JP2015209043A - 車両の排気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管内に滞留した水分を排出することができる車両の排気構造を提供することを課題とする。【解決手段】車両の排気構造は、車体後部８ｂにおいて、前方からの排気を通し、上方向に向けて形成された駆け上がり部６ｄ、または、下方向に向けて形成された駆け下がり部６ｃを有する排気管６と、排気管６を搭載した車両Ｃで利用される送風手段３と、排気管６の上流から駆け上がり部６ｄ、または、駆け下がり部６ｃまでの間のいずれかの位置に接続されて、送風手段３からの気体を導入する導入管６０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、排気をするための排気管を搭載した車両の排気構造に関する。

一般に、水素や石油系の燃料を使用して排気を排出するエンジンを搭載した車両や、排ガスを排出する燃料電池等の電源を搭載した車両では、動力源や燃料電池等の電源を車体前部に配置して、車体後部に排気を希釈する希釈器を配置している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された燃料電池車両等の一般の車両では、車体前端部にファン付きのラジエータを配置し、その後方にラジエータで冷却される燃料電池やエンジンを配置し、車体後部に燃料電池やエンジンから排出された排気を希釈する希釈器が配置されている。燃料電池やエンジンから排出された排気は、車体の床下空間に配置された排気管によって車体後部に送られた後、車体後方へ排出される。その排気管内を流れる排気中には、燃料電池の発電の際に生成された生成水や、その他の不純物が含まれている。

特開２００９−１７０２０９号公報

図７は、燃料電池車両に搭載される排気管の比較例を示す概略図である。
図７に示すように、燃料電池車両１００に搭載される比較例の排気管２００は、前端部２１０が、車体前部に配置された燃料電池３００に接続され、後端部２２０が、車体後部に配置された希釈器４００を介して車両後方に向けて開口した状態に配置されている。

排気管２００の前端部２１０は、モータルームＭＲの下方から隔壁５００の下側、及び、車幅方向に延びるクロスメンバやフロントサブフレームの下側を通って車体後方に向けて延びている。このため、排気管２００の前端部２１０には、車両の床下前端部１１０付近で、後方向に向かって斜めに下降した駆け下がり部２３０が形成されている。

排気管２００の後端部２２０は、車室の床下空間１２０の後端部から車幅方向に延びるクロスメンバやリヤサブフレームの下側を通って、荷室床下空間１３０に配置され希釈器４００に向かって延びている。希釈器４００は、燃料電池車両１００が後退して縁石６００に衝突した場合に、衝突荷重によって変形したり、損傷したりして機能が低下するのを抑制するために、縁石６００の高さＨ１００よりも高い高さＨ２００の位置に配置されている。このため、排気管２００の後端部２２０は、車両の荷室床下空間１３０の手前付近で、後方向に向かって斜めに上昇した駆け上がり部２４０が形成されている。

図７に示す燃料電池車両１００に搭載された排気管２００では、駆け下がり部２３０と、駆け上がり部２４０と、が形成されていることによって、駆け下がり部２３０及び駆け上がり部２４０の下端部が低くなっている。このため、排気管２００を生成水が流れた場合は、駆け下がり部２３０及び駆け上がり部２４０の下端部に、生成水が滞留してしまい排水性が良好とは言えなかった。

排気管２００内に生成水が滞留している場合、厳冬期等で外気が低温状態のときには、その生成水が凍結し、状況によっては、排気管２００内の流路が閉塞されて排気が排出されない虞があった。さらに、寒冷地においては、排気管２００の後端部にある希釈器４００に雪が付着した場合、雪と外気温とで排気管２００内及び希釈器４００内の水分が凍結して、排気管２００内及び希釈器４００内の容積が減少することによって、希釈器４００の性能を悪化させる可能性があった。

そこで、本発明は、排気管内に滞留した水分を排出することができる車両の排気構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る車両の排気構造は、車体後部において、前方からの排気を通し、上方向に向けて形成された駆け上がり部、または、下方向に向けて形成された駆け下がり部を有する排気管と、前記排気管を搭載した車両で利用される送風手段と、前記排気管の上流から、前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置に接続されて、前記送風手段からの気体を導入する導入管と、を備えていることを特徴とする。

このような構成によれば、車両の排気構造は、送風手段からの気体が導入管を介して排気管に導入されることにより、排気管の駆け上がり部、または、駆け下がり部に滞留した生成水等の水分を、導入した気体によって排気管外に噴き飛ばすことができる。

また、前記排気管の後端部側には、前記排気管によって送られた前記排気が送り込まれる希釈器を備えていることが好ましい。

このような構成によれば、排気管は、後端部側に希釈器を備えていることにより、送風手段からの気体を希釈器に送り込んで、希釈器内に滞留した水分を噴き飛ばすことができる。

