(57)【要約】【課題】寒冷地における路面の融雪対策である地下に温水パイプを埋めこむ工事は大がかりで莫大な費用が発生し、塩分等による凝固点降下による方法は、塩分を回収する必要があるなどの作業が発生し、有効な対策ではなかった。【解決手段】燃料電池を電源供給源とする道路設備機器と、道路融雪用温水設備と、燃料電池内での発電の過程で発生する温水を排出するポンプと、ポンプの温水排出量を制御する制御盤とを備え、燃料電池内での発電の過程で発生する排熱を前記制御盤の暖房用とし、温水を道路融雪用温水設備に用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池を電源供給源とする道路設備機器と、道路融雪用温水設備とを備え、前記燃料電池内での発電の過程で発生する温水を道路融雪用温水設備に用いる道路設備機器システム。
【請求項２】
燃料電池と、前記燃料電池を電源供給源とする道路設備機器と、道路融雪用温水設備と、前記燃料電池内での発電の過程で発生する温水を排出するポンプと、前記ポンプの温水排出量を制御する制御盤とを備え、前記燃料電池内での発電の過程で発生する排熱を前記制御盤の暖房用とし、前記温水を道路融雪用温水設備に用いる道路設備機器システム。
【請求項３】
燃料電池内での発電の過程で発生する排熱を道路設備機器の暖房用とする請求項２記載の道路設備機器システム。
【請求項４】
道路設備機器は交通信号機を含む請求項１から３のいずれかに記載の道路設備機器システム。
【請求項５】
道路設備機器は道路案内表示装置を含む請求項１から３のいずれかに記載の道路設備機器システム。
【請求項６】
道路設備機器は道路照明を含む請求項１から３のいずれかに記載の道路設備機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通信号機、道路案内表示装置、道路照明の道路関連設備にかかり、燃料電池を電源とし、燃料電池内での化学反応による発熱を利用した道路関連設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、寒冷地、積雪地域においては、公共の道路はいうまでもなく、一般の家庭や店舗の敷地の、特に歩道から一般家庭の玄関、車庫または駐車スペースまでの助走路の除雪作業が積雪期の日常生活における大きな問題となっている。これを解決するための方法は２つあり、１つは、例えば特許文献１に示されているものであり、発熱体として、電熱線や温水ポンプ等を敷地内の地面に埋設して、路面の加熱を行うことで、融雪を行う融雪装置である。これは、電熱線を通電することで、ジュール熱によって発熱させるものであり、温水パイプは灯油ボイラーの燃焼で加熱した温水（実際は不凍水）を熱媒として、循環することで発熱するものである。これらの加熱によって、路面温度を上昇させて、路面上の雪を融雪することが一般的である。このような融雪装置はロードヒーテイング装置またはロードヒーテイングと呼ばれる。
【０００３】
その一例を図２及び図３に基づいて説明する。図２は、家屋１０を歩道１１に面し、玄関１２および駐車スペース１３を有している事例を示す図である。図２においては、駐車スペース１３及び玄関１２に至る助走路には融雪装置１５が埋設されていて、その範囲を融雪領域２０に示している。
【０００４】
さらに図３は融雪領域２０の地下を断面で示した図であり、図３で示すように、融雪装置２０は、地盤上の砕石を敷き詰めた路床部２１、コンクリートの路盤部２２、アスファルトの舗装部２３と加熱手段であるヒータ２４を備えて、地面に埋設されている。加熱手段となるヒータ２４は、路床部２１の上面にメッシュ状金属とともに敷設されて、コンクリート路盤部２２及び舗装部２３にて埋設されている。もちろん、ヒータ２４の位置に温水パイプを埋設したものもあるが、その埋設部の基本的な構成は同様である。このような融雪装置１５は、除雪を検知するために、降雪センサ、気温センサ、地温センサを備えて、各センサからの信号に応じて自動運転を行う、あるいは使用者の判断で手動運転を行うための制御手段を備えている。
【０００５】
