JP2010267556A - 燃料電池の排ガス消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池からの排ガス放出の際の消音効果の維持が可能な燃料電池の排ガス消音装置を提供する。
【解決手段】排ガス消音装置１０は、筒状の排気パイプ２０と、当該パイプの外周壁に装着・固定された有底のケース３０とを備える。ケース３０は、ケース開口側にて排気パイプ２０の外周壁と接合され、排気パイプ外周壁の多列の通気孔２２を取り囲んでパイプ軸方向に延びる消音用空間を形成し、この消音用空間に吸音材を繰り返し折り返して収容する。ケース３０は、その天井壁となるケース外周壁３２に周壁外表面側で凹の凹条３４を排気パイプ軸周りに備え、凹条３４の反転形状の凸条を消音用空間の内側に凸に形成する。この凸条は、消音用空間に収容済みの吸音材４０と排気パイプ軸周りで干渉する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の排ガス消音装置に関する。

燃料電池では、アノードとカソードに供給されて電気化学反応に供された後のガスが排出される。この排ガスは、希釈された後に排気パイプを通過して放出孔から大気放出されるが、パイプ通過の消音が図られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１５６５５５号公報

上記特許文献では、燃料電池からの排ガスは電気化学反応により生成された水分を含有するという特性に配慮した上での排ガス消音が図られている。ところが、消音に用いる吸音材では、繊維を用いる都合上、経年変化による嵩の低下等に起因して消音効果が低下することが危惧される。

本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池からの排ガス放出の際の消音効果の維持を図ることをその目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。

[適用：燃料電池の排ガス消音装置]
燃料電池の排ガス消音装置であって、
前記燃料電池からの排ガスを放出口まで通過させる排気パイプと、
該排気パイプの外周壁に穿孔された通気孔を取り囲んでパイプ軸方向に延びる消音用空間を形成し、該消音用空間に吸音材を収容するケースとを備え、
該ケースは、前記消音用空間の側に凸の凸部を、前記消音用空間において前記パイプ軸方向に延びるケース外周壁に前記排気パイプの軸周りに有する
ことを要旨とする。

上記構成の燃料電池の排ガス消音装置では、消音用空間においてパイプ軸方向に延びるケース外周壁の凸部に、消音用空間の側に凸の凸部を備えるので、この凸部は、消音用空間に収容済みの吸音材と干渉する。しかも、この凸部は、排気パイプの軸周りに存在することから、凸部と吸音材の干渉はパイプ軸周りで起きる。よって、消音用空間に収容された吸音材の嵩が低下しても、吸音材とケース外周壁の凸部との干渉がある限りにおいて、パイプ軸方向の吸音材のズレを抑制できる。このため、上記構成の燃料電池の排ガス消音装置によれば、消音用空間に収容した吸音材のパイプ軸方向のズレに起因する消音効果の低下を抑制でき、吸音材収容当初の消音効果を維持できる。

本発明の実施例としての排ガス消音装置１０の概略斜視図である。 図１における２−２線に沿った横断面を概略的に示す断面図である。 図１における３−３線に沿った縦断面の要部を概略的に示す断面図である。 図１相当図であり変形例の排ガス消音装置１０Ａの概略斜視図である。 第２実施例の排ガス消音装置１０Ｂの概略側面図である。 図５における６−６線に沿った横断面を概略的に示す断面図である。 排気パイプ２０とケース３０Ｃとを偏心配置した変形例の排ガス消音装置１０Ｃの横断面を概略的に示す断面図である。 排ガス消音装置１０Ｄの製造手法を概略的に説明するための説明図である。 最終製造過程手前の排ガス消音装置１０Ｄを概略的に断面視して示す説明図である。 排ガス消音装置１０Ｄの最終形態を側面視して示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例としての排ガス消音装置１０の概略斜視図、図２は図１における２−２線に沿った横断面を概略的に示す断面図、図３は図１における３−３線に沿った縦断面の要部を概略的に示す断面図である。

図示するように、排ガス消音装置１０は、筒状で金属製の排気パイプ２０と、当該パイプの外周壁に装着された金属製のケース３０とを備える。排気パイプ２０は、図示しない燃料電池からの排ガスの流路を形成し、排ガスを図示しない放出口まで通過させて大気放出する。なお、排ガスは、アノード・カソードに供給されたオフガスであることから、電気化学反応に供されなかった余剰の燃料ガスと酸素含有ガス（空気）および生成水を含むことから、この排気パイプ２０におけるケース３０の装着箇所に至る前に予め希釈化されている。

