JP2007280613A - Exhaust system for fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池車に設けられる排気装置に関し、特に、排気中に含まれる水分の凝結水を、排気装置外に排出するための構造に関する。 The present invention relates to an exhaust device provided in a fuel cell vehicle, and more particularly to a structure for discharging condensed water of moisture contained in exhaust gas to the outside of the exhaust device.
燃料電池においては、アノード極に供給される燃料ガスと、カソード極に供給する酸化ガスが電解質膜で反応し、これと同時に水分が生成される。生成された水分は、反応に用いられなかった燃料ガスや酸化ガスと共に、燃料電池に結合されている排気装置から排出される。 In the fuel cell, the fuel gas supplied to the anode electrode and the oxidizing gas supplied to the cathode electrode react at the electrolyte membrane, and at the same time, moisture is generated. The generated water is discharged from an exhaust device coupled to the fuel cell together with the fuel gas and the oxidizing gas that have not been used for the reaction.
車両に搭載された燃料電池の排気装置は、排気音を吸収するための消音器や、消音器と燃料電池ユニットを接続する排気管(フロントパイプ)、消音器で吸音された排気を外気に排出する排気管(テールパイプ)等から構成されている。この排気管は、通常、車両のアンダーボデーの下面に沿って、車両の前後方向に延設されている。排気管は、後輪のサスペンションアーム、燃料タンクあるいは補助タイヤなどの車両構成部品を避けるため、あるいは、デパーチャアングル等から求められるレイアウト要件を満足するために、鉛直方向に曲がった部分を有している。 A fuel cell exhaust system mounted on a vehicle exhausts the sound absorbed by the silencer, the exhaust pipe (front pipe) connecting the silencer and the fuel cell unit, and the sound absorbed by the silencer to the outside air. It consists of an exhaust pipe (tail pipe) and the like. The exhaust pipe normally extends in the front-rear direction of the vehicle along the lower surface of the underbody of the vehicle. The exhaust pipe has a bent portion in the vertical direction in order to avoid vehicle components such as the rear wheel suspension arm, fuel tank or auxiliary tire, or to satisfy the layout requirements required from the departure angle, etc. ing.
このような排気装置内で排気中に含まれる水分が凝結すると、排気管のうち鉛直方向に低い部位に水が溜まることがある。排気装置内に溜まった水は、消音器の吸音材に吸着されて消音性能を低下させることや、排気装置内を流れる時に波を打って異音を発する等、様々な問題を生じさせる。 When moisture contained in the exhaust gas condenses in such an exhaust device, water may accumulate in a portion of the exhaust pipe that is low in the vertical direction. The water accumulated in the exhaust device is adsorbed by the sound absorbing material of the silencer and deteriorates the noise reduction performance, and causes various problems such as generating an abnormal sound by hitting a wave when flowing in the exhaust device.
これを対策するため、下記の特許文献1に記載の排気装置では、これを構成する排気管の途中に、管外と連通する孔を設け、ここから水を排気装置外に排出している。このような水を排出するための孔を、消音器(マフラー)より上流側(燃料電池側)に設定することで、消音器の吸音材が含水してしまうことを防止している。 In order to prevent this, in the exhaust device described in Patent Document 1 below, a hole communicating with the outside of the exhaust pipe is provided in the middle of the exhaust pipe constituting the exhaust device, and water is discharged from the exhaust device to the outside. By setting such a hole for discharging water on the upstream side (fuel cell side) from the silencer (muffler), the sound absorbing material of the silencer is prevented from containing water.
しかし、特許文献1に記載の排気装置では、水を排出する孔から、排気音が漏れてしまい、排気騒音が大きくなるという問題が生じる。このため、排気装置には、水を排出するための孔を設けることなく、排気装置内の水を、排気装置の後端から良好に排出する技術が要望されている。 However, the exhaust device described in Patent Document 1 has a problem in that exhaust noise leaks from a hole for discharging water, and exhaust noise increases. For this reason, the exhaust device is required to have a technique for satisfactorily discharging the water in the exhaust device from the rear end of the exhaust device without providing a hole for discharging water.
