JP6369217B2

JP6369217B2 - 燃料電池二輪車

Info

Publication number: JP6369217B2
Application number: JP2014167435A
Authority: JP
Inventors: 龍司大塚; 善文高井
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP2016046852A; US9543598B2; DE102015112976A1; US20160056482A1

Description

本発明は、空冷式の燃料電池を搭載した燃料電池二輪車に係り、特に、燃料電池スタック内で発生し得るシステム異常の早期検出を可能とする水素センサを設置した燃料電池二輪車に関する。

燃料電池二輪車では、燃料電池が発電した電力によりモータを駆動し、駆動輪を回転させ、走行させるようになっている。従来の燃料電池車両は、比較的大電力を発電可能な水冷式燃料電池を備えたものと、発生電力が数ｋＷという比較的小電力である空冷式燃料電池を備えたものがある。

空冷式の燃料電池は、発生電力が比較的小電力であるものの、水冷式燃料電池の冷却システムに備わるラジエータ、冷却水ポンプ、リザーバタンク等が不要であり、発電に伴い発生する熱を反応ガスとしての空気で冷却できる。空冷式燃料電池は、空気流路の圧力損失が低く、冷却システムは補機としてコンプレッサに換えて、ファンで足りるシンプルなシステム構成を有するとともに、補機であるファンの消費電力を低く抑えることができる。

空冷式燃料電池を搭載した燃料電池二輪車では、燃料電池に反応用兼冷却用空気をファンにより導入し、供給している。燃料電池に導入される空気には、燃料電池で燃料としての水素を電気化学反応させる酸化剤としての機能と、燃料電池を冷却する冷却剤としての機能とがある。燃料電池では、発電に伴い発生する熱を反応ガスである空気で冷却している。

このような燃料電池二輪車を含む燃料電池自動車において、主として燃料タンクおよび燃料電池スタックからの漏えい水素の検出を目的として、車体内に水素センサを設けることならびにその改良が試みられている。例えば、特許文献１は、燃料タンクを収容するタンク収容部の上部角部に水素センサを設置し、燃料電池からの換気配管出口を設け、燃料タンクおよび燃料電池スタックからの漏えい水素を一つの水素センサで検出することを提案している。また、特許文献２においては、燃料電池収納ケース内に燃料電池を設置し、収納ケースとコンプレッサ（ブロア）を接続する空気配管に水素センサを設置することを提案している。しかしながら、これらのシステムを空冷式燃料電池二輪車に適用することには、燃料電池（またはその排気部）を燃料タンクあるいは燃料電池の収容ケースに収容することに伴い、１）燃料電池システムが複雑化し、冷却水流路を不要として燃料電池システムを簡略化するという空冷式燃料電池の長所が損なわれる;また２）コンプレッサを用いずに排気系統の通気抵抗を低減させて排気効率を向上するという空冷式燃料電池二輪車の基本的性能の実現が困難になる;という重大な問題点がある。

他方、特許文献３は、空冷式燃料電池二輪車について、車体の前方より導入された空気流路に沿って、燃料電池および水素タンクを、この順序で配置し、水素タンクの前部および後部に水素センサを配置し、車体内に漏れ出る水素の検出の効率化を図ることを提案している。しかしながら、本発明者らの検討によれば、このレイアウトによれば、燃料電池の後方に配置した水素タンクの存在により、燃料電池からの排気の効率化が得られないうえ、燃料電池スタック内での異常の早期検出が達成されないことが判明した。

