JP2004311222A - 燃料電池システムの水抜き装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水貯留槽内の氷の凍結膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動するのを防止すること。
【解決手段】燃料電池システムに使用される水抜き装置１０の水貯留槽１１は燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する。水貯留槽１１の排水口１２に対応して弁座４１ａとニードル４２が設けられる。水貯留槽１１に設けられるフロート１４はレバー４３等によりニードル４２に連結される。レバー４３等は水貯留槽１１内の水位上昇に伴いフロート１４が上昇するとニードル４２を弁座４１ａから引き離し、水位下降に伴いフロート１４が下降するとニードル４２を弁座４１ａに押し付ける。水抜き装置１０は、ニードル４２が弁座４１ａから離れるとき、水貯留槽１１の貯留水を排水口１２から外部へ抜く。水貯留槽１１に設けられた副排水口１６に対応して電磁式開閉弁１７が設けられる。
【選択図】 図２
【解決手段】燃料電池システムに使用される水抜き装置１０の水貯留槽１１は燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する。水貯留槽１１の排水口１２に対応して弁座４１ａとニードル４２が設けられる。水貯留槽１１に設けられるフロート１４はレバー４３等によりニードル４２に連結される。レバー４３等は水貯留槽１１内の水位上昇に伴いフロート１４が上昇するとニードル４２を弁座４１ａから引き離し、水位下降に伴いフロート１４が下降するとニードル４２を弁座４１ａに押し付ける。水抜き装置１０は、ニードル４２が弁座４１ａから離れるとき、水貯留槽１１の貯留水を排水口１２から外部へ抜く。水貯留槽１１に設けられた副排水口１６に対応して電磁式開閉弁１７が設けられる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて燃料電池から水素と共に排出される水を外部へ抜くように構成した水抜き装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の燃料電池システムとして、例えば、下記の特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この特許文献１には、メタノールと水の混合液から水素ガスを含む改質ガスを生成する改質器を備え、燃料電池セルに改質ガスを供給するようにした燃料電池システムが記載される。この燃料電池システムは、燃料電池セルから排出される水分を貯留する水回収タンクと、その水回収タンクの下部に接続され、水回収タンク内及び水経路内の水を全て排水可能な切り換えバルブと、水回収タンク内における水液面高さを検出する液面計と、その液面計による検出結果に基づいて切り換えバルブを駆動制御する制御回路とを備える。この燃料電池システムは、同システムの運転が停止される際に、液面計により検出される液面高さが所定値より高いときに、制御回路が切り換えバルブを開放させ、水回収タンク内及び水経路内の水を全て迅速に排出させるようになっている。これにより、運転停止時における凍結を防止するようにしている。
【０００４】
一方、液面計の検出結果に基づき制御回路が切り換えバルブの開閉を制御するように構成した特許文献１に記載される水抜き装置に代わって、水面に浮かぶフロートに連動してバルブを開閉するように構成した水貯留槽を備えたフロート開閉式の水抜き装置が考えられる。特許文献２には、この種のフロート開閉式水抜き装置に適用可能な「フロート式ガストラップ」が記載されている。
【０００５】
この特許文献２に記載されたガストラップは、気体廃棄物処理系統にて気体が外部へ流出するのを抑制しながら系統内のドレン水を排出することを目的に設置される。このガストラップは、ドレン水を貯留するためのタンクを構成するボディ及びカバーと、ボディに取着された弁ホルダと、弁ホルダに組み込まれた弁体と、弁体に取着されて弁体に連動するフロートと、弁ホルダ内の上流側流路に設けられたバルブシートとを備えている。この構成によれば、ボディ内の水位が低い場合は、水位と共にフロートが下降し、弁体がバルブシートに押し付けられて閉弁され、ボディ内のドレン水は排出されない。一方、ボディ内の水位が上がった場合は、水位と共にフロートが上昇し、弁体がバルブシートから離れて開弁され、ボディ内のドレン水が排出される。従って、このような構成のフロート式ガストラップを燃料電池システムの水抜き装置に適用することも十分可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２１４３０号公報（第２〜５頁、図１，２）
【特許文献２】
特開昭６２−７５３９３号公報（第１〜４頁、図１〜６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献２に記載されたフロート式ガストラップでは、弁体がフロートに連動して動くことから、ボディ内のドレン水が凍結したときには、氷の膨張によってフロートが上昇して弁体がバルブシートから離れるおそれがあった。このような開弁状態のまま氷が解けはじめると、ボディ内の氷はその外周りから解け始めることから、ボディ内壁との間で隙間が生じ、未だ開弁状態にある弁体とバルブシートとの間隙からボディ内部の気体が不用意に外へ洩れたり、外気が不用意にボディ内部に浸入したりするおそれがあった。
【０００８】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを防止可能とした燃料電池システムの水抜き装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、水貯留槽の底部に設けられた排水口と、排水口に対応して設けられた弁座と、弁座に対応して設けられた弁体と、水貯留槽内に配置されたフロートと、水貯留槽内の水位の上昇に伴いフロートが上昇するときに弁体を弁座から引き離し、水位の下降に伴いフロートが下降するときに弁体を弁座に押し付けるように弁体をフロートの動きに連動させる連動機構とを備え、弁体が弁座から離れるときに水貯留槽に貯留された水を排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、水貯留槽に設けられた副排水口と、副排水口に対応して設けられた開閉弁とを備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、燃料電池から水素と共に排出される水は、水貯留槽に貯留される。ここで、水貯留槽内の水位の上昇に伴い、フロートが上昇することで連動機構により弁体が弁座から引き離されることにより、水貯留槽に貯留された水が弁座と弁体との間隙を通り、同タンクの底部に設けられた排水口から外部へ抜かれ、水貯留槽内の水位が下がる。一方、水貯留槽内の水位の下降に伴い、フロートが下降することで連動機構により弁体が弁座に押し付けられることにより、弁座と弁体との間が遮断され、水貯留槽内の水が外部へ抜かれることがなく、水貯留槽内の水位が一定に保たれる。ここで、例えば、燃料電池システムの運転停止時に開閉弁が開弁されることにより、副排水口が開放されて水貯留槽内から水が抜かれ、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。従って、水貯留槽内で凍結により氷が膨張しても、フロートが持ち上げられることがなく、連動機構により弁体が弁座から引き離されることがない。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、燃料電池システムの運転停止を操作するための停止操作手段と、その停止操作手段が操作されたときに開閉弁を開弁制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、停止操作手段の操作により燃料電池システムの運転停止が指示されることにより、開閉弁が制御手段により自動的に開弁される。