JP4815105B2 - Ion removal filter for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタに関し、特に自動車等の移動体に搭載される固体高分子型燃料電池（ＰＦＰＣ）用の燃料電池用イオン除去フィルタに関する。   The present invention relates to an ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of the fuel cell, and more particularly to a fuel cell ion for a polymer electrolyte fuel cell (PFPC) mounted on a moving body such as an automobile. It relates to a removal filter.

燃料電池は、燃焼過程を経ずに水素(Ｈ2)が持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。小容量のものでは、従来のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなど熱機関と比較するとエネルギー変換効率が高く、また低コストでコンパクト性に優れていることから、次世代自動車などの高効率動力源として期待されている。 A fuel cell directly converts chemical energy of hydrogen (H 2 ) into electric energy without going through a combustion process. Small-capacity engines are expected to be high-efficiency power sources for next-generation automobiles because they have high energy conversion efficiency compared to conventional gasoline engines, diesel engines, etc., and low cost and compactness. ing.

燃料電池の回路内の冷却、あるいは固体高分子イオン交換膜及び改質器の加湿のために純水、エチレングリコール水等が用いられる。これらの流体が燃料電池の回路内を循環すると、外気及び構成部品等から不純物の導電性イオンが流体内に浸入するので、流体の純度が下がる。このため、流体の純度を保てるように、流体中の不純物を除去するイオン除去フィルタが回路内に組み込まれる。   Pure water, ethylene glycol water, or the like is used for cooling the fuel cell circuit or humidifying the solid polymer ion exchange membrane and the reformer. When these fluids circulate in the fuel cell circuit, the conductive ions of impurities enter the fluid from the outside air, components, etc., and the purity of the fluid decreases. For this reason, an ion removal filter for removing impurities in the fluid is incorporated in the circuit so that the purity of the fluid can be maintained.

イオン交換樹脂には、大別するとカチオン（陽イオン交換樹脂）とアニオン（陰イオン交換樹脂）の２種類がある。フィルタとして使用する場合には、カチオンとアニオンとをミックスして一つのケースに充填していた。   There are roughly two types of ion exchange resins: cations (cation exchange resins) and anions (anion exchange resins). When used as a filter, a cation and an anion were mixed and filled in one case.

カチオンとアニオンをミックスする方法は、図１０に示されるように、まずカチオン３１とアニオン３２とを混ぜ合わせる工程（Ｓ１）と、その後、混合した大量のカチオンとアニオンとをケースに充填すべき量に応じて小分けする工程（Ｓ２）とを備える。   As shown in FIG. 10, the method of mixing the cation and the anion includes a step (S1) of first mixing the cation 31 and the anion 32, and then an amount to be filled in the case with a large amount of the mixed cation and anion. And a step (S2) of subdividing according to the above.

カチオン３１とアニオン３２との比率が例えば１：１とか２：１程度であれば、小分けした部分Ａ〜Ｃそれぞれにカチオン３１及びアニオン３２が前記比率で混合されることが多い。しかし、カチオン３１とアニオン３２との比率は、外気からのイオンの浸入、また構成部品から溶出するイオンにより大きく異なる。カチオン３１とアニオン３２の比率の差が大きい場合、例えばカチオン３１とアニオン３２との比率が１：１０の場合、大量に混合した後に小分けすると、小分けした部分Ａ’ではカチオンとアニオンの比率が１：１０で混合されるが、小分けした部分Ｂ’では比率が２：１０で混合されたり、小分けした部分Ｃでは比率が０：１０で混合されたりし、小分けした部分Ａ’〜Ｃ’に比率の偏りが生じ易くなる。カチオンとアニオンの比率が０：１０のカートリッジＣ’が充填されたフィルタを使用すると、流体中の陽イオンが全く除去できなくなってしまうことになる。   If the ratio of the cation 31 and the anion 32 is, for example, about 1: 1 or 2: 1, the cation 31 and the anion 32 are often mixed in the above-described ratios in the subdivided portions A to C, respectively. However, the ratio between the cation 31 and the anion 32 varies greatly depending on the infiltration of ions from the outside air and the ions eluted from the components. When the difference in the ratio between the cation 31 and the anion 32 is large, for example, when the ratio between the cation 31 and the anion 32 is 1:10, when a large amount is mixed and then subdivided, the ratio of the cation and anion is 1 in the subdivided portion A ′. Is mixed at a ratio of 2:10 in the subdivided portion B ′, or is mixed at a ratio of 0:10 in the subdivided portion C ′, and is ratioed to the subdivided portions A ′ to C ′. This tends to occur. If a filter filled with a cartridge C ′ having a cation to anion ratio of 0:10 is used, cations in the fluid cannot be removed at all.

