JP2005308327A

JP2005308327A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2005308327A
Application number: JP2004126886A
Authority: JP
Inventors: Masaru Okano; 賢岡野; Kazuhiro Yamada; 一浩山田; Yoshihiro Sato; 好宏佐藤; Hiroshi Tanaka; 広志田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】水循環系に設けられる加熱装置において、レイアウト設計の自由度を向上させるとともに、確実にエア抜きができるようにする。
【解決手段】液体入口２０と、本体上部に設けられた液体出口３０とを備えたタンク本体１０の内部に、液体が流通する複数の流路を形成する仕切り板５０と、前記流路内に配置されるヒータ７０とを備えた構成において、仕切り板５０の上部に切り欠き６０を設け、タンク本体１０の上部１１付近に溜まった空気が水とともに切り欠き６０を通過して、液体出口３０から排出されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換媒体が循環する経路に設けられ、前記熱交換媒体を加熱する加熱装置に関する。

燃料電池車両に搭載される燃料電池システムでは、燃料電池スタックの加湿や温度調整を行うために水（例えば純水）が用いられ、この水を循環させるための水循環系を備えている。この水循環系では、水タンクから送り出した水を水流路を通じて燃料電池スタックに供給し、余り水を再び水タンクに回収するように構成されている。

上記水循環系を流れる水には、途中で微量ながら空気が混入するため、エア抜きの構造が提案されている。例えば、熱交換媒体が循環する経路中の高い位置にエア抜き用の治具を取り付け、熱交換媒体に含まれるエアを治具に導くように構成したものが知られている。この治具には風船形の気密用可撓体が設けられ、この部分にエアを溜めるようになっている（特許文献１参照）。
特開２００３−６５０５０号公報（図１，図２）。

上記のような水循環系には、水を加熱するための加熱装置が設けられることがある。この加熱装置は内部に形成した流路内にヒータを備えた構造となっていて、流入した水をヒータと熱交換して温めた後、外部に排出する構成となっている。このような加熱装置の内部に空気が存在すると、水の流れが阻害され、水の流量が確保できない、安定しないなどの不具合を生じることになる。

これを解決するため、特開２００３−６５０５０号公報に示されたエア抜き構造を加熱装置自体のエア抜きに用いた場合は、加熱装置の上部にエア抜き用の治具（或いはエア抜き用の配管など）を取り付けることになるため、スペースが狭い場合にはエア抜き用の治具を取り付けることが難しくなり、レイアウト設計に制約を受けることが考えられる。

このように、水循環系の加熱装置にエア抜き用の治具を設けた場合はスペースの利用効率が悪くなることから、レイアウト設計の自由度を向上させるとともに、確実にエア抜きができる構造が求められている。

本発明に係わる加熱装置は、液体を流入させるための液体入口と、液体を排出するための液体出口とを備え、少なくとも前記液体出口が本体上部に設けられたタンク本体と、前記タンク本体の内部を縦方向に仕切ることで、前記液体が流通する複数の流路を形成する仕切り板と、前記流路内に配置される加熱手段とを備え、前記仕切り板の上部に切り欠きを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、液体入口から水に混じってタンク本体内に入り込んだ空気は、仕切り板に設けられた切り欠きを水とともに通過して、液体出口から排出されるため、タンク本体の上部付近に空気が溜まることがなく、確実にエア抜きがなされる。また、タンク本体の外部にエア抜き用の治具やエア抜き用の配管などを取り付ける必要がないため、スペースが狭い場合であってもレイアウト設計に制約を受けることがなく、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、実施例１に係わる加熱装置１の縦断面図である。本実施例に示す加熱装置１は、例えば燃料電池車両の燃料電池スタックに供給される加湿用の水を加熱する加熱装置として好適なものである。

