JP7615872B2 - 飛行体 - Google Patents

Description

本願は飛行体に関する。

近年、燃料電池システムを備えた飛行体の開発が進められている。燃料電池システムに含まれる燃料ガスタンクは比較的大きな部材であるため、その配置場所について種々検討されている。

例えば、特許文献１には、燃料ガスタンクが航空機の外板の一部を形成するように配置することが開示されている。特許文献２には、燃料改質用の水タンクが機体の床下、天井裏、中央翼のいずれかに設けられることが開示されている。特許文献３には、燃料ガスタンクがエアステアンベロープに収容することが開示されている。

特表２０１１－５０６１８６号公報 特開２００３－１７６７２９号公報 特表２０１５－５３０９５１号公報

ところで、飛行体は不時着時や墜落時における客室に発生する衝撃が大きく、乗客の安全性について改善の余地がある。

そこで、本願の主な目的は、上記実情を鑑み、乗客の安全性を向上することができる飛行体を提供することである。

本開示は上記課題を解決するための一つの手段として、燃料電池システムを備える飛行体であって、飛行体は客室を備える胴体部を有しており、燃料電池システムは少なくとも１つの燃料ガスタンクを有しており、燃料ガスタンクの下端が胴体部の下端よりも下方に位置している、飛行体を提供する。

上記飛行体において、燃料ガスタンクは飛行体の揚力の発生を妨げない位置に配置されていてもよい。また、燃料ガスタンクは熱伝導可能なように胴体部に密着していてもよい。さらに、燃料ガスタンクは燃料ガスタンクの開閉を制御するタンクバルブを備え、タンクバルブの内部にはシール部材が備えられており、飛行体はタンクバルブを覆うカバーを備えていてもよい。

本開示の飛行体は、燃料ガスタンクの下端が胴体部の下端よりも下方に位置している。これにより、不時着時や墜落時に燃料ガスタンクが胴体部よりも先に地面に衝突し、衝突による衝撃を燃料ガスタンクが吸収し、胴体部に備えられる客室への衝撃が緩和される。従って、本開示の飛行体によれば、乗客の安全性を向上することができる。

飛行体１０の簡易的な模式図である。（ａ）は飛行体１０の正面図であり、（ｂ）は胴体部１及び燃料ガスタンク４に着目した飛行体１０の側面図である。 飛行体１０が燃料ガスタンク４を複数備える場合、燃料ガスタンク４の配置態様を示した模式図である。

本開示の飛行体について、一実施形態である飛行体１０を用いて説明する。図１に飛行体１０の簡易的な模式図を示した。（ａ）は飛行体１０の正面図であり、（ｂ）は胴体部１及び燃料ガスタンク４に着目した飛行体１０の側面図であり。（ｂ）では便宜的に翼部２等の部材を透過して示している。

飛行体１０は燃料電池システムを備えるものであり、燃料電池システムにより発電された電力を用いて運転するものである。飛行体１０は空中を飛行可能な物体であれば特に限定されない。例えば、飛行体１０には、一般的な航空機や、セスナやドローン等の航空機も含まれる。図１では、航空機の形態の飛行体１０を示している。

飛行体１０は、客室を備える胴体部１と、胴体部１の側面からそれぞれ突出するように設けられた翼部２と、を備えている。ここで「客室」とは、乗客が搭乗・滞在する部屋であり、乗客には操縦者や搭乗者が含まれる。すなわち、客室は一般的な客室のみならず、操縦席を含む概念である。翼部２は推力又は揚力を発生するためのプロペラ３を少なくとも１つ設けている。図１では、プロペラ３は翼部２の先端部分に上下に並ぶように配置されている。なお、図１の飛行体１０の形態は単なる模式図であり、これに限定されるものではない。本開示の飛行体は少なくとも客室を備える胴体部を有していればそのほかの部材は特に限定されるものではなく、様々な種類の飛行体に適用可能である。例えば、セスナやドローン等を挙げることができる。

飛行体１０に備えられる燃料電池システムは特に限定されるものではなく、公知の飛行体用の燃料電池システムを採用することができる。例えば、燃料電池システムには、燃料電池と、燃料電池に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池に酸化剤ガス（例えば空気）を供給する酸化剤ガス供給手段とを少なくとも備えている。このような構成は一般的な燃料電池システムと同様であり公知である。また、燃料電池システムには少なくとも１つの燃料ガタンク４が備えられている。図１では、２つの燃料ガスタンク４が胴体部１の下方に配置されている。燃料ガスタンク４は燃料電池に供給する燃料ガスを貯留するものである。燃料ガスタンク４としては、飛行体に備えられる公知の燃料ガスタンクを用いることができる。例えば、筒状のプラスチックライナーに対し、炭素繊維を巻いて強度を向上させた燃料ガスタンクを挙げることができる。