そこで本発明は、カチオンとアニオンとの比率の差が大きくても、カチオンとアニオンとの比率の偏りが生じ難い燃料電池用イオン除去フィルタを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion removal filter for a fuel cell in which the deviation of the ratio between the cation and the anion hardly occurs even when the difference in the ratio between the cation and the anion is large.

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。   The present invention will be described below. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, the reference number of an accompanying drawing is attached in parenthesis writing, However, This invention is not limited to the form of illustration.

上記課題を解決するために請求項１の発明は、自動車等の移動体に搭載される燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタであって、流体の流入口（６）及び流出口（７）とを有するケース（９）と、該ケース（９）に組み込まれ、イオン交換樹脂（１９）が充填される交換可能なカートリッジ（１１）とを備え、前記流体が前記複数のカートリッジ（１１）を同時に通過できるように、前記複数のカートリッジ（１１）は前記流体の流れに対して並列に配置され、前記複数のカートリッジ（１１）の下部に形成された流入孔（１１ａ）それぞれが、前記ケース（９）の前記イオン交換樹脂が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する平面に形成されるとともに、前記ケース（９）に設けた前記流入口（６）に連結される流入通路（１２）に連結され、前記複数のカートリッジ（１１）の上端に形成された流出孔（１１ｂ）それぞれが、前記ケース（９）に設けた前記流出口（７）に連結される流出通路（１３）に連結され、前記複数のカートリッジ（１１）それぞれには、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが混合されることなく、陽イオン交換樹脂のみ又は陰イオン交換樹脂のみが充填され、且つ、陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジ及び陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジが少なくとも一つ含まれることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, an invention of claim 1 is a fuel cell ion removal filter for removing impurities of a fluid flowing in a circuit of a fuel cell mounted on a moving body such as an automobile , wherein the fluid inlet port a case having an (6) and outlet (7) (9), said integrated into the case (9), and a replaceable cartridge ion exchange resin (19) is filled (11), said fluid The plurality of cartridges (11) are arranged in parallel to the fluid flow so that the plurality of cartridges (11) can pass through at the same time, and inflow holes formed in the lower portions of the plurality of cartridges (11). (11a) Each is formed in a plane orthogonal to the fluid flow in the space filled with the ion exchange resin of the case (9), and provided in the case (9). Each of the outflow holes (11b) formed in the upper ends of the plurality of cartridges (11) is connected to an inflow passage (12) connected to the flow inlet (6), and the flow provided in the case (9). Connected to the outflow passage (13) connected to the outlet (7) , the cation exchange resin and the anion exchange resin are not mixed in each of the plurality of cartridges (11), and only the cation exchange resin is mixed. Alternatively, at least one cartridge filled with only the anion exchange resin and filled with only the cation exchange resin and only the cartridge filled with only the anion exchange resin is included.

この発明によれば、複数のカートリッジを流体の流れに対して並列に配置することで、例えばカートリッジを流れの方向に直列に配置する場合に比べ流れの抵抗を減らすことができる。燃料電池用イオン除去フィルタは一般的には循環回路に設けられるので、カートリッジを並列に配置しても、流体が循環している間に全てのカートリッジに流体が流れる。このため直列に配列した場合と略同様に不純物を取り除くことができる。   According to the present invention, by arranging a plurality of cartridges in parallel with the fluid flow, for example, the flow resistance can be reduced as compared with the case where the cartridges are arranged in series in the flow direction. Since the ion removal filter for a fuel cell is generally provided in a circulation circuit, even if the cartridges are arranged in parallel, the fluid flows through all the cartridges while the fluid is circulating. For this reason, impurities can be removed in substantially the same manner as when arranged in series.

