車幅方向の両端部にそれぞれ固定されている(図17参照)。
〔電装機器〕
図24は、図16に示す作業車両10の前部を下方から見た概略底面図である。図24では、ボンネット34及びカバー111の図示を省略している。作業車両10は、シャーシ41の前フレーム32に配置される電装機器80を備える。電装機器80には、電池ユニット30、インバータ81、第一電圧コンバータ82、及び第二電圧コンバータ83が含まれる。これらの各機器30,81~83は、前フレーム32の一対の縦フレーム321に取り付けられている。
図24は、図16に示す作業車両10の前部を下方から見た概略底面図である。図24では、ボンネット34及びカバー111の図示を省略している。作業車両10は、シャーシ41の前フレーム32に配置される電装機器80を備える。電装機器80には、電池ユニット30、インバータ81、第一電圧コンバータ82、及び第二電圧コンバータ83が含まれる。これらの各機器30,81~83は、前フレーム32の一対の縦フレーム321に取り付けられている。
電池ユニット30は、モータ31に供給される電力を蓄積する。電池ユニット30は、電池(バッテリパック)300と、電池300を収容する電池筐体301とを有する。電池300は、燃料電池24が発生する電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をモータ31等の電機品に出力する。電池300は、複数の電池セルにより構成される。電池300は、リチウムイオン電池又は鉛蓄電池等の充放電型の二次電池である。電池筐体301は、車両前後方向に長い直方体形状である。
インバータ81には、ジャンクションボックス(図示せず)を通じて電池ユニット30が接続される。また、インバータ81には、昇圧回路(図示せず)を介して燃料電池24が接続される。インバータ81は、モータ31と電気的に接続される。インバータ81は、昇圧回路から出力される直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力をモータ31に出力する。
第一電圧コンバータ82及び第二電圧コンバータ83は、電池ユニット30から入力される電力を降圧する降圧回路を構成する。第一電圧コンバータ82は、例えば12VのDC/DCコンバータである。第二電圧コンバータ83は、例えば24VのDC/DCコンバータである。第一電圧コンバータ82及び第二電圧コンバータ83には、それぞれ前記ジャンクションボックスを通じて電池ユニット30が接続される。
作業車両10は、モータ31よりも低電圧で作動する弱電の電装品を備える。本実施形態の場合、弱電の電装品は、後述するラジエータ48,49、及び空調装置(図示せず)などである。弱電の電装品には、前記ジャンクションボックスを通じて、降圧回路(電圧コンバータ82,83又は12Vバッテリ)により降圧された電力が供給される。
〔補機器〕
作業車両10は、燃料電池24に付随する補機器90を備える。補機器90は、シャーシ41の前フレーム32に配置されている。補機器90には、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、第一ファン51、第二ファン52、エアクリーナ91、イオン交換器92、及び水素センサ(水素検出部)93が含まれる。エアクリーナ91、イオン交換器92、及び水素センサ93は、電池ユニット30の電池筐体301の下面に取り付けられている。
作業車両10は、燃料電池24に付随する補機器90を備える。補機器90は、シャーシ41の前フレーム32に配置されている。補機器90には、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、第一ファン51、第二ファン52、エアクリーナ91、イオン交換器92、及び水素センサ(水素検出部)93が含まれる。エアクリーナ91、イオン交換器92、及び水素センサ93は、電池ユニット30の電池筐体301の下面に取り付けられている。
第一ラジエータ48及び第二ラジエータ49は、燃料電池24、モータ31、インバータ81、及び電圧コンバータ82,83などを冷却液により冷却させる冷却システムの一部として構成される。図23及び図24に示すように、第一ラジエータ48は、燃料電池24の前に位置する。第二ラジエータ49は、燃料電池24の後ろに位置する。
第一ラジエータ48は、その下端部48aを除く大部分が前フレーム32の一対の縦フレーム321よりも上側に配置された状態で、一対の縦フレーム321に取り付けられている。第一ラジエータ48は、燃料電池24以外の機器を冷却するためのラジエータである。第一ラジエータ48は、循環ポンプを有する第一冷却流路(図示せず)を介して、モータ31、インバータ81、及び電圧コンバータ82,83などの冷却を要する電装品(発熱部品)に接続される。第一ラジエータ48は、前記第一冷却流路を通じて供給される冷却液を、外部空気との熱交換により冷却する。
第二ラジエータ49は、その全体が一対の縦フレーム321よりも上側に配置された状態で、一対の縦フレーム321に取り付けられている。第二ラジエータ49は、燃料電池24を冷却するためのラジエータである。第二ラジエータ49は、循環ポンプを有する第二冷却流路(図示せず)を介して、燃料電池24に接続される。第二ラジエータ49は、前記第二冷却流路を通じて供給される冷却液を、外部空気との熱交換により冷却する。なお、なお、第一ラジエータ48は燃料電池24を冷却し、第二ラジエータ49は燃料電池24以外の機器を冷却してもよい。
第一ファン51は、第一ラジエータ48の前に位置し、第一ラジエータ48に取り付けられている。第一ファン51は、その下端部51aを除く大部分が前フレーム32の一対の縦フレーム321よりも上側に配置されている。第一ファン51は、回転することによって、第一ラジエータ48に空気流を供給し、冷却液との熱交換を促進する。
第二ファン52は、第二ラジエータ49の後ろに位置し、第二ラジエータ49に取り付けられている。第二ファン52は、その全体が前フレーム32の一対の縦フレーム321よりも上側に配置されている。第二ファン52は、回転することによって、第二ラジエータ49に空気流を供給し、冷却液との熱交換を促進する。
エアクリーナ91は、燃料電池24に供給される空気を清浄化する。エアクリーナ91は、図示を省略するが、外部空気を内部に取り入れる取入口と、内部で清浄化した空気を排出する排出口とを有する。エアクリーナ91の排出口は、ホース等の配管(図示せず)を介して燃料電池24に接続されている。
イオン交換器92は、燃料電池24と第二ラジエータ49とを接続する前記第二冷却流路の途中に設けられている。イオン交換器92は、フィルタ等により構成されている。イオン交換器92は、前記第二冷却流路を流れる冷却液からイオンを除去する。イオンは、例えば前記第二冷却流路の配管等から溶出したものである。作業車両10は、イオン交換器92によって冷却液からイオンを除去することで、前記第二冷却流路を流れる冷却液の絶縁性を確保することができる。なお、イオン交換器92は、前記第一冷却流路の冷却液からイオンを除去してもよい。
水素センサ93は、タンク13から燃料電池24へ水素を供給する供給流路から漏えいした水素を検出する。本実施形態の場合、前記供給流路は、上述した前配管22f(図16も参照)である。水素センサ93は、例えば前配管22fと燃料電池24との接続部の近傍に配置される。作業車両10は、水素センサ93によって、前配管22fから漏えいした水素を検出することができる。
〔電装機器及び補機器の配置〕
図23及び図24に示すように、電装機器80及び補機器90のほとんどの機器は、前フレーム32における一対の縦フレーム321間に配置されている。本実施形態では、電装機器80の機器30,81~83、及び補機器90の機器48,51,91~93が、一対の縦フレーム321間に配置されている。ここで、「縦フレーム321間に配置されている」とは、1つの機器の全体が配置される場合だけでなく、1つの機器の一部分が配置される場合も含むことを意味する。
図23及び図24に示すように、電装機器80及び補機器90のほとんどの機器は、前フレーム32における一対の縦フレーム321間に配置されている。本実施形態では、電装機器80の機器30,81~83、及び補機器90の機器48,51,91~93が、一対の縦フレーム321間に配置されている。ここで、「縦フレーム321間に配置されている」とは、1つの機器の全体が配置される場合だけでなく、1つの機器の一部分が配置される場合も含むことを意味する。
