JP6471427B2

JP6471427B2 - 燃料電池二輪車

Info

Publication number: JP6471427B2
Application number: JP2014163455A
Authority: JP
Inventors: 範洋松岡
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: JP2016037264A

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、空気の導入及び燃料電池への案内経路を合理化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には、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。

従来、空冷式燃料電池二輪車への空気の導入は、外気の効率的導入の観点から、主として、車両本体の前方（特許文献１）あるいは側方（特許文献２）の比較的低い位置に開口した空気取入口から行われている。

特開２００８−２４７３２４号公報特開２０１０−２６９６６０号公報

前記特許文献１あるいは２のように、前方あるいは側方の比較的低い位置に設けた空気取入口から外気を導入する形式では、吸気ダクトに砂塵や雨滴が入り込み、燃料電池の前に設けられるフィルタの早期劣化、フィルタの目詰まりにより圧力損失の増加による燃料電池の性能劣化を避けがたい。

本発明の主たる目的は、燃料電池への反応用兼冷却用の空気の供給経路の合理化により、上記課題を解決した燃料電池二輪車を提供することにある。

本発明に係る燃料電池二輪車は、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燃料ガスタンクとを備え、
車両は前部を前方から覆う前部ボディカバーと、車体下方のフットレストが備えられた車体中央部を左右上下から覆い左右一対のアッパーフレームと左右一対のロアーフレームを内在させる中央部ボディカバーと、座席シート下方を前後左右、下方から覆う後部ボディカバーとで略全体を覆われていて、前記空冷式の燃料電池は前記駆動輪の上方で、前記シート下方の後部ボディカバーの中に前傾配置されていて、
前記空冷式の燃料電池に反応用兼冷却用の空気を供給するための吸気ファンを設け、前記燃料電池を冷却した後の空気を後部ボディーカバーに設けた排気口から車両の後部に排出する車両構造を有する燃料電池二輪車であって、
前記燃料電池の車両前方且つ座席シート下方の中央部ボディカバー内に吸気ダクトを設け、この吸気ダクト前端にはルーバーを備えた先細り形状の吸気取入口を設け、且つ吸気取入口は前記シート前端より後方且つ下方で前記アッパーフレームより上方の位置に設け、設けた吸気取入口から燃料電池に向かう吸気ダクト内の吸気流路を通って燃料電池へと空気を導入する構造を特徴とするものである。

本発明の燃料電池二輪車においては、燃料電池へ供給する反応用兼冷却用の空気の取入口を、シート前方の高い位置で、しかもシート下方に配置することにより、更にはルーバーを備えた先細り形状とすることによって、取込み空気への砂塵や雨滴の混入を著しく低減でき、フィルタの劣化及びフィルタの目詰まりに伴う燃料電池の性能劣化を防止できる。

また、車両の前方ではあるが下方に設けた従来の吸気口を用いる場合に比べて、利用可能な車両流入時の走行風圧（ラム圧）は若干低減するが、車両内への取り込み後の、燃料電池までの空気供給経路が直線化するので、燃料電池への供給までの圧力損失は低減する効果も得られる。

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実施形態の内部構造を示す左側面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図。図２に対応して本発明の他の実施形態にかかる燃料電池二輪車の車両外装を部分的に切欠いた内部構造を示す左側面図。図４のＶ−Ｖ線矢視方向断面図。図２および４の実施形態の燃料電池二輪車の上から見た平面図。本発明の更なる実施形態の燃料電池二輪車を図２に対応して示す概念図。

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。

本発明の好ましい実施形態においては、吸気口から、燃料電池を通って、排気口につながる空気流路に沿って、燃料電池以外にも、二次電池ならびにインバータおよびＤＤＣコンバータ等の電力管理機器を含む発熱部品が配置され、流入空気による発熱部品の冷却が行われる。

図１〜図３は、本発明のこのような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、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。
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から図３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と、車体フレーム１７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座席シート（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の電力分配制御等を行う電力管理機器と、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。

車両本体１１は、図１に示すように、概ね前部、中央部及び後部の３領域に区画され、車両外装１８は、それぞれの領域に存在する前部ボディーカバー５０、中央部ボディーカバー５１および後部ボディーカバー５２に分割して呼称される。
車体フレーム１７は、前部ボディカバー５０に覆われたヘッドパイプ（図示せず）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。
上部ダウンフレーム２７は、ハンドル１３を支持するヘッドパイプの上部に接続され、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。

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領域に燃料タンク２１を横臥状態で備える。

燃料電池２０は、燃料電池二輪車１０の車両本体１１のメインフレーム後部のシート１９の下方後側に、前方傾斜状態で配置される。具体的には、燃料電池２０は、同乗者が着座する後部シート１９ｂの下方に配置される。燃料電池２０は、扁平な直方体形状に形成され、その前面に設けられたフィルタ５５を前下方に斜め下向きに傾斜して配置される。本実施形態においては、前部シーと１９ａの下方且つ燃料電池２０のフィルタ５５設置面の前方には、吸気ダクト７１が形成される。吸気ダクト７１の前方はルーバ―７２ａを介して吸気取入口７２が形成され、後方は燃料電池の燃料電池２０の前面にフィルタ５５を囲む形態で連結される。その結果、吸気ダクト７１内には、空気取り入れ口７２から燃料電池前面へと連続する吸気流路７３が形成される。