また、前記送風手段は、コンプレッサであることが好ましい。

このような構成によれば、送風手段は、コンプレッサであることにより、コンプレッサで加圧されて高温化された空気を排気管内に導入させることによって、排気管内で凍結していた水分を解凍させて噴き飛ばすことができる。このため、排気管内で水分が凍結したとしても、コンプレッサからの温風で凍結した水分を解凍させて気化させることができるので、凍結によって排気管内が閉塞されるのを解消させることができる。

また、前記送風手段は、燃料電池に対して酸素含有ガスを供給することが好ましい。

このような構成によれば、送風手段は、燃料電池に酸素含有ガスを供給することにより、酸素含有ガス中の酸素が燃料電池で水素と電気化学反応することによって発電させることができるとともに、余剰に供給される酸素含有ガスの流れを利用して、滞留した水分を排気管外に排出することができる。

また、前記送風手段は、蓄電装置に対して冷却用ガスを供給することが好ましい。

このような構成によれば、送風手段は、蓄電装置に冷却用ガスを供給することにより、冷却用ガスで蓄電装置を冷却することができるとともに、昇温した冷却済みのガスを利用して、凍結した水分の解凍を早めたり、滞留した水分を排気管外に排出することができる。

また、送風手段は、前記車両のモータルームに配置されて車体前方から吸引して取り入れた外気を供給することが好ましい。

このような構成によれば、モータルームに配置された送風手段は、車体前方から吸引して取り入れた外気を排気管内に導入させることにより、その外気によって、排気管内に貯留した生成水等を気化させて排出させることができる。

また、前記排気管の上流から前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置は、前記車両が走行可能な地形で最も前傾した場合に、前記排気管のうちで最も低くなる部分に設定されていることが好ましい。

このような構成によれば、排気管は、駆け上がり部、または、駆け下がり部までの間の最も低く設定された部分に水が溜まり易くなっている。その最も低く設定された部分に水が溜まったとしても、送風手段から送られた気体を排気管の上流から最も低く設定され部分に送ることによって、水や凍結した水を気化させて排出させることができる。

本発明に係る車両の排気構造は、排気管内に滞留した水分や凍結した水分を気化させて排出させることができる。

本発明の実施形態に係る車両の排気構造を搭載した車両の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る車両の排気構造の一例を示すブロック図である。 排気管の設置状態を示す車体後部の概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る車両の排気構造を搭載した車両が坂道を登るときの状態を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る車両の排気構造を搭載した車両が坂道を下るときの状態を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る車両の排気構造を搭載した車両の別例を示す概略図である。 燃料電池車両に搭載される排気管の比較例を示す概略図である。

図１〜図５を参照して、本発明の実施形態に係る車両の排気構造を説明する。
なお、車両の前進方向を「前」、後退方向を「後」、鉛直上方側を「上」、鉛直下方側を「下」、車幅方向を「左」、「右」として説明する。

≪車両≫
まず、本発明の実施形態に係る車両の排気構造を説明する前に、本発明の車両の排気構造が適用される車両Ｃについて説明する。図１に示すように、車両Ｃは、燃料を用いる装置から排出される排気を車体後部８ｂに向けて送る排気管６と、排気管６内に気体を導入させる送風手段３と、を搭載した自動車であれば、その形式及び種類は特に限定されない。つまり、車両Ｃは、排気管６と送風手段３とを有していればよい。
また、車両Ｃは、水素や石油系の燃料や代替燃料を使用して排ガスを排出するエンジンや、排ガスを排出する電源からの電力で駆動させるパワーユニット等を搭載して走行するものであれば、その形式・種類は特に限定されない。つまり、車両Ｃは、乗用車、バス、トラック、作業車等であってもよい。
以下、車両Ｃの一例として、水素オフガスを排出する燃料電池１０を搭載した乗用車タイプの燃料電池車両Ｖを例に挙げて本発明の実施形態を説明する。

≪燃料電池車両の構成≫
図１に示すように、燃料電池車両Ｖは、燃料電池１０の発電電力によって走行用の走行モータ（図示省略）を回転させて走行する電気自動車であり、燃料電池システム１を搭載している。燃料電池車両Ｖ（車両Ｃ）は、車体後部８ｂよりも前方に、水素を利用して発電を行う燃料電池１０を設置している。燃料電池車両Ｖの車体前部８ａには、ラジエータ２、燃料電池１０、走行モータ（図示省略）、コンプレッサ３１（送風手段３）等が収納されるモータルームＭＲが設置されている。燃料電池車両Ｖの車体後部８ｂには、水素タンク４と、希釈器５と、が設けられている。車体前部８ａから車体後部８ｂに亘って、排気管６が設置されている。また、車室の床下空間８５には、排気管６と、排気用サイレンサ１１と、が配置されている。

