(57)【要約】【課題】取付位置の制限がなく、レイアウトの自由度が拡がる液体貯留タンクを提供する。【解決手段】液体を貯留するタンクケース２と、タンクケース内に複数の小室２ａ，２ｂを区画形成する仕切部材３と、仕切部材内を通流してタンクケース内の貯留液体と熱交換する熱交換媒体と、仕切部材及びタンクケースの底面とあいだに形成され、一の小室と他の小室とを連通する連通路７と、一の小室２ａに液体を導入する導入管４と、他の小室２ｂより液体を排出する排出管５とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留するタンクケースと、
前記タンクケース内に複数の小室を区画形成する仕切部材と、
前記仕切部材内を通流して前記タンクケース内の貯留液体と熱交換する熱交換媒体と、
前記仕切部材及び前記タンクケースの底面とあいだに形成され、一の小室と他の小室とを連通する連通路と、
前記一の小室に液体を導入する導入管と、
前記他の小室より液体を排出する排出管と、
を有する液体貯留タンク。
【請求項２】
前記仕切部材は、互いに並列に配置され、その下面と前記タンク底面とのあいだに所定の間隙をもって配置される扁平な熱交換チューブで形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体貯留タンク。
【請求項３】
前記仕切部材は、下部が厚さ方向に上部よりも拡張されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体貯留タンク。
【請求項４】
前記タンクケースは底面に凹部を形成し、
前記排出管は、先端の取入口が前記凹部近傍に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液体貯留タンク。
【請求項５】
前記タンクケースの底面から立設され、前記タンクケース内を仕切って前記流体の揺れを防止する少なくとも一対の隔壁部材を有し、
前記導入管及び排出管は、前記一対の隔壁部材のあいだに配置されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の液体貯留タンク。
【請求項６】
前記隔壁部材は、底部から上方に進むにつれて壁厚が薄くなるように形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の液体貯留タンク。
【請求項７】
前記タンクケース、前記仕切部材、前記導入管、前記排出管、前記隔壁部材のうち、少なくともひとつは前記貯留液体の電気伝導度に変化を生じさせない材料で形成した、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の液体貯留タンク。
【請求項８】
前記材料はステンレス材である、
ことを特徴とする請求項７に記載の液体貯留タンク。
【請求項９】
前記材料は樹脂材である、
ことを特徴とする請求項７に記載の液体貯留タンク。
【請求項１０】
前記材料は、表面に樹脂コーティングを形成してある、
ことを特徴とする請求項７に記載の液体貯留タンク。
【請求項１１】
前記材料はアルミニウム又はアルミニウム合金であってその表面に耐食性酸化皮膜を形成してある、
ことを特徴とする請求項７に記載の液体貯留タンク。
【請求項１２】
前記貯留液体は、燃料電池に供給する空気及び水素を加湿する水である、
ことを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の液体貯留タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に混入した気体（気泡）を取り除く機能を有する液体貯留タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体中に混入した気体（気泡）を取り除く機能を有するタンクとしては、例えば特許文献１の燃料電池システムに用いられているタンクがある。このシステムでは、発電スタックをスタックケースに収納し、そのなかを冷却液で充満しておく。そして、このスタックケースと液体貯留タンクとを、液体貯留タンクの底部に設けられた配管で連通する。このようにすることで、発電スタックの冷却液に漏れ出てくる気体は、配管の液体中を上昇して液体貯留タンクに集められる。そしてこのように集めた漏出気体を触媒で燃焼処理している。
