JP2004220841A

JP2004220841A - 燃料電池発電システム用の純水タンク

Info

Publication number: JP2004220841A
Application number: JP2003004253A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshioka; 宏起吉岡
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】純水タンクの小型軽量化を図る。
【解決手段】タンク本体１１は平板材２１にその長さ方向に複数の通孔２２を設けた多穴構造板を蛇腹状に曲折して形成してあるから、純水は複数の通孔２２に分散して貯留され、凍結時における各通孔２２での体積膨張圧は低く抑制されることから、平板材２１の板厚を薄くしても純水凍結時の耐圧性を十分に確保できて、純水タンク１０の小型軽量化を実現できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池発電システム用の純水タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電システムでは、燃料電池スタックに供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿するために純水が不可欠となるが、寒冷地等で車両を長時間停車した状態では純水の凍結が生じる。
【０００３】
従って、前記発電システムの始動性を改善するためには、純水の解凍促進が要求され、そのため、従来では純水タンクに予備タンクを付設すると共に、この予備タンクの周側にヒータを設け、発電システムの始動時には予備タンク内の凍結した純水をヒータによって解凍し、該予備タンクの純水を使用するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４９９７０号公報（３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構造にあっては、純水タンクが所要の容積の箱型に形成されているため、貯留した純水が凍結した際の体積膨張でタンクに過大な圧力が作用しても変形しないようにするためには、該タンクの壁厚を厚くする必要があって、タンク自体の重量が嵩んでしまうばかりでなく大型化してしまう。
【０００６】
また、純水の解凍促進のためタンク壁にヒータを埋設した場合でも、タンク壁厚が厚いため氷塊への熱伝達率が悪くなってしまうことは否めない。
【０００７】
そこで、本発明は簡単な構成により小型，軽量化を図ることができると共に、ヒータを付設した場合に熱伝達率を高められて純水の氷塊の解凍時間を短縮することができる燃料電池発電システム用の純水タンクを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池発電システム用の純水タンクにあっては、
純水タンクが、平板材に複数の通孔を長さ方向に形成した多穴板構造として、これを蛇腹状に曲折して構成したタンク本体と、
タンク本体の両端末部に接合されて前記複数の通孔が集合するヘッダと、を備え、
一方のヘッダを純水汲み上げ側とし、他方のヘッダを純水回収側としたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池発電システムから回収される純水は、タンク本体を構成する平板材に設けられた複数の通孔およびタンク本体の両端末部に接合されたヘッダに貯留される。
【００１０】
タンク本体は前記平板材にその長さ方向に複数の通孔を設けた多穴構造板を蛇腹状に曲折して形成してあるため、コンパクトにして所要の容積を確保することができ、しかも、純水は複数の通孔に分散して貯留されるため凍結時における各通孔での体積膨張圧は低く抑制され、従って、平板材の板厚を薄くしても純水凍結時の耐圧性を十分に確保することができて純水タンクの小型軽量化を実現することができる。
【００１１】
また、タンク本体の外側にヒータを設けた場合、前述のように平板材の板厚を薄くできて熱伝達率が向上することと併せて、氷塊が複数の通孔に分散していて各通孔における氷塊の体積が小さいことから、解凍時間を短縮できて燃料電池発電システムの始動性を著しく改善することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１３】
図１は本発明の純水タンクを備えた燃料電池発電システムの概略を示している。
【００１４】
図１において、燃料電池スタック１１０は、燃料ガスとして圧縮水素タンク１２０より純水素が導入される燃料極１１１と、酸化剤ガスとして外部から取り入れた空気が導入される空気極１１２とを備え、これら燃料極１１１に導入された純水素と空気極１１２に導入された空気中の酸素とを、図外の電解質膜を介して反応させることにより発電させる。
【００１５】
燃料電池スタック１１０に供給される前記水素および空気は、発電作用の活性化および電解質膜の劣化防止のため加湿器１３０で加湿され、この加湿器１３０に純水タンク１０に貯留された純水が、純水導出パイプ１３２と純水汲み上げポンプ１３１とにより供給される。
【００１６】
氷点下の外気温条件下で、発電システムを停止して長時間停車すると、燃料電池スタック１１０等のコンポーネントにて破裂を招くおそれがあるため、その対策として運転終了時に純水経路内の純水を抜き取っておくことが必要で、その抜き取った純水は前記純水タンク１０に貯留される。
【００１７】
