以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図2は、図1に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。さらに、図3は、図1に示した燃料電池システムのIII−III線に沿った断面図である。
図1及び図2に示すように、本例の燃料電池システム1は、燃料電池システム1に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム1は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。特に限定されるものではないが、高温で動作する燃料電池に適用することが好ましく、典型的には、固体酸化物形燃料電池を挙げることができる。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。特に、限定されるものではないが、高温で動作する燃料電池に適用されることから、耐熱性を有する合金などが好ましく、典型的には、アルミニウム合金製のものを挙げることができる。さらに、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11と一方の端部31で接続され、筐体20の排ガス出口21と他方の端部32で接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。特に限定されるものではないが、耐熱性を有する合金などが好ましく、典型的には、ステンレス製やアルミニウム合金製のものを挙げることができる。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管50を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。なお、図1中において、排気管50における排ガスの流れ方向を矢印Zで示す。
また、特に限定されるものではないが、図1及び図2に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。さらに、詳しくは後述するが、排気管構造体が開放端や配置端を複数有する場合には、開放端における内周長の合計や、配置端における内周長の合計を適用すればよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
ここで、本発明において、「開放端における開口断面」とは、開放端における排ガスの流れ方向に対して垂直な開口部の断面を意味する。また、本発明において、「配置端における開口断面」とは、配置端における排ガスの流れ方向に対して垂直な開口部の断面を意味する。なお、開放端における開口面の法線方向と排ガス流れ方向とが平行でない場合には、「開放端における開口断面」として、排ガス流れに沿って計測された開放端において最も配置端に近い部分における開口断面を適用すればよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図1及び図2に示すように、排気管構造体40は、配置端51側から開放端52に移行するにしたがって排気管50における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図1及び図2に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。さらに、詳しくは後述するが、排気管構造体が開放端や配置端を複数有する場合には、開放端における開口断面の合計面積や、配置端における開口断面の合計面積を適用すればよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図3に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造を有していてもよい。
また、図4は、本実施形態の燃料電池システムの他の一例の概略を示す断面図である。具体的には、図1に示すIII−III線と同様の位置における線に沿った断面図である。特に限定されるものではないが、図4に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面において直交する2つの内径の一方の長さ(a)が他方の長さ(b)よりも長い構造を有することが好ましい。このような構造としては、典型的には楕円形状を挙げることができる。
さらに、図5は、本実施形態の燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す断面図である。具体的には、図1に示すIII−III線と同様の位置における線に沿った断面図である。特に限定されるものではないが、図5に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面において中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さ(c)が他方の長さ(d)よりも長い構造を有することが好ましい。このような構造としては、典型的には、矩形形状を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例えば、正六角形や正八角形を一方向に潰したような、扁平な六角形や八角形などを挙げることもできる。
また、特に限定されるものではないが、図2に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の法線方向が水平方向に向けて配置されている構造を有していてもよい。
さらに、図6は、本実施形態の燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す側面図である。特に限定されるものではないが、図6に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方(図6中においては法線方向が斜め下方である。)に向けて配置されている構造を有していることが好ましい。
ここで、本発明において、「開放端における開口断面の法線方向」とは、開放端における排ガスの流れ方向に沿った方向を意味する。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長が配置端における開口断面の内周長よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を配置端側から開放端に移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有するものとしたため、排ガスの流れが周方向に拡大して排ガス大気と接触する面積がさらに増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の面積が配置端における開口断面の面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとしたため、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補機類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図8は、図7に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図7及び図8に示すように、本例の燃料電池システム2は、燃料電池システム2に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム2は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。さらに、排ガス排出部30は、複数の排ガス排出部30A,30Bを有するものである。また、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11A,11Bと一方の端部31A,31Bで接続され、筐体20の排ガス出口21A,21Bと他方の端部32A,32Bで接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21Aに配置される配置端51Aと、大気に開放される開放端52Aとを有する排気管50A及び筐体20の排ガス出口21Bに配置される配置端51Bと、大気に開放される開放端52Bとを有する排気管50Bを備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。なお、図7中において、排気管50A,50Bにおける排ガスの流れ方向をそれぞれ矢印Z,Yで示す。