特開２００５−１１６３５８号公報特開２００４−１５８２２１号公報特開２００８−２４７３２４号公報特開２０１０−２４７５７４号公報

本発明の目的は、空冷式燃料電池二輪車における燃料電池スタック内の運転状態を迅速に検出してシステム異常の早期検出を早期に達成することにある。

本発明に更なる目的は、上記目的を、空冷式燃料電池二輪車における排気系統の通気抵抗の低減を通じた排気効率の向上という課題と併せて達成することにある。

本出願人は、空冷式燃料電池二輪車における排気系統の通気抵抗の低減を通じて排気効率を向上するために鋭意検討した結果、その課題の達成のためには、吸気ファンを用いた燃料電池への空気供給システムにおいて、燃料電池の車体後方側に接続した排気ダクトの採用が望ましいことを知見して、一連の提案（例えば特許文献４及び特願２０１３−２１６９４７号の明細書）をしている。本発明の検討過程で、更にダクト内の排気中の水素検出機構を設けることが上記目的の達成に効果的であることが見出された。本発明の、燃料電池二輪車は、上述の知見に基づくものであり、車体内に、駆動輪を駆動する電動機と、この電動機に電力を供給する空冷式の燃料電池と、この燃料電池に供給するための燃料ガスを貯蔵する水素タンクとを備え、前記燃料電池に反応用兼冷却用空気を供給するファンと、このファンにより供給され、前記燃料電池を冷却した空気を車両後方に排出する排気ダクトとが設けられ、この排気ダクトの入口は前記燃料電池の車体後方側に接続されている燃料電池二輪車であって、車体内の前記排気ダクト以外の領域における前記水素タンクおよび燃料電池並びにこれらをつなぐ配管およびバルブから漏れ出る水素を検出するための車体内水素センサと、前記ダクト内の水素を検出するダクト内センサと、を備え、
前記排気ダクト内センサは、燃料電池からの排出ガスが十分に混合された排気ダクト内の高所の混合気中の水素濃度を検出可能な位置に設置され、
前記排気ダクトに排気ホースを挿通し、その一端を排気ダクト内と連通させ、他端を車体内水素センサに向けることにより、前記車体内センサに前記ダクト内センサの機能を持たせたことを特徴とする。

本発明によれば、車体内の排気ダクト以外の領域における水素タンクおよび燃料電池並びにこれらをつなぐ配管およびバルブから漏れ出る水素を検出するための車体内水素センサに加えて、排気ダクト内の水素センサを設けることで、燃料電池（ＦＣ）スタックで発生するシステム異常を早期に検出することが可能になる。より詳しくは、燃料電池の正常動作中にパージされる余剰水素と区別して、ＦＣスタック内における（高分子）電解質膜の劣化や損傷による膜の異常通過、水素をシールしているガスケットからの漏えい、パージバルブの故障等、によるＦＣスタックからの水素の異常漏えいの早期検出が可能になる。すなわち、ＦＣスタックシステムの動作状態を密接且つ早期に反映する排気ダクト内の水素濃度を直接測定するセンサを設けたことにより、ＦＣスタックのシステム異常を早期に検出して、システム異常が重大事故につながることを未然に防止することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る燃料電池二輪車の車両全体を示す左側外観図。燃料電池二輪車の車両外装を部分的に切欠いて内部構造を示す左側面図。燃料電池二輪車に備えられる燃料電池を左側後方から見た斜視図。燃料電池二輪車の車両後部における水素センサの配置の一実施形態を示す左側面図。燃料電池二輪車の車両後部における水素センサの配置の別の実施形態を示す左側面図。

以下、本発明に係る燃料電池二輪車の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池二輪車を全体的に示す図である。図１は、燃料電池二輪車１０の外観を示す左側面図であり、図２は、燃料電池二輪車１０の車両外装を部分的に除去して内部構造を示す左側面図である。
また、説明を容易にするため、燃料電池二輪車１０は車両前方側を符号「Ｆ」、車両後方側を符号「Ｒ」でそれぞれ表わす。
図１および図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池二輪車１０は、燃料電池から得られる電力を用いて走行する自動二輪車である。

［車両本体の構成］
燃料電池二輪車１０は、スクータ型の自動二輪車である。燃料電池二輪車１０は、車両本体１１（車体）と、操舵輪である前輪１２と、前輪１２を操舵する操向ハンドル１３と、駆動輪である後輪１４と、後輪１４を駆動させるモータ１５と、を備える。モータ１５は駆動輪を駆動する電動機として機能する。

車両本体１１は、主構造部材（メインフレーム）である車体フレーム１７（図２）を内蔵し、これを覆う車両外装１８と、車体フレーム１７の上方に配置されたシート（運転シート）１９と、を備える。また、車両本体１１は、空冷式の燃料電池２０と、燃料電池２０の発電に用いられる燃料を貯蔵する燃料タンク２１と、燃料電池２０の電力を補助する二次電池２２と、燃料電池２０の出力電圧を調整し、燃料電池２０および二次電池２２の電力分配制御を行う電力管理装置２３と、電力管理装置２３から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータ１５の運転制御を行うモータコントローラ（図示せず）と、を備える。すなわち、燃料電池二輪車１０のパワートレインは、燃料電池２０および二次電池２２を有するハイブリッドシステムである。

