JP2003346848A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池冷却システムにおいて、冷却液によ
る電気短絡を防止するため、冷却液への溶出イオンをイ
オン交換材により取り除くものであって、コンパクトで
構造の簡単なものの提供。 【解決手段】 タンク3および/またはチューブ1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
液がイオン交換材4に接触して、冷却液中の溶出イオン
が除去されるようにする。

Description

【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) の端がタンク(3) に連通されて
なる熱交換器において、前記タンク(3) および/または
チューブ(1) 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
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
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5
a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SKF11
0や同SKF110H,SAF12A,SAF12AO
H,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】本発明の熱交換器は、タンク3お
よび/またはチューブ1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】同熱交換器の要部拡大図。
【図3】同熱交換器のタンク3の分解斜視図。
【図4】本発明の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】本発明の他の熱交換器の要部縦断面図。
【図8】本発明のさらに他の熱交換器の要部縦断面図。
【図9】図1〜図3における熱交換器17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。
【符号の説明】 1 チューブ 2 フィン 3 タンク 4 イオン交換材 5 開孔 5a 流入部 5b 流出部 6 仕切 7 カートリッジ連通孔 8 イオン分離カートリッジ 9 ケーシング 10 冷却フィン 11 入口パイプ 12 出口パイプ 13 ネジ部 14 チューブ挿通孔 15 冷却液 16 燃料電池 17 熱交換器 18 補助熱交換器 19 弁 20 イオン交換器 21 ポンプ 22 頭部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 洋一郎 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 大久保 厚 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 新長 秀孝 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 青山 忠道 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 桑原 武 東京都渋谷区代々木三丁目25番3号 東洋 ラジエーター株式会社内 Fターム(参考) 4D025 AA06 AB05 BA07 BA22 BB02 BB16 5H027 AA06 CC06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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) および/またはチューブ(1) 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熱交換器。
  2. 【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熱交
    換器。
  3. 【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熱交換器。
  4. 【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
    有する熱交換器。
  5. 【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熱交換器。
  6. 【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)が配置された熱交換器。
  7. 【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) が設けられた熱交換器。
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