(57)【要約】【課題】反応ガスを加湿する加湿器の配置構造を変更することで、足乗せ部の位置を低くして乗り降りを容易にした鞍乗型燃料電池車両を提供する。【解決手段】操向ハンドル５とシート１２との間に低床式の足乗せ部３５が設けられた鞍乗型燃料電池車両１は、操向ハンドル５を回動自在に軸支するヘッドパイプ３から車体の後方下方に延びて、車体の下部で車体前後方向に配設されるメインフレーム６を備える。足乗せ部３５は、メインフレーム６の上部に設けられており、過給機２２から燃料電池４０へ反応ガスを送る供給路上に設けられて反応ガスを加湿する加湿機３０を、その長手方向を縦向きにして、メインフレーム６の上方かつシート１２の下方に配設する。加湿器３０の上部は、シート１２を支持するシートフレーム２７のブラケット２８に締結され、一方の下部は、メインフレーム６の連結パイプ５６に設けられたブラケット５７に締結される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと反応ガスとの化学反応で発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを供給する過給機と、該過給機から前記燃料電池へ反応ガスを送る供給路上に設けられて前記反応ガスを加湿する加湿機とを備え、操向ハンドルとシートとの間に低床式の足乗せ部が設けられた鞍乗型燃料電池車両において、
前記操向ハンドルを回動自在に軸支するヘッドパイプから車体の後方下方に延びて、車体の下部で車体前後方向に配設されるメインフレームを備え、
前記足乗せ部は、前記メインフレームの上部に設けられ、
前記加湿器は、その長手方向を縦向きにして、前記メインフレームの上方かつ前記シートの下方に配設されていることを特徴とする鞍乗型燃料電池車両。
【請求項２】
前記燃料電池は、前記シートの下方に配設されており、
前記加湿機は、車体の上面視で少なくともその一部が前記シートに隠れるように、前記燃料電池の車体前方側に配設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車両。
【請求項３】
前記加湿器は、その上部が前記シートを支持するシートフレームに取り付けられると共に、その下部が前記メインフレームに取り付けられることで車体に固定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車両。
【請求項４】
前記メインフレームは、左右一対のフレーム部材からなり、
前記メインフレームの下方側に、前記メインフレームに沿って形成された左右一対のアンダフレームが配設されており、
前記過給機は、車体の前方かつ下方寄りの位置で、前記メインフレームとアンダフレームとに囲まれた空間に配設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車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鞍乗型燃料電池車両に係り、特に、反応ガスを加湿する加湿器の配置構造を変更することで、足乗せ部の位置を低くして乗り降りを容易にした鞍乗型燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
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電気を発生する燃料電池を積載し、この燃料電池からの供給電力で走行する燃料電池車両が知られている。燃料電池を効率よく運転するためには、燃料電池に供給する反応ガスに所定の水分を含ませる必要があることから、このような燃料電池車両には、反応ガスを加湿するための加湿器が備えられている。
【０００３】
特許文献１には、鞍乗型の燃料電池二輪車において、乗員の足乗せ部の下方に加湿器を配設した構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−９９００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される構成は、重量物である加湿器が車体の低い位置に置かれるので、車体の低重心化が図りやすかった。しかし、操向ハンドルとシートとの間に低床式の足乗せ部を有する車両等において、乗降性を高めるために足乗せ部の位置をより低くしたいという要望に対しては、加湿器の配設位置等をさらに工夫する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、反応ガスを加湿する加湿器の配置構造を変更することで、足乗せ部の位置を低くして乗り降りを容易にした鞍乗型燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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の化学反応で発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを供給する過給機と、該過給機から前記燃料電池へ反応ガスを送る供給路上に設けられて前記反応ガスを加湿する加湿機とを備え、操向ハンドルとシートとの間に低床式の足乗せ部が設けられた鞍乗型燃料電池車両において、前記操向ハンドルを回動自在に軸支するヘッドパイプから車体の後方下方に延びて、車体の下部で車体前後方向に配設されるメインフレームを備え、前記足乗せ部は、前記メインフレームの上部に設けられ、前記加湿器は、その長手方向を縦向きにして、前記メインフレームの上方かつ前記シートの下方に配設されている点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、前記燃料電池は、前記シートの下方に配設されており、前記加湿機は、車体の上面視で少なくともその一部が前記