JP2008108483A - イオン交換器とイオン交換器付熱交換器と燃料電池システムと燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン交換器において、イオン交換器を熱交換器に取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付熱交換器を構成できるようにするとともに、タンク内を冷媒が流れることに対する抵抗を小さくすることである。
【解決手段】イオン交換樹脂を内部に有する本体部５２と、本体部５２に固定した上部接続管５４および下部接続管５６を備える。上部接続管５４および下部接続管５６は、ラジエータ１０の上部タンク部２６および下部タンク部２８に対する直接の取り付けおよび取り外しを可能とし、イオン交換器４２をラジエータ１０の外側に一体的に取り付けた状態で、ラジエータ１０に対するイオン交換器４２の取り外しを可能とする。イオン交換器４２を、ラジエータ１０の幅方向片面に対向させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒中のイオンを除去するためのイオン交換器と、イオン交換器付熱交換器と、燃料電池システムと、燃料電池車とに関する。

従来から、環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池を搭載した燃料電池車が考えられ、一部で実用化されている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての反応によって必要な電力を取り出す。この反応により燃料電池スタックは発熱する。この場合、燃料電池スタックの冷却のために、冷却水等の冷媒を流す冷媒経路を設けるとともに、燃料電池スタックに送る冷媒を、ラジエータ等の熱交換器で冷却する。

また、燃料電池スタックに供給される冷媒の少なくとも一部を通過させるイオン交換器を設けて、冷媒中の導電性イオンである金属イオンを取り除くことも考えられている。すなわち、高電圧を発生させる燃料電池では、冷媒中に多くの金属イオンが存在することにより冷媒の導電率が高くなると、冷媒が接触する金属製の部分を介して周辺部に漏電する可能性がある。このため、イオン交換器を設けることによりこの漏電を防止することが考えられている。

また、特許文献１には、燃料電池用冷却装置において、燃料電池を通過した冷却液の一部が、熱交換器を通過せずに、すなわちバイパスして、温調器に送られた後、温調器を通過した冷却液の一部をイオン交換器に送るようにすることが記載されている。

また、特許文献２には、熱交換器において、イオン交換材を収納したイオン分離カートリッジをタンクに挿入した状態で、イオン分離カートリッジをタンクに螺着することが記載されている。この熱交換器においては、熱交換器のチューブを通じてタンクに送られた冷却液が、イオン分離カートリッジに形成された流入部を通じてイオン分離カートリッジ内に送られた後、イオン分離カートリッジの流出部を通じて外部に取り出される。

特開２００２−１７５８２３号公報 特開２００３−３４６８４８号公報

イオン交換器を長期間使用していると、吸着可能なイオンの量である交換容量残存量が少なくなる。このため、一定期間ごと、すなわち定期的に、イオン交換器を、新たなイオン交換器に交換する必要がある。例えば、内部に収容したイオン交換樹脂により冷媒中のイオンを除去するイオン交換器の場合、定期的に、新たなイオン交換樹脂を有するイオン交換器と交換する必要がある。

これに対して、冷媒経路に熱交換器とイオン交換器とを設けた燃料電池システムを搭載した車両である、燃料電池車の場合、従来から、図１２に示すように、ラジエータ１０よりも車両の前側（図１２の左側）にイオン交換器１２を配置することが考えられている。また、ラジエータ１０のすぐ前で、イオン交換器１２よりも後側（図１２の右側）に自動車用空気調和装置を構成するコンデンサ１４を配置することが考えられている。したがって、イオン交換器１２は、ラジエータ１０から前側に大きく離れた位置に配置される。また、イオン交換器１２とラジエータ１０と燃料電池スタック１６とを、ホース等の長い配管１８を介して接続している。

このようにイオン交換器とラジエータとを配管を介して接続する場合、イオン交換器をラジエータに取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付ラジエータとすることができない。

これに対して、特許文献１に記載された燃料電池用冷却装置の場合、イオン交換器をラジエータに取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付ラジエータとすることは考慮されていない。また、特許文献２に記載された熱交換器の場合、熱交換器のタンクの内部にイオン交換材を収納したイオン分離カートリッジを挿入しているが、タンク内にイオン分離カートリッジが存在するため、タンク内を冷媒が流れることに対する抵抗が大きくなる。

本発明の目的は、イオン交換器とイオン交換器付熱交換器と燃料電池システムと燃料電池車とにおいて、イオン交換器を熱交換器に取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付熱交換器を構成できるようにするとともに、タンク内を冷媒が流れることに対する抵抗を小さくすることを目的とする。

本発明に係るイオン交換器は、ラジエータ等の熱交換器の外側に一体的に取り付けた状態で熱交換器に対する取り外しを可能とする冷媒中のイオンを除去するためのイオン交換器であって、熱交換器に直接取り付けるための複数の装着部が設けられていることを特徴とするイオン交換器である。

