JP2009035044A - 鞍乗型車両 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水路の上位にリザーブタンクを配置しつつ、大型のリザーブタンクを配置しても、設計の自由度を確保することができる鞍乗型車両を提供する。
【解決手段】ヘッドパイプ３に一端が接続されて下方後方に延び、車体中央で上方後方に延びる左右一対のリヤフレーム８と、燃料電池１８の冷却水の放熱を行うラジエータ２０Ｌ，２０Ｒと、燃料電池１８とラジエータ２０Ｌ，２０Ｒとの間で前記冷却水を循環させる冷却水路と、該冷却水路に連結されるリザーブタンク２１とを備える鞍乗型燃料電池車両１において、リザーブタンク２１を、左右一対のリヤフレーム８の幅内に収まるようにシート１５に隣接配置し、その少なくとも一部が冷却水路より上方に位置するように構成する。リザーブタンク２１は、車体前後方向より車幅方向の寸法の方を長くする。燃料電池１８をシート１５の下側に設け、ラジエータを燃料電池１８の車幅方向左右に隣接配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、鞍乗型車両に係り、特に、冷却水路の上位にリザーブタンクを配置しつつ、大型のリザーブタンクを配置しても、設計の自由度を確保することができる鞍乗型車両に関する。

従来から、燃料ガスとしての水素と反応ガス（空気）に含まれる酸素との化学反応で発電する燃料電池を備え、この燃料電池からの供給電力でモータを駆動する燃料電池車両が知られている。燃料電池を効率よく運転するためには、燃料電池の温度を所定の範囲内に保つことが必要であり、通常、このような燃料電池車両には、燃料電池用の冷却システムが設けられている。

特許文献１には、燃料電池内を循環させた冷却水をラジエータで放熱する、水冷式の冷却システムを備えた鞍乗型燃料電池車両が開示されている。ラジエータの冷却水路には、予備の冷却水を貯留するリザーブタンクが設けられ、該リザーブタンクは、冷却水路に混入した空気や燃料ガス等が抜けやすいように、冷却水路の上方に取り付けられている。
特開２００７−１０３０８２号公報

前記したような燃料電池や内燃機関等の冷却対象が大型化すると、冷却水の容量も増加するため、比較的大きなリザーブタンクが必要になる。ここで、特許文献１に開示されているように、車体前方にラジエータがあると、その上方にヘッドパイプと連結される車体フレームがあるため、ラジエータの直上にリザーブタンクを配置することに制約がある。そのため、リザーブタンクはヘッドパイプの側方や前方に配置されることになり、ヘッドパイプ回りの設計の自由度が制限される。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、冷却水路の上位にリザーブタンクを配置しつつ、大型のリザーブタンクを配置しても、設計の自由度を確保することができる鞍乗型車両を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、ヘッドパイプに一端が接続されて下方後方に延び、車体中央で上方後方に延びる左右一対の車体フレームと、冷却対象物の冷却水の放熱を行うラジエータと、前記冷却対象物と前記ラジエータとの間で前記冷却水を循環させる冷却水路と、前記冷却水路に連結されるリザーブタンクとを備える鞍乗型車両において、前記ラジエータは、乗員が着座するシートの下方に配置され、前記リザーブタンクは、前記左右一対の車体フレームの幅内に収まるように前記シートに隣接配置されており、その少なくとも一部が前記冷却水路より上方に位置するように構成されている点に第１の特徴がある。

また、前記リザーブタンクは、車体前後方向の寸法より、車幅方向の寸法の方が長い形状とされている点に第２の特徴がある。

また、前記冷却対象物は、燃料ガスと反応ガスとの化学反応により発電する燃料電池であり、前記燃料電池は、前記シートの下側に設けられ、前記ラジエータは、前記燃料電池の車幅方向左右に隣接配置されている点に第３の特徴がある。

