JP2017159235A - イオン交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップの上端部下面にエアが溜まることを抑制できるイオン交換器を提供する。【解決手段】イオン交換器５は、上方に向けて開口する開放部１０ｂを有するとともに下部に冷媒を流入させる流入孔１１及び同冷媒を流出させる流出孔１２が設けられたケース１０を備える。ケース１０内には、冷媒からイオンを除去するイオン交換樹脂部材１４、及び、ケース１０に対し取り外し可能に取り付けられて同ケース１０の開放部１０ｂを閉塞するキャップ１５が設けられる。更に、イオン交換器５は、ケース１０内に上下方向に延びるように設けられたチューブ部材１６も備える。このチューブ部材１６の下端開口部はケース１０の流出孔１２に繋がっており、チューブ部材１６の上端開口部はキャップにおける蓋部１５ｂの下面と対向している。【選択図】図２

Description

本発明は、イオン交換器に関する。

車両等に燃料電池を搭載する場合、発電時における燃料電池の温度上昇を抑制することを目的に、その燃料電池を冷却するための冷媒を流す冷却回路が設けられる。ただし、燃料電池を冷媒によって冷却するときに冷媒中の成分が加熱分解されると、それに伴ってイオンが発生して冷媒中のイオンが多くなり、同イオンによって金属の腐食や燃料電池の機能低下を招くおそれがある。このため、上記冷却回路には冷媒に含まれるイオンを吸着して同冷媒からイオンを取り除くイオン交換器が設けられている。

こうしたイオン交換器としては、例えば特許文献１〜３に示すものが知られている。これらのイオン交換器は、冷媒を流入させる流入孔及び同冷媒を流出させる流出孔が設けられたケースと、そのケース内に設けられて上記冷媒からイオンを除去するイオン交換樹脂部材と、そのイオン交換樹脂部材を取り替えるために上記ケースに形成された開放部を閉塞すべく同ケースに対し取り外し可能に取り付けられたキャップと、を備えている。そして、冷却回路を流れる冷媒は、イオン交換器のケース内に上記流入孔を介して流れ込み、ケース内のイオン交換樹脂部材を通過する際にイオンが除去される。こうしてイオンが除去された後の冷媒は、上記流出孔を介してケースの外（冷却回路）に流出する。

ところで、上述したイオン交換器においては、冷媒に含まれるイオンを吸着して取り除くためのイオン交換樹脂部材を定期的に取り替えなければならない。ここで、特許文献１に記載されたイオン交換器では、ケースの開放部が同ケースの下端において下方に向って開口するよう形成されている。このため、開放部を閉塞するキャップの取り付け及び取り外しをケースの下端で行うとともに、ケース内のイオン交換樹脂部材の取り替えをケースの下端に位置する上記開放部を通じて行わなければならない。その結果、イオン交換樹脂部材の取り替えを行うにあたっての作業性が悪化する。

また、特許文献２に記載されたイオン交換器では、ケースの開放部が同ケースの上端において上方に向って開口するよう形成されている。この場合、上述したようにキャップの取り付け及び取り外しをケースの下端で行ったり、ケース内のイオン交換樹脂部材の取り替えを同ケースの下端に位置する開放部を通じて行なったりしければならない、という作業性の悪化は生じない。しかし、特許文献２のイオン交換器では、次のような問題が生じる。すなわち、ケースの上端部に冷媒を流入させるための流入孔が形成されており、その流入孔に冷却回路における冷媒を流すための配管が接続されるため、ケースに対するキャップ及びイオン交換樹脂部材の取り付けや取り外しの際に上記流入孔に接続された配管が邪魔になり、イオン交換樹脂部材の取り替えのための作業が行いにくくなる。

これらのことから分かるように、イオン交換樹脂部材を取り替える際の作業性の悪化を抑制するためには、次のようにケースに開放部、流入孔、及び流出孔を設けることが好ましい。すなわち、特許文献３に記載されたイオン交換器のように、ケースの開放部を同ケースの上端において上方に向って開口するよう形成し、且つ、ケースに冷媒を流入させる流入孔を及びケースから冷媒を流出させる流出孔を同ケースの下部に設ける。この場合、ケースの開放部を閉塞するキャップの取り外し及び取り付けをケースの上端で行うとともに、ケース内のイオン交換樹脂部材の取り替えを同ケースの上端に位置する上記開放部を通じて行うことができる。また、上記流入孔及び上記流出孔がケースの下部に設けられているため、ケースに対するキャップ及びイオン交換樹脂部材の取り付けや取り外しの際、上記流入孔及び上記流出孔に接続された配管が邪魔になることもない。

