(57)【要約】【課題】耐圧性が高く、軽量なイオン交換樹脂ユニットを提供することを課題とする。【解決手段】イオン交換樹脂ユニット１は、流入口２０９および流出口２０７が開設された内部ケース２０と、内部ケース２０に封入されるイオン交換樹脂２２と、イオン交換樹脂２２の流出を抑制するフィルタ２３ａ、２３ｂと、を有するイオン交換樹脂カートリッジ２と、イオン交換樹脂カートリッジ２を収容する外部ケース３と、イオン交換樹脂カートリッジ２と外部ケース３との間に介挿される弾性部材４ａ、４ｂ、４ｃと、を備える。内部ケース２０は、低極性樹脂製であって、外部ケース３の剛性は、内部ケース２０の剛性よりも高く設定されていることを特徴とする。【選択図】  図３
2004160366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口および流出口が開設された内部ケースと、該内部ケースに封入されるイオン交換樹脂と、該イオン交換樹脂の流出を抑制するフィルタと、を有するイオン交換樹脂カートリッジと、
該イオン交換樹脂カートリッジを収容する外部ケースと、
該イオン交換樹脂カートリッジと該外部ケースとの間に介挿される弾性部材と、
を備えてなるイオン交換樹脂ユニットであって、
前記内部ケースは、低極性樹脂製であって、
前記外部ケースの剛性は、該内部ケースの剛性よりも高く設定されていることを特徴とするイオン交換樹脂ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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イオン交換樹脂ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、自動車用エンジンの冷却用不凍液の処理装置に組み込まれるイオン交換樹脂ユニットが紹介されている。図５に、同文献記載のイオン交換樹脂ユニットの軸方向断面図を示す。図に示すように、イオン交換樹脂ユニット１００は、ケース１０１とカバー１０２とイオン交換樹脂カートリッジ１０３とを有する。ケース１０１は、カップ状を呈している。カバー１０２は、板状を呈している。カバー１０２は、ケース１０１の開口を覆っている。カバー１０２縁とケース１０１縁とは、クランプ１０４により締結されている。また、カバー１０２とケース１０１との間には、パッキン１０５が介装されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１０８２６７号公報（第３頁、第３図）
【特許文献２】
実開平３−７９３８号公報（第５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のイオン交換樹脂ユニット１００によると、流体がユニット内を通過する際、流体圧は、ケース１０１とカバー１０２とを膨張させる方向に作用する。このため、流体圧により、パッキン１０５の弾接力が低下し、両部材間のシール力が低下するおそれがある。また、同様に、クランプ１０４の締結力つまりケース１０１とカバー１０２との間の結合力が低下するおそれがある。
【０００５】
ここで、ケース１０１およびカバー１０２を金属により形成すると、両部材の剛性が高くなる。このため、流体圧に対する耐圧性が向上する。ところが、その反面、ケース１０１およびカバー１０２を金属により形成すると、イオン交換樹脂ユニット１００が重くなる。このため、イオン交換樹脂ユニット１００の組み付け作業性が悪くなる。また、イオン交換樹脂カートリッジ１０３の取り出し作業性が悪くなる。また、車両等の動力源の一部として使用する場合は、ユニットが重いことにより車両性能への悪影響を及ぼす可能性があり、取付位置の制約が厳しくなるという問題がある。
【０００６】
一方、ケース１０１およびカバー１０２を樹脂により形成すると、イオン交換樹脂ユニット１００の軽量化を図ることができる。しかしながら、上述したように、ケース１０１およびカバー１０２には耐圧性が要求される。また、ケース１０１およびカバー１０２は、ユニット内を通過する流体に直接接触する。このため、ケース１０１およびカバー１０２には、イオンが溶出しにくいこと、つまり極性が低いことが要求される。したがって、ケース１０１およびカバー１０２を樹脂により形成すると、材料選択の自由度が低くなる。
【０００７】
本発明のイオン交換樹脂ユニットは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、耐圧性が高く、軽量なイオン交換樹脂ユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のイオン交換樹脂ユニットは、流入口および流出口が開設された内部ケースと、該内部ケースに封入されるイオン交換樹脂と、該イオン交換樹脂の流出を抑制するフィルタと、を有するイオン交換樹脂カートリッジと、該イオン交換樹脂カートリッジを収容する外部ケースと、該イオン交換樹脂カートリッジと該外部ケースとの間に介挿される弾性部材と、を備えてなるイオン交換樹脂ユニットであって、前記内部ケースは、低極性樹脂製であって、前記外部ケースの剛性は、該内部ケースの剛性よりも高く設定されていることを特徴とする。
