JP2006182229A - 二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型に構成できるとともに運動性能を確保できる、二輪車を提供する。
【解決手段】 二輪車１０は、燃料電池システム１００を搭載した二輪車であって、ヘッドパイプ１４、およびヘッドパイプ１４から後方に延びるフロントフレーム１６を備える。燃料電池システム１００は、フロントフレーム１６の下方に配置されかつ複数の燃料電池セル１０４を含むセルスタック１０２、フロントフレーム１６の下方かつセルスタック１０２の上方に設けられ、セルスタック１０２からのメタノール水溶液を冷却するラジエータ１１２、およびラジエータ１１２と前後方向に重ならないようにフロントフレーム１６の下方かつセルスタック１０２の上方に設けられ、セルスタック１０２からの水分を含む排気を冷却するラジエータ１１４を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は二輪車に関し、より特定的には、直接メタノール型燃料電池システムを搭載した二輪車に関する。

従来、燃料電池セルスタックを車両中心部の底部に配置した燃料電池二輪車が提案されており、その一例が特許文献１において開示されている。
特許文献１では、燃料電池を改質器や二次電池とともにフロア下に配置し、自動二輪車の低重心化が図られている。
特開２００１−３５４１７９号公報

しかし、特許文献１の二輪車では、燃料電池の前方にラジエータが配置されており、ホイールベースが長くなってしまう。したがって、車両が大きくなるとともに、運動性能が悪くなるという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型に構成できるとともに運動性能を確保できる、二輪車を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の二輪車は、燃料電池システムを搭載した二輪車であって、ヘッドパイプ、およびヘッドパイプから後方に延びる第１フレームを備え、燃料電池システムは、第１フレームの下方に配置されかつ複数の燃料電池セルを含む燃料電池セルスタック、第１フレームの下方かつ燃料電池セルスタックの上方に設けられ、燃料電池セルスタックに供給される燃料水溶液を冷却する第１ラジエータ、および第１フレームの下方かつ燃料電池セルスタックの上方に設けられ、燃料電池セルスタックからの水分を含む排気を冷却する第２ラジエータを備える。

請求項２に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、第１ラジエータと第２ラジエータとは一体的に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、第２ラジエータは、水分を含む排気を上方向または下方向に送る複数の第１パイプ部と、複数の第１パイプ部より下側に設けられかつ複数の第１パイプ部の隣り合う端部を接続する第２パイプ部とを含むことを特徴とする。

請求項４に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、各燃料電池セルの主面が鉛直方向に設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、燃料電池セルスタックに供給すべき燃料水溶液を収容する水溶液タンクをさらに備え、第２ラジエータはパイプを有し、パイプの上端が水溶液タンク内の液面より上に位置することを特徴とする。

請求項６に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、第１フレームに接続される第２フレームをさらに備え、第１フレームと第２フレームとの接続部より下側に燃料電池セルスタック、第１ラジエータおよび第２ラジエータを配置できるように、第１フレームは第２フレームの下端部以外の位置に接続されることを特徴とする。

請求項７に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、燃料電池セルスタックのカソード出口が燃料電池セルスタックの前面に設けられることを特徴とする。

請求項８に記載の二輪車は、請求項１に記載の二輪車において、第２ラジエータより下側に燃料電池セルスタックから排出される水分を収容するための水タンクが設けられることを特徴とする。

請求項１に記載の二輪車では、燃料電池セルスタックの上方空間に第１ラジエータおよび第２ラジエータを配置するため、燃料電池セルスタックと第１ラジエータおよび第２ラジエータとを接続する配管の引き回しが短くて簡素になり、燃料電池システムのレイアウト空間を小さくでき、ホイールベースを短くできる。その結果、二輪車を小さくでき、二輪車の運動性能も確保できる。さらに、第１ラジエータおよび第２ラジエータは風を受けやすくなるので、ラジエータの冷却効率が向上する。

請求項２に記載の二輪車では、第１ラジエータと第２ラジエータとが一体的に形成されているので、燃料電池システムをさらにコンパクトに形成できる。

請求項３に記載の二輪車では、隣り合う第１パイプ部を接続しかつ第１パイプより下側に位置する第２パイプ部に水が溜まるので、燃料電池セルを構成する電解質の乾きを防止できる。