ところで、上述のように、排気装置の排気管は、一般的に鉛直方向に曲がった部分を有するものであるため、下流に向けて鉛直方向上方に傾斜している部分(以下、傾斜部と記す)があると、その上流側に水が溜まることが多い。特に、テールパイプは、その後端を、車両後部のレイアウト要件により、消音器に比べて鉛直上方に設定されているため、テールパイプ後端より上流側には、急峻な傾斜部が形成されることが多く、この傾斜部より上流側に、水が溜まることが多々ある。 By the way, as described above, the exhaust pipe of the exhaust device generally has a portion bent in the vertical direction, and therefore a portion inclined downward in the vertical direction toward the downstream (hereinafter referred to as an inclined portion). ) Often collects water upstream. In particular, the tail pipe has its rear end set vertically above the silencer due to the layout requirements of the rear part of the vehicle, so that a steep inclined part is formed upstream from the rear end of the tail pipe. In many cases, water accumulates on the upstream side of the inclined portion.
傾斜部より上流側に水が溜まっている状態で、排気流量が急に大きくなると、排気流の圧力により、水が傾斜部をかけ上り、傾斜部の頂上を越えて、より下流側に排出される。しかし、水が溜まっている状態で、排気流量が中程度の場合には、水は傾斜部を途中まで上がっていくものの、傾斜部の頂上を越えることができず、傾斜部にある水は、排気流の圧力により波を打って、異音を生じさせるという問題があった。 If the exhaust flow rate suddenly increases in the state where water is accumulated upstream from the inclined part, the water flows up the inclined part due to the pressure of the exhaust flow, and is discharged further downstream beyond the top of the inclined part. The However, when water is accumulated and the exhaust flow rate is medium, the water goes up the slope partway, but cannot reach the top of the slope part. There was a problem that an abnormal noise was generated by hitting a wave by the pressure of the exhaust flow.
そこで本発明は、排気装置内に溜まっている水が波を打つことで生じる異音を、抑制することができる排気装置を提供する。 Therefore, the present invention provides an exhaust device that can suppress abnormal noise generated when water accumulated in the exhaust device hits a wave.
本発明の燃料電池車用排気装置において、燃料電池からの排気が貫流する排気通路は、下流に向けて鉛直上方に傾斜している傾斜部を含むメイン通路と、メイン通路より鉛直下方に設けられ、メイン通路からの水を貯留可能であり、且つ、メイン通路を流れる排気流を傾斜部より上流側から分流させ、鉛直方向に対して斜め上方に伸びる傾斜部の鉛直方向最高位置より上流側で合流させるバイパス通路とを有しており、排気流量が大きい時に、バイパス通路を流れる排気流であるバイパス流を増大させるバイパス流増大手段を備えている。バイパス流増大手段がパイパス流を増大させると、バイパス通路に貯留されている水が、当該バイパス流により傾斜部側に押し出されて、傾斜部の頂上より下流側に排出される。これにより、排気流量が中程度の時には、バイパス通路に水を保持することで、傾斜部で水が波を打って異音を発することを防止することができ、バイパス通路に貯留された水は、排気流量が大きい時に、一度に、傾斜部より下流側に排出することができる。 In the exhaust device for a fuel cell vehicle according to the present invention, the exhaust passage through which the exhaust from the fuel cell flows is provided in a vertically downward direction from the main passage, including a main passage including an inclined portion inclined vertically upward toward the downstream. The water from the main passage can be stored, and the exhaust flow flowing through the main passage is branched from the upstream side of the inclined portion, and upstream of the highest vertical position of the inclined portion extending obliquely upward with respect to the vertical direction. And a bypass flow increasing means for increasing a bypass flow that is an exhaust flow flowing through the bypass passage when the exhaust gas flow rate is large. When the bypass flow increasing means increases the bypass flow, the water stored in the bypass passage is pushed out to the inclined portion side by the bypass flow and discharged downstream from the top of the inclined portion. As a result, when the exhaust flow rate is medium, by holding water in the bypass passage, it is possible to prevent the water from swelling in the inclined portion and generating abnormal noise, and the water stored in the bypass passage is When the exhaust flow rate is large, it can be discharged downstream from the inclined portion at a time.
好ましくは、バイパス流増大手段は、メイン通路の、バイパス通路に並行する部分に設けられ、排気流量が所定の閾値に達した時に、メイン通路を流れる排気流を絞るよう制御されるバルブを備える。バルブがメイン通路を流れる排気流を絞ることで、バイパス流を急激に増大させることができ、バイパス通路に貯留されている水を、瞬時に排出することができる。 Preferably, the bypass flow increasing means includes a valve that is provided in a portion of the main passage that is parallel to the bypass passage and that is controlled so as to restrict the exhaust flow flowing through the main passage when the exhaust flow rate reaches a predetermined threshold value. By restricting the exhaust flow flowing through the main passage by the valve, the bypass flow can be rapidly increased, and the water stored in the bypass passage can be discharged instantaneously.
