JP2017220407A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体循環系で生じた気泡をタンクに留めることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０が備える冷却水循環系１００は、冷却水を循環させる冷却水ポンプ３４と、給水口４０Ａと、給水口４０Ａよりも低い位置に配された排水口４０Ｂと、給水口４０Ａが設けられた側壁４０Ｄと、側壁４０Ｄと角部を共有する側壁４０Ｃとを備え、冷却水ポンプ３４によって循環される冷却水を貯留する冷却水リザーブタンク４０と、冷却水リザーブタンク４０の給水口４０Ａに接続された第４の配管４８と、冷却水リザーブタンク４０の排水口４０Ｂに接続された第１の配管４２とを備え、給水口４０Ａは、側壁４０Ｄにおける側壁４０Ｃ側の端部に配され、第４の配管４８は、冷却水が給水口４０Ａから側壁４０Ｃに沿って流入するように、給水口４０Ａに接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムとして、冷却水等の液体の循環系において液体中に生じた空気（気泡）を取り除くための対策を施したものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００５−１６６４０４号公報 特開２００５−１２９３８７号公報 特開２００３−１２３８０５号公報

液体循環系に設けられたタンクの容量が小さい場合には、タンク内に取り込まれ、あるいはタンク内で生じた気泡が、排水口に向かって下降し易くなり、タンク内に留まることなく、配管に流入し易くなる。これによって、例えば、冷却水の循環水量が不安定になる等の問題が生じるおそれがあった。

本発明が解決しようとする課題は、液体循環系で生じた気泡をタンクに留めることができる燃料電池システムを提供することである。

［１］本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、液体を循環させる液体循環系とを備える燃料電池システムであって、前記液体循環系は、前記液体を循環させるポンプと、液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた第１の側壁と、前記第１の側壁と角部を共有する第２の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、前記タンクの前記液体流入口に接続された液体流入管と、前記タンクの前記液体流出口に接続された液体流出管とを備え、前記液体流入口は、前記第１の側壁の前記第２の側壁の側の端部に配され、前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記第２の側壁に沿って流入するように、前記液体流入口に接続されている。

［２］本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、液体を循環させる液体循環系とを備える燃料電池システムであって、前記液体循環系は、前記液体を循環させるポンプと、液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた第１の側壁と、前記第１の側壁と角部を共有する第２の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、前記タンクの前記液体流入口に接続された液体流入管と、前記タンクの前記液体流出口に接続された液体流出管とを備え、前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記第２の側壁に向かって流入するように、前記液体流入口に接続されている。

［３］本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、液体を循環させる液体循環系とを備える燃料電池システムであって、前記液体循環系は、前記液体を循環させるポンプと、液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた平断面が円弧状の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、前記タンクの液体流入口に接続された液体流入管と、前記タンクの液体流出口に接続された液体流出管とを備え、前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記側壁に沿って流入するように、前記液体流入口に接続されている。

［４］上記発明において、前記液体流入口は、前記タンク内に貯留された前記液体の液面よりも低い位置に配されてもよい。

［５］上記発明において、前記液体流出口は、前記タンクの底面に配されてもよい。

［６］上記発明において、前記液体流出口は、前記タンクの軸心に対して前記液体供給口の側に寄せて配されてもよい。

本発明によれば、タンク内で生じる旋回流によって、気泡が高さ方向よりも横方向に流され易くなることから、液体循環系で生じた気泡をタンクに留めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。 図２は、冷却水循環系の概略構成を示す斜視図である。 図３（Ａ）は、冷却水リザーブタンクを拡大して示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、冷却水リザーブタンクを示す平断面図である。 図４（Ａ）は、比較例に係る冷却水リザーブタンクを拡大して示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、比較例に係る冷却水リザーブタンクを示す平断面図である。 図５（Ａ）は、他の実施形態に係る冷却水リザーブタンクを拡大して示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る冷却水リザーブタンクを示す平断面図である。 図６（Ａ）は、他の実施形態に係る冷却水リザーブタンクを拡大して示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、本実施形態に係る冷却水リザーブタンクを示す平断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成を示す図である。この図に示すように、燃料電池システム１０は、外部負荷（図示省略）に対して電力を供給するためのシステムであり、燃料電池１２と、燃料タンク１４と、燃料ポンプ１６と、ブロワ１８と、凝縮器２０と、水タンク２２と、水ポンプ２３と、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６と、排気処理装置２８と、ラジエータ３０と、ラジエータ冷却ファン３２と、冷却水循環系１００とを備えている。この燃料電池システム１０において、燃料電池１２と、燃料タンク１４と、燃料ポンプ１６と、ブロワ１８と、凝縮器２０と、水タンク２２と、水ポンプ２３と、排気処理装置２８と、ラジエータ３０と、ラジエータ冷却ファン３２と、冷却水循環系１００とは装置筐体１１に収容され、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６とは、装置筐体１１外に設置されている。

