(57)【要約】【課題】凝縮水による消音性能の悪化を防止することができる消音器を提供する。【解決手段】  ケース（２１）を貫通する排気ガス通路（２２）と、排気ガス通路（２２）の周囲を取り囲んでケース（２１）内に充填される吸音部材（３０）と、からなり、排気ガス通路（２２）は、前記ケース（２１）内部へと開口する複数の小孔（２２ａ）を備え、排気ガス通路（２２）と吸音部材（３０）との間に、液体は通過せず音波は通過する薄膜（２３）を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（２）の排気系統（３）に接続される消音器（１０）であって、
ケース（２１）を貫通する排気ガス通路（２２）と、前記排気ガス通路（２２）の周囲を取り囲んで前記ケース（２１）内に充填される吸音部材（３０）と、からなり、
前記排気ガス通路（２２）は、前記ケース（２１）内部へと開口する複数の小孔（２２ａ）を備え、
前記排気ガス通路（２２）と前記吸音部材（３０）との間に、液体は通過せず音波は通過する薄膜（２３）を備えたことを特徴とする消音器。
【請求項２】
請求項１に記載の消音器であって、
前記薄膜（２３）は、前記排気ガス通路（２２）の周囲に密着して備えられることを特徴とする消音器。
【請求項３】
請求項１に記載の消音器であって、
前記薄膜（２３）は、前記排気ガス通路（２２）の内周面に密着して備えられることを特徴とする消音器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の消音器であって、
前記薄膜（２３）は、前記排気ガス通路（２２）に備えられた小孔（２２ａ）の位置に対応する箇所のみ備えられることを特徴とする消音器。
【請求項５】
請求項１に記載の消音器であって、
前記吸音部材（３０）は、前記排気ガス通路（２２）から所定の間隔をもって、前記ケース（２１）に充填され、
前記薄膜（２３）は、前記吸音部材（３０）の、前記排気ガス通路（２２）へと臨む表面に密着して備えられることを特徴とする消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの発生音を低減するための消音器に関し、より詳細には、凝縮水による消音性能の悪化を防止することができる消音器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、水素と酸素を反応させることにより起電力を得る電池である。燃料電池は有害なガスを排出しないため、自動車等のエネルギー源として開発が進んでいる。
【０００３】
この燃料電池を車両に搭載した場合は、排気ガス中に大量の水蒸気が含まれているため、外気に晒される消音器付近で水蒸気が冷やされることにより大量の凝縮水が発生する。この凝縮水が消音器内部に留まると、吸音部材に浸透することにより消音性能が低下したり、蓄積した凝縮水が腐食を発生したりという問題が起こりうる。
【０００４】
このような問題に対して、マフラ内に溜まった凝縮水をサブマフラ内に流下させ、この凝縮水をピトー管から排気ガスの流れによって排出させる排気装置（特許文献１参照。）が知られている。
【０００５】
また、消音器内に設けた柱状部材により生成水を落下させ、バッファに生成水を蓄積し、蓄積した生成水を排水弁により排出する消音器（特許文献２参照。）も知られている。
【０００６】
また、排気中に含まれる凝縮水を、マフラ内の吸音室に所定量溜めるための水量調整孔を設けた排気装置（特許文献３参照。）も知られている。
【特許文献１】特開平１０−３０４３５号公報
【特許文献１】特開２００５−１７１８７４号公報
【特許文献１】特開２００５−１８８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、消音器内に蓄積した凝縮水を、ピトー管や排水用に開孔した小孔を用いて排出するように構成した場合は、吸音材の影響によってピトー管の目詰まりが生じやすく、スムーズに排水されない場合がある。また、小孔は車両走行時に泥やゴミにより目詰まりしやすい。これらピトー管や小孔が目詰まりした場合には、消音性能が大幅に低下するという問題があった。
【０００８】
また、寒冷地においては、ピトー管や小孔に残留した凝縮水が凍結する可能性がある。凝縮水が凍結することによって、これらピトー管や小孔が閉塞されると、システムの起動時に消音性能が悪化したりシステムの起動ができなくなったりする問題もあった。
【０００９】
本願発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、凝縮水が消音器内部に進入することを防止することで、消音性能を低下させることなく、耐久性を向上できる消音器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、燃料電池の排気系統に接続される消音器であって、ケースを貫通する排気ガス通路と、前記排気ガス通路の周囲を取り囲んで前記ケース内に充填される吸音部材と、からなり、前記排気ガス通路は、前記ケース内部へと開口する複数の小孔を備え、前記排気ガス通路と前記吸音部材との間に、液体は通過せず音波は通過する薄膜を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の消音器であって、前記薄膜は、前記排気ガス通路の周囲に密着して備えられることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の消音器であって