(57)【要約】【課題】本発明は、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、消音性に配慮した排気装置を提供することを主たる目的とする。【解決手段】このため、燃料電池と、燃料電池のカソード側に接続される主排気管とを備える燃料電池システムの排気装置の主排気管の下流側に設けられる消音器であって、消音器の消音器ケースの内部に、吸音材を充填するとともに、吸音材を保持する多数の開口孔を有する筒状部材を有する燃料電池システム用消音器において、吸音材および筒状部材を保持する体積を持った回転体を設け、回転体を消音器ケース内面との間の回転体周囲に通路を形成するように配設している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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使用された空気を排出する主排気管とを備える燃料電池システムの排気装置の主排気管の下流側に設けられる消音器であって、この消音器の消音器ケースの内部に、吸音材を充填するとともに、この吸音材を保持する多数の開口孔を有する筒状部材を有する燃料電池システム用消音器において、前記吸音材および前記筒状部材を保持する体積を持った回転体を設け、この回転体を前記消音器ケース内面との間の回転体周囲に通路を形成するように配設したことを特徴とする燃料電池システム用消音器。
【請求項２】
前記回転体は、１つ以上の一体回転するタービンを備え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用消音器。
【請求項３】
前記回転体の下流縁を前記消音器の上流および下流に接続する前記主排気管の各下流縁を結ぶ仮想線と同等高さとなるように前記回転体を支持して設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム用消音器。
【請求項４】
前記回転体の上流側端部と下流側端部に円錐面部（チップクリアランス）を形成し、それに対応する前記消音器ケース内面を円錐面とし、前記回転体の回転軸を通る断面視でこれら２つの円錐面間の径方向の間隔を円錐面の断面径が大きくなるほど小さくなるようにして通路を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の燃料電池システム用消音器。
【請求項５】
前記回転体を前記消音器ケースに支持する支持部材を断面円形とし、前記回転体の回転軸端部を先細形状とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の燃料電池システム用消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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）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消音器（「マフラ」ともいう。）構造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池で発電反応に使用され、排出された空気は、発電の際に発生した生成水（水蒸気及び水滴）を含んでいる。
この空気を車両後方に導く排気管には、マフラが取り付けられ、のマフラ内では、主に気流音等の高周波音を消音する目的で、吸音材が使用される。
燃料電池自動車の場合、発生した多量の生成水が、吸音材内の多孔質空気層に入り込み、多孔質空気層への音波の進入を阻害するため、吸音効果が著しく低下する不便さがある。
ガソリンエンジンの場合は、その高温の排気（３００℃〜９００℃）により、吸音材が吸水したとしても、排気熱により水蒸気となり、速やかに排出できる。
燃料電池自動車の場合には、排気温度が低い（８０℃程度）ため、吸水した水が蒸発せず、排出され難いものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３９４６２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１６７５１号公報
【特許文献３】特開２００６−１５２９１３号公報
【特許文献４】特開２００６−２６６１６４号公報
【特許文献５】特開２００７−５２４０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の燃料電池システム用消音器において、上記不具合の対策技術として、例えば上記の特許文献４に開示されるように、マフラ底面に水が溜まらない構造とし、排水性を高め、吸音材への水の侵入を防いでいるものがある。
しかし、生成水が水蒸気として存在する場合は上側の吸着剤にも水分子が付着し、凝縮して水滴となるため、上側の吸音材も水を含むことになる。また、一度吸水してしまうと、毛細管現象により、重力程度の弱い力では水が吸音材から抜け落ちないという欠点がある。
その他の対策技術としては、例えば上記の特許文献３に開示されるものがある。
この特許文献３に開示されるものは、旋回流を利用して水滴が吸音材に付着することを防止しているが、水蒸気雰囲気中では、上述した特許文献４のものと同様の欠点がある。
また、上記の特許文献１に開示されるものでは、ヒータにより吸音材内の水蒸気が凝縮することを抑制しているが、ヒータを駆動するために電力が必要であり、構造及び電気制御が複雑となってしまう。そして、水素を空気の排気管より排出する構造とした場合、その熱や電気的なスパークが水素爆発の原因となり得る欠点がある。
その他の対策技術として、上記の特許文献２に開示されるものでは、防湿シートにより、吸音材への水蒸気の進入を遮断しているが、この場合、吸音するための音も遮断するため、消音効果を低減してしまう。また、シートを透過した微量な水蒸気が凝縮し、吸音材内部に蓄積され、吸音材はシートにより空気の流れから遮られるため、長期的には吸音材の吸水量が増え、消音効果が低減するという欠点がある。
【０００５】
