(57)【要約】【課題】車両への搭載性を向上することができるとともに、イオン交換器内の気体をより確実に排出できるイオン交換器を提供する。【解決手段】イオン交換器１００に、冷媒配管２００上に形成された、筒状体であるケース１０１と、カートリッジ１０２と、を備え、ケース１０１の下底１０１Ｂに、下底１０１Ｂの周縁と中央との間において冷媒配管２００と連通している流入孔１０１Ｆと、下底１０１Ｂの中央部において冷媒配管２００と連通している流出孔１０１Ｅと、が設けられており、カートリッジ１０２は、ケース１０１に装着される上底付き筒状体である筐体１０２Ａと、筐体１０２Ａの中央において鉛直方向に沿って配置されたパイプ部１０２Ｂと、筐体１０２Ａとパイプ部１０２Ｂとの間に充填されたイオン交換樹脂１０２Ｃと、を備え、パイプ部１０２Ｂの下端は、流出孔１０１Ｅに嵌合されており、パイプ部１０２Ｂの上端は冷媒が通過可能に開口している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の冷媒配管上に設けられたイオン交換器であって、
前記冷媒配管から鉛直上向きに突出して形成された、下底付き筒状体である取付部と、
前記取付部に着脱可能に装着されるカートリッジと、
を備え、
前記取付部の前記下底には、前記下底の周縁と中央との間において前記冷媒配管と連通している流入孔と、前記下底の中央部において前記冷媒配管と連通している流出孔と、が設けられており、
前記カートリッジは、
前記取付部に着脱可能に装着される上底付き筒状体である筐体と、
前記筐体の中央において鉛直方向に沿って配置されたパイプ部と、
前記筐体と前記パイプ部との間に充填されたイオン交換樹脂と、
を備え、
前記パイプ部の下端は、前記流出孔に嵌合されており、前記パイプ部の上端は前記冷媒が通過可能に開口しており、
冷媒は、前記流入孔を介して前記冷媒配管から前記筐体内に流入し、前記イオン交換樹脂を通過し、前記パイプ部を前記上端から前記下端に向かって通過し、前記流出孔を介して前記筐体から前記冷媒配管へと流出する、イオン交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換器に関し、燃料電池の冷媒配管に設けられたイオン交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、イオン交換樹脂カートリッジと、イオン交換樹脂カートリッジが収容されるケースと、当該ケースの蓋と、を備えるイオン交換器が記載されている。当該ケースの下部及び上部のそれぞれには、燃料電池へ供給される冷媒が通る配管が接続される出入口ポートが形成されている。そして、冷媒は、ケースの上部の出入口ポートを介してケース内に流入し、上側から下側に向かってイオン交換樹脂を通過し、ケースの下部の出入口ポートを介してケースの外へ流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
本発明者は、冷媒配管上にイオン交換器を搭載することによって、イオン交換器の上部に設けられた出入口ポートを省略して、イオン交換器の車両への搭載性を向上することを新たに考案した。しかし、イオン交換器の上部に設けられた出入口ポートを省略すると、イオン交換器内の上部に溜まった気体をイオン交換器の外に排出しにくくなり、イオン交換樹脂の上部が冷媒から露出してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、車両への搭載性を向上することができるとともに、イオン交換器内の気体をより確実に排出できるイオン交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるイオン交換器は、燃料電池の冷媒配管上に設けられたイオン交換器である。