JP2011009034A - Ion exchanger - Google Patents

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士郎 矢川
Teruaki Kawasaki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion exchanger capable of sustaining an ion recovery function appropriately.SOLUTION: The ion exchanger 1 is installed in a coolant circuit which circulates coolant so as to go through a fuel cell and has an ion exchange resin which adsorbs ions in the coolant and reduces ion concentration, and is provided with a tubular mesh filter 15 which is arranged in a rubber hose 20 in which the coolant passes and is filled with the ion exchange resin. The mesh filter 15 gives a contraction force to the ion exchange resin by the contraction force in a diameter direction, and the mesh filter 15 is formed in a spiral form, and both end parts 15a, 15b of the mesh filter 15 formed in spiral form are locked with an entrance S1 and an exit S2 of the coolant in the rubber hose 20.

Description

本発明は、イオン交換器に関する。   The present invention relates to an ion exchanger.

近年、燃料電池車等の電力源として注目されている燃料電池スタックは、発電すると発熱するので、燃料電池スタックを経由するように冷媒を循環させ、燃料電池スタックを適宜に冷却している。このように循環する冷媒においては、燃料電池スタックの液絡を防止するため、冷媒のイオン濃度を低くすることが要求される。そこで、冷媒が循環する冷媒回路にイオン交換器を取り付け、このイオン交換器により、イオンを吸着・回収し、冷媒のイオン濃度を低減、つまり、脱イオン化する技術が知られている(特許文献1、2参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, fuel cell stacks that are attracting attention as power sources for fuel cell vehicles and the like generate heat when they generate power. Therefore, a refrigerant is circulated through the fuel cell stack to appropriately cool the fuel cell stack. In such circulating refrigerant, it is required to reduce the ion concentration of the refrigerant in order to prevent liquid junction in the fuel cell stack. Therefore, a technique is known in which an ion exchanger is attached to a refrigerant circuit in which the refrigerant circulates, and ions are adsorbed and collected by the ion exchanger to reduce the ion concentration of the refrigerant, that is, deionization (Patent Document 1). 2).

特開2007−122906号公報JP 2007-122906 A 特開2004−160366号公報JP 2004-160366 A

しかしながら、イオン交換器に充填される粒状のイオン交換樹脂(陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂)は、経時的に体積収縮してしまう。よって、イオン交換樹脂と、これを収容し、一般にポリプロピレン等から形成されるケースとの間に、隙間が形成されてしまう。このように隙間が形成された状態で冷媒が流通すると、イオン交換樹脂がケース内を浮遊するだけでなく、冷媒が前記隙間を優先的に流通してしまい、冷媒中のイオンがイオン交換樹脂に吸着・回収されず、イオン交換器がイオン回収機能を発揮しない虞がある。   However, the granular ion exchange resin (cation exchange resin, anion exchange resin) filled in the ion exchanger shrinks in volume over time. Therefore, a gap is formed between the ion exchange resin and the case that accommodates the ion exchange resin and is generally formed of polypropylene or the like. If the refrigerant flows with the gap formed in this way, the ion exchange resin not only floats in the case, but also the refrigerant flows preferentially through the gap, so that the ions in the refrigerant pass through the ion exchange resin. There is a risk that the ion exchanger will not perform the ion recovery function without being adsorbed and recovered.

そこで、本発明は、イオン回収機能を好適に持続可能なイオン交換器を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the ion exchanger which can maintain an ion collection | recovery function suitably.

本発明は、燃料電池を経由するように冷媒を循環させる冷媒回路に設けられ、冷媒中のイオンを吸着し、イオン濃度を低減するイオン交換樹脂を備えたイオン交換器であって、前記冷媒が通過する冷媒配管内に配設され、前記イオン交換樹脂が充填された管状のメッシュフィルタを備え、前記メッシュフィルタは、径方向の収縮力により前記イオン交換樹脂に収縮力を付与しており、前記メッシュフィルタは、前記イオン交換樹脂が充填された状態でらせん状を呈しており、前記らせん状を呈するメッシュフィルタの両端部を、前記冷媒配管内の前記冷媒の入口および出口に係止させたことを特徴とする。   The present invention is an ion exchanger that is provided in a refrigerant circuit that circulates a refrigerant so as to pass through a fuel cell, and that includes an ion exchange resin that adsorbs ions in the refrigerant and reduces the ion concentration. A tubular mesh filter disposed in a refrigerant pipe passing through and filled with the ion exchange resin, wherein the mesh filter imparts a contraction force to the ion exchange resin by a contraction force in a radial direction; The mesh filter has a spiral shape filled with the ion-exchange resin, and both ends of the spiral mesh filter are locked to the refrigerant inlet and outlet in the refrigerant pipe. It is characterized by.