燃料電池１２は、ダイレクトメタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）である発電セル１が積層された発電装置であり、家庭・産業用の電源等として用いられ、外部負荷（図示省略）に対して電力を供給する。この燃料電池１２は、積層された複数の発電セル１２１と、複数の発電セル１２１をその積層方向に挟む一対の集電体１２２と、発電セル１２１および一対の集電体１２２を発電セル１２１の積層方向に挟む一対のエンドプレート１２３とを備えている。

燃料電池１２は、燃料供給口１２Ａと、空気供給口１２Ｂと、燃料排出口１２Ｃと、空気排出口１２Ｄとを備えている。燃料供給口１２Ａは、燃料ポンプ１６を介して燃料タンク１４に連通されている。また、空気供給口１２Ｂは、ブロワ１８を介してシステム外部に連通されている。また、燃料排出口１２Ｃは、燃料タンク１４に連通されている。さらに、空気排出口１２Ｄは、凝縮器２０を介して水タンク２２に連通されている。

燃料タンク１４には、数重量％に希釈化されたメタノール水溶液（ＭｅＯＨ）が貯蔵されている。システムが起動されると、燃料ポンプ１６により、メタノール水溶液が、燃料タンク１４から燃料供給口１２Ａを通してアノード（燃料極）に供給され、ブロワ１８により、外部の空気が空気供給口１２Ｂを通してカソード（空気極）に供給される。

アノードでは、下記（１）式で示すように、触媒による酸化反応により二酸化炭素、水素イオン、及び電子が生成される。アノードで生成された電子が外部の回路を通ることで、ユーザ側の電子機器等の外部負荷に電力が供給される。一方、アノードで生成された水素イオンは、高分子電解質膜を経過してカソードに移動する。カソードでは、下記（２）式で示すように、触媒による酸素の還元反応により水が生成される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ ・・・（１）
３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ ・・・（２）

燃料電池１２で生じた未反応のメタノール及び二酸化炭素は、燃料排出口１２Ｃから排出されて燃料タンク１４に戻される。燃料タンク１４に戻されたメタノールは、燃料タンク１４に留まり、一方、燃料タンク１４に戻された二酸化炭素は、システム外部に放出される。燃料電池１２で生じた水蒸気は、空気排出口１２Ｄから排出され、凝縮器２０において液化される。

凝縮器２０は、ラジエータ３０から冷却水が供給される熱交換器であり、空気排出口１２Ｄから排出された水蒸気を冷却して液化させる。凝縮器２０で生じた水は、水タンク２２に供給される。

水タンク２２は、水を収容しており、水ポンプ２３を介して燃料タンク１４に連通されている。また、外部燃料タンク２４は、高濃度のメタノール水溶液を収容しており、外部燃料ポンプ２６を介して燃料タンク１４に連通されている。外部燃料タンク２４内の高濃度のメタノール水溶液が、外部燃料ポンプ２６により燃料タンク１４に供給されると共に、水タンク２２内の水が、水ポンプ２３により燃料タンク１４に供給されることにより、数重量％の濃度に希釈化されたメタノール水溶液が、燃料タンク１４に収容される。

燃料排出口１２Ｃからの排気は、燃料タンク１４を経由して水タンク２２に流れ、空気排出口１２Ｄからの排気は、凝縮器２０を経由して水タンク２２に流れる。また、水タンク２２は、排気経路２７を介して外部に連通している。そして、排気経路２７に排気処理装置２８が設けられており、この排気処理装置２８が燃料電池１２からの排気を浄化する。