一対の縦フレーム321間に配置される上記機器のうち、電装機器80の機器30,81~83それぞれの全体、及び補機器90の機器91~93それぞれの全体は、一対の縦フレーム321間における燃料電池24の下方に形成された下空間35に配置されている。本実施形態では、電池ユニット30は、下空間35において、車軸123を上方から跨いで配置され、且つ前側に偏って配置されている。
第一電圧コンバータ82及び第二電圧コンバータ83は、下空間35において電池ユニット30の後ろに近接して配置され、且つ互いに車幅方向に並べて配置されている。インバータ81は、下空間35において第一電圧コンバータ82及び第二電圧コンバータ83の後ろに近接して配置されている。インバータ81、第一電圧コンバータ82、及び第二電圧コンバータ83は、それぞれ車幅方向に延びている。
なお、電装機器80の各機器30,81~83の配置は、本実施形態に限定されない。例えば、各機器30,81~83の一部又は全体が、一対の縦フレーム321間において、下空間35よりも後ろの他空間36(後述)に配置されてもよいし、下空間35よりも前の他空間36に配置されてもよい。また、電装機器80の全ての機器30,81,82,83のうちの少なくとも一つの機器が、一対の縦フレーム321間に配置されればよい。
補機器90の第一ラジエータ48及び第一ファン51は、一対の縦フレーム321間における燃料電池24の下方以外の他空間36に配置されている。本実施形態では、第一ラジエータ48及び第一ファン51の各一部分である下端部48a,51aが、燃料電池24と第二横フレーム323との間の他空間36に配置されている。第一ラジエータ48及び第一ファン51の下端部48a,51aよりも上側は、一対の縦フレーム321よりも上側に突出している。
エアクリーナ91は、下空間35においてインバータ81の右後ろに近接して配置されている。イオン交換器92は、下空間35においてインバータ81の左後ろに近接して配置されている。水素センサ93は、下空間35においてエアクリーナ91とイオン交換器92との間に配置されている。
なお、補機器90の各機器48,51,91~93の配置は、本実施形態に限定されない。例えば、第一ラジエータ48及び第一ファン51の各下端部48a,51aは、一対の縦フレーム321間における第二横フレーム323と第三横フレーム324との間の他空間36に配置されてもよい。また、各機器91~93の一部又は全体が、一対の縦フレーム321間において、下空間35よりも後ろの他空間36に配置されてもよいし、下空間35よりも前の他空間36に配置されてもよい。また、第二ラジエータ49及び第二ファン52の各下端部が、一対の縦フレーム321間に配置されてもよい。また、補機器90の全ての機器48,49,51,52,91,92,93のうちの少なくとも一つの機器が、一対の縦フレーム321間に配置されればよい。
〔実施形態の作用効果〕
本実施形態の作業車両10によれば、電装機器80の機器30,81~83、及び補機器90の機器48,51,91~93は、シャーシ41において燃料電池24が上側に設けられる一対の縦フレーム321間に配置されている。これにより、一対の縦フレーム321間を、電装機器80及び補機器90が配置されるスペースとして有効に活用することできる。その結果、燃料電池24を備える作業車両10の大型化を抑制することができる。
本実施形態の作業車両10によれば、電装機器80の機器30,81~83、及び補機器90の機器48,51,91~93は、シャーシ41において燃料電池24が上側に設けられる一対の縦フレーム321間に配置されている。これにより、一対の縦フレーム321間を、電装機器80及び補機器90が配置されるスペースとして有効に活用することできる。その結果、燃料電池24を備える作業車両10の大型化を抑制することができる。
電装機器80の機器30,81~83、及び補機器90の機器91~93は、一対の縦フレーム321間における燃料電池24の下方の下空間35に配置されている。これにより、下空間35を、電装機器80及び補機器90が配置されるスペースとして有効に活用することできる。
インバータ81は、燃料電池24が設けられた一対の縦フレーム321間に配置されるので、燃料電池24とインバータ81との間の配線長を短くすることができる。また、電池ユニット30及び電圧コンバータ82,83が一対の縦フレーム321間に配置されるので、電池ユニット30と各電圧コンバータ82,83との間の配線長を短くすることができる。
エアクリーナ91は、燃料電池24が設けられた一対の縦フレーム321間に配置されるので、エアクリーナ91と燃料電池24との間における空気の流路長を短くすることができる。イオン交換器92は、燃料電池24が設けられた一対の縦フレーム321間に配置されるので、イオン交換器92と燃料電池24との間における冷却液の流路長を短くすることができる。
〔その他〕
今回開示した実施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。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
第2章で用いられた符号は、この第2章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
第1章で開示された構成について、第2章で開示された発明に適用可能であり、また、第2章で開示された構成について、第1章で開示された発明に適用可能である。
今回開示した実施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。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
第2章で用いられた符号は、この第2章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
第1章で開示された構成について、第2章で開示された発明に適用可能であり、また、第2章で開示された構成について、第1章で開示された発明に適用可能である。
〔符号の説明〕
10 作業車両
11 車体
12 走行装置
13 タンク
15 運転席
16 キャビン
17 搭載フレーム
21 タンクユニット
22 配管
22f 前配管
22r 後ろ配管
24 燃料電池
25 充填部
26 充填口
30 電池ユニット
31 モータ
32 前フレーム
33 ミッションケース(支持体)
34 ボンネット
34a 上面
35 下空間
36 他空間
41 シャーシ
43 連結装置
47 フェンダ
48 第一ラジエータ
48a 下端部
49 第二ラジエータ
51 第一ファン
51a 下端部
52 第二ファン
80 電装機器
81 インバータ
82 第一電圧コンバータ
83 第二電圧コンバータ
90 補機器
91 エアクリーナ
92 イオン交換器
93 水素センサ(水素検出部)
111 カバー
111a 上面
121 前輪
122 後輪
123 車軸
151 ステアリング
162 前柱
163 後ろ柱
164 ルーフ
165 フロントガラス
166 サイドガラス
167 ステップ
171 上フレーム部
172 前フレーム部
173 後ろフレーム部
175 補強フレーム部
211 タンクケース
212 バルブユニット
213 開閉扉
241 電池ケーシング
242 燃料電池スタック
300 電池
301 電池筐体
321 縦フレーム
322 第一横フレーム
323 第二横フレーム
324 第三横フレーム
334 PTO軸(伝達軸)
340 作業装置
10 作業車両
11 車体
12 走行装置
13 タンク
15 運転席
16 キャビン
17 搭載フレーム
21 タンクユニット
22 配管
22f 前配管
22r 後ろ配管
24 燃料電池
25 充填部
26 充填口
30 電池ユニット
31 モータ
32 前フレーム
33 ミッションケース(支持体)
34 ボンネット
34a 上面
35 下空間
36 他空間
41 シャーシ
43 連結装置
47 フェンダ
48 第一ラジエータ
48a 下端部
49 第二ラジエータ
51 第一ファン
51a 下端部
52 第二ファン
80 電装機器
81 インバータ
82 第一電圧コンバータ
83 第二電圧コンバータ
90 補機器
91 エアクリーナ
92 イオン交換器
93 水素センサ(水素検出部)
111 カバー
111a 上面
121 前輪
122 後輪
123 車軸
151 ステアリング
162 前柱
163 後ろ柱
164 ルーフ
165 フロントガラス
166 サイドガラス
167 ステップ
171 上フレーム部
172 前フレーム部
173 後ろフレーム部
175 補強フレーム部
211 タンクケース
212 バルブユニット
213 開閉扉
