JP5359069B2 - 燃料電池システムの排気装置 - Google Patents

Description

この発明は燃料電池システムの排気装置に関する。
特に、車両などに搭載される燃料電池システムにおいて、空気を元とするガスを排出したり、燃料ガス（「水素」ともいう。）を希釈して排出したり、それらを混合したりする構成について、ガス成分や水分を排出する構造技術に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両には、その動力源となる燃料電池（「燃料電池スタック」ともいう。）が搭載される。
そして、この燃料電池に純水素を燃料ガスとして供給する場合、水素を一時的にシステムの外部に放出するパージを行っている。パージ水素ガスは、他のガスも流れる排気管などに流される。

パージの目的は、燃料電池の変換効率を高く保つためであったり、車両停止の際など、燃料電池のカソードとアノードの極間差圧が過大になることを防ぐためであったりする。
あるいは、燃料供給系に異常が生じた場合に、車両外部に緊急放出することもある。

燃料電池の変換効率は、車両走行中またはアイドリング停車中などに燃料電池のセル電圧が低下する現象が起きる。
これは、一つに、供給ガスを加湿したり、反応によって生成水が生じたりすることにより、それらの結露水が燃料電池内に滞留し、燃料電池の出力が低下してしまうことである。よって、結露水を系外に排出させるために、パージによるガス流を用いている。
また、水素を循環させたりするなど滞留を長く継続させていると、アノード系内にカソードからの透過Ｎ２（窒素）が蓄積し易く、反応を阻害するためである。よって、回復させるためには、その透過Ｎ２を排出する必要がある。

なお、水素の燃焼特性は、容量水素濃度が４％を超えると燃え易くなり、容量水素濃度が１８％を超えた辺りから、瞬間的かつ爆発的な燃焼が起こる。
そのため、燃料電池の燃料に水素を用いる場合、様々な外部環境を考慮して、パージ配管から水素を放出する際の排出ガスの容量水素濃度を４％以下とすることが要求されている。

一方、燃料電池の反応によって水分が生成されるが、この燃料電池の発電効率をイオンの流動性によって高めるために、供給ガス、すなわち空気や水素（「燃料ガス」ともいう。）を、加湿することを行っている。その場合、反応による生成だけでなく、加湿による水分も含まれるため、排気ガス中の水分が比較的多くなる。
そして、このようにして排気管内に排出された生成水や、水素ガスが、他のガスと一緒に排気管内部を流れることとなる。

特開２００３−２９１６５７号公報 特開２００６−２６６１６４号公報 特開２００７−６４１８８号公報

ところで、従来の燃料電池システムの排気装置において、前記排気管内に排出された生成水や、水素ガスが、他のガスと一緒に排気管内部を流れる際に、燃料電池から排気された空気には、発電の際に発生した水蒸気及び水滴が排気管内を流れる。
そして、排気管に車両上下方向に対して湾曲した箇所があると、そこに水が溜まる可能性がある。
車両を氷点下の環境で駐車する際には、発生した水が湾曲部に溜まって凍ることとなり、場合によっては排気管を塞ぎ、燃料電池自動車を起動する際に空気が送れずに起動できなくなる不便さがあるという不都合がある。

また、前記排気管内に消音器が必要な場合には、消音器底面に水が溜まる可能性がある。
例えば、上記の特許文献３に記載されるように、ある程度の水溜まりを許容する方法が考えられるが、この場合、滞留した水により部品の重量が増加したり、また、水抜きのための開口を設ければ、排気用開口端以外から外部に排出される排気ガスが増えたりするという不都合がある。

ここで、前記排気管に消音器が必要となる理由を記載する。
燃料電池システムにおいては、高効率で発電するように燃料電池に空気を送り込むために、空気の供給経路に圧送手段（「ポンプ」とも換言できる。）を配設して、空気を圧送して送り込んでいる。
それは、ある程度燃料電池の出力制御に依存して増減するのであるが、前記圧送手段によって、ガスの疎密の波が生じ、これが音となって管路に伝わり、排気にも含まれる。
そのため、ある程度の帯域幅にわたって消音する必要があるものである。