請求項４に記載の二輪車では、各燃料電池セルの主面を鉛直方向に向けることによって、燃料電池セルスタックから二酸化炭素を排出しやすくなる。

請求項５に記載の二輪車では、第２ラジエータのパイプの上端を水溶液タンク内の液面より上に位置させることによって、燃料電池セルスタック内をクロスオーバーした燃料水溶液が第２ラジエータで止められ、第２ラジエータから排出されるのを防止できる。これによってクロースオーバーを抑制できる。

請求項６に記載の二輪車では、第１フレームを第２フレームの下端部以外の位置に接続することによって、両フレームの接続部より下側に燃料電池セルスタック、第１ラジエータおよび第２ラジエータを配置でき、レイアウト効率を向上できる。

請求項７に記載の二輪車では、燃料電池セルスタックのカソード出口を燃料電池セルスタックの前面に設ける。燃料電池セルスタックの前方には空間的に余裕があるので、当該カソード出口に太い配管を取り付けてもその引き回しが容易になる。

請求項８に記載の二輪車では、水タンクは第２ラジエータより下側に設けられるので、燃料電池セルスタックから排出される水分が円滑に水タンクに流れて排気を邪魔しない。

この発明によれば、燃料電池システムのレイアウト空間を小さくでき、ホイールベースを短くできる結果、二輪車を小さくでき、二輪車の運動性能も確保できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、二輪車１０のシートにドライバがそのハンドル２４に向かって着座した状態を基準として左右、前後、上下を意味する。

図１〜図７を参照して、二輪車１０は車体フレーム１２を有する。車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４と、ヘッドパイプ１４から後方へ斜め下方に延びる縦断面Ｉ字型のフロントフレーム１６と、フロントフレーム１６の後端部にたとえばボルト等によって連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がる横断面Ｈ字型のリヤフレーム１８と、リヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０とを備えている。フロントフレーム１６の後端部はリヤフレーム１８の中央部よりやや下端部寄りの位置に接続され、フロントフレーム１６およびリヤフレーム１８全体で側面視略Ｙ字状を呈している。

フロントフレーム１６は、上下方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びかつ左右方向に対して直交する板状部材１６ａと、それぞれ板状部材１６ａの上端縁および下端縁に形成されかつ後方へ斜め下方に延び左右方向に幅を有するフランジ部１６ｂおよび１６ｃと、板状部材１６ａの両表面に突設される補強リブ１６ｄとを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃとともに板状部材１６ａの両表面を区画して、後述する燃料電池システム１００の構成部品を収納する収納スペースを形成している。

一方、リヤフレーム１８は、左右方向に幅を有して後方へ斜め上方に延びかつ上下方向に対して直交する板状部材１８ａと、それぞれ板状部材１８ａの左端縁および右端縁に沿うように後方へ斜め上方に延び前後方向に幅を有するフランジ部１８ｂおよび１８ｃとを備えている。
リヤフレーム１８の板状部材１８ａには、後述する配管等を通すための貫通孔（図示せず）が形成されている。

ヘッドパイプ１４内には、主に図１に示すように、車体方向変更用のステアリング軸２２が回動自在に挿通されている。ステアリング軸２２の上端には、ハンドル２４が固定されたハンドル支持部２６が取り付けられており、ハンドル２４の両端にはグリップ２８が取り付けられている。右側のグリップ２８は回動可能なスロットルグリップを構成している。

ハンドル支持部２６のハンドル２４の前方には、表示操作部（以下、メータと略記する）３０が配置されている。メータ３０は、ドライバに対する走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成された表示部、およびドライバからの各種情報入力用の入力部等が一体化されたものである。ハンドル支持部２６におけるメータ３０の下方には、ヘッドランプ３２が固定されており、ヘッドランプ３２の左右両側には、フラッシャランプ３４がそれぞれ設けられている。

ヘッドパイプ１４の下端から下方に向けて、左右一対のフロントフォーク３６が取り付けられており、フロントフォーク３６それぞれの下端には、前輪３８が前車軸４０を介して取り付けられている。前輪３８は、フロントフォーク３６により緩衝懸架された状態で前車軸４０によって回転自在に軸支されている。

