(57)【要約】【課題】排気ガス流路に設けられた通孔に対する水膜の形成が防止されて、優れた消音性能が十分に発揮され得るようにした燃料電池用消音装置を提供することにある。【解決手段】燃料電池の排気ガスが内部を流通せしめられる排気ガス流路１２の周壁部２６に設けられた通孔３０の内周面部３２と、該通孔３０における周壁部２６内面側の開口周縁部と、該通孔３０における周縁部２６外面側の開口周縁部のうちの少なくとも何れか一つの部分に対して、凸部３４及び／又は凹部を、該内周面部３２や該開口周縁部の周上の１個所若しくは複数個所に位置するように設けて、構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の周壁部を有して、燃料電池の排気ガスが内部を流通せしめられる排気ガス流路と、該排気ガス流路の周壁部に、該排気ガス流路の内部と外部とを連通するように設けられて、該排気ガスの排気音を外部に伝搬せしめる多数の通孔と、該多数の通孔を通じて、該排気ガス流路の外部に伝搬された排気音を消音せしめる消音手段とを含んで構成された燃料電池用消音装置において、
前記通孔の内周面部と、前記排気ガス流路の周壁部の内面における該通孔の開口周縁部と、該排気ガス流路の周壁部の外面における該通孔の開口周縁部のうちの少なくとも何れか一つの部分に対して、凸部及び／又は凹部を、該内周面部や該開口周縁部の周上の１個所若しくは複数個所に位置するように設けたことを特徴とする燃料電池用消音装置。
【請求項２】
前記凸部が、先端部位に向かうに従って、高さ方向に直角な断面の面積が徐々に小さくなる形状を有すると共に、前記凹部が、底部部位に向かうに従って、深さ方向に直角な断面の面積が徐々に小さくなる形状を有している請求項１に記載の燃料電池用消音装置。
【請求項３】
前記通孔が、円形状を有している請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用消音装置。
【請求項４】
前記消音手段が、吸音材にて構成されて、該吸音材が、前記排気ガス流路に対して、前記多数の通孔の少なくとも一部を外側から覆って、配置されている請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載の燃料電池用消音装置。
【請求項５】
前記排気ガス流路の周壁部における前記多数の通孔の形成部位の全周を、該周壁部の外面との間に所定距離を隔てて包囲する包囲部材が、該排気ガス流路に外挿されて、前記吸音材が、該包囲部材と該排気ガス流路との間に充填された状態で配置されている請求項４に記載の燃料電池用消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用消音装置に係り、特に、燃料電池から排出される排気ガスの排気音が、より有利に消音可能に改良された燃料電池用消音装置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、かかる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、そのような燃料電池車等に搭載される燃料電池システムにおいては、多くの場合、燃料電池から延びる排気系に消音装置が設けられることによって、排気系を通じて大気中に排出される排気ガスの排気音の消音が図られている。
【０００４】
そして、かかる燃料電池用消音装置としては、排気管の一部部位等からなる排気ガス流路の周壁（管壁）部に、その内部と外部とを連通する多数の小さな通孔を形成すると共に、そのような排気ガス流路に外筒部材を外挿配置し、更に、それら排気ガス流路と外筒部材との間に、例えばグラスウール等からなる吸音材を、多数の通孔の少なくとも一部を覆うように充填してなる構造のものが、一般に知られている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。このような構造を有する消音装置においては、多数の通孔を通じて排気ガス流路の外部に伝搬された排気ガスの排気音が、吸音材にて吸収されて、消音されるようになっている。
【０００５】
また、かくの如き消音装置とは別個の構造を有するものとして、多数の通孔が周壁部に形成された排気ガス流路に対して、その周りに気密な空気室からなる共鳴室を形成するハウジングが外挿固定されてなる構造を有し、多数の通孔を通じて共鳴室内に伝搬された排気ガスの排気音を、共鳴作用により消音するようにした、共鳴型の消音装置も、知られている。
【０００６】
ところが、そのような従来の消音装置の構造について、本発明者等が様々な角度から検討を繰り返した結果、以下の点が明らかとなった。
【０００７】
すなわち、よく知られているように、燃料電池の排気ガス中には、燃料電池内での化学反応により生成される多量の水や水蒸気が含まれており、また、かかる排気ガスの温度は、略８０℃程度で、然程高くない。そのため、燃料電池内で生成され、そこから排出された生成水は、蒸発せしめられることなく、排気管内面を伝って、排気ガスと共に排気管内を流動せしめられるようになり、また、外気温度が低い場合には、排気ガス中の水蒸気が、排気管内や消音装置内で凝縮せしめられて、容易に凝縮水となり、この凝縮水も、排気管の内面や外面を伝って、排気管内や消音装置内を流動せしめられるが、上記せる如き従来の消音装置では、排気ガス流通路の周壁部に設けられた多数の通孔に、かかる生成水や凝縮水等の水分にて、水膜が形成されるようになる。