JP4464854B2 - 燃料電池用消音器 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の排気系統に設けられる消音器に関し、詳細には、排気中に含まれる水分が凝結した水を、消音器の外に排出するための構造に関する。

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、カソード極に供給される酸化ガスが、電解質膜で発電反応し、これと同時に水分が生成される。生成された水分は、反応に使用されなかった燃料ガスや酸化ガスと共に、燃料電池の排気として、燃料電池に接続された所定の排気系統から排出される。このような排気系統においては、５００〜２０００Ｈｚといった比較的高い周波数の気流音が生じることがある。この気流音を低減するため、燃料電池車等の排気系統には、内部にグラスウール等の吸音材（消音材）を充填した吸音型の消音器が装着されることが多い。

このような消音器には、例えば、図７に示す断面構造のものがある。この消音器１００は、燃料電池からの排気が貫流するインナパイプ１０２と、これを囲うアウタシェル１０４とを有し、インナパイプ１０２とアウタシェル１０４との間には、グラスウール等の吸音材１０６が充填されている。インナパイプ１０２には、その周壁に複数の透音孔１０８が形成されている。この透音孔１０８から吸音材１０６に向けて放射された音は、吸音材１０６にて散乱、干渉を繰り返し、減衰することで、吸音材１０６に吸収されることとなる。

ところで、燃料電池の排気中には生成された水分が多く含まれる。この水分が、消音器内部で凝結して滴下することや、排気系統上流で凝結した水が消音器内に流入することで、消音器の鉛直方向下側の部位（以下、底部と記す）に水が溜まることがある。この場合、消音器の底部に充填された吸音材が、水を吸着、保持（以下、含水と記す）することで所定の吸音能力を発揮できなくなり、消音器としての消音性能が低下することがあった。

これを対策する従来技術として、下記の特許文献１の消音器１２０が提案されている。図８に示すように、消音器１２０は、連通孔１２２を有する仕切り板１２４で、消音器１２０内部を鉛直方向上下に区画することで、吸音室１２６と膨張室１２８とが形成されている。この吸音室１２６の内部には、透音孔１３６を有するインナパイプ１３０が配置され、インナパイプ１３０を囲うように吸音材が充填されている。この構造により、インナパイプ１３０の鉛直方向下側にある吸音材１２６が含水しても、その水は、仕切り板１２４の連通孔１２２を介して膨張室１２８に滴下させることができる。膨張室１２８に滴下した水は、導管１３４を介して順次、消音器１２０外部に排出される。

特開２００２−２０６４１３号公報

しかし、特許文献１の消音器においては、吸音室下側の吸音材から膨張室に水を滴下させながらも、吸音材が含水してしまう領域が広くなるという問題があった。吸音材を含水させる水は、排気系統上流からインナパイプ内壁を伝って流入する水や、インナパイプ内壁で凝結して滴下する水が含まれる。このように流入した水は、インナパイプの透音孔より滴下し、特にインナパイプ下側にある吸音材を含水させる。含水した吸音材は、前述のグラスウールのように径の細い繊維であり、また繊維間の隙間も小さいことが多い。このような繊維には毛細管現象が生じるため、インナパイプ下側やその周囲の吸音材だけでなく、より上方にある吸音材にまで、水が引き寄せられて含水することがあった。

以上のように、特許文献１の消音器においては、インナパイプの透音孔から流入する排気流により、含水した吸音材から、ある程度水を膨張室に滴下させることはできるが、充填された吸音材のうち、含水してしまう領域が広いため、吸音材が所定の吸音能力を発揮することは困難であった。