本発明によれば、管状のメッシュフィルタをらせん状に形成し、このらせん状のメッシュフィルタ内にイオン交換樹脂を充填し、このメッシュフィルタを冷媒配管内に配設(挿入)することにより、イオン交換樹脂がメッシュフィルタの収縮力により保持される。これにより、イオン交換樹脂の経時的な体積収縮時にも、収縮力を有するメッシュフィルタが径方向内側に収縮するので、メッシュフィルタとイオン交換樹脂との密着性が維持され、イオン交換樹脂とメッシュフィルタとの間に隙間が形成されることはなく、また、イオン交換樹脂がメッシュフィルタ内を浮遊することもない。このように隙間が形成されることがないので、冷媒はイオン交換樹脂内を流通し、イオン交換樹脂に良好に接触等し、冷媒中のイオンはイオン交換樹脂に吸着・回収される。よって、イオン交換器のイオン回収機能は好適に持続される。   According to the present invention, a tubular mesh filter is formed in a spiral shape, an ion exchange resin is filled in the spiral mesh filter, and the mesh filter is disposed (inserted) in the refrigerant pipe. The exchange resin is held by the contraction force of the mesh filter. Thereby, even when the ion exchange resin shrinks in volume over time, the mesh filter having a shrinkage force shrinks radially inward, so that the adhesion between the mesh filter and the ion exchange resin is maintained, and the ion exchange resin and the mesh filter are maintained. No gap is formed between the two and the ion exchange resin does not float in the mesh filter. Since no gap is formed in this way, the refrigerant flows through the ion exchange resin, makes good contact with the ion exchange resin, and the ions in the refrigerant are adsorbed and collected by the ion exchange resin. Therefore, the ion recovery function of the ion exchanger is preferably maintained.

さらに、メッシュフィルタがらせん状に形成されることにより、イオン交換樹脂が充填されたメッシュフィルタが反力、つまりイオン交換樹脂が充填されたメッシュフィルタが冷媒配管内を押し広げるような押圧力が発生して、冷媒配管内において、メッシュフィルタの位置が固定される。   Furthermore, since the mesh filter is formed in a spiral shape, a reaction force is generated by the mesh filter filled with the ion exchange resin, that is, a pressing force is generated so that the mesh filter filled with the ion exchange resin spreads in the refrigerant pipe. Thus, the position of the mesh filter is fixed in the refrigerant pipe.

さらに、メッシュフィルタがらせん状に形成されることにより、冷媒配管内に冷媒が流通する際に、らせん状の旋回流が発生して、冷媒に対して遠心力が生じて、冷媒がイオン交換樹脂内を積極的に通過するため、イオン交換性能を向上することができる。   Further, since the mesh filter is formed in a spiral shape, a spiral swirling flow is generated when the refrigerant flows in the refrigerant pipe, and a centrifugal force is generated on the refrigerant. Since it passes through the inside positively, the ion exchange performance can be improved.

さらに、らせん状のメッシュフィルタの管の径を変化させることにより、冷媒配管内での圧力損失の大きさを可変にできるので、冷媒配管内を通る冷媒の流量調整機能を持たせることが可能となる。すなわち、メッシュフィルタの管の径を変化させることにより、冷媒をどのような流量で流せばよいのか、つまり冷媒中のイオンをどのくらいの割合で除去すればよいかということを任意に決めることができる。   Furthermore, by changing the pipe diameter of the spiral mesh filter, the magnitude of the pressure loss in the refrigerant pipe can be made variable, so that it is possible to have a function for adjusting the flow rate of the refrigerant passing through the refrigerant pipe. Become. That is, by changing the diameter of the mesh filter tube, it is possible to arbitrarily determine the flow rate of the refrigerant, that is, the rate at which ions in the refrigerant should be removed. .

また、前記両端部は、前記冷媒配管に接続される配管接続部材に係止されていることを特徴とする。   Moreover, the said both ends are latched by the piping connection member connected to the said refrigerant | coolant piping.

これによれば、冷媒配管を他の配管と接続するための配管接続部材(ジョイント)の端部が冷媒配管内の端部に挿入されることにより、冷媒配管内に挿入された配管接続部材の端部(端面)にメッシュフィルタの端部が当接して係止されるので、メッシュフィルタを冷媒配管内に容易に係止することが可能になる。   According to this, the end of the pipe connection member (joint) for connecting the refrigerant pipe to another pipe is inserted into the end of the refrigerant pipe, so that the pipe connection member inserted into the refrigerant pipe Since the end of the mesh filter comes into contact with and is locked to the end (end surface), the mesh filter can be easily locked in the refrigerant pipe.

また、前記冷媒配管は、円筒状のゴムホースからなることを特徴とする。   Further, the refrigerant pipe is formed of a cylindrical rubber hose.