また好ましくは、前記バルブは、燃料電池に酸化ガスを供給するブロワからのガス吐出量に関するパラメータに基づき、排気流量が所定の閾値に達したか否かが判定されて制御される。このパラメータとしては、例えば、ガス流量センサの流量値、ガス圧力センサの圧力値あるいはブロワの回転数等が好適である。 Preferably, the valve is controlled by determining whether or not the exhaust gas flow rate has reached a predetermined threshold based on a parameter relating to a gas discharge amount from a blower that supplies oxidizing gas to the fuel cell. As this parameter, for example, the flow value of the gas flow sensor, the pressure value of the gas pressure sensor, or the rotational speed of the blower is suitable.
また好ましくは、バイパス流増大手段は、バイパス通路の入口近傍に設けられ、メイン通路の排気流を、バイパス通路に導くガイド部材である。 Preferably, the bypass flow increasing means is a guide member that is provided in the vicinity of the inlet of the bypass passage and guides the exhaust flow of the main passage to the bypass passage.
また好ましくはバイパス通路がメイン通路に合流する部位は、傾斜部の途中に設定されている。 Preferably, the portion where the bypass passage merges with the main passage is set in the middle of the inclined portion.
本発明によれば、水分を傾斜部の頂上より下流側に排出するか、バイパス通路に溜めておくので、異音の発生を低減させることができる。 According to the present invention, since moisture is discharged downstream from the top of the inclined portion or is stored in the bypass passage, the generation of abnormal noise can be reduced.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔第1実施形態〕
まず、本実施形態の排気装置が適用される燃料電池システムについて、図1及び図2を用いて概略を説明する。図1には、燃料電池システムのシステム構成図を示し、図2には、排気装置の側面図を示す。なお、図中、燃料電池システムが搭載される燃料電池車の車両左方、車両後方、鉛直上方を、それぞれ矢印X,Y,Zで示し、排気が流れる方向、すなわち下流側を矢印Aで示している。
[First Embodiment]
First, an outline of a fuel cell system to which the exhaust device of the present embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a system configuration diagram of the fuel cell system, and FIG. 2 shows a side view of the exhaust device. In the figure, the left side of the fuel cell vehicle on which the fuel cell system is mounted, the rear of the vehicle, and the vertical upper side are indicated by arrows X, Y, and Z, respectively, and the direction in which exhaust flows, that is, the downstream side is indicated by arrow A. ing.
燃料電池システム80は、燃料電池82、燃料電池82に水素ガスを供給する水素タンク84、燃料電池82に酸化ガスを供給するブロワ86、燃料電池82からの排気を排出する排気系統88(図1に二点鎖線で示す)などを有している。
The
水素タンク84は、燃料ガス供給路85を介して燃料電池82に接続されており、水素タンク84に貯蔵された水素ガス(燃料ガス)が、レギュレータ90で流量を調整されて、制御弁92を経て燃料電池82に供給される。一方、ブロワ86は、酸化ガス供給路87を介して燃料電池82に接続されており、空気(酸化ガス)を、燃料電池82に供給する。燃料電池82において、供給された水素ガスと空気が反応すると、電気エネルギが発生すると同時に、水分が生成される。
The
反応に使用されなかった水素ガス(以下、アノード排ガスと記す)と、反応に使用されなかった空気(以下、カソード排ガスと記す)が、燃料電池82から排気系統88に排出される。アノード排ガス及びカソード排ガスは、反応により生成された水分を含んでいる。カソード排ガスは、カソード排ガス路93を通って希釈器94に流入し、一方、アノード排ガスは、アノード排ガス路95を通り、循環ポンプ96及びパージ弁98を経て希釈器94に流入する。アノード排ガスと、カソード排ガスは、希釈器94で合流して、水分を含んだ排気となって、排気装置10に流入する。
