JP2008027684A - Ion exchanger - Google Patents

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裕 田野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the stay of air in an ion exchanger removing ions contained in a coolant for cooling a fuel cell. <P>SOLUTION: The ion exchanger 1 includes a coolant passage 30 of the fuel cell 20; a container having a ceiling 6 containing an upstream connection hole 7 connected to the coolant passage 36 (30) on the upstream side and a bottom 8 containing a downstream connection hole 9 connected to a coolant passage 37 (30) on the downstream side; and ion exchange resin 2 filled in the container and adsorbing impurities in the coolant. The ion exchanger 1 passes the coolant along the gravity direction from the ceiling 6 to the bottom 8. By inclining the ceiling 6 and installing the upstream connection hole 7 in a region containing the highest point in the gravity direction of the ceiling 6, air (a bubble) 70 is easily moved along the incline of the ceiling 6 and air 70 is easily exhausted to the outside of the ion exchanger 1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池を冷却する冷媒中に含まれるイオンを除去するイオン交換器に関する。   The present invention relates to an ion exchanger that removes ions contained in a refrigerant that cools a fuel cell.

従来より、発熱した燃料電池を冷却する方法として、燃料電池内に冷媒を循環させて冷却する方法が知られている。冷媒は、所定の配管を通って燃料電池内に供給され、燃料電池内の冷媒流路を通り、その後、燃料電池の外部へ排出されて、再び所定の配管内へ戻り、循環する。   Conventionally, as a method for cooling a fuel cell that has generated heat, a method for cooling a fuel cell by circulating a refrigerant is known. The refrigerant is supplied into the fuel cell through a predetermined pipe, passes through the refrigerant flow path in the fuel cell, is then discharged to the outside of the fuel cell, returns to the predetermined pipe, and circulates again.

このように冷媒が循環する際、冷媒中に配管等からイオンが溶出し、冷媒の導電率が高くなってしまうことが知られている。冷媒の導電率が高くなると、燃料電池で生じた電気が冷媒を通して流れ、漏電する恐れがある。その為、冷媒の導電率の上昇を防止する為に、イオン交換器を用いて、冷媒中のイオンを除去することが行われている。イオン交換器には、イオン交換樹脂が充填されている。このイオン交換器内に冷媒を通すことにより、冷媒中のイオンがイオン交換樹脂に吸着され、除去される（例えば、特許文献１参照）。   It is known that when the refrigerant circulates in this way, ions are eluted from the piping or the like into the refrigerant and the conductivity of the refrigerant is increased. When the conductivity of the refrigerant increases, electricity generated in the fuel cell may flow through the refrigerant and cause electric leakage. For this reason, in order to prevent an increase in the conductivity of the refrigerant, ions in the refrigerant are removed using an ion exchanger. The ion exchanger is filled with an ion exchange resin. By passing the refrigerant through the ion exchanger, ions in the refrigerant are adsorbed and removed by the ion exchange resin (see, for example, Patent Document 1).

特開２００５−８５４８２号公報JP 2005-85482 A

ところで、冷媒の循環は、通常、所定のポンプによって行われる。ポンプによって冷媒を循環させると、僅かながら冷媒中に空気が混入する場合がある。空気が混入した冷媒が循環し、イオン交換器内を通過すると、空気がイオン交換器内に滞留してしまう場合がある。空気がイオン交換器内から排出されず、滞留すると、イオン交換器内を冷媒が通過し難くなり、イオン交換器の機能が低下し、問題であった。特に、略水平の天井を有するイオン交換器（例えば、特許文献１参照）においては、天井部分に空気が滞留し易く、問題であった。   Incidentally, the circulation of the refrigerant is usually performed by a predetermined pump. When the refrigerant is circulated by the pump, air may be slightly mixed in the refrigerant. When the refrigerant mixed with air circulates and passes through the ion exchanger, the air may stay in the ion exchanger. If air is not discharged from the ion exchanger and stays there, it becomes difficult for the refrigerant to pass through the ion exchanger and the function of the ion exchanger is lowered, which is a problem. In particular, in an ion exchanger having a substantially horizontal ceiling (for example, refer to Patent Document 1), air easily accumulates in the ceiling portion, which is a problem.

本発明の目的は、イオン交換器内に空気が滞留するのを抑制することである。   An object of the present invention is to suppress the retention of air in the ion exchanger.