そして、そうなると、各通孔が、そのような水膜にて閉塞せしめられて、通孔を通じての吸音材内部や共鳴室内への排気音の伝搬が阻害され、その結果として、十分な消音効果を得ることが困難となってしまう場合があることが、判明したのである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１３９７８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、燃料電池の排気ガスが内部を流通せしめられる排気ガス流路の周壁部に、多数の通孔が設けられると共に、それら多数の通孔を通じて、排気ガス流路の外部に伝搬された排気音を消音する消音手段が設けられてなる燃料電池用消音装置において、排気ガス流路中を排気ガスと共に流動せしめられる水分による各通孔に対する水膜の形成が、有利に防止乃至は抑制されて、各通孔を通じての消音手段への排気音の伝搬が効果的に確保され得、以て、優れた消音性能が十分に且つ安定的に発揮され得るように改良された構造を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、本発明者等は、かかる課題を解決するために、種々検討を行う過程で、水膜が、通孔にどのようにして形成されるかを、先ず観察した。その結果、水滴が、通孔の内周面部や開口周縁部における周上の複数個所に付着し、それら各個所に付着した水滴同士が接触すると、表面張力により互いに結合して、水膜が形成されるようになることが、認められた。また、その一方で、通孔の形状の違いによって水膜の形成し易さに差異があるか否かを調べたところ、円形状を呈する通孔が、その他の形状の通孔よりも、水膜が比較的に容易に形成される傾向があることが、判明した。これは、上記せる水膜の形成過程の観察結果から考察すると、円形の通孔が、例えば矩形の通孔等と異なって、水滴が付着する内周面部や開口周縁部と通孔の中心との間の距離が一定であるため、そのような内周面部や開口周縁部に付着した水滴同士が互いに結合した状態で、水滴全体に、バランスのとれた表面張力が安定して生ずることによるものと考えられる。
【００１１】
そして、本発明者等は、上記の如き判明事実から、通孔に対する水膜の形成を防止乃至は抑制するための対策として、通孔の内周面部や開口周縁部に付着する水滴同士が結合した状態における水滴全体での表面張力のバランスを崩し得るような構造を、それら通孔の内周面部や開口周縁部に付与することを、着想したのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、かくの如き着想に基づいて、更に鋭意研究を重ねた結果、完成したものであり、その要旨とするところは、筒状の周壁部を有して、燃料電池の排気ガスが内部を流通せしめられる排気ガス流路と、該排気ガス流路の周壁部に、該排気ガス流路の内部と外部とを連通するように設けられて、該排気ガスの排気音を外部に伝搬せしめる多数の通孔と、該多数の通孔を通じて、該排気ガス流路の外部に伝搬された排気音を消音せしめる消音手段とを含んで構成された燃料電池用消音装置において、前記通孔の内周面部と、前記排気ガス流路の周壁部の内面における該通孔の開口周縁部と、該排気ガス流路の周壁部の外面における該通孔の開口周縁部のうちの少なくとも何れか一つの部分に対して、凸部及び／又は凹部を、該内周面部や該開口周縁部の周上の１個所若しくは複数個所に位置するように設けたことを特徴とする燃料電池用消音装置にある。
【発明の効果】
【００１３】
要するに、本発明に従う燃料電池用消音装置においては、排気ガス流路の周壁部の内面及び外面における通孔の開口周縁部や通孔の内周面部の周上の１個所又は複数個所に、凸部や凹部が形成されているため、そのような通孔の開口周縁部や内周面部のうち、凸部や凹部の形成部位に付着した水滴と、それら凸部や凹部の非形成部位に付着した水滴との間で、通孔の開口周縁部や内周面部との接触面積が互いに異なるようにされ、以て、かかる接触面積の大きさに応じて、それらの水滴と通孔の開口周縁部や内周面部との間の界面張力も、互いに異なる大きさとされるようになる。
【００１４】
それ故、本発明装置では、各通孔に対する水膜の形成過程で、通孔の開口周縁部や内周面部における凸部や凹部の形成部位や非形成部位に付着して、それらの開口周縁部や内周面部との間に、互いに異なる大きさの界面張力を生ずる水滴同士が接触し、結合せしめられたときに、結合した水滴全体での表面張力が、極めて不均衡なものとなり、そのために、通孔に対する水膜の形成が、未然に阻止乃至は抑制される。
【００１５】
従って、かくの如き本発明に従う燃料電池用消音装置にあっては、燃料電池内で生成され、そこから排出されて、排気ガス流路中を排気ガスと共に流動せしめられる生成水や水蒸気の凝縮水等の水分が、排気ガス流路の周壁部を伝って各通孔に到達しても、そのような水分によって各通孔に水膜が形成されて、各通孔が、かかる水膜にて閉塞せしめられるようなことが可及的に防止され得る。そして、その結果として、各通孔を通じての消音手段への排気音の伝搬が効果的に確保され得、以て、優れた消音性能が十分に且つ安定的に発揮され得ることとなるのである。
【発明の態様】
【００１６】
ところで、本発明は、少なくとも、以下に列挙す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。
【００１７】
（１）  筒状の周壁部を有して、燃料電池の排気ガスが内部を流通せしめられる排気ガス流路と、該排気ガス流路の周壁部に、該排気ガス流路の内部と外部とを連通するように設けられて、該排気ガスの排気音を外部に伝搬せしめる多数の通孔と、該多数の通孔を通じて、該排気ガス流路の外部に伝搬された排気音を消音せしめる消音手段とを含んで構成された燃料電池用消音装置において、前記通孔の内周面部と、前記排気ガス流路の周壁部の内面における該通孔の開口周縁部と、該排気ガス流路の周壁部の外面における該通孔の開口周縁部のうちの少なくとも何れか一つの部分に対して、凸部及び／又は凹部を、該内周面部や該開口周縁部の周上の１個所若しくは複数個所に位置するように設けたことを特徴とする燃料電池用消音装置。
【００１８】
