JP2005294197A - Liquid tank and liquid temperature control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体タンク及び液温管理システムに関し、特に車両、家庭などに使用される燃料電池発電システムの純水タンク及びこの純水タンク内に貯留される純水の水温を管理する水温管理システムに関する。 The present invention relates to a liquid tank and a liquid temperature management system, and more particularly to a pure water tank of a fuel cell power generation system used in vehicles, homes, etc., and a water temperature management system for managing the temperature of pure water stored in the pure water tank. About.
燃料電池発電システムは、イオン伝導性膜を挟んで配設された電極の一方に燃料ガスとしての水素を供給し、電極の他方に酸化剤ガスとしての酸素を供給し、水素と酸素とを反応させて電力を発生させるものである。電極への水素及び酸素の供給に際して、発電作用の活性化を促進し及びイオン伝導性膜の劣化を防止するために、純水タンク内に貯留した純水を使用し、水素及び酸素を加湿する必要がある。 A fuel cell power generation system supplies hydrogen as a fuel gas to one of electrodes arranged with an ion conductive membrane interposed therebetween, supplies oxygen as an oxidant gas to the other electrode, and reacts hydrogen with oxygen. To generate electric power. When supplying hydrogen and oxygen to the electrode, use pure water stored in a pure water tank to humidify hydrogen and oxygen in order to promote activation of power generation and prevent deterioration of the ion conductive membrane. There is a need.
ところで、寒冷地などで車両を長時間停車させておくと、純水タンク内の純水が凍結し、燃料電池発電システムが始動不可能になる。この燃料電池発電システムを始動させるためには、凍結した純水の氷塊を解凍する必要がある。 By the way, if the vehicle is stopped for a long time in a cold region or the like, the pure water in the pure water tank is frozen and the fuel cell power generation system cannot be started. In order to start this fuel cell power generation system, it is necessary to thaw frozen ice blocks of pure water.
このような課題を解決する従来技術として、燃料電池発電システムの始動時に、加熱した冷媒を純水タンクの周囲に流通させることにより純水タンク内の氷塊を解凍し、又純水タンクに付設した予備タンクの周囲にヒータを設け、ヒータによる加熱で予備タンク内の氷塊を解凍させるようにした燃料電池発電システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来技術に係る燃料電池発電システムにおいては、以下の点について配慮がなされていなかった。第1に、加熱した冷媒を純水タンクの周囲に流通させ、純水タンク内の氷塊を解凍しており、加熱した冷媒においては充分な解凍性能を得ることができない。同様に、予備タンクの周囲にヒータを設け、ヒータによる加熱で解凍させた予備タンク内の純水を使用して純水タンク内の氷塊を解凍しており、予備タンク内で解凍させた純水では充分な解凍性能を得ることができない。このため、純水タンク内の氷塊を解凍するには非常に時間が掛かり、結果として車両の始動開始時間が長くなる。更に、車両の始動開始時間が長くなることに伴い、電力消費量が増大し、併せて水素消費量が増大する。 However, in the fuel cell power generation system according to the prior art, the following points have not been considered. First, the heated refrigerant is circulated around the pure water tank, and the ice block in the pure water tank is thawed, and sufficient defrosting performance cannot be obtained with the heated refrigerant. Similarly, a heater is provided around the spare tank, and ice blocks in the pure water tank are thawed using pure water in the spare tank that has been thawed by heating with the heater, and pure water thawed in the spare tank. However, sufficient thawing performance cannot be obtained. For this reason, it takes a very long time to thaw the ice block in the pure water tank, and as a result, the start time of the vehicle becomes longer. Furthermore, as the vehicle start start time becomes longer, the power consumption increases and the hydrogen consumption also increases.
第2に、充分な解凍性能が得られないばかりか、外気温度によっては純水タンク内の解凍させた純水が再凍結する可能性があった。 Secondly, not only a sufficient thawing performance cannot be obtained, but the defrosted pure water in the pure water tank may be re-frozen depending on the outside air temperature.
本発明の目的は、凍結した純水の解凍時間を短縮し、また再凍結を防止するとともに、余分な電力消費を削減することができる液体タンク及び液温管理システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid tank and a liquid temperature management system that can shorten the thawing time of frozen pure water, prevent refreezing, and reduce excessive power consumption.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、タンク内に配設され、貯留される液体を解凍するための加熱ヒータと、タンクの外周囲に配設され、貯留される液体を解凍するための解凍媒体を流通させるジャケットとを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is provided in the tank, and a heater for thawing the stored liquid and a tank disposed on the outer periphery of the tank for thawing the stored liquid. And a jacket through which a thawing medium for distribution is distributed.