一方、リヤフレーム１８の後端部には、フレーム状のシートレール２０が取り付けられている。シートレール２０は、リヤフレーム１８の上端部にたとえば溶接によって固設され、略前後方向に配設されている。シートレール２０上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。

シートレール２０の後端部には取り付けブラケット４２が固設されており、取り付けブラケット４２にはテールランプ４４および左右一対のフラッシャランプ４６がそれぞれ取り付けられている。

一方、リヤフレーム１２の下端部には、リヤアーム４８がピボット軸５０を介して揺動自在に支持されており、リヤアーム４８の後端部４８ａには駆動輪である後輪５２が回転自在に軸支されており、リヤアーム４８および後輪５２は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム１８に対して緩衝懸架されている。

リヤフレーム１８の下端部の前側には、リヤフレーム１８より左右方向に突出するようにフットレスト取付用バー５４が固定され、フットレスト取付用バー５４には図示しないフットレストが取り付けられる。フットレスト取付用バー５４の後方には、メインスタンド５６が回動可能にリヤアーム４８に支持されており、メインスタンド５６は、リターンスプリング５８によって閉じ側に付勢されている。

リヤアーム４８の後端部４８ａより内側には、後輪５２に連結されかつ後輪５２を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ６０と、電動モータ６０に電気的に接続される駆動ユニット６２とが配設されている。駆動ユニット６２は、電動モータ６０の回転駆動を制御するためのコントローラ６４を含む。

このような二輪車１０には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００が搭載されている。燃料電池システム１００は、電動モータ６０やその他の構成部品を駆動するための電気エネルギーを生成する。

以下、燃料電池システム１００について説明する。
燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに発電に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
燃料電池システム１００は、フロントフレーム１６の下方に配置される燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。

図８および図９に示すように、セルスタック１０２は、メタノールに基づく水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成することができる燃料電池セル１０４をセパレータ１０６を挟んで複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック１０２を構成する各燃料電池セル１０４は、固体高分子膜等から構成された電解質（電解質膜）１０４ａと、電解質１０４ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０４ｂおよびカソード（空気極）１０４ｃとを含む。セパレータ１０６のアノード側主面には、図１０に示すような４本の溝１０６ａが蛇行するように形成され、カソード側主面には、図１１に示すような６本の溝１０６ｂが蛇行するように形成されている。

図４等に示すように、セルスタック１０２はスキッド１０８上に載せられ、スキッド１０８はフロントフレーム１６のフランジ部１６ｃから吊されるステースタック１１０によって支持されている。このようにして、セルスタック１０２はフロントフレーム１６の下方にかつ燃料電池セル１０４の主面が鉛直方向と平行となるように配置される。

図６に示すように、フロントフレーム１６の下方でありかつセルスタック１０２の上方には、水溶液用のラジエータ１１２と気液分離用のラジエータ１１４とが配置されている。ラジエータ１１２と１１４とは一体的に構成され、その前面が車両の前方やや下向きに配置され、前面に対して直交するように設けられる複数の板状のフィン（図示せず）を有する。このようなラジエータ１１２および１１４は、走行時に風を十分に受けることができる。

図１２に示すように、ラジエータ１１２は、旋回するように形成されるパイプ１１６を含む。パイプ１１６は、たとえばステンレス等の金属材料を用いて溶接により形成されている。

パイプ１１６は、間隔を空けてかつ略平行に配列されメタノール水溶液を上方向または下方向に送る複数の直線状パイプ部１１６ａと、略Ｕ字状の複数の継手パイプ部１１６ｂとを含む。パイプ１１６として入口１１８ａから出口１１８ｂまでの１本の連続したパイプを形成できるように、複数の直線状パイプ部１１６ａの隣り合う端部が継手パイプ部１１６ｂによって接続されている。ラジエータ１１２の裏面側には熱交換パイプ１２２と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２０が設けられている。

同様に、ラジエータ１１４は、それぞれ蛇行するように形成される２本のパイプ１２２を含む。各パイプ１２２は、たとえばステンレス等の金属材料を用いて溶接により形成されている。