上記せる態様（１）において、通孔の内周面部のみに凸部や凹部を形成する場合には、例えば、周壁部の内面における通孔の開口周縁部に凸部や凹部等を設けることで、排気ガス流路内を流通せしめられる排気ガスの凸部に対する衝突により異音を生ずるようなことや、かかる排気ガスの一部が凹部内に流入せしめられることで、排気ガスの流れが乱されて、異音を生ずるようなこと等が回避され得る。また、消音手段として、周壁部の外側に共鳴室を設けた場合、周壁部の外面における通孔の開口周縁部に凸部や凹部を形成することで、共鳴室内の容積が増減せしめられて、共鳴周波数の設定が面倒となるようなこともない。なお、それらの効果のうち、前者の効果は、通孔の内周面に加えて、或いはそれに代えて、周壁部の外面における通孔の開口周縁部に凸部や凹部を設けた場合にも、有利に享受され得る。一方、後者の効果は、通孔の内周面に加えて、或いはそれに代えて、周壁部の内面における通孔の開口周縁部に凸部や凹部を設けた場合にも、有利に享受され得る。
【００１９】
また、上記せる態様（１）において、周壁部の内面や外面における通孔の開口周縁部のみに、凸部や凹部を形成する場合には、特に凸部の形成によって、通孔の開口面積が減少せしめられることなく、有利に確保され得、それによって、排気音が、各通孔を通じて、排気ガス流路の外部に、より確実に伝搬され得るといった利点が得られる。なお、この効果は、周壁部の内面や外面における通孔の開口周縁部に加えて、あるいはそれらのうちの少なくとも何れか一方に代えて、通孔の内周面に凹部のみを設けたときにも、有利に享受され得る。
【００２０】
（２）  上記の態様（１）において、前記凸部が、先端部位に向かうに従って、高さ方向に直角な断面の面積が徐々に小さくなる形状を有すると共に、前記凹部が、底部部位に向かうに従って、深さ方向に直角な断面の面積が徐々に小さくなる形状を有していること。この本態様によれば、通孔の開口周縁部や内周面部における凸部や凹部の形成部位や非形成部位に付着した水滴同士が接触し、結合せしめられたときに、結合した水滴全体での表面張力のバランスが、より大きく崩され、それによって、通孔に対する水膜の形成が、更に効果的に防止乃至は抑制され得る。そして、その結果として、優れた消音性能がより一層十分に且つ安定的に発揮され得ることとなる。
【００２１】
（３）  上記せる態様（１）又は態様（２）において、前記通孔が、円形状を有していること。この本態様によれば、通孔の内周面部や開口周縁部における凸部や凹部の形成位置が、それら内周面部や開口周縁部の周上の如何なる位置であっても、結合した水滴全体での表面張力のバランスを容易に崩すことが出来る。それ故に、通孔の内周面部や開口周縁部に対する凸部や凹部の形成位置の設計が、容易となる。
【００２２】
（４）  上記せる態様（１）乃至態様（３）のうちの何れか一つにおいて、前記消音手段が、吸音材にて構成されて、該吸音材が、前記排気ガス流路に対して、前記多数の通孔の少なくとも一部を外側から覆って、配置されていること。かかる本態様によれば、通孔を通じて、排気音を吸音材の内部に、より確実に伝搬せしめることが出来、以て、吸音材による吸音性能が、より効果的に且つ十分に発揮せしめられ得ることとなる。
【００２３】
（５）  上記の態様（４）において、前記排気ガス流路の周壁部における前記多数の通孔の形成部位の全周を、該周壁部の外面との間に所定距離を隔てて包囲する包囲部材が、該排気ガス流路に外挿されて、前記吸音材が、該包囲部材と該排気ガス流路との間に充填された状態で配置されていること。この本態様によれば、吸音材の一部が、飛散したり、吸音材全体が脱落したりするようなことが、有利に防止され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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用消音装置の一実施形態が、その縦断面形態と横断面形態とにおいて、それぞれ概略的に示されている。それらの図から明らかなように、本実施形態の消音装置は、装置本体としての外側筒部材１０と、かかる外側筒部材１０を貫通して延びる内側筒部材１２と、外側筒部材１０の内部に配置された吸音材１４とを有して、構成されている。
【００２６】
より具体的には、外側筒部材１０は、全体として、両側有底の円筒形状を呈する大径の金属製乃至は樹脂製の管体からなり、燃料電池車への装着状態下で、車両の前後方向（図１中、左右方向）に延びる円筒状の筒壁部１６と、かかる筒壁部１６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）とをそれぞれ閉塞する前側底壁部１８と後側底壁部２０とを一体的に有して、構成されている。なお、以下からは、本実施形態に係る消音装置の構造の理解を容易とするために、便宜上、前側底壁部１８の側を前方側と言い、後側底壁部２０の側を後方側と言うこととする。
【００２７】
また、かかる外側筒部材１０においては、前側底壁部１８の略中央部に、それを貫通する前側貫通孔２２が、大径の円形状を有して設けられている一方、後側底壁部２０の略中央部には、それを貫通する後側貫通孔２４が、前側底壁部１８の前側貫通孔２２と略同じ大きさの円形状をもって、同軸上に設けられている。
【００２８】
一方、内側筒部材１２は、外側筒部材１０の前側及び後側貫通孔２２，２４に挿通可能な外径と、外側筒部材１０よりも所定寸法長い長さ（高い高さ）とを有する細長い円筒状の周壁部２６を有する金属製乃至は樹脂製の管体にて、構成されている。
【００２９】
そして、このような内側筒部材１２が、その長さ方向の両端部側部位において、外側筒部材１０の前側及び後側貫通孔２２，２４に挿通せしめられることで、外側筒部材１０に対して、同軸上で軸方向に貫通して延びるように位置せしめられている。また、そのような配置状態下で、内側筒部材１２の長さ方向の両端部、つまり周壁部２６の前端部と後端部とが、前側及び後側底壁部１８，２０の前側及び後側貫通孔２２，２４を通じて、外側筒部材１０から前方と後方とにそれぞれ突出せしめられて、内側筒部材１２の両側開口部が、外側筒部材１０の外部に、その前方と後方とに向かって各々開口せしめられている。換言すれば、外側筒部材１０が、内側筒部材１２に対して、周壁部２６の長さ方向中間部分の全周を、かかる周壁部２６の中間部分の外周面との間に所定距離を隔てて包囲する状態で、外挿されているのである。
【００３０】