このとき、圧送手段の種類を選択することによって、この音の周波数帯や音量を変えることは可能であり、比較的静かにすることが可能となる。

また、そのように静かにした上で消音するよう構成することにより、消音器の機能を限定して小型の消音器としても、システムとして十分な静穏性を発揮する排気装置とすることができる。
このとき、単なる小型化だけでなく、システムの簡素化に合わせた配策構造によって、優れた整備性を確保することも可能となる。

この発明は、ガス成分や水分を排出する機能を高いレベルで確保しつつ、消音性に配慮し、さらに、整備性に配慮した排気装置を提供することを主たる目的とする。
また、この発明は、省スペースで、排気ガス成分の混合効率が良い排気システム（「排気管」ともいう。）を提供すること、ガスあるいは生成水の逆流を防止し、特定ガス成分が他のガス成分側に流れ込むのを防止することを副次的な目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、客室のフロアと客室のフロアよりも高い位置に配置される荷室のフロアとを有する車体フロアと、前記荷室のフロア下に配置される燃料タンクと、この燃料タンクを車体に連結するサブフレームと、カソードに酸素を含む空気を供給しアノードに水素を含む燃料ガスを供給して発電を行う燃料電池と、この燃料電池のカソード側に接続されて燃料電池から空気を排出する主排気管と、前記燃料電池のアノード側に接続されてこの燃料電池から燃料ガスを排出するパージ管と、これら主排気管とパージ管とを合流接続するマニホールドと、前記燃料電池から車両後方へ延びかつ上流端部に前記マニホールドが配置されるともに下流端部に下流端開口を備える排気管と、この排気管の後部に配置される消音器とを備える燃料電池システムの排気装置において、前記サブフレームは前記燃料タンクの下部側方に配置され、かつ車両前後方向に延びる左右のサイドフレームを備え、前記車両を左右方向から見た場合、前記排気管の前記客室のフロアよりも車両後側の部分を前記サイドフレームに沿って延ばすとともにこのサイドフレームによって支持し、前記排気管を前記マニホールドにおける前記パージ管との合流接続部から前記下流端開口に亘って一様に地面との平行面に沿うか下流側が低くなるように配索したことを特徴とする。

この発明によれば、排気管の水素ガスが導入される部位から下流全体にわたって、水素ガスの排出性を向上でき、また、多量の水素ガスの滞留を防止できる。
また、排水性を向上でき、また、生成水の滞留を防止できる。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図１及び図２において、１は燃料電池車両（以下、単に「車両」という。）である。
この車両１は、車両１に燃料電池システム２を搭載するとともに、車両１の後部に水素タンクアセンブリ（燃料ガスタンク）３を搭載し、車両１の底部には様々な流体を流す排気システム４を配設している。車両１の前部に設けた収容空間に燃料電池システム２の燃料電池（スタック）５を含む大部分を搭載している。

前記燃料電池システム２の空気の供給排出系は、図３に示す如く、燃料電池５の上流側ないし燃料電池５内部にわたる供給系と、燃料電池５の下流側となる排出系とから構成する。前記燃料電池５内部にわたる供給系では、エアフィルタ６より下流のエアコンプレッサ７（圧送手段）によって空気入口８から引き込んだ空気を、エアフィルタ６によって浄化し、エアコンプレッサ７によって数気圧程度に加圧して、給気管９内に送り込む。
このとき、前記エアコンプレッサ７は、ターボコンプレッサのような遠心ファンを有し、電動モータによって０〜数万ｒｐｍで駆動可能である。このエアコンプレッサ７の駆動時には、比較的脈動は少ないものの高周波の風きり音が生じる。
空気は、給気管９を介して燃料電池５のカソード側に送られるが、そのうち一部は燃料電池５を介さずに（バイパス管１０によってバイパスして）排気し、燃料電池５のカソード側に流れ込む流量を調整する一方、燃料電池５のカソード側に送られる空気は、熱交換器１２を通して高い発電効率を得られる温度に調整し、その後、イオンの流動性によって高い変換効率を得られるように加湿器１２によって加湿して、燃料電池５のカソード側に送り込む。空気は、燃料電池５内部では、内部のマニホールド構造によって無数のセル（図示せず）に分配した後、各セルを通過し、燃料電池５外部に排出される。このとき、前記給気管９とバイパス管１０とは、共に断面積が比較的大きいものとなっている。

