JP4382250B2 - 燃料電池車両の排水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池によって生成された水を車体外に排出する燃料電池車両の排水装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、燃料電池で発電した電気をモータに供給し、このモータによって車輪を駆動する燃料電池車両は、水素ガスボンベまたは水素生成用改質装置から供給された水素と、空気(大気)とを燃料電池の燃料としている。燃料電池によって生成された水は、車体外に排出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように構成した従来の燃料電池車両においては、燃料電池で生成された水を車体外に排出する場所が問題であった。これは、晴天時乾燥路を走行中であっても、燃料電池によって生成された水がタイヤにかかると制動時や急発進時にタイヤが周方向にスリップしたり、旋回時タイヤが横方向にスリップするからであり、晴天時であっても雨天走行時と同様に慎重な運転操作が要求され、使い勝手が悪くなるからである。
【0004】
本発明はこのような問題点のうち少なくとも直進走行中に制動力が低下するのを解消するためになされたもので、燃料電池で生成された水がタイヤにかかることがないようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係る燃料電池車両の排水装置は、燃料電池によって生成された水の排水口を車体の側方に配設してなり、前記燃料電池を冷却した冷却用空気を車体外に排出する排気管の途中に排水通路を接続し、前記排気管の排気口を車体の側方へ向けて開口させ、この排気口を前記排水口としたものである。
本発明によれば、燃料電池によって生成された水が車体の側方に排出される。また、この発明によれば、燃料電池を冷却した空気は、排気口から車体の側方へ向けて吹出すから、この空気に押されるようにして水が車体の側方へ飛散する。
【0006】
請求項2に記載した発明に係る燃料電池車両の排水装置は、請求項1に記載した発明に係る燃料電池車両の排水装置において、二輪車に燃料電池を搭載してなる燃料電池車両の前輪より後方に排水口を配設し、この排水口は、排水口を設けた側に旋回をしたとき上方から見て旋回時に後輪が描く軌跡より旋回中心側に配設されているものである。
この発明によれば、後輪に旋回時に水がかかるのを回避することができる。
【0008】
請求項3に記載した発明に係る燃料電池車両の排水装置は、請求項1または請求項2記載の発明に係る燃料電池車両の排水装置において、燃料電池から排出される余剰水素を燃焼させた熱によって液体原料を改質し水素を発生させる改質装置を燃料電池の水素供給源としたことを特徴とする燃料電池車両の排水装置。
この発明によれば、改質装置によって生成された水素以外のガスが燃料電池内で水に溶け込むようなことがあったとしても、この水が前輪や後輪のタイヤにかかるのを回避することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明に係る燃料電池車両の排水装置を図1ないし図5によって詳細に説明する。ここでは、本発明を燃料電池自動二輪車に適用した形態について説明する。
図1は本発明に係る燃料電池自動二輪車の側面図、図2は同じく平面図、図3は燃料電池システムの構成を示すブロック図、図4は排水口の構成を示す断面図、図5は旋回時の後輪の移動軌跡と排水口の位置を説明するための平面図である。
【0010】
これらの図において、符号1で示すものは、本発明に係る燃料電池自動二輪車である。この燃料電池自動二輪車1は、車体フレーム2の前端部にフロントフォーク3を介して前輪4を操舵自在に支持させ、車体フレーム2におけるシート5の下方の部位にユニットスイング式動力ユニット6を上下方向に揺動自在に支持させている。
【0011】
前記車体フレーム2は、前記フロントフォーク3を回動自在に支持するヘッドパイプ7と、このヘッドパイプ7から後下がりに延びる左右2本の前部パイプ8と、これらの前部パイプ8の下端部にそれぞれ接続した後部パイプ9と、これらの後部パイプ9どうしを接続するクロスメンバ10などによって形成している。前記フロントフォーク3は、前記ヘッドパイプ7に回動自在に支持させたステアリング軸(図示せず)の下端部に固着している。前記ステアリング軸の上端部には、操向ハンドル11を固定している。前記動力ユニット6は、前端部にモータ12を軸線方向が車幅方向を指向する状態で装着するとともに、後端部に後輪13を回転自在に支持しており、前記モータ12の動力が伝動ケース6a内の伝動装置(図示せず)を介して後輪13に伝達される構造を採っている。
