(57)【要約】【課題】排気管の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できるようにする。【解決手段】排気管構造１０では、カソード排気管１４の内部において排出口１４Ａの近傍に設けられた乱流発生部３０のブレード３６によって、乱流発生部３０の流路３０Ａを流通する使用済み空気に乱流を生じさせる。これにより、排出口１４Ａから車外へ放出される生成水を当該乱流により霧化する。このように、生成水をブレード３６による乱流によって霧化するので、ベンチュリ部での高流速化によって生成水を破砕して霧化する構造（比較例）に比べ、通気断面積を大きくできる。よって、排気管構造１０では、比較例に比べ、通気断面積を大きくできるので、比較例に比べてカソード排気管１４の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電により燃料電池で生成された生成水と前記燃料電池から排出された気体とを車外へ放出する排気管と、
前記排気管の内部に設けられ、前記気体に乱流を生じさせ、前記車外へ放出される生成水を該乱流により霧化するブレードと、
を備える排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池で生成された生成水と燃料電池から排出された気体とを車外へ放出する排気管を有する排気管構造が開示されている。この排気管は、排気管の軸方向の一部で内径が小さくされたくびれ部分としてのベンチュリ部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ベンチュリ部を有する排気管を用いた排気管構造では、ベンチュリ部での気体の高流速化によって、生成水を破砕して霧化し、車外に放出する。このような構造では、排気管を流通する気体が、生成水を破砕できるだけの高流速になるように、ベンチュリ部を小径化する必要がある。このため、ベンチュリ部において、通気抵抗が大きく、気体の通気効率が悪化する。また、ベンチュリ部において、通気抵抗が大きいことで異音が発生する場合がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、排気管の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る排気管構造は、発電により燃料電池で生成された生成水と前記燃料電池から排出された気体とを車外へ放出する排気管と、前記排気管の内部に設けられ、前記気体に乱流を生じさせ、前記車外へ放出される生成水を該乱流により霧化するブレードと、を備える。
【０００７】
請求項１に係る排気管構造によれば、発電により燃料電池で生成された生成水と燃料電池から排出された気体とが、排気管を通じて車外へ放出される。
【０００８】
ここで、請求項１に係る排気管構造では、排気管の内部に設けられたブレードが、気体に乱流を生じさせ、車外へ放出される生成水を当該乱流により霧化する。このように、生成水を乱流によって霧化するので、ベンチュリ部での気体の高流速化によって生成水を破砕して霧化する構造（比較例）に比べ、通気断面積を大きくできる。
【０００９】
請求項１に係る排気管構造では、比較例に比べ、通気断面積を大きくできるので、比較例に比べて排気管の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記構造としたので、排気管の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る排気管構造を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る排気管構造におけるカソード排気管の下流側部分を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態に係る排気管構造におけるカソード排気管の下流側部分を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係る乱流発生部を下流側から見た斜視図である。
【図５】本実施形態に係る乱流発生部及びカソード排気管を下流側から見た背面図である。
【図６】本実施形態に係る乱流発生部を上流側から見た斜視図である。
【図７】本実施形態に係る乱流発生部の側面図である。
【図８】本実施形態に係る乱流発生部を上流側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００１３】
（排気管構造１０）
まず、本実施形態に係る排気管構造１０について説明する。
【００１４】
図１は、排気管構造１０を示す概略図である。図２及び図３は、排気管構造１０における後述のカソード排気管１４の下流側部分を示す概略断面図及び斜視図である。図１、図２及び図３では、本実施形態に係る排気管構造１０を理解しやすくするため、構造を簡略化して図示している。なお、図２に示される矢印Ｘは、後述の使用済み空気（気体の一例）及び生成水の流通方向であって、後述のカソード排気管１４の軸方向を示している。また、図２及び図３に示される矢印＋Ｘ方向は、当該流通方向の下流側を示し、図２及び図３に示される矢印−Ｘ方向は、当該流通方向の上流側を示している。以下では、「流通方向の下流側」及び「流通方向の上流側」をそれぞれ、単に、「下流側」及び「上流側」という場合がある。