また、好ましくは、複数の装着部は、熱交換器の上下両端部または水平方向両端部に設けられた入口タンク部と出口タンク部とに取り付け可能な２個の装着部とする。

また、より好ましくは、熱交換器に対して熱交換器の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能とする。

また、より好ましくは、２個の装着部の少なくとも１個の装着部は、内部に冷媒を流通させる接続管とし、入口タンク部または出口タンク部に設けられた通孔またはタンク部側接続管に対する挿入または受け入れを可能とする。

また、より好ましくは、本体部に放熱フィン等の放熱部を結合する。

また、より好ましくは、本体部は、樹脂よりも放熱性の高い材料により造る。より好ましくは、本体部をアルミ合金等の、ステンレス鋼よりも放熱性の高い材料により造る。

また、本発明に係るイオン交換器付熱交換器は、冷媒を受け入れる入口タンク部と、冷媒を取り出す出口タンク部と、入口タンク部および出口タンク部の間に配置されたコア部と、を有する熱交換器を備え、コア部は、入口タンク部および出口タンク部に接続された複数本の伝熱管と、隣り合う伝熱管同士の間に配置された複数のフィンとを有し、熱交換器の外側に、本発明に係るイオン交換器が取り外し可能に一体的に取り付けられていることを特徴とするイオン交換器付熱交換器である。

また、本発明に係るイオン交換器付熱交換器において、好ましくは、入口タンク部に供給された冷媒の一部が、コア部を介さずにイオン交換器に供給され、コア部を介さずに出口タンク部から取り出されるようにする。

また、本発明に係る燃料電池システムは、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池を冷却するための冷媒を流す冷媒経路と、冷媒経路に設けられ、冷媒を冷却する熱交換器と、を備え、熱交換器は、本発明に係るイオン交換器付熱交換器であることを特徴とする燃料電池システムである。

また、本発明に係る燃料電池車は、本発明に係る燃料電池システムを搭載する。

本発明に係るイオン交換器とイオン交換器付熱交換器と燃料電池システムと燃料電池車とによれば、イオン交換器を、熱交換器の外側に一体的に取り付けた状態で熱交換器に対する取り外しを可能とするとともに、熱交換器に直接取り付けるための複数の装着部を設けているので、イオン交換器を熱交換器に取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付熱交換器を構成できる。また、イオン交換器を熱交換器の外側に取り付けることができるようにしているので、熱交換器のタンク内にイオン交換器を挿入しない。このため、タンク内を冷媒が流れることに対する抵抗を小さくできる。

また、イオン交換器を、熱交換器に対して熱交換器の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能とする構成によれば、イオン交換器を熱交換器の近い位置に容易に配置できる。このため、イオン交換器を車両の前部等の狭い空間に配置する場合でも、イオン交換器を、熱交換器に近い交換作業性のよい位置に容易に配置できる。

すなわち、上記の図１２に示したように、ラジエータ１０よりも車両の前側にイオン交換器１２を配置するとともに、ラジエータ１０とイオン交換器１２とをホース等の配管１８を介して接続する場合には、イオン交換器１２がラジエータ１０から大きく前側に離れた位置に配置される可能性がある。このため、イオン交換器１２が車両の前端（図１２の左端）に近づいて、イオン交換器１２を取り外す際に、車両の前側の図示しないバンパーを取り外す等、労力や手間のかかる作業が必要になる可能性がある。

これに対して、イオン交換器を、熱交換器に対して熱交換器の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能とする構成の場合には、イオン交換器を車両に搭載する場合でも、バンパーを取り外すことなく、イオン交換器を熱交換器から取り外し、さらに上方に引き出すことにより、イオン交換器を新たなイオン交換器と容易に交換できる。

また、上記の特許文献２に記載された熱交換器の場合、イオン分離カートリッジをタンクの内部に挿入した状態で、イオン分離カートリッジをタンクに螺着している。ただし、特許文献２に記載された熱交換器の場合には、イオン分離カートリッジを熱交換器から取り外すために、タンクの長さ方向片側にイオン分離カートリッジを引き出す必要があり、車両に搭載した場合には、イオン分離カートリッジをタンクから引き出すことが車体により妨げられやすくなる。このため、特許文献２に記載された熱交換器を車両に搭載した場合に、イオン分離カートリッジを交換することは難しい。

また、本体部に放熱フィン等の放熱部を結合する構成、または本体部を樹脂よりも放熱性の高い材料により造る構成によれば、イオン交換器自体の冷却性能を向上させることができるため、ラジエータ等の熱交換器の機能を補助できて、熱交換器の小型化を図りやすくなる。