特開２０１１−８３７４４号公報 特開２０１３−２３３４９９号公報 特許第４１１３７１５号公報

特許文献３のイオン交換器を用いることにより、イオン交換樹脂部材を取り替える際の作業性の悪化を抑制することができるようにはなるものの、その取り替えの際にケース内に入り込んだエアを流出孔からケース外に排出することが難しくなる。

これは、ケース内を冷媒が流れるとき、同ケース内のエアが浮力によってキャップの上端部下面に溜まる一方、イオン交換器を通過する冷媒はケースの下部に設けられた流入口から同ケース内に流入してイオン交換樹脂部材を通過し、その後に流入孔と同じくケースの下部に設けられた流出孔から同ケース外に流出するためである。

上述したケース内での冷媒の流れによっては、キャップの上端部下面に溜まったエアを流出孔まで押し流すことができないことから、エアがキャップの上端部下面に溜まったままになる。そして、エアがキャップの上端部下面に溜まることによって、イオン交換器内（ケース内）を通過する冷媒の流量を適正値に調整することが難しくなり、それに伴ってイオン交換器による冷媒からのイオンの除去に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明の目的は、キャップの上端部下面にエアが溜まることを抑制できるイオン交換器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。
上記課題を解決するイオン交換器は、上方に向けて開口する開放部を有するとともに下部に冷媒を流入させる流入孔及び同冷媒を流出させる流出孔が設けられたケースと、ケース内に設けられて冷媒からイオンを除去するイオン交換樹脂部材と、ケースに対し取り外し可能に取り付けられて同ケースの開放部を閉塞するキャップと、を備える。更に、上記イオン交換器は、次のようなチューブ部材も備える。このチューブ部材は、ケース内に上下方向に延びるように設けられている。そして、チューブ部材の下端開口部はケースの流出孔に繋がっており、チューブ部材の上端開口部はキャップの上端部下面と対向している。

上記構成によれば、流入孔からケース内に流入した冷媒は、イオン交換樹脂部材を通過した後、チューブ部材の上端開口部から同チューブ部材に入り込み、そのチューブ部材を通って流出孔からケース外に流出する。チューブ部材の上端開口部はキャップの上端部下面と対向していることから、ケース内を通過する冷媒はキャップの上端部下面とチューブ部材の上端開口部との間を通って、その上端開口部からチューブ部材の内部に流れ込む。従って、キャップの上端部下面に溜まったエアを、上記ケース内の冷媒の流れによって流出孔まで押し流すことができる。その結果、キャップの上端部下面にエアが溜まることを抑制できる。

本発明によれば、イオン交換器におけるキャップの上端部下面にエアが溜まることを抑制できる。

イオン交換器が設けられる冷却回路の全体構成を示す略図。 イオン交換器の構造を示す断面図。 イオン交換器のキャップをケースから取り外して分解した状態を示す斜視図。 冷媒管における縮径部よりも上流の部分と下流の部分との圧力差に基づく力Ａの大きさを示すグラフ。 キャップの蓋部下面におけるテーパ状の部分の傾斜角度θを示す略図。 チューブ部材の内径ｄ、及び、チューブ部材の上端と蓋部の下面との隙間の高さｔを示す略図。 イオン交換器の外径Ｄ及び高さｈ、並びに、チューブ部材の内径ｄを示す略図。

以下、イオン交換器の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池１を搭載した車両には、その燃料電池１を冷却するための冷媒を流す冷却回路２が設けられている。なお、こうした冷媒としては、エチレングリコールを含有した冷却水（ロングライフクーラント）等が用いられる。そして、冷却回路２では、ポンプ３の駆動により冷媒が循環するようになっている。

冷却回路２において、燃料電池１はポンプ３よりも下流側の部分に設けられており、同燃料電池１よりも下流側かつポンプ３よりも上流側の部分にはラジエータ４が設けられている。そして、発電時に温度上昇する燃料電池１は、冷却回路２を循環して燃料電池１を通過する冷却水によって冷却される。燃料電池１の熱を奪って温度上昇した冷媒は、ラジエータ４を通過する際に外気によって冷却され、その後にポンプ３に流れる。

