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JP2004225595A - 消音器 - Google Patents

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JP2004225595A
JP2004225595A JP2003013544A JP2003013544A JP2004225595A JP 2004225595 A JP2004225595 A JP 2004225595A JP 2003013544 A JP2003013544 A JP 2003013544A JP 2003013544 A JP2003013544 A JP 2003013544A JP 2004225595 A JP2004225595 A JP 2004225595A
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muffler
exhaust pipe
exhaust gas
water
expansion chamber
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JP2003013544A
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Yohei Toyoshima
洋平 豊島
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Marelli Corp
Original Assignee
Calsonic Kansei Corp
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Publication date
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Abstract

【課題】排気ガスに混入される水分を極力排除して安定した消音性能を維持でき、且つ排気管からの水飛びも有効に防止できる消音器を提供する。
【解決手段】燃料電池の排気ガスを排出する排気管7、8に介在される消音器1Aであって、内部が第1〜第4拡張室6a〜6dに仕切られ、この複数の拡張室6a〜6dの内で、排気管7の流入口7aが開口する第1拡張室6aに排水口13を設けた。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料を用いる燃料電池自動車などの排気管に介在される消音器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料電池システムを用いた燃料電池自動車が種々提案されている。燃料電池自動車には、燃料電池からの排気ガスを排出する排気管が設けられている。そして、このような燃料電池自動車としては、排気管の途中に水抜き管を付設したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−96648号公報、第3頁、図2
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の燃料電池自動車では、排気管の途中で自然に凝縮した水を抜く機能を持たせものであり、排気管を通る排気ガスには多くの水が混入されたままである。したがって、排気管の排気口からは排気ガスと共に水が放出されるため、排気管からの水飛びを防止できないものであった。
【0005】
一方、排気ガスが排気管から排出される際の騒音を防止するために、排気管の途中には消音器が介在される。この消音器内に水が溜まると、消音器自体の消音性能が劣化するという問題がある。具体的には、消音器に使用される吸音材は、図5及び図6に示すように、低音、高音を問わず吸音材の含水率(%)、すなわち(水の体積/吸音材充填体積)×100の値が4%を越えると消音劣化レベルが急激に高くなり、特に、高音においてその消音劣化レベルが一層高くなる。このように消音劣化レベルが急激に高くなる理由は、含水により音波に対する吸音材の接触表面積が減少するためであると考えられる。
【0006】
そこで、本発明の目的は、排気ガスに混入される水分を極力排除して安定した消音性能を維持でき、且つ、排気管からの水飛びも有効に防止できる消音器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、燃料電池の排気ガスを排出する排気管に介在される消音器であって、内部が複数の拡張室に仕切られ、これら複数の拡張室のうち、排気管の流入口が開口する前記拡張室に排水口を設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の消音器であって、排気管の流入口が開口する前記拡張室には、排気ガス内の水分を分離、除去する除水器を設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の消音器であって、除水器は、前記排気管の流入口を囲むように配置され、多数の孔が設けられた筒部と、前記排気管の流入口が対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部とから構成されたことを特徴とする。
【0010】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の消音器であって、筒部は、円筒形状であることを特徴とする。
【0011】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された消音器であって、複数の拡張室管を仕切る各仕切り壁には、その下方位置に連通孔をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【0012】
請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載された消音器であって、排水口にチューブが接続されていることを特徴とする。