そこで本発明は、内部にある吸音材が、より含水する領域が狭くなるような構造を有する消音器を提供することを目的としている。

本発明に係る燃料電池用消音器は、燃料電池からの排気を排出する排気系統に設けられる消音器であって、周壁には複数の透音孔が形成され、軸方向に排気が貫流する金属製のインナパイプと、インナパイプを、その周壁から所定の間隔をもって囲うよう形成される樹脂製のアウタシェルと、を備え、アウタシェルが、インナパイプとの間に吸音材が充填される収容部と、インナパイプの鉛直方向下側部分に対向して設けられインナパイプとの間に吸音材が充填されない排水部とを有しており、アウタシェルの排気系統下流側に設けられる第１のパイプ受け部と、アウタシェルの排気系統上流側に設けられる第２のパイプ受け部と、を有し、それらが一体に成形され、アウタシェルの第１のパイプ受け部は、インナパイプの一方の端部を圧入させて固定し、アウタシェルの第２のパイプ受け部は、金属製の接続パイプの一方の端部を圧入させて固定し、接続パイプの他方の端部は、インナパイプの他方の端部に摺動可能に嵌め込まれる。この排水部は、アウタシェル内に流入した水を受けて、これをアウタシェル外に流すよう形成されている。インナパイプの下側部分と、これに対向する排水部との間の空間には、吸音材が充填されていない。したがって、排水部がアウタシェル内に流入した水を受けても、排水部には吸音材が充填されていないため、消音器内部の吸音材が、排水部から水を吸い上げて含水してしまうことがない。

ここで、鉛直方向における、インナパイプの周壁とアウタシェルの収容部との距離が、アウタシェルの排水部との距離よりも大きくなるように、インナパイプがアウタシェルに対して配置されることが好ましい。これにより、インナパイプの鉛直方向上側と、アウタシェルの収容部との間に、吸音材を充填するための比較的広い空間を確保することができる。排水部とインナパイプとの間に、吸音材のない、水を受ける空間を確保しつつも、インナパイプ上側には、吸音材を比較的多く充填できる。

また、アウタシェルの排水部が、アウタシェルの外側に向けて突出した断面略Ｕ字形状に形成することができる。これによれば、排水部は、これに隣接するアウタシェルの部位に比べ、鉛直方向下側に、より深くなっている。したがって、排水部は、その周囲にある吸音材に水を接触させることなく、より多くの水を貯水可能となる。

また、透音孔は、インナパイプ周壁の上側部分には形成され、下側部分には形成されないものとすることができる。これにより、排気系統上流からインナパイプ下側部分を伝って流れる水は、インナパイプからアウタシェルに入ることなく、そのまま排気系統下流に排出される。

また、本発明に係る燃料電池用消音器においては、インナパイプが排気系統下流方向ほど低くなるよう角度を付けて取付けることができる。これにより、インナパイプの下側部分や、アウタシェル排水部に滴下した水を、これらに伝わせて排気系統下流方向に、円滑に流すことができる。

ここで、インナパイプの取付け角度は、５〜１０°であることが好ましい。これにより、消音器の車両搭載性を損なうことなく、インナパイプの下側部分及びアウタシェルの排水部から水を排出することができる。

また、本発明に係る燃料電池用消音器は、インナパイプと、アウタシェルとの間に、これらの接触を防止する緩衝部材を設けることができる。これにより、アウタシェル内で、インナパイプが揺動した場合に、アウタシェルの排水部とインナパイプが直接接触し、異音が発生してしまうことを防止することができる。

また、本発明に係る燃料電池用消音器においては、アウタシェルを、樹脂製とし、アウタシェルは、アウタシェルの排気系統下流側に設けられる第１のパイプ受け部と、アウタシェルの排気系統上流側に設けられる第２のパイプ受け部とが一体に成形したものとすることができる。溶接等の接合を用いることなくアウタシェルを構成できるので、接合箇所の剥れ等により、内部の流体が漏れることを防止することができる。

また、本発明に係る燃料電池用消音器においては、アウタシェルの第１のパイプ受け部は、インナパイプの一方の端部を圧入させて固定し、アウタシェルの第２のパイプ受け部は、金属製の接続パイプの一方の端部を圧入させて固定し、接続パイプの他方の端部は、インナパイプの他方の端部に摺動可能に嵌め込まれる。これにより、溶接といった比較的高コストな固定方法を用いることなく、インナパイプをアウタシェルに固定することができる。

