(57)【要約】【課題】解凍専用の電気ヒータ等を要することなく水タンク内の生成水を解凍することができるとともに、燃料電池に供給される空気を冷却するときの冷却負荷を低減す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１１は、コンプレッサ１２によって圧縮されかつインタークーラ１３によって冷却された空気に含まれる酸化剤ガスと発電のための燃料ガスとの化学反応によって発電する燃料電池１４と、燃料電池１４内で生成される生成水を貯留する水タンク１６と、を備え、水タンク１６は、コンプレッサ１２からインタークーラ１３に至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に配置され、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を水タンク１６を経由してインタークーラ１３に導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池へ空気を供給するコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された空気を冷却する冷却器と、
前記コンプレッサによって冷却された空気に含まれる酸化剤ガスと発電のための燃料ガスとの化学反応によって発電する燃料電池と、
前記化学反応によって生成される生成水を貯留するための水タンクと、
を備える燃料電池システムであって、
前記水タンクは、前記コンプレッサから前記冷却器へと至る空気供給路の途中に配置され、
前記コンプレッサによって圧縮された空気を前記水タンクを経由して前記冷却器に導入するように構成されている
燃料電池システム。
【請求項２】
前記空気供給路は給気配管によって形成され、前記給気配管の所定部分が前記水タンクを貫通して配置されている
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水タンクを貫通する前記給気配管に伝熱フィンが取り付けられている
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水タンクの内部は、前記生成水を貯留するための第１の空間と、前記空気供給路を形成する給気配管を通すための第２の空間とに区分され、前記第１の空間と前記第２の空間が互いに隣接して配置されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応によって発電する燃料電池を備えている。一般に、燃料ガスには水素が用いられ、酸化剤ガスには空気中の酸素が用いられている。このため、燃料電池に水素と空気を供給して化学反応させると水が生成される。
【０００３】
燃料電池システムは、燃料電池自動車の他に、たとえば、フォークリフトなどの産業車両に搭載されている。燃料電池自動車では、燃料電池の発電時に生成される水をそのまま路上などに排出している。これに対して、燃料電池システムを搭載する産業車両では、燃料電池の発電時に生成される水（以下、「生成水」ともいう。）を一旦、水タンクに貯留しておき、燃料ガスとなる水素を燃料タンクに充填するときに、水タンク内の水をまとめて所定の場所に排出している。その理由は、次のとおりである。
【０００４】
フォークリフトなどの産業車両は、作業者が行き交う物流の作業場などの屋内で使用されることが多い。このため、産業車両の走行中や荷役中などに燃料電池内で生成される生成水をタンクに貯めずにそのまま排出すると、作業場の床が水で濡れて滑りやすくなってしまう。よって、燃料電池式産業車両の場合は、燃料電池内で生成される生成水を即時排出できないという事情がある。したがって、燃料電池式産業車両では、生成水を貯留するための水タンクを燃料電池システムに設けている。そして、燃料電池内で生成される生成水を水タンクに貯めておき、水素充填時に燃料タンク内の生成水をまとめて排出している。
【０００５】
しかし、寒冷地などで燃料電池式産業車両を使用する場合は、水タンクに生成水が残ったまま、産業車両の起動を長時間にわたって停止しておくことがある。そうした場合、氷点下の環境に燃料電池式車両が晒されると、水タンクに残留する生成水や、水タンクにつながる配管などに付着する生成水が凍結するおそれがある。実際に生成水が凍結すると、たとえば、水タンクから生成水を排出できないおそれがある。また、水タンクにつながる配管の流路が生成水の凍結によって狭められ、新たに燃料電池から送り込まれる生成水の流れを阻害するおそれもある。
【０００６】
このような不都合を解消するには、水タンクやその近傍で凍結している生成水を解凍する必要がある。生成水の解凍には、たとえば、電気ヒータを用いる方法、あるいは解凍用熱媒体を用いる方法などがある。また、特許文献１には、燃料電池の冷却に用いる水をタンクに貯めておき、燃料電池に発電させるときにタンクの水を燃料電池の水流路に循環させて燃料電池を冷却する燃料電池システムにおいて、空気供給装置から燃料電池に供給される空気の一部をタンクに導入する技術が記載されている。
【０００７】
