JP2006344476A

JP2006344476A - 燃料電池の排出ガス希釈装置

Info

Publication number: JP2006344476A
Application number: JP2005168450A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mizutani; 智水谷; Koji Ando; 幸司安藤; Sotoji Saeki; 外司佐伯
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】パージ音による騒音の発生が経済的に有利に解消乃至は抑制され得る燃料電池の希釈装置を提供する。
【解決手段】装置本体１０の内部に、カソード電極側からの排出空気が流通せしめられる空気流通路３６が該装置本体１０の内面との間に形成されるように配置された壁部２８，３０，３２にて囲まれてなる滞留室４０を形成すると共に、該壁部３０に設けられた接続口３８に対して、アノード電極側からの排出水素ガスが内部に流通せしめられる水素ガス供給管体２５を接続し、更に、該水素ガス供給管体２５を通じて該滞留室４０内に供給されて滞留せしめられた水素ガスを該空気流通路３６に徐々に流出せしめる透孔４２を、該壁部２８に設けて、構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池の排出ガス希釈装置に係り、特にアノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス希釈装置の改良された構造に関するものである。

近年、環境に優しく、しかも発電効率の高い燃料電池が注目され、様々な用途への利用が試みられている。例えば、そのような燃料電池を駆動源として利用する燃料電池車が、次世代の自動車として期待され、実用化へ向けた動きが本格化してきている。

ところで、よく知られているように、例えば、燃料電池車等に搭載される、純水素（以下、水素という）を燃料とした燃料電池システムにおいては、多くの場合、アノード電極側から排出された未使用の水素を含むガスを、再度、アノード電極側に供給する循環装置が設けられて、燃料水素の利用効率の向上が図られている。しかしながら、このアノード電極側からの排出ガスの循環装置による循環を長時間に亘って続けていると、窒素や発電時に生ずる生成水等の不純物が排出ガス中に増加してしまい、その結果、発電効率の低下が不可避的に惹起されることとなる。

そこで、そのような燃料電池システムでは、パージ操作が間欠的に実施されて、不純物が増加した排出ガスが大気中に定期的に排出されるようになっているのであるが、このアノード電極側から排出される排出ガス中には、高濃度の水素ガスが含まれているため、そのような排出ガスの大気中への排出に際しては、それに含まれる水素ガスを安全上問題のない程度にまで希釈する必要があった。

かかる状況下、アノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出するようにした燃料電池の排出ガス希釈装置が、下記特許文献１等において提案されている。この希釈装置は、アノード電極側から排出される水素ガスを導入する導入口を備え、この導入口を通じて導入される水素ガスを滞留する滞留室を有している。また、この滞留室内には、カソード電極側から排出される空気の排出管が、貫通して延びるように配設されており、更に、そのような空気の排出管における滞留室内への配置部分には、その管壁を貫通する穴部が設けられている。かくして、かかる希釈装置にあっては、導入口を通じて滞留室内に導入されて、滞留せしめられた、アノード電極側からの排出水素ガスが、滞留室内に配置された空気の排出管内に、穴部を通じて吸い込まれ、そして、そこで、内部を流通せしめられる空気と混合され、十分に希釈されて、空気と共に大気中に排出されるようになっているのである。

ところが、このような従来の排出ガス希釈装置においては、間欠的なパージ操作により、排出水素ガスが滞留室内に導入される際に、かかるパージ操作で生ずるパージ音が滞留室を取り囲む壁部を透過して、外部に漏れ、それが騒音となるといった問題が内在していた。そのため、かかる従来装置では、例えば、滞留室を取り囲む壁部の外側に制振材を貼り付けたり、或いはその内側に吸音材を貼り付けたりする等の騒音対策が講じられているのであるが、そうした場合、排出ガス希釈装置本来の水素ガス希釈機能を得る上では全く不必要な制振材や吸音材等の使用によって、余分なコストが掛かかり、その分だけコスト高となってしまうことが避けられなかったのである。

特開２００４−１２７６６６号公報

ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、パージ音の外部への漏れの対策が、可及的に低いコストで実現され得て、かかるパージ音による騒音の発生が、経済的に有利に解消乃至は抑制され得るように改良された燃料電池の希釈装置の構造を提供することにある。

