(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムの純水タンクにおいて、低温環境下における解凍チューブの変形を低減する。【解決手段】解凍チューブ２０の純水側壁面に、鏡面と同等の表面粗さを有する表面層を形成する。氷となった純水１７が表面層に食い込むことがなく、氷とチューブ表面との間の摩擦が小さくなる。このため、チューブ表面で形成された氷は解凍チューブ２０の壁面方向へ滑りやすくなり、膨張により生じた応力はチューブの壁面方向に分散されるので、凍結時における解凍チューブ２０の変形が低減される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電システムに用いられる純水タンク（１０）であって、純水を貯水する純水槽（１５）と、前記純水槽（１５）内に配置され、内部に加熱媒体を流通する解凍チューブ（２０）とを備え、
前記解凍チューブ（２０）の純水側壁面に、鏡面と同等の表面粗さを有する表面層（２０Ａ）を形成したことを特徴とする燃料電池発電システムの純水タンク（１０）。
【請求項２】
前記解凍チューブの純水側壁面に、メッキ層（２０Ｂ）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システムの純水タンク。
【請求項３】
前記純水タンク（１０）は、内側面壁で囲まれる純水槽（１５）の外側に、外側面壁（１２）で囲まれる外周層（１６）が形成され、前記純水槽（１５）内に純水（１７）を収容し、前記外周槽（１６）内に非凍結媒体（１８）を介在させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムの純水タンク（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用、家庭用などに用いられる燃料電池発電システムの純水タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料ガスとしての水素をイオン伝導性膜を挟んで配された電極の一方に供給し、酸化剤ガスとしての酸素を他方の電極に供給してこれらを反応させることにより、電力を発生させるものである。前記水素と酸素の前記電極への供給に際しては、発電作用の活性化及びイオン伝導性膜の劣化防止のために、タンク内に貯水した純水で水素と酸素を加湿する必要がある。
【０００３】
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となる。この燃料電池発電システムを始動させるには、凍結した純水の氷塊を融解する必要がある。
【０００４】
これを解決するための従来技術として、燃料電池発電システムの起動時に、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該純水タンク内の凍結した純水の氷塊を融解し、また、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、そのヒータによる熱で予備タンク内の氷塊を融解させるようにした発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１４９９７０号公報（第３頁及び第４頁、図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特開２０００−１４９９７０号公報にあるように、低温環境下において凍結した純水を解凍するために、純水タンクの内部もしくは外周に解凍チューブを配設し、この解凍チューブ内に加熱媒体を流通させるようにした構造では、タンク内部の純水が凍結する際の膨張により解凍チューブに応力がかかり、解凍チューブが変形するおそれがあった。
【０００６】
この発明の目的は、解凍チューブにかかる応力を低減して、解凍チューブの変形を低減することができる燃料電池発電システムの純水タンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃料電池発電システムに用いられる純水タンクであって、純水を貯水する純水槽と、前記純水槽内に配置され、内部に加熱媒体を流通する解凍チューブとを備え、前記解凍チューブの純水側壁面に、鏡面と同等の表面粗さを有する表面層を形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記解凍チューブの純水側壁面に、メッキ層を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記純水タンクは、内側面壁で囲まれる純水槽の外側に、外側面壁で囲まれる外周層が形成され、前記純水槽内に純水を収容し、前記外周槽内に非凍結媒体を介在させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、解凍チューブは表面の微細な溝が除去され、氷となった純水は表面層に食い込むことがなく、氷とチューブ表面との間の摩擦が小さくなるため、チューブ表面で形成された氷は解凍チューブの壁面方向へ滑りやすくなる。