図４は、従来の燃料電池システムの一例として、生成水を解凍するための電気ヒータを備える燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図４に示すように、燃料電池システム７１は、コンプレッサ７２と、インタークーラ７３と、燃料電池７４と、気液分離器７５と、水タンク７６と、電気ヒータ７７と、を備えている。コンプレッサ７２は、空気を圧縮するものである。インタークーラ７３は、コンプレッサ７２によって圧縮された空気を冷却するものである。燃料電池７４は、燃料タンク（不図示）から供給される水素と、インタークーラ７３によって冷却された空気に含まれる酸素との化学反応によって発電するものである。気液分離器７５は、燃料電池７４から排出されるオフガスを気体と液体に分離するものである。水タンク７６は、気液分離器７５によって分離された生成水を貯留するものである。電気ヒータ７７は、水タンク７６に熱を加えるものである。
【０００８】
上記構成からなる燃料電池システム７１においては、水タンク７６に貯留された生成水が凍結した場合に、電気ヒータ７７の熱を水タンク７６に加えることにより、生成水を解凍することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１０８７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら上記従来の燃料電池システム７１では、生成水を解凍するための専用の電気ヒータ７７をシステム内に新たに組み込む必要がある。また、上述した解凍用熱媒体を用いる方法でも、専用の解凍用熱媒体による暖房システムを新たに組み込む必要がある。また、従来の燃料電池システム７１においては、コンプレッサ７２によって圧縮した空気をインタークーラ７３で冷却してから燃料電池７４に供給しているが、その際にインタークーラ７３の冷却負荷を低減したいという要望がある。冷却負荷は、空気の冷却に必要とされる熱量を意味する。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク内の生成水を解凍することができるとともに、燃料電池に供給される空気を冷却器によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、燃料電池へ空気を供給するコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧縮された空気を冷却する冷却器と、前記コンプレッサによって冷却された空気に含まれる酸化剤ガスと発電のための燃料ガスとの化学反応によって発電する燃料電池と、前記化学反応によって生成される生成水を貯留するための水タンクと、を備える燃料電池システムであって、前記水タンクは、前記コンプレッサから前記冷却器へと至る空気供給路の途中に配置され、前記コンプレッサによって圧縮された空気を前記水タンクを経由して前記冷却器に導入するように構成されている。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給路は給気配管によって形成され、前記給気配管の所定部分が前記水タンクを貫通して配置されていてもよい。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記水タンクを貫通する前記給気配管に伝熱フィンが取り付けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記水タンクの内部は、前記生成水を貯留するための第１の空間と、前記空気供給路を形成する給気配管を通すための第２の空間とに区分され、前記第１の空間と前記第２の空間が互いに隣接して配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク内の生成水を解凍することができるとともに、燃料電池に供給される空気を冷却器によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。
【図４】従来の燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（燃料電池システムの構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図１に示すように、燃料電池システム１１は、コンプレッサ１２と、インタークーラ１３と、燃料電池１４と、気液分離器１５と、水タンク１６と、を備えている。燃料電池システム１１は、たとえば、フォークリフトや牽引車などの産業車両に搭載されるものである。
【００２０】
コンプレッサ１２は燃料電池１４へ空気を供給するものである。コンプレッサ１２で空気を圧縮すると、圧縮前よりも空気の温度が上昇する。圧縮後の空気の温度は、その温度のまま燃料電池１４に供給するには高すぎる。このため、圧縮によって上昇した空気の温度を下げる必要がある。そこで、燃料電池１４の上流側にはインタークーラ１３が配置されている。インタークーラ１３は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を冷却する冷却器に相当するものである。インタークーラ１３は、たとえば、クーラント液を循環させて空気を冷却する構成になっている。インタークーラ１３によって冷却された空気は燃料電池１４に供給される。
【００２１】
