(57)【要約】【課題】  外部からの火炎の侵入防止と、気流音および圧力損失の低減を両立することのできる燃料電池自動車用の排気装置を提供する。【解決手段】  少なくとも排気音を消音させるマフラーを備えた燃料電池自動車用の排気装置において、マフラーの後端より突出する出口側排気管８の出口に、排気流出方向へ向かって突出する、高さ１０ｍｍ〜３０ｍｍの突出部１２を有した網目形状の火炎侵入防止部材１０を装着させる。火炎侵入防止部材１０は、３０メッシュ〜５０メッシュとする。また、フィニッシャー９は、出口部分を斜めに傾斜させる。【選択図】  図３
2005069189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも排気音を消音させるマフラー（２）を備えた燃料電池自動車用の排気装置（１）において、
前記マフラー（２）の後端より突出する排気管（８）の出口に、排気流出方向へ向かって突出する、高さ１０ｍｍ〜３０ｍｍの突出部（１２）を有した網目形状の火炎侵入防止部材（１０）を装着させた
ことを特徴とする燃料電池自動車用の排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池自動車用の排気装置（１）であって、
前記火炎侵入防止部材（１０）を、３０メッシュ〜５０メッシュとした
ことを特徴とする燃料電池自動車用の排気装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池自動車用の排気装置（１）であって、
前記火炎侵入防止部材（１０）を前記排気管（８）の出口に装着固定するフィニッシャー（９）を、この排気管（８）の出口に取り付け、該フィニッシャー（９）の出口部分を斜めに傾斜させた
ことを特徴とする燃料電池自動車用の排気装置。
【請求項４】
少なくとも請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の燃料電池自動車用の排気装置（１）であって、
前記火炎侵入防止部材（１０）を、円錐形状またはドーム形状とした
ことを特徴とする燃料電池自動車用の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池自動車用の排気装置に関し、詳細には、火炎の侵入を防止する火炎侵入防止部材（フレームアレスタ）の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンなどを燃料とする内燃機関用のマフラーには、排気管出口部の外観形状の見栄えを良くする目的で、テールパイプにフィニッシャーが取り付けられている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の車両用排気消音器は、図８および図９に示すように、シェル１０１とフロントエンドプレート１０２とリアエンドプレート１０３とにより消音室を形成し、その消音室に貫通するように排気入力チューブ１０４が設けられると共に、消音室内にテールパイプ１０５を設け、さらにこのテールパイプ１０５にフィニッシャー１０６を取り付けている。
【０００４】
この車両用排気消音器においては、排気ガスをテールパイプ１０５を介して最後端部のフィニッシャー１０６から大気へ放出させており、テールパイプ１０５とフィニッシャー１０６との結合部を消音室内に設け、外観上見栄えを損ねることがないようにしている。通常、内燃機関用の排気消音器では、テールパイプ１０５の最後端部にはフィニッシャー１０６を装着させるくらいで、その他の部材を装着しないのが一般的である。但し、排気音の消音を目的として制御バルブをテールパイプ１０５に配置したものはあるが、一般的な排気系では、テールパイプ１０５に何ら部品を装着させるようなことはしていない。
【特許文献１】特開２００２−３６４３３２号公報（第３頁及び第４頁、第１図及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、自動車産業では、近年のクリーンエネルギーに対する要求により、ガソリンを燃料とする内燃機関の代替えとして燃料電池自動車の開発が進められている。
【０００６】
燃料電池自動車の排気システムにおいては、燃料電池スタックの下流および水素燃焼器の下流に排気装置が配置されている。このため、排気装置には、微量の未燃焼水素ガスが混入する場合がある。この未燃焼水素ガスが燃料電池システム系に生じた場合には、さらに濃度の濃い水素ガスが混入する可能性もある。
【０００７】
そこで、排気システムの外部に火種がある場合は、排気管内の水素ガスに火種によって引火することも想定される。これまでの内燃機関では、このようなことは想定し難いが、メタノールなどを燃料とする燃料電池自動車では、火炎の侵入が想定し得るので、火炎侵入防止部材の装着が検討されている。
【０００８】
