JP2004316478A

JP2004316478A - 排気装置

Info

Publication number: JP2004316478A
Application number: JP2003108925A
Authority: JP
Inventors: Yohei Toyoshima; 洋平豊島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】気流音の発生を抑えつつ効果的に凝縮水を排出することができる排気装置を提供する。
【解決手段】エンジンまたは圧縮機にて発生した排気を流通するチューブ部材３と、このチューブ部材３に接続され排気に起因する騒音を低減するマフラ６とを有する排気装置１において、チューブ部材３またはマフラ６の下部に、排気中の凝縮水を排出するための排出孔１１を穿設するとともに、当該排出孔１１を囲む筒部９を突設し、排出孔１１の開口径Ｄ１よりも筒部９の出口径Ｄ２を大きく形成するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のエンジンまたは燃料電池自動車等の圧縮機にて発生した排気を大気中に排出する排気装置に関し、特に排気中の凝縮水を排出可能な排気装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の観点から有害な排気ガスを生ずることのない燃料電池自動車が注目されてきている。この燃料電池自動車は、水素と酸素の化学反応による電気エネルギによって駆動力を得るもので、前記化学反応によって生じた水蒸気を排気ガスとして排出するものである。
【０００３】
このため、このような燃料電池自動車に用いられる排気装置では、ガソリン等を燃料とする自動車の排気装置に増して排気中の凝縮水が溜まり易くなる傾向にある。
【０００４】
このように、排気装置内に排気中の凝縮水が溜まると、当該排気装置内にグラスウール等からなる吸音材が充填されている場合、この吸音材が凝縮水を毛細管現象により吸水するため、本来吸音材が有する空気層がなくなり、吸音効果を著しく低下させたり、吸音材が充填されていない場合においても、耐腐食性の低下、異音の発生、または凝縮水の凝固による亀裂の発生等の問題があった。
【０００５】
このような問題を解決する１つの手法として、従来、例えば特許文献１のように、排気管に凝縮水排出用のＵ字型チューブでなるドレン部を設け、このドレン部から凝縮水を排出することにより、吸音材や排気装置内に凝縮水が溜まることを防止するようにした技術が考案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３０８１３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の技術では、このドレン部は常閉弁手段を備え、当該ドレン部からの排気ガスの排出を防止するようになっており、ドレン部に所定量の凝縮水が溜まると、この常閉弁手段が開状態になってドレン部に溜まった凝縮水を排出するようになっているものの、排気管内の排気に起因する騒音は水を透過してしまう性質を有しているため、当該騒音がドレン部に溜まった凝縮水を透過し、このドレン部を通って消音されないまま大気へ放出されてしまい、車内騒音および車外騒音を引き起こす原因となり、排気装置としての消音効果を低下させるおそれがある未だ不十分な問題があった。
【０００８】
さらに、長期間使用しない場合、ドレン部に溜まった凝縮水が腐食の原因や、汚染等の原因になりかねず、耐腐食性の低下、異音の発生、または凝縮水の凝固による亀裂の発生等を防止しきれない不十分な問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、排気に起因する騒音の発生を抑えつつ効果的に凝縮水を排出することができる排気装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１にあっては、エンジンまたは圧縮機にて発生した排気を流通するチューブ部材と、このチューブ部材に接続され排気に起因する騒音を低減するマフラとを有する排気装置において、チューブ部材またはマフラの下部に、排気中の凝縮水を排出するための排出孔を穿設するとともに、当該排出孔を囲む筒部を突設し、排出孔の開口径よりも筒部の出口径を大きく形成するようにした。
