JP5046384B2 - 鞍乗型燃料電池三輪車 - Google Patents

Description

本発明は、鞍乗型燃料電池三輪車に係り、特に、燃料電池の生成水を、後輪や後車体にかかることなくスムーズに車体外部に排出できるようにした鞍乗型燃料電池三輪車に関する。

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発電する燃料電池を備え、燃料電池からの供給電力でモータを駆動する燃料電池車両が知られている。燃料電池は、発電時に水素と酸素との化学反応によって生成水を生じるので、燃料電池車両には、生成水を車体外部へ排出するシステムが備えられている。

特許文献１には、生成水の排水口を、車体の略中央部において車体側方後方に向くように配置することで、生成水の排出時に後輪にかからないようにした燃料電池二輪車が開示されている。
特開２００１−３１３０５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成を、左右一対の後輪を有する燃料電池三輪車に適用する場合を考えると、車輪の外側に排水口を設ける構成となり、車幅が大きくなる可能性があった。さらに、後輪が支持される後車体に対して、乗員が着座する前車体がバンクできるようにした揺動型の燃料電池三輪車では、排水口を前車体に設けると、前車体のバンクに伴って排水口が動くために後輪や後車体に生成水がかかりやすくなる可能性があるという課題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、燃料電池の生成水を、後輪や後車体にかかることなくスムーズに車体外部に排出できるようにした鞍乗型燃料電池三輪車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を化学反応させて発電する燃料電池を有する鞍乗型燃料電池三輪車において、前記燃料電池から排出される生成水を車体外部に導く配水管と、左右一対の後輪を軸支する後車体と、前記後車体に対して前車体が左右に傾斜できるように前記後車体と前車体とを揺動自在に連結する連結機構とを具備し、前記配水管が、前記左右一対の後輪の間に位置する排出口を有している点に第１の特徴がある。

また、前記排出口は、車体側面視で、前記後輪の車軸の後方かつ下方に配置されている点に第２の特徴がある。
また、前記後車体を車体フレームに吊り下げて前記後車体の上下方向の揺動運動を吸収するショックユニットを備え、前記配水管は、前記ショックユニットの下方を経て前記後車体の下面側に延長されている点に第３の特徴がある。

また、前記燃料電池は、前記前車体に取り付けられて乗員が着座するシートの下方に配置されており、前記配水管は、前記生成水を前記燃料電池から前記連結機構の下部まで導く第１配水管部分と、前記生成水を前記連結機構の下部から車体外部まで導く第２配水管部分とからなり、前記第１配水管部分と前記第２配水管部分とが、互いに周方向に回動可能となるように車体に支持されている点に第４の特徴がある。

さらに、前記第１配水管部分と第２配水管部分との間で前記生成水を一時的に貯める貯留部を備え、前記貯留部は、前記後車体に取り付けられており、前記第１配水管部分が、前記貯留部に対して周方向に回動自在に係合されている点に第５の特徴がある。

第１の特徴によれば、燃料電池から排出される生成水を車体外部に導く配水管と、左右一対の後輪を軸支する後車体と、後車体に対して前車体が左右に傾斜できるように後車体と前車体とを揺動自在に連結する連結機構とを具備し、配水管が左右一対の後輪の間に位置する排出口を有しているので、燃料電池の生成水を、燃料電池三輪車両の後輪や後車体にかかることなく車体後方に排出することが可能となる。また、前車体が傾斜しても後車体は傾斜せず、排出口の位置は変わらないので、後輪や後車体に生成水がかかることを防止できる。

第２の特徴によれば、排出口は、車体側面視で後輪の車軸の後方かつ下方に配置されているので、排出口が車体後方側で路面に近接した位置に配設されることとなり、排出口の周囲の生成水が走行風や振動によって飛散するような場合でも、これが後輪や後車体にかかることを防止できる。