ここで、接続パイプは、アウタシェルの第２のパイプ受け部に圧入して固定される大径部と、インナパイプの他方の端部に摺動可能に嵌め込まれる小径部を有し、アウタシェルとインナパイプの他方の端部とを接続することが好ましい。これにより、樹脂製のアウタシェルと、ステンレス製のインナパイプが、それぞれ異なる熱膨張率をもって膨張する場合に、アウタシェルとインナパイプの熱膨張の差を吸収することができる。

本発明によれば、消音器内部にある吸音材が含水する領域を低減することで、消音性能の低下を抑制することができる。

以下に、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。

まず、本実施形態に係る消音器１０が設けられる燃料電池システムの排気系統について、図９を用いて概略構成を説明する。図９に、燃料電池システムの概略構成を示す。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９に二点鎖線で示す）を有している。

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）が、燃料電池８２に供給される。燃料電池８２において、供給された水素ガスと空気が反応し、電気エネルギが生成されると同時に、水分が生成される。

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に流入する。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、水分を含んだ排気として、配管９９を通って消音器１０に流入する。

次に、本実施形態に係る消音器１０について、その概略を図１及び図２を用いて説明する。図１に、本実施形態にかかる消音器１０の概略構成を示し、図２には、図１に矢印Ｙで示す消音器長手方向の縦断面図を示す。消音器１０は、燃料電池システムの排気系統に設置され、より具体的には、燃料電池自動車に適用した場合、マフラーとして、車両後方のアンダーフロアに、ブラケット等により、吊り下げられて設置される。なお、図中、矢印Ｘは車両左方を、矢印Ｙは車両後方を、矢印Ｚは車両上方を示している。この消音器１０は、図２に示すように矢印Ｘ、Ｙで構成される車両水平面に対して、排気系統下流方向（矢印Ｙで示す方向）ほど低くなるよう５〜１０°の傾斜角度をもって装着されている。

燃料電池（図示せず）からは、反応に使用されなかった空気や燃料電池にて生成された水分（水蒸気）を含む排気が、所定の排気系統から排出される。本実施形態の消音器１０は、この排気系統の末端に設けられており、水分を含んだ排気や、消音器１０より上流の排気系統内部で排気中の水分が凝結した水は、排気系統上流側（図１に矢印Ｄで示す側）から消音器１０に流入する。

本実施形態に係る消音器１０の各部位について、図２、図３及び図４を用いて説明する。図２には、図１に矢印Ｙで示す消音器長手方向の縦断面図を示す。図３には、図２のＢ−Ｂ線による断面図を示し、図４には、図２のＣ−Ｃ線による断面図を示す。本実施形態の消音器１０は、排気が貫流するインナパイプ３０と、これを囲うアウタシェル１２と、インナパイプ３０とアウタシェル１２の間に充填される吸音材４５と、インナパイプ３０の上流とアウタシェル１２を接続する接続パイプ５０と、インナパイプ３０の下部とアウタシェル１２との接触を防ぐとともに荷重伝達を緩衝する緩衝用ゴム部材６０とを有しており、以下に、図２及び図３を用いて詳細を説明する。なお、ここでは例として燃料電池車の排気系統に設置される消音器１０について説明し、消音器１０の各部位の形状やその方向については、車両後方のアンダーフロアに装着された状態を想定して記載する。

インナパイプ３０は、図２、図３に示すように、断面略円形を呈するステンレス製のパイプであり、その周壁３６には、直径３ｍｍ程度の貫通した円形の孔である透音孔３２が多数形成されている。この透音孔３２は、消音器１０を車両に装着した場合に、インナパイプ３０のうち鉛直上方側半分を含むよう設定された上側部分３７に形成されている。この上側部分３７は、吸音材４５が対向して配置される部位でもある。上側部分３７に形成された透音孔３２は、図２に示すように、それぞれが所定の間隔を有するように配列され、この上側部分３７は網目状を呈することとなる。なお、インナパイプ３０における上側部分３７より鉛直下方側の部位を、インナパイプ下側部分３８と規定する。