【００１１】
請求項２にあっては、筒部の出口部分に、排出孔の開口径よりも大きな開口径を有する蓋部を設けるようにした。
【００１２】
請求項３にあっては、筒部の内周面に、排出孔にて生ずる気流音を消音するための気流音レベル低減部を突設するようにした。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１によれば、チューブ部材またはマフラの下部に、排気中に含まれる凝縮水を排出するための排出孔を穿設することによって、この凝縮水を排出孔に積極的に送り出すことから、効率的に排出することができるとともに、当該排出孔を囲む筒部を突設し、排出孔の開口径よりも筒部の出口径を大きく形成するようにしたことにより、この排出孔で生ずる排気に起因した騒音である気流音を筒部によって干渉させて低減することができ、かくして排気に起因する騒音の発生を抑えつつ効果的に凝縮水を排出することができる排気装置を実現することができる。
【００１４】
しかも、筒部によって排出する凝縮水が冷却されるため、当該凝縮水の排出温度を下げ、この凝縮水の排出による２次影響の考慮を図ることができる。
【００１５】
請求項２によれば、筒部の出口部分に、排出孔の開口径よりも大きな開口径を有する蓋部を設けるようにしたことにより、この筒部の出口部分が絞られるため、排出孔で生ずる気流音の干渉を顕著にし、当該気流音をより一層低減することができる。
【００１６】
請求項３によれば、筒部の内周面に、排出孔にて生ずる気流音を消音するための気流音レベル低減部を突設するようにしたことにより、筒部内の径が絞られることで当該筒部における気流音の干渉を増加させ、気流音レベルを格段と低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳述する。
【００１８】
図１〜図４は、本発明にかかる排気装置の一実施形態を示し、図１は本発明にかかる排気装置の全体構成図、図２は図１の排気装置における要部（マフラ）を拡大して示す斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面を示す断面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【００１９】
図１において１は例えば燃料電池自動車の排気装置全体を示し、燃料電池のスタック部２にチューブ部材としての排気チューブ３を介して排水素燃焼器４が接続されている。この排水素燃焼器４には、排気チューブ３を介してフレキシブルチューブ５が接続され、当該フレキシブルチューブ５には、排気チューブ３を介してマフラ６の導入管７が接続されている。このとき、これらスタック部２、排水素燃焼器４およびフレキシブルチューブ５をそれぞれ接続する排気チューブ３同士と、排気チューブ３とマフラ６の導入管７とは、各々接続用フランジ３ａを介して接続されている。
【００２０】
そして、この排気装置１では、前記スタック部２にて水素と酸素との化学反応によって生じた水蒸気と排水素を排気チューブ３を介して排水素燃焼器４へと送給し、この排水素燃焼器４にて前記排水素を燃焼する。
【００２１】
この後、水蒸気は排気チューブ３を介してフレキシブルチューブ５を通り、導入管７を経てマフラ６内へと導かれ、当該マフラ６において水分と気体とに気液分離される。そして、気体部分は排出管８を介して大気中に放出され、水分部分は後述する排出孔１１（図３、図４参照）を介して筒部９を通り、外部に排出されるようになっている。
【００２２】
ここで、このマフラ６は図２〜図４に示すように、楕円形の筒状でなるシェル６ｃと、その一端部と他端部とを閉塞する端板６ａ、６ｂとを有し、これら端板６ａ、６ｂには、それぞれ上流の排気チューブ３と接続され送給される排気（水蒸気）を導入するための導入管７と、当該導入した排気を大気中に放出するための排出管８とが嵌合溶接して設けられている。また、シェル６ｃにおける端板６ａと端板６ｂとのほぼ中間部分には、このシェル６ｃ内を区画する仕切板６ｄが設けられている。
【００２３】
この導入管７は、マフラ６内部で略Ｕ字状に屈曲する屈曲部７ａを仕切板６ｄよりも下流側に有しており、この屈曲部７ａ部分で折り返された後、仕切板６ｄを介して出口側開口部７ｂに至る。このとき、導入管７の上流側における端板６ａと仕切板６ｄとの間には排気の騒音を低減するとともに、当該排気中の水分である凝縮水を排出するための開口穴７ｃが複数穿設されている。
