JP4382250B2 - 燃料電池車両の排水装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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