したがって、純水の膨張により生じた応力はチューブの壁面方向に分散され、凍結時における解凍チューブの変形を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係わる燃料電池発電システムの純水タンクを実施するための最良の形態を示す実施例として、本発明を車両用の燃料電池発電システムに適用した場合の実施例を図面と共に説明する。
【００１２】
最初に、燃料電池発電システムの概要を図５を参照しながら簡単に説明する。図５は、燃料電池発電システムの概略構成図である。図中、細い実線１０１は酸素（空気）の流通経路、一点鎖線１０２は水素の流通経路、細い破線１０３は冷却液の流通経路、太い実線１０４は加湿用の純水の流通経路をそれぞれ示している。
【００１３】
燃料電池スタック１１０は、圧縮水素タンク１２０から燃料ガスである水素が導入される燃料極１１１と、外部から取り入れられる酸化剤ガスである空気が導入される空気極１１２とを備える。そして、燃料電池スタック１１０では、燃料極１１１に導入された水素と、空気極１１２に導入された酸素とを、これら燃料極１１１と空気極１１２の間に配置された電解質膜（図示を省略）を介して反応させることにより発電させている。
【００１４】
燃料電池スタック１１０に供給される水素と酸素は、発電作用の活性化及び電解質膜の劣化防止のため加湿器１３０で加湿される。加湿器１３０には、純水を貯水すると共に燃料電池発電システムを停止したときに燃料電池スタック１１０内に残存する純水を回収する純水タンク１０に貯水された純水が、純水導出パイプ１３２と純水汲み上げポンプ１３１とにより供給される。
【００１５】
純水タンク１０は、加湿器１３０に供給する純水を所定量貯水しておく貯水タンクとして使用される他、例えば氷点下の外気温度以下の環境に燃料電池発電システムを停止して長時間停車させたときに燃料電池スタック１１０内の純水が凍って破裂するのを防止するために、システム運転終了後に純水経路内の純水を純水回収パイプ１３３を介して抜き取り貯水しておくのにも使用される。
【００１６】
また、燃料電池スタック１１０では、発電時に発熱するため、この燃料電池スタック１１０にラジエータ（ＲＡＤ）１４０から冷却液ポンプ１４１により冷却液を循環させ、燃料電池スタック１１０を冷却するようにしている。冷却液には、例えば不凍液（ＬＬＣ液）が使用される。
【００１７】
また、冷却液経路１４２には、ラジエータ１４０をバイパス（迂回）するバイパス通路１４３が設けられている。燃料電池発電システムの始動時には、冷却液経路１４２に設けた３方弁１４４によって、ラジエータ１４０をバイパスさせるようにしている。バイパス通路１４３は、燃料電池発電システムの始動時にのみ使用され、システム運転時には、このバイパス通路１４３には冷却液が流れないように制御される。
【００１８】
更に、バイパス通路１４３には、冷却液を加熱するための電熱又は水素燃焼熱を利用したヒータ１４５が設置されており、このヒータ１４５によって冷却液を加熱して燃料電池スタック１１０の暖気促進を図り、早急に発電システムを起動可能としている。
【００１９】
次に、前記した燃料電池発電システムで使用される純水タンク１０の構造について説明する。
【００２０】
図１は、本実施例に係わる純水タンク１０の概略断面図である。純水タンク１０は、底面壁１１と、４方に配置された外側面壁１２と、これらの上面をふさぐ上面壁１３によって外側が囲まれている。４方の外側面壁１２で囲まれた内側には、内側面壁１４により４方が囲まれた純水槽１５が設けられている。更に、内側面壁１４と外側面壁１２との間には冷却液槽（外周層）１６が形成されている。すなわち、純水タンク１０は二重構造であり、内部には、内側面壁１４により囲まれた純水槽１５と、内側面壁１４及び外側面壁１２により囲まれた冷却液槽１６とが形成されている。純水槽１５には純水１７が貯水され、冷却液槽１６には冷却液（非凍結媒体）１８が収容されている。
【００２１】
純水出口パイプ２１は、純水槽１５内より上面壁１３を介して外部に導かれ、その純水槽１５側の先端開口部２１ａは純水槽１５内の底面近傍に配置されている。純水戻しパイプ２２は、外部より上面壁１３を介して純水槽１５内に導かれ、その純水槽１５側の先端開口部２２ａは純水槽１５の上面壁１３と平行となるように配置されている。