また、特に限定されるものではないが、図7及び図8に示すように、排気管構造体40は、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端51A,51Bにおける開口断面の内周長の合計よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端51A,51Bにおける開口断面の内周長の合計よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図7及び図8に示すように、排気管構造体40は、配置端51A,51B側から開放端52A,52Bに移行するにしたがって排気管50A,50Bにおける開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図7及び図8に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図7及び図8に示すように、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有することが好ましい。なお、図示しないが、開放端の数は3個以上であってもよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の開放端52A,52Bを有する構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図7に示すように、排気管構造体40は、複数の排気管50A,50Bを有することが好ましい。なお、図示しないが、排気管の数は3個以上であってもよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の排気管50A,50Bを有する構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図7及び図8に示すように、排気管構造体40は、開放端52A,52Bにおける開口断面の合計面積が配置端51A,51Bにおける開口断面の合計面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない(図3参照。)。例えば、開放端52における開口断面において直交する2つの内径の一方の長さ(a)が他方の長さ(b)よりも長い構造を有するものであってよい(図4参照。)。具体的には、楕円形状を挙げることができる。また、例えば、開放端52における開口断面において中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さ(c)が他方の長さ(d)よりも長い構造を有するものであってもよい(図5参照。)。具体的には、矩形形状を挙げることができる。
また、特に限定されるものではないが、図8に示すように、排気管構造体40は、開放端52B(及び52A)における開口断面の法線方向が水平方向に向けて配置されている構造を有していてもよい。
さらに、図9は、本実施形態の燃料電池システムの他の一例の概略を示す側面図である。特に限定されるものではないが、図9に示すように、排気管構造体40は、開放端52B(及び52A)における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方(図9中においては法線方向が斜め下方である。)に向けて配置されている構造を有していることが好ましい。
また、図10は、本実施形態の燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す平面図である。特に限定されるものではないが、図10に示すように、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有し、さらに、複数の排気管50A,50Bを有する。そして、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bにおける開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有することが好ましい。
なお、図10に示す燃料電池システムのIII−III線に沿った断面図は、図3と同様でもよく、図4や図5と同様であってもよい。また、図10に示す燃料電池システムの側面図は、図9と同様でもよく、図8と同様であってもよい。
また、図11は、本実施形態の燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す平面図である。特に限定されるものではないが、図11に示すように、排ガス排出部30は、分岐した排ガス排出部を有するものである。また、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11Aと一方の端部31Aで接続され、筐体20の排ガス出口21A,21Bと他方の端部32A,32Bで接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。さらに、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有し、さらに、複数の排気管50A,50Bを有する。そして、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bにおける開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有することが好ましい。
なお、図11に示すIII−III線に沿った断面図は、図3と同様でもよく、図4や図5と同様であってもよい。また、図11に示す燃料電池システムの側面図は、図9と同様でもよく、図8と同様であってもよい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長の合計よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を配置端側から開放端に移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長の合計が連続的に長くなる構造を有するものとしたため、排ガスの流れが周方向に拡大して排ガス大気と接触する面積がさらに増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を複数の開放端を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、排気管構造体を複数の排気管を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を開放端を複数有し、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有するものとしたため、複数の開放端から排出される排ガスが互いに十分な距離を隔てて排出されることになり、排ガスが互いに隣接することでの大気との接触不足による大気への拡散効果の低下を抑制でき、排ガスが互いに隣接することなく大気へ効果的により拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減することができる。
なお、排気管構造体が開放端を複数有し、さらに排気管を複数有する場合に、排ガス排出部を複数有する必要はなく、例えば分岐した排ガス排出部を適用することも可能であり、燃料電池部の排ガス出口の形式に合わせて適宜選択することができる。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の合計面積が配置端における開口断面の合計面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとすることにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補機類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図12は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図13は、図12に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図12及び図13に示すように、本例の燃料電池システム3は、燃料電池システム3に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム3は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。さらに、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11と一方の端部31で接続され、筐体20の排ガス出口21と他方の端部32で接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52A,52Bとを有する排気管50Bを備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、分岐した構造を有する。なお、図12中において、排気管50における排ガスの流れ方向を矢印Z,Yで示す。