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）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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、この発明は、上述の各欠点による不都合を除去するために、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使用された空気を排出する主排気管とを備える燃料電池システムの排気装置の主排気管の下流側に設けられる消音器であって、この消音器の消音器ケースの内部に、吸音材を充填するとともに、この吸音材を保持する多数の開口孔を有する筒状部材を有する燃料電池システム用消音器において、前記吸音材および前記筒状部材を保持する体積を持った回転体を設け、この回転体を前記消音器ケース内面との間の回転体周囲に通路を形成するように配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、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、燃料電池のカソード側に接続されて使用された空気を排出する主排気管とを備える燃料電池システムの排気装置の主排気管の下流側に設けられる消音器であって、消音器の消音器ケースの内部に、吸音材を充填するとともに、吸音材を保持する多数の開口孔を有する筒状部材を有する燃料電池システム用消音器において、吸音材および前記筒状部材を保持する体積を持った回転体を設け、回転体を消音器ケース内面との間の回転体周囲に通路を形成するように配設した。
従って、排気ガスの流れによって回転力を与えることができる。遠心力によって脱水効果を得ることができる。
また、吸音材による吸音効果を長期にわたって高く維持できる。
更に、ガス流を旋回させることによって、流速を上げ、負圧を下げ、排気抵抗を減らすことができる。ガスを撹拌して、濃淡や疎密をなますことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【実施例】
【０００９】
図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図２〜図４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。
【００１０】
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１１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。
【００１１】
また、前記燃料電池システム２は、前記燃料電池５の下流側となる排出系において、カソードに酸素を含む空気を供給する一方、アノードに水素を含む燃料ガスを供給して発電を行う前記燃料電池５と、この燃料電池５のカソード側に接続されて使用された空気を排出する主排気管（カソードオフガスの流れる排気管）１３と、この燃料電池５のアノード側に接続されて使用された燃料該を排出する後述するパージ管１７と、これら主排気管１３とパージ管１７とを合流接続する後述するマニホールド１５と、このマニホールド１５の下流側に配設された後述する消音器２１とを備えている。
つまり、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１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。
このとき、前記主排気管１３は、前記燃料電池５のカソード側に接続されて使用されたカソードオフガス（「空気」または「オフガス」ともいう。）を排出している。
そして、排出系では、カソードオフガスに含まれる水分（生成水など）を利用するため、前記加湿器１２にカソードオフガスを送る。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。
これらのカソードオフガスは、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、カソードオフガスを、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、前記主排気管１３の下流側、詳細には、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には、いわゆる高周波管と呼ばれる、拡散吸収型の消音器を使用しており、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の低減を図っている。そして、前記消音器２１は、後述する消音器ケース５６の内部に、グラスウールなどからなる後述する吸音材５７を充填するとともに、この吸音材５７を保持する多数の開口孔５８を有する筒状部材５９を有している。
したがって、前記排気管１４に高周波管と呼ばれる、拡散吸収型の前記消音器２１を設けることによって、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。これを、排気管１４の下流側に設けた前記消音器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。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や異なる音量の異音に対しても、同一の前記消音器２１を利用することができる。
【００１２】
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。）２３に接続される流量調整用インジェクタ２４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２５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２４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。
【００１３】
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２６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２７を配設している。
