(57)【要約】  メンテナンス性に優れた鞍乗型車両を提供する。二輪車１は、車体フレーム３を有する。車体フレーム３は、ヘッドパイプ５と、ヘッドパイプ５から後方斜め下方に延びるフロントフレーム７と、フロントフレーム７の後端部に連結されかつ後方斜め上方に立ち上がるリヤフレーム９と、リヤフレーム９の上端部に固設されるシートレール２７とを備える。シートレール２７の屈曲パイプ３１には、シートレール２７における屈曲パイプ３１およびシート支持パイプ３３ａ，３３ｂのフレーム取り付け部位近傍までを覆うように、運転者が着座するシート３７が設けられる。二輪車１には、フロントフレーム７、リヤフレーム９およびシートレール２７に沿って燃料電池システム７０が配置される。シート３７の下方側には燃料電池システム７０の燃料電池セルスタック７３が配置される。また、シート３７の後方側には燃料電池システム７０の燃料タンク７５と水溶液タンク７７とが左右に並置される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が着座するシート、
燃料水溶液を収容する水溶液タンク、
前記水溶液タンクに供給すべき燃料を収容する燃料タンク、および
前記水溶液タンクからの前記燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを備え、
前記燃料タンクと前記水溶液タンクとが前記シートの後方側に並置される、鞍乗型車両。
【請求項２】
前記シートの下方側に前記燃料電池セルスタックが配置される、請求項１に記載の鞍乗型車両。
【請求項３】
前記水溶液タンクからの前記燃料水溶液を冷却するために、前記シートの下方側かつ前記燃料電池セルスタックの後方側に配置される熱交換器をさらに含む、請求項２に記載の鞍乗型車両。
【請求項４】
前記燃料タンクと前記水溶液タンクとの横幅合計寸法は前記シートの横幅寸法以下である、請求項１に記載の鞍乗型車両。
【請求項５】
前記燃料タンクと前記水溶液タンクとはそれぞれの高さが略一致するように並置され、
前記燃料タンクおよび前記水溶液タンクの下方側に配置され、かつ前記燃料タンクからの前記燃料を圧送して前記水溶液タンクに供給するために前記燃料タンクと前記水溶液タンクとに接続される燃料ポンプをさらに含む、請求項１に記載の鞍乗型車両。
【請求項６】
前記水溶液タンクは前方側に向かって延びるように設けられる、請求項１に記載の鞍乗型車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鞍乗型車両に関し、より特定的には、燃料を改質せずに直接発電に利用する燃料電池システムを搭載した鞍乗型車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタノールを燃料として発電に利用する燃料電池システムとして、メタノール水溶液を直接発電に利用するダイレクトメタノール型燃料電池｛ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）；以下、単にＤＭＦＣともいう｝システムが研究・開発されている。【０００３】
ＤＭＦＣシステムにおいては、メタノールを改質する設備を必要としないため、システム全体を簡単かつ軽量に構成できる。このような理由から、ＤＭＦＣシステムの様々な用途への利用が期待されており、たとえばＤＭＦＣシステムを搭載した二輪車等の鞍乗型車両の実用化が検討されている。【０００４】
運転者がシートに跨って乗る鞍乗型車両は、様々な環境下で走行駆動されるので消耗が激しく、簡単にメンテナンスできることが好ましい。ＤＭＦＣに供給すべきメタノール水溶液を収容する水溶液タンクや水溶液タンクに供給すべきメタノールを収容する燃料タンクに異常が発生すると、ＤＭＦＣの出力が低下し、ＤＭＦＣシステムを搭載した鞍乗型車両の走行駆動に悪影響を及ぼすおそれがある。このために、ＤＭＦＣを搭載した鞍乗型車両において、燃料タンクおよび水溶液タンクを特に簡単にメンテナンスできるように配置することが好ましい。【０００５】
ＤＭＦＣシステムの一例として、出力が２．５ｋＷのＤＭＦＣシステムが以下の文献１に開示されている。
【非特許文献１】Holger Janssen, Marcus Noelke, Walter Zwaygardt, Hendrik Dohle, Juergen Mergel, Detlef Stolten, "DMFC SYSTEMS: 2.5 KW CLASS IN COMPACT DESIGN", Institute for Materials and Processes in Energy Systems Forschungszentrum Juelich GmbH 52425 Juelich, Germany
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記文献１には、鞍乗型車両に搭載するＤＭＦＣシステムの好ましいレイアウトが何ら開示されておらず、ＤＭＦＣシステムを搭載した鞍乗型車両を簡単にメンテナンスできるとは考えられない。
それゆえに、この発明の主たる目的は、メンテナンス性に優れた鞍乗型車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のある見地によれば、運転者が着座するシート、燃料水溶液を収容する水溶液タンク、水溶液タンクに供給すべき燃料を収容する燃料タンク、および水溶液タンクからの燃料水溶液が供給され電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池セルスタックを備え、燃料タンクと水溶液タンクとがシートの後方側に並置される、鞍乗型車両が提供される。【０００８】
