(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、圧力制御部に供給されるパイロットエアーを調圧する際に排気されるパイロットエアーの排気音をより一層減少する燃料電池用消音装置を提供する。【解決手段】消音装置１０は、本体部１４の上部の挿入孔１８に圧入される継手部材２０と、前記挿入孔１８と連通し、前記本体部１４の内部に形成される装着穴１２の内部に装填されるフィルタ２２と、前記装着穴１２を閉塞するように装着されるカバー部材１６と、前記カバー部材１６の装着穴１２と対向する平面部３４に貫通して形成される第１および第２連通路３８、４２と、前記平面部３４の略中央部に形成される穴部４０と、前記本体部１４の側面に一体的に装着されるプレート部材２６とからなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおける圧力制御部から排気されるパイロットエアーの排気音を減少させる燃料電池用消音装置において、
有底筒状に形成された本体部と、
前記本体部の内部の装着穴に装着され、前記本体部の一端部側に形成された入口孔から導入される前記パイロットエアーの排気音を減少させるフィルタと、
前記本体部の他端部側に前記装着穴を閉塞するように設けられ、前記装着穴の内部と連通する複数の連通路が形成されるカバー部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用消音装置において、
前記フィルタは、ポリウレタンフォームからなることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池用消音装置において、
前記カバー部材は、該カバー部材の軸線と略直交する平面が多角形状に形成されることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池用消音装置において、
前記カバー部材には、一端面から他端面側へと突出した取付部が形成されることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池用消音装置において、
前記カバー部材には、一端面側から前記取付部側に向かって徐々に縮径するテーパ状の穴部が形成されることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項６】
請求項１記載の燃料電池用消音装置において、
前記本体部には、所定長だけ突出したピン部が形成され、前記ピン部が、本体部の側面に装着されるプレート部材の孔部に挿入されることを特徴とする燃料電池用消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、圧力制御部からパイロットエアーが排気される際の排気音を減少させる燃料電池用消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤としてエアーが供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとしてエアーを供給するためのエアーコンプレッサ等を備え、さらに、このエアーの圧力を信号圧として、エアーの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御部を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保するとともに、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
ところで、圧力制御部に供給されるエアーを切り換え制御する電磁弁としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。本出願人は、この種の電磁弁を燃料電池システムに適用できるように、圧力制御部に供給されるパイロットエアーを外部に排気することにより調圧して、前記圧力制御部の流体の圧力を調圧する燃料電池用電磁弁を開発している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８２７５１号公報（第８頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記燃料電池用電磁弁の開発に関連してなされたものであり、圧力制御部から排気されるパイロットエアーの排気音を減少させることが可能な燃料電池用消音装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムにおける圧力制御部から排気されるパイロットエアーの排気音を減少させる燃料電池用消音装置において、
有底筒状に形成された本体部と、
前記本体部の内部の装着穴に装着され、前記本体部の一端部側に形成された入口孔から導入される前記パイロットエアーの排気音を減少させるフィルタと、
