(57)【要約】【課題】排ガス用希釈器において、低温下においてもその性能を十分に発揮することを可能とすることである。【解決手段】排ガス用希釈器２０は、排ガス導入管５０と希釈用ガス導入管６０とを備える希釈容器４０を含み、希釈容器４０の周囲が、外周断熱材２２、一方側端面断熱材２４、他方側端面断熱材２６で覆われる。また、希釈用ガス導入管６０と排ガス導入管５０との間に、伝熱部材として、パイプ８０等が設けられる。パイプ８０からは希釈用ガスである酸化ガス６が排ガス導入管５０に向かって直接吹き付けられる。また、希釈容器４０の内部には複数の仕切部材９０が設けられ、ガスが流れるための連通窓９２が、ガスの流れ方向に沿って軸心側から次第に外周側に配置され、これにより、酸化ガス６は、最初は排ガス導入管５０近くを流れ、次第に外周側に移る蛇行経路９４として流される。【選択図】図４
2008123872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、
希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、
排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、
希釈容器の外周を覆う外周断熱材と、
希釈容器の一方側端面を覆う一方側端面断熱材と、
希釈容器の他方側端面を覆う他方側端面断熱材と、
を備えることを特徴とする排ガス用希釈器。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス用希釈器において、
排ガス導入管は、希釈容器の一方側端面の外側で、燃料電池側の配管と接続するためのフランジ付き接続ポートを有し、
一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有することを特徴とする排ガス用希釈器。
【請求項３】
請求項２に記載の排ガス用希釈器において、
一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有することを特徴とする排ガス用希釈器。
【請求項４】
軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、
希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、
排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、
を備え、
希釈用ガス導入管に設けられる放出穴は、排ガス導入管に向けて希釈用ガスを最短距離で吹き付ける位置に配置されることを特徴とする排ガス用希釈器。
【請求項５】
軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、
希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、
排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、
希釈容器の内部において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる伝熱部材と、
を備えることを特徴とする排ガス用希釈器。
【請求項６】
軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、
希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、
排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、
を備え、
希釈容器は、
内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材であって、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される複数の仕切り部材を有することを特徴とする排ガス用希釈器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス用希釈器に係り、特に排ガスを希釈用ガスと混合して外部に排出する排ガス用希釈器に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば圧縮空気を供給し、電解質膜を通しての電池化学反応によって必要な電力を取り出す。このときに、反応生成水が生じる。