燃料電池１４は、燃料タンク（不図示）から供給される水素と、インタークーラ１３によって冷却された空気に含まれる酸素との化学反応によって発電するものである。燃料電池１４は、図示しない複数の発電セルを積層したＦＣスタック(fuel cell stack)によって構成されている。各々の発電セルは、たとえば、固体高分子電解質をアノード極とカソード極とによって挟み込んで形成される。アノード極には、発電のための燃料ガスとなる水素が供給され、カソード極には、酸化剤ガスとなる酸素を含む空気が供給される。これにより、燃料電池１４は、水素と酸素の化学反応によって発電する。その際、燃料電池１４の内部では、水素と酸素の化学反応によって生成水が生成される。
【００２２】
気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを気体と液体に分離するものである。オフガスには、燃料電池１４内で生成される生成水や、燃料電池１４内で消費されなかった水素を含む空気が含まれる。このため、気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを主に生成水と空気に分離する。
【００２３】
水タンク１６は、燃料電池１４内での化学反応によって生成され、かつ気液分離器１５によって分離された生成水を貯留するためのものである。水タンク１６の容量は、図示しない燃料タンクに満充填された燃料ガスをすべて消費したときに燃料電池１４内で生成される最大量の生成水を貯留可能な容量に設定されている。
【００２４】
ここで、本実施形態の燃料電池システム１１においては、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６が配置されている。また、水タンク１６から空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される空気が、空気供給路Ｒ６を通して燃料電池１４に供給される構成になっている。各空気供給路Ｒ１〜Ｒ６は、それぞれ矢印の向きで空気の流れる方向を示すものに過ぎず、それぞれ個別の配管によって構成されることを示すものではない。すなわち、空気供給路Ｒ１〜Ｒ６を形成する配管の本数は必要に応じて変更可能である。空気供給路Ｒ１〜Ｒ６は、コンプレッサ１２から水タンク１６およびインタークーラ１３を順に経由して燃料電池１４へと至るまで、途中で分岐することなく、連続した１系統の空気供給路を構成している。
【００２５】
このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気は、該空気の全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。また、水タンク１６を通過した空気は、該空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。つまり、本実施形態の燃料電池システム１１では、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部が水タンク１６を経由してインタークーラ１３に導入される構成になっている。
【００２６】
（水タンクの構成）
図２は、本発明の第１実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。なお、図２においては、水タンク１６の構成を理解しやすいように、水タンク１６の一部を破断し、かつ該タンク内を透かして示している。
【００２７】
図２に示すように、水タンク１６は、直方体の筐体構造を有している。水タンク１６は、たとえば、金属製である。水タンク１６の内部は、生成水を貯留するための空間２１になっている。水タンク１６の上面２０ａには配管２２が接続されている。配管２２は、気液分離器１５と水タンク１６とを接続するものである。配管２２の下端部は、水タンク１６の空間２１に向かって開口している。このため、気液分離器１５によって分離された生成水は、配管２２を通して水タンク１６内に流れ込む。
【００２８】
また、水タンク１６は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面２０ｂ，２０ｃを有している。一方の端面２０ｃには配管２４が接続されている。配管２４は、水タンク１６に貯まった生成水を所定の場所に排出するためのものである。所定の場所は、たとえば、生成水の排水を水素充填時にまとめて行う場合は、水素ステーションなどに用意される。水素ステーションは、燃料電池システム１１の燃料タンクに水素を補給するための設備である。水タンク１６に貯まった生成水の排出タイミングは、たとえば、配管２４の途中に設けられた開閉弁（不図示）を用いて制御される。具体的には、開閉弁を閉じた状態では水タンク１６内の生成水が排出されず、開閉弁を開けたときに水タンク１６内の生成水が配管２４を通して排出される。
【００２９】
なお、図２においては、水タンク１６の端面２０ｃに配管２４を接続しているが、これに限らず、たとえば、水タンク１６の下面２０ｄに配管２４を接続してもよい。
【００３０】
