JP2008074200A - 燃料電池搭載の小型電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】排水を一時的に貯留可能な水タンクを備えると共に、排水量を抑制し、且つ使用者が容易に水タンク内の水を排水可能な燃料電池搭載の小型電動車両を提供するにある。
【解決手段】車体フレーム４後部に設けられた運転シート１４の下部に燃料電池ユニット２８を搭載し、この燃料電池ユニット２８を車体カバーによって覆うと共に、燃料電池ユニッ２８トから供給される電力によって駆動される電動モータで車輪２，３を駆動する小型電動車両１において、燃料電池ユニット２８を構成する燃料電池スタック２９内の電気化学反応による電気エネルギー生成時に排出される水蒸気を含んだ排気ガスを冷却するラジエター３７を備え、このラジエター３７によって冷却された排気ガスを第一水タンク３１に導き、この第一水タン３１を通過した後の排気ガスを第二水タンク５１に導くように構成したものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料電池搭載の小型電動車両に関する。

近年、車両の走行に用いる電動モータ駆動用の電源を燃料電池とした車両が開発されている。このような開発は主に四輪車を中心に行われているが、燃料電池を搭載した自動二輪車のような小型車両に対しても開発は進められている（例えば特許文献１参照）。

燃料電池は電気化学反応による電気エネルギー生成時に副産物として水蒸気を含んだ排気ガスを生成するため、この排気ガスは冷却されて気液分離され、空気、炭酸ガスおよび水が排出される。

屋外のみで使用される車両の場合、水はそのまま排水することが可能であるが、例えば高齢者等が使用する小型電動車両の場合、屋内での使用も考えられるので、水を常時外部に排水することはできない。そこで、この水を一時的に貯留する水タンクを備えたものがある（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−１２５８４０号公報 特開平１１−１４９９３２号公報

水タンク内に一時的に貯留される水が満杯になると、必然的に排水しなければならない。

しかしながら、上述した小型電動車両の場合、利用者は高齢者や体の不自由な人が多いため、排水作業は煩わしいものとなる。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、排水を一時的に貯留可能な水タンクを備えると共に、排水量を抑制し、且つ使用者が容易に水タンク内の水を排水可能な燃料電池搭載の小型電動車両を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、車体フレーム後部に設けられた運転シートの下部に燃料電池ユニットを搭載し、この燃料電池ユニットを車体カバーによって覆うと共に、上記燃料電池ユニットから供給される電力によって駆動される電動モータで車輪を駆動する小型電動車両において、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタック内の電気化学反応による電気エネルギー生成時に排出される水蒸気を含んだ排気ガスを冷却するラジエターを備え、このラジエターによって冷却された排気ガスを第一水タンクに導き、この第一水タンクを通過した後の排気ガスを第二水タンクに導くように構成したものである。

また、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、上記第二水タンクを上記車体フレームの下部に着脱自在に取り付けたものである。

さらに、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、上記第二水タンクにその内部に溜まった水を外部に排水するドレン装置を設け、このドレン装置のドレン通路に設けられた弁を遠隔操作で開閉可能に構成したものである。

そして、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、上記運転シート前方に使用者が足を載せる前上がりの足載せ部を設け、この足載せ部の下部に上記第二水タンクを配設したものである。

そしてまた、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、上記ラジエターからの排熱風を外部に導く排気ダクトを設け、この排気ダクトの下部に上記第二水タンクを配設すると共に、上記排気ダクトの内部と上記第二水タンクの内部とを連通させたものである。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両によれば、排水を一時的に貯留可能な水タンクの容量を十分に確保できると共に、車体のデッドスペースを有効に利用でき、さらに排水操作も容易になる。

また、車両の最低地上高を十分に確保できると共に、水タンクの保護も可能となる。さらに、水タンク内に溜まる水量を抑制できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用された小型電動車両としての電動四輪車の第一実施形態を示す左側面図である。この電動四輪車１は、左右一対のパンクレス前輪２および同じく左右一対のパンクレス後輪３を支持するプラットフォーム型の車体フレーム４を備える。

車体フレーム４はその略中央部に足載せ部５を有し、この足載せ部５を含む車体フレーム４の前後が例えば合成樹脂製の車体カバー６で覆われる。

前輪２は車体フレーム４の前部に図示しない前輪懸架装置およびステアリング機構によって左右に操舵可能に支持される。ステアリング機構を構成するステアリングポスト７は車体カバー６を構成する、乗員の足元を覆う例えばレッグシールド８内を上方に向かって立設し、その上部には前輪操舵用の操向ハンドル９と電装部１０とが回動一体に設けられる。そして、前輪２はステアリングポスト７を介して操向ハンドル９によって左右に操舵される。