各パイプ１２２は、間隔を空けて略平行に配列され水分を含む排気を上方向または下方向に送る複数の直線状パイプ部１２２ａと、複数の略Ｕ字状の継手パイプ部１２２ｂとを含む。パイプ１２２として入口１２４ａから出口１２４ｂまでの１本の連続したパイプを形成できるように、複数の直線状パイプ部１２２ａの隣り合う端部が継手パイプ部１２２ｂによって接続されている。ラジエータ１１４の裏面側にはパイプ１２２と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２６が設けられている。

パイプ１１６と１２２ひいてはラジエータ１１２と１１４とは、冷却効率を向上させるため車両の前後方向に相互に重ならないように配置されている。

また、ラジエータ１１４のパイプ１２２の上端（この実施形態では、パイプ１２２の上端部（上側折り返し部）の下側内面Ａ（図１２参照））が、水溶液タンク１３０（後述）内の液面より上に位置するように、ラジエータ１１２および１１４は位置決めされる。

図１〜図７に戻り主に図３を参照して、リヤフレーム１８の板状部材１８ａの後側には、リヤフレーム１８に沿って上方から順に燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２が配置されている。燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。

燃料タンク１２８は、シートレール２０の下側に配置され、シートレール２０の後端部に取り付けられている。
燃料タンク１２８は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、メタノールを約５０ｗｔ％含む）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。燃料タンク１２８はその上面にキャップ１２８ａを備え、キャップ１２８ａを取り外してメタノール燃料が供給される。

また、水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８の下側に設けられ、リヤフレーム１８に取り付けられている。水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８に収容されたメタノール燃料をセルスタック１０２の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）に希釈したメタノール水溶液を収容している。

燃料タンク１２８にはレベルセンサ１２９が装着され、燃料タンク１２８内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。水溶液タンク１３０にはレベルセンサ１３１が装着され、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。レベルセンサ１２９，１３１で液面高さを検出することによって、タンク内の液量を検出できる。
水溶液タンク１３０内の液面は、たとえば図４においてＢで示す範囲内にコントロールされる。

水タンク１３２は、リヤフレーム１８のフランジ部１８ｂおよび１８ｃ間でありかつセルスタック１０２の後側に配置されている。水タンク１３２は、ラジエータ１１４より下側に設けられている。

リヤフレーム１８の板状部材１８ａの前側でありかつフロントフレーム１６のフランジ部１６ｂの上側には、板状部材１８ａに沿って二次電池１３４が配置されている。二次電池１３４は、燃料電池システム１００により生成された電気エネルギーを蓄え、コントローラ１５６（後述）の指令に応じて電気エネルギーを対応する電気構成部品に供給する。たとえば、二次電池１３４は、補機類や駆動ユニット６２に電気エネルギーを供給する。
二次電池１３４の上方かつシートレール２０の下方には、燃料ポンプ１３６、測定用バルブ１３８およびキャッチタンク１４０が配置されている。

また、フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータ１１２，１１４とによって囲まれた空間には、エアフィルタ１４２が配置され、エアフィルタ１４２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１４４が配置されている。

さらに、図４に示すように、フロントフレーム１６の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ１４６およびエアポンプ１４８が収納されており、エアポンプ１４８の左側にはエアチャンバ１５０が配置されている。水溶液ポンプ１４６は水溶液タンク１３０より高い位置に設けられている。

さらに、図５に示すように、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、前方から順にメインスイッチ１５２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４、コントローラ１５６、防錆用バルブ１５８および水ポンプ１６０が配置される。なお、メインスイッチ１５２はフロントフレーム１６の収納スペースを右側から左側に貫通するように設けられている。セルスタック１０２の前面にはホーン１６２が設けられている。

このように配置される燃料電池システム１００の配管について、図４〜図７および図１３を参照して説明する。
燃料タンク１２８と燃料ポンプ１３６とは配管Ｐ１によって連通され、燃料ポンプ１３６と水溶液タンク１３０とは配管Ｐ２によって連通されている。配管Ｐ１は、燃料タンク１２８の左側面下端部と燃料ポンプ１３６の左側面下端部とを結び、配管Ｐ２は、燃料ポンプ１３６の左側面下端部と水溶液タンク１３０の左側面下端部とを結ぶ。燃料ポンプ１３６を駆動させることによって、燃料タンク１２８内のメタノール燃料が配管Ｐ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１３０へ与えられる。

