JP2012161740A - イオン交換樹脂用のカートリッジハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】キャップの体格の増大を抑制しつつキャップとケースとのシール性を確保することができるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングを提供する。
【解決手段】カートリッジハウジングは、筒状をなし、一方の開口部がフィルタ１３により被覆されるとともに、他方の開口部が開放されたケース１０と、筒状をなし、一方の開口部が開放されるとともに、他方の開口部がフィルタ２３により被覆されたキャップ２０とを備え、ケース１０の開口部側にキャップ２０が嵌められる。ケース１０にはその開放側の端部の外周面に径方向外側に突出する突部１５が形成されている。また、キャップ２０には突部１５が嵌合される嵌合孔２５が貫通形成されている。また、キャップ２０の嵌合孔２５を介した開放側の部位には嵌合孔２５を介したフィルタ２３側の部位（上底部２２）よりも剛性の低い低剛性部３０が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、イオン交換樹脂と冷却液とのイオン交換を通じて冷却液に含まれるイオンを除去するようにしたイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングに関する。

燃料電池システムでは、発電に伴って発熱する燃料電池を冷却すべく、ポンプにより冷却液（例えば、エチレングリコール）を強制的に循環させるための冷却回路が設けられている。また、燃料電池システムの内部に冷却液を流通させると、冷却回路の管壁内面等との化学反応により冷却液が化学変化することでイオンが生成される。そして、冷却液中のイオン濃度が上昇すると、これに伴って冷却液の電気伝導度が上昇するようになる。その結果、燃料電池によって発生した電流が冷却液を通じて外部に漏れ、ひいては燃料電池の発電効率の低下を招くといった問題が生じる。

そこで、従来、冷却回路中に、粒状（例えば粒径が数百μｍ）のイオン交換樹脂が収容されたイオン交換器を設け、このイオン交換器の内部に冷却液を通過させることで、冷却液に含まれるイオンの除去を図るようにしている。

こうしたイオン交換器としては例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の構成では、筒状のケースの内部には袋体内に樹脂を封入したパックが収納されており、ケースの開口部は蓋により閉塞されている。また、ケースの底部には冷却液をケース内に導入するための導入口が形成されるとともに、蓋にはケース内の冷却液を排出するための排出口が形成されている。ちなみに、導入口及び排出口は共にケースの中心軸線上においてその中心軸線の延長方向を指向するように設けられている。

特開２００７―１２２９０６号公報

ところで、特許文献１に記載のイオン交換器では、イオン交換樹脂を収納したパックが冷却液の流れの圧力を受けて変形する。このため、冷却液の流れ方向におけるパックの厚みが小さくなった部位ではイオン交換樹脂と冷却液とが接触する時間が短くなり、その分だけ冷却液に含まれるイオンの除去が行なわれにくくなる。

そこで、こうした不都合を解消すべく、イオン交換樹脂を収納するユニットとして変形しにくいカートリッジを採用することが考えられる。すなわち、カートリッジは、比較的高い剛性を有する樹脂製或いは金属製の筒状のケース及びキャップからなり、内部にイオン交換樹脂が収容される。

ここで、ケースとキャップとの組み付けが容易であることや、熱溶着時の熱の影響によるイオン交換樹脂の交換基の脱落のおそれがないこと等の理由から、熱溶着することなくケースとキャップとを互いに凹凸の関係で係合させて組み付ける構造を採用することが望ましい。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャップの体格の増大を抑制しつつキャップとケースとのシール性を確保することができるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、筒状をなし、一方の開口部がフィルタにより被覆されるとともに、他方の開口部が開放されたケースと、筒状をなし、一方の開口部が開放されるとともに、他方の開口部がフィルタにより被覆されたキャップとを備え、前記ケースの開口部側に前記キャップが嵌められるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記ケースの開放側の端部の外周面から外方に突出する突部が形成され、前記キャップには前記突部が嵌合される嵌合孔が貫通形成され、前記キャップにおいて前記嵌合孔を介した開放側の部位には同嵌合孔を介したフィルタ側の部位よりも剛性の低い低剛性部を形成したことをその要旨としている。

