JP2010198796A - Ion exchange device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchange device for adjusting the flow rate of cooling water passing an ion exchange resin with a simple structure. <P>SOLUTION: A plurality of passages 25A, 25B, 25C are juxtaposed in a part of a cooling water passage. Housing chambers 26A, 26B, 26C are provided in the respective passages 25A, 25B, 25C, and ion exchange resins 27 to exchange ions of cooling water are housed in those housing chambers 26A, 26B, 26C. The valves 34A, 34B of a distribution mechanism 33 to distribute cooling water to the respective housing chambers 26A, 26B, 26C are provided at the branch portion of the respective passages 25A, 25B, 25C. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池の冷却システムにおいて、冷却水に含まれる不純物イオンをイオン交換により吸着して除去するためのイオン交換装置に関するものである。   The present invention relates to an ion exchange device for adsorbing and removing impurity ions contained in cooling water by ion exchange in a fuel cell cooling system.

イオン交換装置を設けた燃料電池の冷却システムにおいては、漏電を防止するために冷却水の電気伝導度を低く保持する必要があり、そのため、イオン交換装置により冷却水中のイオンが除去される。この場合、燃料電池装置にはタイプの異なるものが種々あり、燃料電池に対する負荷が同じであっても、イオン交換装置を通過する冷却水の量が異なる。例えば、燃料電池装置が高負荷される場合は、燃料電池に対する冷却機能をアップさせるために、イオン交換装置を通過する冷却水の量を制限して、要冷却部に流れる冷却水の量を多くする構成や、逆に燃料電池装置の高負荷運転時のパワーを利用してイオン交換樹脂を通過する冷却水の量をより多くして、イオン交換を積極的に行わせるようにした構成がある。   In a fuel cell cooling system provided with an ion exchange device, it is necessary to keep the electrical conductivity of the cooling water low in order to prevent leakage, and therefore ions in the cooling water are removed by the ion exchange device. In this case, there are various types of fuel cell devices, and the amount of cooling water passing through the ion exchange device differs even when the load on the fuel cell is the same. For example, when the fuel cell device is heavily loaded, in order to increase the cooling function for the fuel cell, the amount of cooling water that passes through the ion exchange device is limited to increase the amount of cooling water that flows to the required cooling section. In contrast, there is a configuration in which the amount of cooling water passing through the ion exchange resin is increased by using the power during high load operation of the fuel cell device, and the ion exchange is actively performed. .

そして、この種のイオン交換装置としては、例えば特許文献１に開示されるような構成が提案されている。この従来構成においては、円筒状の容器内に冷却水のイオンを交換するためのイオン交換樹脂が収容されている。容器の底面には、容器内に冷却水を導入するための入口が形成されている。容器の上面には容器内から冷却水を導出するための出口が形成され、その出口には固定開口量のオリフィス部が設けられている。そして、このオリフィス部の絞り程度に応じて、容器内のイオン交換樹脂を通過する冷却水の流量が調節される。   And as this kind of ion exchange apparatus, the structure which is disclosed by patent document 1, for example is proposed. In this conventional configuration, an ion exchange resin for exchanging ions of cooling water is accommodated in a cylindrical container. An inlet for introducing cooling water into the container is formed on the bottom surface of the container. An outlet for leading cooling water out of the container is formed on the upper surface of the container, and an orifice portion having a fixed opening amount is provided at the outlet. The flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin in the container is adjusted according to the degree of restriction of the orifice part.

特開２００５−１６１１１７号公報JP 2005-161117 A

従って、この特許文献１の従来のイオン交換装置では、オリフィス部による流量調節作用を用いているために、イオン交換樹脂に対する冷却水の通過量調節が、オリフィス部の絞り量によって規定される。このため、燃料電池装置の運転状態に応じて冷却水の通過量を調節することは困難である。通過量の調節を可能にするためには、固定絞り量のオリフィス部の構成に代えて、可変オリフィスの構成を用いる必要がある。しかしながら、この可変オリフィスは、複雑な構造であるとともに、その可変オリフィスの開度を制御する構成、例えば運転状態を検出する検出器や、運転状態に応じた開度を決定するためのプログラム等が必要になり、全体として煩雑な構成を必要とした。   Therefore, in the conventional ion exchange device of Patent Document 1, since the flow rate adjusting action by the orifice part is used, the adjustment of the passing amount of the cooling water with respect to the ion exchange resin is defined by the throttle amount of the orifice part. For this reason, it is difficult to adjust the passing amount of the cooling water according to the operating state of the fuel cell device. In order to make it possible to adjust the passage amount, it is necessary to use a variable orifice configuration instead of the fixed throttle amount orifice configuration. However, this variable orifice has a complicated structure, and a configuration for controlling the opening of the variable orifice, for example, a detector for detecting the operating state, a program for determining the opening according to the operating state, etc. As a whole, a complicated configuration is required.

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、イオン交換樹脂を通過する冷却水の流量を、イオン交換樹脂そのものを流動抵抗の発生源として利用することにより、構成を簡素化できるイオン交換装置を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art. An object of the present invention is to provide an ion exchange apparatus capable of simplifying the configuration by using the flow rate of cooling water passing through the ion exchange resin as a flow resistance generating source.