電池化学反応で使用済みの燃料ガスは、他のガスで薄めてから外部に排出され、そのために希釈器が用いられる。希釈用のガスとしては、同じ燃料電池で使用済みの酸化ガスを用いることができる。この場合には、使用済みの燃料ガスが、やはり使用済みの酸化ガスと希釈器で混合されて薄められ、外部に排出される。そのときに反応生成水も一緒に排出される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、燃料電池の排出ガス処理装置としての希釈容器として、その軸心を略水平とし、軸心方向の全長に渡って、軸心方向に直交する断面形状が同一の楕円形として、繰り返し応力に対し機械的強度（耐圧強度）を高くすることが開示されている。この希釈容器は、上流側と下流側を仕切る仕切板が略鉛直方向に、楕円の上部を切り欠いた形状の仕切板が略鉛直に設けられ、これによって、上部が連通ガス路として連通している上流室と下流室が形成されている。そして、上流室では、希釈容器の軸心より若干下方にアノードオフガス導入管の先端を上方に向けて開口させ、また、希釈容器の内底部で希釈ガス管の希釈ガス放出口を上方に向けて開口させており、これにより、アノードオフガスは仕切板に衝突し、希釈ガスと混合しながら、上方の連通ガス路を通り下流室に流れ、希釈容器内のガスの滞留時間を稼ぐことができることが述べられている。また、下流室では、混合ガスが希釈ガス管の混合ガス排気孔から外部に排出され、アノードオフガスに含まれる液体は、仕切板及び希釈容器の内壁を伝って、希釈容器の底部に集められ外部に排出されることが述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来技術では、排出ガス処理装置として、排出ガスの希釈とともに、排出ガスに含まれる液体も排出される希釈器が述べられている。ところで、車両が氷点下の外気中に置かれたままのときには、排出ガスに含まれ、希釈器の底部に集められる液体が凍結することが生じる。この場合、液体の凍結によって排出ガスの経路が閉塞され、圧損増加や性能不良等の不具合が生じることがある。
【０００６】
本発明の目的は、低温下においてもその性能を十分に発揮することが可能な排ガス用希釈器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る排ガス用希釈器は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、希釈容器の外周を覆う外周断熱材と、希釈容器の一方側端面を覆う一方側端面断熱材と、希釈容器の他方側端面を覆う他方側端面断熱材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、排ガス導入管は、希釈容器の一方側端面の外側で、燃料電池側の配管と接続するためのフランジ付き接続ポートを有し、一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有することが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る排ガス用希釈器において、一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る排ガス用希釈器は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、を備え、希釈用ガス導入管に設けられる放出穴は、排ガス導入管に向けて希釈用ガスを最短距離で吹き付ける位置に配置されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る排ガス用希釈器は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、希釈容器の内部において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して設けられる伝熱部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る排ガス用希釈器は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された希釈容器と、希釈容器の筒状の一方側端面から内部に挿入され、燃料電池の使用済み燃料ガスを含む排ガスを導入する管であって、希釈容器の一方側端面に外周が気密に固定される排ガス導入管と、排ガスを希釈する希釈用ガスを導入する管であって、希釈容器の筒状の一方側端面から他方側端面に貫通して挿入され、希釈容器の内部において