請求項2の発明は、請求項1において、前記加熱ヒータを、タンク内の上部に配設された第1の加熱ヒータと、タンク内の下部に配設された第2の加熱ヒータとで構成したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the heater is composed of a first heater disposed in an upper part of the tank and a second heater disposed in a lower part of the tank. It is characterized by that.
請求項3の発明は、請求項1において、前記加熱ヒータの断面形状を方形状としたことを特徴とする。
The invention of
請求項4の発明は、請求項1において、加熱ヒータの断面形状を円形状又は楕円形状としたことを特徴とする。
The invention of
請求項5の発明は、液体タンクの液温管理システムであって、タンク内に配設され、貯留される液体を解凍するための加熱ヒータと、タンクの外周囲に配設され、貯留される液体を解凍するための解凍媒体を流通させるジャケットとを備えた液体タンクと、加熱ヒータの温度を測定する温度センサと、タンク内に貯留される液体表面の位置を検出する水位センサと、温度センサの測定結果と水位センサの測定結果とに基づいて、前記加熱ヒータの加熱制御を行うコントローラとを備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a liquid temperature management system for a liquid tank, which is disposed in the tank and is disposed in the outer periphery of the tank and stored in a heater for thawing the stored liquid. A liquid tank provided with a jacket for circulating a thawing medium for thawing the liquid, a temperature sensor for measuring the temperature of the heater, a water level sensor for detecting the position of the liquid surface stored in the tank, and a temperature sensor And a controller for controlling the heating of the heater based on the measurement result of the above and the measurement result of the water level sensor.
本発明によれば、タンクの内部に貯留されている液体が凍結により氷塊になった場合、加熱ヒータの加熱により氷塊内部からこの氷塊を直接解凍するとともに、ジャケットを流通する解凍媒体により氷塊を外部から解凍するため、予備タンク内で加熱した液体を使用して解凍する方式に比べて、氷塊を短時間で解凍することができる。また、氷塊を短時間で解凍することができるので、余分な電力消費を削減することができる。更には、ジャケットの内部に流通する解凍媒体により、解凍した液体が再凍結しないようにすることができる。 According to the present invention, when the liquid stored in the tank becomes an ice block due to freezing, the ice block is directly thawed from the inside of the ice block by heating with the heater, and the ice block is externally removed by the thawing medium circulating in the jacket. Therefore, the ice block can be thawed in a shorter time than the method of thawing using the liquid heated in the reserve tank. Moreover, since an ice block can be thawed in a short time, extra power consumption can be reduced. Furthermore, the thawed liquid flowing inside the jacket can prevent the thawed liquid from refreezing.
以下、本発明に係わる液体タンク及び液温管理システムを、車両、家庭等で使用される燃料電池発電システムの純水タンク及び水温管理システムに適用した場合の実施例について説明する。 Hereinafter, an embodiment when the liquid tank and the liquid temperature management system according to the present invention are applied to a pure water tank and a water temperature management system of a fuel cell power generation system used in vehicles, homes, and the like will be described.
本発明の実施例1に係る純水タンク1は、図1に示すように、タンク(タンク本体)2内に配設され、貯留される純水3を解凍するための加熱ヒータ4と、タンク2外周囲に設けられ、タンク2内に貯留される純水3を解凍するための解凍媒体51を流通させるジャケット5とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a pure water tank 1 according to Embodiment 1 of the present invention is provided in a tank (tank body) 2, a
タンク2は純水3の外部への流出がないように密閉構造により構成されており、上蓋9には外部からタンク2内部に純水を供給する戻り管21と、タンク2内部から外部に純水を供給する吸出し管22とが配設されている。
The