本発明に係るイオン交換器は、燃料電池の冷媒流路に備えられるイオン交換器であって、上流側の冷媒流路と接続する上流側接続孔を含む天井と、下流側の冷媒流路と接続する下流側接続孔を含む底とを有する容器と、前記容器内に充填され、冷媒中の不純物を吸着するイオン交換樹脂と、を備え、天井側から底側へ向けて、略重力方向に沿って冷媒を通過させるイオン交換器において、前記天井を傾斜させて、前記上流側接続孔を天井の重力方向の最高点を含む領域に配置することを特徴とする。天井に傾斜を形成し、かつ上流側接続孔を天井の重力方向の最高点を含む領域に配置することにより、イオン交換器内へ入った空気を上流側接続孔から排出し易くする。また、冷媒をイオン交換器の上方から下方へ向けて略重力方向に沿って流すことにより、イオン交換樹脂を押さえ付けることができ、イオン交換樹脂の浮き上がりを抑制出来る。   An ion exchanger according to the present invention is an ion exchanger provided in a refrigerant flow path of a fuel cell, and includes a ceiling including an upstream connection hole connected to an upstream refrigerant flow path, a downstream refrigerant flow path, A container having a bottom including a downstream connection hole to be connected, and an ion exchange resin that is filled in the container and adsorbs impurities in the refrigerant, and is directed in a substantially gravitational direction from the ceiling side to the bottom side. In the ion exchanger that allows the refrigerant to pass along, the ceiling is inclined, and the upstream connection hole is disposed in a region including the highest point in the gravity direction of the ceiling. By forming an inclination in the ceiling and arranging the upstream connection hole in a region including the highest point in the gravity direction of the ceiling, air entering the ion exchanger can be easily discharged from the upstream connection hole. In addition, the ion exchange resin can be pressed by flowing the refrigerant from the upper side to the lower side of the ion exchanger along the substantially gravitational direction, and the floating of the ion exchange resin can be suppressed.

上記イオン交換器において、上流側の冷媒流路および下流側の冷媒流路は、バイパス流路であることが望ましい。燃料電池と接続し、燃料電池を冷却する冷媒流路において、バイパス流路は、冷媒の主たる流れを形成する流路と比較して、冷媒の流量が少ない。このように流量の少ない流路に、イオン交換器を設置することによって、イオン交換器による冷媒の圧力損失を低減することができる。また、イオン交換器内の空気を、冷媒の流れの向きに逆らって排出し易くなる。   In the ion exchanger, it is desirable that the upstream refrigerant flow path and the downstream refrigerant flow path are bypass flow paths. In the refrigerant flow path that is connected to the fuel cell and cools the fuel cell, the bypass flow path has a smaller refrigerant flow rate than the flow path that forms the main flow of the refrigerant. By installing the ion exchanger in the flow path having a small flow rate as described above, the pressure loss of the refrigerant due to the ion exchanger can be reduced. Moreover, it becomes easy to discharge | emit the air in an ion exchanger against the direction of the flow of a refrigerant | coolant.

本発明によれば、イオン交換器内に空気が滞留することを抑制することが出来る。   According to the present invention, it is possible to suppress the retention of air in the ion exchanger.

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係るイオン交換器１を備えた燃料電池システム１０の概略構成を示す図である。燃料電池システム１０は、水素ガスおよび酸化ガスを燃料として発電する燃料電池２０と、燃料電池２０と連絡し、燃料電池２０を冷却する為の冷媒を循環させる冷媒流路３０と、燃料電池で温められた冷媒を冷却するラジエータ４０と、冷媒中のイオンを除去する為のイオン交換器１とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 including an ion exchanger 1 according to the present embodiment. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 20 that generates power using hydrogen gas and oxidant gas as fuel, a refrigerant channel 30 that communicates with the fuel cell 20 and circulates a refrigerant for cooling the fuel cell 20, and is heated by the fuel cell. A radiator 40 for cooling the generated refrigerant and an ion exchanger 1 for removing ions in the refrigerant.

燃料電池２０は、複数のセルを積層したスタックからなる。各セルは、イオン伝導性の電解質膜を含む。電解質膜は、例えば、フッ素系高分子膜からなる。電解質膜の一方の面上には、水素ガスが反応する電極であるアノードが形成されており、他方の面上には、酸化ガスが反応する電極であるカソードが形成されている。電極を備えた電解質膜（Membrane-Electrode Assembly，ＭＥＡ）は、カーボン、アルミニウム等の導電性材料からなる一対のセパレータによって挟持される。各セルのアノードには、図示されない水素ガス供給系より、水素ガスが供給され、かつ各セルのカソードには、図示されない酸化ガス供給系より酸化ガス（通常は、空気）が供給される。アノードでは、以下の（１）式で示される化学反応が進行し、水素からプロトンおよび電子が生成する。   The fuel cell 20 includes a stack in which a plurality of cells are stacked. Each cell includes an ion conductive electrolyte membrane. The electrolyte membrane is made of, for example, a fluorine polymer membrane. An anode that is an electrode that reacts with hydrogen gas is formed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode that is an electrode that reacts with an oxidizing gas is formed on the other surface. An electrolyte membrane (Membrane-Electrode Assembly, MEA) including electrodes is sandwiched between a pair of separators made of a conductive material such as carbon or aluminum. Hydrogen gas is supplied to the anode of each cell from a hydrogen gas supply system (not shown), and oxidizing gas (usually air) is supplied to the cathode of each cell from an oxidation gas supply system (not shown). At the anode, a chemical reaction represented by the following formula (1) proceeds, and protons and electrons are generated from hydrogen.