【００２２】
また、純水槽１５内には、所定間隔をおいて複数の解凍チューブ２０が配置されている。この解凍チューブ２０及び冷却液槽１６には、冷却液経路１４２（図５）の冷却液が導入される。すなわち、氷点下の外気温度以下の環境に燃料電池発電システムを停止して長時間停車させた後に起動する場合等においては、解凍チューブ２０及び冷却液槽１６内に、ヒータ１４５で加熱された冷却液を導入することにより、純水槽１５内で凍結した純水１７を解凍する。このように、解凍チューブ２０、及び純水槽１５の外周に設けた冷却液槽１６にそれぞれ加熱した冷却水を導入することにより、純水１７の解凍が促進され、起動から運転開始までに要する時間を短縮することができる。
【００２３】
なお、本実施例では、内側面壁１４と外側面壁１２との間に外周層となる冷却液槽１６を形成して、この冷却液槽１６内に加熱された冷却液を流通させる例について示したが、外周層は非凍結媒体が介在した層であればよく、例えば、不凍液が充填された不凍液層や、断熱材が充填された断熱層であってもよい。
【実施例１】
【００２４】
図２は、実施例１における解凍チューブ２０の部分断面図であり、例えば、図１の領域Ａに相当する部分の拡大断面を示している。本実施例において、解凍チューブ２０の純水側壁面には、鏡面と同等の表面粗さを有する表面層２０Ａが形成されている。この表面層２０Ａは、解凍チューブ２０の純水側壁面を研磨（鏡面加工等）し、表面の微細な凹凸を除去したものであり、解凍チューブ２０と同一部材の表層を指している。
【００２５】
図３は、一般的な解凍チューブ２００の部分断面図である。一般的な解凍チューブ２００では、チューブ表面に素材加工時に生じた微細なキズ、溝などの凹凸（以下、溝という）２０１があるため、純水１７は溝２０１を埋めるように入り込んでいる。この状態で純水１７が凍結すると、氷となった純水１７は溝２０１に食い込み、チューブに押しつけられた状態となるため、氷が形成される際の膨張により生じた応力は分散されることなく解凍チューブ２００にかかることになる。これに対して本実施例の解凍チューブ２０では、図２に示すように、チューブ表面の溝が除去されているため、氷となった純水１７は表面層２０Ａに食い込むことがなく、氷とチューブ表面との間の摩擦が小さくなり、チューブ表面で形成された氷は解凍チューブ２０の壁面方向へ滑りやすく（移動しやすく）なる。したがって、膨張により生じた応力はチューブの壁面方向に分散され、凍結時における解凍チューブ２０の変形を低減することができる。
【実施例２】
【００２６】
図４は、実施例２における解凍チューブ２０の部分断面図である。本実施例において、解凍チューブ２０の純水側壁面には、ニッケルによるメッキ層２０Ｂが形成されている。このメッキ層２０Ｂは、解凍チューブ２０の純水側壁面にニッケルメッキの表面処理を施し、表面の微細な凹凸を除去したものであり、解凍チューブ２０とは異なる部材を指している。
【００２７】
本実施例においても、チューブ表面の微細な溝が除去されているため、氷となった純水１７はメッキ層２０Ｂに食い込むことがなく、氷とチューブ表面との間の摩擦が小さくなり、チューブ表面で形成された氷は解凍チューブ２０の壁面方向へ滑りやすくなる。したがって、膨張により生じた応力はチューブの壁面方向に分散され、凍結時における解凍チューブ２０の変形を低減することができる。
【００２８】
なお、本実施例では、解凍チューブ２０の純水側壁面にニッケルメッキの表面処理を施した例について示したが、表面の微細な凹凸を除去して、鏡面もしくは鏡面と同等の表面粗さをとなる表面処理であれば、ニッケルメッキ以外の他の表面処理を施したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例に係わる純水タンクの概略断面図。
【図２】実施例１における解凍チューブの部分断面図。
【図３】一般的な解凍チューブの部分断面図。
【図４】実施例２における解凍チューブの部分断面図。
【図５】燃料電池発電システムの概略構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１０…純水タンク
１１…底面壁
１２…外側面壁
１３…上面壁
１４…内側面壁
１５…純水槽
１６…冷却液槽
１７…純水
１６…冷却液
２０，２００…解凍チューブ
２０Ａ…表面層
２０Ｂ…メッキ層
２０１…溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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