ラジエータ冷却ファン３２は、ラジエータ３０と装置筐体１１の排気孔（図示省略）との間に配されており、この排気孔を通して装置筐体１１の内側から外側へ送風することにより、ラジエータ３０を冷却する。本実施形態のラジエータ冷却ファン１０４は、プロペラ型の軸流ファンであり、回転軸がラジエータ３０のコア面に対して直交するように配されている。このようなラジエータ冷却ファン１０４の風量は、燃料電池１２の温度や外気温等に応じて制御されている。

図２は、冷却水循環系１００の概略構成を示す図である。この図に示すように、冷却水循環系１００は、上述の凝縮器２０及びラジエータ３０と、冷却水ポンプ３４と、冷却水リザーブタンク４０と、第１〜第４の配管４２、４４、４６、４８とを備えている。本実施形態の冷却水ポンプ３４は、羽根車をケーシング内で回転させるターボ型（非容積型）ポンプである。

第１の配管４２は、冷却水リザーブタンク４０の排水口４０Ｂと冷却水ポンプ３４の吸込口３４Ｂとを接続している。第２の配管４４は、冷却水ポンプ３４の吐出口３４Ａとラジエータ３０の給水口３０Ａとを接続している。第３の配管４６は、ラジエータ３０の排水口３０Ｂと凝縮器２０の給水口２０Ａとを接続している。第４の配管４８は、凝縮器２０の排水口２０Ｂと冷却水リザーブタンク４０の給水口４０Ａとを接続している。

冷却水ポンプ３４の作動により、冷却水が、冷却水リザーブタンク４０の排水口４０Ｂからラジエータ３０の給水口３０Ａへ送られ、ラジエータ３０を通過して、ラジエータ３０の排水口３０Ｂから凝縮器２０の給水口２０Ａへ送られ、凝縮器２０を通過して、凝縮器２０の排水口２０Ｂから冷却水リザーブタンク４０の給水口４０Ａへ送られ、冷却水リザーブタンク４０に還流する。

ラジエータ３０で冷却された冷却水は、燃料電池１２の空気排出口１２Ｄから凝縮器２０に送られ、排気に直接供給して、当該排気を放熱することで、燃料電池１２からの排気を冷却する。凝縮器２０を通過した冷却水は、冷却水リザーブタンク４０において貯留され、冷却水リザーブタンク４０内の冷却水は、順次、ラジエータ３０に送られる。

図３（Ａ）は、冷却水リザーブタンク４０を拡大して示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、冷却水リザーブタンク４０を示す平断面図である。これらの図に示すように、冷却水リザーブタンク４０は、直方体形状に構成されている。ここで、冷却水リザーブタンク４０は、縦長、即ち、高さが平断面の四辺の各長さよりも大きい直方体状に構成されている。この冷却水リザーブタンク４０は、相互に対向した一対の幅広の側壁４０Ｃ，４０Ｃ´と、相互に対向した一対の幅狭の側壁４０Ｄ，４０Ｄ´とを備えている。一方の幅狭の側壁４０Ｄに、給水口４０Ａが設けられており、この給水口４０Ａに第４の配管４８の下流端部が水平に接続されている。また、冷却水リザーブタンク４０の底面４０Ｅに排水口４０Ｂが設けられており、この排水口４０Ｂに第１の配管４２の上流端部が接続されている。即ち、給水口４０Ａは、冷却水リザーブタンク４０の高さ方向に対して、排水口４０Ｂよりも高い位置に配されている。

給水口４０Ａは、冷却水リザーブタンク４０の高さ方向(以下、高さ方向と称する。)中央部よりも高く、冷却水リザーブタンク４０内の冷却水の水面の高さよりも低い位置に配されている。なお、ここでの「冷却水の水面の高さ」は、冷却水系循環系１００において冷却水の循環が開始されてから一定時間が経過し、冷却水リザーブタンク４０内の冷却水が一定量に安定している時における冷却水の水面の高さに相当する。

ここで、給水口４０Ａは、一方の幅狭の側壁４０Ｄの幅方向一端部に配されている。また、第４の配管４８の下流端部（図示されている部分）と、一方の幅狭の側壁４０Ｄとの平面視での角度は直角であり、第４の配管４８の下流端部は、一方の幅広の側壁４０Ｃに沿った方向に延びている。そのため、第４の配管４８から冷却水リザーブタンク４０に還流する冷却水は、給水口４０Ａから一方の幅広の側壁４０Ｃに沿って吐出される。それにより、冷却水リザーブタンク４０内において、側壁４０Ｃ、４０Ｄ´、４０Ｃ´、４０Ｄの順序で、これらに沿って上記高さ方向に対して垂直な方向(以下、横方向と称する。)に流れる水流、即ち、旋回流が生じる。