一方、車体フレーム４の後部には後輪３に動力を伝達する駆動ユニット１１が配置される。駆動ユニット１１は内部に図示しないギヤケースおよび電動モータを備え、その前端部が車体フレーム４に上下方向にスイング自在に枢着されると共に、クッションユニット１２により車体フレーム４に弾性的に支持される。

駆動ユニット１１上方の車体フレーム４後部には一段高いシートポスト１３が配置され、このシートポスト１３に運転シート１４が設置される。

図２は、図１に示す電動四輪車１の左側面図であり、図３は同電動四輪車１の平面図である。また、図４は同電動四輪車１の斜視図である。なお、図２〜図４はいずれも車体カバー６等の外装品を取り外した状態を示す。

図１〜図４に示すように、車体フレーム４は車幅方向左右一対の、例えばアルミニウム製パイプから成るフレーム部材としてのメインフレーム１５と、これらのメインフレーム１５を連結する他のフレーム部材としての複数のビーム部材１７〜２２とから構成される。

各メインフレーム１５は、側面視でその略中央部に形成された折曲部を最下点として直線状に前方および後方に向かって緩やかに上昇する略Ｖ字状に折曲形成され、折曲部を境に前部フレーム１５Ｆと後部フレーム１５Ｒとを形成する。また、左右の後部フレーム１５Ｒは平行に配置されると共に、平面視で上記折曲部から前方の前部フレーム１５Ｆが内側に向かって直線状に先窄まりに折曲形成される。

前部フレーム１５Ｆの前端（図の左側）は前記ステアリング機構を支持するステアリングブラケットおよび前輪懸架装置の一部を兼ねた第一ビーム部材１７によって連結される。また、この第一ビーム部材１７の後方には板状の第二ビーム部材１８が離間して架設される。

さらに、第二ビーム部材１８後方の、メインフレーム１５の折曲部直後には板状の第三ビーム部材１９が架設されると共に、この第三ビーム部材１９の後方には板状の第四ビーム部材２０が離間して架設される。そして、後部フレーム１５Ｒの後端（図の右側）は棒状の第五ビーム部材２１によって連結される。

第二ビーム部材１８と第三ビーム部材１９との間は足載せ部５として設定され、例えば鉄製の板材をプレス加工したフロア部材２２が左右のメインフレーム１５間に跨設される。フロア部材２２は強度部材としてのビーム部材を兼ねており、平面視矩形形状を有し、前部フレーム１５Ｆの上面に載置されることによりフロア部材２２の両側前部が前部フレーム１５Ｆの外方に突出する。

左右の後部フレーム１５Ｒの略中央部には、例えばアルミニウム製パイプから一体的に折曲形成されたシートパイプ２３が跨設される。シートパイプ２３の、水平部分の車幅方向中央には前記運転シート１４を水平方向に回動自在且つ所定の位置においてロック可能に支持するシートポスト１３が形成される。また、このシートポスト１３の後部からは後方下部の、メインフレーム１５の後端部に架設された第五ビーム部材２１に向かって補強ステー２４が延設される。

左右の後部フレーム１５Ｒの略中央部下面にはそれぞれピボットブラケット２５が設けられ、これらのピボットブラケット２５に前記駆動ユニット１１の前端部がスイング自在に枢着される。また、シートポスト１３の後部には駆動ユニット１１を弾性的に支持するクッションユニット１２の上部支持ブラケット２６が設けられる。さらに、左右の後部フレーム１５Ｒの後部と、第四ビーム部材２０および第五ビーム部材２１に囲まれた空間には、例えばチャージャーや制御ユニット等の電装品２７が配置される。

本発明に係る小型電動車両（電動四輪車１）に搭載される駆動ユニット１１の電動モータ（図示せず）はその電力の供給源として燃料電池を用いる。また、本実施例において、燃料電池のユニットはメタノールの水溶液を改質せずにダイレクトに発電に利用する、公知のダイレクトメタノール型燃料電池ユニット２８（以下、ＤＭＦＣユニットと略す）である。そして、図５にこのＤＭＦＣユニット２８のフロー図を示す。