そして、冷却水をポンプ２６により循環させつつ、ラジエータ２７によって冷却水の温度を低下させている。
【００１４】
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。）２８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２９、３０と、これらの左右のサイドフレーム２９、３０の間を連結する複数のクロスメンバ３１とを有する。このとき、クロスメンバ３１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３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄからなる。また、前記燃料タンク２３の中腹部どうしを連結する複数の構造部材３２が前後に延びている。そして、前記燃料タンク２３は、これらの構造部材３２によって、強固に固定されている。前記サブフレーム２８は、後述する車体フロア５５側、特に左右のサイドフレーム２９、３０下側と連結するための柱脚部３３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２３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２８に搭載して設けられる。車両１の客室のフロア５５−１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３４を配し、車両１の荷室のフロア５５−２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３５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３６一対が配される。
そして、前記燃料タンクユニットには、前記燃料タンク２３の第１、第２燃料タンク３４、３５内へ水素を入れたり、燃料燃料タンク２３の第１、第２燃料タンク３４、３５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３７、３８が夫々設けられている。そして、これらの第１、第２バルブ３７、３８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３９が一体的に設けられる。
前記燃料タンク２３から取り出される燃料ガスは、レギュレータ４０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４０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４０は、前記燃料タンク２３の第１、第２燃料タンク３４、３５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２８の第１〜第４クロスメンバ３１ａ〜３１ｄが設置されており、これらの第１〜第４クロスメンバ３１ａ〜３１ｄ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４０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３４、３５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４１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４２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３４、３５に共用するレギュレータ４０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４３は、２次レギュレータ４２から延出し、１次及び２次の両レギュレータ４１、４２の配置と同様に、前記第１、第２燃料タンク３４、３５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４３は、これらの第１〜第４クロスメンバ３１ａ〜３１ｄ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２８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４０から前記排気管１４までの水素排出管４３を短くする。なお、１次レギュレータ４１の後、２次レギュレータ４２に入る前に、水素ガスを排出可能なデフューエル管４４を設け、このデフューエル管４４によって、第２バルブ３８下流のカプラ４５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４３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後述する排気管下流部（第２パイプ）５１は、前記サブフレーム２８に支持され、サブフレーム２８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５１は、サブフレーム２８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５１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２８の片側である車両右側のサイドフレーム３０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２３を取り替える必要がある等、燃料タンク２３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２８及びそれに部組された燃料タンク２３ないし燃料配管の上面側と、車体フロア５５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２８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２８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２３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２３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３４、３５間の空間を設けて前記レギュレータ４０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２３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、車体フロア５５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。