また、前記燃料電池５の下流側となる排出系では、燃料電池５の直下流となる主排気管１３や、車両の構造に依存して配策する排気管（アッセンブリ）１４などにより排気システム４を構成する。この排出系では、空気（「オフガス」ともいう。）に含まれる水分（生成水など）を利用するため、前記加湿器１２に空気を送る。加湿に使う水分量を調整するためのガス流量調整のために、一部は加湿器１２を通さないで排出される。この加湿器１２を通さない排気バイパス管１３−１は、前記加湿器１２を通す主排気管１３と比べて断面積が小さい通路となっている。
これらの空気（オフガス）は、排気管１４のマニホールド１５によって、再び合流して、水分などと共に排出する。また、排気管１４のマニホールド１５によって、空気（オフガス）を、供給系において分岐した前記燃料電池５を介さずに排気する一部の空気とも合流する。前記マニホールド１５の各分岐管より上流側には、これらのガスの流れを遮断したり、あるいは逆に下流側からの逆流を遮断したりする遮断弁１６（図示せず）が設けられている。これら配管通路断面積と遮断弁１６の開閉タイミングとの組み合わせにより、いずれか一つの配管のみの流量から、複数の配管による定率分配の形までで、流量が調整可能となっている。
前記排気管１４のマニホールド１５によって、水素のパージ管１７とも合流し、パージガスを空気によって薄く希釈して排出する。前記マニホールド１５の各分岐管より下流側には、曲部１８を形成してあり、この曲部１８に断面積の小さな水素のパージ管１７を接続している。そして、このパージ管１７の上流側においても、パージガスの流れを遮断したり、あるいは逆に下流側からの逆流を遮断したりする遮断弁である水素パージバルブ１９が設けられている。なお、パージガスには生成水も含まれる。
前記排気管１４は、車両最後部に向けて延出され、直管形状を避け、かつ、補機類を避けるようにして車両幅方向に蛇行しつつも、概略水平を保つように延出している。また、前記排気管１４の下流側開口２０より少し上流側には、消音器（「マフラ」ともいう。）２１を配設している。前記排気管１４の下流側開口２０付近には、水素センサ２２（図４参照。）を設け、排出する水素濃度を一定値（例えば、４％）以下となるように管理している。
このとき、前記消音器２１は、いわゆる高周波管であり、前記エアコンプレッサ７の風きり音や、配管の接続部等で生ずる笛吹き音などを低減するようにしている。そして、前記消音器２１は、図６に示す如く、多孔２３の内管２４のまわりに円筒状の空間を形成するようにして外管２５を設け、円筒状空間にグラスウールなどからなる吸音材２６を充填したものである。ここでは、前記燃料電池５の排気管用として、内管２４と外管２５との軸心をオフセットして、より排水性を高めた形状となっている。

