JP2004296137A

JP2004296137A - 燃料電池の純水タンク

Info

Publication number: JP2004296137A
Application number: JP2003083676A
Authority: JP
Inventors: Eishin Kameda; 英信亀田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】燃料電池システムを複雑化することなく、凍結純水を効率良く解凍して燃料電池の起動時間を短縮化する燃料電池の純水タンクを提供する。
【解決手段】加熱手段１４，２３をタンク容器１１内の純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置し、この加熱手段集中部分１５の凍結純水を優先して解凍することにより、補助タンクを不要として燃料電池システムの構成を簡素化できるとともに、純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置した加熱手段１４，２３によって、解凍効率を向上して純水を供給できるまでの時間を短縮できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯留した純水が凍結した場合に、純水状態に解凍して用いるようにした燃料電池の純水タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では燃料電池を用いて無公害走行を可能とする自動車が提案され、かつ、実車として提供されるに至っている。このように燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムでは純水タンクを備えて、起動時に加湿器や燃料改質器がある場合はこの燃料改質器などに純水を供給するようになっている。
【０００３】
しかしながら、寒冷時等にあって純水タンクに貯留した純水が凍結すると、加湿器や燃料改質器への純水供給が不可能となって燃料電池システムを始動できなくなってしまう。
【０００４】
このため、純水タンクに伝熱ヒータ等の発熱手段を周囲に巡らせた補助タンクを設け、純水が凍結している場合の始動時には凍結した純水を発熱手段で解凍して、この解凍した純水を補助タンクから加湿器および燃料改質器に供給するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４９９７０号公報（第３−４頁、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の燃料電池システムでは、純水が凍結した場合に補助タンクで解凍して加湿器や燃料改質器に供給するため、本来の純水タンク以外に補助タンクを必要としてシステムが複雑になるとともに、純水解凍には補助タンクの周囲全体に巡らせた発熱手段によって行うため、解凍効率が悪化して燃料電池を起動するまでに長時間を要してしまう。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、燃料電池システムを複雑化することなく、凍結純水を効率良く解凍して燃料電池の起動時間を短縮化する燃料電池の純水タンクを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の燃料電池の純水タンクは、加熱手段をタンク容器内の純水取出しパイプの付近に集中して配置し、この加熱手段集中部分の凍結純水を優先して解凍することを特徴としている。
【０００９】
【発明の効果】
かかる構成になる本発明によれば、補助タンクを設けることなく純水タンクに加熱手段を設けたので、燃料電池システムの構成を簡素化できるとともに、加熱手段は純水取出しパイプの付近に集中して配置したので、この加熱手段集中部分によって凍結純水を他の部分に優先して集中解凍できるため、解凍効率が向上して純水を供給できるまでの時間を短縮し、ひいては、燃料電池の起動時間を短縮化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１，図２は本発明にかかる燃料電池の純水タンクの第１実施形態を示し、図１はこの実施形態の純水タンクを用いた燃料電池システムの基本構造を示す全体図、図２は純水タンクの拡大断面図である。
【００１２】
図１は第１実施形態の純水タンク１０を用いた燃料電池システム１は、燃料電池の本体部分となるＦＣスタック２を備え、このＦＣスタック２は、圧縮純水素タンク３から供給される純水素を導入する燃料極２ａと、外方から取り入れた空気を導入する空気極２ｂとを備え、これら燃料極２ａと空気極２ｂに導入した純水素と空気中の酸素とを、純水の電気分解の逆の原理を利用して化学反応させることにより発電するようになっている。
【００１３】
尚、この実施形態に示す燃料電池システム１は、燃料として圧縮純水素タンク３から供給される純水素を用いたものであり、この純水素を改質装置を用いることなく直接に燃料極２ａに供給するようになっている。