また、特に限定されるものではないが、図12及び図13に示すように、排気管構造体40は、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図12及び図13に示すように、排気管構造体40は、配置端51側から開放端52A,52Bに移行するにしたがって排気管50における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図12及び図13に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図12及び図13に示すように、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有することが好ましい。なお、図示しないが、開放端の数は3個以上であってもよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の開放端52A,52Bを有する構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図12に示すように、排気管構造体40は、分岐した構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排気管50が分岐した構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図12及び図13に示すように、排気管構造体40は、開放端52A,52Bにおける開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない(図3参照。)。例えば、開放端52における開口断面において直交する2つの内径の一方の長さ(a)が他方の長さ(b)よりも長い構造を有するものであってよい(図4参照。)。具体的には、楕円形状を挙げることができる。また、例えば、開放端52における開口断面において中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さ(c)が他方の長さ(d)よりも長い構造を有するものであってもよい(図5参照。)。具体的には、矩形形状を挙げることができる。
また、特に限定されるものではないが、図13に示すように、排気管構造体40は、開放端52B(及び52A)における開口断面の法線方向が水平方向に向けて配置されている構造を有していてもよい。
さらに、図14は、本実施形態の燃料電池システムの他の一例の概略を示す側面図である。特に限定されるものではないが、図14に示すように、排気管構造体40は、開放端52B(及び52A)における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方(図14中においては法線方向が斜め下方である。)に向けて配置されている構造を有していることが好ましい。
また、図15は、本実施形態の燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す平面図である。特に限定されるものではないが、図15に示すように、排気管構造体40は、分岐した構造を有する。また、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有し、複数の開放端52A,52Bにおける開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有することが好ましい。
なお、図15に示すIII−III線に沿った断面図は、図3と同様でもよく、図4や図5と同様であってもよい。また、図15に示す燃料電池システムの側面図は、図14と同様でもよく、図13と同様であってもよい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を配置端側から開放端に移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長の合計が連続的に長くなる構造を有するものとしたため、排ガスの流れが周方向に拡大して排ガス大気と接触する面積がさらに増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を複数の開放端を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、排気管構造体を分岐した構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を開放端を複数有し、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へ効果的により拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減することができる。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の合計面積が配置端における開口断面の面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとすることにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補機類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
なお、図示しないが、排気管構造体が複数の排気管を有する構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図16は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図17は、図16に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。さらに、図18は、図16に示した燃料電池システムのXVIII−XVIII線に沿った概略を示す断面図である。
図16〜図18に示すように、本例の燃料電池システム4は、燃料電池システム4に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム4は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。さらに、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11と一方の端部31で接続され、筐体20の排ガス出口21と他方の端部32で接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管50Bを備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、排気管50の開放端52部位に分流板53を有する。なお、図16中において、排気管50における排ガスの流れ方向を矢印Z,Yで示す。
また、特に限定されるものではないが、図16及び図17に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図16及び図17に示すように、排気管構造体40は、配置端51側から開放端52に移行するにしたがって排気管50における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図16に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図16及び図18に示すように、排気管構造体40は、排気管50の開放端52部位に分流板53を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排気管50の開放端52部位に分流板53を有する構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図16及び図17に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図17に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の法線方向が水平方向に向けて配置されている構造を有していてもよい。
なお、図18に示すように、排気管構造体における排気管50は、例えば、開放端52における開口断面が楕円形状であることが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではなく、真円形状や矩形形状であってもよい。
また、図19は、本実施形態の燃料電池システムの他の一例の概略を示す側面図である。特に限定されるものではないが、図19に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方(図19中においては法線方向が斜め下方である。)に向けて配置されている構造を有していることが好ましい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長が配置端における開口断面の内周長よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を配置端側から開放端に移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有するものとしたため、排ガスの流れが周方向に拡大して排ガス大気と接触する面積がさらに増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を排気管の開放端部位に分流板を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である分流板によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の面積が配置端における開口断面の面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとすることにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補機類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