そして、かかる課題の解決のために、本発明の要旨とするところは、燃料電池のアノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス希釈装置であって、（ａ）前記空気が導入される導入口と、該導入された空気を大気中に排出するための排出口とを有し、該導入口から導入された空気が該排出口に向かって内部を流通せしめられる装置本体と、（ｂ）該装置本体の内部に、該装置本体の内面に対して非接触とされて、該内面との間に前記空気が流通せしめられる空気流通路が形成されるように配置された壁部にて囲まれて形成された、前記水素ガスが滞留可能な滞留室と、（ｃ）前記装置本体の内面上に突設されて、前記滞留室を囲む前記壁部を支持する支持部材と、（ｄ）前記水素ガスが内部に流通せしめられる管体からなり、先端部において、前記装置本体内に突入し、且つ前記滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた接続口に接続されて、該接続口を通じて該水素ガスを該滞留室内に供給する水素ガス供給管体と、（ｅ）前記滞留室内に滞留せしめられた前記水素ガスを前記空気流通路に徐々に流出せしめ得るように、該滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた透孔とを有し、該透孔を通じて、前記滞留室内から前記装置本体の空気流通路に徐々に流出せしめられた前記水素ガスが、該空気流通路を流通する前記空気と混合せしめられることにより希釈されて、該空気と共に、前記排出口から大気中に排出されるように構成したことを特徴とする燃料電池の排出ガス希釈装置にある。

すなわち、本発明に従う燃料電池の希釈装置にあっては、滞留室内に供給されて、一時的に滞留せしめられた水素ガスが、装置本体内の空気流通路を常時流通せしめられる空気の流れによって、かかる空気流通路内に、滞留室を取り囲む壁部に設けられた透孔を通じて徐々に吸い込まれ、そこで、空気と混合され、十分に希釈されて、空気と共に、排出口を通じて大気中に排出されるようになっている。これにより、従来の希釈装置と同様な水素ガスの希釈性能が有利に発揮され得る。

そして、本発明装置においては、特に、導入口と排出口を通じてのみ外部と連通せしめられた装置本体の内部に、滞留室が壁部にて囲まれて形成されているところから、水素ガスを滞留室内に供給するためのパージ操作で生ずるパージ音に対して、滞留室を取り囲む壁部による遮音効果と装置本体を形成する壁部による遮音効果とが相乗的に発揮され得る。しかも、そのような滞留室を取り囲む壁部と装置本体の壁部とが互いに非接触とされて、それら両壁部間に設けられた空気流通路に空気が流通せしめられているため、滞留室と装置本体の両壁部間に空気層が形成されることとなり、それによって、パージ音に対する遮音効果が更に一段と高められ得るようになる。

それ故、本発明に係る燃料電池の排出ガス希釈装置においては、滞留室の外側や内側に制振材や吸音材等が貼り付けられてなる従来装置とは異なって、水素ガスの希釈に不必要な部材の使用による余分なコスト負担を何等掛けることなく、単に、装置本体の内部に、それとは非接触状態で配置された壁部にて囲まれた滞留室を設けることにより、装置全体を二重構造としただけの安価な構造で、パージ音の外部への漏れが、効果的に防止乃至は抑制され得る。

従って、かくの如き本発明に従う燃料電池の排出ガス希釈装置にあっては、水素ガスの希釈性能を十分に維持しつつ、パージ音による騒音の発生の防止乃至は抑制が、極めて経済的に有利に実現され得ることとなったのである。

また、本発明に係る燃料電池の排出ガス希釈装置においては、上述の如く、パージ音による騒音の発生が効果的に防止乃至は抑制され得るところから、強度が十分に確保され得るならば、装置の一部乃至は全体の樹脂化が十分に期待され得るのであり、そうすることによって、軽量化と製作性の向上とが、効果的に図られ得ることとなるのである。

発明の態様

ところで、本発明は、少なくとも、以下に列挙する如き各種の態様において、好適に実施され得るものである。

＜１＞燃料電池のアノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス希釈装置であって、（ａ）前記空気が導入される導入口と、該導入された空気を大気中に排出するための排出口とを有し、該導入口から導入された空気が該排出口に向かって内部を流通せしめられる装置本体と、（ｂ）該装置本体の内部に、該装置本体の内面に対して非接触とされて、該内面との間に前記空気が流通せしめられる空気流通路が形成されるように配置された壁部にて囲まれて形成された、前記水素ガスが滞留可能な滞留室と、（ｃ）前記装置本体の内面上に突設されて、前記滞留室を囲む前記壁部を支持する支持部材と、（ｄ）前記水素ガスが内部に流通せしめられる管体からなり、先端部において、前記装置本体内に突入し、且つ前記滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた接続口に接続されて、該接続口を通じて該水素ガスを該滞留室内に供給する水素ガス供給管体と、（ｅ）前記滞留室内に滞留せしめられた前記水素ガスを前記空気流通路に徐々に流出せしめ得るように、該滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた透孔とを有し、該透孔を通じて、前記滞留室内から前記装置本体の空気流通路に徐々に流出せしめられた前記水素ガスが、該空気流通路を流通する前記空気と混合せしめられることにより希釈されて、該空気と共に、前記排出口から大気中に排出されるように構成したことを特徴とする燃料電池の排出ガス希釈装置。