給気配管３１は、上述した空気供給路Ｒ１〜Ｒ６を形成するものである。給気配管３１は、たとえば、金属製の配管によって構成される。給気配管３１は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の流路を形成している。ただし、図２においては、給気配管３１の全部ではなく、給気配管３１の所定部分のみを表示している。
【００３１】
給気配管３１の所定部分は、タンク長手方向Ｘにおいて、水タンク１６を貫通して配置されている。具体的には、給気配管３１の所定部分は、水タンク１６の空間２１を通り、かつ、一対の端面２０ｂ，２０ｃを貫通するように配置されている。水タンク１６の端面２０ｂには、図示しないシール材が設けられ、このシール材に給気配管３１が嵌合されることにより、水タンク１６内の生成水が該嵌合部分から漏れないようになっている。同様に、水タンク１６の端面２０ｃにも、図示しないシール材が設けられ、このシール材に給気配管３１が嵌合されることにより、水タンク１６内の生成水が該嵌合部分から漏れないようになっている。
【００３２】
給気配管３１の所定部分は、１本の配管によって構成することが好ましいが、これ以外にも、たとえば、複数本の配管を継手によって直列に接続した構成でもよい。本実施形態においては、給気配管３１の所定部分を１本の配管によって構成するものとする。ただし、ここでは説明の便宜上、給気配管３１の所定部分を３つの配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃに分けて説明する。配管部分３１ａは、上述した空気供給路Ｒ３を形成するものである。配管部分３１ａは、水タンク１６の端面２０ｂの外側に配置されている。配管部分３１ｂは、上述した空気供給路Ｒ３と空気供給路Ｒ４とをつなぐ空気供給路（不図示）を形成するものである。配管部分３１ｂは、水タンク１６内に配置されている。また、配管部分３１ｂは、タンク長手方向Ｘと平行に配置されている。配管部分３１ｃは、上述した空気供給路Ｒ４を形成するものである。配管部分３１ｃは、水タンク１６の端面２０ｃの外側に配置されている。
【００３３】
水タンク１６内において、給気配管３１の配管部分３１ｂには複数の伝熱フィン３３が取り付けられている。伝熱フィン３３は、給気配管３１を流れる空気の熱を水タンク１６内の生成水に効率良く伝えるためのものである。このため、伝熱フィン３３は、熱伝導性の高い材料、たとえば、ステンレス鋼などの金属によって構成されている。また、伝熱フィン３３は、タンク長手方向Ｘに所定の間隔をあけて配置されている。伝熱フィン３３の数は必要に応じて増減可能である。
【００３４】
（燃料電池システムの動作）
続いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの動作について説明する。
まず、酸素を含む空気はコンプレッサ１２に取り込まれる。コンプレッサ１２に取り込まれた空気は、コンプレッサ１２によって圧縮された後、空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。
【００３５】
次に、水タンク１６に導入された空気は、水タンク１６を貫通する給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れた後、空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。インタークーラ１３に導入された空気は、インタークーラ１３によって冷却された後、空気供給路Ｒ６を通して燃料電池１４に供給される。
【００３６】
一方、燃料ガスとなる水素は、図示しない燃料タンクから燃料電池１４へと供給される。その際、燃料電池１４に対する水素の供給量は、図示しない流量制御弁によって調整される。こうして燃料電池１４に水素と空気が供給されると、燃料電池１４は、水素と空気中の酸素との化学反応によって発電する。このとき、燃料電池１４の内部では、水素と酸素の化学反応によって生成水が生成される。
【００３７】
また、燃料電池１４は発電時にオフガスを排出する。オフガスは、燃料電池１４から気液分離器１５へと供給される。オフガスには、燃料電池１４内で生成される生成水や、燃料電池１４内で消費されなかった水素を含む空気が含まれる。このため、気液分離器１５は、燃料電池１４から排出されるオフガスを主に生成水と空気に分離する。気液分離器１５によって分離された空気は、たとえば、気液分離器１５から排気ホース（不図示）を通して大気中に排出される。
【００３８】
一方、気液分離器１５によって分離された生成水は、気液分離器１５から水タンク１６へと供給される。その際、生成水は、配管２２を通して水タンク１６の空間２１に流れ込む。これにより、燃料電池１４内で生成された生成水は、図示しない開閉弁を開けるまでの間、水タンク１６に貯留される。
【００３９】
ここで、本第１実施形態においては、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６に導入される。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の全部が、給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる。その際、給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる空気の熱は、給気配管３１および伝熱フィン３３を通して、水タンク１６や該タンク内の生成水に伝えられる。つまり、給気配管３１を流れる空気と、水タンク１６に残留する生成水との間で熱交換が行われる。このため、水タンク１６に貯留された生成水が凍結している場合に、給気配管３１を流れる空気の熱を利用して生成水を解凍することができる。