同構成によれば、ケースにキャップを被せて突部が嵌合孔に嵌合されると、キャップに形成された低剛性部が他の部分に優先して弾性変形する。このため、嵌合孔に突部を嵌合させることに起因してキャップのフィルタ側の端部が変形することを抑制することができ、ケースとキャップとのシール面に隙間が生じることを抑制することができる。従って、キャップの体格の増大を抑制しつつキャップとケースとのシール性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記キャップには前記嵌合孔から前記キャップの開放側に向けて切欠部が形成され、前記低剛性部は前記切欠部と前記キャップの開放側の端部との間の部位に形成されていることをその要旨としている。

同構成によれば、キャップに切欠部を形成することにより同切欠部とキャップの開放側の端部との間の部位により低剛性部が構成されるため、低剛性部を容易に形成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記突部は前記ケースの周方向に延びる細長形状とされ、前記嵌合孔は前記キャップの周方向に延びる細長形状とされ、前記切欠部は前記キャップの周方向における前記嵌合孔の両端にそれぞれ形成されていることをその要旨としている。

同構成によれば、キャップに形成された一対の切欠部とその開放側の端部との間の部位により構成される低剛性部が弾性変形して同開放側に変位する。そして、これら低剛性部の間の部位も開放側に変位する。従って、突部に圧接される部位全体を開放側に適切に弾性変形させることができる。

請求項４に記載の発明は、筒状をなし、一方の開口部がフィルタにより被覆されるとともに、他方の開口部が開放されたケースと、筒状をなし、一方の開口部が開放されるとともに、他方の開口部がフィルタにより被覆されたキャップとを備え、前記ケースの開口部側に前記キャップが嵌められるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記ケースの開放側の端部の外周面から外方に突出するとともにその軸線方向に変形可能な突部が形成され、前記キャップには前記突部が嵌合される嵌合孔が貫通形成されていることをその要旨としている。

同構成によれば、ケースにキャップを被せて突部が嵌合孔に嵌合されると、突部がケースの軸線方向に圧縮される。このため、嵌合孔に突部を嵌合させることに起因してキャップのフィルタ側の端部が変形することを抑制することができ、ケースとキャップとのシール面に隙間が生じることを抑制することができる。従って、キャップの体格の増大を抑制しつつキャップとケースとのシール性を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記突部には周方向に延びる溝が形成されていることをその要旨としている。

同構成によれば、突部において溝を挟む部位が同溝側に撓むようになるため、同突部をキャップの軸線方向において変形可能なものとすることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、前記キャップには前記嵌合孔に連通する孔であって、前記ケースの突部を同嵌合孔に案内するガイド孔が貫通形成され、前記ガイド孔の内縁に傾斜面が形成されて、ガイド孔は前記嵌合孔側に向けて先細とされるとともに同嵌合孔との連通部の開口幅が前記突部の幅よりも小さくされ、嵌合孔のガイド孔側の端面には嵌合孔内の突部が当接されて、突部のガイド孔側への移動が阻止されるように構成したことをその要旨としている。

同構成によれば、ガイド孔において嵌合孔との連通部の開口幅がケースの突部の幅よりも小さくされているため、同嵌合孔のガイド孔側の端面が障壁となることで嵌合孔に嵌合されている突部がガイド孔側に抜けることを抑制することができる。また、ガイド孔は傾斜面により嵌合孔側に向けて先細とされているため、ガイド孔から嵌合孔に突部を容易に嵌めることができる。

本発明によれば、キャップの体格の増大を抑制しつつキャップとケースとのシール性を確保することができる。

本発明に係る一実施形態の冷却回路の概略図。 同実施形態のカートリッジの正面図。 （ａ）同実施形態のケースの正面図、（ｂ）同ケースの平面図。 （ａ）同実施形態のキャップの正面図、（ｂ）同キャップの平面図。 （ａ）〜（ｄ）同実施形態のケースとキャップとの組付態様の説明図。 同実施形態の作用を説明する説明図。 ケースの変形例について、（ａ）突部の正面図、（ｂ）突部の側面図。 同変形例の作用を説明する説明図。 キャップに切欠部を形成しない構成の作用を説明する説明図。

以下、図１〜図５を参照して、本発明を具体化した一実施形態について詳細に説明する。尚、以降において図面中の上下方向をそのまま上下方向として説明するが、本実施形態の構成の方向はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、燃料電池システムの冷却回路９には上流側から順に、冷却液（例えばエチレングリコール）を吸引して吐出するポンプ８１、燃料電池８２、及び冷却液を熱交換により冷却するための熱交換器８３が設けられている。また、冷却回路９には熱交換器８３を迂回する迂回路９１が設けられており、同迂回路９１の途中には冷却液に含まれるイオンをイオン交換により除去するためのイオン交換樹脂を収容したカートリッジハウジング１が設けられている。