これにより、副排水口が自動的に開放されて水貯留槽内から水が抜かれ、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、水貯留槽の底部に設けられた排水口と、排水口に対応して設けられた弁座と、弁座に対応して設けられた弁体と、水貯留槽内に配置されたフロートと、水貯留槽内の水位の上昇に伴いフロートが上昇するときに弁体を弁座から引き離し、水位の下降に伴いフロートが下降するときに弁体を弁座に押し付けるように弁体をフロートの動きに連動させる連動機構とを備え、弁体が弁座から離れるときに水貯留槽に貯留された水を排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、燃料電池システムの運転に連動して作動し、その運転の停止時に水貯留槽の容積を運転時の容積よりも拡大するように構成した容積拡大手段を備えたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明と異なり、燃料電池システムの運転の停止時には、容積拡大手段が作動して、水貯留槽の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。従って、水貯留槽内で凍結により氷が膨張しても、フロートが持ち上げられることがなく、連動機構により弁体が弁座から引き離されることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１に燃料電池システムの概略構成図を示す。このシステムは、主として燃料タンク１、改質器２、燃料電池３、トラップ装置４、ポンプ５、コンプレッサ６、レギュレータ２７及び電磁弁２８を備えて構成される。燃料タンク１は、水素の原料となる天然ガスやメタノール等の燃料を貯留する。改質器２は、燃料タンク１から送られる燃料を分解して水素を取り出す。改質器２により取り出された水素はレギュレータ２７で調圧され、電磁弁２８を通過して燃料電池３へ送られる。燃料電池３には、コンプレッサ６により圧縮された酸素（空気）が供給される。燃料電池３では、改質器２から送られる水素とコンプレッサ６から送られる酸素とを反応させて発電が行われる。水素と酸素の反応過程で生じる水は燃料電池３から外部へ排出される。この実施の形態で、燃料電池３で発電された電気は、バッテリ７に蓄えられる。バッテリ７に蓄えられた電気は、モータ８で動力を発生させるために使用される。
【００１７】
トラップ装置４は、燃料電池３において発電の過程で余った水素をリサイクルするために、燃料電池３から水素と共に排出される水を回収し処理する。トラップ装置４は、主として気液分離器９と水抜き装置１０から構成される。燃料電池３から排出される水分混じりの水素は、ポンプ５により気液分離器９へ圧送される。気液分離器９では、水分混じりの水素が、水素（気体）と水（液体）とに分離される。分離された水素は、改質器２にて取り出される水素に合流して再び燃料電池３へ送られる。分離された水は、水抜き装置１０により回収され、抜かれる。
【００１８】
この実施の形態で、水抜き装置１０は、主として水貯留槽１１、排水口１２及びフロート開閉式弁装置１３を備えて構成される。水貯留槽１１は、燃料電池３から排出されて気液分離器９で分離される水を貯留する。排水口１２は、水貯留槽１１の底部に設けられる。フロート開閉式弁装置１３は、排水口１２に対応して設けられ、水貯留槽１１内に配置されたフロート１４と、フロート１４に連動して開閉する弁機構１５とから構成される。上記のように構成した水抜き装置は、弁機構１５が開弁されたときに水貯留槽１１に貯留された水を排水口１２を通じて外部へ抜くように構成される。
【００１９】
この他、水抜き装置１０は、水貯留槽１１に設けられた副排水口１６と、副排水口１６に対応して設けられた電磁弁よりなる開閉弁１７と、燃料電池システムの運転停止を操作するためのイグニションスイッチ１８と、同スイッチ１８が操作されたときに開閉弁１７を開弁制御するためのコントローラ１９とを備える。イグニションスイッチ１８は、燃料電池システムの運転停止を操作するために操作するためのものであり、本発明の停止操作手段に相当する。コントローラ１９は、イグニションスイッチ１８が操作されたときに開閉弁１７を開弁制御するためのものであり、本発明の制御手段に相当する。
【００２０】
図２，３に、トラップ装置４の構造を断面図に示す。気液分離器９は、ほぼ円筒状をなして内部にサイクロン室２１ａを形成するサイクロン２１により構成される。サイクロン２１の上部側面には、接線方向に延びる気液導入路２２が設けられる。サイクロン２１の下部には、下方へ延びる液排出路２３が設けられる。サイクロン２１の上側には、上方へ延びる気排出路２４が設けられる。
【００２１】
気液分離器９で分離される水分混じりの水素は、ポンプ５により気液導入路２２を通じてサイクロン室２１ａに吸い込まれる。このとき、水分混じりの水素は、サイクロン２１の接線方向からサイクロン室２１ａに送り込まれることにより、同室２１ａにて渦巻き状に旋回させられ、遠心力により水素と水とに分離される。分離された水は、液排出路２３を通じて水抜き装置１０へ流れ下る。分離された水素は、気排出路２４へ排出される。
【００２２】
水貯留槽１１は、上部ケース３１及び下部ケース３２を互いにフランジ３１ａ，３２ａにて接合することにより構成される。両フランジ３１ａ，３２ａの間には、シール３３が介在される。水貯留槽１１は、その内部に水を貯留するフロート室１１ａを含む。ほぼ円筒状をなす上部ケース３１の上部には、気液分離器９の液排出路２３に連通する液入口３４が設けられる。下部ケース３２の底部には、エンドプレート３５がスペーサ３６を介してボルト３７等により締め付け固定される。下部ケース３２、スペーサ３６及びエンドプレート３５の間には、シール３８，３９が介在される。スペーサ３６の上面には、凹所３６ａが形成される。スペーサ３６には、凹所３６ａの底部の内外を連通させる連通孔３６ｂが形成される。スペーサ３６には、連通孔３６ｂを開閉可能にするために、ゴム等の弾性材料からなる逆止弁４０がその弾性変形を利用して取り付けられる。
【００２３】
逆止弁４０は、凹所３６ａ内の圧力が所定値以上に高くなったときに下方へ弾性変形して連通孔３６ｂを開き、凹所３６ａ内の圧力が所定値以下に低くなったときに上方へ弾性復元して連通孔３６ｂを閉じる。又、逆止弁４０は、逆バイアス圧力が作用したときに連通孔３６ｂを閉じて水等の逆流を阻止する。
【００２４】
エンドプレート３５の上面には、凹部３５ａが形成される。凹部３５ａは、逆止弁４０を取り囲み、かつ、逆止弁４０が開いたときに連通孔３６ｂに連通可能となる。エンドプレート３５には、凹部３５ａの底部内外を連通する前述した排水口１２が形成される。排水口１２は大気へ開放される。これら凹部３５ａ及び排水口１２は、スペーサ３６の凹部３６ａ及び連通孔３６ｂと共に一連の排水通路を構成する。
【００２５】
フロート開閉式弁装置１３の弁機構１５は、排水口１２を含む排水通路に対応して設けられたシートボディ４１と、シートボディ４１に対応して設けられた本発明の弁体としてのニードル４２とを備える。シートボディ４１は、ほぼ筒状をなし、その空洞下部に本発明の弁座４１ａを含む。シートボディ４１は、弁座４１ａに隣接し、空洞に連通する複数の横孔４１ｂを含む。シートボディ４１は、下部ケース３２の底壁に直立状態で固定される。シートボディ４１の下端開口４１ｃは、スペーサ３６の凹所３６ａに連通する。
【００２６】
ニードル４２は、シートボディ４１の空洞内にて上下動可能に組み込まれる。ニードル４２の下端は、シートボディ４１の弁座４１ａに対して着座可能に設けられる。即ち、ニードル４２が上動することにより、その下端が弁座４１ａから離れて開弁される。ニードル４２が下動することにより、その下端が弁座４１ａに着座して閉弁される。図２，３は、ニードル４２が閉弁した状態をそれぞれ示す。
【００２７】
弁機構１５は、ニードル４２の動きをフロート１４の動きに連動させるフロートレバー４３を更に備える。フロート１４は、例えば、独立発砲ゴム材等によりほぼ直方体形状に形成され、水貯留槽１１内、即ち、フロート室１１ａ内に貯留された水に浮かぶ。フロートレバー４３は、フロート１４に一体的に設けられてフロート１４の一側部から突出する。フロートレバー４３の先端は、下部ケース３２に設けられたブラケット３２ｂに対し、フロート１４の上下動を許容する方向へピン４４により回動可能に支持される。フロートレバー４３には、ニードル４２が係合によって連動可能に連結される。この実施の形態で、フロートレバー４３、ブラケット３２ｂ及びピン４４は、ニードル４２をフロート１４の動きに連動させる本発明の連動機構を構成する。
