| 【発明の名称】 |
燃料電池式四輪自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】奈倉 秀典
【氏名】小室 信昭
【氏名】山下 ノボル
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】フロア４６の下部に、メタノール及び水を蓄えるタンク４１と、このタンク４１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４２と、この改質器４２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４３と、この燃料電池４３で発生させた電気を貯溜する二次電池４４とを配置した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ４つの車輪を四隅とする平面視矩形の車体を有し、この車体の略中央に乗車シートを備え、この乗車シートの前方に且つ前記車体に平坦なフロアを備え、電動モータで走行する四輪自動車において、前記フロアの下部に、メタノール及び水を蓄えるタンクと、このタンク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と、この改質器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と、この燃料電池で発生させた電気を貯溜する二次電池とを、配置したことを特徴とする燃料電池式四輪自動車。
【請求項２】 前記車体を左右に分ける中心線を境にして、前記燃料電池と前記電動モータとを左右又は右左に振り分けて配置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池式四輪自動車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、４つの車輪を四隅とする平面視矩形の車体を有し、この車体の略中央に乗車シートを備え、この乗車シートの前方に且つ前記車体に平坦なフロアを備え、電動モータで走行する燃料電池式四輪自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池式四輪自動車として、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四輪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ー）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を四輪自動車（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などを実際に四輪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、燃料電池を四輪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の燃料電池式四輪自動車は、４つの車輪を四隅とする平面視矩形の車体を有し、この車体の略中央に乗車シートを備え、この乗車シートの前方に且つ車体に平坦なフロアを備え、電動モータで走行する四輪自動車において、フロアの下部に、メタノール及び水を蓄えるタンクと、このタンク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と、この改質器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と、この燃料電池で発生させた電気を貯溜する二次電池とを、配置したことを特徴とする。
【００１０】タンクから改質器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で水素を発生させ、この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、この電気を電動モータに供給し、この電動モータを回転させて走行する。また、フロアの下部に、タンク、改質器、燃料電池及び二次電池を配置することで、空気、メタノール及び水から電気を発生させるメカニズムの集約化を図る。この結果、空気、メタノール及び水から電気を発生させる機能を１つのユニットにすることもでき、タンク、改質器、燃料電池及び二次電池などの構成部品をコンパクトにまとめることができる。
【００１１】請求項２は、車体を左右に分ける中心線を境にして、燃料電池と電動モータとを左右又は右左に振り分けて配置したことを特徴とする。四輪自動車においても車体の重量バランスを保つことは重要な課題であり、車体を左右に分ける中心線を境にして、燃料電池と電動モータとを左右又は右左に振り分けて配置することで、車体の重量バランスを適正に保つ。
【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式四輪自動車の斜視図であり、１０は燃料電池式四輪自動車、１１は車体、１２は車体フレーム、１３は乗車シート、１４，１４は車輪としての前輪、１５は前輪車軸、１６，１６は車輪としての後輪、１７は後輪車軸、１８はシート１３を囲う保護フレーム、２１は背もたれフレーム、２２は背もたれフレーム２１に取付けたピロー、３０は動力系システム、３１はエアクリーナ、３２は吸気管、３３はエアポンプ、３５は排気管、４０は燃料電池ユニット、４３は燃料電池、４６はフロア、５１は電動モータ、５２は変速機を示す。
【００１４】燃料電池式四輪自動車１０は、燃料電池４３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。
【００１５】図２は本発明に係る燃料電池式四輪自動車の動力系システムの分解斜視図であり、動力系システム３０は、空気を清浄化するエアークリーナ３１と、エアークリーナ３１で清浄化をした空気を導く吸気管３２と、吸気管３２に備えることで空気を送るエアポンプ３３と、このエアポンプ３３で供給する空気を１つの要素として電気を発生させる燃料電池ユニット４０と、この燃料電池ユニット４０で発生する排ガスを排出する排気管３５と、燃料電池ユニット４０で発生させた電気を供給することで駆動するようにした駆動モータ５１と、この駆動モータ５１に連結した変速機５２と、これらの電動モータ５１及び変速機５２をコントロールするコントローラ５３とからなる。
【００１６】図３は本発明に係る燃料電池式四輪自動車の燃料電池ユニットの分解斜視図であり、燃料電池ユニット４０は、メタノール及び水を蓄えるタンク４１と、このタンク４１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４２と、この改質器４２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４３と、この燃料電池４３で発生させた電気を貯溜する二次電池４４と、これらのタンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４を一括収納するケース４５と、このケース４５に被せるカバーを兼ねるフロア４６とからなる。４７はタンクに取付けるキャップである。