【００１５】
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４６を構成し、下流側にリヤ排気管アセンブリ４７を構成している。
そして、前記フロント排気管アセンブリ４６は、第１パイプ４８と、このマニホールド１５の下流側端部と第１パイプ４８の上流側端部とを連絡する第１ホース４９とからなる。
また、前記リヤ排気管アセンブリ４７は、図５及び図６に示す如く、第１パイプ４８の下流側端部に上流側端部が連絡する第２ホース５０と、この第２ホース５０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５１と、前記消音器２１の下流側に連絡する第３パイプ５２とからなる。
【００１６】
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４６（とくに第１パイプ４８）を車体フロア５５に支持し、かつ、その下流側であるリヤ排気管アセンブリ４７（とくに第２パイプ５１）を前記サブフレーム（「タンクフレーム」ともいう。）２８に複数個所で支持する。各支持個所では、クランプによって強固に固定している。その上流側には、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、前記車両１の側面視で、ほぼ直線状としているため、前記排気管１４は、一様に地面５３との平行面５４に沿うか、それより下流側が低くなるような平面上に配策することとなる。
追記すれば、図２に示す如く、前記車両１に地面５３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５３との平行面５４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している。
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２８は、前記燃料タンク２３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２８全体にわたってその下面は、地面５３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２８の後部では、車体フロア５５と連結するための柱脚部３３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２８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。
【００１７】
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４３とも換言できるため、同一の符号を使用して説明する。）４３を設け、この緊急放出用パイプ４３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４３を設けている。この緊急放出用パイプ４３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４３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５１）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４３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４３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。また、配管の曲がり、拡管、縮管により、流れに乱れが生じ、気流音を生じる。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４３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。
【００１８】
更に、前記排気管１４は、前記緊急放出用パイプ４３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第１ホース４９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４３を、共に、前記サブフレーム２８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２８の左右一対設けられた左右のサイドフレーム２９、３０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４３は、サブフレーム２８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３１ａ〜３１ｄ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４３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２８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４３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。
【００１９】
前記燃料電池システム２用の消音器２１は、図１及び図６に示す如く、この消音器２１の消音器ケース５６の内部に、吸音材５７を充填するとともに、この吸音材５７を保持する多数の開口孔５８を有する筒状部材（「多孔材」とも換言できる。）５９を有している。
つまり、この筒状部材５９は、図１及び図６に示す如く、多数の開口孔５８を有するパンチング管からなり、内部に前記吸音材５７を保持している。