＜２＞上記の態様＜１＞において、前記支持部材が、制振材料又は吸音材料を用いて形成されていること。この本態様によれば、滞留室を透過したパージ音が、支持部材を介して装置本体の壁部に伝達されて、装置本体の壁部を通じて外部に漏れ出すようなことが有利に防止乃至は抑制され、以て、パージ音による騒音の発生が、更に効果的に防止乃至は抑制され得ることとなる。

＜３＞上記の態様＜１＞又は態様＜２＞において、前記透孔が、前記滞留室を囲む前記壁部における前記接続口から遠位の部位に設けられていること。このような本態様においては、例えば、透孔が、滞留室を取り囲む壁部における接続口に近位の部位に設けられる場合に比して、滞留室内に供給された水素ガスが接続口から透孔に到達するまでの時間が、有利に長くされて、その分だけ、水素ガスが、滞留室内で、より十分に拡散せしめられ得る。そして、それによって、透孔を通じての滞留室内の水素ガスの空気流通路への流出流量が、接続口の近位部位に透孔が設けられる場合よりも有利に小さくされ得、以て、空気による水素ガスの希釈が、より十分に且つ確実に行われ得ることとなる。

＜４＞上記の態様＜１＞乃至態様＜３＞のうちの何れか一つにおいて、前記滞留室が、前記装置本体における前記空気流通路内での前記空気の流通方向に延びる筒壁部と、該装置本体における前記導入口と前記排出口とにそれぞれ対向位置する二つの底壁部とからなる内側筒部材の内部空間にて形成されると共に、該内側筒部材における該導入口側の底壁部が、該導入口に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、前記空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成される一方、該内側筒部材における該排出口側の底壁部が、該排出口に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、前記空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成されていること。

このような本態様によれば、導入口を通じて装置本体内に導入された空気が、内部に滞留室を有する内側筒部材の導入口側の底壁部への衝突により、大きな圧力損失を生ぜしめることなく、かかる導入口側の底壁部の外面に沿って、内側筒部材の筒壁部と装置本体との間に形成される空気流通路部分に向かってスムーズに流動せしめられるようになる。また、そのような空気流路部分を流動せしめられた空気は、内側筒部材における排出口側の底壁部に沿って、排出口に向かってスムーズに流動せしめられる。つまり、内側筒部材における導入口側と排出口側のそれぞれの底壁部の外面が、装置本体内に導入された空気の流れを、空気流通路に沿って、導入口から排出口に向かうスムーズな流れと為す整流面として、機能せしめられ得る。そして、それによって、かかる内側筒部材の内部に設けられた滞留室内の水素ガスが、透孔を通じて、空気流通路内に、より確実に且つ一層スムーズに吸い込まれ得るようになり、以て、水素ガスの希釈が、更に十分に且つ安定的に行われ得ることとなるのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

先ず、図１及び図２には、本発明に従う構造を有する、燃料電池車に装着された燃料電池の排出ガス希釈装置の一実施形態が、その正面形態と縦断面形態とにおいて、それぞれ概略的に示されている。それらの図から明らかなように、本実施形態の排出ガス希釈装置は、装置本体としての外側筒部材１０と、その内部に配置された内側筒部材１１とを有して、構成されている。

より具体的には、外側筒部材１０は、全体として、両側有底の円筒形状を呈する大径の金属管体からなり、燃料電池車への装着状態下で、車両の前後方向（図１における紙面に垂直な方向で、図２における左右方向）に延びる円筒状の筒壁部１２と、かかる筒壁部１２の前方側開口部（図１における左側の開口部）と後方側開口部（図１における右側の開口部）とをそれぞれ閉塞する前側底壁部１４と後側底壁部１６とを一体的に有して、構成されている。なお、以下からは、本実施形態に係る排出ガス希釈装置の構造の理解を容易とするために、便宜上、前側底壁部１４の側を前方側と言い、後側底壁部１６の側を後方側と言うこととする。