【0012】
車体フレーム2の後部パイプ9は、前部パイプ8との接続部分から略水平に後方へ延びるとともに、シート5の下方で後上がりに延在している。後部パイプ9の前記水平延在部を符号14で示す。この水平延在部14の上に後述する燃料電池21のセルスタック体22を搭載している。なお、この実施の形態による燃料電池自動二輪車1は、車体フレーム2を含む車体の全体が車体カバー23によって覆われている。
【0013】
燃料電池21は、従来からよく知られている構造のものであり、図3に示すように、前記セルスタック体22に水素と大気と加湿用の水とを供給して電気を発生させ、電力を前記モータ12やバッテリー24などを有する駆動装置25に供給する構成を採っている。この燃料電池21のアクチュエータ類(各ファンや各弁など)の制御は、図3において符号26で示すFCコントローラが行うようになっている。
【0014】
前記セルスタック体22にダイオード27、電流センサ28およびヒューズ29などを介して駆動装置25を接続し、燃料電池21によって発生させた電気によって走行できるようにしている。駆動装置25は、後輪駆動用の前記モータ12と、このモータ12と前記セルスタック体22との間に介装した電力調整部31と、この電力調整部31に接続したバッテリー24と、モータ12の出力を制御する車両コントローラ32などよって構成しており、操向ハンドル11に設けたスロットルグリップ33(図2参照)の操作量に対応するようにモータ12の出力を増減させる構成を採っている。
【0015】
前記セルスタック体22は、カーボンによって平板状に形成したセル22aと、これらのセル22aどうしの間に挟み込ませた高分子膜(例えばイオン交換樹脂膜)とを有し、これら両者を車体の前後方向に積層することによって形成している。
セルスタック体22に供給する水素は、図1に示すように車体の後端部に搭載した水素ボンベ34から図3に示す閉止バルブ35、流量調整バルブ36、バッファタンク37を通ってセルスタック体22に導かれるようにしている。セルスタック体22を通過した水素や前記バッファタンク37から溢出した水素は、触媒燃焼器38によって燃焼させて車体外に排出する。
【0016】
セルスタック体22に供給する大気は、図1および図2に示すようにセルスタック体22の車体前側の端部に装着した反応空気ブロア41から導かれるようにしている。この反応空気ブロアは、空気入口部分にフィルター42を装着し、図3に示すように、大気を熱交換器43と三方弁44とを介して吸込み、セルスタック体22に供給する構造を採っている。前記熱交換器43は、セルスタック体22から排出される温水の熱で大気を温めて大気中の水分を除去するためのものである。前記三方弁44は、大気を前記熱交換器43とバッテリー冷却用送風ファン45に選択的に導く構造を採っている。
【0017】
セルスタック体22に供給する水は、セルスタック体22で発電をすることによって生成される水を前記熱交換器43を通してから水タンク46に貯留させ、この水タンク46から水ポンプ47によってセルスタック体22に導かれるようにしている。前記熱交換器43と、水タンク46と、水ポンプ47は、図1に示すように、セルスタック体22の後方であって車体左側に配設している。水タンク46から溢出した水は、排水管51を通して車体外に排出されるようにしている。
【0018】
前記排水管51は、図2に示すように、車体左側に位置する前記水タンク46から車体フレーム2のクロスメンバ10の内部を通して車体右側へ配管し、図2において符号52で示す排気管に接続している。この排気管52は、セルスタック体22を冷却した冷却用空気と、前記触媒燃焼器38で余剰水素を燃焼させた後の排気とを車体外に排出するためのものである。セルスタック体22の冷却は、セルスタック体22の前側下部であって車体左側の端部に冷却空気ファン53(図1および図3参照)によって車体カバー23内の空気を圧送し、この冷却用空気をセルスタック体22内で車体左側から車体右側へ流し、セルスタック体22の車体右側の端部から前記排気管52に排出することによって行う。前記車体カバー23は、走行風を内部に導くためのスリットからなる走行風入口23aを前輪の上方近傍に複数形成している。この走行風入口23aから車体カバー23内に流入した大気がセルスタック体22に反応用空気または冷却用空気として供給されるようにしている。