車体フレーム１７は、ヘッドパイプ２６と、上部ダウンフレーム２７と、左右一対の下部ダウンフレーム２８と、左右一対のアッパーフレーム２９と、左右一対のロアーフレーム３０と、を備え、メインフレームを構成している。
ヘッドパイプ２６は、車両本体１１の前部にフォーク式のフロントフォーク３２を軸支する。
上部ダウンフレーム２７は、ヘッドパイプ２６の上部に接続され、車両本体１１の後方に向かって後下がりに傾斜して設けられる。
下部ダウンフレーム２８は、ヘッドパイプ２６の下部からほぼ真下あるいは後下方に向かって延在される。

アッパーフレーム２９は、車両本体１１の前半部において下部ダウンフレーム２８の下端から上部ダウンフレーム２７の下部を経て車両本体１１の後方向に延び、車両本体１１の後半部において車両本体１１の後方に後上がりに滑らかに傾斜している。アッパーフレーム２９の後半部の上方には、シート１９が配置される。

また、アッパーフレーム２９は、車両本体１１の後半部にピボット３３を備える。このピボット３３廻りにスイングアーム３４が揺動自在に支持される。スイングアーム３４の後端部に後輪１４が軸支される一方、スイングアーム３４はリアクッションユニット３５により昇降自在に弾力的に支持される。リアクッションユニット３５はスイングアーム３４の下端部と車体フレーム１７の後部との間に支持される。後輪１４の上方および後方を覆うリアフェンダ３１がばね下に取り付けられて、後輪１４とともに上下揺動可能にもうけられる。

ロアーフレーム３０は、下部ダウンフレーム２８の下端から車両本体１１の下方に向かって延在され、続いて、車両本体１１の下端に達する位置で屈曲される。さらに、ロアーフレーム３０は車両本体１１の前後方向に延在され、車両本体１１の中央部分に達する位置で後上方に屈曲され、車両本体１１の後上方向に延在されてアッパーフレーム２９に接続される。左右対をなすロアーフレーム３０は、その前方側にライダーのためのフットレスト３６を備える。

前輪１２は、フロントフォーク３２に回動自在に軸支される。フロントフォーク３２は、弾性的に伸縮自在なテレスコピック構造に構成されるとともに、前輪１２の上方にフロントフェンダ４１が支持される。フロントフォーク３２の上端部に、操向ハンドル１３が接続される。操向ハンドル１３は、ヘッドパイプ２６周りに回動自在に軸支され、燃料電池二輪車１０のステアリング機構４２を構成する。

モータ１５は、後輪１４を駆動させる燃料電池二輪車１０の電動機である。モータ１５は、スイングアーム３４に一体的に取り付けられ、ユニットスイング式スイングアーム３４を構成する。モータ１５は、減速機構を介して後輪軸に接続され、後輪１４を駆動させる。モータ１５が発生させた駆動力は、減速機構を介して後輪１４に伝達される。

このように構成された車体フレーム１７によって車両本体１１は、左右一対のアッパーフレーム２９および左右一対のロアーフレーム３０のメインフレームで囲まれたセンタートンネル領域４４に燃料タンク２１を横臥状態で備え、アッパーフレーム２９の後半部、車両外装１８およびシート１９で囲まれた機器搭載領域４５（機器搭載空間）に燃料電池２０、二次電池２２、電力管理装置２３、およびモータコントローラ（図示せず）を備える。機器搭載領域４５には、車両本体１１の前方側から二次電池２２、電力管理装置２３、燃料電池２０が順次配置される。モータコントローラは、電力管理装置２３の側方、例えば車両本体１１の左側（又は右側）に併設される。また、車体フレーム１７のセンタートンネル領域４４の後方で、かつ機器搭載領域４５の後下方のリアスペース領域４６は、後部ボディカバー５２とリアフェンダ３１の間に形成され、後輪１４の上方に配置される。機器搭載領域４５とリアスペース領域４６との間には、それぞれの領域を区画する隔壁部材４８が設けられる。後輪１４の泥跳ねを防ぐリアフェンダ３１は、後輪１４の後部および上部を覆う一方、後輪１４と共に揺動するようにばね下側に設けられる。