上記の目的を達成するために、この発明は、冷却水のイオンを交換するためのイオン交換樹脂を設けた燃料電池のイオン交換装置において、冷却水路の一部に設けられ、イオン交換樹脂を収容した複数の収容室と、冷却水に対してその流速に応じた流動抵抗が前記イオン交換樹脂によって付与されるように、収容室への冷却水の分配ルートを選択する分配手段とを備えたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides an ion exchange apparatus for a fuel cell provided with an ion exchange resin for exchanging ions of cooling water. A plurality of storage chambers, and a distribution means for selecting a distribution route of the cooling water to the storage chamber so that the flow resistance corresponding to the flow rate of the cooling water is given by the ion exchange resin. It is characterized by.

従って、この発明のイオン交換装置においては、冷却水路中の冷却水の流速等に応じて、分配手段により冷却水が複数の収容室に対して選択された分配ルートで分配される。この分配により、各収容室に収容されたイオン交換樹脂自体を流動抵抗の発生源として用いて、イオン交換樹脂を通過する冷却水の流量が各収容室内のイオン交換樹脂によって調節される。よって、可変バルブを設けることなく、簡単な構成によりイオン交換樹脂に対する冷却水の流量を、広範囲にわたり調節することができる。   Therefore, in the ion exchange device of the present invention, the cooling water is distributed to the plurality of storage chambers by the distribution means according to the flow rate of the cooling water in the cooling water channel. By this distribution, the flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin is adjusted by the ion exchange resin in each storage chamber using the ion exchange resin itself stored in each storage chamber as a source of flow resistance. Therefore, the flow rate of the cooling water with respect to the ion exchange resin can be adjusted over a wide range with a simple configuration without providing a variable valve.

また、前記の構成において、前記収容室は、冷却水路に並設された配管路中に設けるとよい。
さらに、前記の構成において、前記分配手段を、各配管路の分岐部に設けられ、冷却水の流速に応じて開閉されるバルブにより構成するとよい。このように構成した場合には、冷却水の流速に応じてバルブが開閉されることにより、収容室に対する冷却水の分配を自動的に変更することができて、イオン交換樹脂に対する冷却水の流量を冷却水の流速を利用して効果的に調節することができる。 Moreover, the said structure WHEREIN: It is good to provide the said storage chamber in the piping line provided in parallel with the cooling water channel.
Furthermore, in the above-described configuration, the distribution means may be configured by a valve provided at a branch portion of each pipeline and opened and closed according to the flow rate of the cooling water. In such a configuration, the distribution of the cooling water to the storage chamber can be automatically changed by opening and closing the valve according to the flow rate of the cooling water, and the flow rate of the cooling water to the ion exchange resin can be changed. Can be effectively adjusted using the flow rate of the cooling water.

前記の構成において、前記分配手段は、流速が速い場合に冷却水に対して高い流動抵抗が付与されるように分配ルートを選択するようにするとよい。
また、前記の構成において、前記分配手段は、流速が遅い場合に冷却水に対して高い流動抵抗が付与されるように分配ルートを選択するようにしてもよい。 In the above configuration, the distribution means may select a distribution route so that a high flow resistance is imparted to the cooling water when the flow velocity is high.
In the above configuration, the distribution unit may select a distribution route so that a high flow resistance is imparted to the cooling water when the flow velocity is low.

以上のように、この発明によれば、イオン交換樹脂を通過する冷却水の流量を、イオン交換樹脂自体を流動抵抗の発生源として広範囲にわたり調節することができるため、構成が簡単になるという効果を発揮する。   As described above, according to the present invention, the flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin can be adjusted over a wide range using the ion exchange resin itself as a source of flow resistance, and thus the structure is simplified. Demonstrate.

この発明を具体化したイオン交換装置を備える燃料電池の冷却システム示す回路図。The circuit diagram which shows the cooling system of a fuel cell provided with the ion exchange apparatus which actualized this invention. 第１実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 1st Embodiment. 第２実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 2nd Embodiment. 第３実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 3rd Embodiment. 第４実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 4th Embodiment. 第５実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 5th Embodiment. 第６実施形態のイオン交換装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the ion exchange apparatus of 6th Embodiment. 変更例のイオン交換装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the ion exchange apparatus of the example of a change. 別の変更例のイオン交換装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the ion exchange apparatus of another modification.

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１及び図２に従って説明する。
図１に示すように、この実施形態の燃料電池の冷却システムにおいては、燃料電池１１に冷却水の循環配管１２が接続され、その循環配管１２中には冷却水を循環させるためのポンプ１３が設けられている。ポンプ１３の上流側の循環配管１２には、熱交換器１４が接続されている。この熱交換器１４はラジエータ１５と、そのラジエータ１５に空気を吹き付けるための送風ファン１６とにより構成されている。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, in the fuel cell cooling system of this embodiment, a cooling water circulation pipe 12 is connected to the fuel cell 11, and a pump 13 for circulating the cooling water is provided in the circulation pipe 12. Is provided. A heat exchanger 14 is connected to the circulation pipe 12 on the upstream side of the pump 13. The heat exchanger 14 includes a radiator 15 and a blower fan 16 for blowing air onto the radiator 15.

