(57)【要約】【課題】  イオン交換樹脂の寿命を簡単に且つ的確に把握することができるイオン除去フィルタを提供する。【解決手段】  イオン除去フィルタは、イオン交換樹脂が充填されるカートリッジ５と、カートリッジ５内に充填されたイオン交換樹脂を押えると共に、カートリッジ５に対してスライド可能なスライドプレート６とを備える。スライドプレート６の位置の変化は検知部１３によって検知され、これによりイオン交換樹脂の寿命が検知される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、
前記イオン交換樹脂がイオン交換を行なうことにより縮む性質を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とするイオン交換樹脂の寿命検知方法。
【請求項２】
液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、
容器内に充填されたイオン交換樹脂を押えると共に前記容器に対してスライド可能なスライド部材の位置の変化を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とするイオン交換樹脂の寿命検知方法。
【請求項３】
液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、
容器内に充填されたイオン交換樹脂を押える荷重を付与するスプリングの荷重の変化を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とするイオン交換樹脂の寿命検知方法。
【請求項４】
液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、
前記イオン交換樹脂がイオン交換を行なうことにより縮む性質を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とするイオン除去フィルタ。
【請求項５】
液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、
イオン交換樹脂が充填される容器と、
前記容器内に充填されたイオン交換樹脂を押えると共に、前記容器に対してスライド可能なスライド部材と、
前記スライド部材の位置の変化を検知する検知部と、を備えることを特徴とするイオン除去フィルタ。
【請求項６】
液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、
イオン交換樹脂が充填される容器と、
前記容器内に充填されたイオン交換樹脂を押える荷重を付与するスプリングと、
前記スプリングの荷重の変化を検知する検知部と、を備えることを特徴とするイオン除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する寿命検知方法及びイオン除去フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代自動車の動力源として、あるいは家庭用電力源として、燃料電池が用いられてきている。燃料電池は水素と酸素とを化学反応させたときの化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。水素と酸素との化学反応は発熱反応なので、燃料電池の冷却ために水を循環させている。そのときに水道水のような電気を通す水では、燃料電池がショートしてしまう。このため水中のイオンを除去し、導電率（電気伝導度）を下げるべく、イオン交換樹脂が使用される。
【０００３】
また燃料電池には、水素と酸素を湿らせるための加湿用の水が供給される。加湿用の水の中にイオン成分が溶け込むと、水素と酸素との化学反応の妨げになる。このため、加湿用の水からもイオンが除去される。
【０００４】
上述のように燃料電池はイオンをきらうので、イオン交換樹脂によってイオンを除去する必要がある。イオン交換樹脂は、交換できるイオン量が決まっており、一定量の交換を行なうとそれ以上交換ができなくなり、導電率を下げる能力を失う。この状態がイオン交換樹脂の寿命とされる。イオンは目視することができず、しかもイオン交換樹脂は寿命がくると色が変化するわけではないので、イオン交換樹脂の寿命を判断するのは極めて困難である。
【０００５】
水中の導電率を下げるのがイオン交換樹脂の目的である。現在最も一般的に行なわれている寿命検知方法は、導電率センサーを回路内に組み込み、該電気伝導率計でフィルタ後の水中の導電率を測定し、導電率が一定値以下に下がらないと、イオン交換樹脂の寿命だと捉える方法である（例えば特許文献１、段落００１１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３７９７９号公報参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、長期間燃料電池システムを作動させない場合など、水中に配管から多量のイオンが溶出するが、突発的に導電率が高い水がフィルタにきたときに、イオン交換樹脂が設定値どおりの性能を発揮しても、フィルタ後の導電率が高い場合がある。この場合、フィルタ後の水中の導電率を測定する寿命検知方法では、イオン交換樹脂にはまだ余力があるにも拘わらず、イオン交換樹脂の寿命であると判断してしまうことがある。また、水中の導電率を測定する導電率センサーは高価なので、コスト上のメリットも少ないという問題もある。