【0013】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、排気管の流入口が開口する拡張室に排気ガスが流入すると、排気ガスが拡散することにより排気ガスに含有された水分の凝縮が促進され、凝縮によってできた水滴が排水口より排水される。この結果、消音器内に水が溜まることがなく、安定した消音性能を維持できる。そして、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管からの水飛びを抑制できる。
【0014】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、排気ガス中の水分が除水器によっても分離される。従って、排気ガスに混入される水量を更に低減でき、排気管からの水飛びを有効に防止できる。
【0015】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明の効果に加えて、排気管から拡張室に流入した排気ガスは閉塞プレート部に衝突し、衝突した際に排気ガスの水分が分離されると共に、閉塞プレート部に衝突した排気ガスはその後に筒部に形成された多数の孔から放出されることによって拡張室の内壁に衝突し、衝突した際に排気ガスの水分が凝縮、分離される。以上の動作によって除水器が排気ガス中の水分を分離する。また、排気ガスが多数の孔を通過することから整流され、気流音および圧力損失を小さくできる。
【0016】
請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の発明の効果に加え、排気ガスが筒部の多数の孔より流入口が開口する拡張室の内壁に向かって放射状に放出されるため、排気ガスが円滑に放出されることから気流音および圧力損失をより小さくできる。
【0017】
請求項5記載の発明によれば、請求項1〜請求項4に記載された発明の効果に加え、流入口が開口する拡張室以外の拡張室で凝縮した水滴が連通孔を通って流入口が開口する拡張室に流入し、排水口より排水される。したがって、消音器内に溜まる水量を更に低減でき、安定した消音性能を維持できる。
【0018】
請求項6記載の発明によれば、請求項1〜請求項5に記載された発明の効果に加え、排水口からの騒音を低減できる。また、チューブの他端側位置を自由に設定できるため、排水口から排出される水の水飛び対策が容易になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る消音器の詳細を図面に示す各実施の形態に基づいて説明する。
【0020】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る消音器の断面図、図2(a)は閉塞プレート部12側から見た除水器の斜視図、図2(b)は排気管の流入側から見た除水器の斜視図である。
【0021】
図1に示すように、消音器1Aは、円筒状に形成されたシェル2と、このシェル2の両端面を塞ぎ、円板状に形成された2枚のエンドプレート3、4とを有している。なお、シェル2およびエンドプレート3、4は、吸音材で形成されている。これらシェル2およびエンドプレート3、4によって内部に略密閉された空間が形成されている。この空間は、吸音材で形成された3枚の仕切り壁5a、5b、5cによって第1拡張室〜第4拡張室6a〜6dの4室に仕切られている。第1拡張室6a側のエンドプレート3には、上流側の排気管7の流入口7aが開口されている。上流側の排気管7の他端側は、例えば燃料電池(図示せず)側に接続され、燃料電池からの排気ガスは第1拡張室6aに最初に流入する。
【0022】
第4拡張室6d側のエンドプレート4および3枚の各仕切り壁5a〜5cには、下流側の排気管8の一端側が貫通されている。貫通された下流側の排気管8の流入口8aは、第1拡張室6aに臨む位置に開口されている。下流側の排気管8における第2拡張室6b、第3拡張室6c及び第4拡張室6cに位置する部分は、周壁が網状に多数の孔が形成されたメッシュ部9となっており、排気ガスがメッシュ部9を介して第2〜第4拡張室6b〜6dに自由に流出入できるようになっている。
【0023】
第1拡張室6aには除水器10が内蔵されている。除水器10は、排気管7の流入口7aを囲む位置に配置され、図2(a)および(b)に示すように、多数の孔11aが設けられた円筒形状の筒部11と、排気管7の流入口7aが対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部12とから構成されている。
【0024】
また、図1に示すように、第1拡張室6a側のシェル2で、且つ、シェル2の最下方位置には、排水口13が開設されている。
【0025】
次に、上記消音器1Aの動作を説明する。上流側の排気管7から第1拡張室6aに排気ガスが流入すると、排気ガスが第1拡張室6aの略密閉した空間で拡散し、その後にも、第2〜第4拡張室6b〜6dに順次拡散流入する。このように拡散された排気ガスが吸音材でなるシェル2やエンドプレート3、4に衝突することで消音される。
【0026】
上記した動作過程にあって、上流側の排気管7から第1拡張室6aに流入する排気ガスは、拡散しつつ除水器10の閉塞プレート部12に衝突する。排気ガスに含まれる水分は、気体拡散による低温化と閉塞プレート部12への衝突によって凝縮が促進される。閉塞プレート部12に衝突した排気ガスは、除水器10の筒部11の多数の孔11aから除水器10外に放出され、第1拡張室6aのシェル2の内壁に衝突する。排気ガスに含まれる水分は、シェル2の内壁への衝突によって凝縮が促進される。このようにして第1拡張室6aに溜まった水滴は、排水口13より外部に排水される。
【0027】
第1拡張室6aのシェル2の内壁に衝突した排気ガスは、仕切り壁5aに臨むように開口した下流側の排気管8に流入し、下流側の排気管8のメッシュ部9より第2〜第4拡張室6b〜6dに流出入を繰り返しながら下流側に進む。そして、最終的に下流側の排気管8を通って外気に流出される。
【0028】
このようにして、消音器1A内において、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管8からの水飛びを極力防止できる。また、消音器1Aの内部に水が溜まらないため、安定した消音性能を維持できる。