前記燃料電池システム２における燃料電池５への水素供給は、図３に示す如く、その利用効率を挙げるために、燃料タンク（「水素タンク」ともいう。）２７に接続される流量調整用インジェクタ２８を駆動して、前記燃料電池５のアノードの２つの出入口に繋がる２系統のラインＡ、Ｂに対して、一定間隔で交互に分配するように流し、圧力勾配を利用して流れを往復流動させている。
２系統のラインのうち一方のラインＢには、気水分離器２９を設けるとともに、前記水素パージバルブ１９を介装させて水素の前記パージ管１７を配設している。前記流量調整用インジェクタ２８の駆動と、水素パージバルブ１９の駆動のタイミングなどを制御して、水素濃度の均一化と生成水の排出を両立させて、高効率化を果たしている。
そして、水素を一時的に前記燃料電池システム２の外部に放出するパージを行っている。このパージの目的は、前記燃料電池５の変換効率を高く保つため、車両停止の際など、燃料電池５のカソードとアノードの極間差圧が過大になることを防ぐためである。あるいは、燃料供給系に異常が生じた場合に、車両外部に緊急放出することもある。
前記燃料電池５の変換効率は、車両走行中またはアイドリング停車中などに燃料電池５のセル電圧が低下する現象が起きる。これは、一つに、供給ガスを加湿したり、反応によって生成水が生じたりすることにより、それらの結露水が燃料電池５内に滞留し、燃料電池５の出力が低下してしまうことである。よって、結露水を系外に排出させるために、パージによるガス流を用いる。また、その循環を継続させていると、前記燃料電池５のアノード系内にカソードからの透過Ｎ２が蓄積し易く、反応を阻害するためである。よって、回復させるためには、その透過Ｎ２を排出する必要がある。
なお、前記パージ管１７から水素を放出する際の排出ガスの容量水素濃度を４％以下としている。
また、従来は、処理のために比較的大きな容量を与えている。小型化が難しく、まとまった容量を必要とする前記燃料電池５の近くに同じように容量を必要とする補機が幾つもあり、触媒タイプのように高価で大きな装置を小型の車両で搭載することは非常に困難である。そして、常時使わない機能部品に大きな搭載スペースを与えることは非効率である。前記燃料電池５の変換効率は、二次電池やキャパシタとの配分によって車両走行に合わせることも可能であり、その制御で水素のパージを変えることは可能である。
前記燃料電池５は、イオンの混入等に配慮した特別な冷却液により、駆動時は常に、発電効率の高い温度範囲に保たれる。

前記燃料電池システム２における燃料電池５の冷却は、図３に示す如く、燃料電池５の冷却水経路の入口側にポンプ３０を配設するとともに、燃料電池５の冷却水経路の出口側にはラジエータ３１を配設している。そして、冷却水をポンプ３０により循環させつつ、ラジエータ３１によって冷却水の温度を低下させている。