これによれば、ゴムホースが円筒状であるので、イオン交換樹脂を充填したメッシュフィルタに対して径方向への均等な収縮力が作用し、メッシュフィルタを安定して保持することができる。さらに、イオン交換器を湾曲させて配置するなど形状自由度や設置自由度を高めることができる。   According to this, since the rubber hose is cylindrical, a uniform contractive force in the radial direction acts on the mesh filter filled with the ion exchange resin, and the mesh filter can be stably held. Furthermore, it is possible to increase the degree of freedom of shape and the degree of freedom of installation, for example, by placing the ion exchanger in a curved shape.

本発明によれば、イオン回収機能を好適に持続可能なイオン交換器を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an ion exchanger with a suitably sustainable ion recovery function can be provided.

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態のイオン交換器を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the ion exchanger of this embodiment. メッシュフィルタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mesh filter. 図2のX−X線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. 2. 図4のA部の拡大断面図を示し、(a)は収縮前の状態、(b)は収縮後の状態である。The expanded sectional view of the A section of FIG. 4 is shown, (a) is the state before contraction, (b) is the state after contraction.

以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム100は、燃料電池スタック110(燃料電池)と、燃料電池スタック110を経由するように冷媒を循環させる冷媒回路120と、冷媒回路120に設けられたイオン交換器1と、を備えている。なお、本実施形態では、燃料電池システム100は、燃料電池車(移動体)に搭載されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 according to the present embodiment includes a fuel cell stack 110 (fuel cell), a refrigerant circuit 120 that circulates refrigerant so as to pass through the fuel cell stack 110, and a refrigerant circuit 120. And an ion exchanger 1 provided. In the present embodiment, the fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle (moving body).

燃料電池スタック110は、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)であり、MEA(Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体)をセパレータ(図示しない)で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。MEAは、電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路111及びカソード流路112が形成されている。   The fuel cell stack 110 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a plurality of single cells formed by sandwiching MEA (Membrane Electrode Assembly) with separators (not shown) are stacked. Has been configured. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) and a cathode and an anode that sandwich the membrane. Each separator is formed with an anode flow path 111 and a cathode flow path 112 formed of grooves and through holes.

そして、水素が、水素タンク(図示しない)から、アノード流路111を介してアノードに供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ(図示しない)から、カソード流路112を介してカソードに供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒(Pt等)上で電極反応が起こり、燃料電池スタック110が発電可能な状態となる。このように発電可能な状態の燃料電池スタック110と外部負荷(例えば走行用のモータ)とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック110が発電するようになっている。   Then, hydrogen is supplied from a hydrogen tank (not shown) to the anode via the anode flow path 111, and air containing oxygen is supplied from the compressor (not shown) that sucks outside air to the cathode via the cathode flow path 112. , The electrode reaction occurs on the catalyst (Pt or the like) contained in the anode and cathode, and the fuel cell stack 110 is in a state capable of generating power. The fuel cell stack 110 and the external load (for example, a traveling motor) in a state where power can be generated in this way are electrically connected, and when the current is extracted, the fuel cell stack 110 generates power.

また、各セパレータには、セルを適宜に冷却するために冷媒が流通する溝や貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔が、燃料電池スタック110の冷媒流路113として機能している。そして、冷媒流路113を冷媒が流通すると、発電に伴って自己発熱する燃料電池スタック110が適宜に冷却され、燃料電池スタック110が過昇温しないようになっている。   Each separator is formed with grooves and through holes through which refrigerant flows to appropriately cool the cells, and these grooves and through holes function as the refrigerant flow path 113 of the fuel cell stack 110. . When the refrigerant flows through the refrigerant flow path 113, the fuel cell stack 110 that self-heats with power generation is appropriately cooled, so that the fuel cell stack 110 does not overheat.

冷媒回路120は、燃料電池スタック110の冷媒流路113を経由するように冷媒を循環させる回路であって、冷媒ポンプ121と、ラジエータ122と、ノーマルクローズ型の遮断弁123と、を備えている場合もある。なお、冷媒は、例えば、エチレングリコールと、水と、導電率を調整したり、耐腐食性を高める添加剤との混合液からなる。   The refrigerant circuit 120 is a circuit that circulates refrigerant so as to pass through the refrigerant flow path 113 of the fuel cell stack 110, and includes a refrigerant pump 121, a radiator 122, and a normally closed shut-off valve 123. In some cases. In addition, a refrigerant | coolant consists of a liquid mixture of ethylene glycol, water, and the additive which adjusts electrical conductivity or improves corrosion resistance, for example.

