(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の冷却水回路に設けられるイオン交換器であって、
上部に開口を有するとともに、導入ポート及び周壁の上部に導出ポートを有する下側ケーシングと、
前記開口に設けられる蓋部と同蓋部から下方に延びるとともに前記周壁の内部に収容される筒状部とを有する上側ケーシングと、
前記上側ケーシングに対して取り付け取り外し可能であって、前記筒状部の内部に一体的に設けられるとともにイオン交換樹脂を収容するカートリッジと、を備え、
前記筒状部にはその内部と前記導出ポートとを連通する連通孔が形成され、
前記上側ケーシングは、前記筒状部の内部に冷却水と共に流入したエアが前記蓋部の下面の直下に滞留することを抑制する滞留抑制構造を有している、
燃料電池用イオン交換器。
【請求項２】
前記連通孔の内周面の上端の高さは前記蓋部の下面の高さと同一とされている、
請求項１に記載の燃料電池用イオン交換器。
【請求項３】
前記蓋部の下面の高さは、前記連通孔に隣接する部位において同連通孔の内周面の上端の高さと同一とされるとともに、前記連通孔から離間するほど下方に位置している、
請求項１に記載の燃料電池用イオン交換器。
【請求項４】
前記上側ケーシングの筒状部の外周面には、前記連通孔を有する筒部が突設され、
前記下側ケーシングの周壁の内周面には、前記筒部が内挿される凹部が形成されている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用イオン交換器。
【請求項５】
燃料電池と、
燃料電池を冷却するための冷却水が流通する冷却水回路と、
前記冷却水回路に設けられる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のイオン交換器と、を備える、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の冷却水回路に設けられるイオン交換器及び同イオン交換器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、燃料電池を冷却するための冷却水が流通する冷却水回路が設けられている。また、冷却水回路には、冷却水に含まれる金属イオンなどをイオン交換樹脂に吸着させて除去するイオン交換器が設けられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のイオン交換器は、冷却水を内部に導入する導入ポート及び冷却水を外部に導出する導出ポートがそれぞれ形成されたケースと、ケースの上部の開口に設けられる蓋と、イオン交換樹脂が収容されるとともに同蓋に固定されたカートリッジとを備えている。蓋の下面には、ケースの内部に収容される筒状部が一体形成されており、同筒状部の内周面に前記カートリッジが取り外し可能に固定されている。また、上記筒状部には、その内部と、導入ポート及び導出ポートのうち上側に位置するポートとを連通する連通孔が形成されている。
【０００４】
特許文献１に記載のイオン交換器においては、導入ポートからケースの内部に冷却水が導入されると、カートリッジの内部を冷却水が通過する際に同冷却水に含まれる金属イオンなどがイオン交換樹脂に吸着される。こうしてイオンが除去された冷却水は、連通孔及び上側のポートを通じてケースの外部に導出される。
【０００５】
また、特許文献１に記載のイオン交換器においては、蓋にカートリッジが固定されているため、ケースから蓋を取り外すと同時にケースからカートリッジが取り外される。また、カートリッジを交換する際に、冷却水回路を構成する配管から導入ポートや接続ポートを取り外さなくとも済む。したがって、カートリッジの交換作業が簡便となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３―２３３４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載のイオン交換器においては、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、筒状部は連通孔よりも上方に内部空間を有しているため、筒状部の内部に冷却水と共に流入したエアが、この内部空間、すなわち蓋の下面の直下に滞留しやすい。