(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列された多数のチューブ(1) とフィン(2) とを有し、夫々のチューブ(1) の両端が一対のタンク(3) に連通されてなる熱交換器において、
前記タンク(3)にイオン交換材(4) を内装し、その熱交換器の内部を流通する冷却液(15)がイオン交換材(4) に接触して、冷却液(15)中の溶出イオンがそのイオン交換材(4) により除去されるように構成したことを特徴とする燃料電池用熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
開孔(5) を有する仕切(6) を前記タンク(3) 内に設け、その仕切(6) の一方側の内部にイオン交換材(4) を内装し、前記冷却液(15)の一部がそのイオン交換材(4) を通り前記仕切(6) の他方側に流出するように構成し、
その仕切(6) の一方側に連通するチューブ(1) の冷却液(15)の流量が、仕切(6) の他方側のそれより少なくなるように構成して、その仕切(6) の一方側内の冷却液(15)の温度を、他方側のそれより低下させることとした燃料電池用熱交換器。
【請求項３】
請求項２において、
前記タンク(3) の側壁にカートリッジ挿通孔(7) が設けられ、
外周に冷却液(15)の流入部(5a)を有すると共に、その端部に冷却液(15)の流出部(5b)を有するイオン分離カートリッジ(8) が、前記カートリッジ挿通孔(7) に着脱自在に挿通されるように構成された燃料電池用熱交換器。
【請求項４】
請求項１において、
前記タンク(3) 内の少なくとも一部に、そのタンク(3) の内面に沿う断面凵状に内装されたイオン交換材(4) を有する燃料電池用熱交換器。
【請求項５】
請求項４において、
断面凹字状に形成されたケーシング(9) 内に、イオン交換材(4) が内装され、そのケーシング(9) の一端面および側面に、冷却液(15)の出入口が開口された燃料電池用熱交換器。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記タンク(3) の前記イオン交換材(4) が内装された部分の外面に、冷却フィン(10)が配置された燃料電池用熱交換器。
【請求項７】
請求項１において、
前記タンク(3) の内面に接着剤を介して、前記イオン交換材(4) が設けられた燃料電池用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池冷却システムにおいて、冷却液中に溶出するイオンを取り除くことができる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の燃料電池の一例として、高分子膜型のスタックを有し、そのスタック内に反応制御のための純水が循環するものが存在する。この純水は、スタック内で温度上昇するため外部の熱交換器で熱交換して冷却される。この純水はスタックに直接接触するが、その際、純水に金属イオンが含まれると液を通して漏電し、電池の電圧低下を招くおそれがある。そのためこの冷却システムにおいて、溶出イオンを取り除く必要がある。
【０００３】
そこで従来、図１０に示す如く、燃料電池16から流出する冷却液を熱交換器17に供給して冷却し、さらに補助熱交換器18によって過冷却し、イオン交換器20で冷却液中のイオンを取り除きポンプ21を介し再び燃料電池16に供給していた。
なお、補助熱交換器18によって過冷却するのは、その補助熱交換器18によって冷却液温度を６０℃以下に下げ、イオン交換器20の熱交換樹脂の性能を保持するためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料電池冷却システムでは、熱交換器17の他に補助熱交換器18及びイオン交換器20を別個に設ける必要があり、装置全体が大型化する傾向にあった。
そこで、本発明はコンパクトで且つ配管等が簡略化された燃料電池冷却システムにおける熱交換器を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、並列された多数のチューブ(1) とフィン(2) とを有し、夫々のチューブ(1) の両端が一対のタンク(3) に連通されてなる熱交換器において、
