JP2001315680A - 燃料電池自動二輪車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車体の全長が短縮されるとともに、セルスタ
ック体の冷却構造のコストが低減されるようにする。 【解決手段】 セルスタック体１３をセル３１の積層方
向が車幅方向と平行になるように車体に搭載する。セル
スタック体１３の車体前側の端部に空気ダクト３２を取
付けて走行風がセル３１に直接導かれるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セルを積層してな
るセルスタック体を前輪と後輪の間に搭載した燃料電池
自動二輪車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池により発電した電気をモ
ータに供給し、このモータによって後輪を駆動する燃料
電池自動二輪車は、前輪と後輪との間であって車体の前
後方向の略中央部にセルスタック体を搭載している。こ
のセルスタック体は、多数の板状のセルを積層させた構
造を採っており、セルの積層方向が車体の前後方向と平
行になるように車体に搭載している。

【０００３】前記セルスタック体は、発電時にセルの温
度が過度に上昇して発電効率が低下するのを阻止するた
めに、セルスタック体の車幅方向の一端部に冷却空気用
ダクトを取付け、このダクトからセルどうしの間に冷却
用空気を供給してセルが冷却されるようにしている。前
記ダクトは、相対的に温度が低い空気をセルスタック体
に導くために、セルスタック体より車体の前方に空気入
口を形成している。この空気入口からセルスタック体の
側部に送風ファンによって冷却用空気を圧送している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように構成した従来の燃料電池自動二輪車において
は、セルスタック体が車体の前後方向に長くなるため
に、ホイールベースが長くなってしまうという問題があ
った。また、冷却用空気をセルスタック体に供給する送
風ファンとして送風能力が高いものを使用しなければな
らず、コストが高くなるという問題もあった。送風ファ
ンに高い送風能力が要求されるのは、冷却用空気がダク
トの空気入口から後方へセルスタック体の側部近傍まで
流れた後に、流れる方向が車体内側へ変わるからであ
る。すなわち、冷却用空気がセルに達するまでの間の圧
損が大きくなるからである。

【０００５】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、車体の全長が短縮されるとともに、
セルスタック体の冷却構造のコストが低減される燃料電
池自動二輪車を提供することを目的とする。

【０００６】

【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自動二輪車は、セルスタック
体をセルの積層方向が車幅方向と平行になるように車体
に搭載し、このセルスタック体の車体前側の端部に冷却
用空気の入口を形成したものである。本発明によれば、
セルスタック体の長手方向が車幅方向になる。また、セ
ルの側面が車体の前後方向を指向するから、車体の前方
からセルの側部に車体の前後方向に沿って走行風を導く
ことができる。

【０００７】請求項２に記載した発明に係る燃料電池自
動二輪車は、請求項１に記載した発明に係る燃料電池自
動二輪車において、操向ハンドルとシートとの間に低床
な足乗せ部を形成し、シートの下方にセルスタック体を
車幅方向の中心が車体の車幅方向の中心より歩道とは反
対側に位置するように搭載したものである。この発明に
よれば、シート下方の歩道側が広く開放される。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明に係る燃料電池自動二輪車の一実施の形態を図１ない
し図３によって詳細に説明する。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である。

【０００９】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の後端部にユニットスイング式動力ユニッ
ト５を上下方向に揺動自在に支持させている。前記車体
フレーム２は、前記フロントフォーク３をステアリング
軸６を介して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から車体の後方へ延びる左右一対の主
フレーム部材８と、これらの主フレーム部材８どうしの
間に横架させたクロスメンバ９などによって形成してい
る。前記ステアリング軸６の上端部に操向ハンドル１０
を取付けている。

【００１０】前記主フレーム部材８は、車体の前後方向
の略中央部で下方に偏在するように形成している。この
下方に偏在する部分を図１および図２において符号８ａ
で示す。この下方偏在部８ａは、略水平になるように形
成しており、前端部にバッテリー１１を搭載するととも
に、後端部に後述する燃料電池１２のセルスタック体１
３を搭載している。前記バッテリー１１の上に足乗せ部
１４を設け、前記セルスタック体１３の上方にシート１
５を設けている。前記足乗せ部１４は、車体フレーム２
を含む車体の全体を覆う車体カバー１６に一体的に形成
している。