車両外装１８は、車両本体１１の前半部を覆う前部ボディカバーのフロントレッグシールドカバー５０と、車両本体１１の中央上部に位置され、アッパーフレーム２９を、上方から覆う中央ボディカバーのフロントフレームカバー５１と、車両本体１１の後半部に位置され、車両本体１１の側面のうちシート１９の下方部分を覆う後部ボディカバーのリアフレームカバー５２と、を備える。リアフレームカバー５２は、シート１９とともに燃料電池２０、二次電池２２、電力管理装置２３、およびモータコントローラが収容された機器搭載領域４５を構成している。

したがって、機器搭載領域４５は、シート１９とリアフレームカバー５２と隔壁部材４８とで囲まれた密閉的な空間であり、後部ボディカバーのリアフレームカバー５２、もしくは隔壁部材４８の適宜の箇所に通気孔（図示省略）を設けることで、燃料電池２０に供給される反応ガスとしての空気の流れを容易、かつ確実に制御できるとともに、冷却の必要な電気部品に冷却風としての空気の流れを容易、かつ確実に制御できる。なお、機器搭載領域４５は、完全な密閉空間である必要はない。

シート１９は、車両本体１１の後半上部に位置される。シート１９は、タンデム式であり、運転者が着座する前部シート１９ａと、同乗者が着座する後部シート１９ｂとが一体的に形成される。

［燃料電池の配置構成］
燃料電池二輪車１０に備えられる燃料電池２０は、車両本体１１のメインフレーム後部にレイアウトされ、燃料電池２０は、シート１９の下方に区画された機器搭載領域４５の後側に偏倚して前方傾斜状態で配置される。燃料電池２０は、扁平な直方体形状に形成され、反応ガスの導入口を有する吸気面２０ａを前下方に斜め下向きに傾斜して位置される。燃料電池２０の吸気面２０ａは、シート１９の前部シート１９ａと後部シート１９ｂとの段差部分の下方に位置され、車両前方側に斜め下向きに傾斜して設けられる。

また、燃料電池２０の前部には斜め下向き（前下方）に傾斜した吸気ダクト５４が備えられ、燃料電池反応および冷却のため、反応ガスとして反応用兼冷却用の空気は、吸気ダクト５４を通り、燃料電池２０に導入される。燃料電池２０は吸気面の反対側に排気面が対向して形成される。

燃料電池２０は吸気面の前側に、除塵用のフィルタ５５（図２及び図３）が設けられ、燃料電池２０の排気面の後側に、図３に示すように、排気圧力を均一化するための排気プレナム（集合部）５６を介してファン５７が設置される。燃料電池２０は、吸気面から反応ガスとして空気が吸い込まれる。この空気に含まれる酸素が、燃料タンク２１から供給される燃料の水素ガスと電気化学反応して発電され、発電後に、排気口５８から湿潤な余剰ガスを排気プレナム５６からファン５７により排出している。この過程で、燃料電池２０は反応ガスとしての空気によって冷却され、燃料電池２０の排気口５８は排気ダクト５９に連通している。その際、吸気ダクト５４は流路の圧力損失低減のため、燃料電池２０の吸気面２０ａの断面積とほぼ等しい断面積を持つように設計される。

排気ダクト５９は、図４に示すように、燃料電池２０の車両後方に設けられる。具体的には、排気ダクト５９は燃料電池２０の排気面側に排気プレナム５６およびファン５７を介して設けられ、車両後方のリアコンビネーションランプ６０を迂回するように、上側排気流路６１および下側排気流路６２に分岐され、上側排気口６３および下側排気口６４により車両後方側および車両後下方側に開口している。

また、排気ダクト５９は、燃料電池２０の排気口５８の連通位置よりも上方に配置された上側排気口６３と、大きく開放されたリアスペース領域４６の負圧空間に開口する下側排気口６４とを有することで、未反応の水素ガスを含む湿潤な余剰ガスを確実かつスムーズに車両本体１１の外に排気できる。

その際、排気ダクト５９に形成される下側排気流路６２の下側排気口６４は、リアフェンダ３１が後輪１４と一体的に揺動するようにばね下の後輪を回転自在に支持するスイングアームに取り付けられるので、開口面積の制約を受けることが少なく、大きな開口面積とすることができる。