ケース３０は、有底形状に金属鋼板をプレス成型したプレス成型品であり、ケース開口側にて排気パイプ２０の外周壁と接合される。ケース３０の接合箇所は、排気パイプ２０の外周壁に多列に穿孔された通気孔２２の穿孔領域に重なる箇所であり、ケース３０は接合箇所にて排気パイプ２０に溶接される。これにより、ケース３０は、多列の通気孔２２を取り囲んでパイプ軸方向に延びる消音用空間３１を形成し、この消音用空間３１に吸音材４０を収容する。

吸音材４０は、ポリプロピレン等の有機樹脂製の短繊維を用いた不織布シートを折り返して重ねた形態で消音用空間３１に隙なく収容される。この場合、不織布シートは、例えばシリコーン系の撥水剤への含浸等の手法を経て撥水性を備えているので、吸音材４０は、その折り返しのシート領域表面および不織布内空隙表面において、撥水性を呈する。

上記の吸音材４０を消音用空間３１に収容するケース３０は、排気パイプ２０への装着状態において天井壁となるケース外周壁３２に、その周壁外表面側で凹の凹条３４を備える。この凹条３４は、ケース外周壁３２において排気パイプ２０の軸周りに形成されていることから、消音用空間３１の内側に凸の凸条３５を形成する。この凸条３５は、凹条３４の反転形状であることから、消音用空間３１において排気パイプ２０の軸周り凸となり、消音用空間３１に収容済みの吸音材４０と干渉する。また、凸条３５は、この干渉箇所において、吸音材４０を排気パイプ２０の外周壁側に押し付ける。凸条３５の形成のための凹条３４は、ケース３０のプレス成型の際に予め形成するようにできるほか、消音用空間３１への吸音材４０の収容後に、ケース外周壁３２に形成することもできる。

この排ガス消音装置１０は、燃料電池から排気パイプ２０に入り込んだ排ガスを、その多くをパイプ経路に沿って下流側に通過させつつ、排ガスの一部を排気パイプ２０の通気孔２２から消音用空間３１に入り込ませる。消音用空間３１には、吸音材４０が隙なく折り返して収容されている。排ガスには、燃料電池での生成水が含まれているが、吸音材４０は、撥水性を有することから、水分による不織布内空隙の閉塞を抑制するので、消音用空間３１への排ガスの入り込みに伴い消音効果を呈する。

以上説明した実施例の排ガス消音装置１０では、ケース３０にて通気孔２２を取り囲むよう形成した消音用空間３１において、消音用空間３１の側に凸の凸条３５を消音用空間３１に収容済みの吸音材４０と干渉させる。そして、この凸条３５をケース外周壁３２の範囲ではあるものの、排気パイプ２０の軸周りに存在させて、凸条３５と吸音材４０の干渉をパイプ軸周りで起きるようにする。よって、消音用空間３１に収容された吸音材４０の嵩が低下しても、例えば、折り返して重なる吸音材４０の隙間が小さくなっても、凸条３５が吸音材４０に干渉している状況下において、パイプ軸方向の吸音材４０のズレを抑制できる。このため、本実施例の排ガス消音装置１０によれば、消音用空間３１に収容した吸音材４０のパイプ軸方向のズレに起因する消音効果の低下を抑制でき、吸音材４０の収容当初の消音効果を維持できる。

次に、変形例について順次説明する。図４は図１相当図であり変形例の排ガス消音装置１０Ａの概略斜視図である。この排ガス消音装置１０Ａでは、消音用空間３１の側に凸の凸条３５に代えて、複数の凸部を消音用空間３１の内側においてパイプ軸周りに並べる形態を採用した。つまり、図４に示すように、排ガス消音装置１０Ａは、ケース３０Ａのケース外周壁３２に、周壁外表面側に凹の陥没孔３４Ａを複数備える。この陥没孔３４Ａは、ケース外周壁３２において排気パイプ２０の軸周りに列状（本変形例では３列）に形成されていることから、消音用空間３１の内側に凸の突起を排気パイプ軸周りに列状に複数形成する。そして、陥没孔３４Ａで形成される突起にあっても、消音用空間３１に収容済みの吸音材４０とパイプ軸周りにおいて干渉する。よって、図４に示す変形例の排ガス消音装置１０Ａにあっても、上記した効果を奏することができる。なお、この変形例では、凸条３５をパイプ軸周りに多列に備えるが、凸条３５をパイプ軸周りに一列とすることもできる。