この発明では、運転者が着座するシートの後方側に燃料タンクと水溶液タンクとが並置される。鞍乗型車両の構造上、運転者用のシートは鞍乗型車両の上部において前輪と後輪との間に配置され、運転者用のシートの後方側には鞍乗型車両の走行駆動に必要な大型の部品が配置されることがない。このように、運転者用のシートの後方側に燃料タンクと水溶液タンクとを並置することによって、燃料タンクおよび水溶液タンクの周囲に十分な作業空間を確保できる。したがって、燃料タンクおよび水溶液タンクの取り付け作業や取り外し作業が容易になり、メンテナンス性を向上できる。【０００９】
好ましくは、シートの下方側に燃料電池セルスタックが配置される。この場合、複数の構成要素に接続される燃料電池セルスタックをシートの下方側つまり鞍乗型車両の中央部近傍に配置することによって、燃料電池セルスタックに接続される各構成要素を簡単にレイアウトでき、燃料電池セルスタックと各構成要素（特に水溶液タンク）との配管を簡易に短くできる。さらに、重量が嵩む燃料電池セルスタックを鞍乗型車両の中央部近傍に配置することによって、鞍乗型車両の重量バランスが良好になり、安定性を向上できる。【００１０】
また好ましくは、水溶液タンクからの燃料水溶液を冷却するために、シートの下方側かつ燃料電池セルスタックの後方側に配置される熱交換器をさらに含む。この場合、水溶液タンク、熱交換器、燃料電池セルスタックが後方から前方にかけて順に配置されることになる。したがって、燃料水溶液の流路を迂回させることがなく、水溶液タンクから燃料電池セルスタックまでの配管を簡易にできるとともに水溶液タンクからの燃料水溶液を熱交換器を介して燃料電池セルスタックに速やかに供給できる。【００１１】
また好ましくは、燃料タンクと水溶液タンクとの横幅合計寸法はシートの横幅寸法以下である。この場合、燃料タンクと水溶液タンクとをシートに対して左右に膨らむことがないようにシートの後方側に並置できる。燃料タンクと水溶液タンクとをシートに対して左右に膨らむことがないように並置することによって、鞍乗型車両が横方向に倒れても、燃料タンクおよび水溶液タンクを破損させるおそれが少なくなる。また、燃料タンクと水溶液タンクとをシートに対して左右に膨らむことがないように並置することによって、重量を横方向に分散させることがなく、旋回等のために鞍乗型車両を横方向に倒し込む際の走行安定性を向上できる。【００１２】
なお、「横幅合計寸法」とは、たとえば、燃料タンクと水溶液タンクとが左右に並置される場合はそれぞれの横幅寸法の合計をいい、燃料タンクと水溶液タンクとが前後に並置される場合は両タンクのうち横幅が大きい一方のタンクの横幅寸法をいう。【００１３】
また好ましくは、燃料タンクと水溶液タンクとはそれぞれの高さが略一致するように並置され、燃料タンクおよび水溶液タンクの下方側に配置され、かつ燃料タンクからの燃料を圧送して水溶液タンクに供給するために燃料タンクと水溶液タンクとに接続される燃料ポンプをさらに含む。この場合、燃料タンクに収容された燃料の液面高さと水溶液タンクに収容された燃料水溶液の液面高さとを略一致させることができる。これによって、燃料タンクおよび水溶液タンクの下方側に配置される燃料ポンプを用いて燃料タンクから水溶液タンクへ燃料を供給する際に、各タンクの液面の差に起因する燃料ポンプの入口と出口との間の圧力差を小さくできる。その結果、比較的小さな吐出性能を有する燃料ポンプを用いることができ、また、燃料ポンプによる燃料の供給精度を向上できる。したがって、燃料ポンプを容易に設計・製作することができ、鞍乗型車両に搭載する燃料電池システム全体の設計・製作コストを低減することができる。さらに、燃料ポンプを燃料タンクの下方に配置することによって、燃料タンクから燃料ポンプへ燃料を重力によって容易に供給できる。【００１４】
さらに好ましくは、水溶液タンクは前方側に向かって延びるように設けられる。この場合、水溶液タンクが前方側つまり鞍乗型車両の中央部に向けて延ばされていることによって、水溶液タンクと水溶液タンクに接続される燃料電池セルスタック等の構成要素とが近づき、配管をより簡易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る二輪車を示す左側面図である。
【図２】図１に示す二輪車においてカバー等を取り去った状態を示す斜視図である。
【図３】図１および図２に示す二輪車のフレーム部およびフレーム部に取り付けられた燃料電池システムの概略構成を示す左側面斜視図である。
【図４】図１および図２に示す二輪車のフレーム部およびフレーム部に取り付けられた燃料電池システムの概略構成を示す右側面斜視図である。
【図５】図１から図４等に示す二輪車に搭載された燃料電池システムの概略構成を示す左側面斜視図である。
【図６】図１から図４等に示す二輪車における燃料タンクおよび水溶液タンクの取り付け状態を示す斜視図である。
【図７】図５に示す燃料電池システムにおける水溶液タンクおよび水タンク間の配管構造を示す図解図である。
【図８】図７に示す燃料電池システムの配管構造における水タンクの内部の接続状態を示すための拡大図解図である。
【図９】図８に示す水タンクに接続された接続パイプと水溶液タンクから延びる接続パイプとの接続構造を示すためのＩＸ−ＩＸ矢視部分断面図である。