また、本発明は、自動車等の移動体に搭載される燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタの製造方法であって、複数のカートリッジ（１１…）それぞれに、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを混合することなく、陽イオン交換樹脂のみ又は陰イオン交換樹脂のみを充填する工程と、前記流体が前記複数のカートリッジ（１１…）を同時に通過できるように、前記複数のカートリッジ（１１…）は前記流体の流れに対して並列に配置され、陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジ（１１）及び陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジ（１１）が少なくとも一つ含まれるように、前記複数のカートリッジ（１１…）を流体の流入口（６）及び流出口（７）を有し、前記複数のカートリッジ（１１…）の下部に形成された流入孔（１１ａ）それぞれが、前記イオン交換樹脂が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する平面に形成されるとともに、前記流入口（６）に連結される流入通路（１２）に連結され、前記複数のカートリッジ（１１…）の上端に形成された流出孔（１１ｂ）それぞれが、前記流出口（７）に連結される流出通路（１３）に連結されるケース（９）に組み込む工程とを備えることを特徴とする燃料電池用イオン除去フィルタの製造方法としても構成することができる。 The present invention also relates to a method of manufacturing an ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of a fuel cell mounted on a moving body such as an automobile , and each of the plurality of cartridges (11...) The step of filling only the cation exchange resin or only the anion exchange resin without mixing the cation exchange resin and the anion exchange resin, and the fluid can pass through the plurality of cartridges (11) simultaneously. In addition, the plurality of cartridges (11...) Are arranged in parallel with the fluid flow, and the cartridge (11) filled with only the cation exchange resin and the cartridge (11) filled with only the anion exchange resin. so they contain at least one, the plurality of cartridges (11 ...) possess the inlet of the fluid (6) and outlet (7), said plurality of cars Each of the inflow holes (11a) formed in the lower portion of the ridge (11...) Is formed in a plane perpendicular to the fluid flow in the space filled with the ion exchange resin, and is formed in the inlet (6). Each of the outflow holes (11b) formed at the upper ends of the plurality of cartridges (11) is connected to the inflow passage (12) connected to the outflow passage (13) connected to the outflow port (7). And a step of incorporating it into the case (9) to be connected .

本発明によれば、カチオンとアニオンとの比率の差が大きくても、カチオンとアニオンとの比率の偏りが生じ難い燃料電池用イオン除去フィルタが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an ion removal filter for a fuel cell in which a deviation in the ratio between the cation and the anion hardly occurs even if the difference in the ratio between the cation and the anion is large.

以下添付図面に基づいて本発明の燃料電池用加湿システムの実施形態を説明する。図１は、本発明の燃料電池用イオン除去フィルタが組み込まれる燃料電池システム（例えば固体高分子型燃料電池（ＰＦＰＣ）システム）の回路図の一例を示す。この燃料電池システムはメタノールを燃料とし、改質器１においてメタノールを水素に改質し、改質した水素及び空気を燃料電池本体２に供給して電気化学反応を起こし、電池本体２で化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。そしてこの燃料電池システムは、主に電池本体２内で水素と酸素との電気化学反応を起こさせるための電池本体回路と、電池本体２の燃料極２ａに水素を供給できるように、メタノールに含まれるメタンガスと水蒸気を反応させてメタンガスを水素に改質するための改質回路と、電池本体２の空気極２ｂに空気を供給するための大気導入回路と、電池本体２を冷却したり、電池本体２内の固体高分子イオン交換膜の水分を維持したりするための冷却回路とを備える。   Embodiments of a humidifying system for a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an example of a circuit diagram of a fuel cell system (for example, a polymer electrolyte fuel cell (PFPC) system) in which an ion removal filter for a fuel cell according to the present invention is incorporated. This fuel cell system uses methanol as fuel, reforms methanol into hydrogen in the reformer 1, supplies the reformed hydrogen and air to the fuel cell main body 2 to cause an electrochemical reaction, and the battery main body 2 generates chemical energy. Is converted into electrical energy. This fuel cell system is mainly contained in methanol so that hydrogen can be supplied to the battery body circuit for causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the battery body 2 and to the fuel electrode 2a of the battery body 2. A reforming circuit for reacting methane gas with water vapor to reform the methane gas into hydrogen, an air introduction circuit for supplying air to the air electrode 2b of the battery body 2, and cooling the battery body 2 A cooling circuit for maintaining the moisture of the solid polymer ion exchange membrane in the main body 2.