燃料ガスタンク４には一方の端部に、燃料ガスタンク４の開閉を制御するタンクバルブ５が備えられており、当該タンクバルブ５の内部には燃料ガス漏れを防止するためのシール部材が備えられている。シール部材の種類は特に限定されず、Ｏ－リング等の公知のシール部材を採用することができる。図１ではタンクバルブ５が飛行体１０の正面側に向いて配置されているが、これに限定されず、後述の図２のように燃料ガスタンク４は様々な配置態様を適用することができる。ただし、後述のカバー７を設ける場合、タンクバルブは正面側に向くように燃料ガスタンク４を配置することが好ましい。

ここで、飛行体１０において、燃料ガスタンク４の下端は胴体部１の下端よりも下方に位置していることが１つの特徴である。これにより、不時着時や墜落時に燃料ガスタンク４が胴体部１よりも先に地面に衝突し、衝突による衝撃を燃料ガスタンク４が吸収し、胴体部１に備えられる客室への衝撃が緩和される。また、着水時には、燃料ガスタンク４の浮力により、飛行体１０の沈没を抑制することができる。さらに、通常飛行時においては、燃料ガスタンク４の重さにより飛行体１０の重心を下方に位置させることができるため、安定した飛行が可能になる。従って、飛行体１０によれば、乗客の安全性を向上することができる。

上記効果を奏するためには、燃料ガスタンク４の下端は胴体部１の下端よりも下方に位置していればよいが、好ましくは燃料ガスタンク４の下端は胴体部１の下端よりも２００ｍｍ以上、より好ましくは４００ｍｍ以上下方に位置していることである（図１（ｂ）のＸ参照）。これにより、確実に燃料タンクから地面に接触することができ、乗客の安全性をより向上することができる。上限値は特に限定されないが、飛行体１０の運動性を考慮して、燃料ガスタンク４の下端は胴体部１の下端から８００ｍｍ以下、好ましくは６００ｍｍ以下の位置に配置されていることである。

また、燃料ガスタンク４は飛行体１０の揚力の発生を妨げない位置に配置されていてもよい。例えば、飛行体１０の揚力発生源であるプロペラ３の下方に配置されないようにしてもよい。これのより、揚力を確保しやすくなる。

また、飛行体１０の正面方向の中央部に燃料ガスタンク４を配置してもよい。これにより、ヨー慣性モーメントの増加を抑制し、飛行体１０の方向転換を妨げ難くすることができる。ここで、中央部とは、飛行体の正面方向の幅方向であって、一方の端部から他方の端部までの長さを１００％としたとき、４０～６０％の範囲内をいう。

飛行体１０が燃料ガスタンク４を複数備える場合、燃料ガスタンク４の好ましい配置態様を図２に示した。ただし、図２に示した態様は単なる一例であり、燃料ガスタンク４の配置方法はこれらに限定されるものではない。

（ａ）は、燃料ガスタンク４の向きを互い違いに配置した態様である。燃料ガスタンク４の向きが一定である場合、すなわちそれぞれの燃料ガスタンク４のタンクバルブ５が同じ方向に配置されて並べられる場合、タンクバルブ５の重量により飛行体１０の重量バランスを崩してしまう虞がある。そこで、（ａ）のように、燃料ガスタンク４の向きを互い違いに配置することにより、タンクバルブ５の重量による飛行体１０の重量バランスの低下を抑制することができる。

また、（ｂ）は複数の燃料ガスタンク４を並べた下段の燃料ガスタンク群に対し、略直交するように上段の燃料ガスタンク群を配置する態様である。これにより、燃料ガスタンク４による浮力を向上することができる。

さらに、（ｃ）、（ｄ）は、燃料ガスタンク４を放射状に並べた態様である。（ｃ）は上方から観察した図であり、（ｄ）は側面側から観察した図である。このように、燃料ガスタンク４を放射状に並べ、かつ、それぞれの燃料ガスタンク４の一方の端部を他方の端部よりも下方に配置することにより、衝撃吸収力を向上することができる。

