(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と空気中の酸素とを燃料電池で電気化学反応させて電気を発生させ、この電気を二次電池に貯溜し、この二次電池から電気をモータに供給し、このモータの回転を前輪車軸、後輪車軸又は前・後輪車軸に伝達する形式の燃料電池搭載自動車において、
ハンドルと乗員の着座位置との間に、前記燃料電池に供給する水素を発生させるために必要とする燃料を蓄えるタンク及び前記燃料電池を配置するとともに、側面視で前記前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線よりも上方に且つ前記直線に近接させて前記燃料電池を配置し、この燃料電池の上方に前記タンクを配置したことを特徴とする燃料電池搭載自動車。
【請求項２】
前記二次電池を、着座位置の下方に備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載自動車。
【請求項３】
前記直線の上方に、前記二次電池及びモータを配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池搭載自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンクにメタノール及び水を蓄え、これらのメタノール及び水から改質器で水素を発生させ、この水素と空気中の酸素とを燃料電池で電気化学反応させて電気を発生させ、この電気を二次電池に貯溜し、この二次電池から電気をモータに供給する形式の燃料電池搭載自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池搭載自動車として、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、同公報の第１図によれば、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燃料電池搭載自動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６（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７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を燃料電池搭載自動車（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などを実際に燃料電池搭載自動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は、水素と空気中の酸素とを燃料電池で電気化学反応させて電気を発生させ、この電気を二次電池に貯溜し、この二次電池から電気をモータに供給し、このモータの回転を前輪車軸、後輪車軸又は前・後輪車軸に伝達する形式の燃料電池搭載自動車において、ハンドルと乗員の着座位置との間に、燃料電池に供給する水素を発生させるために必要とする燃料を蓄えるタンク及び燃料電池を配置するとともに、側面視で前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線よりも上方に且つ直線に近接させて燃料電池を配置し、この燃料電池の上方にタンクを配置したことを特徴とする。
【００１０】
水素を燃料電池に供給し、この燃料電池で電気を発生させ、この電気をモータに供給し、このモータを回転させて走行する。
ハンドルと乗員の着座位置との間に、燃料電池に供給する水素を発生させるために必要とする燃料を蓄えるタンク及び燃料電池を配置するとともに、側面視で前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線よりも上方に且つ直線に近接させて燃料電池を配置し、この燃料電池の上方にタンクを配置し、例えば、燃料電池搭載自動車が不整地走行用車に分類されるバギーなどである場合には、前輪車軸及び後輪車軸に動力を伝達するためのドライブシャフトが配置を容易にできるようにすると共に、燃料電池の防水対策を容易にできるようにする。
また、燃料電池の上方にタンクを配置することで、水素の供給を容易にできるようにする。
【００１１】
請求項２は、二次電池を、着座位置の下方に備えたことを特徴とする。
請求項３は、前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線の上方に、二次電池及びモータを配置することを特徴とする。
前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線の上方に、二次電池及びモータを配置することで、例えば、燃料電池搭載自動車がバギーである場合に、二次電池やモータの防水対策を容易にできるようにする。
【００１２】
【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、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は作業者から見た方向に従い、Ｆｒは前側、Ｒｒは後側、Ｌは左側、Ｒは右側を示す。また、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１３】
図１は本発明に係る燃料電池搭載自動車の平面図であり、１０は燃料電池搭載自動車、１１は車体、１２は車体フレーム、１３はシート、１４，１４は前輪、１５は前輪車軸、１６，１６は後輪、１７は後輪車軸、１８はバーハンドル、２１，２１はフロントフェンダ、２２，２２はリヤフェンダ、２３はヘッドライト、３０は燃料電池システム、３１はタンク、３２は改質器、３３は燃料電池、３４は二次電池、３５は電動モータ、３７は吸気管、３８は排気管を示す。
燃料電池搭載自動車１０は、燃料電池３３を搭載したバギー（Buggy）であって、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle：不整地走行用車）に分類される車両である。軽量、且つコンパクトな車体であり、小回りが効き、操作性が容易な車両であるため、農業、牧畜業、狩猟、安全監視等での移動用、レジャーに適したオフロードの専用車である。
【００１４】
図２は本発明に係る燃料電池搭載自動車の側面図であり、燃料電池システム３０は、メタノール及び水を蓄えるタンク３１と、このタンク３１から供給したメタノール及び水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て電気を発生させる燃料電池３３と、この燃料電池３３で発生させた電気を貯溜する二次電池３４と、燃料電池３３及び二次電池３４から電気を供給することで回転するモータ３５と、燃料電池３３に空気を吸入する吸気管３７と、燃料電池３３から水、二酸化炭素などを排出する排気管３８とから構成するものである。
また、２４は前輪車軸１５及び後輪車軸１７に動力を伝達するためのドライブシャフトであり、前記タンク３１、改質器３２、燃料電池３３、二次電池３４、モータ３５をドライブシャフト２４より上方に配置したことを示す。