また、インナパイプ３０は、消音器１０を車両に装着した場合に、車両水平面に対して排気系統下流方向ほど低くなるように配置される。インナパイプ３０の下側部分３８に流入した水が、排気系統下流方向に流れるように、インナパイプ３０は、消音器１０に対し配置されている。

インナパイプ３０には、その軸方向（矢印Ｄで示す方向）に、排気系統上流から水蒸気を含んだ排気が貫流する。この排気流は、インナパイプ３０内において、排気系統上流から伝播する所定の圧力変動を有しているため、インナパイプ３０の透音孔３２からは、図３に矢印Ｅで示すように、アウタシェル１２との間にある吸音材４５に向けて、音速で伝播する圧力波、つまり音波が放射される。吸音材４５に入射した音波は、吸音材４５にて、散乱と干渉を繰り返し、減衰することで吸音される。

一方、インナパイプ３０の下側部分３８には、図２及び図３に示すように透音孔３２は形成されていない。消音器１０よりも排気系統上流側において凝結した水は、重力により滴下して凝集し、排気系統下流方向に流れ、消音器１０のインナパイプ下側部分３８に流入する。一方、排気中に含まれる水蒸気の形態で消音器１０に流入した水分は、インナパイプ３０の内壁４０において凝結して水となり、重力により滴下してインナパイプ３０の下側部分３８に凝集する。インナパイプ下側部分３８には、透音孔３２が形成されておらず且つ排気系統下流方向ほど低くなっているため、これらの水はインナパイプ下側部分３８を伝って排気系統下流方向（図２に矢印Ｙに示す方向）へと流れる。すなわち、インナパイプ下側部分３８は、水を流す樋として機能する。インナパイプ３０の排気系統下流側の端部３９は、アウタシェル１２に固定される。この端部の直上流のインナパイプ下側部分３８には、直径１５ｍｍ程度の排水穴３４が形成されている。これら、インナパイプ３０の端部の具体的な固定方法については後述する。

アウタシェル１２は、図３に示すように、インナパイプ周壁３６から所定の間隔を持って囲うよう形成され、インナパイプとの間に吸音材４５を保持する収容部１４と、インナパイプ３０の下側部分３８に対向して設けられる排水部１６とを有する。

アウタシェル１２の収容部１４は、インナパイプ３０との間に吸音材４５が充填されており、これを保持するよう形成されている。透音孔３２は、実質的に吸音材４５が充填された部分に対応するインナパイプ周壁３６に形成されている。すなわち、収容部１４は、透音孔３２が形成されるインナパイプ３０の上側部分３７に対向して形成されている。

一方、排水部１６は、アウタシェル１２の鉛直下方において、径方向外側に向けて突出した断面略Ｕ字形状に形成されている。排水部１６と、インナパイプ下側部分３８との間には、吸音材４５が充填されていない空間４７が形成される。排水部１６は、これに隣接するアウタシェル１２の段差部１５に比べて、鉛直下方に深さを有するよう形成されている。この排水部１６、及び吸音材４５のない空間４７は、図２に示すように、吸音材４５が充填される収容部１４と軸方向に略同一の長さに亘って形成されている。また、排水部１６とインナパイプ３０は、図２に示すように、平行に配置されている。すなわち排水部１６は、消音器１０を車両に装着した場合に、排気系統下流方向（矢印Ｙで示す方向）ほど、鉛直方向に低くなるよう配置されている。