また、前記イオン交換器は、前記冷媒配管から鉛直上向きに突出して形成された、下底付き筒状体である取付部と、前記取付部に着脱可能に装着されるカートリッジと、を備える。また、前記取付部の前記下底には、前記下底の周縁と中央との間において前記冷媒配管と連通している流入孔と、前記下底の中央部において前記冷媒配管と連通している流出孔と、が設けられている。また、前記カートリッジは、前記取付部に着脱可能に装着される上底付き筒状体である筐体と、前記筐体の中央において鉛直方向に沿って配置されたパイプ部と、前記筐体と前記パイプ部との間に充填されたイオン交換樹脂と、を備える。また、前記パイプ部の下端は、前記流出孔に嵌合されており、前記パイプ部の上端は前記冷媒が通過可能に開口している。そして、冷媒は、前記流入孔を介して前記冷媒配管から前記筐体内に流入し、前記イオン交換樹脂を通過し、前記パイプ部を前記上端から前記下端に向かって通過し、前記流出孔を介して前記筐体から前記冷媒配管へと流出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかるイオン交換器によれば、イオン交換器は、燃料電池の冷媒配管上に設けられ、従来のイオン交換器の上部に設けられた出入口ポートを省略できる。これにより、イオン交換器の車両への搭載性を向上することができる。また、冷媒がイオン交換器の取付部の下底に設けられた流入孔を介してイオン交換器内部に流入し、イオン交換樹脂を通過した後、パイプ部を上端から下端に向かって通過し、当該下底に設けられた流出孔を介して流出する。そのため、冷媒がイオン交換樹脂を通過してパイプ部の上端からパイプ部内部に流入する際に、イオン交換樹脂の上部やイオン交換器の上部に溜まった気体も冷媒と一緒にパイプ部内部に流入し、イオン交換器の外部へ排出される。そのため、イオン交換器内の気体をより確実に排出できる。よって、車両への搭載性を向上することができるとともに、イオン交換器内の気体をより確実に排出できるイオン交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるイオン交換器の側面を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるイオン交換器の側面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるイオン交換器の上面を示す図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるイオン交換器１００を冷媒配管２００接続されるパイプ部１０１Ａに略直交する方向から見た側面を示す図である。図２は、イオン交換器１００をパイプ部１０１Ａに略平行な方向から見た側面を示す図である。図３は、イオン交換器１００の上面を示す図である。図４は、イオン交換器１００のＩＶ−ＩＶ矢視断面を示す図である。なお、図４において、図を見やすくするため、イオン交換樹脂１０２Ｃ以外の部材については、断面を示すハッチングを省略している。
【００１０】
実施の形態１にかかるイオン交換器１００は、例えば、図１又は図２に示すように、燃料電池（不図示）へ供給される冷却水（冷媒）が通る冷媒配管２００上に設けられている。具体的には、イオン交換器１００は、冷媒配管２００から実質的に鉛直上向きに突出して形成された取付部としてのケース１０１と、当該ケース１０１に着脱可能に装着されるカートリッジ１０２と、を備える。また、ケース１０１の形状は、図３、図４に示すように、下底１０１Ｂ付きの筒状体である。なお、ケース１０１の形状は、図３、図４に示す円筒形状に限定されるものではなく、角筒形状等であってもよい。
【００１１】
具体的には、ケース１０１は、図４に示すように、パイプ部１０１Ａ、下底１０１Ｂ、円筒部１０１Ｃ、絞り部１０１Ｄ等を備えている。