また、荷物を乗せる荷台を備え、前記リザーブタンクは、前記シートの後側に設けられ、前記荷台は、前記リザーブタンクの後側に配置されている点に第４の特徴がある。

また、前記荷台に、前記リザーブタンクを外方から視認できる開口部が設けられている点に第５の特徴がある。

さらに、前記鞍乗型車両は、後輪を２つ備える三輪車両である点に第６の特徴がある。

第１の特徴によれば、ラジエータは、乗員が着座するシートの下方に配置され、リザーブタンクは、左右一対の車体フレームの幅内に収まるようにシートに隣接配置されており、その少なくとも一部が冷却水路より上方に位置するように構成されているので、リザーブタンクを冷却水路より上位に配設しながら、大型のリザーブタンクを配置することが可能となり、車体レイアウトの自由度を高めることができる。さらに、リザーブタンクが左右の車体フレーム幅内に収まるように配置されるため、車体フレームによってリザーブタンクの保護が可能となる。

第２の特徴によれば、リザーブタンクは、車体前後方向の寸法より、車幅方向の寸法の方が長い形状とされているので、車体前後方向の寸法を抑えつつ、左右の車体フレームの間のスペースを十分に活用してリザーブタンクの大型化を図ることが可能となる。

第３の特徴によれば、冷却対象物は、燃料ガスと反応ガスとの化学反応により発電する燃料電池であり、燃料電池はシートの下側に設けられ、ラジエータは燃料電池の車幅方向左右に隣接配置されているので、燃料電池とラジエータとが隣接配置されることで冷却水路が短くなり、冷却水路を通過中の温度上昇を防止して、燃料電池の冷却効果を向上させることができる。また、燃料電池およびラジエータがシートの下方に集中配置されることとなり、重量マスを車体の略中央に集めることが可能となる。さらに、リザーブタンクと冷却水路との距離を短くすることが可能となり、冷却水路内に空気等が混入した場合でも、これがリザーブタンクに到達する時間を短縮することができ、冷却水路内への気泡混入による冷却効果の低下を防止することができる。また、発生した気泡がリザーブタンクに到達する時間を短縮できるので、リザーブタンクに燃料ガスを検知するセンサを設けておけば、冷却水路内に燃料ガスが混入した場合に、これを迅速に検知することが可能となる。

第４の特徴によれば、荷物を乗せる荷台を備え、リザーブタンクはシートの後側に設
けられ、荷台はリザーブタンクの後側に配置されているので、リザーブタンクの後方側を荷台によって保護することが可能となる。

第５の特徴によれば、荷台にリザーブタンクを外方から視認できる開口部が設けられているので、リザーブタンクの冷却水容量を外方から簡単に確認できるようになる。

第６の特徴によれば、鞍乗型車両は、後輪を２つ備える三輪車両であるので、大型のリザーブタンクが効率よく搭載された鞍乗型の三輪車両を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両１の側面図および上面図である。鞍乗型燃料電池車両（鞍乗型車両）１は、操舵輪としての前輪ＷＦを１本とするのに対して、モータで駆動する後輪ＷＲを車幅方向に離隔して２本取り付けた電動三輪車両であり、操向ハンドルと着座シートとの間に、低床式の足乗せ部が設けられたスクータ型の車体構成を有している。また、鞍乗型燃料電池車両１は、複数のセルが積層されて燃料電池を構成するセルスタックと、該セルスタックに燃料の水素ガスを供給する燃料（水素）ガス供給系と、該セルスタックに酸素を含む反応ガス（空気）を供給する反応ガス供給系とから構成される燃料電池発電システムを備え、燃料電池による発電電力または該電力を蓄積する二次電池からの供給電力によってモータを駆動して走行する。