また、本発明に係るイオン交換器付熱交換器において、入口タンク部に供給された冷媒の一部が、コア部を介さずにイオン交換器に供給され、コア部を介さずに出口タンク部から取り出されるようにする構成、すなわち、イオン交換器を通過する冷媒がコア部をバイパスするようにする構成によれば、イオン交換器および熱交換器を含む冷却水経路内を流れる冷媒の圧力損失を小さくできる。

［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る第１の実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本実施の形態を示している。図１は、燃料電池システムを構成する燃料電池スタック１６等の複数の部品を冷却するための燃料電池用冷却システム２０を、模式的に示す図である。図１を用いて燃料電池用冷却システム２０の全体構成を説明する。燃料電池用冷却システム２０は、燃料電池スタック１６の冷媒入口（図１の点Ａ）に配管を介して循環ポンプである冷却水ポンプ（ＷＰ）２２の冷媒出口を接続している。また、燃料電池スタック１６の冷媒出口（図１の点Ｂ）に、配管を介して、熱交換器であるラジエータ１０の冷媒入口（図１の点Ｃ）を接続している。燃料電池スタック１６は、アノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電し、必要な電力を取り出す。

また、冷却水ポンプ２２の冷媒入口に、ラジエータ１０の冷媒出口（図１の点Ｄ）を、配管を介して接続している。ラジエータ１０は、車両の前部に搭載して、内部を流れる冷媒と、外部を通過する空気との間で熱交換を行う。なお、冷媒としては、エチレングリコール系の不凍液である、ＬＬＣの着色しないもの等の冷却水を使用している。このような燃料電池スタック１６とラジエータ１０との間で冷却水が循環可能な冷却経路を、第１冷却水経路２４としている。すなわち、第１冷却水経路２４に、燃料電池スタック１６とラジエータ１０とを設けている。

ラジエータ１０は、図２に示すように、入口タンク部である上部タンク部２６および出口タンク部である下部タンク部２８と、上部タンク部２６および下部タンク部２８の間に配置されたコア部３０と、を備える。上部タンク部２６および下部タンク部２８は、ラジエータ１０の上下両端部に水平方向に配置している。また、コア部３０は、上部タンク部２６および下部タンク部２８に接続した複数本の伝熱管３２と、隣り合う伝熱管３２同士の間に配置した複数のフィン３４とを有する。複数本の伝熱管３２は、互いに水平方向に離隔した状態で平行に配置し、伝熱管３２の内部を冷媒が下方向に流れる。

複数のフィン３４は、いわゆる波形フィンで、隣り合う伝熱管３２に接触させている。上部タンク部２６に設けた冷媒入口である冷媒送り込み管３６に、燃料電池スタック１６（図１参照）の冷媒出口（図１の点Ｂ）に通じる配管を接続可能としている。また、下部タンク部２８に設けた冷媒出口である冷媒取り出し管３８に、冷却水ポンプ２２（図１参照）の冷媒入口に通じる配管を接続可能としている。また、コア部３０の幅方向（図２の左右方向）両端に２個のサイドプレート４０を設けて、サイドプレート４０に隣り合うフィン３４を接触させている。

また、図１に戻り、冷却水ポンプ２２の冷媒入口に通じる下部タンク部２８と、燃料電池スタック１６の冷媒出口（図１の点Ｂ）に通じる上部タンク部２６とに、イオン交換器４２を、ラジエータ１０のコア部３０と並列に接続している。また、下部タンク部２８と冷却水ポンプ２２の冷媒入口との間、および、上部タンク部２６と燃料電池スタック１６の冷媒出口（図１の点Ｂ）との間に、第２冷却水経路４４を、冷却水の流通経路に関してラジエータ１０およびイオン交換器４２と並列に接続している。そしてこの第２冷却水経路４４の途中に、ガス圧縮機であるエアコンプレッサ（ＡＣＰ）４６と、インタークーラ４８とを直列に設けている。エアコンプレッサ４６は、図示しないモータにより供給ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。また、インタークーラ４８は、エアコンプレッサ４６で圧縮された供給ガスを冷却する機能を有する。

このような燃料電池用冷却システム２０は、冷却水ポンプ２２を駆動させることにより、ラジエータ１０に冷却水を通過させる。ラジエータ１０を通過した冷却水は、コア部３０を通過する空気との間で熱交換を行って温度低下する、すなわち冷却される。このため、ラジエータ１０を通過した冷却水が燃料電池スタック１６の内部を流れることで、燃料電池スタック１６の温度が過度に上昇することが防止される。また、エアコンプレッサ４６とインタークーラ４８とに低温の冷却水が流れることにより、エアコンプレッサ４６とインタークーラ４８との過度の温度上昇が防止される。