【００２８】
ここで、フロート室１１ａ内の水位の上昇に伴いフロート１４が上昇することにより、フロートレバー４３がピン４４を支点に上方へ回動してニードル４２が持ち上げられ、ニードル４２がシートボディ４１の弁座４１ａから引き離されて開弁される。これにより、フロート室１１内の水がシートボディ４１の下開口４１ｃ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び排水口１２を通じて外部へ排出される。一方、フロート室１１ａ内の水位の下降に伴いフロート１４が下降することにより、フロートレバー４３がピン４４を支点に水平位置まで回動してニードル４２が押し下げられ、ニードル４２が弁座４１ａに押し付けられて閉弁される。これにより、水貯留槽１１からの水の排出が停止すると共に、逆止弁４０が閉じられる。
【００２９】
開閉弁１７は、下ケース３２の一側斜壁３２ｃに配置される。斜壁３２ｃには、弁孔４５ａが形成され、その弁孔４５ａの周囲外面が弁座４５となっている。この弁孔４５ａ及び弁座４５に対応して、スペーサ４６を介して開閉弁１７がボルト４７により締め付け固定される。スペーサ４６は、内部に空洞４６ａを含み、その空洞４６ａが弁孔４５ａに連通する。スペーサ４６の下方側面には、前述した副排水口１６が形成される。開閉弁１７は、ソレノイド４８により駆動される弁体４９を含む。弁体４９の先端は、弁座４５に対して進退可能に設けられる。
【００３０】
開閉弁１７とイグニションスイッチ１８はコントローラ１９に接続される。コントローラ１９は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリ等を備えた周知構成のものである。このメモリには、イグニションスイッチ１８からの操作信号に基づいて開閉弁１７を制御するための制御プログラム等が格納される。コントローラ１９は、燃料電池システムのためのコントローラへ別途接続される。
【００３１】
この制御プログラムの一つの内容は以下の通りである。例えば、燃料電池システムを停止させるためにイグニションスイッチ１８がオフ操作されると、コントローラ１９は、タイマ機能により所定時間Ｔ１の計時を開始する。そして、所定時間Ｔ１が経過するまで、コントローラ１９は開閉弁１７へ開弁信号を出力する。これにより、ソレノイド４８により弁体４９が弁座４５から引き離され、弁孔４５ａが開く。一方、計時が所定時間Ｔ１を越えると、コントローラ１９は、開閉弁１７へ閉弁信号を出力する。これにより、ソレノイド４８により弁体４９が弁座４５に押し付けられ、弁孔４５ａが閉じる。ここで、上記の所定時間Ｔ１とは、フロート室１１ａ内の水面がフロート１４に接触しなくなるまの時間として予め確認されたものである。
【００３２】
以上説明したこの実施の形態の水抜き装置１０によれば、燃料電池システムの通常運転時において、燃料電池３から水素と共に排出される水は、トラップ装置４の気液分離器９にて水素と水に分離され、その分離された水が水抜き装置１０の水貯留槽１１に回収され、貯留される。
【００３３】
ここで、図２に示すように、フロート室１１ａ内の水位が所定の低水位を下回るときは、その水位と共にフロート１４が下降してニードル４２の下端が弁座４１ａに押し付けられる。これにより、シートボディ４１の下開口４１ｃが閉鎖され、凹所３６ａ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び凹部３５ａから排水口１２へ向かう水流が遮断される。
【００３４】
一方、フロート室１１ａ内の水位が所定の高水位を越えるときは、その水位と共にフロート１４が上昇してニードル４２の下端が弁座４１ａから引き離される。これにより、シートボディ４１の下開口４１ｃが開放され、凹所３６ａ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び凹部３５ａから排水口１２へ向かう水流が許容される。従って、水貯留槽１１に貯留された水が排水口１２から外部へ抜かれ、水貯留槽１１内の水位が低下する。このようにして、水貯留槽１１内の水位が所定の範囲でほぼ一定に保たれる。
【００３５】
この実施の形態の水抜き装置１０によれば、イグニションスイッチ１８がオフ操作される燃料電池システムの運転停止時に、開閉弁１７が所定時間Ｔ１だけ開弁されると、図３に示すように、副排水口１６が開放されて水貯留槽１１内から水が抜かれ、水貯留槽１１内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。従って、フロート室１１ａ内で凍結により氷が膨張しても、フロート１４が持ち上げられることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。このため、水貯留槽１１内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ、即ち、水貯留槽１１内へ不用意に外気を浸入させることがない。
【００３６】
この実施の形態の水抜き装置１０によれば、イグニションスイッチ１８をオフ操作するときに、開閉弁１７がコントローラ１９により所定時間Ｔ１だけ自動的に開弁制御されるので、水貯留槽１１内の水位が自動的に下げられる。このため、水貯留槽１１内における水位管理の自動化を図ることができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００３９】
図４，５に、この実施の形態のトラップ装置５１の構造を断面図に示す。この実施の形態のトラップ装置５１は、第１の実施の形態の水抜き装置１０と異なる水抜き装置６０を備える。この水抜き装置６０は、燃料電池システムの運転停止時に水貯留槽１１内の水位を強制的に下げるために、第１の実施の形態の副排水口１６、開閉弁１７、イグニションスイッチ１８及びコントローラ１９に代わる容積拡大手段を備える点で構成が異なる。
【００４０】
この容積拡大手段とは、燃料電池システムの運転に連動して作動し、その運転の停止時に水貯留槽１１の容積を運転時の容積よりも拡大するものである。即ち、容積拡大手段は、主として、水貯留槽１１の下部ケース３２の底壁に設けられたシリンダケース５２と、シリンダケース５２内を往復動可能に設けられたピストン５３と、ピストン５３を一方向へ付勢するスプリング５４と、シリンダケース５２内と気液導入路２２との間を連通する連通路５５と、気液導入路２２において連通路５５の入口５５ａより下流側に設けられた絞り５６とから構成される。シリンダケース５２の一端は開口５２ａにより開放されてフロート室１ａ内に連通する。ピストン５３は有底筒状をなし、その凹部５３ａがシリンダケース５２の開口５２ａを介してフロート室１１ａ内に連通する。
【００４１】
ここで、燃料電池システムの運転時には、図４に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されることから、絞り５６の上流側と下流側との間で圧力差が生じる。即ち、上流側圧力Ｐ１は下流側圧力Ｐ２よりも大きくなる。従って、水分混じりの水素の圧力は連通路５５を通じてシリンダケース５２におけるピストン５３の背面５３ｂに作用する。このとき、上記した上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差により、ピストン５３の凹部５３ａに作用する圧力よりもその背面５３ｂに作用する圧力の方が大きくなる。これにより、ピストン５３がスプリング５４の付勢力に抗して押圧され、スプリング５４の方向へ最大に変位する。
【００４２】
一方、燃料電池システムの運転停止時には、図５に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されなくなることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２とが同じになる。このとき、ピストン５３の凹部５３ａに作用する圧力とピストン５３の背面５３ｂに作用する圧力とが同じになる。これにより、ピストン５３がスプリング５４の付勢力により上記と逆方向へ押圧され、その背面５３ｂが下部ケース３２の内壁に当接する位置まで変位する。このように、ピストン５３が、図４に示す状態から図５に示す状態まで変位した分だけ、水貯留槽１１内の容積が実質的に大きくなる。即ち、燃料電池システムの運転停止時における水貯留槽１１の容積は、同システムの運転時の容積に対して拡大されることになる。
