(57)【要約】【課題】イオン除去フィルタと不純物除去フィルタを一体化して１箇所に設置し、設置箇所を１箇所にして部品点数の削減を図ることのできるフィルタ装置を提供する。【解決手段】配管２２内を流れる液体に含まれる物質を除去するフィルタ装置１８において、前記液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタ１９、２０を２つ設け、これら不純物除去フィルタ１９、２０の間に、前記液体に溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂を充填させて、これら不純物除去フィルタ１９、２０とイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタ２１とを一体化した。【選択図】図３
2008132403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管（２２)内を流れる液体に含まれる物質を除去するフィルタ装置（１８）において、
前記液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタ（１９、２０）を２つ設け、これら不純物除去フィルタ（１９、２０）の間に、前記液体に溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂を充填させて、これら不純物除去フィルタ（１９、２０）とイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタ（２１）とを一体化した
ことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタ装置（１８）であって、
前記不純物除去フィルタ（１９、２０）をメッシュ構造とし、前記配管（２２）内を流れる液体の上流側に設けられる一方の不純物除去フィルタ（１９）を下流側に設けられる他方の不純物除去フィルタ（２０）よりもメッシュを粗くした
ことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフィルタ装置（１８）であって、
前記配管（２２）は、燃料電池システムの燃料電池（１）を冷却するための冷却配管である
ことを特徴とするフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池システムの冷却回路に組み込まれるフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素を反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池を搭載した燃料電池システムは、燃料電池が発電する時に生じた熱を冷却するための冷却機構を備えている。この冷却機構は、燃料電池スタックを構成する各燃料電池単セルに冷却用流路を形成し、その冷却用流路に冷却水を流通（循環）させることで燃料電池を冷却して発電に最も適した温度となるようにしている。
【０００３】
燃料電池を冷却するために使用される冷却水には、燃料電池が発電することからできるだけ導電性を下げることが求められる。冷却水の導電性を下げるには、冷却水中に溶出したイオンを除去する必要があり、そのイオンを除去するフィルタ装置がこれまでに多く提案されている（例えば、特許文献１、２など参照）。
【０００４】
また、この燃料電池を冷却するために使用される冷却水には、溶出したイオンだけでなく腐食生成物等の固形物も含まれるため、イオンを取り除くイオン除去フィルタの他に不純物除去フィルタも必要である。
【特許文献１】特開２００４−２５５３７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、これまでは、イオン除去フィルタと不純物除去フィルタの２種類のフィルタが必要であり、それらフィルタを冷却回路にそれぞれ配置していた。
【０００６】
しかしながら、これらイオン除去フィルタと不純物除去フィルタを別の場所にそれぞれ配置していたのでは、この２種類のフィルタを配置するための配置構造をそれぞれ別の場所に用意する必要があると共に配置するための部品の点数も増えてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、イオン除去フィルタと不純物除去フィルタを一体化して１箇所に設置し、設置箇所を１箇所にして部品点数の削減を図ることのできるフィルタ装置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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、配管内を流れる液体に含まれる物質を除去するフィルタ装置において、前記液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタを２つ設け、これら不純物除去フィルタの間に、前記液体に溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂を充填させて、これら不純物除去フィルタとイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタを一体化したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィルタ装置であって、前記不純物除去フィルタをメッシュ構造とし、前記配管内を流れる液体の上流側に設けられる一方の不純物除去フィルタを下流側に設けられる他方の不純物除去フィルタよりもメッシュを粗くしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のフィルタ装置であって、前記配管は、燃料電池システムの燃料電池を冷却するための冷却配管であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタを２つ設け、これらの間にイオンを除去するイオン交換樹脂（イオン除去フィルタ）を充填させて、これら不純物除去フィルタとイオン除去フィルタを一体化させた構造としているので、２つの機能を持つフィルタ装置を１箇所に設置するだけでよく、そのフィルタ装置を取り付けるための取り付け部品の部品点数を削減することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、２つの不純物除去フィルタの配置間隔を可変させることで、それらの間に充填させるイオン交換樹脂の樹脂量を適宜調整することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、上流側に設けられる不純物除去フィルタを下流側に設けられる不純物除去フィルタよりもメッシュを粗くしてあるので、両方のフィルタに同じものを使用した場合に比べて目詰まりを抑制することができ、フィルタ寿命を延ばすことができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池システムの燃料電池を冷却するための冷却配管に本発明のフィルタ装置を使用することで、燃料電池の発電時に冷却水に溶解するイオンを取り除くことができると共に熱交換器の流路内面が酸化して冷却水に混入した酸化物などの固形物を取り除くことができる。これにより、燃料電池を冷却するための冷却水の導電性を低下させることができ、不純物が混入することによる発電性能の低下も防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
「燃料電池システムの概略説明」
先ず、燃料電池システムについて簡単に説明する。図１は燃料電池システムの概略構成図である。図１中、細い実線αは酸素（空気）の流通経路、一点鎖線βは水素の流通経路、破線γは冷却液の流通経路、太い実線δは加湿用の純水の流通経路をそれぞれ示す。
【００１７】
燃料電池スタック１は、圧縮水素タンク２より水素ガスが導入される燃料極３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４とを備える。そして、この燃料電池スタック１では、燃料極３に導入された水素ガスと、空気極４に導入された酸素とを、これら燃料極３と空気極４の間に配置された電解質膜（図示は省略する）を介して反応させることにより発電させるようになっている。
【００１８】
燃料電池スタック１に供給される水素ガスと酸素は、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５で加湿される。加湿器５には、純水を貯水すると共に燃料電池システムを停止したときに燃料電池スタック１内に残存する純水を回収する純水タンク６に貯水された純水が、純水導出パイプ７と純水汲み上げポンプ８とにより供給される。
【００１９】
純水タンク６は、加湿器５に供給する純水を所定量貯水して置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下に燃料電池システムを停止して長時間停止させたときに燃料電池スタック１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９を介して抜き取り貯水しておくのにも使用される。
【００２０】
また、燃料電池スタック１では、発電時に発熱するため、この燃料電池スタック１にラジエータ（熱交換器）１０から冷却液ポンプ１１により冷却液（冷媒）を循環させ、当該燃料電池スタック１を冷却するようにしている。
【００２１】
また、冷却液経路１２には、ラジエータ１０をバイパス（迂回）するバイパス通路１３が設けられている。燃料電池システムの始動時には、この冷却液経路１２に設けた３方弁１４によって、前記ラジエータ１０をバイパスさせるようにしている。このバイパス通路１３は、燃料電池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１３には冷却液が流れないように制御される。
【００２２】
さらに、バイパス通路１３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１５が設置されており、このヒータ１５によって冷却液を加熱して燃料電池スタック１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。
【００２３】
また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１で発電に使用されずに残った未燃焼の水素ガスがそのまま大気へ放出されないように、本発明の水素燃焼器１６で水素ガスを燃焼させた後、サイレンサー１７で消音させて大気へ放出させている。
【００２４】
「フィルタ装置の構成」
このように構成された燃料電池システムには、冷却液経路１２を構成する配管内を流れる冷却液（液体）に含まれる物質を除去するフィルタ装置１８が設けられている。このフィルタ装置１８は、冷却液に溶出したイオンを除去する機能と、冷却液に混入する腐食生成物などの固形物を除去する機能の両方の機能を備えているものである。その具体的な構成は、図２に示すように、冷却液中に含まれる固形物を除去する第１の不純物除去フィルタ１９及び第２の不純物除去フィルタ２０と、これら第１及び第２の不純物除去除去フィルタ１９、２０の間に充填されるイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタ２１とを有し、これら第１及び第２の不純物除去除去フィルタ１９、２０とイオン除去フィルタ２１とを一体化した構造としている。
