(57)【要約】【課題】凍結時の体積膨張や解凍時の内圧上昇に対して、純水タンクの変形、破損を防止することができる燃料電池用純水タンクを提供する。【解決手段】燃料電池に供給する純水を貯留する燃料電池用純水タンクであって、該純水タンクは、純水を貯留しておくタンク本体１０を有し、該タンク本体１０の開口部を密閉する密閉部材１１の外周面にリング状のリング部材２０を被覆してなることを特徴とする燃料電池用純水タンクＡ。好ましくは、密閉部材の外周面に片方の端面を絞り込んだリング状のリング部材で密閉部材の端面を被覆するように圧入被覆、固定することが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する純水を貯留する燃料電池用純水タンクであって、該純水タンクは、純水を貯留しておくタンク本体を有し、該タンク本体の開口部を密閉する密閉部材の外周面にリング状のリング部材を被覆してなることを特徴とする燃料電池用純水タンク。
【請求項２】
密閉部材の外周面に片方の端面を絞り込んだリング状のリング部材で密閉部材の端面を被覆するように圧入被覆、固定したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用純水タンク。
【請求項３】
タンク本体の外周面にアンダーカット部を設けて、該アンダーカット部に対してリング状のリング部材で圧入、固定したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用純水タンク。
【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の発電システムにおける燃料電池用純水タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用、家庭用などに用いられる燃料電池の発電システムは、燃料ガスとしての水素をイオン伝導性膜を挟持し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。
前記電極への水素と酸素の供給に際しては、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、タンク内に貯留した純水で水素と酸素を加湿する必要がある。
【０００３】
このような燃料電池用純水タンクにあって、寒冷地などでの使用における凍結による体積膨張や、解凍時の内圧上昇により大きな応力が発生すると、この応力により純水タンクが変形、破損するおそれがある。そこで、従来の純水タンクでは、凍結破損防止のために、不凍液槽や純水タンクに補強材などを設けた燃料電池発電システムの純水タンクが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載される純水タンクでは、不凍液を使用することから不凍液槽などが必要であり、純水タンクの構造が複雑となるなどの課題がある。
【特許文献１】特開２００５−３２６２６号公報（特許請求の範囲等、図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の燃料電池用純水タンクにおける課題等に鑑み、これを解消するためになされたものであり、凍結時の体積膨張や解凍時の内圧上昇に対して、純水タンクの変形、破損を防止することができる燃料電池用純水タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、純水タンクの密閉部材の構造を特定構造等とすることにより、上記目的の燃料電池用純水タンクが得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明は、次の（１）〜（３）に存する。
（１）  燃料電池に供給する純水を貯留する燃料電池用純水タンクであって、該純水タンクは、純水を貯留しておくタンク本体を有し、該タンク本体の開口部を密閉する密閉部材の外周面にリング状のリング部材を被覆してなることを特徴とする燃料電池用純水タンク。
（２）  密閉部材の外周面に片方の端面を絞り込んだリング状のリング部材で密閉部材の端面を被覆するように圧入被覆、固定したことを特徴とする上記（１）記載の燃料電池用純水タンク。
（３）  タンク本体の外周面にアンダーカット部を設けて、該アンダーカット部に対してリング状のリング部材で圧入、固定したことを特徴とする上記（１）１記載の燃料電池用純水タンク。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、タンク本体の開口部を密閉する密閉部材の外周面にリング状のリング部材を被覆することにより、純水タンク内の純水が凍結し、体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材にかかる応力より強い力で保持できるので、純水タンクの変形、破損を防止することができる燃料電池用純水タンクが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の燃料電池用純水タンクの実施形態の一例を示す部分縦断面図であり、図２は、図１の純水タンクを搭載した燃料電池の発電システムの構成図である。