次に、ラジエータ１０とイオン交換器４２とを一体化させることにより構成するイオン交換器付ラジエータ５０を説明する。図２に示すように、イオン交換器４２は、ラジエータ１０の幅方向片側（図２の右側）に、上部タンク部２６および下部タンク部２８の長さ方向一端面（図２の右端面）および片側（図２の右側）のサイドプレート４０の片面（図２の右面）に対向させるように配置している。そしてこの状態で、イオン交換器４２を、上部タンク部２６と下部タンク部２８とに、取り外し可能に配管等を介することなく、すなわち直接取り付けている。このために、イオン交換器４２は、ラジエータ１０の幅方向片面に沿うように、上下方向に長い本体部５２と、本体部５２の上下２個所に固定した複数の装着部である、上部接続管５４と下部接続管５６とを備える。上部接続管５４と下部接続管５６とは、本体部５２の片面（図１の左面）に、ラジエータ１０側に直線状に突出させている。また、本体部５２の他面（図１の右面）である、ラジエータ１０とは反対側に、複数の放熱部である板状の放熱フィン５８を結合している。

本体部５２と放熱フィン５８と上部接続管５４と下部接続管５６とは、樹脂よりも放熱性の高い材料である、アルミ合金等の金属により造っている。なお、本体部５２と放熱フィン５８と上部接続管５４と下部接続管５６とを、アルミ合金よりも放熱性は劣るが、樹脂よりも放熱性は高い、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼等により造ることもできる。

また、本体部５２の内部に、冷却水中の導電性イオンである金属イオンを吸着する図示しないイオン交換樹脂を収容している。イオン交換樹脂は、例えば、玉形のゲル型で、三菱化学株式会社製のダイヤイオンＳＫＦ１１０，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等を使用できる。このようなイオン交換樹脂を本体部５２内に保持するために、例えば本体部５２内の上下に離れた２個所に図示しない仕切り板を設けることもできる。仕切り板には、複数の小孔を形成する。また、イオン交換樹脂を袋入りの状態で使用することもできる。このようなイオン交換樹脂を有するイオン交換器４２に冷却水を通過させることにより、冷却水中に含まれる金属イオンの少なくとも一部が除去される。

一方、図３に示すように、下部タンク部２８の長さ方向一端面（図２の右端面）に位置する壁部に、イオン交換器４２の下部接続管５６を、がたつきなく挿入可能な通孔６０を形成している。また、上部タンク部２６の長さ方向一端面（図１の右端面）に位置する壁部にも、イオン交換器４２の上部接続管５４を、がたつきなく挿入可能な図示しない通孔を形成している。そして、上部接続管５４と下部接続管５６との周囲に、ＥＰＤＭ等の樹脂製またはゴム製の図示しないＯリングを嵌合した状態で、上部タンク部２６の通孔（図示せず）に上部接続管５４を挿入し、下部タンク部２８の通孔６０（図２）に下部接続管５６を挿入している。そしてこの状態で、上部接続管５４と下部接続管５６とを、上部タンク部２６と下部タンク部２８とにそれぞれ結合している。この状態で、上部接続管５４と下部接続管５６との周囲のＯリングは、イオン交換器４２の本体部５２の片面と上部タンク部２６および下部タンク部２８の長さ方向一端面との間で弾性的に圧縮され、上部接続管５４および下部接続管５６と通孔６０との間をシールする。

さらに、この状態で、上部接続管５４と下部接続管５６とを、上部タンク部２６および下部タンク部２８から取り外し可能とする。すなわち、上部接続管５４と下部接続管５６とは、それぞれ上部タンク部２６および下部タンク部２８に対する直接の取り付けおよび取り外しを可能としている。また、イオン交換器４２は、ラジエータ１０に対しラジエータ１０の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能としている。すなわち、イオン交換器４２は、ラジエータ１０に対する着脱を可能としている。

このようにイオン交換器４２をラジエータ１０に一体的に装着することにより、イオン交換器付ラジエータ５０を構成している。イオン交換器付ラジエータ５０において、ラジエータ１０の冷媒送り込み管３６を通じて上部タンク部２６に送り込まれた冷却水の一部は、コア部３０の伝熱管３２を通じて下方向、すなわち、図２の矢印イ方向に下部タンク部２８に向け流れる。また、残りの冷却水は、上部接続管５４を通じてイオン交換器４２の本体部５２に送られる。本体部５２に送られた冷却水は、本体部５２内を同図の矢印ロ方向に流れることにより、イオン交換樹脂により少なくとも一部の導電性イオンが除去され、下部接続管５６を通じてラジエータ１０の下部タンク部２８に送られる。下部タンク部２８に送られた冷却水は、冷媒取り出し管３８を通じてラジエータ１０から取り出される。このように、イオン交換器付ラジエータ５０においては、上部タンク部２６に供給された冷却水の一部がコア部３０を介さずに、イオン交換器４２に供給されるとともに、少なくとも一部の導電性イオンを除去された冷却水がコア部３０を通過することなく下部タンク部２８から取り出されるようにしている。

