JP2017183268A - 消音器とそれを用いた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気吸気音を更に低減する燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素を主成分とする燃料ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池モジュール１７と、燃料電池モジュール１７に空気を供給する空気供給器２０と、空気吸い込み口５と空気供給器２０との間のホース７の吸入側に設けられた消音器とを備え、消音器は、ホース７、排気口６及び空気吸い込み口５の通路断面積（内径）よりも大きい通路断面積（内径）を有する消音器ケース３と、消音器ケース３を囲む側壁を有し、消音器ケース３と側壁との間の空間に水を貯めるよう構成された水タンク容器（水タンクケース１）とを備え、水タンク容器（水タンクケース１）に、燃料電池モジュール１７から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるよう構成したのである。【選択図】図２

Description

本発明は、空気吸い込み口と空気供給器との間の空気配管に設けられ空気吸気音（空気吸い込み口から漏れる動作音）を低減する消音器とそれを用いた燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムを家庭用の発電装置として使用する場合は、燃料電池システムには大きな設置スペースが必要となるため、屋外に設置されることが一般的である。そのため、燃料電池システムの運転時に大きな騒音が発生すると、使用者のみに止まらず、近隣住民にも不快感を与えることとなる。

したがって、昼間においてはもちろんのこと、特に夜間においては、使用者や近隣住民に与える不快感を一掃するために燃料電池システムの低騒音化が不可欠となっている。

燃料電池システムから発生する騒音の多くは、燃料電池システムの構成機器である空気供給装置に起因し、吸気音（空気吸い込み口から漏れる動作音）や、運転時に発生する振動が配管や外郭等へ伝播することにより、燃料電池システムから大きな騒音が発生する。そのため、燃料電池システムの騒音源である空気供給装置の騒音を抑えることが必要である。

そこで、空気吸い込み口と空気供給器との間の空気配管に設けられ、空気中の不要物を除去するフィルタ装置によって、空気吸い込み口から出る空気供給装置の動作音を低減することが提案された（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら、特許文献１で提案された従来の消音器について説明する。図６は、特許文献１に開示された消音器の断面図である。

図６に示すように、フィルタ装置１０５のフィルタ収納部１０９は、ケース１１０と蓋１１１とで構成される。

フィルタ１１４をケース１１０内に収納した後に、ケース１１０と蓋１１１は、溶着やねじにより接合される。フィルタ収納部１０９は、箱型あるいは円筒型に構成され、例えば、樹脂により形成される。ケース１１０には蓋１１１との接合面の反対面の中央部に排気口１１２が構成される。蓋１１１にはケース１１０との接合面の中央部に空気吸い込み口１１３が構成される。

ケース１１０の排気口１１２の流路径の断面積は、フィルタ収納部１０９のフィルタ１１４が収納される部分の断面積より小さく設定される。これは、フィルタ収納部１０９の断面積が排気口１１２の流路径の断面積より大きいほど、音の圧力波を減衰でき、空気供給装置の動作音を低減させることができるためである。

また、空気吸い込み口１１３の流路径も小さく設定される。これは、空気吸い込み口１１３が小さいほど外部への音の漏れを少なくできるためである。ケース１１０の内壁にはフィルタ１１４の位置を規制するためのケースリブ１１５が構成される。ケースリブ１１５は流路を遮らないように内壁に沿って低く構成される。

蓋１１１のフィルタ収納面側には、フィルタ１１４の位置を規制するための蓋リブ１１
６が構成される。蓋リブ１１６は流路を遮らないように構成される。また、蓋リブ１１６の高さは、蓋１１１とフィルタ１１４との隙間が大きくならないように、フィルタ１１４の厚みより小さく設定される。

フィルタ１１４は、第１フィルタ１１７（粗フィルタ）と第２フィルタ１１８（除塵フィルタ）で構成される。第２フィルタ１１８は、第１フィルタ１１７より目が細かく構成されている。

第１フィルタ１１７が空気吸い込み口１１３側に配置され、第２フィルタ１１８が排気口１１２側に配置される。フィルタ１１４のフィルタ収納部１０９への搭載は、まず、第２フィルタ１１８がケース１１０のケースリブ１１５に接する位置に配置される。

そして、第１フィルタ１１７が第２フィルタ１１８に隣接して配置される。その後、ケース１１０に蓋１１１が接合される。第１フィルタ１１７は、蓋１１１に形成された蓋リブ１１６に接して配置される。

燃料電池に供給される空気は、まず、フィルタ装置１０５の空気吸い込み口１１３から吸気され、吸入空気中の不要物の大部分が、まず第１フィルタ１１７により大まかに除去された後、残りの不要物が第２フィルタ１１８により除去される。