なお、内側筒部材１２は、周壁部２６の前側及び後側貫通孔２２，２４への挿通部位において、外側筒部材１０の前側底壁部１８と後側底壁部２０とに対して、それぞれ、例えば接着や溶接、溶着等により一体的に接合されており、それによって、周壁部２６の外周面と前側及び後側貫通孔２２，２４の内周面との間の気密性が確保された状態下で、内側筒部材１２が外側筒部材１０に固定されている。
【００３１】
また、内側筒部材１２は、図示しない燃料電池から延出し、燃料電池から排出される排気ガスが流通せしめられる排気管２８に対して、その中間部に位置するように接続されている。即ち、ここでは、排気管２８が、排気ガスの流通方向の上流側部分を構成する上流側排気管２８ａと、排気ガスの流通方向の下流側部分を構成する下流側排気管２８ｂとに二分割された構造を有している。そして、かかる上流側排気管２８ａの排気ガス流通方向下流側端部と、外側筒部材１０の前側底壁部１８から前方に突出せしめられた内側筒部材１２の周壁部２６の前端部とが、開口端面同士において互いに突き合わされて、連通状態で接続されている。また、下流側排気管２８ｂの排気ガス流通方向上流側端部と、外側筒部材１０の後側底壁部２０から後方に突出せしめられた周壁部２６の後端部とが、開口端面同士において互いに突き合わされて、連通状態で接続されている。これによって、内側筒部材１２が、排気管２８の一部を構成するように、その途中に位置せしめられて、燃料電池から排出される排気ガスが、図１に矢印で示される如く、内側筒部材１２の内部を、その前端部側から後端部側に向かって流通せしめられ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、内側筒部材１２にて排気ガス流路が構成され、また、かかる内側筒部材１２を包囲する外側筒部材１０にて、包囲部材が構成されている。
【００３２】
そして、このような内側筒部材１２においては、外側筒部材１０の内部に位置せしめられた長さ方向の中間部分の周壁部２６に、小さな通孔３０が、多数、形成されている。それら多数の通孔３０は、何れも、円形形状を呈し、内側筒部材１２の長さ方向中間部の周壁部２６を貫通して、内側筒部材１２の内部空間と、その外側に位置する外側筒部材１０の内部空間とを相互に連通せしめる構造を有している。そして、内側筒部材１２の長さ方向中間部の周壁部２６における周方向に略等距離を隔てた個所のそれぞれに、軸方向に互いに等間隔をおいて、１列に並んで位置せしめられている。
【００３３】
また、そのような多数の通孔３０を有する内側筒部材１２の長さ方向中間部が内部に配置された外側筒部材１０の内部には、前記せるように、吸音材１４が位置せしめられている。この吸音材１４は、全体として、内側筒部材１２よりも大径の内孔を備えた、外側筒部材１０よりも小径の略厚肉円筒形状を呈している。なお、かかる吸音材１４の種類や構造は何等限定されるものではなく、従来から公知のものが何れも使用され、ここでは、例えば、ステンレスウールやグラスウール等の繊維集合体や、内部に連通気泡が多数設けられた連通多孔質体等の通気性を有する材質のものが、用いられている。
【００３４】
そして、そのような吸音材１４が、外側筒部材１０の内部に配置された内側筒部材１２の長さ方向中間部の周壁部２６の全外周面を取り巻いて、かかる周壁部２６に設けられた多数の通孔３０の全部を外側から覆うように位置せしめられている。換言すれば、外側筒部材１０の内面（筒壁部１６と前側底壁部１８と後側底壁部２０のそれぞれの内面）と、外側筒部材１０の内部に配置された内側筒部材１２の長さ方向中間部の周壁部２６の外周面との間に、吸音材１４が充填されているのである。
【００３５】
かくして、本実施形態の消音装置では、排気管２８内を流通せしめられる排気ガスの排気音、具体的には、例えば排気管２８内を排気ガスが高速で流れる際に発生する流体音や、図示しないコンプレッサを用いて燃料電池に空気を間欠的に供給する際に生ずる脈動音等が、外側筒部材１０の内部に配置された内側筒部材１２の長さ方向中間部の周壁部２６に設けられる多数の通孔３０を通じて、吸音材１４に伝搬され、そして、この吸音材１４にて消音乃至は低減せしめられるようになっている。このことから明らかなように、ここでは、吸音材１４にて、消音手段が構成されている。
【００３６】
ところで、このような構造を有する本実施形態の消音装置にあっては、特に、内側筒部材１２に対して、従来装置には見られない特別な構造が付与されている。
【００３７】
すなわち、かかる消音装置においては、図３に示されるように、内側筒部材１２の周壁部２６に設けられた多数の通孔３０のそれぞれの内周面部３２に、２個の凸部３４が、互いに独立して、別個に一体形成されている。それら２個の凸部３４は、何れも、先端部位に向かうに従って、高さ方向に直角な断面の面積が次第に小さくなるような、同一の形状を有している。具体的には、凸部３４の非形成部位の内周面部３２部位よりも曲率が大きな凹状湾曲面形態をもって、かかる内周面部３２部位に連続する二つの側面と、尖った先端部とを備えた山形状の全体形状を有して、構成されている。そして、そのような凸部３４が、各通孔３０の内周面部３２のうち、径方向に対向して位置する周上の２個所に、通孔３０の中心に向かって突出して、先端部同士を結ぶ直線上に、通孔３０の中心が位置するように、それぞれ１個ずつ形成されている。
【００３８】
なお、かくの如き凸部３４を内周面部３２に複数有する通孔３０が設けられた内側筒部材１２は、例えば、凸部３４の形状に対応した凹部を外周面に複数有するパンチ等を用いて、平板状の金属板素材に対する打抜き加工を行って、かかる金属板素材に、複数の凸部３４が内周面部に複数設けられた多数の通孔３０を形成した後、これを、公知の手法により、管状乃至は筒状に成形すること等によって、容易に得られる。また、かかる内側筒部材１２を樹脂材料にて形成する場合には、例えば、公知の押出成形や射出成形を行って、円筒状の中間成形品を成形した後、この中間成形品の筒壁部に対して、内周面部３２に凸部３４を有する通孔３０が、切削加工等により形成され、それによって、目的とする内側筒部材１２が作製されることとなる。