本実施形態の燃料電池用純水タンクＡは、図１に示すように、燃料電池に供給する純水Ｈを貯留しておく筒状のタンク本体１０を有し、該タンク本体１０の両端の開口部にはタンク本体の開口部を密閉する密閉部材１１，１１が嵌合により固着されている。また、この密閉部材１１の外周面にリング状のリング部材２０が被覆されている。
【００１０】
上記タンク本体１０としては、耐久性、製造性、耐寒性、耐熱性、ガスバリア性があるものから構成されることが好ましく、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属、合成樹脂、ガラスなどが挙げられる。
特に好ましくは、コスト、使用性、取り扱い性などの点から、タンク本体１０は、単層又は２層以上の多層構造となる合成樹脂から構成されるものが好ましい。用いる合成樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。これらの樹脂は、製造や組立時のコスト低減及び製造の容易性の点で特に好ましい。
用いるタンク本体１０は、上記合成樹脂を用いて、押出し成形、射出成形、共押出し成形、二色成形などにより製造することができる。
【００１１】
密閉部材１１は、タンク本体１０内に嵌合する嵌合部１１ａを有しており、タンク本体１０からの純水Ｈの漏れを防止する機能を有するものである。
密閉部材１１としては、耐久性、ガスバリア性、耐寒性、耐熱性があるものから構成されることが好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどから構成することができる。また、嵌合を確実に行わせるために、摩擦係数は高い方が望ましい。
【００１２】
本発明において、リング状部材２０は、純水タンクが凍結した場合の体積膨張や解凍時の内圧上昇に対して、タンクの変形、破損を防止するために用いるものであり、耐寒性、耐久性を有するものが好ましく、具体的には、金属、セラミックス、樹脂などにより構成されるものが好ましく、特に好ましくは、上記耐寒性、耐久性の点から金属の使用が望ましく、更に好ましくは、ステンレス、アルミニウムの使用が望ましい。
【００１３】
また、リング状部材２０は、純水タンク内の純水が凍結し、体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１にかかる応力より強い力で保持できる構造となるものであれば、特に限定されず、例えば、図１に示すように、タンク本体１０の両端側の外周面及び密閉部材１１の外周面を被覆保持できる構造となるものが挙げられる。
この構造のリング状部材２０では、タンク１０内に収容される純水の凍結に伴い体積膨張した場合に、図１に示すように、体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１にかかる応力より強い力で保持できる構造（応力＜リング状部材２０の内側への締め付け力）となるため、密閉部材１１の脱落、破損等などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００１４】
このように構成される純水タンクＡは、例えば、図２に示す燃料電池の発電システムに搭載されて、使用に供される。
本実施形態の燃料電池の発電システムは、図２に示すように、純水タンクＡ、燃料電池３０、水素供給装置３１及び水素供給管３２、空気供給装置３３及び空気供給管３４、圧力調整弁付き水素導入ライン３５及び圧力調整弁付き水素放出ライン３６、水補給管３７及び水供給管３８、加湿装置３９、水素加湿用配管４０及び空気加湿用配管４１を備えている。また、４２は、燃料電池３０の排気管である。
【００１５】
水素供給管３２は、燃料電池３０と水素供給装置３１を連結し、水素供給管３２の水素供給装置３１寄りに、圧縮調整弁付き水素放出ライン３６が取付けられ、燃料電池３０寄りに、水素加湿用配管４１が取付けられている。
また、空気供給管３４は、燃料電池３０と空気供給装置３３を連結し、また、空気供給管３４には、空気加湿用配管４４が取付けられている。
水補給管３７は、燃料電池３０と純水タンクＡを連結し、水供給管３８は、純水タンクＡと加湿装置３８を連結し、空気加湿用配管４１は、加湿装置３９と空気供給管３４を連結し、水素加湿用配管４０は、加湿装置３９と水素供給管３２を連結している。
【００１６】
この形態の発電システムでは、燃料電池３０に、水素供給装置３１及び空気供給装置３３により、水素供給管３２及び空気供給管３４を通して、水素及び空気が供給され、この際、純水タンクＡから水素加湿用配管４０及び空気加湿用配管３４を通して、燃料電池３０に供給する水素及び空気を加湿する。加湿された水素及び空気は、燃料電池３０内で発電するのに用いられ、この際、燃料電池３０から水が生成される。
