(57)【要約】【課題】十分な軽量性と高度な生産性及び経済性とを確保した上で、優れた使用耐久性が発揮され得る燃料電池の排出ガス処理装置を提供する。【解決手段】アノード電極側からパージによって排出される水素ガスを導入して、収容する収容体１０の内圧が、水素ガスの導入時よりも上昇したときに、かかる内圧の上昇量が抑制されるように、該内圧を制御する内圧制御手段１２を、該収容体１０に設けて、構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極側からパージによって排出される水素ガスを導入して、収容する収容体を有し、該収容体内に収容された該水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、
前記収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇したときに、かかる内圧の上昇量が抑制されるように、該内圧を制御する内圧制御手段を、該収容体に設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項２】
前記収容体の少なくとも一部が、弾性により伸縮可能な伸縮部とされると共に、該伸縮部にて、前記内圧制御手段が構成されて、該収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇したときに、該伸縮部の伸張により該収容体の容積が増大せしめられることで、該内圧の上昇量が抑制されて、該内圧が制御されるようになっている請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項３】
前記収容体における前記伸縮部を除く部分が、合成樹脂材料を用いて形成されている請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項４】
前記収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇して、予め設定された設定値を越える値となったときに、開作動せしめられる一方、かかる開作動状態において、該収容体の内圧が降下して、該設定値となったときに閉作動せしめられる安全弁が、該収容体に設けられて、該安全弁にて、前記内圧制御手段が構成されている請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項５】
前記収容体の全体が、合成樹脂材料を用いて形成されている請求項４に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項６】
アノード電極側からパージによって排出される水素ガスを導入して、収容する収容体を有し、該収容体内に収容された該水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、
前記収容体内に収容された前記水素ガスの該収容体内での燃焼による急激な内圧上昇により生ずる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料を用いて、該収容体を形成したことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排出ガス処理装置に係り、特にアノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス処理装置の改良された構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に優しく、しかも発電効率の高い燃料電池が注目され、様々な用途への利用が試みられている。例えば、そのような燃料電池を駆動源として利用する燃料電池車が、次世代の自動車として期待され、実用化へ向けた動きが本格化してきている。
【０００３】
ところで、よく知られているように、例えば、燃料電池車等に搭載される、純水素（以下、水素という）を燃料とした燃料電池システムにおいては、多くの場合、アノード電極側から排出された未使用の水素を含むガスを、再度、アノード電極側に供給する循環装置が設けられて、燃料水素の利用効率の向上が図られている。しかしながら、このアノード電極側からの排出ガスの循環装置による循環を長時間に亘って続けていると、窒素や発電時に生ずる生成水等の不純物が循環装置内に増加してしまい、その結果、発電効率の低下が不可避的に惹起されることとなる。
【０００４】
そこで、そのような燃料電池システムでは、パージ操作が間欠的に実施されて、不純物が増加した排出ガスが大気中に定期的に排出されるようになっているのであるが、このアノード電極側からパージによって排出される排出ガス中には、高濃度の水素ガスが含まれているため、そのような排出ガスの大気中への排出に際しては、それに含まれる水素ガスを安全上問題のない程度にまで希釈する必要があった。
【０００５】
かかる状況下、アノード電極側から排出される水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出するようにした燃料電池の排出ガス処理装置（排出水素希釈装置）が、種々、提案されている。
【０００６】
