(57)【要約】【課題】  純水タンク内の氷塊の解凍時間を短縮する。【解決手段】  純水タンク１は、純水４を貯蔵するタンク部２と、タンク部内２の純水４が凍結した氷塊５に熱を付与して氷塊５を解凍する伝熱部３とを備える。伝熱部３は、タンク部２内の純水４の液面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、タンク部２内の純水４又は氷塊５に接触している。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、を備えることを特徴とする純水タンク。
【請求項２】
前記加熱手段が、前記タンク部内の純水の液面側に浮遊状態で配置された伝熱部を備える第１の加温手段であることを特徴とする請求項１に記載の純水タンク。
【請求項３】
前記伝熱部は、前記タンク部内の純水の液面を覆うことのできる形状であり、かつ、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、かつ、上下に可動であることを特徴とする請求項２に記載の純水タンク。
【請求項４】
前記タンク部に第２の加温手段を設け、該第２の加温手段が前記タンク部の少なくとも一側壁に設けられており、前記案内手段は前記伝熱部の下面に設けられて前記第２の加温手段に向かう上り傾斜面であることを特徴とする請求項３に記載の純水タンク。
【請求項５】
前記タンク部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を前記タンク部の底面から立設し、該仕切板が第３の加温手段であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の純水タンク。
【請求項６】
前記案内手段は前記伝熱部の下面に設けられており、前記区画された領域内において前記第２又は第３の加温手段に向かう上り傾斜面であることを特徴とする請求項５に記載の純水タンク。
【請求項７】
前記第２及び第３の加温手段が、より高温に制御されるものとより低温に制御されるか又は加温されないものとの少なくとも２種類で構成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の純水タンク。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された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特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池の冷却用の冷媒を少なくとも前記第１の加温手段の熱源として用いることを特徴とする請求項８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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【特許文献１】特開２００２−１１０１８７号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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。
【０００５】
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。  
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０を用いて説明する。
【実施例１】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【実施例２】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【実施例３】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【実施例４】
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００６０】
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
【図１】
2005050751.tif 000003
【図２】
2005050751.tif 000004
【図３】
2005050751.tif 000005
【図４】
2005050751.tif 000006
【図５】
2005050751.tif 000007
【図６】
2005050751.tif 000008
【図７】
2005050751.tif 000009
【図８】
2005050751.tif 000010
【図９】
2005050751.tif 000011
【図１０】
2005050751.tif 000012