、希釈用ガスを放出する放出穴と、排ガスと希釈用ガスとの混合ガスを外部に向けて吸出する吸出穴とが設けられ、希釈容器の一方側端面と他方側端面において外周が気密に固定される希釈用ガス導入管と、を備え、希釈容器は、内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材であって、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される複数の仕切り部材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の少なくとも１つにより、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器の外周と、一方側端面と、他方側端面とが断熱材でそれぞれ覆われる。これにより、外気温が下っても希釈容器の内部は保護されて液体の凍結等を防止でき、低温下においても希釈器としての性能を十分に発揮することが可能となる。
【００１４】
また、排ガス導入管がフランジ付き接続ポートを有する場合でも、一方側端面断熱材は、弾性を有する材料で構成され、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を通すために一時的に開き、フランジ部分を通した後は排ガス導入管の外周に密着するように復元する通しスリットを有するので、フランジ付き接続ポートの回りもしっかり断熱材で覆うことができる。
【００１５】
また、一方側端面断熱材は、フランジ付き接続ポートのフランジ部分を埋め込む埋め込み穴部を有するので、フランジ付き接続ポートの部分も外気温から保護される。
【００１６】
また、上記構成の少なくとも１つにより、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器内において、希釈用ガス導入管に設けられる放出穴が、排ガス導入管に向けて希釈用ガスを最短距離で吹き付ける位置に配置される。一般的に排ガス導入管の方が細くて、凍結の際に閉塞しやすいが、希釈用ガス導入管から希釈用ガスを吹き付けることで、希釈用ガスの熱を与えることができる。これにより、排気ガス導入管の凍結閉塞を効果的に防止できる。
【００１７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器内において、希釈用ガス導入管と排ガス導入管との間を接続して伝熱部材が設けられる。これにより、希釈用ガス導入管の熱を排ガス導入管に与えることができ、排気ガス導入管の凍結閉塞を効果的に防止できる。
【００１８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、排ガス用希釈器は、排ガス導入管と希釈用ガス導入管とが設けられる希釈容器内において、複数の仕切部材によって、内部空間が軸方向に沿って複数の区分室に仕切られ、隣接する区分室を連通するための連通窓が、一方側端面から他方側端面に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される。これにより、排ガスと希釈用ガスとが、希釈容器の一方側端面の方から他方側端面の方に流れる際に、最初は希釈容器の軸心側を流れ、次第に外周側に移るので、排ガス導入管等を効果的に暖めあるいは保温しながら、ガス拡散の時間を長くでき、効果的に希釈を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、排ガス用希釈器として、燃料電池の使用済みガスを排気するためのものを説明するが、これ以外でも、他の排気ガスを希釈するものであって、低温時に凍結閉塞する可能性のある希釈器であってもよい。また、以下で説明する形状、材質等は説明のための一例であって、用途目的、仕様等にあわせ、適宜変更することができる。
【００２０】
図１は、燃料電池の使用済みガスを希釈して排気するための排ガス用希釈器２０の斜視図である。排ガス用希釈器２０は、希釈容器４０等の周囲が断熱材で覆われている構造を有し、図１においては、希釈容器４０等は、断熱材の中に配置されているので、目視で見えるようには全体が現れていない。図２は、断熱材の部分のみを抜き出して示す図である。図３、図４は、排ガス用希釈器２０の断面図である。図３は、正面から見た断面図、図４は、上面から見た断面図である。これらの図を用いて、排ガス用希釈器２０の構成を説明する。
【００２１】
