(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池から発生する水を有効利用すること。【解決手段】車両に搭載され、車両の動力部に電力を供給する燃料電池１２０と、燃料電池から発生した水を貯留する貯留部１４０と、貯留部の水を噴射する液体噴射装置１７２，１７３と、を備える燃料電池搭載車両。このようにすることで、燃料電池から発生する水を、貯留部を備えた液体噴射装置を用いて噴射することができる。このため、燃料電池が電力を発生するときに排出していた水を有効利用することができる。【選択図】図１
2012106654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、該車両の動力部に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した水を貯留する貯留部と、
前記貯留部の水を噴射する液体噴射装置と、
を備える燃料電池搭載車両。
【請求項２】
前記液体噴射装置は前記水が流入するポンプ室を備え、該ポンプ室の容積を変更するこ
とによって、水の噴射する、請求項１に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項３】
前記液体噴射装置は、前記ポンプ室の容積を変更させるダイアフラムと該ダイアフラム
を変形させる圧電素子とを備え、前記圧電素子は、前記燃料電池から供給される電力を利
用してパルス状の電圧が供給されることによって伸縮する、請求項２に記載の燃料電池搭
載車両。
【請求項４】
前記液体噴射装置は、前記車両の一部の洗浄用として、水を噴射する、請求項１に記載
の燃料電池搭載車両。
【請求項５】
前記燃料電池から発生した水に対して前記車両の一部の洗浄に用いる洗浄剤が混合され
た洗浄水が、前記貯留部に供給される、請求項４に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項６】
前記燃料電池はリン酸型燃料電池である、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池搭
載車両。
【請求項７】
車両に搭載された燃料電池を用いて電力を生成することと、
前記燃料電池から発生する水を貯留することと、
前記燃料電池によって発生した電力を車両の動力部に供給することと、
前記貯留した水を前記車両に搭載された液体噴射装置から噴射させることと、
を含む液体噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池搭載車両及び液体噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の研究開発により、燃料電池が実用化されるに至っている。燃料電池は、負極活性
物質と正極活性物質とを反応させることにより継続的に電力を取り出すことができる発電
装置である。
【０００３】
このような燃料電池は、水を排出するにとどまる。よって、燃料電池を搭載し、環境に
配慮した自動車などの利用が拡大しつつある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように環境に配慮した装置を提供することに貢献する燃料電池であるが、その排出
物として水を発生させる。一方、自動車などの車両では水を用いる装置が搭載されること
があり、その車両が緊急車両の場合には移動中において水が必要になる場合も考えられる
。よって、燃料電池から発生する水を有効利用することが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池から発生する水を有
効利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、
車両に搭載され、該車両の動力部に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した水を貯留する貯留部と、
前記貯留部の水を噴射する液体噴射装置と、
を備える燃料電池搭載車両である。
【０００８】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における燃料電池自動車１０の基本構成図である。
【図２】第２実施形態における燃料電池自動車２０の基本構成図である。
【図３】第２実施形態におけるウォータージェットメス２１０の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１１】
車両に搭載され、該車両の動力部に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池から発生した水を貯留する貯留部と、
前記貯留部の水を噴射する液体噴射装置と、
を備える燃料電池搭載車両。
このようにすることで、燃料電池から発生する水を、液体噴射装置を用いて噴射するこ