【００４０】
さらに、本第１実施形態においては、上述のように水タンク１６に導入された空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。その際、水タンク１６を貫通する給気配管３１の配管部分３１ａ〜３１ｃを流れる空気の温度は、該空気がインタークーラ１３に導入される前に、水タンク１６や該タンク内の生成水との熱交換によって下がる。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の温度をある程度下げた状態で、インタークーラ１３に空気を送り込むことができる。したがって、インタークーラ１３によって空気を冷却するときの冷却負荷を低減することができる。特に、水タンク１６内の生成水が凍結している場合には、給気配管３１を流れる空気の熱が生成水を解凍するためにより多く消費されるため、冷却負荷の低減効果が大きくなる。
【００４１】
（第１実施形態の効果）
本発明の第１実施形態においては、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６を配置し、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部を水タンク１６を経由してインタークーラ１３に導入する構成を採用している。このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の熱量を無駄なく利用して、水タンク１６内にある生成水を温めることができる。したがって、水タンク１６内の生成水が凍結している場合でも、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を水タンク１６に導入することにより、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク１６内の生成水を解凍することができる。また、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の温度は、インタークーラ１３に導入される前に、水タンク１６や該タンク内の生成水との熱交換によって下げられる。つまり、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気を、インタークーラ１３の上流側で補助的に冷却することができる。このため、燃料電池１４に供給される空気をインタークーラ１３によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。
【００４２】
また、本発明の第１実施形態においては、給気配管３１の配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃが水タンク１６を貫通して配置されている。このため、給気配管３１を流れる空気の熱を利用して、水タンク１６や該タンク内の生成水を効率良く温めることができる。特に、生成水の貯留空間となる水タンク１６の空間２１を貫通するように給気配管３１の配管部分３１ａ，３１ｂ，３１ｃを配置した構成とすれば、給気配管３１を流れる空気の熱を、水タンク１６内の生成水に直接的に伝えることができる。したがって、水タンク１６内の生成水が凍結している場合に、より短い時間で生成水を解凍することができる。
【００４３】
また、本発明の第１実施形態においては、水タンク１６内に配置された給気配管３１の配管部分３１ｂに伝熱フィン３３が取り付けられている。このため、給気配管３１を通過する空気の熱を、伝熱フィン３３を通して水タンク１６内の生成水に効率良く伝えることができる。このため、伝熱フィン３３を設けない場合に比べて、生成水の解凍に要する時間を短縮することができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本発明の第２実施形態においては、上記第１実施形態と比較して、主に水タンクの構成が異なる。
【００４５】
図３は、本発明の第２実施形態に係る水タンクの構成を説明する概略斜視図である。なお、図３においては、水タンク１６０の構成を理解しやすいように、水タンク１６０の一部を破断し、かつ該タンク内を透かして示している。
【００４６】
図３に示すように、水タンク１６０は、直方体の筐体構造を有している。水タンク１６０は、たとえば、金属製である。水タンク１６０の内部は、仕切り部４０によって第１の空間４１と第２の空間４２とに区分されている。
【００４７】
仕切り部４０は、平らな板状に形成されている。第１の空間４１と第２の空間４２は、それぞれ密閉された空間になっている。第１の空間４１は相対的に上側に配置され、第２の空間４２は相対的に下側に配置されている。そして、第１の空間４１と第２の空間４２は、仕切り部４０をあいだに挟んで、上下方向で互いに隣接している。
【００４８】