なお、これらの図において、排ガス用希釈器２０の構成要素ではないが、燃料電池の使用済みガスである燃料ガス４、酸化ガス６、希釈後の混合ガス７、ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水８、水燃料電池側からの燃料ガス排気管１０、燃料ガス排気管１０のフランジ１２、フランジ１２と排ガス用希釈器２０の排ガス導入管５０のフランジ５２とを締結するための締結具１３、酸化ガス排気管１４、酸化ガス排気管１４と排ガス用希釈器２０の希釈用ガス導入管６０とを接続する接続チューブ１８、混合ガス７を外部に排出する排出管１６と希釈用ガス導入管６０とを接続する接続チューブ１９が示されている。ここで、燃料ガスは、例えば水素ガスであり、使用済み燃料ガスが排気されるべき排ガスに相当し、酸化ガスは、例えば圧縮空気であり、使用済み酸化ガスは、使用済み燃料ガスを希釈する希釈用ガスに相当する。
【００２２】
排ガス用希釈器２０の本体部は、図３、図４で示されるように、希釈容器４０と、希釈容器４０の内部に挿入される排ガス導入管５０と、希釈容器４０を貫通して設けられる希釈用ガス導入管６０とを含んで構成される。そして、排ガス用希釈器２０は、図１に示されるように、希釈容器４０を含む本体部が複数の断熱材で覆われたものとして構成される。
【００２３】
希釈容器４０は、軸心を水平方向に配置され筒状形状を有し密閉された容器である。図３、図４に示されるように、希釈容器４０の正面図における高さは、上面図における幅よりも小さい。すなわち、希釈容器４０は、軸方向に垂直な面における断面が楕円形状である筒状の密閉容器である。筒状容器の強度からいえば、断面が円形形状のものがよいが、断面を楕円形状とする理由は、高さ方向にあまり余裕がない場合の搭載性が優れているからである。例えば、車両に搭載される燃料電池のための排ガス用希釈器は、高さ方向にあまり余裕のない車両床下等に設けられる場合があり、このようなときには、高さ方向に扁平な楕円形状断面の筒状容器が搭載性がよい。
【００２４】
かかる希釈容器４０は、適当な強度のある材料を所定の形状に成形したものを用いることができる。例えば、ステンレス鋼板またはアルミニウム板等の金属板を楕円形状に曲げて筒部を形成し、その両側の開口部を平面形状が楕円である板材で封止したものを用いることができる。各部材の接続部は、例えばアーク溶接等で、しっかり気密に封止される。希釈容器４０の寸法の一例を上げると、板厚が約１ｍｍから数ｍｍ程度、楕円形状の長軸が約４００ｍｍ程度、短軸が約３００ｍｍ程度、軸方向に沿った長さが約５００ｍｍ程度である。
【００２５】
排ガス導入管５０は、排ガスである燃料電池の使用済み燃料ガス４を希釈容器４０の内部に導入する機能を有する管である。排ガス導入管５０は、希釈容器４０の筒状の一方側端面４２の軸心の位置から希釈容器４０の軸心に沿って内部に挿入される細い管で、希釈容器４０の一方側端面４２に対し、外周がアーク溶接等で気密に固定される。
【００２６】
排ガス導入管５０の一方端は、希釈容器４０の外側に突き出し、フランジ５２（図３参照）を有する。このフランジ５２は、燃料電池側の燃料ガス排気管１０のフランジ１２と締結具１３（図４参照）によって気密に接続される。このように、フランジ５２は、燃料ガス排気管１０と接続される部分であるので、接続ポートと呼ぶことができる。また、排ガス導入管５０の他方端は、希釈容器４０の内側に突き出し、その先端は、斜めに切り落とされた形状をしており、導入された使用済み燃料ガスを、希釈容器４０の中央部から底部の方に向かって噴出させる噴出口５４となっている。かかる排ガス導入管５０は、例えば、希釈容器４０の材質と同じ材質の金属パイプにフランジ５２を溶接等で接続させたものを用いることができる。金属パイプの径の一例は、外径が約１０ｍｍから１５ｍｍ程度、肉厚が約１ｍｍから２ｍｍ程度である。フランジ５２の大きさは、複数個の締結具１３を配置できるものとされる。
【００２７】
希釈用ガス導入管６０は、排ガス導入管５０によって希釈容器４０に導入された使用済み燃料ガス４を希釈する希釈用ガスである酸化ガス６を希釈容器４０内に導入する機能と、使用済み燃料ガス４と酸化ガス６とが混合されて燃料ガス４が希釈された混合ガス７を希釈容器４０内から吸出して外部に排出する機能とを有する管である。希釈用ガス導入管６０は、希釈容器４０の筒状の一方側端面４２の底部側の位置から希釈容器４０の軸心に平行な方向に沿って、他方側端面４４に向かって貫通して挿入される。
【００２８】