【図１０】（ａ）は図１から図４等に示す二輪車に搭載される燃料電池システムの燃料タンクおよび水溶液タンクの一体化構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す燃料タンクおよび水溶液タンクの取り付け状態における一側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＸ（ｃ）−Ｘ（ｃ）矢視断面図である。
【図１１】図５に示す燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１６】
１      二輪車
３      車体フレーム
７      フロントフレーム
９      リヤフレーム
２７      シートレール
３７      シート
４５      リヤアーム
４９      後輪
６１      電動モータ
６３      コントローラ
７０      燃料電池システム
７３      燃料電池セルスタック
７５      燃料タンク
７７      水溶液タンク
８１，８３，９１，９３，９７，１０１，１１３，１１５，１１８，１２１，１２８，１２９，１３３      接続パイプ
８５      燃料ポンプ
９５      水溶液ポンプ
１０９      エアポンプ
１２３      水タンク
１２７      水ポンプ
１５５      断熱材
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
ここでは、この発明に係る鞍乗型車両として二輪車について説明する。
なお、この実施の形態における左右（横）、前後、上下とは、二輪車１のシートに運転者がそのハンドルに向かって着座した状態における左右、前後、上下の意味である。【００１８】
図１から図６を参照して、二輪車１は、車体フレーム３を有する。車体フレーム３は、ヘッドパイプ５と、ヘッドパイプ５から後方斜め下方に延びる縦断面Ｉ字型のフロントフレーム７と、フロントフレーム７の後端部に連結されかつ後方斜め上方に立ち上がる横断面Ｈ字型のリヤフレーム９と、シートレール２７とを備えており、フロントフレーム７およびリヤフレーム９全体で側面視略Ｖ字状を成している。【００１９】
フロントフレーム７は、車軸方向に沿って延びかつ車幅方向に直交する板状部材７ａと、板状部材７ａのトップ側およびボトム側のそれぞれに車幅方向に沿って延びるフランジ部７ｂ１および７ｂ２と、板状部材７ａの両表面に対して突設される補強リブ７ｃとを備えている。補強リブ７ｃは、フランジ部７ｂ１および７ｂ２とともに板状部材７ａの両表面を区画して、後述する燃料電池システム７０の構成部品の収納壁を構成する。【００２０】
一方、リヤフレーム９は、車軸方向に対して斜め後方に延びかつフロントフレーム７のフランジ部７ｂ１の上面に対向する板状部材９ａと、板状部材９ａの左右両側部において車軸方向に沿って延びるフランジ部９ｂ１および９ｂ２とを備えている。
リヤフレーム９の板状部材９ａには、後述する水溶液タンク７７に対する通気・冷却用の複数の通気孔９ｃが形成されている。【００２１】
ヘッドパイプ５内には、車体方向変更用の図示しないステアリング軸が回動自在に挿通されている。このステアリング軸の上端には、ハンドル１１ａが固定されたハンドル支持部１１が取り付けられており、ハンドル１１ａの両端にはグリップ１３が取り付けられている。右側のグリップ１３は回動可能なスロットルグリップを構成している。【００２２】
ヘッドパイプ５の下端から下方に向けて、左右一対のフロントフォーク１５が取り付けられており、フロントフォーク１５それぞれの下端には、前輪１７が前車軸１９を介して取り付けられている。前輪１７は、フロントフォーク１５により緩衝懸架された状態で前車軸１９により回転自在に軸支されている。【００２３】
ハンドル支持部１１のハンドル１１ａの前方には、表示操作部（以下、メータと略記する）２１が配置されている。メータ２１は、運転者に対する走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成された表示部、および運転者からの各種情報入力用の入力部等が一体化されたものである。ハンドル支持部１１におけるメータ２１の下方には、ヘッドランプ２３が固定されており、ヘッドランプ２３の左右両側方には、フラッシャランプ２５がそれぞれ設けられている。【００２４】
一方、リヤフレーム９の後方側端部には、パイプ部材から成る略Ｕ字状のシートレール２７が取り付けられている。
シートレール２７は、略Ｃ字状に屈曲する屈曲パイプ３１と、屈曲パイプ３１の両端からそれぞれ延在する左右一対のシート支持パイプ３３ａ，３３ｂと、シート支持パイプ３３ａ，３３ｂから分岐して後方斜め下方に延在する分岐パイプ３４ａ，３４ｂとを備えている。【００２５】
シートレール２７のシート支持パイプ３３ａ，３３ｂの中間の互いに対向する部位はリヤフレーム９のフランジ部９ｂ１および９ｂ２の上端部にたとえば溶接により固設されている。また、分岐パイプ３４ａ，３４ｂの後方側端部も、リヤフレーム９の板状部材９ａにたとえば溶接により固定されている。シートレール２７は、略車軸方向に沿って水平になるように配設されている。【００２６】
シートレール２７の屈曲パイプ３１には、シートステー３５が突設されており、シートレール２７における屈曲パイプ３１およびシート支持パイプ３３ａ，３３ｂのフレーム取り付け部位近傍までを覆うように、運転者が着座するシート３７が設けられている。シート３７は、シートステー３５を介してシートレール２７に対して離接する方向に沿って揺動自在(開閉自在)に支持されている。【００２７】
シートレール２７のシート支持パイプ３３ａ，３３ｂにおけるシートレール溶接部位の前方側の互いに対向する部位には、係合用ブラケット３９が架設されており、閉状態のシート３７を係合して固定可能になっている。【００２８】
