(57)【要約】【課題】純水の解凍効率を高めるとともに、純水タンクをコンパクトに構成した燃料電池の純水タンクを提供する。【解決手段】純水を貯留しておくタンク本体２の外側を囲繞して、加熱媒体を導入する加熱媒体タンク３を設け、更に、加熱媒体タンク３の外側に接触させてタンク本体２で解凍した純水を導入する解凍水タンク４を設けたので、純水タンク１をコンパクトな一体構造にでき、また、タンク本体２内の凍結した純水を解凍水タンク４に送給して、加熱媒体タンク３から受熱される外壁に常に接触した状態を維持させて解凍効率を高めることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１０）に供給する水を貯留する純水タンク（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、
純水を貯留しておくタンク本体（２）と、
タンク本体（２）の外側を囲繞し、熱源により加熱した加熱媒体を導入する加熱媒体タンク（３）と、
加熱媒体タンク（３）の外側に接触して設け、タンク本体（２）で解凍した純水を導入する解凍水タンク（４）と、を備え、
解凍水タンク（４）内の純水を燃料電池（１０）に供給することを特徴とする燃料電池の純水タンク。
【請求項２】
解凍水タンク（４）は、タンク本体（２）の側壁（２ｂ）方向および／または底面（２ａ）方向に配置し、加熱媒体タンク（３）の外壁（３ａ，３ｂ）と解凍水タンク（４）の内壁とを共用したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の純水タンク。
【請求項３】
タンク本体（２）の解凍した純水を解凍水タンク（４）に送給するポンプ（１４）を備え、このポンプ（１４）の吸水口（１４ａ′）をタンク本体（２）の底部（１２ａ）近傍に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の純水タンク。
【請求項４】
前記ポンプ（１４）に一側が連通され、他側に前記吸水口（１４ａ´）が設けられた吸引パイプ（１４ａ）を前記タンク本体（２）の内側壁（２ｂ）に接して配置したことを特徴とする請求項３記載の燃料電池の純水タンク。
【請求項５】
タンク本体（２）の底部（１２ａ）に解凍した純水の排出口（２ｃ）を設け、この排出口（２ｃ）と解凍水タンク（４）内の底部（４ａ）とを連通管（２１）を介して連通したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の純水タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車に搭載した燃料電池に供給する水を貯留するようにした純水タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池自動車に搭載した燃料電池は加湿器や燃料改質器を備えて、加湿器では燃料電池に供給する空気に水分を混入し、また、燃料改質器ではメタノール等の天然ガスを高温下で水と反応させて水素ガスを生成させるため、これら加湿器や燃料改質器には水を供給する必要がある。
【０００３】
このため、燃料電池システムには燃料電池のスタックで発生した純水をメインタンクに貯留しておき、このメインタンク内の水を前記加湿器や燃料改質器に供給するようになっており、また、メインタンクにはヒータで加熱した冷却水を導入して、寒冷時にタンク内で凍結した純水を解凍するようになっている。
【０００４】
更に、前記メインタンクには、燃料電池システムの起動時やタンクの空欠時に、加湿器や燃料改質器に水を供給するためのサブタンクを設けて、これらメインタンクとサブタンクとによって純水タンクを構成してあり、また、このサブタンクはヒータにより加熱されて貯留した純水を解凍するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００００−１４９９７０号公報（第４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記メインタンクや前記サブタンクは、ヒータで加熱した冷却水または直接ヒータによって解凍するようになっているが、これらメインタンクおよびサブタンクを単に加熱して解凍した場合は、解凍した純水がその加熱部分に留まるため解凍効率が悪いものとなり、解凍時間、つまり、燃料電池の作動に要するまでの時間が長くかかっていた。
【０００７】
また、純水タンクは、それぞれ独立したサブタンクとメインタンクの２つのタンクで構成してあるため、これらタンクを搭載する際の占有スペースが大きくなってレイアウトが困難になってしまう。
【０００８】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、純水の解凍効率を高めるとともに、純水タンクをコンパクトに構成した燃料電池の純水タンクを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の燃料電池の純水タンクにあっては、純水を貯留しておくタンク本体と、このタンク本体の外側を囲繞し、熱源により加熱した加熱媒体を導入する加熱媒体タンクと、この加熱媒体タンクの外側に接触して設け、タンク本体で解凍した純水を導入する解凍水タンクと、を備え、解凍水タンク内の純水を燃料電池に供給する構成としてある。