水溶液タンク１３０と水溶液ポンプ１３６とは配管Ｐ３によって連通され、水溶液ポンプ１４６と水溶液フィルタ１４４とは配管Ｐ４によって連通され、水溶液フィルタ１４４とセルスタック１０２とは配管Ｐ５によって連通されている。配管Ｐ３は、水溶液タンク１３０の左側面下隅部と水溶液ポンプ１４６の後部とを結び、配管Ｐ４は、水溶液ポンプ１３６の後部と水溶液フィルタ１４４の左側面とを結び、配管Ｐ５は、水溶液フィルタ１４４の右側面とセルスタック１０２の前面右下隅部に位置するアノード入口Ｉ１とを結ぶ。水溶液ポンプ１４６を駆動させることによって、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液が配管Ｐ３，Ｐ４を介して水溶液フィルタ１４４に与えられ不純物が除去された後、配管Ｐ５を介してセルスタック１０２に与えられる。

セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１２とは配管Ｐ６によって連通され、ラジエータ１１２と水溶液タンク１３０とは配管Ｐ７によって連通されている。配管Ｐ６は、セルスタック１０２の後面左上隅部に位置するアノード出口Ｉ２とラジエータ１１２の下面右側端部から引き出されるパイプ１１６の入口１１８ａ（図５参照）とを結び、配管Ｐ７は、ラジエータ１１２の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出されるパイプ１１６の出口１１８ｂ（図３参照）と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。セルスタック１０２から排出される未反応メタノール水溶液および二酸化炭素は配管Ｐ６を介してラジエータ１１２に与えられ温度が下げられて、配管Ｐ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。これによって水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の温度を下げることができる。
上述した配管Ｐ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。

また、エアフィルタ１４２とエアチャンバ１５０とは配管Ｐ８によって連通され、エアチャンバ１５０とエアポンプ１４８とは配管Ｐ９によって連通され、エアポンプ１４８と防錆用バルブ１５８とは配管Ｐ１０によって接続され、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２とは配管Ｐ１１によって接続されている。配管Ｐ８は、エアフィルタ１４２の後部とエアチャンバ１５０の中央部よりやや前方寄りの位置とを結び、配管Ｐ９は、エアチャンバ１５０の中央部の下側とエアポンプ１４８の後部とを結び、配管Ｐ１０は、フロントフレーム１６の板状部材１６ａの左側に位置するエアポンプ１４８と板状部材１６ａの右側に位置する防錆用バルブ１５８とを結び、配管Ｐ１１は、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２の後面右上端部に位置するカソード入口Ｉ３とを結ぶ。燃料電池システム１００の駆動時には防錆用バルブ１５８を開いておき、その状態でエアポンプ１４８を駆動させると、酸素を含む空気が外部から吸入され、エアフィルタ１４２で浄化された後、配管Ｐ８、エアチャンバ１５０および配管Ｐ９を介してエアポンプ１４８に流入し、さらに、配管Ｐ１０、防錆用バルブ１５８および配管Ｐ１１を介してセルスタック１０２に与えられる。防錆用バルブ１５８は、非駆動時には閉じられており、エアポンプ１４８へ水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１４８の錆を防止する。

セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１４とは２本の配管Ｐ１２によって連通され、ラジエータ１１４と水タンク１３２とは２本の配管Ｐ１３によって連通され、水タンク１３２には排気管Ｐ１４が設けられている。各配管Ｐ１２は、セルスタック１０２の前面左下隅部に位置するカソード出口Ｉ４とラジエータ１１４の下面左側端部から引き出される各パイプ１２２の入口１２４ａ（図３参照）とを結び、各配管Ｐ１３は、ラジエータ１１４の下面左側端部からやや中央寄りの位置より引き出される各パイプ１２２の出口１２４ｂ（図３参照）と水タンク１３２の前面上部とを結び、排気管Ｐ１４は、水タンク１３２の後面上部に接続され、一旦上昇しその後下降するようにくの字状に形成されている。セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出される水分（水と水蒸気）や二酸化炭素を含む排気は配管Ｐ１２を介してラジエータ１１４に与えられ、水蒸気が液化される。水とともに排気は配管Ｐ１３を介して水タンク１３２に戻される。水タンク１３２に送り込まれた排気は排気管Ｐ１４から排出される。
上述した配管Ｐ８〜Ｐ１４は、主として排気の流路となる。