前記冷却水として水にエチレングリコール（不凍液）を含有した液体が用いられている。そして、前記燃料電池１１内に多数枚積層された図示しない発電セルにより、水素ガスと酸素ガスとが反応して発電が行われる際に、発電セルから発生する熱と、冷却水の熱との温度差により熱交換されて、燃料電池１１の発電セルが冷却される。この冷却により、発電セルが過熱して発電不能に陥るおそれが防止される。   As the cooling water, a liquid containing ethylene glycol (antifreeze) in water is used. When a power generation cell (not shown) stacked in the fuel cell 11 reacts with hydrogen gas and oxygen gas to generate power, the heat generated from the power generation cell and the heat of the cooling water Heat exchange is performed by the temperature difference, and the power generation cell of the fuel cell 11 is cooled. This cooling prevents the possibility that the power generation cell will overheat and become unable to generate power.

前記循環配管１２には、冷却水路としてのバイパス配管１７がポンプ１３及びラジエータ１５と並列に接続されている。バイパス配管１７には、イオン交換装置１８が接続されている。そして、循環配管１２内に循環される冷却水の一部がバイパス配管１７を介して、イオン交換装置１８を通過することにより、冷却水に含まれる不純物イオンが後述のイオン交換樹脂に吸着されて除去される。なお、バイパス配管１７において、イオン交換装置１８の上流側には図示しない流量調整弁が設けられ、イオン交換装置１８側に流れる冷却水の量が多すぎないように制限される。   A bypass pipe 17 as a cooling water channel is connected to the circulation pipe 12 in parallel with the pump 13 and the radiator 15. An ion exchange device 18 is connected to the bypass pipe 17. Then, a part of the cooling water circulated in the circulation pipe 12 passes through the ion exchange device 18 via the bypass pipe 17 so that the impurity ions contained in the cooling water are adsorbed by the ion exchange resin described later. Removed. In the bypass pipe 17, a flow rate adjustment valve (not shown) is provided on the upstream side of the ion exchange device 18, and is restricted so that the amount of cooling water flowing to the ion exchange device 18 side is not too large.

そして、前記循環配管１２内の冷却水に含まれるエチレングリコールが加熱分解されると、ギ酸が生成され、このギ酸によりマイナスのイオンが生成される。また、ギ酸が循環配管１２の内面と反応すると、プラスのイオンも生成される。このようにして、冷却水はマイナスのイオンとプラスのイオンが混在した不純物イオンを含有する。このイオンは電荷を持っているため、冷却水に含まれる不純物イオンの濃度が高くなるほど、冷却水の電気伝導度が高くなり、燃料電池１１で発電された電気が冷却水を媒体として外部に漏洩しやすくなる。このような不具合を解消するために、前記イオン交換装置１８により冷却水に含まれる不純物イオンが除去されることにより、冷却水の電気伝導度の高まりが抑制される。   When ethylene glycol contained in the cooling water in the circulation pipe 12 is thermally decomposed, formic acid is generated, and negative ions are generated by the formic acid. Further, when formic acid reacts with the inner surface of the circulation pipe 12, positive ions are also generated. Thus, the cooling water contains impurity ions in which negative ions and positive ions are mixed. Since these ions have electric charges, the higher the concentration of impurity ions contained in the cooling water, the higher the electric conductivity of the cooling water, and the electricity generated by the fuel cell 11 leaks to the outside using the cooling water as a medium. It becomes easy to do. In order to eliminate such problems, the ion exchanger 18 removes impurity ions contained in the cooling water, thereby suppressing an increase in the electrical conductivity of the cooling water.

次に、前記イオン交換装置１８の構成についてその一例を説明する。
図２に示すように、イオン交換装置１８の容器２１は、容器本体２２と、その容器本体２２の下端部に取り付けられた分配ケース２３と、容器本体２２の上端部に着脱可能に取り付けられた蓋体２４とを備えている。容器本体２２には、複数の流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが並設されている。各流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃには、同一直径で高さの異なった収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが形成されている。 Next, an example of the configuration of the ion exchange device 18 will be described.
As shown in FIG. 2, the container 21 of the ion exchange device 18 is detachably attached to the container main body 22, the distribution case 23 attached to the lower end portion of the container main body 22, and the upper end portion of the container main body 22. And a lid 24. A plurality of flow paths 25 </ b> A, 25 </ b> B, and 25 </ b> C are arranged in parallel in the container body 22. In each of the flow paths 25A, 25B, and 25C, storage chambers 26A, 26B, and 26C having the same diameter and different heights are formed.

前記各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ内には、冷却水のイオンを交換するための粒状のイオン交換樹脂２７がそれぞれ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの容積に応じて異なる量となるように収容されている。この場合、イオン交換樹脂２７として、マイナスのイオンを吸着するアニオン系樹脂と、プラスのイオンを吸着するカチオン系樹脂とが混在して収容されている。容器本体２２の上部及び各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの底部には、イオン交換樹脂２７の粒径よりも小さい網目のフィルタ２８，２９が収容されている。そして、これらのフィルタ２８，２９により、各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ内からのイオン交換樹脂２７の流出が防止されている。   In each of the accommodation chambers 26A, 26B, and 26C, granular ion exchange resins 27 for exchanging cooling water ions are accommodated in different amounts depending on the volumes of 26A, 26B, and 26C, respectively. . In this case, as the ion exchange resin 27, an anionic resin that adsorbs negative ions and a cationic resin that adsorbs positive ions are mixedly accommodated. Filters 28 and 29 having a mesh size smaller than the particle size of the ion exchange resin 27 are accommodated in the upper part of the container body 22 and the bottoms of the accommodating chambers 26A, 26B, and 26C. The filters 28 and 29 prevent the ion exchange resin 27 from flowing out of the storage chambers 26A, 26B, and 26C.