また、冷却回路２には、冷媒に含まれるイオンを吸着して同冷媒から除去するためのイオン交換器５、及び、そのイオン交換器５に冷媒を流すためのバイパス配管６が設けられている。バイパス配管６の一方の端部は、冷却回路２における燃料電池１よりも下流側かつラジエータ４よりも上流側の部分に接続されている。また、バイパス配管６のもう一方の端部は、冷却回路２におけるラジエータ４よりも下流側かつポンプ３よりも上流側の部分に接続されている。そして、バイパス配管６の途中に上記イオン交換器５が設けられている。

冷却回路２においては、循環する冷媒が燃料電池１よりも下流側に流れたとき、その冷媒の一部がラジエータ４側に流れるのではなくバイパス配管６内に流れ込む。このようにバイパス配管６に流れ込んだ冷媒は、イオン交換器５を通過する際にイオンが除去され、その後に冷却回路２におけるラジエータ４よりも下流側かつポンプ３よりも上流側の部分に流れる。

次に、イオン交換器５の構造について説明する。
図２及び図３に示すように、イオン交換器５は、バイパス配管６（図１）に繋がる冷媒管８と、その冷媒管８と直交して上下方向に延びる円筒状に形成されるとともに冷媒管８と下端部で一体となるケース１０と、を備えている。

図２に示すように、ケース１０における冷媒管８との隔壁１０ａには、冷媒管８内の冷媒をケース１０内に流入させるべく冷媒管８内とケース１０内とを連通する流入孔１１が形成されている。上記隔壁１０ａにおいて、流入孔１１よりも冷媒管８内の冷媒の流れ方向（図２の右方向）の下流側には、ケース１０内の冷媒を冷媒管８に流出させるべくケース１０内と冷媒管８とを連通する流出孔１２が形成されている。また、冷媒管８における流入孔１１と流出孔１２との間の部分には、同冷媒管８内の他の部分よりも冷媒の流通面積が小さい縮径部１３が設けられている。

イオン交換器５は、ケース１０内に設けられて冷媒中に含まれたイオンを吸着することによって同冷媒からイオンを除去するイオン交換樹脂部材１４、及び、ケース１０に対し取り外し可能に取り付けられたキャップ１５も備えている。このキャップ１５は、ケース１０に取り付けられることにより、同ケース１０の上端において上方に向けて開口する開放部１０ｂを閉塞している。更に、イオン交換器５は、ケース１０内に上下方向に延びるように設けられたチューブ部材１６も備えている。チューブ部材１６の下端開口部は流出孔１２に繋がっており、チューブ部材１６の上端開口部はキャップ１５の上端部下面と対向するように位置している。

上記キャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６は、それらをケース１０に対し一度に着脱できるよう、次にようにカートリッジ化されている。すなわち、キャップ１５は、内側にイオン交換樹脂部材１４が嵌め込まれた上下方向に延びる円筒状の胴部１５ａと、その胴部１５ａの上端に設けられて同上端を閉塞する蓋部１５ｂとを備えている。そして、胴部１５ａは、その内側に嵌め込まれたイオン交換樹脂部材１４を上下方向に貫通するようにチューブ部材１６を保持している。

次に、キャップ１５の胴部１５ａにおけるチューブ部材１６を保持する構造を含め、同キャップ１５の詳細な構造について説明する。
キャップ１５の上端部下面（蓋部１５ｂの下面）は、上方に向うほど蓋部１５ｂの中心線Ｌを中心として縮径するテーパ状に形成されている。この胴部１５ａの上端部には、蓋部１５ｂに対し取り外し用の工具の取り付けを可能とすべく同蓋部１５ｂを縮径するための段部１７が設けられている。蓋部１５ｂの外周面は、取り外し工具を取り付けるための多角形状の取付面１８となっている。キャップ１５の上端部の内周面における段部１７に対応する部分には、その段部１７の形成に伴って角及び隅が生じる。しかし、それら角及び隅を断面円弧状に形成することにより、上記角及び上記隅がキャップ１５の上端部の内側を冷媒が流れる際の抵抗になることを抑制するようにしている。