もう一つの方法は、気温低下による路面低下のメカニズムや、塩水による融雪、凝固点の降下等についての解明がなされ、道路のスリップしやすい所や除雪作業のしにくい特定箇所に、路測に設置された散布ノズルから塩水を散布する定置式融雪設備がある。融雪設備制御盤の制御対象は、ポンプ、自動弁、ゲート、スクリーン等の多くの機械から成っている。一方、融雪作業としての機能は、これらの機械がタイミングよく作動し、必要な時に必要な箇所へ必要な量の塩水を導くことにより得られる。このため、制御盤では各水槽に設置された数多くの水位計や塩水濃度計からのセンサ信号を駆使して、一連の操作が行えるように制御している。塩水製造基地での塩水製造には、多量の水と塩化ナトリウムが使用されており、本設備運用費の中で最も大きいものとなる。したがって、塩水を回収し、再利用することは本設備において、非常に重要なことである。
【特許文献１】特開２００２−２８５５２０号公報（図１２、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記したような寒冷地における路面の融雪対策は、道路などに適用するには工事が大がかりで莫大な費用が発生する。また塩分等による凝固点降下による方法は、塩分を回収する必要があるなどの作業が発生し、有効な対策ではなかった。そこで本発明においては、道路融雪システムを含め、信号機、道路案内表示装置等の道路設備機器を１つのシステムとし、電源として燃料電池と用いることにより、発生する排熱、温水を利用して、設備のコストダウン、エネルギの有効活用を行なうものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の道路設備機器システムは、燃料電池と、前記燃料電池を電源供給源とする道路設備機器と、道路融雪用温水設備とを備え、前記燃料電池内での発電の過程で発生する温水を道路融雪用温水設備に用いるものである。
【０００８】
さらに本発明の道路設備機器システムは、燃料電池と、前記燃料電池を電源供給源とする道路設備機器と、道路融雪用温水設備と、前記燃料電池内での発電の過程で発生する温水を排出するポンプと、前記ポンプの温水排出量を制御する制御盤とを備え、前記燃料電池内での発電の過程で発生する排熱を前記制御盤の暖房用とし、前記温水を道路融雪用温水設備に用いるものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上で示したように、本発明により、道路設備全体を１つのシステムとし、排熱、温水の再利用によるエネルギの有効活用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における居住用の高分子電界質を用いた燃料電池システムの例を示した図であり、４４は高分子電解質を用いた燃料電池であり、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質の膜の両面に白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応槽を形成して用いる。また４２は水素を燃料とする場合以外に必要となる水素生成器であり、都市ガス等の燃料を原料として、昇圧用のブロア４１−１を経て、加湿器４３−１にて水分を加えて、密閉経路内の水素生成器４２に加湿された燃料ガスが吹き込まれる。そして水素生成器４２では、燃焼用の空気を加えて、改質反応ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2により、水素と二酸化酸素を生成する。さらに水素生成器４２で生成した二酸化酸素と水分を過剰に含んだ水素は燃料電池４４に供給される。
【００１２】
一方、燃料電池４４に供給される酸化剤ガスは、ブロア４１−２から空気を導入して得る。この空気の導入に当たっては、加圧型の燃料電池システムでは、反応促進のために、ブロア４１−２として、空気圧縮機を用いる。なおリン酸型燃料電池の場合は、必ずしも必要ではないが、高分子電解質型の燃料電池４４の場合は、発電された電子の移動促進のため、空気側にも加湿器４３−２で加湿する。
【００１３】
また燃料電池４４では、前記の水素を燃料とし、高分子電界質膜を介して水素イオンのみが移動し、導入される空気中の酸素イオンと酸化反応して、発電動作を行い、空気側に水を生成する。なお燃料電池４４では、燃料の水素と空気とは直接混じることはない。
【００１４】
燃料電池４４から排出される未反応の空気及び蒸発した水は機外に放出される。二酸化炭素と過剰に含まれる水を含む未反応の水素は、凝縮器４５で、冷却熱源である空気により冷却され、除湿され、水素生成器４２に送られる。また、回収された凝縮水は加湿器４３−１に送られ、燃料改質及び燃料側加温に利用する。
【００１５】