火炎侵入防止部材をテールパイプの後端部に単に装着させただけでは、この火炎侵入防止部材が抵抗となって気流音の発生を増大させたり、圧力損失を上昇させてしまうことになりかねない。
【０００９】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、外部からの火炎の侵入防止と、気流音および圧力損失の低減を両立することのできる燃料電池自動車用の排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、少なくとも排気音を消音させるマフラーを備えた燃料電池自動車用の排気装置において、前記マフラーの後端より突出する、排気管の出口に、排気流出方向へ向かって突出する高さ１０ｍｍ〜３０ｍｍの突出部を有した網目形状の火炎侵入防止部材を装着したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池自動車用の排気装置であって、前記火炎侵入防止部材を、３０メッシュ〜５０メッシュとしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池自動車用の排気装置であって、前記火炎侵入防止部材を前記排気管の出口に装着固定するフィニッシャーを、この排気管の出口に取り付け、該フィニッシャーの出口部分を斜めに傾斜させたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、少なくとも請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の燃料電池自動車用の排気装置であって、前記火炎侵入防止部材を、円錐形状またはドーム形状としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、排気管の出口に装着した網目形状の火炎侵入防止部材に、排気流出方向に向かって突出する、高さ１０ｍｍ〜３０ｍｍの突出部を形成したので、外部からの火炎の侵入を防止することができると共に、気流音及び圧力損失を火炎侵入防止部材非装着状態と同じ程度にまで低減させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、突出部の高さが最大３０ｍｍであるので、振動による亀裂が火炎侵入防止部材に発生し難く、製品の信頼性向上および材料費の低減を図ることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、火炎侵入防止部材を３０メッシュ〜５０メッシュとしたので、火炎のマフラーへの侵入防止と圧力損失の低減を両立させることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、排気管の出口にフィニッシャーを装着固定させたので、このフィニッシャーによって火炎侵入防止部材を排気管の出口に固定させることができる。また、本発明によれば、フィニッシャーの出口部分を斜めに傾斜させたので、出口部分の開口面積が増加して管エッジ部の流速が小さくなることから、気流音を小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、フィニッシャーの出口部分を斜めに傾斜させたので、外見上見栄えが良くなり商品価値が高まると共に、怪我防止にもなる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、火炎侵入防止部材を円錐形状またはドーム形状としたので、加工が容易になると共に、気流音および圧力損失の面で性能効果を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
［排気装置の構成］
図１は燃料電池自動車用の排気装置の全体斜視図、図２は排気管出口部分の構造を示す分解斜視図、図３は排気管出口部分の要部拡大断面図、図４は火炎侵入防止部材の拡大斜視図、図５は円錐形状とした火炎侵入防止部材の高さと気流音との関係を示す特性図、図６は円錐形状とした火炎侵入防止部材の高さと圧力損失との関係を示す特性図である。
【００２２】
本実施の形態の燃料電池自動車用の排気装置１は、図１に示すように、排気音を消音するマフラー２と、このマフラー２の前方に接続されたチューブ部材３とから構成され、チューブ部材３よりマフラー２へと排気された排気音を消音すると共に、チューブ部材３及びマフラー２に流入した凝縮水を管外へと排出するように構成されている。
【００２３】
チューブ部材３は、マフラー２の前方に取り付けられた断面円形状のパイプからなる。このチューブ部材３には、燃料電池スタックより排出される空気系で発生した空気排気と、例えば酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水（含水蒸気）（Ｈ２Ｏ）などが流入する。