一方、チューブ部材１６においては、その内径が同チューブ部材１６の延びる方向において均一となっている。チューブ部材１６の上端部の外周面には、周方向に等間隔をおいて設けられた三つの支持部１９（図２には二つのみ図示）が突出形成されている。これら支持部１９の突出方向の先端には、チューブ部材１６と同一の中心線を有するリング部２０が支持部１９と一体的に形成されている。そして、リング部２０の上面にはチューブ部材１６が貫通する円板状のメッシュ２１が設けられており、そのメッシュ２１の外周部の上面にはシールリング２２が設けられている。これらメッシュ２１及びシールリング２２は、リング部２０の上面と段部１７の下面との間に挟まれている。

チューブ部材１６は、上述したように、キャップ１５における胴部１５ａの内側に嵌め込まれた上記イオン交換樹脂部材１４を上下方向に貫通している。このため、チューブ部材１６の下端部は、イオン交換樹脂部材１４の下面から下方に突出するとともに、イオン交換樹脂部材１４の下面に接触する円板状のメッシュ３１の中心部を貫通している。チューブ部材１６の下端部の外周面には、その外周面に沿って円環状に延びるとともに下方に向けて突出するフック部２４が形成されている。このフック部２４の下端面（先端面）及び胴部１５ａの下端面にはシールリング２３ａ，２３ｂが当接しており、それらフック部２４の下端部及び胴部１５ａの下端部には底部材２５が取り付けられている。

底部材２５は、チューブ部材１６におけるフック部２４の下端部に嵌め込まれる円環状の内周部２６と、キャップ１５における胴部１５ａの下端部に嵌め込まれる円環状の外周部２７と、それら内周部２６及び外周部２７間でチューブ部材１６を中心とする放射状に延びて内周部２６及び外周部２７を繋ぐ接続部２８と、を備えている。なお、接続部２８は、チューブ部材１６の外周面回りに、等間隔をおいて合計三つ（図２には二つのみ図示）設けられている。

そして、底部材２５の内周部２６及び外周部２７をフック部２４の下端部及び胴部１５ａの下端部に嵌め込むことにより、シールリング２３ａが内周部２６とフック部２４の下端との間に挟まれるとともに、シールリング２３ｂが外周部２７と胴部１５ａの下端との間に挟まれる。更に、このときにはメッシュ３１が内周部２６及び外周部２７とイオン交換樹脂部材１４との間に挟まれる。このように底部材２５をフック部２４の下端部及び胴部１５ａの下端部に固定することにより、キャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６がカートリッジ化されている。

キャップ１５の胴部１５ａの外周面には雄ねじ２９が形成されており、一方でケース１０の内周面には上記雄ねじと螺合することが可能な雌ねじ３０が形成されている。そして、キャップ１５は、上述したようにカートリッジ化された状態のもと、胴部１５ａの雄ねじ２９をケース１０雌ねじ３０にねじ込むことにより、同ケース１０に取り付けられている。こうした取り付けが行われた状態では、ケース１０内における流入孔１１と繋がる部分が底部材２５における内周部２６と外周部２７との間の部分と連通する一方、チューブ部材１６の下端開口部が流出孔１２に繋がる。また、このときのチューブ部材１６の上端開口部は、キャップ１５における蓋部１５ｂの下面であって、同下面におけるテーパ状の部分における上端部分（蓋部１５ｂの中心線Ｌに対応する部分）と対向している。

なお、図３は、イオン交換器５のケース１０から、キャップ１５等からなるカートリッジを取り外し、そのカートリッジを分解した状態を示している。
次に、イオン交換器５の作用について説明する。

冷媒管８を流れる冷媒は、縮径部１３を通過して下流に流れるものと、縮径部１３を通過せずにイオン交換器５を通って縮径部１３の下流に流れるものとがある。縮径部１３を通過しない冷媒は、流入孔１１からイオン交換器５のケース１０内に流入し、更にメッシュ３１を通過した後、イオン交換樹脂部材１４を下から上に通過してキャップ１５内の上端部に到達する。このように冷媒がイオン交換樹脂部材１４を通過する際、冷媒中に含まれたイオンがイオン交換樹脂部材１４に吸着されることにより、同冷媒からイオンが除去される。そして、イオンを除去した後の冷媒は、キャップ１５内の上端部においてチューブ部材１６の上端開口部から同チューブ部材１６に入り込み、そのチューブ部材１６内を通って流出孔１２からケース１０外（冷媒管８内）に流出する。