他方、燃料電池の吸気面と逆側の排気面後方には、反応済み空気、生成水蒸気及び余剰水素を含む排気ガスの均圧化のための排気プレナム５６、および吸気ファン５７が設けられ、その後方には排気口７５への排気流路７４を区画する排気ダクト７６が設けられる。吸気取入口７２から排気口７０へ向かう吸気および排気の推進力は、主として吸気ファン５７の吸引力および走行風の風圧により与えられるが、必要に応じてルーバ―７２ａの後にブロアファンを設けてもよい。

また、吸気流路７３の下側に沿って、減速時の回生エネルギを蓄え、モータ１５への供給エネルギの一部を分担するための二次電池８１が、ケース８２に収容されて配置される。

したがって、この実施形態においては、シート１９の下方前方に開口した吸気取入口７２を有する吸気ダクト７１がシート１９下方に設けられたため、吸気取入口７２から燃料電池２０へと向かう直線的な吸気流路７３が形成され、燃料電池２０への反応用及び冷却用空気の効率的供給がなされるとともに、発熱部品としての二次電池８１の冷却も効率的に達成される。また、図６に示すように吸気ダクト７１ならびに燃料電池２０、燃料タンク２１および（発熱部品８０としての）二次電池８１は、いずれも車両中心線に対してほぼ左右対称に配置されるため、車両の左右バランスが向上し、走行安定性が向上する。

（他の実施形態）
図４及び図５（図４のＶ−Ｖ線矢視方向断面図）は、それぞれ図２および図３に対応し、第２の実施形態を示すものである。この実施形態は、図２および図３に示す第１の実施形態における発熱部品としての二次電池８１の代わりに、吸気流路７３に突き出した複数の冷却フィン８４ａを有するヒートシンク８４を備えたインバータ８３を設けた点で異なるが、その他の点では第１の実施例と異なることはない。複数の冷却フィン８４ａは、それぞれ略車両前後方向に向けて配列することにとり、吸気口７２から取り入れられた吸気の流通を本質的に妨げずに、ヒートシンクの放熱作用を向上することができる。

図６は、発熱部品８０（二次電池８１あるいはインバータ８３）を備えた上記第１あるいは第２の実施形態にかかる燃料電池二輪車の上から見た平面図であり、いずれも車両中心線に対する良好な左右対称性、したがって良好な走行安定性が与えられる。

なお、上記第１および第２の実施形態にそれぞれ設けた、二次電池８１およびインバータ８３を含む電力管理機器等の発熱部品は、吸気取入口７２から燃料電池２０までの吸気流路７３に沿って且つ車両中心線に沿って前後方向に並べることも可能であり、あるいは図７に示すようにそれら発熱部品の一部８５を排気流路７４に沿って配置することもできる。いずれの場合も、車両の左右バランスが損なわれない配置が可能である。

上記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、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…リアフェンダー、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、５０…前部ボディカバー（フロントレッグシールドカバー）、５１…中央部ボディカバー（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）、５５…フィルタ、５６…排気プレナム、５７…吸気ファン、７１…吸気ダクト、７２…吸気取入口、７２ａ…ルーバ―、７３…吸気流路、７４…排気流路、７５…排気口、７６…排気ダクト、８０…発熱部品（８１…二次電池、８２…二次電池ケース、８３…インバータ、８４…ヒートシンク、８４ａ…冷却フィン、８５…発熱部品の一部）。

Claims

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燃料ガスタンクとを備え、
車両は前部を前方から覆う前部ボディカバーと、車体下方のフットレストが備えられた車体中央部を左右上下から覆い左右一対のアッパーフレームと左右一対のロアーフレームを内在させる中央部ボディカバーと、座席シート下方を前後左右、下方から覆う後部ボディカバーとで略全体を覆われていて、前記空冷式の燃料電池は前記駆動輪の上方で、前記シート下方の後部ボディカバーの中に前傾配置されていて、
前記空冷式の燃料電池に反応用兼冷却用の空気を供給するための吸気ファンを設け、前記燃料電池を冷却した後の空気を後部ボディーカバーに設けた排気口から車両の後部に排出する車両構造を有する燃料電池二輪車であって、
前記燃料電池の車両前方且つ座席シート下方の中央部ボディカバー内に吸気ダクトを設け、この吸気ダクト前端にはルーバーを備えた先細り形状の吸気取入口を設け、且つ吸気取入口は前記シート前端より後方且つ下方で前記アッパーフレームより上方の位置に設け、設けた吸気取入口から燃料電池に向かう吸気ダクト内の吸気流路を通って燃料電池へと空気を導入する構造を特徴とする燃料電池二輪車。
前記排気口は、前記後部ボディーカバーの前記駆動輪を覆うリアフェンダーの上方且つ車両後部の位置に設け、前記後部ボディーカバー内の燃料電池の排気面後方には燃料電池を冷却した空気を吸引する前記吸気ファンおよびその空気を排気口へと導く排気ダクトを設けた請求項１に記載の燃料電池二輪車。
前記吸気ダクト内の吸気流路に沿って発熱部品を配置し、吸気流路を通る空気により発熱部品を冷却する請求項１または２に記載の燃料電池二輪車。
前記発熱部品にヒートシンクを設け、前記ヒートシンク部を前記吸気流路に突出させて、吸気流路を通る空気により発熱部品を冷却する請求項３に記載の燃料電池二輪車。
前記吸気ダクトおよび発熱部品は車両中心線に対して略左右対称位置に配置した請求項３または４に記載の燃料電池二輪車。