前記水素タンクアセンブリ３において、図４に示す如く、サブフレーム（「タンクフレーム」ともいう。）３２は、略矩形状の外形をなし、両側に対を成して前後に延びる左右のサイドフレーム３３、３４と、これらの左右のサイドフレーム３３、３４の間を連結する複数のクロスメンバ３５とを有する。このとき、クロスメンバ３５は、例えば車両前側から車両後側に向かって、車両幅方向に夫々延びる４本の第１〜第４クロスメンバ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄからなる。また、前記燃料タンク２７の中腹部どうしを連結する複数の構造部材３６が前後に延びている。そして、前記燃料タンク２７は、これらの構造部材３６によって、強固に固定されている。前記サブフレーム３２は、車体フロア７０側、特に左右のサイドフレーム３３、３４下側と連結するための柱脚部３７が左右対をなしつつ前後に並び、上方に向かって延びており、車両搭載後には車体と強固に連結される。
前記燃料タンク２７は、大小２つのタンクボンベが、前後に離間して、前記サブフレーム３２に搭載して設けられる。車両１の客室のフロア７０−１に対応する前側に小さい断面積を持つ小型タンクからなる第１燃料タンク３８を配し、荷室のフロア７０−２に対応する後側には大きい断面積を持つ大型タンクからなる第２燃料タンク３９を配している。なお、これらの両外側には、一部重なるようにして車両１の後輪４０一対が配される。
そして、前記燃料タンクユニットには、前記燃料タンク２７の第１、第２燃料タンク３９、４０内へ水素を入れたり、燃料タンク２７の第１、第２燃料タンク３９、４０外へ水素を取り出したりする開口として第１、第２バルブ４１、４２が夫々設けられている。そして、これらの第１、第２バルブ４１、４２には、より緊急度の高い状態で作動する独立した緊急水素放出用弁ないしノズル、例えば緊急水素放出ノズル４３が一体的に設けられる。
前記燃料タンク２７から取り出される燃料ガスは、レギュレータ４４によって所望の圧力まで減圧して使用される。このとき、レギュレータ４４によって、複数段階に分割して減圧される。
前記レギュレータ４４は、前記燃料タンク２７の第１、第２燃料タンク３９、４０の間に開けられた空間を利用して、そこに収容されるように設置されている。そして、この空間には、前記サブフレーム３２の第１〜第４クロスメンバ３５ａ〜３５ｄが設置されており、これらの第１〜第４クロスメンバ３５ａ〜３５ｄに掛け渡すようにして、強固に保持されている。
前記レギュレータ４４は、２つあり、多段階を経て減圧するようになっている。複数の第１、第２燃料タンク３９、４０から取り出された高圧水素ガスは、合流した配管によって、車両幅方向の中央付近に搭載された１次レギュレータ４５に導入され、大幅に減圧されて取り出される。次いで、その側方（燃料タンクユニットのバルブ側）にある２次レギュレータ４６に導入され、２次減圧されて取り出され、前記燃料電池５側に供給される。このとき、複数の第１、第２燃料タンク３９、４０に共用するレギュレータ４４がその間にあることは、配管の取り回し上好ましい。
緊急水素放出用の水素排出管４７は、２次レギュレータ４６から延出し、１次及び２次の両レギュレータ４５、４６の配置と同様に、前記第１、第２燃料タンク３９、４０の間に開けられた空間を通して配設されている。また、前記水素排出管４７は、これらの第１〜第４クロスメンバ３５ａ〜３５ｄ等とほぼ平行となるように沿って、概ね前記サブフレーム３２の全幅にわたって横切るように幅方向に配策されている。前記レギュレータ４４から前記排気管１４までの水素排出管４７を短くする。なお、１次レギュレータ４５の後、２次レギュレータ４６に入る前に、水素ガスを排出可能なデフューエル管４８を設け、このデフューエル管４８によって、第２バルブ４２下流のカプラ４９から水素ガスを取り出し可能としている。
前記水素排出管４７の下端側は、前記燃料電池システム２を構成する排気管１４に接続されている。この排気管１４の断面で上半部に位置し、排気管１４に対して直交する。また、この合流部の少し上流側から下流端までを構成する排気管下流部（第２パイプ）５５は、前記サブフレーム３２に支持され、サブフレーム３２とともに車体から分離することが可能となっている。
この排気管下流部（第２パイプ）５５は、サブフレーム３２の下面に沿ってほぼ直線状に形成され、前記合流部の下流側となる排気管下流部５５には、前記消音器２１が配置されている。この消音器２１を含めて前記サブフレーム３２の片側である車両右側のサイドフレーム３４付近に支持されている。
法規上、例えば、所定期間毎に前記燃料タンク２７を取り替える必要がある等、燃料タンク２７を降ろす必要がある場合を考慮する必要がある。これらの連結された配管類が、連結を保ったまま降ろせることにより、整備上での利便性がある。
前記サブフレーム３２及びそれに部組された燃料タンク２７ないし燃料配管の上面側と、車体フロア７０下面との間には、リヤサスペンションが配設される。このリヤサスペンションがリンク機構をなして上下にスイングするように稼働するため、その軌跡を考慮して空間を形成している。なお、リヤサスペンションは、前記サブフレーム３２の左右両外側位置において車体に支持される。このサブフレーム３２をサスペンションフレームと一体としていないので、前記燃料タンク２７を降ろす際に、サスペンションなどの足回りまで外す必要が生じなく、整備性が良い。
前記燃料タンク２７は、その円形断面の形状によって、基本的な高さがあるけれども、前記第１、第２燃料タンク３８、３９間の空間を設けて前記レギュレータ４４を配置した部分は、相対的に上面高さを低くしているので、そこにリヤサスペンションの幅方向延出部材を配置し、幅方向に延出するリヤサスペンションのストロークを確保している。前記車両１の走行性能を確保する上で、優れている。また、重量物である前記燃料タンク２７を低い位置に搭載できることから、車両姿勢の安定感を確保できる。
図示はしないが、フロア７０下面の中央部を前側から後側にかけて、アンダーカバーによって覆う。 これにより、ポンプなどの前記燃料電池システム２を構成する上で必要な補機類、配管類、燃料系アッセンブリを全て飛び石、冠水などから保護する。

