本発明は、純水タンク及びこの純水タンクを用いた燃料電池システムに関する。
The present invention relates to a pure water tank and a fuel cell system using the pure water tank.
燃料電池は、その反応膜が湿潤状態で機能を発揮するため、供給する水素や酸素を充分に加湿しなければならない。このため、水素貯蔵タイプの燃料電池システムを搭載した車両には、水素や酸素を加湿するための純水を貯蔵する純水タンクを備える必要がある。この燃料電池システムを寒冷地で使用する際には、純水タンク中の純水が凍結する恐れがある。このため、凍結した氷塊を電気ヒータで解凍する必要がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１１０１８７号公報（第４頁、第１図）
Since the fuel cell functions in a wet state, the fuel cell must sufficiently humidify the supplied hydrogen and oxygen. For this reason, a vehicle equipped with a hydrogen storage type fuel cell system needs to have a pure water tank for storing pure water for humidifying hydrogen and oxygen. When this fuel cell system is used in a cold region, the pure water in the pure water tank may freeze. For this reason, it is necessary to thaw the frozen ice block with an electric heater (for example, refer patent document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-110187 (page 4, FIG. 1)
ところが、上記した方法では、解凍が進むにつれて純水が増え、増えた純水が電気ヒータと氷塊との間に入り込むと、電気ヒータから氷塊に熱が有効に伝えられなくなる。このため、解凍が遅れるという問題があった。
However, in the above-described method, pure water increases as thawing progresses, and when the increased pure water enters between the electric heater and the ice block, heat cannot be effectively transferred from the electric heater to the ice block. For this reason, there was a problem that thawing was delayed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第１の発明である純水タンクは、純水を貯蔵するタンク部と、前記タンク部内の純水が凍結した氷塊に熱を付与して前記氷塊を解凍する加熱手段と、前記氷塊を前記加熱手段側に導き前記氷塊を前記加熱手段に接触させる案内手段と、を備えることを要旨とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and a pure water tank according to a first aspect of the present invention is configured to heat a tank part for storing pure water and an ice block in which pure water in the tank part is frozen. The gist is provided with heating means for applying and thawing the ice block, and guide means for guiding the ice block to the heating unit and bringing the ice block into contact with the heating unit.
また、第２の発明である燃料電池システムは、第１の発明に係る純水タンクを燃料電池の加湿用の純水の貯蔵タンクとして備えることを要旨とする。
The gist of the fuel cell system according to the second invention is that the pure water tank according to the first invention is provided as a pure water storage tank for humidifying the fuel cell.
本発明によれば、加熱手段が常に氷塊に接するため、加熱手段から氷塊に効率よく熱が伝えられる。このため、複雑な機構を追加することなく純水タンク内の氷塊の解凍時間を短縮することができる。
According to the present invention, since the heating unit is always in contact with the ice block, the heat is efficiently transferred from the heating unit to the ice block. For this reason, the thawing time of the ice block in the pure water tank can be shortened without adding a complicated mechanism.
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明の実施例１の純水タンク１の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a pure water tank 1 according to a first embodiment of the present invention.
上記した純水タンク１は、純水４を貯蔵するタンク部２と、タンク部２内の純水４が凍結した後述する氷塊に熱を付与して氷塊を解凍する伝熱部３とを備えている。伝熱部３は、内部に電気ヒータを備えている。また、伝熱部３は、タンク部２内の純水４の液面４ａを覆うことのできる形状であり、タンク部２内の純水４の液面４ａ、又は純水４が凍結した氷塊の表面のほぼ全域を覆う形状（少なくとも半分以上）に形成されている。また、伝熱部３は、純水４に浮くように全体の比重が純水よりも小さくなるように形成されている。つまり、伝熱部３は、純水に対して比重の小さい材質で構成されているか又は純水よりも比重が小さくなる構造を有している。この構造としては、例えば水より比重の小さいポリプロピレンなどの樹脂に伝熱線を内包させて形成しても良いし、内部に空気の層ができるようにアルミニウム等の金属の板を貼り合わせて形成しても良い。このように形成されているため、伝熱部３は、タンク部２内の純水４の液面４ａ側に浮遊状態で配置され、タンク部２内において上下に可動である。また、伝熱部３の下面３ａは略平面状に形成されており、下面３ａの全面がタンク部２内の純水４又は氷塊に接触している。
The pure water tank 1 includes a tank unit 2 that stores the pure water 4 and a heat transfer unit 3 that applies heat to an ice block, which will be described later, in which the pure water 4 in the tank unit 2 is frozen to defrost the ice block. ing. The heat transfer unit 3 includes an electric heater inside. The heat transfer section 3 has a shape that can cover the liquid surface 4a of the pure water 4 in the tank section 2, and the liquid surface 4a of the pure water 4 in the tank section 2 or an ice block in which the pure water 4 is frozen. It is formed in a shape (at least half or more) covering almost the entire surface of the surface. Further, the heat transfer section 3 is formed so that the overall specific gravity is smaller than that of pure water so as to float on the pure water 4. That is, the heat transfer section 3 is made of a material having a specific gravity smaller than that of pure water or has a structure having a specific gravity smaller than that of pure water. As this structure, for example, a heat transfer wire may be included in a resin such as polypropylene having a specific gravity smaller than that of water, or a metal plate such as aluminum is bonded to form an air layer inside. May be. Since it is formed in this way, the heat transfer section 3 is arranged in a floating state on the liquid surface 4 a side of the pure water 4 in the tank section 2, and is movable up and down in the tank section 2. Further, the lower surface 3 a of the heat transfer unit 3 is formed in a substantially flat shape, and the entire surface of the lower surface 3 a is in contact with the pure water 4 or the ice block in the tank unit 2.
この純水タンク１は、図２に示すような燃料電池システムに使用される。６は伝熱部３の電源である。タンク部２に貯蔵された純水４は、ポンプ８によって管９を介して燃料電池７に循環供給される。燃料電池７に供給された純水４は、発電に必要な水素や酸素の加湿に用いられる。なお、純水４は、燃料電池７の加湿用の水として、絶縁性の観点から使用されている。
This pure water tank 1 is used in a fuel cell system as shown in FIG. Reference numeral 6 denotes a power source for the heat transfer section 3. The pure water 4 stored in the tank unit 2 is circulated and supplied to the fuel cell 7 through the pipe 9 by the pump 8. The pure water 4 supplied to the fuel cell 7 is used for humidifying hydrogen and oxygen necessary for power generation. The pure water 4 is used as humidifying water for the fuel cell 7 from the viewpoint of insulation.
次に、本実施例における凍結した氷塊の解凍時の動作について説明する。
Next, the operation at the time of thawing frozen ice blocks in the present embodiment will be described.
図３は解凍開始直後の状態を表している。純水タンク１周辺の雰囲気温度が低下し、タンク部２内の純水４の温度が摂氏０度以下になると純水４が凍結を開始する。純水４は凍結時には体積が増えるという性質をもっているため、純水４の凍結開始後は、純水４又は凍結した氷塊５の上面５ａの高さは凍結開始前の液面４ａよりも徐々に高くなり、タンク部２内は氷塊５で満たされる。
FIG. 3 shows a state immediately after the start of thawing. When the ambient temperature around the pure water tank 1 decreases and the temperature of the pure water 4 in the tank unit 2 falls below 0 degrees Celsius, the pure water 4 starts to freeze. Since the pure water 4 has a property of increasing in volume when frozen, after the freezing of the pure water 4 starts, the height of the upper surface 5a of the pure water 4 or the frozen ice block 5 is gradually higher than the liquid level 4a before the freezing starts. The tank portion 2 is filled with ice blocks 5.
ここで、伝熱部３に電源を入れて氷塊５の解凍を開始する。氷塊５は、解凍が開始されると通電された伝熱部３のヒータの温度上昇により上面５ａから溶かされる。溶けて生じた純水は、伝熱部３の自重により伝熱部３の上側や周囲に押し出されるため、伝熱部３の下面３ａと氷塊５の上面５ａとの接触が保たれる。このようにして、効率良く解凍が行われる。また、伝熱部３の熱により、タンク部２の内壁面２ａの温度が上昇したり、解凍によって生じる純水４が内壁面２ａと氷塊５の上面５ａとの接触面に浸透する。このため、氷塊５のタンク内壁面２ａに接触する箇所が融解される。
Here, power is turned on to the heat transfer section 3 to start thawing the ice block 5. When the thawing is started, the ice block 5 is melted from the upper surface 5a by the temperature rise of the heater of the heat transfer section 3 that is energized. The pure water generated by melting is pushed out above and around the heat transfer unit 3 by its own weight, so that the lower surface 3a of the heat transfer unit 3 and the upper surface 5a of the ice block 5 are kept in contact with each other. In this way, thawing is performed efficiently. Further, the temperature of the inner wall surface 2 a of the tank unit 2 rises due to the heat of the heat transfer unit 3, or pure water 4 generated by thawing penetrates into the contact surface between the inner wall surface 2 a and the upper surface 5 a of the ice block 5. For this reason, the location which contacts the tank inner wall surface 2a of the ice lump 5 is melted.