図５に示すように、ＤＭＦＣユニット２８はメタノールに基づく水素と空気中の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成可能な単電池セル（図示せず）を複数個積層して構成される燃料電池スタック２９を備える。また、ＤＭＦＣユニット２８は燃料である、例えば５４％程度の高濃度メタノールを収容する燃料タンク３０と、この高濃度メタノールを燃料電池スタック２９の電気化学反応に適した例えば約３％濃度に希釈してメタノール水溶液を生成するための水を収容する第一水タンク３１と、生成されたメタノール水溶液を収容する循環タンク３２とを備える。

さらに、ＤＭＦＣユニット２８は燃料タンク３０内の高濃度メタノールを循環タンク３２内に供給する燃料ポンプ３３と、第一水タンク３１内の水を循環タンク３２内に供給する水ポンプ３４と、循環タンク３２内のメタノール水溶液を燃料電池スタック２９に供給する循環ポンプ３５とを備える。

そして、ＤＭＦＣユニット２８は燃料電池スタック２９に酸素を含む空気を供給するエアポンプ３６と、燃料電池スタック２９内の電気化学反応による電気エネルギー生成時に副産物として生成される高温の水蒸気を含んだ排気ガスを冷却するラジエター３７と、気液分離された排ガス中の水分が最終的に貯留される第二水タンク５１とを備える。

ＤＭＦＣユニット２８は、メタノール水溶液と空気とを燃料電池スタック２９内において電気化学反応させることにより電気エネルギーを生成させる。また、この電気化学反応時に生成される炭酸ガスおよび使用されなかった一部のメタノール水溶液は循環タンク３２に導かれる。循環タンク３２内においてはメタノール水溶液の濃度が常時モニタされ、必要に応じて高濃度メタノールや水を自動的に加えることによりメタノール水溶液の濃度を一定に維持するように構成される。

一方、電気エネルギー生成時に生成される排気ガスはラジエター３７によって冷却されて水と空気に分離された後、第一水タンク３１に導かれる。また、循環タンク３２に導かれた炭酸ガスも同様に第一水タンク３１に導かれる。そして、第一水タンク３１に導かれた空気および炭酸ガスは排気フィルタ３８を介して外部に排出される。

他方、第一水タンク３１に導かれ、さらに第一水タンク３１をオーバーフローした水は排気フィルタ３８を介して第二水タンク５１に導かれ、一時的に貯溜される。

次に、ＤＭＦＣユニット２８の各機器のレイアウトについて述べる。図２〜図４に示すように、ＤＭＦＣユニット２８は車体フレーム４後部に設けられた運転シート１４の下部に搭載され、車体カバー６によって全体が覆われる。

左右一対のメインフレーム１５を連結する複数のビーム部材のうち、車体フレーム４の前後方向略中央部に配置される板状の第三ビーム部材１９上には上記エアポンプ３６が配設され固定される。また、第三ビーム部材１９からその後方に配置された板状の第四ビーム部材２０にかけてエアポンプ３６の上方を前後方向に跨ぐように門型のパイプフレーム３９が架設され、このパイプフレーム３９上に上記燃料電池スタック２９が配設され固定される。エアポンプ３６、パイプフレーム３９および燃料電池スタック２９は車体の幅方向一側、本実施形態においては右側にオフセット配置され、エアポンプ３６の左側に開いたスペースの第三ビーム部材１９上には、燃料系ポンプを構成する上記循環ポンプ３５、燃料ポンプ３３、水ポンプ３４のうち、例えば上記循環ポンプ３５が車体の幅方向に並設されると共に、燃料電池スタック２９の左側に開いたスペースには車体の側面に沿うようにラジエター３７が配設される。さらに、ラジエター３７の燃料電池スタック２９側面にはラジエター３７の冷却ファン４０が配設される。

一方、エアポンプ３６および燃料電池スタック２９の後方スペースには残りの燃料系ポンプ、本実施形態に置いては燃料ポンプ３３および水ポンプ３４、並びに循環タンク３２および第一水タンク３１が車体の幅方向に並設される。さらに、ラジエター３７の下部スペースには排気フィルタ３８が配設されると共に、排気フィルタ３８直下の車体フレーム４下部には第二水タンク５１が配置される。