第３の特徴によれば、後車体を車体フレームに吊り下げて後車体の上下方向の揺動運動を吸収するショックユニットを備え、配水管はショックユニットの下方を経て後車体の下面側に延長されているので、配水管が後車体の揺動運動の影響を受けにくくなり、スムーズな排水が可能となる。

第４の特徴によれば、燃料電池は、前車体に取り付けられて乗員が着座するシートの下方に配置されており、配水管は、生成水を燃料電池から連結機構の下部まで導く第１配水管部分と、生成水を連結機構の下部から車体外部まで導く第２配水管部分とからなり、第１配水管部分と第２配水管部分とが、互いに周方向に回動可能となるように車体に支持されているので、走行中に前車体が傾斜されても、第１配水管部分と第２配水管部分との間で配水管にねじれが生じることを防止できる。

第５の特徴によれば、第１配水管部分と第２配水管部分との間で生成水を一時的に貯める貯留部を備え、貯留部は後車体に取り付けられており、第１配水管部分が貯留部に対して周方向に回動自在に係合されているので、生成水の排出速度が変化しても、排出口からの排水速度が影響を受けにくくなりスムーズな排水が可能となる。また、前車体が傾斜しても貯留部が傾斜することがなく、安定した排水が可能となる。

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三輪車１の側面図および上面図である。鞍乗型燃料電池三輪車１は、操舵輪としての１本の前輪ＷＦに対して、モータで駆動される２本の後輪ＷＲを備えた電動三輪車両であり、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。

鞍乗型燃料電池三輪車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またはこの電力を蓄積する二次電池からの供給電力によって、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る垂直部分と、車体下部で大きく屈曲して車体後方側に延びる水平部分とを有する。アンダフレーム７の後端部は、上方に大きく屈曲してメインフレーム６と接続され、この接続部の後方のメインフレーム６の後端部は、車体後方側で荷台２２を支えるリヤフレーム８に連結されている。荷台２２の内部には、燃料電池１８が発電した電力を蓄積する二次電池８５が収納されている。

略直方体の燃料電池１８は、乗員１００が着座するシート１５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１８の車幅方向左右には、燃料電池１８を冷却するためのラジエータ２０Ｌ，２０Ｒが隣接配設されている。燃料電池１８の背面側には、ラジエータの冷却水を圧送するアクチュエータとしての電動ポンプ１９が配設されている。また、燃料電池１８の前面側には、燃料電池１８に供給する反応ガスを加湿するため加湿器１７が取り付けられている。略円筒状の加湿器１７は、シート１５の下方で車幅方向中央に配設されている。

前記シート１５と操向ハンドル５との間には、低床式の足乗せ部１４が設けられている。この足乗せ部１４は、走行中に乗員の両足が置かれる平坦な床面を、樹脂板等で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。加湿器１７の車体前後のメインフレーム６の上面には、足乗せ部１４の樹脂板を支持するためのステー２７が取り付けられている。また、足乗せ部１４の前方下方の位置で、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１８に反応ガスを圧送するアクチュエータとしての過給機１６が配設されている。

鞍乗型燃料電池三輪車１の車体は、車体フレームおよび前輪ＷＲを含む車体前方の前車体１ａと、該前車体１ａに連結される後車体１ｂとから構成されている。後輪ＷＲを含む後車体１ｂと前車体１ａとは、連結機構２３で連結されている。ショックユニット３１は、連結機構２３の一部と、左右一対のリヤフレーム８の間に設けられた取付フレーム（不図示）に取り付けられ、上下方向の揺動運動のショックを吸収している。連結機構２３には、ラバーダンパによって前車体１ａを中立位置に戻す方向の付勢力を得るナイトハルトスイング機構が適用されており、これにより、２本の後輪を路面に接地させたまま前車体１ａを左右に傾斜させて旋回走行することが可能となる。

