JP2004185921A - Silencer for fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム用サイレンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、燃料電池システムには、空気流路の空気流れに沿って、空気圧縮機、サイレンサ、アフタクーラ等を経て、燃料電池が配設されているものがある。前記空気圧縮機から吐出された空気は、サイレンサで圧力脈動が低減され、アフタクーラで冷却されたのち、燃料電池に流入する。この場合において、サイレンサで圧力脈動が低減されることにより、アフタクーラ及びそれ以降の構成部品の外板が共振することなどによる騒音の発生が低減される。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−110213公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料電池システム用サイレンサにあっては、以下の問題があった。
【0005】
前記空気圧縮機から吐出された空気の圧力脈動によってサイレンサの自身の外板パネルが振動し、この振動が音となり大きな騒音源となるおそれがあった。圧力脈動の成分は一回転あたりの吐出回数の次数成分とその整数倍の成分が支配的で、また外板は形状や板厚などから様々な共振周波数をもっているので、回転次数の倍数と外板の共振周波数が一致した場合は騒音がさらに大きくなった。
【0006】
また、空気圧縮機から吐出される空気の温度、特に車載用燃料電池システムにおいては温度が高くなり、連続定格運転するような条件の下では圧縮機の吸込温は80℃以上の高温になり、吐出温度はかなりの高温になってしまう。このため、空気圧縮機から最も近く、アフタクーラよりも上流のサイレンサは高負荷が連続すると表面温度が吐出温度に近い非常に高い温度になるので、サイレンサは熱を嫌う電気、電子機器、電線などの近くに配置できず燃料電池システムのレイアウトが制限を受けていた。特にレイアウト空間が限られる車載用燃料電池システムにおいては大きくレイアウトの制限を受けていた。
【0007】
そこで、本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、サイレンサの騒音を低減すると共に、サイレンサの表面部分における温度を低減することにより燃料電池システムのレイアウト性を向上することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、燃料電池の空気極側に酸化ガスである圧縮空気を供給する空気圧縮機よりも空気流路の下流側に配設されて、その内部に前記空気流路が貫通して設けられた燃料電池システム用サイレンサであって、前記サイレンサの表面部分の近傍に冷却用流体流路を設け、該冷却用流体流路の内部に、サイレンサ内部に貫通して収容された空気流路内を流れる空気よりも低い温度の冷却媒体を流通させるように構成してある。
【0009】
【発明の効果】
本発明によれば、サイレンサの表面部分に設けられた冷却用流体流路内の冷却媒体の粘性が音伝導の抵抗となって、サイレンサの騒音を低減することができる。また、冷却用流体流路内の冷却媒体によってサイレンサの表面部分における温度を低減することにより、燃料電池システムのレイアウト性を向上することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【0011】
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による燃料電池システム全体の構成を示す概略図であり、図2は、図1のサイレンサの内部構造を拡大して示す断面図である。
【0012】
図1に示すように、本実施形態による燃料電池システム10は、空気流路の空気流れに沿って、空気圧縮機11、サイレンサ12、アフタクーラ13、フィルタ14、加湿器15及び燃料電池16の順に配設されている。これらの各構成機器は、1本の空気配管17によって連通して接続されている。
【0013】
この構成を有する燃料電池システム10において、空気は、空気配管17の先端に設けられた吸込み口18から吸込まれ、空気圧縮機11で圧縮され吐出された後、サイレンサ12で空気脈動を低減され、アフタクーラ13で温度を下げられ、フィルタ14でダストを除去されたのち、加湿器15にて加湿されて燃料電池16の空気極19に流入する。なお、燃料電池16の燃料極20には燃料口21から燃料が供給されるように構成されている。
【0014】
また、サイレンサ12には配管22が接続され、該配管22はポンプ23と熱交換器24を介して、再度、サイレンサ12に戻るように配策されている。この配管22の内部を冷却媒体の一つである冷却水25(矢印参照)が流れている。
【0015】
即ち、この冷却水25は、サイレンサ12内部を流通して排出したのち、ポンプ23で加圧され、熱交換器24にて冷却されて再びサイレンサ12に流入する循環系になっている。
【0016】
そして、図2に示すように、サイレンサ12の表面部分には、冷却用流体流路26が形成されている。この冷却用流体流路26は、外板部材27の内側に、例えば冷却水25を流通させる配管を配策することによって構成することができる。即ち、サイレンサ12の表面は外板部材27で覆われており、この外板部材27の内側には、外板部材27に沿って冷却用流体流路26が形成されている。該冷却用流体流路26の端部には、入口管28と出口管29がそれぞれ設けられている。また、冷却用流体流路26の内方は吸音材が充填された吸音部30に形成されており、該吸音部30の内部を横方向に貫通して空気配管17が配策されている。なお、空気配管17の内部の空気流れを明瞭にするため、一部を切り欠いて示している。この図2に示されたサイレンサ12においては、冷却水25は、入口管28から冷却用流体流路26に流入し、該冷却用流体流路26内を流通したのち、出口管29から排出されるように構成されている。