加熱装置１は、タンク本体１０を主要部とし、このタンク本体１０の上部１１近傍に、加熱対称となる水を流入させるための液体入口２０が設けられるとともに、この液体入口２０と水平方向のほぼ同じ位置に、水を排出するための液体出口３０が設けられている。またタンク本体１０には、内部を縦方向に仕切ることで、水が流通する流路４１，４２，４３を形成する仕切り板５０が設けられている。この仕切り板５０の端部には、幅方向に亘って切り欠き６０が設けられている。切り欠き６０は、タンク本体１０の上部１１において、液体入口２０と液体出口３０との間を連通させるための隙間であり、水とともに空気が移動できるだけの間隔が確保されている。すなわち、切り欠き６０は、タンク本体１０の上部１１に溜まった空気が水とともに流れる程度の間隔があればよく、後述のヒータにより熱交換されないままの水が大量に移動しないような間隔とすることが望ましい。

また、仕切り板５０により形成された流路４１，４３には、内部を流通する水を加熱するための加熱手段となるヒータ７０，７１が設けられている。ヒータとしては、電気ヒータ、セラミックヒータ、ＰＴＣヒータなどのほか、内部の水と混じらないようにもう一つの流路を設け、この流路内に高温媒体を流通させたものであってもよい。

図中の矢印は水の主な流れを示している。液体入口２０から流入した水は流路４１を流通してヒータ７０と熱交換して温められた後、流路４２を流通し、さらに流路４３においてヒータ７１と熱交換して温められた後、液体出口３０から排出される。

上記構成において、加熱装置１内に水を満たすときには、液体入口２０から水に混じって空気が入り込む。このとき、仕切り板５０に切り欠き６０が設けられていないと、空気は水よりも軽いためにタンク本体１０の上部１１付近に溜まり、排出されないままとなる。これに対して本実施例では、仕切り板５０に切り欠き６０が設けられているため、液体入口２０から水とともにタンク内に入ってきた空気は、水とともに切り欠き６０を通過して、水とともに液体出口３０から排出される。したがって、タンク本体１０の上部１１付近に空気が溜まることがなく、確実にエア抜きを行うことができる。しかも、タンク本体１０の外部にエア抜き用の治具やエア抜き用の配管などを取り付ける必要がないため、スペースが狭い場合であってもレイアウト設計に制約を受けることがなく、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。

なお、本実施例では、切り欠き６０を仕切り板５０の端部に設けた例について示したが、切り欠き６０はタンク本体１０の上部１１付近に設けられていればよく、この場合でもほぼ同等の効果を得ることができる。

また、図１の構成例では、仕切り板５０を一枚だけ設けているが、液体入口２０と液体出口３０がともにタンク本体１０の上部１１にある場合には、液体入口２０と液体出口３０との間に形成される流路が連続するように奇数枚設けることになる。

図２は、実施例２に係わる加熱装置２の縦断面図である。以下、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例では、液体入口２０がタンク本体１０の下部１２近傍に設けられ、液体入口２０と液体出口３０とがタンク本体１０のほぼ対角線上の隅に位置するように配置されている。そして、タンク本体１０には、流路４１〜４５を形成する２枚の仕切り板５０，５１が設けられている。このうち、タンク本体１０の上部１１と接している仕切り板５０の端部には、幅方向に亘って切り欠き６０が設けられている。

図２に示すように、液体入口２０がタンク本体１０の下部１２にあり、液体出口３０がタンク本体１０の上部１１にある場合は、液体入口２０と液体出口３０との間に形成される流路が連続するように仕切り板を偶数枚設けることになる。

また、各流路の内部を流通する水を加熱するための加熱手段としてヒータ７０，７１，７２が設けられている。

図中の矢印は水の主な流れを示している。液体入口２０から流入した水は流路４１を流通してヒータ７０と熱交換して温められた後、流路４２を流通して流路４３に流れ込み、この流路４３でヒータ７１と熱交換して温められた後、さらに流路４４を流通して流路４５に流れ込み、この流路４５でヒータ７２と熱交換して温められた後、液体出口３０から排出される。