希釈用ガス導入管６０は、希釈容器４０の内部において、酸化ガス６を放出する放出穴６２と、使用済み燃料ガス４と酸化ガス６との混合ガス７を外部に向けて吸出する吸出穴６４とが設けられる。放出穴６２と吸出穴６４は、その開口が上方、すなわち、排ガス導入管５０の方を向くように希釈用ガス導入管６０の管壁に設けられる。また、使用済み燃料ガス４、酸化ガス６、混合ガス７に含まれる水分が凝縮して凝縮水８となったものを排出するための排水穴６６が設けられる。排水穴６６は、その開口が希釈容器４０の底部を向くように希釈用ガス導入管６０の管壁に設けられる。なお、希釈容器４０の底に向けて排出された凝縮水８は、図示されていないドレイン穴から希釈容器４０の外部に排出される。放出穴６２、吸出穴６４、排水穴６６は、酸化ガス６が流れる方向に沿って、この順番に配置される。すなわち、酸化ガス６の導入側から放出穴６２、吸出穴６４、排水穴６６の順に配置され、混合ガス７の排出側に向かう。なお、吸出穴６４の配置位置によっては、排水穴６６と吸出穴６４の配置順序を逆にすることもできる。
【００２９】
希釈用ガス導入管６０の一方端は、希釈容器４０の一方側端面４２の外側に突き出し、他方端は、希釈容器４０の他方側端面４４の外側に突き出す。そして、その外周が、希釈容器４０の一方側端面４２、他方側端面４４において、アーク溶接等で気密に固定される。そして、一方端は、接続チューブ１８を介して、燃料電池側の酸化ガス排気管１４に気密に接続され、他方端も接続チューブ１９を介して排出管１６に接続される。接続チューブ１８，１９は、例えば、適当な弾性と可撓性を有するゴムチューブ、ゴムホース等を用いることができる。かかる希釈用ガス導入管６０は、例えば、希釈容器４０の材質と同じ材質の金属パイプを用いることができる。金属パイプの径の一例は、外径が約３０ｍｍから約５０ｍｍ程度、肉厚が約１ｍｍから数ｍｍ程度である。
【００３０】
上記で説明した構成の希釈容器４０の作用は次のようである。すなわち、燃料電池側から燃料ガス排気管１０によって排出される使用済み燃料ガス４を排ガス導入管５０によって希釈容器４０の内部に導入すると共に、燃料電池側から酸化ガス排気管１４によって送り込まれる酸化ガス６を希釈用ガス導入管６０によって希釈容器４０の内部に導き、放出穴６２から希釈容器４０の内部に放出することができる。そして、排ガス導入管５０によって導入された使用済み燃料ガス４を、放出穴６２から放出された酸化ガス６によって混合して希釈して混合ガス７とし、再び希釈用ガス導入管６０の吸出穴６４に吸い込んで、希釈用ガス導入管６０の内部でも酸化ガス６と混合して希釈容器４０の外側に搬出する。そして、排出管１６を経て、希釈された混合ガス７を外部に排出することができる。
【００３１】
このように、排ガス導入管５０と希釈用ガス導入管６０とを備える希釈容器４０を用いることで、排ガスである使用済み燃料ガス４を希釈用ガスである酸化ガス６で希釈して外部に排出することができる。しかし、この構成のみでは、例えば、−２０℃等の氷点下の環境に希釈容器４０が置かれたとき、水分、凝縮水等が凍結し、ガス流路等を閉塞することが生じる。例えば、使用済み燃料ガス４に含まれる水分が凝縮し凍結し、細い排ガス導入管５０を閉塞することが生じる。また、希釈用ガス導入管６０から排水された凝縮水８が凍結し、排水穴６６を閉塞し、さらに、希釈用ガス導入管６０内で水分が凝縮し凍結し、希釈用ガス導入管６０自身を閉塞することが生じる。ガス流路の閉塞が生じると、排ガス用希釈器２０の希釈性能が低下する。以下に、このような低温下における希釈性能の低下を防止するための構成を説明する。なお、以下では図１から図４における符号を用いて説明する。
【００３２】
低温下における希釈性能の低下を防止するための構成の１つは、効果的な断熱材の使用である。そのために、排ガス用希釈器２０は、希釈容器４０の周囲がすべて断熱材で覆われる。図１、図２に示されるように、断熱材は、希釈容器４０の筒部の外周を覆う外周断熱材２２と、希釈容器４０の一方側端面を覆う一方側端面断熱材２４と、希釈容器４０の他方側端面を覆う他方側端面断熱材２６を含んで構成される。
【００３３】
外周断熱材２２は、希釈容器４０の楕円状外周を覆い、その部分において希釈容器４０からの熱の外部放散を抑制し、また、その部分において外気の温度が希釈容器４０に伝わることを抑制する機能を有する部材である。外周断熱材２２は、内周が希釈容器４０の筒部の楕円外周形状に対応する形状を有し、両端が開口する筒状の断熱部材である。
【００３４】