図４（Ａ）は、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００を拡大して示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００を示す平断面図である。以下、比較例の構成について説明するが、その際において本実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０と同様の構成については説明を省略し、上述の説明を援用する。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００では、給水口４００Ａが、一方の幅狭の側壁４００Ｄの幅方向中央部に配されている。また、第４の配管４８の下流端部は、一対の幅広の側壁４００Ｃに沿った方向に対して平行に延びている。そのため、第４の配管４８から冷却水リザーブタンク４００に還流する冷却水は、給水口４００Ａから吐出されて冷却水リザーブタンク４００の幅方向（図４（Ｂ）の上下方向）の中央部を通って他方（図４（Ｂ）の左側、即ち奥側）の幅狭の側壁４００Ｄ´に衝突する。それにより、冷却水リザーブタンク４００内において、奥側の幅狭の側壁４００Ｄ´に沿って縦方向に流れる水流、即ち、下降流が生じる。

従って、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００では、冷却水リザーブタンク４００内で生じ、あるいは冷却水リザーブタンク４００内に取り込まれた気泡が、下降流により排水口４００Ｂに流され易くなる。その結果、気泡が第１の配管４２を通して冷却水ポンプ３４に流れるので、ターボ型ポンプである冷却水ポンプ３４において異音が生じたり、当該気泡によって冷却水の水流が阻害されることで冷却水の循環水量が不安定になったりする等の問題が生じる。

それに対して、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０では、冷却水リザーブタンク４０内で生じ、あるいは冷却水リザーブタンク４０内に取り込まれた気泡が、旋回流によって高さ方向よりも横方向に流され易くなり、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００と比較して、短時間で排水口４０Ｂに到達しなくなることから、排水口４０Ｂに流され難くなる。このため、気泡が冷却水リザーブタンク４０内に滞留する時間が長くなることから、気泡が水蒸気となって、冷却水リザーブタンク４０内の水面から冷却水リザーブタンク４０の外部に向かって排出されることにより、気泡が消失することが起こり易くなる。その結果、気泡が第１の配管４２に流れることを抑制できるので、冷却水ポンプ３４の異音の発生を抑制できる。さらに、気泡による冷却水の水流阻害を抑制することができることにより、冷却水の循環水量を安定させることができる。

また、第４の配管４８の下流端部が、幅広の側壁４０Ｃに沿った方向に対して平行に延びており、幅狭の側壁４０Ｄの法線に対して傾斜していないので、比較的簡素な構成によって、気泡が配管４２に流れ出ることを抑制することができる。

また、側壁の長さを変更する際には、幅広の側壁４０Ｃもしくは幅狭の側壁４０Ｄの両方を変更する必要がなく、いずれかの長さを変更すれば実現できるようになる。このため、気泡が冷却水リザーブタンク４０内に滞留する時間を増加することと省スペース化することとの両方を容易にバランスよく両立することが可能となる。

ここで、冷却水を冷却水リザーブタンク内に供給する際に、冷却水の水面にその上から冷却水を落下させる場合には、冷却水の水面において気泡が発生する可能性がある。それに対して、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０では、給水口４０Ａが冷却水リザーブタンク４０内の冷却水の水面よりも低い位置に配され、水面下において、冷却水リザーブタンク４０内に貯留された冷却水に対して、第４の配管４８から冷却水が直接吐出されるので、冷却水リザーブタンク４０内での気泡の発生を抑制できる。

また、冷却水を冷却水リザーブタンクの側壁に設けた排水口４０Ｂから排水する場合には、冷却水リザーブタンクの底部において、循環せずに滞留する冷却水が生じることになる。それに対して、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０では、排水口４０Ｂが冷却水リザーブタンク４０の底面に設けられているので、冷却水リザーブタンク４０の底部において、冷却水が重力で排水口４０Ｂから排水される。従って、冷却水リザーブタンク４０の底部において、冷却水が循環せずに滞留することを抑制できる。