図４は解凍が進み、タンク内壁面２ａに固着していた氷塊５が融解されている状態を表している。この時、伝熱部３は純水４からの浮力を受けるが、同時に氷塊５も純水４から浮力を受けている。このため、伝熱部３の下面３ａと氷塊５の上面５ａとの接触は保たれ、氷塊５に伝熱部３の熱が効率良く伝えられて、効率良く解凍が行われる。この状態は、氷塊５が全て融解し、純水４のみになるまで継続される。
FIG. 4 shows a state in which thawing has progressed and the ice block 5 fixed to the tank inner wall surface 2a is melted. At this time, the heat transfer unit 3 receives buoyancy from the pure water 4, but the ice block 5 also receives buoyancy from the pure water 4. For this reason, the contact between the lower surface 3a of the heat transfer unit 3 and the upper surface 5a of the ice block 5 is maintained, the heat of the heat transfer unit 3 is efficiently transferred to the ice block 5, and the defrosting is performed efficiently. This state is continued until all the ice blocks 5 are melted and only pure water 4 is obtained.
純水４は、タンク部２下部にドレイン口を設けて流出させるか、ポンプにより外部に吸い出して利用する。純水４がなくなると、それにつれて伝熱部３は下方に移動する。また、純水４が供給されて水位が上がると、伝熱部３は浮力によって液面４ａ付近まで上昇する。このため、再度、低温下に放置されて純水４が凍結した場合にも、上述のように効率良く解凍が行われる。
The pure water 4 is used by providing a drain port at the lower part of the tank unit 2 to be discharged or sucking it out by a pump. When the pure water 4 runs out, the heat transfer section 3 moves downward accordingly. When pure water 4 is supplied and the water level rises, the heat transfer section 3 rises to the vicinity of the liquid surface 4a by buoyancy. For this reason, even when the pure water 4 is frozen again by being left at a low temperature, the thawing is efficiently performed as described above.
以上述べたように、上述の構成であれば、伝熱部３を、タンク部２内の純水４の液面４ａを覆うことのできる形状であり、液面４ａ側に浮遊状態で配置したため、常に伝熱部３と氷塊５と接触することができ、氷塊５への伝熱が効率良く行われ、複雑な機構を追加することなく、短時間で氷塊５を解凍することができる。従って、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。
As described above, with the above-described configuration, the heat transfer unit 3 has a shape that can cover the liquid surface 4a of the pure water 4 in the tank unit 2, and is arranged in a floating state on the liquid surface 4a side. The heat transfer unit 3 and the ice block 5 can always be in contact with each other, the heat transfer to the ice block 5 is efficiently performed, and the ice block 5 can be thawed in a short time without adding a complicated mechanism. Therefore, the startup time of the fuel cell system can be shortened.
なお、本実施例では加熱手段として電気ヒータを用いたが、図５に示す模式図のように伝熱部３に温媒流路１０を設けて燃料電池スタック冷却用の冷媒（クーラント）を温媒として流しても良い。この場合には、温媒流路１０を伝熱部３の上下動を妨げないような構造、例えば可撓性のチューブ等を用いることが好ましい。この場合には、電気ヒータが不要又はその容量を小さくすることができるため、消費電力の低下を図ることができる。
In this embodiment, an electric heater is used as the heating means. However, as shown in the schematic diagram of FIG. 5, a heating medium flow path 10 is provided in the heat transfer section 3 to heat the coolant (coolant) for cooling the fuel cell stack. It may flow as a medium. In this case, it is preferable to use a structure that does not hinder the vertical movement of the heat transfer section 3 in the heating medium flow path 10, for example, a flexible tube. In this case, an electric heater is not required or the capacity can be reduced, so that power consumption can be reduced.
図６は、本発明の実施例２の純水タンク１１の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the pure water tank 11 according to the second embodiment of the present invention.
本実施例では、純水タンク１１は、純水１４を貯蔵するタンク部１２と、タンク部１２内の純水１４が凍結した氷塊１５に熱を付与して氷塊１５を解凍する伝熱部１３とを備えている点で実施例１と同様の構成を有している。ここで、実施例１と異なる点は、タンク部１２の一側壁１２Ａに加温手段１６を設けた点と、伝熱部１３の下面１３ａが加温手段１６に向かう上り傾斜面である点である。その他の点は、実施例１と同様の構成であり、図２、図５に示すような燃料電池システムに使用される。
In the present embodiment, the pure water tank 11 includes a tank unit 12 that stores the pure water 14, and a heat transfer unit 13 that applies heat to the ice block 15 in which the pure water 14 in the tank unit 12 is frozen to defrost the ice block 15. And having the same configuration as that of the first embodiment. Here, the difference from the first embodiment is that the heating means 16 is provided on one side wall 12A of the tank section 12 and that the lower surface 13a of the heat transfer section 13 is an upward inclined surface toward the heating means 16. is there. The other points are the same as those of the first embodiment, and are used in the fuel cell system as shown in FIGS.
伝熱部１３は、タンク部１２内の純水１４の液面１４ａ又は純水１４が凍結した氷塊１５の上面１５ａのほぼ全域を覆う形状（少なくとも半分以上）に形成されており、その端部はタンク部１２の内壁面１２ａに接している。また、伝熱部１３は、純水１４に浮くように全体の比重が純水よりも小さくなるように形成されている。伝熱部１３は、氷塊１５と接触して熱を伝える。また、伝熱部１３の下面１３ａは、略平面でかつ加温手段１６に向かって上り傾斜している。加温手段１６は、伝熱部１３と同様に、タンク部１２内を加熱することができる。また、伝熱部１３及び加温手段１６は、電気ヒータ又は燃料電池スタック冷却用の冷媒（クーラント）を温媒として流して使用することができる。
The heat transfer section 13 is formed in a shape (at least half or more) covering almost the whole area of the liquid surface 14a of the pure water 14 in the tank section 12 or the upper surface 15a of the ice block 15 on which the pure water 14 is frozen. Is in contact with the inner wall surface 12 a of the tank portion 12. Further, the heat transfer section 13 is formed so that the overall specific gravity is smaller than that of pure water so as to float on the pure water 14. The heat transfer unit 13 is in contact with the ice block 15 and transfers heat. Further, the lower surface 13 a of the heat transfer section 13 is substantially flat and is inclined upward toward the heating means 16. The heating unit 16 can heat the inside of the tank unit 12 in the same manner as the heat transfer unit 13. The heat transfer section 13 and the heating means 16 can be used by flowing an electric heater or a coolant (coolant) for cooling the fuel cell stack as a heating medium.
次に、本実施例における凍結した氷塊１５の解凍時の動作について説明する。
Next, the operation at the time of thawing the frozen ice block 15 in the present embodiment will be described.
タンク部１２に貯蔵された純水１４は、低温下で放置されて氷塊１５となり、氷塊１５は、解凍が開始されると通電された伝熱部１３のヒータの温度上昇により氷塊１５の伝熱部１３の下面１３ａと接触している上面１５ａから融解する。これと同時に、氷塊１５のタンク部１２の一側壁１２Ａに設けられた加温手段１６と接触している部分が融解される。溶けて生じた純水１４は、伝熱部１３の自重により伝熱部１３の上側や周囲に押し出されるため、伝熱部１３の下面１３ａと氷塊１５の上面１５ａとの接触が保たれる。このようにして、効率良く解凍が行われる。また、加温手段１６の熱により、氷塊１５の加温手段１６を設けた側壁１２Ａの内壁面１２ａに接触する箇所が融解される。
The pure water 14 stored in the tank unit 12 is left at a low temperature to become an ice block 15, and the ice block 15 is transferred to the heat transfer of the ice block 15 by increasing the temperature of the heater of the heat transfer unit 13 that is energized when thawing is started. It melts from the upper surface 15a in contact with the lower surface 13a of the part 13. At the same time, the portion in contact with the heating means 16 provided on the one side wall 12A of the tank portion 12 of the ice block 15 is melted. Since the pure water 14 generated by melting is pushed out to the upper side and the periphery of the heat transfer unit 13 by its own weight, the contact between the lower surface 13a of the heat transfer unit 13 and the upper surface 15a of the ice block 15 is maintained. In this way, thawing is performed efficiently. Further, the portion of the side wall 12A of the side wall 12A provided with the heating means 16 for the ice block 15 is melted by the heat of the heating means 16.