前記分配ケース２３には、容器本体２２の各流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ内に冷却水を導入するための入口３０及び分配路３１が形成されている。蓋体２４には、容器本体２２の各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ内から冷却水を導出するための出口３２が形成されている。分配ケース２３の分配路３１内には、各流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを介して各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに対する冷却水の分配ルートを選択するための分配手段としての分配機構３３が設けられている。そして、これらの収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに対する冷却水の分配状態で、各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに収容されたイオン交換樹脂２７により、冷却水に含まれる不純物イオンが吸着除去される。   The distribution case 23 is formed with an inlet 30 and a distribution path 31 for introducing cooling water into the flow paths 25A, 25B, 25C of the container body 22. The lid body 24 is formed with an outlet 32 for leading cooling water from the storage chambers 26A, 26B, and 26C of the container body 22. In the distribution path 31 of the distribution case 23, a distribution mechanism 33 is provided as a distribution unit for selecting a distribution route of the cooling water to the storage chambers 26A, 26B, and 26C via the flow paths 25A, 25B, and 25C. It has been. And in the distribution state of the cooling water with respect to these storage chambers 26A, 26B, and 26C, the impurity ions contained in the cooling water are adsorbed and removed by the ion exchange resin 27 stored in each of the storage chambers 26A, 26B, and 26C.

前記分配機構３３は、分配路３１内において上流側の流路２５Ａ，２５Ｂに対する分岐部において、軸３４ａ，３４ｂにより支持された複数のバルブ３４Ａ，３４Ｂから構成されている。これらのバルブ３４Ａ，３４Ｂは、冷却水の流れが停止している状態及び流速が遅い状態においては、図示しないスプリングのバネ力により流路２５Ａ，２５Ｂを開放する状態に保持される。   The distribution mechanism 33 is composed of a plurality of valves 34A and 34B supported by shafts 34a and 34b at branch portions with respect to the upstream flow paths 25A and 25B in the distribution path 31. These valves 34A and 34B are held in a state in which the flow paths 25A and 25B are opened by the spring force of a spring (not shown) in a state where the flow of cooling water is stopped and a state where the flow velocity is low.

そして、冷却水の流速が速くなるのに従ってスプリングのバネ力に抗して水流により順に閉鎖される。すなわち、燃料電池１１の運転負荷が低いときには、ポンプ１３の回転数が低く、このため、循環配管１２及びバイパス配管１７内の冷却水の流速が遅い。燃料電池１１の運転負荷が高いときには、ポンプ１３の回転数が高く、両配管１２，１７内の冷却水の流速も速い。   And as the flow rate of cooling water increases, the water flow is closed in order against the spring force of the spring. That is, when the operating load of the fuel cell 11 is low, the rotational speed of the pump 13 is low, and therefore the flow rate of the cooling water in the circulation pipe 12 and the bypass pipe 17 is slow. When the operating load of the fuel cell 11 is high, the rotational speed of the pump 13 is high, and the flow rate of the cooling water in both the pipes 12 and 17 is also fast.

そして、冷却水の流速が遅いときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが前記スプリングのバネ力により図２に実線で示す位置に配置されて、分配路３１が全ての流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃに接続され、冷却水が分配路３１から全ての収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに分配される。また、冷却水の流速が中程度まで上昇したときには、一方のバルブ３４Ａのみが水流により図２に鎖線で示す位置に切り替えられて、分配路３１が流路２５Ｂ，２５Ｃに接続され、冷却水が分配路３１から中容量及び大容量の収容室２６Ｂ，２６Ｃに分配される。さらに、冷却水の流速が速くなったときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが水流により図２に鎖線で示す位置に切り替えられて、分配路３１が大容量の流路２５Ｃに接続され、冷却水が分配路３１から大容量の収容室２６Ｃにのみに分配される。   When the flow rate of the cooling water is low, both valves 34A and 34B are arranged at the positions indicated by solid lines in FIG. 2 by the spring force of the springs, and the distribution path 31 is connected to all the flow paths 25A, 25B and 25C. The cooling water is distributed from the distribution path 31 to all the storage chambers 26A, 26B, and 26C. When the flow rate of the cooling water rises to a medium level, only one valve 34A is switched to the position indicated by the chain line in FIG. 2 by the water flow, the distribution path 31 is connected to the flow paths 25B and 25C, and the cooling water is It is distributed from the distribution path 31 to the medium- and large-capacity storage chambers 26B and 26C. Further, when the flow rate of the cooling water increases, both valves 34A and 34B are switched to the position shown by the chain line in FIG. 2 by the water flow, the distribution path 31 is connected to the large capacity flow path 25C, and the cooling water is distributed. Distribution is performed only from the passage 31 to the large-capacity storage chamber 26C.

従って、冷却水の流速が遅い場合には、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが開放されて、冷却水が全ての収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを通るため、小さな流動抵抗しか受けない。また、冷却水の流速が中程度まで上昇したときには、冷却水が分配路３１から収容室２６Ｂ，２６Ｃを通るため、中程度の流動抵抗を受ける。さらに、冷却水の流速が速くなったときには、冷却水が収容室２６Ｃのみを通過し、高い流動抵抗を受ける。   Therefore, when the flow rate of the cooling water is low, both valves 34A and 34B are opened and the cooling water passes through all the accommodating chambers 26A, 26B, and 26C, so that only a small flow resistance is received. When the flow rate of the cooling water rises to a medium level, the cooling water passes through the storage chambers 26B and 26C from the distribution path 31, and thus receives a medium flow resistance. Furthermore, when the flow rate of the cooling water increases, the cooling water passes only through the storage chamber 26C and receives a high flow resistance.

