(57)【要約】【課題】燃料電池からのオフガスに含まれる水の撒き上がりを極力抑える。【解決手段】酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管１００とを備えた燃料電池システムを搭載した車両Ｓであって、排気管１００は、車両Ｓの後部にて後方へ向けて配置された放出側端部に、同心円状に配置された小径の内管１０１を有する。排気管１００の内周と内管１０１の外周とは放出端側にて連結されており、排気管１００と内管１０１との連結部１０２の重力方向上部には、開口部１０３が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムであって、
前記排気管は、前記オフガスの外部への放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、
前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の使用時における重力方向上部には、開口部が形成されている燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜している燃料電池システム。
【請求項３】
酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムを備えると共に、前記燃料電池を駆動源の少なくとも一部として利用する燃料電池車であって、
前記排気管は、車両後部にて後方へ向けて配置された前記オフガスの放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、
前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の重力方向上部には、開口部が形成されている燃料電池車。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池車において、
前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜している燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池からのオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムと、この燃料電池システムを搭載した燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源からの排気ガスを外部へ導く排気管としては、その端部を二重管とし、マフラ本体や車体へのオイルの付着を抑えたり、消音効果を高めるものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
ところで、酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池車では、発電によって生成された水が燃料オフガス及び酸化オフガスとともに排出される。このため、この燃料電池車における排気管構造には、排気管を二重構造としてマフラの上流側にて排気管内を流れる水を排出することにより、水による吸音材の劣化を抑制するものがある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平９−２９１８１６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０３２０号公報
【特許文献３】特開平１０−２５２４４３号公報
【特許文献４】特開２００５−７３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料電池車の排気管から排出される水は、排気管内をオフガスと混在して流れ、排気管の屈曲箇所にて複数の液滴に分散し、その後、外部への放出側端部から排出されるときに、走行時に車両床下を流れる走行風によって撒き上げられる。このため、車両後方における見栄えが悪く、また、後続車へ水が飛散することがあった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池からのオフガスに含まれる水の撒き上がりを極力抑えることが可能な燃料電池システムおよび燃料電池車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムであって、前記排気管は、前記オフガスの外部への放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の使用状態における重力方向上部には、開口部が形成されている。
また、本発明の燃料電池車は、酸化ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスを外部に導く排気管と、を備えた燃料電池システムを備えると共に、前記燃料電池を駆動源の少なくとも一部として利用する燃料電池車であって、前記排気管は、車両後部にて後方へ向けて配置された前記オフガスの放出側端部に、当該排気管の内周との間に所定の隙間が形成されるように同心円状に配置された内管を有すると共に、放出端側における前記排気管の内周と前記内管の外周とが全周にわたって連結されてなり、前記排気管の内周と前記内管の外周との連結部の重力方向上部には、開口部が形成されている。
【０００６】
これらの構成によれば、燃料電池から排出されたオフガスは、排気管の外部への放出側端部に設けられた内管から外部へ排出される一方で、オフガスに含まれている水は、放出端側の連結部に堰き止められて排気管の内周と内管の外周との隙間に一旦貯留された後に、放出端側の連結部の重力方向上部に形成された開口部から外部に排出されることになる。
このように、オフガス中の水が、たとえ排気管の流通過程において複数の液滴に分散したとしても、それら複数の液滴が放出側端部にて一時貯留されてから外部へと排出されるようになるので、燃料電池車においては、走行時の走行風による水の撒き上がりを極力抑えることができ、車両後方における見栄えを良くし、さらには、後続車への水の飛散を抑制することができる。
また、前記排気管の放出側端部は、重力方向下方側に傾斜していてもよい。
かかる構成によれば、液滴に分散した水の放出端側での集結および一時貯留をより確実に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池からのオフガスに含まれる水の撒き上がりを極力抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明に係る排気管を有する燃料電池車の燃料電池システムの全体構成を説明する。この燃料電池システムは燃料電池車両（以下、車両Ｓ）の車載発電システムであるが、車両搭載用の燃料電池システム以外にも、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。
【０００９】