Hydrogen gas that has not been used for the reaction (hereinafter referred to as anode exhaust gas) and air that has not been used for the reaction (hereinafter referred to as cathode exhaust gas) are discharged from the
排気装置10は、図1に示すように、燃料電池システム80の排気系統88の一部を構成しており、燃料電池システム80の希釈器94から流入した排気を、吸音した後、車両後部から外気に排出する。排気装置10は、排気音を吸収するための消音器14、消音器14と希釈器94を接続するフロントパイプ12、及び消音器14で吸音された排気を外気に排出するテールパイプ16等から構成されている。希釈器94からフロントパイプ12を通って、消音器14に流入した排気は、ここで吸音される。消音器14を通過した排気は、テールパイプ16を通って、その後端16f(図2参照)から外気に排出される。
As shown in FIG. 1, the
排気装置10は、図2に示すように、燃料電池車のアンダーボデー下面100に沿って、およそ車両前後方向(車両後方を矢印Yで示す)に延設されており、アンダーボデー下面100にブラケット等により吊り下げられて設置される。排気装置10のフロントパイプ12やテールパイプ16といった排気管には、サスペンション、燃料タンクあるいは補助タイヤ等の車両構成部品を避けるため、あるいは、デパーチャアングル等から求められるレイアウト要件を満足するために、鉛直方向(鉛直上方を矢印Zで示す)に曲がった部分(以下、屈曲部と記す)を有している。
As shown in FIG. 2, the
テールパイプ16には、図2に示すように、2つの屈曲部16b,16dが形成されている。これら屈曲部の間には、排気の流れる方向、すなわち下流(矢印Aで示す)に向けて鉛直斜め上方に傾斜して伸びる部分17(以下、傾斜部と記す)を有しており、傾斜部17の上流側には、屈曲部16bと、これに連続する略水平な部分16a(以下、水平部と記す)がある。
As shown in FIG. 2, the
傾斜部17の上流側には、燃料電池からの排気が凝結した水が流入して溜まることがある。燃料電池から排気系統を伝って排気装置内に流れてきた水や、排気装置内を流れる排気中の水分が凝結してできた水は、排気流の圧力により排気装置内を下流(矢印Aで示す)に向けて流れ、テールパイプ16内の水平部16aに流入する。しかし、燃料電池から排出されて排気装置内を流れる排気の流量(以下、排気流量と記す)が小さいと、当然、排気の圧力も小さいため、水平部16aにある水は、より下流側にある傾斜部17を上りきることができず、傾斜部17より下流側には排出されない。この結果、傾斜部17より上流側の部分である屈曲部16bや水平部16aには、水が溜まってしまう。
On the upstream side of the
このようにして傾斜部17より上流側に水が溜まっている状態から、排気流量を急に大きくすると、排気流の圧力により、水が傾斜部を上り、傾斜部の鉛直方向最高位置(頂上)である屈曲部16dを越えて、より下流側に排出される。しかし、水が溜まっている状態から、排気流量を中程度にすると、傾斜部17を途中まで上っていくものの、その頂上である屈曲部16dをのり越えることができず、傾斜部17にある水は、排気流の圧力により波を打って、異音を生じることがある。
In this way, when the exhaust flow rate is suddenly increased from the state where water is accumulated upstream from the
本実施形態の排気装置は、排気流量が中程度の時に傾斜部17にある水が波打たないようにするため、排気流量が小〜中程度の時は、排気装置内の水を特定の部分に貯留し、排気流量が大きい時に、貯留された水を、傾斜部より下流側に排出するように構成している。以下に、図3を用いて詳細を説明する。図3は、排気装置10の、図2に二点鎖線Bで囲う部位の縦断面図である。
The exhaust device of the present embodiment prevents water in the
排気装置10のテールパイプ16には、図3に示すように、燃料電池からの排気が貫流する排気通路として、メイン通路20と、メイン通路20より鉛直下方に形成され、メイン通路20の排気流をバイパスさせるバイパス通路30が形成されている。なお、メイン通路20及びバイパス通路30の横断面形状は、円形・矩形を問わず、任意の形状とすることができる。
As shown in FIG. 3, the
メイン通路20は、排気が主に貫流する排気通路であり、上述の水平部16a、屈曲部16b、傾斜部17、屈曲部16d、及び下流に向けて下方に傾斜する部分16eを有している。テールパイプ16に流入した水分を含んだ排気は、主に、矢印Aで示すように、このメイン通路20を流れて、テールパイプ後端16fから排出される。
The
このとき排気中の水分のうち一部は、メイン通路20内で凝結して水となり、この凝結した水は、自重により鉛直下方に流れる。メイン通路20のうち部分16eで凝結した水は、より鉛直下方にあるテールパイプ後端16fに流れ、ここから排気装置外に排出される。一方、メイン通路20のうち傾斜部17の頂上18より上流側で凝結した水は、より鉛直下方にある水平部16aに向けて流れる。また、テールパイプ16より上流側からメイン通路20の底22を伝って流れてきた水も、水平部16aに流れる。