シートに隠れるように、前記燃料電池の車体前方側に配設されている点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、前記加湿器は、その上部が前記シートを支持するシートフレームに取り付けられると共に、その下部が前記メインフレームに取り付けられることで車体に固定されている点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、メインフレームは、左右一対のフレーム部材からなり、前記メインフレームの下方側に、前記メインフレームに沿って形成された左右一対のアンダフレームが配設されており、前記過給機は、車体の前方かつ下方寄りの位置で、前記メインフレームとアンダフレームとに囲まれた空間に配設されている点に第４の特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、操向ハンドルを回動自在に軸支するヘッドパイプから車体の後方下方に延びて、車体の下部で車体前後方向に配設されるメインフレームを備え、足乗せ部はメインフレームの上部に設けられ、加湿器は、その長手方向を縦向きにしてメインフレームの上方かつシートの下方に配設されているので、メインフレームの下側に加湿器を配設する場合に比して、よりメインフレームを低い位置に配設することが可能となる。これにより、足乗せ部の位置をより下げることができるので、足乗せ部がまたぎやすくなり、乗り降りを容易にすることが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、燃料電池はシートの下方に配設されており、加湿機は、車体の上面視で少なくともその一部がシートに隠れるように燃料電池の車体前方側に配設されているので、シート下の空間を燃料電池および加湿器の配置スペースとして有効活用することが可能となる。また、燃料電池と加湿器とが互いに近接して配置されるので、加湿機から燃料電池に反応ガスを供給する経路を短くすることができ、経路を通過中の反応ガスの温度および湿度の変化を防ぐことが可能となる。これにより、反応ガスの温度管理がしやすくなり、燃料電池を効率よく運転することが可能となる。
【００１２】
第３の発明によれば、加湿器は、その上部がシートを支持するシートフレームに取り付けられると共に、その下部がメインフレームに取り付けられることで車体に固定されているので、加湿器本体がシートフレームとメインフレームとを連結するフレーム構成部材として利用させることができ、車体の剛性を保ちつつ、フレーム構成部材を低減することが可能となる。
【００１３】
第４の発明によれば、メインフレームは左右一対のフレーム部材からなり、メインフレームの下方側にメインフレームに沿って形成された左右一対のアンダフレームが配設されており、過給機は、車体の前方かつ下方寄りの位置でメインフレームとアンダフレームとに囲まれた空間に配設されているので、足乗せ部の前方側に過給機が配置されることとなり、足乗せ部をさらに低くして乗り降りを容易にすることが可能となる。また、メインフレームによって過給機を保護することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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車両１の側面図および上面図である。本実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両１は、操舵輪としての前輪ＷＦを１本とするのに対して、駆動輪としての後輪ＷＲを車幅方向に離隔して２本取り付けた三輪車であり、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。また、鞍乗型燃料電池車両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および該電力を蓄積する二次電池からの供給電力によって駆動モータを駆動して走行する。
【００１５】
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する。アンダフレーム７の後端は、上方に大きく屈曲してメインフレーム６と接続され、該メインフレーム６は、車体後方側で立ち上がりフレーム８に接続されている。立ち上がりフレーム８は、荷台１９を支えるリヤフレーム９に連結され、荷台１９に、燃料電池４０の発電した電力を蓄積する二次電池２０が積載されている。
【００１６】
直方体形状の燃料電池４０は、乗員１００が着座するシート１２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４０の車幅方向左右には、燃料電池４０を冷却するためのラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが配設されている。また、燃料電池４０の後面側には、ラジエータの冷却水を圧送するための電動ポンプ２１が配設されており、他方、前面側には、燃料電池４０に供給する反応ガスを加湿するための略円筒形状の加湿器３０が、車幅方向略中央に取り付けられている。前記シート１２と操向ハンドル５との間には、低床式の足乗せ部３５が設けられている。この足乗せ部３５は、走行中に乗員の両足が置かれる平坦な床面を、樹脂板等によって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。この足乗せ部３５の前方下方で、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４０に反応ガスを圧送するための過給機２２が配設されている。
【００１７】