また、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０では、排水口４０Ｂが、底面の中心に対して給水口４０Ａ側に寄せて配されている。これによって、排水口４０Ｂが、冷却水リザーブタンク４０の底面の中心や底面の中心に対し給水口４０Ａとは反対側に配されている場合と比較して、冷却水の循環系路を短くすることが可能になり、また、冷却水リザーブタンク４０の下方に生じるスペースを有効利用することが可能になる。

本実施形態における「燃料電池システム１０」は、本発明における「燃料電池システム」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池１２」は、本発明における「燃料電池」の一例に相当し、本実施形態における「冷却水循環系１００」は、本発明における「液体循環系」の一例に相当する。本実施形態における「冷却水ポンプ３４」は、本発明における「ポンプ」の一例に相当し、本実施形態における「冷却水リザーブタンク４０」は、本発明における「タンク」の一例に相当し、本実施形態における「給水口４０Ａ」は、本実施形態における「液体流入口」の一例に相当し、本実施形態における「排水口４０Ｂ」は、本実施形態における「液体流出口」の一例に相当し、本実施形態における「側壁４０Ｄ」は、本発明における「第１の側壁」の一例に相当し、本実施形態における「側壁４０Ｃ」は、本発明における「第２の側壁」の一例に相当し、本実施形態における「底面４０Ｅ」は、本発明における「底面」の一例に相当する。本実施形態における「第４の配管４８」は、本発明における「液体流入管」の一例に相当し、本実施形態における「第１の配管４２」は、本発明における「液体流出管」の一例に相当する。

なお、冷却水リザーブタンク４０の平断面が矩形状であることは必須ではなく、角部を共有する側壁４０Ｃ、４０Ｄが存在すればよく、冷却水リザーブタンク４０の平断面は、例えば、三角形状や台形状や扇形状等であってもよい。また、側壁４０Ｃと側壁４０Ｄとが共有する角部が直角であることは必須ではなく、例えば、鋭角や鈍角であってもよい。また、第４の配管４８が直線状であることは必須ではなく、側壁４０Ｃに沿って冷却水が流入すればよく、例えば、第４の配管４８は曲線状であってもよい。さらに、冷却水リザーブタンク４０の角部はＲ形状であってもよい。

また、給水口４０Ａが設けられる側壁４０Ｄの「端部」は、給水口４０Ａから流入した冷却水によって冷却水リザーブタンク４０内で旋回流が生じる程度に、側壁４０Ｄの端に寄った部分を指す。そのため、図３（Ｂ）に示すように、側壁４０Ｄの端（側壁４０Ｃと面一になる位置）と給水口４０Ａとの間に僅かな距離がある場合でも、給水口４０Ａは、側壁４０Ｄの「端部」に設けられていることとなる。

図５（Ａ）は、他の実施形態に係る冷却水リザーブタンク１４０を拡大して示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク１４０を示す平断面図である。以下、本実施形態の構成について説明するが、その際において、上記実施形態に係る冷却水リザーブタンク４０と同様の構成については説明を省略し、上述の説明を援用する。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク１４０では、給水口１４０Ａが、一方の幅狭の側壁１４０Ｄの幅方向中央部に配されている。

ここで、平面視において、第４の配管４８の下流端部は、一方の幅狭の側壁１４０Ｄの法線に対して傾斜している。そのため、第４の配管４８から冷却水リザーブタンク１４０に還流する冷却水は、給水口１４０Ａから一方の幅広の側壁１４０Ｃに向かって吐出され、この一方の幅広の側壁１４０Ｃに沿って流れる。具体的には、冷却水が、一方の幅狭の側壁１４０Ｃの法線に対して所定角度α（＜９０°）だけ傾斜した方向に吐出され、一方の幅広の側壁１４０Ｃに対して所定角度αだけ傾斜して衝突し、この一方の幅広の側壁１４０Ｃに沿って流れる。それにより、冷却水リザーブタンク１４０内において、側壁１４０Ｃ、１４０Ｄ´、１４０Ｃ´、１４０Ｄの順序で、これらに沿って横方向に流れる水流、即ち、旋回流が生じる。

従って、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク１４０では、冷却水リザーブタンク１４０内で生じ、あるいは冷却水リザーブタンク１４０内に取り込まれた気泡が、旋回流により高さ方向よりも横方向に流され易くなり、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００と比較して、排水口１４０Ｂに流され難くなる。その結果、気泡が第１の配管４２に流れることを抑制できるので、冷却水ポンプ３４の異音の発生を抑制でき、冷却水の循環水量を安定させることができる。