加熱ヒータ4は、実施例1において、タンク2の上部に配設された第1加熱ヒータ41と、タンク2の下部に配設された第2加熱ヒータ42とを備えている。第1加熱ヒータ41は、貯留されている純水3の表面の位置である水位が高い場合に使用される。第1加熱ヒータ41は、純水3が凍結し氷塊になった場合に、この氷塊の上側部分を解凍するためのものである。第1加熱ヒータ41はタンク2内の平面サイズに比べて若干小さい平面サイズを有し、第1加熱ヒータ41の断面形状は方形状である。第1加熱ヒータ41の温度制御はタンク2の外部に配設されたコントローラ6により行われる。
In the first embodiment, the
第2加熱ヒータ42は、第1加熱ヒータ41と同様に、純水3が凍結した氷塊を解凍するためのものであり、貯留されている純水3の水位が高い場合、低い場合のいずれにも使用される。第2加熱ヒータ42は第1加熱ヒータ41と同一構成であり、温度制御はコントローラ6により行われる。ただし、第1加熱ヒータ41と第2加熱ヒータ42は異なる形状であってもよい。
Similar to the
ジャケット5は、実施例1において、タンク2の外周囲の側面及び底面に形成されており、解凍媒体51を流通して循環させる中空構造を備えている。解凍媒体51は、供給管52からジャケット5内部に供給され、排出管53からジャケット5外部に排出される。解凍媒体51は図示しないポンプ等を含む循環システムにより循環されるようになっている。解凍媒体51としては、例えば温水を使用することができる。
In the first embodiment, the
上記のように構成された純水タンク1において、タンク2内部に貯留されている純水3が凍結により氷塊になった場合、コントローラ6により加熱ヒータ4を加熱制御することにより、氷塊内部からこの氷塊を直接解凍することができる。また同時に、ジャケット5の内部に解凍媒体51を流通させることにより、氷塊を外部から解凍することができる。このように、タンク2の内外からの加熱により氷塊を解凍させることができるため、予備タンク内で加熱した純水を使用して解凍する方式に比べて、氷塊を短時間で解凍することができる。これによると、例えば車両に使用される燃料電池発電システムにおいては、車両の始動開始時間を短縮することができる。また、氷塊を短時間で解凍することができるので、余分な電力消費を削減することができ、併せて水素消費量を減少することができる。特に、車両に使用される燃料電池発電システムにおいては、電源にバッテリーが使用されているので、バッテリーの消耗を抑えることができる。
In the pure water tank 1 configured as described above, when the
更に、純水タンク1においては、タンク2の外周囲にジャケット5を備え、このジャケット5内部に解凍媒体51を流通させるようにしたので、加熱ヒータ4により解凍された純水3を再凍結しないように加熱(保温)することができる。
Further, since the pure water tank 1 is provided with the
[変形例1]
実施例1の変形例を1に係る純水タンク1Aは、図2に示すように、第1加熱ヒータ43及び第2加熱ヒータ44により構成された加熱ヒータ4Aを備えている。純水タンク1Aの基本的な構成は実施例1と同様であるため説明を省略する。この変形例1に係る純水タンク1Aにおいては、第1加熱ヒータ43及び第2加熱ヒータ44の断面形状が円形状(又は楕円形状)である。平面図は示していないが、第1加熱ヒータ43及び第2加熱ヒータ44はいわゆる棒状ヒータとして構成されている。
[Modification 1]
As shown in FIG. 2, the pure water tank 1 </ b> A according to the first modification of the first embodiment includes a
上記のように構成された純水タンク1Aにおいては、加熱ヒータ4Aの断面形状が円形状(又は楕円形状)により構成され、加熱ヒータ4Aの表面積を増加することができるので、加熱ヒータ4Aの表面と氷塊との接触面積が増加し、氷塊の解凍効率を向上することができる。したがって、氷塊をより短時間において解凍することができる。
In the
[変形例2]
実施例1の変形例2に係る純水タンク1Bの加熱ヒータ4Bは、図3に示すように、短冊状で形成された第1加熱ヒータ45及び第2加熱ヒータ46を備えて構成されている。変形例2に係る純水タンク1Bにおいては、変形例1に係る純水タンク1Aにより得られる効果と同様の効果を得ることができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 3, the
実施例2は、実施例1に係る純水タンク1に貯留された純水3の水温を管理する水温管理システムを説明するものである。
The second embodiment describes a water temperature management system that manages the water temperature of the
図4に示すように、実施例2に係る水温管理システム10は、実施例1に係る純水タンク1と、加熱ヒータ4の温度を測定する温度センサ7と、タンク2内に貯留される純水3の表面の位置を測定する水位センサ8と、温度センサ7の測定結果と水位センサ8の測定結果とに基づいて、加熱ヒータ4の加熱制御を行うコントローラ6とを備えている。
As shown in FIG. 4, the water
加熱ヒータ4の第1加熱ヒータ41には温度センサ7の第1温度センサ71が配設され、この第1温度センサ71は第1加熱ヒータ41の温度又はその近傍の温度を測定する。第2加熱ヒータ42には第2温度センサ72が配設され、この第2温度センサ72は第2加熱ヒータ42又はその近傍の温度を測定する。
A
次に、水温管理システム10の動作を説明する。
Next, the operation of the water
まず最初に、温度センサ7の第1温度センサ71により加熱ヒータ4の第1加熱ヒータ41又はその近傍の温度を測定し、この測定結果をコントローラ6に出力する。コントローラ6においては、純水タンク1のタンク2内部、特に上部において純水3が凍結しているか否かを判定する。同様に、第2温度センサ72を使用し、第2加熱ヒータ42又はその近傍の温度を測定し、この測定結果をコントローラ6に出力する。コントローラ6においては、純水タンク1のタンク内部、特に下部において純水3が凍結しているか否かを判定する。第1温度センサ71、第2温度センサ72のそれぞれの測定の結果、純水3が凍結していないと判定された場合、コントローラ6は、第1加熱ヒータ41及び第2加熱ヒータ42に通電を行わずに、いずれも加熱しない制御を行う。