上記構成によれば、液体入口２０から水に混じって入り込んだ空気は、流路４２を通過する際に、水とともに切り欠き６０を通過して、水とともに液体出口３０から排出される。したがって、タンク本体１０の上部１１付近に空気が溜まることがなく、確実にエア抜きを行うことができる。また、本実施例においても、タンク本体１０の外部にエア抜き用の治具やエア抜き用の配管などを取り付ける必要がないため、スペースが狭い場合であってもレイアウト設計に制約を受けることがなく、レイアウト設計の自由度を向上させることができる。

本実施例では、切り欠き６０を仕切り板５１の端部に設けた例について示したが、切り欠き６０はタンク本体１０の上部１１付近に設けられていればよく、この場合でもほぼ同等の効果を得ることができる。

図３は、実施例３の構成例を示す縦断面図である。以下、実施例１の構成をもとにして、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例では、仕切り板５０の上部５０ａがタンク本体１０の最上部１３と接する角部に切り欠き６１，６２を設けている。このような位置に切り欠きを設けたのは、仕切り板５０とタンク本体１０最上部１３とが接する部分で空気が最も溜まりやすいのは３方を囲まれた部分となるからである。したがって、この部分に切り欠き６１，６２を設けることにより、エア抜きを効率良く行うことが可能となる。また、切り欠きを仕切り板５０の幅方向に亘って設けた形成した場合に比べて、切り欠きの部分を流れる水の流量を減らすことができる。これによれば、水は本来の流路に多く流れることになり、加熱源となるヒータと熱交換する水の量を増やすことができるため、熱交換とエア抜きを両立するさせることが可能となる。

また、本実施例の構成は、実施例１だけでなく、実施例２及び後述する実施例４にも適用することができる。

図４は、実施例４の構成例を示す部分断面図である。以下、実施例１の構成をもとにして、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

本実施例では、切り欠き６３の水流入側における端面形状を、仕切り板５２の端面となる上部５２ａから角を落とした斜め形状としている。なお図中、大きな矢印は流路における水の流れを示し、小さな矢印は切り欠き６３での水及び空気の流れを示している。

上記のような端面形状とすることにより、タンク本体１０の最上部１３や仕切り板５２の上部５２ａ付近に溜まった空気が水とともに切り欠き６３を通りやすくなるため、仕切り板５２の上部５２ａに角を残した形状とした場合に比べて、エア抜きを効率良く行うことが可能となる。なお、上部５２ａの角を落とした形状は、仕切り板５２の厚さ方向に沿って滑らかに変化していく形状とすることが好ましく、図４に示すような斜め形状のほか、曲線形状、並びにこれらに類似した形状を用いることができる。

また、本実施例の構成は、実施例１だけでなく、実施例２及び実施例３にも適用することができる。

実施例１に係わる加熱装置の縦断面図。実施例２に係わる加熱装置の縦断面図。実施例３の構成例を示す縦断面図。実施例４の構成例を示す部分断面図。

符号の説明

１，２…加熱装置
１０…タンク本体
１１…上部
１２…下部
１３…最上部
２０…液体入口
３０…液体出口
４１〜４５…流路
５０，５１，５２…仕切り板
５０ａ，５２ａ…上部
６０，６１，６２，６３…切り欠き
７０，７１，７２…ヒータ

Claims

液体を流入させるための液体入口と、液体を排出するための液体出口とを備え、少なくとも前記液体出口が本体上部に設けられたタンク本体と、
前記タンク本体の内部を縦方向に仕切ることで、前記液体が流通する複数の流路を形成する仕切り板と、
前記流路内に配置された加熱手段と、
を備え、前記仕切り板の上部に切り欠きを設けたことを特徴とする加熱装置。
前記切り欠きを、前記仕切り板の端部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記切り欠きを、前記仕切り板の上部が前記タンク本体の最上部と接する角部に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
前記仕切り板における前記切り欠きの端面形状を、液体流入側となる端面から角を落とした形状としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加熱装置。