、前記薄膜は、前記排気ガス通路の内周面に密着して備えられることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の消音器であって、前記薄膜は、前記排気ガス通路に備えられた小孔の位置に対応する箇所のみ備えられることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の消音器であって、前記吸音部材は、前記排気ガス通路から所定の間隔をもって、前記ケースに充填され、前記薄膜は、前記吸音部材の、前記排気ガス通路へと臨む表面に密着して備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によると、排気ガス通路と吸音部材との間に、液体は通過せず音波は通過する薄膜状の薄膜を備えたので、排気ガス通路から吸音部材へと液体（例えば凝縮水）が浸透することを防止し、この液体による消音性能の悪化やケースの腐食を防止することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によると、薄膜は、排気ガス通路の周囲に密着して備えられるので、排気ガス通路から吸音部材へと液体（例えば凝縮水）が浸透することを防止することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によると、薄膜は、排気ガス通路の内周面に密着して備えられるので、排気ガス通路から吸音部材へと液体（例えば凝縮水）が浸透することを防止することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によると、薄膜は、排気ガス通路に備えられた小孔の位置に対応する箇所のみ備えられるので、排気ガス通路から吸音部材へと液体（例えば凝縮水）が浸透することを防止することができるとともに、製造コストを抑えることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によると、吸音部材は、排気ガス通路から所定の間隔をもってケースに充填され、薄膜は、吸音部材の、排気ガス通路へと臨む表面に密着して備えられるので、排気ガス通路から吸音部材へと液体（例えば凝縮水）が浸透することを防止することができるとともに、中周波数から高周波数に至る幅広い領域での消音性能を発揮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態の消音器（マフラ）１０を中心とした消音装置１の説明図である。
【００２２】
本発明の消音装置１は、車両に搭載される燃料電池スタック２と、排気系統３とにより構成される。排気系統３には消音器１０が接続されている。消音器１０は、燃料電池スタック２から排出される排気ガスが発生する騒音を低減する。消音器１０を通過した排気ガスは、大気へと排出される。
【００２３】
燃料電池スタック２は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（空気）とを反応させて起電力を得る。このとき、水素と酸素が反応することによって水が発生する。発生した水は、主に水蒸気として、未反応のガスと共に排気ガスとして排出される。
【００２４】
車両に搭載される排気系統３は外気に晒されているため、排気ガス温度は排気系統３を通過する際に温度が下がる。そのため、消音器１０において凝縮水が発生する。この凝縮水は、消音器１０の消音性能に影響を与える場合がある。
【００２５】
具体的には、凝縮水が消音器１０の内部に進入した場合は、消音器１０を構成する吸音部材３０（図２参照）に凝縮水が浸透し、この吸音部材３０が有する空気層の専有面積が縮小されて、消音性能が低下する。また、消音器１０の内部に凝縮水が蓄積した場合は、この凝縮水によって消音器１０に腐食が発生し、消音器１０の耐久性が低下する。
【００２６】
このような問題点に対して、本発明の実施形態では、以下に説明するような特徴的な構成を備えることにより、消音器１０の消音性能を低下することなく、凝縮水により発生しうる問題を防止する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態の消音器（マフラ）１０の構成を示す断面図である。
【００２８】
消音器（マフラ）１０は、略円筒形状のケース２１と、排気ガスの通路である排気パイプ２２と、吸音部材３０とによって構成される。
【００２９】
ケース２１は、消音器１０の形状を決定する円筒形状または楕円形状のケースにより構成される。このケース２１の材質は、金属、非鉄金属、樹脂、等でもよい。ケース２１は、その両端に、ケース２１の開口部を閉塞するエンドプレート２１ａ及び２１ｂが接合されている。
【００３０】
ケース２１には、排気ガスを流通させる管状の排気パイプ２２が貫通して備えられている。この排気パイプ２２の材質は、金属、非鉄金属、樹脂、等でもよい。排気パイプ２２は、エンドプレート２１ａ及び２１ｂにそれぞれ支持されており、その一方は、排気系統３から燃料電池スタック２へと連通し、その他方は大気へと開放される。なお、図中矢印は、排気ガスの流れ方向を示す。
【００３１】
ケース２１内部において、排気パイプ２２は、その要所に小孔２２ａが備えられている。この小孔２２ａは、排気パイプ２２の内側からケース２１内部へと連通しており、排気ガスに含まれる音波を消音器１０の吸音部材３０に導くように構成されている。
【００３２】
この図２に示した例では、排気パイプ２２に、周状に数個の小孔２２ａを備え、これを、排気ガスの流れ方向に５列備えた。