さらに、水タンク１３２と水ポンプ１６０とは配管Ｐ１５によって連通され、水ポンプ１６０と水溶液タンク１３０とは配管Ｐ１６によって連通されている。配管Ｐ１５は、水タンク１３２の右側面下部と水ポンプ１６０の中央部とを結び、配管Ｐ１６は、水ポンプ１６０の中央部と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。水ポンプ１６０を駆動させると、水タンク１３２内の水が配管Ｐ１５，配管Ｐ１６を介して水溶液タンク１３０に戻される。
上述した配管Ｐ１５，１６は水の流路となる。

また、配管Ｐ４から分岐した配管Ｐ１７が設けられ、配管Ｐ１７にはメタノール水溶液の濃度を検出するための濃度センサ１６４が取り付けられ、濃度センサ１６４と測定用バルブ１３８とは配管Ｐ１８によって接続され、測定用バルブ１３８と水溶液タンク１３０とは配管Ｐ１９によって接続されている。配管Ｐ１７は、車体フレーム１２の左側に配設され、配管Ｐ４と濃度センサ１６４とを結び、配管Ｐ１８は、濃度センサ１６４と測定用バルブ１３８の左側面とを結び、配管Ｐ１９は、測定用バルブ１３８の右側面と水溶液タンク１３０の上面とを結ぶ。メタノール水溶液の濃度測定時には測定用バルブ１３８が開かれ、その状態で配管Ｐ１７を介して濃度センサ１６４を通るメタノール水溶液の濃度がたとえば超音波等を用いて濃度センサ１６４で測定され、検出された濃度を示す濃度信号がコントローラ１５６に送信される。濃度測定に用いられたメタノール水溶液は、配管Ｐ１８、測定用バルブ１３８および配管Ｐ１９を介して水溶液タンク１３０に戻される。
上述した配管Ｐ１７〜Ｐ１９は濃度測定用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１３０とキャッチタンク１４０とは配管Ｐ２０によって連通され、キャッチタンク１４０と水溶液タンク１３０とは配管Ｐ２１によって連通され、キャッチタンク１４０とエアチャンバ１５０とは配管Ｐ２２によって連通されている。配管Ｐ２０は、水溶液タンク１３０の左側面上隅部とキャッチタンク１４０の左側面上隅部とを結び、配管Ｐ２１は、キャッチタンク１４０の下端部と水溶液タンク１３０の左側面下隅部とを結び、配管Ｐ２２は、キャッチタンク１４０の左側面上部寄りの位置とエアチャンバ１５０の上端面とを結ぶ。水溶液タンク１３０内にある気化されたメタノール成分および二酸化炭素は、配管Ｐ２０を介してキャッチタンク１４０に与えられる。メタノール成分はキャッチタンク１４０で液化された後、配管Ｐ２１を介して水溶液タンク１３０に戻される。気体は配管Ｐ２２を介してエアチャンバ１５０に与えられる。
上述した配管Ｐ２０〜Ｐ２２は主として燃料処理用の流路となる。

このような燃料電池システム１００は、メインスイッチ１５２をオンすることによって起動され、コントローラ１５６によって制御され、二次電池１３４によって電気エネルギーが補完される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４は電圧を２４Ｖから１２Ｖに変換し、変換された１２Ｖの電圧によってファン１２０，１２６が駆動される。

つぎに、燃料電池システム１００の発電時の主要動作について説明する。
燃料電池システム１００は、メインスイッチ１５２がオンされることを契機として、水溶液ポンプ１４６やエアポンプ１４８等の補機類を駆動し、発電（運転）を開始する。