【００１１】前記動力ユニット５は、前端部にモータ２
１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２２を回転自在に支持しており、前
記モータ２１の動力が伝動ケース５ａ内の伝動装置（図
示せず）を介して後輪２２に伝達される構造を採ってい
る。

【００１２】燃料電池１２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１３に水素と大気と加湿用の水とを供給して発電
し、電力を前記モータ２１やバッテリー１１などを有す
る駆動装置２３に供給する構成を採っている。この燃料
電池１２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２４で示すＦＣコントローラ
が行うようになっている。

【００１３】前記セルスタック体１３にダイオード２
５、電流センサ２６およびヒューズ２７などを介して駆
動装置２３を接続し、燃料電池１２によって発電した電
気によって走行できるようにしている。駆動装置２３
は、後輪駆動用の前記モータ２１と、このモータ２１と
前記セルスタック体１３との間に介装した電力調整部２
８と、この電力調整部２８に接続したバッテリー１１
と、モータ出力を制御する車両コントローラ２９などよ
って構成しており、操向ハンドル１０に設けたスロット
ルグリップ３０（図２参照）の操作量に対応するように
モータ２１の出力を増減させる構成を採っている。

【００１４】前記セルスタック体１３は、各セル３１の
間に配置される空気層３１ａ（あるいは絶縁体）を挟み
つつ、複数のセル３１を車幅方向に積層し電気的に各セ
ル３１を直列に接続したものであり、それぞれの一つの
セル３１はアノード側電極板と、カソード側電極板と、
この２つの電極板の間に挟み込ませた高分子膜（例えば
イオン交換膜）からなる（２つの電極板と高分子膜は図
示せず）。セル３１を車幅方向に積層するので、各セル
３１の側面、および空気層３１ａ（あるいは絶縁体）は
車体の前後方向を指向している。

【００１５】各セル３１のアノード側電極板の高分子膜
側表面には、水素を流すための多数の溝（図示せず）が
形成され、カソード側電極板の高分子膜側表面には、反
応用空気を流すための通路となる多数の溝（図示せず）
が形成されている。水素を流すための多数の溝と、反応
用空気を流すための多数の溝は互いに直交する方向とす
る。例えば、水素を上から下あるいは下から上に流すよ
うに溝を形成する場合、反応用空気を前から後あるいは
後から前に流すように溝を形成し、水素を前から後ある
いは後から前に流すように溝を形成する場合、反応用空
気を上から下あるいは下から上に流すように溝を形成す
る。本実施の形態では、冷却用空気を前方から導き、空
気層３１ａの前方から後方に流すようにしているので、
空気層３１ａの前方で冷却用空気と反応用空気に分流す
る場合には、水素を流すための多数の溝を上下方向と
し、上から下あるいは下から上に流すようにする。反応
用空気を冷却用空気と独立に加圧してセル３１に供給す
る場合、反応用空気のための溝方向は、所望に応じて設
定する。

【００１６】冷却効果を高めるため、空気層側の電極板
表面に多数の溝を形成してもよい。この場合、この溝は
前後方向に形成する。各セル３１を絶縁体で隔離する場
合には、絶縁体側の電極板表面に冷却用空気を流すため
の通路となる多数の溝を形成し、この溝は前後方向に形
成する（これらの溝も図示せず）。

【００１７】この実施の形態では、図２に示すように、
セルスタック体１３の車幅方向の中心を車体の車幅方向
の中心より車体右側に偏在させ、シート下方の左側が広
く開放されるようにしている。このようにセルスタック
体１３の位置を車体右側に偏在させているのは、以下の
二つの理由による。第１の理由は、左側通行の道路にお
いては車体の左方に歩道があり、乗員が車体に対して左
側から乗り降りすることが多いからである。第２の理由
は、例えば一時停止をして足乗せ部１４から足を降ろす
ときに、左側通行の道路では左足を出すことが多いから
である。なお、右側通行で歩道が車体の右側に位置する
場合には、セルスタック体１３を上記とは逆に車体左側
に偏在させる。

