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発明の名称 車両運行方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−106276(P2007−106276A)
公開日 平成19年4月26日(2007.4.26)
出願番号 特願2005−299547(P2005−299547)
出願日 平成17年10月14日(2005.10.14)
代理人 【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
発明者 宮内 努 / 嶋田 基巳
要約 課題
燃料タンクの充填時間を減らし円滑な運行を行う。

解決手段
両端が決まっている路線の両端末に燃料充填システムを設置し、両端末に置いてある燃料タンクに燃料を充填する。また、車両の運行位置を把握することができる地上システムで端末に到着予定の車両の燃料タンクの残量を予測するとともに、前記到着予定の車両が端末に到着するまでに、現在端末で充填しているタンクがどの程度充填されるかを予測し、車両に搭載されているタンクと充填中のタンクの予測残量を比較し、車両に搭載されているタンクの燃料残量の方が少ない場合には、タンク交換を行うように指令を出す。この動作を繰り返すことにより両端での燃料の充填時間を0にし、タンクの交換時間のみとすることが可能となり、円滑な運行が可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】
車両の運行位置を把握する地上システムと燃料タンクに燃料を充填する燃料充填システムとを有する燃料補充システムにおいて、両端の決まっている路線の両端末に前記燃料充填システムを設置し、前記地上システムは車両の運行ダイヤから定まる該当端末への車両の到着時刻と、前記燃料充填システムに設置され燃料の充填を開始した時刻から、該当端末に次の車両が到着するまでに充填できる燃料の充填量を予測することを特徴とし、該当端末に到着する車両の燃料タンクの充填量と比較することで交換を行うことを決定する燃料補充システム。
【請求項2】
車両の運行位置を把握する地上システムと燃料タンクに燃料を充填する燃料充填システムとを有する燃料補充システムにおいて、路線のあらかじめ決められた位置に前記燃料充填システムを設置し、前記地上システムは車両の運行ダイヤから定まる前記該当位置への車両の到着時刻と、前記燃料充填システムに設置され燃料の充填を開始した時刻から、前記該当位置に次の車両が到着するまでに充填できる燃料の充填量を予測することを特徴とし、該当端末に到着する車両の燃料タンクの充填量と比較することで交換を行うことを決定する燃料補充システム。
【請求項3】
請求項1および2の車両において、車両は燃料により発電する装置を持つことを特徴とする車両。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも1つの燃料タンクを備えた鉄道車両の燃料補充方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車,バス,鉄道車両など車両の動力源として、エネルギー効率が高くかつ環境に優しい発電装置である燃料電池もしくは、前記燃料電池と鉛電池,リチウムイオン電池,電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵装置とのハイブリッド方式が注目されている。燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応により発電する装置であり、生成されるものは水および熱である。しかしながら燃料電池を搭載した車両では、その燃料となる水素タンクも一緒に搭載しなければいけないが、水素タンクを搭載するスペースは限られており、できるだけ小さくする必要がある。そこで、比較的小型の水素タンクを搭載した場合であっても、円滑な運行を可能とする技術が開示されている。
【0003】
しかしながら、この場合、駅間に燃料補充基地を設ける必要が生じるが、鉄道車両にはダイヤという遵守すべきものがあることから、ダイヤによっては燃料補充基地で必ずしも燃料を供給することが可能とはいえない。
【0004】
【特許文献1】特開2005−65398号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明では、燃料タンクへの速やかな燃料の補充方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明では、燃料を供給する方法として燃料補充基地から供給するのではなく、あらかじめ、駅など決まった位置でタンクに燃料を充填しておき、車両に搭載されているタンクと交換することによって行う。