【0017】
前記構成を有するサイレンサ12による作用を説明する。
【0018】
空気圧縮機11の吐出空気は非常に大きな圧力脈動をもって、空気配管17を介してサイレンサ12の内部に流入する。この吐出空気の圧力脈動は、空気配管17からサイレンサ12の吸音部30に伝達されたのち、冷却用流体流路26に伝わる。該冷却用流体流路26には、冷却水25が流れているため、この冷却水25の粘性が音伝導の抵抗となり、冷却用流体流路26の外側に設けられた外板部材27の振動が大幅に減衰される。このように、外板部材27の振動が大幅に減衰されることにより外板部材27の振動の振幅が小さくなり、外板部材27の表面からの放射音は大幅に低減される。
【0019】
また、サイレンサ12に流入する前の冷却水25は、熱交換器24によって冷却されているため、サイレンサ12の表面部分に設けられた冷却用流体流路26の温度はサイレンサ12に空気配管17を介して流入する空気31の温度よりも低くなる。ここで、サイレンサ12に流入する空気31の温度は、空気圧縮機11の吐出空気の圧力や吸入空気温、空気圧縮機11の効率等にも依存するが、一般にかなり高温になる。しかし、前記冷却水25によりサイレンサ12の表面部分は冷却されてあまり高温にならない。従って、熱に弱い電気、電子デバイスや電気配線類も、サイレンサ12の表面部近傍に配置することが可能となり、燃料電池システム10のレイアウト自由度が向上する。
【0020】
また、冷却水25による冷却の効果によってサイレンサ12から出る圧縮空気の温度が冷却しない場合よりも低減されるために、アフタクーラ13の冷却性能をより低くすることができ、アフタクーラ13の小型化が可能になる。このアフタクーラ13の小型化と燃料電池システム10のレイアウト自由度の向上とによって、飛躍的に燃料電池システム10の小型化が可能になる。この小型化の効果は定置型に対しスペースが小さい車両用燃料電池システム10において非常に有用である。
【0021】
[第2の実施形態]
次いで、第2の実施形態による燃料電池システム用サイレンサを説明するが、前記第1の実施形態と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【0022】
図3は、第2の実施形態によるサイレンサ40の外表面部分を拡大して示す断面図である。
【0023】
本実施形態においては、外板部材41と内板部材42とで形成した閉断面部を冷却用流体流路43としている。図3に示すように、サイレンサ40の表面は、外板部材41によって覆われており、この外板部材41の内側には内板部材42が配設され、これらの外板部材41と内板部材42はそれらの端部44同士で接合されている。これによって、外板部材41と内板部材42との間が閉断面構造になり、冷却用流体流路43を構成する。
【0024】
本実施形態によるサイレンサ40の冷却構造は板金で作製できるため、薄肉の材料が使用でき、より軽量化が可能になる。
【0025】
[第3の実施形態]
そして、第3の実施形態によるサイレンサを説明するが、前述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【0026】
図4に示すように、本実施形態においては、第1の実施形態によるサイレンサ12に配策した配管22に、空気圧縮器11からの配管50を接続している。即ち、サイレンサ12と空気圧縮機11について共通のポンプ23及び熱交換器24を用い、かつ、共通の冷却水25を使用する。
【0027】
通常、燃料電池システム用の空気圧縮機は冷却水により冷却する場合が多いため、本実施形態によれば、共通の冷却システムを用いることでサイレンサ12の液冷系を大幅に簡略化できる。
【0028】
[第4の実施形態]
そして、第4の実施形態によるサイレンサを説明するが、前述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【0029】
図5に示すように、空気圧縮機60は連通流路61を介してサイレンサ62に直結され、サイレンサ62からは配管63が配策され、該配管63はポンプ23と熱交換器24に接続されている。
【0030】
また、図6は、図5とは異なる構造の冷却水の流路を有する空気圧縮機60とサイレンサ62を示している。この図6に示すように、前記空気圧縮機60の表面部分には、ウォータジャケット64が設けられ、該ウォータジャケット64はサイレンサ62に設けられた冷却用流体流路65に接続されている。これによれば、冷却水25を空気圧縮機60の供給口67からウォータジャケット64内に流入させたのち、連通流路68を介してサイレンサ62の冷却用流体流路65に流通させ、出口管65から外部に流出させる。なお、前記連通流路68は、入口管69の内部に形成されている。
【0031】
本実施形態によれば、冷却水路は直列に配した方が冷却構造が簡単になり、また、入口管69と出口管66が各々一個ですむため、冷却装置の小型化が可能になる。また、空気圧縮機60側からサイレンサ62側に冷却水25を流すため、空気圧縮機60の冷却水25の温度はサイレンサ62から空気圧縮機60に流すよりも低くなる。冷却水25の温度は低い方が空気圧縮機60の効率が良くなるので、空気圧縮機60を先に冷却する方が空気圧縮機60の効率が高くなる。
【0032】
[第5の実施形態]
そして、第5の実施形態によるサイレンサを説明するが、前述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【0033】