冷媒流路113の出口は、配管122a、ラジエータ122、配管122b、冷媒ポンプ121、配管121aを介して、冷媒流路113の入口に接続されている。冷媒ポンプ121は、燃料電池スタック110及び/又はバッテリ(図示しない)を電源とし、図示しないECU(Electronic Control Unit、電子制御装置)からの指令に従って作動すると、冷媒が、燃料電池スタック110とラジエータ122との間で循環するようになっている。   The outlet of the refrigerant channel 113 is connected to the inlet of the refrigerant channel 113 through the pipe 122a, the radiator 122, the pipe 122b, the refrigerant pump 121, and the pipe 121a. The refrigerant pump 121 uses the fuel cell stack 110 and / or a battery (not shown) as a power source, and operates according to a command from an ECU (Electronic Control Unit) (not shown). It is supposed to circulate between.

配管121aの途中は、配管123a、遮断弁123、配管123b、イオン交換器1、配管123cを介して、配管122aの途中に接続されている。すなわち、イオン交換器1は、配管123aと配管123bと配管123cとを備えて構成され、冷媒流路113をバイパスするパイパス流路(冷媒回路120の一部)に設けられている。つまり、本実施形態では、イオン交換器1と燃料電池スタック110とは、冷媒の流れに対して並列で配置されている。ただし、これに限定されず、直列で配置された構成、例えばイオン交換器1が配管122aに設けられた構成や、ラジエータ122をバイパスするラジエータバイパス配管(図示しない)に設けられた構成でもよい。   The middle of the pipe 121a is connected to the middle of the pipe 122a via the pipe 123a, the shutoff valve 123, the pipe 123b, the ion exchanger 1, and the pipe 123c. That is, the ion exchanger 1 includes a pipe 123a, a pipe 123b, and a pipe 123c, and is provided in a bypass passage (a part of the refrigerant circuit 120) that bypasses the refrigerant passage 113. That is, in the present embodiment, the ion exchanger 1 and the fuel cell stack 110 are arranged in parallel with the refrigerant flow. However, the configuration is not limited to this, and may be a configuration arranged in series, for example, a configuration in which the ion exchanger 1 is provided in the pipe 122 a or a configuration in which a radiator bypass pipe (not shown) that bypasses the radiator 122 is provided.

次に、イオン交換器1の具体的構成について、図2〜図5を参照して説明する。なお、図5では、分かりやすく説明するため、イオン交換樹脂11等を大きく記載している。   Next, a specific configuration of the ion exchanger 1 will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, the ion exchange resin 11 and the like are greatly illustrated for easy understanding.

イオン交換器1は、図2に示すように円柱状を呈しており、例えば、燃料電池車に略横置きされた状態で、つまり、フロアパネル(図示しない)と略平行な状態で配置されている。ただし、横置きに限定されるものではなく、縦置きであっても、斜め置きなど燃料電池システム100のレイアウトに応じて適宜変更できる。   The ion exchanger 1 has a columnar shape as shown in FIG. 2 and is disposed, for example, in a substantially horizontal position on a fuel cell vehicle, that is, in a state substantially parallel to a floor panel (not shown). Yes. However, it is not limited to horizontal placement, and even vertical placement can be appropriately changed according to the layout of the fuel cell system 100 such as oblique placement.

そして、イオン交換器1は、粒状のイオン交換樹脂11(図5(a)参照)が充填されたメッシュフィルタ15と、イオン交換樹脂11が充填されたメッシュフィルタ15を収容するゴムホース20と、ゴムホース20の両端にそれぞれ設けられたジョイント30、30(配管接続部材)と、を備えている。すなわち、ゴムホース20の両端開口には、ジョイント30、30がそれぞれ差し込まれており、そして、ゴムホース20の外周面を巻回するバンド21によって、ゴムホース20がジョイント30から脱離しないようになっている。   The ion exchanger 1 includes a mesh filter 15 filled with a granular ion exchange resin 11 (see FIG. 5A), a rubber hose 20 containing the mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11, and a rubber hose. 20, joints 30 and 30 (piping connection members) provided at both ends, respectively. That is, the joints 30 and 30 are respectively inserted into the opening at both ends of the rubber hose 20, and the rubber hose 20 is not detached from the joint 30 by the band 21 that winds the outer peripheral surface of the rubber hose 20. .

図3に示すように、メッシュフィルタ15は、管の周面全体がメッシュ状に形成されたものであり、一定のピッチP(図4参照)でらせん状に形成されている。また、メッシュフィルタ15は、径方向内側に収縮力を有する材料で形成されており、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)などのゴム材料を挙げることができる。なお、EPDMは、冷媒中にイオン溶出が少ないゴムである。また、EPDMなどのゴムに限定されるものではなく、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)など、またはSUS(ステンレス鋼)などのメッシュであってもよい。   As shown in FIG. 3, the mesh filter 15 is formed in a mesh shape on the entire peripheral surface of the tube, and is formed in a spiral shape with a constant pitch P (see FIG. 4). Further, the mesh filter 15 is formed of a material having a shrinking force radially inward, and examples thereof include a rubber material such as ethylene propylene diene rubber (EPDM). Note that EPDM is a rubber that has little ion elution in the refrigerant. Moreover, it is not limited to rubber | gum, such as EPDM, Meshes, such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), or SUS (stainless steel), may be sufficient.