【０００９】
つまり、本発明のイオン交換樹脂ユニットは、イオン交換樹脂カートリッジと外部ケースと弾性部材とを備えるものである。
【００１０】
イオン交換樹脂カートリッジは、内部ケースを有する。内部ケースは、極性の低い低極性樹脂により形成されている。このため、本発明のイオン交換樹脂ユニットによると、内部ケース内を流れる流体に、内部ケースからイオンが溶出するおそれが小さい。
【００１１】
また、本発明のイオン交換樹脂ユニットによると、内部ケースを金属により形成する場合と比較して、軽量である。このため、組み付け性に優れている。また、イオン交換樹脂カートリッジの取り出し作業がやりやすい。また、車両等の動力源の一部として使用する場合は、ユニットの軽量化に伴い車両性能への影響が小さくなり、搭載位置の自由度が向上する。
【００１２】
外部ケースは、イオン交換樹脂カートリッジを収容している。外部ケースは、イオン交換樹脂カートリッジ内つまり内部ケース内を流れる流体に非接触である。このため、外部ケースは、低極性樹脂で形成する必要がない。したがって、本発明のイオン交換樹脂ユニットによると、外部ケースの材料選択の自由度が高い。
【００１３】
また、外部ケースの剛性は、内部ケースの剛性よりも高く設定されている。このため、流体圧により内部ケースが膨張しようとしても、内部ケースの膨張は外部ケースにより規制されてしまう。したがって、本発明のイオン交換樹脂ユニットは耐圧性が高い。
【００１４】
また、本発明のイオン交換樹脂ユニットの場合、耐圧性は主に剛性の高い外部ケースにより確保されている。このため、内部ケース自体において、耐圧性が高いことは必須ではない。したがって、内部ケースを形成する低極性樹脂の材料選択の自由度が高い。
【００１５】
また、イオン交換樹脂カートリッジと外部ケースとの間、具体的には内部ケース外面と外部ケース内面との間には、弾性部材が介挿されている。したがって、本発明のイオン交換樹脂ユニットによると、外部ケースからイオン交換樹脂カートリッジに伝達される振動を、弾性部材により吸収することができる。このため、イオン交換樹脂カートリッジのがたつきを抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のイオン交換樹脂ユニットの実施の形態について説明する。以下に示すイオン交換樹脂ユニットは、いずれも燃料電池システムの冷却回路に組み込まれている。
【００１７】
（１）第一実施形態
まず、本実施形態のイオン交換樹脂ユニットの構成について説明する。図１に、本実施形態のイオン交換樹脂ユニットの分解斜視図を示す。また、図２に、本実施形態のイオン交換樹脂ユニットの斜視図を示す。また、図３に、図２のＩ−Ｉ断面図を示す。
【００１８】
イオン交換樹脂ユニット１は、イオン交換樹脂カートリッジ２と外部ケース３と弾性部材とを備えている。イオン交換樹脂カートリッジ２は、内部ケース２０とイオン交換樹脂２２とフィルタ２３ａ、２３ｂとを備えている。
【００１９】
内部ケース２０は、ケース本体２００とキャップ２０１とからなる。ケース本体２００は、第一本体２０２と第二本体２０３とからなる。第一本体２０２は、ＰＰ（ポリプロピレン）製であって、一面が開口した箱状を呈している。第一本体２０２は、射出成形により作製される。ＰＰは、本発明の低極性樹脂に含まれる。第一本体２０２の底壁からは、ボス部２０４が突設されている。ボス部２０４の外周面には、螺旋状にボス部側ネジ山２０５が形成されている。
【００２０】
第二本体２０３は、第一本体２０２と同様に、ＰＰ製であって、一面が開口した箱状を呈している。第二本体２０３は、射出成形により作製される。第二本体２０３と第一本体２０２とは、互いの開口縁同士が溶着されることにより、一体化されている。第二本体２０３の底壁からは、流出筒部２０６が突設されている。流出筒部２０６先端には、流出口２０７が開設されている。流出口２０７は、ラジエター９１の上流側に連通している。また、第二本体２０３の底壁には、板状の本体側回り止めリブ２１２が形成されている。
【００２１】
キャップ２０１は、ＰＰ製であってカップ状を呈している。キャップ２０１は、射出成形により作製される。キャップ２０１の底壁からは、流入筒部２０８が突設されている。流入筒部２０８先端には、流入口２０９が開設されている。流入口２０９は、燃料電池９０の下流側に連通している。キャップ２０１の内周面には、螺旋状にキャップ側ネジ山２１０が形成されている。キャップ側ネジ山２１０と前記ボス部側ネジ山２０５とが螺合されることにより、キャップ２０１と第一本体２０２とが組み付けられている。また、キャップ２０１開口縁と第一本体２０２との間には、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）製のシールリング２１１が挟持されている。シールリング２１１には、予め、イオン溶出抑制処理が施されている。キャップ２０１の外周面には、角柱状のキャップ側回り止めリブ２１３が形成されている。
【００２２】