なお、図示しないが、排気管構造体が複数の開放端を有する構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、図示しないが、排気管構造体が複数の排気管を有する構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、図示しないが、排気管構造体が分岐した構造を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図20は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図21は、図20に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図20及び図21に示すように、本例の燃料電池システム5は、燃料電池システム5に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム5は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。さらに、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11と一方の端部31で接続され、筐体20の排ガス出口21と他方の端部32で接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、排気管50の側面(図20及び図21中においては上方に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有するものである。
また、特に限定されるものではないが、図20及び図21に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図20及び図21に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図20及び図21に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図20に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
また、図22は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムの他の一例の概略を示す底面図である。また、図23は、図22に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図22及び図23に示すように、本例の燃料電池システム5は、燃料電池システム5に用いられる排気管構造体40を備えている。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、排気管50の側面(図22及び図23中においては下方に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有する。
また、特に限定されるものではないが、図22及び図23に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図22及び図23に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図22及び図23に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図22に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
また、図24は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す平面図である。また、図25は、図24に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図24及び図25に示すように、本例の燃料電池システム5は、燃料電池システム5に用いられる排気管構造体40を備えている。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。また、排気管構造体40は、排気管50の側面(図24及び図25中においては上方及び下方に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有する。
また、特に限定されるものではないが、図24及び図25に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図24及び図25に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図24及び図25に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図24に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、排気管構造体を複数の開放端を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を排気管の側面に開放端である複数の穴を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である排気管の側面に設けた複数の穴によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端を複数有し、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へ効果的により拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減することができる。
さらに、排気管構造体を開放端における開口断面の合計面積が配置端における開口断面の面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとすることにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
さらに、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補器類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
なお、図示しないが、排気管構造体が複数の排気管を有する構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、図示しないが、排気管構造体が分岐した構造を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、図示しないが、排気管構造体が排気管の開放端部位に分流板を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である分流板によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図26は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図27は、図26に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図26及び図27に示すように、本例の燃料電池システム6は、燃料電池システム6に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、燃料電池システム6は、燃料電池部10と、筐体20と、排ガス排出部30とを備えるものである。そして、燃料電池部10は、燃料と酸化剤ガスとの供給を受けて発電するものである。また、筐体20は、燃料電池部10を収容するものである。さらに、排ガス排出部30は、燃料電池部10の排ガス出口11と一方の端部31で接続され、筐体20の排ガス出口21と他方の端部32で接続され、燃料電池部10の排ガスを筐体20外に排出するものである。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、配置端51を有する第1排気管部54と、第1排気管部54に接続され、開放端52を有する第2排気管部55とからなるT字状の形状を有する排気管50を備えるものである。そして、第2排気管部55は、その側面(図中においては上側に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有するものである。