At this time, a part of the moisture in the exhaust gas condenses in the
バイパス通路30は、このメイン通路20の水平部16aから流入する水を受けるよう、水平部16aの鉛直下方に形成されている。バイパス通路30とメイン通路20は、傾斜部17より上流側に設けられた入口32と、入口32より下流側で、且つ傾斜部17の頂上18(屈曲部16dに対応)より上流側に設けられた出口34を介して連通している。上流側からメイン通路20の底22を伝って流れてきた水は、入口32からバイパス通路30に流入する。一方、傾斜部17で凝結して、水平部16aに向けて流れてきた水は、出口34からバイパス通路30に流入して、その底36に溜まる。バイパス通路30の底36は、メイン通路20の水平部16aの底22に対して、鉛直方向に低く設定されており、ここにメイン通路20から流入した水を受けて、一時的に貯留することができる。
The
また、パイパス通路30は、メイン通路20を流れる排気流の一部を、この入口32から分流させ、バイパス通路30を流れる排気流(以下、バイパス流と記す)を、出口34で、メイン通路20を流れる排気流に合流させる。バイパス流の流量が小さい場合、バイパス通路30の底36に溜まっている水は、バイパス通路30に保持されて、出口34からメイン通路20に流出することはない。
The
一方、パイパス流の流量が大きい場合、バイパス通路30の底36に貯留されている水は、バイパス流により、出口34からメイン通路20に押し出される。メイン通路20に押し出された水は、同じく出口34からメイン通路に排出されるバイパス流により、メイン通路の傾斜部17をより下流側に運ばれる。
On the other hand, when the flow rate of the bypass flow is large, the water stored in the bottom 36 of the
このようなバイパス流の流量が大きい状態を、積極的に作り出すため、メイン通路20の、バイパス通路30に並行する部分20c、すなわちメイン通路20のうち入口32と出口34との間にあってバイパスされる部分20cには、この部分20cを流れる排気流の流量を調節するバルブ40が設けられている。
In order to actively create such a state in which the flow rate of the bypass flow is large, the
バルブ40は、バタフライ式のものであり、メイン通路の部分20cを流れる排気流を絞る弁体43と、弁体43を支持する弁軸44と、弁軸44を回転駆動するモータ46から構成されている。モータ46は、電子制御装置50(以下、ECUと記す)により、駆動制御されている。
The
ECU50は、図1に示すように、燃料電池82に酸化ガスを供給するブロワ86の回転数を検出しており、この回転数に基づき、排気装置10内を流れる排気流量を算出している。ECU50は、算出した排気流量が、所定の閾値に達したか否かを判定することができる。さらに、ECU50は、この判定結果に基づき、モータ46を駆動制御して部分20cを流れる排気流の流量を調整することが可能となっている。
As shown in FIG. 1, the
以上、本実施形態の排気装置10と、これを備える燃料電池システム80の構成について説明した。以下に、本実施形態の排気装置10の制御と、排気装置10内の水の流れについて、図3を用いて説明する。
In the above, the
燃料電池システム80を稼動させると、燃料電池82からは、水分を含んだ排気が排気系統88から排気装置10内に流入する。バイパス通路30には、排気装置10内で凝結した水や、排気装置10より上流側で凝結し、メイン通路20の底22を伝って流れてきた水が流入し、ここに貯留される。
When the
排気流量が小〜中程度の時、すなわちECU50により排気流量が所定の閾値に達していないと判定された時、バルブ40の弁体43は、開位置(実線で示す)となるよう制御される。メイン通路20に流入した排気流は、主に、部分20cを流れ、バイパス流の流量が小さい状態となっている。このため、バイパス通路30に貯留されている水は、出口34からメイン通路20に押し出されることなく、バイパス通路30内に保持される。このようにして排気流量が小〜中程度の時、バイパス通路30の水が、出口34から傾斜部17に流れ出ることを防止している。
When the exhaust gas flow rate is small to medium, that is, when the
そして排気流量が大きい時、すなわちECU50により排気流量が所定の閾値に達したと判定された時、バルブ40の弁体43は、閉位置(二点鎖線で示す)となるよう制御され、メイン通路20の部分20cを貫流する排気流が絞られる。これにより、メイン通路20に流入した排気流は、そのほとんどが入口32からバイパス通路30に流入し、バイパス流が増大する。入口32から流入するバイパス流の圧力は大きく、バイパス通路30に貯留されている水は、出口34からメイン通路20に押し出される。この水は、二点鎖線矢印Cで示すように、出口34から傾斜部17に向けて排出されるバイパス流により運ばれて、傾斜部17をかけ上がり、頂上18を越えて、より下流側に排出される。このようにして、排気流量が大きい時、バイパス通路30に貯留されている水は、バイパス流により、傾斜部17より下流側に吹き飛ばされる。