また、冷却水リザーブタンク１４０の角部がＲ形状である場合、本実施形態の構造によれば、より一層冷却水の流れを側壁に沿って流すことが可能となるので、冷却水リザーブタンク１４０内での冷却水の滞留時間が一層長くなり、それによって、気泡が第１の配管４２に流れ出ることをより一層抑制できる。

また、第４の配管４８の下流端部が傾斜しているので、第４の配管４８の下流端部から排出口１４０Ｂまでの距離が傾斜している分だけ長くなる。その結果、冷却水リザーブタンク１４０内での冷却水の滞留時間がより一層長くなり、それによって、気泡が配管４２に流れ出ることをより一層抑制できる。

本実施形態における「冷却水リザーブタンク１４０」は、本発明における「タンク」の一例に相当し、本実施形態における「給水口１４０Ａ」は、本実施形態における「液体流入口」の一例に相当し、本実施形態における「排水口１４０Ｂ」は、本実施形態における「液体流出口」の一例に相当し、本実施形態における「側壁１４０Ｄ」は、本発明における「第１の側壁」の一例に相当し、本実施形態における「側壁１４０Ｃ」は、本発明における「第２の側壁」の一例に相当する。

なお、第４の配管４８の下流端部と一方の幅狭の側壁１４０Ｄとの角度α（＜９０°）は、給水口１４０Ａの側壁１４０Ｄにおける位置や、循環水量等に応じて適宜設定すればよく、例えば、０°＜α＜８０°が好ましく、０°＜α＜６０°がより好ましい。また、給水口１４０Ａの側壁１４０Ｄにおける位置は、幅方向中央部には限らず、幅方向の中央部から端側に寄せられていてもよい。

また、冷却水リザーブタンク１４０の平断面が矩形状であることは必須ではなく、角部を共有する側壁１４０Ｃ、１４０Ｄが存在すればよく、冷却水リザーブタンク１４０の平断面は、例えば、三角形状や台形状や扇形状等であってもよい。また、側壁１４０Ｃと側壁１４０Ｄとが共有する角部が直角であることは必須ではなく、鋭角や鈍角であってもよい。さらに、第４の配管４８が直線状であることは必須ではなく、側壁１４０Ｃに向かって冷却水が流入すればよく、第４の配管４８は曲線状であってもよい。

図６（Ａ）は、他の実施形態に係る冷却水リザーブタンク２４０を拡大して示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク２４０を示す平断面図である。以下、本実施形態の構成について説明するが、その際において、上記実施形態に係る冷却水リザーブタンクと同様の構成については説明を省略し、上述の説明を援用する。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク２４０は、縦向きの円筒形状に構成されており、平断面が円形状の側壁２４０Ｃを備えている。

ここで、平面視において、第４の配管４８の下流端部は、側壁２４０Ｃの法線（接線に対して直角で中心に向かう線）に対して傾斜している。そのため、第４の配管４８から冷却水リザーブタンク２４０に還流する冷却水は、給水口２４０Ａから側壁２４０Ｃに沿って吐出され側壁２４０Ｃに沿って流れる。それにより、冷却水リザーブタンク２４０内において、側壁２４０Ｃに沿って横方向に流れる水流、即ち、旋回流が生じる。

従って、本実施形態に係る冷却水リザーブタンク２４０では、冷却水リザーブタンク２４０内で生じ、あるいは冷却水リザーブタンク２４０内に取り込まれた気泡が、旋回流により高さ方向よりも横方向に流され易くなり、比較例に係る冷却水リザーブタンク４００と比較して、排水口２４０Ｂに流され難くなる。その結果、気泡が第１の配管４２に流れることを抑制できるので、冷却水ポンプ３４の異音の発生を抑制でき、冷却水の循環水量を安定させることができる。