その後、不要物の除去された空気は、排気口１１２から空気供給装置を経由して、燃料電池に供給される。燃料電池では、供給された水素ガスと、空気中の酸素を化学反応させて直流電力を発電する。

排気口１１２に接続された空気供給装置の動作音は、排気口１１２からフィルタ収納部１０９に伝わり、フィルタ収納部１０９内部の空間とフィルタ１１４を伝わり、空気吸い込み口１１３を通って外部に出る。

フィルタ１１４が収納される部分の断面積は、排気口１１２の流路の断面積より大きく構成されているため、断面が拡大することにより、排気口１１２からフィルタ収納部１０９に伝わった音の圧力波は、分散して減衰される。

次に、排気口１１２からフィルタ１１４の搭載位置までの距離が大きくとられているため、距離減衰により、音の圧力波が減衰される。一般に音の圧力波は距離の二乗に比例して減衰する。

次に、フィルタ１１４とフィルタ収納部１０９の蓋１１１との距離は、フィルタ１１４の厚みより小さくなるよう配置されているため、動作音が空気吸い込み口１１３から出る直前でフィルタ１１４を通過することでフィルタ１１４が吸音材の役割を果たして音の圧力波が減衰される。

最後に、空気吸い込み口１１３の流路の断面積は、フィルタ収納部１０９のフィルタ１１４が収納される部分の断面積より小さく設定されており、断面の急縮小によって、空気吸い込み口１１３で反射が起こり（開口端反射）、空気吸い込み口１１３の開口大きさの分だけ音が通過し、残りは、反射して、フィルタ収納部１０９内で音の干渉が起こり音の圧力波が減衰される。

なお、空気供給装置の動作音の低減のために、断面積変化による減衰や距離減衰や開口端反射による減衰を利用しているため、フィルタ装置１０５の圧損には影響が出ない構成となっている。

また、排気口１１２と空気吸い込み口１１３は対向した面の中央部にそれぞれ形成されており、空気供給装置の動作音の圧力波が排気口１１２からフィルタ収納部１０９へ伝わり、さらに空気吸い込み口１１３に伝わる時に、断面積の変化による音の圧力波の分散がより均一に行われることができ、音の圧力波を均一に減衰することで、音の減衰効果を妨げる圧力波の乱れが起こりにくく、音をより減衰することができる。

また、空気吸い込み口１１３に近い位置にフィルタ１１４を配置することで、空気吸い込み口１１３から吸入された空気中の異物が、フィルタ１１４で除去されるため、フィルタ収納部１０９の排気口１１２からフィルタ１１４の搭載位置までの空間に異物が侵入することを防ぐことができる。よって、空間に異物が侵入して堆積することによって音の減衰効果が妨げられることを防ぐことができ、音の減衰を安定して行うことができる。

特開２０１３−２１４４７８号公報

上記従来の燃料電池システムでは、更なる空気吸気音の低減が望まれていた。

本発明は、空気吸気音を更に低減することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の消音器は、空気吸い込み口と空気供給器との間の空気配管に設けられ、前記空気配管及び前記空気吸い込み口の通路断面積よりも大きい通路断面積を有する消音器本体と、前記消音器本体を囲む側壁を有し、前記消音器本体と前記側壁との間の空間に水を貯めるよう構成された水タンク容器と、を備えている。

これによって、消音器本体の振動を消音器本体の周囲の水によって低減でき、消音器本体から漏出する空気吸気音を消音器本体の周囲の水と水タンク容器とによって遮音・低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

本発明は、消音器本体の振動を消音器本体の周囲の水によって低減でき、消音器本体から漏出する空気吸気音を消音器本体の周囲の水と水タンク容器とによって遮音・低減することができるので、従来よりも静音化を図ることができる。

本発明の実施の形態１の消音器の概略断面図 本発明の実施の形態１の消音器を備えた燃料電池システムの概略構成図 本発明の実施の形態２の消音器の概略断面図 本発明の実施の形態２の消音器を備えた燃料電池システムの概略構成図 本発明の実施の形態３の消音器の概略断面図 従来の消音器の概略断面図

第１の発明は、空気吸い込み口と空気供給器との間の空気配管に設けられ、前記空気配管及び前記空気吸い込み口の通路断面積よりも大きい通路断面積を有する消音器本体と、前記消音器本体を囲む側壁を有し、前記消音器本体と前記側壁との間の空間に水を貯める
よう構成された水タンク容器と、を備えた、消音器である。

上記構成により、空気供給器の動作音及び空気供給器から伝達される振動により生じる消音器本体の振動を消音器本体の周囲にある水によって低減でき、消音器本体から漏出する空気吸気音を消音器本体の周囲にある水と水タンク容器とによって遮音・低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記消音器本体と前記水タンク容器とを一体に構成したことを特徴とする。