【００３９】
このように、本実施形態の消音装置にあっては、内側筒部材１２の周壁部２６に設けられて、吸音材１４の内部に排気音を伝搬せしめる多数の通孔３０の各内周面部３２の周上の２個所に、凸部３４が、互いに独立して、それぞれ一体形成されている。そのため、燃料電池内での化学反応で生成されて、燃料電池から排気ガスと共に排出される生成水（排出水）や水蒸気の凝縮水が、水滴となって、例えば、各通孔３０の内周面部３２における凸部３４の形成部位と非形成部位とにそれぞれ付着した場合に、凸部３４形成部位に付着した水滴の内周面部３２との接触面積が、凸部３４非形成部位に付着した水滴の内周面部３２との接触面積よりも大きくされる。それにより、内周面部３２の凸部３４形成部位と水滴との間に生ずる界面張力が、内周面部３２の凸部３４非形成部位と水滴との間に生ずる界面張力よりも大きくされる。
【００４０】
それ故、そのような通孔３０の内周面部３２における凸部３４形成部位に付着した水滴と、凸部３４非形成部位に付着した水滴とが、互いに接触して、結合せしめられたときに、結合した水滴全体における表面張力が極めて不均衡なものとなり、それによって、通孔３０に対する水膜の形成が、未然に阻止乃至は抑制される。
【００４１】
従って、かくの如き本実施形態の消音装置にあっては、燃料電池にて生成され、そこから排出されて、排気管２８内を排気ガスと共に流動せしめられる生成水や水蒸気の凝縮水等の水分が、排気管２８の管壁、更には内側筒部材１２の周壁部２６を伝って、各通孔３０の内周面部３２に到達し、かかる内周面部３２の周上の幾つかの個所に水滴として付着しても、そのような水滴同士の結合により、各通孔３０に水膜が形成されて、各通孔３０が、かかる水膜にて閉塞せしめられるようなことが可及的に防止され得る。そして、その結果として、各通孔３０を通じての吸音材１４内部への排気音の伝搬が効果的に確保され得、以て、排気音が、吸音材１４にて、十分に且つ安定的に消音乃至は低減せしめられ得ることとなるのである。
【００４２】
また、かかる消音装置においては、内側筒部材１２における各通孔３０の内周面部３２のみに凸部３４が設けられて、内側筒部材１２の内周面に凸部３４等が何等設けられていないところから、内側筒部材１２内を流通せしめられる排気ガスが、内側筒部材１２の内部で凸部３４等に衝突せしめられて、異音が生ずるようなことが、有利に回避され得る。
【００４３】
さらに、本実施形態の消音装置にあっては、凸部３４が、先端が尖った山形形状を呈し、先端部位に向かうに従って、高さ方向に直角な断面の面積が次第に小さくなるように構成されているため、各通孔３０の内周面部３０における凸部３４の形成部位や非形成部位に付着した水滴同士が接触し、結合せしめられたときに、結合した水滴全体における表面張力のバランスが、より大きく崩され得、以て、通孔３０に対する水膜の形成が、更に有効に防止乃至は抑制され得る。
【００４４】
加えて、本実施形態の消音装置では、吸音材１４が、内側筒部材１２と外側筒部材１０との間に充填するように配置されているところから、かかる吸音材１４の全体が、それら内側筒部材１２と外側筒部材１０とにて囲まれた状態とされ、それによって、吸音材１４の一部が飛散したり、吸音材１４の全体が脱落したりして、消音性能が損なわれるようなことが、効果的に防止され得る。
【００４５】
次に、図４には、図１乃至図３に示された前記実施形態に係る消音装置とは内側筒部材１２の構造が部分的に異なる別の実施形態が、内側筒部材１２の一部のみにおいて、示されている。なお、かかる図４、及び後述する図５乃至図９に示される実施形態に関しては、前記実施形態と同様な構成とされた部材及び部位について、図１乃至図３と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明は省略した。
【００４６】
すなわち、図４から明らかなように、本実施形態の消音装置においては、内側筒部材１２の周壁部２６の外面（図４中、上面）における各通孔３０の開口周縁部３６ａに、４個の凸部３８が、互いに独立して、一体形成されている。また、内側筒部材１２の周壁部２６の内面（図４中、下面）における各通孔３０の開口周縁部３６ｂにも、４個の凸部３８が、互いに独立して、一体形成されている。それら各凸部３８は、何れも、全体として、三角錐形状を呈し、先端部位に向かうに従って、高さ方向に直角な断面の面積が次第に小さくなるように構成されている。
【００４７】
そして、そのような凸部３８が、周壁部２６の外面における各通孔３０の開口周縁部３６ａのうち、周方向に９０°の位相差をもって位置する周上の４個所と、かかる開口周縁部３６ａの周上の４個所に対応する、周壁部２６の内面における各通孔３０の開口周縁部３６ｂの周上の４個所とに、通孔３０の中心を間に挟んで径方向に対応位置するもの同士において、互いに対向するように、それぞれ１個ずつ形成されている。
【００４８】
なお、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂに、凸部３８を形成する際には、例えば、凸部３８を、内側筒部材１２とは別個の部材にて、別途に成形して、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂに対して、接着や溶接、溶着等により一体化せしめる手法が、採用される。また、内側筒部材１２が金属製である場合には、例えば、各貫通孔３０の開口周縁部３６を、周上の１個所又は複数個所において、内側筒部材１２の内面側や外面側に突出するように曲げ変形させることで、各貫通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂに、凸部３８を形成することも出来る。更に、内側筒部材１２が樹脂製である場合には、例えば、射出成形等により、外面に凸部３８を一体的に有する中間成形体を成形し、その後、それら凸部３８の形成位置が開口周縁部３６ａとなるように、通孔３０を切削加工等により形成することで、通孔３０の開口周縁部３６ａに、凸部３８を形成しても良い。