【００１０】
【発明の効果】
かかる構成になる本発明によれば、タンク本体の外側を加熱媒体タンクが囲繞するため、タンク本体内で凍結した純水は、このタンク本体の外壁に接触する部分から除々に解凍し、この解凍した純水は解凍したものから順に解凍水タンクに送給される。このため、タンク本体内の凍結した純水は、常に加熱媒体タンクから受熱される外壁に接触した状態が維持されるため解凍効率を高めることができる。
【００１１】
また、純水タンクは、タンク本体の外側に加熱媒体タンクを配置し、更にこの加熱媒体タンクの外側に解凍水タンクを配置したことにより、これらタンク本体、加熱媒体タンクおよび解凍水タンクがコンパクトな一体構造となり、その車載上の占有スペースを減少してレイアウトが容易になる。
【００１２】
更に、前記解凍水タンクは加熱媒体タンクの外側に接触して設けたことにより、解凍水タンクは加熱媒体タンクから受熱されることになり、解凍水タンク内に貯留した純水が再凍結するのを防止することができる。
【００１３】
又、吸引パイプをタンク本体の内側壁に接して配置することで、この部分から徐々に純水は解凍する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１〜図３は本発明にかかる燃料電池の純水タンクの第１実施形態を示し、図１は純水タンクの斜視図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、図３は燃料電池への純水供給経路を示すシステム図である。
【００１６】
この実施形態の純水タンク１は、図３に示すように燃料電池１０で発生する純水を純水供給経路Ｒを介して導入して貯留するようになっており、この純水タンク１は図１，図２に示すように、純水を貯留しておくタンク本体２と、このタンク本体２の外側を囲繞し、図外の熱源（例えば、ヒータ）により加熱した加熱媒体、例えば冷却水を導入する加熱媒体タンク３と、この加熱媒体タンク３の外側に接触して設け、タンク本体２で解凍した純水を導入する解凍水タンク４と、を設けて構成してある。
【００１７】
タンク本体２は、矩形状の内側底面２ａと、この内側底面２ａの周縁部から立ち上がる内側壁２ｂと、によって立方体状の容器として構成され、このタンク本体２内の上層部には、図３に示すように燃料電池１０に通ずる導入パイプ１１を連通し、この導入パイプ１１を介して燃料電池１０で発生した純水をタンク本体２内に導入するようになっている。
【００１８】
尚、前記タンク本体２は、内側底面２ａおよび内側壁２ｂによって外壁が構成される。
【００１９】
また、前記タンク本体２の内側底面２ａおよび内側壁２ｂの外方に所定間隔を設けて、これら内側底面２ａおよび内側壁２ｂと二重壁を構成するように中間底面３ａおよび中間側壁３ｂを設け、これら中間底面３ａおよび中間側壁３ｂと前記タンク本体２の内側底面２ａおよび内側壁２ｂとの間に前記加熱媒体タンク３を構成してある。
【００２０】
前記中間側壁３ｂの一面には、加熱媒体を導入する媒体導入パイプ１２を連通するとともに、その一面に対向する他面には、加熱媒体タンク３内の加熱媒体を排出する媒体排出パイプ１３を連通してある。
【００２１】
従って、タンク本体２の内側底面２ａおよび内側壁２ｂは、加熱媒体タンク３内の加熱媒体から受熱され、寒冷時などにあってタンク本体２内の純水が凍結した場合に、この凍結した純水は内側底面２ａおよび内側壁２ｂに接触する部分から解凍する。
【００２２】
更に、前記加熱媒体タンク３の中間底面３ａおよび中間壁３ｂの外方に所定間隔を設けて、これら中間底面３ａおよび中間壁３ｂと二重壁を構成するように外側底面４ａおよび外側壁４ｂを設け、これら外側底面４ａおよび外側壁４ｂと前記加熱媒体タンク３の中間底面３ａおよび中間壁３ｂとの間に前記解凍水タンク４を構成してある。
【００２３】
このとき、この実施形態の純水タンク１では、解凍水タンク４をタンク本体２の内側壁２ｂ方向と内側底面２ａ方向の両方向に配置し、加熱媒体タンク３の外壁となる中間壁３ｂを解凍水タンク４の内壁として共用するようになっている。
【００２４】
前記タンク本体２の純水は第１ポンプ１４によって解凍水タンク４に送給するようになっており、タンク本体２内の純水が凍結している場合にも、加熱媒体によって解凍した純水が解凍水タンク４に供給される。
【００２５】
前記第１ポンプ１４の吸引パイプ１４ａは、一側が第１ポンプに連通され、他側に吸水口１４ａ´が設けられている。また、吸引パイプ１４ａは、中間部がタンク本体２の内側壁２ｂに接して配置され、吸水口１４ａ′をタンク本体２の底部、つまり内側底面２ａの近傍に配置してあるとともに、排出パイプ１４ｂは解凍水タンク４の上層部に連通するようになっている。
【００２６】
また、解凍水タンク４の下層部には前記燃料電池１０に通ずる供給パイプ１５を連通してあり、この供給パイプ１５に設けた第２ポンプ１６によって解凍水タンク４から汲み上げた純水を燃料電池１０、詳細にはこの燃料電池１０に設けた加湿器や燃料改質器に供給するようになっている。
【００２７】