【００１７】ケース４５は、タンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４を収納する収納部４５ａと、この収納部４５ａから折り曲げることで形成したフランジ４５ｂと、こららのフランジ部４５ｂに形成した取付け孔４５ｃ・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）とからなる。フロア４６は、本体部４６ａに補強リブ４６ｂを形成し、本体部４６ａに取付け孔４６ｃ・・・を形成したものである。４８は、ケース４５の取付け孔４５ｃ及びフロア４６の取付け孔４６ｃを貫通させ、ケース４５及びフロア４６を一体的に車体フレーム１２に取付けるねじである。
【００１８】すなわち、燃料電池ユニット４０は、タンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４を一括収納したものであり、車体１１（図１参照）への搭載を容易にするユニットである。
【００１９】以上に述べた燃料電池式四輪自動車１０の作用を次に説明する。図４本発明に係る燃料電池式四輪自動車の第１作用説明図である。燃料電池式四輪自動車１０は、４つの車輪、即ち前輪１４，１４及び後輪１６，１６を四隅とする平面視矩形の車体１１を有し、この車体１１の略中央に乗車シート１３を備え、この乗車シート１３の前方に且つ車体１１に平坦なフロア４６を備え、電動モータ５１で走行する四輪自動車において、フロア４６の下部に、メタノール及び水を蓄えるタンク４１と、このタンク４１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４２と、この改質器４２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４３と、この燃料電池４３で発生させた電気を貯溜する二次電池４４とを配置したものであると言える。
【００２０】すなわち、燃料電池式四輪自動車１０は、タンク４１から改質器４２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４２で水素を発生させ、この水素を燃料電池４３に供給し、この燃料電池４３で電気を発生させ、この電気を電動モータ５１に供給し、この電動モータ５１を回転させて走行するようにしたものである。
【００２１】燃料電池式四輪自動車１０は、フロア４６の下部に、タンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４を配置したので、四輪自動車の低重心化を図ることができる。また、フロア４６の下部に、タンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４を配置したので、空気、メタノール及び水から電気を発生させるメカニズムの集約化を図ることができる。この結果、空気、メタノール及び水から電気を発生させる機能を１つのユニットにすることもでき、タンク４１、改質器４２、燃料電池４３及び二次電池４４などの構成部品をコンパクトにまとめることができる。
【００２２】図５本発明に係る燃料電池式四輪自動車の第２作用説明図であり、動力系システム３０の動作フローを示す。動力系システム３０は、タンク４１から改質器４２にメタノール（ＣＨ3ＯＨ）及び水（Ｈ2Ｏ）を矢印■の如く送り込み、改質器４２で水素（Ｈ2）を発生させる。改質器４２で発生させた水素（Ｈ2）を燃料電池４３に矢印■の如く送り込み、大気中の酸素（Ｏ2）を燃料電池４３に矢印■の如く供給し、燃料電池４３で電気を発生さる。
【００２３】燃料電池４３から発生した水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び改質器４２で発生して燃料電池４３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３５から大気中に矢印■の如く放出する。なお、燃料電池４３又は改質器４２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。
【００２４】燃料電池４３で発電した電気は電動モータ５１に矢印■の如く供給すると共に二次電池４４に矢印■の如く蓄える。また、二次電池４４から電動モータ５１に矢印■の如く電気を供給する。
【００２５】また、動力系システム３０は、車体（図１参照）を左右に分ける中心線Ｃを境にして、燃料電池４３と電動モータ５１とを左右又は右左に振り分けて配置したものと言える。燃料電池式四輪自動車１０（図１参照）においても車体１１の重量バランスを保つことは重要な課題であり、車体１１を左右に分ける中心線Ｃを境にして、燃料電池４３と電動モータ５１とを左右又は右左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。
【００２６】尚、実施の形態では図１に示すように、燃料電池式四輪自動車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。
【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、フロアの下部に、メタノール及び水を蓄えるタンクと、このタンク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と、この改質器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と、この燃料電池で発生させた電気を貯溜する二次電池とを配置したので、空気、メタノール及び水から電気を発生させるメカニズムの集約化を図ることができる。この結果、空気、メタノール及び水から電気を発生させる機能を１つのユニットにすることもでき、タンク、改質器、燃料電池及び二次電池などの構成部品をコンパクトにまとめることができる。
【００２８】請求項２は、車体を左右に分ける中心線を境にして、燃料電池と電動モータとを左右又は右左に振り分けて配置したので、車体の重量バランスを適正に保つことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２０日（２０００．１１．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７３５６
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 容一郎 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６５３０９（Ｐ２００２−１６５３０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５２９８０（Ｐ２０００−３５２９８０） |
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