一方、燃料電池２０は、図４および図５に示すように、単位セルを複数積層して構成された燃料電池スタック６６を備えており、前面に除塵を行なうフィルタ５５が、背面に反応用兼冷却用空気を強制的に送り込む（吸引する）ファン５７が備えられ、燃料電池スタック６６とファン５７の間に、空気の圧力を均圧化するための排気プレナム５６が備えられる。また、排気ダクト５９も、吸気ダクト５４と同様に、流路の圧力損失を少なくするために、断面積を大きく保つ設計が行なわれている。

［燃料タンクの配置］
燃料タンク２１は、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成された両端に半球状の鏡板を有する円柱形状の圧力容器であり、例えば約７０ＭＰａ高圧圧縮水素貯蔵システムを構成する。燃料タンク２１は、例えば約７０ＭＰａ高圧圧縮水素貯蔵システムであり、圧力レギュレータを備えた遮断弁（燃料供給弁、図示せず）を介して、燃料としての水素ガスを燃料電池２０に供給する。燃料タンク２１は、車両本体１１の略中央下部のセンタートンネル領域４４に、中央ボディカバー５１で覆われて、その長手軸方向を車両本体１１の前後方向に沿わせて横臥状態で設置される。したがって、燃料タンク２１は、その周囲を一対のアッパーフレーム２９および一対のロアーフレーム３０のメインフレームによって囲まれ、燃料電池二輪車１０の転倒や衝突などの事象に対し、堅牢に保護される。また、燃料タンク２１は、ロアーフレーム３０に設けられた左右のフットレスト３６の間に挟まれる。

また、燃料タンク２１は、例えば車両本体１１の右側に配置されたアッパーフレーム２９と、例えば車両本体１１の左側あるいは右側に配置されたロアーフレーム３０と、の間に架設されたクランプバンドによって中央ボディカバー５１内のセンタートンネル領域４４に設けられる。一方、燃料電池二輪車１０の車両本体１１を覆う車両外装１８の中央ボディカバー５１には、外気を取り入れる吸気取入口７８が形成される。吸気取入口７８は、図２に示すように、前輪１２後方であって、中央ボディカバー５１の前側であるカウリング前面に備えられる。車両走行に伴い走行風の外気を強制的に吸い込み、吸気通路（７９）を経て燃料電池２０に導かれるようになっている。

反応用兼冷却用空気は、吸気取入口７８から吸い込まれ、中央ボディカバー５１とアンダーカバー７７の車両外装１８（図１参照）で囲まれたセンタートンネル領域４４（吸気通路７９）を経て吸気ダクト５４内に導かれ、燃料電池２０の吸気面に至る。吸気通路７９は、センタートンネル領域４４では燃料タンク２１の周辺に沿って車両長手（前後）方向に導かれ、続いて、隔壁部材４８により車両の斜め後上方に向きが変えられて吸気ダクト２１に案内される。

燃料電池二輪車１０においては、燃料電池２０、燃料タンク２１、二次電池２２、電力管理装置２３、車両モータコントローラ（図示せず）等の車両構成部品が、中央ボディカバー５１、後部ボディカバー５２、アンダーカバー７７およびシート１９に囲まれたスペースに搭載されている。

［二次電池］
二次電池２２は、燃料電池２０の吸気ダクト５４の前方に備えられ、例えば、箱状のリチウムイオン電池で構成される。二次電池２２は、シート１９の下方に区画された機器搭載領域４５の前側に偏倚させて配置されるとともに、燃料タンク２１の圧力容器６８の後方側鏡板の上方に配置される。さらに具体的には、二次電池２２は、ライダーが着座するシート１９の前部シート１９ａの下方に配置され、燃料電池二輪車１０の仮想的な水平面に略直立される。この燃料電池二輪車１０は、燃料電池２０と二次電池２２を電源に持つハイブリッド車両である。二次電池２２は燃料電池２０と並列にモータコントローラ（負荷）に接続され、交流電力に変換してモータ１５の駆動用電力を供給するとともに、減速時の回生エネルギを吸収している。なお、燃料電池二輪車１０は、二次電池２２の他に、メータ類（図示省略）、ランプ類（図示省略）用の電源として、例えば１２Ｖ系の電力を供給できる二次電池２２を備えることができる。二次電池２２は、燃料タンク２１の圧力容器６１の側方、例えば車両本体１１の右側方に配置される。