Ｈ２ → 2Ｈ＋ ＋ 2ｅ− ・・・（１） H 2 → 2H + + 2e − (1)

アノードで生成したプロトンは、電解質膜中を移動し、カソードへ到達する。また電子は、アノードとカソードとの間を連絡する所定の導体（外部回路）中を通り、カソードへ移動する。   Protons generated at the anode move through the electrolyte membrane and reach the cathode. Further, the electrons pass through a predetermined conductor (external circuit) communicating between the anode and the cathode and move to the cathode.

これに対し、カソードでは、以下の（２）式で示される化学反応が進行する。酸素が電解質膜中を移動してきたプロトンと、電子と反応して水を生成する。   On the other hand, at the cathode, a chemical reaction represented by the following formula (2) proceeds. Oxygen reacts with protons that have moved through the electrolyte membrane and electrons to produce water.

(1/2）Ｏ２ ＋ 2Ｈ＋ ＋ 2ｅ− → Ｈ２Ｏ ・・・（２) (1/2) O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O ··· (2)

上記（１）および（２）式の化学反応がアノードおよびカソードにおいて連続的に進行することにより、燃料電池２０が発電する。   The fuel cell 20 generates electric power as the chemical reactions of the above formulas (1) and (2) proceed continuously at the anode and the cathode.

燃料電池２０は、発電に伴って発熱する。その為、発熱した燃料電池２０は冷媒（冷却水）によって冷却される。燃料電池２０内には、冷媒を通過させる為の冷媒流路（図示せず）が備えられる。燃料電池２０内の冷媒流路は、例えば、燃料電池２０の各セルのセパレータ上に形成される。   The fuel cell 20 generates heat with power generation. Therefore, the fuel cell 20 that has generated heat is cooled by the refrigerant (cooling water). The fuel cell 20 is provided with a refrigerant flow path (not shown) for allowing the refrigerant to pass therethrough. The refrigerant flow path in the fuel cell 20 is formed on the separator of each cell of the fuel cell 20, for example.

燃料電池２０を冷却する為の冷媒は、冷媒流路３０を循環する。冷媒流路３０は、主たる流路を形成する配管３１，３２，３３，３４および３５を備える。配管３０はステンレス、アルミニウム等の金属材料や樹脂材料等の公知の材料からなる。配管３５は、燃料電池２０の冷媒入口２２と接続し、配管３１は、燃料電池２０の冷媒出口２１と接続する。冷媒流路３０は、配管３４および配管３５の間に、ポンプ５０を備える。ポンプ５０の駆動によって、配管３１，３２，３３，３４および３５からなる主たる流路を冷媒が循環する。配管３２および配管３３の間に、ラジエータ４０が備えられる。燃料電池２０内で温まった冷媒は、ラジエータ４０内を通過する際、放熱され、冷却される。   A refrigerant for cooling the fuel cell 20 circulates in the refrigerant flow path 30. The refrigerant flow path 30 includes pipes 31, 32, 33, 34, and 35 that form the main flow path. The pipe 30 is made of a known material such as a metal material such as stainless steel or aluminum, or a resin material. The pipe 35 is connected to the refrigerant inlet 22 of the fuel cell 20, and the pipe 31 is connected to the refrigerant outlet 21 of the fuel cell 20. The refrigerant flow path 30 includes a pump 50 between the pipe 34 and the pipe 35. By driving the pump 50, the refrigerant circulates through the main flow path composed of the pipes 31, 32, 33, 34 and 35. A radiator 40 is provided between the pipe 32 and the pipe 33. The refrigerant warmed in the fuel cell 20 is dissipated and cooled when passing through the radiator 40.