そして、前記吸音材５７および前記筒状部材５９を保持する体積を持った回転体６０を設け、この回転体６０を前記消音器ケース５６の内面５６ｉとの間の回転体６０周囲に通路６１を形成するように配設する構成とする。
【００２０】
詳述すれば、前記消音器２１は、図１及び図６に示す如く、内部に吸音材５７を有する多孔材、つまり吸音材５７および前記筒状部材５９を保持する体積を持つように形成された円筒状の吸音機能部として設けた前記回転体６０を、略円筒状をなす前記消音器２１の消音器ケース５６のほぼ中心軸に沿うようにして、消音器ケース５６内部に保持するように形成している。
また、前記回転体６０は、図１に示す如く、前記筒状部材５９の両端面を円錐形状として上流側円錐面部６０ａ、下流側円錐面部６０ｂを形成し、上流側円錐面部６０ａ及び下流側円錐面部６０ｂの内部に上流側ベアリング６０ｃ及び下流側ベアリング６０ｄを夫々有している。
前記回転体６０の外表面として単一径ｒで形成した多数の開口孔５８を有する筒状部材（「内管」とも換言できる。）５９と、それに離間して対応するように設けられる単一径Ｒで形成した前記消音器２１の消音器ケース５６同一径の前記排気管１４との間に形成される前記通路６１の排気通路断面積が、図１に示す如く、排気管１４及び消音器２１の上流側から下流側にわたってほぼ一様となるように設けている。
これにより、ガス流の流れを妨げることなく、前記消音器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。
特に、前記通路６１を形成する内壁面の表面上の多数開口がなく滑らかになるので、滞留が少なくなる。
また、吸音機能部として設けた前記回転体６０に充填する吸音材５７の量を少なく抑制しながらも、単一の前記消音器２１は、完全に排出し切れないで消音器２１内部に残る少量の滞留物を最小限に抑え、十分な消音機能を長期にわたって継続して発揮することができる。
更に、排気ガスの流れによって回転力を与えることができる。
遠心力によって脱水効果を得ることができる。
また、吸音材５７による吸音効果を長期にわたって高く維持できる。
更に、ガス流を旋回させることによって、流速を上げ、負圧を下げ、排気抵抗を減らすことができる。ガスを撹拌して、濃淡や疎密をなますことができる。
【００２１】
前記回転体６０は、１つ以上の一体回転するタービン６２を備える。
まず、前記排気管１４の中でのガス流は、圧力勾配に対して平衡状態を保つ作用によって、流れ、最も下流側となる前記排気管１４の下流側開口２０から相対的に圧力の低い外部の大気に向けて排出される。
そのため、部分的な圧力勾配の変動を除けば、前記燃料電池システム２の稼働中は比較的安定して上流から下流に向けた緩やかな流れを生ずる。
この流れによって、タービン６２に生じる回転力が回転体６０の最大静止摩擦力より大きい場合には回転体６０が回転することになり、回転によってガス流の疎密を緩衝したり、タービン６２の引き込みによりガスの排出流れが助長されたりする。
また、前記排気管１４を流れるガスは、外気温度と比べて、前記燃料電池システム２の排熱を受ける分、高い温度となるけれども、その排熱は水の沸点に比べて低い。ガス中に含まれる水蒸気成分は、かならずしも飽和状態や過飽和状態となるわけではなく、けれども液相の水分が流れ易い状態となる。
前記タービン６２の羽は、円錐面上、特に前記回転体６０の上流側円錐面部６０ａ上に設けられ、ガスの流れの基準とする方向に対して角度を小さく（緩やかに）しているため、タービン６２の回転数は比較的低く、温度の過上昇を招くことはなく、振動やうなり音などを生じ難いと言える。
しかも、内燃機関の排気ガスではないので、熱膨張（収縮）の影響が少なく、ガタを小さくしても問題は少なく、振動などを低減できるとともに、排気ガスの温度に配慮した特別な潤滑装置を設けなくても、耐久性を確保できる。
従って、ガス流によって駆動されるので、専用の動力が不要である。また、専用の動力を設けないので、構造が簡素であり、軽量である。
【００２２】
前記回転体６０の下流縁を、前記消音器２１の上流および下流に接続する前記排気管１４の各下流縁を結ぶ仮想線ＩＬと同等高さとなるように前記回転体６０を支持して設ける。
つまり、前記回転体６０を回転可能に枢支する回転軸６３は、図１に示す如く、前記消音器ケース５６に支持してある。
このとき、回転軸６３は、前記排気管１４の中心軸ＣＬに一致して、中心軸ＣＬに沿って配設する。
そして、前記回転体６０と回転軸６３との間に介装される前記上流側ベアリング６０ｃ及び下流側ベアリング６０ｄは、回転体６０内部に設けられる。
特に、回転体６０の両端部に位置する円錐面を形成する上流側円錐面部（チップクリアランスＣＣを現出させる。）６０ａ及び下流側円錐面部６０ｂの位置に合わせて設けてある。
なお、上流側ベアリング６０ｃ及び下流側ベアリング６０ｄにシール部材を併設しても良い。
従って、前記消音器２１の拡大室の形状に関わらず、排水の妨げとなることがない。滞留した水分があっても吸い上げし難い。
追記すれば、前記回転軸６３は、消音器ケース５６に固定される。このとき、前記回転体６０は、その内部中心を貫通するようにして設けた回転軸６３の周囲に設けられる。また、回転体６０の内部には、回転軸６３との間に前記上流側ベアリング６０ｃ及び下流側ベアリング６０ｄを夫々介装している。そして、前記回転軸６３の上流側及び下流側の端部には、例えば十字形状に形成した上流側支持部材６４及び下流側支持部材６５を夫々装着している。これらの上流側支持部材６４及び下流側支持部材６５は、図１及び図６に示す如く、前記消音器２１の消音器ケース５６の上流側及び下流側部位に取り付けられ、前記回転軸６３を消音器ケース５６に固定している。
【００２３】
前記回転体６０の上流側端部と下流側端部に上流側円錐面部６０ａ及び下流側円錐面部６０ｂを夫々形成し、それに対応する前記消音器ケース５６内面を円錐面とし、前記回転体６０の回転軸６３を通る断面視でこれら２つの円錐面である上流側円錐面部６０ａ及び下流側円錐面部６０ｂ間の径方向の間隔を円錐面の断面径が大きくなるほど小さくなるようにして前記通路６１を形成する。
つまり、図１に示す如く、前記回転体６０の上流側円錐面部６０ａ及び下流側円錐面部６０ｂの傾斜状態と比較して、前記消音器ケース５６内面の円錐面の傾斜状態を緩やかとし、円錐面の断面径が大きくなるほど小さくなるような前記通路６１を形成している。