とができる。このため、燃料電池が電力を発生するときに排出していた水を有効利用する
ことができる。
【００１２】
かかる燃料電池搭載車両であって、前記液体噴射装置は前記水が流入するポンプ室を備
え、該ポンプ室の容積を変更することによって、水の噴射することとしてもよい。
このようにすることで、流体を断続的に、あるいはパルス状の液体を噴射することがで
きる。一般にパルス状の液体を噴射することによって、少ない液体量でも生体組織を切除
できることが知られている。したがって、かかる燃料電池搭載車両によれば、少ない液体
量で生体組織の切除、すなわち液体噴射装置を用いた手術を車両内で行うことができる。
【００１３】
また、前記液体噴射装置は、前記ポンプ室の容積を変更させるダイアフラムと該ダイア
フラムを変形させる圧電素子とを備え、前記圧電素子は、前記燃料電池から供給される電
力を利用してパルス状の電圧が供給されることによって伸縮することが望ましい。
このようにすることで、パルス状の電圧に応じて圧電素子が伸縮を繰り返すため、ダイ
アフラムを振動させて断続的に、あるいはパルス状の液体を噴射させることができる。ま
た、燃料電池を用いて圧電素子に電力を供給することができるため、燃料電池から発生し
た水を、燃料電池で駆動する圧電素子を用いて断続的に噴射する、あるいはパルス状に噴
射することができる。
【００１４】
また、前記液体噴射装置は、前記車両の一部の洗浄用として、水を噴射することが望ま
しい。
このようにすることで、燃料電池から発生する水を液体噴射装置から噴射することによ
って、車両洗浄に利用することができる。
【００１５】
また、前記燃料電池から発生した水に対して前記車両の一部の洗浄に用いる洗浄剤が混
合された洗浄水が、前記貯留部に供給されることが望ましい。
このようにすることで、燃料電池から発生する水と洗浄剤とを混合した洗浄液を液体噴
射装置で噴射することができるため、燃料電池から発生する水をより車両洗浄に適するよ
うにして利用することができる。
【００１６】
また、前記燃料電池はリン酸型燃料電池であることが望ましい。
このようにすることで、実用度の高いシステムを提供することができる。
【００１７】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
すなわち、
車両に搭載された燃料電池を用いて電力を生成することと、
前記燃料電池から発生する水を貯留することと、
前記燃料電池によって発生した電力を車両の動力部に供給することと、
前記貯留した水を前記車両に搭載された液体噴射装置から噴射させることと、
を含む液体噴射方法。
このようにすることで、燃料電池から発生する水を、液体噴射装置を用いて噴射するこ
とができる。このため、燃料電池が電力を発生するときに排出していた水を有効利用する
ことができる。
【００１８】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態における燃料電池自動車１０の基本構成図である。
燃料電池１２０は、燃料電池自動車１０のモーター１４７、ウィンドウウォッシャー１
７１、及び、ライトウォッシャー１７２に供給するための電力を発電する。燃料電池１２
０としては、例えば、リン酸型燃料電池を用いることができる。燃料電池は、電極と、イ
オンの通り道を作る電解質と、触媒としての白金と、燃料となる水素及び酸素を少なくと
も用いる。リン酸型燃料電池では、上記電解質としてリン酸を用いている。燃料電池１２
０は、負極活性物質としての水素と正極活性物質としての酸素とを反応させて電気を発生
させる際に、化学反応の結果として水（Ｈ２Ｏ）を発生する。発生した水（水蒸気を含む
）は、配管１６１を通じて冷却部１３０に送られる。
【００１９】
システム制御装置１５７は、燃料電池１２０における水素量及び酸素量を制御し、発電
する電力量を制御する。また、システム制御装置１５７は、アクセルペダル１５３の踏み
込み量をアクセルポジションセンサ（不図示）で検知して得られたアクセル開度信号に基
づいて、電力調整器１４９を介してモーター１４７へ供給する電力量を制御する。モータ
ー１４７の回転力は、減速及び差動機能を有するギア１７７を介して駆動輪のタイヤ１７
９を回転させることにより、燃料電池自動車１０が駆動される。
【００２０】
電力調整器１４９は、燃料電池１２０及び二次電池１４５からの電力をモーター１４４
７等に配分する。例えば、電力調整器１４９は、システム制御装置１５７からの制御信号
に応じて、モーター１４７が消費する走行電力等を燃料電池１２０による発電電力で賄え
なかった場合には、二次電池１４５からモーター１４７へ供給するように電力を配分する
。
【００２１】
二次電池１４５は、燃料電池１２０が発電した電力や、車両が減速する際にモーター１
４７によって発電された回生電力を蓄電する一方、燃料電池１２０の起動時や、車両の発
進加速時に不足する電力をモーター１４７へ供給する。
【００２２】