本実施形態において、冷媒流路３０は、バイバス流路を備える。バイパス流路とは、冷媒流路３０の内、上記の主たる冷媒流路よりも冷媒の流量が少ない流路である。バイパス流路は、バイパス配管３６およびバイパス配管３７からなる。バイパス配管３６は、一端が配管３１と配管３２との間に配置し、他端がイオン交換器１と接続する。またバイパス配管３７は、一端が配管３３と配管３４の間に配置し、他端がイオン交換器１と接続する。つまり、イオン交換器１は、バイパス配管３６およびバイパス配管３７の間に配置される。イオン交換器１は、圧力損失を低減する等の目的で、バイパス流路に設置されることが好ましい。   In the present embodiment, the refrigerant flow path 30 includes a bypass flow path. The bypass flow path is a flow path having a refrigerant flow rate smaller than that of the main refrigerant flow path in the refrigerant flow path 30. The bypass flow path includes a bypass pipe 36 and a bypass pipe 37. One end of the bypass pipe 36 is disposed between the pipe 31 and the pipe 32, and the other end is connected to the ion exchanger 1. The bypass pipe 37 has one end disposed between the pipe 33 and the pipe 34 and the other end connected to the ion exchanger 1. That is, the ion exchanger 1 is disposed between the bypass pipe 36 and the bypass pipe 37. The ion exchanger 1 is preferably installed in the bypass channel for the purpose of reducing pressure loss.

バイパス配管３７、配管３３および配管３４は、三方弁６０によって連絡している。配管３３の一端は、三方弁６０の第１入口と接続し、バイパス配管３７の一端は、三方弁６０の第２入口と接続する。また配管３４の一端は三方弁６０の出口と接続する。三方弁６０は電磁弁によって構成され、図示されない制御部（Electric Control Unit,ＥＣＵ）
によって制御される。三方弁６０を調節することにより、冷媒流路３０中を流れる冷媒の流量を調節することが出来、バイパス流路（バイパス配管３６および３７）およびイオン交換器１を流れる冷媒の流量を調節することが出来る。 The bypass pipe 37, the pipe 33, and the pipe 34 are connected by a three-way valve 60. One end of the pipe 33 is connected to the first inlet of the three-way valve 60, and one end of the bypass pipe 37 is connected to the second inlet of the three-way valve 60. One end of the pipe 34 is connected to the outlet of the three-way valve 60. The three-way valve 60 is constituted by an electromagnetic valve, and a control unit (Electric Control Unit, ECU) not shown.
Controlled by. By adjusting the three-way valve 60, the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 30 can be adjusted, and the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass flow path (bypass pipes 36 and 37) and the ion exchanger 1 is adjusted. I can do it.

例えば、配管３３と接続する三方弁６０の第１入口と、配管３４と接続する三方弁６０の出口を開いた状態にし、かつ、バイパス配管３７と接続する三方弁６０の第２入口を閉じた状態にすれば、冷媒は、ポンプ５０の駆動により、配管３５、燃料電池２０、配管３１、配管３２、ラジエータ４０、配管３３、および配管３４の順に循環する（図１中の矢印（実線）を参照）。   For example, the first inlet of the three-way valve 60 connected to the pipe 33 and the outlet of the three-way valve 60 connected to the pipe 34 are opened, and the second inlet of the three-way valve 60 connected to the bypass pipe 37 is closed. In this state, the refrigerant circulates in the order of the pipe 35, the fuel cell 20, the pipe 31, the pipe 32, the radiator 40, the pipe 33, and the pipe 34 by driving the pump 50 (the arrow (solid line) in FIG. 1). reference).

ところで、冷媒が循環する際、冷媒流路３０を構成する各配管や、燃料電池２０内部の冷媒流路を構成するセパレータ等からイオンが冷媒中に溶け出す。イオンの溶出は、通常、時間の経過と共に増加する。冷媒中に多くのイオンが溶出し、溶媒のイオン濃度が高くなると、冷媒の導電率も高くなる。冷媒の導電率が高くなると、燃料電池２０の電気が漏電する等の恐れがある。その為、冷媒中のイオンはイオン交換器１によって取り除かれる。   By the way, when the refrigerant circulates, ions are dissolved into the refrigerant from each pipe constituting the refrigerant flow path 30, a separator constituting the refrigerant flow path inside the fuel cell 20, and the like. Ion elution usually increases with time. When many ions are eluted in the refrigerant and the ion concentration of the solvent increases, the conductivity of the refrigerant also increases. If the conductivity of the refrigerant increases, the electricity of the fuel cell 20 may leak. Therefore, ions in the refrigerant are removed by the ion exchanger 1.