【特許文献１】特開２００２−１３４１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このようなタンクでは、気体が配管の液体中を上昇する性質を利用して、液体から気体を分離するので、タンクをスタックケースよりも高位置に配置しなければならないため、取付位置が制限されるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、取付位置の制限がなく、レイアウトの自由度が拡がる液体貯留タンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、液体を貯留するタンクケース（２）と、前記タンクケース内に複数の小室（２ａ，２ｂ）を区画形成する仕切部材（３）と、前記仕切部材内を通流して前記タンクケース内の貯留液体と熱交換する熱交換媒体と、前記仕切部材及び前記タンクケースの底面とあいだに形成され、一の小室と他の小室とを連通する連通路（７）と、前記一の小室（２ａ）に液体を導入する導入管（４）と、前記他の小室（２ｂ）より液体を排出する排出管（５）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、タンクケースの内部を仕切部材で仕切って複数の小室とし、一の小室と他の小室とを、仕切部材とタンクケース底面とのあいだの連通路で連通した。そして、一の小室から液体を導入するようにした。そのため、液体に含まれる気体は、その一の小室で上昇する。したがって、気体を含まない液体が連通路を通流して排出管から排出される。このように、本発明によれば、液体から気体を分離できるのである。しかも、本発明では、その仕切部材として、タンクケース内の貯留液体と熱交換する熱交換媒体を通流する熱交換チューブを利用するようにしたので、タンク構造を複雑にしない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による液体貯留タンクの第１実施形態を示す図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
なおここでは理解を容易にするために、タンクとして、燃料電池システムの発電スタックに供給する空気及び水素を加湿するための液水を貯水する貯水タンクを例示して説明するが、そのような用途以外のタンクにも適用可能である。
【００１０】
貯水タンク（液体貯留タンク）１は、タンクケース２と、熱交換チューブ３と、導入管４と、排出管５とを備える。
【００１１】
タンクケース２は、箱形形状であり、その内部は、発電スタックに供給する空気及び水素を加湿するための液水を貯水する貯蔵部になっている。タンクケース２の内部は、熱交換チューブ３によって複数の小室に仕切られている。本実施形態では、８本の熱交換チューブ３によってタンクケース２の内部を９つの小室に仕切っている。それら９つの小室のうち、一の小室２ａには導入管４が配置され、他の小室２ｂには排出管５が配置されている。また、タンクケース２は、内壁と外壁とによって構成されており、そのあいだに熱媒体を通流させる熱媒体流路６が形成されている。
【００１２】
タンクケース２の内部（貯蔵部）には、その貯蔵部内を横断して水平に延びるように複数が互いに並列に形成された熱交換チューブ３が配置されている。熱交換チューブ３は、タンクケース２に貯水する液水の温度をコントロールするための熱媒体を通流する熱交換通路を有する。熱交換チューブ３は、タンクケース２の周囲の熱媒体流路６に接続されており、熱媒体流路６と熱媒体を給排する。熱交換チューブ３の断面形状は、図１（Ｂ）に示すように略長方形であって上端部分及び下端部分が半円形に形成されている。熱交換チューブ３の下部、すなわち、熱交換チューブ３とタンクケース２の底面とあいだには、間隙７が形成されている。この間隙７によって液水は各小室間を通流自在になっており、各小室間の水位が等水位になるようになっている。なお、本実施形態では８本の熱交換チューブ３を図示しているが、その数には限定されない。貯水タンクのサイズ等によって適宜増減すればよい。
【００１３】
タンクケース２の上方には導入管４及び排出管５が配置されている。
【００１４】
導入管４は、一端（吐出口４ａ）が少なくとも熱交換チューブ３の上端よりも低位置に配置されている。導入管４は、排気から回収した水分を吐出口４ａからタンクケース２の小室２ａに導入する。吐出口４ａから導入された液水中には気体（気泡）が含まれているが、その気体（気泡）は小室２ａ内で液水中を上昇してしまい、熱交換チューブ３の下方の間隙７を通流しない。このように小室２ａは、吐出口４ａから導入された液水中に含まれる気体を分離する気液分離部として機能する。
【００１５】
排出管５は、一端（取入口５ａ）が少なくとも熱交換チューブ３の上端よりも低位置に配置されている。本実施形態では、取入口５ａはタンクケース２の小室２ｂの底面付近まで延設されている。他端は吸い上げポンプ（不図示）に接続されている。排出管５は、その先端の取入口５ａからタンクケース２の小室２ｂに貯留している液水を吸い上げて排出する。その排出した液水で発電スタックに供給する水素ガス及び空気の加湿をする。排出管５は、導入管４とのあいだに少なくとも１本の熱交換チューブ３を挟んで配置されている。したがって、排出管５から排出する液水は、多くは熱交換チューブ３の下方の間隙７を通流した液水である。したがって、その液水中には気泡がほとんど含まれていない。