図１に示すように、モータルームＭＲの車体後方側には、モータルームＭＲの後側内壁を形成する隔壁８ｄが設置されている。
ラジエータ２は、燃料電池車両Ｖの走行によって発生する走行風を車体前方から吸引して取り入れて、熱媒である冷却水を冷却する。ラジエータ２は、例えば、燃料電池１０や走行モータ（図示省略）を冷却する冷却水を空気によって冷却するファン付きのラジエータから成る。

走行モータ（図示省略）は、燃料電池１０で発電された電力を使用して回転して車輪を駆動させるための電動モータである。また、走行モータ（図示省略）は、不図示のインバータまたはパワードライブユニット（ＰＤＵ）等によって、供給される電流が調整される。

排気用サイレンサ１１は、拡径された所定の内部空間を有し、排気管６で送られてきた燃料電池１０の排気により生ずる音を抑制する装置である。

≪燃料電池システム≫
図２に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池１０の発電を制御する電力制御系と、それらを電子制御する電子制御装置（図示省略）と、を備えている。

≪燃料電池≫
燃料電池１０は、アノード極に水素が供給され、カソード極に酸化剤ガスとしての空気（酸素）が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応によって発電するように構成されている。燃料電池１０では、発電する際に、水素ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応して水が生成される。生成された生成水は、水素オフガス循環路４３内に滞留する。

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク４（燃料ガス供給源）と、熱交換器４１と、圧力センサＰ１と、遮断弁Ｖ１と、エゼクタ４２と、キャッチタンク４４と、循環ポンプ４５と、逆止弁４６と、オリフィス４７，４９と、パージ弁Ｖ２と、水位センサ４８と、ドレン弁Ｖ３と、を主に備えている。

水素タンク４は、燃料電池１０に供給する燃料である高純度の水素ガスが高圧で充填された容器である。水素タンク４には、水素ガスを燃料電池１０に送る水素ガス供給路４０が接続されている。水素タンク４は、燃料電池車両Ｖの後輪付近の荷室８４の下前方に横置きに配置されている（図１参照）。

水素ガス供給路４０は、水素タンク４内の高圧水素を燃料電池１０に送るための流路である。水素ガス供給路４０は、上流側が水素タンク４に接続され、下流側が熱交換器４１、圧力センサＰ１、遮断弁Ｖ１、及びエゼクタ４２を介して燃料電池１０に接続されている。水素ガス供給路４０の遮断弁Ｖ１とエゼクタ４２との間には、水素オフガスを循環させる循環ポンプ４５が配置された水素オフガス循環路４３が接続されている。

熱交換器４１は、水素タンク４からの水素ガスの放出時に膨張して温度が低下した水素ガスに対して外部と熱交換を行って、外部の熱を吸熱させて昇温させることにより、水素ガスの露点温度の低下を防止して加湿し易い温度に調整する装置である。
遮断弁Ｖ１は、電子制御装置（図示省略）の指令で開弁して、水素ガスを燃料電池１０に供給させるためのバルブである。
圧力センサＰ１は、水素ガス供給路４０を流れて燃料電池１０に供給される水素ガスの圧力を計測する計測器である。圧力センサＰ１は、熱交換器４１と遮断弁Ｖ１との間に介在されている。
エゼクタ４２は、遮断弁Ｖ１からの水素ガスを噴射することで負圧を発生させるノズル（図示省略）と、その負圧で吸引されたオリフィス４７（水素オフガス循環路４３）からの水素オフガスとノズルから噴射された水素ガスとを混合させて燃料電池１０に向けて供給するディフューザ（図示省略）と、を備えている。

水素オフガス循環路４３は、燃料電池１０から排出された水素オフガスを再度、水素ガス供給路４０に戻して循環させる流路である。水素オフガス循環路４３には、キャッチタンク４４と、循環ポンプ４５と、逆止弁４６と、オリフィス４７と、が設けられている。また、水素オフガス循環路４３には、キャッチタンク４４、オリフィス４９及びドレン弁Ｖ３が設けられた排水路７１と、水素オフガス循環路４３から分岐されてパージ弁Ｖ２が設けられた水素オフガス排出路７２と、が接続されている。

キャッチタンク４４は、燃料電池１０の発電によって生じた生成水等を貯留するタンクである。キャッチタンク４４には、貯留された生成水の水量を検出する水位センサ４８が設けられている。
オリフィス４９は、キャッチタンク４４から排出される生成水を含む水素オフガスの流量を調整するものである。
ドレン弁Ｖ３は、開弁することによって、キャッチタンク４４に貯留した水（結露水）を排水路７１から排水させるための電磁弁である。

循環ポンプ４５は、水素ガス供給路４０の途中に接続された水素オフガス循環路４３に水素オフガスを循環させるためのポンプである。循環ポンプ４５は、上流側がキャッチタンク４４に接続され、下流側が逆止弁４６を介してエゼクタ４２に接続されている。