これにより、排水部１６は、インナパイプ３０の透音孔３２から流入しアウタシェル１２との間で凝結し滴下してくる水を受けると共に、この水を排水部１６の上面１７に伝わせて、排気系統下流方向に流すことができる。排水部１６を伝って排気系統下流方向へと流れた水は、図４に矢印Ｆで示すように、インナパイプ３０の排水穴３４からアウタシェル１２外へと排出される。

これらアウタシェル１２の収容部１４と排水部１６は、図３に示すような、鉛直方向（矢印Ｚで示す方向）において、インナパイプ周壁３６と、収容部１４との距離が、排水部１６との距離よりも大きくなるように形成されている。すなわち、インナパイプ３０は、収容部１４よりも排水部１６側にオフセットして配置されている。これにより、インナパイプ周壁３６の鉛直方向上側と収容部１４との間には、比較的広い空間が確保することができ、ここに十分な量の吸音材４５を充填することができる。排水部１６とインナパイプ３０との間に吸音材４５が充填されない空間４７を確保しつつも、インナパイプ３０上側に吸音材４５を多く充填できるため、アウタシェル１２の断面積を大きくすることなく、消音器１０の排水性能と消音性能を両立させることができる。

また、アウタシェル１２の収容部１４と排水部１６は、図３に示すようなアウタシェル１２の段差部１５をもって接続されている。インナパイプ周壁３６と段差部１５との隙間は、排水部１６側に近づくにつれて、小さくなるよう形成されている。すなわち、インナパイプ周壁３６と、段差部１５の排水部１６側の端との距離は、段差部１５の収容部１４側の端との距離に比べ、極端に小さくなるよう設定されている。これにより、インナパイプ３０とアウタシェル１２の収容部１４との間に、吸音材４５、例えばグラスウールを充填する際に、グラスウールが収容部１４側から排水部１６側にはみ出して充填されてしまうことを防止している。このような段差部１５を有することで、アウタシェル１２の収容部１４内側にのみ、吸音材４５を充填することが、より容易になる。

なお、本実施形態の消音器１０においては、アウタシェル１２の収容部１４と排水部１６との間に段差部５を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。吸音材が排水部にはみ出さなければ、収容部と排水部の間に段差を設けず、アウタシェルの断面が略円形を呈するよう構成しても良い。これによりアウタシェルにかかる製造コストをより低減することができる。なお、このように構成した場合、アウタシェルの軸心に対して、インナパイプの軸心が、鉛直下方にオフセットして配置されることとなる。

上述の収容部１４、排水部１６及び段差部１５に加えて、アウタシェル１２には、インナパイプ３０をアウタシェル１２に固定するため、図２に示すように、排気系統下流側にはインナパイプ受け部１８が、排気系統上流側には接続パイプ受け部１９が、更に形成されている。これらアウタシェル１２の各部位は、合成樹脂製であり、ブロー成形により一体に成形されている。溶接等の接合を用いることなくアウタシェル１２を構成できるので、接合箇所の剥れ等により、内部の流体が漏れることを防止することができる。

インナパイプ受け部１８は、インナパイプ３０断面形状に合わせて略円形に形成されており、その内径は、所定の嵌め合い隙間をもって、インナパイプ３０の外径と略同一に設定されている。インナパイプ３０の下流側端部を、アウタシェル１２の受け部に挿し込んで圧入すると、インナパイプ３０は、アウタシェル１２に固定される。これにより、溶接といった比較的高コストな固定方法を用いることなく、インナパイプ３０をアウタシェル１２に固定することができる。

なお、インナパイプ受け部１８は、排気系統下流側だけでなく上流側に設けられても良い。消音器１０の温度が変化し、アウタシェル１２とインナパイプ３０が、それぞれ膨張又は収縮した場合に、そのひずみを吸収可能な構造となっていれば、インナパイプ受け部１８は、アウタシェル１２の上流側及び下流側の双方に設けられていても良い。