本実施形態によるサイレンサは、冷却用流体流路内に流通させる冷却媒体としてオイルを用いる。このオイルは、空気圧縮機の潤滑油を好適に用いることができる。
【0034】
図7と図8に示すように、本実施形態によるサイレンサ70には出口管71が設けられ、該出口管71はオイルクーラ72を介して空気圧縮機73の入口管74に接続されている。空気圧縮機73の内部には、オイル室75が設けられており、該オイル室75に潤滑油76が収容される。また、空気圧縮機73の出口管77は、オイルポンプ23を介してサイレンサ70の入口管78に接続され、該入口管78はサイレンサ70の内部に設けられた冷却用流体流路79に連通している。
【0035】
この構成を有するサイレンサ70によれば、前記潤滑油76は、サイレンサ70の出口管71から配管80を介してオイルクーラ72に送られ、該オイルクーラ72で冷却されたのち、空気圧縮機73を潤滑及び冷却した後、オイルポンプ23により加圧されサイレンサ70の冷却用流体流路79に入口管78から流入する。このように、空気圧縮機73に用いられているオイル循環系を使用することでシステムの構成を簡略化できる。
【0036】
なお、サイレンサ70の冷却用流体流路79に冷却水25よりも粘性の高いオイルである潤滑油76を流すと、より高い振動の減衰効果を得られ、サイレンサ70の表面から放射される騒音が低減する。
【0037】
[第6の実施形態]
さらに、第6の実施形態によるサイレンサを説明するが、前述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【0038】
図9に示すように、第6の実施形態によるサイレンサ81は、空気圧縮機82の下部に設けられている。空気圧縮機82の内部には、オイル室83が形成されており、空気圧縮機82の潤滑油76が収納されている。このオイル室83は、入口管84と出口管85を介してサイレンサ81内の冷却用流体流路86に連通されている。
【0039】
また、空気圧縮機82の表面部分にはウォータジャケット87が形成されている。このウォータジャケット87には、入口管88と出口管89が設けられ、前記入口管88から冷却水25が流入し、ウォータジャケット87内部を流通したのち、出口管89から排出されるように構成されている。
【0040】
本実施形態によれば、空気圧縮機82を水冷とすることで冷却水25が潤滑油76も冷却するため、第5の実施形態によるオイルクーラ72を必要とせず、空気圧縮機82のオイル室83の内部の潤滑油76の温度はサイレンサ81の冷却用流体流路86の内部の潤滑油76の温度よりも低くなる。また、サイレンサ81は空気圧縮機82よりも低い位置にあるため、高温の潤滑油76は自然対流により高い位置にある空気圧縮機82のオイル室83側へ流れ、オイルポンプなしに潤滑油76はサイレンサ81の冷却用流体流路86と空気圧縮機82のオイル室83との間を循環し、構造が簡略化されるとともに動力が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態による燃料電池システムの全体を示す概略図である。
【図2】図1のサイレンサの内部構造を拡大して示す断面図である。
【図3】第2の実施形態によるサイレンサの外表面部分を拡大して示す断面図である。
【図4】第3の実施形態による燃料電池システムの全体を示す概略図である。
【図5】第4の実施形態による燃料電池システムの全体を示す概略図である。
【図6】第4の実施形態による別の空気圧縮機とサイレンサの内部構造を拡大して示す断面図である。
【図7】第5の実施形態による燃料電池システムの全体を示す概略図である。
【図8】図7の空気圧縮機とサイレンサの内部構造を拡大して示す断面図である。
【図9】第6の実施形態による空気圧縮機とサイレンサの内部構造を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
10 燃料電池システム
11,60,73,82 空気圧縮機
12,40,62,70,81 サイレンサ
13 アフタクーラ
16 燃料電池
17 空気配管(空気流路)
25 冷却水(冷却媒体)
26,43,65,79,86 冷却用流体流路
27,41 外板部材
42 内板部材
64,87 ウォータジャケット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a silencer for a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a fuel cell system in which a fuel cell is disposed along an air flow in an air flow path via an air compressor, a silencer, an aftercooler, and the like. Air discharged from the air compressor is reduced in pressure pulsation by a silencer, cooled by an aftercooler, and then flows into a fuel cell. In this case, since the pressure pulsation is reduced by the silencer, the generation of noise due to the resonance of the outer plate of the aftercooler and the subsequent components is reduced.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-110213