イオン交換樹脂部材１４の取り替えは、次のような手順で行われる。すなわち、取り外し用の工具をケース１０の上端部に位置する蓋部１５ｂの取付面１８に取り付け、その取り外し工具を用いてキャップ１５（蓋部１５ｂ）を中心線Ｌ周りに左回転させることにより、キャップ１５の雄ねじ２９とケース１０の雌ねじ３０との螺合が解除される。このように雄ねじ２９と雌ねじ３０との螺合が解除された状態で、ケース１０の上端に位置する開放部１０ｂからキャップ１５を上方に引き抜くことにより、カートリッジ化されたキャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６がケース１０から一度に取り外される。なお、この取り外しの際にはキャップ１５内に存在していた冷媒が下に落ちてケース１０内に溜まるが、そのときにケース１０から冷媒があふれ出ることがないよう、同ケース１０の高さが予め定められている。

その後、新しいイオン交換樹脂部材１４が組み込まれたカートリッジ、すなわちキャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６等からなるカートリッジがケース１０の開放部１０ｂに差し込まれる。その状態で、キャップ１５を中心線Ｌ周りに右回転させることにより、キャップ１５の雄ねじ２９がケース１０の雌ねじ３０に螺合され、上記カートリッジがケース１０に取り付けられる。こうしたイオン交換樹脂部材１４の取り替えに伴い、ケース１０内にエアが入り込んだ場合、そのエアは冷媒がケース１０内を通過するときに浮力によってキャップ１５における蓋部１５ｂの下面であって、同下面におけるテーパ状の部分における上端部分（蓋部１５ｂの中心線Ｌに対応する部分）に集まる。

ここで、チューブ部材１６の上端開口部は、キャップ１５における蓋部１５ｂの下面におけるテーパ状の部分の上端部分と対向していることから、ケース１０内を通過する冷媒は、蓋部１５ｂの下面におけるテーパ状の部分の上端部分とチューブ部材１６の上端開口部との間を通って、その上端開口部からチューブ部材１６内に流れ込む。従って、キャップ１５における蓋部１５ｂの下面に溜まったエアを、上記ケース１０内の冷媒の流れによって流出孔１２まで押し流し、その流出孔１２からケース１０の外に排出することができる。その結果、キャップ１５における蓋部１５ｂの下面にエアが溜まることを抑制できるようになる。

次に、イオン交換器５における各所の寸法、すなわち縮径部１３における冷媒の流通面積ＦＳ、蓋部１５ｂの下面におけるテーパ状の部分の傾斜角度θ、チューブ部材１６の内径ｄ、イオン交換器５の外径Ｄ及び高さｈ、並びに、チューブ部材１６の上端と蓋部１５ｂの下面との隙間の高さｔといった値の一例について列記する。

図４は、冷媒管８における縮径部１３よりも上流の部分と下流の部分との圧力差に基づく力Ａの大きさを示している。この力Ａは、イオン交換器５のケース１０内に冷媒を流入させた後、そのケース１０内の冷媒を流出孔１２から流出させるためのものである。また、この力Ａの大きさは、縮径部１３における冷媒の流通面積ＦＳの大きさに応じて変化する。そして、流通面積ＦＳについては、力Ａが次に示す力の合計値よりも余裕代Ｇ分だけ大きい値となるように定められている。すなわち、イオン交換器５内を冷媒が流れるときのケース１０及びキャップ１５による圧力損失分の力Ｂ、イオン交換器５内を流れる冷媒の高さ位置の変化に伴う圧力損失分の力Ｃ、イオン交換器５内に溜まるエアの浮力、及び、同エアと冷媒との比重差に基づく力Ｅの合計値と比較して、上記力Ａが余裕代Ｇ分だけ大きくなるようにされている。

図５に示すように、蓋部１５ｂの下面におけるテーパ状の部分は蓋部１５ｂの中心線Ｌと直交する面Ｆに対し傾斜しており、その面Ｆに対する上記テーパ状の部分の傾斜角度θは、上記テーパ状の部分に接したエアが同部分の上端部分（中心線Ｌに対応する部分）に集まりやすくなる値、例えば８°に設定されている。