【００４９】
このように、本実施形態の消音装置にあっても、内側筒部材１２の周壁部２６の外面と内面における各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂのそれぞれの周上の４個所に、凸部３８が、互いに独立して、それぞれ一体形成されている。そのため、排気管２８内を排気ガスと共に流通せしめられる生成水や水蒸気の凝縮水が、それら各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂにおける凸部３８の形成部位と非形成部位、或いは各通孔３０の内周面部３２における、かかる開口周縁部３６ａ，３６ｂの凸部３８形成部位と凸部３８非形成部位とにそれぞれ連続する部位に、水滴として付着したときに、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂや内周面部３０における凸部３８形成部位と、それに付着する水滴との間に生ずる界面張力と、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂや内周面部３０における凸部３８非形成部位と、それに付着する水滴との間に生ずる界面張力とが、互いに異なる大きさとなる。
【００５０】
従って、かかる本実施形態の消音装置においても、前記第一の実施形態と同様な作用・効果が、有効に享受され得ることとなる。
【００５１】
そして、本実施形態にあっては、特に、凸部３８が、内側筒部材１２の周壁部２６の外面と内面における各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂのみに設けられているところから、例えば、各通孔３０の内周面部３０に凸部３４を設けた前記実施形態とは異なり、凸部３８の形成によって各通孔３０の開口面積が減少せしめられるようなことが皆無ならしめられ、以て、各通孔３０を通じて、排気音が、吸音材１４内部に、より十分に且つ確実に伝搬され得る。そして、その結果、更に良好な消音性能が、有利に発揮され得る。
【００５２】
また、本実施形態の消音装置では、凸部３８が、内側筒部材１２の周壁部２６の外面における各通孔３０の開口周縁部３６ａと、その内面における各通孔３０の開口周縁部３６ｂの両方に対して、周方向に互いに対応する位置に設けられている。そのため、周壁部２６の外面における各通孔３０の開口周縁部３６ａと、周壁部２６の内面における各通孔３０の開口周縁部３６ｂのうちの何れか一方のみに凸部３８が設けられる場合に比して、凸部３８形成部位に付着した水滴の凸部３８形成部位との接触面積と、凸部３８非形成部位に付着した水滴の凸部３８非形成部位との接触面積との差が、有利に大ならしめられ、それによって、凸部３８形成部位とそれに付着する水滴との間に生ずる界面張力と、凸部３８非形成部位とそれに付着する水滴との間に生ずる界面張力との間の差も、有利に増大せしめられ得る。従って、通孔３０に対する水膜の形成が、更に有効に防止乃至は抑制され得ることとなる。
【００５３】
次に、図５には、前記二つの実施形態に係る消音装置とは内側筒部材１２の構造が、部分的に更に異なる他の実施形態が、内側筒部材１２の一部のみにおいて、示されている。
【００５４】
即ち、図５に示された本実施形態の消音装置においては、各通孔３０の内周面部３２に、４個の凹部４０が、互いに独立して、形成されている。それら４個の凹部４０は、何れも、底部部位に向かうに従って、深さ方向に直角な断面の面積が徐々に小さくなるような、同一の形状を有している。具体的には、通孔３０の軸方向（径方向に対して直角な方向）に延び、且つ内周面部３２において開口すると共に、周壁部２６の内面と外面とにおいてもそれぞれ開口する断面Ｖ字状の溝乃至は切込み形態をもって、構成されている。そして、そのような凹部４０が、各通孔３０の内周面部３２のうち、周方向に９０°の位相差をもって位置する周上の４個所に、それぞれ１個ずつ形成されている。
【００５５】
なお、このような凹部４０を有する通孔３０が設けられた内側筒部材１２は、例えば、凹部４０の形状に対応した凸部を外周面に複数有するパンチ等を用いて、平板状の金属板素材に対する打抜き加工を行って、かかる金属板素材に、複数の凹部４０が設けられた内周面部３２を有する多数の通孔３０を形成した後、これを、公知の手法により、管状に成形すること等によって、容易に得られる。また、かかる内側筒部材１２を樹脂材料にて形成する場合には、例えば、公知の押出成形や射出成形を行って、円筒状の中間成形品を成形した後、この中間成形品の筒壁部に対して、内周面部３２に複数の凹部４０を有する通孔３０が、切削加工等により形成され、それによって、目的とする内側筒部材１２が作製されることとなる。
【００５６】
このように、本実施形態の消音装置にあっては、各通孔３０の内周面部３２における周上の４個所に、軸方向に延びる溝状の凹部４０が、それぞれ設けられている。そのため、排気管２８内を排気ガスと共に流通せしめられる生成水や水蒸気の凝縮水が、それら各通孔３０の内周面部３２における凹部４０の形成部位と非形成部位に水滴として付着したときに、各水滴の内周面部３２との接触面積の違いに基づいて、凹部４０形成部位とそれに付着する水滴との間に生ずる界面張力と、凹部４０非形成部位とそれに付着した水滴との間に生ずる界面張力とが、互いに異なる大きさとなる。
【００５７】
従って、かくの如き本実施形態の消音装置においても、前記二つ実施形態と同様に、各通孔３０に対する水膜の形成が可及的に防止されて、各通孔３０を通じての吸音材１４内部への排気音の伝搬が効果的に確保され得、以て、排気音が、吸音材１４にて、十分に且つ安定的に消音乃至は低減せしめられ得るといった優れた効果が、十分に享受され得る。
【００５８】
また、本実施形態の消音装置にあっては、特に、各通孔３０の内周面部３２に複数の凹部４０が形成されることで、各通孔３０に対する水膜の防止が図られ得るようになっているため、各通孔３０の開口面積を減ずることなく、しかも内側筒部材１２内を流通する排気ガスの流れを乱して、異音を発生させるようなこともなく、上記の如き優れた作用・効果が安定的に確保され得る。