電力管理装置２３及びモータコントローラ（図示せず）は、二次電池２２と燃料電池２０との間、および／または二次電池２２と燃料電池２０との間隙に設けて保持される。

［燃料電池の発電原理］
本実施形態に備えられる燃料電池二輪車１０は、燃料電池２０を車両駆動モータ１５の電力源として用いられる。
より具体的には、たとえば通常の固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）においては、燃料電池２０は、それ自体はよく知られているように、水素および空気（酸素）をそれぞれ供給するアノード極とカソード極との間に、拡散層／触媒層／水素イオンを選択的に透過する固体高分子電解質膜／触媒層／拡散層の積層体を挟持させて単位セルを構成し、この単位セルを多数積層してなるスタック６６構造を有するものであり、上記のようにして、燃料タンク２１および吸気通路７９からそれぞれ燃料電池２０に供給される水素と空気（酸素）との電気化学反応により電力を発生するとともに、水を副成する電気化学システムである。

水素との反応後の余剰空気及び燃料電池スタック６６を冷却後の空気は、図３および４に示すように、燃料電池２０（のスタック６６）からカソード排気として、排気プレナム５６および吸気ファン５７を経て、排気ダクト５９に排出される。

他方、燃料電池２０のアノードには、燃料タンク２１からの水素が、通常は循環経路を含む水素供給配管（図示せず）を経由して、原則として燃料電池での消費量に応じて、供給される。ただし、燃料電池反応の継続に伴い空気経路側（カソード側）から不可避的に燃料電池スタックを透過してくる窒素による水素濃度低下（及びこれに伴う反応効率の低下）を防止して安定な発電をするため、および反応により生成する水分を排出するために、アノード側から水素パージ配管１１６及びパージ弁１１７を経由して、吸気ファン３７の下流の排気ダクト５９に定期的に排気（水素ガスパージ）する必要がある。このアノード側の水素ガスパージを行う際には、アノード排気をカソード排気により可燃下限濃度以下（水素濃度４％未満）に希釈して外気に放出する。より具体的には、発電量及び発電時間により算出されるアノード排気中の窒素濃度および水分量に基づいてアノード排気中の水素濃度を算出し、希釈ガスとしてのカソード排気流量も考慮して、可燃下限濃度以下とするように、水素ガスパージの頻度および継続時間を最適化する。

上記したように、本実施形態では、図２に示すように、燃料電池二輪車１０の中央ボディカバー５１車両前面の吸気取入口７８から取り入れられた反応用兼冷却用空気（外気）の吸気通路７９を経る燃料電池２０への供給は、主として、吸気ファン５７の作動により行われる。その際、吸気取入口７８は車両前面に備えられているために、車両走行時の正圧が、吸気取入口７８から取り入れられる空気（外気）に作用して、空気は吸気通路７９を経て燃料電池２０側に強制的に押し込まれる。これにより、燃料電池２０のファン５７の負荷を、を低減させることができる。しかしながら、必要に応じて、空気取り入れ口７８から燃料電池２０までの吸気通路の任意の箇所に、フィルタおよびブロアを必要に応じて挿入することにより、吸気ファン５７の負荷をさらに低減することもできる。

また、燃料電池２０へ供給する燃料タンク２１から水素を放出する際の断熱膨張効果により燃料タンク２１は冷却される。その結果、燃料タンク２１の周りを通過する反応用兼冷却用の空気は積極的に冷却され、燃料電池２０の冷却効果が向上するとともに、要求風量を節約することができる。結果的にファン５７の負荷を減らすことができるので使用電力の節約に効果がある。

［水素センサ］
本実施形態(第１の実施形態)においては、図２および図４に示すように、車体中央部の水素タンク２１の上部、好ましくは燃料電池２０へ配管を通じて燃料水素を供給する燃料供給弁(特に図示せず)の上、に第１の車体内水素センサ８１を設け、燃料電池２０の上方に第２の車体内水素センサ８２を設けるとともに、排気ダクト５９中の上下に二つに分割された排気流路のうち、上側排気流路６１を区画する天井面の出口近傍にダクト内水素センサ８３を設けてある。この実施形態における車体内水素センサの設置位置は、車体内における水素漏えい危険個所のうち最も代表的な、水素タンクおよび燃料電池からの漏えい水素の検出に最適である。また、一般にダクト内水素センサは、ダクト５９内のパージ水素と吸気ファン５７の風により十分に混合された位置に設けることが、燃料電池スタック内の動作状態把握のために好ましいが、空気よりも軽い水素の検出位置としてダクト内の最高位置となる上記した位置は、この意味でも最適な設置位置となる。ダクト内センサ８３により検出された水素濃度の上昇が軽度の場合には、水素希釈ファン５７の制御にフィードバックさせて、車外排出濃度が法規制値（４％未満）を超えないように希釈ファンを制御する。それでも、異常値が改善しない場合には、燃料供給バルブあるいはパージバルブの故障あるいは高分子電解質膜の重大な損傷等と判断して、システムの停止、または警告を行うことになる。水素センサ８１〜８３としては、例えば接触燃焼式水素センサ、車載用水素センサ（０〜４％濃度検出）等が好適に用いられる。

