(57)【要約】【課題】  燃料電池自動車の排気管に発生する可能性のある静電気を簡易な構成で除去し得る燃料電池自動車を提供する。【解決手段】  燃料電池から排出された排気ガスは、排気管２０を介してサイレンサ３０に送られる。サイレンサ３０には、その内部に導電性を有する吸音材が設けられ、金属製の固定治具４２を介して車体Ｍに固定されている。これにより、導電性を有する吸音材が車体Ｍに接地されるので、低湿度環境下での使用であっても静電気の発生を防止できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出される排気ガスを排出する排気管と、前記排気ガスによる排気音を吸音するサイレンサとを備える燃料電池自動車において、
前記サイレンサには、導電性を有する吸音材が車体にアースされた状態で設けられていることを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項２】
前記サイレンサは、サイレンサ本体と、前記排気管と導通し且つ管壁に複数の貫通孔を有して前記サイレンサ本体に内装される吸音配管とを有し、前記吸音材が、前記吸音配管の周囲に前記サイレンサ本体を介して前記車体にアースされた状態で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
前記サイレンサ本体は、筒状のシェルと、このシェルの両端を閉塞する一対の端壁とを有し、前記端壁の少なくとも一方に前記吸音材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池自動車。
【請求項４】
前記貫通孔は、切欠部を外側に湾曲状に折り曲げて構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排気される排気音を低減するサイレンサを備えた燃料電池自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車に搭載される燃料電池としては、固体高分子を電解質膜として用いるＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型の燃料電池が一般に採用されている。この種の燃料電池自動車では、燃料電池内で空気と水素とを電気化学反応させることにより発電が行われるが、発電に使用されなかった空気は、前記電気化学反応により生成された水とともに排気管を介して外部に排出される。また、燃料電池には高圧の空気が供給されることで、排気管にも高圧の排気ガスが流れるため、排気管には騒音を防止するためのサイレンサが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９１６５７号公報（段落００１２、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、固体高分子型の燃料電池では、薄い電解質膜を隔ててアノード極（水素極）とカソード極（酸素極）とに区分されているため、アノード極に供給された水素が電解質膜を介してカソード極に透過して、排気ガスに微量な水素が含まれることがある。このように水素が含まれる可能性のある部位に関しては、乾燥した環境下などで発生する静電気などに対応する手法などが望まれていた。
【０００４】
本発明は、前記課題に対応するためのものであり、特に燃料電池自動車の排気管に発生する可能性のある静電気を簡易な構成で除去し得る燃料電池自動車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】
【０００５】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出される排気ガスを排出する排気管と、前記排気ガスによる排気音を吸音するサイレンサとを備える燃料電池自動車において、前記サイレンサには、導電性を有する吸音材が車体にアースされた状態で設けられていることを特徴とする。
【０００６】
前記本発明によれば、導電性を有する吸音材をサイレンサ内に設けて車体にアースすることで、排気管に発生し得る静電気を車体に逃がすことが可能になる。
【０００７】
