JP2009006971A - 鞍乗型燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却水配管を短縮して圧力損失を低減すると共に、燃料電池の冷却効果を高めることができる鞍乗型燃料電池車両を提供する。
【解決手段】燃料ガスと反応ガスとの化学反応で発電する燃料電池４０と、該燃料電池４０の冷却水を冷却するラジエータ５０Ｌ，５０Ｒと、乗員が着座するシート１２とを備えた鞍乗型燃料電池車両１において、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒを、燃料電池４０の車幅方向左右に隣接配設する。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、車幅方向外側の外側端面６１を車幅方向内側の内側端面６２より車体前方側に配置することで、走行風が当たる平面部６５が車体内側に傾けられて配設されており、両ラジエータの内側端面６２と燃料電池４０の側面４６との間に、走行風が車体後方側へ通過できる風路６６が形成される。両ラジエータの下面の後端部５９は、車体側面視において燃料電池４０より後方側に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、鞍乗型燃料電池車両に係り、特に、冷却水配管を短縮して圧力損失を低減すると共に、燃料電池の冷却効果を高めることができる鞍乗型燃料電池車両に関する。
従来から、燃料ガスとしての水素と、反応ガス（空気）に含まれる酸素との化学反応で電気を発生する燃料電池を積載し、この燃料電池からの供給電力で走行する燃料電池車両が知られている。燃料電池の運転時には、化学反応の反応熱で内部温度が上昇するが、化学反応を効率よく行わせるためには、燃料電池の温度を所定の範囲内に保つ必要がある。このため、燃料電池車両には、燃料電池を冷却するための冷却システムが備えられている。
特許文献１には、水冷式のラジエータを車体前方側に取り付けた鞍乗型の燃料電池二輪車が開示されている。この車両では、２つのラジエータを、ヘッドパイプの前方および前輪の後方に取り付けることで、車体前方からの走行風を積極的にラジエータに当てて冷却効率を高める工夫がなされている。
特開２００６−５６４２７号公報
しかしながら、特許文献１の構成では、車体前後方向の略中央に配設される燃料電池とラジエータとの距離が長くなるので、冷却水の配管が長くなりやすい。これにより、配管構造が複雑になるほか、配管による圧力損失が増加する場合には、冷却水を圧送するポンプの大型化等が必要となることがあった。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、冷却水配管を短縮して圧力損失を低減すると共に、燃料電池の冷却効果を高めることができる鞍乗型燃料電池車両を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと反応ガスとの化学反応で発電する燃料電池と、該燃料電池の冷却水を冷却するラジエータとを備えた鞍乗型燃料電池車両において、前記ラジエータは、前記燃料電池の車幅方向左右にそれぞれ隣接配置されている点に第１の特徴がある。
また、前記ラジエータは、走行風を受ける平面部を有し、該平面部が車体前方に向けた状態から車体内側に傾けて配置されている点に第２の特徴がある。
また、前記ラジエータは、車体側面視において、その少なくとも車体前方側の一部が前記燃料電池の後部と重なるように配置されている点に第３の特徴がある。
さらに、前記鞍乗型燃料電池車両は、車幅方向に離間した２つの後輪を備える３輪車であり、前記ラジエータは、前記後輪の車幅方向外側の端面より車体内側に配置されている点に第４の特徴がある。
第１の特徴によれば、ラジエータは燃料電池の車幅方向左右にそれぞれ隣接配置されているので、燃料電池とラジエータとが近接して配置されることで冷却水の配管が短くて済むようになり、配管での圧力損失を低減することが可能となる。また、配管が短縮されることにより、冷却水ポンプの小型化が可能となるので、接地スペースが確保しやすく、取付作業性も向上することができる。また、ラジエータが、燃料電池に近接して車体の中央寄りに配設されることとなり、マスの集中化が図られる。さらに、車体前方側に配置する構成に比して設置スペースが確保しやすくなり、ラジエータの大型化が容易となる。
第２の特徴によれば、ラジエータは、走行風を受ける平面部を有し、該平面部が車体前方に向けた状態から車体内側に傾けて配置されているので、左右のラジエータを、車体内側方向に走行風を導く導風板として機能させることが可能となる。これにより、ラジエータと燃料電池との間に走行風が積極的に導かれ、ラジエータと燃料電池との間に風路が形成されることとなり、燃料電池の側面に走行風を直接当てて燃料電池の冷却効果を高めることができるようになる。
第３の特徴によれば、ラジエータは、車体側面視において、その少なくとも車体前方側の一部が燃料電池の後部と重なるように配置されているので、燃料電池の前方寄りにラジエータを配置する構成に比して、燃料電池の側面全体に走行風を当てることができるようになる。