【００４３】
従って、この実施の形態の水抜き装置６０の構成によれば、燃料電池システムの運転停止時には、フロート室１１ａ内に配置されたピストン５３が作動して、水貯留槽１１の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、フロート室１１ａ内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。この実施の形態では、図５に示すように、フロート室１１ａ内で水面がフロート１４の底面より下方に位置するまで水位が下げられる。従って、水貯留槽１１内で凍結により氷が膨張しても、氷がフロート１４を押し上げることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。これにより、水貯留槽１１内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ内へ不用意に外気を浸入させることがない。
【００４４】
この実施の形態の水抜き装置６０によれば、燃料電池システムの運転が停止されることに連動して水貯留槽１１内の容積が自動的に拡大されるので、フロート室１１内の水位が自動的に下げられる。これにより、水貯留槽１１内の水位管理につき自動化を図ることができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図６，７に、この実施の形態のトラップ装置６１の構造を断面図に示す。この実施の形態のトラップ装置６１は、第２の実施の形態の水抜き装置６０と異なる水抜き装置７０を備える。この水抜き装置７０は、第２の実施の形態のシリンダケース５２、ピストン５３及びスプリング５４に代わり、ゴム等の弾性材料からなるベローズ６２を備える点で、第２の実施の形態と容積拡大手段の構成が異なる。この実施の形態で、ベローズ６２は、内部に圧力が加わらなければ、図７に示す収縮状態を復元形状とするものである。連通路５５は、ベローズ６２の内部に連通するように接続される。
【００４７】
ここで、燃料電池システムの運転時には、図６に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１が下流側圧力Ｐ２よりも大きくなる。従って、水分混じりの水素の圧力は連通路５５を通じてベローズ６２の内部に作用する。このとき、上記した上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差により、ベローズ６２の内部に作用する圧力がその外部に作用する圧力よりも大きくなり、ベローズ６２が膨張する。
【００４８】
一方、燃料電池システムの運転停止時には、図７に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されなくなることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２とが同じになる。このとき、ベローズ６２の内部に作用する圧力とその外部に作用する圧力とが同じになり、ベローズ６２が復元形状まで収縮する。このように、ベローズ６２が、図６に示す状態から図７に示す状態まで収縮した分だけ、水貯留槽１１内の容積が実質的に大きくなる。即ち、燃料電池システムの運転停止時における水貯留槽１１の容積は、同システムの運転時の容積に対して拡大されることになる。
【００４９】
従って、この実施の形態の水抜き装置７０の構成によれば、燃料電池システムの運転停止時に、フロート慕う１１ａ内に配置されたベローズ６２が作動して、水貯留槽１１の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、水貯留槽１１内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。この実施の形態では、図７に示すように、水貯留槽１１内で水面がフロート１４の底面より下方に位置するまで水位が下げられる。従って、水貯留槽１１内で凍結により氷が膨張しても、氷がフロート１４を押し上げることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。これにより、水貯留槽１１内で凍結による氷の膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ、即ち水貯留槽１１内に不用意に外気を侵入させることがない。
【００５０】
この他の本実施の形態におけるその他の作用効果は、第２の実施の形態のそれと基本的に同じである。
【００５１】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを未然に防止することができるという効果がある。
【００５３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、水貯留槽内にける水位管理の自動化を図ることができるという効果がある。
【００５４】
請求項３に記載の発明の構成によれば、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを未然に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図３】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態に係り、トラップ装置の構造を示す断面図。
【図５】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図６】第３の実施の形態に係り、トラップ装置の構造を示す断面図。
【図７】トラップ装置の構造を示す断面図。
【符号の説明】
３ 燃料電池
１０ 水抜き装置
１１ 水貯留槽
１２ 排水口
１４ フロート
１６ 副排水路
１７ 開閉弁
１８ イグニションスイッチ（停止操作手段）
１９ コントローラ（制御手段）
３２ｂ ブラケット
４１ａ 弁座
４２ ニードル（弁体）
４３ フロートレバー
４４ ピン（３２ｂ，４３，４４は連動機構を構成する。）
５２ シリンダケース
５３ ピストン
５４ スプリング
５５ 連通路
５６ 絞り（５２〜５６は容積拡大手段を構成する。）
６０ 水抜き装置
６２ ベローズ（５５，５６，６２は容積拡大手段を構成する。）
７０ 水抜き装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて燃料電池から水素と共に排出される水を外部へ抜くように構成した水抜き装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の燃料電池システムとして、例えば、下記の特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この特許文献１には、メタノールと水の混合液から水素ガスを含む改質ガスを生成する改質器を備え、燃料電池セルに改質ガスを供給するようにした燃料電池システムが記載される。この燃料電池システムは、燃料電池セルから排出される水分を貯留する水回収タンクと、その水回収タンクの下部に接続され、水回収タンク内及び水経路内の水を全て排水可能な切り換えバルブと、水回収タンク内における水液面高さを検出する液面計と、その液面計による検出結果に基づいて切り換えバルブを駆動制御する制御回路とを備える。この燃料電池システムは、同システムの運転が停止される際に、液面計により検出される液面高さが所定値より高いときに、制御回路が切り換えバルブを開放させ、水回収タンク内及び水経路内の水を全て迅速に排出させるようになっている。これにより、運転停止時における凍結を防止するようにしている。
【０００４】
一方、液面計の検出結果に基づき制御回路が切り換えバルブの開閉を制御するように構成した特許文献１に記載される水抜き装置に代わって、水面に浮かぶフロートに連動してバルブを開閉するように構成した水貯留槽を備えたフロート開閉式の水抜き装置が考えられる。特許文献２には、この種のフロート開閉式水抜き装置に適用可能な「フロート式ガストラップ」が記載されている。
【０００５】