冷媒中のイオンを除去する為には、イオン交換器１内に冷媒を通す必要がある。本実施形態においては、イオン交換器１がバイパス流路に設置されている為、冷媒中のイオンを除去する為には、まずバイパス流路に冷媒を通す必要がある。バイパス流路に冷媒を通す為には、三方弁６０を作動させて、第２入口を開く必要がある。第２入口を適度に開くことによって、バイパス流路に冷媒を通すことが出来る（図１中の矢印（破線）を参照）。三方弁６０の開度を調節することにより、配管３１から配管３２へ向けて流れる冷媒を、途中で分岐させて、バイパス配管３６内へ導くことができる。なおイオン交換器１内を通過し、排出された冷媒は、バイパス配管３７を通り、三方弁６０を介して配管３３および配管３４内を流れる冷媒と合流する。   In order to remove ions in the refrigerant, it is necessary to pass the refrigerant through the ion exchanger 1. In this embodiment, since the ion exchanger 1 is installed in the bypass flow path, it is necessary to first pass the refrigerant through the bypass flow path in order to remove ions in the refrigerant. In order to pass the refrigerant through the bypass flow path, it is necessary to operate the three-way valve 60 and open the second inlet. By appropriately opening the second inlet, the refrigerant can be passed through the bypass channel (see the arrow (broken line) in FIG. 1). By adjusting the opening degree of the three-way valve 60, the refrigerant flowing from the pipe 31 toward the pipe 32 can be branched in the middle and guided into the bypass pipe 36. The refrigerant passing through the ion exchanger 1 and passing through the bypass pipe 37 merges with the refrigerant flowing through the pipe 33 and the pipe 34 via the three-way valve 60.

ここで、図２を用いてイオン交換器１の説明を行う。図２は、イオン交換器１の概略構成図である。イオン交換器１は、イオン交換樹脂２を充填したイオン交換室３と、イオン交換室３の上側に配置する上側整流室４と、イオン交換室３の下側に配置する下側整流室５とを備える。上側整流室４の天井６には、バイパス配管３６と接続する上流側接続孔７が備えられる。上側整流室４の天井６は、水平面に対して傾斜している。この傾斜した天井６の重力方向の最高点を含む領域に、上流側接続孔７が配置している。本実施形態において、この領域は、天井６の最も高い位置（頂点）である。これに対し、下側整流室５の底８には、バイパス配管３７と接続する下流側接続孔９が備えられる。下側整流室５の底８は、水平面に対して傾斜している。この傾斜した底８の最も低い位置に、下流側接続孔９が配置している。なお本実施形態において、上側整流室４の天井６は、イオン交換器１の天井となっており、下側整流室５の底８は、イオン交換器１の底となっている。   Here, the ion exchanger 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ion exchanger 1. The ion exchanger 1 includes an ion exchange chamber 3 filled with an ion exchange resin 2, an upper rectification chamber 4 disposed above the ion exchange chamber 3, and a lower rectification chamber 5 disposed below the ion exchange chamber 3. Is provided. An upstream connection hole 7 connected to the bypass pipe 36 is provided in the ceiling 6 of the upper rectifying chamber 4. The ceiling 6 of the upper rectifying chamber 4 is inclined with respect to the horizontal plane. An upstream connection hole 7 is disposed in a region including the highest point in the gravity direction of the inclined ceiling 6. In the present embodiment, this region is the highest position (vertex) of the ceiling 6. On the other hand, the bottom 8 of the lower rectifying chamber 5 is provided with a downstream connection hole 9 connected to the bypass pipe 37. The bottom 8 of the lower rectifying chamber 5 is inclined with respect to the horizontal plane. A downstream connection hole 9 is arranged at the lowest position of the inclined bottom 8. In the present embodiment, the ceiling 6 of the upper rectifying chamber 4 is the ceiling of the ion exchanger 1, and the bottom 8 of the lower rectifying chamber 5 is the bottom of the ion exchanger 1.

イオン交換室３は、上側支持板部材１１と、下側支持板部材１２と、側面部２３とによって囲まれた空間である。この空間内に、イオン交換樹脂２が充填される。イオン交換樹脂２としては、公知のものが用いられる。充填されるイオン交換樹脂２は、粒度の異なる２種類のものからなる。粒状のイオン交換樹脂２間には、冷媒が通過する隙間が備えられる。   The ion exchange chamber 3 is a space surrounded by the upper support plate member 11, the lower support plate member 12, and the side surface portion 23. This space is filled with the ion exchange resin 2. As the ion exchange resin 2, a known one is used. The ion exchange resin 2 to be filled is composed of two types having different particle sizes. Between the granular ion exchange resin 2, a gap through which the refrigerant passes is provided.

上側支持板部材１１は、イオン交換室３と上側整流室４との間を隔て、また下側支持板部材１２は、イオン交換室３と下側整流室５との間を隔てる。イオン交換器１は、全体として１つの容器からなり、この容器の内部が、上側支持板部材１１および下側支持板部材１２によって仕切られ、上側整流室４、イオン交換室３および下側整流室５の３つの空間が形成される。上側支持板部材１１には、上側整流室４とイオン交換室３との間を連通する複数の導入路１３が備えられる。また下側支持板部材１２には、下側整流室５とイオン交換室３との間を連通する複数の排出路１４が備えられる。   The upper support plate member 11 separates the ion exchange chamber 3 from the upper rectification chamber 4, and the lower support plate member 12 separates the ion exchange chamber 3 from the lower rectification chamber 5. The ion exchanger 1 consists of a single container as a whole, and the inside of this container is partitioned by an upper support plate member 11 and a lower support plate member 12, and an upper rectifying chamber 4, an ion exchange chamber 3, and a lower rectifying chamber. Three spaces of 5 are formed. The upper support plate member 11 is provided with a plurality of introduction paths 13 that communicate between the upper rectifying chamber 4 and the ion exchange chamber 3. Further, the lower support plate member 12 is provided with a plurality of discharge paths 14 communicating between the lower rectification chamber 5 and the ion exchange chamber 3.