また、このような外側筒部材１０においては、前側底壁部１４の略中央部に、それを貫通する導入口１８が、大径の円形状を有して設けられており、更に、その上部部位には、小径の円形状を有する挿通孔２０が、かかる上部部位を貫通して、形成されている。一方、後側底壁部１６の略中央部には、それを貫通する排出口２２が、前側底壁部１４の導入口１８と略同じ大きさの円形状をもって、設けられている。

そして、外側筒部材１０の前側底壁部１４に設けられた導入口１８には、図示しない燃料電池のカソード電極側から延出し、そこから排出される空気が流通せしめられるカソード側排気管２４が、接続されている。このカソード側排気管２４は、比較的に大きな内径を有し、内部に、燃料電池のカソード電極側から排出される空気が、十分な量において、常時、流通せしめられている。そして、かかるカソード側排気管２４の先端開口部が、外側筒部材１０内に向かって開口せしめられており、それによって、カソード側排気管２４内を流通せしめられる十分な量の空気が、導入口１８を通じて、外側筒部材１０内に、常時、導入せしめられるようになっている。なお、カソード側排気管２４は、導入口１８への接続状態下で、外側筒部材１０の前側底壁部１４に対して、例えば接着や溶接等により一体的に接合されており、それによって、それらカソード側排気管２４の外周面と導入口１８の内周面との間の気密性が確保されている。

また、外側筒部材１０の前側底壁部１４の上部部位に設けられた挿通孔２０には、図示しない燃料電池のアノード電極側から延出し、そこからパージ操作により排出される水素ガスが間欠的に流通せしめられるアノード側排気管２５が、その先端部において、挿通せしめられており、それによって、かかるアノード側排気管２５の先端部が、外側筒部材１０の内部に、後方に向かって所定距離だけ延びるように突入せしめられている。このアノード側排気管２５にあっても、挿通孔２０への挿通状態下で、外側筒部材１０の前側底壁部１４に対して、例えば接着や溶接等により一体的に接合されていることで、それらアノード側排気管２５の外周面と挿通孔２０の内周面との間の気密性が確保されている。

さらに、外側筒部材１０の後側底壁部１６に設けられた排出口２２には、ガス排出管２６が、接続されている。このガス排出管２６は、その内径が、導入口１８に接続されるカソード側排気管２４の内径と略同一の大きさとされている。そして、排出口２２への接続側の開口部が、外側筒部材１０内に向かって開口せしめられている一方、それとは反対側の開口部が、大気中に開口せしめられている（図示せず）。これによって、外側筒部材１０の内部に導入された空気が、排出口２２を通じてガス排出管２６内に流入せしめられ、また、ガス排出管２６の大気側への開口部から、大気中に排出されるようになっている。なお、ガス排出管２６も、カソード側排気管２４と同様に、排出口２２への接続状態下で、外側筒部材１０の後側底壁部１６に対して、例えば接着や溶接等により一体的に接合されており、以て、ガス排出管２６の外周面と排出口２２の内周面との間の気密性が確保されている。

一方、そのような外側筒部材１０の内部に配置された内側筒部材１１は、外側筒部材１０よりも一周り小さな両側有底の円筒形状を有する小径の金属管体からなり、外側筒部材１０内の中央部に位置せしめられている。

すなわち、内側筒部材１１は、外側筒部材１０の筒壁部１２の内径よりも所定寸法小さな外径を有して、前後方向に延びる円筒状の筒壁部２８と、外側筒部材１０の前側底壁部１４よりも小径の円板形状を有して、筒壁部２８の前方側開口部を閉塞する前側底壁部３０と、外側筒部材１０の後側底壁部１６よりも小径の円板形状を有して、筒壁部２８の後方側開口部を閉塞する後側底壁部３２とを、一体的に有している。そして、この内側筒部材１１の筒壁部１２が、外側筒部材１０の筒壁部１２の内周面に対して、径方向に所定距離隔てて対向位置せしめられており、また、前側底壁部３０と後側底壁部３２とが、外側筒部材１０の前側底壁部１４と後側底壁部１６の内面に対して、それらの厚さ方向に所定距離隔てて対向位置せしめられている。これによって、内側筒部材１１が、その外面の全面に亘って、外側筒部材１０の内面に対して非接触とされた状態で、外側筒部材１０の内部に、同軸的に配置されているのである。