また、特に限定されるものではないが、図26及び図27に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図26及び図27に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図26及び図27に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図26に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
また、図28は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムの他の一例の概略を示す底面図である。また、図29は、図28に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図28及び図29に示すように、本例の燃料電池システム6は、燃料電池システム6に用いられる排気管構造体40を備えている。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、配置端51を有する第1排気管部54と、第1排気管部54に接続され、開放端52を有する第2排気管部55とからなるT字状の形状を有する排気管50を備える。また、第2排気管部55は、その側面(図中においては上側に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有する。
また、特に限定されるものではないが、図28及び図29に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図28及び図29に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図28及び図29に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図28に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
また、図30は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムのさらに他の一例の概略を示す平面図である。また、図31は、図30に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図30及び図31に示すように、本例の燃料電池システム6は、燃料電池システム6に用いられる排気管構造体40を備えている。
そして、排気管構造体40は、筐体20の排ガス出口21に配置される配置端51と、大気に開放される開放端52とを有する排気管を備え、排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものである。さらに、排気管構造体40は、配置端51を有する第1排気管部54と、第1排気管部54に接続され、開放端52を有する第2排気管部55とからなるT字状の形状を有する排気管50を備える。また、第2排気管部55は、その側面(図中においては上側及び下型に位置する側面である。)に開放端52である複数の穴を有する。
また、特に限定されるものではないが、図30及び図31に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52における開口断面の内周長の合計が配置端51における開口断面の内周長よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図30及び図31に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52から排出される構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図30及び図31に示すように、排気管構造体40は、開放端52における開口断面の合計面積が配置端51における開口断面の面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図30に示すように、排気管構造体における排気管50は、開放端52における開口断面が真円形状である構造であってもよいが、特に限定されるものではない。例えば、楕円形状や矩形形状であってもよい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、排気管構造体を複数の開放端を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を配置端を有する第1排気管部と第1排気管部に接続され、開放端を有する第2排気管部とからなるT字状の形状を有する排気管を備え、第2排気管部がその側面に前記開放端である複数の穴を有するものとした。そのため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である排気管の側面に設けた複数の穴によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端を複数有し、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へ効果的により拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減することができる。
さらに、排気管構造体を開放端における開口断面の合計面積が配置端における開口断面の面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造を有するものとすることにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
さらに、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補機類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
なお、図示しないが、排気管構造体が複数の排気管を有する構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、図示しないが、排気管構造体が分岐した構造とすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、図示しないが、排気管構造体が排気管の開放端部位に分流板を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である分流板によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態に係る燃料電池システム用の排気管構造体及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態においては、上述の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図32は、本発明の第7の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を示す平面図である。また、図33は、図32に示した燃料電池システムの概略を示す側面図である。
図32及び図33に示すように、本例の燃料電池システム7は、タイヤwを備えた車両Cに用いられる固体酸化物形の燃料電池システム7に用いられる排気管構造体40を備えるものである。
ここで、固体酸化物形の燃料電池システム7は、図10に示した燃料電池システムと同様の構成を有するものである。
そして、排気管構造体40は、図10に示した排気管構造体と同様の構成を有するものである。さらに、排気管構造体40は、車両が平坦な路面Gに配置された場合に、開放端52A,52Bにおける開口断面の法線方向が車両Cの上側からの投影面に含まれる領域Aに向けて配置されている構造を有するものである。なお、投影面は、車両の全幅W及び車両の全長Lで規定される面である。
また、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40は、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長の合計よりも長い構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、開放端52A,52Bにおける開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長の合計よりも長い構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40は、配置端側から開放端52A,52Bに移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長が連続的に長くなる構造を有することが好ましい。