なお、メッシュフィルタ15のひとつの網目(格子)の大きさは、後記する粒状のイオン交換樹脂11が網目から外部に流出しない大きさ(目開き)に設定され、さらにイオン交換樹脂が経時的な変化によって体積が収縮したとしてもその網目から流出しない大きさ(目開き)に設定されている。また、メッシュフィルタ15の端面は、イオン交換樹脂11が流出しないように閉塞されている。   In addition, the size of one mesh (lattice) of the mesh filter 15 is set to a size (opening) in which a granular ion exchange resin 11 described later does not flow out from the mesh, and the ion exchange resin is changed over time. Even if the volume contracts due to the change, it is set to a size (opening) that does not flow out of the mesh. The end face of the mesh filter 15 is closed so that the ion exchange resin 11 does not flow out.

これにより、メッシュフィルタ15は、イオン交換樹脂11(イオン交換樹脂集合体10)を径方向内側に圧縮するので、イオン交換樹脂集合体10とメッシュフィルタ15との密着性を維持できる。すなわち、メッシュフィルタ15の内周面とイオン交換樹脂集合体10の外周面との間に、隙間(スペース)は形成されず、イオン交換樹脂11がメッシュフィルタ15内で浮遊することがない。   Thereby, the mesh filter 15 compresses the ion exchange resin 11 (ion exchange resin aggregate 10) radially inward, so that the adhesion between the ion exchange resin aggregate 10 and the mesh filter 15 can be maintained. That is, a gap (space) is not formed between the inner peripheral surface of the mesh filter 15 and the outer peripheral surface of the ion exchange resin assembly 10, and the ion exchange resin 11 does not float in the mesh filter 15.

図4および図5に示すように、イオン交換樹脂の集合体(イオン交換樹脂集合体)10は、複数のイオン交換樹脂11(陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂)が集合して構成され、らせん状に形成されたメッシュフィルタ15内に充填されている(図5参照)。   As shown in FIGS. 4 and 5, the ion exchange resin aggregate (ion exchange resin aggregate) 10 is configured by a plurality of ion exchange resins 11 (cation exchange resin, anion exchange resin) being aggregated, The mesh filter 15 formed in a spiral shape is filled (see FIG. 5).

イオン交換樹脂11は、粒状を呈しており、脱イオンすべきイオン種(陽イオン、陰イオン)に対応して、所定の配合比で、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが混合されたものである。   The ion exchange resin 11 has a granular shape, and the cation exchange resin and the anion exchange resin are mixed at a predetermined blending ratio corresponding to the ion species (cation, anion) to be deionized. Is.

このようなイオン交換樹脂11は、使用に伴って、経時的に体積が小さくなり、収縮するが(図5(a)→図5(b)参照)、メッシュフィルタ15が有する収縮力F1(図5(a)参照)により、イオン交換樹脂11の体積が小さくなったとしても、イオン交換樹脂集合体10とメッシュフィルタ15の内周面との間に隙間が形成されないようになっている。   Such an ion exchange resin 11 shrinks in volume and shrinks with use (see FIG. 5 (a) → FIG. 5 (b)), but the contraction force F1 (see FIG. 5) that the mesh filter 15 has. 5 (a)), even if the volume of the ion exchange resin 11 is reduced, no gap is formed between the ion exchange resin assembly 10 and the inner peripheral surface of the mesh filter 15.

なお、メッシュフィルタ15は、もともと、らせん状に形成されたものにイオン交換樹脂11を充填するものに限定されず、例えば直線状の管からなるメッシュフィルタ15にイオン交換樹脂11を充填したものをらせん状に巻いて形成したものであってもよい。   Note that the mesh filter 15 is not limited to the one that is originally formed in a spiral shape and is filled with the ion exchange resin 11. For example, the mesh filter 15 that is formed of a straight tube and filled with the ion exchange resin 11 is used. It may be formed by spirally winding.

