JP4844315B2 - Small electric vehicle with fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池搭載の小型電動車両に関する。 The present invention relates to a small electric vehicle equipped with a fuel cell.
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)。 In recent years, vehicles using a fuel cell as a power source for driving an electric motor used for running the vehicle have been developed. Such development is mainly performed on four-wheeled vehicles, but development is also progressing for small vehicles such as motorcycles equipped with fuel cells. (For example, refer to Patent Document 1).
一般に、燃料電池のシステムには電気化学反応部である燃料電池スタックに燃料と空気とを供給するためのポンプ類が必要であり、上記自動二輪車においては運転シートの下方にポンプ類を配置している。
しかしながら、燃料電池のシステムの中で、ポンプ類は最も振動・騒音を発生させる部品であり、走行性能や乗り心地を向上させるためにはその配置の工夫が重要である。 However, pumps are the components that generate the most vibration and noise in the fuel cell system, and the arrangement of the pumps is important in order to improve running performance and riding comfort.
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ポンプ類をコンパクトに配置すると共に、振動・騒音の低下を図った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。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a small electric vehicle equipped with a fuel cell in which pumps are arranged in a compact manner and vibration and noise are reduced.
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った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と、この燃料電池スタックに空気を供給するエアポンプとを備え、上記車体フレームの前後方向略中央部の左右のフレーム部材を連結する板状のビーム部材で構成されたフレーム部材上に上記エアポンプを配設すると共に、前記ビーム部材に前記エアポンプの上方を前後方向に跨ぐように門型のパイプフレームを連結し、このパイプフレーム上に上記燃料電池スタックを配置固定したものである。
In order to solve the above-described problem, a small electric vehicle equipped with a fuel cell according to the present invention has a fuel cell unit mounted on the lower part of a driving seat provided at the rear part of the vehicle body frame, as described in
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、上記燃料電池のユニットはダイレクトメタノール型燃料電池ユニットであり、燃料タンク内の燃料を循環タンク内に供給する燃料ポンプと、水タンク内の水を上記循環タンク内に供給する水ポンプと、上記循環タンク内の所定濃度に生成されたメタノール水溶液を上記燃料電池スタックに供給する循環ポンプとを備え、これらの循環ポンプ、燃料ポンプ、水ポンプのうち、少なくとも一つのポンプを上記エアポンプと車体の幅方向に並設したものである。
In order to solve the above-described problem, as described in
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、上記燃料電池スタックおよび上記エアポンプの一側方に上記循環タンクおよび水タンクを並設したものである。
Further, in order to solve the above-described problem, as described in
本発明に係る燃料電池搭載の小型電動車両によれば、振動および騒音の抑制を図ることができ、運転シートに着座する乗員への振動および騒音の伝達を抑制できる。 According to the small electric vehicle equipped with the fuel cell according to the present invention, vibration and noise can be suppressed, and transmission of vibration and noise to an occupant seated on the driving seat can be suppressed.
また、燃料電池ユニットのコンパクト化を図ることができる。 In addition, the fuel cell unit can be made compact.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a left side view of an electric four-wheel vehicle as a small electric vehicle to which the present invention is applied. The electric four-
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。
The
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。
The
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。
On the other hand, a
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。
A
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。
FIG. 2 is a left side view of the electric four-
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。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
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。
Each
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。
The front end (left side of the figure) of the
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。
Further, a plate-like
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。
A space between the
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。
A
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。
The electric motor (not shown) of the
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。
As shown in FIG. 5, the
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、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。
Further, the DMFC
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とを備える。
The DMFC
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。
The
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、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水タンク31に導かれる。そして、水タンク31に導かれた空気、炭酸ガスおよび水タンク31をオーバーフローした水は排気フィルタ38を介して外部に排出される。
On the other hand, the exhaust gas generated at the time of generating electric energy is cooled by the
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。
Next, the layout of each device of the
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。
Of the plurality of beam members that connect the pair of left and right
一方、エアポンプ36および燃料電池スタック29の一側方、本実施形態においては後方スペースに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、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。
On the other hand, one side of the
そして、燃料タンク30は、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。
The
次に、本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
燃料電池スタック29に空気を供給するエアポンプ36はDMFCユニット28を構成する部品中最も振動および騒音が大きいものである。一方、車体フレーム4の中央部付近はその構成上最も車体剛性が高い部分である。そこで、エアポンプ36を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上に配設し固定すれば振動の車体各部への伝達を抑制できる。また、エアポンプ36は車体カバー6で覆われていることに加え、その上方に燃料電池スタック29を配置したことによりDMFCユニット28上方に配置された運転シート14に着座する乗員への騒音の伝達を抑制できる。
The
さらに、燃料系ポンプを構成する循環ポンプ35、燃料ポンプ33、水ポンプ34のうち、少なくとも一つのポンプ、本実施形態に置いては循環ポンプ35をエアポンプ36と並設することにより、更なる振動および騒音の抑制が図れるに加え、DMFCユニット28のコンパクト化を図ることができる。
Further, at least one of the
さらにまた、液体のタンク類のうち、本実施形態においては循環タンク32および水タンク31をエアポンプ36の後方に並設したことにより、これらのタンク類が遮音壁となり、騒音の伝達をより抑制できる。
Furthermore, among the liquid tanks, in the present embodiment, the
そして、燃料電池スタック29固定用の部材を、エアポンプ36の上方を前後方向に跨ぐような門型のパイプフレーム39として第三ビーム部材19とその後方の第四ビーム部材20間に架設したことにより、エアポンプ36が固定される第三ビーム部材19の剛性をより高めることができ、振動の伝達をより抑制できる。
The member for fixing the
そしてまた、重量が嵩むDMFCユニット28を車体の中央下部に集中して配置することにより、車両の低重心化を図ることができ、車両の操作性や走行安定性が向上する。
Further, by placing the
1 電動四輪車(小型電動車両)
4 車体フレーム
6 車体カバー
14 運転シート
15 メインフレーム(フレーム部材)
19 第三ビーム部材(フレーム部材)
28 DMFCユニット(燃料電池ユニット)
29 燃料電池スタック
30 燃料タンク
31 水タンク
32 循環タンク
33 燃料ポンプ
34 水ポンプ
35 循環ポンプ
36 エアポンプ
39 パイプフレーム
1 Electric four-wheeled vehicle (small electric vehicle)
4
19 Third beam member (frame member)
28 DMFC unit (fuel cell unit)
29
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