以上のように、冷却水の流速が速いほど、すなわち燃料電池の運転負荷が高いほど、冷却水が受ける流動抵抗が高くなる。このため、燃料電池の運転負荷が高くなるに従ってイオン交換樹脂２７を通過する冷却水の流量が少なくなり、逆に燃料電池１１の冷却に供される冷却水の量が多くなる。なお、冷却水のイオン濃度は急激には変化しないため、イオン交換樹脂２７を通過する冷却水の量が一時的に少なくなったとしても、問題は生じない。また、イオン交換樹脂２７が劣化したりした場合は、イオン交換装置１８の蓋体２４を容器本体２２から取り外すことにより、イオン交換樹脂２７を新旧交換できる。   As described above, the higher the flow rate of the cooling water, that is, the higher the operating load of the fuel cell, the higher the flow resistance received by the cooling water. For this reason, as the operating load of the fuel cell increases, the flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin 27 decreases, and conversely, the amount of cooling water provided for cooling the fuel cell 11 increases. In addition, since the ion concentration of cooling water does not change rapidly, even if the amount of cooling water passing through the ion exchange resin 27 temporarily decreases, no problem occurs. In addition, when the ion exchange resin 27 is deteriorated, the ion exchange resin 27 can be replaced with an old one by removing the lid 24 of the ion exchange device 18 from the container body 22.

従って、この実施形態においては、以下の効果がある。
（１） この実施形態のイオン交換装置１８においては、出口にオリフィス部を設けた従来構成とは異なり、冷却水の流量調節がオリフィス部の開口量によって所定範囲に限定されることはない。そして、各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに収容されたイオン交換樹脂２７自体を流動抵抗の発生源として用いて、イオン交換樹脂２７を通過する冷却水の流量を調節することができる。 Therefore, this embodiment has the following effects.
(1) In the ion exchange device 18 of this embodiment, unlike the conventional configuration in which the orifice portion is provided at the outlet, the flow rate adjustment of the cooling water is not limited to a predetermined range depending on the opening amount of the orifice portion. The flow rate of cooling water passing through the ion exchange resin 27 can be adjusted by using the ion exchange resin 27 itself accommodated in each of the accommodation chambers 26A, 26B, and 26C as a flow resistance generation source.

（２） また、冷却水の流量調節のための可変バルブやそれを動作させるためのプログラム等を設ける必要はない。従って、構成を簡素化できる。
（第２実施形態）
次に、この発明を具体化したイオン交換装置の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。 (2) Further, there is no need to provide a variable valve for adjusting the flow rate of cooling water, a program for operating the variable valve, or the like. Therefore, the configuration can be simplified.
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the ion exchange apparatus embodying the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment.

この第２実施形態においては、図３に示すように、各収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの容積を等しくして、各室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃのイオン交換樹脂２７の量が等しくされている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the volumes of the storage chambers 26A, 26B, and 26C are made equal, and the amount of the ion exchange resin 27 in each of the chambers 26A, 26B, and 26C is made equal.

従って、この第２実施形態においては、イオン交換樹脂２７の量が前記第１実施形態と相違するのみで、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
（第３実施形態）
次に、この発明を具体化したイオン交換装置の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。 Therefore, in the second embodiment, only the amount of the ion exchange resin 27 is different from that of the first embodiment, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(Third embodiment)
Next, a description will be given of a third embodiment of the ion exchange apparatus embodying the present invention, centering on differences from the first embodiment.

この第３実施形態においては、図４に示すように、分配機構３３の構成が第１実施形態と異なる。すなわち、この第３実施形態においては、バルブ３４Ａ，３４Ｂとして、流れる冷却水によって弾性変形されるゴムや合成樹脂等の弾性材よりなるものが採用され、上流側のバルブ３４Ａが下流側のバルブ３４Ｂよりも弱い弾性力を有しているため、遅い流速で変形される。そして、第１実施形態と同様に、冷却水の流速が遅い場合は、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが開放され、冷却水の流速が速くなるのに従ってバルブ３４Ａ，３４Ｂの順で弾性変形により２点鎖線で示すように閉鎖される。   In the third embodiment, as shown in FIG. 4, the configuration of the distribution mechanism 33 is different from that of the first embodiment. That is, in the third embodiment, the valves 34A and 34B are made of an elastic material such as rubber or synthetic resin that is elastically deformed by the flowing cooling water, and the upstream side valve 34A is the downstream side valve 34B. Since it has a weaker elastic force, it is deformed at a slower flow rate. As in the first embodiment, when the flow rate of the cooling water is slow, both valves 34A and 34B are opened, and as the flow rate of the cooling water increases, the two-dot chain line is caused by elastic deformation in the order of the valves 34A and 34B. Closed as shown.

従って、この第２実施形態においては、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。特に、この第３実施形態においては、以下の効果がある。
（３） バルブ３４Ａ，３４Ｂが、流れる冷却水によって弾性変形される弾性材により構成されているため、スプリング等が不要になり、構成が簡単である。 Therefore, in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In particular, the third embodiment has the following effects.
(3) Since the valves 34A and 34B are made of an elastic material that is elastically deformed by the flowing cooling water, a spring or the like is unnecessary, and the configuration is simple.