シートレール２７のシート支持パイプ３３ａ，３３ｂの後方側端部には、取り付けブラケット４１が固設されており、取り付けブラケット４１を介してテールランプ４３および左右一対のフラッシュランプ４４がそれぞれ取り付けられている。【００２９】
一方、リヤフレーム９の下端部には、リヤアーム４５がピボット軸４７を介して揺動自在に支持されており、リヤアーム４５の後端部４５ａには駆動輪である後輪４９が回転自在に軸支されている。リヤアーム４５および後輪４９は、リヤクッション５１によってリヤフレーム９に対して緩衝懸架されている。【００３０】
フロントフレーム７の後端側のボトム部には、左右一対のフットステップ５３（図１および図２には一方のみ図示）がそれぞれ配設されている。左側のフットステップ５３の後方側には、サイドスタンド５５が回動可能にリヤアーム４５に支持されており、サイドスタンド５５は、リターンスプリング５７によって閉じ側に付勢されている。【００３１】
リヤアーム４５の後端部４５ａより内側には、後輪４９に連結されかつ後輪４９を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ６１と、電動モータ６１に電気的に接続されており、電動モータ６１の回転駆動を制御するためのコントローラ６３を含む駆動ユニット６５とがそれぞれ配設されている。【００３２】
そして、この実施形態に係る二輪車１には、車体フレーム３（フロントフレーム７、リヤフレーム９およびシートレール２７）に沿って配置される燃料電池システム７０と、フロントフレーム７の板状部材７ａの両表面にリブ７ｃにより画成された収納スペースに収納配置される二次電池７１とが搭載されている。燃料電池システム７０は、電動モータ６１駆動用および補機類用等電気構成部品駆動用の電気エネルギーを生成する。二次電池７１は、燃料電池システム７０により生成された電気エネルギーを蓄積し、コントローラ６３の指令に応じて蓄積した電気エネルギーを対応する電気構成部品に供給する。たとえば、二次電池７１は、駆動ユニット６５に電気エネルギーを供給し、それによって電動モータ６１を回転させて後輪４９を回転駆動し二輪車１を走行させる。【００３３】
以下、燃料電池システム７０について説明する。
この実施形態に係る二輪車１に搭載された燃料電池システム７０は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに発電に利用するダイレクトメタノール型燃料電池システムである。【００３４】
燃料電池システム７０は、リヤフレーム９の板状部材９ａの前方側の面に沿って取り付けられ、シート３７の下方側かつ二輪車１の略中央部に配置される燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）７３を備えている。【００３５】
セルスタック７３は、メタノールに基づく水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成することができる単電池セルを複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック７３を構成する各単電池セルは、固体分子膜等から構成された電解質（電解質膜）と、電解質を挟んで互いに対向する燃料極（アノード）および空気極(カソード)とを備えている。なお、図２〜図６では、各単電池セルの図示は省略されている。【００３６】
セルスタック７３の後方斜め上方かつシート３７の後方側（後輪４９の上方側）には、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とが左右に並置されている。燃料タンク７５と水溶液タンク７７とは、それぞれ、前方側に向かって延びるように設けられ、前方側端部がシート３７の下方に至る。燃料タンク７５および水溶液タンク７７は、たとえばシートレール２７の取り付けブラケット４１等を介して支持フレーム３３ａおよび３３ｂの下方側に取り付けられている。燃料タンク７５および水溶液タンク７７は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。燃料タンク７５および水溶液タンク７７は、それぞれ樹脂製である。【００３７】
燃料タンク７５は、セルスタック７３の上記電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、約５０％）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。【００３８】
また、水溶液タンク７７は、燃料タンク７５に収容されたメタノール燃料をセルスタック７３の電気化学反応に適した濃度（たとえば、約３％）に希釈したメタノール水溶液を収容している。【００３９】
燃料タンク７５および水溶液タンク７７は、それぞれの高さ（たとえば、それぞれのタンク底面の高さ）が略一致するように左右に並置され、一体化された状態でシートレール２７に取り付けられている。ここでいう燃料タンク７５と水溶液タンク７７との高さが略一致とは、水溶液タンク７７内の燃料電池システム７０の運転時におけるメタノール水溶液の液面高さに対して燃料タンク７５内のメタノール燃料の液面高さが±１０ｃｍ以内に収まるように両タンクがレイアウトされることをいう。好ましくは両タンクの液面高さの差は±５ｃｍ以内に設定される。一体化される燃料タンク７５と水溶液タンク７７との横幅合計寸法は、シート３７の横幅寸法以下である（図２参照）。【００４０】