燃料電池３０から排出される生成水等は、水補給管３７を通して、純水タンクＡに送られる。純水タンクＡ内の水は、水供給管３８を通して加湿装置３９に送られ、再び水素加湿用配管４０及び空気加湿用配管３４を通して、燃料電池３０に供給する水素及び空気を加湿し、これを循環する構成となる。
【００１７】
このように構成される本実施形態の発電システムでは、図１及び図２に示すように、水を外部に排出することなく、また、不凍液槽などを設けることなく、凍結により水が体積膨張した場合や解凍時の内圧上昇に対して、図１に示すように、リング状部材２０が体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１にかかる応力より強い力で保持できる構造となるため、密閉部材１１の脱落、破損などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施形態（第２実施形態）を示す純水タンクの縦断面図である。なお、上記実施形態の純水タンクＡと構造・機能が同じものは同一の図示符号を示してその説明を省略する（以下の実施形態においても同様）。
本第２実施形態の純水タンクＢは、タンク本体１０の密閉部材１１との嵌合部外周部となるタンク本体１０の外周部に環状突起のアンダーカット部１０ａを更に形成した点で、上記実施形態の純水タンクＡと異なるものであり、上記実施形態となる図２に示す発電システムなどに用いることができる（以下の実施形態においても同様）。
この実施形態の純水タンクＢでは、純水の凍結に伴い体積膨張した場合に、図３に示すように、リング状部材２０がアンダーカット部１０ａの作用によって前記第１実施形態においてかかる応力よりも更に強い力で体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１を保持できる構造となるため、密閉部材１１の破損などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００１９】
図４は、本発明の他の実施形態（第３実施形態）を示す純水タンクの縦断面図である。
本第３実施形態の純水タンクＣは、リング状部材２０の形状を密閉部材１１を抱え込むような形状のカシメ部２０ａを更に形成した点で、上記実施形態の純水タンクＡと異なるものである。
この実施形態の純水タンクＣでは、密閉部材１１の外周面に片方の端面を絞り込んだリング状部材２０のカシメ部２０ａで密閉部材１１の端面を被覆するように圧入被覆、固定したので、純水の凍結に伴い体積膨張した場合に、図４に示すように、リング状部材２０にカシメ部１１ｂが設けられているため、前記第１実施形態においてかかる応力よりも更に強い力で体積膨張した際に密閉部材１１がタンク本体１０よりも抜け落ちようとする力に対向する応力が得られる構造となるため、密閉部材１１の脱落などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００２０】
図５は、本発明の他の実施形態（第４実施形態）を示す純水タンクの縦断面図である。
本第４実施形態の純水タンクＤは、リング状部材２０の形状を密閉部材１１を抱え込むような形状のカシメ部２０ａを形成し、更にタンク本体の１０の密閉部材１１との嵌合部外周部にアンダーカット部１０ａを設けた点で、上記実施形態の純水タンクＡと異なるものである。
この実施形態の純水タンクＤでは、純水の凍結に伴い体積膨張した場合に、図５に示すように、リング状部材２０にカシメ部２０ａが設けられているため、前記第１実施形態においてかかる応力よりも更に強い力で体積膨張した際に密閉部材１１がタンク本体１０から抜け落ちようとする力に対向する応力が得られ、また、リング状部材２０がアンダーカット部１０ａの作用によって前記第１実施形態においてかかる応力よりも更に強い力で体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１を保持できる構造となるため、密閉部材１１の脱落、破損などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００２１】
図６は、本発明の他の実施形態（第５実施形態）を示す純水タンクの縦断面図である。
本第５実施形態の純水タンクＥは、リング状部材２０の形状を密閉部材１１を抱え込むような形状のカシメ部２０ａを形成し、タンク本体の１０の密閉部材１１との嵌合部外周部にアンダーカット部１０ａを設け、更に、リング状部材２０の内側にアンダーカット部１０ａと対向し噛み合う凸部２０ｂを設けた点で、上記実施形態の純水タンクＡと異なるものである。
この実施形態の純水タンクＥでは、純水の凍結に伴い体積膨張した場合に、図６に示すように、凸部２０ｂ、アンダーカット部１０ａ、カシメ部２０ａの作用により、前記第１実施形態においてかかる応力よりも更に強い力で体積膨張した際の純水タンク及び密閉部材１１を保持できるため、密閉部材１１の脱落、破損などを防止でき、純水タンクの変形、破損を防止するものとなる。