例えば、下記特許文献１において提案される装置にあっては、アノード電極側から排出される水素ガスの排出管が接続されて、かかる水素ガスを収容する収容体を有している。また、この収容体には、カソード電極側から排出される空気を大気中に排出するための空気排出管の上流側部位から分岐した分岐管が接続され、更に、収容体内のガスを外部に排出するための排出流路が、収容体と空気排出管の下流側部位とを連通するように接続されている。つまり、空気排出管に設けられたバイパス流路の途中に、収容体が設けられてなる構造とされている。
【０００７】
このような排出ガス処理装置では、収容体内に、アノード電極側からパージによって排出される水素ガスが導入されると共に、カソード電極側から排出される空気の一部が取り入れられることで、かかる水素ガスが、収容体内で、空気と混合せしめられて、ある程度の濃度にまで、予備的に希釈される。そして、そのような水素ガスと空気の混合ガスが、排出流路を通じて、収容体から空気排出管内に導出せしめられることにより、水素ガスが、空気排出流管内の空気にて、更に希釈されるようになっている。
【０００８】
また、下記特許文献２に開示の装置においては、空気排出管が、収容体内に、それを貫通して延びるように配設されると共に、この空気排出管の収容体内への配設部分に、貫通孔が形成されている。そして、収容体内に収容された排出水素ガスが、かかる貫通孔を通じて、空気排出管内に、貫通孔の大きさに応じた量に制限されつつ、吸い込まれて、空気排出管内で、空気と混合せしめられるように構成されている。
【０００９】
このように、従来の排出ガス処理装置では、アノード電極側からの排出水素ガスが、収容体内と空気排出管内の両方で、段階的に空気と混合せしめられることにより、或いは空気排出管内に、制限された量で少しずつ導入されることにより、排出ガス中の水素ガスが、安全な濃度にまで希釈され得るようになっている。
【００１０】
ところが、それら従来装置においては、何れも、収容体内に収容された水素ガスの濃度が、未だ燃焼が容易な可燃濃度とされているところから、何等かの原因で収容体内に火種が生じたり、存在していると、水素ガスが、収容体内で瞬間的に激しく燃焼し、そのとき、収容体内の圧力が急激に上昇するようになる。
【００１１】
それ故、従来の排出ガス処理装置にあっては、収容体が、その内部での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼による急激な圧力上昇によって損傷乃至は破壊されることのないように、通常、耐圧強度の高い金属（例えばＳＵＳ）材料を用いて形成されて、使用耐久性の向上が図られているのであるが、その反面、全体重量が不可避的に大きくなり、しかも、生産性やコスト性に劣るものとなってしまうといった問題が内在していたのである。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２８９２３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、収容体内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な圧力（内圧）上昇による収容体の損傷乃至は破壊が有利に防止されて、優れた使用耐久性が発揮され得ると共に、十分な軽量性と優れた生産性及び経済性とが有利に確保され得る新規な構造を備えた燃料電池の排出ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、その要旨とするところは、アノード電極側からパージによって排出される水素ガスを導入して、収容する収容体を有し、該収容体内に収容された該水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇したときに、かかる内圧の上昇量が抑制されるように、該内圧を制御する内圧制御手段を、該収容体に設けたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置にある。
【００１５】
また、このような本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置の好ましい態様の一つによれば、前記収容体の少なくとも一部が、弾性により伸縮可能な伸縮部とされると共に、該伸縮部にて、前記内圧制御手段が構成されて、該収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇したときに、該伸縮部の伸張により該収容体の容積が増大せしめられることで、該内圧の上昇量が抑制されて、該内圧が制御されるように構成される。
【００１６】
さらに、本発明の別の好ましい態様の一つによれば、上記伸縮部が収容体に設けられてなる態様において、収容体における伸縮部を除く部分が、合成樹脂材料を用いて形成されることとなる。
【００１７】
更にまた、本発明の望ましい態様の一つによれば、前記収容体の内圧が、前記パージによって排出された水素ガスの導入時よりも上昇して、予め設定された設定値を越える値となったときに、開作動せしめられる一方、かかる開作動状態において、該収容体の内圧が降下して、該設定値となったときに閉作動せしめられる安全弁が、該収容体に設けられて、該安全弁にて、前記内圧制御手段が構成される。
【００１８】
また、本発明の望ましい別の態様の一つによれば、上記安全弁が収容体に設けられてなる態様において、収容体の全体が、合成樹脂材料を用いて形成される。
【００１９】