ここで、本実施の形態の燃料電池システムは水素を燃料とし、密閉経路からの漏洩による水素の爆発可燃性があるので、これを防止するため、燃料電池システムからの漏洩検知や安全保護等の防爆安全装置が施される。また燃料電池４４は発電の際発熱するので、これを動作に適した温度に調整するため、冷却供給部を用いて冷却する必要がある。この目的のために、冷却水を用いる場合には、冷却供給部である蓄冷槽４７から冷却水を冷却水循環部を通じて燃料電池４４に循環させる。冷却水は発電動作を行っている燃料電池４４を循環した後、高温の温水になり、冷却排水部である蓄熱槽４６へ導入される。
【００１６】
そして蓄熱層４６に貯湯された温水を供給することで、暖房作業や給温作業などの排熱利用ができる。特に燃料電池４４が高分子電解質型である場合には、比較的低温でも発電できるため寒冷地でも可能であり、暖房作業や給温作業等の加熱作業に向いており、有効な排熱利用となる。
【００１７】
なお冷却水は、凝縮器４５を循環させて水を凝縮させる際の排熱も蓄熱槽４６に回収するようにしてもよい。また、蓄熱槽４６と蓄冷槽４７は一体として、蓄熱槽４６の冷却水を冷却熱源である空気を用いて冷却しながら、冷却水循環部を通じて、燃料電池４４に循環させてもよい。また、自動車用の燃料システムのように冷却のために空気を用いる場合には主たる冷却供給部は冷却用ファンに相当する。
【００１８】
ところで、上記のような構成の燃料電池システムは、システムを起動してから電力と温水との供給を開始するまで、いわゆる暖気のための時間が必要である。また、システムを停止した時も、発電と温水生成が瞬間的に停止するものではない。すなわち、燃料電池システムはシステムの起動と停止が鈍感であり、これを補うため、電力蓄電部４１０と蓄熱層４６とを設ける。
【００１９】
さらに燃料電池４４から供給される電力は直流であり、商用電力と同様にするためにインバータ４９により交流に変換する。そして、使用される負荷にかかるが燃料電池４４から得られる電力を上回る場合には、足りない分を商用電力４８から供給し、また逆の場合には、逆潮流により外部に買電させることができる。
【００２０】
このように、燃料電池４４で発電した直流電力は、インバータ４９を通じて交流電力に変換され、不足分は商用電力４８で補いながら、交流電力を使用者に供給する。そしてインバータ４９によって、直流から交流変換された電力は、交通信号機４１１、道路案内表示装置４１２、道路照明４１３に電源として用いられる。なお、この電力は、後述する制御盤４１７の電源用としても利用される。
【００２１】
さらに同時に蓄熱槽４６から排出される温水はノズルを通じて、等間隔にあけられた穴から温水が出る仕組みになっており、ポンプ４１４を経由して道路融雪用温水設備４１５に用いられる。この時、温水量の調節は、風向、風速、気圧、温度、湿度等のパラメータを制御盤４１７に入力パラメータとして取り込み、出力である温水の量をポンプ４１４により制御する。また、燃料電池から排出される排熱は、燃料電池システムを備える電気室の暖房設備４１６あるいは制御盤４１７の暖房用や結露防止用の熱源設備に用いられる。さらには、交通信号機４１１、道路案内表示装置４１２、道路照明４１３の電気回路部にこの排熱を供給することで、低温動作保証ができない電気部品を使用しても低温時に正常に動作をさせるようにでき、機器のコストを低減することができる。
【００２２】
このようにして、交通信号機、道路案内表示装置、道路照明等の道路設備に燃料電池を電力供給源とすることにより、道路設備全体のシステムとしてコストの低減、電力の省エネルギ化ができるとともに、温水を道路融雪用温水設備に再利用するエネルギの有効活用ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、寒冷地における道路設備システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態における道路設備機器システムを示す概略図
【図２】従来の融雪設備を示す図
【図３】同融雪設備の設置構造を示す要部断面図
【符号の説明】
【００２５】
４４    燃料電池
４１１  交通信号機
４１２  道路案内表示装置
４１３  道路照明
４１４  ポンプ
４１５  道路融雪用温水設備
４１７  制御盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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