図２〜図４に示すように、カートリッジハウジング１は粒状（例えば粒径が数百μｍ程度）のイオン交換樹脂３を収容するためのものであり、合成樹脂製の円筒状をなすケース１０及び短円筒状をなすキャップ２０を備えている。カートリッジハウジング１は迂回路９１に着脱可能に接続される。

ケース１０は、上部側（一方）の開口部１９が円盤状のフィルタ１３により被覆され、下部側（他方）の開口部１８は開放されている。フィルタ１３は、網目構造或いは多孔質構造をなすものであり、冷却液の通過を許容する一方、イオン交換樹脂３の通過を阻止する機能を有する。

ケース１０にはその上端部の外周面１１に径方向外側に突出するとともに周方向に延びる細長状、具体的には正面視四角形状の突部１５がケース１０の周方向において等角度間隔に３つ形成されている。

キャップ２０は、下部側（一方）の開口部２９が開放され、上部側（他方）の開口部２８は円盤状のフィルタ２３により被覆されている。フィルタ２３は、上記フィルタ１３と同様な構造を有している。

キャップ２０の上端部には同キャップ２０の径方向内側に延びて円環状をなす上底部２２が設けられている。上底部２２の内周面に上記フィルタ２３が固設されている。
ここで、キャップ２０の周壁には、突部１５が嵌合可能な周方向に延びる細長状の嵌合孔２５が貫通形成されている。嵌合孔２５は周方向における長さＡが上記突部１５の長さＢよりも長くされるとともに（Ａ＞Ｂ）、軸線方向Ｌにおける長さ、つまり上下幅Ｃは上記突部１５の厚さＤよりも僅かに短くされている（Ｃ＜Ｄ）。

また、キャップ２０には嵌合孔２５の周方向両端からキャップ２０の下方側に向けて一対の切欠部２６が形成されている。この切欠部２６の下端部は正面半円弧状をなしている。キャップ２０の下端部と切欠部２６の底部との間の幅ｄ１は、上底部２２の厚さｄ２よりも小さくされている（ｄ１＜ｄ２）。従って、キャップ２０の切欠部２６を介して下側、つまり開口側の部位は、嵌合孔２５を介してフィルタ２３側の部位（上底部２２）よりも剛性の低い低剛性部３０とされている。

キャップ２０の周壁の内周面には周方向において等角度間隔に３つのガイド溝２４が上下方向（軸線方向Ｌ）に沿って凹設されている。ガイド溝２４は周壁の軸線方向Ｌの全体にわたって形成されている。

また、キャップ２０の周壁には、上記嵌合孔２５とガイド溝２４とを接続するガイド孔２７が貫通形成されている。ガイド孔２７の下縁は嵌合孔２５に近接するほど上昇傾斜されており、嵌合孔２５との連通部の開口幅は突部１５の厚さＤよりも小さくされている。

さて、こうした構成を備えるカートリッジハウジング１の組み付けに際しては、まず、ケース１０の内部にイオン交換樹脂３を収容し、その後、図５（ａ），（ｂ）に示すように、キャップ２０のガイド溝２４内をケース１０の突部１５が移動するようにしてケース１０の上端部にキャップ２０の開口部２９を被せる。そして、ケース１０の上端面１４にキャップ２０の上底部２２の底面２２ａを当接させる。次に、図５（ｃ）に示すように、ケース１０に対してキャップ２０を周方向に回転させてキャップ２０のガイド孔２７内にケース１０の突部１５を移動させる。このとき、突部１５がガイド孔２７の傾斜した縁部２７ａに当たるが、縁部２７ａが弾性変形することで嵌合孔２５内に突部１５を移動させることができる。そして、図５（ｄ）に示すように、突部１５が嵌合孔２５に嵌合されると、突部１５はキャップ２０によりその軸線方向Ｌにおいて挟持されるようになる。このようにしてキャップ２０とケース１０とが互いに係合される。突部１５が嵌合孔２５に嵌合された後においては、嵌合孔２５とガイド孔２７との連通部を構成するキャップ２０の縁部２７ａによって突部１５がガイド孔２７に移動することが阻止される。従って、キャップ２０は閉蓋状態に維持される。