また、前記サイレンサは、サイレンサ本体と、前記排気管と導通し且つ管壁に複数の貫通孔を有して前記サイレンサ本体に内装される吸音配管とを有し、前記吸音材が、前記吸音配管の周囲に前記サイレンサ本体を介して前記車体にアースされた状態で設けられている構成にしてもよい。この構成により、排気管に発生した静電気を車体に逃がすことができるとともに、排気ガスによる排気音を効果的かつ迅速に吸音できる。
【０００８】
また、前記サイレンサ本体は、筒状のシェルと、このシェルの両端を閉塞する一対の端壁とを有し、前記端壁の少なくとも一方に前記吸音材が設けられている構成にしてもよい。この構成により、吸音性をより一層高めることが可能になる。
【０００９】
例えば、前記貫通孔は、切欠部を外側に湾曲状に折り曲げて構成されている。この構成により、排気ガスが切欠部の湾曲面に沿って吸音配管の外側に向けて滑らかに抜けるため、吸音材で吸音する際の吸音効果をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で排気ガスの排気音を低減させることが可能になるとともに、吸音材を車体にアースされた状態で設けたことによって、排気管で発生し得る静電気を車体に逃がすことができ、排気管に静電気が蓄積することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本実施形態の燃料電池自動車を示す概略図、図２は燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを示す構成図、図３はサイレンサを示す断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池自動車Ｖは、燃料電池ＦＣと、排気管２０と、サイレンサ３０とを備えて構成されている。この燃料電池自動車Ｖは、両側部に前後方向に沿って延びる一対のサイドメンバＭ１，Ｍ２やクロスメンバＭ３などで構成された車体Ｍを有している。
【００１２】
前記燃料電池ＦＣは、前記燃料電池自動車Ｖの中央部分の床下に前記サイドメンバＭ１，Ｍ２に下方から固定された燃料電池システムボックスＢに収納された状態で設けられている。この燃料電池システムボックスＢには、燃料電池ＦＣの他に、後記する希釈装置１０（図２参照）、加湿装置（図示せず）などが設けられている。この燃料電池ＦＣは、ＰＥＭ型の燃料電池であり、図２に示すように、イオン導電性を有する固体高分子からなる電解質膜２の両側をアノード極３とカソード極４とで挟んで、さらにその外側を一対のセパレータ（図示せず）で挟んだ構造のもの（単セル）を複数枚積層して構成したものである。なお、アノード極３に対向するセパレータには、アノードガス配管３ａを介して水素供給システム５から水素（燃料ガス）が供給され、カソード極４に対向するセパレータには、カソードガス配管４ａを介して空気供給システム６から空気（酸化剤ガス）が供給されることで、電気化学反応によって発電が行われる。またこのとき、カソード極４側では、前記電気化学反応により水が生成される。また、図示しないセパレータには、燃料電池ＦＣの発電時の熱を吸収するための冷却媒体が循環する流路が設けられており、燃料電池ＦＣの温度を約８０℃程度に維持している。
【００１３】
前記水素供給システム５は、電磁作動の遮断弁（図示せず）を備えて高純度の水素が高圧充填された水素タンク５ａ、この水素タンク５ａから供給される水素の圧力を減圧する減圧弁５ｂ、水素を循環して再利用するためのエゼクタ５ｃ、パージ弁５ｄなどで構成されている。なお、水素タンク５ａは、前記車体Ｍの下側に連結された図示しない枠状のフレーム上に固定されている。
【００１４】
前記空気供給システム６は、車外から取り込んだ空気を圧縮して燃料電池ＦＣに供給するコンプレッサ６ａ、このコンプレッサ６ａから供給された圧縮空気を冷却するインタークーラ（図示せず）、このインタークーラで冷却された圧縮空気を加湿する加湿装置（図示せず）などで構成されている。
【００１５】
図２に示すように、前記希釈装置１０は、箱形の容器１１を有し、隔壁１２を介して上側に滞留領域１３、下側に希釈領域１４が形成されている。滞留領域１３は、燃料電池ＦＣのアノードオフガス配管３ｂと接続され、希釈領域１４は、燃料電池ＦＣのカソードオフガス配管４ｂと接続されている。また、隔壁１２には、その一部に複数の孔１２ａが滞留領域１３と希釈領域１４とを連通するように形成されている。