（第４実施形態）
次に、この発明を具体化したイオン交換装置の第４実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a description will be given of a fourth embodiment of the ion exchange apparatus embodying the present invention, focusing on differences from the first embodiment.

この第４実施形態においては、図５に示すように、分配機構３３の各バルブ３４Ａ，３４Ｂがソレノイド３５によって開閉される電磁弁によって構成されている。そして、燃料電池１１の運転負荷に応じて，言い換えれば冷却水の流速に応じてバルブ３４Ａ，３４Ｂが開閉動作される。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, each valve 34 </ b> A, 34 </ b> B of the distribution mechanism 33 is configured by an electromagnetic valve that is opened and closed by a solenoid 35. Then, the valves 34A and 34B are opened / closed according to the operation load of the fuel cell 11, in other words, according to the flow rate of the cooling water.

そして、この第４実施形態においては、冷却水の流速が速い場合には、上流側のバルブ３４Ａが流路２５Ａを開放する位置に配置されて、小容量のイオン交換樹脂２７を有する流路２５Ａのみが開放される。また、冷却水の流速が中間の場合には、上流側のバルブ３４Ａが流路２５Ａを閉鎖する位置に、下流側のバルブが流路２５Ｂを開放する配置されて、中間容量のイオン交換樹脂２７を有する流路２５Ｂのみが開放される。流速が遅い場合には、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが流路２５Ａ，２５Ｂを閉鎖する位置に配置されて、大容量のイオン交換樹脂２７を有する流路２５Ｃのみが開放される。   In the fourth embodiment, when the flow rate of the cooling water is high, the upstream valve 34A is disposed at a position where the flow path 25A is opened, and the flow path 25A having the small-capacity ion exchange resin 27 is provided. Only open. When the flow rate of the cooling water is intermediate, the upstream valve 34A closes the flow path 25A, and the downstream valve opens the flow path 25B. Only the flow path 25B having When the flow rate is low, both valves 34A and 34B are arranged at positions to close the flow paths 25A and 25B, and only the flow path 25C having a large capacity ion exchange resin 27 is opened.

従って、この第４実施形態においては、前記第１，第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
また、この第４実施形態においては、バルブ３４Ａ，３４Ｂの開閉パターンを前記第１，第２実施形態と逆にすれば、冷却水の流速が速い場合には、前記第１，第２実施形態と逆に流動抵抗が低く、冷却水の流速が遅い場合には流動抵抗が高くなるように設定することができる。 Therefore, in the fourth embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
In the fourth embodiment, if the opening / closing pattern of the valves 34A, 34B is reversed from that of the first and second embodiments, the first and second embodiments can be used when the flow rate of cooling water is high. Conversely, when the flow resistance is low and the flow rate of the cooling water is slow, the flow resistance can be set to be high.

（第５実施形態）
次に、この発明を具体化したイオン交換装置の第５実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a description will be given of a fifth embodiment of the ion exchange apparatus embodying the present invention, focusing on differences from the first embodiment.

この第５実施形態においては、図６に示すように、２つの流路２５Ａ，２５Ｂが設けられ、その流路２５Ａ，２５Ｂにそれぞれ容積の異なる収容室２６Ａ，２６Ｂが設けられている。そして、各流路２５Ａ，２５Ｂの入口に前記第４実施形態と同様な電磁式のバルブ３４Ａ，３４Ｂが設けられている。   In the fifth embodiment, as shown in FIG. 6, two flow paths 25A and 25B are provided, and the flow paths 25A and 25B are provided with storage chambers 26A and 26B having different volumes, respectively. Then, electromagnetic valves 34A and 34B similar to those in the fourth embodiment are provided at the inlets of the flow paths 25A and 25B.

また、この実施形態においては、流路２５Ａ，２５Ｂの上流側に収容室を有しない流路３７が設けられ、その流路３７の入口にソレノイド３５によって作動される電磁バルブよりなるバルブ３８が設けられている。   In this embodiment, a flow path 37 having no storage chamber is provided upstream of the flow paths 25A and 25B, and a valve 38 made of an electromagnetic valve operated by a solenoid 35 is provided at the inlet of the flow path 37. It has been.

そして、冷却水の流速が遅い場合にはバルブ３４Ａ，３４Ｂが開放されるとともに、バルブ３８が閉鎖され、冷却水の流速が中程度の場合にはバルブ３４Ａ，３４Ｂのうちのいずれか一方が開放されるとともに、バルブ３８が閉鎖され、冷却水の流速が速い場合には両バルブ３４Ａ，３４Ｂが閉鎖されるとともに、バルブ３８が開放される。   When the cooling water flow rate is slow, the valves 34A and 34B are opened and the valve 38 is closed, and when the cooling water flow rate is medium, either one of the valves 34A and 34B is opened. At the same time, when the valve 38 is closed and the flow rate of the cooling water is high, both the valves 34A and 34B are closed and the valve 38 is opened.

従って、この第４実施形態においては、冷却水の流速が速い場合には、流動抵抗が低く、冷却水の流速が遅い場合には流動抵抗が高くなるように設定される。
（第６実施形態）
次に、この発明を具体化したイオン交換装置の第６実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。 Therefore, in the fourth embodiment, the flow resistance is set low when the cooling water flow rate is high, and the flow resistance is set high when the cooling water flow rate is low.
(Sixth embodiment)
Next, a description will be given of a sixth embodiment of the ion exchange device embodying the present invention, focusing on differences from the first embodiment.