図５は第２実施例の排ガス消音装置１０Ｂの概略側面図、図６は図５における６−６線に沿った横断面を概略的に示す断面図である。

図示するように、この排ガス消音装置１０Ｂは、筒状の排気パイプ２０とその外側のケース３０Ｂを備える。排気パイプ２０は、図６に示すように通気孔２２を周壁周りに等ピッチで多列に備える。ケース３０Ｂは、パイプ軸方向に亘る通気孔２２の穿孔領域において通気孔２２を取り囲みつつ排気パイプ２０の外周壁全域を取り囲み、その内部空間を消音用空間３１とする。吸音材４０は、帯状の不織布を排気パイプ２０の周囲に繰り返して巻き付けられて、消音用空間３１に収容されている。なお、図６においては、巻かれた吸音材４０が離れて描画されているが、上記のように巻き取り形成することから、それぞれの巻き取り周の吸音材４０は隙なく重なり合うことになる。

図５では、ケース３０Ｂがケース外周壁３２Ｂの周壁外表面側で凹の凹条３４を備える形態と、周壁外周面側で凹の陥没孔３４Ａを多列列状に外周壁周りに備える形態を示している。この凹条３４は、先に説明した排ガス消音装置１０と同様、ケース外周壁３２Ｂにおいて排気パイプ２０の軸周りに形成されている。よって、凹条３４は、その反転形状である凸条を消音用空間３１の内側に排気パイプ２０の軸周りに形成し、凸条を消音用空間３１に収容済みの吸音材４０と干渉させる。陥没孔３４Ａについても同様であり、ケース外周壁３２Ｂの外周壁周りの多列の陥没孔３４Ａは、その反転形状である凸部を多列に消音用空間３１の内側に形成し、この凸部を吸音材４０と干渉させる。

上記した排ガス消音装置１０Ｂの製造に際しては、通気孔２２が穿孔済みの排気パイプ２０に対して、吸音材４０の巻付先端４０Ｓを排気パイプ２０の外周壁面に接合させ、その接合状態を維持したまま、帯状の不織布のまき付けを開始する。そして、不織布巻き付け径が消音用空間３１の内径と同じ、或いはその内径よりやや大きくなった時点で、不織布巻き付けを止め、巻付終端４０Ｅをその内側の不織布に接着剤等で固定する。この状態で、巻き付け済みの吸音材４０がケース３０Ｂで覆われるよう、ケース３０Ｂをセットし、ケース両端のケーススカート３７にてケース３０Ｂを排気パイプ２０に溶接・固定する。その後、プレスダイスにて、ケース３０Ｂのケース外周壁３２Ｂに凹条３４をケース一方端側・他端側にパイプ軸周り全周に亘ってプレス成型する。これにより、消音用空間３１においては、既述したように凹条３４の反転形状の凸条がパイプ軸周り全周に亘って形成される。

本実施例では、図６に示すように、排ガス消音装置１０Ｂの天地と巻付先端４０Ｓおよび巻付終端４０Ｅの関係を規定することとした。つまり、図６におけるパイプ中心軸を通る水平線から巻付先端４０Ｓの位置までの角度と、同じ水平線から巻付終端４０Ｅの位置までの角度が、共に水平線に対して＋４５度〜−４５度の範囲となるようにし、先端・終端がこの角度範囲に位置するようにした。具体的には、ケース３０Ｂのセットの際に、吸音材４０の先端・終端が上記角度範囲に位置する様にして、ケース３０Ｂには、ケース外周壁３２Ｂの最上部に天井マークを打刻する。こうすれば、天井マークを上にして排ガス消音装置１０Ｂを組み込むことで、消音用空間３１においては、吸音材４０の先端・終端が上記角度範囲に位置することになる。

上記した排ガス消音装置１０Ｂにあっても、ケース３０Ｂのケース外周壁３２Ｂに形成した凹条３４の反転形状の凸条、もしくは列状の陥没孔３４Ａの反転形状の列状の凸部を、消音用空間３１の内側においてパイプ軸周り全周に亘って備え、消音用空間３１に収容済みの吸音材４０と干渉させる。よって、既述した効果を奏することができる。

加えて、排ガス消音装置１０Ｂでは、排気パイプ２０に対する吸音材４０の巻付先端４０Ｓと巻付終端４０Ｅの位置を既述したように規定した上で、ケース３０Ｂの天井マーク（図６参照）を上にして組み込むようにした。よって、次の利点がある。