このようなイオン交換器付ラジエータ５０を含む燃料電池用冷却システム２０と、燃料電池スタック１６とを備える燃料電池システムは、車両に搭載して、走行用モータにより車両を駆動する燃料電池車としている。また、イオン交換器４２とラジエータ１０とは、車両の走行の際の走行風が当たる位置に搭載する。

このようなイオン交換器付ラジエータ５０と燃料電池システムと燃料電池車との場合、イオン交換器４２を、ラジエータ１０の外側に一体的に取り付けた状態でラジエータ１０に対する取り外しを可能とするとともに、ラジエータ１０に直接取り付けるための上部接続管５４と下部接続管５６とを設けている。このため、イオン交換器４２をラジエータ１０に取り外しを可能にしつつ一体化させて取り付けたイオン交換器付ラジエータ５０を構成できる。また、イオン交換器４２をラジエータ１０の外側に取り付けることができるようにしているので、ラジエータ１０の上部タンク部２６および下部タンク部２８内にイオン交換器４２を挿入しない。このため、上部タンク部２６および下部タンク部２８内を冷媒が流れることに対する抵抗を小さくできる。

また、イオン交換器４２を、ラジエータ１０に対してラジエータ１０の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能としているので、イオン交換器４２をラジエータ１０の近い位置に容易に配置できる。このため、イオン交換器４２を車両の前部等の狭い空間に配置する場合でも、イオン交換器４２を、ラジエータ１０に近い交換作業性のよい位置に容易に配置できる。

すなわち、本実施の形態と異なり、上記の図１２に示したように、ラジエータ１０よりも車両の前側にイオン交換器４２を配置するとともに、ラジエータ１０とイオン交換器４２とをホース等の配管１８を介して接続する場合には、イオン交換器４２がラジエータ１０から大きく前側に離れた位置に配置される可能性がある。このため、イオン交換器４２が車両の前端に近づいて、イオン交換器４２を取り外す際に、車両の前側のバンパーを取り外す等、労力や手間のかかる作業が必要となる可能性がある。これに対して、本実施の形態の場合には、図４に示すように、イオン交換器４２を、ラジエータ１０に対してラジエータ１０の幅方向（図４の上下方向）に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能としているので、車両に搭載する場合でも、バンパーを取り外すことなく、イオン交換器４２をラジエータ１０から水平方向（図４の上下方向）に取り外し、さらに上方（図４の表方向）に引き出すことにより、イオン交換器４２を容易に交換できる。

また、イオン交換器４２の本体部５２（図２）に放熱フィン５８を結合するとともに、本体部５２を樹脂よりも放熱性の高い材料により造っているので、イオン交換器４２自体の冷却性能を向上させることができる。このため、イオン交換器４２により、冷却水を冷却するというラジエータ１０の機能を補助できて、ラジエータ１０の小型化を図りやすくなる。このため、イオン交換器付ラジエータ５０を車両の前部により配置しやすくなる。

また、イオン交換器付ラジエータ５０において、ラジエータ１０に供給された冷却水の一部が、コア部３０を介さずにイオン交換器４２に供給され、コア部３０を介さずにラジエータ１０から取り出されるようにしている、すなわち、イオン交換器４２を通過する冷却水がコア部３０をバイパスするようにしているので、イオン交換器４２およびラジエータ１０を含む第１冷却水経路２４内を流れる冷却水の圧力損失を小さくできる。このため、冷却水ポンプ２２を駆動するために要するエネルギを小さくできる。

［第２の発明の実施の形態］
次に、図５から図７は、第２の実施の形態を示している。本実施の形態の場合には、上部タンク部２６と下部タンク部２８（図２、図３参照）との長さ方向一端部の壁部に形成した通孔に、タンク部側接続管である、第２の上部接続管６２と第２の下部接続管（図示せず）とを挿入し、第２の上部接続管６２を上部タンク部２６に、第２の下部接続管を下部タンク部２８に、それぞれ結合している。そして、図５に示すように、第２の上部接続管６２の先端部外周面に形成した凹溝に、ゴム、ＥＰＤＭ等の樹脂等により造ったＯリング６４を係止している。また、図示は省略するが、第２の下部接続管の先端部にも第２の上部接続管６２と同様の凹溝を形成し、同様のＯリングを係止している。