フィルタ２３ａ、２３ｂは、それぞれＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製であって網状を呈している。フィルタ２３ａは、キャップ側ネジ山２１０とボス部側ネジ山２０５とが螺合されることにより、キャップ２０１底壁と第一本体２０２との間に挟持固定されている。フィルタ２３ｂは、第一本体２０２開口端部内周面に溶着されている。
【００２３】
イオン交換樹脂２２は、一塔混床方式であって、カチオン交換樹脂（図略）とアニオン交換樹脂（図略）とが適度に混合され形成されている。イオン交換樹脂２２は、フィルタ２３ａとフィルタ２３ｂとにより区画された閉空間内に封入されている。
【００２４】
外部ケース３は、第一ケース３０と第二ケース３１とからなる。第一ケース３０は、ガラスファイバ入りＰＡ（ポリアミド）製であって、カップ状を呈している。第一ケース３０は、射出成形により作製される。第一ケース３０の剛性は、前記内部ケース２０の剛性よりも高く設定されている。第一ケース３０の側壁のうち互いに対向する二壁の外面には、ロ字状の嵌合枠３００が二つずつ形成されている。すなわち、嵌合枠３００は、合計四つ配置されている。また、第一ケース３０の側壁のうち嵌合枠３００が配置されていない二壁の開口縁には、Ｃ字状の第一ケース側切り欠き３０１が形成されている。また、第一ケース３０の上底壁内面には、直方体状の第一ケース側回り止めリブ（図略）が配置されている。第一ケース側回り止めリブは、上底壁内面の四隅に、合計四つ配置されている。
【００２５】
第二ケース３１は、第一ケース３０と同様に、ガラスファイバ入りＰＡ製であって、カップ状を呈している。第二ケース３１は、射出成形により作製される。第二ケース３１の剛性は、内部ケース２０の剛性よりも高く設定されている。第二ケース３１の側壁のうち互いに対向する二壁の外面からは、嵌合爪３１０が二つずつ突設されている。すなわち、嵌合爪３１０は、合計四つ配置されている。嵌合爪３１０が前記嵌合枠３００に嵌合することにより、第二ケース３１と第一ケース３０とは脱着可能に組み付けられている。また、第二ケース３１および第一ケース３０の内部に、イオン交換樹脂カートリッジ２が収容される。また、第二ケース３１の側壁のうち嵌合爪３１０が配置されていない二壁の開口縁には、Ｃ字状の第二ケース側切り欠き３１１が形成されている。第二ケース３１と第一ケース３０とが組み付けられると、第二ケース側切り欠き３１１と前記第一ケース側切り欠き３０１とが連結される。そして、第二ケース側切り欠き３１１と第一ケース側切り欠き３０１とにより合計二つの楕円開口が形成される。一方の楕円開口からは、前記流出筒部２０６が突出している。また、他方の楕円開口からは、前記流入筒部２０８が突出している。また、第二ケース３１の底壁内面には、直方体状の第二ケース側回り止めリブ３１２が配置されている。第二ケース側回り止めリブ３１２は、底壁内面の四隅に、合計四つ配置されている。第二ケース３１と第一ケース３０とが組み付けられると、第二ケース側回り止めリブ３１２と前記第一ケース側回り止めリブとの間に、前記本体側回り止めリブ２１２および前記キャップ側回り止めリブ２１３が挟持固定される。また、第二ケース３１の底壁外縁からは、板状のブラケット３１５が突設されている。ブラケット３１５は、底壁四隅に合計四つ配置されている。ブラケット３１５には、金属製のカラー３１６がインサート成形されている。カラー３１６を介して、第二ケース３１つまりイオン交換樹脂ユニット１は、車両側部材（図略）にボルト止めされている。
【００２６】
弾性部材は、スポンジ製であって第一ケース３０内面と第二ケース３１内面とに配置されている。第二ケース３１内面には、弾性部材４ａ、４ｂ、４ｃが配置されている。弾性部材４ａ、４ｂは、第二ケース側切り欠き３１１の周囲に配置されている。弾性部材４ｃは、第二ケース３１底壁から側壁にかけてコ字状に配置されている。なお、第一ケース３０内面にも、これらの弾性部材４ａ、４ｂ、４ｃとそれぞれ対向する位置に、弾性部材（図略）が配置されている。弾性部材は、圧縮された状態で、イオン交換樹脂カートリッジ２つまり内部ケース２０外面と、外部ケース３内面と、の間に介挿されている。そして、弾性部材はこれら両面に弾接している。
【００２７】
次に、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１が組み込まれた燃料電池システムの冷却回路について説明する。図３に示すように、冷却回路９には、イオン交換樹脂ユニット１と燃料電池９０とラジエター９１とが組み込まれている。冷却回路９には、冷却液が循環している。冷却液は、化学反応により発熱する燃料電池９０を冷却している。イオン交換樹脂ユニット１は、イオン溶出により電位を帯びた冷却水から、電位を除去している。具体的には、燃料電池９０で電位を帯びた冷却水は、流入口２０９からキャップ２０１内に流入する。そして、冷却水は、フィルタ２３ａを介して、イオン交換樹脂２２を通過する。イオン交換樹脂２２を通過することにより、陰イオン、陽イオンが除去されることで、冷却水の電位が除去される。電位が除去された冷却水は、フィルタ２３ｂを介して、第二本体２０３内に流入する。そして、冷却水は、流出口２０７から、ラジエター９１を介して、再び燃料電池９０に流入する。
【００２８】