ところで、この実施形態では前記タンク本体２、前記加熱媒体タンク３および解凍水タンク４の上端は同一高さに形成してあり、それぞれのタンク２，３，４の上方開口部を連続した蓋体５によって閉塞してある。
【００２８】
また、前記第１ポンプ１４はタンク本体２内の凍結した純水の解凍状態に応じて駆動するようになっており、この実施形態では図２に示すようにタンク本体２内の内側底面２ａ近傍に水位センサ１７を設け、この水位センサ１７の検出信号により第１ポンプ１４を連続稼働または間欠稼働して、純水が解凍により溜まった量を逐一解凍水タンク４に送給するようになっている。
【００２９】
尚、この場合、純水の解凍状況を検知するのに水位センサ１７を用いたが、これに代えて温度センサを利用することもできる。
【００３０】
ところで、図３に示した純水供給経路Ｒでは、供給パイプ１５の第２ポンプ１６と燃料電池１０との間を、燃料電池１０を迂回するバイパスパイプ１８を介して導入パイプ１１に接続するとともに、バイパスパイプ１８が供給パイプ１５から分岐する部分に三方弁１９を設けてあり、燃料電池１０の運転終了直後に三方弁１９を、燃料電池１０方向からバイパスパイプ１８方向に切り換えるとともに第２ポンプ１６を駆動して、解凍水タンク４内に残留する純水をタンク本体２に排出し、純水が解凍水タンク４内で凍結するのを防止してある。
【００３１】
尚、前記純水供給経路Ｒでは、バイパスパイプ１８を介して導入パイプ１１に供給した純水が燃料電池１０側に逆流しないように、この導入パイプ１１がバイパスパイプ１８に連通する部分と燃料電池１０との間に、バルブ２０を設けておくことが好ましい。
【００３２】
以上の構成によりこの第１実施形態の燃料電池の純水タンク１にあっては、このタンク本体２の外側を内側底面２ａおよび内側壁２ｂを共用した状態で加熱媒体タンク３が囲繞するため、タンク本体２内で凍結した純水は、このタンク本体２の外壁、つまり内側底面２ａおよび内側壁２ｂに接触する部分から除々に解凍し、この解凍した純水は解凍したものから順に第１ポンプ１４によって解凍水タンク４に送給される。
【００３３】
このため、タンク本体２内の凍結した純水は、常に加熱媒体タンク３から受熱される外壁に接触した状態が維持されるため、その凍結した純水の解凍効率を高めることができ、解凍した純水を溜めた状態で解凍する場合に比較して、凍結した純水の解凍速度は略３０％程度向上する。
【００３４】
また、純水タンク１は、タンク本体２の外側に加熱媒体タンク３を配置し、更にこの加熱媒体タンク３の外側に解凍水タンク４を配置したことにより、これらタンク本体２、加熱媒体タンク３および解凍水タンク４がコンパクトな一体構造となるため、その車載上の占有スペースを減少してレイアウトを容易にできる。
【００３５】
更に、前記解凍水タンク４は加熱媒体タンク３の外側に接触して設けたことにより、解凍水タンク４は加熱媒体タンク３から受熱されることになり、解凍水タンク４内に貯留した純水が再凍結するのを防止することができる。
【００３６】
また、この第１実施形態では前記作用・効果に加えて、解凍水タンク４は、タンク本体の内側壁２ｂ方向および内側底面２ａ方向に配置して、加熱媒体タンク３の外壁、つまり中間側壁３ｂおよび中間底面３ａを解凍水タンク４の内壁として、加熱媒体タンク３の外壁と解凍水タンク４の内壁とを共用したので、解凍水タンク４は加熱媒体タンク３からの受熱量が多くなり、低温状態で解凍水タンク４に導入した純水の再凍結を確実に防止することができる。
【００３７】
更に、タンク本体２の解凍した純水を解凍水タンク４に送給する第１ポンプ１４の吸水口１４ａ′をタンク本体２の内側底面２ａの近傍に配置したので、解凍した純水が底部に溜まった時点で第１ポンプ１４によって吸引することができるため、タンク本体２内の解凍した純水を効率良く解凍水タンク４に送給し、凍結した純水が常時内側底面２ａや内側壁２ｂに接触した状態を維持することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図４は純水タンクの斜視図である。
【００３９】
この第２実施形態の純水タンク１ａは、解凍水タンク４を加熱媒体タンク３の中間側壁３ｂの１つの側面３ｂ′に設けるようになっており、その中間側壁３ｂの１つの側面３ｂ′を内壁として、この側面３ｂ′から所定間隔を設けて、その側面３ｂ′と二重壁を構成するように外側壁４ｂを設け、この外側壁４ｂの底部および両側部を閉止して解凍水タンク４を構成するようになっている。
【００４０】
勿論、中間側壁３ｂの１つの側面３ｂ′に解凍水タンク４を設けた場合にも、この解凍水タンク４の上端開口部を蓋体５によって閉塞してある。
【００４１】
従って、この第２実施形態の純水タンク１ａは、解凍水タンク４を加熱媒体タンク３の中間側壁３ｂの１つの側面３ｂ′に設けたことにより、解凍水タンク４の容量は減少するが、純水タンク１ａを搭載する際の占有スペースが減少するためレイアウトを容易にできる。
【００４２】
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態を示し、前記第１，第２実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図５は純水タンクの断面図である。
【００４３】