図６及び図７は、チューブ部材１６の内径ｄ、チューブ部材１６の上端と蓋部１５ｂの下面との隙間の高さｔ、並びに、イオン交換器５の外径Ｄ及び高さｈを示している。
チューブ部材１６の上端開口部の面積について、内径ｄ及び高さｔを用いて表したとすると、「π・（ｄ／２）＾２」という値になる。ここで「π」は円周率を表しており、「＾２」は２乗を表している。なお、以下での「π」及び「＾２」の表記についても同様である。また、チューブ部材１６の上端開口部の内周面を蓋部１５ｂの下面まで延ばして得られる円筒の周面面積について、内径ｄ及び高さｔを用いて表したとすると、「π・ｄ・ｔ」という値になる。内径ｄ及び高さｔは、次の式「π・（ｄ／２）＾２ ＞ π・ｄ・ｔ」、「ｄ≠０」、及び「ｔ≠０」のすべてを満たす値とされる。更に、内径ｄ、外径Ｄ、高さｈは、次の式「Ｄ：ｄ：ｈ＝１：Ｘ：Ｙ」、「Ｘ＝０．１３〜．２４」、及び「Ｙ＝１．０〜２．０」のすべてを満たす値とされる。

上述したように流通面積ＦＳ、傾斜角度θ、内径ｄ、高さｔ、外径Ｄ、及び高さｔを設定することにより、蓋部１５ｂの下面に溜まったエアがイオン交換器５を通過する冷媒によって効果的にチューブ部材１６の上端開口部内に押し流される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）イオン交換器５におけるキャップ１５の上端部下面、すなわちキャップ１５における蓋部１５ｂの下面にエアが溜まることを抑制できる。

（２）冷媒管８の縮径部１３における冷媒の流通面積ＦＳを調整することにより、冷媒管８における縮径部１３よりも上流の部分と下流の部分との圧力差に基づく力Ａの大きさが変わる。従って、流通面積ＦＳの調整を通じて力Ａの大きさを変えることにより、ケース１０内を通過する冷媒の流量を調整することができる。

（３）キャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６がカートリッジ化されているため、それらをケース１０に対し一度に着脱することができ、イオン交換樹脂部材１４を取り替える際の作業を簡単なものとすることができる。

（４）キャップ１５における胴部１５ａの上端部に段部１７を設けることにより、蓋部１５ｂを縮径して取付面１８を形成、詳しくは取り外し工具の取り付けを可能とする取付面１８を形成できるようにした。このため、取り外し用の工具を蓋部１５ｂの取付面１８に取り付け、その取り外し工具を用いてカートリッジ化されたキャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６を一度に取り外すことができる。

（５）キャップ１５における蓋部１５ｂの下面が上方に向うほど縮径するテーパ状に形成されているため、ケース１０内のエアが浮力によって蓋部１５ｂの下面における上記テーパ状の部分の上端部分に集まりやすくなる。更に、チューブ部材１６の上端開口部が蓋部１５ｂの下面における上記テーパ状の部分の上端部分と対向しているため、その上端部分に溜まったエアをケース１０内の冷媒の流れによって効果的にチューブ部材１６の上端開口部内に押し流すことができる。その結果、上記エアをチューブ部材１６に繋がる流出孔１２から効果的にケース１０外に排出することができる。

（６）イオン交換器５を通過する冷媒は、ケース１０内においてイオン交換樹脂部材１４を下から上に通過した後、チューブ部材１６の上端開口部から流出孔１２に流れる。こうした冷媒の流れをケース１０内に形成することにより、イオン交換樹脂部材１４によって冷媒からイオンを除去するに当たり、イオン交換樹脂部材１４を効率よく用いることができるようになる。その結果、イオン交換樹脂部材１４の取り替えサイクルを長くすることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・キャップ１５における蓋部１５ｂの下面については、必ずしもテーパ状に形成されている必要はなく、例えば蓋部１５ｂの中心線Ｌに対応する部分が上端となるよう上方に窪む湾曲形状に形成されていてもよい。

・冷媒管８において、縮径部１３に代えて流入孔１１と流出孔１２との間を遮蔽する遮蔽部を設け、ケース１０内を通過する冷媒の流量を調整するという縮径部１３の機能を冷却回路２側に持たせるようにしてもよい。例えば、バイパス配管６に冷媒管８に流す冷媒の流量を調整する流量調整弁等の機構を設けることが考えられる。

・チューブ部材１６の内径は、必ずしもチューブ部材１６の延びる方向において均一となっている必要はなく、チューブ部材１６の上端開口部から下端開口部に向うほど小さくなるようにしたり、それとは逆に大きくなるようにしたりすることも可能である。