前記排気管１４は、図５に示す如く、その最も上流側を構成するマニホールド１５を備え、それに次ぐ上流側にフロント排気管アセンブリ５０を構成し、下流側にリヤ排気管アセンブリ５１を構成している。そして、前記フロント排気管アセンブリ５０は、第１パイプ５２と、このマニホールド１５の下流側端部と第１パイプ５２の上流側端部とを連絡する第１ホース５３とからなる。
また、前記リヤ排気管アセンブリ５１は、第１パイプ５２の下流側端部に上流側端部が連絡する第２ホース５４と、この第２ホース５４の下流側端部に連絡し、かつ前記消音器２１の上流側に連絡する第２パイプ５５と、前記消音器２１の下流側に連絡する第３パイプ５６とからなる。

そして、前記排気管１４を、その上流側であるフロント排気管アセンブリ５０（とくに第１パイプ５２）を車体フロア７０に支持し、かつ、その下流側であるリヤ排気管アセンブリ５１（とくに第２パイプ５５）を前記サブフレーム３２に支持するとともに、その上流側となり水素ガスを含む使用された燃料ガスを排出する前記パージ管１７の合流接続部（前記曲部１８とも換言できる。）を含めそこからその下流側となる下流端開口２０までにわたり一様に地面５７との平行面５８に沿うかそれより下流側が低くなるように配策する構成とした。
詳述すれば、前記排気管１４は、車両の前後方向で底部のほぼ全長にわたるように長く延ばして設けてあり、その排気管１４の上流側を、車体フロア７０に複数個所で支持（図示せず）し、排気管１４の下流側を、前記サブフレーム３２に複数個所で支持している。各支持個所では、クランプによって強固に固定している。この支持個所の上流側には、水素ガスを含む使用された燃料ガスを排出するパージ管１７の合流接続部を設けている。この合流接続部を含めそこからその下流側となる下流端開口２０までにわたり、車両側面視で、ほぼ直線状としている。
つまり、図１に示す如く、前記車両１に地面５７に対して平行な上面ラインＬ１及び下面ラインＬ２を設定した際に、これらの上面ラインＬ１と下面ラインＬ２との間に地面５７との平行面５８に沿うように、前記排気管１４におけるパージ管１７の合流接続部を含めそこからその下流側となる下流端開口２０までをほぼ直線状に配設する。
このため、前記排気管１４は、一様に地面５７との平行面５８に沿うか、それより下流側が低くなるように平面状に配策することとなる。
これにより、前記排気管１４の水素ガスが導入される部位から下流全体にわたって、水素ガスの排出性を向上でき、また、多量の水素ガスの滞留を防止できる。
また、排水性を向上でき、また、生成水の滞留を防止できる。
前記サブフレーム３２は、前記燃料タンク２７をはじめとする燃料供給系をアセンブリに固定している。
サブフレーム３２全体にわたってその下面は、地面５７と平行となるようにほぼ水平に設けてあり、そのため、サブフレーム３２の後部では、車体フロア７０と連結するための柱脚部３７が左右一対かつ前後に並べて複数脚設けてある。
なお、前記サブフレーム３２は、車載搭載時に、前記排気管１４などを収容可能な空間を形成するように下方に離間させて、かつ、その下面を覆うように平面状のカバー（図示せず）を台座に取り付けて設ける。