第４の特徴によれば、鞍乗型燃料電池車両は、車幅方向に離間した２つの後輪を備える３輪車である。ラジエータは後輪の車幅方向外側の端面より車体内側に配置することにより、ラジエータの保護が図れる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両１の側面図および上面図である。本実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両１は、操舵輪としての前輪ＷＦを１本とするのに対して、駆動輪としての後輪ＷＲを車幅方向に離隔して２本取り付けた三輪車であり、操向ハンドルと着座シートとの間に、低床式の足乗せ部が設けられたスクータ型の車体構成を有している。鞍乗型燃料電池車両１は、複数のセルが積層されて燃料電池を構成するセルスタックと、該セルスタックに燃料の水素ガスを供給する燃料（水素）ガス供給系と、該セルスタックに酸素を含む反応ガス（空気）を供給する反応ガス供給系とから構成される燃料電池発電システムを備え、燃料電池による発電電力および該電力を蓄積する二次電池からの供給電力によって駆動モータを駆動して走行する。
車体フレームの前端に位置するヘッドパイプ３には、ボトムリンク式のフロントサスペンション２を支持するステアリングステム４が回動自在に軸支されている。フロントサスペンション２の下端部には、操舵輪としての前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。前輪ＷＦは、ステアリングステム４に結合された操向ハンドル５によって操舵することができる。左右一対のメインフレーム６は、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有している。メインフレーム６の下方には、メインフレーム６に沿った形状を有する左右一対のアンダフレーム７が配設されている。このアンダフレーム７も、メインフレーム６と同様に、ヘッドパイプ３に接続されて下方後方に延びた後、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる形状を有する。アンダフレーム７の後端は、上方に大きく屈曲してメインフレーム６と接続され、該メインフレーム６は、車体後方側で立ち上がりフレーム８に接続されている。立ち上がりフレーム８は、荷台１９を支えるリヤフレーム９に連結され、荷台１９に、燃料電池４０の発電電力を蓄積する二次電池２０が積載されている。
直方体形状の燃料電池４０は、乗員１００が着座するシート１２の下方の位置に、車体後方側へ所定角度（例えば、３０度）傾斜した状態で取り付けられている。燃料電池４０の車幅方向左右には、燃料電池４０を冷却するための水冷式のラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが配設されている。また、燃料電池４０の後面側には、ラジエータの冷却水を圧送するための電動ポンプ２１が配設されており、他方、前面側には、燃料電池４０に供給する反応ガスを加湿するための略円筒形状の加湿器３０が、車幅方向略中央に取り付けられている。前記シート１２と操向ハンドル５との間には、低床式の足乗せ部３５が設けられている。この足乗せ部３５は、走行中に乗員の両足が置かれる平坦な床面を、樹脂板等によって構成したものであり、本実施形態では、車幅方向で左右対称の形状とされている。この足乗せ部３５の前方下方で、メインフレーム６とアンダフレーム７とに囲まれた空間には、燃料電池４０に反応ガスを圧送するための過給機２２が配設されている。また、加湿器３０の車体前後のメインフレーム６の上面には、足乗せ部３５を形成する樹脂板を支持するためのステー２３が取り付けられている。
後輪ＷＲおよびこれを駆動する駆動モータ１４は、車体後部の動力ユニット４５に取り付けられている。駆動モータ１４の動力は、減速機構を介して車軸２４によって２本の後輪ＷＲに伝達される。動力ユニット４５は、連結機構１３で車体フレームに連結されると共に、不図示のショックユニットによって車体側に吊り下げられている。連結機構１３には、ラバーダンパを使用したナイトハルトスイング機構が適用され、これにより、２本の後輪を路面に接地させたまま車体を左右に傾斜させて旋回走行することが可能となる。動力ユニット４５には、電圧変換器（ＶＣＵ）１５、駆動モータのドライバ１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７、制御ユニットとしてのＥＣＵ１８等の電装部品が集中的に配置されている。
ヘッドパイプ３の車幅方向左右には、メインフレーム６およびアンダフレーム７を左右から挟むようにして左右一対の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒが取り付けられている。水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの前方および側方は、メインフレーム６に連結されると共に、外部から保護するガードパイプ６０（図２参照）で囲まれている。また、左側の水素ボンベ１０Ｌの前方上方には、反応ガスとなる外気（空気）を濾過するためのエアクリーナボックス１１が配設されている。
ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、燃料電池４０を車幅方向左右から挟み込むように隣接配置されている。このような構成によれば、ラジエータと燃料電池とを離れた位置に配設する場合に比して、冷却水の配管が短くて済むようになり、配管での圧力損失を低減することが可能となる。また、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、車体側面視において、その下部より上部が車体前方に位置するように傾けられ、車体上面視においては、走行風を受ける平面部を車体内側方向に傾けるようにして取り付けられている。さらに、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、後輪ＷＲの車幅方向外側の端部より車体内側に配設されており、これにより、物等がラジエータに接近した場合でも、後輪が先に接触することでラジエータを保護することができる。燃料電池４０の後方上部には、電動ポンプ２１から圧送される冷却水を左右のラジエータ５０Ｌ，５０Ｒに分配する分配管２５が配置されている。