この特許文献２に記載されたガストラップは、気体廃棄物処理系統にて気体が外部へ流出するのを抑制しながら系統内のドレン水を排出することを目的に設置される。このガストラップは、ドレン水を貯留するためのタンクを構成するボディ及びカバーと、ボディに取着された弁ホルダと、弁ホルダに組み込まれた弁体と、弁体に取着されて弁体に連動するフロートと、弁ホルダ内の上流側流路に設けられたバルブシートとを備えている。この構成によれば、ボディ内の水位が低い場合は、水位と共にフロートが下降し、弁体がバルブシートに押し付けられて閉弁され、ボディ内のドレン水は排出されない。一方、ボディ内の水位が上がった場合は、水位と共にフロートが上昇し、弁体がバルブシートから離れて開弁され、ボディ内のドレン水が排出される。従って、このような構成のフロート式ガストラップを燃料電池システムの水抜き装置に適用することも十分可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２１４３０号公報（第２〜５頁、図１，２）
【特許文献２】
特開昭６２−７５３９３号公報（第１〜４頁、図１〜６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献２に記載されたフロート式ガストラップでは、弁体がフロートに連動して動くことから、ボディ内のドレン水が凍結したときには、氷の膨張によってフロートが上昇して弁体がバルブシートから離れるおそれがあった。このような開弁状態のまま氷が解けはじめると、ボディ内の氷はその外周りから解け始めることから、ボディ内壁との間で隙間が生じ、未だ開弁状態にある弁体とバルブシートとの間隙からボディ内部の気体が不用意に外へ洩れたり、外気が不用意にボディ内部に浸入したりするおそれがあった。
【０００８】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを防止可能とした燃料電池システムの水抜き装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、水貯留槽の底部に設けられた排水口と、排水口に対応して設けられた弁座と、弁座に対応して設けられた弁体と、水貯留槽内に配置されたフロートと、水貯留槽内の水位の上昇に伴いフロートが上昇するときに弁体を弁座から引き離し、水位の下降に伴いフロートが下降するときに弁体を弁座に押し付けるように弁体をフロートの動きに連動させる連動機構とを備え、弁体が弁座から離れるときに水貯留槽に貯留された水を排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、水貯留槽に設けられた副排水口と、副排水口に対応して設けられた開閉弁とを備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、燃料電池から水素と共に排出される水は、水貯留槽に貯留される。ここで、水貯留槽内の水位の上昇に伴い、フロートが上昇することで連動機構により弁体が弁座から引き離されることにより、水貯留槽に貯留された水が弁座と弁体との間隙を通り、同タンクの底部に設けられた排水口から外部へ抜かれ、水貯留槽内の水位が下がる。一方、水貯留槽内の水位の下降に伴い、フロートが下降することで連動機構により弁体が弁座に押し付けられることにより、弁座と弁体との間が遮断され、水貯留槽内の水が外部へ抜かれることがなく、水貯留槽内の水位が一定に保たれる。ここで、例えば、燃料電池システムの運転停止時に開閉弁が開弁されることにより、副排水口が開放されて水貯留槽内から水が抜かれ、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。従って、水貯留槽内で凍結により氷が膨張しても、フロートが持ち上げられることがなく、連動機構により弁体が弁座から引き離されることがない。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、燃料電池システムの運転停止を操作するための停止操作手段と、その停止操作手段が操作されたときに開閉弁を開弁制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、停止操作手段の操作により燃料電池システムの運転停止が指示されることにより、開閉弁が制御手段により自動的に開弁される。これにより、副排水口が自動的に開放されて水貯留槽内から水が抜かれ、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、水貯留槽の底部に設けられた排水口と、排水口に対応して設けられた弁座と、弁座に対応して設けられた弁体と、水貯留槽内に配置されたフロートと、水貯留槽内の水位の上昇に伴いフロートが上昇するときに弁体を弁座から引き離し、水位の下降に伴いフロートが下降するときに弁体を弁座に押し付けるように弁体をフロートの動きに連動させる連動機構とを備え、弁体が弁座から離れるときに水貯留槽に貯留された水を排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、燃料電池システムの運転に連動して作動し、その運転の停止時に水貯留槽の容積を運転時の容積よりも拡大するように構成した容積拡大手段を備えたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明と異なり、燃料電池システムの運転の停止時には、容積拡大手段が作動して、水貯留槽の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、水貯留槽内の水位が強制的に下げられると共に、フロートが強制的に下げられる。従って、水貯留槽内で凍結により氷が膨張しても、フロートが持ち上げられることがなく、連動機構により弁体が弁座から引き離されることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１に燃料電池システムの概略構成図を示す。このシステムは、主として燃料タンク１、改質器２、燃料電池３、トラップ装置４、ポンプ５、コンプレッサ６、レギュレータ２７及び電磁弁２８を備えて構成される。燃料タンク１は、水素の原料となる天然ガスやメタノール等の燃料を貯留する。改質器２は、燃料タンク１から送られる燃料を分解して水素を取り出す。改質器２により取り出された水素はレギュレータ２７で調圧され、電磁弁２８を通過して燃料電池３へ送られる。燃料電池３には、コンプレッサ６により圧縮された酸素（空気）が供給される。燃料電池３では、改質器２から送られる水素とコンプレッサ６から送られる酸素とを反応させて発電が行われる。水素と酸素の反応過程で生じる水は燃料電池３から外部へ排出される。この実施の形態で、燃料電池３で発電された電気は、バッテリ７に蓄えられる。バッテリ７に蓄えられた電気は、モータ８で動力を発生させるために使用される。
【００１７】
トラップ装置４は、燃料電池３において発電の過程で余った水素をリサイクルするために、燃料電池３から水素と共に排出される水を回収し処理する。トラップ装置４は、主として気液分離器９と水抜き装置１０から構成される。燃料電池３から排出される水分混じりの水素は、ポンプ５により気液分離器９へ圧送される。気液分離器９では、水分混じりの水素が、水素（気体）と水（液体）とに分離される。分離された水素は、改質器２にて取り出される水素に合流して再び燃料電池３へ送られる。分離された水は、水抜き装置１０により回収され、抜かれる。
【００１８】
この実施の形態で、水抜き装置１０は、主として水貯留槽１１、排水口１２及びフロート開閉式弁装置１３を備えて構成される。水貯留槽１１は、燃料電池３から排出されて気液分離器９で分離される水を貯留する。排水口１２は、水貯留槽１１の底部に設けられる。フロート開閉式弁装置１３は、排水口１２に対応して設けられ、水貯留槽１１内に配置されたフロート１４と、フロート１４に連動して開閉する弁機構１５とから構成される。上記のように構成した水抜き装置は、弁機構１５が開弁されたときに水貯留槽１１に貯留された水を排水口１２を通じて外部へ抜くように構成される。
【００１９】
この他、水抜き装置１０は、水貯留槽１１に設けられた副排水口１６と、副排水口１６に対応して設けられた電磁弁よりなる開閉弁１７と、燃料電池システムの運転停止を操作するためのイグニションスイッチ１８と、同スイッチ１８が操作されたときに開閉弁１７を開弁制御するためのコントローラ１９とを備える。イグニションスイッチ１８は、燃料電池システムの運転停止を操作するために操作するためのものであり、本発明の停止操作手段に相当する。コントローラ１９は、イグニションスイッチ１８が操作されたときに開閉弁１７を開弁制御するためのものであり、本発明の制御手段に相当する。