また、水素ガスを含む未使用の燃料ガスを排出する緊急放出用パイプ（前記水素排出管４７とも換言できるため、同一の符号を使用して説明する。）４７を設け、この緊急放出用パイプ４７を、パージ管１７の合流接続部を含めそこから下流端開口２０までの前記排気管１４に合流接続して設け、この合流部より下流側となる排気管１４の途中に前記消音器２１を配設する。
つまり、燃料ガスの供給系から分岐するように、前記緊急放出用パイプ４７を設けている。この緊急放出用パイプ４７は、水素ガスを含む未使用の燃料ガスを排出するものである。緊急用であるので、何らかの不具合が生じた場合に、できるだけ安全性を確保することを目的として、水素ガスの放出を行う。そのため、この緊急放出を行う場合は、不具合が解消されるまで、継続的に水素ガスの放出が行われることがある。
また、前記緊急放出用パイプ４７を、パージ管の合流接続部１８を含め、そこから下流端開口までの前記排気管１４に合流接続して設けている。この合流部より下流側となる排気管１４（第２パイプ５５）の途中に前記消音器２１を配設しているので、緊急放出用パイプ４７を、その少し上流側位置であって排気管１４の上面側から合流接続している。その連結部は、ボス部を形成し、ユニオンにて前記緊急放出用パイプを締結固定して接続する構造となっている。
このとき、前記排気管１４には、いわゆる高周波管と呼ばれる、拡散吸収型の前記消音器２１を設けている。前記排気管１４内部を流れるガス流の流速が高くなると、排気管１４各部に合流接続されている各配管の内部の気柱共鳴によって、特定の周波数が強調された異音を発する。この異音を、前記排気管１４の下流側に設けた消音器２１によって、特に高周波を消音するようにしているので、水素ガス配管の接続部分に生じ易い笛吹き音に対する消音性を向上できる。緊急放出用パイプ４７による異音を消音し、抑制することができる。
この消音効果は、複数の水素ガス配管によって生じる異なる周波数、そして異なる音量の異音に対しても、同一の消音器２１を利用することができる。

更に、この消音器２１は、図６に示す如く、地面５７に対向し近接する側の面が内管２４と外管２５との間の空間が最小ないしゼロとなるように形成されている。そして、単一径で形成した多孔２３の内管２４を、同一径の排気管１４と、滑らかに接続している。
これにより、ガス流の流れを妨げることなく、消音器２１内の排水性を向上でき、また、生成水の滞留を防止できる。
また、単一の消音器２１は、完全に排出しきれないで消音器２１内部に残る少量の滞留物を最小限に抑えることができる。

更にまた、前記排気管１４は、前記緊急放出用パイプ４７の合流接続部および消音器２１を含む部位を、下流側部位として形成している。それより上流側部位の排気管１４とは、分割して形成している。それら上流側部位と下流側部位との排気管部位の間を、別体の可撓性を有するホース５３によって、気密性・水密性を保って連結する一方、分割可能に連結している。
前記排気管１４の下流側部位、および、水素ガスの前記緊急放出用パイプ４７を、共に、前記サブフレーム３２に固定的に支持して設けている。前記排気管１４の下流側部位は、サブフレーム３２の左右一対設けられた左右のサイドフレーム３３、３４のうち一方に沿って配策され、複数個所で固定されている。水素ガスの前記緊急放出用パイプ４７は、サブフレーム３２の車幅方向に延出して車両前後方向に離間するよう複数設けられた第１〜第４クロスメンバ３５ａ〜３５ｄに沿って配設され、複数個所で固定されている。
前記緊急放出用パイプ４７及び前記消音器２１を含む下流側部位を、上流側部位から切り離して、前記サブフレーム３２と一緒に車体から取り外すことができる。その際、前記排気管１４の下流側部位と前記緊急放出用パイプ４７との接続部などといった配管の接続部分を切り離す作業がなく、シール性を保つことができるとともに、他の部品への整備作業性をも向上することができる。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、前記消音器２１を形成する際に、地面５７に対向し近接する側の面が内管２４と外管２５との間の空間が最小ないしゼロとなるように形成したが、このような円形状の内管２４及び外管２５からなる消音器２１の代わりに、外管５９を楕円形状とした消音器６０とすることも可能である。
つまり、前記消音器６０の外管６０を、図７に示す如く、水平方向に対して長軸を平行に位置させた楕円形状とし、車両上下方向に位置する短軸において、上面及び下面が多孔６１を有する内管６２と外管５９との間の空間が最小ないしゼロとなるように形成するものである。
さすれば、円形状の内管２４及び外管２５からなる消音器２１と同様に、ガス流の流れを妨げることなく、消音器６０内の排水性を向上でき、また、生成水の滞留を防止できる。
そして、単一の消音器６０は、完全に排出しきれないで消音器６０内部に残る少量の滞留物を最小限に抑えることができる。