前記本体部の他端部側に前記装着穴を閉塞するように設けられ、前記装着穴の内部と連通する複数の連通路が形成されるカバー部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、本体部の装着穴の内部にフィルタを装着するとともに、前記装着穴を閉塞するカバー部材に、装着穴の内部と連通する連通路を設けている。従って、本体部の一端部側の入口孔からパイロットエアーが装着穴に装填されたフィルタを介して流通することにより、前記パイロットエアーの排気音が減少するとともに、前記フィルタによって減少したパイロットエアーの排気音がさらに前記本体部の他端部側に設けられたカバー部材の複数の連通路から分散して外部へと排気されるため、より一層パイロットエアーの排気音を減少させることができる。
【０００９】
また、フィルタをポリウレタンフォームで形成することにより、本体部の装着穴に導入されたパイロットエアーの排気音を好適に吸収して減少させることができる。
【００１０】
さらに、前記カバー部材の軸線と略直交するカバー部材の平面を多角形状に形成することにより、前記カバー部材を本体部の側面に取り付ける際、治具によって一定の締付力で確実に組み付けることができる。
【００１１】
さらにまた、前記カバー部材に一端面から他端面側へと突出した取付部を形成することにより、カバー部材を本体部の側面に簡便に組み付けることができる。
【００１２】
またさらに、前記カバー部材に一端面側から前記取付部側に向かって徐々に縮径するテーパ状の穴部を形成することにより、前記穴部が本体部側に向かってその開口部が徐々に小さくなる台形状に形成されているため、カバー部材の強度を低下させることなく前記カバー部材の軽量化を図ることができる。
【００１３】
また、前記本体部に所定長だけ突出したピン部を形成し、前記ピン部を前記本体部の側面に装着されるプレート部材の孔部に挿入させることにより、前記プレート部材を所望の位置に確実に組み付けることができるとともに、前記プレート部材の誤組み付けを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池用消音装置１０が含まれる燃料電池システム２００の構成図である。なお、燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００１５】
図１に示すように、この燃料電池システム２００は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して設けた燃料電池スタック２０２を含む。前記燃料電池スタック２０２には、燃料として、例えば、水素が供給されるアノードと、酸化剤として、例えば、酸素を含むエアーが供給されるカソードとが設けられる。
【００１６】
前記カソードには、酸化剤供給部２０４からエアーが供給されるエアー供給口２０６と、前記カソード内のエアーを外部に排出するためのエアー排出部２０８が接続されたエアー排出口２１０が設けられる。一方、アノードには、燃料供給部２１２から水素が供給される水素供給口２１４と、前記水素排出部２１６が接続された水素排出口２１８とが設けられる。
【００１７】
前記燃料電池スタック２０２では、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動し、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するように設定されている。
【００１８】
前記エアー供給口２０６には、エアー供給用通路を介して酸化剤供給部２０４、放熱部２２０、カソード加湿部２２２がそれぞれ接続され、また、前記エアー排出口２１０には、エアー排出用通路を介してエアー排出部２０８が接続される。
【００１９】
前記水素供給口２１４には、水素供給通路を介して燃料供給部２１２、圧力制御部２２４、エゼクタ２２６、アノード加湿部２２８がそれぞれ接続され、また、前記水素排出口２１８には、循環用通路２３０を介して水素排出部２１６が接続される。
【００２０】
酸化剤供給部２０４は、例えば、図示しないスーパーチャージャ（圧縮機）およびこれを駆動するモータ等から構成され、燃料電池スタック２０２で酸化剤ガスとして使用される供給エアーを断熱圧縮して燃料電池スタック２０２に圧送する。この断熱圧縮の際に供給エアーが加熱される。このように加熱された供給エアーが、燃料電池スタック２０２の暖機に貢献する。
【００２１】
また、前記酸化剤供給部２０４から供給されるエアーは、例えば、燃料電池スタック２０２の負荷や図示しないアクセルペダルの操作量等に応じて所定の圧力に設定されて燃料電池スタック２０２に導入されるとともに、後述する放熱部２２０によって冷却された後、バイパス通路２３２を介して圧力制御部２２４にパイロット圧として供給される。
【００２２】
放熱部２２０は、例えば、図示しないインタークーラ等から構成され、流路に沿って流通する冷却水と熱交換することによって、燃料電池スタック２０２の通常運転時において前記酸化剤供給部２０４から供給される供給エアーを冷却する。このため、供給エアーは、所定温度に冷却された後、カソード加湿部２２２に導入される。
【００２３】