逆止弁４６は、水素オフガス循環路４３を流れる水素オフガスの流れを一方向（下流方向）に規制して、逆方向に流れるのを阻止する弁である。
オリフィス４７は、水素オフガス循環路４３からエゼクタ４２に流れる水素オフガスの流量を規制して調整するためのものであり、逆止弁４６に対して並列に接続されている。オリフィス４７は、上流側が循環ポンプ４５に接続され、下流側がエゼクタ４２に接続されている。

パージ弁Ｖ２は、燃料電池１０の発電時に、電子制御装置（図示省略）の指令で作動して開弁すると、水素オフガス循環路４３を循環する水素オフガスに含まれている不純物（水蒸気、窒素等）を水素オフガス排出路７２に排出するための電磁弁である。

排水路７１は、キャッチタンク４４に貯留された生成水を排気管６に送るための配管である。排水路７１は、上流側がドレン弁Ｖ３、オリフィス４９を介してキャッチタンク４４に接続され、下流側が排気管６（酸素オフガス排出路）との分岐点ｄに接続されている。

水素オフガス排出路７２は、水素オフガスを排気管６に送るための配管である。水素オフガス排出路７２は、上流側がパージ弁Ｖ２を介して水素オフガス循環路４３のキャッチタンク４４と循環ポンプ４５との間に接続され、下流側が排気管６との分岐点ｅ（図１参照）に接続されている。

＜カソード系＞
カソード系は、エアクリーナＡｃと、流量計Ｑ１と、第１温度センサＴ１と、コンプレッサ３１（送風手段３）と、サイレンサ３２と、インタクーラー３３と、圧力センサＰ２と、第１封止弁Ｖ４と、加湿器３４と、を主に備えている。

図２に示すように、エアクリーナＡｃは、空気供給流路３０に大気を吸入する際に、塵埃を除去するフィルタであり、空気供給流路３０の上流端に設けられている。エアクリーナＡｃの下流側は、流量計Ｑ１及び第１温度センサＴ１を介してコンプレッサ３１に接続されている。
流量計Ｑ１は、空気供給流路３０に取り入れる大気の流量を計測する計測器であり、検出した流量を電子制御装置（図示省略）に出力するようになっている。
第１温度センサＴ１は、空気供給流路３０に取り入れる大気の温度を計測する計測器であり、検出した温度を電子制御装置（図示省略）に出力するようになっている。

＜送風手段＞
送風手段３は、後記する導入管６０を介して排気管６に圧縮空気（気体）を導入させるための送風源である。また、送風手段３は、空気を空気供給流路３０を介して燃料電池１０に供給する送風源でもある。つまり、送風手段３は、排気管６を搭載した車両Ｃで利用されるものである。送風手段３の下流側には、導入管６０が接続されている。送風手段３は、例えば、コンプレッサ３１から成る。

コンプレッサ３１（送風手段３）は、モータ３１ｂの回転によってエアポンプ３１ａを駆動させて圧縮機３１ｃで高温の圧縮空気を生成する装置である。コンプレッサ３１は、燃料電池１０に酸化剤として供給される空気を送り出すのに用いられる。コンプレッサ３１は、電子制御装置（図示省略）の指令で作動すると、酸素（酸化剤ガス）を含む空気を燃料電池１０、または、後記する導入管６０を介して排気管６に供給するようになっている。

空気供給流路３０は、燃料電池１０のカソードに空気を供給する供給路である。空気供給流路３０は、上流側がコンプレッサ３１を介して前記流量計Ｑ１、第１温度センサＴ１及びエアクリーナＡｃに接続され、下流側がサイレンサ３２、インタクーラー３３、圧力センサＰ２、第１封止弁Ｖ４及び加湿器３４を介して燃料電池１０に接続されている。この空気供給流路３０の途中には、第１制御弁Ｖ５が設けられた第１導入管６１（導入管６０）と、第２制御弁Ｖ６が設けられた第２導入管６２（導入管６０）と、排気再循環ポンプ３６及び逆止弁３７が設けられた酸素オフガス循環路３５と、が接続されている。

サイレンサ３２は、空気供給流路３０に流れる高圧の空気によって発生する騒音を低減させる装置である。サイレンサ３２は、上流側が圧縮機３１ｃに接続され、下流側がインタクーラー３３に接続されている。

インタクーラー３３は、コンプレッサ３１で圧縮されることで高温となった空気を冷却する装置である。インタクーラー３３は、例えば、空冷式と、水冷式とがあるが、どちらであってもよい。インタクーラー３３は、上流側が第１導入管６１に接続され、下流側が圧力センサＰ２及び第１封止弁Ｖ４を介して加湿器３４に接続されている。