図６は解凍が進み、タンク部１２内に固着していた氷塊１５が融解されている状態を表している。この時、伝熱部１３は純水１４からの浮力を受けるが、同時に氷塊１５も純水１４から浮力を受ける。このため、伝熱部１３の下面１３ａと氷塊１５の上面１５ａとの接触は保たれ、氷塊１５に伝熱部１３の熱が効率良く伝えられて、効率良く解凍が行われる。この状態は、氷塊１５が全て融解し、純水１４のみになるまで継続される。
FIG. 6 shows a state where the thawing has progressed and the ice block 15 fixed in the tank portion 12 is melted. At this time, the heat transfer section 13 receives buoyancy from the pure water 14, but at the same time, the ice block 15 also receives buoyancy from the pure water 14. For this reason, the contact between the lower surface 13a of the heat transfer unit 13 and the upper surface 15a of the ice block 15 is maintained, the heat of the heat transfer unit 13 is efficiently transferred to the ice block 15, and the defrosting is performed efficiently. This state is continued until all the ice blocks 15 are melted and only pure water 14 is obtained.
ここで、伝熱部１３の下面１３ａが水平である場合には、タンク部１２の加温手段１６と氷塊１５との間には純水１４の層ができ、加温手段１６と氷塊１５との間の伝熱は純水１４の層を介して行われるため有効に行われず、解凍時間が長くかかる。これに対し、本実施例では伝熱部１３の下面１３ａが加温手段１６のに向かって上り傾斜しているため、伝熱部１３の下面１３ａと氷塊１５の上面１５ａとの接触は保たれたまま、氷塊１５は下面１３ａに沿って加温手段１６に向かって次第に上方に移動し、加温手段１６が設けられているタンク部１２の内壁面１２ａに接触する。このようにして、氷塊１５は伝熱部１３の下面１３ａと加温手段１６が設けられているタンク部１２の内壁面１２ａの二面に常に接触しているため、伝熱が効率良く行われ、効率良く解凍が行われる。このため、複雑な機構を追加することなく、短時間で氷塊１５を解凍することができる。従って、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。
Here, when the lower surface 13a of the heat transfer unit 13 is horizontal, a layer of pure water 14 is formed between the heating unit 16 and the ice block 15 of the tank unit 12, and the heating unit 16 and the ice block 15 Since the heat transfer between the two is performed through the layer of pure water 14, it is not performed effectively, and it takes a long time to defrost. On the other hand, in the present embodiment, the lower surface 13a of the heat transfer unit 13 is inclined upward toward the heating means 16, so that the contact between the lower surface 13a of the heat transfer unit 13 and the upper surface 15a of the ice block 15 is maintained. As it is, the ice block 15 gradually moves upward toward the heating means 16 along the lower surface 13a, and comes into contact with the inner wall surface 12a of the tank portion 12 in which the heating means 16 is provided. In this way, the ice block 15 is always in contact with the bottom surface 13a of the heat transfer section 13 and the inner wall surface 12a of the tank section 12 where the heating means 16 is provided, so heat transfer is performed efficiently. Defrosting is performed efficiently. For this reason, the ice block 15 can be thawed in a short time without adding a complicated mechanism. Therefore, the startup time of the fuel cell system can be shortened.
なお、加温手段１６は、上述の部位に加えタンク部１２の側壁全周や底部に設置しても本発明の作用を妨げることは無い。
Note that the heating means 16 does not hinder the operation of the present invention even if it is installed on the entire periphery or bottom of the side wall of the tank portion 12 in addition to the above-described portion.
図７は、本発明の実施例３の純水タンク２１の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the pure water tank 21 according to the third embodiment of the present invention.
本実施例では、純水タンク２１は、純水２４を貯蔵するタンク部２２と、タンク部２２内の純水２４が凍結した氷塊２５に熱を付与して氷塊を解凍する伝熱部２３とを備えている点で実施例１、２と同様の構成を有している。ここで、実施例１、２と異なる点は、タンク部２２の側壁２２Ａ、２２Ｂに加温手段２６Ａ、２６Ｂを設けた点と、タンク部２２内を複数の領域に区画し、かつヒータ機能を有する仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄをタンク部２２の底面２２ｃから立設し、この仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄによってタンク部２２内部が区画されている点、また、伝熱部２３の下面２３Ａが仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄで区画された領域内において、伝熱部２３の下面２３Ａが加温手段２６Ａ、２６Ｂ又は仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｄに向かう上り傾斜面である点である。その他の点は、実施例１、２と同様の構成であり、図２、図５に示すような燃料電池システムに使用される。
In the present embodiment, the pure water tank 21 includes a tank unit 22 that stores pure water 24, and a heat transfer unit 23 that applies heat to the ice block 25 in which the pure water 24 in the tank unit 22 is frozen to defrost the ice block. It has the structure similar to Example 1, 2 by the point provided. Here, the difference from the first and second embodiments is that the heating means 26A and 26B are provided on the side walls 22A and 22B of the tank portion 22, the inside of the tank portion 22 is divided into a plurality of regions, and the heater function is provided. The partition plates 27 </ b> A, 27 </ b> B, 27 </ b> C, and 27 </ b> D are provided upright from the bottom surface 22 c of the tank portion 22, and the interior of the tank portion 22 is partitioned by the partition plates 27 </ b> A, 27 </ b> B, 27 </ b> C, 27 </ b> D In the region where the lower surface 23A of the heat exchanger 23 is partitioned by the partition plates 27A, 27B, 27C, 27D, the lower surface 23A of the heat transfer section 23 is an upward inclined surface toward the heating means 26A, 26B or the partition plates 27A, 27B, 27D. Is a point. The other points are the same as in the first and second embodiments, and are used in the fuel cell system as shown in FIGS.
伝熱部２３は、タンク部２２内の純水２４の液面又は純水２４が凍結した氷塊の上面のほぼ全域を覆う形状（少なくとも半分以上）に形成されており、その端部はタンク部２２の内壁に接している。また、伝熱部２３は、純水２４に浮くように全体の比重が純水よりも小さくなるように形成されている。伝熱部２３は、氷塊と接触して熱を伝え、下面２３Ａは後述する形状となっている。
The heat transfer section 23 is formed in a shape (at least half or more) covering almost the entire surface of the pure water 24 in the tank section 22 or the upper surface of the ice block on which the pure water 24 is frozen, and the end thereof is the tank section. 22 is in contact with the inner wall. Further, the heat transfer section 23 is formed so that the overall specific gravity is smaller than that of pure water so as to float on the pure water 24. The heat transfer section 23 is in contact with the ice block and transfers heat, and the lower surface 23A has a shape to be described later.
また、仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄは、電気ヒータを内蔵するか又は内部にクーラントを流通させる等の構成により加温する機構を有している。なお、通常は純水２４の流出口又はポンプの吸込み口を１個で済ませるため、仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄの下端は、純水２４が自由に行き来できるように連通されている。ここで、４本の仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄはタンク部２２の底面２２ｃから立設され、これらの仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄによってタンク部２２内部が５つの領域Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに区画されている。これらの５つの領域に対応して、伝熱部２３の下面２３Ａは６つのエリアａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆに区画されている。
Further, the partition plates 27A, 27B, 27C, and 27D have a mechanism for heating by a configuration such as incorporating an electric heater or circulating a coolant therein. Normally, since only one outlet for pure water 24 or a suction port for the pump is required, the lower ends of the partition plates 27A, 27B, 27C, and 27D are communicated so that the pure water 24 can freely come and go. Here, the four partition plates 27A, 27B, 27C, 27D are erected from the bottom surface 22c of the tank portion 22, and the interior of the tank portion 22 is divided into five regions V, W by these partition plates 27A, 27B, 27C, 27D. , X, Y, Z. Corresponding to these five regions, the lower surface 23A of the heat transfer section 23 is partitioned into six areas a, b, c, d, e, and f.