【００１６】
なお、タンクケース２、導入管４、排出管５、熱交換チューブ３及び熱媒体流路６などのタンク構成部材の材料としては、貯蔵した液水の電気伝導度に変化を生じさせない材料を用いるとよい。燃料電池システムでは使用される水は、発電装置からの漏電を防止するために伝導率を低く維持する必要があり、特に配管成分がイオンとなって溶け出すことを防止しなければならないからである。
【００１７】
そのような材料としては、例えばステンレス材（例えばＳＵＳ３１６Ｌ又はＳＵＳ３１０Ｓ等）を使用するとよい。ステンレス材は錆びないので電気伝導度に変化を生じさせないからである。また、樹脂材を使用してもよい。樹脂材はイオン溶出度が低いので電気伝導度を変化させないからである。さらに、鉄、アルミニウム等の金属材料を使用して、その表面を樹脂コーティングしてもよい。そのようにしても樹脂コーティングによって電気伝導度に変化を生じさせないからである。さらにまた、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用し、その表面に耐食性酸化皮膜を形成してもよい。耐食性酸化皮膜によって電気伝導度を変化させないからである。
【００１８】
本実施形態によれば熱交換チューブ３を挟んで導入管４及び排出管５を配置した。そのため、導入管４の吐出口４ａから導入された液水に含まれる気体、または貯水タンク水面への着水によって発生した気泡は、液水中を上昇してしまうので、熱交換チューブ３の下方の間隙７を通流せず、排出管５の取入口５ａへの移動が阻まれる。一方、水自体は熱交換チューブ３の下方の間隙７を通って排出管５の取入口５ａから吸い出される。したがって、取入口５ａと吐出口４ａとの距離を離さなくても気液分離を確実に行うことができ、取入口５ａから空気を吸入してしまうことを防止でき、効率よく気液の分離ができるのである。なお、この気液分離構造を、貯水タンク内の水温をコントロールするために設けられている熱媒体を流す熱交換チューブ３を利用して達成したので、貯水タンクの構造が複雑になることを防止する。
【００１９】
（第２実施形態）
図２は、本発明による液体貯留タンクの第２実施形態の熱交換チューブの断面図である。
【００２０】
なお以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００２１】
本実施形態では、第１実施形態に対して熱交換チューブ３の形状を変更した。すなわち、熱交換チューブ３の下端付近の形状を拡張している。例えば、図２（Ａ）に示す熱交換チューブ３ａでは下端を円形に拡張している。また、図２（Ｂ）（Ｃ）に示す熱交換チューブ３ｂ，５ｃでは下部を長方形に拡張し、さらに下端を、熱交換チューブ３ｂでは図２（Ｂ）のように円形に、熱交換チューブ３ｃでは図２（Ｃ）のように三角形に形成している。また、図２（Ｄ）に示す熱交換チューブ３ｄでは上端から下端にかけて徐々に拡幅している。
【００２２】
このような熱交換チューブ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、いずれか１種類を使用しても、あるいは何種類かを混合して使用してもよい。
【００２３】
本実施形態によれば、下方が拡張した形状の熱交換チューブ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを使用するので気液分離を促進する。すなわち、気液混合水から気体と液体とを分離するときは、気液混合水を壁等にぶつけることで分離の促進を図ることができるのであるが、本実施形態では、熱交換チューブ３の下部を大きくしたので、タンク下部においてチューブ間の間隔が小さくなり、気泡が衝突しやすくなる。したがって気液分離が促進される。
【００２４】
さらに、上端から下端にかけて徐々に拡幅する熱交換チューブ３ｄでは、貯水タンク内部の液水が凍結したときに、体積膨張で熱交換チューブ３ｄを破損することがなくなる。すなわち、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、水は壁面に沿って凍結していくので、壁面間隔が狭いタンク下部から上方に向かって凍結が進む。その際、液水は上方に押し出されていくので、途中で液水が氷の中に閉じこめられることがなく、凍結による膨張は、常に上方に向かって進行する。したがって貯水タンク内部の液水が凍結して膨張しても、熱交換チューブが圧縮されることを防止する。
