JP2006056355A - 燃料電池車両における排出構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 風があったり旋回半径を変更した場合にも、燃料電池からの生成物が駆動輪にかかることを防止できる燃料電池車両における排出構造を提供する。
【解決手段】 水素と酸素とを反応させることにより電力を生成する燃料電池５１と、該燃料電池５１により生成された電力に基づいて駆動輪である後輪３２に対して供給する動力を生成するモータ３１と、燃料電池５１の電力生成過程における生成物を導く排出管７７と、該排出管７７に設けられて車体外側に向けて開口する排出口７６とを備える燃料電池車両における排出構造において、排出口７６が、後輪３２の前端よりも後方、具体的には後輪車軸３２ａよりも後方に配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、燃料電池車両において燃料電池からの反応済みガス等を排出するための排出構造に関する。

従来、燃料電池から供給される電力に基づいて車両駆動用モータを駆動させる燃料電池車両において、燃料電池から排出される水等の生成物が駆動輪にかかることを防止するべく、駆動輪の前方に位置する排出口を車体外側に向けて開口させたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３１３０５６号公報

ところで、燃料電池システムにおいては、通常は燃料電池からの反応済みガス等の排出口も必要となる。該排出口からは、排出ガスに含まれる水蒸気が凝結する等により若干の排水が行われることとなるが、このような排出口を上記従来の如く設けた場合、無風でかつ直進走行時あるいは定常旋回走行時には、前記生成物が駆動輪にかかることを防止できるが、例えば横風が吹いたり旋回半径を変更しながら走行するようなときには、前記生成物が駆動輪にかかる可能性がある。
そこでこの発明は、風があったり旋回半径を変更した場合にも、燃料電池からの生成物が駆動輪にかかることをより一層防止できる燃料電池車両における排出構造を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、水素と酸素とを反応させることにより電力を生成する燃料電池（例えば実施例の燃料電池５１）と、該燃料電池により生成された電力に基づいて駆動輪（例えば実施例の後輪３２）に対して供給する動力を生成するモータ（例えば実施例のモータ３１）と、前記燃料電池の電力生成過程における生成物を導く排出管（例えば実施例の排出管７７）と、該排出管に設けられて車体外側に向けて開口する排出口（例えば実施例の排出口７６）とを備える燃料電池車両における排出構造において、前記排出口は、前記駆動輪の前端よりも後方に配置されることを特徴とする。
この構成によれば、横風が吹いたり旋回半径を変更しながら走行するような場合にも、燃料電池からの生成物（例えば水蒸気）が駆動輪にかかり難くなる。

ここで、請求項２に記載した発明のように、前記排出口は、前記駆動輪の軸よりも後方に配置される構成とすれば、燃料電池からの生成物が駆動輪により一層かかり難くなるため好ましい。

また、請求項３に記載した発明のように、前記排出管は、前記駆動輪の近傍において後方に位置するほど上方に位置するように配置されることで、前記生成物を走行風等により拡散させ易くなるため、上記同様、生成物が駆動輪により一層かかり難くなる。

同様に、請求項４に記載した発明のように、前記排出管は、前記駆動輪よりも上方に配置される構成としても、上記同様に燃料電池からの生成物を走行風等により拡散させ易くなる。

請求項５に記載した発明は、前記燃料電池車両は自動二輪車として構成されると共に、車体を一側に傾斜させた状態で支持するサイドスタンド（例えば実施例のサイドスタンド３８）を備え、該サイドスタンドが設けられる側に前記排出口が配置されることを特徴とする。
この構成によれば、燃料電池車両が停車している状態であっても、前記生成物を排出口から排出し易くなる。

請求項１〜４に記載した発明によれば、風があったり旋回半径を変更して走行するような場合にも燃料電池からの生成物が駆動輪にかかることをより一層防止できる。
請求項５に記載した発明によれば、車両停車時における生成物の排出性を向上できる。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１〜３に示す自動二輪車１は、その車体略中央に搭載された燃料電池５１から供給される電力に基づいて、車両駆動用のモータ３１を駆動させて走行する燃料電池車両として構成される。また、自動二輪車１は、低床フロア部（以下、単にフロア部という）３を有するスクータ型車両でもあり、該フロア部３近傍には、直方体状を成す前記燃料電池５１が配置され、かつ自動二輪車１の駆動輪である後輪３２のホイール内には、所謂インホイールモータとしての前記モータ３１が配置される。該モータ３１は、そのケーシング３１ａ内にモータ本体及び減速機構を有して一体のユニットとして構成されるもので、その出力軸が後輪車軸３２ａと同軸に配置された状態で、ホイール内に例えば左側から取り付けられる。