一方、アウタシェル１２のインナパイプ受け部１８と反対側、すなわち排気系統上流側には、図２に示すように接続パイプ受け部１９が形成されている。この接続パイプ受け部１９に、接続パイプ５０を圧入固定することにより、アウタシェル１２とインナパイプ３０は摺動可能に固定される。以下、図２及び図５を用いて説明する。図５には、図２のＧ−Ｇ線による断面図を示し、インナパイプ３０の内壁４０に接続パイプ５０が挿し込まれた状態を示す。

接続パイプ５０は、図２に示すように、金属製であり、アウタシェル１２の接続パイプ受け部１９の内壁４１に圧入される大径部５２と、インナパイプ３０の内壁４０と摺動可能に保持する小径部５４とを有している。一方、インナパイプ３０の内壁４０の小径部５４が挿し込まれる部位には、図５に示すような摺動突起２０が形成されている。インナパイプ３０がアウタシェル１２のインナパイプ受け部１８に固定されている状態において、接続パイプ５０を、消音器１０の外部から、内部方向（図２に矢印Ｄで示す方向）に挿入すると、大径部５２がアウタシェル１２の接続パイプ受け部１９に圧入されると共に、小径部５４がインナパイプ３０の内壁４０に嵌めこまれる。ここで、接続パイプ５０の小径部５４は、インナパイプ内壁４０に設けられた摺動突起２０と点接触することとなる。この接触部位は面積が小さいため、インナパイプ３０は、接続パイプ５０に対して、軸方向（図２に矢印Ｄで示す方向）に摺動することが可能となる。

これにより、例えば、消音器１０の温度が上昇し、樹脂製のアウタシェル１２と、ステンレス製のインナパイプ３０が、それぞれ軸方向（矢印Ｄに示す方向）に、それぞれ異なる熱膨張率をもって膨張する場合に、接続パイプ５０の小径部５４と、インナパイプ３０の内壁４０が軸方向に摺動することで、アウタシェル１２とインナパイプ３０の熱膨張の差を吸収することができる。この結果、樹脂製のアウタシェル１２と金属製のインナパイプ３０のように、異なる部材を用いて消音器１０を構成することができる。

また、インナパイプ３０の下側には、アウタシェル１２との接触を防止する緩衝用のゴム部材６０が設けられている。この緩衝用ゴム部材６０は、インナパイプ周壁３６の鉛直方向下側に配置され、図２に示すように、インナパイプの軸方向に延設されている。これにより、アウタシェル１２内で、インナパイプ３０が揺動した場合に、アウタシェルの排水部１６とインナパイプ３０が直接接触し、異音が発生してしまうことを防止することができる。また、アウタシェル１２とインナパイプ３０との組付けバラツキや熱膨張に起因して、インナパイプ３０が排水部１６に近づき、排水部１６上方に形成される空間４７を、極端に狭くしてしまうことも防止することができる。

以上、本実施形態の消音器１０の構成について説明した。以下に、本実施形態の消音器１０における排気中の水分、及びこれが凝結した水の流れについて、図２、図４及び図６を用いて説明する。図６には、図３と同じく、図２のＢ−Ｂ線による断面図であり、インナパイプ下側部分３８及び排水部１６に水が流れている状態を示す。

まず、図２に示すように排気系統上流より、水分を含んだ排気が消音器１０の接続パイプ５０内に流入する。これと共に排気系統上流で凝結した水も排気系統上流から接続パイプの周壁５６の下側を伝って流入する。

そして、接続パイプ５０から、インナパイプ３０に流入した排気は、図６に矢印Ｅで示すように、インナパイプ３０の透音孔３２から吸音材４５に向けて、その音波を放射すると共に、僅かな流量ではあるが排気が、吸音材４５、すなわちアウタシェルの収容部１４とインナパイプ３０との間で形成される吸音室２２に流入する。吸音室２２に流入した微量の排気は、吸音材４５や、アウタシェル１２の内壁４３、インナパイプ３０の外壁４９において凝結し、水となって付着する。この水は、重力や車両の振動により、図６に矢印Ｉで示すように鉛直方向下方にあるアウタシェル１２の排水部１６に向けて滴下する。