【００２５】
（第３実施形態）
図４は、本発明による液体貯留タンクの第３実施形態を示す図であり、第１実施形態の図１（Ｂ）に相当する図である。
【００２６】
本実施形態では、第１実施形態に対してタンクケース２の底面の形状、および排出管５の長さを変更した。すなわち、タンクケース２の底面であって排出管５の延長線上に凹部２ｃを形成するとともに、排出管５の先端（取入口５ａ）が、タンク底面の一般面（凹部以外の部分）と同高さ又はその一般面より低位置になるように延設した。
【００２７】
本実施形態によれば、排出管５の先端を極力底部にもっていくようにしたので、液水を一層確実に気泡と分離することができるのである。
【００２８】
（第４実施形態）
図５は、本発明による液体貯留タンクの第４実施形態を示す図であり、図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図６は、本実施形態の効果を説明する図である。なお図６では理解を容易にするために熱交換チューブ３は省略した。
【００２９】
本実施形態では、第１実施形態に対して貯留した液水の揺れを抑える一対の隔壁８を設置した。すなわち、熱交換チューブ３のあいだに、隔壁８を配置し、タンクケース２の底面及び側壁に固定した。また隔壁８の略中央付近に貫通孔８ａを形成した。なお、導入管４及び排出管５は、一対の隔壁８のあいだの空間９ａに配置されている。このようにしたので、液水は、まず始めに中央の空間９ａに貯留し、水位が貫通孔８ａよりも上がると外側の空間９ｂ，９ｃに流出する（図６（Ａ）参照）。
【００３０】
本実施形態によれば、隔壁８を設けたので、貯水タンク１が傾斜した場合であっても、排出管５から液水を確実に安定して吸い出すことができる。すなわち、図６（Ｂ）に示すようにタンクが傾斜した場合に、隔壁８がないときは水位が一点破線のように低くなる。そのため、液水を排出管５から排出できないおそれが生ずる。しかし、本実施形態では、隔壁８を設けたので、そのあいだで水を確実に保有して水位を保つことができ、貯水した水の安定して排出することができるのである。
【００３１】
なお、導入管４及び排出管５を、隔壁８で仕切られた同一空間９ａに配置するので、吐出口４ａと取入口５ａとの距離が必然的に近くなってしまうが、熱交換チューブ３を挟んで配置したので、前述の通り、気泡の吸い込みを確実に防止することができるのである。
【００３２】
（第５実施形態）
図７は、本発明による液体貯留タンクの第５実施形態を示す図であり、第１実施形態の図１（Ｂ）に相当する図である。
【００３３】
本実施形態では、第４実施形態に対して隔壁８の形状を変更した。すなわち、隔壁８が底部から上部にいくにつれて薄くなるように形成した。
【００３４】
この場合も、第２実施形態の熱交換チューブ３ｄの説明と同様のメカニズムにより貯水タンク内部の液水が凍結しても体積膨張で隔壁８が破損しなくなる。すなわち、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、水は壁面に沿って凍結するので、隔壁間隔の狭いタンク下部から上方に向かって凍結が進むので途中で液水が氷の中に閉じこめられることがなく、貯水タンク内部の液水が凍結して膨張しても、隔壁８に応力がかかることを防止するのである。
【００３５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３６】
例えば、第２実施形態に示した熱交換チューブ３の形状は、あくまでも例示であり、下部が上部よりも拡張されている形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による液体貯留タンクの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明による液体貯留タンクの第２実施形態の熱交換チューブの断面図である。
【図３】第２実施形態の効果を説明する図である。
【図４】本発明による液体貯留タンクの第３実施形態を示す図である。
【図５】本発明による液体貯留タンクの第４実施形態を示す図である。
【図６】第４実施形態の効果を説明する図である。
【図７】本発明による液体貯留タンクの第５実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  貯水タンク（液体貯留タンク）
２  タンクケース
３  熱交換チューブ（仕切部材）
４  導入管
５  排出管
７  間隙（連通路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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