JP2009196564A - 架装車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 架装装置を積載した架装車両のアイドリングストップ中における架装装置への電力供給の安定化を図り、架装装置を積載した架装車両の運行中における二酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質等の有害物質の排出量を低減させる。
【解決手段】 ＤＭＥを液体状態で貯蔵する燃料タンクと、水を貯留する水タンクと、燃料タンクのＤＭＥを燃焼させることにより動力を取り出すエンジンと、電力により稼働する架装装置とを搭載し、エンジンの動力により走行する架装車両において、燃料タンクのＤＭＥ及び水タンクの水を用いた改質反応により水素を生成する改質器と、改質器から供給される水素を燃料として発電する燃料電池とを設け、燃料電池により発電された電力を架装装置に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、架装装置を積載した架装車両に関し、特に、冷凍機などの消費電力が大きい架装装置を積載し、アイドリングストップ中においても架装装置への電力の安定供給を確保することが可能な架装車両に関する。

二酸化炭素や窒素酸化物の排出量を削減することによる環境負荷の軽減、燃費の向上、騒音問題への対処などの観点から車両のアイドリングストップが奨励されている。特に、軽油を燃料とするディーゼル車両では、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）による健康被害も問題視されている。

このため、国や地域などによっては、全ての車両を対象として、或いは、商用車やディーゼル車両等の特定の車両を対象として、停車中におけるアイドリングストップを法律や条令などにより義務化する動きも見られる（例えば、東京都における「都民の健康と安全を確保する環境に関する条例」）。

しかし、冷凍機などの消費電力の大きい架装装置を積載した架装車両では、架装装置の稼働電力はエンジン及びバッテリーにより賄わなければならないため、長時間に渡ってアイドリングストップをすると、バッテリーが消耗し、或いは、架装装置が稼働不能となるなどの不都合を生じることになる。

このために、アイドリングストップの義務化に関する法律や条例においても、消費電力の大きい架装装置を積載した架装車両は、規制の対象外とされる場合も多い。
特開２００７−２６５６５３号公報

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、以下のいずれか１以上の目的を達成するものである。

即ち、本発明の目的は、消費電力の大きい架装装置を積載した架装車両において、架装装置への電力供給のためのエンジン負荷を軽減すること、或いは、架装装置への安定な電力供給を確保しつつアイドリングストップを行うことが可能な架装車両を提供することにある。

本発明の他の目的は、既存のインフラを用いて安定供給することが可能な燃料を用い、従来から広く使用されている方式のディーゼルエンジンにより走行する架装車両であって、架装装置への電力供給のためのエンジン負荷を軽減すること、或いは、架装装置への安定な電力供給を確保しつつアイドリングストップを行うことが可能な架装車両を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、二酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質の排出量を低減させ、アイドリング中の騒音を軽減し、及び／又は、燃費を向上させることが可能な架装車両を提供することにある。

本発明は、上記の課題を達成するべくなされたものであり、
ＤＭＥを液体状態で貯蔵する燃料タンクと、
水を貯留する水タンクと、
前記燃料タンクのＤＭＥを燃焼させることにより動力を取り出すエンジンと、
電力により稼働する架装装置とを搭載し、前記エンジンの動力により走行する架装車両であって、
前記燃料タンクのＤＭＥ及び前記水タンクの水を用いた改質反応により水素を生成する改質器と、
前記改質器から供給される水素を燃料として発電する燃料電池とを更に備え、
前記燃料電池により発電された電力が前記架装装置に供給されることを特徴とする架装車両（請求項１）である。

本発明では、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）の改質により得られる水素を用いて発電する燃料電池を備え、燃料電池において発電された電力により架装装置を稼働させることが可能であるために、エンジンの動作状態に関わらず架装装置への安定な電力供給を行うことが可能である。

従って、消費電力の大きい架装装置であっても、架装装置に安定に電力を供給しつつ、長時間に渡ってアイドリングストップを行うことが可能とであり、アイドリングストップの励行による二酸化炭素や窒素酸化物等の有害物質を含む排出ガスの低減、騒音問題の解決等を達成することが可能である。

なお、本発明の架装車両は、必ずしもアイドリングストップ中においてのみ燃料電池から架装装置に電力を供給するものであることは必要なく、エンジンの稼働中（車両の走行中）も燃料電池から架装装置に電力を供給するものであっても良く、この場合には、架装装置への電力供給を走行状態に左右されずに安定に行うことが可能になる。

本発明では、エンジン駆動用の燃料としてＤＭＥが使用されるために、下記の利点を得ることができる。

即ち、ＤＭＥはさまざまな資源から製造が可能であるために安定供給が可能であり、既存のＬＰＧ供給用のインフラが使用可能であるため、ＤＭＥ供給用のインフラ整備に係るコストを低減することが可能である。