また、そのような配置状態とされた外側筒部材１０の筒壁部１２の下部内周面と内側筒部材１１の筒壁部２８の下部外周面との間には、２個の支持部材３４が、互いに軸方向に所定距離を隔てて、配置されている。この支持突起３４は、高さの低い略円柱形状を呈しており、上下の両端面において、内側筒部材１１の筒壁部２８の下部外周面と外側筒部材１０の筒壁部１２の下部内周面とに対して、それぞれ固着されている。なお、ここでは、かかる支持突起３４が、例えば、弾性を有する高分子材料（ゴム材料や樹脂材料等）等の制振材料や、グラスウールやステンレス鋼繊維、或いは内部に連通気孔を有する各種の発泡材料等の吸音材料等を用いて、形成されている。

かくして、本実施形態の希釈装置にあっては、外側筒部材１０における前側底壁部１４の内面と内側筒部材１１における前側底壁部３０の外面との間と、外側筒部材１０における筒壁部１２の内周面と内側筒部材１１における筒壁部２８の外周面との間と、外側筒部材１０における後側底壁部１６の内面と内側筒部材１１における後側底壁部３２の外面との間に、相互に連通した間隙が、内側筒部材１１の全周を取り囲むように形成された状態で、内側筒部材１１が、外側筒部材１０の内部に、位置固定に設置されている。そして、そのような外側筒部材１０と内側筒部材１１との間に形成される連通間隙によって空気流通路３６が形成されており、以て、導入口１８を通じて外側筒部材１０の内部に導入された空気が、図２に矢印で示されるように、かかる空気流通路３６内を、導入口１８側から排出口２２側に向かって流通せしめられ、更に、排出口２２とガス排出管２６とを通じて、大気中に排出されるようになっているのである。

ところで、外側筒部材１０の内部に設置された内側筒部材１１における前側底壁部３０の上部部位には、外側筒部材１０の前側底壁部１４の上部部位における挿通孔２０の形成部位と対応する位置に、かかる挿通孔２０と同一の径を有する円形の接続口３８が、前側底壁部３０を貫通して、設けられている。そして、外側筒部材１０の前側底壁部１４の挿通孔２０を挿通して、外側筒部材１０の内部に突入せしめられた前記アノード側排気管２５の先端部が、かかる接続口３８に接続されて、内側筒部材１１内に開口せしめられている。

かくして、ここでは、燃料電池のアノード電極側からパージ操作にて間欠的に排出される水素ガスの全量が、アノード側排気管２５から接続口３８を通じて、内側筒部材１１の内部に導かれるようになっている。また、そのような内側筒部材１１の内部空間が、１回のパージ操作にてアノード電極側から排出される水素ガスの体積よりも十分に大きな容積を有する滞留室４０とされている。そして、それによって、かかる内側筒部材１１の滞留室４０に導かれた水素ガスが、図２に矢印で示されるように、パージ圧により内側筒部材１１の後部側に流動せしめられつつ、滞留室４２内において拡散し、アノード側排気管２４内の流通時よりも流速や圧力が低下せしめられて、滞留せしめられるようになっているのである。このことから明らかなように、本実施形態においては、アノード側排気管２５にて、水素ガス供給管体が構成されている。

また、そのような内側筒部材１１の筒壁部２８における後側底壁部３２側の端部、換言すれば、前側底壁部３０に設けられた接続口３８よりも遠位の位置で、且つ外側筒部材１０の後側底壁部１６に設けられた排出口２２に近位の位置に位置する筒壁部２８の後側端部には、かかる部位を貫通する透孔４２が、複数設けられている。更に、それら複数の透孔４２は、何れも、比較的に小さな同一の径を有する円形形状を呈しており、筒壁部２８の後側端部に対して、軸方向に複数（ここでは２列）の配列形態で、互いに周方向に等間隔を隔てつつ、全周に点在するように位置せしめられている。

これにより、本実施形態では、パージ操作にてアノード電極側から排出され、内側筒部材１１の滞留室４０に導かれて、そこで滞留せしめられた水素ガスが、空気が常時流動せしめられていることにより滞留室４０内よりも低圧とされた空気流通路３６内に、複数の透孔４２を通じて少しずつ吸い込まれて、徐々に流出せしめられるようになっている。また、そのような空気流通路３６内に流出せしめられた水素ガスが、空気流通路３６内を流通する空気と混合せしめられることにより希釈され、かかる空気と共に、排出口２２とガス排出管２６とを通じて、大気中に排出され得るようになっているのである。

そして、本実施形態の排出ガス希釈装置においては、特に、外側筒部材１０と内側筒部材１１とを有する二重筒構造とされているため、パージ操作時に不可避的に生ずるパージ音が装置の外部に伝わるには、先ず、内側筒部材１１の筒壁部２８や前側及び後側底壁部３０，３２を透過し、更に、外側筒部材１０の筒壁部１２や前側及び後側底壁部１４，１６を透過しなければならないようになっている。しかも、それら外側筒部材１０の各壁部１２，１４，１６と内側筒部材１１の各壁部２８，３０，３２との間に、空気が常時流通せしめられる空気流通路３６が設けられているところから、かかる空気流通路３６内の空気層をも透過する必要があるように構成されている。