【0029】
上述した第1の実施の形態では、第1拡張室6aに除水器10を設けているため、排気ガス中の水分が除水器10によっても凝縮される。したがって、排気ガスに混入される水量を更に低減でき、排気管8からの水飛びを有効に防止できる。
【0030】
また、第1の実施の形態では、排気ガスが多数の孔11aを通過することから整流され、気流音および圧力損失を小さくできる。
【0031】
なお、除水器10は、排気ガス中の水分を凝縮、分離できるものであればよく、上記以外の構造を有するものであってもよい。
【0032】
第1の実施の形態では、除水器10の筒部11は、円筒形状に形成されている。したがって、排気ガスが筒部11の多数の孔11aより第1拡張室6aのシェル2内壁に向かって放射状に放出されるため、気流の流れが円滑で気流音および圧力損失をより小さくできる。なお、筒部11は、円筒形状以外の形状にしてもよい。
【0033】
図3は、本発明に係る消音器の第2の実施の形態を示す断面図である。図3に示すように、この第2の実施の形態の消音器1Bは、上記した第1の実施の形態の消音器1Aと比較して各仕切り壁5a〜5cの下方位置に連通孔14a、14b、14cがそれぞれ形成されている。本実施の形態における他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、図面の同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
【0034】
この第2の実施の形態の消音器1Bにおいても、上記第1の実施の形態と同様に、排気ガスに混入される水量が低減され、排気管8からの水飛びを極力防止できる。また、消音器1Bの内部に水が溜まらないため、安定した消音性能を維持できる。
【0035】
また、第2の実施の形態では、第2〜第4拡張室6b〜6dに溜まった水滴も連通孔14a〜14cを通って第1拡張室6aに流入し、排水口13より排水される。したがって、消音器1B内に溜まる水量を更に低減でき、更に安定した消音性能を維持できる。
【0036】
図4は、排水構造の変形例を示す要部断面図である。図4に示すように、排水口13には細径のチューブ15の一端側が接続されており、第1拡張室6a内の水滴をチューブ15を介して排水するようになっている。なお、チューブ15は、細径であればあるほど消音の観点からは好ましい。
【0037】
このような排水構造にすることにより、排水口13からの騒音(脈動音、気流音、笛吹き音など)を低減できる。また、チューブ15の他端側の開口位置を自由に設定できるため、排水口13から排出される水の水飛び対策が容易になる。
【0038】
また、排水口13に開閉式弁や蓋を付設してもよく、このような構成にすることによっても騒音(脈動音、気流音、笛吹き音など)を低減でき、しかも、排水時期を適宜選択できるため、水飛び対策が容易にできる。
【0039】
なお、上記した第1および第2の実施の形態では、消音器1A、1Bの内部は第1〜第4拡張室6a〜6dの4室に仕切られているが、2室に仕切られていても、3室に仕切られていても、5室以上に仕切られていてもよく、適宜消音目的に合わせて設計変更することが可能である。
【0040】
以上、第1および第2の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る消音器の第1の実施の形態を示す断面図である。
【図2】(a)は第1の実施の形態に係る消音器における閉塞プレート部側から見た除水器の斜視図、(b)は排気管の流入側から見た除水器の斜視図である。
【図3】本発明に係る消音器の第2の実施の形態を示す消音器の断面図である。
【図4】第1および第2の実施の形態における排水構造の変形例を示す要部断面図である。
【図5】周波数帯域が0.6〜1KHzにおける吸音材の含水率に対する消音劣化レベルを示す特性線図である。
【図6】周波数帯域が1.4〜2KHzにおける吸音材の含水率に対する消音劣化レベルを示す特性線図である。
【符号の説明】
1A、1B 消音器
5a〜5c 仕切り壁
6a 第1拡張室
6b 第2拡張室
6c 第3拡張室
6d 第4拡張室
7 排気管
7a 流入口
8 排気管
10 除水器
11 筒部
11a 孔
12 閉塞プレート部
13 排水口
14a〜14c 連通孔
15 チューブ

Claims (6)

  1. 燃料電池の排気ガスを排出する排気管(7、8)に介在される消音器(1A、1B)であって、
    内部が複数の拡張室(6a〜6d)に仕切られ、前記複数の拡張室(6a〜6d)のうち、前記排気管(7)の流入口(7a)が開口する前記拡張室(6a)に排水口(13)を設けたことを特徴とする消音器(1A、1B)。
  2. 請求項1記載の消音器(1A、1B)であって、
    前記排気管(7)の流入口(7a)が開口する前記拡張室(6a)には、排気ガス内の水分を分離、除去する除水器(10)を設けたことを特徴とする消音器(1A、1B)。
  3. 請求項2記載の消音器(1A、1B)であって、
    前記除水器(10)は、前記排気管(7)の前記流入口(7a)を囲むように配置され、多数の孔(11a)が設けられた筒部(11)と、前記排気管(7)の流入口(7a)が対向する面に配置され、孔が設けられていない閉塞プレート部(12)とから構成されていることを特徴とする消音器(1A、1B)。
  4. 請求項3記載の消音器(1A、1B)であって、
    前記筒部(11)は、円筒形状であることを特徴とする消音器(1A、1B)。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された消音器(1B)であって、
    前記拡張室(6a〜6d)同士を仕切る各仕切り壁(5a〜5c)には、その下方位置に連通孔(14a〜14c)をそれぞれ設けたことを特徴とする消音器(1B)。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載された消音器であって、
    前記排水口(13)にチューブ(15)を接続したことを特徴とする消音器。
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