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional silencer for a fuel cell system has the following problems.
[0005]
Due to the pressure pulsation of the air discharged from the air compressor, the outer panel panel of the silencer itself vibrates, and this vibration may become a sound and become a large noise source. The pressure pulsation component is dominated by the order component of the number of discharges per revolution and a component that is an integral multiple of the order component, and the outer plate has various resonance frequencies depending on the shape and plate thickness. When the resonance frequencies of the two matched, the noise was further increased.
[0006]
In addition, the temperature of the air discharged from the air compressor, particularly in a fuel cell system for a vehicle, becomes high, and under conditions such as continuous rated operation, the suction temperature of the compressor becomes a high temperature of 80 ° C. or more, The discharge temperature becomes extremely high. For this reason, the surface temperature of the silencer closest to the air compressor and upstream of the aftercooler becomes extremely high near the discharge temperature when the load continues, and the silencer is used for electricity, electronic devices, electric wires, etc. that dislike heat. The layout of the fuel cell system was limited because it could not be located nearby. In particular, in-vehicle fuel cell systems in which the layout space is limited, the layout is greatly restricted.
[0007]
In view of the above, the present invention has been made by focusing on such a conventional problem, and reduces the noise of the silencer and improves the layout of the fuel cell system by reducing the temperature at the surface of the silencer. It is aimed at.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell, which is disposed downstream of an air flow path from an air compressor that supplies compressed air, which is an oxidizing gas, to an air electrode side of a fuel cell, and has the air therein. A fuel cell system silencer in which a flow path is provided through, wherein a cooling fluid flow path is provided in the vicinity of a surface portion of the silencer, and inside the cooling fluid flow path, the cooling fluid flow path is penetrated inside the silencer. The cooling medium having a lower temperature than the air flowing through the accommodated air flow path is configured to flow.