【００１４】
ＦＣスタック２では、純水素と酸素の反応による発電に伴って純水Ｗが生成され、この純水Ｗを純水タンク１０に貯留するようになっており、この純水タンク１０の純水を、ＦＣスタック２に導入する純水素および空気を加湿する加湿器４に供給するようになっている。
【００１５】
また、前記ＦＣスタック２には発電時に発生する熱を除去する熱交換器５が設けられ、この熱交換器５とラジエータ６とを結ぶ冷却回路７に冷却媒体としての不凍液を循環するようになっており、この冷却回路７は前記純水タンク１０に繋いで熱交換するようになっている。
【００１６】
尚、図１中、細い実線αは空気の流通経路、一点鎖線βは純水素の流通経路、太い破線γは冷却回路７の不凍液の流通経路、太い実線δは加湿用の純水の流通経路を示す。
【００１７】
前記純水タンク１０は、図２に示すように燃料電池に供給する純水を貯留するタンク容器１１を備え、このタンク容器１１には前記ＦＣスタック２で生成した純水を導入する純水取込みパイプ１２と、タンク容器１１内の純水を前記加湿器４に供給する純水取出しパイプ１３と、を備えている。
【００１８】
前記タンク容器１１内には加熱手段としての温水パイプ１４を複数本配置し、この温水パイプ１４を前記純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置し、この加熱手段集中部分１５の凍結純水を優先して解凍するようにしてある。
【００１９】
即ち、前記温水パイプ１４は上下方向に延びる扁平断面を成し、この扁平断面の温水パイプ１４を水平方向に複数本配置するとともに、純水が凍結した燃料電池の起動時には、前記温水パイプ１４内にエンジン冷却水や別途加熱した温水を流通させるようになっている。
【００２０】
そして、前記加熱手段集中部分１５では、温水パイプ１４をピッチＰ１をもって配列するとともに、その加熱手段集中部分１５以外の部分では、温水パイプ１４を、前記ピッチＰ１よりも大きなピッチＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）をもって配列してある。
【００２１】
また、前記純水取出しパイプ１３は、それの取水口１３ａを加熱手段集中部分１５の略中央部下部に配置してある。
【００２２】
以上の構成によりこの第１実施形態の燃料電池の純水タンク１０は、補助タンクを設けることなく純水タンク１０に温水チューブ１４を設けたので、燃料電池システム１の構成を簡素化できる。
【００２３】
また、温水チューブ１４は純水取出しパイプの付近に集中して配置したので、この加熱手段集中部分１５によって凍結純水を他の部分に優先して集中解凍できるため、解凍効率が向上して燃料電池、つまり加湿器４に純水を供給するまでの時間を短縮し、ひいては、燃料電池２の起動時間を短縮化することができる。
【００２４】
更に、この第１実施形態では前記作用・効果に加えて、純水取出しパイプ１３の取水口１３ａを加熱手段集中部分１５の略中央部下部に配置したので、加熱手段集中部分１５で解凍した純水を効率良く取り出すことができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図３は純水タンクの拡大断面図である。
【００２６】
この第２実施形態の燃料電池の純水タンク１０ａは、タンク容器１１を２重構造にして温水ジャケット２０を設けてある。温水ジャケット２０は、タンク容器１１の側面および底面を適宜隙間Ｓを設けて配置した内，外壁１１ａ，１１ｂ間に構成し、この温水ジャケット２０内にはエンジン冷却水や別途加熱した温水を導入するようになっている。
【００２７】
勿論、この第２実施形態にあってもタンク容器１１内には加熱手段としての温水パイプ１４を複数本配置し、この温水パイプ１４を前記純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置するようになっている。
【００２８】
従って、この第２実施形態の燃料電池の純水タンク１０ａにあっては、温水パイプ１４を前記純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏するのは勿論のこと、特にこの実施形態では温水ジャケット２０を設けたので、タンク容器１１内の凍結純水を外周から全体的に解凍することができ、純水の解凍率を更に高めることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図４は純水タンクの拡大断面図である。
【００３０】
この第３実施形態の燃料電池の純水タンク１０ｂは、タンク容器１１内の前記加熱手段集中部分１５以外の部分に、燃料電池２の起動後の発電電力で加熱する補助電気ヒータ２１を配置してある。
【００３１】
前記加熱手段集中部分１５は、第１実施形態と同様に複数の温水パイプ１４によって構成し、この加熱手段集中部分１５以外の部分は温水パイプ１４に代えて前記補助電気ヒータ２１を設けてある。