【００１８】セルスタック体１３に供給する冷却用空気
は、セルスタック体１３の車体前側の端部に取付けた空
気ダクト３２によって各セル３１の側部（車体前側の端
部）に導かれるようにしている。前記空気ダクト３２
は、セルスタック体１３の前端部から車体の前方へ延在
し、前記足乗せ部１４から上方へ延びる車体カバー１６
の縦壁１６ａの後方近傍に開口している。この空気ダク
ト前端の開口は、車体の前方を指向するように形成して
いる。この開口が本発明に係る空気入口を構成してい
る。前記車体カバー１６の縦壁１６ａには、走行風を前
記空気ダクト３２に導くための空気導入路３３を多数形
成している。すなわち、この空気導入路３３を通って車
体１６内に流入した走行風を冷却用空気として使用して
いる。冷却用空気が流れる方向を図１および図２におい
て白抜き矢印によって示す。一方、セルスタック体１３
を通った冷却用空気は、セルスタック体１３の後方で車
体カバー１６の空気排出路３４（図２参照）や車体カバ
ー１６の下部に形成されるその他の隙間を通って車体外
に排出される。

【００１９】前記空気ダクト３２の内部には、セル３１
に向けて走行風を圧送するための二つの送風ファン３５
を車幅方向に並ぶ状態で装着している。また、空気ダク
ト３２の上流側端部は、車体の前方に向かうにしたがっ
て開口面積が次第に増大するように形成し、走行風が流
入し易くなるようにしている。

【００２０】セルスタック体１３に供給する水素は、図
３に示すように、水素ボンベ３６から閉止バルブ３７、
流量調整バルブ３８、バッファタンク３９を通ってセル
スタック体１３の車体左側の端部に導かれる。セルスタ
ック体１３を通過した水素や前記バッファタンク３９か
ら溢出した水素は、触媒燃焼器４０によって燃焼させて
車体外に排出する。前記水素ボンベ３６および流量調整
バルブ３８は、図１および図２に示すように、車体フレ
ーム２の後端部に支持させている。閉止バルブ３７は水
素ボンベ３６に取付けている。

【００２１】セルスタック体１３に供給する反応用空気
は、前記空気ダクト３２の底部から反応空気ブロア４１
によってセルスタック体１３の車体左側の端部に導かれ
る。反応空気ブロア４１は、図３に示すように、熱交換
器４２と三方弁４３とを介して大気を吸込み、セルスタ
ック体１３に供給する構造を採っている。前記熱交換器
４２は、セルスタック体１３から排出される温水の熱で
反応用空気を温めてこの空気中の水分を除去するための
ものである。前記三方弁４３は、空気を前記熱交換器４
２とバッテリー冷却用送風ファン４４に選択的に導く構
造を採っている。反応用空気が流れる方向を図１および
図２中に実線矢印で示す。

【００２２】セルスタック体１３に供給する水は、セル
スタック体１３で発電をすることによって生成された水
の一部を使用している。すなわち、セルスタック体１３
で生成された水を前記熱交換器４２を通してから水タン
ク４５に貯留させ、この水タンク４５から水ポンプ４６
によってセルスタック体１３に導くようにしている。水
タンク４５から溢出した水は、配水管４７を通って車体
外に排出されるようにしている。前記水タンク４５と水
ポンプ４６は、図１および図２に示すように、セルスタ
ック体１３の後方に配設している。

【００２３】このように構成した燃料電池自動二輪車１
は、セルスタック体１３をセル３１の積層方向が車幅方
向と平行になるように車体に搭載しているから、セルス
タック体１３の長手方向が車幅方向になる。したがっ
て、従来の燃料電池自動二輪車に較べて、外形寸法が同
等のセルスタック体を使用したとしても、車体の前後方
向の長さを短縮することができる。