［第２の実施形態］
本実施形態（図５）は、前記第１の実施形態（図４）と比べて、第２車体内水素センサ８２の代わりに、水素センサ８３ａを燃料電池２０の上方で且つ車体後方側に設置するとともに、上側排気流路６１を区画する排気ダクト５９に排気ホース（バイパス配管）８４を挿通し、その一端を上側排気流路６１中に配置し、且つ該一端から斜め上方に位置する水素センサ８３ａに向けて他端を開口させ、水素の上方指向性を利用して、水素センサ８３ａを、第２の車体内水素センサおよびダクト内水素センサとして兼用するものである。これにより、燃料電池スタック内の動作状態の早期把握のために好ましいダクト内水素センサの機能を持たせつつ、水素センサの使用点数の増加を防止できる。

本発明の実施形態においては、スクータ型自動二輪車の燃料電池二輪車に適用した例を説明したが、燃料電池を搭載した自動二・三輪車やバギー車両等の鞍乗型車両に適用することもできる。

１０…燃料電池二輪車、１１…車両本体、１２…前輪、１３…操向ハンドル、１４…後輪、１５…モータ（車両駆動モータ）、１７…車体フレーム、１８…車両外装、１９…シート（運転シート）、２０…燃料電池（空冷式燃料電池システム）、２１…燃料タンク、２２…二次電池、２３…電力管理装置、２６…ヘッドパイプ、２７…上部ダウンフレーム、２８…下部ダウンフレーム、２９…アッパーフレーム、３０…ロアーフレーム、３１…リアフェンダ、３２…フロントフォーク、３３…ピボット、３４…スイングアーム、３５…リアクッションユニット、３６…フットレスト、４１…フロントフェンダ、４２…ステアリング機構、４４…センタートンネル領域、４５…機器搭載領域、４６…リアスペース、４８…隔壁部材、５０…前部ボディカバー（フロントレッグシールドカバー）、５１…中央ボディカバー（フロントフレームカバー）、５２…後部ボディカバー（リアフレームカバー）、５４…吸気ダクト、５５…フィルタ、５６…排気プレナム、５７…ファン、５８…排気口、５９…排気ダクト、６０…リアコンビネーションランプ、６１…上側排気流路、６２…下側排気流路、６３…上側排気口、６４…下側排気口、６６…燃料電池スタック、６８…圧力容器、６９…遮断弁、７８…吸気取入口、７９…吸気通路、８１，８２…車体内水素センサ、８３…排気ダクト内水素センサ、８３ａ…車体内水素センサ兼用排気ダクト内水素センサ、８４…バイパス配管。

Claims

車体内に、駆動輪を駆動する電動機と、この電動機に電力を供給する空冷式の燃料電池と、この燃料電池に供給するための燃料ガスを貯蔵する水素タンクとを備え、
前記燃料電池に反応用兼冷却用空気を供給するファンと、このファンにより供給され、前記燃料電池を冷却した空気を車両後方に排出する排気ダクトとが設けられ、この排気ダクトの入口は前記燃料電池の車体後方側に接続されている燃料電池二輪車であって、
車体内の前記排気ダクト以外の領域における前記水素タンクおよび燃料電池並びにこれらをつなぐ配管およびバルブから漏れ出る水素を検出するための車体内水素センサと、前記ダクト内の水素を検出するダクト内センサと、を備え、
前記排気ダクト内センサは、燃料電池からの排出ガスが十分に混合された排気ダクト内の高所の混合気中の水素濃度を検出可能な位置に設置され、
前記排気ダクトに排気ホースを挿通し、その一端を排気ダクト内と連通させ、他端を車体内水素センサに向けることにより、前記車体内センサに前記ダクト内センサの機能を持たせたことを特徴とする燃料電池二輪車。