JP2004225595A

JP2004225595A - 消音器

Info

Publication number: JP2004225595A
Application number: JP2003013544A
Authority: JP
Inventors: Yohei Toyoshima; 洋平豊島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12
Also published as: US20040149515A1; EP1447534A2; EP1447534A3

Abstract

【課題】排気ガスに混入される水分を極力排除して安定した消音性能を維持でき、且つ排気管からの水飛びも有効に防止できる消音器を提供する。
【解決手段】燃料電池の排気ガスを排出する排気管７、８に介在される消音器１Ａであって、内部が第１〜第４拡張室６ａ〜６ｄに仕切られ、この複数の拡張室６ａ〜６ｄの内で、排気管７の流入口７ａが開口する第１拡張室６ａに排水口１３を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料を用いる燃料電池自動車などの排気管に介在される消音器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池システムを用いた燃料電池自動車が種々提案されている。燃料電池自動車には、燃料電池からの排気ガスを排出する排気管が設けられている。そして、このような燃料電池自動車としては、排気管の途中に水抜き管を付設したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９６６４８号公報、第３頁、図２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の燃料電池自動車では、排気管の途中で自然に凝縮した水を抜く機能を持たせものであり、排気管を通る排気ガスには多くの水が混入されたままである。したがって、排気管の排気口からは排気ガスと共に水が放出されるため、排気管からの水飛びを防止できないものであった。
【０００５】
一方、排気ガスが排気管から排出される際の騒音を防止するために、排気管の途中には消音器が介在される。この消音器内に水が溜まると、消音器自体の消音性能が劣化するという問題がある。具体的には、消音器に使用される吸音材は、図５及び図６に示すように、低音、高音を問わず吸音材の含水率（％）、すなわち（水の体積／吸音材充填体積）×１００の値が４％を越えると消音劣化レベルが急激に高くなり、特に、高音においてその消音劣化レベルが一層高くなる。このように消音劣化レベルが急激に高くなる理由は、含水により音波に対する吸音材の接触表面積が減少するためであると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、排気ガスに混入される水分を極力排除して安定した消音性能を維持でき、且つ、排気管からの水飛びも有効に防止できる消音器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、燃料電池の排気ガスを排出する排気管に介在される消音器であって、内部が複数の拡張室に仕切られ、これら複数の拡張室のうち、排気管の流入口が開口する前記拡張室に排水口を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の消音器であって、排気管の流入口が開口する前記拡張室には、排気ガス内の水分を分離、除去する除水器を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の消音器であって、除水器は、前記排気管の流入口を囲むように配置され、多数の孔が設けられた筒部と、前記排気管の流入口が対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部とから構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の消音器であって、筒部は、円筒形状であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された消音器であって、複数の拡張室管を仕切る各仕切り壁には、その下方位置に連通孔をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された消音器であって、排水口にチューブが接続されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、排気管の流入口が開口する拡張室に排気ガスが流入すると、排気ガスが拡散することにより排気ガスに含有された水分の凝縮が促進され、凝縮によってできた水滴が排水口より排水される。この結果、消音器内に水が溜まることがなく、安定した消音性能を維持できる。そして、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管からの水飛びを抑制できる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、排気ガス中の水分が除水器によっても分離される。従って、排気ガスに混入される水量を更に低減でき、排気管からの水飛びを有効に防止できる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、排気管から拡張室に流入した排気ガスは閉塞プレート部に衝突し、衝突した際に排気ガスの水分が分離されると共に、閉塞プレート部に衝突した排気ガスはその後に筒部に形成された多数の孔から放出されることによって拡張室の内壁に衝突し、衝突した際に排気ガスの水分が凝縮、分離される。以上の動作によって除水器が排気ガス中の水分を分離する。また、排気ガスが多数の孔を通過することから整流され、気流音および圧力損失を小さくできる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加え、排気ガスが筒部の多数の孔より流入口が開口する拡張室の内壁に向かって放射状に放出されるため、排気ガスが円滑に放出されることから気流音および圧力損失をより小さくできる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜請求項４に記載された発明の効果に加え、流入口が開口する拡張室以外の拡張室で凝縮した水滴が連通孔を通って流入口が開口する拡張室に流入し、排水口より排水される。したがって、消音器内に溜まる水量を更に低減でき、安定した消音性能を維持できる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜請求項５に記載された発明の効果に加え、排水口からの騒音を低減できる。また、チューブの他端側位置を自由に設定できるため、排水口から排出される水の水飛び対策が容易になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る消音器の詳細を図面に示す各実施の形態に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る消音器の断面図、図２（ａ）は閉塞プレート部１２側から見た除水器の斜視図、図２（ｂ）は排気管の流入側から見た除水器の斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、消音器１Ａは、円筒状に形成されたシェル２と、このシェル２の両端面を塞ぎ、円板状に形成された２枚のエンドプレート３、４とを有している。なお、シェル２およびエンドプレート３、４は、吸音材で形成されている。これらシェル２およびエンドプレート３、４によって内部に略密閉された空間が形成されている。この空間は、吸音材で形成された３枚の仕切り壁５ａ、５ｂ、５ｃによって第１拡張室〜第４拡張室６ａ〜６ｄの４室に仕切られている。第１拡張室６ａ側のエンドプレート３には、上流側の排気管７の流入口７ａが開口されている。上流側の排気管７の他端側は、例えば燃料電池（図示せず）側に接続され、燃料電池からの排気ガスは第１拡張室６ａに最初に流入する。