【００２４】
また、排出管８は仕切板６ｄより上流側に開口部８ａを有し、当該仕切板６ｄを介して端板６ｂ側へ延設され、この端板６ｂを貫通した後、下方（すなわち地面側）へ屈曲して出口側開口部８ｂへと至る。
【００２５】
因みに、図２中符号１０はマフラ６を図外の車体へと取り付けるための取付用フックを示し、溶接法等の手法を用いて固定されており、図３および図４中の符号Ｋはマフラ６のシェル６ｃ内に充填される吸音材を示し、材質としてはグラスウール、ロックウールまたは熱が低ければウレタン等の材料が用いられる。
【００２６】
かかる構成に加えて、この排気装置１にはマフラ６におけるシェル６ｃの仕切板６ｄよりも上流側の底部（すなわち地面側）に、前記排気中の凝縮水を外部へ排出するための開口径Ｄ１（本実施形態では、φ３〔ｍｍ〕）でなる排出孔１１が穿設されているとともに、シェル６ｃの外周面に当該排出孔１１を囲むように、排出孔１１の開口径Ｄ１よりも大きい開口径Ｄ２（本実施形態では、φ８〔ｍｍ〕）でなる出口９ａを有する筒部９が設けられている。
【００２７】
因みに、この実施形態においては、排出孔１１や筒部９は凝縮水の排出効率的にみて最も効率的と考えられるシェル６ｃの底部に１箇所設けるようにした場合について述べるが、本発明はこれに限ることはなく、例えば排出孔１１や筒部９を排気チューブ３に設けたり、これら排出孔１１や筒部９を複数設けたり等、配設位置や数は適宜変更するものとする。
【００２８】
このため、この排気装置１では、前記スタック部２側から送給される排気に含まれる凝縮水をマフラ６内に留めることなく、当該マフラ６の導入管７に設けられる開口穴７ｃや出口側開口部７ｂからシェル６ｃの底部へと積極的に送り出し、このシェル６ｃの底部に設けられた排出孔１１から外部へ効果的に排出することができる。このとき、排出される凝縮水は、筒部９が外気にさらされていることによる冷却作用により冷却されるため、排出された凝縮水による外部への２次影響（例えば、凝縮水が高温のまま排出された際に生じる地面への影響等）に対する考慮も図ることができる。
【００２９】
また、この筒部９は、マフラ６のシェル６ｃに設けられた排出孔１１において排気の流れに起因して発生する気流音を、出口９ａまでの間で干渉させることによって消音する、すなわち当該気流音レベルを図５に１点鎖線で示すように低減することができる上、この出口９ａが排出孔１１の開口径Ｄ１よりも大きい開口径Ｄ２で設定されることによって、当該出口９ａにおいて気流音が発生するのを抑制することができる。なお、図５において、縦軸の１目盛りは、約２〔ｄＢ〕に相当するものとする。
【００３０】
この筒部９は、具体的には抑制する騒音周波数にもよるが、通常、対象となる騒音が気流音であれば、排気チューブ３内を流れる排気の流量は約５〔ｍ^３〕以下となるので、排出孔１１において発生する気流音のピーク値となる１〔ＫＨｚ〕〜３〔ＫＨｚ〕程度の範囲を消音することをねらいとして、約２００〔ｍｍ〕以下の長さで設けるのが好ましい。また、この筒部９の開口径Ｄ２は、大きければ大きいほど気流音の消音効果を増すことができるが、レイアウト等を考慮するとφ６〔ｍｍ〕〜φ１５〔ｍｍ〕程度の範囲で設定すれば、十分な消音効果を得ることができることがわかった。
【００３１】
なお、本発明の排気装置を前記一実施形態に例を取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。
【００３２】
例えば、前記実施形態においては、排気装置１のマフラ６に円筒状の筒部９を設けるようにした場合について述べたが、この筒部９の出口９ａ部分に、図４との対応部分に同一符号を付した図６に示すような、排出孔１１の開口径Ｄ１よりも大きく開口した開口径Ｄ３（この場合、φ４〔ｍｍ〕）でなる蓋部９ｂを設けるようにしてもよい。この場合、筒部９の出口９ａ部分が蓋部９ｂによって絞られるため、図５において２点鎖線で示すように、単に筒部９を設けた場合（図５における１点鎖線）に比べてより一層気流音レベルを低減することができる効果を得ることができる。
【００３３】