図１に戻って、さらに飛行体１０について説明する。飛行体１０には上述した安全性の他に、次のような課題がある。燃料ガスタンク４は、燃料ガス充填時に、燃料ガスの圧縮によってタンク温度が上昇するため、充填効率が低下し、燃料ガス搭載量が低下する問題がある。

これを抑制するために、飛行体１０において、燃料ガスタンク４が熱伝導可能なように胴体部１に密着していてもよい。これにより、燃料ガス充填時において、燃料ガスの圧縮により燃料ガスタンク４の温度が上昇したとしても、燃料ガスタンク４の熱が胴体部１に熱伝導し、燃料ガスタンク４の温度の上昇が抑制され、充填効率の低下の抑制及び燃料ガス充填量の低下の抑制が可能となる。

ここで、「燃料ガスタンク４が熱伝導可能なように胴体部１に密着している」とは、燃料ガスタンク４が直接又は熱伝導体６を介して胴体部１に密着していることを意味する。好ましくは、図１のように、燃料ガスタンク４が熱伝導体６を介して胴体部１に密着していることである。熱伝導体６は、熱伝導率が１～３００Ｗ／ｍ／Ｋの材料から構成されていてもよい。例えば、鉄、銅、アルミニウムなどの金属（熱伝導率：１０～３００Ｗ／ｍ／Ｋ）や、熱伝導グリス（熱伝導率：１～１０Ｗ／ｍ／Ｋ）等である。熱伝導体６を介して燃料ガスタンク４を胴体部１に密着させることにより、燃料ガスタンク４と胴体部１との接触面積を増加させることができ、燃料ガスタンク４と胴体部１との間の熱伝導性を向上することができる。

また、寒冷環境下で飛行体１０を連続運転した場合、タンクバルブ５の内部に備えられるシール部材のシール性が低下する問題がある。当該シール部材は燃料ガスの漏れを防止する役割を有するため、シール部材のシール性の低下により、燃料ガスが漏れる虞がある。

そこで、飛行体１０はタンクバルブ５を覆うカバー７を備えている。これにより、タンクバルブ５の冷却が抑制され、寒冷環境下における飛行体の連続使用によるタンクバルブ内のシール部材のシール性の低下を抑制することができる。

カバー７は、飛行体１０の運転時において風圧により変形しない程度の剛性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、アルミ合金や、グラスファイバー、カーボンファイバーを挙げることができる。これらの材料は比較的軽量であり、加工及び取り付けが容易である利点も有する。

カバー７は、図１のように、タンクバルブ５の周辺までカバーを覆うことが好ましい。すなわち、カバー７は、飛行体１０（又はタンクバルブ５）の正面視において、タンクバルブ５及び燃料ガスタンク４の少なくとも一部を覆うことが好ましい。より好ましくは、飛行体１０（又はタンクバルブ５）の正面視において、タンクバルブ５及び燃料ガスタンク４の全面を覆うことである（図１（ａ）参照）。これにより、タンクバルブ５の冷却をより抑制することができる。

以上、本開示の飛行体について、一実施形態である飛行体１０を用いて説明した。本開示の飛行体１０によれば、乗客の安全性を向上することができる。

１ 胴体部
２ 翼部
３ プロペラ
４ 燃料ガスタンク
５ タンクバルブ
６ 熱伝導体
７ カバー
１０ 飛行体

Claims (2)

1. 燃料電池システムを備える飛行体であって、
   前記飛行体は客室を備える胴体部を有しており、
   前記燃料電池システムは少なくとも１つの燃料ガスタンクを有しており、
   前記燃料ガスタンクの下端が前記胴体部の下端よりも下方に位置しており、
   前記燃料ガスタンクと前記胴体部との接触箇所の全面において、前記燃料ガスタンクと前記胴体部とが直接密着、または、前記燃料ガスタンクと前記胴体部との間の前記接触箇所の全面に亘って熱伝導体を備えた状態で密着しており、
   前記燃料ガスタンクは前記燃料ガスタンクの開閉を制御するタンクバルブを備え、
   前記タンクバルブの内部にはシール部材が備えられており、
   前記飛行体は前記タンクバルブを覆うカバーを備えている、
   飛行体。
2. 前記飛行体の揚力の発生を妨げない位置に前記燃料ガスタンクを配置する、請求項１に記載の飛行体。