後輪ＷＲに駆動力を与える駆動モータと減速機構とを一体的に収納したパワーユニット２４は、後車体１ｂのベース部材２５の後方寄りかつ左右の後輪ＷＲの間に取り付けられている。パワーユニット２４から出力される駆動力は、車軸２６によって後輪ＷＲに伝達される。後車体１ｂの後輪ＷＲの間には、略直方体の大小の部品からなる駆動系電装部品４５が取り付けられている。駆動系電装部品４５は、駆動モータを制御するモータ制御ユニットとしてのモータドライバ５０、直流電流の電圧値を所定値に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ５１、燃料電池１８からの供給電圧を昇圧または降圧する電圧変換器（ＶＣＵ）５２、モータ制御ユニットとしてのメインＣＰＵ５３、過給機１６を駆動するための制御ドライバ５４、電動ポンプ１９を駆動する制御ドライバ５５、複数のヒューズを収納するヒューズボックス５６を含む。

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。足乗せ部１４は、燃料タンクとしての水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの車幅方向端間の内側に収まるように形成されている。水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの前方および側方は、メインフレーム６に連結されたガードパイプ９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１２が配設されている。車両前方側は、樹脂の薄板等で形成されたカウリング１１で覆われている。ガードパイプ９の前方側に取り付けられた保護パッド１３は、カウリング１１に形成された開口部からその一部が外方に臨むように配設されている。

左右のラジエータ２０Ｌ，２０Ｒは、車体側面視において、上部を前方に傾けるようにして取り付けられている。また、車体上面視においては、車体前方からの走行風を受け止めやすいように、走行風を受ける平面部を車体内側に傾けるようにして取り付けられている。燃料電池１８の後方上部には、冷却水のリザーブタンク２１が取り付けられており、該リザーブタンク２１の上部には水素センサ４１が配設されている。

左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの間で、かつ左右のメインフレーム６およびアンダフレーム７に囲まれた空間には、燃料電池１８への水素供給量の制御部等を含む水素供給ユニット２８が配設されている。また、燃料電池１８には、加湿器１７によって加湿された反応ガスを燃料電池１８の上部から供給する吸入側マニホールド２９と、燃料電池１８の内部で化学反応し切れなかった未反応ガスを燃料電池１８の下部から排気する排出側マニホールド３０とが取り付けられている。なお、図１においては、後輪ＷＲの車軸２６の中心位置を、水平線Ｌ１と垂直線Ｌ２が交差する点で示している。

図３は、鞍乗型燃料電池三輪車１の下面図である。また、図４は、鞍乗型燃料電池三輪車１の後車体の斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。後輪ＷＲを軸支する後車体は、板状のベース部材２５および該ベース部材２５に結合された板フレーム７３に、アッパパイプ７２が接続されたアンダパイプ７０を取り付けた構成とされている。左右一対のアンダパイプ７０は、その後方側の端部において車幅方向に延びる連結パイプ７１で連結され、フレーム枠としての剛性が高められている。なお、図３には、後輪ＷＲの車軸２６の中心線Ｌ３を記載している。

ベース部材２５および板フレーム７３に結合された円筒部７４は、前記ナイトハルトスイング機構の回動軸として、連結機構２３に回動自在に軸支されている。連結機構２３は、前端のピボット部３４によって車体フレームに揺動可能に連結されている。後車体の揺動運動に減衰力を与えるショックユニット３１は、上側ピボット部３２で車体フレームに連結されると共に、下側ピボット部３３で連結機構２３に連結されている。

燃料電池車両には、通常、燃料電池が発電時に生じる生成水を車体外部へ排出するシステムを備えており、この鞍乗型燃料電池三輪車１では、燃料電池１８から排出される生成水を、車体の下部に配設される配水管６７で車体後方側へ導き、左右一対の後輪ＷＲの間（換言すれば、左右後輪の内側の幅内）から車体外部に排出するように構成されている。生成水を導く配水管６７は、管路６０，６２からなる第１配水管部分と、第１配水管部分の後方側に連結されて車体後部まで延びる第２配水管部分６５とからなる。第１配水管部分および第２配水管部分は、外部からの力を吸収可能なゴム等の樹脂で形成することができる。