かくして、かかる排出ガス希釈装置では、パージ音に対して、内側筒部材１１の各壁部２８，３０，３２による遮音効果と外側筒部材１０の各壁部１２，１４，１６による遮音効果とが相乗的に発揮され得るのであり、その上、それら両筒部材１１，１０の各壁部２８〜３２，１２〜１４間に形成される空気流通路３６内の空気層によって、パージ音に対する遮音効果が更に一段と高められ得る。

そして、この本実施形態装置においては、例えば、外部へのパージ音の漏れ防止のために、制振材や吸音材等を使用した従来装置とは異なって、水素ガスの希釈に不必要な部材が殆ど使用されておらず、それによって、防音対策のためのコスト負担が、著しく削減され得ている。

従って、かくの如き本実施形態に係る排出ガス希釈装置にあっては、水素ガスの希釈性能が十分に発揮され得ると共に、安価な構造によって、パージ音による騒音の発生が、極めて効果的に防止乃至は抑制され得るのである。また、そのように、パージ音による騒音の発生の防止が有利に図られ得るところから、強度が十分に確保され得るならば、例えば、外側筒部材１０と内側筒部材１１の一部乃至は全部を樹脂材料にて形成可能となることが十分に期待され得るのであり、そして、そうすることによって、軽量化と製作性の向上とが、効果的に図られ得ることとなるのである。

さらに、本実施形態においては、内側筒部材１１が、筒壁部２８において、外側筒部材１０の筒壁部１２の内面上に固着された制振材料や吸音材料からなる支持突起３４，３４にて支持された状態で、外側筒部材１０の内部に設置されているところから、内側筒部材１１の筒壁部２８を透過したパージ音が、支持突起３４，３４を介して外側筒部材１０の筒壁部１２に伝達されて、この外側筒部材１０の筒壁部１２を通じて外部に漏れ出すようなことが有利に防止乃至は抑制され、以て、パージ音による騒音の発生が、更に効果的に防止乃至は抑制され得ることとなる。

また、本実施形態の排出ガス希釈装置では、滞留室４０内の水素ガスを空気流通路３６に流出せしめる複数の透孔４２が、前側底壁部３０に設けられた接続口３８よりも遠位の位置に位置せしめられた、内側筒部材１１の筒壁部２８の後側端部に設けられているため、接続口３８を通じて滞留室４０内に供給された水素ガスが、滞留室４０内を流動して、各透孔４２の形成部位にまで到達するまでに、滞留室４０内で、より十分に拡散せしめられる。それによって、各透孔４２を通じて空気流通路３６に流出せしめられる水素ガスの流量が有利に小さくされて、滞留室４０内の水素ガスが、空気流通路３６内に、より少しずつ、徐々に流出せしめられ得、以て、空気流通路３６内での空気による水素ガスの希釈が、より十分に且つ確実に行われ得ることとなる。

以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないのであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約を受けるものではない。

例えば、前記実施形態では、装置本体が、両側有底の円筒形状を呈する外側筒部材１０にて構成されていたが、この装置本体は、内部に、空気流通路３６と滞留室４０とが形成可能な中空部材であれば、円筒形状以外の筒形状や筐体形状、或いはそれ以外の形状とされていても、何等差し支えないのである。

また、かかる外側筒部材１０内への滞留室４０の形成構造も、外側筒部材１０内に内側筒部材１１を設けて、この内側筒部材１１の内部空間により滞留室４０を形成するようにした例示の構造に、特に限定されるものではない。即ち、外側筒部材１０からなる装置本体、或いは筒形状以外の形状を呈する装置本体の内部に、円筒形状以外の筒形状や筐体形状、或いはそれ以外の形状を呈する中空部材を設置し、この中空部材の内部空間にて、滞留室を形成することも可能である。

そして、外側筒部材１０内に設けた内側筒部材１１の内部空間にて滞留室４０を形成する場合には、好ましくは、内側筒部材１１の前側底壁部３０が、外側筒部材１０の導入口１８に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、外側筒部材１０（空気流通路３６）内を流通せしめられる空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成される一方、内側筒部材１１の後側底壁部３２が、外側筒部材１０の排出口２２に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、記空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成されることとなる。