241 電池ケーシング
242 燃料電池スタック
300 電池
301 電池筐体
321 縦フレーム
322 第一横フレーム
323 第二横フレーム
324 第三横フレーム
334 PTO軸(伝達軸)
340 作業装置
<第3章>
<本開示が解決しようとする課題>
トラクタは、熱交換器(ラジエータ)を有し、熱交換器は、燃料電池、及びバッテリ等の電装品を通過する熱媒体を外部空気と熱交換し冷却する。熱交換器の容量を大きくすれば、その性能が高まる。しかし、熱交換器の大型化は、搭載スペースとの関係で限界がある。
そこで、本開示は、熱交換器を有する作業機械において、その熱交換効率を向上させることを目的とする。
<本開示が解決しようとする課題>
トラクタは、熱交換器(ラジエータ)を有し、熱交換器は、燃料電池、及びバッテリ等の電装品を通過する熱媒体を外部空気と熱交換し冷却する。熱交換器の容量を大きくすれば、その性能が高まる。しかし、熱交換器の大型化は、搭載スペースとの関係で限界がある。
そこで、本開示は、熱交換器を有する作業機械において、その熱交換効率を向上させることを目的とする。
<本開示の効果>
本開示の作業機械によれば、熱交換器の熱交換効率を向上させることが可能となる。
本開示の作業機械によれば、熱交換器の熱交換効率を向上させることが可能となる。
<本開示の実施形態の概要>
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本開示の実施形態に係る作業機械は、機械フレームと、前記機械フレームに搭載される燃料電池と、前記機械フレームに搭載される電装品と、前記燃料電池を温度調整する第一熱媒体と前記電装品を温度調整する第二熱媒体との熱交換を行う補助熱交換器と、を有する。
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
(1)本開示の実施形態に係る作業機械は、機械フレームと、前記機械フレームに搭載される燃料電池と、前記機械フレームに搭載される電装品と、前記燃料電池を温度調整する第一熱媒体と前記電装品を温度調整する第二熱媒体との熱交換を行う補助熱交換器と、を有する。
前記構成を有する作業機械によれば、例えば、燃料電池を温度調整する第一熱媒体の温度が、電装品を温度調整する第二熱媒体よりも高い場合、補助熱交換器において、第一熱媒体の温度が、第二熱媒体によって下げられる。第二熱媒体によって温度が下げられた第一熱媒体を用いて、燃料電池の冷却が行われる。作業機械の全体として熱交換効率が向上する。
(2)前記(1)の作業機械は、前記第一熱媒体が通過することで前記燃料電池の温度調整を行う第一流路と、前記第二熱媒体が通過することで前記電装品の温度調整を行う第二流路と、を有し、前記補助熱交換器は、前記第一流路及び前記第二流路に接続されている。
前記構成により、補助熱交換器により、第一熱媒体と第二熱媒体との間で熱交換が行われる構成が得られる。
前記構成により、補助熱交換器により、第一熱媒体と第二熱媒体との間で熱交換が行われる構成が得られる。
(3)前記(2)の作業機械は、前記第一流路に設けられ、前記燃料電池を通過した前記第一熱媒体の温度を調整する第一熱交換器と、前記第二流路に設けられ、前記電装品を通過した前記第二熱媒体の温度を調整する第二熱交換器と、を有する。
前記構成により、第一熱交換器は、燃料電池を通過した第一熱媒体の温度を下げることが可能である。第二熱交換器は、電装品を通過した第二熱媒体の温度を下げることが可能である。
前記構成により、第一熱交換器は、燃料電池を通過した第一熱媒体の温度を下げることが可能である。第二熱交換器は、電装品を通過した第二熱媒体の温度を下げることが可能である。
(4)前記(3)の作業機械において、前記第一熱交換器を通過した前記第一熱媒体の温度は、前記第二熱交換器を通過した前記第二熱媒体の温度よりも高い。
前記構成の場合、補助熱交換器により、温度の高い第一熱媒体と温度の低い第二熱媒体との間で熱交換が行われる。第二熱媒体によって温度が下げられた第一熱媒体を用いて、燃料電池の冷却が行われる。
前記構成の場合、補助熱交換器により、温度の高い第一熱媒体と温度の低い第二熱媒体との間で熱交換が行われる。第二熱媒体によって温度が下げられた第一熱媒体を用いて、燃料電池の冷却が行われる。
(5)前記(4)の作業機械において、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器とは、熱交換による温度低下幅についての能力差を有する。
例えば、第一熱交換器における第一熱媒体の温度低下幅が、第二熱交換器における第二熱媒体の温度低下幅よりも、小さい場合、第二熱交換器が、比較的、能力に余裕を有することがある。この場合、第一熱媒体による燃料電池の冷却が、第二熱媒体によって補われる。
例えば、第一熱交換器における第一熱媒体の温度低下幅が、第二熱交換器における第二熱媒体の温度低下幅よりも、小さい場合、第二熱交換器が、比較的、能力に余裕を有することがある。この場合、第一熱媒体による燃料電池の冷却が、第二熱媒体によって補われる。
(6)前記(1)から(5)のいずれか一つの作業機械は、前記補助熱交換器を前記第二熱媒体が通過する流路と並列接続され前記第二熱媒体が流れるバイパス流路を有する。
前記構成によれば、第二熱媒体の一部が補助熱交換器を通過し、その第二熱媒体と第一熱媒体との間で熱交換される。第二熱媒体の別の一部が、補助熱交換器を通過しないで、バイパス流路を通過する。つまり、前記構成は、補助熱交換器において、第二熱媒体の全部を第一熱媒体との間で熱交換させる必要が無い場合に、有効となる。
前記構成によれば、第二熱媒体の一部が補助熱交換器を通過し、その第二熱媒体と第一熱媒体との間で熱交換される。第二熱媒体の別の一部が、補助熱交換器を通過しないで、バイパス流路を通過する。つまり、前記構成は、補助熱交換器において、第二熱媒体の全部を第一熱媒体との間で熱交換させる必要が無い場合に、有効となる。
(7)前記(6)の作業機械において、前記第二熱媒体が前記バイパス流路を流れる割合を調整するバイパス用バルブを有する。
前記構成によれば、補助熱交換器で熱交換に用いられる第二熱媒体の量が調整される。
前記構成によれば、補助熱交換器で熱交換に用いられる第二熱媒体の量が調整される。
(8)前記(1)から(3)のいずれか一つの作業機械において、前記電装品は、前記燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリ、及び、走行動力を発生させるモータを含む。
作業機械の運転開始時、前記電装品であるバッテリ、及び、モータが有する転がり軸受のために、暖機運転が行われるのが好ましい。バッテリ及びモータの暖気運転のために、補助熱交換器によって、第一熱交換器(第一熱媒体)の排熱が活用され、前記電装品の暖気運転の時短が可能となる。
作業機械の運転開始時、前記電装品であるバッテリ、及び、モータが有する転がり軸受のために、暖機運転が行われるのが好ましい。バッテリ及びモータの暖気運転のために、補助熱交換器によって、第一熱交換器(第一熱媒体)の排熱が活用され、前記電装品の暖気運転の時短が可能となる。
(9)前記(3)の作業機械において、圧縮機、膨張弁、蒸発器、及び凝縮器を有し第三熱媒体を用いた冷却機能を備える空調装置を有し、前記蒸発器は、前記第一熱媒体又は前記第二熱媒体と前記第三熱媒体との間で熱交換を行う。
前記構成によれば、第三熱媒体によって温度が下げられた第一熱媒体又は第二熱媒体を用いて、燃料電池又は電装品の冷却が行われる。
前記構成によれば、第三熱媒体によって温度が下げられた第一熱媒体又は第二熱媒体を用いて、燃料電池又は電装品の冷却が行われる。
(10)前記(9)の作業機械において、バッテリと、第四熱媒体を用いて前記バッテリを昇温させる加熱ユニットと、を有し、前記凝縮器は、前記第四熱媒体と前記第三熱媒体との間で熱交換を行う。
バッテリの温度が低い場合、その能力が低下する。前記構成によれば、空調装置(第三熱媒体)の排熱によって第四熱媒体を昇温し、その第四熱媒体を利用してバッテリの温度を効率よく高めることが可能となる。
バッテリの温度が低い場合、その能力が低下する。前記構成によれば、空調装置(第三熱媒体)の排熱によって第四熱媒体を昇温し、その第四熱媒体を利用してバッテリの温度を効率よく高めることが可能となる。
(11)前記(9)又は(10)の作業機械において、前記蒸発器を通過する前記第一熱媒体又は前記第二熱媒体の流量を調整する第一バルブを有する。
前記構成によれば、第一バルブの開度を、例えばフィードバック制御することで、空調装置用の第三熱媒体による補助レベルの調整が可能となる。