吸音材４０は、撥水性を有することから、消音用空間３１に通気孔２２を経て流入した排ガス中の水分は、吸音材４０に付着したままとはなり難く、消音用空間３１の最外周側でケース内壁下端側は、巻付終端４０Ｅを含む吸音材４０の巻き取りシート範囲とケース外周壁３２Ｂの内周壁との間において水が貯まり易い。しかしながら、巻付終端４０Ｅの位置が上記した位置にあれば、巻付終端４０Ｅを含む吸音材４０の巻き取りシート範囲とその範囲に内側で重なる巻き取りシート範囲との間に、ケース内壁下端側の水が毛細管現象により浸透することを抑制できる。排気パイプ２０の外周壁側も同様であり、パイプ外周壁下端側において、パイプ外周壁と、排気パイプ２０に巻き取られた最内周側の巻き取りシート範囲との間に貯まった水が、巻付先端４０Ｓを含む吸音材４０の巻き取りシート範囲とその範囲に外側で重なる巻き取りシート範囲との間に浸透することを抑制できる。このため、消音用空間３１での消音効果を損なわないようにできる。なお、上記のようにして貯まった水は、ケース３０Ｂの下流側のケーススカート３７に排水用の孔を設けること等で、容易に装置外に排出できる。

上記した排ガス消音装置１０Ｂでは、ケース３０Ｂを排気パイプ２０と同心に設置したが、燃料電池の設置状況（例えば車両搭載）によっては、ケース３０Ｂを排気パイプ２０と偏心設置せざるを得ない場合がある。図７は排気パイプ２０とケース３０Ｃとを偏心配置した変形例の排ガス消音装置１０Ｃの横断面を概略的に示す断面図である。

図示するように、この排ガス消音装置１０Ｃは、吸音材４０となる帯状の不織布を排気パイプ２０の周囲に繰り返して巻き付けるに当たり、不織布を巻き付けるたびに、或いは所定回数巻き付けるごとに、矩形状シート３９ａ、３９ｂ・・・をパイプ上方箇所に介在させる。そして、その介在した矩形状シートに重ねて不織布を巻き付ける。これを繰り返すことで、排気パイプ２０の外周には、矩形状シート未介在の箇所では不織布シートが重なり、矩形状シート介在箇所ではシート介在の分だけ膨らんで不織布シートが重なるように偏心した不織布シートからなる吸音材４０が形成される。ケース３０Ｃにあっては、通気孔２２の穿孔領域において通気孔２２を取り囲みつつ排気パイプ２０の外周壁全域を取り囲む消音用空間３１を形成するものの、上記した不織布巻き付けに伴って偏心した吸音材４０を、偏心したまま消音用空間３１に収容する。なお、図７においては、矩形状シート３９ａ、３９ｂ・・・が異なるものとして描画されているが、同一形状の矩形状シート３９ａを、その巻き取り箇所に応じて重ねたりすればよい。排気パイプ２０については、通気孔２２を周壁周りに等ピッチで多列に備える。

図７では、ケース３０Ｃがケース外周壁３２Ｃの周壁外周面側で凹の陥没孔３４Ａを列状に外周壁周りに備え、消音用空間３１の側では陥没孔３４Ａの反転形状の凸部３５Ａを列状に形成した形態を示している。この列状の凸部３５Ａは、先に説明した排ガス消音装置１０と同様、ケース外周壁３２Ｃにおいて排気パイプ２０の軸周りに消音用空間３１の吸音材４０と干渉する。よって、既述した効果を奏することができる。

この排ガス消音装置１０Ｃでは、吸音材４０の巻き付けと装置取り付けに当たり、排ガス消音装置１０Ｂと同様、装置の天地と巻付先端４０Ｓおよび巻付終端４０Ｅの関係を規定することとした。つまり、図７におけるパイプ中心軸を通る水平線から巻付先端４０Ｓの位置までの角度と、同じ水平線から巻付終端４０Ｅの位置までの角度が、共に水平線に対して下方側４５度の範囲となるようにし、先端・終端がこの角度範囲に位置するようにした。具体的には、ケース３０Ｂのセットの際に、吸音材４０の先端・終端が上記角度範囲に位置する様にして、ケース３０Ｃの中に吸音材４０の偏心巻き付け済みの排気パイプ２０を挿入した上で、ケース３０Ｃには、ケース外周壁３２Ｃの最上部に天井マークを打刻する。こうすれば、天井マークを上にして排ガス消音装置１０Ｃを組み込むことで、消音用空間３１においては、吸音材４０の先端・終端が上記角度範囲に位置することになる。そして、この排ガス消音装置１０Ｃにあっても、排気パイプ２０に対する吸音材４０の巻付先端４０Ｓと巻付終端４０Ｅの位置の規定と天井マーク（図７参照）を上にした装置組み込みによって、シート間の水の浸透抑制を通して消音用空間３１での消音効果を損なわないようにできる。