図１、図２および図４に示すように、メインフレーム１５の側面視略中央部に形成された折曲部より後方の後部フレーム１５Ｒ下部には第二水タンク５１を収納可能な収納部５２が設けられる。この収納部５２は例えば車両の幅方向一側、本実施形態においては左側が開口しており、この開口部から第二水タンク５１を車両の幅方向に着脱可能に構成される。

図６は第二水タンク５１近傍の拡大図である。図６に示すように、排気フィルタ３８の下部に設けられた排出口５３に対向した第二水タンク５１の上面には排気フィルタ３８の排出口５３より大径の導入口５４が形成される。第一水タンク３１から排気フィルタ３８に導かれた空気、炭酸ガスおよび水は排気フィルタ３８の排出口５３より排出され、空気および炭酸ガスはそのまま大気中に放出される一方、水は導入口５４より第二水タンク５１内に導かれる。

また、この第二水タンク５１にはその内部に溜まった水を外部に排水するドレン装置５５が設けられる。図７は、このドレン装置５５の断面図である。図７に示すように、ドレン装置５５のドレン通路５６には例えばスプリング５７によって付勢されてこのドレン通路５６を常時閉状態とする弁５８が設けられる。この弁５８にはケーブル５９の一端が接続され、このケーブル５９の他端には開閉レバー６０が接続される。そして、この開閉レバー６０を開操作すれば弁５８はスプリング５７に抗してドレン通路５６を開状態とし、第二水タンク５１内部に溜まった水を外部に排水可能とする。開閉レバー６０は、詳細には図示しないが、利用者が最も操作しやすい場所、例えば操向ハンドル９近傍や運転シート１４下方に適宜配置され、遠隔操作によりドレン装置５５の弁５８を開閉可能とする。

一方、図１に示すように、ラジエター３７に対向した車体カバー６の側面には冷却風の取入口４１が設けられる。また、燃料タンク３０は例えば合成樹脂等の素材で形成されると共に、その前後方向寸法が小さく、上下左右方向寸法が大きい板状のタンク形状を呈し、前記左右一対の前輪２の間、且つ前輪２の上方に配置される。好ましくは、燃料タンク３０は、車体カバー６を構成するレッグシールド８内のステアリングポスト７前方のスペース内に収容され、給油口４２がレッグシールド８の例えば左上部に配置されると共に、燃料タンク３０の前方、レッグシールド８の前面には衝撃吸収部材としての荷物搭載用バスケット４３が設けられる。

図８は、本発明が適用された小型電動車両としての電動四輪車の第二実施形態を示す左側面図であり、車体カバー６等の外装品を取り外した状態を示す。なお、第一実施形態に示された電動四輪車１と同一の構成部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、この電動四輪車６１はその車体フレーム４の略中央部に前上がりの足載せ部５を有し、この足載せ部５の下部、詳細にはメインフレーム１５の側面視略中央部に形成された折曲部より前方の前部フレーム１５Ｆ下部には第二水タンク６２が配設される。第二水タンク６２はその底面が水平になるよう、楔形の側面形状を有する。なお、詳細には図示しないが、この第二実施形態に示す第二水タンク６２も第一実施形態に示す第一水タンクＡ同様車体に着脱自在に取り付け可能であり、また、遠隔操作によるドレン装置５５も装備可能である。

図９は、本発明が適用された小型電動車両としての電動四輪車の第三実施形態を示す後部左側面図であり、車体カバー６等の外装品を取り外した状態を示す。なお、第一実施形態に示された電動四輪車１と同一の構成部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、この電動四輪車６３はラジエター３７からの排熱風を外部に導く排気ダクト６４を備える。排気ダクト６４は、詳細には図示しないがラジエター３７の冷却ファン４０に接続されて一旦上方に向かって延び、運転シート１４の下方で折曲されて後方に向かって略水平に延びた後、運転シート１４の後方で車両の幅方向に延びてその後部に排風口６５が形成される。

また、排気ダクト６４の水平部分の下部には第二水タンク６６が配設される。第二水タンク６６の前部には排気フィルタ３８が接続され、この排気フィルタ３８に第一水タンク３１が接続されると共に、対向した排気ダクト６４の下面と第二水タンク６６の上面とには連通孔６７が形成されて排気ダクト６４の内部と第二水タンク６６の内部とが連通される。