【0019】
前記排気管52の途中には、図2および図4に示すようにサイレンサー54を介装している。このサイレンサー54の下流側に前記排水管51の下流側端部を接続し、排気管52内に前記水を排出する構造を採っている。すなわち、排気管52の排気口52aが排水口になるようにしている。
排気口52a(排水口)は、図5に示すように、後輪13より車体の右側方に配設し、車体の右側方に向けて開口している。詳述すると、前記排気口52a(排水口)は、前輪4と後輪13との間であって、右側(排気口52aを設けた一側)に旋回をしたとき上方から見て旋回時に後輪13が描く軌跡より旋回中心側に位置するように配設し、排気と排水を前記旋回中心側へ向けて排出するように形成している。右旋回時に後輪13が描く軌跡を図5中に二点鎖線Aで示し、左旋回時に後輪が描く軌跡を二点鎖線Bで示す。
【0020】
このように構成した燃料電池自動二輪車1においては、燃料電池21によって生成された水の排水口を車体の側方に配設しているから、燃料電池21によって生成された水が車体の側方に排出される。
したがって、大気中の酸素以外の物質と水素とが化学反応を起こすことによって生成された水が後輪13のタイヤ13aにかかるのを回避することができる。このため、晴天時乾燥路を直進走行する場合に、制動や急発進を行ったとしてもタイヤ13aがスリップを起こし難い燃料電池自動二輪車1を製造することができる。
【0021】
また、前輪4と後輪13との間であって、上方から見て旋回時に後輪13が描く軌跡より旋回中心側に排水口(排気口52a)を配設しているから、旋回時であっても前輪4は勿論のこと後輪13に生成された水がかかるのを回避することができ、制動しても前輪4および後輪13が周方向にスリップするのを防止し充分な制動性能を発揮させることができるのみでなく、前輪4および後輪13が横方向にスリップするのを防止し、充分な旋回性能を発揮させることができる。
さらに、燃料電池21を冷却した冷却用空気を車体外に排出する排気管52の途中に排水通路を接続し、前記排気管52の排気口52aを車体の側方へ向けて開口させ、この排気口52aを排水口としているから、燃料電池21を冷却した空気が排気口52aから車体の側方へ向けて吹出すときにこの空気に押されるようにして水が車体の側方へ飛散する。このため、専ら水を吹き飛ばすポンプを設けることなく、水が後輪13のタイヤ13aにかかるのを確実に回避することができる。
【0022】
第2の実施の形態
燃料電池に供給する水素は、図6に示すように改質装置によって生成することができる。
図6は他の実施の形態を示すブロック図である。同図において、前記図1ないし図5によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0023】
図6に示す燃料電池21は、水素供給系の構成が異なる他は第1の実施の形態を採るときと同一の構成を採っている。
図6において符号61で示すものは改質装置である。この改質装置61は、メタノールタンク62からメタノールポンプ63によって液状のメタノールが供給されるとともに、水タンク46から水ポンプ64によって水が供給される蒸発器65と、この蒸発器65を加熱する加熱器66と、前記蒸発器65で発生したガスから水素を生成する触媒層67とを備えている。すなわち、エネルギー密度の高い液体原料を使用する分、一回の原料充填当たりの走行距離を大きくできる。そして、前記加熱器66は、メタノールタンク62から供給されたメタノールをバーナファン68から供給された空気によって燃焼させる構造を採っている。この加熱器66は、燃料電池21を運転しているときには、セルスタック体22から排出された余剰水素を燃焼させるように形成している。
【0024】
改質装置61の燃焼ガス出口61aは排気管52に接続し、生成ガス出口61bはCO低減装置71(選択酸化反応器)に接続している。改質装置61で製造された水素を含むガスは、CO低減装置71に流入する途中で反応用空気ポンプ72によって空気が混合され、CO低減装置71内でCOが除去されるとともに、冷却用空気ファン53から供給された空気によって冷却されてからセルスタック体22に供給される。
【0025】