When the exhaust flow rate is large, that is, when the
以上に説明した本実施形態では、排気流量が小〜中程度の時は、排気装置内の水をパイパス通路に貯留している。排気流量が中程度の時には、バイパス通路が水を保持することで、傾斜部で水が波を打って異音を発することを防止することができる。そして、バイパス通路に貯留された水は、排気流量が大きい時に、バイパス通路を流れるバイパス流を増大させることで、傾斜部の頂上より下流側に排出することができる。 In the present embodiment described above, when the exhaust flow rate is small to medium, water in the exhaust device is stored in the bypass passage. When the exhaust gas flow rate is medium, the bypass passage holds water, so that it is possible to prevent the water from making waves and generating abnormal noise on the inclined portion. And the water stored by the bypass passage can be discharged | emitted downstream from the top of an inclination part by increasing the bypass flow which flows through a bypass passage, when exhaust flow volume is large.
また、本実施形態では、メイン通路の、バイパス通路に並行する部分にバルブが設けられており、排気流量が大きい時に、バルブがメイン通路を流れる排気流を絞ることで、バイパス流を増大させている。バルブがメイン通路を流れる排気流を絞ることで、バイパス流を急激に増大させることができ、バイパス通路に貯留された水を、瞬時に排出することができる。 In this embodiment, a valve is provided in a portion of the main passage that is parallel to the bypass passage. When the exhaust flow rate is large, the valve restricts the exhaust flow flowing through the main passage, thereby increasing the bypass flow. Yes. By restricting the exhaust flow flowing through the main passage by the valve, the bypass flow can be rapidly increased, and the water stored in the bypass passage can be discharged instantaneously.
〔第2実施形態〕
第2実施形態の排気装置10Bの構成について、図4を用いて説明する。図4は、排気装置10Bの、図2に二点鎖線Bで囲う部位の縦断面図である。本実施形態の排気装置10Bは、バイパス流を増大させる手段として、メイン通路の排気流をバイパス通路に導くガイド部材が設けられている点で、第1実施形態とは異なり、以下に詳細に説明する。なお、第1実施形態の排気装置10と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
The configuration of the
排気装置10Bのテールパイプ16Bには、図3に示すように、燃料電池82からの排気が貫流する排気通路として、メイン通路60と、メイン通路60より鉛直下方に形成され、メイン通路60の排気流をバイパスさせるバイパス通路70が形成されている。
As shown in FIG. 3, the
バイパス通路70は、メイン通路60の水平部16aから傾斜部17の下流側部分16cにかけて鉛直下方に形成されている。バイパス通路70とメイン通路60は、傾斜部17より上流側に設けられた入口72と、傾斜部17の頂上18より上流側で、傾斜部17の略中央に設けられた出口74を介して連通している。メイン通路60を流れる排気流の一部を、この入口72から分流させ、バイパス通路70を流れる排気流(以下、バイパス流と記す)を出口74で、メイン通路60を流れる排気流に合流させる。
The
また、バイパス通路70は、メイン通路60からの水を貯留可能となっている。メイン通路60の底22を伝って上流側から流れてきた水は、入口72からバイパス通路70に流入し、傾斜部17の下流側部分17bで凝結した水は、出口74からバイパス通路70に流入することができる。これら入口72及び出口74から流入した水は、底76に溜まって、ここに一時的に貯留することができる。なお、入口72と出口74との間にある、メイン通路60の底64には、水平部16aや屈曲部16b、及び傾斜部17の上流側部分17aで凝結した水が、僅かながら溜まることとなる。
The
また、バイパス通路70の入口72の近傍には、メイン通路60の排気流をバイパス通路70に導くガイド部材78が設けられている。ガイド部材78は、メイン通路の底64の上流側の端64aから突出しており、上流に向けて上方に傾斜するよう設けられている。メイン通路60を流れる排気流のうち、底64の近傍を流れる排気流は、矢印Dで示すように、ガイド部材78により下方に偏流して、バイパス通路70内に導かれる。これにより、メイン通路60を流れる排気流の流量が大きい時に、入口72からバイパス通路70に流入するバイパス流を増大させることが可能となっている。