外周断熱材２２は、適当な断熱材料を筒状に一体成形したものを用いてもよく、あるいは、平板状で可撓性あるいは変形性のある断熱材を希釈容器４０の筒状外周に隙間なく巻き付けるものとしてもよい。例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）あるいはＥＰＭに第３成分であるジエン成分を少量加えたエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の発泡プラスチックゴムを筒状に成形したものを用いることができる。あるいは、ガラス繊維、不織布等の断熱材、たとえばシンサレート（住友３Ｍ社の商品名）を希釈容器４０の外周に隙間なく巻き付け、例えば金属バンド等の適当な締結具で固定したものを用いることができる。
【００３５】
一方側端面断熱材２４と、他方側端面断熱材２６は、希釈容器４０の両側面を覆い、その部分において希釈容器４０からの熱の外部放散を抑制し、また、その部分において外気の温度が希釈容器４０に伝わることを抑制する機能を有する部材である。一方側端面断熱材２４と、他方側端面断熱材２６は、外周断熱材２２の両端の開口を塞ぎ、希釈容器４０の両端面を覆うように、希釈容器の楕円断面形状よりも外周断熱材２２の肉厚分に相当するだけ外側に拡張した楕円形状を有する平板状断熱部材である。
【００３６】
一方側端面断熱材２４と、他方側端面断熱材２６は、希釈用ガス導入管６０に対応する貫通穴３０，３２を有する。また、一方側端面断熱材２４には、排ガス導入管５０に対応する貫通穴３４と、排ガス導入管５０のフランジ５２を埋め込むような凹部３６とが設けられる。つまり、凹部３６は、フランジ５２を断熱材の中に埋め込む埋め込み穴として機能する。図２には、凹部３６は、一方側端面断熱材２４の外部側端面に開口を有するくぼみとして示されているが、排ガス導入管５０におけるフランジ５２の配置によっては、一方側端面断熱材２４の外部側端面に開口を有するくぼみとして凹部を設けるものとしてもよい。
【００３７】
また、一方側端面断熱材２４には、希釈容器４０に溶接等で一体化されていて排ガス導入管５０より外形の大きなフランジ５２を通すために一時的に開き、フランジ５２を通した後は排ガス導入管５０の外周に密着するように復元する通しスリット３８が設けられる。通しスリット３８は、貫通穴３４、凹部３６の中心を通る切れ目であるが、その長さは、一方側端面断熱材２４の外周には達しない。つまり、一方側端面断熱材２４は、フランジ５２を通すために二体に分割されることなく、一体のままである。
【００３８】
このように、貫通穴３０，３２，３４、凹部３６、通しスリット３８を設けることで、希釈用ガス導入管６０、フランジ５２を有する排ガス導入管を有する複雑な外形の希釈容器４０の両端面に、一方側端面断熱材２４と、他方側端面断熱材２６とを、隙間なく配置することができる。
【００３９】
低温下における希釈性能の低下を防止するための次の構成は、凍結閉塞しやすい排ガス導入管５０に熱を与える構造の採用である。電解質膜を介し、燃料ガスと酸化ガスとの電池化学反応を用いて発電する燃料電池においては、使用済み燃料ガスは再び未使用の燃料ガスと混合されて再使用されることが多い。そして、再使用が繰り返されることで不純物の割合が一定限度を越すと、排ガスとして排ガス用希釈器２０に送られてくる。したがって、排ガスとしての使用済み燃料ガス４は、常に流れているわけではなく、断続的に流れる。これに対し、使用済みの酸化ガス６は、燃料電池の運転中、常に排出される。したがって、一般的に排ガス導入管５０は、希釈用ガス導入管６０に比べ細く設定される。また、断続的にしか使用済み燃料ガス４が流されないため、低温下では、常に酸化ガスが流されている太い管である希釈用ガス導入管６０に比べ、排ガス導入管５０は冷えやすく、管の中の残留水分による凍結閉塞が生じやすい。
【００４０】
このように凍結閉塞しやすい排ガス導入管５０に熱を与える構造として、希釈用ガス導入管６０と排ガス導入管５０との間を熱的に接続する伝熱部材が設けられる。すなわち、希釈用ガス導入管６０の放出穴６２にパイプ８０が接続され、そのパイプ８０は上方に延びて、排ガス導入管５０の外周壁に接続される。これにより、排ガス導入管５０に対し冷えにくく、高い温度にある希釈用ガス導入管６０から、パイプ８０を経由して熱を排ガス導入管５０に与えることができる。パイプ８０は、希釈用ガス導入管６０と同じ材質の金属材料等で構成することができる。もちろん、他の熱伝導性のよい材料でパイプ８０を構成するものとしてもよい。パイプ８０は、希釈用ガス導入管６０及び排ガス導入管５０に、アーク溶接等で、熱的に接続されるように固定される。
【００４１】