【００２０】
図２，３に、トラップ装置４の構造を断面図に示す。気液分離器９は、ほぼ円筒状をなして内部にサイクロン室２１ａを形成するサイクロン２１により構成される。サイクロン２１の上部側面には、接線方向に延びる気液導入路２２が設けられる。サイクロン２１の下部には、下方へ延びる液排出路２３が設けられる。サイクロン２１の上側には、上方へ延びる気排出路２４が設けられる。
【００２１】
気液分離器９で分離される水分混じりの水素は、ポンプ５により気液導入路２２を通じてサイクロン室２１ａに吸い込まれる。このとき、水分混じりの水素は、サイクロン２１の接線方向からサイクロン室２１ａに送り込まれることにより、同室２１ａにて渦巻き状に旋回させられ、遠心力により水素と水とに分離される。分離された水は、液排出路２３を通じて水抜き装置１０へ流れ下る。分離された水素は、気排出路２４へ排出される。
【００２２】
水貯留槽１１は、上部ケース３１及び下部ケース３２を互いにフランジ３１ａ，３２ａにて接合することにより構成される。両フランジ３１ａ，３２ａの間には、シール３３が介在される。水貯留槽１１は、その内部に水を貯留するフロート室１１ａを含む。ほぼ円筒状をなす上部ケース３１の上部には、気液分離器９の液排出路２３に連通する液入口３４が設けられる。下部ケース３２の底部には、エンドプレート３５がスペーサ３６を介してボルト３７等により締め付け固定される。下部ケース３２、スペーサ３６及びエンドプレート３５の間には、シール３８，３９が介在される。スペーサ３６の上面には、凹所３６ａが形成される。スペーサ３６には、凹所３６ａの底部の内外を連通させる連通孔３６ｂが形成される。スペーサ３６には、連通孔３６ｂを開閉可能にするために、ゴム等の弾性材料からなる逆止弁４０がその弾性変形を利用して取り付けられる。
【００２３】
逆止弁４０は、凹所３６ａ内の圧力が所定値以上に高くなったときに下方へ弾性変形して連通孔３６ｂを開き、凹所３６ａ内の圧力が所定値以下に低くなったときに上方へ弾性復元して連通孔３６ｂを閉じる。又、逆止弁４０は、逆バイアス圧力が作用したときに連通孔３６ｂを閉じて水等の逆流を阻止する。
【００２４】
エンドプレート３５の上面には、凹部３５ａが形成される。凹部３５ａは、逆止弁４０を取り囲み、かつ、逆止弁４０が開いたときに連通孔３６ｂに連通可能となる。エンドプレート３５には、凹部３５ａの底部内外を連通する前述した排水口１２が形成される。排水口１２は大気へ開放される。これら凹部３５ａ及び排水口１２は、スペーサ３６の凹部３６ａ及び連通孔３６ｂと共に一連の排水通路を構成する。
【００２５】
フロート開閉式弁装置１３の弁機構１５は、排水口１２を含む排水通路に対応して設けられたシートボディ４１と、シートボディ４１に対応して設けられた本発明の弁体としてのニードル４２とを備える。シートボディ４１は、ほぼ筒状をなし、その空洞下部に本発明の弁座４１ａを含む。シートボディ４１は、弁座４１ａに隣接し、空洞に連通する複数の横孔４１ｂを含む。シートボディ４１は、下部ケース３２の底壁に直立状態で固定される。シートボディ４１の下端開口４１ｃは、スペーサ３６の凹所３６ａに連通する。
【００２６】
ニードル４２は、シートボディ４１の空洞内にて上下動可能に組み込まれる。ニードル４２の下端は、シートボディ４１の弁座４１ａに対して着座可能に設けられる。即ち、ニードル４２が上動することにより、その下端が弁座４１ａから離れて開弁される。ニードル４２が下動することにより、その下端が弁座４１ａに着座して閉弁される。図２，３は、ニードル４２が閉弁した状態をそれぞれ示す。
【００２７】
弁機構１５は、ニードル４２の動きをフロート１４の動きに連動させるフロートレバー４３を更に備える。フロート１４は、例えば、独立発砲ゴム材等によりほぼ直方体形状に形成され、水貯留槽１１内、即ち、フロート室１１ａ内に貯留された水に浮かぶ。フロートレバー４３は、フロート１４に一体的に設けられてフロート１４の一側部から突出する。フロートレバー４３の先端は、下部ケース３２に設けられたブラケット３２ｂに対し、フロート１４の上下動を許容する方向へピン４４により回動可能に支持される。フロートレバー４３には、ニードル４２が係合によって連動可能に連結される。この実施の形態で、フロートレバー４３、ブラケット３２ｂ及びピン４４は、ニードル４２をフロート１４の動きに連動させる本発明の連動機構を構成する。
【００２８】
ここで、フロート室１１ａ内の水位の上昇に伴いフロート１４が上昇することにより、フロートレバー４３がピン４４を支点に上方へ回動してニードル４２が持ち上げられ、ニードル４２がシートボディ４１の弁座４１ａから引き離されて開弁される。これにより、フロート室１１内の水がシートボディ４１の下開口４１ｃ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び排水口１２を通じて外部へ排出される。一方、フロート室１１ａ内の水位の下降に伴いフロート１４が下降することにより、フロートレバー４３がピン４４を支点に水平位置まで回動してニードル４２が押し下げられ、ニードル４２が弁座４１ａに押し付けられて閉弁される。これにより、水貯留槽１１からの水の排出が停止すると共に、逆止弁４０が閉じられる。
【００２９】
開閉弁１７は、下ケース３２の一側斜壁３２ｃに配置される。斜壁３２ｃには、弁孔４５ａが形成され、その弁孔４５ａの周囲外面が弁座４５となっている。この弁孔４５ａ及び弁座４５に対応して、スペーサ４６を介して開閉弁１７がボルト４７により締め付け固定される。スペーサ４６は、内部に空洞４６ａを含み、その空洞４６ａが弁孔４５ａに連通する。スペーサ４６の下方側面には、前述した副排水口１６が形成される。開閉弁１７は、ソレノイド４８により駆動される弁体４９を含む。弁体４９の先端は、弁座４５に対して進退可能に設けられる。
【００３０】
開閉弁１７とイグニションスイッチ１８はコントローラ１９に接続される。コントローラ１９は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリ等を備えた周知構成のものである。このメモリには、イグニションスイッチ１８からの操作信号に基づいて開閉弁１７を制御するための制御プログラム等が格納される。コントローラ１９は、燃料電池システムのためのコントローラへ別途接続される。
【００３１】
この制御プログラムの一つの内容は以下の通りである。例えば、燃料電池システムを停止させるためにイグニションスイッチ１８がオフ操作されると、コントローラ１９は、タイマ機能により所定時間Ｔ１の計時を開始する。そして、所定時間Ｔ１が経過するまで、コントローラ１９は開閉弁１７へ開弁信号を出力する。これにより、ソレノイド４８により弁体４９が弁座４５から引き離され、弁孔４５ａが開く。一方、計時が所定時間Ｔ１を越えると、コントローラ１９は、開閉弁１７へ閉弁信号を出力する。これにより、ソレノイド４８により弁体４９が弁座４５に押し付けられ、弁孔４５ａが閉じる。ここで、上記の所定時間Ｔ１とは、フロート室１１ａ内の水面がフロート１４に接触しなくなるまの時間として予め確認されたものである。
【００３２】
以上説明したこの実施の形態の水抜き装置１０によれば、燃料電池システムの通常運転時において、燃料電池３から水素と共に排出される水は、トラップ装置４の気液分離器９にて水素と水に分離され、その分離された水が水抜き装置１０の水貯留槽１１に回収され、貯留される。
【００３３】
ここで、図２に示すように、フロート室１１ａ内の水位が所定の低水位を下回るときは、その水位と共にフロート１４が下降してニードル４２の下端が弁座４１ａに押し付けられる。これにより、シートボディ４１の下開口４１ｃが閉鎖され、凹所３６ａ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び凹部３５ａから排水口１２へ向かう水流が遮断される。
【００３４】
一方、フロート室１１ａ内の水位が所定の高水位を越えるときは、その水位と共にフロート１４が上昇してニードル４２の下端が弁座４１ａから引き離される。これにより、シートボディ４１の下開口４１ｃが開放され、凹所３６ａ、連通孔３６ｂ、逆止弁４０及び凹部３５ａから排水口１２へ向かう水流が許容される。従って、水貯留槽１１に貯留された水が排水口１２から外部へ抜かれ、水貯留槽１１内の水位が低下する。このようにして、水貯留槽１１内の水位が所定の範囲でほぼ一定に保たれる。