【００５９】
さらに、かかる消音装置では、各通孔３０の内周面部や開口周縁部３６ａ，３６ｂに凸部（３４，３８）を形成する場合とは異なって、凸部の変形による水膜形成防止効果の低下等が惹起される恐れもない。
【００６０】
次に、図６には、前記三つの実施形態に係る消音装置とは内側筒部材１２の構造が、部分的に更に異なる別の実施形態が、内側筒部材１２の一部のみにおいて、示されている。
【００６１】
即ち、図６から明らかなように、本実施形態の消音装置においては、内側筒部材１２の周壁部２６の外面（図６中、上面）における各通孔３０の開口周縁部３６ａに、４個の凹部４２が、互いに独立して、形成されている。また、内側筒部材１２の周壁部２６の内面（図６中、下面）における各通孔３０の開口周縁部３６ｂにも、４個の凹部４２が、互いに独立して、形成されている。それら各凹部４２は、何れも、通孔３０の中心側とは反対側に向かって漸近するように傾斜して延びる三角形状の二つの側面を有し、底部部位に向かうに従って、深さ方向に直角な断面の面積が次第に小さくなるような、断面Ｖ字状の凹所形態をもって、構成されている。
【００６２】
そして、そのような凹部４２が、周壁部２６の外面における各通孔３０の開口周縁部３６ａのうち、周方向に９０°の位相差をもって位置する周上の４個所と、かかる開口周縁部３６ａの周上の４個所に対応する、周壁部２６の内面における各通孔３０の開口周縁部３６ｂの周上の４個所とに、通孔３０の中心を間に挟んで径方向に対応位置するもの同士において互いに対向し、且つ通孔３０の内周面部３２とそれに連続する周壁部２６の上面や下面とにてそれぞれ形成される角部をえぐり取るようにして、それぞれ１個ずつ、形成されている。
【００６３】
なお、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂに、凹部４２を形成する際には、例えば、通孔３０の内周面部３２に対応した円筒状外周面を有するパンチ等を用いて、平板状の金属板素材に対する打抜き加工を行って、かかる金属板素材に、多数の通孔３０を形成した後、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂを部分的に切削したり押し潰したりして、かかる開口周縁部３６ａ，３６ｂに凹部４２を形成し、そして、その後、金属板素材を、公知の手法により、管状に成形すること等によって、容易に得られる。また、かかる内側筒部材１２を樹脂材料にて形成する場合には、例えば、公知の押出成形や射出成形を行って、円筒状の中間成形品を成形した後、この中間成形品の筒壁部に対して、開口周縁部３６ａ，３６ｂに複数の凹部４２を有する通孔３０が、切削加工等により形成され、それによって、目的とする内側筒部材１２が作製されることとなる。
【００６４】
このように、本実施形態の消音装置においては、内側筒部材１２の周壁部２６の外面と内面における各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂのそれぞれの周上の４個所に、凹部４２が、互いに独立して、それぞれ形成されている。そのため、排気管２８内を排気ガスと共に流通せしめられる生成水や水蒸気の凝縮水からなる水滴が、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂや内周面部３２に付着したときに、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂや内周面部３２における凹部４２形成部位と、それに付着する水滴との間に生ずる界面張力と、各通孔３０の開口周縁部３６ａ，３６ｂや内周面部３０における凹部４２非形成部位と、それに付着する水滴との間に生ずる界面張力とが、互いに異なる大きさとなる。
【００６５】
従って、かかる本実施形態の消音装置にあっても、前記三つの実施形態と同様な作用・効果が、有効に享受され得ることとなる。
【００６６】
ここにおいて、通孔の内周面部や開口周縁部に凹部や凸部を設けることで、前記せる如き効果が得られることを確かめるために、本発明者等によって行われた試験について、詳述する。
【００６７】
すなわち、先ず、塩化ビニル樹脂製で、厚さ１ｍｍの平板を１枚を準備した。そして、この平板に対して、直径が６ｍｍの円形の通孔を、互いに所定の間隔を隔てた状態で、２０個形成した。そして、それら２０個の通孔の中からの１０個の通孔を選び、それら選ばれた１０個の通孔のそれぞれの内周面部に、１ｍｍの深さを有するＶ字状の凹部を、切削加工により、４個形成した。なお、それら４個の凹部は、各通孔の内周面部のうち、周方向に９０°の位相差をもって位置する周上の４個所に、それぞれ独立して、１個ずつ位置するように為した。
【００６８】
次に、内周面部に４個の凹部が形成された１０個の通孔と、そのような凹部を内周面部に何等有しない１０個の通孔とが設けられた平板と霧吹きとを用い、かかる平板を水平に位置せしめた状態で、その表面から１００ｍｍ離隔した位置から、平板の表面全体に、霧吹きにて、水を均等に噴霧した。その後、内周面部に凹部が設けられた１０個の通孔のうちで、水膜が形成された通孔の数と、内周面部に凹部が何等設けられていない１０個の通孔のうちで、水膜が形成された通孔の数とを、それぞれ調べた。そして、このような平板に対する水の噴霧と水膜が形成された通孔の数を調べる一連の操作を行う試験を、５回繰り返して行った。
【００６９】