また、消音器６３の多孔６４を有する内管６５と外管６６との間に仕切り板６７を取り付ける構成とすることも可能である。
つまり、円形状の内管６５及び外管６６とし、かつ、地面に対向し近接する側の面が内管６５と外管６６との間の空間が最小ないしゼロとなるように形成した際に、図８に示す如く、内管６５の地面に対向し近接する側から少し離間した外周面部位において、この外周面部位と前記外管６６の内周面部位とを接続するように、水平状態に前記仕切り板６７を取り付けるものである。
さすれば、この仕切り板６７を取り付けることにより、空気中に含まれる水滴及び水蒸気が吸音材６８に吸収された場合でも重量で水分が下方に移動し、前記仕切り板６７より下の部分（吸音材６８の無い部分）に水が溜まる。
このことにより、前記吸音材６８が水を吸っていない状態で底部分に溜まるため、空気の流れにより水が排出され易くなる。
また、仕切り板６７をなくして、その代わりに空間６９に撥水性のあるスチールウールを詰めることにより、仕切り板６７と同様に水の滞留を防ぐことができ、スチールウールによる吸音効果が得られる。
なお、前記仕切り板６７に複数の孔部（図示せず）を開ける特別構成としても、同様な効果を得ることができる。

この発明の実施例を示す排気管アセンブリを車両に搭載した状態の概略左側面図である。 水素タンクアセンブリを車両に搭載した状態の概略左側面図である。 燃料電池システムの概略構成図である。 水素タンクアセンブリを左後方・下方から見た状態の概略斜視図である。 排気管アセンブリの概略斜視図である。 消音器を示し、（ａ）は消音器の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。 消音器の他の第１実施例を示し、（ａ）は消音器の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。 消音器の他の第２実施例を示し、（ａ）は消音器の側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図である。

符号の説明

１ 車両
２ 燃料電池システム
３ 水素タンクアセンブリ
４ 排気システム
５ 燃料電池
１４ 排気管
１７ パージ管
２１ 消音器（「マフラ」ともいう。）
２７ 燃料タンク（「水素タンク」ともいう。）
３２ サブフレーム（「タンクフレーム」ともいう。）
３３、３４ 左右のサイドフレーム
３５ クロスメンバ
３６ 構造部材
３８ 第１燃料タンク
３９ 第２燃料タンク
４３ 緊急水素放出ノズル
４７ 水素排出管
５７ 地面

Claims (2)

1. 客室のフロアと客室のフロアよりも高い位置に配置される荷室のフロアとを有する車体フロアと、前記荷室のフロア下に配置される燃料タンクと、この燃料タンクを車体に連結するサブフレームと、カソードに酸素を含む空気を供給しアノードに水素を含む燃料ガスを供給して発電を行う燃料電池と、この燃料電池のカソード側に接続されて燃料電池から空気を排出する主排気管と、前記燃料電池のアノード側に接続されてこの燃料電池から燃料ガスを排出するパージ管と、これら主排気管とパージ管とを合流接続するマニホールドと、前記燃料電池から車両後方へ延びかつ上流端部に前記マニホールドが配置されるともに下流端部に下流端開口を備える排気管と、この排気管の後部に配置される消音器とを備える燃料電池システムの排気装置において、前記サブフレームは前記燃料タンクの下部側方に配置され、かつ車両前後方向に延びる左右のサイドフレームを備え、前記車両を左右方向から見た場合、前記排気管の前記客室のフロアよりも車両後側の部分を前記サイドフレームに沿って延ばすとともにこのサイドフレームによって支持し、前記排気管を前記マニホールドにおける前記パージ管との合流接続部から前記下流端開口に亘って一様に地面との平行面に沿うか下流側が低くなるように配索したことを特徴とする燃料電池システムの排気装置。
2. 前記排気管を、前記マニホールドから前記サブフレームの前側に至るフロント排気管アセンブリと、このフロント排気管アセンブリの下流側に連結されるとともに前記サイドフレームに沿うリヤ排気管アセンブリとに分割し、前記リヤ排気アセンブリは、緊急放出用の水素排出管が連結される合流接続部を備え、かつホースにより前記フロント排気管アセンブリに連結されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの排気装置。

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