また、前記回転体６０の上流側円錐面部６０ａに形成されるタービン６２は、図１及び図６に示す如く、円錐面の断面径が大きくなるほど大きくなるように形成される。
従って、円錐面の存在によって、ない場合よりガス流れを妨げたり乱したりする率を低減するので、抵抗を減らすことができる。
また、効率良くガスを流して、回転力を得易くできる。
更に、前記回転体６０の径を大きくし易くなるので、吸音材５７の体積を大きく確保できるとともに、回転体６０の表面積を広く確保して、消音効果を高めることができる。
【００２４】
前記回転体６０を前記消音器ケース５６に支持する上流側支持部材６４及び下流側支持部材６５を断面円形とし、前記回転体６０の回転軸６３端部を先細形状とする。
つまり、前記消音器２１の消音器ケース５６の上流側及び下流側部位に取り付けられ、前記回転軸６３を消音器ケース５６に固定する、十字形状の上流側支持部材６４及び下流側支持部材６５は、図１及び図６に示す如く、断面円形の棒状部材によって形成する。
また、前記回転軸６３の端部形状は、図１及び図６に示す如く、上流側端部６６を上流側に向かって先細形状とする一方、下流側端部６７を下流側に向かって先細形状としている。
つまり、前記回転軸６３の上流側端部６６の先細形状によって、図１に示す如く、前記上流側支持部材６４を取り付けた前記回転体６０の消音器ケース５６の上流側部位の通路径を最大値のＲ１とし、徐々に下流側に向かって減少させている。
また、前記回転軸６３の下流側端部６７の先細形状によって、図１に示す如く、前記下流側支持部材６５を取り付けた前記回転体６０の消音器ケース５６の下流側部位の通路径を徐々に下流側に向かって増加させ、最大値のＲ１としている。
従って、前記回転軸６３や前記上流側支持部材６４及び下流側支持部材６５、によってガス流れを乱し難く、抵抗の増大を最小限に抑えることができる。
【００２５】
ここで、作用を説明する。
前記燃料電池５より排出された空気は、排気管１４を通り、前記消音器２１内に入る。
このとき、消音器２１の管内中央部は、吸音材５７が挿入された前記回転体６０で構成されており、前記燃料電池５から排出された空気は、前記回転体６０の上流側円錐面部６０ａに形成されたタービン６２を通る。
このタービン６２により、空気の流体エネルギの一部が回転動力に変換され、前記回転体６０が回転する。
この回転体６０の回転に伴う遠心力により、水滴及び水蒸気が前記吸音材５７内に進入することを遮ることができると同時に、吸音材５７が水分を含んだ場合でも、その水分を遠心力により回転体６０外側に放出することができる。
放出された水は、前記燃料電池５からの排出空気により、前記消音器２１の消音器ケース５６外に排出される。
このように、従来技術で問題となった吸音材５７が水を吸い、吸音効果が減少する問題を解決するとともに、吸音材５７が吸水した場合でも、水分を速やかに排出することができる。
なお、前記吸音材５７の吸水において、毛細管現象と重力とのバランスによって吸水状態のままで保持できる量は限られている。吸音材５７の著しい重量増加によって、前記回転体６０が回転不能となることはない。たとえ、あったとしても、一時的で、すぐに復帰が可能となる。
また、外部電力や熱が不要であり、防湿シート等により、吸音材５７を水滴・水蒸気から保護する必要がなく、吸音材５７の性能を長期に渡り維持することができる。
【００２６】
また、前記タービン６２の羽と前記消音器２１の消音器ケース５６とのチップクリアランスＣＣを調整することにより、流体エネルギを回転動力に変換する割合を調整することができる。
前記チップクリアランスＣＣが小さいと圧力損失が増えるが、前記タービン６２の回転力が増えるとともに遠心力も増えるため、排水性能が向上する。
【００２７】
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。
【００２８】
例えば、前記タービンを含む前記回転体を、含水による重量増加や回転による遠心力に対しても型崩れせず、強度を満足する吸音材で成形することにより、同様な効果を得ることができる。
【００２９】
また、前記タービンを前記回転体の下流側に備える、または、タービンを回転体の上流側と下流側との双方に備えることにより、同様な効果を得ることができる。
【００３０】
更に、前記筒状部材を形成する際に、パンチング管の代わりに、通水性及び強度のある布、または紙状のもので前記吸音材を覆う構造としても、同様の効果を得ることができる。
また、格子のように開口部の面積がより大きいものとしても、同様の効果を得ることができる。
これらは、前記回転体の最大回転速度が比較的低く、遠心力に対する自己破壊（「分壊」とも換言できる。）が起こり難いためであり、いずれのものでも、軽量化できる。特に、引っ張り強度が高ければ、何ら不具合はないものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施例を示す消音器の概略拡大断面図である。
【図２】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。
【図３】燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】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。
【図５】排気管アセンブリの概略斜視図である。
【図６】消音器の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料電池車両（以下、単に「車両」という。）
２  燃料電池システム
３  水素タンクアセンブリ（燃料ガスタンク）
４  排気システム
５  燃料電池（スタック）
１３  主排気管（カソードオフガスの流れる排気管）
２１  消音器
５６  消音器ケース
５７  吸音材
５８  開口孔
５９  筒状部材
６０  回転体
６１  通路
６２  タービン
６３  回転軸
【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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