上記構成により、前記消音器本体の壁面と水タンク容器の壁面の距離がゼロになるために、消音器本体の振動により生じる、消音器と水タンクの間で発生しうる衝突音を防止することができる。また、構成が簡単で、部品点数を削減でき、製造コストを削減できる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記消音器本体が、空気中の不要物を除去するフィルタを収納することを特徴とする。

上記構成により、消音器内を通り空気吸い込み口から出る音はフィルタの吸音効果により減衰することができる。また、空気中の不要物を除去するフィルタの収納部を消音器に利用できる。

第４の発明は、特に第３の発明において、前記消音器本体が、前記空気吸い込み口が形成され前記フィルタを交換可能に前記消音器本体から分離する蓋部を備えることを特徴とする。

上記構成により、フィルタの圧力損失が規定以上となったり、空気中の不要物捕集性能を失ったりした際、水タンクと消音器すべてを修繕や交換するのではなく、フィルタ部のみ取り外し修繕や交換できるようにすることで修繕や交換にかかる材料費の削減を行うことができる。

第５の発明は、特に第１から第４のいずれかの発明において、前記空気吸い込み口が、前記水タンク容器の底面側に配置されることを特徴とする。

上記構成により、空気供給器の動作音によって空気吸い込み口周囲に生じる振動が水タンク内の水に対して垂直な力を加えるよう働くため、水の粘性により振動の減衰を行うことができ、空気吸い込み口から出る音をより低減することができる。また、水が少ない場合でも、消音器本体の全周を水で囲むことができる可能性が高いので、静音化を図ることができる。また、消音器本体と水タンク容器とを一体成型しやすい。

第６の発明は、特に第１から第４のいずれかの発明に加えて、前記水タンク容器に貯まった水を浄化するイオン交換器を備え、前記水タンク容器が、前記イオン交換器を収納する収納部と一体に構成されていることを特徴とする。

上記構成により、イオン交換器と収納部の重さで水タンク容器の振動を低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

第７の発明は、特に第６の発明における前記収納部を、前記水タンク容器の角部に配置したことを特徴とする。

上記構成により、イオン交換器と収納部が、消音器本体の邪魔にならず、水タンク容器
の角部を収納部の一部に利用して収納部を構成するための材料を減らしコスト低減を図ることができる。

第８の発明は、水素を主成分とする燃料ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に空気を供給する空気供給器と、空気吸い込み口と前記空気供給器との間の空気配管に設けられた第１から第５のいずれかの発明の消音器と、を備え、前記消音器の水タンク容器に、前記燃料電池を冷却する冷却水、または前記燃料電池から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるよう構成された、燃料電池システムである。

上記構成により、燃料電池との熱交換により室温より温度が高くなった冷却水や、燃料電池から排出される高温の排ガスを凝縮させて回収した室温より温度が高い凝縮水が水タンク内に存在することで、空気吸い込み口から消音器に流入する空気は水タンクの水との熱交換により加熱された状態で燃料電池に供給されるため、燃料電池システムの熱回収効率を向上させることができる。

以下、本発明の消音器とそれを用いた消音器とそれを用いた燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池システムに用いられる消音器の概略構成を示す断面図である。図２は本発明の実施の形態１の燃料電池システムの概略構成図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態の消音器は、水タンクケース１が消音器ケース３を覆うように構成され、消音器ケース３の中には空気中の不要物を除去するフィルタ１６を備える。なお、本消音器を通過する空気中の不要物を除去する必要がない場合はフィルタ１６がなくても良いが、フィルタ１６があると、空気吸い込み口５から出る空気吸気音をフィルタ１６によって低減できる。

空気吸い込み口５が形成された消音器フタ４と、水タンクケース１は、固定ねじ１４により締結されている。なお、これらの固定は溶着や接着により行っても良い。

消音器ケース３の排気口６はホース７により空気供給器２０の空気吸い込み口に接続される構成とする。

水タンクフタ２には、水入口８、排気孔９、排水と排気の仕切り１１が備えられ、水タンクケース１と溶着され固定されている。なお、水タンクフタ２の水タンクケース１への固定は、ねじや接着により行っても良い。また、水入口８、排気孔９、排水と排気の仕切り１１は、２つ以上設けられていても良い。

水タンクケース１には、タンクに水を張った状態で消音器ケース３との間に水が存在できる位置に水タンク固定用ステー１５を備え、燃料電池システムの筐体に少なくとも１箇所以上ねじにより締結され固定可能とする。なお、ステーを設けずスポンジやゴムなどの防振材により把持されていても良い。

水タンクケース１にはオーバーフロー用の仕切り１０が設けられ、オーバーフロー用の仕切り１０の上端以上に水が貯まらないよう構成され、オーバーフロー用の仕切り１０の上端以上に水が貯まると排水部１２から外部に水を排出できるよう構成されている。