イオン交換器１は、略重力方向に沿って配置される。イオン交換室３の天井となる上側支持板部材１１と、イオン交換室３の底となる下側支持板部材１２は、略水平に配置される。なおバイパス配管３６およびバイパス配管３７は、略重力方向に沿って配置されている。   The ion exchanger 1 is arrange | positioned along the substantially gravity direction. The upper support plate member 11 serving as the ceiling of the ion exchange chamber 3 and the lower support plate member 12 serving as the bottom of the ion exchange chamber 3 are disposed substantially horizontally. Note that the bypass pipe 36 and the bypass pipe 37 are disposed substantially along the direction of gravity.

バイパス配管３６内を通って来た冷媒は、バイパス配管３６の開口端と接続する上流側接続孔７より上側整流室４内へ入る。上側整流室４内へ入った冷媒は、上側支持板部材１１の各導入路１３を通ってイオン交換室３へ入る。イオン交換室３内に入った冷媒は、イオン交換樹脂２の表面と接触しつつ、イオン交換樹脂２間の隙間を通り、下側支持板部材１２側へ向けて下りながら移動する。この移動の際、冷媒中に含まれていたイオン等の不純物がイオン交換樹脂２に吸着され、除去される。なお冷媒が略重力方向に沿ってイオン交換器１の上側から下側へ向けて流れることにより、イオン交換室３内のイオン交換樹脂２が、下側支持板部材１２等に押し付けられ、イオン交換樹脂２の浮き上がりが防止される。なお、本明細書において、「略重力方向に沿って冷媒が通過する」とは、略重力方向に沿った冷媒流路３０の途中に設置されたイオン交換器１において、イオン交換樹脂２を充填したイオン交換室３内を冷媒が上方から下方へ向けて通過することを意味する。   The refrigerant that has passed through the bypass pipe 36 enters the upper rectifying chamber 4 from the upstream connection hole 7 connected to the opening end of the bypass pipe 36. The refrigerant that has entered the upper rectification chamber 4 enters the ion exchange chamber 3 through each introduction path 13 of the upper support plate member 11. The refrigerant that has entered the ion exchange chamber 3 moves while descending toward the lower support plate member 12 through the gap between the ion exchange resins 2 while being in contact with the surface of the ion exchange resin 2. During this movement, impurities such as ions contained in the refrigerant are adsorbed on the ion exchange resin 2 and removed. In addition, when the refrigerant flows from the upper side to the lower side of the ion exchanger 1 along the substantially gravitational direction, the ion exchange resin 2 in the ion exchange chamber 3 is pressed against the lower support plate member 12 and the like to perform ion exchange. The lift of the resin 2 is prevented. In this specification, “the refrigerant passes along the substantially gravity direction” means that the ion exchange resin 2 is filled in the ion exchanger 1 installed in the middle of the refrigerant flow path 30 along the substantially gravity direction. This means that the refrigerant passes through the ion exchange chamber 3 from above to below.

下側支持板部材１２側へ至った冷媒は、各排出路１４を通って下側整流室５内へ入る。各排出路１４より下側整流室５内へ入った冷媒は、下側整流室５（イオン交換器１）の底８に沿って移動し、下流側接続孔９を通ってイオン交換器１の外部のバイパス配管３７へ排出される。なお排出された冷媒は、バイパス配管３７を通り、配管３４内の冷媒と合流する。   The refrigerant that has reached the lower support plate member 12 enters the lower rectification chamber 5 through each discharge path 14. The refrigerant that has entered the lower rectification chamber 5 from each discharge path 14 moves along the bottom 8 of the lower rectification chamber 5 (ion exchanger 1), passes through the downstream connection hole 9, and flows through the ion exchanger 1. It is discharged to an external bypass pipe 37. The discharged refrigerant passes through the bypass pipe 37 and merges with the refrigerant in the pipe 34.