車体フレームの前端に位置するヘッドパイプ３には、ボトムリンク式のフロントサスペンション２を支持するステアリングステム４が回動自在に軸支されている。フロントサスペンション２の下端部には、操舵輪としての前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。前輪ＷＦは、ステアリングステム４に結合された操向ハンドル５によって操舵することができる。左右一対のメインフレーム６は、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有している。メインフレーム６の下方には、メインフレーム６に沿った形状を有する左右一対のアンダフレーム７が配設されている。このアンダフレーム７も、メインフレーム６と同様に、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有する。アンダフレーム７の後端部は、上方に大きく屈曲してメインフレーム６と接続されており、この接続部の後方のメインフレーム６の後端部は、車体後方側で荷台２２を支えるリヤフレーム８に連結されている。荷台２２の内部には、燃料電池１８によって発電した電力を蓄積する二次電池８５が収納されている。

略直方体の燃料電池１８は、乗員１００が着座するシート１５の下方の位置に、車体後方側へ所定角度（例えば、３０度）傾斜した状態で取り付けられている。燃料電池１８の車幅方向左右には、燃料電池１８を冷却するためのラジエータ２０Ｌ，２０Ｒが隣接配設されている。燃料電池１８の背面側には、ラジエータの冷却水を圧送するアクチュエータとしての電動ポンプ１９が配設されている。また、燃料電池１８の前面側には、燃料電池１８に供給する反応ガスを加湿するため加湿器１７が取り付けられている。略円筒状の加湿器１７は、シート１５の下方で車幅方向中央に配設されている。

前記シート１５と操向ハンドル５との間には、低床式の足乗せ部１４が設けられている。この足乗せ部１４は、走行中に乗員の両足が置かれる平坦な床面を、樹脂板等で構成したものであり、本実施形態では、車幅方向で左右対称の形状とされている。加湿器１７の車体前後のメインフレーム６の上面には、足乗せ部１４の樹脂板を支持するためのステー２７が取り付けられている。また、足乗せ部１４の前方下方の位置で、メインフレーム６とアンダフレーム７とに囲まれた空間には、燃料電池１８に反応ガスを圧送するアクチュエータとしての過給機１６が配設されている。

鞍乗型燃料電池車両１の車体は、車体フレームおよび前輪ＷＲを含む車体前方の前車体１ａと、該前車体１ａに連結される後車体１ｂとから構成されている。後輪ＷＲを含む後車体１ｂと前車体１ａとは、連結機構２３で連結されている。ショックユニット３１は、連結機構２３の一部と、左右一対のリヤフレーム８の間に設けられた取付フレーム（不図示）に取り付けられ、上下方向のショックを吸収している。連結機構２３には、ラバーダンパを使用したナイトハルトスイング機構が適用されており、これにより、２本の後輪を路面に接地させたまま前車体１ａをバンクさせて旋回走行することが可能となる。後輪ＷＲに駆動力を与える駆動モータと減速機構とを一体的に収納したパワーユニット２４は、後車体１ｂのベース部材２５の後方寄りで左右の後輪ＷＲの間に取り付けられている。パワーユニット２４から出力される駆動力は、車軸２６によって後輪ＷＲに伝達される。後車体１ｂの後輪ＷＲの間には、モータ制御ユニット等からなる複数の駆動系電装部品４５が取り付けられている。略直方体の大小の部品からなる駆動系電装部品４５は、駆動モータを制御するモータ制御ユニットとしてのモータドライバ５０、直流電流の電圧値を所定値に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ５１、燃料電池１８からの供給電圧を昇圧または降圧する電圧変換器（ＶＣＵ）５２、モータ制御ユニットとしてのメインＣＰＵ５３、前記過給機１６を駆動するための制御ドライバ５４、前記電動ポンプ１９を駆動するための制御ドライバ５５、複数のヒューズを収納するヒューズボックス５６を含む。

ヘッドパイプ３の車幅方向左右には、メインフレーム６およびアンダフレーム７を左右から挟むようにして左右一対の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒが取り付けられている。燃料タンクとしての水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの前方および側方は、メインフレーム６に連結されたガードパイプ９で囲まれている。また、左側の水素ボンベ１０Ｌの前方上方には、反応ガスとなる外気（空気）を濾過するためのエアクリーナボックス１２が配設されている。車両前方側は、樹脂の薄板等で形成された外装部品としてのカウリング１１で覆われている。ガードパイプ９の前方側に取り付けられた保護パッド１３は、カウリング１１に形成された開口部からその一部が外方に臨むように配設されている。