ここで、図６に示すように、キャップ２０の低剛性部３０の剛性が上底部２２に比して低くされているため、ケース１０にキャップ２０を被せて突部１５が嵌合孔２５に嵌合されると、上底部２２はほとんど変形しないが、低剛性部３０は二点鎖線にて示した状態から実線にて示した状態へと大きくキャップ２０の開放側に変位する。このため、これら低剛性部３０の間に位置する部位３１も開放側に変位する。従って、突部１５と上底部２２とのシール面（１４，２２ａ）に隙間が生じることが抑制される。

こうしたカートリッジハウジング１を冷却回路９の迂回路９１に接続すれば、カートリッジハウジング１の内部のイオン交換樹脂３に冷却液を通過させることにより同冷却液に含まれるイオンが除去される。

以上説明した本実施形態に係るイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）ケース１０の上端部の外周面１１には径方向外側に突出する突部１５が形成されている。また、キャップ２０には突部１５が嵌合される嵌合孔２５が貫通形成されている。また、キャップ２０において嵌合孔２５を介した開放側の部位に上底部２２よりも剛性の低い低剛性部３０が形成されている。こうした構成によれば、キャップ２０の体格の増大を抑制しつつキャップ２０とケース１０とのシール性を確保することができる。

一方、上記実施形態を採用することなく、カートリッジハウジングの体格を小さくするためにキャップの底部の厚さを薄くすると、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、図９に示すように、キャップ１２０の底部１２２の厚さを薄くするほどその剛性が低くなる。そのため、キャップ１２０の嵌合孔１２５にケース１１０の突部１１５が嵌合されると、底部１２２が弾性変形することで、底部１２２と突部１１５とのシール面に隙間Ｓ１が生じる。その結果、キャップ１２０とケース１１０とのシール性を確保することができなくなる。

（２）キャップ２０には嵌合孔２５からキャップ２０の開放側に向けて切欠部２６が形成されている。また、低剛性部３０は切欠部２６とキャップ２０の開放側の端部との間の部位に形成されている。こうした構成によれば、低剛性部３０を容易に形成することができる。

（３）突部１５及び嵌合孔２５は周方向に延びる細長形状とされている。また、切欠部２６は嵌合孔２５の周方向両端にそれぞれ形成されている。こうした構成によれば、低剛性部３０が容易に弾性変形して、低剛性部３０の間の部位３１も開放側に変位する。従って、突部１５に圧接される部位全体を開放側に適切に弾性変形させることができ、キャップ２０を容易に閉蓋状態にすることができる。

（４）キャップ２０には嵌合孔２５に連通する孔であって、ケース１０の突部１５を同嵌合孔２５に案内するガイド孔２７が貫通形成されている。また、ガイド孔２７の内縁に傾斜面が形成されて、ガイド孔２７は嵌合孔２５側に向けて先細とされるとともに同嵌合孔２５との連通部の開口幅が突部１５の幅よりも小さくされている。嵌合孔２５のガイド孔２７側の端面には嵌合孔内の突部が当接されて、突部１５のガイド孔２７側への移動が阻止されるように構成した。こうした構成によれば、ガイド孔２７において嵌合孔２５との連通部の開口幅がケース１０の突部１５の幅よりも小さくされているため、同嵌合孔２５のガイド孔２７側の端面が障壁となることで嵌合孔２５に嵌合されている突部１５がガイド孔２７側に抜けることを抑制することができる。また、ガイド孔２７は傾斜面により嵌合孔２５側に向けて先細とされているため、ガイド孔２７から嵌合孔２５に突部を容易に嵌めることができる。

尚、本発明に係るイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングは、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態では、切欠部２６がキャップ２０の周方向における嵌合孔２５の両端にそれぞれ隣接して形成されるものとしたが、これに加えて、嵌合孔の両端の間に更に切欠部を形成するようにしてもよい。

・上記実施形態及びその変形例では、切欠部とキャップの開放側の端部との間の部位により低剛性部を構成するようにしたが、本発明の低剛性部はこれに限定されない。他に例えば、キャップにおいて嵌合孔の縁部と開放側の端部との間に小径の貫通孔を周方向に複数列設することにより低剛性部を具現化するようにしてもよい。また、嵌合孔と開放側の端部との間の部位を他の部位に比して肉厚を薄くすることによって形成することで低剛性部を具現化するようにしてもよい。