図５に示すように、セルスタック７３の後方側にはセルスタック７３と並ぶように熱交換器７９が設けられている。熱交換器７９は、板状部材９ａの後方側の面にセルスタック７３に沿うように取り付けられ、シート３７の下方側に位置する。水溶液タンク７７からのメタノール水溶液を冷却する熱交換器７９の熱交換パイプＰ１の入口部は、水溶液タンク７７のたとえば底面側のメタノール水溶液出口部８０に接続パイプ（接続配管）８１によって接続されている。【００４１】
また、燃料タンク７５の下方の高濃度メタノール水溶液出口８２（図１０参照）には接続パイプ８３が接続されている。接続パイプ８３は、燃料タンク７５および水溶液タンク７７の下方側に配置される燃料ポンプ８５の入口（流入）側端部に接続されている。燃料タンク７５からのメタノール燃料を水溶液タンク７７に圧送して供給する燃料ポンプ８５は、たとえば熱交換器７９に一体的に取り付けられている。燃料ポンプ８５の出口（吐出）側端部と水溶液タンク７７の前方側端部に設けられるメタノール燃料入口部８９とは接続パイプ９１によって接続されている。【００４２】
さらに、熱交換器７９の熱交換パイプＰ１の出口部７９ａと水溶液ポンプ９５とは、接続パイプ９３を介して接続されている。水溶液ポンプ９５は、セルスタック７３の下方に配置され、フロントフレーム７の板状部材７ａの左側面側にリブ７ｃ等で区画形成された所定の収納スペースに収納配置されている。【００４３】
水溶液ポンプ９５の吐出側端部は、接続パイプ９７を介してフィルタ９９に接続されている。フィルタ９９は、フロントフレーム７の板状部材７ａの右側面側にリブ７ｃ等で区画形成された所定の収納スペースに収納配置され、接続パイプ９７を流れるメタノール水溶液内の不純物を取り除く。【００４４】
フィルタ９９の出力側は、接続パイプ１０１に接続されており、接続パイプ１０１は、セルスタック７３のたとえばボトム側の燃料(メタノール水溶液）供給用の燃料入口Ｉ１に接続されている。【００４５】
接続パイプ１０１におけるフィルタ９９とセルスタック７３との間の所定位置には、接続パイプ１０１から分岐した分岐パイプ（分岐配管）１０３が設けられている。分岐パイプ１０３には、接続パイプ１０１を流れるメタノール水溶液の濃度をたとえば超音波等を用いて検出し、検出した濃度を示す濃度信号（図１１中Ｃ８として示す）をコントローラ６３に送信するための濃度検出部としての濃度センサ１０５が設けられている（図１１参照）。【００４６】
また、シートレール２７の屈曲パイプ３１に突設された支持ブラケット１０７によって、シートレール２７のシート支持パイプ３３ａ，３３ｂ間および分岐パイプ３４ａ，３４ｂ間に介挿されるようにエアポンプ１０９が支持されている。エアポンプ１０９は、セルスタック７３の上方側、かつ燃料タンク７５および水溶液タンク７７の前方側に配置されている。【００４７】
エアポンプ１０９の後方側であってシート支持パイプ３３ａ，３３ｂおよび分岐パイプ３４ａ、３４ｂ間に介挿されるように、供給エア脈動除去用のチャンバ室１１１が配設されている。チャンバ室１１１は、エアポンプ１０９の吐出側出力部に接続されている。チャンバ室１１１は接続パイプ１１３を介して、セルスタック７３のたとえば上方側の空気入口Ｉ２に接続されている。この実施形態では、エアポンプ１０９と接続パイプ１１３を含んでエア供給部が構成されている。【００４８】
セルスタック７３には、燃料入口Ｉ１の対角となる位置に二酸化炭素（未反応メタノール成分、水蒸気を含む）出口Ｉ３が設けられている。二酸化炭素出口Ｉ３には、接続パイプ１１５を介して水溶液タンク７７の前方側端部に設けられる二酸化炭素(未反応メタノール)入口部１１７が接続されている。【００４９】
また、セルスタック７３には、空気入口Ｉ２の対角となる位置に空気（水蒸気）を排気として排出するための空気（水蒸気）出口Ｉ４が設けられている。空気出口Ｉ４には、接続パイプ１１８を介して空気（水蒸気）を冷却するための排気冷却器（気液分離器）１１９の熱交換パイプＰ２の入口部が接続されている。排気冷却器１１９は、フロントフレーム７の後端部（湾曲部）に対して前方側斜め上方に位置するように、フロントフレーム７のフランジ部７ｂ２の前方側表面に沿って取り付けられている。図２〜図４からわかるように、フロントフレーム７において前方側かつ略中央部に排気冷却器１１９を配置することによって、排気冷却器１１９が走行風を受けやすくなり、水蒸気の冷却を効率的に行うことができる。また、排気冷却器１１９は、熱交換器７９よりも外部に放出する熱量が多い。外部に放出する熱量が多い排気冷却器１１９と燃料タンク７５および水溶液タンク７７とを離間するように配置することによって、メタノールの蒸発を防いでいる。【００５０】
さらに、排気冷却器１１９の熱交換パイプＰ２の出口部には、接続パイプ１２１を介して水タンク１２３が接続されている。水タンク１２３は、セルスタック７３の下方かつフロントフレーム７の板状部材７ａの左側面側の所定の収納スペースに収納配置されている。【００５１】
水タンク１２３には、そのタンク本体１２３ａに送り込まれた気体（排ガス）を排出するためのドレインパイプ（ドレイン配管）１２５がタンク本体１２３ａの上部に取り付けられている。【００５２】
さらに、セルスタック７３の下方かつフロントフレーム７の板状部材７ａの左側面側には、水ポンプ１２７が収納配置されている。水ポンプ１２７は、タンク本体１２３ａのボトム部に接続された接続パイプ１２８に接続されており、水ポンプ１２７の出力側は、接続パイプ１２９を介して水溶液タンク７７の前方側端部に設けられる水入口部１３０（図１０参照）に接続されている。この実施形態では、水ポンプ１２７と接続パイプ１２８，１２９とによって水供給部が構成されている。【００５３】