次に、また別の実施例の排ガス消音装置１０Ｄについて説明する。この実施例の排ガス消音装置１０Ｄは、吸音材４０を波状にした上で排気パイプ２０の外周壁に巻き付けて形成した点と、屈曲したガス流路とする点で、図５に示した排ガス消音装置１０Ｂと相違する。図８は排ガス消音装置１０Ｄの製造手法を概略的に説明するための説明図、図９は最終製造過程手前の排ガス消音装置１０Ｄを概略的に断面視して示す説明図、図１０は排ガス消音装置１０Ｄの最終形態を側面視して示す説明図である。

図８に示すように、排ガス消音装置１０Ｄの製造に際して用いる吸音材４０の形成用の不織布シートＦＳは、不織布シートロールＦＲから賦形装置２００に送り出される。賦形装置２００は、送り込まれた不織布シートを波状に賦形しつつ排気パイプ２０の側に送り出す。賦形装置２００は、この賦形・送り出しを行うため、シート上下に円盤状の賦形ローラをいわゆる千鳥状に備え、上下の賦形ローラを回転させる。このため、賦形装置２００を通過した不織布シートＦＳは、図示するようにシート幅方向に波状とされ、排気パイプ２０に巻き取られる。

排気パイプ２０への波状の不織布シートＦＳの巻き取りを所定のシート長に亘って行った後は、図６で説明したようにシートの巻付終端４０Ｅを固定して、図９に示すように、巻き付け済みの吸音材４０がケース３０Ｄで覆われるよう、ケース３０Ｄをセットする。次いで、プレスダイスにて、ケース３０Ｄのケース外周壁３２Ｄに凹条３４をケース一方端側・他端側にパイプ軸周り全周に亘ってプレス成型する。これにより、消音用空間３１においては、既述したように凹条３４の反転形状の凸条がパイプ軸周り全周に亘って形成される。吸音材４０は、シート幅方向に波状のまま排気パイプ２０に巻き取られるが、凸条３５の形成箇所においては、この凸条３５と干渉する。よって、この排ガス消音装置１０Ｄにあっても、吸音材４０のズレの抑制を通して、消音効果を維持できる。なお、巻付先端４０Ｓと巻付終端４０Ｅの位置を規定すれば、上記した効果も奏することができる。

排ガス消音装置１０Ｄでは、既述したようにパイプ経路を屈曲させることから、ケース外周壁３２Ｄへの凹条３４の形成は、ケーススカート３７によるケース固定の前に行う。つまり、スカート固定の前に、図１０に示すように排気パイプ２０をその外側のケース外周壁３２Ｄと共に所定の屈曲経路となるよう曲げ加工に処し、その後、ケース両端にケーススカート３７を装着して、ケース３０Ｄを排気パイプ２０に溶接・固定する。この排ガス消音装置１０Ｄでは、凹条３４の反転形状の凸条３５（図９参照）と吸音材４０の干渉のみならず、吸音材４０の波状形状での巻き付け、排気パイプ２０およびケース外周壁３２Ｄの屈曲により、吸音材４０のパイプ軸方向のズレをより確実に抑制でき、消音効果の維持にも好適である。

本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施可能である。例えば、図５や図９の排ガス消音装置では、凹条３４をパイプ軸周りの全周に亘って形成したが、所定ピッチで、例えば、パイプ中心軸から４５度ピッチの円弧軌跡で凹条３４を形成することもできる。

１０、１０Ａ〜１０Ｄ…排ガス消音装置
２０…排気パイプ
２２…通気孔
３０、３０Ａ〜３０Ｄ…ケース
３１…消音用空間
３２、３２Ｂ〜３２Ｄ…ケース外周壁
３４…凹条
３４Ａ…陥没孔
３５…凸条
３５Ａ…凸部
３７…ケーススカート
３９ａ…矩形状シート
４０…吸音材
４０Ｅ…巻付終端
４０Ｓ…巻付先端
２００…賦形装置
ＦＲ…不織布シートロール
ＦＳ…不織布シート

Claims (1)

1. 燃料電池の排ガス消音装置であって、
   前記燃料電池からの排ガスを放出口まで通過させる排気パイプと、
   該排気パイプの外周壁に穿孔された通気孔を取り囲んでパイプ軸方向に延びる消音用空間を形成し、該消音用空間に吸音材を収容するケースとを備え、
   該ケースは、前記消音用空間の側に凸の凸部を、前記消音用空間において前記パイプ軸方向に延びるケース外周壁に前記排気パイプの軸周りに有する
   燃料電池の排ガス消音装置。

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