A
以上、本実施形態の排気装置10Bの構成について説明した。以下に、本実施形態の排気装置10B内における水の流れについて、図4を用いて詳細を説明する。燃料電池システム80を稼動させると、燃料電池82からは、水分を含んだ排気が排気系統88から排気装置10内に流入する。
The configuration of the
排気流量が小さい状態を継続すると、バイパス通路70には、メイン通路60の底22を伝って上流側から流れてきた水や、傾斜部17の下流側部分17bで凝結した水が流入し、ここに貯留される。一方、メイン通路60の底64には、水平部16aで凝結した水や、傾斜部17の上流側部分17aで凝結した水が、僅かながら溜まってしまう。
If the exhaust flow rate is kept low, the water flowing from the upstream side through the bottom 22 of the
そして、排気流量を中程度にすると、バイパス通路70に貯留されている水は、入口72から流入するバイパス流の圧力により、出口74側に偏る。しかし、出口74が傾斜部17の途中に設定されており、バイパス流の圧力がさほど大きくないため、バイパス通路70内に貯留されている水は、出口74からメイン通路60に「はみ出る」ことはない。この時、メイン通路60の底64に溜まっている水は、メイン通路60を流れる排気流に運ばれて、矢印Eで示すように、傾斜部17の下流側部分16cをかけ上がり、出口74からバイパス通路70内に流入し、貯留される。このようにして、排気流量が小〜中程度の時、傾斜部の下流側部分16cで、凝結した水が波を打つことを防止している。
When the exhaust flow rate is set to a medium level, the water stored in the
そして排気流量が大きい状態となると、より多くの排気流が、ガイド部材78によってバイパス通路70に導かれ、バイパス流が増大する。この時、バイパス通路70に貯留されている水は、二点鎖線矢印Fで示すように、出口74からメイン通路60の傾斜部17に押し出される。この水は、出口74から傾斜部17に向けて排出されるバイパス流と、バイパス通路70を通らずメイン通路60を流れてきた排気流により運ばれて、傾斜部17の下流側部分17bをかけ上がり、頂上18を越えて、より下流側に排出される。
When the exhaust flow rate becomes large, more exhaust flow is guided to the
以上に説明した本実施形態では、排気流量が小さい時には、排気装置内の水をパイパス通路に貯留し、排気流量が中程度の時には、メイン通路の排気流により、傾斜部をかけ上がる水を、傾斜部の途中からバイパス通路に流入させ貯留する。排気流量が大きい時には、ガイド部材によりバイパス流が増大するので、バイパス通路に貯留されている水を、バイパス通路から押し出し、傾斜部の頂上より下流側に排出している。これにより、排気流量が中程度の時には、傾斜部をかけ上がる水を、バイパス通路に流入させて保持することで、傾斜部で水が波を打って異音を発することを防止することができ、バイパス通路に貯留された水は、排気流量が大きい時に、傾斜部の頂上より下流側に排出することができる。 In the present embodiment described above, when the exhaust flow rate is small, the water in the exhaust device is stored in the bypass passage, and when the exhaust flow rate is medium, the water flowing up the inclined portion by the exhaust flow of the main passage is It flows into the bypass passage from the middle of the inclined portion and stores it. When the exhaust flow rate is large, the bypass flow is increased by the guide member, so the water stored in the bypass passage is pushed out of the bypass passage and discharged downstream from the top of the inclined portion. As a result, when the exhaust gas flow rate is medium, the water that rises up the inclined portion flows into the bypass passage and is held, so that it is possible to prevent the water from making waves and generating noise in the inclined portion. The water stored in the bypass passage can be discharged downstream from the top of the inclined portion when the exhaust flow rate is large.