左右のラジエータ２０Ｌ，２０Ｒは、車体側面視において、上部を前方に傾けるようにしてシート１５の下方に取り付けられている。また、車体上面視においては、車体前方からの走行風を受け止めやすいように、走行風を受ける平面部を車体内側に傾けるようにして取り付けられている。なお、ラジエータ２０Ｌ，２０Ｒの少なくとも一部は、車体側面視でシート１５の前後長内に収まるように配置されている。燃料電池１８の後方上部には、冷却水のリザーブタンク２１がシート１５に隣接配置されている。リザーブタンク２１は、左右一対の車体フレームとしてのリヤフレーム８の幅内に収まるように配設されており、これにより、リヤフレーム８によってリザーブタンク２１が外方から保護されることとなる。リザーブタンク２１の上部には水素センサ４１が配設されている。

左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの間で、かつ左右のメインフレーム６およびアンダフレーム７に囲まれた空間には、燃料電池１８への水素供給量の制御部等を含む水素供給ユニット２８が配設されている。また、燃料電池１８には、加湿器１７によって加湿された反応ガスを燃料電池１８の上部から供給する吸入側マニホールド２９と、燃料電池１８の内部で化学反応し切れなかった未反応ガスを燃料電池１８の下部から排気する排出側マニホールド３０とが取り付けられている。

図３は、燃料電池とその周辺機器を車体左後方から見た斜視図である。また、図４は、冷却システムの構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。図３に示すように、本実施形態では、ラジエータ２０Ｌ，２０Ｒや電動ポンプ１９を含む燃料電池冷却システムの構成部品が燃料電池１８の周囲に近接配設され、燃料電池１８の周囲で冷却水路が完結するように構成されている。これにより、冷却水路が短縮されて、燃料電池の冷却効率を高めることができる。また、冷却システムの構成部品が燃料電池１８の周囲に集中的に配置されるので、冷却システム全体で配管の長さが短縮され、配管での圧力損失を低減することが可能となる。さらに、冷却システムが車体の中央寄りに配設されることとなり、マスの集中化を図ることができる。

以下に、冷却システムの構成を説明する。本実施形態において、冷却水路とは、ラジエータ２０Ｌ，２０Ｒと冷却対象物としての燃料電池１８との間で冷却水を循環させる水路全体を指す。電動ポンプ１９で圧送された冷却水は、分配管９８を介してラジエータ２０Ｌ，２０Ｒに送られる。ラジエータ２０Ｌ，２０Ｒで放熱された冷却水は、配管９３，９４によってサーモスタット４２に送られる。該サーモスタット４２内のバルブ４２ａは、冷却水温度が所定値以上の場合に開放されている。これにより、ラジエータ２０Ｌ，２０Ｒで冷やされた冷却水は、配管９１を介して燃料電池１８に送られると共に、配管９５を介してイオン交換器４０に送られることとなる。イオン交換器４０を通過した冷却水は、配管９６を介して電動ポンプ１９に戻される。また、燃料電池１８の内部を通過して温められた冷却水は、配管９７を介して電動ポンプ１９に戻される。

なお、冷却水温度が所定値より低い場合には、燃料電池１８の過冷却を防ぐためにバルブ４２ａが閉じられ、電動ポンプ１９で圧送された冷却水は、ラジエータ２０Ｒの側部に設けられたバイパス管９２を経由してサーモスタット４２に戻されることとなる。また、電動ポンプ１９の作動中、常に冷却水が通過するイオン交換器４０は、所定のイオンを除去して冷却水の電気伝導度を低く抑える機器である。