【００２２】
第４拡張室６ｄ側のエンドプレート４および３枚の各仕切り壁５ａ〜５ｃには、下流側の排気管８の一端側が貫通されている。貫通された下流側の排気管８の流入口８ａは、第１拡張室６ａに臨む位置に開口されている。下流側の排気管８における第２拡張室６ｂ、第３拡張室６ｃ及び第４拡張室６ｃに位置する部分は、周壁が網状に多数の孔が形成されたメッシュ部９となっており、排気ガスがメッシュ部９を介して第２〜第４拡張室６ｂ〜６ｄに自由に流出入できるようになっている。
【００２３】
第１拡張室６ａには除水器１０が内蔵されている。除水器１０は、排気管７の流入口７ａを囲む位置に配置され、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、多数の孔１１ａが設けられた円筒形状の筒部１１と、排気管７の流入口７ａが対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部１２とから構成されている。
【００２４】
また、図１に示すように、第１拡張室６ａ側のシェル２で、且つ、シェル２の最下方位置には、排水口１３が開設されている。
【００２５】
次に、上記消音器１Ａの動作を説明する。上流側の排気管７から第１拡張室６ａに排気ガスが流入すると、排気ガスが第１拡張室６ａの略密閉した空間で拡散し、その後にも、第２〜第４拡張室６ｂ〜６ｄに順次拡散流入する。このように拡散された排気ガスが吸音材でなるシェル２やエンドプレート３、４に衝突することで消音される。
【００２６】
上記した動作過程にあって、上流側の排気管７から第１拡張室６ａに流入する排気ガスは、拡散しつつ除水器１０の閉塞プレート部１２に衝突する。排気ガスに含まれる水分は、気体拡散による低温化と閉塞プレート部１２への衝突によって凝縮が促進される。閉塞プレート部１２に衝突した排気ガスは、除水器１０の筒部１１の多数の孔１１ａから除水器１０外に放出され、第１拡張室６ａのシェル２の内壁に衝突する。排気ガスに含まれる水分は、シェル２の内壁への衝突によって凝縮が促進される。このようにして第１拡張室６ａに溜まった水滴は、排水口１３より外部に排水される。
【００２７】
第１拡張室６ａのシェル２の内壁に衝突した排気ガスは、仕切り壁５ａに臨むように開口した下流側の排気管８に流入し、下流側の排気管８のメッシュ部９より第２〜第４拡張室６ｂ〜６ｄに流出入を繰り返しながら下流側に進む。そして、最終的に下流側の排気管８を通って外気に流出される。
【００２８】
このようにして、消音器１Ａ内において、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管８からの水飛びを極力防止できる。また、消音器１Ａの内部に水が溜まらないため、安定した消音性能を維持できる。
【００２９】
上述した第１の実施の形態では、第１拡張室６ａに除水器１０を設けているため、排気ガス中の水分が除水器１０によっても凝縮される。したがって、排気ガスに混入される水量を更に低減でき、排気管８からの水飛びを有効に防止できる。
【００３０】
また、第１の実施の形態では、排気ガスが多数の孔１１ａを通過することから整流され、気流音および圧力損失を小さくできる。
【００３１】
なお、除水器１０は、排気ガス中の水分を凝縮、分離できるものであればよく、上記以外の構造を有するものであってもよい。
【００３２】
第１の実施の形態では、除水器１０の筒部１１は、円筒形状に形成されている。したがって、排気ガスが筒部１１の多数の孔１１ａより第１拡張室６ａのシェル２内壁に向かって放射状に放出されるため、気流の流れが円滑で気流音および圧力損失をより小さくできる。なお、筒部１１は、円筒形状以外の形状にしてもよい。
【００３３】
図３は、本発明に係る消音器の第２の実施の形態を示す断面図である。図３に示すように、この第２の実施の形態の消音器１Ｂは、上記した第１の実施の形態の消音器１Ａと比較して各仕切り壁５ａ〜５ｃの下方位置に連通孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃがそれぞれ形成されている。本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、図面の同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
この第２の実施の形態の消音器１Ｂにおいても、上記第１の実施の形態と同様に、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管８からの水飛びを極力防止できる。また、消音器１Ｂの内部に水が溜まらないため、安定した消音性能を維持できる。
【００３５】
また、第２の実施の形態では、第２〜第４拡張室６ｂ〜６ｄに溜まった水滴も連通孔１４ａ〜１４ｃを通って第１拡張室６ａに流入し、排水口１３より排水される。したがって、消音器１Ｂ内に溜まる水量を更に低減でき、更に安定した消音性能を維持できる。
【００３６】
図４は、排水構造の変形例を示す要部断面図である。図４に示すように、排水口１３には細径のチューブ１５の一端側が接続されており、第１拡張室６ａ内の水滴をチューブ１５を介して排水するようになっている。なお、チューブ１５は、細径であればあるほど消音の観点からは好ましい。
【００３７】
このような排水構造にすることにより、排水口１３からの騒音（脈動音、気流音、笛吹き音など）を低減できる。また、チューブ１５の他端側の開口位置を自由に設定できるため、排水口１３から排出される水の水飛び対策が容易になる。
【００３８】
また、排水口１３に開閉式弁や蓋を付設してもよく、このような構成にすることによっても騒音（脈動音、気流音、笛吹き音など）を低減でき、しかも、排水時期を適宜選択できるため、水飛び対策が容易にできる。
【００３９】
なお、上記した第１および第２の実施の形態では、消音器１Ａ、１Ｂの内部は第１〜第４拡張室６ａ〜６ｄの４室に仕切られているが、２室に仕切られていても、３室に仕切られていても、５室以上に仕切られていてもよく、適宜消音目的に合わせて設計変更することが可能である。
【００４０】
以上、第１および第２の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る消音器の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は第１の実施の形態に係る消音器における閉塞プレート部側から見た除水器の斜視図、（ｂ）は排気管の流入側から見た除水器の斜視図である。
【図３】本発明に係る消音器の第２の実施の形態を示す消音器の断面図である。
【図４】第１および第２の実施の形態における排水構造の変形例を示す要部断面図である。
【図５】周波数帯域が０．６〜１ＫＨｚにおける吸音材の含水率に対する消音劣化レベルを示す特性線図である。
【図６】周波数帯域が１．４〜２ＫＨｚにおける吸音材の含水率に対する消音劣化レベルを示す特性線図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ消音器
５ａ〜５ｃ仕切り壁
６ａ第１拡張室
６ｂ第２拡張室
６ｃ第３拡張室
６ｄ第４拡張室
７排気管
７ａ流入口
８排気管
１０除水器
１１筒部
１１ａ孔
１２閉塞プレート部
１３排水口
１４ａ〜１４ｃ連通孔
１５チューブ