また、ＤＭＥを燃料とするエンジンは、排ガス中にスモークや硫黄分を含まず、ＥＧＲによる窒素酸化物の低減が可能であるなど、環境負荷を軽減することが可能である。

加えて、本発明におけるエンジンとしてディーゼルエンジンを使用すれば、燃料噴射系及びシーリング系部品の交換などの軽微な改造のみで、現在広く使用されている軽油を燃料とするディーゼルエンジンをそのままＤＭＥを燃料とする本発明のエンジンに転用することが可能である。

また、ＤＭＥは、非貴金属触媒である銅亜鉛系触媒を用いて比較的低温で改質すること（３５０℃で改質率９５％以上）が可能であることから、燃料電池用の燃料としてＤＭＥを使用することにより、改質器の低耐熱仕様化や触媒の低価格化による改質コストの低減等を達成することが可能である。

本発明では、前記改質器における水素の生成に、前記エンジンの排熱が使用されること（請求項２）が好ましい。

かかる発明では、エンジンの排気ガスなどから得られる排熱を有効利用して改質反応が行われるため、エネルギーの使用効率を高めることが可能である。

本発明では、前記燃料タンクのＤＭＥを燃焼させる燃焼器を更に備え、前記架装車両の停車中において、前記改質器での水素の生成に、前記燃焼器でのＤＭＥの燃焼熱が使用されること（請求項３）が好ましい。

かかる発明では、エンジンの停止中における改質反応に要する熱が燃料タンクに貯蔵されるＤＭＥの燃焼熱により賄われるため、熱源として別途の燃料等を用いる場合と比較してシステムの簡素化を図ることができる。

本発明では、前記燃料電池において発電した電力を貯蔵するバッテリーを更に備え、前記架装車両の停車中において、前記架装装置は、前記バッテリーからの電力により稼働すること（請求項４）が好ましい。

かかる発明では、燃料電池において発電した余剰の電力をバッテリーに充電することで、エンジン停止の時間が短い場合などには、バッテリーからの電力で架装装置を稼働させることが可能である。

本発明では、前記改質器において生成される一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を更に備えること（請求項５）が好ましい。

かかる発明では、改質器からの改質ガス中の一酸化炭素を除去し、システムの安全性を向上させることができる。

なお、本発明における一酸化炭素の除去は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属触を用いて行うことが可能であり、例えば、田中貴金属工業株式会社により提供されるＴＳＳＡ−１、ＴＳＳＡ−２、ＴＳＳＢ−１、ＴＳＳＢ−２等によれば、低貴金属濃度で高い活性を維持することができるために、触媒コストを低減することが可能である。

本発明では、前記燃料電池のカソード側に供給する空気を加湿するための加湿器を更に備えること（請求項６）が好ましく、これにより、燃料電池における発電の安定化、効率化等を図ることが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る架装車両１０のシステム構成を示す説明図である。

図示されるように、本発明の架装車両１０は、ＬＰＧとほぼ同じ高圧ガス仕様（例えば、０．６１ＭＰａ／２０℃）で所定量（例えば、１００Ｌ）のＤＭＥを貯留する燃料タンク１１と、燃料及び加湿用の水を貯留する水タンク１２を備えており、燃料タンク１１には、３系統の燃料ラインＬ１〜Ｌ３が接続され、水タンク１２には、２系統の水供給ラインＬ４、Ｌ５が接続されている。

ディーゼルエンジン１３は、燃料ラインＬ１からのＤＭＥを燃焼させることにより、架装車両１０を走行させるための動力を出力する。ディーゼルエンジン１３からの排ガスは、排ガスラインＬ６を経て車外に放出されるが、排ガスラインＬ６の経路には、後述の改質器１８、気化器１７及び加湿器２１が配置され、熱交換器により取り出される排ガス中の熱がこれらの機器において使用される。

また、燃料ラインＬ２は燃焼器１４に接続されている。燃焼器１４では、必要に応じてＤＭＥの燃焼が行われ、その燃焼熱は、改質器１８、気化器１７及び加湿器２１において使用される。

燃料ラインＬ３及び水供給ラインＬ４は、それぞれ、流量制御器１５、１６を介して気化器１７に接続されており、気化器１７において気化されたＤＭＥ及び水蒸気は、所定の割合で混合されて改質器１８に送られる。