また、前記燃料電池スタック１１０では、発電時に発熱するため、この燃料電池スタック１１０にラジエータ１４０から冷却液ポンプ１４１により冷却液を循環させ、該燃料電池スタック１１０を冷却するようにしている。
【００１８】
このラジエータ１４０と燃料電池スタック１１０とを循環する冷却液として不凍液が用いられている。
【００１９】
また、冷却液経路１４２にはラジエータ１４０をバイパスするバイパス通路１４３を設け、３方弁１４４により発電システムの始動時にのみラジエータ１４０をバイパスさせるようにしている。
【００２０】
更に、バイパス通路１４３に不凍液を加熱するための電熱または水素燃焼熱を利用したヒータ１４５を設置することで、燃料電池スタック１１０の暖機促進を図れるようにしている。
【００２１】
尚、図１中、細い実線αは空気の流通経路、一点鎖線βは水素の流通経路、破線γは不凍液の流通経路、太い実線δは加湿用の純水の流通経路を示す。
【００２２】
図２，図３は本発明の純水タンク１０の一実施形態を示しており、この純水タンク１０としてはイオン発生の影響の少ないステンレス鋼材が用いられている。
【００２３】
タンク本体１１は、図４に示すように平板材２１に複数の通孔２２を長さ方向に形成した多穴板構造として、これを全体的な外殻形状が方形となるように平面視して蛇腹状に曲折して形成してある。
【００２４】
本実施形態では、平面視蛇腹形状の湾曲部は別ピース２１ｂとして形成して、これを直状部２１ａと接合してあるが、これは勿論一枚の平板材２１をもって蛇腹状に曲折成形することができ、何れの場合も隣接する直状部２１ｂは平行に、かつ、配置間隔を比較的に小さくしてある。
【００２５】
そして、このタンク本体１１の両端末部に複数の通孔２２が集合するヘッダ１２，１３を接合して、これらタンク本体１１とヘッダ１２，１３とで純水タンク１０を構成している。
【００２６】
ヘッダ１２，１３の一方、例えばヘッダ１２を図１に示した純水導出パイプ１３２に接続して純水汲み上げ側とし、他方のヘッダ１３を純水導入パイプ１３３に接続して純水回収側としてある。
【００２７】
また、本実施形態では、タンク本体１１における各直状部２１ａの両側面のほぼ全面に、ヒータとしてのシート状の電熱ヒータ１４を配設してあると共に、ヘッダ１２，１３と純水導出パイプ１３２および純水導入パイプ１３３にもヒータとしてシート状の電熱ラインヒータ１５を被覆して付設してある。
【００２８】
以上の実施形態構造によれば、燃料電池発電システムから回収される純水は、タンク本体１１を構成する平板材２１に設けられた複数の通孔２２、およびタンク本体１１の両端末部に接合されたヘッダ１２，１３に貯留される。
【００２９】
タンク本体１１は前記平板材２１にその長さ方向に複数の通孔２２を設けた多穴構造板を蛇腹状に曲折して形成してあるため、コンパクトにして所要の容積を確保することができる。
【００３０】
また、純水は複数の通孔２２に分散して貯留されるため凍結時における各通孔２２での体積膨張圧は低く抑制され、従って、平板材２１の板厚を薄くしても純水凍結時の耐圧性を十分に確保することができて、純水タンク１０の小型軽量化を実現することができる。
【００３１】
一方、寒冷地等の低温環境下で発電システムを停止して車両を長時間停車すると、純水タンク１０内の純水は凍結して氷塊となるが、燃料電池発電システムの始動時に、電熱ヒータ１４，１５を発熱作動することにより、タンク本体１１の通孔２２内およびヘッダ１２，１３内で凍結した氷塊に直接的に伝熱して融解することができる。
【００３２】
とりわけ、タンク本体１１にあっては前述のように平板材２１の板厚を薄くできて熱伝達率が向上することと併せて、氷塊が複数の通孔２２に分散していて各通孔２２における氷塊の体積が小さいことから、解凍時間を短縮できて燃料電池発電システムの始動性を著しく改善することができる。
【００３３】
ここで、図２に示すように前述の純水タンク１０を、内部に液熱媒が導入される箱型のジャケット３０内に収納して、純水解凍時にのみ該ジャケット３０内に液熱媒を導入して純水タンク１０を外部から全体的に加温することによって、より一層純水の解凍時間を短縮することができる。
【００３４】
なお、このジャケット３０は図１に示すように燃料電池スタック１１０とラジエータ１４０との間における冷却液経路１４２に介装して、液熱媒として前述の不凍液を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水タンクを用いた燃料電池発電システムの概略説明図。
【図２】本発明の一実施形態を示す平面図。
【図３】本発明の一実施形態を示す側面図。
【図４】タンク本体を構成する平板材の断面図。
【符号の説明】
１０純水タンク
１１タンク本体
１２，１３ヘッダ
１４ヒータ
２１平板材
２２通孔

Claims

燃料電池発電システムに用いられる純水タンク（１０）であって、
該純水タンク（１０）は、平板材（２１）に複数の通孔（２２）を長さ方向に形成した多穴板構造として、これを蛇腹状に曲折して構成したタンク本体（１１）と、
タンク本体（１１）の両端末部に接合されて前記複数の通孔（２２）が集合するヘッダ（１２），（１３）と、を備え、
一方のヘッダ（１２）を純水汲み上げ側とし、他方のヘッダ（１３）を純水回収側としたことを特徴とする燃料電池発電システム用の純水タンク。
請求項１に記載の燃料電池発電システム用の純水タンクにおいて、タンク本体（１１）を構成する平板材（２１）の側面にヒータ（１４）を配設したことを特徴とする燃料電池発電システム用の純水タンク。