また、図７からよくわかるように、水溶液タンク７７の上部には二酸化炭素出口部１３１が設けられている。二酸化炭素出口部１３１には接続パイプ１３３の一端部が接続されている。接続パイプ１３３は、セルスタック７３の二酸化炭素出口Ｉ３から接続パイプ１１５および二酸化炭素入口部１１７を介して水溶液タンク７７に入力された二酸化炭素を水タンク１２３に案内する。【００５４】
図８に示すように、接続パイプ１３３の他端部は、排気冷却器１１９と水タンク１２３とを連結するための接続パイプ１２１の途中に接続されている。【００５５】
すなわち、図９に示すように、接続パイプ１３３の下端部１３３ａが、接続パイプ１２１の水タンク側端部１２１ａの管軸方向に直交するように、水タンク側端部１２１ａに接続されている。このとき、接続パイプ１３３における接続パイプ１２１内部側の先端部１３３ｂは、接続パイプ１２１内部に向かってテーパー状、すなわち、その管径が次第に狭くなるように形成され、接続パイプ１２１内部に突入している。【００５６】
また、図８に示すように、接続パイプ１２１は、その管軸方向Ｘ１が、水タンク１２３内に接続されたドレインパイプ１２５の管軸方向Ｘ２に対して非平行となるように水タンク１２３内に接続されている。【００５７】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、燃料タンク７５は、平面視および一側面視でそれぞれ略矩形状を成す中空体であり、水溶液タンク７７は、直方体形状から上記矩形状の燃料タンク７５を切り欠いた際の残部に対応する形状を有する中空体である。【００５８】
燃料タンク７５および水溶液タンク７７それぞれの対向面は互いに略一致した形状を成しており、その一方の対向面（たとえば、水溶液タンク７７対向面）から他方の対向面（たとえば、燃料タンク７５の対向面）に向かって複数（たとえば３個）の嵌め込み凸部１５１がそれぞれ突出されている。【００５９】
このとき、燃料タンク７５の対向面における嵌め込み凸部１５１に対向する位置には、それぞれ嵌め込み凸部１５１が嵌入可能な複数（３個）の嵌め込み凹部１５３が形成されている。嵌め込み凸部１５１の嵌め込み凹部１５３への嵌入によって、水溶液タンク７７の対向面は燃料タンク７５の対向面に対し所定距離(ギャップ）を隔てて近接配置される。【００６０】
そして、燃料タンク７５および水溶液タンク７７の対向面の間のギャップには断熱材１５５が充填され、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とが一体化されている。このように、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とを一体型タンクとして構成することによって、タンクをシートレール２７に取り付ける際、個別に取り付ける場合と比べて、取り付け部品を減少できるとともに取り付け作業性を向上できる。【００６１】
図１１に示すように、燃料タンク７５には燃料データ検出部としての液面検出センサ１７１が取り付けられている。液面検出センサ１７１は、燃料タンク７５内のメタノール燃料Ｓ１の液面の高さを検出し、センサ信号（図１１中Ｃ１として示す）をコントローラ６３に送信する。【００６２】
水溶液タンク７７には水溶液データ検出部としての液面検出センサ１７３が取り付けられている。液面検出センサ１７３は、水溶液タンク７７内のメタノール水溶液Ｓ２の液面の高さを検出し、センサ信号（図１１中Ｃ２として示す）をコントローラ６３に送信する。【００６３】
水タンク１２３には水データ検出部としての液面検出センサ１７５が取り付けられている。液面検出センサ１７５は、水タンク１２３内の水Ｓ３の液面の高さを検出し、センサ信号（図１１中Ｃ３として示す）をコントローラ６３に送信する。【００６４】
また、セルスタック７３の燃料入口Ｉ１付近には温度センサ１７７が取り付けられている。温度センサ１７７は、燃料入口Ｉ１を介して供給されるメタノール水溶液の温度を検出してその温度検出信号（図１１中Ｃ７として示す）をコントローラ６３に送信する。【００６５】
燃料電池システム７０のコントローラ６３は、各種センサ１０５，１７１，１７３および１７５から送信されてきた検出信号に基づいて、必要に応じて燃料ポンプ８５、水溶液ポンプ９５、エアポンプ１０９および水ポンプ１２７のうちの少なくとも１つのポンプを駆動制御する。燃料ポンプ８５、水溶液ポンプ９５、エアポンプ１０９および水ポンプ１２７の駆動制御時には、それぞれ、コントローラ６３から制御信号Ｃ５，Ｃ４，Ｃ９およびＣ６が送信される。【００６６】
図１に戻って、二輪車１のハンドル支持部１１は、ハンドルカバー１８１によって覆われている。車体フレーム３におけるヘッドパイプ５の後方側のフロントフレーム７およびリヤフレーム９とシート３７下部分（燃料電池システム７０の各構成要素を含む）とは、シートカバー１８３によって覆われている。また、リヤフレーム９の後方側（燃料電池システム７０における燃料タンク７５および水溶液タンク７７を含む）は、シートカバー１８３から後方側に延在するアッパーカバー１８５によって覆われている。ヘッドパイプ５の後側部分（燃料電池システム７０の排気冷却器１１９を含む）は、運転者の足部を保護するレッグシールド１８７によって覆われている。【００６７】
つぎに、この実施形態の二輪車１に搭載される燃料電池システム７０の全体動作について、発電時の動作を中心に説明する。