そして、本発明にあっては、上記せる課題の解決のために、アノード電極側からパージによって排出される水素ガスを導入して、収容する収容体を有し、該収容体内に収容された該水素ガスを、カソード電極側から排出される空気にて希釈して、大気中に排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記収容体内に収容された前記水素ガスの該収容体内での燃焼による急激な内圧上昇により生ずる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料を用いて、該収容体を形成したことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置をも、また、その要旨とするものである。
【００２０】
なお、本発明は、前記した課題又は明細書全体の記載や図面から把握される課題を解決するために、上記に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、上記に記載の各態様は、任意の組み合わせにおいても、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、上記に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて認識され得るものであることが、理解されるべきである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置のうち、内圧制御手段が収容体に設けられてなるものにあっては、収容体内で、水素ガスが瞬間的に激しく燃焼して、収容体内の圧力が急激に上昇したときに、かかる収容体の内圧の上昇量が、内圧制御手段にて有利に抑制され得る。それ故、たとえ収容体が、金属材料よりも耐圧強度の低い材料を用いて形成されていたとしても、収容体内での水素ガスの燃焼時に、収容体の内圧が、収容体の耐圧強度を上回る大きさとなるようなことが、効果的に回避され得る。そして、それにより、従来装置とは異なって、収容体の形成に使用される材料が、高耐圧強度の金属材料に、何等制限されることがなく、収容体の形成材料として、金属材料よりも耐圧強度において劣るものの、軽量、安価で、成形性に優れ、しかも他部材との一体化（モジュール化）が容易に実現可能な材料、例えば樹脂材料等を用いることが出来る。
【００２２】
従って、かくの如き本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置にあっては、内圧制御手段による収容体の内圧制御によって、収容体内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇による収容体の損傷乃至は破壊が有利に防止されて、優れた使用耐久性が効果的に発揮され得、しかも、収容体の形成材料の自由な選択により、金属材料を用いて収容体を形成する場合には到底得られない、十分な軽量性と優れた生産性及び経済性とが、極めて有利に確保され得ることとなる。
【００２３】
また、本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置のうち、収容体内での水素ガスの燃焼による急激な内圧上昇により生ずる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料を用いて、収容体を形成してなるものにおいては、収容体内で、水素ガスが瞬間的に激しく燃焼して、収容体内の圧力が急激に上昇したときに、その際に生ずる衝撃的振動の収容体への伝達率が、有利に低く抑えられ得る。そして、それにより、そのような収容体内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇による収容体の損傷乃至は破壊が有利に防止され得る。しかも、かかる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料としては、例えば、金属材料よりも軽量、安価で、成形性に優れ、しかも他部材との一体化が容易な一部の合成樹脂材料やエラストマ材料等が、好適に用いられ得る。
【００２４】
従って、かくの如き本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置にあっても、収容体内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇による収容体の損傷乃至は破壊が有利に防止されて、優れた使用耐久性が効果的に発揮され得るだけでなく、金属材料を用いて収容体を形成する場合には到底得られない、十分な軽量性と優れた生産性及び経済性とが、極めて有利に確保され得ることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２６】
先ず、図１及び図２には、本発明に従う構造を有する、燃料電池車に装着された燃料電池の排出ガス処理装置の一実施形態が、その縦断面形態と側面形態とにおいて、それぞれ概略的に示されている。それらの図において、１０は、装置本体たる収容体であって、全体として、燃料電池車への装着状態下で、車両の前後方向（図１における左右方向）に延びる、両側有底の略円筒形状を呈している。
【００２７】
すなわち、この収容体１０は、車両の前後方向に延びる円筒状の筒壁部１２と、かかる筒壁部１２の前方側開口部（図１における左側の開口部）と後方側開口部（図１における右側の開口部）をそれぞれ閉塞する前側底部１４と後側底部１６とを一体的に有して、構成されている。そして、筒壁部１２の内周面と前側及び後側底部１４，１６の互いに対向するそれぞれの内面とにて囲まれた内側空間が、外部から密閉された、十分に大きな容積を有する収容空間１８とされている。なお、以下からは、本実施形態に係る排出ガス処理装置の構造の理解を容易とするために、便宜上、前側底部１４の側を前方側と言い、また、後側底部１６の側を後方側と言うこととする。