冷却水のリザーブタンク２１は、燃料電池１８の後面側の上部に配設されており、ラジエータ２０Ｒと連結されると共に、エア抜き用の細管９０でサーモスタット４２にも連結されている。本実施形態に係る冷却システムにおいて、冷却水路の最上位は、燃料電池１８の後方上部に配設される分配管９８の位置となる。また、本実施形態において、燃料電池１８の上端部は、直方体とされる燃料電池１８の上面の前方側端部の位置に相当する。したがって、燃料電池１８の後方側にリザーブタンク２１が隣接配置され、その一部が燃料電池１８の上端部より上方に配置される図示の状態において、リザーブタンク２１は、冷却水路の最上位に位置することとなる。

また、リザーブタンク２１は、左右一対のリヤフレーム８の幅内に収まるようにシート１５に隣接配置され、その少なくとも一部が冷却水路より上方に位置するので、リザーブタンク２１を冷却水路の上位に配設しながら、リザーブタンク２１の大型化を図ることが可能となり、車体レイアウトの自由度を高めることができる。さらに、リザーブタンク２１は、車体前後方向の寸法より車幅方向の寸法の方が大きくなるように形成されているので、車体前後方向の寸法を抑えつつ、左右のリヤフレーム８の間のスペースを有効活用して、リザーブタンク２１の大型化を図ることができる。

上記したようなリザーブタンク２１の配置によれば、リザーブタンク２１を冷却水路中の上位に配設しながら、リザーブタンク２１と冷却水路との距離を短くすることが可能となる。これにより、冷却水路内に空気等が混入した場合でも、これがリザーブタンク２１に到達する時間を短縮でき、冷却水路内への気泡混入による冷却効果の低下を防止することができる。また、本実施形態では、リザーブタンク２１の上部に水素を検知する水素センサ４１が取り付けられており、冷却水路内に燃料ガスが混入した場合でも気泡が素早くリザーブタンク２１に到達し、これを迅速に検知することができる。

図５は、鞍乗型燃料電池車両１を左後方から見た斜視図である。この図では、左側の後輪ＷＲを取り外した状態を示している。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒは、その下端部にブロック状の栓部材６７が取り付けられており、この栓部材６７に取り付けられた水素ガス供給管６９によって、水素供給ユニット２８に水素ガスが圧送される。水素供給ユニット２８は、左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒおよびメインフレーム６の間に隠されるように、乗員の足乗せ部１４を挟んで加湿器１７に対面する位置に配設されている。燃料電池１８を左右から挟むように隣接配設されるラジエータ２０Ｌ，２０Ｒには、停車時でも強制的に送風して放熱を行うことができる電動ファン３９が取り付けられている。

燃料電池１８の背面部に配設される電動ポンプ１９の下方には、前記イオン交換器４０、連結機構２３と取付フレーム４３との間に取り付けられるショックユニット３１、サーモスタット４２が配設されている。サーモスタット４２の上部には、冷却水に混入した空気等をリザーブタンク２１に排出するエア抜き管９０が取り付けられている。

リヤフレーム８に支持される荷台２２は、荷物を積載する平坦な床部の前方側に、荷物を前方側に寄せて固定するための立設部３６を設けた構成とされる。この荷台２２は、リザーブタンク２１の後方に位置し、これにより、リザーブタンク２１の後部を外方から加えられる力から保護することが可能となる。立設部３６の下部の車幅方向中央には、リザーブタンク２１の一部を目視できる開口部３８が設けられており、これにより、車体の外方側から冷却水容量を確認することが可能となる。また、リザーブタンク２１の前方側は、シート１５や燃料電池１８によって保護されることとなる。なお、立設部３６の開口部３８の位置や形状は、リザーブタンク２１の位置や形状に合わせて種々の変形が可能である。また、リザーブタンク２１は、車幅方向中央から左右に偏倚した位置に配設されてもよい。また、荷台２２の後端部には、制動灯および方向指示器を一体的に形成した尾灯装置３７が取り付けられている。荷台２２の立設部３６は、乗員１００の背当てとして機能するようにしてもよい。