次に、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１の効果について説明する。本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１の内部ケース２０は、ケース本体２００とキャップ２０１とから構成されている。ケース本体２００は、第一本体２０２と第二本体２０３とから構成されている。そして、これら第一本体２０２、第二本体２０３、キャップ２０１は、全て低極性樹脂のＰＰ製である。このため、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、内部ケース２０内を流れる冷却水に、内部ケース２０からイオンが溶出するおそれが小さい。
【００２９】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、内部ケース２０を金属により形成する場合と比較して、軽量である。このため、組み付け性に優れている。また、イオン交換樹脂カートリッジ２の取り出し作業がやりやすい。
【００３０】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、外部ケース３は第一ケース３０と第二ケース３１とから構成されている。これら両ケースは、冷却水に非接触である。このため、両ケースは例えばＰＰのような低極性樹脂で形成する必要がない。したがって、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、第一ケース３０および第二ケース３１の材料選択の自由度が高い。
【００３１】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１の場合、耐圧性は主に剛性の高い外部ケース３により確保されている。このため、内部ケース２０自体において、耐圧性が高いことは必須ではない。したがって、内部ケース２０を形成する低極性樹脂の材料選択の自由度が高い。
【００３２】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、内部ケース２０外面と外部ケース３内面との間に弾性部材４ａ、４ｂ、４ｃが介挿されている。したがって、ブラケット３１５を介して車両から外部ケース３に伝達される振動が、外部ケース３から内部ケース２０に伝達されるのを抑制することができる。すなわち、弾性部材４ａ、４ｂ、４ｃにより振動を吸収することができる。このため、イオン交換樹脂カートリッジ２のがたつきを抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、第一ケース３０および第二ケース３１は、ガラスファイバ入りＰＡ製である。そして、両ケースの剛性は、内部ケース２０の剛性よりも高く設定されている。このため、冷却水の流体圧により内部ケース２０が膨張しようとしても、内部ケース２０の膨張は両ケースにより規制されてしまう。このため、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１は耐圧性が高い。
【００３４】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、嵌合爪３１０が前記嵌合枠３００に嵌合することにより、第二ケース３１と第一ケース３０とが組み付けられている。このため、外部ケース３の脱着性に優れている。したがって、イオン交換樹脂カートリッジ２の交換が容易である。
【００３５】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、キャップ側ネジ山２１０と前記ボス部側ネジ山２０５とが螺合されることにより、キャップ２０１と第一本体２０２とが組み付けられている。このため、内部ケース２０の脱着性に優れている。したがって、イオン交換樹脂２２自体の交換、リサイクルが容易である。
【００３６】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、第二ケース側回り止めリブ３１２と第一ケース側回り止めリブとの間に、本体側回り止めリブ２１２およびキャップ側回り止めリブ２１３が挟持固定される。このため、キャップ２０１の緩みを抑制することができる。
【００３７】
（２）第二実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、第一ケースに嵌合枠が配置されていない点である。また、第二ケースに嵌合爪が配置されていない点である。また、第一ケースにブラケットが配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００３８】
図４に、本実施形態のイオン交換樹脂ユニットの斜視図を示す。なお、図２と対応する部位については同じ符号で示す。図に示すように、第一ケース３０には、前出の図２に示す嵌合枠３００が配置されていない。同様に、第二ケース３１には、前出の図２に示す嵌合爪３１０が配置されていない。
【００３９】