【００２８】
また、収容体１０においては、前側底部１４の中心部よりも上部側に偏寄した部位に、円筒形状を呈する前側接続筒部２０が、前側底部１４の前面（外面）から前方に向かって所定長さ延び出すように、一体形成されている。この前側接続筒部２０にあっては、前方側の開口部が、外部に向かって開口せしめられる一方、後方側の開口部が、収容空間１８内に向かって開口せしめられて、かかる後方側開口部が、ガス導入口２２とされている。また、前側底部１４の中心部よりも下部側に偏寄した部位には、かかる部位を貫通する挿通孔２４が、ガス導入口２２よりも大径の円形状をもって形成されている。
【００２９】
一方、収容体１０の後側底部１６には、前側底部１４の挿通孔２４の形成位置と前後方向において対応する位置に、挿通孔２４と略同じ内径を有する円筒状の後側接続筒部２６が、後側底部１６の後面（外面）から後方に向かって所定長さ延び出すように、一体形成されている。この後側接続筒部２６においては、後方側の開口部が、外部に向かって開口せしめられる一方、前方側の開口部が、収容空間１８内に向かって開口せしめられ、この前方側開口部が、ガス排出口２８とされている。また、かかる後側接続筒部２６には、ガス排出管３０が、一端側開口部において、ガス排出口２８を通じて、収容空間１８内に連通する一方、他端側開口部において大気中に開口する状態で、接続されている。
【００３０】
そして、収容体１０の前側底部１４に設けられた前側接続筒部２０には、図示しない燃料電池のアノード電極側から延出し、そこからパージ操作により排出される水素ガスが間欠的に流通せしめられるアノード側排気管３２が、接続されている。これにより、燃料電池のアノード電極側からパージ操作にて間欠的に排出される水素ガスの全量が、前側接続筒部２０のガス導入口２２を通じて、収容体１０の収容空間１８内に導かれて、収容空間１８内に、パージ圧に応じた圧力をもって収容されるようになっている。
【００３１】
また、ガス導入口２２と共に収容体１０の前側底部１４に設けられた挿通孔２４には、図示しない燃料電池のカソード電極側から延出し、そこから排出される空気が流通せしめられるカソード側排気管３４が、挿通せしめられている。このカソード側排気管３４は、アノード側排気管３２よりも十分に大きな内径を有し、内部に、燃料電池のカソード電極側から排出される空気が、アノード電極側から排出される水素ガスよりも十分に大なる量において、常時、流通せしめられるようになっている。
【００３２】
そして、ここでは、そのようなカソード側排気管３４が、挿通孔２４を挿通せしめられた状態下で、所定長さにおいて、収容体１０の収容空間１８内に突入せしめられている。また、このカソード側排気管３４の収容空間１８内への突入部位は、収容体１０の後側底部１６に設けられた後側接続筒部２６のガス排出口２８に向かって、それと同軸上において真っ直ぐに延出せしめられている。これによって、カソード側排気管３４の先端開口部３６が、ガス排出口２８に向かって開口せしめられており、以て、カソード側排気管３４内を流通せしめられた空気が、先端開口部３６からガス排出口２８に向かって、常時、真っ直ぐに吹き出されるようになっている。
【００３３】
また、そのようなカソード側排気管３４にあっては、収容空間１８内への突入部位が、先端面を、収容空間１８内における後側底部１６から前側底部１４側に所定距離隔てた個所に位置させた状態で、配置されている。これによって、収容空間１８内の下部側におけるカソード側排気管３４の先端開口部３６とガス排出口２８との間に、かかる先端開口部３８からガス排出口２８に向かって吹き出される空気の流通路となる間隙が、所定長さをもって形成されている。そして、この間隙が、混入空間３８とされているのである。
【００３４】
かくして、本実施形態の排出ガス処理装置においては、ガス排出口２８が、カソード側排気管３４の先端開口部３８と実質的に同じかそれよりも大きな大きさをもって同軸的に位置せしめられていることで、カソード電極側から排出されて、カソード側排気管３４内を流通せしめられた空気のうち、カソード側排気管３４の先端開口部３６から吹き出された空気の殆ど全量が、混入空間３８を経て、ガス排出口２８に流入せしめられ、更に、このガス排出口２８を有する後側接続筒部２６に接続されたガス排出管３０を通じて、大気中に排出されるようになっている。
【００３５】
また、その一方で、カソード側排気管３４の挿通孔２４とガス導入口２２とが設けられる前側底部１４と対向位置する後側底部１６にガス排出口２８が設けられていることで、パージ操作によりアノード電極側から排出され、アノード側排気管３２内を流通せしめられて、ガス導入口２２から収容空間１８内に間欠的に導入される水素ガスが、パージ圧によって、図３に矢印：アにて示されるように、ガス排出口２８及び混入空間３８に向かってスムーズに流動せしめられ、そして、この混入空間３８内で、ガス排出口２８に向かって吹き出される空気に押し込まれるように流入せしめられて、混入（混合）せしめられるようになっている。
【００３６】
さらに、混入空間３８内が、空気の流動により、混入空間３８以外の収容空間１８部分よりも低圧とされているため、パージ圧がゼロとなった後においても、収容空間１８内に存在する水素ガスが、混入空間３８内に吸い込まれ、そこで空気と混合せしめられるようになっている。