水溶液ポンプ９５の駆動によって水溶液タンク７７から供給された約３％の濃度のメタノール水溶液は、接続パイプ８１を介して熱交換器７９内に流入し、熱交換パイプＰ１を流れる間にファンＦ１によって、セルスタック７３に適した温度（たとえば約４０℃）に冷却（熱交換）される。【００６８】
冷却されたメタノール水溶液は、接続パイプ９３および９７を介してフィルタ９９に流入して不純物等が除去された後、接続パイプ１０１および燃料入口Ｉ１を介してセルスタック７３のアノード側にダイレクトに供給される。【００６９】
一方、エアポンプ１０９から供給された空気（エア）は、チャンバ室１１１を介して脈動が軽減された後、接続パイプ１１３およびセルスタック７３の空気入口Ｉ２を介してカソード側に供給される。【００７０】
このとき、セルスタック７３の各単電池セルにおけるアノード側では、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応して二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質を介してカソード側に流入し、そのカソード側に供給されたエア中の酸素と電気化学反応して水および電気エネルギーが生成される。
生成された電気エネルギーは、二次電池７１に送られて蓄積され、二輪車１の走行駆動等に利用される。【００７１】
一方、各単電池セルにおけるアノード側の電気化学反応によって生成された排出ガス｛主に二酸化炭素（炭酸ガス）｝は、上記電気化学反応により発生する熱によって温度上昇する（たとえば、約６５℃〜７０℃となる）。この排出ガス（二酸化炭素）には、アノード側において未反応であった上記高温のメタノール成分が含まれている。【００７２】
この未反応メタノール成分を含む排出ガス（二酸化炭素）は、セルスタック７３の二酸化炭素出口Ｉ３および接続パイプ１１５を介して水溶液タンク７７に戻される。
水溶液タンク７７に戻された未反応メタノール成分を含む排出ガス（二酸化炭素）は、水溶液タンク７７の上部に位置する二酸化炭素出口部１３１を経由して水溶液タンク７７から流出し、接続パイプ１３３を流れる。【００７３】
接続パイプ１３３は、リヤフレーム９の上方に位置する水溶液タンク７７からフロントフレーム７内に位置する接続パイプ１２１まで長い距離に亘って延在している。そのため、接続パイプ１３３を流れる未反応メタノール成分を含む排出ガス（二酸化炭素）は、たとえば上記約４０℃程度に十分冷却された状態で接続パイプ１２１の水タンク側端部１２１ａ、すなわち、排気冷却器１１９および水タンク１２３を接続する接続パイプに向かって流れる。【００７４】
一方、カソード側で生成された水蒸気は、空気（水蒸気）出口Ｉ４および接続パイプ１１８を介して排気冷却器１１９の熱交換パイプＰ２を流れ、その間にファンＦ２による冷却（温度低下）により気液分離される。【００７５】
このようにして分離された気体成分（水蒸気）は、高速（たとえば、毎分約１４０リットル）で接続パイプ１２１を流れ（図９中矢印Ｙ１参照）、水タンク連通側端部１２１ａを介して水タンク１２３内に流入する。【００７６】
一方、上述したように、接続パイプ１２１の水タンク側端部１２１ａには、接続パイプ１３３を介して未反応メタノール成分を含む排出ガス（二酸化炭素）が送られてくる。【００７７】
このとき、水溶液タンク７７の内圧が水タンク１２３の内圧より低いと仮定すると、未反応メタノール成分を含む排出ガス（二酸化炭素）を水タンク１２３へ戻すことができず、未反応メタノール成分を回収することができない。【００７８】
水溶液タンク７７の内圧を水タンク１２３の内圧よりも高くしておくことが考えられるが、その場合、水溶液タンク７７内に溶け込む二酸化炭素量を増大させ、さらに水溶液タンク７７へメタノール燃料を送出する燃料ポンプ８５および水を戻す水ポンプ１２７の負荷を増大させてしまい、エネルギー効率を低下させるおそれがある。【００７９】
この実施形態では、図８および９に示すように、接続パイプ１３３の先端部１３３ｂが接続パイプ１２１内部に突入しているため、接続パイプ下端部１３３ａの出口部分１２１ｂにおける接続パイプ１２１の管径が実質的に狭くなる。その結果、接続パイプ１２１を流れる気体成分は、出口部分１２１ｂにおいて流速が上昇し、ベルヌーイの定理によって出口部分１２１ｂの圧力が周囲よりも減少する（出口部分１２１ｂに負圧が発生する）。その結果、接続パイプ下端部１３３ａに流れ込んだ二酸化炭素は、霧吹きの原理により接続パイプ１２１内部に吸い出され、接続パイプ１２１を高速に流れる気体成分と共に水タンク１２３内に流入する。【００８０】
このとき、この実施形態では、水タンク１２３内において、図８に示すように、接続パイプ１２１の管軸方向Ｘ１が、水タンク１２３内に接続されたドレインパイプ１２５の管軸方向Ｘ２に対して非平行となっている。そのため、水タンク１２３内に流入した大半の気体成分は、図中矢印Ｚで示すように、水タンク１２３内部をそのタンク内壁に衝突しながら循環し、水滴成分、すなわち、未反応メタノールの水溶液成分は水タンク１２３内部に効率良く滴下して次第にドレインパイプ１２５から排出される。【００８１】
その結果、この実施形態では、セルスタック７３による電気化学反応により生成された二酸化炭素に含まれる未反応メタノール成分を、全体のエネルギー効率を低下させることなく、水タンク１２３において容易かつ高効率で回収することができる。【００８２】