【００３３】
吸音部材３０は、排気パイプ２２を取り囲むように、ケース２１の内部に充填して備えられている。この吸音部材３０は、例えば、グラスウールや、吸音ウレタン、吸音ペレット等、空気層を多く含む材質により構成されている。この空気層によって、排気パイプ２２の小孔２２ａから伝達される音波が減衰される。
【００３４】
音波は、排気パイプ２２を通過する際に、小孔２２ａから吸音部材３０へと透過する。吸音部材３０は、その内部に空気層を多く含んでおり、これを通過する際に音波が減衰する。減衰した音波は、小孔２２ａから透過して排気パイプ２２に戻る。また排気ガスは、小孔２２ａを通過しないで、そのまま排気パイプ２２を通過した後に大気に放出される。
【００３５】
排気パイプ２２の周囲には、薄膜状の膜シート２３が備えられる。
【００３６】
具体的には、図２に示すように、排気パイプ２２と吸音部材３０との間に、排気パイプ２２の周囲に密着して、薄膜状の膜シート２３が備えられる。膜シート２３は、音波は通過するが、液体（例えば水）は通過しない材質により構成される。
【００３７】
膜シート２３は、消音器１０内に生成する凝縮水が吸音部材３０に進入することを防止する。消音器１０内に生成された凝縮水は、排気ガスの圧力によって、排気パイプ２２から外部へと押し出される。一方、音波は、膜シート２３を通過して吸音部材３０内へと伝わる。この音波は、前述のように吸音部材３０によって減衰される。
【００３８】
このような構成によって、消音器１０の内部に凝縮水が浸透することなく、消音性能を発揮することができる。
【００３９】
音波が膜シート２３を伝わる効率は、膜シートの２３の材質、膜厚等により異なる。そのため、これら材質や膜厚を選定することにより、消音性能を制御することが可能となる。
【００４０】
膜シート２３の材質は、例えば、金属、樹脂、ゴム等の薄膜を用いることができる。なお、燃料電池スタック２の排気ガス温度は、ガソリンエンジン等の内燃機関の排気ガス温度と比較して低い（概ね１００℃未満）ため、耐熱温度の低い材質を用いることが可能になる。樹脂やゴムは金属と比較して加工性に優れるので、膜シート２３の材質にこれら樹脂やゴムを用いることによって、消音器１０の製造コストを低く抑えることができる。
【００４１】
膜シート２３は、接着、カシメ、ロウ付け、溶接等によって、排気パイプ２２又は吸音部材３０に固定される。また、樹脂やゴムを用いる場合は、熱可塑変形により形成及び密着をさせることが可能である。なお、これらの方法に限られず、排気パイプ２２から吸音部材３０へと凝縮水が進入しない構造であれば、どのような固定方法でもよい。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態の消音器１０の別の構成を示す断面図である。
【００４３】
前述の図２に示した例では、膜シート２３を、排気パイプ２２と吸音部材３０との間に配置した。これに対して、図３に示す構成例では、排気パイプ２２の外周ではなく、排気パイプ２２の内周側に備えた。
【００４４】
前述の図２に示した例では、排気パイプ２２の外周側に膜シート２３が備えられるため、排気パイプ２２のパイプ厚により、小孔２２ａが排気パイプ２２の内周面に対してと凹となる。そのため、凝縮水がこの小孔２２ａに留まり、低温時に凍結する可能性がある。
【００４５】
小孔２２ａにおいて凝縮水が凍結した場合は、排気ガスの音波が消音器１０内部の吸音部材３０に伝わる効率が下がるので、消音性能が低下する可能性がある。
【００４６】
これに対して、図３に示す構成例では、膜シート２３を排気パイプ２２の内周面に備えたので、消音器１０の内部に凹形状が形成されず、凝縮水が留まることがない。これにより、凝縮水の凍結により発生する問題を防ぐことができる。
【００４７】
なお、排気パイプ２２の内面と膜シート２３とに段差が生じないように、排気パイプ２２の内面を膜シート２３の膜厚に応じた凹形状としてもよい。
【００４８】
図４及び図５は、本発明の実施形態の消音器１０の、さらに別の構成を示す断面図である。
【００４９】
前述のように、排気パイプ２２の小孔２２ａは、消音性能に応じて適宜変更しうるものである。
【００５０】
前述の図２に示した例では、小孔２２ａを排気ガスの流れ方向に５列備えた。これに対して、図４に示す例では、小孔２２ａを排気ガスの流れ方向に２列のみ備えた。
【００５１】
このように、排気パイプ２２の小孔２２ａの構成によって、排気ガスの消音性能を任意に変更することが可能になる。
【００５２】
なお、小孔２２ａの位置によっては、膜シート２３を、排気パイプ２２の上流側から下流側に渡って全てに備える必要はない。具体的には、図５に示すように、小孔２２ａが備えられている箇所に対応して、排気パイプ２２の一部の周囲を覆うように膜シート２３を備えてもよい。すなわち、凝縮水が、排気パイプ２２から吸音部材３０へと浸透しないように構成されていればよい。このように構成することにより、膜シート２３の材料や加工工数を削減でき、製造コストを抑えることができる。
【００５３】
図６及び図７は、本発明の実施形態の消音器１０の、さらに別の構成を示す断面図である。
【００５４】
この図６に示す構成例は、吸音部材３０をケース２１内部に充満するのではなく、排気パイプ２２周辺に空洞部分をもたせた。すなわち、吸音部材３０は、排気パイプ２２から所定の間隔をもって、ケース２１内に充填されている。
【００５５】