また、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40は、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、排ガスの流れが分流された状態で開放端52A,52Bから排出される構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40は、複数の開放端52A,52Bを有することが好ましい。なお、図示しないが、開放端の数は3個以上であってもよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の開放端52A,52Bを有する構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40は、複数の排気管を有することが好ましい。なお、図示しないが、排気管の数は3個以上であってもよい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の排気管を有する構造であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40が複数の開放端52A,52Bにおける開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有することが好ましい。
なお、特に限定されるものではないが、排気管構造体40が排ガスが大気へ拡散することを促進する構造が、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造であってもよい。
また、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40が開放端52A,52Bにおける開口断面の合計面積が配置端における開口断面の合計面積よりも大きい構造を有することが好ましい。
なお、図示しないが、排気管構造体40における排気管の開放端52における開口断面は、楕円形状や矩形形状であることが好ましいが、真円形状であってもよい。
さらに、特に限定されるものではないが、図32及び図33に示すように、排気管構造体40が開放端52B(及び52A)における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方(図33中においては法線方向が斜め下方である。)に向けて配置されている構造を有していることが好ましい。
また、図34は、本発明の第7の実施形態に係る燃料電池システムの他の一例の一部の概略を示す斜視図である。特に限定されるものではないが、排気構造体40を構成する排気管50A,50Bの配置端の開口断面は真円形状ないし楕円形状であることが好ましく、開放端の開口断面は楕円形状であることが好ましい。また、特に限定されるものではないが、排気管50A,50Bは、排ガスによって局所的に加熱されることが抑制されるように、滑らかな曲面で構成される湾曲した構造を有することが好ましい。
上述したように、排気管構造体を排ガスが大気へ拡散することを促進する構造を有するものとしたため、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、燃料電池システムにおいて、構造を変更させる必要が殆どないという副次的な効果がある。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の内周長の合計が配置端における開口断面の内周長の合計よりも長い構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、排気管構造体を配置端側から開放端に移行するにしたがって排気管における開口断面の内周長の合計が連続的に長くなる構造を有するものとしたため、排ガスの流れが周方向に拡大して排ガス大気と接触する面積がさらに増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
また、排気管構造体を排ガスの流れが分流された状態で開放端から排出される構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を複数の開放端を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、排気管構造体を複数の排気管を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
さらに、排気管構造体を開放端を複数有し、複数の開放端における開口断面の法線方向が異なる方向に向けて配置されている構造を有するものとしたため、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へ効果的により拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減することができる。
なお、排気管構造体が開放端を複数有し、さらに排気管を複数有する場合に、排ガス排出部を複数有する必要はなく、例えば分岐した排ガス排出部を適用することも可能であり、燃料電池部の排ガス出口の形式に合わせて適宜選択することができる。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の合計面積が配置端における開口断面の合計面積よりも大きい構造を有するものとしたため、排ガスの流速が低下し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度までより低減し易くなる。
さらに、上述した実施形態と同様に、排気管構造体を開放端における開口断面において直交する2つの内径又は中心を通り両端が内周にある直交する2つの線分の一方の長さが他方の長さよりも長い構造、特に、排気管構造体の排気管の開放端における開口断面が楕円形状であることが好ましい。これにより、排ガスの流れの広がり方向を一定の方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
また、排気管構造体を開放端における開口断面の法線方向が下方ないし斜め下方に向けて配置されている構造を有するものとしたため、大気(システム外)からの異物(例えば雨水など)の混入を防ぎ易くなる。その結果、異物がシステム内に混入することでの燃料電池触媒や燃料電池システムの補器類(例えば排気触媒など)の性能低下を抑制できる。さらに、燃料電池の排ガスに含まれる水(燃料電池の発電により生成する水)が排気管内に溜まること防ぎ易くなる。その結果、零下起動時に水が排気管内で凍結することで排ガスの圧損が増加することによるシステムの性能低下を抑制できる。
さらに、燃料電池システムが車両に用いられる固体酸化物形燃料電池システムである場合には、限られた配置空間の中であっても、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、車両における重量の増加を抑制し、車両の運動性能への影響を抑制しながら、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、固体酸化物形燃料電池システムの場合には、車両が停車していても排ガスの温度が高い場合があるため、特に有効である。
また、排気管構造体を、車両が平坦な路面に配置された場合に、開放端における開口断面の法線方向が車両の上側からの投影面に含まれる領域に向けて配置されている構造を有するものとした。そのため、排ガスの流れの広がり方向を人への影響が少ない方向に制御することができる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができるだけでなく、燃料電池システム自体の保護や、人、路面など周囲の環境の保護を実現し得る。
なお、図示しないが、排気管構造体が分岐した構造を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。
また、図示しないが、排気管構造体が排気管の開放端部位に分流板を有するものとすることも可能である。これにより、排ガスが大気と接触する面積が増大し、排ガスが大気へより拡散され易くなる。その結果、大気に開放される開放端から所定の距離隔てた位置における排ガスの温度を所望の温度まで低減することができる。また、排ガスが分流された状態を軽量かつ小型である分流板によって実現することができるため、軽量かつ小型である燃料電池システム用の排気構造体とすることができるという副次的な効果がある。
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、車両に適用される燃料電池システムとして、上述した第2又は第7の実施形態に係る燃料電池システムを一例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、第1、第3〜第6の実施形態に係る燃料電池システムのいずれについても、同様に車両に適用することができる。
また、例えば、図示しないが、各実施形態の燃料電池システムにおける好適な構成を他の実施形態の燃料電池システムの好適な構成と適宜変更することができる。また、例えば、図示しないが、各実施形態の燃料電池システムにおいて、他の実施形態の燃料電池システムの好適な構成を適宜追加することができる。