エリアａは、タンク部２２の一側壁２２Ａと仕切板２７Ａの一側面２７Ａ１によって区画される領域Ｖに対応しており、仕切板２７Ａの一側面２７Ａ１からタンク部２２の一側壁２２Ａに向かう上り傾斜面２３ａと垂直面２３ｂとから形成されている。垂直面２３ｂは、仕切板２７Ａの一側面２７Ａ１の略延長線上に位置している。そして、垂直面２３ｂの下端２３ｂ２が傾斜面２３ａの起点となっている。垂直面２３ｂの上端２３ｂ１は領域Ｖに対して一段後退するように形成されており、垂直面２３ｂの上端２３ｂ１と傾斜面２３ａの終点（側壁２２Ａと接触する点）は略同じ高さに位置している。
The area a corresponds to a region V defined by one side wall 22A of the tank portion 22 and one side surface 27A1 of the partition plate 27A, and the upward slope toward the one side wall 22A of the tank portion 22 from the one side surface 27A1 of the partition plate 27A. It is formed of a surface 23a and a vertical surface 23b. The vertical surface 23b is located on a substantially extended line of one side surface 27A1 of the partition plate 27A. The lower end 23b2 of the vertical surface 23b is the starting point of the inclined surface 23a. The upper end 23b1 of the vertical surface 23b is formed so as to recede by one step with respect to the region V, and the upper end 23b1 of the vertical surface 23b and the end point of the inclined surface 23a (points in contact with the side wall 22A) are located at substantially the same height. ing.
エリアｂは、仕切板２７Ａのもう一方の側面２７Ａ２と仕切板２７Ｂの一側面２７Ｂ１とによって区画される領域Ｗに対応しており、仕切板２７Ｂの一側面２７Ｂ１から仕切板２７Ａの一側面２７Ａ１に向かう上り傾斜面２３ｃと垂直面２３ｄとから形成されている。垂直面２３ｄは仕切板２７Ｂの一側面２７Ｂ１の略延長線上に位置している。そして、垂直面２３ｄの下端２３ｄ２が傾斜面２３ｃの起点となっている。傾斜面２３ｃの終点は、上記した垂直面２３ｂの上端２３ｂ１となっている。垂直面２３ｄの上端２３ｄ１は領域Ｗに対して一段後退するように形成されており、垂直面２３ｄの上端２３ｄ１と傾斜面２３ｃの終点（垂直面２３ｂの上端２３ｂ１）は略同じ高さに形成されている。
The area b corresponds to a region W defined by the other side surface 27A2 of the partition plate 27A and the one side surface 27B1 of the partition plate 27B, and from one side surface 27B1 of the partition plate 27B to one side surface 27A1 of the partition plate 27A. It is formed by an upward inclined surface 23c and a vertical surface 23d. The vertical surface 23d is located on a substantially extended line of one side surface 27B1 of the partition plate 27B. The lower end 23d2 of the vertical surface 23d is the starting point of the inclined surface 23c. The end point of the inclined surface 23c is the upper end 23b1 of the vertical surface 23b described above. The upper end 23d1 of the vertical surface 23d is formed so as to recede by one step with respect to the region W, and the upper end 23d1 of the vertical surface 23d and the end point of the inclined surface 23c (the upper end 23b1 of the vertical surface 23b) are formed at substantially the same height. ing.
エリアｃは、仕切板２７Ｂのもう一方の側面２７Ｂ２と仕切板２７Ｃの一側面２７Ｃ１とによって区画される領域Ｘに対応しており、仕切板２７Ｃの一側面２７Ｃ１から仕切板２７Ｂの一側面２７Ｂ１に向かう上り傾斜面２３ｅと垂直面２３ｆとから形成されている。垂直面２３ｆは仕切板２７Ｃの一側面２７Ｃ１の略延長線上に位置している。そして、垂直面２３ｆの下端２３ｆ２が傾斜面２３ｅの起点となっている。傾斜面２３ｅの終点は、上記した垂直面２３ｄの上端２３ｄ１となっている。垂直面２３ｆの上端２３ｆ１は領域Ｘに対して一段後退するように形成されており、垂直面２３ｆの上端２３ｆ１は傾斜面２３ｅの終点（垂直面２３ｄの上端２３ｄ１）よりも低い位置に形成されている。
The area c corresponds to a region X defined by the other side surface 27B2 of the partition plate 27B and the one side surface 27C1 of the partition plate 27C, and is changed from one side surface 27C1 of the partition plate 27C to one side surface 27B1 of the partition plate 27B. An upward inclined surface 23e and a vertical surface 23f are formed. The vertical surface 23f is located on a substantially extended line of one side surface 27C1 of the partition plate 27C. The lower end 23f2 of the vertical surface 23f is the starting point of the inclined surface 23e. The end point of the inclined surface 23e is the upper end 23d1 of the vertical surface 23d described above. The upper end 23f1 of the vertical surface 23f is formed so as to recede by one step with respect to the region X, and the upper end 23f1 of the vertical surface 23f is formed at a position lower than the end point of the inclined surface 23e (the upper end 23d1 of the vertical surface 23d). Yes.
エリアｄは、仕切板２７Ｃの上面２７ｂに対向する断面矩形状の溝となっており、対向する二つの垂直面２３ｆ、２３ｈと水平面２３ｇとから形成されている。垂直面２３ｆの上端２３ｆ１と垂直面２３ｈの上端２３ｈ１は略同じ位置に形成されている。エリアｄの溝形状は、仕切板２７Ｃの上面２７ｂと水平面２３ｇとが一致し、溝が仕切板２７Ｃの上部に嵌合する形状となっている。
The area d is a groove having a rectangular cross section facing the upper surface 27b of the partition plate 27C, and is formed of two opposing vertical surfaces 23f and 23h and a horizontal surface 23g. The upper end 23f1 of the vertical surface 23f and the upper end 23h1 of the vertical surface 23h are formed at substantially the same position. The groove shape of the area d is such that the upper surface 27b of the partition plate 27C and the horizontal surface 23g coincide with each other, and the groove fits into the upper portion of the partition plate 27C.
エリアｅは、仕切板２７Ｃのもう一方の側面２７Ｃ２と仕切板２７Ｄの一側面２７Ｄ１とによって区画される領域Ｙに対応しており、仕切板２７Ｃの側面２７Ｃ２から仕切板２７Ｄのもう一方の側面２７Ｄ２に向かう上り傾斜面２３ｉと、垂直面２３ｊとから形成されている。垂直面２３ｊは仕切板２７Ｄの一側面２７Ｄ２の略延長線上に位置している。そして、上記した垂直面２３ｈの下端２３ｈ２が傾斜面２３ｉの起点となっている。傾斜面２３ｉの終点は、垂直面２３ｊの上端２３ｊ１となっている。垂直面２３ｊの上端２３ｊ１は領域Ｙに対して一段後退するように形成されている。
The area e corresponds to a region Y defined by the other side surface 27C2 of the partition plate 27C and the one side surface 27D1 of the partition plate 27D, and from the side surface 27C2 of the partition plate 27C to the other side surface 27D2 of the partition plate 27D. It is formed from an upward inclined surface 23i facing to the vertical surface 23j. The vertical surface 23j is located on a substantially extended line of one side surface 27D2 of the partition plate 27D. The lower end 23h2 of the vertical surface 23h is the starting point of the inclined surface 23i. The end point of the inclined surface 23i is the upper end 23j1 of the vertical surface 23j. The upper end 23j1 of the vertical surface 23j is formed so as to recede one step with respect to the region Y.
エリアｆは、仕切板２７Ｄのもう一方の側面２７Ｄ２とタンク部２２のもう一方の側壁２２Ｂによって区画される領域Ｚに対応しており、仕切板２７Ｄの側面２７Ｄ２からタンク部２２の側壁２２Ｂに向かう上り傾斜面２３ｋによって形成されている。傾斜面２３ｋの起点は、上記した垂直面２３ｊの下端２３ｊ２であり、終点は、伝熱部２３の下面２３Ａが側壁２２Ｂと接触する点である。上記した垂直面２３ｊの上端２３ｊ１と傾斜面２３ｋの終点（伝熱部２３の下面２３Ａが側壁２２Ｂと接触する点）は略同じ高さに位置している。
The area f corresponds to a region Z defined by the other side surface 27D2 of the partition plate 27D and the other side wall 22B of the tank portion 22, and goes from the side surface 27D2 of the partition plate 27D to the side wall 22B of the tank portion 22. It is formed by the upward inclined surface 23k. The starting point of the inclined surface 23k is the lower end 23j2 of the vertical surface 23j described above, and the end point is a point where the lower surface 23A of the heat transfer section 23 contacts the side wall 22B. The upper end 23j1 of the vertical surface 23j and the end point of the inclined surface 23k (the point where the lower surface 23A of the heat transfer section 23 contacts the side wall 22B) are located at substantially the same height.