なお、水タンク１６０は、２つの直方体の筐体を上下二段に重ねた構成としてもよいし、１つの直方体の筐体内を上下二段に仕切った構成としてもよい。本実施形態においては、一例として、水タンク１６０は、２つの直方体の筐体１６１，１６２を上下二段に重ねた構成になっているものとする。この場合、仕切り部４０は、筐体１６１の下面と筐体１６２の上面とが互いに密着した部分となる。以降の説明では、２つの筐体１６１，１６２のうち、一方を第１の筐体１６１、他方を第２の筐体１６２という。
【００４９】
第１の空間４１は、生成水を貯留するための空間である。第１の空間４１は、第１の筐体１６１によって形成される空間である。第１の筐体１６１の上面１６１ａには配管６２が接続されている。配管６２は、気液分離器１５と水タンク１６０とを接続するものである。配管６２の下端部は、水タンク１６０の第１の空間４１に向かって開口している。このため、気液分離器１５によって分離された生成水は、配管６２を通して水タンク１６０の第１の空間４１に流れ込む。
【００５０】
また、第１の筐体１６１は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面１６１ｂ，１６１ｃを有している。一方の端面１６１ｃには配管６４が接続されている。配管６４は、水タンク１６０の第１の空間４１に貯まった生成水を所定の場所に排出するためのもので、その排出タイミングは、たとえば、配管６４の途中に設けられた開閉弁（不図示）を用いて制御される。
【００５１】
第２の空間４２は、上述した空気供給路Ｒ１〜Ｒ５を形成する給気配管５１を通すための空間である。第２の空間４２は、第２の筐体１６２によって形成される空間である。給気配管５１は、たとえば、金属製の配管によって構成される。給気配管５１は、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の流路を形成している。ただし、図３においては、給気配管５１の全部ではなく、給気配管５１の所定部分のみを表示している。
【００５２】
給気配管５１の所定部分は、タンク長手方向Ｘにおいて、水タンク１６０の第２の空間４２を貫通して配置されている。第２の筐体１６２は、タンク長手方向Ｘで互いに対向する一対の端面１６２ｂ，１６２ｃを有している。給気配管５１の所定部分は、水タンク１６０の第２の空間４２を通り、かつ、一対の端面１６２ｂ，１６２ｃを貫通するように配置されている。
【００５３】
給気配管５１の所定部分は、１本の配管によって構成することが好ましいが、これ以外にも、たとえば、複数本の配管を継手によって直列に接続した構成でもよい。本実施形態においては、給気配管５１の所定部分を１本の配管によって構成するものとする。ただし、ここでは説明の便宜上、給気配管５１の所定部分を３つの配管部分５１ａ，５１ｂ，５１ｃに分けて説明する。配管部分５１ａは、上述した空気供給路Ｒ３を形成するものである。配管部分５１ａは、第２の筐体１６２の端面１６２ｂの外側に配置されている。配管部分５１ｂは、上述した空気供給路Ｒ３と空気供給路Ｒ４とをつなぐ空気供給路（不図示）を形成するものである。配管部分５１ｂは、水タンク１６０の第２の空間４２内に挿入して配置されている。また、配管部分５１ｂは、タンク長手方向Ｘと平行に配置されている。配管部分５１ｃは、上述した空気供給路Ｒ４を形成するものである。配管部分５１ｃは、第２の筐体１６２の端面１６２ｃの外側に配置されている。
【００５４】
配管部分５１ｂには複数の伝熱フィン５３が取り付けられている。伝熱フィン５３は、給気配管５１を流れる空気の熱を水タンク１６０内の生成水に効率良く伝えるためのものである。このため、伝熱フィン５３は、熱伝導性の高い材料、たとえば、ステンレス鋼などの金属によって構成されている。また、伝熱フィン５３は、タンク長手方向Ｘに所定の間隔をあけて配置されている。伝熱フィン５３の数は必要に応じて増減可能である。
【００５５】
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム１１では、気液分離器１５によって分離された生成水が、配管６２を通して水タンク１６０の第１の空間４１に流れ込む。このため、燃料電池１４内で生成された生成水は、図示しない開閉弁を開けるまでの間、水タンク１６０の第１の空間４１に貯留される。
【００５６】
一方、コンプレッサ１２によって圧縮された空気は、その全部が空気供給路Ｒ１〜Ｒ３を通して水タンク１６０に導入される。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の全部が、給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる。その際、給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる空気の熱は、給気配管５１および伝熱フィン５３を通して、第２の空間４２に放出される。さらに、第２の空間４２に放出された空気の熱は、仕切り部４０を通して第１の空間４１や該空間内に存在する生成水に伝えられる。つまり、給気配管５１を流れる空気と、水タンク１６０の第１の空間４１に残留する生成水との間で熱交換が行われる。このため、水タンク１６０に貯留された生成水が凍結している場合に、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して生成水を解凍することができる。