【００１５】
燃料電池搭載自動車１０は、タンク３１にメタノール及び水を蓄え、これらのメタノール及び水から改質器３２で水素を発生させ、この水素と空気中の酸素とを燃料電池３３で電気化学反応させて電気を発生させ、この電気を二次電池３４に貯溜し、この二次電池３４から電気をモータ３５に供給し、このモータ３５の回転を前輪車軸１５、後輪車軸１７又は前・後輪車軸１５，１７に伝達する形式の燃料電池搭載自動車において、側面視で前輪車軸１５の中心と後輪車軸１７の中心とを結ぶ直線Ａよりも上方に且つ直線に近接させて燃料電池３３及び改質器３２を配置し、これらの燃料電池３３及び改質器３２の上方にタンク３１を配置したものであると言える。
【００１６】
すなわち、燃料電池搭載自動車１０は、タンク３１から改質器３２にメタノール及び水を供給し、これらのメタノール及び水から改質器３２で水素を発生させ、この水素を燃料電池３３に供給し、この燃料電池３３で電気を発生させ、この電気をモータ３５に供給し、このモータ３５を回転させて走行するものである。
【００１７】
側面視で前輪車軸１５の中心と後輪車軸１７の中心とを結ぶ直線Ａよりも上方に且つ直線Ａに近接させて燃料電池３３及び改質器３２を配置したので、前輪車軸１５及び後輪車軸１７に動力を伝達するためのドライブシャフト１４が容易に配置することができると共に、燃料電池３３や改質器３２の防水対策を容易にすることができる。
また、燃料電池３３及び改質器３２の上方にタンク３１を配置したので、燃料であるメタノール及び水の供給を容易にすることができる。
【００１８】
また、前輪車軸１５の中心と後輪車軸１７の中心とを結ぶ直線Ａの上方に、二次電池３４及びモータ３５を配置したので、二次電池３４やモータ３５の防水対策を容易にすることができる。
【００１９】
以上に述べた燃料電池搭載自動車１０の作用を次に説明する。
図３は本発明に係る燃料電池搭載自動車の作用説明図であり、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、タンク３１から改質器３２にメタノール（ＣＨ3ＯＨ）及び水（Ｈ2Ｏ）を矢印▲１▼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▲２▼の如く送り込み、大気中の酸素（Ｏ2）を燃料電池３３に矢印▲３▼の如く供給し、燃料電池３３で電気を発生さる。
【００２０】
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）を排出し、触媒（不図示）で二酸化炭素量（ＣＯ2）などの排出ガスを低減させたのち排気管３８から大気中に矢印▲４▼の如く放出する。なお、燃料電池３３又は改質器３２から発生するガスには、少量の一酸化炭素量や炭化水素などのガスを含むことがあり、これらのガスも触媒で低減をする。次に電気の流れを説明する。
【００２１】
燃料電池３３で発電した電気は電動モータ３５に矢印▲５▼の如く供給すると共に二次電池３４に矢印▲６▼の如く蓄える。また、二次電池３４からモータ３５に矢印▲７▼の如く電気を供給する。
【００２２】
図４は本発明に係る第１別実施の形態の燃料電池搭載自動車の平面図であり、燃料電池搭載自動車５０を示す。なお、燃料電池システム３０（図１参照）と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略する。
３１はタンク、３２は改質器、３３は燃料電池、３４は二次電池、３５はモータ、３７は吸気管、３８は排気管であり、すなわち、燃料電池搭載自動車５０は、車体５１の左に燃料電池３３を配置し、車体５１の右に改質器３２を配置したものである。
燃料電池３３と改質器３２とを車体５１の左右に振り分けて配置することで、車体５１の重量バランスを適正に保つことができる。
【００２３】
図５は本発明に係る第２別実施の形態の燃料電池搭載自動車の平面図であり、燃料電池搭載自動車６０を示す。なお、燃料電池システム３０（図１参照）と同一部品は同一符号を用い詳細な説明を省略する。
燃料電池搭載自動車６０は、車体６１の前に改質器３２を配置し、車体６１の後に燃料電池３３を配置したものである。
燃料電池３３と改質器３２とを車体１１の前後に振り分けて配置することで、車体１１の重量バランスを適正に保つことができる。
【００２４】
尚、実施の形態では図１に示すように、燃料電池搭載自動車１０はバギーとして説明したが、バギーに限るものではなく、燃料電池を搭載する四輪自動車であればよい。
また、実施の形態では図４に示すように、車体５１の左に燃料電池３３を配置し、車体５１の右に改質器３２を配置したが、これに限るものではなく、改質器３２及び燃料電池３３の配置の左右を入れ替えたものであってもよい。
さらに、実施の形態では図５に示すように、車体６１の前に改質器３２を配置し、車体６１の後に燃料電池３３を配置したが、これに限るものではなく、改質器３２及び燃料電池３３の配置の前後を入れ替えたものであってもよい。
【００２５】
【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、ハンドルと乗員の着座位置との間に、燃料電池に供給する水素を発生させるために必要とする燃料を蓄えるタンク及び燃料電池を配置するとともに、側面視で前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線よりも上方に且つ直線に近接させて燃料電池を配置し、この燃料電池の上方にタンクを配置したので、例えば、燃料電池搭載自動車が不整地走行用車に分類されるバギーなどである場合には、前輪車軸及び後輪車軸に動力を伝達するためのドライブシャフトが配置を容易にできると共に、燃料電池の防水対策を容易にできるようにする。
また、燃料電池の上方にタンクを配置したので、水素の供給を容易にすることができる。
【００２６】
請求項２は、二次電池を、着座位置の下方に備えたものである。
請求項３は、前輪車軸の中心と後輪車軸の中心とを結ぶ直線の上方に、二次電池及びモータを配置したので、例えば、燃料電池搭載自動車がバギーである場合に、二次電池やモータの防水対策を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池搭載自動車の平面図
【図２】本発明に係る燃料電池搭載自動車の側面図
【図３】本発明に係る燃料電池搭載自動車の作用説明図
【図４】本発明に係る第１別実施の形態の燃料電池搭載自動車の平面図
【図５】本発明に係る第２別実施の形態の燃料電池搭載自動車の平面図
【図６】燃料電池の発電原理の説明図
【図７】燃料電池システムの一例を示すブロック図
【符号の説明】
１０，５０，６０…燃料電池搭載自動車、１５…前輪車軸、１７…後輪車軸、３１…タンク、３２…改質器、３３…燃料電池、３４…二次電池、３５…モータ、Ａ…直線。
【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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