一方、イオン交換器４２に設けた上部接続管５４の先端部外周面の周方向複数個所（図示の例の場合に３個所）に、抜け止め用突部６６（図５）を形成している。そして、上部接続管５４の先端部で抜け止め用突部６６と対応する位置に、締め付けリング６８を嵌合し、締め付けている。締め付けリング６８は、図６、図７に詳しく示すように、欠円環状のリング本体部７０と、リング本体部７０の周方向一端に設けたＬ状突部７２と、周方向他端に設けたＣ状突部７４とを備える。Ｃ状突部７４の先端部をＬ状突部７２の内側に係合可能としている。Ｃ状突部７４の先端部をＬ状突部７２に係合させた状態でのリング本体部７０の内径ｄ₁（図６）は、上部接続管５４の自由状態での先端部の外径ｄ₂（図５）よりもわずかに小さくなる（ｄ₁＜ｄ₂）。

このような締め付けリング６８は、リング本体部７０の直径を弾性的に縮めたり、Ｌ状突部７２とＣ状突部７４とを弾性変形させることにより、Ｌ状突部７２とＣ状突部７４との係合を解除できる。これに対して、Ｌ状突部７２とＣ状突部７４とを係合させた状態では、リング本体部７０の直径の拡大が制限される。また、リング本体部７０の内周面の周方向複数個所（図示の例の場合に３個所）に係止溝７６を形成し、係止溝７６に、上部接続管５４の先端部に設けた抜け止め用突部６６（図５）を係合可能としている。

図５に示すように、上部接続管５４と第２の上部接続管６２とを接続する場合には、Ｏリング６４を係止した第２の上部接続管６２の先端部を、上部接続管５４の先端部内側に、がたつきなく挿入する、すなわち、上部接続管５４は第２の上部接続管６２の先端部を受け入れる。第２の上部接続管６２の先端部外周面と上部接続管５４の先端部内周面との間でＯリング６４を弾性圧縮した状態で、上部接続管５４の先端部周囲に締め付けリング６８を嵌合させ、Ｌ状突部７２とＣ状突部７４とを係合させる。この状態で、上部接続管５４の先端部内周面が第２の上部接続管６２の先端部外周面を締め付けるため、上部接続管５４から第２の上部接続管６２が抜け出ることが防止される。また、締め付けリング６８の係止溝７６に上部接続管５４の抜け止め用突部６６を係合させることにより、締め付けリング６８が上部接続管５４の軸方向に抜け出ることが防止される。

また、図示は省略するが、イオン交換器４２に設けた下部接続管５６（図２、図３参照）の先端部外周面の周方向複数個所にも、上部接続管５４と同様の抜け止め用突部を形成するとともに、下部接続管５６の先端部に、図６，図７に示した締め付けリング６８を嵌合している。そして、下部接続管５６と第２の下部接続管とを、上部接続管５４の場合と同様にして接続するとともに、締め付けリング６８により、下部接続管５６から第２の下部接続管が抜け出ることを防止している。

このようにして上部接続管５４および第２の上部接続管６２を、下部接続管５６および第２の下部接続管をそれぞれ接続する場合には、接続する管５４，６２，５６同士の間の液密性を確保しつつ、接続する管５４，６２，５６同士の着脱作業を容易に行える。接続した管５４，６２，５６同士を分離させる場合には、締め付けリング６８のＬ状突部７２とＣ状突部７４との係合を解除して、締め付けリング６８を上部接続管５４または下部接続管５６の周囲から取り外した後で、上部接続管５４と第２の上部接続管６２とを、または下部接続管５６と第２の下部接続管とをそれぞれ分離させる。

その他の構成および作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。なお、図５において、上部接続管５４や下部接続管５６の先端部を、第２の上部接続管６２または第２の下部接続管に挿入して接続することもできる。

［第３の発明の実施の形態］
次に、図８から図９は、第３の実施の形態を示している。本実施の形態の場合には、イオン交換器４２の本体部５２の幅方向（図８、図９の左右方向）両側面の上下２個所合計４個所に、突部７８を形成している。また、ラジエータ１０の上部タンク部２６と下部タンク部２８（図２、図３参照）の厚さ方向（図９の左右方向）両側面において、上部タンク部２６と下部タンク部２８との長さ方向一端面（図９の上端面）よりも外側（図８の上側）に突出する略Ｌ状の係合用突片８０を形成している。係合用突片８０の先端部に、互いにラジエータ１０の厚さ方向（図９の左右方向）中央側に突出する鈎部８２を形成している。