水溶液ポンプ１４６の駆動によって、水溶液タンク１３０から配管Ｐ３，Ｐ４を介して水溶液フィルタ１４４に供給された約３％の濃度のメタノール水溶液は、不純物等が除去された後、配管Ｐ５、アノード入口Ｉ１を介してセルスタック１０２のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。

一方、エアポンプ１４８の駆動によってエアフィルタ１４２から吸入された空気（エア）は、配管Ｐ８を介してエアチャンバ１５０に流入することによって消音される。そして、配管Ｐ９〜Ｐ１１、カソード入口Ｉ３を介してセルスタック７３のカソード１０４ｃに供給される。

セルスタック１０２の各燃料電池セル１０４におけるアノード１０４ｂでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応して二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質１０４ａを介してカソード１０４ｃに流入し、そのカソード１０４ｃ側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水（水蒸気）および電気エネルギーが生成される。
生成された電気エネルギーは、二次電池１３４に送られて蓄えられるとともに、二輪車１０の走行駆動等に利用される。

一方、各燃料電池セル１０４におけるアノード１０４ｂでの電気化学反応によって生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応により発生する熱によって温度上昇し（たとえば約６５℃〜７０℃となる）、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。

二酸化炭素および未反応メタノール成分は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２を介して水溶液用のラジエータ１１２内に流入し、パイプ１１６を流れる間にファン１２０によって冷却される（たとえば約４０℃となり）。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール成分は、配管Ｐ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。

一方、カソード１０４ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となって排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード１０４ｃのカソード出口Ｉ４から排出された水蒸気の一部は、ラジエータ１１４で冷却され露点を下げることによって液化される。ラジエータ１１４による水蒸気の液化動作は、ファン１２６を動作させることによって行われる。カソード１０４ｃからの水分（水および水蒸気）は未反応の空気とともに配管Ｐ１３，ラジエータ１１４および配管Ｐ１４を介して水タンク１３２に与えられる。また、水のクロスオーバーによってカソード１０４ｃに移動した水がカソード１０４ｃから排出されラジエータ１１２を介して水タンク１３２に与えられる。さらに、メタノールのクロスオーバーによってカソード１０４ｃで生成された水と二酸化炭素がカソード１０４ｃから排出されラジエータ１１２を介して水タンク１３２に流入する。

水タンク１３２に回収された水は、水ポンプ１６０の駆動によって配管Ｐ１５，Ｐ１６を経由して水溶液タンク１３０に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。

このような二輪車１０によれば、セルスタック１０２の上方空間にラジエータ１１２および１１４を配置するため、セルスタック１０２とラジエータ１１２とを接続する配管Ｐ６の引き回しおよびセルスタック１０２とラジエータ１１４とを接続する配管Ｐ１２の引き回しが短くて簡素になり、燃料電池システム１００のレイアウト空間を小さくでき、ホイールベースを短くできる。その結果、二輪車１０を小さくでき、二輪車１０の運動性能も確保できる。さらに、ラジエータ１１２および１１４は風を受けやすくなるので、ラジエータ１１２および１１４の冷却効率が向上する。また、ラジエータ１１２および１１４は一体的に形成されているので、燃料電池システム１００をさらにコンパクトに形成できる。

また、ラジエータ１１４の隣り合う直線状パイプ部１２２ａを接続しかつ直線状パイプ部１１２ａより下側に位置する継手パイプ部１２２ｂに水が溜まるので、燃料電池セル１０４を構成する電解質１０４ａの乾きを防止できる。

さらに、各燃料電池セル１０４の主面が鉛直方向に向けられているので、セルスタック１０２から二酸化炭素を排出しやすい。

また、ラジエータ１１４のパイプ１２２の上端を水溶液タンク１３０内の液面より上に位置させることによって、セルスタック１０２内をクロスオーバーしたメタノール水溶液がラジエータ１１４で止められ、ラジエータ１１４からさらに水タンク１３２に流出するのを防止できる。これによってクロースオーバーを抑制できる。

フロントフレーム１６をリヤフレーム１８の下端部以外の位置に接続することによって、フロントフレーム１６およびリヤフレーム１８の接続部より下側にセルスタック１０２、ラジエータ１１２および１１４を配置でき、レイアウト効率を向上できる。