【００２５】
第１の不純物除去フィルタ１９は、冷却液経路１２を構成する配管２２（図３参照）の継手部分２３に装着される円盤形状のフランジ部２４と、数本の柱によって円錐形状をなす枠組み部２５と、この枠組み部２５に装着される金属メッシュ部２６と、からなる。この第１の不純物除去フィルタ１９は、射出成形用金型に金属メッシュを配置してプラスチック樹脂を射出するインサート成形で形成される。
【００２６】
第２の不純物除去フィルタ２０は、第１の不純物除去フィルタ１９と同様、継手部分２３に装着される円盤形状のフランジ部２７と、数本の柱によって略円錐形状をなす枠組み部２８と、この枠組み部２８に装着される金属メッシュ部２９と、からなる。但し、この第２の不純物除去フィルタ２０では、イオン交換樹脂を第１の不純物除去フィルタ１９と第２の不純物除去フィルタ２０の間に充填させることからそのスペースを取るためにストレート部分２８Ａを設けている。
【００２７】
また、第１の不純物除去フィルタ１９と第２の不純物除去フィルタ２０の金属メッシュ部２６、２９は、そのメッシュの粗さに差を持たせてあり、配管２２内を流れる冷却水の上流側に配置される第１の不純物除去フィルタ１９の金属メッシュ部２６を下流側に配置される第２の不純物除去フィルタ２０の金属メッシュ部２９よりも粗くしてある。例えば、上流側の金属メッシュ部２６には、メッシュ粗さが２００μｍのものを使用し、下流側の金属メッシュ部２９には、メッシュ粗さが９０μｍのものを使用した。
【００２８】
これら第１及び第２の不純物除去フィルタ１９、２０は、アルミニウムなどからなるラジエータ１０が酸化してその内部流路に酸化物として混入するアルミナなどの固形物を除去する役目をする。これら固形物は、それぞれの金属メッシュ部２６、２９で捕捉される。粒径の大きい固形物は、上流側の金属メッシュ部２６で捕捉され、粒径の小さい固形物は、下流側の金属メッシュ部２９で捕捉される。
【００２９】
イオン除去フィルタ２１は、冷却水に溶出した導電性を有したイオンを除去するイオン交換樹脂を、前記第１の不純物除去フィルタ１９と第２の不純物除去フィルタ２０を重ねたときにできる空間部に充填することにより形成される。冷却水に溶出したイオンは、このイオン除去フィルタ２１を通過することでプラス電位を有したイオンとマイナス電位を有したイオンの両方が捕捉される。
【００３０】
前記イオン除去フィルタ２１は、第１の不純物除去フィルタ１９と第２の不純物除去フィルタ２０の配置間隔（隙間）を可変させることで、所望のイオン交換樹脂量に調整することができる。
【００３１】
イオン除去フィルタ２１を間に設けてなる第１の不純物除去フィルタ１９と第２の不純物除去フィルタ２０は、互いのフランジ部２４、２７を接着するか或いは溶着するかして一体化されてフィルタ装置１８を構成する。そして、このフィルタ装置１８は、配管２２の継手部分２３に取り付けられて冷却水に溶出したイオンと固形物の両方を除去する。なお、フィルタ装置１８は、燃料電池１の下流側に配置されてもよく或いは上流側に配置されてもよく、冷却液経路１２の何れかの部位に配置されれば構わない。
【００３２】
以上のように構成されたフィルタ装置１８によれば、不純物除去フィルタ１９、２０とイオン除去フィルタ２１を一体化させた構造としているので、２つの機能を持つフィルタ装置１８を配管２２の１箇所に設置するだけでよく、そのフィルタ装置１８を取り付けるための取り付け部品の部品点数を削減することができる。
【００３３】
また、本実施の形態のフィルタ装置１８によれば、２つの不純物除去フィルタ１９、２０の配置間隔を可変させることで、それらの間に充填させるイオン交換樹脂の樹脂量を適宜調整することができる。
【００３４】
また、本実施の形態のフィルタ装置１８によれば、上流側に設けられる不純物除去フィルタ１９を下流側に設けられる不純物除去フィルタ２０よりもメッシュを粗くしてあるので、両方のフィルタに同じものを使用した場合に比べて目詰まりを抑制することができ、フィルタ寿命を延ばすことができる。
【００３５】
また、本実施の形態のフィルタ装置１８によれば、燃料電池システムの燃料電池１を冷却するための冷却配管にこのフィルタ装置１８を使用することで、燃料電池１の発電時に冷却水に溶解するイオンを取り除くことができると共にラジエータ１０の流路内面が酸化して冷却水に混入した酸化物などの固形物を取り除くことができる。これにより、燃料電池を冷却するための冷却水の導電性を低下させることができ、不純物の混入による発電性能の低下も防止できる。
【００３６】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、前記実施の形態は本発明の一例であり、前記実施の形態に制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】フィルタ装置の分解斜視図である。
【図３】フィルタ装置を配管内に取り付けた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃料電池
１９…第１の不純物除去フィルタ
２０…第２の不純物除去フィルタ
２１…イオン除去フィルタ（イオン交換樹脂）
２２…配管
２３…継手部分
２４、２７…フランジ部
２６、２９…金属メッシュ部
【図１】
2008132403.tif 000003
【図２】
2008132403.tif 000004
【図３】
2008132403.tif 000005