【０００８】
実験室レベルでは、回路中に一定量のイオンの試薬を加え、イオン交換樹脂がイオンを除去する状況を測定することで、イオン交換樹脂の寿命を正確に測定することができる。しかし、実際に車を使用した場合、イオンの発生量は車自体の周囲環境条件や走行条件で大きく異なる。このため一定条件でのイオン交換樹脂の寿命予測は不可能である。
【０００９】
そこで本発明は、イオン交換樹脂の寿命を簡単に且つ的確に把握することができるイオン交換樹脂寿命検知方法及びイオン除去フィルタ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】
【００１０】
以下、本発明について説明する。本発明者は、イオン交換樹脂がイオン交換を行なうと、樹脂そのものが縮む性質を持っていることに着目した。そして、実験を行なう上で、イオン交換樹脂の寿命をイオン交換樹脂の縮みから検知すれば、イオン交換樹脂の寿命を簡単に且つ的確に把握することができることを知見した。
【００１１】
すなわち請求項１の発明は、液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、前記イオン交換樹脂がイオン交換を行なうと縮む性質を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、容器内に充填されたイオン交換樹脂を押えると共に前記容器に対してスライド可能なスライド部材の位置の変化を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、液体中のイオンを除去するイオン交換樹脂の寿命を検知する方法であって、容器内に充填されたイオン交換樹脂を押える荷重を付与するスプリングの荷重の変化を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とする。
【００１４】
また請求項４の発明は、液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、前記イオン交換樹脂がイオン交換を行なうことにより縮む性質を利用して、前記イオン交換樹脂の寿命を検知することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、イオン交換樹脂が充填される容器と、前記容器内に充填されたイオン交換樹脂を押えると共に、前記容器に対してスライド可能なスライド部材と、前記スライド部材の位置の変化を検知する検知部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、液体中のイオンを除去するイオン除去フィルタであって、イオン交換樹脂が充填される容器と、前記容器内に充填されたイオン交換樹脂を押える荷重を付与するスプリングと、前記スプリングの荷重の変化を検知する検知部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、イオン交換樹脂がイオン交換を行なうと縮む性質を利用して、イオン交換樹脂の寿命を検知するので、イオン交換樹脂の寿命を簡単に且つ的確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下添付図面に基づいて本発明のイオン除去フィルタの一実施形態を説明する。イオン除去フィルタは、水素及び酸素とを化学反応させる燃料電池の回路内に組み込まれ、特に限定されるものではないが、燃料電池を冷却する冷却回路や、燃料電池のイオン交換膜を加湿する加湿回路に組み込まれるのが一般的である。このイオン除去フィルタは、純水、エチレングリコール等の液体中のイオンを除去して導電率（電気伝導度）を低減させる。イオン除去フィルタ内のイオン交換樹脂の容量は、流れる流量、イオンの量に応じて様々に設定される。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態におけるイオン除去フィルタの断面図を示す。流体の流入口１及び流出口２とを有するケース３は、例えば流入口１側の下部ケース３ｂと、流出口２側の上部ケース３ａと、円筒状の中間ケース３ｃとに３分割されている。ケース３には、イオン交換樹脂が充填される容器としてのカートリッジ５が交換可能に組み込まれる。
【００２０】
図２及び図３はカートリッジ５の詳細図を示す。図２は斜視図を示し、図３は断面図を示す。カートリッジ５は、液体の流入孔１１が多数空けられた外筒５ａと、外筒５ａの内側に配置され、液体の流入孔１０が多数空けられた内筒５ｂと、内筒５ｂの軸線方向の一端側と外筒の軸線方向の一端側を接続する底部プレート５ｃと、内筒５ｂ軸線方向の他端側と外筒５ａの軸線方向の他端側を接続する上部プレート５ｄとを有する。内筒５ｂはケース３の流出口２に接続できるように上部プレート５ｄよりもその一部が突出している。