なお、第1及び第2実施形態では、バイパス通路とバイパス流を増大させる手段を、テールパイプに設ける構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。下流に向けて上方に傾斜している傾斜部を有している排気通路であれば、本発明のバイパス通路及びバイパス流増大手段を適用することができ、例えばフロントパイプに設けることもできる。 In the first and second embodiments, the bypass pipe and the means for increasing the bypass flow are provided in the tail pipe, but the present invention is not limited to this. As long as the exhaust passage has an inclined portion that is inclined upward toward the downstream, the bypass passage and the bypass flow increasing means of the present invention can be applied, and for example, can be provided in the front pipe.
10,10B 排気装置、16,16B テールパイプ、17 傾斜部、18 頂上、20 メイン通路、30 バイパス通路、40 バルブ、50 電子制御装置(ECU)、60 メイン通路、70 バイパス通路、78 ガイド部材、80 燃料電池システム、88 排気系統、100 車両のアンダーボデー下面。 10, 10B Exhaust device, 16, 16B Tail pipe, 17 Inclined portion, 18 Top, 20 Main passage, 30 Bypass passage, 40 Valve, 50 Electronic control unit (ECU), 60 Main passage, 70 Bypass passage, 78 Guide member, 80 Fuel cell system, 88 Exhaust system, 100 Underside of vehicle underbody.
Claims (5)
排気通路は、
下流に向けて鉛直上方に傾斜している傾斜部を含むメイン通路と、
メイン通路より鉛直下方に設けられ、メイン通路からの水を貯留可能であり、且つ、メイン通路を流れる排気流を傾斜部より上流側から分流させ、鉛直方向に対して斜め上方に伸びる傾斜部の鉛直方向最高位置より上流側で合流させる、バイパス通路と、
を有しており、
排気流量が大きい時に、バイパス通路を流れる排気流であるバイパス流を増大させるバイパス流増大手段、を備える、
燃料電池車用排気装置。 An exhaust system that is mounted on a fuel cell vehicle and includes an exhaust passage through which exhaust from the fuel cell flows,
The exhaust passage is
A main passage including an inclined portion that is inclined vertically upward toward the downstream;
An inclined portion that is provided vertically below the main passage, can store water from the main passage, and diverts the exhaust flow flowing through the main passage from the upstream side of the inclined portion, and extends obliquely upward with respect to the vertical direction. A bypass passage that joins upstream from the highest position in the vertical direction;
Have
A bypass flow increasing means for increasing a bypass flow that is an exhaust flow flowing through the bypass passage when the exhaust flow rate is large,
Exhaust device for fuel cell vehicles.
バイパス流増大手段は、
メイン通路の、バイパス通路に並行する部分に設けられ、排気流量が所定の閾値に達した時に、メイン通路を流れる排気流を絞るよう制御されるバルブを備える、
燃料電池車用排気装置。 The exhaust device for a fuel cell vehicle according to claim 1,
Bypass flow increasing means
Provided in a portion of the main passage parallel to the bypass passage, and provided with a valve that is controlled to restrict the exhaust flow flowing through the main passage when the exhaust flow rate reaches a predetermined threshold value.
Exhaust device for fuel cell vehicles.
前記バルブは、燃料電池に酸化ガスを供給するブロワからのガス吐出量に関するパラメータに基づき、排気流量が所定の閾値に達したか否かが判定されて制御される、燃料電池車用排気装置。 An exhaust device for a fuel cell vehicle according to claim 2,
The valve is an exhaust device for a fuel cell vehicle, in which it is determined whether or not the exhaust flow rate has reached a predetermined threshold based on a parameter relating to a gas discharge amount from a blower that supplies oxidizing gas to the fuel cell.
バイパス流増大手段は、
バイパス通路の入口近傍に設けられ、メイン通路の排気流を、バイパス通路に導くガイド部材である、
燃料電池車用排気装置。 The exhaust device for a fuel cell vehicle according to claim 1,
Bypass flow increasing means
A guide member provided near the inlet of the bypass passage and guiding the exhaust flow of the main passage to the bypass passage.
Exhaust device for fuel cell vehicles.
バイパス通路がメイン通路に合流する部位は、傾斜部の途中に設定されている、
燃料電池車用排気装置。
The exhaust device for a fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The part where the bypass passage merges with the main passage is set in the middle of the inclined portion,
Exhaust device for fuel cell vehicles.
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