冷却部１３０は、燃料電池１２０で発生し送られた水を適切な温度にまで低下させるた
めの装置である。上記のリン酸型燃料電池の動作温度は約２００℃である。よって、燃料
電池１２０から排出される水も２００℃前後であり、水蒸気として排出される。この水蒸
気は、配管１６１においても冷やされ液体になる場合もあるが、後述するウォッシャー液
として用いるには不十分な温度である。冷却部１３０は、この水蒸気をウォッシャー液と
して用いられる温度にまで冷却する。冷却部１３０は、冷媒を用いた既存の冷蔵装置など
を用いることができるし、ラジエータとすることもできる。
【００２３】
冷却部１３０で冷却された水は、配管１６２を通りタンク１４０に供給される。タンク
１４０は、冷却部１３０において冷却された水を貯留するためのものである。タンク１４
０に貯留された水は、配管１６３を通じてウォッシャー液タンク１５０に供給される。ウ
ォッシャー液タンク１５０では、供給された水にウォッシャー液の原液が混合され、ウォ
ッシャー液（洗浄液）が生成される。
【００２４】
ウォッシャー液は、配管１６４、１６５を介して、ウォッシャー液タンク１５０からウ
ィンドウウォッシャー１７１及びライトウォッシャー１７２に供給される。ウィンドウウ
ォッシャー１７１及びライトウォッシャー１７２は、それぞれシステム制御装置１５７か
らの制御信号を受けて電力調整器１４９から供給される電力により動作させられる。そし
て、車両のウィンドウ又はライト部分にウォッシャー液が噴射され、洗浄及び洗浄の補助
を行う。
【００２５】
このような燃料電池自動車１０によれば、燃料電池１２０において生じた水をウィンド
ウウォッシャー液等として車体の各部に噴射する。よって、自動車のユーザがウィンドウ
ウォッシャー液の供給を行わなかった場合でも、燃料電池１２０から発生する水の供給が
行われ適切に車体に水又はウィンドウウォッシャー液を噴射することができる。
【００２６】
尚、燃料電池１２０には水素が供給されるが、純粋な水素ではなく天然ガスなどの水素
を含んだガスを用いる場合がある。また、燃料としてメタノールが用いられる場合がある
。このような場合には、これらを水素ガスに改質する改質器を用いて水素ガスを燃料電池
１２０に供給するようにしてもよい。
【００２７】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
前述の第１実施形態では、燃料電池において発生した水をウィンドウウォッシャー液と
して車体に噴射したが、燃料電池で発生した水の用途はこれに限られない。次に説明する
ように、ウォータージェットメス２１０に供給することとして、救急車両における手術な
どに使用することもできる。
【００２８】
図２は、第２実施形態における燃料電池自動車２０の基本構成図である。
本図において、燃料電池２２０、二次電池２４５、モーター２４７、電力調整器２４９
、アクセルペダル２５３、システム制御装置２５７、ギア２７７、及び、タイヤ２７９に
ついては、前述の第１実施形態のものと同様であるので説明を省略する。
【００２９】
ウォータージェットメス２１０は、水又は生理食塩水を生体組織に噴射し、生体組織を
切除するための装置である。主に、手術などに用いられる。ウォータージェットメス２１
０の詳細な構成については、後述する。
【００３０】
冷却部２３０は、燃料電池２２０で発生し送られた水を適切な温度にまで低下させる点
では前述の第１実施形態のものと同様である。但し、第２実施形態では、燃料電池２２０
において発生した水を生体の切除に適した温度（２０℃前後）にまで冷却する。
【００３１】
また、燃料電池２２０で発生した水を冷却する際に、切除された生体組織や噴射された
水を吸引する吸引機構が発生する風によって空気冷却するようにしてもよい。このように
することにより、前述の冷却部２３０を用いない構成とすることができる。吸引機構は例
えば、噴射管を覆う形態で吸引管が配置され（吸引管と噴射管とが２重管構造となってい
る）、吸引管を介して切除された生体組織や噴射された水を吸引する機構である。吸引機
構が吸引動作をする際には、モーターでタービン羽根を高速回転させることによって、風
を発生させ、吸引管の内気圧を大気圧よりも低くする。そこで、タービン羽根の近くに、
望ましくはタービン羽根と吸引管との間に配管２６１を配置することによって、吸引機構
が発生する風によって燃料電池２２０で発生した水を空気冷却することができる。
【００３２】
尚、冷却部２３０には、冷却前の温水に塩化ナトリウムを導入して生理食塩水を生成す
る機構があってもよい。ここでは、塩化ナトリウムを０．９重量パーセント含有するよう
に導入量が調整される。０．９重量パーセント濃度の食塩水は、人間の体液と同等の濃度
の生理食塩水に相当する。燃料電池２２０から発生する水の量は燃料電池２２０が保持し
ている水素の減少量から推測することができる。よって、発生した水の量に対して上記の
重量パーセントとなるように塩化ナトリウムが導入されることになる。