【００２４】
マフラー２は、内燃機関用のマフラーと同じく吸音型マフラーである。このマフラー２は、図１に示すように、シェル（ハウジング）４と、フロントエンドプレート５及びリアエンドプレート６と、これらシェル４、フロントエンドプレート５及びリアエンドプレート６により形成される消音室と、この消音室内に充填される吸音材と、チューブ部材３と連結される入口側排気管７と、リアエンドプレート６より後方に突出する出口側排気管８と、出口側排気管８に装着固定される火炎侵入防止部材およびフィニッシャー９とから構成されている。
【００２５】
シェル４は、図１に示すように、長手方向両端部を開口した筒状として形成されている。フロントエンドプレート５及びリアエンドプレート６は、シェル４の両端部に形成された開口を閉塞する蓋として形成され、前記シェル４とによって空間部である消音室を形成する。この消音室に充填される吸音材は、例えばグラスウール、ロックウール、ステンレスウール、カーボンファイバなどからなり、排気音を吸音して消音させる。
【００２６】
入口側排気管７および出口側排気管８は、何れも断面略円形状をなすパイプとして形成されている。入口側排気管７は、先端部をチューブ部材３と接続させ、後端部をフロントエンドプレート５を介して消音室内に挿入配置させている。出口側排気管８は、一端部を消音室内に挿入配置させ、他端部をリアエンドプレート６を介して外方へ突出させている。
【００２７】
この出口側排気管８の出口部分の構造は、図２および図３に示すように、出口側排気管８の最後端部に装着される火炎侵入防止部材（フレームアレスタ）１０と、この火炎侵入防止部材１０を装着固定させるフィニッシャー９とから構成されている。火炎侵入防止部材１０は、出口側排気管８の開口部８ａを覆うような形で当該出口側排気管８の最後端部に装着される。そして、フィニッシャー９は、この火炎侵入防止部材１０をその内部に挿入させる形で、当該火炎侵入防止部材１０を出口側排気管８に押し付けるようにして固定させている。
【００２８】
フィニッシャー９は、図２および図３に示すように、中央に貫通する貫通孔１１を有した円筒体として形成されており、出口側排気管８に装着される装着部分を略垂直な垂直面９ａとし、出口部分を斜めに傾斜させた傾斜面９ｂとしている。このフィニッシャー９は、出口部分を斜めに傾斜させていることから、当該出口部分の開口面積が垂直の時よりも増加し、また、管端エッジ部分の流速が小さくなり気流音が小さくなる。また、このフィニッシャー９は、出口部分が傾斜していることから、斜めカットにより外観上見栄えも向上する。
【００２９】
火炎侵入防止部材１０は、図３および図４に示すように、出口側排気管８の開口部８ａを覆い排気流出方向へ向かって突出する円錐形状の突出部１２と、この突出部１２の一端側に設けられ、出口側排気管８の出口外周縁部に装着される円環形状の装着部１３とから構成されている。
【００３０】
火炎侵入防止部材１０は、例えば金網などから形成されており、火炎が外部からこの出口側排気管８を介してマフラー２内へと侵入するのを防止する。特に、燃料電池自動車の場合は、燃料電池スタックの下流および水素燃焼器の下流に排気装置１が配置されることから、微量の未燃焼水素ガスが混入したり、水素燃焼器が異常となったときに水素ガスが混入する場合があるため、この水素ガスに引火させないようにする必要性が求められる。
【００３１】
この火炎侵入防止部材１０は、例えば２０メッシュ〜５０メッシュ（１インチ当たりの孔の数）とすることが好ましい。２０メッシュ未満の場合は、外部からこの火炎侵入防止部材１０を介してマフラー２に入り易くなり、また、５０メッシュを超えると、圧力損失が高くなる。
【００３２】
また、この火炎侵入防止部材１０の線径は、０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍとすることが望ましい。線径が０．１ｍｍ未満であると、機械的強度の低下により孔が開いたりするなど耐久性が悪くなり、線径が０．３５ｍｍを超えると、開口面積が減り圧力損失が増大する。
【００３３】
火炎のマフラー２内への侵入を防止する火炎侵入防止部材１０を排気流れの中に置くと、通常は気流音（火炎侵入防止部材１０の通過時に生じる音）の増加および圧力損失の上昇になるが、火炎侵入防止部材１０の突出部１２を円錐形状またはドーム形状とすることで、平面形状のものに比べて気流音および圧力損失の低減が図れる。
【００３４】
気流音は、図５の特性図で判るように、突出部１２の高さＨが１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で最も低くなり、３０ｍｍを超えると僅かであるが悪化する。これは、突出部１２の形状による気流渦の発生の差によるものと考えられる。圧力損失は、図６の特性図で判るように、平板形状のものと比較して円錐形状の突出部１２の高さＨを高くすると除々に低減し、３０ｍｍ以上で火炎侵入防止部材１０を装着しないときの値と同等にサチュレートする。