また、図４との対応部分に同一符号を付した図７に示すように、この筒部９における排出孔１１側と出口９ａ側との間（例えばＸ：Ｙ＝１：２となるようなＰ_１部分）の内周面９ｃに、排出孔１１の開口径Ｄ１よりも大きく開口した開口径Ｄ４（この場合、φ４〔ｍｍ〕）を有する気流音レベル低減部としての絞り部９ｄを突設するようにしてもよい。この場合、筒部９の内周面９ｃが絞り部９ｄによって絞られることで当該筒部９における気流音の干渉を増加させ、図５または図８において実線で示すように、単に筒部９を設けた場合（図５における１点鎖線）や、筒部９に蓋部９ｂを設けた場合（図５における２点鎖線）、または筒部９を設けずに排出孔１１のみを設けた場合（図８における破線）に比べて格段と気流音レベルを低減することができる効果を得ることができる。このとき、絞り部９ｄは、筒部９の内周面９ｃ全体に突設するのではなく、当該内周面９ｃの一部に一対で突設するようにしてもよく、配設位置もＸ：Ｙ＝１：２に限らず、１：３や１：４等でもよい。このように、筒部９に絞り部９ｄを設ける場合、前記排気の流量を約５〔ｍ^３〕以下とすると、排出孔１１の開口径Ｄ１がφ２〔ｍｍ〕〜φ３〔ｍｍ〕であれば、筒部９の長さを６０〔ｍｍ〕程度で設定すれば、上述の実施形態と同様に実用上十分な気流音の消音効果を得ることができる。なお、図８において、縦軸の１目盛りは、約１０〔ｄＢ〕に相当するものとする。
【００３４】
さらに、本実施形態においては、マフラ６を楕円形の筒状でなるシェル６ｃと、その一端部および他端部を閉塞する端板６ａ、６ｂ等により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マフラの形状としては、この他種々の形状を広く適用することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態においては、筒部９を円筒状で形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、筒部としては、この他種々の形状を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる排気装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の排気装置における要部を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２のマフラにおけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図３のマフラにおけるＢ−Ｂ断面を示す部分的断面図である。
【図５】気流音減衰レベルを表すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態による排気装置の要部を示す部分的断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による排気装置の要部を示す部分的断面図である。
【図８】気流騒音レベルを表すグラフである。
【符号の説明】
１・・・排気装置
３・・・排気チューブ（チューブ部材）
６・・・マフラ
６ｃ・・・シェル
７・・・導入管
８・・・排出管
９・・・筒部
９ａ・・・出口
９ｂ・・・蓋部
９ｃ・・・内周面
９ｄ・・・絞り部（気流音レベル低減部）
１１・・・排出孔
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４・・・開口径
Ｋ・・・吸音材

Claims

エンジンまたは圧縮機にて発生した排気を流通するチューブ部材（３）と、このチューブ部材（３）に接続され上記排気に起因する騒音を低減するマフラ（６）とを有する排気装置（１）において、
上記チューブ部材（３）または上記マフラ（６）の下部に、上記排気中の凝縮水を排出するための排出孔（１１）を穿設するとともに、
当該排出孔（１１）を囲む筒部（９）を突設し、
上記排出孔（１１）の開口径（Ｄ１）よりも上記筒部（９）の出口径（Ｄ２）を大きく形成する
ことを特徴とする排気装置（１）。
上記筒部（９）の出口（９ａ）部分に、上記排出孔（１１）の開口径（Ｄ１）よりも大きな開口径（Ｄ３）を有する蓋部（９ｂ）を設ける
ことを特徴とする請求項１に記載の排気装置（１）。
上記筒部（９）の内周面（９ｃ）に、上記排出孔（１１）にて生ずる気流音を消音するための気流音レベル低減部（９ｄ）を突設する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気装置（１）。