第一ケース３０の側壁外面には、Ｌ字状に延びるブラケット３０２が配置されている。ブラケット３０２の先端は、第二ケース３１のブラケット３１５に当接している。また、ブラケット３０２の先端には、金属製のカラー３０３がインサート成形されている。このカラー３０３およびブラケット３１５のカラー（図略）を介して、第一ケース３０および第二ケース３１は、車両側部材（図略）にボルト止めされている。
【００４０】
本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１は、第一実施形態のイオン交換樹脂ユニットと同様の効果を有する。
【００４１】
また、本実施形態のイオン交換樹脂ユニット１によると、嵌合枠と嵌合爪とにより第一ケース３０と第二ケース３１とを組み付ける場合と比較して、両ケースを堅牢に組み付けることができる。
【００４２】
（３）その他
以上、本発明のイオン交換樹脂ユニットの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態においては、内部ケース２０を構成する第一本体２０２、第二本体２０３、キャップ２０１を、全てＰＰにより形成した。しかしながら、これらの部材は、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳなどにより形成してもよい。すなわち、低極性樹脂であればよい。
【００４４】
好ましくは、燃料電池システムの冷却回路８のような、比較的高温、高圧条件下で使用する場合は、耐熱性、耐圧性の高い低極性樹脂の方がよい。この場合、耐圧性は外部ケース３により確保できるため、特に、耐熱性の高い低極性樹脂が好ましい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、フィルタ２３ａ、２３ｂをＰＰＳにより形成したが、例えばＰＰやＰＥ、あるいはステンレス鋼により形成してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態においては、キャップ側ネジ山２１０とボス部側ネジ山２０５とを螺合することにより、キャップ２０１と第一本体２０２とを組み付けた。しかしながら、脱着可能であれば組み付け機構は特に限定しない。
【００４７】
また、上記実施形態においては、本発明のイオン交換ユニット１を燃料電池システムの冷却回路９に組み込んで使用した。しかしながら、自動車用エンジンの冷却用不凍液の処理装置に組み込んで使用してもよい。また、浄水器に使用してもよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、一塔混床方式のイオン交換樹脂２２を用いたが、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とをそれぞれ別々のカートリッジ本体に封入する二塔方式であってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態においては、外部ケース３を構成する第一ケース３０、第二ケース３１を、ガラスファイバ入りＰＡ６６により形成したが、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、カーボンなどにより両ケースを形成してもよい。
【００５０】
また、第一実施形態においては、第一ケース３０に嵌合枠３００を、第二ケース３１に嵌合爪３１０を、それぞれ配置したが、この配置は逆であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によると、耐圧性が高く、軽量なイオン交換樹脂ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態のイオン交換樹脂ユニットの分解斜視図である。
【図２】第一実施形態のイオン交換樹脂ユニットの斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】第二実施形態のイオン交換樹脂ユニットの斜視図である。
【図５】従来のイオン交換樹脂ユニットの軸方向断面図である。
【符号の説明】
１：イオン交換樹脂ユニット、２：イオン交換樹脂カートリッジ、２０：内部ケース、２００：ケース本体、２０１：キャップ、２０２：第一本体、２０３：第二本体、２０４：ボス部、２０５：ボス部側ネジ山、２０６：流出筒部、２０７：流出口、２０８：流入筒部、２０９：流入口、２１０：キャップ側ネジ山、２１１：シールリング、２１２：本体側回り止めリブ、２１３：キャップ側回り止めリブ、２２：イオン交換樹脂、２３ａ：フィルタ、２３ｂ：フィルタ、３：外部ケース、３０：第一ケース、３００：嵌合枠、３０１：第一ケース側切り欠き、３０２：ブラケット、３０３：カラー、３１：第二ケース、３１０：嵌合爪、３１１：第二ケース側切り欠き、３１２：第二ケース側回り止めリブ、３１５：ブラケット、３１６：カラー、４ａ：弾性部材、４ｂ：弾性部材、４ｃ：弾性部材、９：冷却回路、９０：燃料電池、９１：ラジエター。
【図１】
2004160366.tif 000003
【図２】
2004160366.tif 000004
【図３】
2004160366.tif 000005
【図４】
2004160366.tif 000006
【図５】
2004160366.tif 000007