圧力センサＰ２は、インタクーラー３３と第１封止弁Ｖ４との間の空気供給流路３０の圧力を検出し、電子制御装置（図示省略）に出力するようになっている。
第１封止弁Ｖ４は、例えば、電磁作動式の開閉弁であり、下流側が加湿器３４を介して燃料電池１０のカソード流路に接続されている。この第１封止弁Ｖ４は、空気供給流路３０の圧力センサＰ２と加湿器３４との間に設けられて、閉状態において燃料電池１０の空気供給側を締め切る機能を果たす。

加湿器３４は、水分が透過可能な中空糸膜を内蔵し、この中空糸膜によって、燃料電池１０のカソード流路に向かう空気と、燃料電池１０から排出された多湿の酸素オフガスとの間で水分交換させて、燃料電池１０に向かう新規空気を加湿する。
第２温度センサＴ２は、燃料電池１０から排気管６に排出された酸素オフガスの温度を計測する計測器であり、燃料電池１０と加湿器３４との間の排気管６に設けられている。第２温度センサＴ２は、検出した温度を電子制御装置（図示省略）に出力するようになっている。

＜導入管＞
導入管６０は、コンプレッサ３１（送風手段３）からの気体を排気管６に導入するための配管である。導入管６０は、上流側がコンプレッサ３１に連通する空気供給流路３０に接続され、下流側が排気管６の駆け下がり部６ｃの上流側に接続されている。導入管６０は、第１導入管６１と、第２導入管６２と、から成り、モータルームＭＲ内に配置されている（図１参照）。

第１導入管６１は、コンプレッサ３１で生成した圧縮空気を排気管６の駆け下がり部６ｃの上流側に導入させる流路であり、燃料電池１０に対して迂回する第１バイパス流路を構成している。第１導入管６１は、上流側がサイレンサ３２とインタクーラー３３との間の空気供給流路３０に接続され、下流側が排気管６と水素オフガス排出路７２との分岐点ｄよりも上流にある分岐点ｃに接続されている。第１導入管６１の第１制御弁Ｖ５は、電子制御装置（図示省略）の指令で開弁されると、コンプレッサ３１で加圧されて高温化された空気を、空気供給流路３０から第１導入管６１を介して排気管６の駆け下がり部６ｃの上流に送るようにするための電磁弁である。

図２に示すように、第２導入管６２は、コンプレッサ３１の圧縮空気を排気管６の駆け下がり部６ｃの上流に導入させる流路であり、燃料電池１０に対して迂回する第２バイパス流路を構成している。第２導入管６２の第２制御弁Ｖ６は、第１制御弁Ｖ５と同様に、電子制御装置（図示省略）の指令で開弁されると、コンプレッサ３１で高温化されてインタクーラー３３で冷却された空気を、空気供給流路３０から第２導入管６２を介して排気管６の駆け下がり部６ｃの上流に送るようにするための電磁弁である。

図１に示すように、コンプレッサ３１で加圧されて高温になった新規の圧縮空気は、空気供給流路３０から第１導入管６１、または、第２導入管６２を介して排気管６の駆け下がり部６ｃ、駆け上がり部６ｄ（図３参照）を通って希釈器５に送られるようになっている。

酸素オフガス循環路３５は、燃料電池１０から排気管６に排出された酸素オフガスを、第２温度センサＴ２、及び加湿器３４を介して空気供給流路３０に戻して循環させる流路である。酸素オフガス循環路３５には、排気再循環ポンプ３６と、逆止弁３７と、が設けられている。

排気再循環ポンプ３６は、酸素オフガスを流動させるためのポンプであり、上流側が排気管６側の加湿器３４に接続され、下流側が逆止弁３７を介して空気供給流路３０側の加湿器３４に接続されている。
逆止弁３７は、酸素オフガス循環路３５を流れる酸素オフガスの方向を、排気管６側から空気供給流路３０側に一方向に流れるように規制するバルブである。

＜排気管＞
排気管６は、燃料電池１０から排出された酸素オフガスを希釈器５に送るための酸素オフガス排出路である。排気管６は、上流側の前端部６ａがモータルームＭＲに配置された燃料電池１０に接続され、下流側の後端部６ｂが車体後部８ｂに配置された希釈器５に接続されている。排気管６の途中には、前記第２温度センサＴ２、加湿器３４、第２封止弁Ｖ７、背圧弁Ｖ８が設けられている。

図１に示すように、排気管６の前側は、モータルームＭＲの分岐点ｅから隔壁８ｄの下側、及び、車幅方向の延びるクロスメンバやフロントサブフレームの下側、床下空間８５を通って車体後方に向けて延びている。このため、排気管６には、前端部６ａから車両Ｃの床下前端部８ｃ付近まで間の位置に、後方向に向かって斜めに下降した駆け下がり部６ｃが形成されている。