後輪ＷＲおよびこれを駆動する駆動モータ１４は、車体後部の動力ユニット４５に取り付けられている。駆動モータ１４の動力は、減速機構を介して車軸２４によって２本の後輪ＷＲに伝達される。動力ユニット４５は、連結機構１３で車体フレームに連結されると共に、不図示のショックユニットによって車体側に吊り下げられている。連結機構１３には、ラバーダンパを使用したナイトハルトスイング機構が適用され、これにより、旋回走行時に２本の後輪を路面に接地させたまま車体を左右に傾斜させることが可能となる。動力ユニット４５には、電圧変換器（ＶＣＵ）１５、駆動モータのドライバ１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１７、制御ユニットとしてのＥＣＵ１８等の電装部品が集中的に配置されている。
【００１８】
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。水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの前方および側方は、メインフレーム６に連結されて外部から保護するガードパイプ６０（図２参照）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１１が配設されている。
【００１９】
左右のラジエータ５０Ｌ，５０Ｒ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、後方側部を軸にして前方側部が車幅方向外側へ開くように取り付けられている。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒは、燃料電池４０の後方上部の位置で、冷却水のバイパスパイプ２５によって連結されている。また、加湿器３０の車体前後のメインフレーム６の上面には、足乗せ部３５を形成する樹脂板を支持するためのステー２３が取り付けられている。
【００２０】
図３は、鞍乗型燃料電池車両１を左側面から見た一部拡大斜視図である。また、図４は、鞍乗型燃料電池車両１を右側面から見た一部拡大斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。燃料電池４０に供給される燃料ガスおよび反応ガスは、セルスタック内での化学反応の後、未反応ガスおよび生成水として燃料電池４０の外に排出される。本実施形態に係る燃料電池４０では、車幅方向左側の下部に、未反応ガスおよび生成水を排出する排気側マニホールド４１が取り付けられている。十分な水分を含んだ未反応ガスは、加湿器３０の下方からその内部に導入される。そして、未反応ガスは、加湿器３０の内部で、新たに外気から導入される反応ガス（空気）に水分を供給した後、配管７１を通じて希釈ボックス７０に導かれる。希釈ボックス７０で残留水素を取り除かれた未反応ガスは、車両後方に設けられる排気管（不図示）から大気中に放出される。
【００２１】
略円筒形状とされる加湿器３０は、シート１２とメインフレーム６との間に、その長手方向を車体上下方向に向けて、すなわち縦向きにして取り付けられている。加湿器３０の上部は、シート１２を支持するシートフレーム２７に結合された板状のブラケット２８に対して、２本の取付ボルト２９で締結されている。一方、加湿器３０の下部は、左右のメインフレーム６を連結する車幅方向の連結パイプ５６に結合された板状のブラケット５７に対して、同様の取付ボルト（不図示）で締結されている。このように、本実施形態では、シートフレーム２７とメインフレーム６とを連結するように加湿器３０が取り付けられるので、加湿器３０が車体フレームの一部として利用されることとなり、車体の剛性を保ちつつフレーム構成部材を低減することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態に係る加湿器３０は、上面視において、シート１２の下部にその一部が隠れるように車幅方向中央に配置（図２参照）されているので、燃料電池４０の前方かつシート１２の下方のスペースを有効に利用できることとなる。なお、このような加湿器３０の配置によれば、加湿器３０の車体前方側の一部が足乗せ部３５（図２参照）側にはみ出すこととなるが、通常、乗員の両足は車幅方向中央から左右に離間して置かれるので、走行時に加湿器３０と足とが干渉する可能性は少ない。加湿器３０の取付位置は、図１に示すように、その本体部がメインフレーム６の上側にすべて存在するように配設すると、加湿器３０を配置するために足乗せ部３５を湾曲させて形成したり孔空け加工を施す必要がなくなり、足乗せ部３５の構成部品の形成が容易になる。また、加湿器３０の取付位置は、図７の車両側面図に示す変形例のように、その本体部の下端部３０ａがメインフレーム６の下側に一部突出するように構成してもよい。さらに、加湿器３０とシートフレーム２７およびメインフレーム６との結合方法は、フレーム部材に直接ボルト孔を設けて締結したり、フレーム部材とは別体式のブラケットを使用する等、種々の変形が可能である。
【００２３】
足乗せ部３５は、低い位置にあるほど跨ぎやすく、乗降性を高めることができるが、足乗せ部３５を支えるメインフレーム６の下方に加湿器を配設した従来の構成では、メインフレーム６の位置を大きく下げることができなかった。これに対し、本実施形態に係る構成では、加湿器３０をメインフレーム６とシート１２の間に配設したので、加湿器３０が移動したぶん、メインフレーム６の位置を低くして足乗せ部３５をより低い位置に形成することを可能としている。
【００２４】
