(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドパイプから後方へ下がりながら延び、シートの前方にて跨ぎ空間を形成するメインフレームを有する燃料電池搭載自動二輪車において、
前記メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、前記シートの下方に、前記二次電池を配置したことを特徴とする燃料電池搭載自動二輪車。
【請求項２】
前記燃料電池システムは、メタノールにて水素が発生することを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載自動二輪車。
【請求項３】
前記燃料電池は、前輪の後部に位置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載自動二輪車。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、燃料タンク及び改質器であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載自動二輪車。
【請求項５】
前記燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、前記メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したことを特徴とする請求項４記載の燃料電池搭載自動二輪車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池搭載自動二輪車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池搭載自動二輪車として、例えば特開平３−１０９１２６号公報「燃料電池電気自動車」が知られている。
上記技術は、同公報の図１によれば、燃料電池１３（符号は同公報の符号を流用した）をエネルギ源とする電気自動車であって、燃料電池１３を車体２の中央下部に配置した自動車１である。
例えば、燃料電池１３を使用する場合には、後述するように燃料電池１３の他に、メタノールを貯溜する燃料タンク、水素を発生させる改質器、発生させた電気を溜める二次電池などが必要であり、燃料電池１３、改質器及び二次電池などのレイアウトも自動二輪車に搭載する場合には重要な課題になる。以下、燃料電池の発電原理から燃料電池システムの一例について説明する。
【０００３】
図７（ａ）〜（ｂ）は燃料電池の発電原理の説明図であり、（ａ）は一般的な水の電気分解の原理を示し、（ｂ）は燃料電池の発電原理を示す。
（ａ）において、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）などの電解質を溶かした水（Ｈ2Ｏ）を水槽１０１に入れ、この水槽１０１の中に白金などの電極１０２，１０３をセットし、これらの電極１０２，１０３をそれぞれ容器１０４，１０５で覆い、電極１０２，１０３間に直流電源１０６を繋ぐと、プラス側となる電極１０２には酸素ガス（Ｏ2）が発生し、マイナス側となる電極１０３には水素ガス（Ｈ2）が発生することはよく知られる水（Ｈ2Ｏ）の電気分解の原理である。ここで、矢印（ｅ-）は電荷の流れ、矢印（Ｈ+）は水素イオンの流れを示す。
【０００４】
（ｂ）において（ａ）とは逆に、一方の容器１０４に酸素ガス（Ｏ2）を入れ、他方の容器１０５に水素ガス（Ｈ2）を入れ、に両電極１０２，１０３間に負荷１０７を繋ぎ、酸素ガス（Ｏ2）と水素ガス（Ｈ2）とを硫酸（Ｈ2ＳＯ4）などの電解質を溶かした水（Ｈ2Ｏ）の中で電気化学反応させると、負荷１０７には電気が流れる。そして、酸素ガス（Ｏ2）及び水素ガス（Ｈ2）は、結合して水（Ｈ2Ｏ）となる。
すなわち、（ａ）に示す水の電気分解の逆が、燃料電池の発電原理である。次図で燃料電池システムを説明する。
【０００５】
図８は燃料電池システムの一例を示すブロック図であり、燃料電池システム１１０は、メタノールを貯溜する燃料タンク１１１と、メタノールと水とから水素を発生させる改質器１１２と、この改質器１１２で発生させた水素と空気中の酸素とを電気化学反応させる燃料電池１１３と、この燃料電池１１３にエアークリーナ１１４を経由させ大気中の空気を送り込む第１ポンプ１１５と、改質器１１２から燃料電池１１３に水素を送り込む第２ポンプ１１６と、燃料電池１１３から排出する水蒸気及び改質器１１２で発生して燃料電池１１３を経由させた二酸化炭素ガスを受入れ、二酸化炭素ガス量を低減させるキャタライザ（触媒）１１７と、このキャタライザ１１７から排出する水を受ける水タンク１１８と、燃料電池１１３で発生させた電気を貯溜する二次電池１１９と、この二次電池１１９に制御部１２１を介して接続するモータ１２２とからなる。なお、二次電池１１９はモータ１２２で発電する電気をも蓄えるものである。
【０００６】
図中、白抜き矢印（ＣＨ3ＯＨ）はメタノールの流れ、白抜き矢印（Ｈ2）は水素ガスの流れ、白抜き矢印（Ｏ2）は酸素ガスの流れ、白抜き矢印（Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2）は水蒸気及び二酸化炭素ガスの流れ、白抜き矢印（Ｈ2Ｏ）は水の流れを示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、燃料電池１１３を自動二輪車（不図示）のエネルギ源として利用するためには、メタノールを貯溜する燃料タンク１１１、水素を発生させる改質器１１２、燃料電池１１３で発生させた電気を溜める二次電池１１９などが必要であり、これらの燃料タンク１１１、改質器１１２及び燃料電池１１３などを実際に自動二輪車に搭載する場合には、重量バランス、メンテナンス又はデザイン等を配慮する必要があり、多岐にわたる燃料電池システム１１０のレイアウトを模索する必要がある。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、燃料電池を自動二輪車に搭載する場合に、最適に燃料電池、改質器又は二次電池などを配置することのできる技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の燃料電池搭載自動二輪車は、ヘッドパイプから後方へ下がりながら延び、シートの前方にて跨ぎ空間を形成するメインフレームを有する燃料電池搭載自動二輪車において、メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置したことを特徴とする。