図３に示すように、排気管６の後側は、車体前方の床下からフロアパネル８１、車体フレーム８２、及び、リヤサブフレーム８３の下側を通って荷室８４（図１参照）の荷室床下空間８６に配置された希釈器５まで延設されている。排気管６の下流側の後端部６ｂには、希釈器５が設けられている。

図１に示すように、希釈器５は、燃料電池車両Ｖが後退して縁石９に衝突した場合に、衝突荷重によって変形したり、損傷したりして機能が低下するのを抑制するために、縁石９よりも高い位置に配置されている。このため、排気管６の後端部６ｂの前側には、後側に向かって斜め上方向に上昇した駆け上がり部６ｄが形成されている。

このように排気管６は、下方向に向けて形成された駆け下がり部６ｃと、上方向に向けて形成された駆け上がり部６ｄと、を有している。また、排気管６は、駆け下がり部６ｃの位置よりも上流の位置で導入管６０（第１導入管６１及び第２導入管６２）が接続されている。このため、排気管６は、駆け下がり部６ｃよりも上流側からコンプレッサ３１（送風手段３）からの圧縮熱で高温化された気体（圧縮空気）が導入されるように第１導入管６１が接続されている。また、排気管６は、駆け下がり部６ｃよりも上流側からインタクーラー３３で冷却された気体（圧縮空気）が導入されるように第２導入管６２が接続されている。

図２に示すように、第２封止弁Ｖ７は、例えば、電磁作動式の開閉弁であり、加湿器３４を介して燃料電池１０のカソード流路に接続されている。この第２封止弁Ｖ７と後記する背圧弁Ｖ８は、例えば、排気管６と酸素オフガス循環路３５との分岐点ａと、排気管６と第２導入管６２との分岐点ｂとの間に接続されている。第２封止弁Ｖ７は、閉状態において、排気管６の分岐点ａの下流側を締め切る機能を果たす。第２封止弁Ｖ７は、閉弁しているときに、排気管６側の加湿器３４を通過した酸素オフガスが、排気再循環ポンプ３６、逆止弁３７を介して空気供給流路３０側の加湿器３４へ流れるようになっている。

背圧弁Ｖ８は、例えば、バタフライ弁で構成されている。背圧弁Ｖ８の開度が電子制御装置（図示省略）の指令に従って制御されることで、その背圧（排気管６）が制御されるようになっている。

＜希釈器＞
図２に示すように、希釈器５は、パージ弁Ｖ２及びドレン弁Ｖ３を通って排出された水素オフガス（水素）を、燃料電池１０から排気管６を介して排出された酸素オフガスと合流させた排気の流れに、大気を吸引して混合することでさらに希釈して排出する装置である。希釈器５は、排気管６で送られてきた水素オフガスと酸素オフガスとの混合流を噴出させる排気管６の後端部６ｂと、後端部６ｂよりも外径が大きく形成されて後端部６ｂとの間に隙間（吸込口）が形成され、後端部６ｂからの排気の流れによる負圧を利用して周囲の大気を吸込口から吸引することが可能な筐体５１と、を備えている。この筐体５１内で排気と吸引した大気とが混合されることで、希釈器５では、混合された排気が所定の水素濃度以下とされ、その後、筐体５１の後端の排出口から大気中へと排出される。筐体５１の排出口は、車両後方へ向けて斜め下向きに形成されて、後方下向きに排気が排出されるようになっている。

なお、希釈器５の形状及び形式は特に限定されるものではない。図２にて破線で示す位置に、大気の吸引によらず、水素オフガスと酸素オフガスとを確実に混合し、予め所定の水素濃度以下とする希釈ボックス５０を設置して希釈器としてもよい。

≪車両の排気構造の作用≫
次に、図１〜図５を参照して本実施形態に係る車両の排気構造の作用について説明する。
まず、運転者が燃料電池車両Ｖのイグニッションスイッチ（図示省略）をＯＮにすると、図２に示すコンプレッサ３１が駆動される。また、水素タンク４内の水素は、水素ガス供給路４０を介して燃料電池１０のアノード極に供給され、コンプレッサ３１から空気供給流路３０を介して、加湿器３４で加湿された空気が燃料電池１０のカソード極に供給される。これにより、燃料電池１０内において水素と加湿空気中の酸素とが電気化学反応によって発電が行われ、走行モータ（図示省略）等の負荷に電力（発電電流）が供給されて、走行モータの回転動力によって燃料電池車両Ｖの駆動輪が駆動される。

また、水素の利用効率を高めるために、燃料電池１０のアノード極から排出された水素を、水素オフガス循環路４３を介して燃料電池１０のアノード極に導入して再循環させている。また、水素パージ処理時に、パージ弁Ｖ２を介して排出された水素オフガスは、水素オフガス排出路７２、排気管６を介して希釈器５に導入される。