自動二輪車１の前輪１１は左右一対のフロントフォーク１２の下端部に軸支され、これら各フロントフォーク１２の上部はステアリングステム１３を介して車体フレーム４前端部のヘッドパイプ５に操舵可能に枢支される。ステアリングステム１３の上端部にはハンドル１４が取り付けられ、このハンドル１４の右グリップ部にはスロットルグリップ１５が配設されると共に、左右のグリップ部前方にはリア及びフロントブレーキレバー１６，１７がそれぞれ配設される。

車体フレーム４の後部には、車体上下方向に延在するピボットプレート８が設けられ、該ピボットプレート８の中間部よりもやや下方となる部位には、リアスイングアーム２１の前端部が、その後端側を車体上下方向に揺動可能とするべくピボット軸９を介して枢支される。リアスイングアーム２１は、その左アーム体２３がモータ３１の前端部まで延びて該モータ３１のケーシング３１ａを支持する一方、右アーム体２４は後輪３２の中心位置まで延びて後輪車軸３２ａを軸支する。このようなリアスイングアーム２１とモータ３１とを主として、自動二輪車１のスイングユニットとしてのモータユニット２０が構成される。

車体フレーム４の下部であって燃料電池５１の下方となる部位には、車体前後方向に延在するリアクッション３３が配置される。該リアクッション３３の後端部は車体フレーム４の下部に連結されると共に、リアクッション３３の前端部はリンク機構３４を介してモータユニット２０（リアスイングアーム２１）の下部に連結される。リンク機構３４は、モータユニット２０の上下方向の揺動に伴い、リアクッション３３を前後方向にストロークさせるもので、このようなリアクッション３３のストロークにより、モータユニット２０に入力された衝撃や振動が吸収されるようになっている。

車体フレーム４は、ヘッドパイプ５の上部から左右に分岐して斜め後下方に向けて延び、車体上下方向での略中間となる高さにおいて屈曲した後に後方に向けて延びるアッパチューブ６と、ヘッドパイプ５の下部から左右に分岐して斜め後下方に向けて延び、車体下端部において屈曲した後に後方に向けて延びるダウンチューブ７とを有し、各アッパチューブ６の後端部及びダウンチューブ７の後端部が、燃料電池５１よりも後方に位置する前記ピボットプレート８の上端部及び下端部にそれぞれ結合される。以下、ダウンチューブ７において、ヘッドパイプ５から車体下端部における屈曲部７ｃまでの部位を前辺部７ａ、前記屈曲部７ｃからピボットプレート８までの部位を下辺部７ｂとして説明する。

各アッパチューブ６は、車体後端部へ至るべくピボットプレート８からさらに後方に向けて延びており、このような各アッパチューブ６の後半部分が、乗員用のシート４１を支持するシートフレームとして用いられる。
自動二輪車１は、その車体が主として合成樹脂からなる車体カバー４２により覆われる。この車体カバー４２は風防としても機能するもので、かつその一部が車体フレーム４と共に前記フロア部３を構成する。車体フレーム４の下部中央には、車体を直立状態で支持するメインスタンド３７が取り付けられると共に、車体フレーム４の下部左側には、車体を左側に傾斜させた起立状態で支持するサイドスタンド３８が取り付けられる。

ここで、図４を参照して自動二輪車１の燃料電池システムの概要について説明する。
燃料電池５１は単位電池（単位セル）を多数積層してなる周知の固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により電力を生成すると共に水を生成するものである。

前記燃料ガスとしての水素ガスは、水素ボンベ５２から遮断弁５３を介して所定圧力をもって燃料電池５１に供給され、かつ発電に供された後には水素循環流路５４内に導入される。この水素循環流路５４において、未反応の水素ガスは、水素ボンベ５２からの新鮮な水素ガスと共に燃料電池５１に繰り返し供給される。水素循環流路５４内を循環する水素ガスは、パージ弁５５を介して希釈装置５６内に導入可能とされる。