[0009]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the viscosity of the cooling medium in the cooling fluid flow path provided in the surface part of the silencer becomes resistance of sound conduction, and can reduce the noise of a silencer. In addition, the layout medium of the fuel cell system can be improved by reducing the temperature at the surface of the silencer by the cooling medium in the cooling fluid flow path.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the entire fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the internal structure of the silencer of FIG.
[0012]
As shown in FIG. 1, the
[0013]
In the
[0014]
A
[0015]
That is, the
[0016]
As shown in FIG. 2, a
[0017]
The operation of the
[0018]
The discharge air from the
[0019]
Further, since the cooling
[0020]
Further, since the temperature of the compressed air exiting the
[0021]
[Second embodiment]
Next, a silencer for a fuel cell system according to a second embodiment will be described. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0022]
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing an outer surface portion of a
[0023]
In the present embodiment, the closed cross-section formed by the
[0024]
Since the cooling structure of the
[0025]
[Third Embodiment]
Then, the silencer according to the third embodiment will be described, but the same parts as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0026]
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, a
[0027]
Usually, an air compressor for a fuel cell system is often cooled by cooling water. Therefore, according to this embodiment, the liquid cooling system of the
[0028]
[Fourth embodiment]
The silencer according to the fourth embodiment will be described, and the same parts as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0029]
As shown in FIG. 5, the
[0030]
FIG. 6 shows an
[0031]
According to the present embodiment, the arrangement of the cooling water passages in series simplifies the cooling structure. Further, since only one
[0032]
[Fifth Embodiment]
Then, a silencer according to the fifth embodiment will be described, and the same parts as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0033]
The silencer according to the present embodiment uses oil as a cooling medium flowing in the cooling fluid flow path. As the oil, lubricating oil for an air compressor can be suitably used.
[0034]
As shown in FIGS. 7 and 8, an
[0035]
According to the
[0036]
When lubricating
[0037]
[Sixth Embodiment]
Furthermore, a silencer according to the sixth embodiment will be described, and the same parts as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0038]
As shown in FIG. 9, the
[0039]
A
[0040]
According to the present embodiment, since the cooling
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire fuel cell system according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an internal structure of the silencer of FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing an outer surface portion of a silencer according to a second embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an entire fuel cell system according to a third embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an entire fuel cell system according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing an internal structure of another air compressor and a silencer according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an entire fuel cell system according to a fifth embodiment.
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing the internal structure of the air compressor and the silencer of FIG. 7;
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing the internal structure of an air compressor and a silencer according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
25 Cooling water (cooling medium)
26, 43, 65, 79, 86 Cooling
Claims (9)
前記サイレンサの表面部分に冷却用流体流路を設け、該冷却用流体流路に、サイレンサ内部に対面する空気流路内を流れる空気よりも低い温度の冷却媒体を流通させるように構成したことを特徴とする燃料電池システム用サイレンサ。A silencer for a fuel cell system, which is provided on a downstream side of an air flow path of an air compressor that supplies air to a fuel cell, and in which the air flow path is provided internally,
A cooling fluid flow path is provided in a surface portion of the silencer, and the cooling fluid flow path is configured to flow a cooling medium having a lower temperature than air flowing in an air flow path facing the inside of the silencer. Features Silencers for fuel cell systems.
前記冷却水は、ウォータジャケットから冷却用流体流路に流したのち、外部に排出するように構成したことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム用サイレンサ。The communication between the water jacket and the cooling fluid flow path of the silencer is performed by connecting the water jacket to the cooling fluid flow path via the communication flow path,
5. The silencer for a fuel cell system according to claim 4, wherein the cooling water is configured to flow from a water jacket to a cooling fluid flow path and then discharged to the outside.
前記サイレンサを空気圧縮機よりも低い位置に配置したことを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料電池システム用サイレンサ。A water jacket is provided in the air compressor, while cooling lubricating oil contained in the oil chamber with cooling water flowing through the water jacket,
6. The silencer for a fuel cell system according to claim 4, wherein the silencer is disposed at a position lower than an air compressor.
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