First, the temperature of the
第1温度センサ71、第2温度センサ72のそれぞれの測定の結果、純水3が凍結していると判定された場合、コントローラ6は水位センサ8にタンク2内の純水3の水位を測定する指示を出力する。水位センサ8において純水3の水位が測定され、この測定結果はコントローラ6に出力される。コントローラ6においては、タンク2内の純水3の水位を判定する。図4に示すように、水位が第1加熱ヒータ41を越える規定の値に達している場合、コントローラ6は、第1加熱ヒータ41及び第2加熱ヒータ42に通電を行い、いずれも加熱する制御を行う。そして、第1温度センサ71及び第2温度センサ72を使用して継続的に温度を測定し、タンク2内の氷塊が解凍し、純水3が水素及び酸素の加湿に好適な温度に達した時点において、コントローラ6は、第1加熱ヒータ41及び第2加熱ヒータ42への通電を停止し、いずれの加熱制御も停止する。
When it is determined that the
一方、コントローラ6において、図5に示すように、水位が第1加熱ヒータ41を越える規定の値に達していない場合、コントローラ6は、第2加熱ヒータ42にのみ通電を行い、この第2加熱ヒータ42にのみ加熱する制御を行う。
On the other hand, in the
このように構成される純水タンク1の水温管理システム10においては、第1加熱ヒータ41もしくはその近傍に配設した第1温度センサ71と第2加熱ヒータ42もしくはその近傍に配設した第2温度センサ72とで純水3の温度を測定し、この温度の測定結果と水位センサ8の水位の測定結果とに基づき、コントローラ6により第1温度センサ71、第2温度センサ72のそれぞれの加熱制御を行うようにしたので、タンク2内の純水3の水位に応じて加熱ヒータ4に通電が行われ、電力消費量を減少することができる。
In the water
更に、タンク2内の水位が規定値に達していない場合においては、第1加熱ヒータ41の通電を停止することができるので、空炊きを防止することができる。
Furthermore, when the water level in the
なお、実施例2において、温度センサ7と水位センサ8とはそれぞれ個別に配設された例を説明したが、本発明は、温度センサ7に水位センサ8を兼用させることができる。 In the second embodiment, an example in which the temperature sensor 7 and the water level sensor 8 are individually disposed has been described. However, in the present invention, the temperature sensor 7 can also be used as the water level sensor 8.
また、上記実施例に係る純水タンク1及び水温管理システム10は、燃料電池システムの純水タンクに限らず、一般的な水(水道水等)、オイル、化学薬品等の液体を貯留するタンクに適用することが可能であり、その場合も同様の効果を得ることができる。
Further, the pure water tank 1 and the water
さらに、本発明は、実施例1の変形例1又は変形例2に係る加熱ヒータ4を備えた純水タンク1A、1Bにおいて、実施例2に係る水温管理システム10を構築してもよい。
Furthermore, the present invention may construct the water
1,1A,1B…純水タンク
2…タンク
3…純水
4,4A,4B…加熱ヒータ
5…ジャケット
6…コントローラ
7…温度センサ
8…水位センサ
10…水温管理システム
41,43,45…第1加熱ヒータ
42,44,46…第2加熱ヒータ
51…解凍媒体
71…第1温度センサ
72…第2温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記タンク(2)の外周囲に配設され、貯留される液体(3)を解凍するための解凍媒体(51)を流通させるジャケット(5)と、
を備えたことを特徴とする液体タンク。 A heater (4) disposed in the tank (2) for thawing the stored liquid (3);
A jacket (5) disposed around the tank (2) and circulating a thawing medium (51) for thawing the stored liquid (3);
A liquid tank characterized by comprising:
前記加熱ヒータ(4)の温度を検出する温度センサ(7)と、
前記タンク(2)内に貯留される液体表面の位置を検出する水位センサ(8)と、
前記温度センサ(7)の測定結果と前記水位センサ(8)の測定結果とに基づき、前記加熱ヒータ(4)の加熱制御を行うコントローラ(6)と、
を備えたことを特徴とする液温管理システム。
A heater (4) disposed in the tank (2) for thawing the stored liquid (3) and a liquid heater (4) disposed on the outer periphery of the tank (2) for thawing the stored liquid (3). A liquid tank (1) comprising a jacket (5) for circulating a thawing medium (51) for
A temperature sensor (7) for detecting the temperature of the heater (4);
A water level sensor (8) for detecting the position of the liquid surface stored in the tank (2);
A controller (6) for controlling heating of the heater (4) based on the measurement result of the temperature sensor (7) and the measurement result of the water level sensor (8);
A liquid temperature management system characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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