一方、前記酸化剤ガスとしての空気は、エアクリーナ装置５７を介して加給機５８内に導入された後に、所定圧力に加圧された状態で燃料電池５１に供給され、かつ発電に供された後には希釈装置５６内に導入される。なお、符号５８ａは燃料電池５１への供給空気（酸化剤ガス）を冷却するインタークーラを、符号５９は酸化剤ガスに水分を供給する加湿器を、符号５８ｂは燃料電池５１の低温時等にインタークーラ５８ａ及び加湿器５９を介さずに空気を供給するためのバイパスバルブを、符号５８ｃは燃料電池５１における酸化剤ガスの圧力を調整するための背圧弁をそれぞれ示す。

そして、水素循環流路５４に設けられたパージ弁５５が開作動することで、反応後の水素ガスが希釈装置５６内に導入され、該希釈装置５６において燃料電池５１からの排出空気と混合、希釈処理された後に、サイレンサ６１を介して大気に放出される。ここで、燃料電池５１からの生成水は、排出空気と共に加湿器５９内に導入された際に集積され、酸化剤ガスに供給する水分として再利用される。また、加湿器５９で集積されなかった水分（例えば水蒸気）は、希釈装置５６を経た後に反応済みガスと共に排出される。

燃料電池５１の運転はＥＣＵ（電子制御ユニット）６２により制御される。具体的には、ＥＣＵ６２には水素ガス及び酸化剤ガスの圧力及び温度に関する信号、車速及び加給機５８の回転数に関する信号、燃料電池５１及びその冷却水温に関する信号等が入力され、これら各信号に応じて加給機５８、バイパスバルブ５８ｂ、背圧弁５８ｃ、パージ弁５５、及び遮断弁５３等の作動が制御される。

また、ＥＣＵ６２にはスロットルグリップ１５からの加速要求信号が入力され、該信号に応じて後輪３２駆動用のモータ３１が駆動制御される。モータ３１は、燃料電池５１あるいは二次電池としてのバッテリ６３からの直流電流が、インバータユニットとしてのモータドライバ６４において三相の交流電流に変換された後に供給されて駆動する三相交流モータとして構成される。

上記燃料電池システムにおける冷却系は、燃料電池５１及びモータ３１のウォータジャケット、並びにインタークーラ５８ａ内及びモータドライバ６４に隣接する冷却板（冷却器）６５内の各水路を連通させる冷却水路６６を形成し、該冷却水路６６にウォータポンプ６７及びラジエータ６８を設けてなるものである。

このような冷却系において、ウォータポンプ６７の作動により冷却水路６６内を冷却水が流通、循環することで、燃料電池５１、モータ３１、酸化剤ガス、及びモータドライバ６４から吸熱されると共にこの熱がラジエータ６８にて放熱される。なお、符号６９は、燃料電池５１の低温時等にラジエータ６８を介さずに冷却水を循環させるためのサーモスタットを示す。

図１〜３を併せて参照して説明すると、水素ボンベ５２は、円筒形の外観を有する一般的な高圧ガスボンベであり、金属と繊維強化プラスチックとからなる一般複合容器とされ、車体後部右側において、その軸線Ｃが前後方向に沿うように、詳細には前記軸線Ｃがやや前下がりとなるように配置される。このときの水素ボンベ５２は、その右側端（外側端）が車体右側のアッパチューブ６の外側端よりもやや外側に位置し、かつ左側端（内側端）が後輪３２の外側端よりもやや外側に位置するように配置される。

水素ボンベ５２の前後端部は球状に（換言すれば先細りに）形成されており、その前端部がピボットプレート８の前方に位置すると共に後端部が車体後端部に位置するように配置される。このような水素ボンベ５２の後端部には、該水素ボンベ５２の元栓７１及び水素充填口７２が配設されている。

車体左側のアッパチューブ６は、やや後上がりとなるように傾斜して概ね直線的に後方に延びる一方、車体右側のアッパチューブ６は、車体左側のアッパチューブ６に対してピボットプレート８近傍において下方に向けて緩やかに変化するように設けられる。このような各アッパチューブ６は、ピボットプレート８近傍において車幅方向外側に緩やかに変化するように設けられる。

また、車体右側のアッパチューブ６は、その下側端が車体側面視で水素ボンベ５２の下側端とほぼ重なるように設けられると共に、車体後端部において上方に向けて屈曲し、水素ボンベ５２の元栓７１及び水素充填口７２を避けるようにして車体左側に向けて延びた後に、下方に向けて屈曲して車体左側のアッパチューブ６の後端部に結合される。