前記構成によれば、第一バルブの開度を、例えばフィードバック制御することで、空調装置用の第三熱媒体による補助レベルの調整が可能となる。
(12)前記(10)の作業機械において、前記バッテリを通過する前記第四熱媒体の流量を調整する第二バルブを有する。
前記構成によれば、第二バルブの開度を、例えばフィードバック制御することで、空調装置用の第三熱媒体によるバッテリの昇温の補助レベルの調整が可能となる。
前記構成によれば、第二バルブの開度を、例えばフィードバック制御することで、空調装置用の第三熱媒体によるバッテリの昇温の補助レベルの調整が可能となる。
(13)前記(10)の作業機械において、前記加熱ユニットは、前記第四熱媒体を加熱する電気ヒータを有する。
前記構成によれば、バッテリを迅速に昇温させることが可能となる。
前記構成によれば、バッテリを迅速に昇温させることが可能となる。
(14)本開示の実施形態に係る作業機械は、機械フレームと、前記機械フレームに搭載される燃料電池と、前記機械フレームに搭載される電装品と、熱媒体を用いて前記燃料電池及び前記電装品の一方又は双方の温度を調整するための熱交換器と、圧縮機、膨張弁、蒸発器、及び凝縮器を有し第三熱媒体を用いた冷却機能を備える空調装置と、を有し、前記蒸発器は、前記熱媒体と前記第三熱媒体との間で熱交換を行う。
前記構成を有する作業機械によれば、例えば、燃料電池及び電装品の一方又は双方を温度調整する熱媒体の温度が、空調装置用の第三熱媒体よりも高い場合、補助熱交換器において、熱媒体の温度が、第三熱媒体によって下げられる。第三熱媒体によって温度が下げられた熱媒体を用いて、燃料電池及び電装品の一方又は双方の冷却が行われる。
(15)前記(14)の作業機械は、バッテリと、第四熱媒体を用いて前記バッテリを昇温させる加熱ユニットと、を有し、前記凝縮器は、前記第四熱媒体と前記第三熱媒体との間で熱交換を行う。
バッテリの温度が低い場合、その能力が低下する。前記構成によれば、空調装置(第三熱媒体)の排熱によって第四熱媒体を昇温し、その第四熱媒体を利用してバッテリの温度を効率よく高めることが可能となる。つまり、第三熱媒体によって温度が上げられた第四熱媒体を用いて、バッテリを昇温させることが可能となる。
バッテリの温度が低い場合、その能力が低下する。前記構成によれば、空調装置(第三熱媒体)の排熱によって第四熱媒体を昇温し、その第四熱媒体を利用してバッテリの温度を効率よく高めることが可能となる。つまり、第三熱媒体によって温度が上げられた第四熱媒体を用いて、バッテリを昇温させることが可能となる。
<本開示の実施形態の詳細>
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔作業機械の全体構造〕
図25は、作業機械の全体構造の一例を示す斜視図である。
本実施形態の作業機械は、農作業に用いられる作業車両であり、具体的にはトラクタである。作業機械は、トラクタに限定されず、建設機械、及びユーティリティビークルなどの移動体であってもよい。以下、作業機械が作業車両10である場合について説明する。図26は、外装部品の一部(ボンネット34及びカバー111等)を取り外した作業車両10の右側面図である。
図25は、作業機械の全体構造の一例を示す斜視図である。
本実施形態の作業機械は、農作業に用いられる作業車両であり、具体的にはトラクタである。作業機械は、トラクタに限定されず、建設機械、及びユーティリティビークルなどの移動体であってもよい。以下、作業機械が作業車両10である場合について説明する。図26は、外装部品の一部(ボンネット34及びカバー111等)を取り外した作業車両10の右側面図である。
作業車両10は、シャーシ41、駆動装置14、運転席15、キャビン16、ボンネット34、カバー111、タンクユニット21、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び走行装置12、を有する。
作業車両10の前から後に向かって順に、シャーシ41に、ボンネット34及びカバー111が搭載され、カバー111の後にキャビン16が配置される。
作業車両10の前から後に向かって順に、シャーシ41に、ボンネット34及びカバー111が搭載され、カバー111の後にキャビン16が配置される。
キャビン16は、前柱、後ろ柱及びルーフを有し、これらにより区画された運転室である。作業車両10は、キャビン16の代わりに、キャノピやロプスを有していてもよい。作業車両10がキャビン16を有さない場合、タンクユニット21は、搭載フレーム17により運転席15の上方に配置される。
図26に示すように、シャーシ41の前部に、前側から後ろ側に向かって順に、第二ラジエータ49、燃料電池24、及び第一ラジエータ48が搭載される。第二ラジエータ49及び燃料電池24は、ボンネット43により覆われ、第一ラジエータ48はカバー111により覆われる。
タンクユニット21は、燃料を貯蔵するタンク13を内部に有する。燃料を貯蔵するタンク13を内部に有する。燃料は、液体又は気体であり、水素、メタン、一酸化炭素(CO)等である。この実施形態では、タンク13は水素ガスを貯蔵する。駆動装置14は、貯蔵された燃料により駆動する。
作業車両10は、燃料電池車両(FCV:Fuel Cell Vehicle)であり、燃料電池24が水素と酸素の化学反応により発生させる電力をエネルギー源として走行する。燃料電池24は、メタン又は一酸化炭素(CO)によって電力を発生させるものであってもよい。
作業車両10は、燃料電池車両(FCV:Fuel Cell Vehicle)であり、燃料電池24が水素と酸素の化学反応により発生させる電力をエネルギー源として走行する。燃料電池24は、メタン又は一酸化炭素(CO)によって電力を発生させるものであってもよい。
駆動装置14は、燃料電池24、バッテリ30、及び電動モータ31(図27参照)を有する。図27は、作業車両10の内部構造の一例を示す斜視図である。バッテリ30は、燃料電池24の出力電力を蓄積するバッテリパック30A(図28参照)を有する。図28は、作業車両10の機能的構成の一例を示すブロック図である。
作業車両10は、水素ガスの配管22を有する。水素ガスは、配管22の端部に接続された充填口52(図28参照)から供給されてタンク13に充填される。タンク13内の水素ガスは、配管22を通じて燃料電池24に供給される。
作業車両10は、水素ガスの配管22を有する。水素ガスは、配管22の端部に接続された充填口52(図28参照)から供給されてタンク13に充填される。タンク13内の水素ガスは、配管22を通じて燃料電池24に供給される。
走行装置12は、シャーシ41に搭載され、前輪12A及び後輪12Bを有する。前輪12A及び後輪12Bのうちの一方又は双方は、モータ31の動力によって回転する。モータ31の動力により回転する車輪12A,12Bのうちの一方又は双方(駆動輪)は、クローラ(無限軌道)であってもよい。
〔作業車両の内部構造〕
シャーシ41は(図27参照)、前後方向に長い形状の鋼製フレームを有して構成されていて、前フレーム32とギアケース33とを有する。ギアケース33は、前フレーム32の後部に連結されている。ギアケース33と前フレーム32とから作業車両10の骨格が形成される。前フレーム32とギアケース33とを有するシャーシ41は、駆動装置14、運転席15、及びキャビン16等を搭載する車体フレーム(機械フレーム)となる。
シャーシ41は(図27参照)、前後方向に長い形状の鋼製フレームを有して構成されていて、前フレーム32とギアケース33とを有する。ギアケース33は、前フレーム32の後部に連結されている。ギアケース33と前フレーム32とから作業車両10の骨格が形成される。前フレーム32とギアケース33とを有するシャーシ41は、駆動装置14、運転席15、及びキャビン16等を搭載する車体フレーム(機械フレーム)となる。
シャーシ41に、タンクユニット21用の搭載フレーム17が連結されている。搭載フレーム17は、タンクユニット21をキャビン16の上方で支持する。搭載フレーム17は、前後方向が左右方向よりも長いほぼ長方形状の天井フレーム17Aと、天井フレーム17Aを下方から支持する複数本のピラー17Bと、天井フレーム17Aの前端部に連結される左右一対の補強フレーム17Cとを含む。天井フレーム17Aに、タンクユニット21が連結される。補強フレーム17Cは、天井フレーム17Aの前端部から前フレーム32に渡って下方に傾斜する補強用斜材である。
シャーシ41に支持フレーム37が連結され、支持フレーム37によって、バッテリ30は支持される。具体的には、シャーシ41の前フレーム32にモータ31が搭載され、前フレーム32におけるモータ31対応部分に支持フレーム37が取り付けられる。支持フレーム37は、例えば金属製のフレーム部材よりなり、前フレーム32から右側に突出するように片持ち状態で取り付けられる。