【００２１】
カートリッジ５の内筒５ｂと外筒５ａとの間には、粒状のイオン交換樹脂が充填される。カートリッジ５には、充填されたイオン交換樹脂を押えるスライド部材としての環状のスライドプレート６がカートリッジ５に対してスライド可能に設けられる。スライドプレート６の外周及び内周それぞれには、外筒５ａの内周及び内筒５ｂの外周それぞれに接触して液体が漏れるのを防止するシール部材７，８が設けられる。スライドプレート６と上部プレート５ｄとの間には、イオン交換樹脂を押える荷重を付与するコイルスプリング９が配置される。
【００２２】
図１に示すように、ケース３の流入口１から流入する液体は、カートリッジ５の外筒５ａとケース３の内周面との間の断面環状の通路１２を経由して、カートリッジ５の外筒５ａの複数の流入孔１１からイオン交換樹脂が充填されている領域に流れ込む。イオン交換樹脂によりイオンが除去された流体は、内筒５ｂの複数の流入孔１０から内筒５ｂ内に流れ込み、その後、流出口２から流出する。なお、流体をこれとは逆方向に、流出口２から流入口１に向かって流しても良い。
【００２３】
イオン交換樹脂は、交換できるイオン量が決まっており、一定量の交換を行なうとそれ以上交換ができなくなり、導電率を下げる能力を失う。この状態がイオン交換樹脂の寿命とされる。イオン交換樹脂は、イオン交換を行なうことにより縮むという性質を持っている。イオン交換樹脂の寿命がくると、イオン交換樹脂は体積比で例えば１０％程度収縮する。本実施形態では、イオン交換樹脂がイオン交換を行なうことにより縮む性質を利用して、イオン交換樹脂の寿命を検知する。
【００２４】
粒状のイオン交換樹脂は細長い筒状のカートリッジ５に充填されているので、イオン交換樹脂が収縮するのに伴い、イオン交換樹脂が充填されている領域がカートリッジ５の高さ方向に比較的長い量収縮する。これにより、イオン交換樹脂の天面に配置されるスライドプレート６が、カートリッジ５に対してスライドして、その位置を変化する。図１に示すように、カートリッジ５のスライドプレート６近傍には、スライドプレート６の位置の変化を検知すべく、マイクロスイッチ等の検知部１３が設けられる。この検知部１３は、スライドプレート６が所定量以上その位置を変化すると、スライドプレート６の位置の変化を検知し、電気的にＯＮ又はＯＦＦになる電気信号を発生する。この電気信号は、イオン交換樹脂の寿命を検知する信号として用いられ、検知部１３から計器等に伝えられる。なお検知部１３は、スライドプレートの位置の変化を検知できるものであれば、特にマイクロスイッチに限定されるものではなく、光センサー等の各種のセンサーを用いることができる。
【００２５】
図４は、検知部の他の例を示す。この例では、カートリッジに検知部１４としての可視窓が設けられていて、スライドプレートの位置をカートリッジの外側から目視できるようになっている。このように目視により、スライドプレート６の所定量以上の位置の変化を検知し、イオン交換樹脂の寿命としてもよい。検知部１４以外の構造は、上記実施形態のイオン除去フィルタと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。また、スライドプレートの位置をケース３の外側から直接視認できるように、ケース３にも可視窓を設けてもよい。また必要に応じて、可視窓の近傍に目盛りを記し、該目盛りからスライドプレート６の所定量以上の位置の変化、ひいてはイオン交換樹脂の寿命が検知できるようにしてもよい。
【００２６】
イオン交換樹脂が収縮するのに伴い、イオン交換樹脂を押える荷重を付与するコイルスプリング９は、徐々に伸びてその付与する荷重が小さくなる。上記マイクロスイッチによる検知、可視窓による検知以外に、コイルスプリング９のこのような荷重の変化を検知部としてのひずみゲージ等で測定し、変換した電気信号をイオン交換樹脂の寿命を検知する信号として用いてもよい。なおひずみゲージ等の検知部１４は、コイルスプリング９に設けられてもよいし、スライドプレート６に設けられてもよい。
【００２７】
また本実施形態のイオン除去フィルタは、自動車や家庭用の燃料電池用に限られることなく、ワイヤーカットマシンのイオン除去フィルタに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態におけるイオン除去フィルタの断面図。
【図２】カートリッジの斜視図。
【図３】カートリッジの断面図。
【図４】イオン除去フィルタを示す断面図（検知部の他の例を示す）。
【符号の説明】
【００２９】
１…流入口
２…流出口
３…ケース
５…カートリッジ（容器）
６…スライドプレート（スライド部材）
９…コイルスプリング（スプリング）
１３…検知部
１４…検知部
【図１】
2004255372.tif 000003
【図２】
2004255372.tif 000004
【図３】
2004255372.tif 000005
【図４】
2004255372.tif 000006