【0007】
具体的には、両端が決まっている路線の両端末に燃料充填システムを設置し、両端末に置いてある燃料タンクに燃料を充填する。また、車両の運行位置を把握することができる地上システムで端末に到着予定の車両の燃料タンクの残量を予測するとともに、前記到着予定の車両が端末に到着するまでに、現在端末で充填しているタンクがどの程度充填されるかを予測し、車両に搭載されているタンクと充填中のタンクの予測残量を比較して交換するかどうかを決定する。車両に搭載されているタンクの燃料残量の方が少ない場合には、タンク交換を行い、車両に搭載されているタンクの燃料残量の方が多い場合には、行わないことになる。ただし、一般的には充填されているタンクの方が多くなるようにしなければ、円滑な運行が実現できない場合があることから、タンクを数個用意し充填する時間を確保することが必要である。
【0008】
以上の動作を繰り返すことにより両端での燃料の充填時間を0にし、タンクの交換時間のみとすることが可能となり、円滑な運行が可能となる。
【0009】
また、両端が決まらない環状線などの場合には、あらかじめ決めておいた位置で上記交換を行うことで、円滑な運行を実現できる。
【0010】
また、両端にこだわらず停車する駅ごとに上記交換を行っても良い。
【発明の効果】
【0011】
以上の方法により燃料タンクを駅あるいか端末など決められた位置で取り外し、その位置においてある充填された燃料タンクを搭載することで運行を行い、次の車両が到着するまでに、前記取り外した燃料タンクを満充する、これを繰り返すことで小型の燃料タンクあるいは電力貯蔵装置での運行を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1,図2は本発明を実施するための車両であり、図1は燃料により発電する装置と燃料タンクを搭載した燃料発電装置車両であり、図2は、図1の車両に電力貯蔵装置を加えたハイブリッド車両である。図2の電力貯蔵装置としては、リチウムイオン電池,ニッケル水素電池,鉛電池などが考えられる。また、エネルギーを貯蔵する装置であれば代換することも可能であることから、電気二重層キャパシタなどでも可能である。
【0013】
図1の燃料電池車両は、燃料電池1とその燃料である水素を保存する燃料タンク2−1,2−2,…,2−n(nは1以上)を有しており、また、水素タンクを簡単に交換できるように、タンク口3−1,3−2,…,3−n(nは1以上)を有する。燃料電池1を発電させるためのもうひとつの要素である酸素は、酸素タンク4−1,4−2,…,4−m(mは1以上)で保存されており、また、水素タンクと同様、酸素タンクを簡単に交換できるようにタンク口5−1,5−2,…,5−m(mは1以上)を有する。列車制御装置13は、運転台12から運転手の指令を受け取って、燃料電池1の制御装置16,電力貯蔵装置の充放電制御装置11,燃料タンク(水素タンク)2−1,2−2,…,2−n
(nは1以上)の水素供給制御装置6および酸素タンク4−1,…,4−m(mは1以上)の酸素供給制御装置7を制御する。水素供給制御装置6および酸素供給制御装置7は、燃料タンク2−1,…,2−n(nは1以上)および酸素タンク4−1,…,4−m(mは1以上)の設置状況から、水素および酸素を供給するタンクを決定し、運転台12の指令を受け取った列車制御装置13からの指令量を燃料電池1に供給するように制御する。供給された水素および酸素から燃料電池1は、発電を行い、列車制御装置13からの指令を受け取った電力変換装置8および電動機9を経由し、車輪に動力が伝達されることで動く鉄道車両である。
【0014】
図2のハイブリッド車両は、燃料電池1とその燃料である水素を保存する燃料タンク2−1,2−2,…,2−n(nは1以上)を有しており、また、水素タンクを簡単に交換できるように、タンク口3−1,3−2,…,3−n(nは1以上)を有する。燃料電池1を発電させるためのもうひとつの要素である酸素は、酸素タンク4−1,4−2,…,4−m(mは1以上)で保存されており、水素タンクと同様、酸素タンクを簡単に交換できるようにタンク口5−1,5−2,…,5−m(mは1以上)を有する。列車制御装置13は、運転台12から運転手の指令を受け取って、燃料電池1の制御装置16,電力貯蔵装置の充放電制御装置11,燃料タンク(水素タンク)2−1,2−2,…,2−n