この第６実施形態においては、図７に示すように、収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが円形の領域上に並設されている。
従って、この第６実施形態においては、以下の効果がある。 In the sixth embodiment, as shown in FIG. 7, the storage chambers 26A, 26B, and 26C are arranged side by side on a circular region.
Therefore, the sixth embodiment has the following effects.

（４） 収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを広がることなく配置できるため、イオン交換装置１８がコンパクトになる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。 (4) Since the accommodation chambers 26A, 26B, and 26C can be arranged without expanding, the ion exchange device 18 becomes compact.
(Example of change)
In addition, this embodiment can also be changed and embodied as follows.

・ 図８に示すように、同一容積の複数の収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが直列に設けられ、それらの間にバルブ３４Ａ，３４Ｂが設けられている。また、２つの収容室２６Ｂ，２６Ｃを迂回するように迂回路３６Ａが設けられるとともに、１つの収容室２６Ｃを迂回するように迂回路３６Ｂが設けられている。前記一方のバルブ３４Ａは、収容室２６Ａの下流側を収容室２６Ｂの上流側または迂回路３６Ａに切り替え接続する。他方のバルブ３４Ｂは、収容室２６Ｂの下流側を収容室２６Ｃの上流側または迂回路３６Ｂに切り替え接続する。そして、入口３０から流入する冷却水の流速が遅いときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが図８に実線で示す位置に配置されて、収容室２６Ａが迂回路３６Ａに接続され、冷却水が１つの収容室２６Ａに分配される。また、冷却水の流速が中程度まで上昇したときには、一方のバルブ３４Ａのみが図８に鎖線で示す位置に切り替えられて、収容室２６Ａ，２６Ｂが直列に接続されるとともに迂回路３６Ｂに接続され、冷却水が２つの収容室２６Ａ，２６Ｂに連続して分配される。さらに、冷却水の流速が速くなったときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが図８に鎖線で示す位置に切り替えられて、収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが直列に接続され、冷却水が３つの収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに連続して分配される。以上のようにして、収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの接続数に応じて、冷却水の流動抵抗変化が生じ、イオン交換樹脂２７を通過する冷却水の流量が調節される。   As shown in FIG. 8, a plurality of storage chambers 26A, 26B, and 26C having the same volume are provided in series, and valves 34A and 34B are provided therebetween. Further, a bypass 36A is provided so as to bypass the two storage chambers 26B and 26C, and a bypass 36B is provided so as to bypass the single storage chamber 26C. The one valve 34A switches and connects the downstream side of the storage chamber 26A to the upstream side of the storage chamber 26B or the bypass 36A. The other valve 34B switches and connects the downstream side of the storage chamber 26B to the upstream side of the storage chamber 26C or the detour path 36B. When the flow rate of the cooling water flowing in from the inlet 30 is slow, the valves 34A and 34B are arranged at the positions indicated by the solid lines in FIG. 8, the accommodation chamber 26A is connected to the detour 36A, and one cooling water is accommodated. Distributed to chamber 26A. Further, when the flow rate of the cooling water rises to a medium level, only one valve 34A is switched to the position indicated by the chain line in FIG. 8, and the storage chambers 26A and 26B are connected in series and connected to the bypass 36B. The cooling water is continuously distributed to the two storage chambers 26A and 26B. Further, when the flow rate of the cooling water is increased, both valves 34A and 34B are switched to the positions indicated by chain lines in FIG. 8, the storage chambers 26A, 26B and 26C are connected in series, and the cooling water is supplied to the three storage chambers. 26A, 26B, and 26C are continuously distributed. As described above, the flow resistance change of the cooling water occurs according to the number of connection of the accommodation chambers 26A, 26B, and 26C, and the flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin 27 is adjusted.