そして、上記の図２、図３に示した第１の実施の形態の場合と同様に、イオン交換器４２の上部接続管５４をラジエータ１０の上部タンク部２６の通孔に、下部接続管５６を下部タンク部２８の通孔６０（図３参照）にそれぞれ挿入している。そしてこの状態で、本体部５２に設けた突部７８（図８、図９）に、上部タンク部２６と下部タンク部２８とに設けた係合用突片８０の鈎部８２を係合させている。この結果、イオン交換器４２とラジエータ１０との分離が防止される。イオン交換器４２とラジエータ１０とを分離させる場合には、係合用突片８０を弾性変形させて、係合用突片８０の鈎部８２とイオン交換器４２の突部７８との係合を解除する。

このような本実施の形態の場合には、イオン交換器４２の上部接続管５４および上部タンク部２６の通孔と、イオン交換器４２の下部接続管５６（図２、図３参照）および下部タンク部２８の通孔６０（図３参照）との間の液密性を確保しつつ、ラジエータ１０に対するイオン交換器４２の着脱作業を容易に行える。
その他の構成および作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

［第４の発明の実施の形態］
次に、図１０から図１１は、第４の実施の形態を示している。本実施の形態の場合、図１０に示すように、第１冷却水経路２４において、ラジエータ１０の冷媒出口（図１０の点Ｄ）と冷却水ポンプ２２の冷媒入口との間に、イオン交換器４２を接続している。すなわち、図１０に矢印で示す冷却水の流れ方向に関して、ラジエータ１０とイオン交換器４２とを直列に接続している。

このように構成するために、図１１に示すように、イオン交換器４２の本体部５２において、ラジエータ１０と対向する片面（図１１の左面）の上部に、装着部である円柱状の接続用ブロック８４を結合している。接続用ブロック８４は、上記の各実施の形態の場合の上部接続管５４とは異なり、中実状で軸方向の貫通孔を形成していない。その代わりに、本体部５２のラジエータ１０とは反対側（図１１の右側）の壁部の上部に、貫通孔を有する上部接続管５４を結合している。

そして、接続用ブロック８４の周囲に図示しないＯリングを嵌合した状態で、接続用ブロック８４をラジエータ１０の上部タンク部２６に形成した通孔に挿入し、下部接続管５６をラジエータ１０の下部タンク部２８に形成した通孔６０（図３参照）に挿入している。そして、接続用ブロック８４と下部接続管５６とを、上部タンク部２６と下部タンク部２８とに着脱可能に取り付けている。なお、接続用ブロック８４の代わりに、本体部５２の片面に結合した上部接続管の先端部を蓋部により塞いだものを使用してもよい。

このような本実施の形態の場合、ラジエータ１０の上部タンク部２６に、冷媒送り込み管３６を通じて送り込まれた冷却水は、コア部を図１１の矢印イ方向に流れた後、下部タンク部２８を同図の矢印ロ方向に流れ、イオン交換器４２を同図の矢印ハ方向に流れた後でイオン交換器４２の上部接続管５４から取り出される。したがって、上記の各実施の形態の場合と異なり、ラジエータ１０のコア部３０を通過した冷却水の全部が、イオン交換器４２に送られ、冷却水中の金属イオンの少なくとも一部が除去される。

このような本実施の形態の場合、イオン交換器４２に送られる冷却水は、ラジエータ１０のコア部３０をバイパスして流れるものではないため、第１冷却水経路２４（図１０）を流れる冷却水の圧力損失が、上記の各実施の形態の場合よりも大きくなる可能性はある。ただし、ラジエータ１０のコア部３０を通過した冷却水の前部がイオン交換器４２に送られるため、イオン交換器４２に放熱フィン（図２、図３参照）等の放熱部を設けたり、イオン交換器４２を放熱性の高い材料により造ったりしない場合でも、イオン交換器４２に送られる冷却水の温度が低下しやすくなる。
その他の構成および作用については、上記の図１から図４に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

なお、イオン交換器４２のラジエータ１０に対向する片面に上部接続管５４と下部接続管５６と接続用ブロック８４とのいずれも設けず、ラジエータ１０の側に接続管や接続用ブロックを設けて、イオン交換器４２の片面の壁部に形成した通孔に挿入することもできる。この場合、イオン交換器４２の通孔が装着部となる。また、ラジエータ１０のイオン交換器４２に対向する片面の、上部タンク部２６と下部タンク部２８との間に装着部である、接続用ブロックを突出結合して、この接続用ブロックをイオン交換器４２の壁部に形成した通孔に挿入することもできる。また、イオン交換器４２をラジエータ１０等の熱交換器に対しボルト等を用いたねじ止め結合により、一体化したイオン交換器付ラジエータを構成できるようにすることもできる。また、本発明は、熱交換器を、入口タンク部および出口タンク部をコア部の水平方向両端部に設けた、いわゆるサイドタンクサイドフロー型のラジエータとした場合でも実施できる。