・上記実施形態及びその変形例では、キャップの嵌合孔を介して開放側の部位を弾性変形させることによりケースとキャップとのシール面に隙間が生じることを抑制するようにした。これに代えて、突部をケースの軸線方向に変形可能なものとしてもよい。すなわち、図７に示すように、突部２１５には上下方向（軸線方向Ｌ）における中間部に周方向に延びるスリット溝２１６が形成されている。こうした構成によれば、図８に示すように、ケース２１０にキャップ２２０を被せて突部２１５が嵌合孔２２５に嵌合されると、突部２１５が上下方向に薄くなるように変形する。このため、嵌合孔２２５に突部２１５を嵌合させることに起因してキャップ２２０のフィルタ側の端部２２２が変形することを抑制することができ、ケース２１０とキャップ２２０とのシール面に隙間が生じることを抑制することができる。また、図７及び図８に示した突部２１５の構成に代えて、突部を軸線方向に対して圧縮可能な弾性部材により形成するようにしてもよい。この場合であっても、上記作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

１…カートリッジハウジング、３…イオン交換樹脂、１０…ケース、１１…外周面、１３…フィルタ、１４…上端面、１５，１１５，２１５…突部、１８…開口部、１９…開口部、２０…キャップ、２１…外周面、２２，１２２…上底部、２２ａ…底面、２３…フィルタ、２４…ガイド溝、２５，２２５…嵌合孔、２６…切欠部、２７…ガイド孔、２７ａ…縁部、２８……開口部、２９…開口部、３０…低剛性部、３１…部位、８１…ポンプ、８２…燃料電池、８３…熱交換器、９…冷却回路、９１…迂回路、２１６…スリット溝、２２２…端部。

Claims (6)

1. 筒状をなし、一方の開口部がフィルタにより被覆されるとともに、他方の開口部が開放されたケースと、筒状をなし、一方の開口部が開放されるとともに、他方の開口部がフィルタにより被覆されたキャップとを備え、前記ケースの開口部側に前記キャップが嵌められるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記ケースの開放側の端部の外周面から外方に突出する突部が形成され、
   前記キャップには前記突部が嵌合される嵌合孔が貫通形成され、
   前記キャップにおいて前記嵌合孔を介した開放側の部位には同嵌合孔を介したフィルタ側の部位よりも剛性の低い低剛性部を形成した
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。
2. 請求項１に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記キャップには前記嵌合孔から前記キャップの開放側に向けて切欠部が形成され、
   前記低剛性部は前記切欠部と前記キャップの開放側の端部との間の部位により形成されている
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。
3. 請求項２に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記突部は前記ケースの周方向に延びる細長形状とされ、
   前記嵌合孔は前記キャップの周方向に延びる細長形状とされ、
   前記切欠部は前記キャップの周方向における前記嵌合孔の両端にそれぞれ形成されている
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。
4. 筒状をなし、一方の開口部がフィルタにより被覆されるとともに、他方の開口部が開放されたケースと、筒状をなし、一方の開口部が開放されるとともに、他方の開口部がフィルタにより被覆されたキャップとを備え、前記ケースの開口部側に前記キャップが嵌められるイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記ケースの開放側の端部の外周面から外方に突出するとともにその軸線方向に変形可能な突部が形成され、
   前記キャップには前記突部が嵌合される嵌合孔が貫通形成されている
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。
5. 請求項４に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記突部には周方向に延びる溝が形成されている
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のイオン交換樹脂用のカートリッジハウジングにおいて、
   前記キャップには前記嵌合孔に連通する孔であって、前記ケースの突部を同嵌合孔に案内するガイド孔が貫通形成され、
   前記ガイド孔の内縁に傾斜面が形成されて、ガイド孔は前記嵌合孔側に向けて先細とされるとともに同嵌合孔との連通部の開口幅が前記突部の幅よりも小さくされ、
   嵌合孔のガイド孔側の端面には嵌合孔内の突部が当接されて、突部のガイド孔側への移動が阻止されるように構成した
   ことを特徴とするイオン交換樹脂用のカートリッジハウジング。

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