燃料電池５１は、車幅方向に幅広でかつ上下方向に扁平とされ、その前壁部には酸化剤ガス及び水素ガスの供給口及び排出口、並びに冷却水の導入口及び導出口がそれぞれ設けられる。燃料電池５１の上部後方には、車幅方向に長い筐体を有する加湿器５９が近接配置される。該加湿器５９左側部の斜め上後方には加給機５８が近接配置され、該加給機５８の斜め下後部には車幅方向に延在する導入ダクト５７ｂの左側部が接続される。また、加湿器５８左側部の上方には背圧弁５８ｃが近接配置される。

導入ダクト５７ｂの右側部は水素ボンベ５２の下方に位置するように設けられ、該右側部には同じく水素ボンベ５２の下方に位置するエアクリーナケース５７ａの前端部が接続される。エアクリーナケース５７ａの後端部には不図示の吸気ダクトが接続され、これら吸気ダクト、エアクリーナケース５７ａ、及び導入ダクト５７ｂを主として前記エアクリーナ装置５７が構成される。

加湿器５９右側部の後方にはバイパスバルブ５８ｂが近接配置され、該バイパスバルブ５８ｂの斜め下後方にはインタークーラ５８ａが近接配置される。これらバイパスバルブ５８ｂ及びインタークーラ５８ａは、車体前後方向で加湿器５９の右側部と導入ダクト５７ｂの右側部との間に位置するように配置されている。加給機５８の下流側は、不図示の導出ダクトを介してインタークーラ５８ａに接続される。

車体後部左側には、車幅方向に扁平なサイレンサ６１が、車体左側のアッパチューブ６よりも車幅方向外側に位置するように配置される。該サイレンサ６１は、車体側面視で概ね方形状を成し、後輪３２の斜め上左側において後上がりに傾斜した状態で配置される。サイレンサ６１は、後上がりに傾斜する排出管７７の後半部分に設けられるものであり、該サイレンサ６１（排出管７７）の後端部にはテールパイプ７５が後方に向けて突設され、該テールパイプ７５の後端には反応済みガスの排出口７６が形成される。

ラジエータ６８は、ヘッドパイプ５前方に位置する比較的小型の上段ラジエータ６８ａと、各ダウンチューブ７の前辺部７ａの前方に位置する比較的大型の下段ラジエータ６８ｂとに分割構成される。下段ラジエータ６８ｂの右側後方にはウォータポンプ６７が配置され、該ウォータポンプ６７の斜め下後方にはサーモスタット６９が配置される。また、下段ラジエータ６８ｂの両側方に位置する車体カバー４２の内側には、車幅方向に扁平なバッテリ６３がそれぞれ配置される。

各ダウンチューブ７の屈曲部７ｃ間には、下辺部７ｂの下側端よりも下方に突出するように希釈装置５６が配置される。希釈装置５６からは排出短管７８が導出され、該排出短管７８が車体左側のダウンチューブ７の下辺部７ｂ前側に接続されると共に、該下辺部７ｂ後側からは前記排出管７７が導出される。すなわち、車体左側のダウンチューブ７が反応済みガスの排出経路の一部を構成しており、したがって希釈装置５６からの排出ガスは、排出短管７８、ダウンチューブ７の下辺部７ｂ、及び排出管７７を介して大気に放出される。

図５を併せて参照して説明すると、モータドライバ６４は車体側面視で略方形状を成し、リアスイングアーム２１の左アーム体２３の車幅方向外側に冷却板６５を介して取り付けられる。モータドライバ６４の前端部には、燃料電池５１及びバッテリ６３からの電力供給用の高圧配線６４ａが接続される。また、冷却板６５の前端下部及び上部には、前記冷却水路６６の一部を成す給水管６５ａ及び排水管６５ｂがそれぞれ接続される。

モータドライバ６４の後端部からは三相の高圧配線６４ｂが導出され、これら各相の高圧配線６４ｂが、モータドライバ６４の直ぐ後方に位置するモータ３１前端部の給電端子に接続される。すなわち、モータドライバ６４は、モータ３１と車体側面視でラップしない程度にこれと近接配置されている。なお、図中符号６４ｃは、各相の高圧配線６４ｂに設けられてモータ３１への給電量を検出する電流センサ６４ｃを、図中符号６４ｄは、モータドライバ６４の一部としての電圧平滑コンデンサをそれぞれ示す。