【００３７】
そして、それらの結果として、収容空間１８内に導入される水素ガスの全量が、混入空間３８内に確実に流入せしめられ、そこで、空気に混入され、希釈されて、空気と共にガス排出口２８とガス排出管３０とを通じて、大気中に排出され得るようになっているのである。
【００３８】
ところで、かくの如き本実施形態の排出ガス処理装置にあっては、前側底部１４と後側底部１６とが、それぞれ、合成樹脂材料、例えばポリプロピレンをマトリックスとしたガラス繊維強化樹脂材料等の十分な耐熱性と強度を有する、汎用的な樹脂材料を用いて、形成されている。そして、このような前側底部１４や後側底部１６が、例えば、公知の金型成形手法にて成形されることで、それら前側及び後側底部１４，１６に対して、前側接続筒部２０や後側接続筒部２６が、容易に一体形成されている。
【００３９】
また、ここでは、特に、収容体１０の筒壁部１２が、弾性により伸縮可能な、ゴム材料を用いて、形成されている。つまり、筒壁部１２が、全体として、円筒形状を呈するゴムスリーブからなっている。また、このゴムスリーブの軸方向両側の端部内周面には、径方向内方に向かって所定高さ突出し且つ周方向に連続して延びる、略円環板形状を呈する内フランジ部４０が、それぞれ一体的に設けられている。
【００４０】
そして、このようなゴムスリーブからなる筒壁部１２の両側端面と各内フランジ部４０の外側面とに対して、樹脂製の前側底部１４と後側底部１６とが、前側接続筒部２０や後側接続筒部２６の形成側とは反対側の面において、例えば、常温で接着され、或いは加硫接着されることで、収容体１０が、ゴムスリーブからなる筒壁部１２と樹脂製の前側及び後側底部１４，１６との一体品として、構成されている。
【００４１】
そしてまた、かかる収容体１０のゴムスリーブからなる筒壁部１２においては、パージ操作によりアノード電極側から排出された水素ガスが、ガス導入口２２から収容体１０（収容空間１８）内に、パージ圧に応じた圧力をもって導入された際の収容体１０の内圧の上昇量では、何等伸張せしめられることがないものの、かかる収容体１０の内圧が、収容体１０の耐圧性能を維持し得る圧力の上限値よりも小さな値となる範囲内で、水素ガスの導入時よりも大きくなったときに、その内圧の上昇量に応じた量において伸張せしめられるように、ばね定数が、設定されている。
【００４２】
かくして、ここでは、アノード側排気管３２からガス導入口２２を通じて、水素ガスが収容体１０内に導入されたときに、収容空間１８の体積（収容体１０の容積）に変動がないものの、例えば、収容体１０内に何等かの原因で生じた火種により、収容体１０内に収容された水素ガスが瞬間的に激しく燃焼せしめられて、収容体１０の内圧が急激に上昇せしめられたときには、図１に二点鎖線で示される如く、ゴムスリーブからなる筒壁部１２が、外側に膨張するように伸張せしめられて、収容空間１８の体積が、筒壁部１２の伸張量に応じた分だけ増大せしめられるようになっている。また、それにより、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼による収容体１０の内圧の上昇分が、収容空間１８の体積の増大にて吸収されて、かかる収容体１０の内圧上昇量が、可及的に低く抑えられ得るように構成されている。このことから明らかなように、本実施形態では、ゴムスリーブからなる筒壁部１２にて、伸縮部、更には内圧制御手段が、構成されている。
【００４３】
それ故、かくの如き構造とされた本実施形態の排出ガス処理装置にあっては、収容体１０の全体が金属材料からなる従来の排出ガス処理装置収容体１０とは異なって、収容体１０が、樹脂製の前側及び後側底部１４，１６とゴムスリーブからなる筒壁部１２との一体品にて構成されているにも拘わらず、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼により、収容体１０内の圧力が急上昇したときにも、かかる収容体１０の内圧が、前側及び後側底部１４，１６と筒壁部１２のそれぞれの耐圧強度を上回る大きさとなるようなことが、効果的に回避され得る。
【００４４】
そして、かかる排出ガス処理装置では、上述せる如く、収容体１０が、ゴムスリーブからなる筒壁部１２と樹脂製の前側及び後側底部１４，１６との一体品にて構成されていることにより、収容体１０、ひいては排出ガス処理装置全体において、例えば、ＳＵＳ等を用いた金属製の収容体やそれを有する従来の排出ガス処理装置よりも十分な軽量化と材料コストの削減とが、有利に図られ得る。また、前側接続筒部２０や後側接続筒部２６を一体的に有する前側底部１４や後側底部１６を備えた収容体１０、更には装置全体における製作性の向上も、効果的に実現され得ている。
【００４５】
従って、このような本実施形態に係る排出ガス処理装置にあっては、十分な軽量性と優れた生産性及びコスト性を有利に確保した上で、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇によっても、収容体１０が損傷乃至は破壊されることのない、優れた使用耐久性が、極めて効果的に確保され得ることとなるのである。
【００４６】
また、かかる排出ガス処理装置においては、特別な装置や部材を追加することなく、単に、収容体１０の筒壁部１２の形成材料を、従来のＳＵＳ等の金属材料からゴム材料に変更しただけで、収容体１０の内圧の過剰な上昇が回避され得るようになっているところから、特別な装置や部材の追加による高コスト化や構造の複雑化を、何等招くことなしに、十分な使用耐久性が、極めて有利に且つ安定的に確保され得るのである。しかも、特別な装置や部材が特に用いられていないため、そのような特別な装置や部材に対する面倒なメンテナンス作業も不要となるといった利点も、ある。