排水部１６は、この滴下してくる水を受け、一時的に貯水する。この排水部１６とインナパイプ３０の下側部分３８との間の空間４７には、吸音材４５が充填されていない。排水部１６がアウタシェル１２内に流入した水を受け、ここに水が溜まった場合においても、排水部１６には吸音材４５が充填されていないため、消音器１０内部にある吸音材４５が、排水部１６から水を吸い上げて含水してしまうことがない。したがって、吸音材４５の含水する領域が、毛細管現象により拡大していくことを防止することができる。内部にある吸音材４５は、所定の吸音能力を発揮することができ、消音器１０は、所定の消音性能が低下することを防止することができる。

また、排水部１６は、アウタシェル１２外側に突出するＵ字形状に形成されており、これに隣接するアウタシェル１２の段差部１５に比べて鉛直方向下側に深くなっている。これにより、排水部１６は、その周囲にある吸音材４５に水を接触させることなく、より多くの水を一時的に貯水することができる。この結果、燃料電池の稼働率が比較的高く、吸音室２２から滴下してくる水が比較的多い場合においても、排水部１６周辺の吸音材４５に排水部１６に溜まった水を接触させることなく、排水部１６に一時的に貯水しながらアウタシェル１２外に排出させることができる。

そして、排水部１６は、これに溜まった水７０を、排気系統下流方向に流す。前述のように排水部１６は、消音器１０を車両に装着した場合に、排気系統下流方向ほど、低くなるよう配置されている。よって、排水部１６は、この水７０を排水部１６の上面１７に伝わせて、排気系統下流方向に流すことができる。排水部１６を伝って排気系統下流方向へと流れた水７０は、インナパイプ３０の排水穴３４に達する。

一方、インナパイプ３０の内壁４０においては、排気中の水分が凝結し、水となって、図６に矢印Ｈで示すようにインナパイプ周壁３６の下側部分３８に滴下する。このインナパイプの内壁４０より、滴下した水は、接続パイプの周壁５６の下側を伝って流れる水に合流する。インナパイプ３０も、排水部１６と同じく、消音器１０を車両に装着した場合に、下流方向ほど低くなるよう配置されている。よって、この合流した水７２は、インナパイプ下側部分３８を伝って、排水穴３４に達する。

排水部１６を伝って排気系統下流方向へと流れた水７０と、インナパイプ３０の下側部分３８を伝って流れた水７２は、排水穴３４で合流し、インナパイプ３０の端部３９から、消音器１０の外、すなわち排気系統外部に排出される。

以上に説明した本実施形態の消音器においては、排水部がアウタシェル内に流入した水を受けても、排水部には吸音材が充填されていないため、消音器内部の吸音材が、毛細管現象により排水部から水を吸い上げて含水することがない。したがって、本実施形態の消音器によれば、吸音材が含水する領域を、より狭くすることができる。消音器内部にある吸音材は、所定の吸音能力を発揮することができ、消音器は、所定の消音性能が低下することを防止することができる。

本実施形態に係る消音器の概略構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る消音器の縦断面図である。 図２のＢ−Ｂ線による断面図である。 図２のＣ−Ｃ線による断面図である。 図２のＧ−Ｇ線による断面図であり、インナパイプの内壁に接続パイプが挿し込まれた状態を示す図である。 図２のＢ−Ｂ線による断面図であり、インナパイプの下側部分及び排水部に水が流れている状態を示す図である。 従来の吸音型消音器の横断面図である。 特許文献１に記載の消音器の縦断面図である。 燃料電池システムの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 消音器、１２ アウタシェル、１４ 収容部、１５ 段差部、１６ 排水部、１８ インナパイプ受け部、１９ 接続パイプ受け部、２０ 摺動突起、２２ 吸音室、３０ インナパイプ、３２ 透音孔、３４ 排水穴、３６ インナパイプ周壁、３８ インナパイプ下側部分、４０ インナパイプ内壁、４５ 吸音材、５０ 接続パイプ、５２ 大径部、５４ 小径部、７０ 排水部を伝う水、７２ インナパイプ下側部分を伝う水、８２ 燃料電池、８４ 水素タンク、８６ ブロワ、８８ 排気系統。