第一水タンク３１から排気フィルタ３８を経て第二水タンク６６内に導かれた空気、炭酸ガスおよび水のうち、空気および炭酸ガスは連通孔６７を通じて排気ダクト６４に導かれ、ラジエター３７からの排熱風と共に排風口６５から大気中に放出される一方、水は第二水タンク６６内に貯溜される。なお、詳細には図示しないが、この第三実施形態に示す第二水タンク６６も第一実施形態に示す第一水タンクＡ同様車体に着脱自在に取り付け可能であり、また、遠隔操作によるドレン装置５５も装備可能である。

次に、本実施形態の作用について説明する。

燃料電池の電気化学反応による電気エネルギー生成時に副産物として生成される水を貯留するために二つの水タンク３１，５１を備え、ラジエター３７によって冷却された排気ガスを第一水タンク３１に導いた後、この第一水タンク３１を通過した後の排気ガスを第二水タンク５１に導くように構成したことにより、排水を一時的に貯留可能な水タンクの容量を十分に確保できると共に、車体のデッドスペースを有効に利用でき、装置全体をコンパクトに配置できる。

また、第二水タンク５１，６２を車体フレーム４の下部に着脱自在に取り付け、排水は主に第一水タンク３１に溜めると共に、第二水タンク５１，６２は副として使用すれば、第二水タンク５１，６２に溜まる水量を制御でき、また排水も容易になる。

さらに、第二水タンク５１に設けられるドレン装置５５のドレン通路５６を遠隔操作で開閉可能に構成したことにより、使用者は車両の運転中に排水操作が行え、排水作業が容易となる。

さらにまた、第二水タンク６２を足載せ部５の下部に配設すれば、車両下方への突出が抑制でき、車両の最低地上高を十分に確保できると共に、第二水タンク６２の保護にもつながる。

そして、排気ダクト６４の下部に第二水タンク６６を配設したことにより、排気ダクト６４内を通過する排熱風の熱を利用して第二水タンク６６内の水の蒸発を促進でき、この蒸発した水分を排熱風と一緒に排出できるので、第二水タンク６６内に溜まる水量を抑制できる。

そしてまた、排水として第一水タンク３１に溜まる水をメタノール水溶液生成用に用いるため、排水量を抑制できる。

本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第一実施形態を示す電動四輪車の左側面図。 図１に示す電動四輪車の左側面図。 図１に示す電動四輪車の平面図。 図１に示す電動四輪車の斜視図。 ダイレクトメタノール型燃料電池ユニット（ＤＭＦＣユニット）のフロー図。 第二水タンク近傍の拡大図。 ドレン装置の断面図。 本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第二実施形態を示す電動四輪車の左側面図。 本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両の第三実施形態を示す電動四輪車の後部左側面図。

符号の説明

１，６１，６３ 電動四輪車（小型電動車両）
４ 車体フレーム
５ 足載せ部
６ 車体カバー
１４ 運転シート
２８ ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）
２９ 燃料電池スタック
３１ 第一水タンク
３７ ラジエター
５１，６２，６６ 第二水タンク
５５ ドレン装置
５６ ドレン通路
５８ 弁
６４ 排気ダクト

Claims (5)

1. 車体フレーム後部に設けられた運転シートの下部に燃料電池ユニットを搭載し、この燃料電池ユニットを車体カバーによって覆うと共に、上記燃料電池ユニットから供給される電力によって駆動される電動モータで車輪を駆動する小型電動車両において、上記燃料電池ユニットを構成する燃料電池スタック内の電気化学反応による電気エネルギー生成時に排出される水蒸気を含んだ排気ガスを冷却するラジエターを備え、このラジエターによって冷却された排気ガスを第一水タンクに導き、この第一水タンクを通過した後の排気ガスを第二水タンクに導くように構成したことを特徴とする燃料電池搭載の小型電動車両。
2. 上記第二水タンクを上記車体フレームの下部に着脱自在に取り付けた請求項１記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
3. 上記第二水タンクにその内部に溜まった水を外部に排水するドレン装置を設け、このドレン装置のドレン通路に設けられた弁を遠隔操作で開閉可能に構成した請求項１または２記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
4. 上記運転シート前方に使用者が足を載せる前上がりの足載せ部を設け、この足載せ部の下部に上記第二水タンクを配設した請求項１、２または３記載の燃料電池搭載の小型電動車両。
5. 上記ラジエターからの排熱風を外部に導く排気ダクトを設け、この排気ダクトの下部に上記第二水タンクを配設すると共に、上記排気ダクトの内部と上記第二水タンクの内部とを連通させた請求項１、２または３記載の燃料電池搭載の小型電動車両。

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