改質器１８は、原料ガスであるＤＭＥ及び水蒸気を改質して水素及び二酸化炭素を主成分とする改質ガスを生成するものである。改質器１８には、改質のための反応触媒として銅亜鉛／アルミナ触媒が充填されており、原料ガスは、所定温度（例えば、３５０〜４００℃）に加熱されることで改質される。原料ガスの改質に必要な反応熱は、ディーゼルエンジン１３からの排ガスとの熱交換により、又は、燃焼器１４におけるＤＭＥの燃焼熱により賄われる。

なお、改質ガスには、水素及び二酸化炭素に加え、微量の一酸化炭素が含まれるが、改質器１８の後段には一酸化炭素除去器１９が配置されており、改質ガス中の一酸化炭素は除去されて、水素及び二酸化炭素のみが燃料電池２０のアノード側に導かれる。

燃料電池２０のカソード側には、加湿器２１が接続されており、加湿器２１は、水供給ラインＬ５からの水によって加湿した外気を燃料電池２０に供給する。

燃料電池２０は、アノード側への水素とカソード側への酸素の供給を受けて発電し、発電された電力は架装装置２２に供給され、余剰の電力はバッテリー２３において蓄電される。

上記架装車両１０は、ディーゼルエンジン１３の稼働状態に応じて下記の態様で架装装置２２への電力供給を行うことが可能である。

稼働状態Ａ：ディーゼルエンジンの稼働時
燃料ラインＬ３からＤＭＥの供給を受けてディーゼルエンジン１３が稼働し、ディーゼルエンジン１３から排出される排ガスとの熱交換によって、改質器１８、気化器１７及び加湿器２１にそれぞれ必要な熱が供給される。そして、改質器１８は燃料ラインＬ３及び水供給ラインＬ４からの原料ガスを改質することにより水素を生成し、燃料電池２０はこの水素を用いて発電を行う。燃料電池２０において発電された電力は架装装置２２に供給され、余剰電力はバッテリー２３に蓄電される。なお、ディーゼルエンジン１３が稼働してさえいれば、架装車両１０の走行中だけでなく、アイドリング中もこの形態で架装装置２２への電力供給を行うことが可能である。

稼働状態Ｂ：ディーゼルエンジンの短時間の停止時
例えば、５〜２０分などの短時間であれば、バッテリー２３に蓄電された電力によって架装装置２２を稼働させることが可能である。この場合には、ディーゼルエンジン１３及び燃焼器１４のいずれにおいても燃料であるＤＭＥは消費されない。

稼働状態Ｃ：ディーゼルエンジンの長時間の停止時
燃料ラインＬ２から供給されるＤＭＥが燃焼器１４において燃焼され、その燃焼熱が改質器１８、気化器１７及び加湿器２１に供給される。改質器１８及び燃料電池２０では、上記稼働状態Ａの場合と同様にしてＤＭＥの改質及び発電が行われ、その電力が架装装置２２及び／又はバッテリー２３に供給される。

上記のように本実施形態の架装車両１０では、ディーゼルエンジン１３が稼働中（稼働状態Ａ）及び停止中（稼働状態Ｃ）のいずれの場合も、燃料電池２０において発電することが可能であり、架装車両１０の走行状態とは無関係に、架装装置２２に対して常に安定に電力供給を行うことが可能である。

以下、本発明の架装車両１０（本システム／Hybrid System）の有効性を、軽油を燃料とする現行のディーゼルエンジン車（軽油ディーゼル／Diesel Engine）との比較により評価した結果を説明する。

なお、上記評価に際しては、ディーゼルエンジン１３として、いすゞ自動車（株）製４ＨＧＩＴ４７５０ｃｃ／８９ｋＷの燃料噴射系及びシーリング系部品をＤＭＥ仕様に改造したエンジンが、燃料電池２０には、最高出力１０ｋＷの固体高分子型燃料電池が、架装装置２２には、１．５〜３．５トン車用エバポレータ・コンデンサ一体型低温用冷凍機ＴＤＪ３０１Ｄ（冷凍能力３．４９ｋＷ）がそれぞれ使用された。

また、架装車両１０は、一般的な都市におけるスーパーマーケットやコンビニエンスストアへの配送車両を想定して、図２に示すチャートに従って１日の運行を行うものとし、通常走行中は、上記稼働状態Ａに示した態様で、１５分以下の短時間停車中は、上記稼働状態Ｂに示した態様で、１５分を越える長時間停車中は、上記稼働状態Ｃに示した態様で、それぞれ、架装装置２２への電力供給が行われるものとした。

図３は、二酸化炭素排出量の比較である。

図示のように、本発明の架装車両１０における二酸化炭素排出量は、通常走行時（稼働状態Ａ）において軽油ディーゼル車に対して１５．２％削減され、更に、短時間停車時（稼働状態Ｂ）及び長時間停車時（稼働状態Ｃ）においてそれぞれ、１００％及び８２．６％削減される結果、１日の運行による二酸化炭素の排出量を２５．９％削減することが可能である。