【００３５】
この実施の形態の水抜き装置１０によれば、イグニションスイッチ１８がオフ操作される燃料電池システムの運転停止時に、開閉弁１７が所定時間Ｔ１だけ開弁されると、図３に示すように、副排水口１６が開放されて水貯留槽１１内から水が抜かれ、水貯留槽１１内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。従って、フロート室１１ａ内で凍結により氷が膨張しても、フロート１４が持ち上げられることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。このため、水貯留槽１１内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ、即ち、水貯留槽１１内へ不用意に外気を浸入させることがない。
【００３６】
この実施の形態の水抜き装置１０によれば、イグニションスイッチ１８をオフ操作するときに、開閉弁１７がコントローラ１９により所定時間Ｔ１だけ自動的に開弁制御されるので、水貯留槽１１内の水位が自動的に下げられる。このため、水貯留槽１１内における水位管理の自動化を図ることができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００３９】
図４，５に、この実施の形態のトラップ装置５１の構造を断面図に示す。この実施の形態のトラップ装置５１は、第１の実施の形態の水抜き装置１０と異なる水抜き装置６０を備える。この水抜き装置６０は、燃料電池システムの運転停止時に水貯留槽１１内の水位を強制的に下げるために、第１の実施の形態の副排水口１６、開閉弁１７、イグニションスイッチ１８及びコントローラ１９に代わる容積拡大手段を備える点で構成が異なる。
【００４０】
この容積拡大手段とは、燃料電池システムの運転に連動して作動し、その運転の停止時に水貯留槽１１の容積を運転時の容積よりも拡大するものである。即ち、容積拡大手段は、主として、水貯留槽１１の下部ケース３２の底壁に設けられたシリンダケース５２と、シリンダケース５２内を往復動可能に設けられたピストン５３と、ピストン５３を一方向へ付勢するスプリング５４と、シリンダケース５２内と気液導入路２２との間を連通する連通路５５と、気液導入路２２において連通路５５の入口５５ａより下流側に設けられた絞り５６とから構成される。シリンダケース５２の一端は開口５２ａにより開放されてフロート室１ａ内に連通する。ピストン５３は有底筒状をなし、その凹部５３ａがシリンダケース５２の開口５２ａを介してフロート室１１ａ内に連通する。
【００４１】
ここで、燃料電池システムの運転時には、図４に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されることから、絞り５６の上流側と下流側との間で圧力差が生じる。即ち、上流側圧力Ｐ１は下流側圧力Ｐ２よりも大きくなる。従って、水分混じりの水素の圧力は連通路５５を通じてシリンダケース５２におけるピストン５３の背面５３ｂに作用する。このとき、上記した上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差により、ピストン５３の凹部５３ａに作用する圧力よりもその背面５３ｂに作用する圧力の方が大きくなる。これにより、ピストン５３がスプリング５４の付勢力に抗して押圧され、スプリング５４の方向へ最大に変位する。
【００４２】
一方、燃料電池システムの運転停止時には、図５に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されなくなることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２とが同じになる。このとき、ピストン５３の凹部５３ａに作用する圧力とピストン５３の背面５３ｂに作用する圧力とが同じになる。これにより、ピストン５３がスプリング５４の付勢力により上記と逆方向へ押圧され、その背面５３ｂが下部ケース３２の内壁に当接する位置まで変位する。このように、ピストン５３が、図４に示す状態から図５に示す状態まで変位した分だけ、水貯留槽１１内の容積が実質的に大きくなる。即ち、燃料電池システムの運転停止時における水貯留槽１１の容積は、同システムの運転時の容積に対して拡大されることになる。
【００４３】
従って、この実施の形態の水抜き装置６０の構成によれば、燃料電池システムの運転停止時には、フロート室１１ａ内に配置されたピストン５３が作動して、水貯留槽１１の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、フロート室１１ａ内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。この実施の形態では、図５に示すように、フロート室１１ａ内で水面がフロート１４の底面より下方に位置するまで水位が下げられる。従って、水貯留槽１１内で凍結により氷が膨張しても、氷がフロート１４を押し上げることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。これにより、水貯留槽１１内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ内へ不用意に外気を浸入させることがない。
【００４４】
この実施の形態の水抜き装置６０によれば、燃料電池システムの運転が停止されることに連動して水貯留槽１１内の容積が自動的に拡大されるので、フロート室１１内の水位が自動的に下げられる。これにより、水貯留槽１１内の水位管理につき自動化を図ることができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の燃料電池システムの水抜き装置を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図６，７に、この実施の形態のトラップ装置６１の構造を断面図に示す。この実施の形態のトラップ装置６１は、第２の実施の形態の水抜き装置６０と異なる水抜き装置７０を備える。この水抜き装置７０は、第２の実施の形態のシリンダケース５２、ピストン５３及びスプリング５４に代わり、ゴム等の弾性材料からなるベローズ６２を備える点で、第２の実施の形態と容積拡大手段の構成が異なる。この実施の形態で、ベローズ６２は、内部に圧力が加わらなければ、図７に示す収縮状態を復元形状とするものである。連通路５５は、ベローズ６２の内部に連通するように接続される。
【００４７】
ここで、燃料電池システムの運転時には、図６に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１が下流側圧力Ｐ２よりも大きくなる。従って、水分混じりの水素の圧力は連通路５５を通じてベローズ６２の内部に作用する。このとき、上記した上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との圧力差により、ベローズ６２の内部に作用する圧力がその外部に作用する圧力よりも大きくなり、ベローズ６２が膨張する。
【００４８】
一方、燃料電池システムの運転停止時には、図７に示すように、気液導入路２２を水分混じりの水素が圧送されなくなることから、絞り５６の上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２とが同じになる。このとき、ベローズ６２の内部に作用する圧力とその外部に作用する圧力とが同じになり、ベローズ６２が復元形状まで収縮する。このように、ベローズ６２が、図６に示す状態から図７に示す状態まで収縮した分だけ、水貯留槽１１内の容積が実質的に大きくなる。即ち、燃料電池システムの運転停止時における水貯留槽１１の容積は、同システムの運転時の容積に対して拡大されることになる。
【００４９】