【００１２】
パイプ部１０１Ａは、冷媒配管２００と接続可能な管状の部材である。なお、ケース１０１が冷媒配管２００と一体的に形成されて、パイプ部１０１Ａは、冷媒配管２００そのものであってもよい。また、パイプ部１０１Ａの内面には、後述する絞り部１０１Ｄが設けられている。そして、パイプ部１０１Ａの内径は、上流側から当該絞り部１０１Ｄまで一定の幅であり、当該絞り部１０１Ｄによって、上流から下流に向かって徐々に小さくなった後、絞り部１０１Ｄの下流側の端から当該パイプ部１０１Ａの下流側に向かうにつれて、徐々に大きくなっている。
【００１３】
下底１０１Ｂは、平面視略円形であり、パイプ部１０１Ａの上部に設けられている。また、下底１０１Ｂの周縁から実質的に鉛直上向きに突出して円筒部１０１Ｃが形成されている。
【００１４】
円筒部１０１Ｃの上部の内面には、カートリッジ１０２の筐体１０２Ａの外面に形成されたねじ山と螺合可能なねじ山が形成されている。また、円筒部１０１Ｃの内面の当該ねじ山の上側には、カートリッジ１０２の筐体１０２Ａの外側に装着されたОリング１０３が当接可能な段差部が形成されている。
【００１５】
絞り１０１Ｄは、パイプ部１０１Ａの内面に設けられた筒状の部材である。絞り部１０１Ｄの内径は、パイプ部１０１Ａの上流から下流に向かって徐々に狭くなっている。また、絞り部１０１Ｄは、パイプ部１０１Ａの、後述する流出孔１０１Ｅよりも上流側であって後述する流入孔１０１Ｆよりも下流側に設けられている。当該絞り部１０１Ｄによって、パイプ部１０１Ａを流れる冷却水の流路が狭くなる。そのため、当該絞り部１０１Ｄの上流側において、パイプ部１０１Ａの上流から流入した冷却水が、イオン交換器１００の内部に流入する冷却水と、イオン交換器１００の内部に流入せずに下流に向かう冷却水とに分けられる。
【００１６】
また、下底１０１Ｂの中央部には、当該中央部から実質的に鉛直上向きに突出した筒状の流出孔１０１Ｅが設けられている。また、当該流出孔１０１Ｅは、パイプ部１０１Ａと連通している。換言すれば、流出孔１０１Ｅは、パイプ部１０１Ａを介して、冷媒配管２００と連通している。また、流出孔１０１Ｅは、カートリッジ１０２のパイプ部１０２Ｂ（後述）の下端を嵌合可能な内径を有している。そして、冷却水は、当該流出孔１０１Ｅを通って、ケース１０１からパイプ部１０１Ａへと流出する。
【００１７】
また、下底１０１Ｂの周縁と中央との間には、流入孔１０１Ｆが設けられている。換言すれば、下底１０１Ｂの周縁と流出孔１０１Ｅとの間に、流入孔１０１Ｆが形成されている。具体的には、下底１０１Ｂの周縁と流出孔１０１Ｅとの間であって、上流側の位置に、流入孔１０１Ｆが形成されている。また、当該流入孔１０１Ｆは、パイプ部１０１Ａと連通している。換言すれば、流入孔１０１Ｆは、パイプ部１０１Ａを介して、冷媒配管２００と連通している。そして、冷却水は、当該流入孔１０１Ｆを通って、パイプ部１０１Ａからケース１０１内へと流入する。なお、流入項１０１Ｆの数及び大きさは、図４に限定されるものではない。
【００１８】
カートリッジ１０２は、図４に示すように、筐体１０２Ａ、パイプ部１０２Ｂ、イオン交換樹脂１０２Ｃ、下底１０２Ｄ等を備えている。
【００１９】
筐体１０２Ａの形状は、上底付きの筒状体である。そして、筐体１０２Ａは、ケース１０１の円筒部１０１Ｃ内に着脱可能に装着される。具体的には、筐体１０２Ａの筒状体の外面には、円筒部１０１Ｃの内面に形成されたねじ山と螺合可能なねじ山が形成されている。また、筐体１０２Ａの外面の当該ねじ山の上側には、Оリング１０３が当接可能な段差部が形成されている。
【００２０】