前記タンク(3)にイオン交換材(4) を内装し、その熱交換器の内部を流通する冷却液(15)がイオン交換材(4) に接触して、冷却液(15)中の溶出イオンがそのイオン交換材(4) により除去されるように構成したことを特徴とする燃料電池用熱交換器である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
開孔(5) を有する仕切(6) を前記タンク(3) 内に設け、その仕切(6) の一方側の内部にイオン交換材(4) を内装し、前記冷却液(15)の一部がそのイオン交換材(4) を通り前記仕切(6) の他方側に流出するように構成し、
その仕切(6) の一方側に連通するチューブ(1) の冷却液(15)の流量が、仕切(6) の他方側のそれより少なくなるように構成して、その仕切(6) の一方側内の冷却液(15)の温度を、他方側のそれより低下させることとした燃料電池用熱交換器である。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記タンク(3) の側壁にカートリッジ挿通孔(7) が設けられ、
外周に冷却液(15)の流入部(5a)を有すると共に、その端部に冷却液(15)の流出部(5b)を有するイオン分離カートリッジ(8) が、前記カートリッジ挿通孔(7) に着脱自在に挿通されるように構成された燃料電池用熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１において、
前記タンク(3) 内の少なくとも一部に、そのタンク(3) の内面に沿う断面凵状に内装されたイオン交換材(4) を有する燃料電池用熱交換器である。
【０００８】
請求項５に記載の本発明は、請求項４において、
断面凹字状に形成されたケーシング(9) 内に、イオン交換材(4) が内装され、そのケーシング(9) の一端面および側面に、冷却液(15)の出入口が開口された燃料電池用熱交換器である。
請求項６に記載の本発明は、請求項４または請求項５において、
前記タンク(3) の前記イオン交換材(4) が内装された部分の外面に、冷却フィン(10)が配置された燃料電池用熱交換器である。
請求項７に記載の本発明は、請求項１において、
前記タンク(3) の内面に接着剤を介して、前記イオン交換材(4) が設けられた燃料電池用熱交換器である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の燃料電池用熱交換器の一部破断説明図であり、図２はその要部縦断面図、図３はその要部組立説明図である。
この燃料電池用熱交換器は、公知の熱交換器の出口側のタンク３内にイオン交換材４を有するイオン分離カートリッジ８を設けたものである。熱交換器17は、多数のチューブ１とフィン２とが並列され、夫々のチューブ１の両端が一対のタンク３に連通されたものである。夫々のタンク３には、入口パイプ11及び出口パイプ12が突設されている。
【００１０】
下部側のタンク３には図２及び図３に示す如く、その左端寄り内面に仕切６が設けられている。この仕切６には開孔５が設けられ、仕切６に近いタンク３の長手方向端面にはカートリッジ連通孔７が設けられている。そして、このカートリッジ連通孔７及び開孔５にイオン分離カートリッジ８が挿通されるものである。イオン分離カートリッジ８は一端部に頭部22を有し、その頭部22の付根部にネジ部13が形成されている。そして筒状に形成されたイオン分離カートリッジ８の内部には、イオン交換材４が収納されている。
【００１１】
また、頭部22に近い位置に複数の流入部５ａが設けられ、イオン分離カートリッジ８の先端には流出部５ｂが設けられている。そしてイオン分離カートリッジ８のネジ部13がタンク３の側端に螺着すると共に、イオン分離カートリッジ８の先端よりの外周が仕切６の開孔５を貫通する。
なお、イオン交換材４としては冷却液中の溶出イオンを吸着する公知のものを利用できる。例えば、三菱化学株式会社製のダイヤイオンＳＫＦ１１０や同ＳＫＦ１１０Ｈ，ＳＡＦ１２Ａ，ＳＡＦ１２ＡＯＨ，ＳＡＦ１０ＤＬ，ダイヤイオンＷＡ３０Ｃ（以上、商品名），その他のスチレン系のインオ交換樹脂を用いることができる。これは夫々球形のゲル型を有し、直径が０．４ｍｍ以上のものである。
【００１２】