ゴムホース20は、円筒状を呈すると共に、イオン交換樹脂11が充填された、らせん状のメッシュフィルタ15を収容し、ゴムホース20自体が、径方向内側に収縮する収縮力F2(図5(a)参照)を有している。ただし、ゴムホース20は、円筒状に限定されるものではなく、正六角形筒状等でもよい。また、このようなゴムホース20は、ゴムホース20自体からのイオン溶出を防止するため、例えばメッシュフィルタ15と同様なEPDMなどのゴム材料で形成されている。   The rubber hose 20 has a cylindrical shape and accommodates a spiral mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11, and the rubber hose 20 itself contracts radially inward in the radial direction (see FIG. 5A). )have. However, the rubber hose 20 is not limited to a cylindrical shape, and may be a regular hexagonal cylindrical shape. Further, such a rubber hose 20 is formed of a rubber material such as EPDM similar to the mesh filter 15 in order to prevent ion elution from the rubber hose 20 itself.

これにより、ゴムホース20は、イオン交換樹脂11が充填されたメッシュフィルタ15を径方向内側に圧縮する収縮力F2を有し、ゴムホース20の内周面とメッシュフィルタ15とが密着して、メッシュフィルタ15がゴムホース20内で安定して保持されるようになっている。また、ゴムホース20は円筒状であるから、ゴムホース20の収縮力によってメッシュフィルタ15の周面が均等に押圧される。   As a result, the rubber hose 20 has a contraction force F2 that compresses the mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11 radially inward, and the inner peripheral surface of the rubber hose 20 and the mesh filter 15 are in close contact with each other. 15 is stably held in the rubber hose 20. Further, since the rubber hose 20 is cylindrical, the peripheral surface of the mesh filter 15 is evenly pressed by the contraction force of the rubber hose 20.

図2および図4に示すように、ジョイント30、30は、ゴムホース20と、配管123b、123c(他の機器)とを接続するためのものである。このようなジョイント30は、例えば、PP(ポリプロピレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、ABS(アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン)等から形成されており、ジョイント30の剛性は、ゴムホース20の剛性よりも高く設計されている。   As shown in FIGS. 2 and 4, the joints 30 and 30 are for connecting the rubber hose 20 and the pipes 123 b and 123 c (other devices). Such a joint 30 is made of, for example, PP (polypropylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), PMMA (polymethyl methacrylate), ABS (acrylonitrile / butadiene / styrene), and the like. Is designed to be higher than the rigidity of the rubber hose 20.

また、各ジョイント30は、ゴムホース20内の端部に差し込まれる接続部30aと、前記接続部30aとは反対側に形成され、配管123b(123c)に差し込まれる接続部30bを有している。各ジョイント30をゴムホース20の両端部の冷媒の入口S1および出口S2(図4参照)に差し込むことによって、イオン交換樹脂11が充填されたメッシュフィルタ15の端部15a,15b(図4参照)が、管状の接続部30aの端部(端面)30a1に当接し、メッシュフィルタ15がゴムホース20内において軸方向に移動することなく保持される。   Each joint 30 has a connection portion 30a inserted into an end portion in the rubber hose 20, and a connection portion 30b formed on the opposite side of the connection portion 30a and inserted into a pipe 123b (123c). By inserting each joint 30 into the refrigerant inlet S1 and outlet S2 (see FIG. 4) at both ends of the rubber hose 20, the ends 15a and 15b (see FIG. 4) of the mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11 are formed. The mesh filter 15 is held in the rubber hose 20 without moving in the axial direction by coming into contact with the end portion (end surface) 30a1 of the tubular connecting portion 30a.

このようなイオン交換器1によれば、次の作用効果を得る。
使用に伴ってイオン交換樹脂11の体積が小さくなったとしても、これに対応して、メッシュフィルタ15が径方向内側に収縮するので、イオン交換樹脂集合体10とメッシュフィルタ15との密着性が維持され、イオン交換樹脂集合体10とメッシュフィルタ15との間に隙間は形成されず、また、イオン交換樹脂11がメッシュフィルタ15内を浮遊することもない。これにより、冷媒がメッシュフィルタ15内の各イオン交換樹脂11を流通したときに、イオン交換樹脂11に良好に接触等し、冷媒中のイオンがイオン交換樹脂11に吸着、回収される。よって、イオン交換器1のイオン回収機能を好適に持続させることができる。
According to such an ion exchanger 1, the following effects are obtained.
Even if the volume of the ion exchange resin 11 becomes smaller with use, the mesh filter 15 contracts radially inward correspondingly, so that the adhesion between the ion exchange resin assembly 10 and the mesh filter 15 is improved. The gap is not formed between the ion exchange resin assembly 10 and the mesh filter 15, and the ion exchange resin 11 does not float in the mesh filter 15. Thereby, when the refrigerant flows through each ion exchange resin 11 in the mesh filter 15, the ion exchange resin 11 is satisfactorily contacted and the ions in the refrigerant are adsorbed and collected by the ion exchange resin 11. Therefore, the ion recovery function of the ion exchanger 1 can be suitably maintained.