【００１６】
前記滞留領域１３では、前記アノードオフガス配管３ｂ上に設けられた前記パージ弁５ｄが開弁することにより間欠的に行われるパージ処理時に、前記燃料電池ＦＣから排出される水素がアノードオフガス配管３ｂを介して流入する。前記希釈領域１４では、燃料電池ＦＣから排出された空気がカソードオフガス配管４ｂを介して流入する。滞留領域１３に滞留した水素は、孔１２ａを介して希釈領域１４に移動して、希釈領域１４内において空気と混合されることで希釈される。なお、パージ処理とは、アノード極３側にカソード極４から電解質膜２を介して移動してきた空気中に含まれる窒素などの不純物や反応によって生じた水によって出力が低下するのを防止するために行う処理である。
【００１７】
前記排気管２０は、燃料電池システムボックスＢから燃料電池自動車Ｖ（車体Ｍ）の後方へと延びて形成され（図１参照）、一端が前記希釈装置１０の希釈領域１４と接続され、他端がサイレンサ３０と接続されている。さらに詳述すると、前記排気管２０は、水素タンク５ａを支持する図示しない枠状のフレームの下側を通るように配設されている。また、排気管２０は、ステンレススチールなどの金属製であり、前記車体ＭのクロスメンバＭ３に治具２１を用いて固定されている。なお、排気管２０の固定位置は、１箇所に限定されるものではなく、複数箇所であってもよい。
【００１８】
図３に示すように、前記サイレンサ３０は、筒状のシェル３２と、このシェル３２の一端と他端とを閉塞する端壁３３，３４とで構成されるサイレンサ本体３１を有している。サイレンサ本体３１は、その内部空間が第１セパレータ３５および第２セパレータ３６により３つに区画されている。第１セパレータ３５および第２セパレータ３６は、端壁３３，３４と平行に配置されている。第１セパレータ３５は、端壁３３との間で第１消音室Ｒ１が形成され、第２セパレータ３６は、第１セパレータ３５との間で第２消音室Ｒ２が、また、端壁３４との間で第３消音室Ｒ３がそれぞれ形成されている。
【００１９】
また、前記サイレンサ３０には、前記排気管２０（図１参照）と連通する排気流入管（吸音配管）２２と、インナーパイプ２３と、車外に通じるテールパイプ４１（図１参照）と連通する排気流出管２４とが設けられている。なお、排気流入管２２は、排気管２０と金属部分同士が接合されて導通するようになっている。
【００２０】
前記排気流入管２２は、端壁３３、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６を貫通して第３消音室Ｒ３と連通している。また、排気流入管２２には、第２消音室Ｒ２を通過している部分の管壁２２ｂに多数の透孔２２ａが形成されている。
【００２１】
前記インナーパイプ２３は、第１セパレータ３５および第２セパレータ３６を貫通して、第１消音室Ｒ１と第３消音室Ｒ３とを連通している。また、インナーパイプ２３には、第２消音室Ｒ２を通過している部分の管部に多数の透孔２３ａが形成されている。透孔２３ａにより、インナーパイプ２３は、排気流入管２２および第２消音室Ｒ２と連通するようになっている。
【００２２】
前記排気流出管２４は、第１セパレータ３５、第２セパレータ３６および端壁３４を貫通して、第１消音室Ｒ１と外部とを連通している。
【００２３】
このような構造により、排気流入管２２に流入した排気ガスの流通経路は、第３消音室Ｒ３、インナーパイプ２３、第１消音室Ｒ１を通って排気流出管２４に至る経路と、透孔２２ａ、第２消音室Ｒ２、透孔２３ａ、インナーパイプ２３、第１消音室Ｒ１を通って排気流出管２４に至る経路との２系統になる。
【００２４】
前記端壁３３は、板材３３ａと板材３３ｂとを対向させて構成され、板材３３ａと板材３３ｂとの間に第４消音室Ｒ４が形成されている。また、板材３３ａには、第４消音室Ｒ４に対応する位置に第４消音室Ｒ４と連通する複数の透孔３３ａ１（図５参照）が形成されている。なお、前記端壁３４についても、前記と同様に、板材３４ａ，３４ｂおよび透孔３４ａ１により第５消音室Ｒ５が形成され、この第５消音室Ｒ５が第４消音室Ｒ４と図３に示す配置において上下逆に配置されるように構成されている。