【００２４】また、この燃料電池自動二輪車１は、セル
スタック体１３のセル３１の側面が車体の前後方向を指
向しているから、空気ダクト３２を通過した走行風を車
体の前方からセル３１の側部に直接導くことができる。
したがって、冷却用空気を圧送する送風ファン３５とし
て、従来より送風能力が低いものを使用することができ
る。なお、送風ファン３５は必ずしも設ける必要はない
が、この実施の形態のように送風ファン３５を空気ダク
ト３２内に配設することによって、信号待ちなどで停車
しているときでも継続してセル３１を冷却することがで
きる。

【００２５】さらに、セルスタック体１３を車幅方向の
中心が車体の車幅方向の中心より右側（歩道とは反対
側）に位置するように搭載しているから、シート下方の
歩道側が広く開放されるようになり、乗り降りし易くな
るとともに、一時停止時に足を降ろし易くなる。

【００２６】（第２の実施の形態）燃料電池に供給する
水素は、図４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４は燃料電池の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３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。

【００２７】図４に示す燃料電池１２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４において符号５１で示すものは
改質装置である。この改質装置５１は、メタノールタン
ク５２からメタノールポンプ５３によってメタノールが
供給されるとともに、水タンク４５から水ポンプ５４に
よって水が供給される蒸発器５５と、この蒸発器５５を
加熱する加熱器５６と、前記蒸発器５５で発生したガス
から水素を生成する触媒層５７とを備えている。

【００２８】前記加熱器５６は、メタノールタンク５２
から供給されたメタノールをバーナファン５８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。な
お、この加熱器５６は、燃料電池１２を運転していると
きには、セルスタック体１３から排出された余剰水素を
燃料とするようにしている。

【００２９】改質装置５１の燃焼ガス出口６０は排気管
６１に接続し、生成ガス出口６２はＣＯ低減装置６３
（選択酸化反応器）に接続している。改質装置５１で造
られた水素を含むガスは、ＣＯ低減装置６３に流入する
途中で反応用空気ポンプ６４によって空気が混合され、
ＣＯ低減装置６３内でＣＯが除去されるとともに、冷却
用送風ファン３２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１３に供給される。このように燃
料電池１２を構成しても第１の実施の形態を採るときと
同等の効果を奏する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
ルスタック体の長手方向が車幅方向になるから、セルス
タック体を搭載するにもかかわらず、車体の前後方向の
長さを短縮することができる。この結果、車体の軽量化
および運動性能を向上させることができる。また、セル
スタック体のセルの側面が車体の前後方向を指向するか
ら、車体の前方からセルに走行風を直接導くことができ
るようになる。このため、送風ファンを使用することな
く走行風によってセルを冷却することができる。送風フ
ァンを使用する場合であっても、送風能力は従来より低
くてよい。したがって、車体の全長が短縮されるととも
に、セルスタック体の冷却構造のコストが低減される燃
料電池自動二輪車を実現することができる。

【００３１】請求項２記載の発明によれば、シート下方
の歩道側が広く開放されるから、乗車時および降車時
や、一時停止をして足乗せ部から足を歩道側の路面に降
ろすときに、乗員の足の動作がセルスタック体によって
妨げられることがない。このため、セルスタック体の長
手方向が車幅方向になるにもかかわらず、乗り降りがし
易いとともに足を降ろし易い燃料電池自動二輪車を提供
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】 燃料電池の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、１０…操向ハンド
ル、１２…燃料電池、１３…セルスタック体、１５…シ
ート、２２…後輪、３１…セル、３２…空気ダクト、３
５…送風ファン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｔ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルを積層してなるセルスタック体を前
   輪と後輪の間に搭載した燃料電池自動二輪車において、
   セルスタック体をセルの積層方向が車幅方向と平行にな
   るように車体に搭載し、このセルスタック体の車体前側
   の端部に冷却用空気の入口を形成したことを特徴とする
   燃料電池自動二輪車。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池自動二輪車にお
   いて、操向ハンドルとシートとの間に低床な足乗せ部を
   形成し、シートの下方にセルスタック体を車幅方向の中
   心が車体の車幅方向の中心より歩道とは反対側に位置す
   るように搭載したことを特徴とする燃料電池自動二輪
   車。