燃料電池用イオン除去フィルタ３ａは、例えば純水とエチレングリコールを混ぜた冷却水（図中ＥＧと表示）が循環する冷却回路に組み込まれ、冷却水中に含まれる不純物を除去する。また他の燃料電池用イオン除去フィルタ３ｂは、水素と酸素との反応後の純水が溜められた純水タンク４から改質器１へ純水が送られる回路に組み込まれ、純水中に含まれる不純物を除去する。燃料電池用イオン除去フィルタ３ａ，３ｂの容量は、流れる流量、不純物の量に応じて様々に設定される。なお、本発明の燃料電池用イオン除去フィルタ３ａ，３ｂが組み込まれる回路は、燃料電池の回路であればよく、これらの回路に限られるものではない。   The fuel cell ion removal filter 3a is incorporated in a cooling circuit in which cooling water (denoted as EG in the figure) in which pure water and ethylene glycol are mixed, for example, and removes impurities contained in the cooling water. In addition, another ion removal filter 3b for a fuel cell is incorporated in a circuit in which pure water is sent from the pure water tank 4 in which pure water after the reaction between hydrogen and oxygen is stored to the reformer 1, and is contained in the pure water. Impurities contained are removed. The capacities of the fuel cell ion removal filters 3a and 3b are variously set according to the flow rate and the amount of impurities. The circuit into which the fuel cell ion removal filters 3a and 3b of the present invention are incorporated is not limited to these circuits as long as it is a fuel cell circuit.

図２及び図３は、本発明の一実施形態における燃料電池用イオン除去フィルタ３ａ，３ｂを示す。図２はカバー５を取り外した状態の分解斜視図を示し、図３は断面図を示す。この図に示すように、燃料電池用イオン除去フィルタ３ａ，３ｂは、流体の流入口６及び流出口７とを有するケース９と、該ケース９に組み込まれ、イオン交換樹脂が充填される交換可能な複数の（この実施形態では４つの）カートリッジ１１…とを備える。この図２ではカートリッジ１１…の一つが抜かれた状態を示している。   2 and 3 show fuel cell ion removal filters 3a and 3b in an embodiment of the present invention. 2 shows an exploded perspective view with the cover 5 removed, and FIG. 3 shows a cross-sectional view. As shown in this figure, the ion removal filters 3a and 3b for a fuel cell are replaced with a case 9 having a fluid inlet 6 and an outlet 7 and a case 9 that is incorporated in the case 9 and filled with an ion exchange resin. A plurality of (four in this embodiment) cartridges 11. FIG. 2 shows a state where one of the cartridges 11 is removed.

ケース９は、カートリッジ１１…が組み込まれるケース本体８と、ケース本体８に着脱自在に取り付けられるカバー５とで構成される。カバー５をケース本体８から外し、カートリッジ１１…を入れ替えるだけでイオン交換樹脂も交換される。ケース本体８の下部には、流入口６が形成され、カバー５には流出口７が形成される。これら流入口６及び流出口７は、ジョイントやクランプを介して回路中の配管に接続される。流体はケース９下部の流入口６からケース９内に流入し、下から上に向かって流れ、カバー５の流出口７から流出する。   The case 9 includes a case main body 8 in which the cartridges 11 are incorporated, and a cover 5 that is detachably attached to the case main body 8. The ion exchange resin is also replaced by simply removing the cover 5 from the case body 8 and replacing the cartridges 11. An inflow port 6 is formed in the lower part of the case body 8, and an outflow port 7 is formed in the cover 5. These inlet 6 and outlet 7 are connected to piping in the circuit through joints and clamps. The fluid flows into the case 9 from the inlet 6 at the bottom of the case 9, flows from the bottom to the top, and flows out from the outlet 7 of the cover 5.

