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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