モータ31の後に位置するギアケース33は、内部に動力伝達機構を有する。動力伝達機構は、トランスミッション、クラッチ、及びデファレンシャルギアを含み、モータ31の出力軸の回転を減速又は増速して走行装置12に伝達する。
ギアケース33の内部の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を、PTO軸334(図26参照)に出力する分岐機構を含む。PTO軸334は、ギアケース33の後部から突出する出力軸である。
ギアケース33の内部の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を、PTO軸334(図26参照)に出力する分岐機構を含む。PTO軸334は、ギアケース33の後部から突出する出力軸である。
作業車両10は、所望の農作業を行うための作業装置19(図28参照)を作業車両10の後ろに連結するための連結装置43(図26参照)を有する。作業装置19は、インプルメントとも呼ばれる。作業装置19は、例えば耕運機及びベーラーなどである。
PTO軸334の回転運動は、例えば作業車両10の走行中に、作業装置19の入力軸に伝達される。作業車両10は、圃場などを走行しつつ、作業装置19をモータ31の動力によって駆動することができる。
PTO軸334の回転運動は、例えば作業車両10の走行中に、作業装置19の入力軸に伝達される。作業車両10は、圃場などを走行しつつ、作業装置19をモータ31の動力によって駆動することができる。
〔作業車両の機能的構成〕
図28に示すように、作業車両10の機能的な系統に、燃料系統FS、動力系統PS、及び温調系統TSが含まれる。
図28に示すように、作業車両10の機能的な系統に、燃料系統FS、動力系統PS、及び温調系統TSが含まれる。
燃料系統FSの構成要素に、タンク13及びバルブユニット45が含まれる。温調系統TSの構成要素に、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置(エアコン)80が含まれる。動力系統PSの構成要素に、燃料電池24、昇圧回路28、DC/DCコンバータ26、インバータ27、バッテリ30、モータ31、及びギアケース33が含まれる。
以下、DC/DCコンバータ26を「コンバータ26」ともいう。本実施形態の場合、コンバータ26は、第一DC/DCコンバータ26A(「第一コンバータ26A」ともいう。)と、第二DC/DCコンバータ26B(「第二コンバータ26B」ともいう。)とを有する。
以下、DC/DCコンバータ26を「コンバータ26」ともいう。本実施形態の場合、コンバータ26は、第一DC/DCコンバータ26A(「第一コンバータ26A」ともいう。)と、第二DC/DCコンバータ26B(「第二コンバータ26B」ともいう。)とを有する。
タンク13は、バルブユニット45を介して第一配管22A及び第二配管22Bに連結される。第一配管22Aは、充填口52とバルブユニット45とを繋ぐガス管であり、充填口52に導入される水素ガスをタンク13へ導く。第二配管22Bは、燃料電池24とバルブユニット45とを繋ぐガス管であり、タンク13に貯蔵された水素ガスを燃料電池24へ導く。
バルブユニット45は、内部に開閉弁や減圧弁を含む弁の集合体である。バルブユニット45は、内部の弁の動作が制御されることにより、タンク13内の水素ガスを流量調整して燃料電池24に導出する。
モータ31は、ロータと複数のコイルを有するステータとを有し、所定のトルク及び回転速度で出力軸を駆動する。本実施形態の場合、作業車両10にモータ31が1つだけ搭載され、モータ31の回転軸はギアケース33に結合される。
ギアケース33の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を走行装置12に出力し、モータ31の動力の残りをPTO軸334に出力する。
ギアケース33の動力伝達機構は、モータ31の動力の一部を走行装置12に出力し、モータ31の動力の残りをPTO軸334に出力する。
燃料電池24は、例えば、正極及び負極を備えた単セルをケーシング内に積層状態で複数並設した電池モジュールである。燃料電池24は、各単セルで発電された電力を集約して電動モータ31の駆動に必要な電力を発生きせる。燃料電池24は、昇圧回路28と電気的に接続され、昇圧回路28はインバータ27と電気的に接続される。
昇圧回路28は、燃料電池24から入力される電圧を昇圧してインバータ27に出力する。
インバータ27は、モータ31と電気的に接続される。インバータ27は、昇圧回路23から入力される直流を三相交流に変換してモータ31に出力する。燃料電池24が発生させた電力は、昇圧かつ交流に変換されてモータ31に伝送される。
インバータ27は、モータ31と電気的に接続される。インバータ27は、昇圧回路23から入力される直流を三相交流に変換してモータ31に出力する。燃料電池24が発生させた電力は、昇圧かつ交流に変換されてモータ31に伝送される。
作業車両10は、モータ31よりも低電圧で作動する弱電の電装品を有する。これらの電装品に対しては、降圧回路で降圧された直流電力が供給される。
弱電の電装品は、例えば、バッテリ30、第一ラジエータ48の第一ファン35、第二ラジエータ49の第二ファン36、及び空調装置80である。前記降圧回路は、コンバータ26であり、本実施形態の場合、第一コンバータ26A、及び、第二コンバータ26Bである。
弱電の電装品は、例えば、バッテリ30、第一ラジエータ48の第一ファン35、第二ラジエータ49の第二ファン36、及び空調装置80である。前記降圧回路は、コンバータ26であり、本実施形態の場合、第一コンバータ26A、及び、第二コンバータ26Bである。
第一コンバータ26Aは、昇圧回路28から入力される直流電圧を降圧してバッテリ30と空調装置80に供給する。第二コンバータ26Bは、昇圧回路28から入力される直流電圧を降圧して第一ラジエータ48の第一ファン35及び第二ラジエータ49の第二ファン36に供給する。
インバータ27、及びコンバータ26(第一コンバータ26A、及び第二コンバータ26B)は、車体フレームとなるシャーシ41に取り付けられる。インバータ27及びコンバータ26は、運転席15の近傍に搭載される。
バッテリ30は、モータ31に供給される電力を一時的に蓄積する蓄電装置である。バッテリ30は、バッテリパック30Aを有する。バッテリパック30Aは、少なくとも1つの電池を含む。電池は、例えば、リチウムイオン電池、又は鉛蓄電池等の充放電型の電池である。
〔温調系統TSについて〕
図29は、温調系統TSの一例を示す説明図である。図28及び図29により、温調系統TSについて説明する。温調系統TSは、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置80を有する。
図29は、温調系統TSの一例を示す説明図である。図28及び図29により、温調系統TSについて説明する。温調系統TSは、第一ラジエータ48、第二ラジエータ49、及び空調装置80を有する。
第一ラジエータ48は、燃料電池24を第一熱媒体(第一冷却液)C1により冷却させるための第一冷却ユニットU1に含まれる第一熱交換器である。
第二ラジエータ49は、モータ31等を含む電装品Eを第二熱媒体(第二冷却液)C2により冷却させるための第二冷却ユニットU2に含まれる第二熱交換器である。
第二ラジエータ49は、モータ31等を含む電装品Eを第二熱媒体(第二冷却液)C2により冷却させるための第二冷却ユニットU2に含まれる第二熱交換器である。
第一ラジエータ48に、第一流路(第一配管)H1が接続される。第一流路H1は、循環流路であり、第一熱媒体C1がポンプ47により第一流路H1を循環する。第一流路H1は、第一ラジエータ48を通過する。第一ラジエータ48は、第一熱媒体C1を外部空気との間で熱交換し、第一熱媒体C1を冷却する。第一ラジエータ48は、熱交換を促進するための第一ファン35を有する。第一ラジエータ48及び流路H1を含む第一冷却ユニットU1による冷却対象は、燃料電池24である。
第二ラジエータ49に、第二流路(第二配管)H2が接続される。第二流路H2は、循環流路であり、第二熱媒体C2がポンプ46により第二流路H2を循環する。第二流路H2は、第二ラジエータ49を通過する。第二ラジエータ49は、第二熱媒体C2を外部空気との間で熱交換し、第二熱媒体C2を冷却する。第二ラジエータ49は、熱交換を促進するための第二ファン36を有する。第二ラジエータ49及び流路H2を含む第二冷却ユニットU2による冷却対象は、発熱品となる電装品Eであり、第一コンバータ26A、第二コンバータ26B、バッテリ30、モータ31、インバータ27、及び昇圧回路28等である。