パイプ部１０２Ｂは、筐体１０２Ａの中央において実質的に鉛直方向に沿って配置されている。具体的には、パイプ部１０２Ｂは、筐体１０２Ａの上底の中央部から実質的に鉛直下向きに突出するように設けられている。また、パイプ部１０２Ｂの下端は、ケース１０１の下底１０１Ｂに設けられた流出孔１０１Ｅ内に嵌合可能な形状を有する。また、パイプ部１０２Ｂの上端は、イオン交換樹脂１０２Ｃを通過した冷却水及びイオン交換器１００内部に溜まった気体が通過可能に開口している。なお、パイプ部１０２Ｂの上端の当該開口は、冷却水及びイオン交換器１００内部に溜まった気体が通過可能な径の大きさ及び数であればよく、図４に示す形状に限定されるものではない。また、パイプ部１０２Ｂの流出孔１０１Ｅ内に嵌合される下端の上側の外面は、下底１０２Ｄの中央孔１０２Ｆ（後述）の内面と嵌合可能な形状を有する。
【００２１】
イオン交換樹脂１０２Ｃは、筐体１０２Ａとパイプ部１０２Ｂとの間に充填されている。具体的には、イオン交換樹脂１０２Ｃは、筐体１０２Ａとパイプ部１０２Ｂと下底１０２Ｄによって囲われる空間に充填されている。なお、イオン交換樹脂１０２Ｃが充填される高さは、図４に示す高さに限定されるものではない。また、パイプ部１０２Ｂの上端の開口部及び下底１０２Ｄに設けられた流入孔１０２Ｅ（後述）には、イオン交換樹脂１０２Ｃの樹脂微粒子の通過を防止するフィルタ（不図示）又はメッシュ（不図示）が適宜配置されてもよい。
【００２２】
下底１０２Ｄは、ケース１０１の円筒部１０１Ｃの内径と実質的に同じ大きさの外径を有する平面視略円形の部材である。また、下底１０２Ｄの周縁は筐体１０２Ａの筒状体の下端と嵌合可能な形状を有している。また、下底１０２Ｄの周縁と中央との間には、流入孔１０２Ｅが設けられている。また、当該流入孔１０２Ｅは、ケース１０１の下底１０１Ｂに設けられた流入孔１０１Ｆと連通している。換言すれば、流入孔１０２Ｅは、流入孔１０１Ｆを介して、パイプ部１０１Ａと連通している。すなわち、流入孔１０２Ｅは、パイプ部１０１Ａを介して、冷媒配管２００と連通している。そして、冷却水は、流入孔１０１Ｆを通って、パイプ部１０１Ａからケース１０１内へと流入した後、当該流入孔１０２Ｅを通って、カートリッジ１０２内へと流入する。また、下底１０２Ｄの中央部には、当該中央部から実質的に鉛直上向きに突出した筒状の中央孔１０２Ｆが形成されている。当該中央孔１０２Ｆの内面は、パイプ部１０２Ｂの下端側の外面と嵌合可能な形状を有する。
【００２３】
そして、筐体１０２Ａの筒状体の下端と下底１０２Ｄの周縁とが嵌合され、パイプ部１０２Ｂの下端側の外面と下底１０２Ｄの中央孔１０２Ｆの内面とが嵌合されることによって、イオン交換樹脂１０２Ｃが充填される空間が形成される。また、当該空間に所定の方法によってイオン交換樹脂１０２Ｃが充填されて、カートリッジ１０２が形成される。そして、カートリッジ１０２の筐体１０２Ａの筒状体の外面の段差部に当接するようにОリング１０３が取り付けられる。また、Оリング１０３が取り付けられたカートリッジ１０２のケース１０１の円筒部１０１Ｃ内にねじ込まれ、カートリッジ１０２のパイプ部１０２Ｂの下端がケース１０１の下底１０１Ｂに設けられた流出孔１０１Ｅ内に嵌合されることによって、カートリッジ１０２がケース１０１に着脱可能に装着される。
【００２４】
次に、図４を参照して、冷却水の流れについて、説明する。まず、冷却水は、冷媒配管２００からパイプ部１０１Ａの上流側へ流入する。次いで、絞り部１０１Ｄの上流側において、パイプ部１０１Ａの上流側に流入した冷却水が、イオン交換器１００の内部に流入する冷却水と、イオン交換器１００の内部に流入せずに下流に向かう冷却水とに分けられる。
【００２５】
次に、絞り部１０１Ｄの上流側において、流入孔１０１Ｆを介して、イオン交換器１００の内部に流入した冷却水は、カートリッジ１０２の下底１０２Ｄに設けられた流入孔１０２Ｅを介して、カートリッジ１０２内に流入する。次いで、カートリッジ１０２内に流入した冷却水は、イオン交換樹脂１０２Ｃを下側から上側に向かって通過する。