ところで、冷媒流路３０内に空気が混入する場合がある。空気は、例えば、ポンプ５０の駆動に伴って混入する。場合によっては、冷媒流路３０内に混入した空気がイオン交換器１内に入ることがある。仮に、イオン交換器１に空気が入り、滞留し続けると、空気が冷媒の流れを遮ってしまい、イオン交換器１内を通過する冷媒量が減少し、イオンを吸着する機能が低下する恐れがある。なお本実施形態のような、略重力方向に沿って上方から下方へ向けて冷媒を通過させるイオン交換器１においては、内部に入った空気（気泡）は冷媒の流れの向きに逆らって上昇しようとする為、通常、冷媒の流れに乗せてイオン交換器１の下方より空気（気泡）を排出することは困難である。   Incidentally, air may be mixed in the refrigerant flow path 30. Air is mixed with the driving of the pump 50, for example. In some cases, air mixed in the refrigerant flow path 30 may enter the ion exchanger 1. If air enters the ion exchanger 1 and continues to stay, the air blocks the flow of the refrigerant, and the amount of refrigerant passing through the ion exchanger 1 is reduced, which may reduce the function of adsorbing ions. is there. Note that, in the ion exchanger 1 that allows the refrigerant to pass from the upper side to the lower side along the direction of gravity as in the present embodiment, the air (bubbles) that entered the air exchanger rises against the direction of the refrigerant flow. Therefore, it is usually difficult to discharge air (bubbles) from below the ion exchanger 1 in the refrigerant flow.

本実施形態に係るイオン交換器１は、上流側接続孔７へ向けて漸次、高くなる傾斜した天井６を備える為、内部に空気７０（気泡）が入っても、空気７０を天井６の傾斜に沿わせて上昇させ、上流側接続孔７を通してバイパス配管３６内へ容易に排出させることが出来る（図２における矢印（破線）を参照）。   Since the ion exchanger 1 according to the present embodiment includes the inclined ceiling 6 that gradually increases toward the upstream connection hole 7, even if air 70 (bubbles) enters inside, the air 70 is inclined to the ceiling 6. And can be easily discharged into the bypass pipe 36 through the upstream connection hole 7 (see the arrow (broken line) in FIG. 2).

なお、冷媒流路３０に混入した空気は、例えば、ラジエータ４０に付属するリザーブタンク４１に備えられた所定の栓４２を開放することによって、取り除くことができる（図１中の矢印（白抜）を参照）。   In addition, the air mixed in the refrigerant flow path 30 can be removed by, for example, opening a predetermined stopper 42 provided in the reserve tank 41 attached to the radiator 40 (arrow (white) in FIG. 1). See).

以下、他の実施形態に係るイオン交換器１００について、図３を用いて説明する。図３は、イオン交換器１００の概略構成図である。図３において、図２のイオン交換器１と同様の構成については、同符号を用いて示した。イオン交換器１００は、イオン交換樹脂２を充填したイオン交換室３と、イオン交換室３の上側に配置する上側整流室１０４と、イオン交換室３の下側に配置する下側整流室１０５とを備える。上側整流室１０４は、天井１０６の略中央にバイパス配管３６と接続する上流側接続孔７を有する。天井１０６は、上流側接続孔７へ向けて傾斜し、上流側接続孔７の位置で最も高くなるように設定されている。これに対し、下側整流室１０５は、底１０８の略中央にバイパス配管３７と接続する下流側接続孔９を有する。底１０８は、下流側接続孔９へ向けて傾斜し、下流側接続孔９の位置で最も低くなるように設定されている。イオン交換器１００において、天井１０６に空気（気泡）７０が一時的に滞留しても、天井１０６は上流側接続孔７へ向けて傾斜している為、空気７０は天井１０６の傾斜に沿って上昇し、冷媒の流れの向きに逆らって上流側接続孔７へ入り、バイパス配管３６から排出される（図３中の矢印（破線）を参照）。   Hereinafter, an ion exchanger 100 according to another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the ion exchanger 100. In FIG. 3, the same components as those of the ion exchanger 1 of FIG. The ion exchanger 100 includes an ion exchange chamber 3 filled with the ion exchange resin 2, an upper rectification chamber 104 disposed above the ion exchange chamber 3, and a lower rectification chamber 105 disposed below the ion exchange chamber 3. Is provided. The upper rectifying chamber 104 has an upstream connection hole 7 connected to the bypass pipe 36 at the approximate center of the ceiling 106. The ceiling 106 is inclined toward the upstream connection hole 7 and is set to be highest at the position of the upstream connection hole 7. On the other hand, the lower rectification chamber 105 has a downstream connection hole 9 connected to the bypass pipe 37 at the approximate center of the bottom 108. The bottom 108 is inclined toward the downstream connection hole 9 and is set to be lowest at the position of the downstream connection hole 9. In the ion exchanger 100, even if air (bubbles) 70 temporarily stays on the ceiling 106, the air 106 follows the inclination of the ceiling 106 because the ceiling 106 is inclined toward the upstream connection hole 7. It goes up, enters the upstream connection hole 7 against the direction of the refrigerant flow, and is discharged from the bypass pipe 36 (see the arrow (broken line) in FIG. 3).