この第３実施形態の純水タンク１ｂは、解凍水タンク４を加熱媒体タンク３の中間底面３ａに設けるようになっており、その中間底面３ａから所定間隔を設けて、その中間底面３ａと二重壁を構成するように外側底面４ａを設け、これら中間底面３ａと外側底面４ａとの間に解凍水タンク４を構成するようになっている。
【００４４】
また、この実施形態では前記外側底面４ａの周縁部を加熱媒体タンク３の中間側壁３ｂの下端部に立ち上げて、その立ち上げ端を閉止してある。
【００４５】
更に、この実施形態では解凍水タンク４を純水タンク１ｂの下方に配置したことにより、第１ポンプ１４の排出パイプ１４ｂおよび供給パイプ１５の露出部分が多くなるが、これら排出パイプ１４ｂおよび供給パイプ１５の露出部分を加熱媒体タンク３の中間側壁３ｂに接触して沿わせることにより、その露出部分で純水が再凍結するのを防止してある。
【００４６】
従って、この第３実施形態の純水タンク１ｂは、解凍水タンク４を加熱媒体タンク３の中間底面３ａに設けたことにより、前記第２実施形態と同様に解凍水タンク４の容量は減少するが、純水タンク１ｂを搭載する際の占有スペースが減少してレイアウトを容易にできる。
【００４７】
（第４実施形態）
図６は本発明の第４実施形態を示し、前記第１〜第３実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図６は純水タンクの断面図である。
【００４８】
この第４実施形態の純水タンク１ｃは、タンク本体２内の純水を解凍水タンク４に送給する第１ポンプ１４を、タンク本体２内に配置してある。
【００４９】
従って、この第４実施形態の純水タンク１ｃは、第１ポンプ１４をタンク本体２内に配置したので、タンク本体２内で解凍した純水を解凍水タンク４に送給する間に、純水が再凍結するのを防止する再凍結防止性を高めることができる。
【００５０】
ところで、この第４実施形態は、第３実施形態と同様に解凍水タンク４を加熱媒体タンク３の下部に配置した純水タンク１ｂに適用した場合を開示したが、特に純水タンクの構造を限定するものではなく、例えば、第１，第２実施形態の純水タンク１，１ａにあっても第４実施形態を適用することができる。
【００５１】
（第５実施形態）
図７は本発明の第５実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図７は純水タンクの断面図である。
【００５２】
この第５実施形態の純水タンク１ｄは、タンク本体２の底部となる内側底面２ａに解凍した純水の排出口２ｃを設け、この排出口２ｃと解凍水タンク４内の底部とを連通管２１を介して連通してある。
【００５３】
また、前記連通管２１には、燃料電池１０の起動時は開弁する一方、運転終了後は閉弁するバルブ２２を設けてある。
【００５４】
従って、この第５実施形態の純水タンク１ｄは、燃料電池１０の起動時にバルブ２２を開弁しておくことにより、タンク本体２内で解凍した純水は排出口２ｃから連通管２１を介して自動的に解凍水タンク４に排出できるため、前記第１〜第４実施形態に設けた第１ポンプ１４を排除できるため、安価な純水タンク１ｄを提供することができる。
【００５５】
また、燃料電池１０の運転終了後は前記バルブ２２を閉弁しておくことにより、図３に示した純水供給経路Ｒによって解凍水タンク４内に残留した純水をタンク本体２に排出する際に、このタンク本体２から解凍水タンク４に純水が漏出するのを防止することができる。
【００５６】
ところで、本発明の燃料電池の純水タンクは第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す純水タンクの斜視図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の燃料電池への純水供給経路を示すシステム図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す純水タンクの斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す純水タンクの断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示す純水タンクの断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態を示す純水タンクの断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  純水タンク
２  タンク本体
２ａ  内側底面
２ｂ  内側壁
２ｃ  排出口
３  加熱媒体タンク
３ａ  中間底面
３ｂ  中間側壁
４  解凍水タンク
４ａ  外側底面
４ｂ  外側壁
１０  燃料電池
１４  第１ポンプ
１４ａ  吸引パイプ
１４ａ′吸水口
２１  連通管
【図１】
2004273322.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004273322.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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