次に、本実施例における凍結した氷塊の解凍時の動作について説明する。
Next, the operation at the time of thawing frozen ice blocks in the present embodiment will be described.
図８は本実施例の解凍開始直後の状態を表している。タンク部２２に貯蔵された純水２４は、低温下で放置されて氷塊２５となり、氷塊２５は、解凍が開始されると通電された伝熱部２３のヒータの温度上昇により氷塊２５の伝熱部２３の下面と接触している上面から加温されて融解する。これと同時に、氷塊２５の、タンク部２２の側壁２２Ａ、２２Ｂに設けた加温手段２６Ａ、２６Ｂ、及び仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄと接触している部分が電気ヒータの熱により加温されて融解する。溶けて生じた純水２４は、伝熱部２３の自重により伝熱部２３の上側や周囲に押し出されるため、伝熱部２３の下面と氷塊２５の上面との接触が保たれる。その後、氷塊２５の側壁２２Ａ、２２Ｂ及び２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄと接する面は、氷塊２５との間に純水が存在するため解凍速度が遅くなる。しかし、実施例１、２で説明したように、氷塊２５の上面については、伝熱部２３の下面との接触が保たれるため、解凍が進む。
FIG. 8 shows a state immediately after the start of thawing in this embodiment. The pure water 24 stored in the tank unit 22 is left at a low temperature to become an ice block 25. The ice block 25 is heated by the temperature of the heater of the heat transfer unit 23 that is energized when thawing is started. It melts by being heated from the upper surface in contact with the lower surface of the portion 23. At the same time, the portions of the ice block 25 that are in contact with the heating means 26A, 26B provided on the side walls 22A, 22B of the tank portion 22 and the partition plates 27A, 27B, 27C, 27D are heated by the heat of the electric heater. To melt. Since the pure water 24 that has been melted is pushed out above and around the heat transfer section 23 by its own weight, the contact between the lower surface of the heat transfer section 23 and the upper surface of the ice block 25 is maintained. Thereafter, the surface of the ice block 25 in contact with the side walls 22A, 22B and 27A, 27B, 27C, 27D has a defrosting speed due to the presence of pure water between the ice block 25. However, as described in the first and second embodiments, the upper surface of the ice block 25 is kept in contact with the lower surface of the heat transfer section 23, so that thawing proceeds.
図９は本実施例の解凍が進行した状態での作用を表している。氷塊２５の上部の連結していた部分が解凍すると、氷塊２５は仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄのある箇所で５つに分割される。分割された氷塊２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｅは、接触している伝熱部２３の下面が略平面でかつ傾斜しているため、純水２４からの浮力により伝熱部２３の下面と氷塊２５の上面２５ａとの接触は保たれたまま、傾斜の高くなっているタンク部２２の側壁２２Ａ、２２Ｂ及び伝熱部２３の垂直面２３ｂ、２３ｄ、２３ｊの方向に誘導される。つまり、氷塊２５Ａは、上面２５ａと伝熱部２３の下面との接触を保ちつつ、側面２５ｂが仕切板２７Ａの側面２７Ａ１から離れてタンク部２２の側壁２２Ａの方向に移動し、側面２５ｃがタンク部２２の側壁２２Ａの内壁２２ａに接触する。氷塊２５Ｂは、上面２５ａと伝熱部２３の下面との接触を保ちつつ、側面２５ｂが仕切板２７Ｂの側面２７Ｂ１から離れて仕切板２７Ａの側面２７Ａ２の方向に移動し、仕切板２７Ａの側面２７Ａ２に側面２５ｃが接触する。氷塊２５Ｃは、上面２５ａと伝熱部２３の下面との接触を保ちつつ、側面２５ｂが仕切板２７Ｃの側面２７Ｃ１から離れて、仕切板２７Ｂの側面２７Ｂ２の方向に移動し、側面２５ｃは仕切板２７Ｂの側面２７Ｂ２に接触する。氷塊２５Ｄは、上面２５ａと伝熱部２３の下面との接触を保ちつつ、側面２５ｃが仕切板２７Ｃの側面２７Ｃ２から離れて、仕切板２７Ｄの側面２７Ｄ１の方向に移動し、側面２５ｂは仕切板２７Ｄの側面２７Ｄ１に接触する。氷塊２５Ｅは、上面２５ａと伝熱部２３の下面との接触を保ちつつ、側面２５ｃが仕切板２７Ｄの側面２７Ｄ２から離れてタンク部２２の側壁２２Ｂの内壁２２ａの方向に移動し、側面２５ｂはタンク部２２の側壁２２Ｂの内壁２２ａに接触する。
FIG. 9 shows the operation of the present embodiment in a state where the thawing has progressed. When the connected portion of the upper part of the ice block 25 is thawed, the ice block 25 is divided into five at locations where the partition plates 27A, 27B, 27C, and 27D are present. Since the divided ice blocks 25A, 25B, 25C, 25D, and 25E are in contact with the lower surface of the heat transfer section 23 by buoyancy from the pure water 24 because the lower surface of the heat transfer section 23 that is in contact is substantially flat and inclined. While maintaining the contact with the upper surface 25a of the ice block 25, it is guided in the directions of the side walls 22A, 22B of the tank portion 22 and the vertical surfaces 23b, 23d, 23j of the heat transfer portion 23, which are highly inclined. That is, in the ice block 25A, the side surface 25b moves away from the side surface 27A1 of the partition plate 27A and moves in the direction of the side wall 22A of the tank unit 22 while maintaining the contact between the upper surface 25a and the lower surface of the heat transfer unit 23, and the side surface 25c It contacts the inner wall 22a of the side wall 22A of the portion 22. The ice block 25B maintains contact between the upper surface 25a and the lower surface of the heat transfer section 23, and the side surface 25b moves away from the side surface 27B1 of the partition plate 27B toward the side surface 27A2 of the partition plate 27A, and the side surface 27A2 of the partition plate 27A. The side surface 25c comes into contact with. The ice block 25C maintains contact between the upper surface 25a and the lower surface of the heat transfer section 23, the side surface 25b moves away from the side surface 27C1 of the partition plate 27C, and moves in the direction of the side surface 27B2 of the partition plate 27B. It contacts the side surface 27B2 of 27B. The ice block 25D maintains contact between the upper surface 25a and the lower surface of the heat transfer section 23, and the side surface 25c moves away from the side surface 27C2 of the partition plate 27C and moves in the direction of the side surface 27D1 of the partition plate 27D. It contacts the side surface 27D1 of 27D. The ice block 25E maintains contact between the upper surface 25a and the lower surface of the heat transfer section 23, and the side surface 25c moves away from the side surface 27D2 of the partition plate 27D toward the inner wall 22a of the side wall 22B of the tank section 22, and the side surface 25b It contacts the inner wall 22a of the side wall 22B of the tank portion 22.
このように、本実施例では、伝熱部２３の下面と氷塊２５の上面２５ａとの接触は保たれており、更に、氷塊２５の側面２５ｂ又は２５ｃが加温手段２６Ａ、２６Ｂ、仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｄに常に接触しているため、伝熱が効率良く行われ、効率良く解凍が行われる。このため、複雑な機構を追加することなく、短時間で氷塊２５を解凍することができる。従って、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。
Thus, in the present embodiment, the contact between the lower surface of the heat transfer section 23 and the upper surface 25a of the ice block 25 is maintained, and the side surface 25b or 25c of the ice block 25 is further heated by the heating means 26A, 26B and the partition plate 27A. 27B and 27D are always in contact with each other, so that heat transfer is performed efficiently and thawing is performed efficiently. For this reason, the ice block 25 can be thawed in a short time without adding a complicated mechanism. Therefore, the startup time of the fuel cell system can be shortened.