従って、この実施の形態の水抜き装置７０の構成によれば、燃料電池システムの運転停止時に、フロート慕う１１ａ内に配置されたベローズ６２が作動して、水貯留槽１１の容積が運転時のそれよりも拡大される。これにより、水貯留槽１１内の水位が強制的に下げられると共に、フロート１４が強制的に下げられる。この実施の形態では、図７に示すように、水貯留槽１１内で水面がフロート１４の底面より下方に位置するまで水位が下げられる。従って、水貯留槽１１内で凍結により氷が膨張しても、氷がフロート１４を押し上げることがなく、フロートレバー４３等が作動してニードル４２が弁座４１ａから引き離されることがない。これにより、水貯留槽１１内で凍結による氷の膨張に伴いフロート開閉式弁装置１３が誤作動することを未然に防止するできる。これにより、フロート室１１ａ、即ち水貯留槽１１内に不用意に外気を侵入させることがない。
【００５０】
この他の本実施の形態におけるその他の作用効果は、第２の実施の形態のそれと基本的に同じである。
【００５１】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを未然に防止することができるという効果がある。
【００５３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、水貯留槽内にける水位管理の自動化を図ることができるという効果がある。
【００５４】
請求項３に記載の発明の構成によれば、水貯留槽内で凍結による氷膨張に伴いフロート開閉式弁装置が誤作動することを未然に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図３】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態に係り、トラップ装置の構造を示す断面図。
【図５】トラップ装置の構造を示す断面図。
【図６】第３の実施の形態に係り、トラップ装置の構造を示す断面図。
【図７】トラップ装置の構造を示す断面図。
【符号の説明】
３ 燃料電池
１０ 水抜き装置
１１ 水貯留槽
１２ 排水口
１４ フロート
１６ 副排水路
１７ 開閉弁
１８ イグニションスイッチ（停止操作手段）
１９ コントローラ（制御手段）
３２ｂ ブラケット
４１ａ 弁座
４２ ニードル（弁体）
４３ フロートレバー
４４ ピン（３２ｂ，４３，４４は連動機構を構成する。）
５２ シリンダケース
５３ ピストン
５４ スプリング
５５ 連通路
５６ 絞り（５２〜５６は容積拡大手段を構成する。）
６０ 水抜き装置
６２ ベローズ（５５，５６，６２は容積拡大手段を構成する。）
７０ 水抜き装置
Claims (3)
- 水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、
前記燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、
前記水貯留槽の底部に設けられた排水口と、
前記排水口に対応して設けられた弁座と、
前記弁座に対応して設けられた弁体と、
前記水貯留槽内に配置されたフロートと、
前記水貯留槽内の水位の上昇に伴い前記フロートが上昇するときに前記弁体を前記弁座から引き離し、前記水位の下降に伴い前記フロートが下降するときに前記弁体を前記弁座に押し付けるように前記弁体を前記フロートの動きに連動させる連動機構と
を備え、前記弁体が前記弁座から離れるときに前記水貯留槽に貯留された水を前記排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、
前記水貯留槽に設けられた副排水口と、
前記副排水口に対応して設けられた開閉弁と
を備えたことを特徴とする燃料電池システムの水抜き装置。 - 前記燃料電池システムの運転停止を操作するための停止操作手段と、
前記停止操作手段が操作されたときに前記開閉弁を開弁制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムの水抜き装置。 - 水素と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに使用される水抜き装置であって、
前記燃料電池から水素と共に排出される水を貯留する水貯留槽と、
前記水貯留槽の底部に設けられた排水口と、
前記排水口に対応して設けられた弁座と、
前記弁座に対応して設けられた弁体と、
前記水貯留槽内に配置されたフロートと、
前記水貯留槽内の水位の上昇に伴い前記フロートが上昇するときに前記弁体を前記弁座から引き離し、前記水位の下降に伴い前記フロートが下降するときに前記弁体を前記弁座に押し付けるように前記弁体を前記フロートの動きに連動させる連動機構と
を備え、前記弁体が前記弁座から離れるときに前記水貯留槽に貯留された水を前記排水口を通じて外部へ抜くように構成した燃料電池システムの水抜き装置において、
前記燃料電池システムの運転に連動して作動し、その運転の停止時に前記水貯留槽の容積を運転時の容積よりも拡大するように構成した容積拡大手段を備えたことを特徴とする燃料電池システムの水抜き装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003103635A JP2004311222A (ja) | 2003-04-08 | 2003-04-08 | 燃料電池システムの水抜き装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2013077604A1 (ko) * | 2011-11-23 | 2013-05-30 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 팩 |
| CN106856248A (zh) * | 2015-12-09 | 2017-06-16 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池堆外壳 |
-
2003
- 2003-04-08 JP JP2003103635A patent/JP2004311222A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8091664B2 (en) | 2005-08-04 | 2012-01-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell vehicle |
| DE112007002883T5 (de) | 2006-12-07 | 2009-09-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Brennstoffzellensystem |
| US9523440B2 (en) | 2006-12-07 | 2016-12-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| WO2013077604A1 (ko) * | 2011-11-23 | 2013-05-30 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 팩 |
| US9979006B2 (en) | 2011-11-23 | 2018-05-22 | Sk Innovation Co., Ltd. | Battery pack including drainage system having floating body to close drainage hole |
| CN106856248A (zh) * | 2015-12-09 | 2017-06-16 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池堆外壳 |
| US9871261B2 (en) | 2015-12-09 | 2018-01-16 | Hyundai Motor Company | Fuel cell stack enclosure |
| KR101856299B1 (ko) * | 2015-12-09 | 2018-05-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 스택 인클로저 |
| CN106856248B (zh) * | 2015-12-09 | 2021-05-07 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池堆外壳 |
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