【００５７】
さらに、本第２実施形態においては、上述のように水タンク１６０に導入された空気の全部が空気供給路Ｒ４，Ｒ５を通してインタークーラ１３に導入される。その際、水タンク１６０の第２の筐体１６２を貫通する給気配管５１の配管部分５１ａ〜５１ｃを流れる空気の温度は、該空気がインタークーラ１３に導入される前に、給気配管５１から第２の空間４２への熱の放出によって下がる。このため、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気の温度をある程度下げた状態で、インタークーラ１３に空気を送り込むことができる。したがって、インタークーラ１３によって空気を冷却するときの冷却負荷を低減することができる。特に、水タンク１６０の第１の空間４１内に存在する生成水が凍結している場合には、給気配管５１を流れる空気の熱が急速に奪われるため、冷却負荷の低減効果が大きくなる。
【００５８】
（第２実施形態の効果）
本発明の第２実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、コンプレッサ１２からインタークーラ１３へと至る空気供給路Ｒ１〜Ｒ５の途中に水タンク１６０を配置し、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の全部を水タンク１６０を経由してインタークーラ１３に導入する構成を採用している。このため、コンプレッサ１２によって圧縮された空気の熱量を無駄なく利用して、水タンク１６０の第１の空間４１内にある生成水を温めることができる。したがって、水タンク１６０の第１の空間４１内の生成水が凍結している場合でも、コンプレッサ１２によって圧縮された空気を水タンク１６０の第２の空間４２に導入することにより、解凍専用の電気ヒータや熱媒体を必要とすることなく水タンク１６０の第１の空間４１内の生成水を解凍することができる。また、水タンク１６０の第２の空間４２に導入される圧縮空気の温度は、水タンク１６０の筐体１６１，１６２や第１の空間４１内にある生成水との熱交換によって下げられる。つまり、コンプレッサ１２による圧縮によって温度上昇した空気を、インタークーラ１３の上流側で補助的に冷却することができる。このため、燃料電池１４に供給される空気をインタークーラ１３によって冷却するときの冷却負荷を低減することができる。
【００５９】
また、本発明の第２実施形態においては、給気配管５１の配管部分５１ａ，５１ｂ，５１ｃが水タンク１６０を貫通して配置されている。このため、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して、水タンク１６０や該タンク内の生成水を効率良く温めることができる。
【００６０】
また、本発明の第２実施形態においては、水タンク１６０の第２の空間４２内に配置された給気配管５１の配管部分５１ｂに伝熱フィン５３が取り付けられている。このため、給気配管５１を通過する空気の熱を、伝熱フィン５３を通して第２の空間４２に効率良く放出することができる。このため、伝熱フィン５３を設けない場合に比べて、生成水の解凍に要する時間を短縮することができる。
【００６１】
また、本発明の第２実施形態においては、水タンク１６０の内部を、互いに隣接する第１の空間４１と第２の空間４２とに区分した構成を採用している。この構成では、既存の燃料電池システムが備える水タンクを第１の筐体１６１として利用し、第１の筐体１６１に第２の筐体１６２を付設して給気配管５１等を取り付けることにより、既存の燃料電池システムにも本発明を容易に適用することができる。
【００６２】
また、本発明の第２実施形態においては、生成水を貯留するための第１の空間４１を上側に配置し、空気供給路を通すための第２の空間４２を下側に配置している。このため、空気供給路を形成する給気配管５１を流れる空気の熱が、第２の空間４２の上層に移動して第１の空間４１に効率良く伝わる。このため、給気配管５１を流れる空気の熱を利用して第１の空間４１内の生成水を効率良く温めることができる。
【００６３】
＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００６４】
たとえば、上記実施形態においては、気液分離器と水タンクを別体で構成したが、本発明はこれに限らず、気液分離器と水タンクを一体で構成することも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１１  燃料電池システム、１２  コンプレッサ、１３  インタークーラ（冷却器）、１４  燃料電池、１６，１６０  水タンク、３１，５１  給気配管、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  配管部分（所定部分）、３３，５３  伝熱フィン、４１  第１の空間、４２  第２の空間、Ｒ１〜Ｒ６  空気供給路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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