Claims

燃料電池の排気ガスを排出する排気管（７、８）に介在される消音器（１Ａ、１Ｂ）であって、
内部が複数の拡張室（６ａ〜６ｄ）に仕切られ、前記複数の拡張室（６ａ〜６ｄ）のうち、前記排気管（７）の流入口（７ａ）が開口する前記拡張室（６ａ）に排水口（１３）を設けたことを特徴とする消音器（１Ａ、１Ｂ）。
請求項１記載の消音器（１Ａ、１Ｂ）であって、
前記排気管（７）の流入口（７ａ）が開口する前記拡張室（６ａ）には、排気ガス内の水分を分離、除去する除水器（１０）を設けたことを特徴とする消音器（１Ａ、１Ｂ）。
請求項２記載の消音器（１Ａ、１Ｂ）であって、
前記除水器（１０）は、前記排気管（７）の前記流入口（７ａ）を囲むように配置され、多数の孔（１１ａ）が設けられた筒部（１１）と、前記排気管（７）の流入口（７ａ）が対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部（１２）とから構成されていることを特徴とする消音器（１Ａ、１Ｂ）。
請求項３記載の消音器（１Ａ、１Ｂ）であって、
前記筒部（１１）は、円筒形状であることを特徴とする消音器（１Ａ、１Ｂ）。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された消音器（１Ｂ）であって、
前記拡張室（６ａ〜６ｄ）同士を仕切る各仕切り壁（５ａ〜５ｃ）には、その下方位置に連通孔（１４ａ〜１４ｃ）をそれぞれ設けたことを特徴とする消音器（１Ｂ）。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された消音器であって、
前記排水口（１３）にチューブ（１５）を接続したことを特徴とする消音器。