図１に示される燃料電池システム１において、酸化ガスとしての空気（外気）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、及び空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１が設けられている。エアフィルタＡ１には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられている。コンプレッサＡ３は、モータによって駆動される。このモータは、後述の制御部５０によって駆動制御される。
【００１０】
燃料電池２０から排出される空気オフガス（酸化オフガス）は、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、圧力調整弁Ａ４、及び加湿器Ａ２１が設けられている。圧力調整弁Ａ４は、燃料電池２０への供給空気圧を設定する調圧（減圧）器として機能する。制御部５０は、コンプレッサＡ３を駆動するモータの回転数及び圧力調整弁Ａ４の開度面積を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
【００１１】
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源３０から水素供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。
【００１２】
水素供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁Ｈ１００、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、及び燃料電池２０の水素供給口と水素供給路７４間を開閉する遮断弁Ｈ２１が設けられている。水素調圧弁Ｈ９としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。
【００１３】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガス（燃料ガスのオフガス）として水素循環路７５に排出され、水素供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０が設けられている。
【００１４】
遮断弁Ｈ２１は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは、水素供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。遮断弁Ｈ２１は、制御部５０からの信号で駆動される。
【００１５】
水素循環路７５は、排出制御弁Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって加湿器Ａ２１の下流側の排気路７２に接続されている。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスは燃料電池２０から排出された空気オフガスとともに外部へ排出（パージ）される。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
【００１６】
燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられている。冷却路７３には、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、及び冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１が設けられている。また、ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。
【００１７】
燃料電池２０は、水素ガスと空気の供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
【００１８】
制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成る制御コンピュータシステムによって構成されており、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
【００１９】
図２及び図４に示すように、排気路７２は、排気管１００からなるもので、その外部への放出側端部が車両Ｓの後部にて後方へ向けて配置され、さらに、放出側端部近傍にて屈曲されて僅かに重力方向下方へ向けられている。この排気管１００には、その放出側端部に、円筒状の内管１０１が当該排気管１００の内周との間に所定の隙間１１０が形成されるように同心円状に設けられており、放出端側におけるこれら内管１０１の外周と排気管１００の内周とが全周にわたって連結されている。
そして、図３及び図４に示すように、内管１０１の外周と排気管１００の内周との連結部１０２には、その重力方向上部に開口部１０３が形成されており、この開口部１０３以外は封鎖されている。つまり、内管１０１と排気管１００との隙間１１０は、開口部１０３を介して外部と連通している。
【００２０】
上記車両Ｓに搭載された燃料電池システム１では、排気路７２に送られたオフガスが、排気路７２を構成する排気管１００を通り、その放出端にて、内管１０１から外部に排出される。
また、この排気管１００では、図２中の矢印にて示すように、オフガスとともに排出される燃料電池２０からの水が流れ、その放出端にて、連結部１０２に堰き止められて排気管１００と内管１０１との隙間１１０に一旦溜まり、その後、排気管１００と内管１０１との連結部１０２の重力方向上部に形成された開口部１０３を通って外部に排出される。
【００２１】
以上説明したとおり、上記の構成からなる排気管１００を備えた燃料電池システム１によれば、オフガス中の水が、たとえ排気管１００の流通過程において複数の液滴に分散したとしても、それら複数の液滴が放出側端部にて一時貯留されてから外部へと排出されるようになる。また、排気管１００の放出側端部が重力方向下方に傾斜しているので、液滴に分散した水の放出端側での集結および一時貯留がより確実に行われる。
したがって、この燃料電池システム１を搭載した車両Ｓによれば、走行時の走行風による水の撒き上がりを極力抑えることができ、車両Ｓの後方における見栄えを良くし、さらには、後続車への水の飛散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池車に搭載された燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示す排気路を構成する排気管の構造を説明する概略側断面図である。
【図３】同排気管の構造を説明する排気管の後端側の正面図である。
【図４】図２に示す排気管の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…燃料電池システム、２０…燃料電池、１００…排気管、１０１…内管、１０２…連結部、１０３…開口部、１１０…隙間、Ｓ…車両（燃料電池車）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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