コンプレッサ３１（送風手段３）で加圧された圧縮空気（酸素含有ガス）は、燃料電池１０に送られた後、酸素オフガスとなって排気管６の上流側で水素オフガスと合流し、その後、下流の希釈器５に導入される。希釈器５では、この排気の流れに大気が吸引されて混合され、排気の流れの中の水素がさらに希釈される。希釈器５の筐体５１から吐出される排気は、水素濃度が所定値未満となった状態で大気中に排出される。

図２に示す第１導入管６１の第１制御弁Ｖ５を開弁させた場合は、コンプレッサ３１で加圧されて高温化された圧縮空気が、空気供給流路３０から第１導入管６１を介して排気管６の駆け下がり部６ｃの上流に導入される。このため、コンプレッサ３１（送風手段３）で生成された高温で酸素濃度の高い圧縮空気の一部は、燃料電池１０を通らずに、第１導入管６１を介して排気管６の駆け下がり部６ｃ及び駆け上がり部６ｄを流れる。圧縮空気は、排気管６内の駆け下がり部６ｃ及び駆け上がり部６ｄに貯留している生成水や、凍結している生成水を解凍して気化させて排気管６から排出させることができる。

さらに、高温で酸素濃度の高い圧縮空気は、希釈器５に入り込んで、希釈器５内に貯留している生成水や、凍結している生成水を解凍して気化させて希釈器５から大気中に排出させることができる。
このため、排気管６は、厳冬期や寒冷地で、排気管６内の生成水が凍結して閉塞状態になったり、希釈器５内の生成水が凍結して希釈器５の容積が減少したりすることによって、水素オフガスが流れに難くなったり、希釈性能が悪化したりするのを解消させることができる。

また、第２導入管６２の第２制御弁Ｖ６を開弁させた場合は、排気管６には、コンプレッサ３１で高温化されて、インタクーラー３３で冷却された圧縮空気が、空気供給流路３０から第２導入管６２を介して排気管６の駆け下がり部６ｃの上流に導入される。このため、インタクーラー３３で冷却された圧縮空気は、第１導入管６１を介して排気管６の駆け下がり部６ｃ及び駆け上がり部６ｄを流れるので、排気管６内に貯留している生成水を圧縮空気で下流側に吹き飛ばして、希釈器５を介して大気中に排出させることができる。

図４に示すように、車両Ｃが坂道を登るなどして、車両Ｃが走行可能な地形で最も後傾した状態になった場合に、車両Ｃの車体前部８ａ側が高くなり、車体後部８ｂ側が低い状態になる。このため、このような車両Ｃが後傾の状態の場合、排気管６では、車体後部８ｂ側にある駆け上がり部６ｄの下端部６ｆが、最も低い位置となり、生成水が駆け上がり部６ｄの下端部６ｆに貯留され易くなるように設定されている。

図５に示すように、車両Ｃが坂道を下るなどして、車両Ｃが走行可能な地形で最も前傾した状態になった場合に、車両Ｃの車体前部８ａ側が低くなり、車体後部８ｂ側が高い状態になる。このため、このような車両Ｃが前傾の状態の場合、排気管６では、車体前部８ａ側にある駆け下がり部６ｃの下端部６ｅが、最も低い位置となり、生成水が駆け下がり部６ｄの下端部６ｅに貯留され易くなるように設定されている。

前記したように、コンプレッサ３１からの圧縮空気は、第１制御弁Ｖ５が開弁すると、第１導入管６１からコンプレッサ３１で高温化された圧縮空気となって排気管６に導入され、また、第２制御弁Ｖ６が開弁すると、第２導入管６２からインタクーラー３３で冷却された圧縮空気が、それぞれ排気管６内に導入される。

このため、図４及び図５に示すように、車両Ｃが後傾状態及び後前傾状態の場合、駆け下がり部６ｃ、及び駆け上がり部６ｄの下端部６ｅ，６ｆに生成水が貯留したり、凍結したりしたとしても、高温化された圧縮空気、または、加湿される前の乾燥状態の圧縮空気によって、生成水を気化させて排出させることができる。

なお、第１制御弁Ｖ５及び第２制御弁Ｖ６の開弁は、車両Ｃの駐車時や運転時等に自動的に開閉するようにしてもよいし、また、スイッチで手動的に開閉できるようにしてもよい。また、第１制御弁Ｖ５及び第２制御弁Ｖ６は、排気管６及び希釈器５内に生成水が溜まっていない場合、使用する必要はない。

このように本発明に係る車両の排気構造は、送風手段３（コンプレッサ３１）からの圧縮空気（気体）を導入管６０を介して排気管６の駆け下がり部６ｃの上流側に導入させることにより、駆け上がり部６ｄ、または、駆け下がり部６ｃに滞留した生成水等の水分を、導入した気体によって排気管６外に排出させことができる。このため、燃料電池１０から排気管６に吐出される酸素オフガス等が、常に、排気管６内を希釈器５に向かって流れ易い状態に維持することができる。