排水と排気の仕切り１１の下端は、オーバーフロー用の仕切り１０の上端よりも低い位置で、水タンクケース１の最低水位よりも低い位置にあり、水タンクケース１に最低水位以上の水が貯まっているときに、水入口８から水タンクケース１内に流入したガス（空気）が、排水と排気の仕切り１１の下とオーバーフロー用の仕切り１０の上を通って排水部１２から外部に流出しないようにしている。

排水と排気の仕切り１１は、水タンクケース１内を、水入口８及び排気孔９がある側の空間と、オーバーフロー用の仕切り１０及び排水部１２がある側の空間とに仕切るものである。そして、水入口８から水タンクケース１内に流入したガス（空気）は、排気孔９から流出できる。

水タンクケース１の底面には排水孔が設けられ、その排水孔は、途中に開閉弁１３を備えた排水路（排水ホース）に接続されており、開閉弁１３を開けたときに水タンクケース１内の水を排水孔から排水路を通じて排水可能とする。なお、排水ホースを使用せず排水孔に開閉弁１３または栓を取り付けても良い。

図２に示すように、燃料電池モジュール１７は、水素含有ガスと空気中の酸素を電気化学反応させて発電、発熱する燃料電池スタック１８と、燃料電池スタック１８に供給する水素含有ガスを炭化水素を主成分とする原料と水とから水蒸気改質により生成する水素生成器１９と、燃料電池スタック１８に空気を供給する空気供給器２０を備えている。

燃料電池スタック１８から排出される高温の排ガスに含まれる水分は、熱交換器２１において、熱交換器２１と貯湯タンク２２と循環ポンプ２３とを環状に連接した貯湯水循環経路を流れる貯湯水と熱交換することにより、凝縮して、その凝縮水が水入口８を通って水タンクケース１内に貯まる。

以上のように構成された本実施の形態の消音器について、以下その動作、作用を説明する。

本消音器は、開閉弁１３を閉じた状態で水入口８から水を通水し、水タンクのオーバーフロー用の仕切り１０の上端の高さまで水を貯めてから使用する。

空気供給器２０が運転されると、大気中の空気が空気吸い込み口５を通り消音器ケース３に入り、排気口６及びホース７を通って空気供給器２０の空気吸い込み口に導かれる。空気供給器２０を出た空気は、燃料電池システム（燃料電池モジュール１７）内の、燃料電池スタック１８や水素生成器１９に供給される。水素生成器１９に供給される空気は、水蒸気改質により生成した水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の選択酸化除去などに使用される。

燃料電池スタック１８で水素を主成分とする燃料ガス（水素含有ガス）と空気を電気化学反応させて発電すると、発電中は排燃料ガスや排空気、及び水素生成器１９の燃焼部で生じた燃焼排ガスが排出される。これらの排出ガスには水分が含まれており、これらの水分は、熱交換器２１や配管で凝縮され、その凝縮水は水入口８から水タンクに流入する。

この際に凝縮水と共に水タンクに入る排ガスは排気孔９から水タンク外に排出され、燃料電池システム筐体外に排出される。

本実施の形態では、消音器が上記構成になっているので、水タンク内の水は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）及び空気供給器２０運転時の振動が消音
器ケース３に伝わり、消音器ケース３を振動させて消音器ケース３の外に放射する音を、反射（遮音）及び減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

消音器内に設けられたフィルタ１６は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）を減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

図１に示すように、消音器フタ４を消音器ケース３にねじ止め固定することで、フィルタ１６のみ取り外し交換可能とする作用をもたらす。

これにより、大気中の不要物を除去するにつれフィルタ１６の圧力損失が規定以上となった際や、フィルタ１６の空気中不要物捕集性能が失われた際、消音器全体を交換するのではなく、消音器フタ４を取り外して消音器内部のフィルタ１６のみ交換することが出来るため、交換部品を小さくし作業性の向上、交換部品材料費の低減が可能となる。

図１に示すように空気吸い込み口５を消音器ケース３の底面側に配置することで、空気供給器２０の吸気口から伝わる圧力波（吸気音）及び空気供給器２０動作時の振動により生じる消音器フタ４の面外方向振動が水タンクに対して垂直な力を加えるよう作用する。この作用により水の粘性が振動を減衰させ消音器能を高めることが出来る。

燃料電池スタック１８で発電が行われると、水タンク内に凝縮水が流入するため、水タンク内の水の温度は大気の温度よりも高くなる。水タンクで消音器本体部（消音器ケース３）を覆っており、水タンク内の水は消音器ケース３内の空気に熱を与えやすくする作用をもたらす。