図４は、窒素酸化物排出量の比較である。

図示のように、本発明の架装車両１０における窒素酸化物排出量は、通常走行時、短時間停車時及び長時間停車時において、それぞれ軽油ディーゼル車に対して８１％、１００％及び８５．５％削減される結果、１日の運行による窒素酸化物の排出量を８２．５％削減することが可能である。

図５は、浮遊粒子状物質（ＰＭ）の排出量の比較である。

図示のように、本発明の架装車両１０における微粒子状物質の排出量は、通常走行時、短時間停車時及び長時間停車時において、それぞれ軽油ディーゼル車に対して６６．３％、１００％及び７５．０％削減される結果、１日の運行による窒素酸化物の排出量を６８．８％削減することが可能である。

図６は、エンジン出力に対するエネルギー効率の比較である。

なお、図６における架装車両１０のシステム効率ηは、Ｗをシステム総出力、ＬＨＶ_ｄｍｅをＤＭＥの低位発熱量、ｍ_{ｅｎｇｉｎｅ}、ｍ_ｆｃ及びｍ_{ｂｕｒｎｅｒ}をそれぞれエンジン１３、燃料電池２２及び燃焼器１４での燃料消費量として、下式（１）に従って求めた。

図示のように、本発明の架装車両１０のシステム効率ηは、全エンジン出力領域において軽油ディーゼル車よりも優れていることが確認された。

以上説明したように、本発明により下記（１）〜（４）の効果が達成される。
（１）さまざまな資源から製造が可能なＤＭＥを燃料とすることで、エネルギー供給源の多角分散化が進み、一種の化石燃料に頼ることなく安定した供給が可能である。
（２）ＤＭＥをディーゼルエンジンの燃料として採用することで、従来の軽油ディーゼルエンジンより排ガス有害成分が低減できる。
（３）架装装置の電源に燃料電池の発電電力を用いることで、エンジンに左右されない安定した電力供給ができ、冷凍車はコンテナ内の徹底した温度管理が可能となる。
（４）架装装置を稼動させた状態でのアイドリングストップが可能となり、排出ガスの低減及び騒音問題の解決につながる。

本発明の一実施形態に係る架装車両のシステム構成を示す説明図。 本発明の架装車両と軽油ディーゼル車の比較評価のために想定した配送車両の運行チャート。 本発明の架装車両と軽油ディーゼル車の二酸化炭素排出量の比較結果。 本発明の架装車両と軽油ディーゼル車の窒素酸化物排出量の比較結果。 本発明の架装車両と軽油ディーゼル車の浮遊粒子状物質（ＰＭ）の排出量の比較結果。 本発明の架装車両と軽油ディーゼル車のエネルギー効率の比較結果。

符号の説明

１０・・・架装車両、１１・・・燃料タンク、１２・・・水タンク、１３・・・ディーゼルエンジン、１４・・・燃焼器、１５、１６・・・流量制御器、１７・・・気化器、１８・・・改質器、１９・・・一酸化炭素除去器、２０・・・燃料電池、２１・・・加湿器、２２・・・架装装置、２３・・・バッテリー、Ｌ１〜Ｌ３・・・燃料ライン、Ｌ４、Ｌ５・・・水供給ライン、Ｌ６・・・排ガスライン

Claims (6)

1. ＤＭＥを液体状態で貯蔵する燃料タンクと、
   水を貯留する水タンクと、
   前記燃料タンクのＤＭＥを燃焼させることにより動力を取り出すエンジンと、
   電力により稼働する架装装置とを搭載し、前記エンジンの動力により走行する架装車両であって、
   前記燃料タンクのＤＭＥ及び前記水タンクの水を用いた改質反応により水素を生成する改質器と、
   前記改質器から供給される水素を燃料として発電する燃料電池とを更に備え、
   前記燃料電池により発電された電力が前記架装装置に供給されることを特徴とする架装車両。
2. 前記改質器における水素の生成に、前記エンジンの排熱が使用されることを特徴とする請求項１に記載の架装車両。
3. 前記燃料タンクのＤＭＥを燃焼させる燃焼器を更に備え、
   前記架装車両の停車中において、前記改質器での水素の生成に、前記燃焼器でのＤＭＥの燃焼熱が使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の架装車両。
4. 前記燃料電池において発電した電力を貯蔵するバッテリーを更に備え、
   前記架装車両の停車中において、前記架装装置は、前記バッテリーからの電力により稼働することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の架装車両。
5. 前記改質器において生成される一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の架装車両。
6. 前記燃料電池のカソード側に供給する空気を加湿するための加湿器を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の架装車両。

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