１…燃料電池、２…冷却回路、３…ポンプ、４…ラジエータ、５…イオン交換器、６…バイパス配管、８…冷媒管、１０…ケース、１０ａ…隔壁、１０ｂ…開放部、１１…流入孔、１２…流出孔、１３…縮径部、１４…イオン交換樹脂部材、１５…キャップ、１５ａ…胴部、１５ｂ…蓋部、１６…チューブ部材、１７…段部、１８…取付面、１９…支持部、２０…リング部、２１…メッシュ、２２…シールリング、２３ａ…シールリング、２３ｂ…シールリング、２４…フック部、２５…底部材、２６…内周部、２７…外周部、２８…接続部、２９…雄ねじ、３０…雌ねじ、３１…メッシュ。

上記キャップ１５、イオン交換樹脂部材１４、及びチューブ部材１６は、それらをケース１０に対し一度に着脱できるよう、次のようにカートリッジ化されている。すなわち、キャップ１５は、内側にイオン交換樹脂部材１４が嵌め込まれた上下方向に延びる円筒状の胴部１５ａと、その胴部１５ａの上端に設けられて同上端を閉塞する蓋部１５ｂとを備えている。そして、胴部１５ａは、その内側に嵌め込まれたイオン交換樹脂部材１４を上下方向に貫通するようにチューブ部材１６を保持している。

図４は、冷媒管８における縮径部１３よりも上流の部分と下流の部分との圧力差に基づく力Ａの大きさを示している。この力Ａは、イオン交換器５のケース１０内に冷媒を流入させた後、そのケース１０内の冷媒を流出孔１２から流出させるためのものである。また、この力Ａの大きさは、縮径部１３における冷媒の流通面積ＦＳの大きさに応じて変化する。そして、流通面積ＦＳについては、力Ａが次に示す力の合計値よりも余裕代Ｇ分だけ大きい値となるように定められている。すなわち、イオン交換器５内を冷媒が流れるときのケース１０及びキャップ１５による圧力損失分の力Ｂ、イオン交換器５内を流れる冷媒の高さ位置の変化に伴う圧力損失分の力Ｃ、イオン交換器５内に溜まるエアの浮力Ｄ、及び、同エアと冷媒との比重差に基づく力Ｅの合計値と比較して、上記力Ａが余裕代Ｇ分だけ大きくなるようにされている。

Claims (5)

1. 上方に向けて開口する開放部を有するとともに下部に冷媒を流入させる流入孔及び同冷媒を流出させる流出孔が設けられたケースと、
   前記ケース内に設けられて前記冷媒からイオンを除去するイオン交換樹脂部材と、
   前記ケースに対し取り外し可能に取り付けられて同ケースの前記開放部を閉塞するキャップと、
   を備えるイオン交換器において、
   前記ケース内に上下方向に延びるように設けられたチューブ部材を備え、
   前記チューブ部材の下端開口部が前記流出孔に繋がるとともに、前記チューブ部材の上端開口部が前記キャップの上端部下面と対向している
   ことを特徴とするイオン交換器。
2. 前記ケースは、前記冷媒を流す冷媒管に対し一体的に形成されており、
   前記流入孔は、前記ケースにおける前記冷媒管との隔壁に設けられて前記冷媒管内と前記ケース内とを連通するものであり、
   前記流出孔は、前記隔壁において前記流入孔よりも前記冷媒管内の冷媒の流れ方向の下流側に設けられて前記冷媒管内と前記ケース内とを連通するものであり、
   前記冷媒管における前記流入孔と前記流出孔との間の部分には、同冷媒管の他の部分よりも冷媒の流通面積が小さい縮径部が設けられている
   請求項１記載のイオン交換器。
3. 前記キャップは、内側に前記イオン交換樹脂部材が嵌め込まれた上下方向に延びる円筒状の胴部と、その胴部の上端に設けられて同上端を閉塞する蓋部とを備えており、
   前記胴部は、その内側に嵌め込まれた前記イオン交換樹脂部材を上下方向に貫通するように前記チューブ部材を保持している
   請求項１又は２に記載のイオン交換器。
4. 前記キャップにおける前記胴部の上端部には、前記蓋部に対し取り外し用の工具の取り付けを可能とすべく同蓋部を縮径するための段部が設けられている
   請求項３記載のイオン交換器。
5. 前記キャップの上端部下面は、上方に向うほど縮径するテーパ状に形成されており、
   前記チューブ部材の上端開口部は、前記キャップの上端部下面における上端部分と対向している
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン交換器。