これにより凝縮水の熱は、消音器ケース３を通過した空気により燃料電池スタック１８や水素生成器１９に送られ、燃料電池システムで再利用することができ、排熱回収効率を向上できる。

また、本実施の形態のように水タンクの外側で消音器の固定を行うことにより、消音器本体部（消音器ケース３）に生じた振動が水タンク内の水で減衰された後、燃料電池システム筐体に伝わる作用をもたらすことが出来る。そのため空気供給器２０に起因する振動が燃料電池システム筐体を振動させる力を減衰させる効果も有する。

以上のように本実施の形態の消音器は、空気吸い込み口５と空気供給器２０との間の空気配管（ホース７の吸入側）に設けられ、空気配管（ホース７）、排気口６及び空気吸い込み口５の通路断面積（内径）よりも大きい通路断面積（内径）を有する消音器本体（消音器ケース３）と、消音器本体（消音器ケース３）を囲む側壁を有し、消音器本体（消音器ケース３）と側壁との間の空間に水を貯めるよう構成された水タンク容器（水タンクケース１）とを備えた消音器である。

上記構成により、空気供給器２０の動作音（吸気音）及び空気供給器２０から伝達される振動により生じる消音器本体（消音器ケース３）の振動を消音器本体（消音器ケース３）の周囲にある水によって低減でき、消音器本体（消音器ケース３）から漏出する空気吸気音を消音器本体（消音器ケース３）の周囲にある水と水タンク容器（水タンクケース１）とによって遮音・低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

また、本実施の形態の消音器は、消音器本体（消音器ケース３）が、空気中の不要物を除去するフィルタ１６を収納しているので、消音器（消音器ケース３）内を通り空気吸い込み口５から出る音は、フィルタ１６の吸音効果により減衰することができる。また、空気中の不要物を除去するフィルタ１６の収納部を消音器に利用できる。

また、本実施の形態の消音器は、消音器本体（消音器ケース３）が、空気吸い込み口５が形成されフィルタ１６を交換可能に消音器本体（消音器ケース３）から分離する蓋部（消音器フタ４）を備えるので、フィルタ１６の圧力損失が規定以上となったり、空気中の不要物捕集性能を失ったりした際に、水タンクと消音器すべてを修繕や交換するのではなく、フィルタ１６部のみ取り外し修繕や交換できるようにすることで修繕や交換にかかる材料費の削減を行うことができる。

また、本実施の形態の消音器は、空気吸い込み口５が、水タンク容器（水タンクケース１）の底面側に配置されるので、空気供給器２０の動作音（吸気音）によって空気吸い込み口５の周囲に生じる振動が水タンク内の水に対して垂直な力を加えるよう働くため、水の粘性により振動の減衰を行うことができ、空気吸い込み口５から出る音をより低減することができる。また、水が少ない場合でも、消音器本体（消音器ケース３）の全周を水で囲むことができる可能性が高いので、静音化を図ることができる。

また、本実施の形態の燃料電池システムは、水素を主成分とする燃料ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池モジュール１７と、燃料電池モジュール１７に空気を供給する空気供給器２０と、空気吸い込み口５と空気供給器２０との間の空気配管（ホース７の吸入側）に設けられた本実施の形態の消音器とを備え、消音器の水タンク容器に、燃料電池モジュール１７から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるよう構成された、燃料電池システムである。

上記構成により、燃料電池モジュール１７から排出される高温の排ガスを凝縮させて回収した室温より温度が高い凝縮水が水タンク内に存在することで、空気吸い込み口５から消音器に流入する空気は水タンクの水との熱交換により加熱された状態で燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８と水素生成器１９のＣＯ低減器（選択酸化器）に供給されるため、燃料電池システムの熱回収効率を向上させることができる。

本実施の形態では、消音器の水タンク容器に、燃料電池モジュール１７から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるようにしたが、燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８を冷却し冷却水循環経路を循環する冷却水を貯めるようにしても構わない。

消音器の水タンク容器に、上記冷却水を貯めるようにした場合は、燃料電池スタック１８との熱交換により室温より温度が高くなった冷却水が水タンク内に存在することで、空気吸い込み口５から消音器に流入する空気は水タンクの冷却水との熱交換により加熱された状態で燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８と水素生成器１９のＣＯ低減器（選択酸化器）に供給されるため、燃料電池システムの熱回収効率を向上させることができる。