なお、冷却水リザーブタンク２４０の平断面が円形状であることは必須ではなく、円弧状の側壁２４０Ｃが存在すればよく、冷却水リザーブタンク２４０の平断面は、例えば、扇形状や半円形状等であってもよい。さらに、第４の配管４８が直線状であることは必須ではなく、側壁２４０Ｃに沿って冷却水が流入すればよく、第４の配管４８は曲線状であってもよい。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述の実施形態に係る燃料電池システム１０は、ダイレクトメタノール型の燃料電池１２と、凝縮器２０とラジエータ３０とを含む冷却水循環系１００とを備えるが、液体を循環させる液体循環系を備える燃料電池システムであれば、本発明を適用できる。即ち、燃料電池１２は、ダイレクトメタノール型には限定されず、水素を燃料とする固体高分子型の燃料電池等の他の燃料電池としてもよい。また、液体循環系が凝縮器２０とラジエータ３０とを備えることは必須ではない。

１０…燃料電池システム
１２…燃料電池
１２Ａ…燃料供給口
１２Ｂ…空気供給口
１２Ｃ…燃料排出口
１２Ｄ…空気排出口
１２１…発電セル
１２２…集電体
１２３…エンドプレート
１４…燃料タンク
１６…燃料ポンプ
１８…ブロワ
２２…水タンク
２３…水ポンプ
２４…外部燃料タンク
２６…外部燃料ポンプ
２７…排気経路
２８…排気処理装置
３２…ラジエータ冷却ファン
１００…冷却水循環系
２０…凝縮器
２０Ａ…給水口
２０Ｂ…排水口
３０…ラジエータ
３０Ａ…給水口
３０Ｂ…排水口
３４…冷却水ポンプ
３４Ａ…吐出口
３４Ｂ…吸込口
４０…冷却水リザーブタンク
４０Ａ…給水口
４０Ｂ…排水口
４０Ｃ…側壁
４０Ｃ´…側壁
４０Ｄ…側壁
４０Ｄ´…側壁
４０Ｅ…底面
１４０…冷却水リザーブタンク
１４０Ａ…給水口
１４０Ｂ…排水口
１４０Ｃ…側壁
１４０Ｃ´…側壁
１４０Ｄ…側壁
１４０Ｄ´…側壁
２４０…冷却水リザーブタンク
２４０Ａ…給水口
２４０Ｂ…排水口
２４０Ｃ…側壁
４２…第１の配管
４４…第２の配管
４６…第３の配管
４８…第４の配管
４００…冷却水リザーブタンク
４００Ａ…給水口
４００Ｂ…排水口
４００Ｃ…側壁
４００Ｄ…側壁
４００Ｄ´…側壁

Claims (6)

1. 燃料電池と、
   液体を循環させる液体循環系と
   を備える燃料電池システムであって、
   前記液体循環系は、
   前記液体を循環させるポンプと、
   液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた第１の側壁と、前記第１の側壁と角部を共有する第２の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、
   前記タンクの前記液体流入口に接続された液体流入管と、
   前記タンクの前記液体流出口に接続された液体流出管と
   を備え、
   前記液体流入口は、前記第１の側壁における前記第２の側壁の側の端部に配され、
   前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記第２の側壁に沿って流入するように、前記液体流入口に接続されている燃料電池システム。
2. 燃料電池と、
   液体を循環させる液体循環系と
   を備える燃料電池システムであって、
   前記液体循環系は、
   前記液体を循環させるポンプと、
   液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた第１の側壁と、前記第１の側壁と角部を共有する第２の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、
   前記タンクの前記液体流入口に接続された液体流入管と、
   前記タンクの前記液体流出口に接続された液体流出管と
   を備え、
   前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記第２の側壁に向かって流入するように、前記液体流入口に接続されている燃料電池システム。
3. 燃料電池と、
   液体を循環させる液体循環系と
   を備える燃料電池システムであって、
   前記液体循環系は、
   前記液体を循環させるポンプと、
   液体流入口と、前記液体流入口よりも低い位置に配された液体流出口と、前記液体流入口が設けられた平断面が円弧状の側壁とを備え、前記ポンプによって循環される前記液体を貯留するタンクと、
   前記タンクの液体流入口に接続された液体流入管と、
   前記タンクの液体流出口に接続された液体流出管と
   を備え、
   前記液体流入管は、前記液体が前記液体流入口から前記側壁に沿って流入するように、前記液体流入口に接続されている燃料電池システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記液体流入口は、前記タンク内に貯留された前記液体の液面よりも低い位置に配されている燃料電池システム。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記液体流出口は、前記タンクの底面に配されている燃料電池システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記液体流出口は、前記タンクの平面視での中心に対して前記液体供給口の側に寄せて配されている燃料電池システム。

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