≪変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

例えば、図１及び図３に示す前記第１導入管６１及び第２導入管６２は、排気管６の上流の駆け上がり部６ｄから駆け下がり部６ｃまでの間の位置に接続して、コンプレッサ３１（送風手段３）からの圧縮熱で高温化された気体（圧縮空気）を、駆け上がり部６ｄの上流から導入するようにしてもよい。
つまり、第１導入管６１及び第２導入管６２は、排気管６の駆け下がり部６ｃ、または、駆け上がり部６ｄの上流側に接続して、少なくとも、後側の駆け上がり部６ｄに貯留する生成水を圧縮空気によって排出するようにすればよい。

また、送風手段３は、図６に示すように、車室の床下空間８５に設定された蓄電装置９１に対して冷却用ガスを供給する送風源（ファン）であってもよい。蓄電装置９１は、燃料電池１０が発電した電気を蓄積する装置であり、例えば、バッテリあるいはキャパシタなどで構成されている。バッテリとしては、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などであり、キャパシタとしては、電気二重層キャパシタや電解コンデンサなどである。

この場合、送風手段３から蓄電装置９１に冷却用ガスが送られる配管３ａが設定される。そして、配管３ａには、蓄電装置９１を冷却する冷却部３ｂと、蓄電装置９１の熱を奪ったガスが吐出される吐出口３ｃと、吐出口３ｃから車体後方に向けて延びる吐出管３ｄと、が設けられている。そして、この吐出管３ｄには、排気管６の駆け下がり部６ｃ（または、駆け上がり部６ｄ）の上流側に接続され、開閉弁（図示省略)が設けられた配管３ｅ（導入管６０）が、さらに接続されている。
このようにすれば、排気管６は、送風手段３からの冷却用ガスによって蓄電装置９１を冷却することで熱交換で温風となった冷却用ガスが、開閉弁（図示省略）を開くことにより、吐出管３ｄ及び配管３ｅを介して排気管６内に送り込まれるので、駆け上がり部６ｄ等に貯留した生成水を確実に排出させることができ、また、凍結した水分の解凍を早めることもできる。
また、配管３ｅは、上流側を配管３ａに接続して、下流側を排気管６の駆け上がり部６ｄと排気用サイレンサ１１との間に接続してもよい。

また、送風手段３は、車両ＣのモータルームＭＲに配置されて、車体前方から吸引して取り入れた外気を供給する送風源であってもよい。
この場合、送風手段３は、例えば、車両ＣのモータルームＭＲに配置されたファン付きのラジエータ２のファン（送風手段３）から成る。送風手段３には、車体前方から吸引して取り入れた外気が排気管６の駆け下がり部６ｃ、または、駆け上がり部６ｄの上流側に導入されるように、吸引した外気を排気管６に流すための外気導入配管（導入管６０）を設ける。外気導入配管（導入管６０）の下流側端部には、排気管６を接続する。
このように、ファン（送風手段３）によって生成した風を排気管６内の上流部に送り込んでも、排気管６内に貯留する生成水を排出させることができる。

３ 送風手段
５ 希釈器
６ 排気管
６ｄ 駆け上がり部
６ｃ 駆け下がり部
８ａ 車体前部
８ｂ 車体後部
１１ 排気用サイレンサ
３１ コンプレッサ
６０ 導入管
６１ 第１導入管６１（導入管）
６２ 第２導入管６２（導入管）
９１ 蓄電装置
Ｃ 車両
ＦＣ 燃料電池
ＭＲ モータルーム
Ｖ 燃料電池車両

Claims (7)

1. 車体後部において、前方からの排気を通し、上方向に向けて形成された駆け上がり部、または、下方向に向けて形成された駆け下がり部を有する排気管と、
   前記排気管を搭載した車両で利用される送風手段と、
   前記排気管の上流から、前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置に接続されて、前記送風手段からの気体を導入する導入管と、
   を備えていることを特徴とする車両の排気構造。
2. 前記排気管の後端部側には、前記排気管によって送られた前記排気が送り込まれる希釈器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気構造。
3. 前記送風手段は、コンプレッサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の排気構造。
4. 前記送風手段は、燃料電池に対して酸素含有ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両の排気構造。
5. 前記送風手段は、蓄電装置に対して冷却用ガスを供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の排気構造。
6. 前記送風手段は、前記車両のモータルームに配置されて車体前方から吸引して取り入れた外気を供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の排気構造。
7. 前記排気管の上流から前記駆け上がり部、または、前記駆け下がり部までの間のいずれかの位置は、前記車両が走行可能な地形で最も前傾した場合に、前記排気管のうちで最も低くなる部分に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両の排気構造。

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