図６は、本実施形態に係る冷却システムの構成を示すブロック図である。電動ポンプ２１で圧送された冷却水は、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒで放熱されて、サーモスタット７２に送られる。サーモスタット７２のバルブ７２ａは、冷却水温度が所定値以上の場合に開放されており、これにより、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒで冷やされた冷却水が、燃料電池４０およびイオン交換器７５に送られることとなる。一方、冷却水温度が所定値より低い場合には、燃料電池４０の過冷却を防ぐためにバルブ７２ａが閉じられ、電動ポンプ２１で圧送された冷却水は、ラジエータ５０Ｒの側部に設けられたバイパス８０を経由してサーモスタット７２に戻されることとなる。電動ポンプ２１の作動中、常に冷却水が通過するイオン交換器７５は、所定のイオンを除去して冷却水の電気伝導度を低く抑える機器である。冷却水のリザーブタンク７３は、燃料電池４０の背面側の上部に配設されており、ラジエータ５０Ｒと連結されると共に、エア抜き用の細管でサーモスタット７２とも連結されている。また、リザーブタンク７３には、冷却水内に漏れた水素を検知するための水素センサ７４が取り付けられている。
本実施形態では、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが燃料電池４０の車幅方向左右に隣接配置され、さらに、上記したような冷却システムの構成部品が燃料電池４０の周囲に集中的に配置されるので、冷却システム全体で配管の長さが短縮され、配管での圧力損失を低減することが可能となる。また、冷却システムが車体の中央寄りに配設されることとなり、マスの集中化を図ることができる。
図３は、鞍乗型燃料電池車両１を左側面から見た一部拡大斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。燃料電池４０に供給される燃料ガスおよび反応ガスは、セルスタック内での化学反応の後、未反応ガスおよび生成水として燃料電池４０の外に排出される。本実施形態に係る燃料電池４０では、車幅方向左側の下部に、未反応ガスおよび生成水を排出する排気側マニホールド４１が取り付けられている。十分な水分を含んだ未反応ガスは、加湿器３０の下方からその内部に導入される。そして、未反応ガスは、加湿器３０の内部で、新たに外気から導入される反応ガス（空気）に水分を供給した後、配管７１を通じて希釈ボックス７０に導かれる。希釈ボックス７０で残留水素を取り除かれた未反応ガスは、車両後方に設けられる排気管（不図示）から大気中に放出される。
略円筒形状とされる加湿器３０は、シート１２とメインフレーム６との間に、その長手方向を車体上下方向に向けて、すなわち縦向きにして取り付けられている。加湿器３０の上部は、シート１２を支持するシートフレーム２７に結合された板状のブラケット２８に対して、２本の取付ボルト２９で締結されている。一方、加湿器３０の下部は、左右のメインフレーム６を連結する車幅方向の連結パイプ５６に結合された板状のブラケット５７に対して、同様の取付ボルト（不図示）で締結されている。このように、本実施形態では、シートフレーム２７とメインフレーム６とを連結するように加湿器３０が取り付けられるので、加湿器３０が車体フレームの一部として利用されることとなり、車体の剛性を保ちつつフレーム構成部材を低減することが可能となる。
メインフレーム６と立ち上がりフレーム８の連結部の近傍には、上方に向かって延びるラジエータ取付ステー２６が結合されており、該ラジエータ取付ステー２６に設けられた取付部５３に、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが取り付けられている。また、ラジエータ取付ステー２６には、シート１２を支持するシートフレーム２７も結合されている。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒには、停車時においても強制的に風の流れを作って冷却効果を得る電動の冷却ファン５１が取り付けられている。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、車体に対して前傾して取り付けられ、その上面の後端部５２は、燃料電池４０より高い位置に配設されている。また、両ラジエータ下面の後端部５９は、燃料電池４０より後方に配置されている。
図４は、燃料電池とラジエータとの配置関係を示す斜視図である。この図は、車体前方側から見た状態を示し、説明に不要な部品等は適宜省略している。本実施形態のように、燃料電池４０の車幅方向左右にラジエータ５０Ｌ，５０Ｒを配設する構成によれば、車体前方等にラジエータを配置する構成に比して、設置スペースが確保しやすく、ラジエータの大型化がしやすくなる。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが取り付けられるラジエータ取付ステー２６は、複数の湾曲部を有する１本のパイプ材からなり、上方に向かって左右幅が広がると共に、燃料電池４０の上部後方を囲む形状とされている。これにより、ラジエータ取付ステー２６には、両ラジエータを所定の位置に固定すると共に、外方から力が加えられた場合に、燃料電池４０およびこれに取り付けられた排気側マニホールド４１と吸気側マニホールド４２とを保護する機能が与えられる。なお、加湿器３０を通過した反応ガスは、加湿器３０の下部に連結された配管３３で上方に導かれ、吸入側マニホールド４２を介して燃料電池４０に供給される。イオン交換器７５は、燃料電池４０の背面側で前記電動ポンプ２１（図１参照）の下方に配設されている。
ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、冷却コアの厚みを有する略長方形の板状部材であり、車幅方向外側の外側端面６１を車幅方向内側の内側端面６２より車体前方側に配置することで、走行風を受ける平面部６５を車体内側に傾けて配設されている。そして、両ラジエータの内側端面６２と燃料電池４０の側面４６との間に、走行風が車体後方側へ通過できる風路６６が形成されている。
上記したような構成によれば、両ラジエータが走行風の導風板として機能することとなり、走行風が風路６６に積極的に導かれるようになる。これにより、燃料電池４０の両側面４６に走行風が直接当たるようになり、燃料電池の冷却効果を高めることが可能となる。また、車体側面視において、両ラジエータの下面の後端部５９が燃料電池４０の後方に位置し、両ラジエータの前方側が燃料電池４０と重なるように配置されているので、例えば、両ラジエータを燃料電池４０の前方側に配置する構成に比して、側面４６の全面が風路６６に接するようになり、冷却効果をさらに高めることが可能となる。
図５は、ラジエータの配置構造を示す模式図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。この図は、鞍乗型燃料電池車両１を正面から見た状態を示しており、説明に不用な部品等は適宜省略している。図２にも示されるように、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、後輪ＷＲの外側端面より車体内側に収まるように配設されている。また、水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒを保護するガードパイプ６０の下方には、車体の傾斜（バンク）角度が、図中一点鎖線で示す所定値（例えば、４５度）を超えた場合に路面と接地するスライダ５８Ｌ，５８Ｒが取り付けられている。そして、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、このスライダ５８Ｌ，５８Ｒより上方かつ車体内側に配設されているので、車体のバンク角内にラジエータを収めることができ、ラジエータの保護が図れる。
上記したように、本実施形態に係る燃料電池車両によれば、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが、燃料電池４０の車幅方向左右に隣接して配置されているので、ラジエータと燃料電池とを離れた位置に配設する場合に比して、冷却水の配管が短くて済むようになり、配管での圧力損失を低減することが可能となる。また、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒと燃料電池４０との間に風路６６を形成することによって、両ラジエータを導風板として機能させて走行風を車体内側に導き、燃料電池４０の両側面４６に直接当てて冷却することが可能となる。
左右のラジエータや燃料電池のガードパイプの形状、燃料電池とラジエータとの配置関係、風路の形状、冷却システムの構成等は、上記実施形態に限られず種々の変更が可能である。例えば、ラジエータの形態は、外形を台形等としたり、走行風が当たる平面部が湾曲したタイプとしてもよい。また、鞍乗型燃料電池車両は、二輪／四輪車であってもよく、車体にはラジエータの周囲を覆う種々の形状の外装部品が取り付けられてもよい。
本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の側面図である。 本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の上面図である。 鞍乗型燃料電池車両の左側面の斜視図である。 燃料電池とラジエータとの配置関係を示す斜視図である。 ラジエータの配置構造を示す模式図である。 冷却システムの構成を示すブロック図である。
符号の説明
１…鞍乗型燃料電池車両、１２…シート、２１…電動ポンプ、２２…過給機、２６…ラジエータ取付ステー、４０…燃料電池、４１…排気側マニホールド、４２…吸気側マニホールド、５０Ｌ，５０Ｒ…ラジエータ、６１…外側端面、６２…内側端面、６５…平面部、６６…風路、７２…サーモスタット、７３…リザーブタンク、７５…イオン交換器

Claims (4)

  1. 燃料ガスと反応ガスとの化学反応で発電する燃料電池と、該燃料電池の冷却水を冷却するラジエータとを備えた鞍乗型燃料電池車両において、
    前記ラジエータは、前記燃料電池の車幅方向左右にそれぞれ隣接配置されていることを特徴とする鞍乗型燃料電池車両。
  2. 前記ラジエータは、走行風を受ける平面部を有し、該平面部が車体前方に向けた状態から車体内側に傾けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鞍乗型燃料電池車両。
  3. 前記ラジエータは、車体側面視において、その少なくとも車体前方側の一部が前記燃料電池の後部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鞍乗型燃料電池車両。
  4. 前記鞍乗型燃料電池車両は、車幅方向に離間した２つの後輪を備える３輪車であり、
    前記ラジエータは、前記後輪の車幅方向外側の端面より車体内側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の鞍乗型燃料電池車両。
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