【００４７】
さらに、本実施形態では、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼の終息によって、収容体１０の内圧が降下せしめられると、ゴムスリーブからなる筒壁部１２が、伸張前の状態に復元されて、収容空間１８の体積も、筒壁部１２の伸張前の大きさに復帰せしめられるようになる。これによって、水素ガスが、アノード電極側からパージによって収容体１０内に導入される通常状態では、収容空間１８の体積、換言すれば、収容体１０内の水素ガスの収容量のバラツキが抑えられ、以て、排出ガス中の水素ガス濃度の安定化が有利に図られ得る。
【００４８】
なお、本実施形態においては、収容体１０の筒壁部１２が、ゴム材料を用いて形成されていたが、この筒壁部１２の形成材料としては、弾性による伸縮性を有するものであれば良く、そのような弾性材料を、ゴム材料にて代えて用いることが出来る。
【００４９】
また、収容体１０のうちで、ゴム材料等の弾性材料にて形成されるべき部分は、筒壁部１２だけに、特に限定されるものではなく、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇時における内圧の上昇量を十分に抑制し得るように、かかる内圧上昇時の収容空間１８の体積の増大量やゴム材料のばね定数等に応じて、適宜に変更され得る。つまり、例えば、収容体１０の全体や、収容体１０における前側底部１４と後側底部１６のうちの少なくとも何れか一方を、ゴム材料にて形成することも出来る。
【００５０】
さらに、収容体１０の一部が、ゴム材料等の弾性材料にて形成される場合には、かかる弾性材料にて形成される部分を除く部分が、例示されたガラス繊維強化樹脂材料以外の樹脂材料や金属材料等を用いて形成しても、何等差し支えない。その場合にあっても、収容体１０の全体をＳＵＳ等の金属材料にて形成するよりも十分な軽量性や材料コストの低減等が図られ得る。
【００５１】
次に、図３には、前記第一の実施形態とは収容体１０の構造が異なる実施形態が、示されている。なお、この図３及び後述する図４に示される第二の実施形態に関しては、前記第一の実施形態と同様な構造とされた部材及び部位について、図１と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略した。
【００５２】
かかる図３から明らかなように、本実施形態の排出ガス処理装置にあっては、収容体１０における筒壁部１２と前側底部１４と後側底部１６とが、例えば、ポリプロピレンをマトリックスとしたガラス繊維強化樹脂材料等の十分な耐熱性と強度を有する、汎用的な樹脂材料を用いて、一体的に形成されている。つまり、収容体１０が、樹脂成形品からなる一体品にて構成されている。
【００５３】
また、そのような収容体１０における後側底部１６の上部側部位には、比較的に大径の円形形状を呈する貫通孔４２が、形成されている。そして、ここでは、特に、かかる貫通孔４２に対して、公知の構造を有する安全弁４４が、挿通固定されている。
【００５４】
より詳細には、安全弁４４は、片側有底円筒状のハウジング４６と、かかるハウジング４６内に挿入された弁体４８とを有している。また、ハウジング４６は、略円筒状の取付筒部５０と片側有底円筒状の支持筒部５２とを、更に有して、構成されている。そして、このハウジング４６の取付筒部５０にあっては、軸方向一端部において、後側底部１６の貫通孔４２内に挿通され、収容体１０内に向かって開口せしめられた状態で、貫通孔４２の内周面に接着される等して、収容体１０の後側底部１６に固定されており、また、かかる貫通孔４２への挿通側とは反対側の端面が、テーパ面形状を呈する弁座５４とされている。支持筒部５２は、その開口部側端部において、取付筒部５０の貫通孔４２への挿通側とは反対側の端部に螺着されており、また、その筒壁部と底部とに対して、それらをそれぞれ貫通する通気口５６と円形の摺動孔５８とが、各々形成されている。
【００５５】
一方、弁体４８は、全体として、軸方向一端側が他端側よりも大径化された段付の円柱形状を呈し、かかる軸方向一端側部位が、ハウジング４６の支持筒部５２の内周面に摺動可能な外径を有する大径部６０とされる一方、他端側部位が、支持筒部５２の底部に設けられた円形の摺動孔５８の内周面に摺動可能な外径を有する小径部６２とされている。また、この弁体４８においては、大径部６０の先端面が、ハウジング４６の取付筒部５０に形成された弁座５４に対応するテーパ面状の接触面６４とされている。
【００５６】
そして、このような弁体４８が、大径部６０の接触面６４を、取付筒部５０の弁座５４に接触させ、且つ小径部６２を支持筒部５２の摺動孔５８内に摺動可能に挿通せしめた状態で、ハウジング４６内に、軸方向に移動可能に挿入配置されている。また、この弁体４８が挿入されたハウジング４６内には、圧縮コイルばね６６が、予備圧縮された状態で、軸方向両側端部において、支持筒部５２の底部内面と、弁体４８の大径部６０における接触面６４とは反対側の端面とに係合せしめられて、収容配置されている。
【００５７】