連結機構２３によって前車体１ａに連結される後車体１ｂのベース部材２５には、主骨格となる下枠を構成するベースフレーム３２の上側に、該ベースフレーム３２による枠組の剛性を高めるサブフレーム３４を立設して構成される後部フレーム４７が接続される。サブフレーム３４は、ベース部材２５に取り付けられた各種機器を守る保護部材として機能する。そして、このベースフレーム３２とサブフレーム３４とに囲まれたスペースに、駆動モータ２４ａを内装したパワーユニット２４、駆動モータ２４ａを制御するモータ制御ユニットとしてのモータドライバ５０、燃料電池１８からの供給電圧を昇圧または降圧する電圧変換器（ＶＣＵ）５２のほか、各種の駆動系電装部品が集中配置されている。ベースフレーム３２には、後輪ＷＲの車軸２６を支持するための左右一対の板状の車軸ホルダ３３が取り付けられている。

上記したように、本発明に係る鞍乗型燃料電池車両によれば、乗員が着座するシートの下方にラジエータが配置され、リザーブタンクは、左右一対のリヤフレームの幅内に収まるようにシートに隣接配置されており、その少なくとも一部が冷却水路より上方に位置するように構成されているので、リザーブタンクを冷却水路より上位に配設しながら、大型のリザーブタンクを配置することが可能となり、車体レイアウトの自由度を高めることができる。

冷却システムの冷却水路の構成、リザーブタンクの形状や配設位置、ラジエータや荷台の形状等は、上記実施形態に限られず種々の変更が可能である。なお、上記実施形態では、燃料電池の冷却構造について説明したが、本発明に係る冷却構造が、内燃機関等に適用可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の側面図である。 本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の上面図である。 燃料電池とその周辺機器を車体左後方から見た斜視図である。 冷却システムの構成を示すブロック図である。 鞍乗型燃料電池車両を左後方から見た斜視図である。

符号の説明

１…鞍乗型燃料電池車両（鞍乗型車両）、３…ヘッドパイプ、８…リヤフレーム、１５…シート、１７…加湿器、１８…燃料電池、１９…電動ポンプ、２０Ｌ，２０Ｒ…ラジエータ、２１…リザーブタンク、２２…荷台、３６…立設部、３８…開口部、４１…水素センサ、４２…サーモスタット、８５…二次電池、９８…分配管

Claims (6)

1. ヘッドパイプに一端が接続されて下方後方に延び、車体中央で上方後方に延びる左右一対の車体フレームと、
   冷却対象物の冷却水の放熱を行うラジエータと、
   前記冷却対象物と前記ラジエータとの間で前記冷却水を循環させる冷却水路と、
   前記冷却水路に連結されるリザーブタンクとを備える鞍乗型車両において、
   前記ラジエータは、乗員が着座するシートの下方に配置され、
   前記リザーブタンクは、前記左右一対の車体フレームの幅内に収まるように前記シートに隣接配置されており、その少なくとも一部が前記冷却水路より上方に位置するように構成されていることを特徴とする鞍乗型車両。
2. 前記リザーブタンクは、車体前後方向の寸法より、車幅方向の寸法の方が長い形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の鞍乗型車両。
3. 前記冷却対象物は、燃料ガスと反応ガスとの化学反応により発電する燃料電池であり、
   前記燃料電池は、前記シートの下側に設けられ、
   前記ラジエータは、前記燃料電池の車幅方向左右に隣接配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鞍乗型車両。
4. 荷物を乗せる荷台を備え、
   前記リザーブタンクは、前記シートの後側に設けられ、
   前記荷台は、前記リザーブタンクの後側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の鞍乗型車両。
5. 前記荷台に、前記リザーブタンクを外方から視認できる開口部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の鞍乗型車両。
6. 前記鞍乗型車両は、後輪を２つ備える三輪車両であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の鞍乗型車両。

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