モータユニット２０にはリアスイングアーム２１の一部としてのアームカバ−２１ａが装着される。該アームカバー２１ａは、リアスイングアーム２１及びモータ３１と共にモータドライバ６４、冷却板６５、電圧平滑コンデンサ６４ｄ、各高圧配線６４ａ，６４ｂ、給水管５６ａ及び排水管６５ｂ、並びに電流センサ６４ｃ等を覆いこれらを適宜保護するものである。なお、アームカバー２１ａには、その内部に外気を流通可能とするべく不図示の外気導入口及び導出口がそれぞれ設けられる。

ここで、図１，３，６に示すように、サイレンサ６１（排出管７７）後端部のテールパイプ７５は、後輪車軸３２ａよりも後方に位置すると共に、後輪３２の上端よりも上方に位置するように設けられる。また、テールパイプ７５は、サイレンサ６１から斜め後外側でかつ後上がりに傾斜するように突設されており、したがってテールパイプ７５後端の排出口７６は、車体後方外側でかつ斜め後上方に向けて開口するように設けられている。さらに、サイレンサ６１（排出管７７）は、後輪３２の近傍において、後上がりに（換言すれば後方に位置するほど上方に位置するように）傾斜して設けられると共に、後輪３２よりも上方に位置するように配置されている。

以上説明したように、上記実施例における燃料電池車両（自動二輪車１）の排出構造は、水素と酸素とを反応させることにより電力を生成する燃料電池５１と、該燃料電池５１により生成された電力に基づいて駆動輪である後輪３２に対して供給する動力を生成するモータ３１と、燃料電池５１の電力生成過程における生成物を導く排出管７７と、該排出管７７に設けられて車体外側に向けて開口する排出口７６とを備えるものであって、排出口７６が、後輪３２の前端よりも後方、具体的には後輪車軸３２ａよりも後方に配置されるものである。

この構成によれば、横風が吹いたり旋回半径を変更しながら走行するような場合にも、排出口７６から反応済みガスと共に排出される燃料電池３１からの生成物（例えば水蒸気）が後輪３２にかかることをより少なくすることができる。

また、上記排出構造においては、排出管７７が、後輪３２の近傍において後方に位置するほど上方に位置するように傾斜して配置されることで、排出口７６から排出される反応済みガス及び生成物を走行風等により拡散させ易くなるため、燃料電池３１からの生成物が後輪３２にかかることをより一層防止できる。
さらに、排出管７７が、後輪３２よりも上方に配置されることでも、上記同様に燃料電池からの生成物を走行風等により拡散させ易くなる。

さらにまた、上記排出構造においては、自動二輪車１におけるサイドスタンド３８が設けられる側に排出口７６が配置されることで、自動二輪車１の停車時等、その車体がサイドスタンド３８により支持された状態であっても、燃料電池からの生成物を排出口から良好に排出できる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば希釈装置５６から直接排出管７７を動出し、希釈装置５６からの排出ガスが排出管７７及びサイレンサ６１のみを介して放出されるようにしてもよい。
そして、上記実施例における構成は一例であり、自動二輪車への適用に限定されないことはもちろん、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における燃料電池車両（自動二輪車）の左側面図である。 上記燃料電池車両の右側面図である。 上記燃料電池車両の下面図である。 上記燃料電池車両における燃料電池システムの主要構成図である。 図１における要部拡大図である。 上記燃料電池車両の後面図である。

符号の説明

３１ モータ
３２ 後輪（駆動輪）
３８ サイドスタンド
５１ 燃料電池
７６ 排出口
７７ 排出管

Claims (5)

1. 水素と酸素とを反応させることにより電力を生成する燃料電池と、該燃料電池により生成された電力に基づいて駆動輪に対して供給する動力を生成するモータと、前記燃料電池の電力生成過程における生成物を導く排出管と、該排出管に設けられて車体外側に向けて開口する排出口とを備える燃料電池車両における排出構造において、前記排出口は、前記駆動輪の前端よりも後方に配置されることを特徴とする燃料電池車両における排出構造。
2. 前記排出口は、前記駆動輪の軸よりも後方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両における排出構造。
3. 前記排出管は、前記駆動輪の近傍において後方に位置するほど上方に位置するように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両における排出構造。
4. 前記排出管は、前記駆動輪よりも上方に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の燃料電池車両における排出構造。
5. 前記燃料電池車両は自動二輪車として構成されると共に、車体を一側に傾斜させた状態で支持するサイドスタンドを備え、該サイドスタンドが設けられる側に前記排出口が配置されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料電池車両における排出構造。
   
   

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