【００１５】
排気管構造１０は、燃料電池車に適用される排気管構造であって、アノード及びカソードの各々に水素及び空気の各々が供給されることにより発電する車両搭載用の燃料電池１２（燃料電池システム）の排気管構造である。
【００１６】
排気管構造１０は、具体的には、図１に示されるように、燃料電池１２のカソード側の下流側に設けられたカソード排気管１４（排気管の一例）と、燃料電池１２のアノード側の下流側に設けられ、カソード排気管１４に接続されたアノード排気管１６と、乱流発生部３０（図２及び図３参照）と、を備えている。
【００１７】
カソード排気管１４は、燃料電池１２のカソード側の使用済み空気を車外へ放出する管である。なお、カソード排気管１４は、軸方向に沿って一定の内径とされており、軸方向の一部で内径が小さくされたくびれ部分としてのベンチュリ部を有していない。また、アノード排気管１６は、燃料電池１２で使用されなかった残存水素をカソード排気管１４に排出する管である。
【００１８】
ここで、燃料電池１２のアノード側に水素が供給されると、水素分子から水素イオンが生じ、水素イオンは燃料電池１２の電解質膜（図示省略）を透過してカソード側へ移動する。電解質膜を透過した水素イオンと、燃料電池１２のカソード側に供給された空気中の酸素分子と、が結合して、生成水が生成される。この生成水は、使用済み空気と共にカソード排気管１４を通じて車外へ放出される。
【００１９】
（乱流発生部３０）
次に、乱流発生部３０の具体的な構成について説明する。
【００２０】
図４〜図８は、乱流発生部３０の具体的な構成を示す概略図である。図４〜図８の各図で適宜示される矢印＋Ｘ方向は、後述の使用済み空気及び生成水の流通方向の下流側を示し、矢印−Ｘ方向は、後述の使用済み空気及び生成水の流通方向の上流側を示している。なお、矢印＋Ｘ、−Ｘ方向は、乱流発生部３０の軸方向でもあり、矢印Ｓ方向は、乱流発生部３０の周方向を示している。
【００２１】
乱流発生部３０は、使用済み空気に乱流を生じさせるものであり、図２及び図３に示されるように、カソード排気管１４の内部における排出口１４Ａの近傍に設けられている。この乱流発生部３０は、具体的には、図４に示されるように、円筒状に形成された円筒部３２と、軸部３４と、複数のブレード３６（羽根）と、を有している。乱流発生部３０は一部品で構成されており、円筒部３２、軸部３４及びブレード３６は、一体に形成されている。
【００２２】
円筒部３２は、図３及び図５に示されるように、カソード排気管１４の排出口１４Ａの近傍における内壁に外周面が接するように固定されている。
【００２３】
軸部３４は、円筒部３２の内側に円筒部３２と同軸に配置されている。軸部３４の軸方向長さは、図６及び図７に示されるように、円筒部３２の軸方向長さよりも長く、軸部３４は、円筒部３２よりも上流側へ突出している。軸部３４の上流側端部は、丸みを帯びたドーム状（略半楕円面状又は略半球面状）に形成されており、上流側に向けて徐々に外径が小さくなっている。軸部３４は、図４及び図５に示されるように、下流端部が開口しており、内部３４Ａが空洞になっている。このように内部３４Ａに空洞を形成することで、軸部３４は、薄肉であっても外径を大きくすることができる。
【００２４】
複数のブレード３６は、具体的には、板状の羽根であり、本実施形態では、８枚で構成されている。複数のブレード３６は、図８に示されるように、軸部３４の軸線周りに等角度間隔で配置されている。各ブレード３６は、軸部３４から円筒部３２へ延びている。すなわち、各ブレード３６は、一端部（以下、軸部側端部という）が軸部３４に連結されており、他端部（以下、円筒部側端部という）が円筒部３２に連結されている。
【００２５】
各ブレード３６の円筒部側端部は、図４に示されるように、円筒部３２の軸方向一端部から他端部までの長さで円筒部３２に連結されており、各ブレード３６の円筒部側端部の軸方向長さは、円筒部３２の軸方向長さと略同一とされている。各ブレード３６の軸部側端部は、図６に示されるように、軸部３４の軸方向一端部から他端部までの長さで軸部３４に連結されており、各ブレード３６の軸部側端部の軸方向長さは、軸部３４の軸方向長さと略同一とされている。したがって、各ブレード３６の軸部側端部は、図７に示されるように、軸部３４と同様に、円筒部３２よりも上流側へ突出している。
【００２６】
具体的には、各ブレード３６は、円筒部側端部から軸部側端部に向けて徐々に長さが長くなっており、円筒部３２よりも上流側へ突出する長さが、円筒部側端部から軸部側端部に向けて徐々に長くなっている。
【００２７】