なお、冷却水循環経路を循環する冷却水は、イオン交換樹脂等で浄化した凝縮水を使用することができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における燃料電池システムに用いられる消音器の概略構成を示す断面図である。図４は本発明の実施の形態２の燃料電池システムの概略構成図である。本実施の形態において、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図３、図４に示すように、本実施の形態の消音器は、水タンクケース１に、排気口６の
配管通路断面積より大きい通路断面積を有する消音器本体２４が一体に形成され、消音器本体２４の中には空気中の不要物を除去するフィルタ１６を備える。なお、本消音器を通過する空気中の不要物を除去する必要がない場合はフィルタ１６がなくても良いが、フィルタ１６があると、空気吸い込み口５から出る空気吸気音をフィルタ１６によって低減できる。

空気吸い込み口５が形成された消音器フタ４は、水タンクケース１に接着（溶着）されている。なお、消音器フタ４の水タンクケース１への固定は、固定ねじにより行っても良い。

消音器本体２４の排気口６は空気供給器２０の吸気口に空気配管を介して接続される構成とする。

水タンクフタ２には、水入口８、排気孔９、排水と排気の仕切り１１が備えられ、水タンクケース１と溶着され固定されている。なお、水タンクフタ２の水タンクケース１への固定は、ねじや接着により行っても良い。また、水入口８、排気孔９、排水と排気の仕切り１１は、２つ以上設けられていても良い。

水タンクケース１には、タンクに水を張った状態で消音器本体２４との間に水が存在できる位置に水タンク固定用ステー１５を備え、燃料電池システムの筐体に少なくとも１箇所以上ねじにより締結され固定可能とする。なお、ステーを設けずスポンジやゴムなどの防振材により把持されていても良い。

水タンクケース１にはオーバーフロー用の仕切り１０が設けられ、オーバーフロー用の仕切り１０の上端以上に水が貯まらないよう構成され、オーバーフロー用の仕切り１０の上端以上に水が貯まると排水部１２から外部に水を排出できるよう構成されている。

排水と排気の仕切り１１の下端は、オーバーフロー用の仕切り１０の上端よりも低い位置で、水タンクケース１の最低水位よりも低い位置にあり、水タンクケース１に最低水位以上の水が貯まっているときに、水入口８から水タンクケース１内に流入したガス（空気）が、排水と排気の仕切り１１の下とオーバーフロー用の仕切り１０の上を通って排水部１２から外部に流出しないようにしている。

排水と排気の仕切り１１は、水タンクケース１内を、水入口８及び排気孔９がある側の空間と、オーバーフロー用の仕切り１０及び排水部１２がある側の空間とに仕切るものである。そして、水入口８から水タンクケース１内に流入したガス（空気）は、排気孔９から流出できる。

水タンクケース１の底面には排水孔が設けられ、その排水孔は、途中に開閉弁１３を備えた排水路（排水ホース）に接続されており、開閉弁１３を開けたときに水タンクケース１内の水を排水孔から排水路を通じて排水可能とする。なお、排水ホースを使用せず排水孔に開閉弁１３または栓を取り付けても良い。

図４に示すように、燃料電池モジュール１７は、水素含有ガスと空気中の酸素を電気化学反応させて発電、発熱する燃料電池スタック１８と、燃料電池スタック１８に供給する水素含有ガスを炭化水素を主成分とする原料と水とから水蒸気改質により生成する水素生成器１９と、燃料電池スタック１８に空気を供給する空気供給器２０を備えている。

燃料電池スタック１８から排出される高温の排ガスに含まれる水分は、熱交換器２１において、熱交換器２１と貯湯タンク２２と循環ポンプ２３とを環状に連接した貯湯水循環
経路を流れる貯湯水と熱交換することにより、凝縮して、その凝縮水が水入口８を通って水タンクケース１内に貯まる。

以上のように構成された本実施の形態の消音器について、以下その動作、作用を説明する。

本消音器は、開閉弁１３を閉じた状態で水入口８から水を通水し、水タンクのオーバーフロー用の仕切り１０の上端の高さまで水を貯めてから使用する。

空気供給器２０が運転されると、大気中の空気が空気吸い込み口５を通り消音器本体２４に入り、排気口６と空気配管を通って空気供給器２０の空気吸い込み口に導かれる。空気供給器２０を出た空気は、燃料電池システム（燃料電池モジュール１７）内の、燃料電池スタック１８や水素生成器１９に供給される。水素生成器１９に供給される空気は、水蒸気改質により生成した水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の選択酸化除去などに使用される。

燃料電池スタック１８で水素を主成分とする燃料ガス（水素含有ガス）と空気を電気化学反応させて発電すると、発電中は排燃料ガスや排空気、及び水素生成器１９の燃焼部で生じた燃焼排ガスが排出される。これらの排出ガスには水分が含まれており、これらの水分は、熱交換器２１や配管で凝縮され、その凝縮水は水入口８から水タンクに流入する。