さらに、メッシュフィルタ15がらせん状に形成されているので、イオン交換樹脂11が充填されたメッシュフィルタ15が反力F3(図5(a)参照)、つまりイオン交換樹脂11が充填されたメッシュフィルタ15がゴムホース20内を押し広げるような押圧力が発生して、ゴムホース20内におけるメッシュフィルタ15の位置が固定される。   Further, since the mesh filter 15 is formed in a spiral shape, the mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11 is the reaction force F3 (see FIG. 5A), that is, the mesh filter filled with the ion exchange resin 11. A pressing force is generated so that 15 pushes the inside of the rubber hose 20, and the position of the mesh filter 15 in the rubber hose 20 is fixed.

さらに、メッシュフィルタ15がらせん状に形成されているので、ゴムホース20内に冷媒が流通する際に、らせん状の旋回流が発生して、冷媒に遠心力が生じて、冷媒がメッシュフィルタ15内のイオン交換樹脂11を積極的に通過することになるため、イオン交換性能を向上することが可能になる。   Further, since the mesh filter 15 is formed in a spiral shape, when the refrigerant flows through the rubber hose 20, a spiral swirl flow is generated, and centrifugal force is generated in the refrigerant, so that the refrigerant flows into the mesh filter 15. Since the ion exchange resin 11 is positively passed, the ion exchange performance can be improved.

さらに、らせん状のメッシュフィルタ15の管の径R(図4参照)を変化させることにより、ゴムホース20内での圧力損失の大きさを可変にできる。すなわち、径(直径)Rを拡大することによりゴムホース20内の圧力損失を増加でき、径Rを縮小することにより圧力損失を減少できるので、ゴムホース20内を通る冷媒の流量調整機能を持たせることが可能となる。換言すると、メッシュフィルタ15の管の径Rを変化させることにより、冷媒中のイオンの除去割合を任意に決めることができる。   Furthermore, the magnitude of the pressure loss in the rubber hose 20 can be varied by changing the pipe diameter R (see FIG. 4) of the spiral mesh filter 15. That is, by increasing the diameter (diameter) R, the pressure loss in the rubber hose 20 can be increased, and by reducing the diameter R, the pressure loss can be reduced, so that the function of adjusting the flow rate of the refrigerant passing through the rubber hose 20 is provided. Is possible. In other words, the removal ratio of ions in the refrigerant can be arbitrarily determined by changing the diameter R of the tube of the mesh filter 15.

さらに、各ジョイント30をゴムホース20の両端部の入口S1および出口S2に差し込むことで、メッシュフィルタ15の両端部15a,15bがジョイント30の端部30a1に当接して係止されるので、メッシュフィルタ15をゴムホース20内に容易に係止することが可能になる。なお、ジョイント30の端部30a1のメッシュフィルタ15が当接する位置に突起を設けて、メッシュフィルタ15がより確実に係止されるようにしてもよい。   Further, by inserting each joint 30 into the inlet S1 and the outlet S2 at both ends of the rubber hose 20, both ends 15a and 15b of the mesh filter 15 are brought into contact with and locked to the end 30a1 of the joint 30, so that the mesh filter 15 can be easily locked in the rubber hose 20. In addition, a protrusion may be provided at a position where the mesh filter 15 of the end portion 30a1 of the joint 30 abuts so that the mesh filter 15 can be more reliably locked.

さらに、ゴムホース20を円筒状に形成することにより、イオン交換樹脂11を充填したメッシュフィルタ15の周面に対して径方向内側への均等な収縮力F2(図5(a)参照)が作用し、メッシュフィルタ15を安定して保持することができる。   Further, by forming the rubber hose 20 in a cylindrical shape, a uniform contraction force F2 (see FIG. 5A) inward in the radial direction acts on the peripheral surface of the mesh filter 15 filled with the ion exchange resin 11. The mesh filter 15 can be stably held.

さらに、イオン交換器1を湾曲させて配置することが可能になり、イオン交換器1の形状自由度や設置自由度を高めることができる。   Furthermore, it becomes possible to arrange the ion exchanger 1 in a curved manner, and the degree of freedom of shape and installation of the ion exchanger 1 can be increased.

なお、本実施形態では、メッシュフィルタ15に収縮力を与えるゴムホース20を例に挙げて説明したが、ゴムホース20内でのメッシュフィルタ15の保持を確実にするために、ゴムホース20の外周面に例えば所定間隔でゴムバンドを巻回する構成としてもよい。   In the present embodiment, the rubber hose 20 that applies a contracting force to the mesh filter 15 has been described as an example. However, in order to ensure the retention of the mesh filter 15 in the rubber hose 20, for example, The rubber band may be wound at a predetermined interval.