そして、板状のブレード３６は、図４及び図６に示されるように、一端部側且つ上流端部側から他端部側且つ下流側に向けて、立った状態（厚み方向が軸部３４の周方向に沿った状態）から寝た状態（厚み方向が軸部３４の軸方向に沿った状態）に変化するように、捻られており、インペラ形状（扇風機の羽根と同様の形状）をしている。
【００２８】
さらに、各ブレード３６は、図５及び図８に示されるように、軸方向視において、軸部３４の周方向に沿った幅が、軸部側端部よりも円筒部側端部で広くなっており、扇状になっている。なお、軸方向視とは、上流側から下流側へ向けて見た場合（図８参照）、又は、下流側から上流側へ向けて見た場合（図５参照）をいう。
【００２９】
乱流発生部３０では、各ブレード３６の間が、使用済み空気及び生成水が流通する流路３０Ａとされている。この流路３０Ａを流通する使用済み空気に、インペラ形状とされたブレード３６によって、螺旋状に渦を巻くように乱流が生じる。これにより、使用済み空気と共に流路３０Ａを流通する生成水が霧化される。
【００３０】
なお、図２において、カソード排気管１４の内部を流通する生成水を符号Ｗ１で示し、霧化してカソード排気管１４の排出口１４Ａから排出される生成水を符号Ｗ２で示している。
【００３１】
（排気管構造１０の作用効果）
次に、排気管構造１０の作用効果について説明する。
【００３２】
燃料電池１２のアノード及びカソードの各々に水素及び空気の各々が供給されることにより、発電が行なわれる。燃料電池１２で使用されなかった水素は、燃料電池１２のアノード側から残存水素としてアノード排気管１６に排出される。一方、燃料電池１２で使用された空気は、燃料電池１２のカソード側からカソード排気管１４に排出される。
【００３３】
アノード排気管１６に排出された水素は、カソード排気管１４に排出され、カソード側から排出されてきた使用済み空気に混合され、当該使用済み空気は、カソード排気管１４を通じて排出口１４Ａから車外へ放出される。
【００３４】
また、燃料電池１２では、アノード側に水素が供給されると、水素分子から水素イオンが生じ、水素イオンは燃料電池１２の電解質膜（図示省略）を透過してカソード側へ移動する。電解質膜を透過した水素イオンと、燃料電池１２のカソード側に供給された空気中の酸素分子と、が結合して、生成水が生成される。この生成水は、使用済み空気と共にカソード排気管１４を通じて車外へ放出される。なお、生成水は、主に、図２に示されるように、カソード排気管１４の内壁面に沿って流通する。
【００３５】
ここで、排気管構造１０では、カソード排気管１４の内部において排出口１４Ａの近傍に設けられた乱流発生部３０のブレード３６によって、乱流発生部３０の流路３０Ａを流通する使用済み空気に乱流を生じさせる。これにより、カソード排気管１４の排出口１４Ａから車外へ放出される生成水を当該乱流により霧化する。
【００３６】
また、生成水がブレード３６に付着した後、ブレード３６から剥離される際に破砕されることで、生成水が霧化される。
【００３７】
このように、生成水をブレード３６による乱流及びブレード３６からの剥離によって霧化するので、ベンチュリ部での高流速化によって生成水を破砕して霧化する構造（比較例）に比べ、通気断面積を大きくできる。
【００３８】
排気管構造１０では、比較例に比べ、通気断面積を大きくできるので、比較例に比べてカソード排気管１４の通気抵抗を小さく維持しつつ、生成水を霧化できる。
【００３９】
軸部３４は、上流側端部が丸みを帯びたドーム状（略半楕円面状又は略半球面状）に形成されているため、カソード排気管１４を流通する使用済み空気の通気抵抗が低減される。
【００４０】
以上のように、排気管構造１０では、カソード排気管１４の通気抵抗を小さくできるので、カソード排気管１４での通気効率が良好となり、異音の発生が抑制できる。
【００４１】
（変形例）
本実施形態では、カソード排気管１４とは別部品で構成された乱流発生部３０を、カソード排気管１４の内部に設けていたが、これに限られない。例えば、乱流発生部３０における円筒部３２を省略して、軸部３４及びブレード３６を、カソード排気管１４と一体に形成してもよい。この場合、カソード排気管１４、軸部３４及びブレード３６は、例えば、樹脂成型で形成される。
【００４２】
軸部３４は、上流側端部が丸みを帯びたドーム状に形成されていたが、これに限られない。例えば、軸部３４は、上流側が先細りとされた円錐形状や、上流側が先細りとされた角錐形状とされていてもよい。
【００４３】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０   排気管構造
１２   燃料電池
１４   カソード排気管（排気管の一例）
３６   ブレード
【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】
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【図８】
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