本発明の第１の実施の形態のイオン交換器付ラジエータを含んで構成する冷却システムを示す模式図である。 同じくイオン交換器付ラジエータを構成するイオン交換器とラジエータとを分離した状態で示す斜視図である。 同じくラジエータの下部タンク部の通孔にイオン交換器の下部接続管を挿入する状態を示す部分斜視図である。 第１の実施の形態において、燃料電池車にイオン交換器を搭載した場合における、燃料電池システムの一部の構成部品と空気調和装置用のコンデンサとの配置を示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態において、ラジエータの第２の上部接続管とイオン交換器の上部接続管とを接続する状態を、上部接続管に締め付けリングを嵌合させて示す部分断面図である。 図５から締め付けリングのみを取り出して、図５の左右方向から見た図である。 図６のＡ部拡大図である。 本発明の第３の実施の形態において、イオン交換器を示す斜視図である。 同じくラジエータとイオン交換器とを接続した状態を示す、ラジエータの一部とイオン交換器とを上方から見た図である。 本発明の第４の実施の形態のイオン交換器付ラジエータを含んで構成する冷却システムを示す模式図である。 同じくイオン交換器付ラジエータを構成するイオン交換器とラジエータとを分離した状態で示す斜視図である。 従来から考えられている燃料電池車における、燃料電池システムの一部の構成部品と空気調和装置用のコンデンサとの配置を示す模式図である。

符号の説明

１０ ラジエータ、１２ イオン交換器、１４ コンデンサ、１６ 燃料電池スタック、１８ 配管、２０ 燃料電池用冷却システム、２２ 冷却水ポンプ、２４ 第１冷却水経路、２６ 上部タンク部、２８ 下部タンク部、３０ コア部、３２ 伝熱管、３４ フィン、３６ 冷媒送り込み管、３８ 冷媒取り出し管、４０ サイドプレート、４２ イオン交換器、４４ 第２冷却水経路、４６ エアコンプレッサ、４８ インタークーラ、５０ イオン交換器付ラジエータ、５２ 本体部、５４ 上部接続管、５６ 下部接続管、５８ 放熱フィン、６０ 通孔、６２ 第２の上部接続管、６４ Ｏリング、６６ 抜け止め用突部、６８ 締め付けリング、７０ リング本体部、７２ Ｌ状突部、７４ Ｃ状突部、７６ 係止溝、７８ 突部、８０ 係合用突片、８２ 鈎部、８４ 接続用ブロック。

Claims (10)

1. 熱交換器の外側に一体的に取り付けた状態で熱交換器に対する取り外しを可能とする冷媒中のイオンを除去するためのイオン交換器であって、
   熱交換器に直接取り付けるための複数の装着部が設けられていることを特徴とするイオン交換器。
2. 請求項１に記載のイオン交換器において、
   複数の装着部は、熱交換器の上下両端部または水平方向両端部に設けられた入口タンク部と出口タンク部とに取り付け可能な２個の装着部であることを特徴とするイオン交換器。
3. 請求項１または請求項２に記載のイオン交換器において、
   熱交換器に対して熱交換器の幅方向に対向させた状態での取り付けおよび取り外しを可能としていることを特徴とするイオン交換器。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載のイオン交換器において、
   ２個の装着部の少なくとも１個の装着部は、内部に冷媒を流通させる接続管であり、入口タンク部または出口タンク部に設けられた通孔またはタンク部側接続管に対する挿入または受け入れを可能としていることを特徴とするイオン交換器。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載のイオン交換器において、
   本体部に放熱部を結合していることを特徴とするイオン交換器。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１に記載のイオン交換器において、
   本体部は、樹脂よりも放熱性の高い材料により造っていることを特徴とするイオン交換器。
7. 冷媒を受け入れる入口タンク部と、
   冷媒を取り出す出口タンク部と、
   入口タンク部および出口タンク部の間に配置されたコア部と、を有する熱交換器を備え、
   コア部は、入口タンク部および出口タンク部に接続された複数本の伝熱管と、隣り合う伝熱管同士の間に配置された複数のフィンとを有し、
   熱交換器の外側に、請求項１から請求項６のいずれか１に記載のイオン交換器が取り外し可能に一体的に取り付けられていることを特徴とするイオン交換器付熱交換器。
8. 請求項７に記載のイオン交換器付熱交換器において、
   入口タンク部に供給された冷媒の一部が、コア部を介さずにイオン交換器に供給され、コア部を介さずに出口タンク部から取り出されるようにしていることを特徴とするイオン交換器付熱交換器。
9. 酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
   燃料電池を冷却するための冷媒を流す冷媒経路と、
   冷媒経路に設けられ、冷媒を冷却する熱交換器と、を備え、
   熱交換器は、請求項７または請求項８に記載のイオン交換器付熱交換器であることを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項９に記載の燃料電池システムを搭載していることを特徴とする燃料電池車。

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