すなわち、例えば、図３に示されるように、内側筒部材１１の前側底壁部３０を、前方に向かうに従って次第に小径となるテーパ筒形状を呈するように構成する一方、後側底壁部３２を、後方に向かうに従って次第に小径となるテーパ筒形状を呈するように構成しても良い。このような構成を採用すれば、内側筒部材１１の前側及び後側底壁部３０，３２のそれぞれのテーパ筒状の外面が、導入口１８を通じて、外側筒部材１０内に導入された空気の流れを、空気流通路３６に沿って、導入口１８から排出口２２に向かうスムーズな流れと為す整流面４４として、構成されることとなる。

それによって、本実施形態装置では、導入口１８を通じて外側筒部材１０内に導入された空気が、内側筒部材１１の前側底壁部への衝突により、大きな圧力損失を生ぜしめることなく、図３に矢印で示されるように、前側底壁部３０のテーパ筒状の外面に沿って、内側筒部材１０の筒壁部２８と外側筒部材１０の筒壁部１２との間に形成される空気流通路３６部分に向かってスムーズに流動せしめられる。また、そのような空気流路３６部分を流動せしめられた空気は、内側筒部材１１の後側底壁部３２のテーパ筒状の外面に沿って、排出口２２に向かってスムーズに流動せしめられるようになる。そして、その結果として、内側筒部材１１の内部に設けられた滞留室４０内の水素ガスが、透孔４２を通じて、空気流通路３６内に、より確実に且つ一層スムーズに吸い込まれ得るようになり、以て、水素ガスの希釈が、更に十分に且つ安定的に行われ得ることとなるのである。

また、例えば、かかる内側筒部材１１の前側底壁部３０を前方側に向かって凸となる角錐形状や凸状湾曲形状、或いは半球形状とする一方、後側底壁部３２を後方側に向かって凸となる角錐形状や凸状湾曲形状、或いは半球形状としても良い。そうすることによって、それら前側及び後側底壁部３０，３２を上記の如きテーパ筒形状とした場合と同様な効果が得られることとなる。

さらに、前記実施形態では、導入口１８と挿通孔２０とに、カソード電極側から延出せしめられたカソード側排気管２４と、アノード電極側から延出せしめられたアノード側排気管２５と、が、それぞれ接続乃至は挿通せしめられていたが、それら導入口１８や挿通孔２０に、カソード側排気管２４やアノード側排気管２５とは別個の部材からなる空気流通管体や水素ガス供給管体等を取り付けて、それらの管体に対して、カソード側排気管２４やアノード側排気管２５と接続するようにしても良い。

更にまた、カソード側排気管２４やアノード側排気管２５が接続乃至は挿通せしめられる導入口１８や挿通孔２０、更にはガス排出管２６が接続される排出口２２の外側筒部材１０に対する形成位置や形成個数も、前記実施形態に示されるものに、何等限定されるものではない。

また、内側筒部材１１に設けられる複数の透孔４２のそれぞれの大きさや個数、或いは形状等も、前記実施形態に示されるものに、決して限定されるものではない。

なお、ガス排出管２８から排出される水素ガスと空気の混合ガスを含む排出ガス中の水素ガスの濃度の経時変化は、各透孔４２の開口面積を合計した大きさに左右される。即ち、複数の透孔４２の開口面積の合計値が小さいと、パージ圧がピークとなったときの排出ガス中の水素ガス濃度低い値となる。これは、水素ガスを安全に排出する上では好ましいものの、パージ圧がピークを越えた後の排出ガス中の水素ガス濃度の落込みが著しくなって、水素ガスの希釈効率が低下するといった懸念がある。一方、複数の透孔４２の開口面積の合計値が大きい場合には、空気流通路３６内への水素ガスの流入量が大きくなって、排出ガス中の水素ガスのピーク濃度が高くなり、場合によっては、安全基準を超えた値となる恐れがある。

それ故、複数の透孔４２の開口面積の合計値は、排出ガス中の水素ガスのピーク濃度が、安全上問題のない程度に低くされると共に、かかるピーク濃度を超えた時点から、滞留室４０内に残存する水素ガスの空気流通路３６内への流入量、ひいては単位時間当たりの水素ガスの排出量が十分な量において安定的に確保され得るような最適な範囲内の値とされていることが、望ましいのである。なお、そのような透孔４２の開口面積の合計値の最適な範囲は、具体的には、例えば、パージ圧の大きさや滞留室４０の容積等に応じて、適宜に決定されることとなる。