更に、他の実施形態において、イオン交換器１，１００を用いてイオンの除去を行う場合、冷媒流路３０の途中に、冷媒中のイオン濃度（導電率）を検出する為のセンサを設置し、このセンサの検出値に基づいて、三方弁６０を作動させてバイパス流路へ冷媒を導入し、イオンの除去を開始してもよい。この場合、所定の制御部（ＥＣＵ）において、予め定められた所定の閾値と、センサの検出値とが比較される。比較の結果、検出値が閾値を超える場合、制御部は、三方弁６０に対して作動させる為の指令を出す。   Furthermore, in other embodiments, when ions are removed using the ion exchangers 1 and 100, a sensor for detecting the ion concentration (conductivity) in the refrigerant is installed in the middle of the refrigerant flow path 30. Based on the detected value of the sensor, the three-way valve 60 may be operated to introduce a refrigerant into the bypass flow path and start removing ions. In this case, a predetermined control unit (ECU) compares a predetermined threshold value determined in advance with a detection value of the sensor. As a result of the comparison, when the detected value exceeds the threshold value, the control unit issues a command for operating the three-way valve 60.

上記実施形態においては、冷媒流路３０に混入した空気（気泡）を、ラジエータ４０に付属するリザーブタンク４１から除去したが、他の実施形態においては、イオン交換器において行ってもよい。例えば、イオン交換器の天井に空気を抜く為の栓を設け、その栓の開閉により空気の除去を行ってもよい。   In the above embodiment, air (bubbles) mixed in the refrigerant flow path 30 is removed from the reserve tank 41 attached to the radiator 40. However, in other embodiments, it may be performed in an ion exchanger. For example, a plug for extracting air may be provided on the ceiling of the ion exchanger, and the air may be removed by opening and closing the plug.

イオン交換器を備えた燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system provided with the ion exchanger. イオン交換器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an ion exchanger. 他の実施形態に係るイオン交換器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ion exchanger which concerns on other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１，１００ イオン交換器、２ イオン交換樹脂、３ イオン交換室、４，１０４ 上側整流室、５，１０５ 下側整流室、６，１０６ 天井、７ 上流側接続孔、８，１０８ 底、９ 下流側接続孔、１０ 燃料電池システム、１１ 上側支持板部材、１２ 下側支持板部材、１３ 導入路、１４ 排出路、２０ 燃料電池、２１ 冷媒出口、２２ 冷媒入口、３０ 冷媒流路、４０ ラジエータ、４１ リザーブタンク、４２ 栓、５０ ポンプ、６０ 三方弁、７０ 空気（気泡）。   1,100 ion exchanger, 2 ion exchange resin, 3 ion exchange chamber, 4,104 upper rectifying chamber, 5,105 lower rectifying chamber, 6,106 ceiling, 7 upstream connection hole, 8,108 bottom, 9 downstream Side connection hole, 10 fuel cell system, 11 upper support plate member, 12 lower support plate member, 13 introduction path, 14 discharge path, 20 fuel cell, 21 refrigerant outlet, 22 refrigerant inlet, 30 refrigerant flow path, 40 radiator, 41 reserve tank, 42 stopper, 50 pump, 60 three-way valve, 70 air (bubbles).

Claims (2)

燃料電池の冷媒流路に備えられるイオン交換器であって、
上流側の冷媒流路と接続する上流側接続孔を含む天井と、下流側の冷媒流路と接続する下流側接続孔を含む底とを有する容器と、
前記容器内に充填され、冷媒中の不純物を吸着するイオン交換樹脂と、を備え、
天井側から底側へ向けて、略重力方向に沿って冷媒を通過させるイオン交換器において、
前記天井を傾斜させて、前記上流側接続孔を天井の重力方向の最高点を含む領域に配置することを特徴とするイオン交換器。 An ion exchanger provided in a refrigerant flow path of a fuel cell,
A container having a ceiling including an upstream connection hole connected to an upstream refrigerant flow path and a bottom including a downstream connection hole connected to a downstream refrigerant flow path;
An ion exchange resin filled in the container and adsorbing impurities in the refrigerant,
In the ion exchanger that allows the refrigerant to pass along a substantially gravitational direction from the ceiling side to the bottom side,
The ion exchanger is characterized in that the ceiling is inclined and the upstream connection hole is disposed in a region including the highest point in the gravity direction of the ceiling. 請求項１記載のイオン交換器において、
前記上流側の冷媒流路および前記下流側の冷媒流路は、バイパス流路であることを特徴とするイオン交換器。 The ion exchanger according to claim 1, wherein
The ion exchanger according to claim 1, wherein the upstream refrigerant flow path and the downstream refrigerant flow path are bypass flow paths.
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