前記カソード加湿部２２２は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を前記水透過膜の一方側から他方側へ透過させることにより、前記放熱部２２０によって所定の温度に冷却されたエアーを所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２のエアー供給口２０６へと供給している。前記加湿されたエアーは燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００２４】
なお、燃料電池スタック２０２のエアー排出口２１０には、エアー排出部２０８が接続され、前記エアー排出部２０８に設けられた図示しない排出弁を通じてエアーが大気中に排気される。
【００２５】
燃料供給部２１２は、例えば、燃料電池に対する燃料として水素を供給する図示しない水素ガスボンベからなり、燃料電池スタック２０２のアノード側に供給する供給水素が貯蔵される。
【００２６】
圧力制御部２２４は、バイパス通路２３２を介して供給されるエアーの圧力をパイロット圧（パイロット信号圧）として、前記圧力制御部２２４の出口側圧力である２次側圧力を前記パイロット圧に対応した所定範囲の圧力に調圧する圧力制御弁２２４ａ（図２参照）と、前記圧力制御弁２２４ａへ供給されるパイロット圧を調圧する電磁弁２２４ｂ（図２参照）とを含む。そして、前記電磁弁２２４ｂによって前記圧力制御弁２２４ａへと供給されたパイロットエアーを外部へと導出する際、前記パイロットエアーの排気音を減少させるために燃料電池用消音装置１０が設けられている。すなわち、前記電磁弁２２４ｂの下流側に燃料電池用消音装置１０を設けることにより前記電磁弁２２４ｂから排気されるパイロットエアーの排気音を減少させて外部へと排気している。
【００２７】
エゼクタ２２６は、図示しないノズル部とディフューザ部とから構成され、圧力制御部２２４から供給された燃料（水素）はノズル部を通過する際に加速されてディフューザ部に向かって噴射される。前記ノズル部からディフューザ部に向かって燃料が高速で流通する際、ノズル部とディフューザ部との間に設けられた副流室内で負圧が発生し、循環用通路２３０を介してアノード側の排出燃料が吸引される。前記エゼクタ２２６で混合された燃料および排出燃料はアノード加湿部２２８へと供給され、燃料電池スタック２０２から排出された排出燃料は、前記エゼクタ２２６を介して循環するように設けられている。
【００２８】
従って、燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８から排出された未反応の排出ガスは、循環用通路２３０を介してエゼクタ２２６に導入され、圧力制御部２２４から供給された水素と、燃料電池スタック２０２から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池スタック２０２に再び供給されるように設けられている。
【００２９】
アノード加湿部２２８は、例えば、水透過膜を備えて構成され、水分を前記水透過膜の一方側から他方側へ透過させることにより、エゼクタ２２６から導出された燃料を所定の湿度に加湿して燃料電池スタック２０２の水素供給口２１４へと供給している。前記加湿された水素は燃料電池スタック２０２に供給され、該燃料電池スタック２０２の固体高分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保される。
【００３０】
燃料電池スタック２０２の水素排出口２１８には、例えば、図示しない排出制御弁を有する水素排出部２１６が循環用通路２３０を介して接続される。前記排出制御弁は、燃料電池スタック２０２の運転状態に応じて開閉動作が制御され、例えば、図示しない貯留タンクによって分離された排出ガス中の過剰な水分（主に液体水）等が車両の外部に排出される。
【００３１】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用消音装置１０について好適な実施の形態を挙げ、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３２】
この燃料電池用消音装置１０（以下、単に消音装置１０という）は、図３〜図６に示されるように、内部に装着穴１２が形成される有底円筒状の本体部１４と、前記装着穴１２を閉塞するように前記本体部１４の側面に装着されるカバー部材１６と、前記本体部１４の挿入孔１８に圧入され、圧力制御部２２４（図１参照）から排気されたパイロットエアーが導入される継手部材２０と、前記装着穴１２の内部に装填されるフィルタ２２と、前記本体部１４の側面にねじ部材２４を介して取り付けられるプレート部材２６とからなる。
【００３３】
なお、挿入孔１８は、継手部材２０を介してパイロットエアーが導入される入口孔として機能する。
【００３４】
本体部１４は金属製材料から形成され、その内部に略水平方向に沿って形成される装着穴１２と、上部に所定長だけ突出した円筒部２８が形成されている。