また、パイプ８０とは別に、希釈用ガス導入管６０と排ガス導入管５０との間に、金属材料等の熱伝導性のよい材質で構成される柱部材８２が設けられる。柱部材８２も、希釈用ガス導入管６０及び排ガス導入管５０に、アーク溶接等で、熱的に接続されるように固定される。このように、パイプ８０及び柱部材８２は、希釈用ガス導入管６０と排ガス導入管５０との間を熱的に接続する伝熱部材である。なお、パイプ８０、柱部材８２の一方のみを設けるものとしてもよく、また、さらに他の伝熱部材を設けるものとしてもよい。
【００４２】
また、放出穴６２及びパイプ８０の内径を十分大きくすることで、パイプ８０の開口径を排ガス導入管５０の外径より大きくでき、これにより、放出穴６２からの酸化ガス６をパイプ８０に案内させながら直接排ガス導入管５０の外壁に吹き付けることができる。そして、放出穴６２を希釈用ガス導入管６０から上方に、ちょうど排ガス導入管５０の真下に開口が来るように設けることで、酸化ガス６を、放出穴６２の真上の排ガス導入管５０に向けて吹き付けることができる。さらにパイプ８０によって、この噴出酸化ガス６を案内することで、希釈用ガス導入管６０から酸化ガス６を排ガス導入管５０に対し最短距離で吹き付けることができる。
【００４３】
また、希釈用ガス導入管６０における放出穴６２は、希釈容器４０の内部において、できるだけ一方側端面４２に近い位置、つまり、希釈用ガス導入管６０が希釈容器４０の内部に入ったところに近づけて設けることが好ましい。このように放出穴６２を配置することで、酸化ガスを最も高い温度の状態で、排ガス導入管５０に吹き付けることができる。
【００４４】
低温下における希釈性能の低下を防止するための次の構成は、希釈容器４０内のガスの流し方によって、凍結閉塞しやすい排ガス導入管５０を含め希釈容器４０を効果的に暖めあるいは保温できる構造の採用である。このために、図４に示されるように、希釈容器４０には、内部空間を軸方向に沿って複数の区分室に仕切る複数の仕切部材９０が設けられる。そして、隣接する区分室を連通するための連通窓９２が、一方側端面４２から他方側端面４４に行くにつれて、軸心側から次第に外周側に配置される。
【００４５】
複数の仕切部材９０と複数の連通窓９２をこのように配置することで、放出穴６２に接続されるパイプ８０から流れ出る希釈用ガスである酸化ガス６を、図４に示される蛇行経路９４のように流すことができる。すなわち、パイプ８０から流れ出た酸化ガス６は、最初は、希釈容器４０の軸心の近くを蛇行する。これにより、温かい酸化ガス６によって、排ガス導入管５０の周囲を暖め、あるいは温度が下らないように保温することができる。そして、希釈容器４０の他方側端面４４に向かって流れるに従い、次第に希釈容器４０の外周側に近づいて蛇行する。これにより、希釈用ガスである酸化ガス６と排ガスである燃料ガス４とが混合される流路長さを長くして、混合のためのガス拡散の時間を長くでき、効果的に希釈を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態における排ガス用希釈器の斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、断熱材の部分のみを抜き出して示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、排ガス用希釈器の正面から見た断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、排ガス用希釈器の上面から見た断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
４  燃料ガス、６  酸化ガス、７  混合ガス、８  凝縮水、１０  燃料ガス排気管、１２，５２  フランジ、１３  締結具、１４  酸化ガス排気管、１６  排出管、１８，１９  接続チューブ、２０  排ガス用希釈器、２２  外周断熱材、２４  一方側端面断熱材、２６  他方側端面断熱材、３０，３２，３４  貫通穴、３６  凹部、３８  通しスリット、４０  希釈容器、４２  一方側端面、４４  他方側端面、５０  排ガス導入管、５４  噴出口、６０  希釈用ガス導入管、６２  放出穴、６４  吸出穴、６６  排水穴、８０  パイプ、８２  柱部材、９０  仕切部材、９２  連通窓、９４  蛇行経路。
【図１】
2008123872.tif 000003
【図２】
2008123872.tif 000004
【図３】
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【図４】
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