以上のように、温調系統TSは、第一熱媒体C1が通過することで燃料電池24の温度調整を行う第一流路H1と、第二熱媒体C2が通過することで電装品Eの温度調整を行う第二流路H2とを有する。第一ラジエータ48は、第一流路H1に設けられ、燃料電池24を通過した第一熱媒体C1の温度を調整する(冷却する)。第二ラジエータ49は、第二流路H2に設けられ、電装品Eを通過した第二熱媒体C2の温度を調整する(冷却する)。
温調系統TSは、更に、補助熱交換器60として補助ラジエータを有する。補助熱交換器60は、第一流路H1及び第二流路H2に接続されている。つまり、第一流路H1及び第二流路H2は、補助熱交換器60を通過する。補助熱交換器60は、第一流路H1の第一熱媒体C1と第二流路H2の第二熱媒体C2との間で熱交換を行う。
本実施形態の場合、第一流路H1を流れる第一熱媒体C1の流量は、第二流路H2を流れる第二熱媒体C2の流量よりも多い。
第一ラジエータ48と第二ラジエータ49とは、熱交換による温度低下幅についての能力差を有する。本実施形態の場合、図29に示すように、第一ラジエータ48における第一熱媒体C1の温度低下幅ΔT1は、第二ラジエータ49における第二熱媒体C2の温度低下幅ΔT2よりも、小さい。
第一ラジエータ48と第二ラジエータ49とは、熱交換による温度低下幅についての能力差を有する。本実施形態の場合、図29に示すように、第一ラジエータ48における第一熱媒体C1の温度低下幅ΔT1は、第二ラジエータ49における第二熱媒体C2の温度低下幅ΔT2よりも、小さい。
第一ラジエータ48を通過した第一熱媒体C1の温度t11は、第二ラジエータ49を通過した第二熱媒体C2の温度t21よりも高い。補助熱交換器60により、温度の高い第一熱媒体C1と温度の低い第二熱媒体C2との間で熱交換が行われる。なお、図29では、燃料電池24を通過した後であって第一ラジエータ48を通過する前の第一熱媒体C1の温度t13と、全ての電装品Eを通過した後であって第二ラジエータ49を通過する前の第二熱媒体C2の温度t23とは、同じであるとして、各温度を例示している。
補助熱交換器60における第一熱媒体C1と第二熱媒体C2との熱交換によって、補助熱交換器60を通過した後の第二熱媒体C2の温度t22は、補助熱交換器60を通過する前の第二熱媒体C2の温度t21よりも高くなる。これに対して、補助熱交換器60を通過した後の第一熱媒体C1の温度t12は、補助熱交換器60を通過する前の第一熱媒体C1の温度t11よりも低くなる。
補助熱交換器60によって、より温度の低くなった第一熱媒体C1が、燃料電池24を通過する。第二熱媒体C2によって温度が下げられた第一熱媒体C1を用いて、燃料電池24の冷却が行われる。つまり、第二熱媒体C2によって燃料電池24の冷却が補われる。
第二流路H2は、補助熱交換器60を第二熱媒体C2が通過する流路62を有する。第二流路H2に、バイパス流路61が設けられている。つまり、温調系統TSは、前記流路62と並列接続されていて第二熱媒体C2が流れるバイパス流路61を有する。
第二流路H2の第二熱媒体C2の一部が、補助熱交換器60(流路62)を通過し、その第二熱媒体C2と第一熱媒体C1との間で熱交換される。第二熱媒体C2の別の一部が、補助熱交換器60(流路62)を通過しないで、バイパス流路61を通過して循環することが可能となる。
第二流路H2の第二熱媒体C2の一部が、補助熱交換器60(流路62)を通過し、その第二熱媒体C2と第一熱媒体C1との間で熱交換される。第二熱媒体C2の別の一部が、補助熱交換器60(流路62)を通過しないで、バイパス流路61を通過して循環することが可能となる。
温調系統TSは、バイパス用バルブ63を有する。図29に示す形態の場合、バイパス用バルブ63は、バイパス流路61の途中に設けられている。バイパス用バルブ63の開度は、作業車両10が有する制御装置70(図28参照)によって調整制御される。バイパス用バルブ63は、第二流路H2とバイパス流路61との分岐部64に設けられていてもよい。この場合、バイパス用バルブ63は、三方向バルブとなる。
バイパス流路61によれば、補助熱交換器60において、第二熱媒体C2の全部を、第一熱媒体C1との間で熱交換させる必要が無い場合に、有効となる。更に、バイパス用バルブ63によれば、補助熱交換器60で熱交換に用いられる第二熱媒体C2の量(流量)が調整される。バイパス用バルブ63は、全開、全閉、又は中間開度で弁体を開くことが可能である。バイパス用バルブ63の開度が調整されることで、バイパス流路61を流れる第二熱熱媒体C2の流量が調整される。
後にも説明するが、作業車両10の運転開始時、電装品Eであるバッテリ30、及び、モータ31が有する転がり軸受(図示せず)のために、暖機運転が行われるのが好ましい。
暖気運転のためには、バイパス用バルブ63の開度を小さくして、補助熱交換器60(流路62)に比較的多くの第二熱媒体C2を流す。暖気が不要となれば、又は、第一ラジエータ48の補助が不要であれば、バイパス用バルブ63の開度を大きくして、バイパス流路61に比較的多くの第二熱媒体C2を流す。
暖気運転のためには、バイパス用バルブ63の開度を小さくして、補助熱交換器60(流路62)に比較的多くの第二熱媒体C2を流す。暖気が不要となれば、又は、第一ラジエータ48の補助が不要であれば、バイパス用バルブ63の開度を大きくして、バイパス流路61に比較的多くの第二熱媒体C2を流す。
以上のように、バイパス流路61によれば、第二熱媒体C2が、補助熱交換器60を通過する流路62と、バイパス流路61とに分配される。バイパス用バルブ63の開度が調整されることで、バイパス流路61を流れる第二熱媒体C2の割合が調整される。バイパス用バルブ63によれば、バイパス流路61を流れる第二熱媒体C2をゼロにすることも可能である。バイパス用バルブ63が、前記分岐部64に設けられる場合、補助熱交換器60(流路62)を流れる第二熱媒体C2をゼロにすることも可能である。
なお、図示しないが、分岐部64から補助熱交換器60側の流路に、バルブが設けられていてもよい。そのバルブの開度が調整されることで、補助熱交換器60(流路62)を流れる第二熱媒体C2の流量を調整することができ、その流量をゼロにすることも可能となる。
〔温調系統TSの変形例〕
図30は、温調系統TSの変形例を示す説明図である。図30に示す温調系統TSは、図29に示す温調系統TSの構成を有する他に、空調装置80及び加熱ユニット72を有する。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる装置である。なお、図30では、図29に示す温調系統TSの構成を省略している。
図30は、温調系統TSの変形例を示す説明図である。図30に示す温調系統TSは、図29に示す温調系統TSの構成を有する他に、空調装置80及び加熱ユニット72を有する。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる装置である。なお、図30では、図29に示す温調系統TSの構成を省略している。
空調装置80は、圧縮機81、膨張弁82、蒸発器83、及び凝縮器84を有し、第三熱媒体C3を用いた冷却機能を備える。空調装置80は、例えば、キャビン16内を温度調整(冷房)したり、作業車両10が有する装置(例えば、制御装置70のような発熱品)を冷却したりする。
空調装置80は、第三熱媒体C3が通過する循環配管85を有する。循環配管85の各部に圧縮機81、膨張弁82、蒸発器83、及び凝縮器84が設けられる。蒸発器83における第三熱媒体C3は、第一熱媒体C1及び第二熱媒体C2のうちの一方又は双方よりも温度が低い。
空調装置80は、第三熱媒体C3が通過する循環配管85を有する。循環配管85の各部に圧縮機81、膨張弁82、蒸発器83、及び凝縮器84が設けられる。蒸発器83における第三熱媒体C3は、第一熱媒体C1及び第二熱媒体C2のうちの一方又は双方よりも温度が低い。
蒸発器83は、第三熱媒体C3と、第一熱媒体C1又は第二熱媒体C2との間で熱交換を行う。つまり、第一熱媒体C1が流れる第一流路H1が、蒸発器83を通過し、蒸発器83において、第一熱媒体C1と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われる。又は、第二熱媒体C2が流れる第二流路H2が、蒸発器83を通過し、蒸発器83において、第二熱媒体C2と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われる。又は、第一流路H1及び第二流路H2の双方が、蒸発器83を通過し、蒸発器83において、第一熱媒体C1と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われ、第二熱媒体C2と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われてもよい。
