JP2009078621A - 燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料漏れ発生時に漏れた燃料の拡散を防ぐと共に、漏れた燃料を速やかに検知可能な燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法を提供するにある。
【解決手段】車体フレーム２に燃料ボンベ３１や燃料電池３２等を搭載した燃料電池二輪車１において、燃料が通過する各機器３９および配管４０を、地面に向けて伏せた状態を有するユニットカバー６０で上方から一体的に覆ったものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法に関する。

燃料電池によって発電された電力でモータを駆動して走行する車両は、主要なコンポーネントとして燃料の例えば水素ガスを貯蔵する燃料ボンベや、この水素ガスの供給を受けて空気中の酸素と反応させることにより発電する燃料電池等を備えており、燃料の水素ガスの漏れを検知するための水素センサを備えている。

四輪車のように燃料ボンベを含む燃料電池システムの構成部品が密閉空間内に設置されている場合、水素センサはその空間内の漏れを検知しやすい位置、通常は最も高い位置に設置することが一般的である。

一方、自動二輪車のように車両のほとんどがオープンスペースである場合、漏れた水素ガスは空気中に拡散してしまうため、例えば配管の結合部分等から漏れる微量の水素ガスの検知はほぼ不可能であった。

自動二輪車の水素センサの設置例としては、例えばなるべく水素を検知しやすい高い場所に水素センサを設置すると共に、燃料電池の冷却水中の水素を検知しやすい場所にも設置している（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−９６１１４号公報

しかしながら、自動二輪車の場合、上述したように車両のほとんどがオープンスペースであるため、大量の水素漏れは検知可能であっても、微量の水素漏れを検知することは困難である。

また、オープンスペースの場合、圧力逃がし弁等の緊急放出弁から意図的に水素ガスを放出した場合でも水素センサが反応してしまう。

さらに、燃料電池の冷却方式が水冷式の場合、上述したように水素センサを燃料電池の冷却水中の水素を検知しやすい場所に設置する方法も有効であるが、燃料電池の冷却方式が空冷式の場合、上記効果はない。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、燃料漏れ発生時に漏れた燃料の拡散を防ぐと共に、漏れた燃料を速やかに検知可能な燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法は、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、車体フレームに燃料ボンベや燃料電池等を搭載した燃料電池二輪車において、燃料が通過する各機器および配管を、地面に向けて伏せた状態を有するユニットカバーで上方から一体的に覆ったものである。

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、上記ユニットカバー内側の最上部位に燃料漏れセンサ配設したものである。

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、上記ユニットカバーを上記燃料電池二輪車の外観意匠の一部としたものである。

本発明に係る燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法によれば、燃料の拡散は一時的に防止され、漏れた燃料を速やかに検知できる。

また、構造が簡素化し、重量やコストの削減を図ることができる。

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、この発明を適用した燃料電池二輪車の第一実施形態を示す左側面図である。図１に示すように、この燃料電池二輪車１は車体フレーム２を有する。この燃料電池二輪車１の車体フレーム２は、主にヘッドパイプ３と、ダウンフレーム部材４と、ピボットブラケット部材５と、メインフレーム部材６と、シートフレーム部材７とから構成される。また、車体フレーム２はカウリング８によって覆われる。カウリング８は、主に車体フレーム２を上方から覆うアッパーカウリング９と、車体フレーム２の前下部を覆うアンダーカウリング１０とを備える。

車体フレーム２の最前部に設けられたヘッドパイプ３にはステアリング機構１１が設けられる。このステアリング機構１１には、前輪１２を回動自在に支持し、フロントクッションユニット（図示せず）を装備する左右一対のフロントフォーク１３やハンドルバー１４、フロントフェンダ１５等が設けられ、ハンドルバー１４により前輪１２が左右に回動自在に操舵される。

図２は、カウリング８を取り外した状態の、燃料電池二輪車１の左側面図である。図１および図２に示すように、車体フレーム２前部に設けられたヘッドパイプ３の後面からは左右一対のダウンフレーム部材４が下方の前輪１２後ろ側に向かって延設される。また、車体フレーム２後部には左右一対のピボットブラケット部材５が後上方に延びるように設けられる。

さらに、ヘッドパイプ３の後面からはピボットブラケット部材５の前下端部に向かって左右一対のメインフレーム部材６が車両側面視後斜め下方に向かって直線状に延設される。そして、前端をダウンフレーム部材４の下部に連結し、後端をピボットブラケット部材５の上端部で支持した左右一対のシートフレーム部材７が、メインフレーム部材６の略中間部でＸ字状に交差して車両の前後方向に延設される。

ピボットブラケット部材５にはその下部にスイングピボット部１６が設けられ、このスイングピボット部１６にリヤスイングアーム１７の前端がスイング自在に枢着されると共に、リヤクッションユニット１８を介して車体フレーム２に弾性的に支持される。そして、このリヤスイングアーム１７の後端に後輪１９が回動自在に軸支される。また、ピボットブラケット部材５上方には運転シート２０が設けられる。