これにより、収容体１０の後側底部１６への安全弁４４の取付状態下において、弁体４８が、圧縮コイルばね６６の付勢力に基づいて、ハウジング４６の支持筒部５２側から取付筒部５０側に付勢されて、大径部６０の接触面６４が、取付筒部５０の弁座５４に押圧接触せしめられることで、収容体１０における後側底部１６の貫通孔４２が、気密に閉塞せしめられるようになっている。
【００５８】
そして、ここでは、特に、パージ操作によりアノード電極側から排出された水素ガスが、ガス導入口２２から収容体１０内に、パージ圧に応じた圧力をもって導入されたときには、弁体４８に作用される押圧力にて、安全弁４４の圧縮コイルばね６６が圧縮されずに、前記貫通孔４２の閉塞状態（安全弁４４の閉作動状態）が維持されるものの、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼により、収容体１０の内圧が急激に上昇して、収容体１０の内圧が、パージ圧に応じた圧力（収容体１０内に水素ガスが通常の状態で収容されているときの圧力）よりも大きく、且つ収容体１０の耐圧性能を維持し得る圧力の上限値よりも小さな値となる範囲内において予め設定された値を超えたときに、弁体４８に作用される圧力にて、圧縮コイルばね６６が圧縮せしめられて、弁体４８の接触面６４と弁座５４とが離間され（安全弁４４が開作動せしめられ）、以て、収容体１０の貫通孔４２とハウジング４６の前記通気口５６とが連通せしめられるように、圧縮コイルばね６６のばね定数が、設定されている。
【００５９】
かくして、本実施形態の排出ガス処理装置においては、水素ガスが、アノード側排気管３２からガス導入口２２を通じて収容体１０内に導入、収容されて、収容体１０の内圧が、パージ圧に応じた圧力とされている間は、水素ガスの全量が、前記混入空間３８内に流入せしめられ、そこで、空気に混入され、希釈されて、空気と共にガス排出口２８とガス排出管３０とを通じて、大気中に排出され得るようになっている。そして、例えば、収容体１０内に何等かの原因で生じた火種により、収容体１０内に収容された水素ガスが瞬間的に激しく燃焼せしめられて、収容体１０の内圧が急激に上昇せしめられたときには、図３に矢印イにて示される如く、収容体１０内の燃焼ガスの一部が、安全弁４４の通気口５６を通じて外部に排出され、それによって、収容体１０の内圧上昇量が、可及的に低く抑えられ得るようになっている。このことから明らかなように、本実施形態では、安全弁４４にて、内圧制御手段が、構成されている。
【００６０】
それ故、かくの如き構造とされた本実施形態の排出ガス処理装置にあっては、収容体１０の全体が金属材料からなる従来の排出ガス処理装置収容体１０とは異なって、収容体１０の全体が、樹脂成形品にて構成されているにも拘わらず、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼により、収容体１０内の圧力が急上昇したときにも、収容体１０の内圧が、収容体１０を構成する樹脂成形体の耐圧強度を上回る大きさとなるようなことが、効果的に回避され得る。
【００６１】
そして、かかる排出ガス処理装置では、収容体１０が樹脂成形品にて構成されていることにより、金属製の収容体を有する従来の排出ガス処理装置に比して、十分な軽量化と材料コストの削減、更には製作性の向上とが、有利に図られ得る。
【００６２】
従って、このような本実施形態に係る排出ガス処理装置にあっても、前記第一の実施形態と同様に、十分な軽量性と優れた生産性及びコスト性を有利に確保した上で、収容体１０内での水素ガスの瞬間的な激しい燃焼に起因した急激な内圧上昇によっても、収容体１０が損傷乃至は破壊されることのない、優れた使用耐久性が、極めて効果的に確保され得ることとなるのである。
【００６３】
また、本実施形態においては、収容体１０の全体が、一種類の樹脂材料を用いて成形した一体成形品にて構成されるため、収容体１０、ひいては装置全体の生産性が、より一層効果的に高められ得る。
【００６４】
なお、本実施形態においては、安全弁４４が、収容体１０の後側底部１６に対して、１個取り付けられていたが、収容体１０における安全弁４４の取付部位や取付個数等は、何等これに限定されるものではなく、収容体１０や安全弁４４の大きさ等に応じて、適宜に変更され得るところである。
【００６５】
また、安全弁４４の構造も、例示されたばね式のものに、特に限定されるものではなく、収容体１０の内圧の上昇により、かかる内圧が、パージ圧に応じた圧力（収容体１０内に水素ガスが通常の状態で収容されているときの圧力）よりも大きく、且つ収容体１０の耐圧性能を維持し得る圧力の上限値（収容体１０の耐圧強度を越えない値）よりも小さな値となる範囲内において予め設定された設定値を超えたときに開作動し、且つかかる開作動状態下で、収容体１０の内圧が降下して、上記設定値となったときに閉作動せしめられるものであれば、如何なる構造のものも、使用され得る。
【００６６】
さらに、収容体１０の形成材料は、樹脂材料が好適に用いられることとなるが、かかる樹脂材料としては、例示されたガラス繊維強化樹脂材料以外のものも、適宜に用いられ得る。
【００６７】
次に、図４には、前記第一及び第二の実施形態とは収容体１０の構造が更に異なる第三の実施形態が、示されている。この図４に示された本実施形態の排出ガス処理装置では、収容体１０に対して、ゴム材料等の弾性材料からなる部分や、安全弁（４４）等が、何等設けられてはいないものの、収容体１０の全体が、収容体１０内での水素ガスの燃焼による急激な内圧上昇により生ずる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料、例えば、エラストマ材料や、ガラス繊維等の強化材を何等含まないポリプロピレン等の樹脂材料等を用いて、形成されている。