そのため、このようにして溜まったエアがイオン交換器から冷却水配管に一度に排出されることがある。その結果、冷却水回路に設けられたポンプにまとまった量のエアが流入することでポンプの吐出不良、所謂、エア噛みが生じたり、まとまった量のエアが燃料電池に流入することで燃料電池の冷却にむらが生じたりするといった問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、まとまった量のエアが燃料電池の冷却水配管に一度に排出されることを抑制することができる燃料電池用イオン交換器及び燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための燃料電池用イオン交換器は、燃料電池の冷却水回路に設けられるものであって、上部に開口を有するとともに、導入ポート及び周壁の上部に導出ポートを有する下側ケーシングと、前記開口に設けられる蓋部と同蓋部から下方に延びるとともに前記周壁の内部に収容される筒状部とを有する上側ケーシングと、前記筒状部の内部に一体的に設けられるとともにイオン交換樹脂を収容するカートリッジと、を備え、前記筒状部にはその内部と前記導出ポートとを連通する連通孔が形成され、前記上側ケーシングは、前記筒状部の内部に冷却水と共に流入したエアが前記蓋部の下面の直下に滞留することを抑制する滞留抑制構造を有している。
【００１０】
同構成によれば、上側ケーシングの蓋部の下面の直下におけるエアの滞留が抑制されるため、筒状部の内部に流入したエアはイオン交換器の外部に円滑に排出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、まとまった量のエアが燃料電池の冷却水配管に一度に排出されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の燃料電池システムにおける冷却水回路の概略図。
【図２】上記燃料電池システムにおけるイオン交換器の分解斜視図。
【図３】上記イオン交換器の斜視図。
【図４】上記イオン交換器を構成する下側ケーシングを上方から視た図。
【図５】上記イオン交換器を構成する上側ケーシングを下方から視た図。
【図６】上記イオン交換器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図６を参照して、一実施形態について説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは車両に搭載されるものである。
図１に示すように、燃料電池システムの冷却水回路９０には、冷却水を吸引して吐出するポンプ９１、燃料電池９２、及び外気との熱交換により冷却水を冷却する熱交換器９３が設けられている。また、冷却水回路９０には、熱交換器９３を迂回する迂回路９４が設けられており、同迂回路９４の途中には、冷却水に含まれるイオンを吸着して除去するイオン交換器１０が設けられている。また、迂回路９４の下流端には、三方弁９５が設けられている。
【００１４】
図２及び図６に示すように、イオン交換器１０は、上部に開口２２を有する下側ケーシング２０と、同開口２２に設けられる蓋部３１と同蓋部３１から下方に延びる筒状部３５とを有する上側ケーシング３０と、筒状部３５の内部に一体的に設けられるとともにイオン交換樹脂４２を収容するカートリッジ４０と、を備えている。下側ケーシング２０、上側ケーシング３０、及びカートリッジ４０は、いずれも硬質樹脂材料によって形成されている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、下側ケーシング２０は円筒状の周壁２１を有しており、同周壁２１の下部及び上部には、円筒状の導入ポート２５及び導出ポート２６がそれぞれ突設されている。
【００１６】
図３に二点鎖線にて示すように、導入ポート２５には、迂回路９４におけるイオン交換器１０よりも上流側の配管を構成する上流側配管５１が接続される。また、導出ポート２６には、迂回路９４におけるイオン交換器１０よりも下流側の配管を構成する下流側配管５２が接続される。
【００１７】
図２、図３及び図６に示すように、周壁２１の上端には、フランジ２３が形成されている。図２及び図４に示すように、フランジ２３の上面には、ガスケット１２（図６参照）が嵌入される環状溝２３１が凹設されており、同環状溝２３１の外周側には、複数の雌ねじ孔２４が周方向に間隔をおいて形成されている。