この際に凝縮水と共に水タンクに入る排ガスは排気孔９から水タンク外に排出され、燃料電池システム筐体外に排出される。

本実施の形態では、消音器が上記構成になっているので、水タンク内の水は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）及び空気供給器２０運転時の振動が消音器ケース３に伝わり、消音器ケース３を振動させて消音器ケース３の外に放射する音を、反射（遮音）及び減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

消音器内に設けられたフィルタ１６は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）を減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

本実施の形態では、消音器が上記構成になっているので、水タンク内の水は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）及び空気供給器２０運転時の振動が消音器本体２４に伝わり、水タンクケース１の消音器本体２４を形成する空間壁面を振動させて消音器本体２４の外に放射する音を、反射（遮音）及び減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

また、水タンクケース１と消音器本体２４の壁面が一体に形成されているため消音器本体２４と水タンクケース１の間に空間やガタが存在せず、消音器本体２４部と水タンクケース１がぶつかり生じる衝突音が起こらない効果を有する。

また、水タンクケース１と消音器本体２４を熱可塑性樹脂により一体成型してもよく、その場合は部品点数の削減や気密性確保がしやすくなる効果も有する。

消音器内に設けられたフィルタ１６は、空気供給器２０の吸気口から発せられる圧力波（吸気音）を減衰させる作用をもたらし消音性能を高めることが出来る。

図３に示すように空気吸い込み口５を水タンクケース１の底面側に配置することで、空気供給器２０の吸気口から伝わる圧力波（吸気音）及び空気供給器２０動作時の振動によ
り生じる、消音器フタ４の面外方向振動が水タンクに対して垂直な力を加えるよう作用する。この作用により水の粘性が振動を減衰させ消音器能を高めることが出来る。

燃料電池スタック１８で発電が行われると、水タンク内に凝縮水が流入するため、水タンク内の水の温度は大気の温度よりも高くなる。消音器本体２４と水タンク内の水は水タンクケース１のみを介して接しているため、水タンク内の水は消音器本体２４内の空気に熱を与えやすくする作用をもたらす。これにより凝縮水の熱は、消音器本体２４を通過した空気により燃料電池スタック１８や水素生成器１９に送られ、燃料電池システムで再利用することができ、排熱回収効率を向上できる。

また、本実施の形態では、消音器本体２４に生じた振動が水タンク内の水で減衰された後、燃料電池システム筐体に伝わる作用をもたらすことが出来る。そのため空気供給器２０に起因する振動が燃料電池システム筐体を振動させる力を減衰させる効果も有する。

以上のように本実施の形態の消音器は、空気吸い込み口５と空気供給器２０との間の空気配管の吸入側に設けられ、排気口６及び空気吸い込み口５の通路断面積（内径）よりも大きい通路断面積（内径）を有する消音器本体２４と、その消音器本体２４を囲む側壁を有し、消音器本体２４と側壁との間の空間に水を貯めるよう構成された水タンク容器（水タンクケース１）とを備えた消音器である。

上記構成により、空気供給器２０の動作音（吸気音）及び空気供給器２０から伝達される振動により生じる消音器本体２４の振動を消音器本体２４の周囲にある水によって低減でき、消音器本体２４から漏出する空気吸気音を消音器本体２４の周囲にある水と水タンク容器（水タンクケース１）とによって遮音・低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

また、消音器本体２４と水タンク容器（水タンクケース１）とを一体に構成したことにより、消音器本体２４の壁面と水タンク容器（水タンクケース１）の壁面の距離がゼロになるために、消音器本体２４の振動により生じる、消音器と水タンクの間で発生しうる衝突音を防止することができる。また、構成が簡単で、部品点数を削減でき、製造コストを削減できる。

また、本実施の形態の消音器は、消音器本体２４が、空気中の不要物を除去するフィルタ１６を収納しているので、消音器本体２４内を通り空気吸い込み口５から出る音は、フィルタ１６の吸音効果により減衰することができる。また、空気中の不要物を除去するフィルタ１６の収納部を消音器に利用できる。

また、本実施の形態の消音器は、空気吸い込み口５が、水タンク容器（水タンクケース１）の底面側に配置されるので、空気供給器２０の動作音（吸気音）によって空気吸い込み口５の周囲に生じる振動が水タンク内の水に対して垂直な力を加えるよう働くため、水の粘性により振動の減衰を行うことができ、空気吸い込み口５から出る音をより低減することができる。

また、水が少ない場合でも、消音器本体２４の全周を水で囲むことができる可能性が高いので、静音化を図ることができる。また、消音器本体２４と水タンク容器（水タンクケース１）とを一体成型しやすい。

また、本実施の形態の燃料電池システムは、水素を主成分とする燃料ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池モジュール１７と、燃料電池モジュール１７に空気を供給する空気供給器２０と、空気吸い込み口５と空気供給器２０との間の空気配管の吸入
側に設けられた本実施の形態の消音器とを備え、消音器の水タンク容器に、燃料電池モジュール１７から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるよう構成された、燃料電池システムである。

