(57)【要約】      （修正有）【課題】水分を含む燃料電池からのオフガスが大気中へ放出されたときの白煙の発生を抑制する排気管を提供する。【解決手段】燃料電池から排出されるオフガスが流通する燃料電池車両用排気管であって、オフガスの流通路２に、オフガス及び周囲外気と接触するよう配置された熱交換部３を備え、前記熱交換部が蓄冷材料４を有している燃料電池車両用排気管。【選択図】図２
2019089442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出されるオフガスが流通する燃料電池車両用排気管であって、
オフガスの流通路に、オフガス及び周囲外気と接触するよう配置された熱交換部を備え、前記熱交換部が蓄冷材料を有している燃料電池車両用排気管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両用の排気管に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜の一方の面にアノード触媒層を配置し、他方の面にカソード触媒層を配置してなる膜電極接合体を有する単セルを構成し、水素を含有する燃料ガスをアノード触媒層に供給すると共に、酸素を含有する酸化ガスをカソード触媒層に供給し、前記電解質膜を介して水素と酸素を電気化学的に反応させることにより電力を得ることができるようになっている。
【０００３】
その際、カソードでは、アノード側から電解質膜を透過してきた水素イオンと酸素が反応して水が生成される。生成された水は水蒸気となり、カソードから排出されるオフガスに含まれ、排気管を介して大気中に放出される。
【０００４】
通常、燃料電池は高温（例えば、比較的運転温度の低い固体高分子型燃料電池でも約８０℃）で運転されているために、オフガスの温度は大気温よりも高くなっている。このため、オフガスが大気中へ放出された途端、急激な冷却によりオフガスの温度は露点温度以下まで低下し、オフガスに含まれる水蒸気が凝結して白煙が発生する。特に、大気温が低い冬季には白煙の発生は顕著になる。
【０００５】
この白煙は外観上、また、それを見る者への心象においても好ましくない。特に、近年、燃料電池を搭載した電気自動車（燃料電池自動車）が開発されているが、燃料電池自動車を実用化する上で白煙についての対策は十分に検討される必要がある。多量の白煙は後続車両のドライバに不快感を与える可能性があるからである。
【０００６】
このような白煙の発生を抑制するため、燃料電池車両の排気管の内部に整流板を設けることが提案されている（特許文献１参照）。この技術によれば、整流板を設けることにより、排気ガスに含まれる水蒸気が整流板との接触によって熱を奪われて液化し、白煙の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の整流板を設けた排気管においては、整流板との熱交換によりオフガス中の水蒸気を結露させ、除去する構造であるため、冷却能力が十分ではないという問題がある。特に、車両の走行中は走行風によって排気管は冷却されるものの、停車中は排気管を冷却することが不十分となり、水蒸気を十分に液化させることができず、白煙の発生の抑制が不十分となる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明によれば、燃料電池から排出されるオフガスが流通する燃料電池車両用排気管であって、オフガスの流通路に、オフガス及び周囲外気と接触するよう配置された熱交換部を備え、前記熱交換部が蓄冷材料を有している燃料電池車両用排気管が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池車両用排気管においては、蓄冷材料を有している熱交換部を、オフガス及び周囲外気と接触するよう配置しており、車両の走行中に走行風によって熱交換部中の蓄冷材料を冷却しておくことにより、車両の停車時においても熱交換部はオフガスを冷却することができ、白煙の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の排気管の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】本発明の排気管の他の態様の断面図である。
【図４】本発明の排気管を組み込んだ燃料電池の排気システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の排気管の側面図である。本発明の排気管１は、オフガスの流通路２に熱交換部３を備えている。本発明の排気管１は、車両用燃料電池のカソードに接続され、カソードから排出されるオフガスを大気中へ放出するための排気管として構成される。燃料電池では、電気化学反応によって起電力が発生する際に、アノード側から電解質を透過してきた水素イオンと酸素が反応して、カソードにおいて水が生成される。燃料電池は高温で運転されるため、生成された水は水蒸気となり、この水蒸気はカソードから排出されるオフガスに含まれて排気管１へ移出される。