【００３２】
また、タンク容器１１内には前記補助電気ヒータ２１の配置部分に温度センサ２２を設けて、水温が凍結しない所定温度（例えば、４゜Ｃ）以上の場合に補助電気ヒータ２１への通電を遮断して、燃料電池２の電力を節電するようになっている。
【００３３】
従って、この第３実施形態の燃料電池の純水タンク１０ｂにあっては、温水パイプ１４を前記純水取出しパイプ１３の付近に集中して配置したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏するのは勿論のこと、特にこの実施形態では温水ジャケット２０を設けたので、タンク容器１１内の凍結純水を外周から全体的に解凍することができ、純水の解凍率を更に高めることができる。
【００３４】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態を示し、前記第１，第３実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図５は純水タンクの拡大断面図である。
【００３５】
この第４実施形態の燃料電池の純水タンク１０ｃは、加熱手段集中部分１５の加熱手段として、温水パイプに代えてバッテリの電力で加熱する主電気ヒータ２３を用いてあり、また、加熱手段集中部分１５以外の部分には、第３実施形態と同様に燃料電池２の起動後の発電電力で加熱する補助電気ヒータ２１を配置してある。
【００３６】
前記補助電気ヒータ２１，主電気ヒータ２３はそれぞれ蛇腹状に折り返して加熱面積を広く取るようになっており、加熱手段集中部分１５の主電気ヒータ２３はその折り返しピッチＰ３を、補助電気ヒータ２１の折り返しピッチＰ４よりも小さく（Ｐ３＜Ｐ４）してある。
【００３７】
そして、第３実施形態の温度センサ２２に加えて、前記主電気ヒータ２３の配置部分に温度センサ２４を設けて、水温が凍結しない所定温度（例えば、４゜Ｃ）以上の場合に主電気ヒータ２３への通電を遮断して、燃料電池２の電力を節電するようになっている。
【００３８】
従って、この第４実施形態の燃料電池の純水タンク１０ｃは、加熱手段集中部分１５に配置した主電気ヒータ２３によって第１実施形態と同様の作用・効果を奏するのは勿論のこと、特にこの実施形態では加熱手段集中部分１５に主電気ヒータ２３を用いたことにより、第１実施形態に用いた温水パイプ１４に比較して構造を簡素化することができる。
【００３９】
ところで、本発明の燃料電池の純水タンクを前記第１〜第４実施形態に例をとって説明したが、これらに限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他の実施形態を各種採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における純水タンクを用いた燃料電池システムの基本構造を示す全体図である。
【図２】本発明の第１実施形態における純水タンクの拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における純水タンクの拡大断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における純水タンクの拡大断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態における純水タンクの拡大断面図である。
【符号の説明】
１燃料電池システム
２ＦＣスタック
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ純水タンク
１１タンク容器
１３純水取出しパイプ
１３ａ取水口
１４温水パイプ（加熱手段）
１５加熱手段集中部分
２０温水ジャケット
２１補助電気ヒータ
２３主電気ヒータ（加熱手段）

Claims

燃料電池に供給する純水を貯留するタンク容器（１１）を備えた燃料電池の純水タンクにおいて、
加熱手段（１４，２３）をタンク容器（１１）内の純水取出しパイプ（１３）の付近に集中して配置し、この加熱手段集中部分（１５）の凍結純水を優先して解凍することを特徴とする燃料電池の純水タンク。
タンク容器（１１）内の前記加熱手段集中部分（１５）以外の部分に、燃料電池起動後の発電電力で加熱する補助電気ヒータ（２１）を配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の純水タンク。
純水取出しパイプ（１３）の取水口（１３ａ）を、加熱手段集中部分（１５）の略中央部下部に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の純水タンク。
タンク容器（１１）を２重構造にして温水ジャケット（２０）を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の純水タンク。