また、仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄにより分割された領域Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚごとに傾斜面２３ａ、２３ｃ、２３ｅ、２３ｉ、２３ｋを設けることより、伝熱部２３の占有するスペースを少なくすることができる。すなわち、実施例２で示したように伝熱部２３を一平面により構成する方法でも同じ効果が得られるが、本実施例の傾斜面と傾斜角度を同じにして伝熱部の縦方向の占有範囲を比較すると、一平面で構成する場合の方がより広範囲を占有することになる。従って、本実施例の構成とすることにより、伝熱部２３のスペースを小さくすることができる。また、氷塊２５は伝熱部２３の下面、タンク部２２の側壁２２Ａ、２２Ｂ及び仕切板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄの電気ヒータにより加温されるため、効率的に解凍を進行させることができる。さらに、伝熱部２３のエリアｄの形状が仕切板２７Ｃの上部が嵌合する溝形状となっているため、純水２４の水位が下がって伝熱部２３が下方に移動した際にエリアｄが仕切板２７Ｃの上部に嵌る。このようにして伝熱部２３が仕切板２７Ｃに固定されるため、伝熱部２３の両端部がタンク部２２の内壁面２２ａとの摩擦によって摩耗し、純水２４が汚染されることがない。
Further, by providing the inclined surfaces 23a, 23c, 23e, 23i, and 23k for the regions V, W, X, Y, and Z divided by the partition plates 27A, 27B, 27C, and 27D, the heat transfer section 23 occupies. Space can be reduced. That is, the same effect can be obtained by the method in which the heat transfer section 23 is configured as a single plane as shown in the second embodiment. However, the inclined surface of the present embodiment has the same inclination angle as that of the heat transfer section in the vertical direction. Comparing the ranges, the one-plane configuration occupies a wider range. Therefore, the space of the heat transfer section 23 can be reduced by adopting the configuration of the present embodiment. Further, since the ice block 25 is heated by the lower surface of the heat transfer section 23, the side walls 22A and 22B of the tank section 22 and the electric heaters of the partition plates 27A, 27B, 27C, and 27D, thawing can proceed efficiently. . Furthermore, since the shape of the area d of the heat transfer part 23 is a groove shape in which the upper part of the partition plate 27C is fitted, the area d is reached when the water level of the pure water 24 is lowered and the heat transfer part 23 is moved downward. Fits on top of the partition plate 27C. Since the heat transfer section 23 is fixed to the partition plate 27C in this way, both ends of the heat transfer section 23 are not worn by friction with the inner wall surface 22a of the tank section 22, and the pure water 24 is not contaminated. .
なお、加温手段２６Ａ、２６Ｂは、上述の部位に加えタンク部２２の側壁全周に設置しても本発明の作用を妨げることは無い。
Note that the heating means 26A and 26B do not hinder the operation of the present invention even if they are installed on the entire periphery of the side wall of the tank portion 22 in addition to the above-described portions.
図１０は、本発明の実施例４の純水タンク３１の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the pure water tank 31 according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施例の純水タンクも、図２、図５に示すような燃料電池システムに使用される。本実施例では、仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄが異なる温度に制御できるところにおいて、実施例３とは異なっている。本実施例では、タンク部３２の底面３２ｃから立設している４本の仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄによってタンク部３２内部が５つの領域Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに区画されている。これらの５つの領域に対応して、伝熱部３３の下面が７つのエリアａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇに区画されている。
The pure water tank of this embodiment is also used in the fuel cell system as shown in FIGS. The present embodiment is different from the third embodiment in that the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D can be controlled to different temperatures. In the present embodiment, the inside of the tank portion 32 is divided into five regions V, W, X, Y, and Z by four partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D that are erected from the bottom surface 32c of the tank portion 32. ing. Corresponding to these five regions, the lower surface of the heat transfer section 33 is partitioned into seven areas a, b, c, d, e, f, and g.
エリアａは、タンク部３２の一側壁３２Ａと仕切板３７Ａの一側面３７Ａ１によって区画される領域Ｖに対応しており、仕切板３７Ａからタンク部３２の一側壁３２Ａに向かう上り傾斜面３３ａと垂直面３３ｂとから形成されている。垂直面３３ｂは仕切板３７Ａの一側面３７Ａ１の略延長線上に位置している。そして、垂直面３３ｂの下端３３ｂ２が傾斜面３３ａの起点となっている。垂直面３３ｂの上端３３ｂ１は領域Ｖに対して一段後退するように形成されており、垂直面３３ｂの上端３３ｂ１と傾斜面の終点３３ａ１（側壁３２Ａと接触する点）は略同じ高さに位置している。
Area a corresponds to a region V defined by one side wall 32A of the tank portion 32 and one side surface 37A1 of the partition plate 37A, and is perpendicular to the upward inclined surface 33a from the partition plate 37A toward the one side wall 32A of the tank portion 32. And the surface 33b. The vertical surface 33b is located on a substantially extended line of one side surface 37A1 of the partition plate 37A. The lower end 33b2 of the vertical surface 33b is the starting point of the inclined surface 33a. The upper end 33b1 of the vertical surface 33b is formed so as to recede by one step with respect to the region V, and the upper end 33b1 of the vertical surface 33b and the end point 33a1 of the inclined surface (the point in contact with the side wall 32A) are located at substantially the same height. ing.
エリアｂは、仕切板３７Ａの上面と対向する断面矩形状の溝となっている。エリアｂは、対向する二つの垂直面３３ｂ、３３ｄと水平面３３ｃとから形成されている。垂直面３３ｂの上端３３ｂ１と垂直面３３ｄの上端３３ｄ１とは略同じ高さに位置している。また、エリアｂの溝形状は、仕切板３７Ａの上面と水平面３３ｃとが一致しており、溝が仕切板３７Ａの上部に嵌合する形状となっている。
The area b is a groove having a rectangular cross section facing the upper surface of the partition plate 37A. The area b is formed by two opposing vertical surfaces 33b and 33d and a horizontal surface 33c. The upper end 33b1 of the vertical surface 33b and the upper end 33d1 of the vertical surface 33d are located at substantially the same height. In addition, the groove shape of the area b is such that the upper surface of the partition plate 37A and the horizontal surface 33c coincide with each other, and the groove fits into the upper portion of the partition plate 37A.
エリアｃは、仕切板３７Ａのもう一方の側面３７Ａ２と仕切板３７Ｂの一側面３７Ｂ１とによって区画される領域Ｗに対応しており、仕切板３７Ａの一側面３７Ａ２から仕切板３７Ｂの一側面３７Ｂ１に向かう上り傾斜面３３ｅから形成されている。上記した垂直面３３ｂの下端３３ｂ２が傾斜面３３ｅの起点となっている。傾斜面３３ｅの終点３３ｅ１は、仕切板２７Ｂの中心線の略延長線上に位置している。傾斜面３３ｅの終点３３ｅ１は垂直面３３ｄの上端３３ｄ１とは略同じ高さに位置している。
The area c corresponds to a region W defined by the other side surface 37A2 of the partition plate 37A and one side surface 37B1 of the partition plate 37B. From the one side surface 37A2 of the partition plate 37A to the one side surface 37B1 of the partition plate 37B. It is formed from the upward inclined surface 33e which goes. The lower end 33b2 of the vertical surface 33b described above is the starting point of the inclined surface 33e. The end point 33e1 of the inclined surface 33e is located on a substantially extended line of the center line of the partition plate 27B. The end point 33e1 of the inclined surface 33e is located at substantially the same height as the upper end 33d1 of the vertical surface 33d.
エリアｄは、仕切板３７Ｂのもう一方の側面３７Ｂ２と仕切板３７Ｃの一側面３７Ｃ１とによって区画される領域Ｘに対応しており、仕切板３７Ｃの一側面３７Ｃ１から仕切板３７Ｂの一側面３７Ｂ２に向かう上り傾斜面３３ｆと垂直面３３ｇとから形成されている。垂直面３３ｇは仕切板３７Ｃの一側面３７Ｃ１の略延長線上に位置している。そして、垂直面３３ｇの下端３３ｇ２が傾斜面３３ｆの起点となっている。傾斜面３３ｆの終点は、上記した傾斜面３３ｅの終点３３ｅ１となっている。垂直面３３ｇの上端３３ｇ１は領域Ｘに対して一段後退するように形成されており、垂直面３３ｇの上端３３ｇ１と傾斜面３３ｆの終点（３３ｅ１）は略同じ高さに形成されている。
The area d corresponds to a region X defined by the other side surface 37B2 of the partition plate 37B and one side surface 37C1 of the partition plate 37C, and is changed from one side surface 37C1 of the partition plate 37C to one side surface 37B2 of the partition plate 37B. An upward inclined surface 33f and a vertical surface 33g are formed. The vertical surface 33g is located on a substantially extended line of one side surface 37C1 of the partition plate 37C. The lower end 33g2 of the vertical surface 33g is the starting point of the inclined surface 33f. The end point of the inclined surface 33f is the end point 33e1 of the above-described inclined surface 33e. The upper end 33g1 of the vertical surface 33g is formed so as to recede by one step with respect to the region X, and the upper end 33g1 of the vertical surface 33g and the end point (33e1) of the inclined surface 33f are formed at substantially the same height.