ケース本体８には例えば円筒状のカートリッジ収納空間８ａ…が、カートリッジ１１…の数に応じて複数形成される。カートリッジ収納空間８ａ…の下部が流入口に連結される流入通路１２に連結され（図３参照）、カートリッジ収納空間８ａ…の上部がカバー５に設けた流出口７に連結される流出通路１３に連結される。ケース本体８とカバー５とはボルト等の締結手段によって着脱自在に組み合わされる。ケース９の内部は、ケース本体８又はカバー５に設けたシール部材１４によってシールされる。またケース本体８は、流入通路１２が設けられた本体下部ケース８ｂと、カートリッジ１１…が挿入される本体中央部ケース８ｃとに分割されている。   For example, a plurality of cylindrical cartridge storage spaces 8a... Are formed in the case body 8 according to the number of cartridges 11. The lower part of the cartridge storage space 8a is connected to the inflow passage 12 connected to the inlet (see FIG. 3), and the upper part of the cartridge storage space 8a is connected to the outflow passage 13 connected to the outlet 7 provided in the cover 5. Connected. The case body 8 and the cover 5 are detachably combined by fastening means such as bolts. The inside of the case 9 is sealed by a seal member 14 provided on the case body 8 or the cover 5. The case main body 8 is divided into a main body lower case 8b provided with an inflow passage 12 and a main body central case 8c into which the cartridges 11 are inserted.

複数のカートリッジ収納空間８ａ…それぞれには複数のカートリッジ１１…が交換可能に収納される。複数のカートリッジ１１…は、流体が複数のカートリッジ１１…を同時に通過できるように、流体の流れに対して並列に配置されている。すなわち、複数のカートリッジ１１…の下部の流入孔１１ａ…それぞれが、流入口６に連結される流入通路１２に連結され、且つ複数のカートリッジ１１…の流出孔１１ｂ…それぞれが、流出口７に連結される流出通路１３に連結される。 In each of the plurality of cartridge storage spaces 8a, a plurality of cartridges 11 are stored interchangeably. The plurality of cartridges 11 are arranged in parallel to the fluid flow so that the fluid can pass through the plurality of cartridges 11 at the same time. That is, the lower inflow holes 11a of the plurality of cartridges 11 are connected to the inflow passage 12 connected to the inflow port 6 and the outflow holes 11b of the plurality of cartridges 11 are connected to the outflow port 7, respectively. Connected to the outflow passage 13.

カートリッジ１１は、イオン交換樹脂１９が充填される例えば略円筒状のカートリッジ本体１５と、イオン交換樹脂１９の、流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６，１６と、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６，１６間で、イオン交換樹脂に圧縮力を与えるための付勢部材１７とを備える（図９も参照）。   The cartridge 11 includes, for example, a substantially cylindrical cartridge main body 15 filled with an ion exchange resin 19, and a pair of ion exchange resin outflow prevention filters 16 and 16 provided at both ends of the ion exchange resin 19 in the fluid flow direction. And an urging member 17 for applying a compressive force to the ion exchange resin between the pair of ion exchange resin outflow prevention filters 16 and 16 (see also FIG. 9).

カートリッジ本体１５の外周の上端及び下端には、カートリッジ本体１５の外周とカートリッジ収納空間８ａを構成する壁面との間に設けられた隙間に流体が流れるのを防止するために、シール部材１８，１８が取り付けられる。   In order to prevent fluid from flowing into gaps provided between the outer periphery of the cartridge body 15 and the wall surface constituting the cartridge storage space 8a, the seal members 18, 18 are provided at the upper and lower ends of the outer periphery of the cartridge body 15. Is attached.

図４及び図５は、４個のカートリッジを組み合わせた他の例を示す。複数のカートリッジ１１…は４個に限られることはなく、流れる流体及び不純物に応じて、この例に示されるように、４個、５個等種々に組み合わせて使用してもよい。   4 and 5 show another example in which four cartridges are combined. The plurality of cartridges 11 are not limited to four, and may be used in various combinations such as four, five, etc., as shown in this example, depending on the flowing fluid and impurities.