蒸発器83において、第一熱媒体C1又は第二熱媒体C2は、第三熱媒体C3によって温度が下げられる。温度の下げられた第一熱媒体C1により、燃料電池24が冷却され、温度の下げられた第二熱媒体C2により、電装品Eが冷却される。つまり、図30に示す温調系統TSによれば、第三熱媒体C3によって燃料電池24又は電装品Eの冷却が補われる。
図30に示す温調系統TSは、第一流路H1又は第二流路H2に設けられているバルブ(第一バルブ)87を有する。バルブ87は、その弁体の開度を任意に変更可能であり、蒸発器83を通過する第一熱媒体C1又は第二熱媒体C2の流量を調整する。バルブ87の開度は、制御装置70によって制御される。
バルブ87の開度は、例えば、第一熱媒体C1の温度又は第二熱熱媒体C2の温度に基づいて、フィードバック制御される。これにより、第一ラジエータ48側又は第二ラジエータ49側に対する第三熱媒体C3の補助レベルの調整が可能となる。
バルブ87の開度は、例えば、第一熱媒体C1の温度又は第二熱熱媒体C2の温度に基づいて、フィードバック制御される。これにより、第一ラジエータ48側又は第二ラジエータ49側に対する第三熱媒体C3の補助レベルの調整が可能となる。
図30に示す温調系統TSは、前記のとおり、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる加熱ユニット72を有する。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を循環させる循環流路88と、バルブ(第二バルブ)89とを有する。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を加熱する電気ヒータ90を有する。電気ヒータ90により、バッテリ30を迅速に昇温させることが可能となる。
凝縮器84における第四熱媒体C4は、第三熱媒体C3よりも温度が低い場合がある。この場合、凝縮器84は、第四熱媒体C4と第三熱媒体C3との間で熱交換を行う。
ここで、バッテリ30の温度が低い場合、その能力が低下する。凝縮器84において第四熱媒体C4と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われることで、空調装置80(第三熱媒体C3)の排熱によって第四熱媒体C4を昇温させることが可能となる。第四熱媒体C4を利用してバッテリ30の温度を効率よく高めることが可能となる。
ここで、バッテリ30の温度が低い場合、その能力が低下する。凝縮器84において第四熱媒体C4と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われることで、空調装置80(第三熱媒体C3)の排熱によって第四熱媒体C4を昇温させることが可能となる。第四熱媒体C4を利用してバッテリ30の温度を効率よく高めることが可能となる。
バルブ89は、循環流路88の途中に設けられている。バルブ89は、バッテリ30を通過する第四熱媒体C4の流量を調整する。バルブ89の開度は、制御装置70によって制御される。バルブ89の開度を、例えばバッテリ30の温度に基づいてフィードバック制御する。この構成により、加熱ユニット72に対する第三熱媒体C3による補助レベルの調整が可能となる。
〔本実施形態の作業車両10〕
以上のように、本実施形態の作業車両10は(図29参照)、燃料電池24と、モータ31等の電装品Eと、補助熱交換器60とを有する。補助熱交換器60は、燃料電池24を温度調整(冷却)する第一熱媒体C1と、各電装品Eを温度調整(冷却)する第二熱媒体C2との熱交換を行う。
本実施形態の場合、燃料電池24を冷却した後に第一ラジエータ48を通過した第一熱媒体C1の温度t11が、電装品Eを冷却した後に第二ラジエータ49を通過した第二熱媒体C2の温度t21よりも高くなる(t11>t21)。
以上のように、本実施形態の作業車両10は(図29参照)、燃料電池24と、モータ31等の電装品Eと、補助熱交換器60とを有する。補助熱交換器60は、燃料電池24を温度調整(冷却)する第一熱媒体C1と、各電装品Eを温度調整(冷却)する第二熱媒体C2との熱交換を行う。
本実施形態の場合、燃料電池24を冷却した後に第一ラジエータ48を通過した第一熱媒体C1の温度t11が、電装品Eを冷却した後に第二ラジエータ49を通過した第二熱媒体C2の温度t21よりも高くなる(t11>t21)。
補助熱交換器60により、第一熱媒体C1と第二熱媒体C2との間で熱交換が行われる。つまり、温度の高い第一熱媒体C1が、温度の低い第二熱媒体C2により冷却される。このように冷却された第一熱媒体C1により、燃料電池24が冷却される。つまり、燃料電池24の冷却が第二熱媒体C2によって補われる。その結果、作業車両10の全体として熱交換効率が向上する。また、特に、第一ラジエータ48の小型化の可能性がある。
本実施形態の作業車両10の場合、電装品Eは、燃料電池24が生成した電力を溜めるバッテリ30、及び、走行動力を発生させるモータ31を含む。作業車両10の運転開始時、電装品Eであるバッテリ30、及び、モータ31が有する転がり軸受(図示せず)のために、暖機運転が行われるのが好ましい。バッテリ30及びモータ31の暖気運転のために、補助熱交換器60によって、第一ラジエータ48(第一熱媒体C1)の排熱が活用され、電装品Eの暖気運転の時短が可能となる。
〔別の温調系統TSを有する作業車両10〕
図31は、図29及び図30に示す形態と異なる作業車両10の温調系統TSの説明図である。図31に示す構成を有する作業車両10は、温調系統TS以外について、図25に示す作業車両10と同じである。つまり、作業車両10は、機械フレームであるシャーシ41と、シャーシ41に搭載される燃料電池24と、シャーシ41に搭載される電装品Eとを有する。
図31は、図29及び図30に示す形態と異なる作業車両10の温調系統TSの説明図である。図31に示す構成を有する作業車両10は、温調系統TS以外について、図25に示す作業車両10と同じである。つまり、作業車両10は、機械フレームであるシャーシ41と、シャーシ41に搭載される燃料電池24と、シャーシ41に搭載される電装品Eとを有する。
図31に示す温調系統TSは、熱交換器としてラジエータ91を有する。そのラジエータ91は、熱媒体C5を用いて燃料電池24及び電装品Eの一方又は双方の温度を調整する。図31に示す形態の場合、温調系統TSは、ラジエータ91を通過する循環流路92を有し、その循環流路92を流れる熱媒体C5は、燃料電池24及び電装品Eの双方を通過し、燃料電池24及び電装品Eの温度調整(冷却)のために用いられる。
図31に示す温調系統TSは、空調装置80、及び、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる加熱ユニット72を有する。
空調装置80は、圧縮機81、膨張弁82、蒸発器83、及び凝縮器84を有し、第三熱媒体C3を用いた冷却機能を備える。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる。空調装置80及び加熱ユニット72は、図30に示す空調装置80及び加熱ユニット72と同じである。
空調装置80は、圧縮機81、膨張弁82、蒸発器83、及び凝縮器84を有し、第三熱媒体C3を用いた冷却機能を備える。加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を用いてバッテリ30を昇温させる。空調装置80及び加熱ユニット72は、図30に示す空調装置80及び加熱ユニット72と同じである。
循環流路92は、バイパス流路95を有する。そのバイパス流路95にバルブ87が設けられている。バルブ87は、その弁体の開度を任意に変更可能であり、蒸発器83を通過する熱媒体C5の流量を調整する。その機能は、図30に示す温調系統TSのバルブ87と同じである。
加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を加熱する電気ヒータ90を有する。電気ヒータ90により、バッテリ30を迅速に昇温させることが可能となる。