【００３５】
前記円筒部２８の内部には、軸線方向に沿って挿入孔１８が形成され、その内部には継手部材２０の一端部側が圧入されている。また、前記装着穴１２と挿入孔１８とは、本体部１４の内部で連通している。
【００３６】
また、装着穴１２が形成される本体部１４の外周面には、前記装着穴１２の軸線方向に沿ってねじ部３０が刻設されている。
【００３７】
さらに、本体部１４は、前記装着穴１２が開口している側面とは反対側の側面に所定長だけ突出した円柱状のピン部３２が形成されている。
【００３８】
カバー部材１６は断面略六角形状に形成され、前記本体部１４の装着穴１２と略直角に対峙する平面部３４と、前記平面部３４より本体部１４側に所定長だけ突出した取付部３６とからなる。前記平面部３４には、軸線方向に沿って複数の第１連通路３８が貫通するように形成されている。前記第１連通路３８は、その端面の周方向に沿って所定角度離間して複数設けられている。
【００３９】
そして、カバー部材１６を多角形状とすることにより、本体部１４の側面に取り付ける際に図示しない治具によって回転させることができる。そのため、一定の回転締付力（トルク）でカバー部材１６を本体部１４へと確実に組み付けることができる。
【００４０】
また、カバー部材１６の略中央部には、前記本体部１４側に向かって徐々に縮径する穴部４０が所定深さだけ窪んで形成されている。換言すると、前記穴部４０は、本体部１４側の一辺が短く形成される台形状に形成されている。
【００４１】
前記穴部４０のテーパ面には、その周方向に沿って所定角度離間して第２連通路４２が複数設けられている。すなわち、前記第１連通路３８と第２連通路４２とは、半径方向に所定間隔離間するように形成されている。
【００４２】
さらに、カバー部材１６の取付部３６の内周面には、本体部１４のねじ部３０と螺合される雌ねじ部４４が形成され、前記雌ねじ部４４が形成された取付部３６を本体部１４のねじ部３０が形成された外周面に挿入し、前記本体部１４側に向かって螺回させることにより、前記カバー部材１６が本体部１４の側面に一体的に連結される。そして、カバー部材１６の平面部３４によって装着穴１２が閉塞される。
【００４３】
なお、前記カバー部材１６を本体部１４へと取り付ける手段は、本体部１４のねじ部３０とカバー部材１６の雌ねじ部４４とによる螺合に限定されるものではなく、本体部１４またはカバー部材１６の対向する側面に突出した係合部を設け、前記係合部に対向するカバー部材１６または本体部１４の側面に窪んだ係合溝を形成し、前記係合部と係合溝とを係合させることにより本体部１４とカバー部材１６とを一体的に連結するようにしてもよい。
【００４４】
継手部材２０は金属製材料からなるパイプ材によって断面略Ｌ字状に折曲されている。前記継手部材２０の本体部１４の挿入孔１８に圧入される一端部側には、半径外方向に拡径された係止部４６が形成されている。前記係止部４６は、前記一端部より所定長だけ上方に形成され、前記継手部材２０の一端部を挿入孔１８へと圧入した際、前記係止部４６が円筒部２８の上面に当接して係止される。
【００４５】
また、継手部材２０の他端部側には図示しないチューブが接続され、前記チューブを介して圧力制御部２２４（図１参照）から継手部材２０の内部に形成される通路４８を介してパイロットエアーが導入される。
【００４６】
フィルタ２２は板状のスポンジ材料（例えば、ポリウレタンフォーム）からなり、前記フィルタ２２は巻回されて装着穴１２の内部に装填されている。なお、前記フィルタ２２の材質はスポンジ材料に限定されるものではなく、装着穴１２の内部を流通するパイロットエアーを透過し、かつ排気音を減少できるものであればよい。
【００４７】
プレート部材２６は薄板状に形成され、図６に示されるように、その略中央部には貫通して孔部５０が形成され、前記本体部１４の装着穴１２が開口する側面とは反対側の側面にワッシャ５２を介してねじ部材２４によって一体的に連結されている。その際、前記孔部５０を本体部１４のピン部３２に挿入することにより（図４参照）、プレート部材２６を本体部１４に対して容易に位置決めして組み付けることができるとともに、前記プレート部材２６の誤組み付けを防止することができる。
【００４８】
また、消音装置１０は、前記孔部５０から所定間隔離間して形成される２箇所の取付孔５４を介して図示しない他の装置等に取り付けることができる。
【００４９】
本発明の実施の形態に係る消音装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００５０】
図１に示されるように、燃料電池システム２００において、消音装置１０の継手部材２０は図示しないチューブを介して圧力制御部２２４（図１参照）の電磁弁２２４ｂ（図２参照）と接続されている。
【００５１】
そして、消音装置１０が前記電磁弁２２４ｂと接続された状態で、前記電磁弁２２４ｂから前記チューブを介して継手部材２０へとパイロットエアーが導入される。そして、前記パイロットエアーが、継手部材２０の内部の通路４８を介して本体部１４の挿入孔１８の内部へと導入され、前記挿入孔１８より装着穴１２の内部に装填されたフィルタ２２の内部へと導入される。