【００３５】
これら図５および図６の特性図から判るように、突出部１２の高さＨは、１０ｍｍ〜３０ｍｍとすることが最適である。突出部１２の高さＨを１０ｍｍ〜３０ｍｍとすれば、平板形状の火炎侵入防止部材１０を使用したものに比べて、気流音を４ｄＢ低減させることができ、圧力損失も９〜３８％低減させることができる。なお、突出部１２の高さＨを高くし過ぎると、振動による亀裂が発生する可能性が生じると共にコスト的にも不利になる。また、突出部１２の高さＨが３０ｍｍを超えて高くなると、プレス加工によって突出部１２を形成するのが困難になってくる。
【００３６】
基本的には、気流音も圧力損失も突出部１２の高さＨを高くするほど、平板形状のものに比べて開口面積が増加するため有利になると考えられるが、気流音は、渦流れとの関係で最適値があり、圧力損失は開口率が下がるほど低減し、排気システムの圧力損失においてサチュレートする。これらのデータは、基本となる配管径が直径１００ｍｍ（Φ１００）相当までの範囲においては同様の効果を有する。
【００３７】
前記した構成の火炎侵入防止部材１０は、図３に示すように、装着部１３を出口側排気管８の出口外周縁部に装着させ、突出部１２によって該出口側排気管８の開口部８ａを覆った後、フィニッシャー９を装着させることによって、前記装着部１３を、該フィニッシャー９によって前記出口側排気管８に固定させる。そして、この装着部１３およびフィニッシャー９の端部と出口側排気管８とを溶接することによって、これら火炎侵入防止部材１０およびフィニッシャー９を出口側排気管８に固定させる。
【００３８】
以上のように構成された排気装置１では、出口側排気管８の出口部分に、円錐形状に突出させた突出部１２の高さＨを１０ｍｍ〜３０ｍｍとした火炎侵入防止部材１０を、フィニッシャー９によって脱落しないように装着固定させているので、気流音および圧力損失を増大させることなく、外部から火炎をマフラー２内に侵入するのを防止できる。また、フィニッシャー９の出口形状を傾斜させているので、気流音および圧力損失の上昇を抑えることができ、しかも外見上見栄え性の向上も実現できる。
【００３９】
［その他の実施の形態］
上述の実施の形態では、突出部１２を円錐形状としたが、図７に示すように、球形状をなすドーム形状としても同様の作用効果がある。突出部１２をドーム形状としたときの該突出部１２の高さと気流音の特性図は、円錐形状としたときの図５の特性図と同じである。また、突出部１２をドーム形状としたときの該突出部１２の高さと圧力損失の特性図は、同じく円錐形状としたときの図６の特性図と同じである。
【００４０】
また、上述の実施の形態では、フィニッシャー９の出口部分を斜めに傾斜させて傾斜面９ｂとしたが、その傾斜面９ｂの外周縁部を内側に折り曲げてカールさせるようにしてもよい。この傾斜面９ｂの外周縁部をカールさせれば、エッジによる怪我防止になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態における燃料電池自動車用の排気装置の全体斜視図である。
【図２】本実施の形態における排気装置の排気管出口部分の構造を示す分解斜視図である。
【図３】本実施の形態における排気装置の排気管出口部分の要部拡大断面図である。
【図４】本実施の形態における排気装置の火炎侵入防止部材の拡大斜視図である。
【図５】円錐形状とした火炎侵入防止部材の高さと気流音との関係を示す特性図である。
【図６】円錐形状とした火炎侵入防止部材の高さと圧力損失との関係を示す特性図である。
【図７】本実施の形態の他の例を示すもので、ドーム形状とした火炎侵入防止部材の拡大斜視図である。
【図８】従来の排気装置におけるマフラー部分の断面図である。
【図９】従来の排気装置におけるテールパイプとフィニッシャーの結合部分を示す要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…排気装置
２…マフラー
３…チューブ部材
５…フロントエンドプレート
６…リアエンドプレート
７…入口側排気管
８…出口側排気管
９…フィニッシャー
１０…火炎侵入防止部材
１２…突出部
１３…装着部
【図１】
2005069189.tif 000003
【図２】
2005069189.tif 000004
【図３】
2005069189.tif 000005
【図４】
2005069189.tif 000006
【図５】
2005069189.tif 000007
【図６】
2005069189.tif 000008
【図７】
2005069189.tif 000009
【図８】
2005069189.tif 000010
【図９】
2005069189.tif 000011