Claims (11)

1. 燃料電池からの排気を排出する排気系統に設けられる消音器であって、
   周壁には複数の透音孔が形成され、軸方向に排気が貫流する金属製のインナパイプと、
   インナパイプを、その周壁から所定の間隔をもって囲うよう形成される樹脂製のアウタシェルと、を備え、
   アウタシェルは、インナパイプとの間に吸音材が充填される収容部と、インナパイプの鉛直方向下側部分に対向して設けられ、インナパイプとの間に吸音材が充填されない排水部と、アウタシェルの排気系統下流側に設けられる第１のパイプ受け部と、アウタシェルの排気系統上流側に設けられる第２のパイプ受け部と、を有し、それらが一体に成形され、
   アウタシェルの第１のパイプ受け部は、インナパイプの一方の端部を圧入させて固定し、アウタシェルの第２のパイプ受け部は、金属製の接続パイプの一方の端部を圧入させて固定し、
   接続パイプの他方の端部は、インナパイプの他方の端部に摺動可能に嵌め込まれることを特徴とする燃料電池用消音器。
2. 請求項１に記載の燃料電池用消音器であって、
   鉛直方向における、インナパイプ周壁とアウタシェルの収容部との距離が、アウタシェルの排水部との距離よりも大きくなるように、インナパイプがアウタシェルに対して配置されることを特徴とする燃料電池用消音器。
3. 請求項２に記載の燃料電池用消音器であって、
   アウタシェルの排水部は、アウタシェルの外側に向けて突出した断面略Ｕ字形状に形成されていることを特徴とする燃料電池用消音器。
4. 請求項２に記載の燃料電池用消音器であって、
   透音孔は、インナパイプ周壁の、上側部分には形成され、下側部分には形成されないことを特徴とする燃料電池用消音器。
5. 請求項４に記載の燃料電池用消音器であって、
   透音孔は、インナパイプ周壁の、アウタシェル収容部とインナパイプとの間に形成される吸音室に対向する部分に、形成されていることを特徴とする燃料電池用消音器。
6. 請求項２に記載の燃料電池用消音器であって、
   インナパイプが排気系統下流方向ほど低くなるよう角度を付けて取付けられることを特徴とする燃料電池用消音器。
7. 請求項６に記載の燃料電池用消音器であって、
   インナパイプの取付け角度は、５〜１０°であることを特徴とする燃料電池用消音器。
8. 請求項６に記載の燃料電池用消音器であって、
   インナパイプ下側部分の排気系統下流側には、アウタシェル排水部とインナパイプの間にある空間と、インナパイプ内とを連通する排水穴が、形成されていることを特徴とする燃料電池用消音器。
9. 請求項２に記載の燃料電池用消音器であって、
   インナパイプとアウタシェルとの間には、これらの接触を防止する緩衝部材が設けられていることを特徴とする燃料電池用消音器。
10. 請求項９に記載の燃料電池用消音器であって、
    緩衝部材は、インナパイプ周壁の鉛直方向下側から突出しており、インナパイプの軸方向に沿って延設されていることを特徴とする燃料電池用消音器。
11. 請求項１に記載の燃料電池用消音器であって、
    接続パイプは、アウタシェルの第２のパイプ受け部に圧入して固定される大径部と、インナパイプの他方の端部に摺動可能に嵌め込まれる小径部を有し、アウタシェルとインナパイプの他方の端部とを接続することを特徴とする燃料電池用消音器。

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