【００３３】
冷却部２０で冷却された水又は生理食塩水は、配管２６２を通りタンク２４０に供給さ
れる。後述するウォータージェットメス２１０内における圧力変動によって水又は生理食
塩水に気泡が生じないようにするために、冷却部２３０とタンク２４０との間に脱気装置
を設けることとしてもよい。このようにすることで、タンク２４０に供給される水又は生
理食塩水に溶け込んだ空気を除去することができる。
【００３４】
タンク２４０は、冷却部２０において冷却された水又は生理食塩水を貯留するためのも
のである。タンク２４０に貯留された水又は生理食塩水は、外部ポンプ２５０によって配
管２６３を通じて吸い上げられ、配管２６４を通りウォータージェットメス２１０に供給
される。
【００３５】
このような燃料電池自動車２０によれば、燃料電池２２０において生じた水をウォータ
ージェットメス２１０などの液体噴射装置を用いて噴射するので、液体噴射装置で噴射す
る水が枯渇することを減らすことができる。また、燃料電池が電力を発生させる際に生ず
る水は、不純物が少なく、清潔であるため、清潔な水を入手することが困難な状況下でも
液体噴射装置を動作させながら、切除に用いる清潔な水を供給することができる。
【００３６】
また、燃料電池２２０から発生した水は前述のように２００℃前後の高温である。これ
を冷却部２３０において冷却を行うが、塩化ナトリウムが溶解しやすい程度の温度にまで
一旦冷却し、塩化ナトリウムを溶解するようにしてもよい。このようにすることで、生理
食塩水を生体組織に噴射することができるので、切除中に生体に悪い影響を及ぼすおそれ
を低減することができる。
【００３７】
また、塩化ナトリウムを溶解させる際、生理食塩水濃度を所定の濃度（０．９重量パー
セントが望ましい）に維持するために、燃料電池２２０が保持している水素の減少量から
水の発生量を推測するようにしてもよい。また、燃料電池２２０が出力した電力量から発
生した水の量を推測するようにしてもよい。このように、発生した水の量を推測すること
ができるので、適切な生理食塩水濃度にするために添加する塩化ナトリウム量も推測する
ことができる。尚、供給される塩化ナトリウムは、固体で格納しておいてもよいし、高濃
度の塩化ナトリウム水溶液として格納しておいてもよい。
【００３８】
ところで、断続的に流体を噴射するパルス流は連続流と比較して少ない水量で対象物の
切除が可能である。よって、水などの流体の供給が困難な状況下では、上記の燃料電池自
動車２０において、下記に示すようなウォータージェットメス２１０を用いると、燃料電
池２２０によって生じた水の水量でも有効に対象物を切除することができる。
【００３９】
図３は、第２実施形態におけるウォータージェットメス２１０の縦断面図である。本図
において、ウォータージェットメス２１０（液体噴射装置に相当）は、大きくは、マイク
ロポンプ２１００とマイクロポンプ２１００に接続する出口流路接続管２３００と出口流
路接続管２３００に接続する接続流路管２２００から構成されている。
【００４０】
マイクロポンプ２１００は、流体が流入される入口流路２１２２が設けられた入口流路
体２１２０と、ダイアフラム２１３１が密接固定されて構成されるポンプ室２１３２を有
するポンプ室体２１３０と、ポンプ室２１３２の容積を変更するアクチュエータ２１５１
を備えたアクチュエータユニット２１５０とから構成されている。
【００４１】
入口流路体２１２０は、平面視外形は略円筒形であり、側面一方方向に入口流路２１２
２が穿設されたパイプ状の入口接続管２１２１が突出して形成され、入口流路２１２２は
、入口流路室２１２３に流通している。入口流路２１２２の先端部は、前述の配管２６４
に接続され、水もしくは生理的食塩水が外部ポンプ２５０を通じて供給される。入口流路
室２１２３は、ポンプ室体２１３０に流通しており、このポンプ室体２１３０の出口流路
側には逆止弁２１２５が固着されている。また、入口流路室２１２３の逆止弁２１２５と
は反対側の開口部は、封止板２１２４が入口流路室２１２３の周縁に接着や溶接、螺合等
の固着手段で密閉固定されている。
【００４２】
この入口流路体２１２０の逆止弁側の外周部には、段状のＯリングボックス２１２６が
形成され、そのＯリングボックス２１２６の外側にポンプ室体２１３０が圧入される段状
の固定部２１２７が形成されている。
【００４３】
ポンプ室体２１３０は、入口流路室２１２３に流通するポンプ室体側出口流路２３０１
が前述した入口流路２１２２の反対側に穿設されている。ポンプ室体２１３０の入口流路
室２１２３の反対側に浅い凹部が形成されており、この凹部の開口部には、その周縁にダ
イアフラム２１３１が固定されている。この凹部とダイアフラム２１３１で構成された空
間がポンプ室２１３２である。
【００４４】
また、出口流路接続管２３００には、ポンプ室体側出口流路２３０１に連通し、同径の
接続管側出口流路２３０２が穿設されている。これらの、ポンプ室体側出口流路２３０１