【００２２】
本発明の燃料電池用純水タンクは、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、リング状部材２０とタンク本体１０を螺合させる、あるいは、発電に供される化学反応を妨害しない範囲でリング状部材２０とタンク本体１０を接着剤を用いて固定することができる。
また、本発明の純水タンクを用いる燃料電池の発電システムは、図２に示す実施形態に限定されるものではなく、電極への水素と酸素の供給に際して、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、タンク内に貯留した純水で水素と酸素を加湿する構造となるものであれば、特に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２４】
〔実施例１：図１に準拠〕
下記に示す構成の純水タンクを作製した。
（純水タンクの構成）
タンク本体：ポリプロピレン製、外径５．５ｍｍ×長さ１１３ｍｍ、構造：円筒状
密閉部材：ポリプロピレン製、嵌合部の直径４．０ｍｍ×長さ４．５ｍｍ、密閉部材を嵌合した際の内容積：１．２５ｍｌ
リング状部材：ステンレス（ＳＵＳ４３０、高砂鐵工社製）、構造：円筒状、外径５．８ｍｍ×内径５．５ｍｍ×長さ５．０ｍｍ
【００２５】
〔実施例２：図３に準拠〕
下記に示す構成の純水タンクを作製した。
（純水タンクの構成）
タンク本体：アンダーカット部を嵌合部外周面に設けた以外は実施例１に同じ。
密閉部材：実施例１に同じ。
リング状部材：実施例１に同じ。
【００２６】
〔実施例３：図４に準拠〕
下記に示す構成の純水タンクを作製した。
（純水タンクの構成）
タンク本体：実施例１に同じ。
密閉部材：実施例１に同じ。
リング状部材：ステンレス（ＳＵＳ４３０、高砂鐵工社製）、構造：カシメ部を持つ筒状、外径５．８ｍｍ×内径５．５ｍｍ×長さ６．０ｍｍ。
【００２７】
〔実施例４：図５に準拠〕
下記に示す構成の純水タンクを作製した。
（純水タンクの構成）
タンク本体：実施例２に同じ。
密閉部材：実施例１に同じ。
リング状部材：実施例３に同じ。
【００２８】
〔実施例５：図６に準拠〕
下記に示す構成の純水タンクを作製した。
（純水タンクの構成）
タンク本体：実施例２に同じ。
密閉部材：実施例１に同じ。
リング状部材：ステンレス（ＳＵＳ４３０、高砂鐵工社製）、構造：カシメ部を持ち、タンク本体のアンダーカット部と噛み合う内側向きに環状凸部を持つ筒状、外径５．８ｍｍ×内径５．５ｍｍ×長さ６．０ｍｍ。
【００２９】
〔比較例１：図７に準拠〕
上記実施例１において、リング部材を用いない構造。
【００３０】
上記構成となる実施例１〜５及び比較例１の純水タンクに純水１．２５ｍｌを充填し、密閉部材により密閉した。これらの純水を充填した各純水タンク（サンプル数：ｎ＝１０本）をＥＳＰＥＣ恒温器プラチナシリーズＥＹ−１０１を用いて、−４０℃〜７０℃のサイクル（各温度ホールド時間は２時間、昇降温時間は核各３０分）に１０サイクルかけ、下記評価基準で評価した。
評価基準：
◎：蓋体浮きなし。
○：蓋体がやや浮いているが、水漏れなし。
△：蓋体がやや浮いており、水漏れあり。
×：蓋体が完全に外れ、水は完全に抜けていた。
【００３１】
この試験の結果は、実施例１（ｎ＝１０）では、◎レベルはｎ＝３、○レベルはｎ＝７であり、実施例２（ｎ＝１０）では、◎レベルはｎ＝６、○レベルはｎ＝４であり、実施例３〜５（各ｎ＝１０）では、共に◎レベルはｎ＝１０であった。
これに対して、比較例１（ｎ＝１０）では、△レベルはｎ＝３、×レベルはｎ＝７となった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す純水タンクの縦断面図である。
【図２】図１の純水タンクを用いた燃料電池の発電システムの実施形態の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す純水タンクの縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す純水タンクの縦断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す純水タンクの縦断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示す純水タンクの縦断面図である。
【図７】比較例１の純水タンクの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ    純水タンク
Ｈ    純水
１０    タンク本体
１１    密閉材
２０    リング状部材
【図１】
2007328950.tif 000003
【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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