【００５２】
その際、前記パイロットエアーがスポンジ材料から形成されるフィルタ２２の内部を透過することにより、前記パイロットエアーの排気音がフィルタ２２によって吸収され前記排気音が減少する。
【００５３】
そして、前記パイロットエアーは前記フィルタ２２を透過した後、カバー部材１６の端面に所定角度離間して複数形成された第１および第２連通路３８、４２によって分散されて外部へと導出される。その際、前記パイロットエアーが複数の第１および第２連通路３８、４２から分散されて導出されることによりその排気音もそれに伴って分散されるため、前記排気音をより一層減少させることができる。
【００５４】
そのため、圧力制御部２２４（図１参照）の前記電磁弁２２４ｂから排気されるパイロットエアーの排気音を消音装置１０によって減少させることができる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態では、本体部１４の装着穴１２の内部にスポンジ材料からなるフィルタ２２を装填するとともに、前記装着穴１２を閉塞するカバー部材１６の平面部３４に、装着穴１２の内部と前記カバー部材１６の外部とを連通する複数の第１および第２連通路３８、４２を設けている。そして、本体部１４の上部に装着された継手部材２０からパイロットエアーが装着穴１２に装填されたフィルタ２２の内部を透過することにより、前記パイロットエアーの排気音が吸収されるとともに、前記フィルタ２２を透過したパイロットエアーがさらに第１および第２連通路３８、４２から分散して外部へと排気されるため、パイロットエアーの排気音をより一層減少させることができる。
【００５６】
また、カバー部材１６を多角形状とすることにより、本体部１４の側面に取り付ける際、図示しない治具によって回転させることができる。そのため、一定の回転締付力でカバー部材１６を本体部１４へと確実に組み付けることができる。
【００５７】
さらに、カバー部材１６の内周面に形成される雌ねじ部４４を本体部１４のねじ部３０に螺合することにより、簡便にカバー部材１６を本体部１４に対して装着することができる。
【００５８】
さらにまた、カバー部材１６の平面部３４に本体部１４側に向かって徐々に縮径する穴部４０を設けることにより、前記穴部４０は本体部１４側に向かってその開口部が徐々に小さくなる台形状に形成されているため、カバー部材１６の強度を低下させることなく前記カバー部材１６の軽量化を図ることができる。
【００５９】
またさらに、本体部１４の側面にプレート部材２６を装着する際、前記プレート部材２６の孔部５０に本体部１４のピン部３２を挿入させることにより、前記プレート部材２６を所望の位置に確実に組み付けることができるとともに、前記プレート部材２６の誤組み付けを防止することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００６１】
すなわち、本体部の装着穴の内部にフィルタを装着するとともに、前記装着穴を閉塞するカバー部材に、装着穴の内部と連通する連通路を設けることにより、本体部の入口孔から導入されたパイロットエアーが装着穴に装填されたフィルタおよびカバー部材の連通路を介して外部に排気されるため、パイロットエアーの排気音をより一層減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１における消音装置の配置を示す詳細構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る消音装置の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る消音装置の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る消音装置の背面図である。
【符号の説明】
１０…消音装置                    １２…装着穴
１４…本体部                      １６…カバー部材
１８…挿入孔                      ２０…継手部材
２２…フィルタ                    ２４…ねじ部材
２６…プレート部材                ２８…円筒部
３０…ねじ部                      ３２…ピン部
３４…平面部                      ３６…取付部
３８…第１連通路                  ４０…穴部
４２…第２連通路                  ４６…係止部
５０…孔部
【図１】
2004185854.tif 000003
【図２】
2004185854.tif 000004
【図３】
2004185854.tif 000005
【図４】
2004185854.tif 000006
【図５】
2004185854.tif 000007
【図６】
2004185854.tif 000008