第１配水管部分を構成する管路６０と管路６２との間には、生成水の排出音を消音するサイレンサ６１が設けられている。管路６２およびサイレンサ６１の接続部６１ａと、管路６０およびサイレンサ６１の接続部６１ｂ（図３参照）には、排出圧力が漏れないようにゴム製のパッキン等が使用される。サイレンサ６１は、前車体を構成するアンダフレーム７に固定されており、後車体１ｂの上下の揺動運動の影響を受けにくい構成とされる。

管路６２と第２配水管部分６５との間には、生成水を一時貯留する貯留部６４が設けられている。この貯留部６４は、前記円筒部７４の下部に結合されているので、走行時に前車体が左右に傾斜してもその影響を受けにくくなる。また、前記管路６２の後端側は、フック６３に係合されて連結機構２３に吊り下げられると共に、貯留部６４に形成された入口孔に回動自在に挿入されている。この構成によれば、前車体が傾斜しても貯留部６４と管路６２との間にねじれが生じないので、前車体が傾斜した時に管路６２がねじれて負担がかかったり、生成水の流れが妨げられにくくなる。なお、貯留部６４を設けない場合でも、第１配水管部分と第２配水管部分と互いに周方向に回動可能に連結することにより、配水管にねじれが生じないように構成することができる。

上記したように、燃料電池１８から排出された生成水は、管路６０，６２からなる第１配水管部分によって連結機構２３の下部の貯留部６４に導かれた後、この貯留部６４の後部に接続される第２配水管部分６５によって車体後部まで導かれる。この一連の配水管は、ショックユニット３１の下方を経て、後車体の下面側に延長されるように配設されているので、ショックユニットの上方等に配設する場合に比して、後車体が上下に揺動してもその影響を受けにくくなる。また、配水管は、車体後方に向かって路面に近づくように配設されているので、生成水の排出をよりスムーズに行うことができる。なお、第１、第２配水管部分の形状は、本実施形態に限られず種々の変形が可能である。例えば、第２配水管部分６５は、左右いずれかのアンダパイプ７０に沿わせて車体後方側へ伸ばし、排出口６５ａの手前で車幅方向中央に戻るような形状としてもよい。

第２配水管部分６５によってアンダパイプ７０の後端まで導かれた生成水は、その先端で路面側に向けられた排出口６５ａから排出される。第２配水管部分６５は、排出口６５ａの近傍において、前記連結パイプ７１に取り付けられたフック６６に吊り下げられている。そして、本実施形態に係る排出口６５ａは、車体側面視において、後輪ＷＲの車軸２６の後方かつ下方に配置されているので、排出口から流れ落ちる生成水が走行風や振動で飛散するような場合でも、生成水が後輪ＷＲや後車体にかかることが防止できる。

図５は、連結機構の一部拡大図である。前記と同一符号は同一または同等部分を示す。この図では、図示右方向に車体前部を向けた状態を示す。前記したように、連結機構２３の本体部２３ａには、左右一対の板フレーム７３に接続された円筒部７４が、ナイトハルトスイング機構の回動軸として回動自在に軸支されている。本実施形態では、この円筒部７４の下部に、生成水を一時的に貯める貯留部６４が取り付けられている。

貯留部６４は、金属や樹脂の薄板で形成された凹状の容器であり、管路６２から導かれる生成水の排出速度に波が生じた場合でも、生成水を一時的に保留することでこの波を安定させてから第２配水管部分６５に供給する機能を有する。この第２配水管部分６５は、結合部６４ｂで水漏れのないように貯留部６４に結合されている。これに対し、第１配水管部分の管路６２の端部は、貯留部６４に形成された入口孔６４ａに回動自在に挿入されている。入口孔６４ａは、管路６２を挿入してもその周囲に隙間が残る大きさとされ、この隙間により、前車体が大きく傾斜した際でも、そのねじれを容易に吸収することができる。なお、本実施形態に係る貯留部６４は、その上部が開放されているが、後車体が上下に揺動しても生成水がこぼれないように蓋部材を設けてもよい。