このようなイオン交換材４を有するイオン分離カートリッジ８を仕切６の図において左側に装着することにより、仕切６よりも左側に位置するチューブ１内を通過して過冷却された冷却液15はイオン分離カートリッジ８の流入部５ａから流入し、イオン交換材４を通過してイオン分離カートリッジ８の流出部５ｂから流出する。そしてタンク３内で仕切６の右側を流通し、出口パイプ12からそれが流出する。
【００１３】
なお、仕切６の左側の小室内に流入する冷却液15は、イオン交換材４その他によって流通抵抗が大きくなるので、その小室に連通するチューブ１内の冷却液15の流速は仕切６の右側のそれよりも遅くなる。そのため、同一の冷却風がチューブ１及びフィン２の外面側に流通するとすれば、冷却液15はより温度の低いものとなる。そしてその温度が６０℃以下になくように調整され、イオン交換材４の能力を維持する。即ち、イオン交換材４は６０℃以上の冷却液15ではその性能低下が著しくなるものである。このように流量調整するには、イオン分離カートリッジ８における流入部５ａ，流出部５ｂの直径やイオン交換材４の充填量によって、適宜その流量調整が可能である。
【００１４】
次に、図４は下部側のタンク３に収納されるケーシング９であり、そのケーシング９内にイオン交換材４が収納されている。このケーシング９はタンク３の内面に整合する外周を有し、その内面側に流入部５ａが設けられ先端側に流出部５ｂが設けられている。このようなケーシング９は、タンク３内において図５の如く収納される。
なお、この例でも仕切６をタンク３内に設けることができる。
【００１５】
次に、図６は図５の構造においてさらにタンク３の外面に冷却フィン10を設け、イオン交換材４内を流通する冷却液をより冷却し、イオン交換材４の性能を保持するものである。
次に、図７は本発明のタンク３のさらに他の実施の形態であり、この例はタンク３の内面側にイオン交換材４が接着剤等を介して保持されたものである。
【００１６】
さらに図８はタンク３内にイオン交換材４が直接収納されたものである。この場合、イオン交換材４自体がタンク３の出口パイプから流出することを阻止するため、その出口パイプにフィルタを設ける。
このようにしてなる本発明の燃料電池用熱交換器は、図９として表される。即ち、熱交換器17内の一部に過冷却部が仕切６により設けられ、その仕切６に連通するイオン交換器20が熱交換器17内に設けられている。
【００１７】
【発明の作用・効果】
本発明の燃料電池用熱交換器は、タンク３にイオン交換材４を内装し、熱交換器の内部を流通する冷却液15がイオン交換材４に接触して、冷却液15中の溶出イオンがそのイオン交換材４により除去されるように構成したから、熱交換器自体に溶出イオン除去効果をもたせることができる。
【００１８】
上記構成において、開孔５を有する仕切６をタンク３内に設け、その仕切６の一方側の内部にイオン交換材４を内装し、冷却液15の一部がそのイオン交換材４を通り仕切６の他方側に流出するように構成することができる。この場合には、より効果的に溶出イオンを取り除くことができる。さらにイオン交換材４を通過する冷却水の温度をより低下させ、イオン交換能力を一定に保つことができる。
【００１９】
さらには上記構成において、イオン分離カートリッジ８をタンク３のカートリッジ連通孔７に着脱自在に挿通し、そのイオン分離カートリッジ８内にイオン交換材４を収納することができる。それによって、イオン交換材４のイオン除去能力が劣化したときそれを交換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の燃料電池用熱交換器の第１の実施の形態を示す一部破断正面図。
【図２】  同燃料電池用熱交換器の要部拡大図。
【図３】  同燃料電池用熱交換器のタンク３の分解斜視図。
【図４】  本発明の燃料電池用熱交換器に収納されるケーシング９の斜視略図。
【図５】  同ケーシング９の収納状態を示す説明図。
【図６】  同他の例を示すタンク３の斜視説明図。
【図７】  本発明の他の燃料電池用熱交換器の要部縦断面図。
【図８】  本発明のさらに他の燃料電池用熱交換器の要部縦断面図。
【図９】  図１〜図３における燃料電池用熱交換器を含む燃料電池冷却システムのブロック図。
【図１０】  従来型燃料電池冷却システムのブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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