改質装置61によって生成されたガスには、水素の他にCOや腐食性の物質などが多く含まれている。COの大部分は前記CO低減装置71で除去されるが、微量なCOや他の成分は除去されることなくセルスタック体22に供給される。この水素以外のガスの多くは、セルスタック体22を通過して前記加熱器66で燃焼され、排気となって車体外に排出される。また、前記水素以外のガスの一部は、セルスタック体22内で水に溶け込んで排水中に混入することもある。この排水は、排水管51から排気管52に流出して後輪13より車体の右側方に排出されるから、この排水が後輪13のタイヤ13aにかかってタイヤ13aがスリップし易くなることはなくなるのみならず、腐食されることはない。
【0026】
したがって、この実施の形態によれば、改質装置61によって生成された水素以外のガスが燃料電池21内で水に溶け込むようなことがあったとしても、この水が後輪13のタイヤ13aにかかるのを回避することができる。
なお、上述した第1および第2の実施の形態では燃料電池自動二輪車1に本発明を適用する例を示したが、本発明は、燃料電池自動車や燃料電池自動三輪車などの他の燃料電池車両にも適用することができる。また、燃料電池21を前輪4近傍に配置する場合には、生成水の排出口を前輪4より車体の側方に配置するのみでも、少なくとも前輪4の制動性能やあるいはさらに前輪4の旋回性能を確保するようにできる。そして、燃料電池21を前輪4近傍に配置する場合でも、生成水の排出口までの配管長を長くし、生成水の排出口を後輪13より車体の側方に配置し、前輪4のみならず、後輪13にも生成水がかかり難くすることもできる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池によって生成された水は車体の側方に排出されるから、前記水がタイヤにかかることはなく、前記水によってタイヤがスリップし易くなるのを回避することができる。
また、この発明によれば、冷却用空気に押されるようにして水が車体の側方へ飛散するから、専ら水を吹き飛ばすポンプを設けることなく、前記水が後輪のタイヤにかかるのを確実に回避することができる。
【0028】
請求項2記載の発明によれば、二輪車の後輪に旋回時にも水がかかるのを回避することができるから、晴天時に乾燥路を走行する場合において旋回中に制動性能が低下したり、旋回性能が低下するのを防止することができる。
【0030】
請求項3記載の発明によれば、液体原料を搭載することにより走行距離が伸びるとともに、改質装置によって生成された水素以外のガスが燃料電池内で水に溶け込むようなことがあったとしても、この水が後輪のタイヤにかかるのを回避することができる。このため、タイヤがスリップするのを防止できるのに加え、腐食されることがないようにしながら、改質装置を搭載した燃料電池車両を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る燃料電池自動二輪車の側面図である。
【図2】 本発明に係る燃料電池自動二輪車の平面図である。
【図3】 燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図4】 排水口の構成を示す断面図である。
【図5】 旋回時の後輪の移動軌跡と排水口の位置を説明するための平面図である。
【図6】 他の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…燃料電池自動二輪車、4…前輪、13…後輪、21…燃料電池、51…排水管、52…排気管、52a…排気口(排水口)、61…改質装置、66…加熱器。
Claims (3)
- 燃料電池によって生成された水を車体外に排出する燃料電池車両の排水装置において、前記水を排出する排水口を車体の側方に配設してなり、前記燃料電池を冷却した冷却用空気を車体外に排出する排気管の途中に排水通路を接続し、前記排気管の排気口を車体の側方へ向けて開口させ、この排気口を前記排水口としたことを特徴とする燃料電池車両の排水装置。
- 請求項1記載の燃料電池車両の排水装置において、二輪車に燃料電池を搭載してなる燃料電池車両の前輪より後方に排水口を配設し、この排水口は、排水口を設けた側に旋回をしたとき上方から見て旋回時に後輪が描く軌跡より旋回中心側に配設されていることを特徴とする燃料電池車両の排水装置。
- 請求項1または請求項2記載の燃料電池車両の排水装置において、燃料電池から排出される余剰水素を燃焼させた熱によって液体原料を改質し水素を発生させる改質装置を燃料電池の水素供給源としたことを特徴とする燃料電池車両の排水装置。
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