エリアｅは、仕切板３７Ｃの上面と対向する断面矩形状の溝となっている。エリアｅは、対向する二つの垂直面３３ｇ、３３ｉと水平面３３ｈとから形成されている。垂直面３３ｇの上端３３ｇ１と垂直面３３ｉの上端３３ｉ１とは略同じ高さに形成されている。また、エリアｅの溝形状は、仕切板３７Ｃの上面と水平面３３ｈとが一致しており、溝が仕切板３７Ｃの上部に嵌合する形状となっている。
The area e is a groove having a rectangular cross section facing the upper surface of the partition plate 37C. The area e is formed by two opposing vertical surfaces 33g and 33i and a horizontal surface 33h. The upper end 33g1 of the vertical surface 33g and the upper end 33i1 of the vertical surface 33i are formed at substantially the same height. Further, the groove shape of the area e is such that the upper surface of the partition plate 37C and the horizontal surface 33h coincide with each other, and the groove is fitted to the upper portion of the partition plate 37C.
エリアｆは、仕切板３７Ｃのもう一方の側面３７Ｃ２と仕切板３７Ｄの一側面３７Ｄ１とによって区画される領域Ｙに対応しており、仕切板３７Ｃの側面３７Ｃ２から仕切板３７Ｄの一側面３７Ｄ１に向かう上り傾斜面３３ｊによって形成されている。上記した垂直面３３ｉの下端３３ｉ２が傾斜面３３ｊの起点となっている。傾斜面３３ｊの終点３３ｊ１は、仕切板３７Ｃの中心線の略延長線上に位置している。傾斜面３３ｊの終点３３ｊ１は垂直面３３ｉの上端３３ｉ１とは略同じ高さに位置している。
The area f corresponds to a region Y defined by the other side surface 37C2 of the partition plate 37C and one side surface 37D1 of the partition plate 37D, and goes from the side surface 37C2 of the partition plate 37C to the one side surface 37D1 of the partition plate 37D. It is formed by the upward inclined surface 33j. The lower end 33i2 of the vertical surface 33i is the starting point of the inclined surface 33j. The end point 33j1 of the inclined surface 33j is located on a substantially extended line of the center line of the partition plate 37C. The end point 33j1 of the inclined surface 33j is located at substantially the same height as the upper end 33i1 of the vertical surface 33i.
エリアｇは、仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ２とタンク部３２のもう一方の側壁３２Ｂによって区画される領域Ｚに対応しており、タンク部３２の側壁３２Ｂから仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ２に向かう上り傾斜面３３ｋによって形成されている。傾斜面３３ｋの起点は、上記した傾斜面３３ｊの終点３３ｊ１となっている。そして、傾斜面３３ｋの起点３３ｊ１と終点（伝熱部３３の下面がタンク部３３の側壁３２Ｂと接触する点）は略同じ高さに位置している。
The area g corresponds to a region Z defined by the side surface 37D2 of the partition plate 37D and the other side wall 32B of the tank portion 32, and an upward inclined surface from the side wall 32B of the tank portion 32 toward the side surface 37D2 of the partition plate 37D. 33k. The starting point of the inclined surface 33k is the end point 33j1 of the inclined surface 33j described above. The starting point 33j1 and the end point (the point at which the lower surface of the heat transfer unit 33 contacts the side wall 32B of the tank unit 33) of the inclined surface 33k are located at substantially the same height.
なお、各仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄは、電気ヒータを内蔵するか又は内部にクーラントを流通させる等の構成により加温する機構を有している。また、通常は純水の流出口又はポンプの吸込み口を１つで済ませるため、仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄの下端は、純水３４が自由に行き来できるように連通されている。
Each of the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D has a mechanism for heating by a configuration that incorporates an electric heater or circulates coolant therein. In addition, since the pure water outlet or the pump suction port is usually required, the lower ends of the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D are communicated so that the pure water 34 can freely come and go.
次に、本実施例における凍結した氷塊３５の解凍時の動作について説明する。
Next, the operation at the time of thawing the frozen ice block 35 in the present embodiment will be described.
解凍が開始されると、伝熱部３３、タンク部３２の側壁３２Ａ、３２Ｂに設けた加温手段３６Ａ、３６Ｂ、仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄの電気ヒータにより氷塊３５が加温され純水となる。その後、氷塊３５の側壁３２Ａ、３２Ｂ及び仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄと接する側は、氷塊３５との間に純水が存在するため解凍速度が遅くなる。しかし、実施例１で説明したように、氷塊３５の上面３５ａについては、伝熱部３３の下面との接触が保たれるため、解凍が進む。
When thawing is started, the ice block 35 is heated by the electric heaters of the heat transfer section 33, the heating means 36A, 36B provided on the side walls 32A, 32B of the tank section 32, and the partition plates 37A, 37B, 37C, 37D. It becomes water. Thereafter, on the side of the ice block 35 that contacts the side walls 32A and 32B and the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D, pure water is present between the ice block 35 and the thawing speed is slow. However, as described in the first embodiment, the upper surface 35a of the ice block 35 is kept in contact with the lower surface of the heat transfer section 33, so that thawing proceeds.
図１０は本実施例の解凍が進行した状態での作用を表している。氷塊３５の上部の連結した部分が解凍すると、氷塊３５は仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄのある箇所で５つに分割される。この時、仕切板３７Ｂ、３７Ｄの電気ヒータは高温のまま加温を続け、仕切板３７Ａ、３７Ｃは電流量を絞り低温に設定する。このため、分割された氷塊３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅは、接触している伝熱部３３の下面が略平面でかつ傾斜しているため、純水３４からの浮力により伝熱部３３の下面と氷塊３５の上面３５ａとの接触は保たれたまま、浮力により傾斜の高くなっているタンク部３２の側壁３２Ａ、仕切板３７Ｂ、３７Ｄの方向に誘導されて側壁３２Ａ、仕切板３７Ｂ、３７Ｄに接触する。つまり、氷塊３５Ａは、上面３５ａと伝熱部３３の下面との接触を保ちつつ、側面３５ｂが仕切板３７Ａの側面３７Ａ１から離れてタンク部３２の側壁３２Ａの方向に移動し、側面３５ｃがタンク部３２の側壁３２Ａの内壁面３２ａに接触する。氷塊３５Ｂは、上面３５ａと伝熱部３３の下面との接触を保ちつつ、側面３５ｃが仕切板３７Ａの側面３７Ａ２から離れて仕切板３７Ｂの側面３７Ｂ１の方向に移動し、仕切板３７Ｂの側面３７Ｂ１に側面３５ｂが接触する。氷塊３５Ｃは、上面３５ａと伝熱部３３の下面との接触を保ちつつ、側面３５ｂが仕切板３７Ｃの側面３７Ｃ１から離れて、仕切板３７Ｂの側面３７Ｂ２の方向に移動し、側面３５ｃは仕切板３７Ｂの側面３７Ｂ２に接触する。氷塊３５Ｄは、上面３５ａと伝熱部３３の下面との接触を保ちつつ、側面３５ｃが仕切板３７Ｃの側面３７Ｃ２から離れて、仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ１の方向に移動し、側面３５ｂは仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ１に接触する。氷塊３５Ｅは、上面３５ａと伝熱部３３の下面との接触を保ちつつ、側面３５ｂがタンク部３２の側壁３２Ｂの内壁３２ａから離れて仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ２の方向に移動し、側面３５ｃは仕切板３７Ｄの側面３７Ｄ２に接触する。
FIG. 10 shows the operation of the present embodiment in a state where thawing has progressed. When the connected portion of the upper part of the ice block 35 is thawed, the ice block 35 is divided into five parts at locations where the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D are present. At this time, the electric heaters of the partition plates 37B and 37D continue to be heated at a high temperature, and the partition plates 37A and 37C reduce the amount of current and set it to a low temperature. For this reason, the divided ice blocks 35A, 35B, 35C, 35D, and 35E have a substantially flat and inclined bottom surface of the heat transfer section 33 that is in contact therewith, and therefore the heat transfer section 33 is caused by buoyancy from the pure water 34. The bottom surface of the ice block 35 and the top surface 35a of the ice block 35 are kept in contact with each other, and are guided in the direction of the side wall 32A and the partition plates 37B and 37D of the tank portion 32, which are inclined by buoyancy. Contact 37D. That is, in the ice block 35A, the side surface 35b moves away from the side surface 37A1 of the partition plate 37A and moves toward the side wall 32A of the tank unit 32 while the side surface 35c moves to the tank side while maintaining contact between the upper surface 35a and the lower surface of the heat transfer unit 33. It contacts the inner wall surface 32a of the side wall 32A of the portion 32. While maintaining contact between the upper surface 35a and the lower surface of the heat transfer section 33, the ice block 35B moves away from the side surface 37A2 of the partition plate 37A in the direction of the side surface 37B1 of the partition plate 37B, and the side surface 37B1 of the partition plate 37B. The side surface 35b comes into contact with. While the ice block 35C keeps contact between the upper surface 35a and the lower surface of the heat transfer section 33, the side surface 35b moves away from the side surface 37C1 of the partition plate 37C and moves in the direction of the side surface 37B2 of the partition plate 37B, and the side surface 35c It contacts the side surface 37B2 of 37B. The ice block 35D maintains the contact between the upper surface 35a and the lower surface of the heat transfer section 33, the side surface 35c moves away from the side surface 37C2 of the partition plate 37C, and moves in the direction of the side surface 37D1 of the partition plate 37D. It contacts the side surface 37D1 of 37D. The ice block 35E maintains the contact between the upper surface 35a and the lower surface of the heat transfer section 33, while the side surface 35b moves away from the inner wall 32a of the side wall 32B of the tank section 32 and moves toward the side surface 37D2 of the partition plate 37D. It contacts the side surface 37D2 of the partition plate 37D.