【００１０】
メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置することで、自動二輪車の低重心化を図る。
【００１１】
請求項２は、燃料電池システムが、メタノールにて水素が発生することを特徴とする。
請求項３は、燃料電池が前輪の後部に位置することを特徴とする。
請求項４は、燃料電池システムが、燃料タンク及び改質器であることを特徴とする。
燃料電池システムを燃料タンク及び改質器にて構成する場合には、例えば、燃料タンクや改質器は重量物であるので、自動二輪車の低重心化に特に寄与することができる。
請求項５は、燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したことを特徴とする。
【００１２】
メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置することで、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の側面図であり、燃料電池搭載自動二輪車１０（以下、単に「自動二輪車１０」と略記する）は、車体フレーム１１のヘッドパイプ１２に取付けたフロントフォーク１３と、フロントフォーク１３に取付けた前輪１４と、フロントフォーク１３に連結したハンドル１５と、車体フレーム１１の後上部に取付けたスイングユニット１６と、スイングユニット１６の後部に取付けた後輪１７と、車体フレーム１１の後部上部に配置したシート１８と、車体フレーム１１の下方に主要部を構成する燃料電池システム３０と、この燃料電池システム３０で駆動するモータユニット４０とを、主要構成とした自動二輪車である。
図中、２１はリヤサスペンション、２２はドライブチェーン、２３はフロントフェンダ、２４はリヤフェンダ、２５はボデーカバーを示す。
【００１４】
車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２から後方へ下がりながらメインフレーム２７延ばし、このメインフレーム２７の後端から左右一対のリヤパイプ２８，２８（片側の２８不図示）を上部後方へ延ばし、これらのメインフレーム２７の中間とリヤパイプ２８，２８の中間とを２本のセンタパイプ２９，２９で繋いだものである。
【００１５】
燃料電池システム３０は、メタノールを貯溜する燃料タンク３１と、この燃料タンク３１から供給するメタノールと水とから水素を発生させる改質器３２と、この改質器３２で発生させた水素と空気中の酸素とを電気化学反応させる燃料電池３３と、この燃料電池３３からの電気を蓄えると共にモータユニット４０で発電する電気を蓄える二次電池３４とからなる。
【００１６】
すなわち、自動二輪車１０は、メインフレーム２７の下方にメタノールを蓄える燃料タンク３１、メタノールを水素に改質する改質器３２、燃料電池３３及びモータユニット４０を配置したので、自動二輪車１０の低重心化を図る。また、メインフレーム２７の下方に、燃料タンク３１、メタノールを水素に改質する改質器３２、燃料電池３３及びモータユニット４０を配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータユニット４０を駆動するという構成部品の集約化を図ることができる。この結果、燃料電池３３、改質器３２又は二次電池３４などを最適に配置した自動二輪車１０を実現できる。
【００１７】
図２は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニット４０は、二次電池３４及び燃料電池３３（図１参照）で駆動すると共に二次電池３４を充電するモータ４１と、このモータ４１に接続した変速機４２とからなり、この変速機４２を介してドライブチェン２２を駆動し、後輪１７に動力伝達するようにしたものである。
【００１８】
以上に述べた自動二輪車１０の燃料電池システム３０の動作を次に説明する。図３は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の燃料電池システムの動作説明図であり、燃料電池システム３０の動作フローを示す。
燃料電池システム３０は、燃料タンク３１から改質器３２にメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を矢印▲１▼の如く送り込み、燃料電池３３から排出される水（Ｈ2Ｏ）を改質器３２に矢印▲２▼の如く送り込み、改質器３２で水素（Ｈ2）を発生させる。
改質器３２で発生させた水素（Ｈ2）を燃料電池３３に矢印▲３▼の如く送り込み、大気中の酸素（Ｏ2）を燃料電池３３に矢印▲４▼の如く供給し、燃料電池３３で電気を発生さる。
【００１９】
燃料電池３３から発生した水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び改質器３２で発生して燃料電池３３を経由させた二酸化炭素（ＣＯ2）を矢印▲５▼の如く排出し、キャタライザ（不図示）で二酸化炭素量（ＣＯ2）を低減させたのちの水蒸気（Ｈ2Ｏ）の一部を大気中に排出し、水蒸気（Ｈ2Ｏ）の一部は水（Ｈ2Ｏ）として前述するように改質器３２に循環させる。なお、燃料タンク３１をメインフレーム２７の前端に設けたので、燃料であるメタノール（ＣＨ3ＯＨ）の補給も容易にすることができる。次に電気の流れを説明する。
【００２０】
燃料電池３３で発電した電気は直接モータユニット４０のモータ４１に矢印▲６▼の如く供給すると共に二次電池３４に矢印▲７▼の如く蓄える。また、二次電池３４及び二次電池３４間の電気の流れは、二次電池３４からモータ４１に電気を供給すると共にモータ４１で発電した電気を蓄えるようにしたものである。すなわち、矢印▲８▼の如く電気の授受を行なう。