この燃料電池二輪車１は、図３に示すシステム構成図に示すように、主要なコンポーネントとして燃料ガスである高圧の水素ガスを貯蔵する燃料ボンベ３１と、この燃料ガスの供給および酸化剤である酸素を含んだ空気の供給を受けて発電する燃料電池３２と、燃料電池３２の出力を補助するバッテリ等の二次電池３３と、燃料電池３２および車両の原動機としての後述するモータ３４をそれぞれ制御するシステム制御装置３５とを備えて構成される。

上記主要コンポーネントは、前輪１２を操舵可能に支持する、車体フレーム２前端のヘッドパイプ３と、後輪１９の上方に配置された、車体フレーム２後部に支持される運転シート２０との間の車体フレーム２に囲まれた空間内に、少なくともこれら燃料電池３２、燃料ボンベ３１および二次電池３３の三者が略上下に重なる状態で配設支持される。

具体的には、燃料ボンベ３１を中央部に、上側に燃料電池３２を、下側に二次電池３３をそれぞれ配設し、燃料ボンベ３１を上記左右一対のシートフレーム部材７とメインフレーム部材６との交差点にこれらの間に重なるよう、また燃料ボンベ３１の長手方向がシートフレーム部材７の長手方向に沿うように燃料ボンベ３１が前傾した状態で配設される。

また、燃料ボンベ３１はその前後が前カバー３６および後カバー３７により前後から挟まれるように保持される。また、燃料ボンベ３１の中間部分は例えば左右のシートフレーム部材７間に架設されたステー３８（またはブラケット）によって下方より保持される。

そして、燃料ボンベ３１と燃料電池３２との間には、燃料漏れ時に燃料系統を遮断する水素遮断弁３９（図３参照）や水素の供給圧力を調整するためのレギュレータ（圧力調整弁）（図示せず）、水素の充填口（図示せず）が配設され、燃料供給配管４０によって接続されると共に、供給される水素の圧力および温度を測定するための圧力センサ４１、温度センサ４２等（図３参照）も備えられる。

上記システム制御装置３５は、主に燃料電池３２の発電電力を電力変換制御する電力制御装置４３と、電力制御装置４３および二次電池３３からの電力を１２Ｖ電源に変換して各部品に供給する電力変換分配装置４４と、電力変換分配装置４４より供給される直流電力を三相交流電力に変換してモータ３４を駆動制御するモータコントローラ４５と、モータコントローラ４５より供給される電力によって駆動されるモータ３４と、これらを統括して制御する車両コントローラ４６とから構成され、各装置は電線４７によって接続される。

モータ３４で発生した駆動力は図示しない変速機を介して駆動輪である後輪１９に伝達される。また、モータコントローラ４５は上述したモータ３４の駆動制御に加え、車両の減速時に発生するモータ３４の負のトルクを電力に変換する回生制御を行い、この回生によって発生する電力を二次電池３３に蓄える。

車両コントローラ４６は、燃料電池３２を含むシステム制御および車両制御を行う装置であり、例えば運転者の加速意思を伝えるためのスロットルセンサ４８（図３参照）をはじめ、上記水素の圧力センサ４１および温度センサ４２、燃料漏れセンサである水素センサ４９等のセンサ類や、上記水素遮断弁３９も車両コントローラ４６に接続される。そして、各センサ類を介して読み込まれた情報に応じてシステム制御および車両制御が行われる。

そして、燃料電池３２、電力制御装置４３、電力変換分配装置４４、車両コントローラ４６および水素センサ４９はその周囲が地面に向けて伏せた状態、いわゆるお椀を伏せたような形状のユニットカバー６０によって上方から一体的に覆われると共に、モータコントローラ４５および二次電池３３はアンダーカウリング１０内に配置される。

ところで、この第一実施形態に示すように、燃料電池３２等を覆うユニットカバー６０はアッパーカウリング９と一体に形成することができ、燃料電池二輪車１の外観意匠の一部とすることができる。また、図４に示す本実施形態の第二実施形態に示すように、ユニットカバー７０をアッパーカウリング９とは別体にし、燃料電池３２、電力制御装置４３、電力変換分配装置４４、車両コントローラ４６および水素センサ４９のみを覆うようにしてもよい。さらに、図５に示す本実施形態の第三実施形態に示すように、ユニットカバー８０の下縁を上記第二実施形態に示すユニットカバー７０より下方に延設して水素遮断弁３９（図３参照）や水素の供給圧力を調整するためのレギュレータ（圧力調整弁）（図示せず）、水素の充填口（図示せず）等を含む燃料供給配管４０も覆うようにしてもよい。