また、セルスタック１０２の前方には空間的に余裕があるので、セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４をセルスタック１０２の前面に設けることによって、カソード出口Ｉ４に太い配管を取り付けてもその引き回しが容易になる。

さらに、水タンク１３２はラジエータ１１４より下側に設けられるので、セルスタック１０２から排出される水分が円滑に水タンク１３２に流れて排気を邪魔しない。

なお、図１３を参照して、ラジエータ１１２は、水溶液タンク１３０からセルスタック１０２への流路上に設けられてもよい。
ラジエータ１１２と１１４とは、それぞれの少なくとも一部が相互に車両の前後方向に重なるように配置されてもよい。

上述の実施形態では、燃料としてメタノール燃料を、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール等のアルコール系水溶液を用いてもよい。

この発明に係る二輪車を示す左側面図である。 二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め前方からみた斜視図である。 二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め後方からみた斜視図である。 燃料電池システムの配管状態を示す左側面図である。 燃料電池システムの配管状態を示す右側面図である。 燃料電池システムの配管状態を左斜め前方からみた斜視図である。 燃料電池システムの配管状態を右斜め前方からみた斜視図である。 燃料電池セルスタックを示す図解図である。 燃料電池セルを示す図解図である。 セパレータのアノード側の形状（４本溝）を示す図解図である。 セパレータのカソード側の形状（６本溝）を示す図解図である。 ラジエータを示す図解図である。 燃料電池システムの配管を示すシステム図である。

符号の説明

１０ 二輪車
１２ 車体フレーム
１４ ヘッドパイプ
１６ フロントフレーム
１８ リヤフレーム
１００ 燃料電池システム
１０２ 燃料電池セルスタック
１０４ 燃料電池セル
１０４ａ 電解質
１０４ｂ アノード
１０４ｃ カソード
１１２，１１４ ラジエータ
１１６，１２２ パイプ
１１６ａ，１２２ａ 直線状パイプ部
１１６ｂ，１２２ｂ 継手パイプ部
１３０ 水溶液タンク
１３２ 水タンク
Ｉ１ アノード入口
Ｉ２ アノード出口
Ｉ３ カソード入口
Ｉ４ カソード出口

Claims (8)

1. 燃料電池システムを搭載した二輪車であって、
   ヘッドパイプ、および
   前記ヘッドパイプから後方に延びる第１フレームを備え、
   前記燃料電池システムは、
   前記第１フレームの下方に配置されかつ複数の燃料電池セルを含む燃料電池セルスタック、
   前記第１フレームの下方かつ前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックに供給される燃料水溶液を冷却する第１ラジエータ、および
   前記第１フレームの下方かつ前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックからの水分を含む排気を冷却する第２ラジエータを備える、二輪車。
2. 前記第１ラジエータと第２ラジエータとは一体的に形成されている、請求項１に記載の二輪車。
3. 前記第２ラジエータは、前記水分を含む排気を上方向または下方向に送る複数の第１パイプ部と、前記複数の第１パイプ部より下側に設けられかつ前記複数の第１パイプ部の隣り合う端部を接続する第２パイプ部とを含む、請求項１に記載の二輪車。
4. 前記各燃料電池セルの主面が鉛直方向に設けられている、請求項１に記載の二輪車。
5. 前記燃料電池セルスタックに供給すべき前記燃料水溶液を収容する水溶液タンクをさらに備え、
   前記第２ラジエータはパイプを有し、
   前記パイプの上端が前記水溶液タンク内の液面より上に位置する、請求項１に記載の二輪車。
6. 前記第１フレームに接続される第２フレームをさらに備え、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの接続部より下側に前記燃料電池セルスタック、前記第１ラジエータおよび前記第２ラジエータを配置できるように、前記第１フレームは前記第２フレームの下端部以外の位置に接続される、請求項１に記載の二輪車。
7. 前記燃料電池セルスタックのカソード出口が前記燃料電池セルスタックの前面に設けられる、請求項１に記載の二輪車。
8. 前記第２ラジエータより下側に前記燃料電池セルスタックから排出される水分を収容するための水タンクが設けられる、請求項１に記載の二輪車。
   

Images