JP3945965B2 - 燃料電池搭載自動二輪車 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池搭載自動二輪車に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池搭載自動二輪車として、例えば特開平3−109126号公報「燃料電池電気自動車」が知られている。
上記技術は、同公報の図1によれば、燃料電池13(符号は同公報の符号を流用した)をエネルギ源とする電気自動車であって、燃料電池13を車体2の中央下部に配置した自動車1である。
例えば、燃料電池13を使用する場合には、後述するように燃料電池13の他に、メタノールを貯溜する燃料タンク、水素を発生させる改質器、発生させた電気を溜める二次電池などが必要であり、燃料電池13、改質器及び二次電池などのレイアウトも自動二輪車に搭載する場合には重要な課題になる。以下、燃料電池の発電原理から燃料電池システムの一例について説明する。
【0003】
図7(a)〜(b)は燃料電池の発電原理の説明図であり、(a)は一般的な水の電気分解の原理を示し、(b)は燃料電池の発電原理を示す。
(a)において、硫酸(H2SO4)などの電解質を溶かした水(H2O)を水槽101に入れ、この水槽101の中に白金などの電極102,103をセットし、これらの電極102,103をそれぞれ容器104,105で覆い、電極102,103間に直流電源106を繋ぐと、プラス側となる電極102には酸素ガス(O2)が発生し、マイナス側となる電極103には水素ガス(H2)が発生することはよく知られる水(H2O)の電気分解の原理である。ここで、矢印(e-)は電荷の流れ、矢印(H+)は水素イオンの流れを示す。
【0004】
(b)において(a)とは逆に、一方の容器104に酸素ガス(O2)を入れ、他方の容器105に水素ガス(H2)を入れ、に両電極102,103間に負荷107を繋ぎ、酸素ガス(O2)と水素ガス(H2)とを硫酸(H2SO4)などの電解質を溶かした水(H2O)の中で電気化学反応させると、負荷107には電気が流れる。そして、酸素ガス(O2)及び水素ガス(H2)は、結合して水(H2O)となる。
すなわち、(a)に示す水の電気分解の逆が、燃料電池の発電原理である。次図で燃料電池システムを説明する。
【0005】
図8は燃料電池システムの一例を示すブロック図であり、燃料電池システム110は、メタノールを貯溜する燃料タンク111と、メタノールと水とから水素を発生させる改質器112と、この改質器112で発生させた水素と空気中の酸素とを電気化学反応させる燃料電池113と、この燃料電池113にエアークリーナ114を経由させ大気中の空気を送り込む第1ポンプ115と、改質器112から燃料電池113に水素を送り込む第2ポンプ116と、燃料電池113から排出する水蒸気及び改質器112で発生して燃料電池113を経由させた二酸化炭素ガスを受入れ、二酸化炭素ガス量を低減させるキャタライザ(触媒)117と、このキャタライザ117から排出する水を受ける水タンク118と、燃料電池113で発生させた電気を貯溜する二次電池119と、この二次電池119に制御部121を介して接続するモータ122とからなる。なお、二次電池119はモータ122で発電する電気をも蓄えるものである。
【0006】
図中、白抜き矢印(CH3OH)はメタノールの流れ、白抜き矢印(H2)は水素ガスの流れ、白抜き矢印(O2)は酸素ガスの流れ、白抜き矢印(H2O+CO2)は水蒸気及び二酸化炭素ガスの流れ、白抜き矢印(H2O)は水の流れを示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、燃料電池113を自動二輪車(不図示)のエネルギ源として利用するためには、メタノールを貯溜する燃料タンク111、水素を発生させる改質器112、燃料電池113で発生させた電気を溜める二次電池119などが必要であり、これらの燃料タンク111、改質器112及び燃料電池113などを実際に自動二輪車に搭載する場合には、重量バランス、メンテナンス又はデザイン等を配慮する必要があり、多岐にわたる燃料電池システム110のレイアウトを模索する必要がある。
【0008】
すなわち、本発明の目的は、燃料電池を自動二輪車に搭載する場合に、最適に燃料電池、改質器又は二次電池などを配置することのできる技術を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の燃料電池搭載自動二輪車は、ヘッドパイプから後方へ下がりながら延び、シートの前方にて跨ぎ空間を形成するメインフレームを有する燃料電池搭載自動二輪車において、メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置したことを特徴とする。
【0010】
メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置することで、自動二輪車の低重心化を図る。
【0011】
請求項2は、燃料電池システムが、メタノールにて水素が発生することを特徴とする。
請求項3は、燃料電池が前輪の後部に位置することを特徴とする。
請求項4は、燃料電池システムが、燃料タンク及び改質器であることを特徴とする。
燃料電池システムを燃料タンク及び改質器にて構成する場合には、例えば、燃料タンクや改質器は重量物であるので、自動二輪車の低重心化に特に寄与することができる。
請求項5は、燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したことを特徴とする。
【0012】
メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置することで、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図る。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の側面図であり、燃料電池搭載自動二輪車10(以下、単に「自動二輪車10」と略記する)は、車体フレーム11のヘッドパイプ12に取付けたフロントフォーク13と、フロントフォーク13に取付けた前輪14と、フロントフォーク13に連結したハンドル15と、車体フレーム11の後上部に取付けたスイングユニット16と、スイングユニット16の後部に取付けた後輪17と、車体フレーム11の後部上部に配置したシート18と、車体フレーム11の下方に主要部を構成する燃料電池システム30と、この燃料電池システム30で駆動するモータユニット40とを、主要構成とした自動二輪車である。
図中、21はリヤサスペンション、22はドライブチェーン、23はフロントフェンダ、24はリヤフェンダ、25はボデーカバーを示す。
【0014】
車体フレーム11は、ヘッドパイプ12から後方へ下がりながらメインフレーム27延ばし、このメインフレーム27の後端から左右一対のリヤパイプ28,28(片側の28不図示)を上部後方へ延ばし、これらのメインフレーム27の中間とリヤパイプ28,28の中間とを2本のセンタパイプ29,29で繋いだものである。
【0015】
燃料電池システム30は、メタノールを貯溜する燃料タンク31と、この燃料タンク31から供給するメタノールと水とから水素を発生させる改質器32と、この改質器32で発生させた水素と空気中の酸素とを電気化学反応させる燃料電池33と、この燃料電池33からの電気を蓄えると共にモータユニット40で発電する電気を蓄える二次電池34とからなる。
【0016】
すなわち、自動二輪車10は、メインフレーム27の下方にメタノールを蓄える燃料タンク31、メタノールを水素に改質する改質器32、燃料電池33及びモータユニット40を配置したので、自動二輪車10の低重心化を図る。また、メインフレーム27の下方に、燃料タンク31、メタノールを水素に改質する改質器32、燃料電池33及びモータユニット40を配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータユニット40を駆動するという構成部品の集約化を図ることができる。この結果、燃料電池33、改質器32又は二次電池34などを最適に配置した自動二輪車10を実現できる。
【0017】
図2は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニット40は、二次電池34及び燃料電池33(図1参照)で駆動すると共に二次電池34を充電するモータ41と、このモータ41に接続した変速機42とからなり、この変速機42を介してドライブチェン22を駆動し、後輪17に動力伝達するようにしたものである。
【0018】
以上に述べた自動二輪車10の燃料電池システム30の動作を次に説明する。図3は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の燃料電池システムの動作説明図であり、燃料電池システム30の動作フローを示す。
燃料電池システム30は、燃料タンク31から改質器32にメタノール(CH3OH)を矢印▲1▼の如く送り込み、燃料電池33から排出される水(H2O)を改質器32に矢印▲2▼の如く送り込み、改質器32で水素(H2)を発生させる。
改質器32で発生させた水素(H2)を燃料電池33に矢印▲3▼の如く送り込み、大気中の酸素(O2)を燃料電池33に矢印▲4▼の如く供給し、燃料電池33で電気を発生さる。
【0019】
燃料電池33から発生した水蒸気(H2O)及び改質器32で発生して燃料電池33を経由させた二酸化炭素(CO2)を矢印▲5▼の如く排出し、キャタライザ(不図示)で二酸化炭素量(CO2)を低減させたのちの水蒸気(H2O)の一部を大気中に排出し、水蒸気(H2O)の一部は水(H2O)として前述するように改質器32に循環させる。なお、燃料タンク31をメインフレーム27の前端に設けたので、燃料であるメタノール(CH3OH)の補給も容易にすることができる。次に電気の流れを説明する。
【0020】
燃料電池33で発電した電気は直接モータユニット40のモータ41に矢印▲6▼の如く供給すると共に二次電池34に矢印▲7▼の如く蓄える。また、二次電池34及び二次電池34間の電気の流れは、二次電池34からモータ41に電気を供給すると共にモータ41で発電した電気を蓄えるようにしたものである。すなわち、矢印▲8▼の如く電気の授受を行なう。
【0021】
すなわち、燃料タンク31、改質器32、燃料電池33及びモータ41を、メインフレーム27の前方から後方へ燃料タンク31、改質器32、燃料電池33、モータ41の順に配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図ることができる。この結果、自動二輪車10の燃料タンク31、改質器32、燃料電池33及びモータ41廻りをコンパクトにまとめることができる。
【0022】
図4は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の別実施例のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニット44は、二次電池34及び燃料電池33(図1参照)で駆動すると共に二次電池34を充電するモータ45と、このモータ45に一体的に設けた変速機46からなり、この変速機46を介してドライブチェン22を駆動し、後輪17に動力伝達するようにしたものである。