上記構成により、燃料電池モジュール１７から排出される高温の排ガスを凝縮させて回収した室温より温度が高い凝縮水が水タンク内に存在することで、空気吸い込み口５から消音器に流入する空気は水タンクの水との熱交換により加熱された状態で燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８と水素生成器１９のＣＯ低減器（選択酸化器）に供給されるため、燃料電池システムの熱回収効率を向上させることができる。

本実施の形態では、消音器の水タンク容器に、燃料電池モジュール１７から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるようにしたが、燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８を冷却し冷却水循環経路を循環する冷却水を貯めるようにしても構わない。

消音器の水タンク容器に、上記冷却水を貯めるようにした場合は、燃料電池スタック１８との熱交換により室温より温度が高くなった冷却水が水タンク内に存在することで、空気吸い込み口５から消音器に流入する空気は水タンクの冷却水との熱交換により加熱された状態で燃料電池モジュール１７の燃料電池スタック１８と水素生成器１９のＣＯ低減器（選択酸化器）に供給されるため、燃料電池システムの熱回収効率を向上させることができる。

なお、冷却水循環経路を循環する冷却水は、イオン交換樹脂等で浄化した凝縮水を使用することができる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における燃料電池システムに用いられる消音器の概略構成を示す断面図である。本実施の形態において、実施の形態１、実施の形態２と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本実施の形態の消音器は、水タンク容器（水タンクケース１）に貯まった水を浄化するイオン交換樹脂で構成されるイオン交換器２５を備える。また、水タンク容器（水タンクケース１）は、イオン交換器２５を収納する収納部２６と一体に構成されている。水タンクフタ２には、イオン交換器２５で浄化された純水出口２７が備えられる。

本実施の形態では、上記構成により、イオン交換器と収納部の重さで水タンク容器の振動を低減することができるので、従来よりも静音化が図れるようになる。

本実施の形態では、収納部２６を、水タンク容器（水タンクケース１）の角部に配置したので、イオン交換器２５と収納部２６が、消音器本体２４の邪魔にならず、水タンク容器（水タンクケース１）の角部を収納部２６の一部に利用して収納部２６を構成するための材料を減らしコスト低減を図ることができる。

以上のように、本発明の消音器は、従来よりも静音化が図れるので、燃料電池システムの空気吸気音を低減する用途に最適である。

１ 水タンクケース
２ 水タンクフタ
３ 消音器ケース
４ 消音器フタ
５ 空気吸い込み口
６ 排気口
７ ホース
８ 水入口
９ 排気孔
１０ オーバーフロー用の仕切り
１１ 排水と排気の仕切り
１２ 排水部
１３ 開閉弁
１４ 固定ねじ
１５ 水タンク固定用ステー
１６ フィルタ
１７ 燃料電池モジュール
１８ 燃料電池スタック
１９ 水素生成器
２０ 空気供給器
２１ 熱交換器
２２ 貯湯タンク
２３ 循環ポンプ
２４ 消音器本体
２５ イオン交換器
２６ 収納部

Claims (8)

1. 空気吸い込み口と空気供給器との間の空気配管に設けられ、前記空気配管及び前記空気吸い込み口の通路断面積よりも大きい通路断面積を有する消音器本体と、
   前記消音器本体を囲む側壁を有し、前記消音器本体と前記側壁との間の空間に水を貯めるよう構成された水タンク容器と、
   を備えた、消音器。
2. 前記消音器本体と前記水タンク容器が一体に構成された、請求項１に記載の消音器。
3. 前記消音器本体は、空気中の不要物を除去するフィルタを収納する、請求項１または２に記載の消音器。
4. 前記消音器本体は、前記空気吸い込み口が形成され前記フィルタを交換可能に前記消音器本体から分離する蓋部を備える、請求項３に記載の消音器。
5. 前記空気吸い込み口は、前記水タンク容器の底面側に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載の消音器。
6. 前記水タンク容器に貯まった水を浄化するイオン交換器を備え、
   前記水タンク容器は、前記イオン交換器を収納する収納部と一体に構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の消音器。
7. 前記収納部は前記水タンク容器の角部に配置される、請求項６に記載の消音器。
8. 水素を主成分とする燃料ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池に空気を供給する空気供給器と、
   空気吸い込み口と前記空気供給器との間の空気配管に設けられた請求項１から７のいずれか１項に記載の消音器と、
   を備え、
   前記消音器の水タンク容器に、前記燃料電池を冷却する冷却水、または前記燃料電池から排出される排ガスを凝縮させて回収した凝縮水を貯めるよう構成された、燃料電池システム。

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