加熱ユニット72は、第四熱媒体C4を加熱する電気ヒータ90を有する。電気ヒータ90により、バッテリ30を迅速に昇温させることが可能となる。
熱媒体C5の温度が、空調装置80用の第三熱媒体C3よりも高い場合、蒸発器83は、バイパス流路95を流れる熱媒体C5と、第三熱媒体C3との間で熱交換を行う。熱媒体C5の温度は、第三熱媒体C3によって下げられる。第三熱媒体C3によって温度が下げられた熱媒体C5を用いて、燃料電池24及び電装品Eの冷却が行われる。つまり、第三熱媒体C3によって燃料電池24及び電装品Eの冷却が補われる。
凝縮器84は、第四熱媒体C4と第三熱媒体C3との間で熱交換を行う。バッテリ30の温度が低い場合、その能力が低下する。凝縮器84において第四熱媒体C4と第三熱媒体C3との間で熱交換が行われることで、空調装置80(第三熱媒体C3)の排熱によって第四熱媒体C4が昇温する。その第四熱媒体C4を利用してバッテリ30の温度を効率よく高めることが可能となる。
〔その他〕
前記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、前記実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更を含む。
第3章で用いられた符号は、この第3章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
第3章で開示された構成について、第1章又は第2章で開示された発明に適用可能であり、また、第1章又は第2章で開示された構成について、第3章で開示された発明に適用可能である。
前記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、前記実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更を含む。
第3章で用いられた符号は、この第3章でのみ用いられるものであり、他の章の符号とは関係がない。
第3章で開示された構成について、第1章又は第2章で開示された発明に適用可能であり、また、第1章又は第2章で開示された構成について、第3章で開示された発明に適用可能である。
〔符号の説明〕
10 作業車両(作業機械)
24 燃料電池
30 バッテリ
31 モータ
41 シャーシ(機械フレーム)
48 第一ラジエータ(第一熱交換器)
49 第二ラジエータ(第一熱交換器)
60 補助熱交換器
61 バイパス流路
62 流路
63 バイパス用バルブ
72 加熱ユニット
80 空調装置
81 圧縮機
82 膨張弁
83 蒸発器
84 凝縮器
87 バルブ(第一バルブ)
89 バルブ(第二バルブ)
90 電気ヒータ
91 ラジエータ(熱交換器)
C1 第一熱媒体
C2 第二熱媒体
C3 第三熱媒体
C4 第四熱媒体
C5 熱媒体
E 電装品
H1 第一流路
H2 第二流路
10 作業車両(作業機械)
24 燃料電池
30 バッテリ
31 モータ
41 シャーシ(機械フレーム)
48 第一ラジエータ(第一熱交換器)
49 第二ラジエータ(第一熱交換器)
60 補助熱交換器
61 バイパス流路
62 流路
63 バイパス用バルブ
72 加熱ユニット
80 空調装置
81 圧縮機
82 膨張弁
83 蒸発器
84 凝縮器
87 バルブ(第一バルブ)
89 バルブ(第二バルブ)
90 電気ヒータ
91 ラジエータ(熱交換器)
C1 第一熱媒体
C2 第二熱媒体
C3 第三熱媒体
C4 第四熱媒体
C5 熱媒体
E 電装品
H1 第一流路
H2 第二流路
Claims (15)
- 車両本体と、前記車両本体に搭載される燃料電池と、前記燃料電池が生成した電力を溜めるバッテリと、電力をエネルギとして動作するモータと、第一電力変換器と、第二電力変換器と、を有し、
前記車両本体は、車体フレームと、前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器を前記車体フレームに取り付けるための支持構造と、を有し、
前記支持構造は、
前記車体フレームに取り付けられているベース部と、
前記ベース部から起立する第一起立部を有し前記第一起立部に前記第一電力変換器が取り付けられて支持される第一支持部と、
前記ベース部から起立する第二起立部を有し前記第二起立部に前記第二電力変換器が取り付けられて支持される第二支持部と、
を有する、作業機械。 - 前記第一電力変換器は、箱型に形成され、
前記第一起立部は、前記箱型に形成された前記第一電力変換器の一面に対向し、かつ、前記一面側が取り付けられる第一取付面を有する、請求項1に記載の作業機械。 - 前記第二電力変換器は、箱型に形成され、
前記第二起立部は、前記箱型に形成された前記第二電力変換器の一面に対向し、かつ、前記一面側が取り付けられる第二取付面を有する、請求項2に記載の作業機械。 - 前記第一取付面と前記第二取付面とは、前記車両本体の幅方向に離間して配置されている、請求項3に記載の作業機械。
- 前記第一取付面と前記第二取付面との間に前記第一電力変換器が配置されている、請求項4に記載の作業機械。
- 前記第一支持部と前記第二支持部とは、それぞれ別部材により構成されていて、前記ベース部に個別に取り付け可能である、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の作業機械。
- 前記第一支持部と、前記第二支持部と、前記ベース部の一部とは、一つの部材により構成されている、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の作業機械。
- 前記支持構造は、
前記第一支持部と前記第二支持部とを含む支持ユニットを、車両側方から覆うカバーを有する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の作業機械。 - 前記第一支持部と前記第二支持部とは、車幅方向に並んで配置され、
前記カバーは、前記支持ユニットを、車幅方向の外側から覆う、請求項8に記載の作業機械。 - 前記第一電力変換器及び前記第二電力変換器それぞれはハーネスと接続されていて、
前記カバーは、前記第一電力変換器と前記ハーネスとの接続部、及び、前記第二電力変換器と前記ハーネスとの接続部を覆う、請求項8又は請求項9に記載の作業機械。 - 前記車両本体は、キャビンを有し、
前記第一支持部及び前記第二支持部は、前記キャビンの下に位置する、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の作業機械。 - 前記車両本体は、前記車体フレームの車幅方向の両側に後輪を有し、
前記第一支持部及び前記第二支持部は、一対の前記後輪の一方と前記車体フレームとの間に位置する、請求項11に記載の作業機械。 - 前記支持構造は、前記第一支持部を前記ベース部に固定する第一ボルトと、前記第二支持部を前記ベース部に固定する第二ボルトと、前記第一支持部と前記第二支持部とを連結する第三ボルトと、を有する、請求項6に記載の作業機械。
- 前記第一電力変換器は、前記第二電力変換器よりも車幅方向内側に位置し、
前記第二支持部は、前記第二起立部として、前記第二電力変換器の車幅方向内側に位置する第二内側フレームを有し、前記第二支持部の車幅方向外側は開放されていて、
前記支持構造は、前記第二支持部に支持されている前記第二電力変換器を車幅方向外側から覆うカバーを有する、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の作業機械。 - 前記第一支持部は、前記第一起立部として、前記第一電力変換器の車幅方向内側に位置する第一内側フレームを有し、車幅方向外側は開放されている、請求項14に記載の作業機械。
Applications Claiming Priority (6)
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|---|---|
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ID=96217307
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|---|---|---|---|
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2024
- 2024-09-30 WO PCT/JP2024/034889 patent/WO2025142002A1/ja active Pending
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