。
【0023】
図5は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のさらなる別実施例のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニットは、二次電池34及び燃料電池33(図1参照)で駆動するモータ47のみで構成し、このモータ47で直接的にドライブチェン22を駆動し、後輪17に動力伝達するようにしたものである。
【0024】
図6は本発明に係る第2実施の形態の燃料電池搭載自動二輪車の側面図である。なお、自動二輪車10と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略する。
図中、11は車体フレーム、12はヘッドパイプ、13はフロントフォーク、14は前輪、15はハンドル、16はスイングユニット、17は後輪、18はシート、21はリヤサスペンション、22はドライブチェーン、23はフロントフェンダ、24はリヤフェンダ、25はボデーカバー、27はメインフレーム、28はリヤパイプ、29はセンタパイプ、31は燃料タンク、32改質器、40はモータユニット、41モータ、42は変速機であり、燃料電池搭載自動二輪車50(以下、単に「自動二輪車50」と略記する)は、燃料電池システム60をタンク31、改質器32、燃料電池33及びメインフレーム27廻りに設けた二次電池64とから構成したものである。
【0025】
すなわち、二次電池64を燃料電池33に寄り近づけることで、二次電池64を燃料電池33に繋ぐ配線(不図示)を短くすることができ、給電効率を向上させることができる。
また、二次電池64をメインフレーム27廻りに設けることで、重量のある二次電池64を車両下方に配置することができ、自動二輪車50の低重心化を図ることができる。
さらに、シート18下部に収納ボックス65を設けることができ、自動二輪車50の利便性を向上させることができる。
【0026】
尚、実施の形態では図1に示すように、燃料電池システム30を燃料タンク31、改質器32、燃料電池33及び二次電池34で構成したが、例えば、メタノール、水素、酸素を送るポンプを任意に設けものであってもよい。また、空気中の酸素を燃料電池33に送り込む際に、エアフィルタを介したものであってもよい。
【0027】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置したので、自動二輪車の低重心化を図ることができる。
【0028】
請求項2は、燃料電池システムが、メタノールにて水素が発生することを特徴とする。
請求項3は、燃料電池は前輪の後部に位置することを特徴とする。
請求項4は、燃料電池システムを燃料タンク及び改質器にて構成する場合には、例えば、燃料タンクや改質器は重量物であるので、自動二輪車の低重心化に特に寄与することができる。
請求項5は、燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図ることができる。この結果、自動二輪車の燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータ廻りをコンパクトにまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の側面図
【図2】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のモータユニットのレイアウト図
【図3】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の燃料電池システムの動作説明図
【図4】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の別実施例のモータユニットのレイアウト図
【図5】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のさらなる別実施例のモータユニットのレイアウト図
【図6】本発明に係る第2実施の形態の燃料電池搭載自動二輪車の側面図
【図7】燃料電池の発電原理の説明図
【図8】燃料電池システムの一例を示すブロック図
【符号の説明】
10,50…燃料電池搭載自動二輪車、12…ヘッドパイプ、27…メインフフレーム、31…燃料タンク、32…改質器、33…燃料電池、34,64…二次電池。
Claims (5)
- ヘッドパイプから後方へ下がりながら延び、シートの前方にて跨ぎ空間を形成するメインフレームを有する燃料電池搭載自動二輪車において、
前記メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、前記シートの下方に、前記二次電池を配置したことを特徴とする燃料電池搭載自動二輪車。 - 前記燃料電池システムは、メタノールにて水素が発生することを特徴とする請求項1記載の燃料電池搭載自動二輪車。
- 前記燃料電池は、前輪の後部に位置することを特徴とする請求項1記載の燃料電池搭載自動二輪車。
- 前記燃料電池システムは、燃料タンク及び改質器であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池搭載自動二輪車。
- 前記燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、前記メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したことを特徴とする請求項4記載の燃料電池搭載自動二輪車。
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