【００２６】
次いで、イオン交換樹脂１０２Ｃを通過した冷却水は、パイプ部１０２Ｂの上端の開口を介して、パイプ部１０２Ｂ内へ流入する。パイプ部１０２Ｂ内に流入した冷却水は、パイプ部１０２Ｂ内を上端から下端に向かって通過する。
【００２７】
次いで、パイプ部１０２Ｂの下端に達した冷却水は、流出孔１０１Ｅを介して、パイプ部１０１Ａ内に流入する。ここで、パイプ部１０１Ａ内に流入した冷却水は、絞り部１０１Ｄの上流側において、イオン交換器１００の内部に流入せずに下流に向かった冷却水と合流し、パイプ部１０１Ａの下流に向かって流れる。
【００２８】
以上に説明した実施の形態１にかかるイオン交換器１００によれば、燃料電池の冷媒配管２００に接続されるパイプ部１０１Ａ上に設けられ、従来のイオン交換器の上部に設けられた出入口ポートを省略できる。これにより、イオン交換器１００の車両への搭載性を向上することができる。また、冷却水がイオン交換器１００のケース１０１の下底１０１Ｂに設けられた流入孔１０１Ｆを介してイオン交換器１００内部に流入し、イオン交換樹脂１０２Ｃを通過した後、パイプ部１０２Ｂを上端から下端に向かって通過し、当該下底１０１Ｂに設けられた流出孔１０１Ｅを介して流出する。そのため、冷却水がイオン交換樹脂１０２Ｃを通過してパイプ部１０２Ｂの上端からパイプ部１０２Ｂ内部に流入する際に、イオン交換樹脂１０２Ｃの上部やイオン交換器１００の上部に溜まった気体も冷却水と一緒にパイプ部１０２Ｂ内部に流入し、イオン交換器１００の外部へ排出される。そのため、イオン交換器１００内の気体をより確実に排出できる。よって、車両への搭載性を向上することができるとともに、イオン交換器１００内の気体をより確実に排出できるイオン交換器１００を提供することができる。
【００２９】
特に、カートリッジ１０２をケース１０１に装着した直後では、冷却水がイオン交換器１００内のイオン交換樹脂１０２Ｃの上面まで達しない場合があるため、イオン交換樹脂１０２Ｃの上部には気体が溜まったままの状態となる場合がある。その他、冷却水をイオン交換器１００内に循環させた後においても、様々な要因によって気体がイオン交換器１００内に溜まる可能性がある。そのような場合であっても、本実施の形態１にかかるイオン交換器１００によれば、冷却水とともに気体をイオン交換器１００の外部へ排出することができ、イオン交換樹脂１０２Ｃの上部が冷却水から露出することを防ぐことができる。
【００３０】
また、ケース１０１のパイプ部１０１Ａの内部に、絞り部１０１Ｄを備えるため、冷却水を好適にイオン交換器１００内部へと流入させることができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、カートリッジ１０２とケース１０１との装着方法は、本実施の形態１に限定されるものではない。また、流入孔１０１Ｆ、１０２Ｅ、流出孔１０１Ｅの内径の大きさは、イオン交換器１００に流入させる冷却水の流量や流速等によって最適な大きさに設定可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  イオン交換器
１０１  ケース（取付部）
１０１Ａ  パイプ部
１０１Ｂ  下底
１０１Ｃ  円筒部
１０１Ｄ  絞り部
１０１Ｅ  流出孔
１０１Ｆ  流入孔
１０２  カートリッジ
１０２Ａ  筐体
１０２Ｂ  パイプ部
１０２Ｃ  イオン交換樹脂
１０２Ｄ  下底
１０２Ｅ  流入孔
１０２Ｆ  中央孔
１０３  Оリング
２００  冷媒配管
【図１】
2017176935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2017176935.tif 000006