(nは1以上)の水素供給制御装置6および酸素タンク4−1,…,4−m(mは1以上)の酸素供給制御装置7を制御する。水素供給制御装置6および酸素供給制御装置7は、燃料タンク2−1,…,2−n(nは1以上)および酸素タンク4−1,…,4−m(mは1以上)の設置状況から、水素および酸素を供給するタンクを決定し、運転台12の指令を受け取った列車制御装置13からの指令量を燃料電池1に供給するように制御する。供給された水素および酸素から燃料電池1は、発電を行う。それと同時に、列車制御装置
13は、充放電制御装置11に指令を伝達し電力貯蔵装置10の充放電を行う。これにより、燃料電池1の発電量と充放電制御装置11の充放電電力の和が、鉄道車両の動力に使用されることとなる。すなわち、前記燃料電池1の発電量と充放電制御装置11の充放電電力の和が、列車制御装置13からの指令を受け取った電力変換装置8および電動機9を経由し、車輪に動力が伝達されることで動く鉄道車両である。
【0015】
なお、図1から図2のいずれにおいても酸素タンクを搭載しているが、酸素タンクおよび酸素制御装置を設置せず空気を送り込む空気制御装置を有する車両でも良い。例として、図1の酸素タンクおよび酸素制御装置を空気制御装置に変更した車両である図3について説明する。
【0016】
図3のハイブリッド車両は、燃料電池1とその燃料である水素を保存する燃料タンク2−1,2−2,…,2−n(nは1以上)を有しており、また、水素タンクを簡単に交換できるように、タンク口3−1,3−2,…,3−n(nは1以上)を有する。水素供給制御装置6は、燃料タンク2−1,…,2−n(nは1以上)の設置状況から、水素を供給するタンクを決定し、運転台12の指令を受け取った列車制御装置13からの指令量を燃料電池1に供給するように制御する。また、燃料電池1を発電させるためのもうひとつの要素である酸素は、空気制御装置15により、大気中の空気を取り込むことで供給するように制御する。燃料電池1は、供給された水素および酸素から発電を行う。それと同時に、列車制御装置13は、充放電制御装置11に指令を伝達し電力貯蔵装置10の充放電を行う。これにより、燃料電池1の発電量と充放電制御装置11の充放電電力の和が、鉄道車両の動力に使用されることとなる。すなわち、前記燃料電池1の発電量と充放電制御装置11の充放電電力の和が、列車制御装置13からの指令を受け取った電力変換装置8および電動機9を経由し、車輪に動力が伝達されることで動く鉄道車両である。なお、列車制御装置13は、運転台12から運転手の指令を受け取って、燃料電池1の制御装置
16,電力貯蔵装置の充放電制御装置11,燃料タンク(水素タンク)2−1,2−2,…,2−n(nは1以上)の水素供給制御装置6および酸素タンク4−1,…,4−m
(mは1以上)の酸素供給制御装置7を制御する。
【0017】
次に、図4は両端が定まっている路線をあらわしており、端末AおよびBの間に、駅が複数ある場合を示している。ただし、端末AおよびBの間に、駅がない場合および1つの場合でも本発明は成立する。図5は、両端がない場合である環状線の例である。この場合は、交換を行う駅をあらかじめ1つ以上決定しておき、その駅で交換を行い、車両を運行させれば、本発明は成立する。
【0018】
図6および図7を用いてその交換について説明する。
【0019】
図6は、本発明を達成するために必要なシステム構成であり、決まった場所を走行する車両,地上システム,充填システム,ダイヤデータにより構成される。図7は図6の地上システムの処理フローを示している。地上システムは、車両より位置情報と車両に搭載されている燃料タンクの残量情報を取得する(ステップ702)。次に、充填システムで燃料を充填しているタンクの燃料残量とダイヤデータから取得する車両の到着時刻から、車両の到着時刻に、充填システムで充填されているタンクの燃料残量がどの程度になるかを予測し、前記、車両に搭載されている燃料タンクの残量情報と比較する(ステップ703)。これを到着時刻の1分前から行い(ステップ701)、前記充填システムにあるタンクの燃料残量が前記車両に搭載されている燃料タンクの残量情報よりも多い場合は、タンクの交換指令を出力し終了する(ステップ704)。そうでなければ、車両が到着するかをチェックし(ステップ705)、到着していれば終了、していなければステップ702の処理に戻り、この処理を繰り返す。なお、1分前とあるが、0秒よりも大きい数字であれば、本発明は適用可能である。
【0020】
以上の動作により燃料タンクの交換指令が発行される。この交換指令により燃料タンクの交換が行われる。その交換のイメージとしては次の図8のようになる。