【００１３】
図２に示すように、排気管１のオフガス流通路２にはこのオフガスと接触するように熱交換部３が配置されている。また、この熱交換部３はオフガス流通路２から突出し、周囲外気と接触できるようになっている。さらに熱交換部３は、蓄冷材料４を有している。
【００１４】
このようにオフガス流通路２の内部に熱交換部３を配置することにより、オフガスに含まれる水蒸気はオフガス流通路２を通過する際に熱交換部３と接触し、熱交換によって熱を奪われて液化し、水滴となって熱交換部３に付着する。また、水蒸気がオフガス中で凝結して生成した水滴も、熱交換部３との接触によって熱交換部３に付着する。これによりオフガス中に含まれる水分の多くはオフガス中から除去されることになり、オフガスが大気中へ放出されたときの白煙の発生が抑制される。
【００１５】
従来の整流板を設けた排気管においても、水蒸気を含むオフガスと整流板とを接触させることにより水蒸気を液化して除去していたが、特に車両の停車時には外気との熱交換を十分に行うことができないため、整流板が加熱してしまい、十分に水蒸気を液化することができない。
【００１６】
一方、本発明においては、熱交換部３をオフガスのみならず周囲外気と接触するように、オフガス流通路２から突出して配置されており、さらに熱交換部３は蓄冷材料４を有している。
【００１７】
熱交換部３を周囲外気と接触するようにオフガス流通路２から突出して配置することにより、車両の走行時においては、走行風によって熱交換部３のオフガス流通路２から突出した部位を冷却し、熱交換によって熱交換部３の内部の蓄冷材料４を冷却する。蓄冷材料４を冷却することにより、熱交換部３全体が冷却され、オフガス流通路２内部において、水蒸気を含むオフガスと接触することにより、熱交換によってこの水蒸気を液化して、オフガスから水分を除去することができる。
【００１８】
さらに車両の停車時においては、熱交換部３の冷却は十分には行われないが、走行時に蓄冷材料４を十分に冷却していたため、熱交換部３も十分に冷却されており、走行時と同様にオフガスから水分を除去することができる。
【００１９】
熱交換部を構成する材料としては、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム等の金属、により構成することが好ましい。蓄冷材料４は熱交換部３の内部に密閉されて収納されている。熱交換部３は、例えば液状の蓄冷材料４が冷却されて固化することにより潜熱の形態で冷熱を蓄えることができる。このような蓄冷材料４としては、パラフィンのような相変化材料（ＰＣＭ）を用いることができる。
【００２０】
相変化材料は、環境温度の変化により固体−液体の相変化を起こし、その際に融解熱として熱を吸収したり、凝固熱として熱を放出する材料であり、各種製品が市販されている。従って、冷却したい温度において相変化する材料を用い、例えばオフガスを５０℃から４０℃に冷却する場合には、相変化温度が４０℃以下であるような材料を用いる。相変化温度が異なる様々な相変化材料が知られており、目的とする冷却温度に応じて選択することができる。本発明においては、蓄冷材料４としては、パラフィン系、水和物系などの凝固点が２０〜５０℃程度に調整されている材料を用いることができる。
【００２１】
図２では、熱交換部３をオフガス流通路２において互いに平行となるよう配置しているが、他の構成をとってもよい。例えば、図３に示すように、オフガス流通路２の中心から放射状に熱交換部３を配置してもよい。図３ではオフガス流通路２を４分割しているが、６分割、８分割等のようにより少数に分割する形態であってもよく、また必ずしも均等に分割しなくてもよく、熱交換部の枚数にも制限はない。さらには、熱交換部３をオフガス流通路２内において、オフガスの流れる方向とは平行でなく、角度を設けてオフガスが衝突するように配置してもよい。
【００２２】
図４は、本発明の排気管１を配置した、燃料電池の排気システムを示す。本発明の排気管１は、燃料電池スタック５とマフラ６の間に配置することにより、燃料電池スタック５より排出される高湿度オフガスから、効率的に水蒸気を凝集させ、除去することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１    排気管
２    オフガス流通路
３    熱交換部
４    蓄冷材料
５    燃料電池スタック
６    マフラ
【図１】
2019089442.tif 000003
【図２】
2019089442.tif 000004
【図３】
2019089442.tif 000005
【図４】
2019089442.tif 000006