また、メッシュフィルタ15のピッチPを変更することにより、イオン交換樹脂11の搭載量を変更することができる。これにより、燃料電池システム100で必要なイオン交換樹脂11の搭載量を、ピッチPの変更によってレイアウト内に収めることが可能になる。なお、メッシュフィルタ15の管の断面積(直径R)を変更することによっても同様である。   Moreover, the mounting amount of the ion exchange resin 11 can be changed by changing the pitch P of the mesh filter 15. Thereby, the mounting amount of the ion exchange resin 11 necessary for the fuel cell system 100 can be accommodated in the layout by changing the pitch P. The same can be said by changing the cross-sectional area (diameter R) of the pipe of the mesh filter 15.

また、メッシュフィルタ15のピッチPを変更することにより、燃料電池システム100で必要なイオン交換器1の出口の浄化度合い(イオン除去効率)に合うようにピッチPを合わせることが可能になる。また、メッシュフィルタ15の管の断面積を変更することによっても同様である。   Further, by changing the pitch P of the mesh filter 15, it is possible to adjust the pitch P so as to match the degree of purification (ion removal efficiency) at the outlet of the ion exchanger 1 required in the fuel cell system 100. The same can be said by changing the cross-sectional area of the pipe of the mesh filter 15.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、次のように変更できる。例えば、ゴムホース20内に、メッシュフィルタ15の端部15a,15bを軸方向内方に付勢する付勢ばねを設けてもよい。これにより、イオン交換樹脂の体積収縮によってメッシュフィルタが軸方向に縮んだとしても、付勢ばねによって端部15a,15bがそれぞれ対向する方向へ押圧されるので、メッシュフィルタ15がゴムホース20内で移動するのを防止することができる。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change as follows. For example, an urging spring that urges the end portions 15 a and 15 b of the mesh filter 15 inward in the axial direction may be provided in the rubber hose 20. Thereby, even if the mesh filter is contracted in the axial direction due to the volume contraction of the ion exchange resin, the end portions 15a and 15b are pressed in the opposing directions by the biasing spring, so that the mesh filter 15 moves in the rubber hose 20. Can be prevented.

なお、前記した実施形態では、燃料電池システム100が燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他の移動体、例えば自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、定置型の燃料電池システムに本発明を適用してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle is illustrated, but a fuel cell system mounted on another mobile body such as a motorcycle, a train, or a ship may be used. Further, the present invention may be applied to a stationary fuel cell system.

1 イオン交換器
10 イオン交換樹脂集合体
11 イオン交換樹脂
15 メッシュフィルタ
15a,15b 端部
20 ゴムホース(冷媒配管)
30 ジョイント(配管接続部材)
30a1 端部
110 燃料電池スタック(燃料電池)
120 冷媒回路
S1 入口
S2 出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion exchanger 10 Ion exchange resin aggregate | assembly 11 Ion exchange resin 15 Mesh filter 15a, 15b End part 20 Rubber hose (refrigerant piping)
30 Joint (Piping connection member)
30a1 End 110 Fuel cell stack (fuel cell)
120 Refrigerant circuit S1 inlet S2 outlet

Claims (3)

燃料電池を経由するように冷媒を循環させる冷媒回路に設けられ、冷媒中のイオンを吸着し、イオン濃度を低減するイオン交換樹脂を備えたイオン交換器であって、
前記冷媒が通過する冷媒配管内に配設され、前記イオン交換樹脂が充填された管状のメッシュフィルタを備え、
前記メッシュフィルタは、径方向の収縮力により前記イオン交換樹脂に収縮力を付与しており、
前記メッシュフィルタは、前記イオン交換樹脂が充填された状態でらせん状を呈しており、前記らせん状を呈するメッシュフィルタの両端部を、前記冷媒配管内の前記冷媒の入口および出口に係止させたことを特徴とするイオン交換器。
An ion exchanger that is provided in a refrigerant circuit that circulates a refrigerant so as to pass through a fuel cell, includes an ion exchange resin that adsorbs ions in the refrigerant and reduces ion concentration,
A tubular mesh filter disposed in a refrigerant pipe through which the refrigerant passes and filled with the ion exchange resin;
The mesh filter imparts a shrinkage force to the ion exchange resin by a radial shrinkage force,
The mesh filter has a spiral shape filled with the ion-exchange resin, and both ends of the mesh filter having the spiral shape are locked to the refrigerant inlet and outlet in the refrigerant pipe. An ion exchanger characterized by that.
前記両端部は、前記冷媒配管に接続される配管接続部材に係止されていることを特徴とする請求項1に記載のイオン交換器。   The ion exchanger according to claim 1, wherein the both end portions are locked to a pipe connection member connected to the refrigerant pipe. 前記冷媒配管は、円筒状のゴムホースからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のイオン交換器。   The ion exchanger according to claim 1, wherein the refrigerant pipe is formed of a cylindrical rubber hose.
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