【0021】
図8は図4の路線を車両A,B,C,Dの4車両が燃料タンクを搭載して走行した場合を示している。燃料タンクは、各車両に1つずつ積むとし、また、端末で交換するためのタンクをそれぞれ1つ用意することから、図8では燃料タンクをA,B,C,D,E,Fの6個示している。また、車両A,B,C,Dは図1あるいは図2あるいは図3に示される車両が1両もしくは複数につながった車両である。また、車両A,B,C,Dは図1あるいは図2あるいは図3に示される車両が1両もしくは複数につながり、さらに客車が1両以上つながる構成であっても良い。
【0022】
まず、図8(a)は、車両Aが燃料タンクAを搭載し駅2に停車、車両Cが燃料タンクCを搭載し端末Aに停車、車両Bが燃料タンクBを搭載し駅2に停車、車両Dが燃料タンクDを搭載し端末Bに停車している状態であり、車両A,Cは端末Aから端末Bに向かい、車両B,Dは端末Bから端末Aに向かうことを示している。さらに、燃料タンクEが端末Aで、燃料タンクFが端末Bで燃料を充填中である。ここから時間T1経過後が図8
(b)に示される状態であり、車両Aが端末Bに到着し、搭載していた燃料タンクAの残量と充填していた燃料タンクFの残量を比較し、燃料タンクFの残量が多いことから、燃料タンクAをはずし燃料タンクFを搭載した状態で端末Bに停車、燃料タンクAは燃料を充填中となる。また、車両Cが燃料タンクCを搭載し駅2に停車し、車両Dが燃料タンクDを搭載し駅2に停車している。さらに、車両Bが端末Aに到着し、搭載していた燃料タンクBの残量と充填していた燃料タンクEの残量を比較し、燃料タンクEの残量が多いことから、燃料タンクBをはずし燃料タンクEを搭載した状態で端末Aに停車、燃料タンクBは燃料を充填中となる。なお、この時間では、車両B,Cが端末Aから端末Bに向かい、車両A,Dが端末Bから端末Aに向かうことになっている。ここから、さらに時間T2経過後が図8(c)に示される状態であり、車両Cが端末Bに到着し、搭載していた燃料タンクCの残量と充填していた燃料タンクAの残量を比較し、燃料タンクAの残量が多いことから、燃料タンクCをはずし燃料タンクAを搭載した状態で端末Bに停車、燃料タンクCは燃料を充填中となる。また、車両Bが燃料タンクEを搭載し駅2に停車し、車両Aが燃料タンクFを搭載し駅2に停車している。さらに、車両Dが端末Aに到着し、搭載していた燃料タンクDの残量と充填していた燃料タンクBの残量を比較し、燃料タンクBの残量が多いことから、燃料タンクDをはずし燃料タンクBを搭載した状態で端末Aに停車、燃料タンクDは燃料を充填中となる。なお、この時間では、車両B,Dが端末Aから端末Bに向かい、車両A,Cが端末Bから端末Aに向かうことになっている。以上の動作は、端末駅に停車するたびに、搭載しているタンクと端末で充填しているタンクの燃料残量の多いタンクを搭載し運行を行い、はずした燃料タンクに燃料を充填し、次の車両が到着した際の交換用タンクとすることであり、これを繰り返すことにより、燃料を供給する時間を減らすことが可能となるため、円滑な運行を可能とする。
【0023】
また、図4では端末駅でタンクを交換、図5では交換を行う駅を決定しその駅でタンクを交換としているが、全ての駅で交換を行っても本発明は成立する。そのため、小型の燃料タンクであっても交換を行うタイミングを考慮することで十分円滑な運行を可能とする。
【0024】
なお、本発明は鉄道車両のように決まった軌道を走行する車両には利用できることから、モノレールなどの新交通システムや、路面電車にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の一実施形態である鉄道車両。
【図2】本発明の一実施形態である鉄道車両。
【図3】本発明の一実施形態である鉄道車両。
【図4】本発明の一実施形態で考慮される路線の一例。
【図5】本発明の一実施形態で考慮される路線の一例。
【図6】本発明の一実施形態で考慮されるシステム構成の一例。
【図7】本発明の一実施形態である燃料タンクの交換指令。
【図8】本発明の一実施形態である鉄道車両に搭載される燃料タンクの交換イメージ。
【符号の説明】
【0026】
1…燃料電池、2−1,2−2,2−n…燃料タンク、3−1,3−2,3−n,5−1,5−2,5−n…タンク口、4−1,4−2,4−n…酸素タンク、6…水素供給制御装置、7…酸素供給制御装置、8…電力変換装置、9…電動機、12…運転台。




 

 


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