・ 図９に示すように、容積の異なった複数の収容室２６Ａ，２６Ｂが直列に接続され、それらの上流側にバルブ３４Ａ，３４Ｂがそれぞれ設けられている。一方の収容室２６Ａを迂回するように迂回路３６Ａが設けられるとともに、他方の収容室２６Ｂを迂回するように迂回路３６Ｂが設けられている。そして、入口３０から流入する冷却水の流速が遅いときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが図９に実線で示す位置に配置されて、収容室２６Ａと迂回路３６Ｂとが直列に接続され、冷却水が小容量の収容室２６Ａに分配される。また、冷却水の流速が中程度まで上昇したときには、両バルブ３４Ａ，３４Ｂが図９に鎖線で示す位置に切り替えられて、迂回路３６Ａと収容室２６Ｂとが直列に接続され、冷却水が大容量の収容室２６Ｂに分配される。さらに、冷却水の流速が速くなったときには、一方のバルブ３４Ａが図９に実線で示す位置に切り替えられるとともに、他方のバルブ３４Ｂが同図に鎖線で示す位置に切り替えられて、両収容室２６Ａ，２６Ｂが直列に接続され、冷却水が２つの収容室２６Ａ，２６Ｂに連続して分配される。このため、イオン交換樹脂２７の収容量の異なった収容室２６Ａ，２６Ｂの接続数に応じて、冷却水の流動抵抗変化が生じ、イオン交換樹脂２７を通過する冷却水の流量が調節される。   As shown in FIG. 9, a plurality of storage chambers 26A, 26B having different volumes are connected in series, and valves 34A, 34B are provided on the upstream side thereof. A bypass path 36A is provided so as to bypass one storage chamber 26A, and a bypass path 36B is provided so as to bypass the other storage chamber 26B. When the flow rate of the cooling water flowing in from the inlet 30 is slow, the valves 34A and 34B are arranged at the positions shown by the solid lines in FIG. 9, the housing chamber 26A and the detour path 36B are connected in series, and the cooling water is It is distributed to the small-capacity storage chamber 26A. Further, when the flow rate of the cooling water rises to a medium level, both valves 34A and 34B are switched to the positions indicated by the chain lines in FIG. 9, and the detour path 36A and the storage chamber 26B are connected in series so that the cooling water is large. It is distributed to the capacity storage chamber 26B. Further, when the flow rate of the cooling water increases, one valve 34A is switched to the position indicated by the solid line in FIG. 9, and the other valve 34B is switched to the position indicated by the chain line in FIG. , 26B are connected in series, and the cooling water is continuously distributed to the two storage chambers 26A, 26B. For this reason, the flow resistance change of the cooling water is generated according to the number of connection of the storage chambers 26 </ b> A and 26 </ b> B having different storage capacities of the ion exchange resin 27 and the flow rate of the cooling water passing through the ion exchange resin 27 is adjusted.

・ 前記各実施形態において、イオン交換樹脂２７を収容する収容室２６Ａ．２６Ｂ，２６Ｃの数は必要に応じて変更されてもよい。すなわち、収容室は少なくとも２つあって、流路を切り換えるバルブが設けられていればよい。   In each of the above embodiments, the storage chamber 26A. The number of 26B and 26C may be changed as needed. That is, it is sufficient that there are at least two storage chambers and a valve for switching the flow path is provided.

・ 前記各実施形態においては、イオン交換樹脂２７を収容室２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに直接収容したが、イオン交換樹脂２７をカートリッジ状にパッケージ化し、そのパッケージを２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに収容してもよい。このようにすれば、イオン交換樹脂２７の新旧交換が容易になる。   In each of the above embodiments, the ion exchange resin 27 is directly accommodated in the accommodation chambers 26A, 26B, and 26C. However, even if the ion exchange resin 27 is packaged in a cartridge shape and the package is accommodated in the 26A, 26B, and 26C. Good. In this way, the old and new exchange of the ion exchange resin 27 is facilitated.

１１…燃料電池、１２…冷却水の循環配管、１４…熱交換器、１７…冷却水路としてのバイパス配管、１８…イオン交換装置、２１…容器、２２…容器本体、２４…分配ケース、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…流路、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…収容室、２７…イオン交換樹脂、３１…分配路、３３…分配手段としての分配機構、３４Ａ，３４Ｂ…バルブ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fuel cell, 12 ... Cooling water circulation piping, 14 ... Heat exchanger, 17 ... Bypass piping as cooling water channel, 18 ... Ion exchange device, 21 ... Container, 22 ... Container main body, 24 ... Distribution case, 25A, 25B, 25C ... flow path, 26A, 26B, 26C ... storage chamber, 27 ... ion exchange resin, 31 ... distribution path, 33 ... distribution mechanism as distribution means, 34A, 34B ... valve.

Claims (5)

冷却水のイオンを交換するためのイオン交換樹脂を設けた燃料電池のイオン交換装置において、
冷却水路の一部に設けられ、イオン交換樹脂を収容した複数の収容室と、
冷却水に対してその流速に応じた流動抵抗が前記イオン交換樹脂によって付与されるように、収容室への冷却水の分配ルートを選択する分配手段と
を備えたことを特徴とするイオン交換装置。 In a fuel cell ion exchange apparatus provided with an ion exchange resin for exchanging ions of cooling water,
A plurality of storage chambers provided in a part of the cooling water channel and storing ion-exchange resin;
An ion exchange apparatus comprising: a distribution unit that selects a distribution route of the cooling water to the storage chamber so that the flow resistance according to the flow rate is imparted to the cooling water by the ion exchange resin. . 前記収容室は、冷却水路に並設された配管路中に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換装置。 The ion exchange apparatus according to claim 1, wherein the storage chamber is provided in a pipe line provided in parallel with the cooling water channel. 前記分配手段を、各配管路の分岐部に設けられ、冷却水の流速を利用して開閉されるバルブにより構成したことを特徴とする請求項２に記載のイオン交換装置。 3. The ion exchange apparatus according to claim 2, wherein the distribution unit is configured by a valve provided at a branch portion of each pipeline and opened and closed using a flow rate of cooling water. 前記分配手段は、流速が速い場合に冷却水に対して高い流動抵抗が付与されるように分配ルートを選択することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のイオン交換装置。 The ion according to any one of claims 1 to 3, wherein the distribution unit selects a distribution route so that a high flow resistance is imparted to the cooling water when the flow velocity is high. Exchange equipment. 前記分配手段は、流速が遅い場合に冷却水に対して高い流動抵抗が付与されるように分配ルートを選択することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のイオン交換装置。 The ion according to any one of claims 1 to 3, wherein the distribution unit selects a distribution route so that a high flow resistance is imparted to the cooling water when the flow velocity is low. Exchange equipment.
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