【００２１】
すなわち、燃料タンク３１、改質器３２、燃料電池３３及びモータ４１を、メインフレーム２７の前方から後方へ燃料タンク３１、改質器３２、燃料電池３３、モータ４１の順に配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図ることができる。この結果、自動二輪車１０の燃料タンク３１、改質器３２、燃料電池３３及びモータ４１廻りをコンパクトにまとめることができる。
【００２２】
図４は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の別実施例のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニット４４は、二次電池３４及び燃料電池３３（図１参照）で駆動すると共に二次電池３４を充電するモータ４５と、このモータ４５に一体的に設けた変速機４６からなり、この変速機４６を介してドライブチェン２２を駆動し、後輪１７に動力伝達するようにしたものである。
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【００２３】
図５は本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のさらなる別実施例のモータユニットのレイアウト図であり、モータユニットは、二次電池３４及び燃料電池３３（図１参照）で駆動するモータ４７のみで構成し、このモータ４７で直接的にドライブチェン２２を駆動し、後輪１７に動力伝達するようにしたものである。
【００２４】
図６は本発明に係る第２実施の形態の燃料電池搭載自動二輪車の側面図である。なお、自動二輪車１０と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略する。
図中、１１は車体フレーム、１２はヘッドパイプ、１３はフロントフォーク、１４は前輪、１５はハンドル、１６はスイングユニット、１７は後輪、１８はシート、２１はリヤサスペンション、２２はドライブチェーン、２３はフロントフェンダ、２４はリヤフェンダ、２５はボデーカバー、２７はメインフレーム、２８はリヤパイプ、２９はセンタパイプ、３１は燃料タンク、３２改質器、４０はモータユニット、４１モータ、４２は変速機であり、燃料電池搭載自動二輪車５０（以下、単に「自動二輪車５０」と略記する）は、燃料電池システム６０をタンク３１、改質器３２、燃料電池３３及びメインフレーム２７廻りに設けた二次電池６４とから構成したものである。
【００２５】
すなわち、二次電池６４を燃料電池３３に寄り近づけることで、二次電池６４を燃料電池３３に繋ぐ配線（不図示）を短くすることができ、給電効率を向上させることができる。
また、二次電池６４をメインフレーム２７廻りに設けることで、重量のある二次電池６４を車両下方に配置することができ、自動二輪車５０の低重心化を図ることができる。
さらに、シート１８下部に収納ボックス６５を設けることができ、自動二輪車５０の利便性を向上させることができる。
【００２６】
尚、実施の形態では図１に示すように、燃料電池システム３０を燃料タンク３１、改質器３２、燃料電池３３及び二次電池３４で構成したが、例えば、メタノール、水素、酸素を送るポンプを任意に設けものであってもよい。また、空気中の酸素を燃料電池３３に送り込む際に、エアフィルタを介したものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、メインフレームの下方に、二次電池を除く燃料電池システムを配置するとともに、シートの下方に、二次電池を配置したので、自動二輪車の低重心化を図ることができる。
【００２８】
請求項２は、燃料電池システムが、メタノールにて水素が発生することを特徴とする。
請求項３は、燃料電池は前輪の後部に位置することを特徴とする。
請求項４は、燃料電池システムを燃料タンク及び改質器にて構成する場合には、例えば、燃料タンクや改質器は重量物であるので、自動二輪車の低重心化に特に寄与することができる。
請求項５は、燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータを、メインフレームの前方から後方へ燃料タンク、改質器、燃料電池、モータの順に配置したので、メタノールから水素を発生させ、この水素を用いて電気発生させ、この電気でモータを駆動するという一連の工程の効率化を図ることができる。この結果、自動二輪車の燃料タンク、改質器、燃料電池及びモータ廻りをコンパクトにまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の側面図
【図２】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のモータユニットのレイアウト図
【図３】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の燃料電池システムの動作説明図
【図４】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車の別実施例のモータユニットのレイアウト図
【図５】本発明に係る燃料電池搭載自動二輪車のさらなる別実施例のモータユニットのレイアウト図
【図６】本発明に係る第２実施の形態の燃料電池搭載自動二輪車の側面図
【図７】燃料電池の発電原理の説明図
【図８】燃料電池システムの一例を示すブロック図
【符号の説明】
１０，５０…燃料電池搭載自動二輪車、１２…ヘッドパイプ、２７…メインフフレーム、３１…燃料タンク、３２…改質器、３３…燃料電池、３４，６４…二次電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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