後輪１９を駆動する車両の原動機としてのモータ３４は上記リヤスイングアーム１７に一体的に取り付けられてユニットスイング式スイングアームを形成する。また、システム制御装置３５を構成する電力制御装置４３は、燃料電池３２の後側に配置されると共に、電力変換分配装置４４および車両コントローラ４６は燃料電池３２の上側に配置される。さらに、モータコントローラ４５および二次電池３３は燃料ボンベ３１の下側に、例えばモータコントローラ４５を前側、二次電池３３を後側に縦列配置される。このとき、二次電池３３は燃料ボンベ３１の傾斜に合わせて前傾した状態で配設される。そして、水素センサ４９はユニットカバー６０（７０，８０）内側の最上部位に配設される。

前記アッパーカウリング９の側面には燃料電池３２に酸化剤である酸素を含んだ空気を供給するための外気導入口５０が開口される。一方、本願発明に適用される燃料電池３２は空冷式の冷却装置５１を備える。この冷却装置５１は詳細には図示しないが電動式の冷却ファンを備え、この冷却ファンは燃料電池３２の下面、すなわち燃料ボンベ３１の上方に配設される。

そして、冷却ファンは、燃料電池３２の上方から取り入れられた、燃料と反応させるための空気を燃料電池３２の下方に導くことにより燃料電池３２を冷却すると共に、燃料電池３２を冷却した後の暖かい排風を燃料ボンベ３１に向かって排出するように構成される。

なお、アンダーカウリング１０には詳細には図示しないが、モータコントローラ４５冷却用の冷却風を取り込む他の外気導入口が形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

燃料電池３２や水素遮断弁３９、レギュレータ、水素の充填口等を含む燃料供給配管４０等の燃料である水素ガスが通過する各機器および配管を、地面に向けて伏せた状態、いわゆるお椀を伏せたような形状のユニットカバー６０（７０，８０）によって上方から一体的に覆うことにより、例え燃料の水素が漏れてもユニットカバー６０（７０，８０）内である限り水素の拡散は一時的に防止され、ユニットカバー６０（７０，８０）の上部に漏れた水素を集めることができる。

さらに、水素センサ４９をユニットカバー６０（７０，８０）内の最上部位に配設することにより、漏れた水素を速やかに検知できる。また、水素センサ４９は従来例のようにオープンスペースに設置されていないため、圧力逃がし弁等の緊急放出弁から意図的に水素ガスを大気中に放出した場合でも水素センサがむやみに反応してしまうことがない。

そして、ユニットカバー６０（７０，８０）内の水素センサ４９が水素漏れを検出した場合、詳細には図示しないが燃料ボンベ３１やこの燃料ボンベ３１を構成する部品、および燃料電池３２に付属するすべての水素遮断弁３９が遮断され、その結果水素漏れは水素遮断弁３９の間に限定されて漏れ量が少なくなる。

また、水素センサ４９が水素漏れを検出した場合、直ちに運転者に警告が発生され、これにより運転者は水素漏れに対し早急に対策を施すことができる。

ところで、アッパーカウリング９の側面には外気導入口５０が開口されているため、ユニットカバー６０（７０，８０）内に漏れた水素が滞留してもアッパーカウリング９内に導入された外気よって水素は希釈され、拡散される。

また、燃料電池３２等を覆うユニットカバー６０をアッパーカウリング９と一体に形成して燃料電池二輪車１の外観意匠の一部とすれば、構造が簡素化し、重量やコストの削減を図ることができる。

なお、ユニットカバー６０（７０，８０）下の構成には何ら制約はなく、燃料ボンベ３１と燃料電池３２との位置関係が逆であっても問題はない。また、本実施形態は本発明を自動二輪車方の車両に適用した例を示したが、燃料電池車両であれば、例えば電動車椅子のようにその形態は問わない。

本発明に係る燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法の第一実施形態を示す燃料電池二輪車の左側面図図。 カウリングを取り外した状態の、燃料電池二輪車の左側面図。 燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法のシステム構成図。 本発明に係る燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法の第二実施形態を示す燃料電池二輪車の左側面図図。 本発明に係る燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法の第三実施形態を示す燃料電池二輪車の左側面図図。

符号の説明

１ 燃料電池二輪車
２ 車体フレーム
３１ 燃料ボンベ
３２ 燃料電池
３９ 水素遮断弁
４０ 燃料供給配管
４３ 電力制御装置
４４ 電力変換分配装置
４６ 車両コントローラ
４９ 水素センサ（燃料漏れセンサ）
６０，７０，８０ ユニットカバー

Claims (3)

1. 車体フレームに燃料ボンベや燃料電池等を搭載した燃料電池二輪車において、燃料が通過する各機器および配管を、地面に向けて伏せた状態を有するユニットカバーで上方から一体的に覆ったことを特徴とする燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法。
2. 上記ユニットカバー内側の最上部位に燃料漏れセンサ配設した請求項１記載の燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法。
3. 上記ユニットカバーを上記燃料電池二輪車の外観意匠の一部とした請求項１または２記載の燃料電池二輪車の燃料漏れ検知方法。

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