また、略円筒形状を有する過給機２２は、左右一対のメインフレーム６およびアンダフレーム７からなる４本のフレーム部材に囲まれた前方下方寄りの空間に配設されている。この配置によれば、過給機２２が足乗せ部３５より車体前方側に配置されるので、足乗せ部３５の位置をさらに低く設定することができる。また、過給機２２の四方がフレーム部材に囲まれるので、一層の保護が図れる。さらに、過給機２２が車体前方寄りに配置されるので、多くの重量物が後輪寄りに取り付けられる車体構成において、前輪側の重量配分を増すことで良好な前後重量バランスを得ることが可能となる。なお、左右の水素ボンベ１０Ｌ，１０Ｒの間の位置には、燃料電池４０への水素供給量の制御部等を含む水素供給ユニット５５が配設されている。
【００２５】
メインフレーム６と立ち上がりフレーム８の連結部の近傍には、上方に向かって延びるガードパイプ２６が結合されており、該ガードパイプ２６に設けられた取付部５３に、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが取り付けられている。また、ガードパイプ２６には、シート１２を支持するシートフレーム２７も結合されている。ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒには、停車時でも強制的に風の流れを作って冷却効果を得る電動の冷却ファン５１が取り付けられている。なお、本実施形態では、ラジエータ５０Ｌ，５０Ｒが車体に対して前傾して取り付けられ、その後方側の上端部５２は、燃料電池４０より高い位置に配設されている。
【００２６】
発電に使用される反応ガスは、燃料電池４０の車幅方向右側上部に取り付けられた吸気側マニホールド４２を介して、燃料電池４０の車体前後方向に１つづつ設けられた吸入口から同時に導入される（図４参照）。この反応ガスの流れは、過給機２２によって作り出される。エアクリーナボックス１１から導入された外気は、過給機２２によって圧送され、配管３２を介して加湿器３０の上部に導かれる。配管３２は、加湿器３０の上端部に設けられた吸入管３１と連結されており、加湿器３０の上部から吸入された空気は、下部に向かって流れる間に適切な湿度を得て、セルスタックでの化学反応に適した反応ガスとなる。加湿器３０を通過した反応ガスは、加湿器３０の下部に連結された配管３３によって上方に導かれ、前記吸入側マニホールド４２を介して燃料電池４０に供給される。
【００２７】
本実施形態に係る加湿器３０の配置構造によれば、加湿器３０と燃料電池４０とが互いに近接して配置されるので、加湿機３０から燃料電池４０に反応ガスを供給する経路が短くて済むようになり、経路を通過中に反応ガスの温度および湿度が大きく変わることを防止できるようになる。これにより、反応ガスの温度管理がしやすくなり、燃料電池４０を効率よく運転することができるようになる。
【００２８】
図５および図６は、燃料電池４０に反応ガスを圧送する経路の模式図である。まず、図５では、上記実施形態に対応した構成を示している。過給機２２によって圧送された空気は、配管３２によって加湿器３０の上部へ導かれる。次に、加湿器３０を通過してその下部から排出される反応ガスが、配管３３によって燃料電池の上部へ導かれ、吸気側マニホールド４２によって燃料電池４０に吸入されることとなる。このような配管経路の構成は、車体の形状等に合わせて種々の変形が可能であり、例えば、図６のように構成することができる。
【００２９】
図６の変形例では、過給機２２によって圧送された空気を加湿器３０の下部から導入し、加湿器３０を通過してその上部から排出される反応ガスを、配管８１によって吸気側マニホールド４２と連結する経路を有している。このような構成によれば、過給機２２と加湿器３０とを連結する配管８０や、加湿器３０と吸気側マニホールド４２を連結する配管８１等をさらに短くすることが可能となる。これにより、供給経路を通過中に反応ガスの温度が変化する可能性をさらに低減すると共に、車体レイアウトの自由度等を高めることが可能となる。
【００３０】
上記したように、本実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両は、反応ガスの加湿器を、その長手方向を縦向きにして、メインフレームの上方かつシートの下方に配置するようにしたので、メインフレームの位置を下げて足乗せ部を低い位置に設けることが可能となる。また、シートフレームとメインフレームとを連結するように加湿器が取り付けられるので、加湿器をフレーム部材の一部として利用することができ、車体剛性を保ちつつ部品点数を低減することが可能となる。
【００３１】
加湿器や車体フレーム、足乗せ部の形状、燃料電池やラジエータの配置等は、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、鞍乗型燃料電池車両は２輪車や４輪車であってもよく、また、メインフレームおよびアンダフレームは、その一方が、左右一対でなく車幅方向中央の１本で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鞍乗型燃料電池車両の上面図である。
【図３】鞍乗型燃料電池車両を左側面から見た一部拡大斜視図である。
【図４】鞍乗型燃料電池車両を右側面から見た一部拡大斜視図である。
【図５】燃料電池に反応ガスを圧送する経路の模式図である。
【図６】燃料電池に反応ガスを圧送する経路の変形例の模式図である。
【図７】本発明の一実施形態の変形例に係る鞍乗型燃料電池車両の側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…鞍乗型燃料電池車両、３…ヘッドパイプ、４…ステアリングステム、５…操向ハンドル、６…メインフレーム、７…アンダフレーム、１２…シート、２２…過給機、２７…シートフレーム、３０…加湿器、３２，３３…配管、３５…足乗せ部、４０…燃料電池、４２…吸気側マニホールド
【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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