【００２５】
本実施形態に係るサイレンサ３０では、第２消音室Ｒ２、第４消音室Ｒ４および第５消音室Ｒ５内に導電性を有する吸音材４５，４６，４７が設けられている。この吸音材４５〜４７としては、ステンレス鋼を切削法などで繊維化したステンレスウールやカーボン系繊維、導電性繊維などから選択することができる。ここでの導電性繊維とは、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維の表面をカーボンブラックなどの導電性フィラーで被覆したり、合成繊維の内部に導電性フィラーを充填したものである。なお、複数の導電性を有する吸音材を組み合わせて適用してもよい。また、排気流出管２４の周囲についても、前記と同様に、所定の厚みの導電性の吸音材で予め巻くようにしてもよい。
【００２６】
なお、図３および図４に示すように、前記第２消音室Ｒ２では、排気流入管２２の周囲を所定の厚みの導電性を有する吸音材４５ｂで予め巻き、さらに、インナーパイプ２３の周囲も所定の厚みの導電性を有する吸音材４５ｃで予め巻いた後に、空いている第２消音室Ｒ２の隙間、すなわち、吸音材４５ｂ，４５ｃの周囲および排気流出管２４の周囲に吸音材４５ａが充填される。これにより、各透孔２２ａ，２３ａを覆うように吸音材４５ｂ，４５ｃを設けることができるので、排気流入管２２の透孔２２ａやインナーパイプ２３の透孔２３ａから抜け出た排気ガスを吸音材４５ｂ，４５ｃに確実に取り込むことができるので、吸音効果の低下を防止できる。
【００２７】
また、前記サイレンサ３０は、図１に示すように、金属製の固定治具４２を介して車体Ｍにネジなどで固定されている。この場合、固定治具４２の金属部分が、車体Ｍ（サイドメンバＭ１）の金属部分とサイレンサ３０の金属部分に接するように固定され、サイレンサ３０が固定治具４２を介して車体Ｍと導通するようになっている。なお、本実施形態では、固定治具４２がサイドメンバＭ１に固定されているが、これに限定されるものではなく、図示しないサブフレームに固定されてもよく、また固定箇所は１箇所に限定されず、複数箇所で固定されていてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態の燃料電池自動車での作用について図１ないし図３を参照して説明する。燃料電池自動車Ｖでは、コンプレッサ６ａで圧縮された高圧（例えば、数千ｋＰａ）の空気が燃料電池ＦＣに供給されると、燃料電池ＦＣからも高圧の排気ガスが排出される。排出された排気ガスは、希釈装置１０によってパージ処理時に排出された水素を希釈して、水素を含んだ排気ガスが排気管２０に送られる。
【００２９】
前記排気管２０を通過した排気ガスは、図３に示すように、サイレンサ３０の排気流入管２２に流入する。前記したように、第３消音室Ｒ３、インナーパイプ２３、第１消音室Ｒ１を通って排気流出管２４に至る経路では、第３消音室Ｒ３および第１消音室Ｒ１によって排気音が低減される。さらに、第３消音室Ｒ３に流入した排気ガスは、透孔３４ａ１を介して第５消音室Ｒ５に設けられた吸音材４７によって、また、第１消音室Ｒ１に流入した排気ガスは、透孔３３ａ１を介して第４消音室Ｒ４に設けられた吸音材４６によってそれぞれ排気音の低減処理がなされる。また、透孔２２ａ、第２消音室Ｒ２、透孔２３ａ、インナーパイプ２３、第１消音室Ｒ１を通って排気流出管２４に至る経路では、第２消音室Ｒ２および第１消音室Ｒ１によって排気音が低減される。さらに、透孔２２ａから第２消音室Ｒ２に流入した排気ガスは、吸音材４５ｂおよび吸音材４５ａによって、また、透孔２３ａから第２消音室Ｒ２に流入した排気ガスは、吸音材４５ｃおよび吸音材４５ａによってそれぞれ排気音の低減処理がなされる。排気流出管２４に流入した排気ガスは、テールパイプ４１（図１参照）を介して車外に排出される。
【００３０】
本実施形態に係るサイレンサ３０内を排気ガスが通過するように構成することで、第１〜第５消音室Ｒ１〜Ｒ５により広い周波数帯域の音を低減できるようになり、透孔２２ａ，２３ａにより共鳴させることで特定の周波数の音を低減できるようになり、吸音材４５〜４７により摩擦により音を低減できるようになる。