このように構成することによって、消音器１０の内部に空気層を設けることができる。これにより、空気層と吸音部材３０とによる消音性能を発揮することが可能となり、例えば、中周波数から高周波数に渡って幅広い範囲での消音性能とすることができる。
【００５６】
またさらに、消音器１０内部に空気層を設ける構造の別の構成例として、図７に示すように、膜シート２３を、排気パイプ２２周囲に備えるのではなく、吸音部材３０の表面に備えるようにしても良い。
【００５７】
この図７のように構成することによって、音波が膜シート２３によって減衰することなく空気層に導かれるため、この空気層による消音効果が増す。ただし、このように構成した場合は、消音器１０内部の空気層に凝縮水が蓄積する可能性がある。そのため、消音器１０に、この凝縮水を排出する仕組み（例えば、ピトー管等）を別途設けることが好適である。
【００５８】
以上のように、本発明の実施形態では、消音器１０において、排気ガスが流通する排気パイプ２２と、排気ガスに含まれる音波を消音する吸音部材３０との間に、膜シート２３を備えた。この膜シート２３は、音波は通過するが、液体は通過しない材質により構成されているので、吸音部材３０に凝縮水が浸透することがなくなり、凝縮水を消音器外に容易に排出できる。これにより、消音性能を低下させることなく、消音器の耐久性を向上することができる。
【００５９】
図８は、本発明の実施形態の消音器１０の消音性能の実験結果を示すグラフである。
【００６０】
この図８に示すグラフは、膜シート２３を備えた消音器１０について、膜シート２３を備えない構成と比較した消音性能を図示したものである。
【００６１】
グラフの横軸は、毎分当たりの排気ガスの流量［ｍ3／ｍｉｎ］を示す。グラフの縦軸は、膜シート２３を備えない構成の音波のレベルを０とした場合の、音波レベルの比較結果［ｄＢ］を示す。比較結果は、正側である場合は、膜シート２３を備えない構成よりもより音波が減衰されて消音性能が高いことを示し、負側の場合は消音性能が低いことを示す。
【００６２】
この図８のグラフにおいて、膜シート２３の材質をシリコンゴムとし、膜厚を０．３ｍｍとしたものを点線で示した。また、膜シート２３の材質をシリコンゴムとし、膜厚を０．５ｍｍとしたものを実線で示した。
【００６３】
この図８に示す実験結果によると、膜厚を０．３ｍｍとした場合は、排気ガス流量が１〜２［ｍ3／ｍｉｎ］付近において、膜シート２３を備えない構成と比較して、より良好な消音性能であることが示されている。また、排気ガス流量が３［ｍ３／ｍｉｎ］付近では、膜シート２３を備えない構成よりも消音性能が低い。なお、一般的に燃料電池スタック２から排出される排気ガス流量は、最大で３．５［ｍ3／ｍｉｎ］程度であるので、この流量付近の消音性能の低下による影響は限定的である。
【００６４】
また、膜厚を０．５ｍｍとした場合は、排気ガス流量の全領域に渡って、膜シート２３を備えない構成と同等の消音性能を示している。
【００６５】
この図８のグラフに示す実験結果により明らかなように、膜シート２３を備えた場合にも、膜シート２３を備えない従来の消音器１０と比較して、消音性能が大きく低下することはなく、状況によっては消音性能が向上している。また、膜シート２３の膜厚によって消音性能は変化する。
【００６６】
従って、膜シート２３を備えることにより、消音特性を低下させることなく、吸音部材３０に凝縮水を含浸させないような消音器を提供することができる。そしてさらに、膜シート２３の材質や膜厚を選定することによって、消音特性を適宜チューニングすることが可能となる。
【００６７】
なお、本発明の実施形態では、車両に搭載される燃料電池スタック２の排気ガスの消音に用いる例に説明したが、これに限られるものではない。例えば家庭や工場据置きタイプの燃料電池の排気ガスの消音に、消音器１０を用いることにより、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態の排気系統の説明図である。
【図２】本発明の実施形態の消音器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態の消音器の別の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態の消音器の別の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の消音器の別の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態の消音器の別の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態の消音器の別の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態の消音器の消音特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    消音装置
２    燃料電池スタック
３    排気系統
１０    消音器
２１    ケース
２１ａ、２１ｂ    エンドプレート
２２    排気パイプ
２２ａ    小孔
２３    膜シート
３０    吸音部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010092678.tif 000009
【図８】
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