【００６８】
ここにおいて、収容体１０は、ガス排出口２８とガス排出管３０とを通じて、大気中に連通せしめられている。そのため、そのような収容体１０内で、水素ガスの激しい燃焼が生じると、収容体１０の内圧が瞬間的に急上昇せしめられ、そのときに、衝撃的な振動が生じ、それが収容体１０に伝達されるようになる。また、かくの如き衝撃的振動の周波数よりも高い固有振動数を有する材料からなる物品（例えば、ＳＵＳ等の金属材料からなる成形品）と、かかる衝撃的振動の周波数よりも低い固有振動数を有する材料（例えば、上記せるエラストマや樹脂材料からなる成形品）からなる物品とを比較した場合、後者の物品における振動伝達率が、前者の物品における振動伝達率よりも著しく低いものとなる。
【００６９】
それ故、本実施形態の排出ガス処理装置においては、収容体１０の全体が金属材料からなる従来の排出ガス処理装置収容体１０とは異なって、収容体１０の全体が、樹脂成形品にて構成されているにも拘わらず、例えば、収容体１０内に何等かの原因で生じた火種により、収容体１０内に収容された水素ガスが瞬間的に激しく燃焼せしめられて、収容体１０の内圧が急激に上昇せしめられたときにも、その際に生ずる衝撃的振動の収容体１０への伝達が十分に小さくされて、実質的に、優れた耐衝撃性が発揮され得るようになる。
【００７０】
従って、この本実施形態に係る排出ガス処理装置にあっても、前記せる第一の実施形態や第二の実施形態において奏される優れた作用・効果が、極めて有効に享受され得ることとなるのである。
【００７１】
また、本実施形態においては、特に、安全弁（４４）等の特別な部材や部品等を何等用いることなしに、収容体１０の全体が、一種類の樹脂材料を用いて成形した一体成形品にて構成されるため、収容体１０、ひいては装置全体の生産性が、更に一段と効果的に高められ得る。
【００７２】
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないのであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではない。
【００７３】
例えば、収容体１０内に収容される水素ガスを希釈する方式は、前記第一乃至第三の実施形態に示されるものに、何等限定されるものではなく、例えば、特開２００２−２８９２３７号公報に開示される如く、水素ガスを、収容体内と空気排出管（カソード側排気管）内の両方で、段階的に空気と混合せしめて、希釈する方式や、特開２００４−１２７６６６号公報に記載されるように、収容体内に、空気排出管を貫通するように配設すると共に、この空気排出管における収容体内への配設部分に設けられた貫通孔を通じて、水素ガスを空気排出管内導入せしめ、そこで空気と混合して、希釈する方式等も、適宜に採用され得る。
【００７４】
また、前記第一乃至第三の実施形態では、アノード側排気管３２とガス排出管３０とが、収容体１０の前側及び後側底部１４，１６にそれぞれ一体形成された前側及び後側接続筒部２０，２６に各々接続されることで、収容体１０に取り付けられていたが、例えば、それら前側及び後側接続筒部２０，２６を省略し、収容体１０にガス導入口２２とガス排出口２８とを穿設して、アノード側排気管３２とガス排出管３０とを、それらガス導入口２２とガス排出口２８とに、それぞれ挿入固定することで、収容体１０に取り付けるように為すことも、勿論可能である。
【００７５】
さらに、例えば、カソード側排気管３４における収容体１０内への突入部分の管壁に、複数の通孔を設けると共に、かかる突入部分の外周面に対して、所定の吸音材等を被覆することにより、収容体１０内において、消音機能が発揮され得るように構成することも出来る。
【００７６】
加えて、本発明は、燃料電池車に装着された燃料電池の排出ガス処理装置の他、各種の用途に使用される燃料電池の排出ガス処理装置の何れに対しても、同様に適用可能であることは、勿論である。
【００７７】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置の一実施形態を示す縦断面説明図であって、図２のＩ−Ｉ断面に相当する図である。
【図２】図１におけるII矢視説明図である。
【図３】本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置の別の実施形態を示す、図１に対応する図である。
【図４】本発明に従う燃料電池の排出ガス処理装置の更に別の実施形態を示す、図１に対応する図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  収容体                            １２  筒壁部
１４  前側底部                          １６  後側底部
２２  ガス導入口                        ２８  ガス排出口
３０  ガス排出管                        ３２  アノード側排気管
３４  カソード側排気管                  ３８  混入空間
４４  安全弁
【図１】
2008053006.tif 000003
【図２】
2008053006.tif 000004
【図３】
2008053006.tif 000005
【図４】
2008053006.tif 000006