一方、燃料電池システム７０の発電動作時において、コントローラ６３は、濃度センサ１０５により検出されたメタノール水溶液の濃度を表す濃度信号Ｃ８、液面検出センサ１７１により検出された燃料タンク７５内の液面Ｓ１の高さに関するセンサ信号Ｃ１、液面検出センサ１７３により検出された水溶液タンク７７内の液面Ｓ２の高さに関するセンサ信号Ｃ２、液面検出センサ１７５により検出された水タンク１２３内の液面Ｓ３の高さに関するセンサ信号Ｃ３、および温度センサ１７７により検出されたセルスタック７３へダイレクトに供給されるメタノール水溶液の温度検出信号Ｃ７等に基づいて、燃料ポンプ８５、水溶液ポンプ９５、エアポンプ１０９および水ポンプ１２７の駆動制御をそれぞれ行う。【００８３】
この実施形態によれば、シート３７の後方側に燃料タンク７５と水溶液タンク７７とを並置することによって、燃料タンク７５および水溶液タンク７７の周囲に十分な作業空間を確保できる。したがって、燃料タンク７５および水溶液タンク７７の取り付け作業や取り外し作業が容易になり、メンテナンス性を向上できる。【００８４】
また、燃料電池システム７０において複数の構成要素に接続されるセルスタック７３をシート３７の下方側つまり二輪車１の略中央部に配置することによって、燃料電池システム７０の各構成要素を簡単にレイアウトでき、各構成要素間の配管を簡易に短くできる。さらに、重量が嵩むセルスタック７３を二輪車１の略中央部に配置することによって、二輪車１の重量バランスが良好になり、安定性を向上できる。【００８５】
また、燃料タンク７５および水溶液タンク７７が前方側に向かって延びるように設けられていることによって、燃料電池システム７０の各構成要素間の配管をより簡易にできる。特に、複数の接続パイプが接続される水溶液タンク７７が前方側つまり二輪車１の中央部に向けて延ばされていることによって、水溶液タンク７７と水溶液タンク７７に接続される燃料電池システム７０の各構成要素とが近づき、配管を簡易にできる。【００８６】
また、シート３７の下方側かつセルスタック７３の後方側に熱交換器７９を配置することによって、水溶液タンク７７、熱交換器７９、セルスタック７３が後方から前方にかけて順に配置されている。したがって、メタノール水溶液の流路を迂回させることがなく、水溶液タンク７７からセルスタック７３までの配管を簡易にできるとともに水溶液タンク７７からのメタノール水溶液を熱交換器７９を介してセルスタック７３に速やかに供給できる。【００８７】
また、一体化される燃料タンク７５と水溶液タンク７７との横幅合計寸法がシート３７の横幅寸法以下であるので、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とをシート３７に対して左右に膨らむことがないようにシート３７の後方側に配置される。したがって、二輪車１が横方向に倒れても、燃料タンク７５および水溶液タンク７７を破損させるおそれが少なくなる。また、重量を横方向に分散させることがないので、旋回等のために二輪車１を横方向に傾斜させる際の走行安定性を向上できる。【００８８】
また、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とをそれぞれのタンク底面の高さが略一致するように並置することによって、燃料タンク７５に収容されたメタノール燃料の液面高さと水溶液タンク７７に収容されたメタノール水溶液の液面高さとを略一致させることができる。したがって、燃料タンク７５および水溶液タンク７７の下方側に配置される燃料ポンプ８５を用いて燃料タンク７５から水溶液タンク７７へメタノール燃料を供給する際に、各タンクの液面の差に起因する燃料ポンプ８５の入口と出口との間の圧力差を小さくできる。その結果、比較的小さな吐出性能を有する燃料ポンプ８５を用いることができ、また、燃料ポンプ８５によるメタノール燃料の供給精度を向上できる。したがって、燃料ポンプ８５を容易に設計・製作することができ、二輪車１に搭載する燃料電池システム７０全体の設計・製作コストを低減することができる。さらに、燃料ポンプ８５を燃料タンク７５の下方に配置することによって、燃料タンク７５から燃料ポンプ８５へメタノール燃料を重力によって容易に供給できる。【００８９】
この実施形態では、シート３７の後方側に燃料タンク７５と水溶液タンク７７とを並置する場合について説明したが、シート３７の後方側かつ空間を確保できる位置であれば、任意の位置に燃料タンク７５と水溶液タンク７７とを並置できる。たとえば、シートの後方斜め上方に燃料タンクと水溶液タンクとを並置するようにしてもよい。【００９０】
また、この実施形態では、燃料タンク７５と水溶液タンク７７とを左右に並置する場合について説明したが、両タンクの配置態様および形状は任意に設定できる。たとえば、燃料タンクと水溶液タンクとを前後に並置してもよく、この場合、配管の容易さを考慮して燃料タンクの前方側に水溶液タンクを並置することが好ましい。【００９１】
また、この実施形態では、燃料としてメタノール燃料、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系の燃料、燃料水溶液としてエタノール等のアルコール系の水溶液を用いてもよい。【００９２】
さらに、この実施形態では、燃料電池システムを搭載した鞍乗型車両として二輪車について説明したが、これに限定されず、この発明は、三輪車、四輪車等の任意の鞍乗型車両に用いることができる。【００９３】
この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は添付された請求の範囲の文言のみによって限定される。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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