【００１８】
図２、図３及び図４に示すように、周壁２１には、図示しないボルトにより下側ケーシング２０を車体に固定するための複数のブラケット２７が一体形成されている。
図２、図４及び図６に示すように、周壁２１の上端の内周縁には、第１凹部２１１と第２凹部２１２とが互いに対向して形成されている。第１凹部２１１は導出ポート２６と周方向における同一の位置に形成されている。
【００１９】
図２、図３、図５及び図６に示すように、蓋部３１の上面の外周縁には、フランジ３２が形成されている。図２及び図５に示すように、フランジ３２には、複数のボルト孔３３が周方向に間隔をおいて形成されている。
【００２０】
図５及び図６に示すように、筒状部３５の上部には、連通孔３６１が形成されている。また、筒状部３５の外周面には、連通孔３６１の外周縁から外周側に向けて筒部３６が突設されている。筒状部３５の外周面における筒部３６の反対側には、突部３７が形成されている。
【００２１】
図６に示すように、上側ケーシング３０の筒部３６及び突部３７は、下側ケーシング２０の第１凹部２１１及び第２凹部２１２に内挿されている。連通孔３６１の内周面の上端の高さは上側ケーシング３０の蓋部３１の下面の高さと同一とされている。すなわち、連通孔３６１の内周面の上端と蓋部３１の下面とは直線上に連なっている。また、連通孔３６１の内径と導出ポート２６の内径とは同一とされるとともに、連通孔３６１及び導出ポート２６は同軸上に配置されている。したがって、下側ケーシング２０の周壁２１の内部に筒状部３５が収容された状態において、連通孔３６１によって筒状部３５の内部と導出ポート２６とが連通されている。
【００２２】
図６に示すように、筒状部３５の内周面には、雌ねじ３８が形成されている。
図２及び図６に示すように、カートリッジ４０は円筒状をなしており、同カートリッジ４０の上部及び下部の開口には、網４１がそれぞれ設けられている。各網４１によって、カートリッジ４０からのイオン交換樹脂４２の漏出が阻止される一方、冷却水及びエアの流通が許容されている。
【００２３】
図６に示すように、カートリッジ４０の外周面には、雄ねじ４３が形成されている。上側ケーシング３０の筒状部３５に対して下方からカートリッジ４０を挿入するとともに、カートリッジ４０の雄ねじ４３を上側ケーシング３０の雌ねじ３８に螺入することにより、カートリッジ４０が上側ケーシング３０に対して取り外し可能に固定されている。
【００２４】
イオン交換器１０を組み付ける際には、まず、上側ケーシング３０の筒状部３５にカートリッジ４０を取り付ける。次に、下側ケーシング２０の周壁２１に対して上方から上側ケーシング３０の筒状部３５を挿入するとともに、下側ケーシング２０のフランジ２３の上面と上側ケーシング３０のフランジ３２の下面とを当接させる。次に、図２に示すように、上側ケーシング３０のボルト孔３３にボルト１１をそれぞれ挿通するとともに、同ボルト１１を下側ケーシング２０の雌ねじ孔２４にそれぞれ螺入する。このことにより、図３に示すように、下側ケーシング２０と上側ケーシング３０とが組み付けられる。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
イオン交換器１０においては、導入ポート２５を通じて下側ケーシング２０の内部に冷却水が導入されると、カートリッジ４０を冷却水が通過する際に同冷却水に含まれる金属イオンなどがイオン交換樹脂４２に吸着される。こうしてイオンが除去された冷却水は、連通孔３６１及び導出ポート２６を通じて下側ケーシング２０の外部に導出される。
【００２６】
本実施形態によれば、筒状部３５の内部には連通孔３６１よりも高い空間が存在しないため、筒状部３５の内部に冷却水と共に流入したエアが上側ケーシング３０の蓋部３１の下面の直下に滞留することを抑制することができる。このため、筒状部３５の内部に流入したエアは連通孔３６１及び導出ポート２６を通じてイオン交換器１０の外部に円滑に排出される。したがって、まとまった量のエアが下流側配管５２に一度に排出されることが抑制される。
【００２７】
以上説明した本実施形態に係る燃料電池用イオン交換器及び燃料電池システムによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）上側ケーシング３０の筒状部３５には、その内部と導出ポート２６とを連通する連通孔３６１が形成されている。上側ケーシング３０は、筒状部３５の内部に冷却水と共に流入したエアが蓋部３１の下面の直下に滞留することを抑制する滞留抑制構造を有している。