また、透孔４２は、大なる開口面積を有する１個乃至は少数を、内側筒部材１１の筒壁部２８に設けるよりも、開口面積の小さなものを、内側筒部材１１の筒壁部２８に、点在するように多数設けることが望ましい。そうすることによって、滞留室４０内の水素ガスが、各透孔４２を通じて空気流通路３６内の各所に徐々に流出せしめられて、空気流通路３６内で、より均一に混合せしめられるようになり、以て、排出口２２から排出される排出ガス中の水素ガス濃度のバラツキが有利に抑えられるようになる。

従って、内側筒部材１１に設けられる複数の透孔４２のそれぞれの大きさや個数、或いは形状等は、上述せる如き事情を踏まえた上で、適宜に決定されることとなるのである。

さらに、前記実施形態では、内側筒部材１１を外側筒部材１０の内部において支持する２個の支持突起３４，３４が、制振材料や吸音材料を用いて形成されて、外側筒部材１０の筒壁部１０の下部内周面に固着されていたが、かかる支持突起は、装置本体の内面上に突設されて、滞留室を囲む各壁部を支持するものであれば、その個数や装置本体に対する設置部位が、特に限定されるものではない。従って、例えば、強度が確保され得るのであれば、滞留室４０の接続口３８に接続されて、滞留室４０内に水素ガスを供給する水素ガス供給管体たるアノード側排気管２５に対して、支持突起３４の機能を兼備させるように為すことも出来る。これによって、パージ音の外部への漏れが、より効果的に防止され得ることとなる。

加えて、本発明は、燃料電池車に装着された燃料電池の排出ガス希釈装置の他、各種の用途に使用される燃料電池の排出ガス希釈装置の何れに対しても、同様に適用可能であることは、勿論である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。

本発明に従う燃料電池の排出ガス希釈装置の一実施形態を示す正面説明図であって、図２のＡ矢視に相当する図である。図１におけるＢ−Ｂ断面説明図である。本発明に従う燃料電池の排出ガス希釈装置の別の実施形態を示す図２に対応する図である。

符号の説明

１０外側筒部材１１内側筒部材
１２，２８筒壁部１４，３０前側底壁部
１６，３２後側底壁部１８導入口
２０挿通孔２２排出口
２４カソード側排気管２５アノード側排気管
３４支持突起３６空気流通路
３８接続口４０滞留室
４２透孔

Claims

燃料電池のアノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス希釈装置であって、
前記空気が導入される導入口と、該導入された空気を大気中に排出するための排出口とを有し、該導入口から導入された空気が該排出口に向かって内部を流通せしめられる装置本体と、
該装置本体の内部に、該装置本体の内面に対して非接触とされて、該内面との間に前記空気が流通せしめられる空気流通路が形成されるように配置された壁部にて囲まれて形成された、前記水素ガスが滞留可能な滞留室と、
前記装置本体の内面上に突設されて、前記滞留室を囲む前記壁部を支持する支持部材と、
前記水素ガスが内部に流通せしめられる管体からなり、先端部において、前記装置本体内に突入し、且つ前記滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた接続口に接続されて、該接続口を通じて該水素ガスを該滞留室内に供給する水素ガス供給管体と、
前記滞留室内に滞留せしめられた前記水素ガスを前記空気流通路に徐々に流出せしめ得るように、該滞留室を囲む前記壁部を貫通して設けられた透孔と、
を有し、該透孔を通じて、前記滞留室内から前記装置本体の空気流通路に徐々に流出せしめられた前記水素ガスが、該空気流通路を流通する前記空気と混合せしめられることにより希釈されて、該空気と共に、前記排出口から大気中に排出されるように構成したことを特徴とする燃料電池の排出ガス希釈装置。
前記支持部材が、制振材料又は吸音材料を用いて形成されている請求項１に記載の燃料電池の排出ガス希釈装置。
前記透孔が、前記滞留室を囲む前記壁部における前記接続口から遠位の部位に設けられている請求項１又は請求項２に記載の燃料電池の排出ガス希釈装置。
前記滞留室が、前記装置本体における前記空気流通路内での前記空気の流通方向に延びる筒壁部と、該装置本体における前記導入口と前記排出口とにそれぞれ対向位置する二つの底壁部とからなる内側筒部材の内部空間にて形成されると共に、該導入口側の底壁部が、該導入口に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、前記空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成される一方、該排出口側の底壁部が、該排出口に向かって凸となり、且つ先端に向うに従って、前記空気の流通方向に対して直角な断面積が徐々に小さくなる山形乃至は先細り形状を呈するように構成されている請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載の燃料電池の排出ガス希釈装置。