と接続管側出口流路２３０２を併せて出口流路という。
【００４５】
また、入口流路体２１２０とポンプ室体２１３０との接合部には、前述した固定部２１
２７の段部直径と略同じ直径の凹部２１３３が形成され、Ｏリングボックス２１２６内に
リング状のＯリング２２３０が装着されている。この状態で入口流路体２１２０の固定部
２１２７とポンプ室体２１３０の凹部２１３３とが圧入固定され、Ｏリング２２３０が圧
接されて流体の漏れを防止している。
【００４６】
なお、入口流路体２１２０とポンプ室体２１３０との接合は、圧入固定に限らず、接着
や、螺合によって固定することができる。
【００４７】
ポンプ室体２１３０のダイアフラム２１３１側には、アクチュエータユニット２１５０
が装着されている。
【００４８】
アクチュエータユニット２１５０は、筒状の筐体２１５２と、この筐体２１５２の一方
の開口部を閉塞する蓋部材２１５４と、この蓋部材２１５４の内側面に端部が固着される
アクチュエータ２１５１と、アクチュエータ２１５１の他方の端部に固着された上台２１
５５とから構成され、筐体２１５２の蓋部材２１５４とは反対側の端部がダイアフラム２
１３１を押圧しながら、その外周部をポンプ室体２１３０に形成されている凹状の固定部
に圧入して一体に固定される。
【００４９】
この際、上台２１５５の図中上面がダイアフラム２１３１に密接された関係である。図
示しないが、筐体２１５２の側面には、内側から外側に貫通する孔が設けられ、この孔を
挿通するリード線が設けられ、やはり図示しないが外部の外部制御回路に接続されている
。アクチュエータ２１５１は、長手方向に伸縮する圧電素子であり、外部制御回路からパ
ルス状の電圧が印加されることで、伸縮を行い、伸びたときにダイアフラム２１３１を押
して撓ませてポンプ室２１３２の容積を減じ、収縮したときには、元の状態に引き戻し、
ポンプ室２１３２の容積を増加させる。尚、印加される電圧として交流電圧が印加される
こととしてもよい。
【００５０】
出口流路接続管２３００には、後述する接続流路管２２００が圧入固定される接続流路
管固定穴２３０４が穿設されている。この接続流路管固定穴２３０４に接続流路管２２０
０の一方の端部が圧入される。また、出口流路接続管２３００は、接続流路管固定穴２３
０４の反対側端部がポンプ室体２１３０から突出した出口流路固定部２１３４に圧入され
てポンプ室体２１３０に固定されている。
【００５１】
接続流路管２２００には、前述した出口流路と流通する接続流路２２０１が穿設されて
いる。接続流路管２２００は、高剛性の金属材料で形成される。この接続流路管２２００
の先端には、流体が噴射される開口部２２１１を有するノズル２２１０が圧入されている
。
【００５２】
ノズル２２１０は、一方の先端に流体が噴射される際に流体が分散せず、しかも噴射方
向が一定になるような流体導入路２２１２に連続する開口部２２１１が設けられている。
また、他方の端部は、流体導入路２２１２に連続して先端側が広いテーパ孔２２１３が設
けられている。さらに、開口部２２１１の外側周縁は面取りや、円弧等で滑らかに丸めら
れている。
【００５３】
接続流路２２０１は、直径が１ｍｍ〜３ｍｍで、出口流路の直径よりも大きく、また、
接続流路２２０１の外殻である接続流路管２２００の厚さが０．１ｍｍ〜１ｍｍに設定さ
れている。従って、接続流路管２２００の外径は最大で５ｍｍとなる。また、接続流路管
２２００の端部と出口流路接続管２３００との当接部から開口部２２１１の入口までの距
離を接続流路とし、この長さをＬとしたとき、Ｌは１００ｍｍ〜２００ｍｍの範囲に設定
される。
【００５４】
このようなウォータージェットメス２１０では、流体を断続的に噴射するパルス流を実
現するため流体の使用量が少なくても切除を行うことができるという利点がある。よって
、仮に上述の燃料電池２２０から発生する水の量が少ない場合であっても、この水を用い
て対象物を切除することができる。
【００５５】
本実施形態では、ウォータージェットメス２１０としてパルス流を発生するウォーター
ジェットメスを用いているが、ウォータージェットメス２１０の形態はこれに限られない
。例えば、流体を連続的に勢いよく噴射して対象物を切除する液体噴射装置も含むもので
ある。
【００５６】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１０  燃料電池搭載車両、
１２０  燃料電池、１３０  冷却部、１４０  タンク、
１４５  二次電池、１４７  モーター、１４９  電力調整器、
１５０  ウォッシャー液タンク、１５３  アクセルペダル、
１５７  システム制御装置、１７７  ギア、
１７１  ウィンドウウォッシャー、
１７２  ライトウォッシャー
１７９  タイヤ
【図１】
2012106654.tif 000003
【図２】
2012106654.tif 000004
【図３】
2012106654.tif 000005