上記したように、本発明に係る鞍乗型燃料電池三輪車によれば、生成水の配水管の排出口が、左右一対の後輪の間で、後輪の車軸の後方かつ下方に配置されているので、燃料電池の生成水を、後輪や後車体にかかることなく排出することが可能となる。また、第１配水管部分と第２配水管部分とが回動自在となるように配設されるので、走行中に前車体が傾斜されても配水管がねじれず、生成水のスムーズな排出が可能となる。

第１配水管部分および第２配水管部分の形状や材質、貯留部の形状や配置、貯留部と配水管の結合方法等は、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、上下左右の揺動の影響が小さい第２配水管部分は、硬質樹脂や金属製のパイプで形成してもよい。

本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池三輪車の側面図である。 本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池三輪車の上面図である。 本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池三輪車の下面図である。 鞍乗型燃料電池三輪車の後車体の斜視図である。 鞍乗型燃料電池三輪車の連結機構の一部拡大図である。

符号の説明

１…鞍乗型燃料電池三輪車、１ａ…前車体、１ｂ…後車体、１８…燃料電池、２３…連結機構、２３ａ…本体部、２５…ベース部材、２６…車軸、３１…ショックユニット、３４…ピボット部、６１…サイレンサ、６０，６２…管路（第１配水管部分）、６４…貯留部、６５…第２配水管部分、６５ａ…排出口、６７…配水管、７０…アンダパイプ、７３…板フレーム、７４…円筒部、ＷＲ…後輪

Claims (4)

1. 燃料ガスと反応ガスとを化学反応させて発電する燃料電池（１８）を有する鞍乗型燃料電池三輪車（１）において、
   前記燃料電池（１８）から排出される生成水を車体外部に導く配水管（６７）と、
   左右一対の後輪（ＷＲ）を軸支する後車体（１ｂ）と、
   前記後車体（１ｂ）に対して前車体（１ａ）が左右に傾斜できるように前記後車体（１ｂ）と前車体（１ａ）とを揺動自在に連結する連結機構（２３）とを具備し、
   前記配水管（６７）が、前記左右一対の後輪（ＷＲ）の間に位置する排出口（６５ａ）を有しており、
   前記燃料電池（１８）は、前記前車体（１ａ）に取り付けられて乗員が着座するシート（１５）の下方に配置されており、
   前記配水管（６７）は、前記生成水を前記燃料電池（１８）から前記連結機構（２３）の下部まで導く第１配水管部分（６０，６２）と、前記生成水を前記連結機構（２３）の下部から車体外部まで導く第２配水管部分（６５）とからなり、
   前記第１配水管部分（６０，６２）と前記第２配水管部分（６５）とが、互いに周方向に回動可能となるように車体に支持されていることを特徴とする鞍乗型燃料電池三輪車。
2. 前記排出口（６５ａ）は、車体側面視で、前記後輪（ＷＲ）の車軸（２６）の後方かつ下方に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三輪車。
3. 前記後車体（１ｂ）を車体フレームに吊り下げて前記後車体（１ｂ）の上下方向の揺動運動を吸収するショックユニット（３１）を備え、
   前記配水管（６７）は、前記ショックユニット（３１）の下方を経て前記後車体（１ｂ）の下面側に延長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三輪車。
4. 前記第１配水管部分（６０，６２）と第２配水管部分（６５）との間で前記生成水を一時的に貯める貯留部（６４）を備え、
   前記貯留部（６４）は、前記後車体（１ｂ）に取り付けられており、
   前記第１配水管部分（６０，６２）が、前記貯留部（６４）に対して周方向に回動自在に係合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三輪車。

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