その結果、内周面部に凹部が何等設けられていない１０個の通孔のうちで、水膜が形成された通孔の数は、１回目から５回目までの試験で、それぞれ、２個、３個、４個、４個、３個であり、１０個の通孔に対する水膜が形成された通孔の数の割合の平均は、３２％であった。これに対して、内周面部に凹部が４個設けられた１０個の通孔のうちで、水膜が形成された通孔の数は、１回目から５回目までの試験で、それぞれ、１個、２個、２個、３個、１個であり、１０個の通孔に対する水膜が形成された通孔の数の割合の平均は、１８％であった。これらの試験結果から、通孔の内周面部に凹部を複数個設けることによって、かかる通孔に対する水膜の形成が、明らかに抑制され得ることが認められる。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、各通孔３０の内周面部３２や開口周縁部３６ａ，３６ｂに設けられる凸部３４，３８や凹部４０，４２の配設個数は、例示のものに何等限定されるものではなく、１個であっても、複数個であっても良く、凸部３４，３８や凹部４０，４２のそれぞれの大きさや、内周面部３２、或いは開口周縁部３６ａ，３６ｂの大きさ等に応じて、適宜に決定される。
【００７２】
また、それら凸部３４，３８や凹部４０，４２の配設位置も、内周面部３２や開口周縁部３６ａ，３６ｂに位置するのであれば、特に限定されるものではない。
【００７３】
さらに、例えば、図７及び図８に示されるように、一つの通孔３０の内周面部３２と開口周縁部３６ａ，３６ｂの両方に対して、凸部３４，３８のみを設けたり、或いは凹部４０，４２のみを設けたりしても良い。
【００７４】
また、例えば、図９に示されるように、一つの通孔３０の内周面部３２と開口周縁部３６ａ，３６ｂの両方に対して、凸部３４，３８と凹部４０，４２とを種々組み合わせて設けても、何等差し支えない。更に、通孔３０の内周面部３２に設けられた凸部３４に対して、通孔３０の開口周縁部３６に設けられる別の凸部３８を形成することも出来る。更にまた、一つの通孔３０の内周面部３２と開口周縁部３６ａ，３６ｂの両方に対して、凸部３４，３８のみを、或いは凹部４０，４２のみを設けても良い。
【００７５】
また、図示されてはいないものの、凸部や凹部のうちの少なくとも何れか一方を、一つの通孔における内周面部と周壁部外面側の開口周縁部と周壁部内面側の開口周縁部のうちの何れか一つの部位のみに設けるようにしても、何等差し支えない。なお、一つの通孔における周壁部外面及び内面側の開口周縁部の両方に、凸部や凹部を設ける場合にあっても、凸部や凹部の形成位置を、周壁部外面及び内面側の開口周縁部の両方において、必ずしも周方向に対応した位置とする必要はない。
【００７６】
さらに、凸部や凹部のうちの少なくとも何れか一方を、一つの通孔における内周面部と周壁部外面側の開口周縁部の両方のみに設けたり、或いは一つの通孔における内周面部と周壁部内面側の開口周縁部の両方のみに設けたりしても良い。
【００７７】
更にまた、凸部と凹部の両方を、一つの通孔における周壁部外面側と内面側の開口周縁部の両方のみに設けることも出来る。
【００７８】
また、多数の通孔の全てが、凸部や凹部の形成構造（凸部や凹部の形状や形成位置、或いは形成個数等）において同一とされている必要は全くなく、それら多数の通孔のうちの全て、或いは幾つかのものが、凸部や凹部の形成構造において互いに異なるように構成されていても、何等差し支えない。
【００７９】
そして、そのような凸部や凹部の形状や大きさも、前記幾つかの実施形態において示されるものに、何等限定されるものではないことは、言うまでもないところである。
【００８０】
また、前記実施形態では、排気ガス流路が、排気管２８の途中に接続される内側筒部材１２にて構成されていたが、排気管２８の一部分の管壁に多数の通孔３０を設けて、この排気管２８の通孔３０形成部位にて、排気ガス流路を構成することも出来る。
【００８１】
さらに、前記実施形態においては、消音手段が、排気ガス流路としての内側筒部材１２に外挿配置された吸音材１４にて構成されていたが、排気ガス流路の周りに共鳴室を、公知の構造において形成し、この共鳴室にて、消音手段を構成しても良い。また、消音手段を吸音材１４にて構成する場合に、包囲部材としての外側筒部材１０を省略することも出来る。なお、包囲部材を設ける場合にあっても、その形状や大きさ等は、特に限定されるものではない。
【００８２】
加えて、本発明は、燃料電池車に装着された燃料電池の消音装置の他、各種の用途に使用される燃料電池の消音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。
【００８３】
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】
【００８４】
【図１】本発明に従う燃料電池用消音装置の一実施形態を示す縦面説明図である。
【図２】図１におけるII−II断面説明図である。
【図３】図１に示された燃料電池用消音装置における排気ガス流路の一部を拡大して示す斜視説明図であって、かかる排気ガス流路に形成された通孔の構造を示している。
【図４】本発明に従う燃料電池用消音装置の別の例における図３に対応する図である。
【図５】本発明に従う燃料電池用消音装置の更に別の例における図３に対応する図である。
【図６】本発明に従う燃料電池用消音装置の他の例における図３に対応する図である。
【図７】本発明に従う燃料電池用消音装置の更に他の例における図３に対応する図である。
【図８】本発明に従う燃料電池用消音装置の別の例における図３に対応する図である。
【図９】本発明に従う燃料電池用消音装置の更に別の例における図３に対応する図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  外側筒部材                      １２  内側筒部材
１４  吸音材                          ２６  周壁部
２８  排気管                          ３０  通孔
３２  内周面部                        ３４，３８  凸部
３６  開口周縁部                      ４０，４２  凹部
【図１】
2007207705.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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