このように、本実施例では、伝熱部３３の下面と氷塊３５の上面３５ａとの接触は保たれており、更に、氷塊３５の側面３５ｂ又は３５ｃが加温手段３６Ａ、３６Ｂ、仕切板３７Ｂ、３７Ｄに常に接触しているため、伝熱が効率良く行われ、効率良く解凍が行われる。このため、複雑な機構を追加することなく、短時間で氷塊３５を解凍することができる。従って、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。また、仕切板３７Ａ、３７Ｃには直接氷塊３５が接触していないため、解凍時間に大きな影響を与えずに解凍に要するエネルギーを少なくすることができる。また、仕切板３７Ａ、３７Ｃの電流量を減らす分、仕切板３７Ｂ、３７Ｄの電流量を増やした場合、解凍時間を更に短縮させることができる。
Thus, in the present embodiment, the contact between the lower surface of the heat transfer section 33 and the upper surface 35a of the ice block 35 is maintained, and the side surfaces 35b or 35c of the ice block 35 are further heated by the heating means 36A and 36B and the partition plate 37B. , 37D is always in contact, heat transfer is performed efficiently, and thawing is performed efficiently. For this reason, the ice block 35 can be thawed in a short time without adding a complicated mechanism. Therefore, the startup time of the fuel cell system can be shortened. Further, since the ice blocks 35 are not in direct contact with the partition plates 37A and 37C, the energy required for thawing can be reduced without greatly affecting the thawing time. In addition, when the current amount of the partition plates 37B and 37D is increased by the amount by which the current amount of the partition plates 37A and 37C is reduced, the thawing time can be further shortened.
なお、上記の仕切板３７Ａ、３７Ｃの電力量の制御を開始するタイミングは、解凍開始から氷塊３５の上部の連通部分が解凍されるまでの間のいつでも良いが、仕切板３７Ａ、３７Ｃの表面温度を計測し、その温度が０℃を越えた時に開始するように設定するのが分かりやすく、かつ、間違いがない。
The timing for starting the control of the electric energy of the partition plates 37A and 37C may be any time from the start of thawing to the time when the upper communicating portion of the ice block 35 is thawed, but the surface temperature of the partition plates 37A and 37C. It is easy to understand and set to start when the temperature exceeds 0 ° C.
また、加温手段として、仕切板３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄにクーラントを流通させる方法を利用する場合、仕切板３７Ｂ、３７Ｄに通したクーラントを仕切板３７Ａ、３７Ｃに通す構成とすることにより、仕切板３７Ｂ、３７Ｄでの熱交換により温度の下がったクーラントが仕切板３７Ａ、３７Ｃに流れるため、上記のヒータによる温度制御と同様の効果が得られる。さらに、伝熱部３３のエリアｂ、ｅの形状が仕切板３７Ａ、３７Ｃの上部が嵌合する溝形状となっているため、純水３４の水位が下がって伝熱部３３が下方に移動した際にエリアｂ、ｅが仕切板３７Ａ、３７Ｃの上部に嵌る。このようにして伝熱部３３が仕切板３７Ａ、３７Ｃに固定されるため、伝熱部３３の両端部がタンク部３２の内壁面３２ａとの摩擦によって摩耗し、純水３４が汚染されることがない。なお、加温手段３６Ａ、３６Ｂは、上述の部位に加えタンク部３２の側壁全周に設置しても本発明の作用を妨げることは無い。
In addition, when using a method of circulating coolant through the partition plates 37A, 37B, 37C, and 37D as the heating means, the coolant that has passed through the partition plates 37B and 37D is passed through the partition plates 37A and 37C. Since the coolant whose temperature has decreased due to heat exchange in the partition plates 37B and 37D flows to the partition plates 37A and 37C, the same effect as the temperature control by the heater can be obtained. Furthermore, since the shape of the areas b and e of the heat transfer section 33 is a groove shape in which the upper portions of the partition plates 37A and 37C are fitted, the water level of the pure water 34 is lowered and the heat transfer section 33 is moved downward. At this time, the areas b and e fit into the upper portions of the partition plates 37A and 37C. Since the heat transfer section 33 is fixed to the partition plates 37A and 37C in this way, both ends of the heat transfer section 33 are worn by friction with the inner wall surface 32a of the tank section 32, and the pure water 34 is contaminated. There is no. It should be noted that the heating means 36A and 36B do not hinder the operation of the present invention even if they are installed on the entire periphery of the side wall of the tank portion 32 in addition to the above-described parts.
以上の実施例で示した純水タンク及び燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載するのに好適である。
The pure water tank and the fuel cell system shown in the above embodiments are suitable for mounting on a fuel cell vehicle.
本発明に係る純水タンクの実施例１の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Example 1 of the pure water tank which concerns on this invention.
伝熱部に電気ヒータを用いた純水タンクの例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the pure water tank which used the electric heater for the heat-transfer part.
実施例１における解凍開始直後の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state immediately after the start of thawing | decompression in Example 1. FIG.
実施例１における解凍が進行した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which the defrosting in Example 1 progressed.
伝熱部に燃料電池冷却用の温媒流路を設けた純水タンクの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the pure water tank which provided the heating-medium flow path for fuel cell cooling in the heat-transfer part.
本発明に係る純水タンクの実施例２の構成及び作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure and effect | action of Example 2 of the pure water tank which concerns on this invention.
本発明に係る純水タンクの実施例３の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of Example 3 of the pure water tank which concerns on this invention.
実施例３における解凍開始直後の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state immediately after the start of thawing | decompression in Example 3. FIG.
実施例３における解凍が進行した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which the defrosting in Example 3 progressed.
本発明に係る純水タンクの実施例４の構成及び解凍開始直後の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of Example 4 of the pure water tank which concerns on this invention, and the state immediately after the start of defrosting.
符号の説明Explanation of symbols
１，１１ 純水タンク
２，１２ タンク部
２ａ，１２ａ 内壁面
３，１３ 伝熱部
３ａ，１３ａ 下面
４，１４ 純水
５，１５ 氷塊
５ａ，１５ａ 上面
６ 電源
７ 燃料電池
８ ポンプ
９ 管
１０ 温媒流路
１６ 加温手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Pure water tank 2,12 Tank part 2a, 12a Inner wall surface 3,13 Heat-transfer part 3a, 13a Lower surface 4,14 Pure water 5,15 Ice block 5a, 15a Upper surface 6 Power supply 7 Fuel cell 8 Pump 9 Tube 10 Temperature Medium flow path 16 Heating means