【００２８】
こうした構成によれば、上側ケーシング３０の蓋部３１の下面の直下におけるエアの滞留が抑制されるため、筒状部３５の内部に流入したエアはイオン交換器１０の外部に円滑に排出される。したがってまとまった量のエアが下流側配管５２に一度に排出されることを抑制することができる。よって、冷却水回路９０に設けられたポンプ９１にまとまった量のエアが流入することでポンプ９１の吐出不良、所謂、エア噛みが生じることを抑制することができる。また、まとまった量のエアが燃料電池９２に流入することで燃料電池９２の冷却にむらが生じることを抑制することができる。
【００２９】
（２）連通孔３６１の内周面の上端の高さが上側ケーシング３０の蓋部３１の下面の高さと同一とされており、筒状部３５の内部には連通孔３６１よりも上方に内部空間が存在しない。このため、蓋部３１の下面の直下にエアが滞留することを抑制することができる。
【００３０】
（３）上側ケーシング３０の筒状部３５の外周面には、連通孔３６１を有する筒部３６が突設されている。下側ケーシング２０の周壁２１の内周面には、筒部３６が内挿される第１凹部２１１が形成されている。
【００３１】
こうした構成によれば、下側ケーシング２０の第１凹部２１１に上側ケーシング３０の筒部３６が内挿されることで連通孔３６１と導出ポート２６とが接続されるため、連通孔３６１と導出ポート２６との間には隙間が生じない。したがって、連通孔３６１と導出ポート２６との間を通じてエアが漏れることを回避することができ、上側ケーシング３０の内部に流入したエアをイオン交換器１０の外部に適切に排出することができる。
【００３２】
（４）下側ケーシング２０の第１凹部２１１及び第２凹部２１２に対して上側ケーシング３０の筒部３６及び突部３７がそれぞれ内挿されている。このため、下側ケーシング２０に対する上側ケーシング３０の周方向の位置決めを簡易且つ的確に行なうことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・突部３７及び第２凹部２１２を省略することもできる。
・筒部３６を省略し、連通孔３６１を単に筒状部３５を貫通する孔に変更することもできる。この場合、第１凹部２１１を省略すればよい。
【００３４】
・図６に二点鎖線にて示すように、蓋部３１の下面３１１の高さが、連通孔３６１に隣接する部位において同連通孔３６１の内周面の上端の高さと同一とされるとともに、連通孔３６１から離間するほど、すなわち同図の右側ほど下方に位置しているものであってもよい。この場合、導入ポート２５を通じて上側ケーシング３０の内部に流入したエアは、筒状部３５の内部を上方に移動して蓋部３１の下面３１１に到達すると、連通孔３６１に近接するほど上方に位置する蓋部３１の下面３１１に案内されながら連通孔３６１に向けて円滑に移動する。そして、連通孔３６１を通じて導出ポート２６から下流側配管５２に排出される。したがって、上側ケーシング３０の蓋部３１の下面３１１の直下にエアが滞留することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…イオン交換器、１１…ボルト、１２…ガスケット、２０…下側ケーシング、２１…周壁、２１１…第１凹部、２１２…第２凹部、２２…開口、２３…フランジ、２３１…環状溝、２４…雌ねじ孔、２５…導入ポート、２６…導出ポート、２７…ブラケット、３０…上側ケーシング、３１…蓋部、３２…フランジ、３３…ボルト孔、３５…筒状部、３６…筒部、３６１…連通孔、３７…突部、３８…雌ねじ、４０…カートリッジ、４１…網、４２…イオン交換樹脂、４３…雄ねじ、５１…上流側配管、５２…下流側配管、９０…冷却水回路、９１…ポンプ、９２…燃料電池、９３…熱交換器、９４…迂回路、９５…三方弁。
【図１】
0006375913.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006375913.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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