【００３１】
ところで、燃料電池自動車Ｖを寒冷地や寒冷期などの低湿度環境下で使用すると、静電気が発生し易くなるが、本実施形態では、サイレンサ３０の内部に導電性の吸音材４５〜４７を設け、それらの吸音材４５〜４７がサイレンサ３０のシェル３２に接する状態で、さらにサイレンサ３０を導電性の固定治具４２を介して車体Ｍに接地（アース）することで、排気管２０やサイレンサ３０において静電気が発生したり、または静電気が蓄積したりするのを防止できる。
【００３２】
図６は貫通孔の変形例を示す吸音配管の断面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
図６および図７に示すように、排気流入管（吸音配管）２２Ａは、管壁２２ｂに一対の台形状の切欠部２２ｃ，２２ｃがＸ方向に沿って等間隔に且つ周方向に沿って等角度毎に形成されている。なお、一部について、切欠部２２ｃ，２２ｃが設けられていない。この一対の切欠部２２ｃ，２２ｃは、管壁２２ｂを略コ字状に互いに対向するように切欠いて、各切欠部２２ｃ，２２ｃがそれぞれ外側に向けて湾曲状に折り曲げられて構成されている。すなわち、図７に示すように、各切欠部２２ｃ，２２ｃが湾曲面２２ｃ１，２２ｃ１を有するように略Ｖ字状に形成されている。なお、この一対の切欠部２２ｃ，２２ｃは、例えば、第２消音室Ｒ２を通過する部分にのみ形成することができる。また、切欠部２２ｃは、一対でなくてもよい。
【００３３】
このように一対の切欠部２２ｃ，２２ｃを設けることにより、排気管２０から排気流入管２２Ａに導入された排気ガスが、図７において矢印で示すように、切欠部２２ｃ，２２ｃの両側に形成された孔から抜けるようになる。このとき、排気ガスが切欠部２２ｃ，２２ｃの湾曲面２２ｃ１，２２ｃ１に沿って滑らかに流れた状態で前記吸音材４５に排気ガスが侵入するので、吸音材４５で吸音する際の吸音効果をさらに高めることが可能になる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係るサイレンサ３０を燃料電池自動車Ｖに搭載すると、前述したように燃料電池ＦＣの運転中の温度が８０℃程度であることから、内燃機関を有する自動車用のサイレンサでは耐熱性が低くて採用できなかった吸音材、例えば、前記したカーボンなどの吸音材を採用できるようになる。
【００３５】
なお、この一対の切欠部２２ｃ，２２ｃは、排気流入管２２のみに限定されるものではなく、排気流入管２２とインナーパイプ２３の双方、またはインナーパイプ２３のみ、あるいは端壁３３，３４の板材３３ａ，３４ａに適用してもよい。また、排気流入管２２、インナーパイプ２３および排気流出管２４の配置は、前記した実施形態に限定されず、中央に排気流出管２４が設けられ、その両側に排気流入管２２とインナーパイプ２３とが配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態の燃料電池自動車を示す概略図である。
【図２】燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを示す構成図である。
【図３】サイレンサを示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】貫通孔の変形例を示す吸音配管の断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
２０    排気管
２２    排気流入管（吸音配管）
２３    インナーパイプ
２２ａ，２３ａ  透孔（貫通孔）
２２ｃ  切欠部
３０    サイレンサ
３１    サイレンサ本体
３２    シェル
３３，３４  端壁
４２    固定治具
４５（４５ａ〜４５ｃ）〜４７  導電性を有する吸音材
ＦＣ    燃料電池
Ｍ      車体
Ｖ      燃料電池自動車
【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】
2006151298.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006151298.tif 000009