カートリッジ１１に充填されるイオン交換樹脂１９は、例えばＯＨ基、Ｈ基、Ｎａ基、Ｃｌ基のいずれか一つを捕まえている樹脂からなり、流体中の不純物がこれらの基と置き換わることで不純物を除去する。各カートリッジ１１に収納されるイオン交換樹脂の種類については後述する。   The ion exchange resin 19 filled in the cartridge 11 is made of, for example, a resin that captures any one of OH groups, H groups, Na groups, and Cl groups, and the impurities in the fluid are replaced by these impurities. Remove. The type of ion exchange resin stored in each cartridge 11 will be described later.

イオン交換樹脂１９の上端及び下端に設けられるイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６，１６は、流体は流すがイオン交換樹脂１９が流出するのを防止する程度の粗さを有する。このイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６は、流体通路が形成された円板状のプレート２１と、プレート２１に貼られた濾過フィルタとで構成される。プレート２１の流体通路の面積を変化させることで、カートリッジ１１を流れる流体の流量が調整される。   The ion exchange resin outflow prevention filters 16, 16 provided at the upper and lower ends of the ion exchange resin 19 have such a roughness that the fluid flows but prevents the ion exchange resin 19 from flowing out. The ion exchange resin outflow prevention filter 16 includes a disk-shaped plate 21 in which a fluid passage is formed, and a filtration filter attached to the plate 21. The flow rate of the fluid flowing through the cartridge 11 is adjusted by changing the area of the fluid passage of the plate 21.

上側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６はカートリッジ本体１５に固定され、下側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６はカートリッジ本体１５内にスライド可能に配置される。また上側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６には、カバー５でカートリッジ１１をケース本体８の所定位置で押さえられるように、シリコン等のゴムラバーからなる弾性部材２２が取り付けられる（図２参照）。   The upper ion exchange resin outflow prevention filter 16 is fixed to the cartridge main body 15, and the lower ion exchange resin outflow prevention filter 16 is slidably disposed in the cartridge main body 15. Further, an elastic member 22 made of rubber rubber such as silicon is attached to the upper ion exchange resin outflow prevention filter 16 so that the cartridge 11 can be held at a predetermined position of the case body 8 by the cover 5 (see FIG. 2).

イオン交換樹脂に圧縮力を与えるための付勢部材１７は、コイルばね、板ばね等からなり、スライド可能な下側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６をイオン交換樹脂に向かって付勢する。   The urging member 17 for applying a compressive force to the ion exchange resin includes a coil spring, a leaf spring, and the like, and urges the slidable lower ion exchange resin outflow prevention filter 16 toward the ion exchange resin.

イオン交換樹脂１９は使用しているうちに、痩せてくる（すなわち樹脂の粒が小さくなる）現象が生じる。これによりイオン交換樹脂１９がすかすかになり、その内部に空間が生じる。本実施形態によれば、付勢部材１７によってイオン交換樹脂１９に圧縮力を与えているので、イオン交換樹脂に空間が生じるのを防止することができる。また燃料電池用イオン除去フィルタ３ａ，３ｂを自動車等の移動体に搭載した場合にも、振動によりイオン交換樹脂１９ががさつくのを防止することができる。   While the ion exchange resin 19 is being used, a phenomenon occurs in which it thins (that is, the resin particles become smaller). As a result, the ion exchange resin 19 becomes faint, and a space is generated inside. According to this embodiment, since the compressive force is given to the ion exchange resin 19 by the urging member 17, it is possible to prevent a space from being generated in the ion exchange resin. Further, even when the fuel cell ion removal filters 3a and 3b are mounted on a moving body such as an automobile, it is possible to prevent the ion exchange resin 19 from being damaged by vibration.

図６は、複数のカートリッジ１１…に充填されるイオン交換樹脂１９の種類を示す。この例では例えば、カートリッジＡに陽イオン交換樹脂（カチオン）のみを充填し、カートリッジＢに陰イオン交換樹脂(アニオン)のみを充填し、カートリッジＣに陰イオン交換樹脂（アニオン）のみを充填している。すなわち本実施形態では、複数のカートリッジ１１を陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジＡと陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジＢ，Ｃとに分け、フィルタ全体としては陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジＡ及び陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジＢ，Ｃが少なくとも一つ含まれるようにしている。陽イオン交換樹脂の充填量と陰イオン交換樹脂の充填量との比率は、外気からのイオンの浸入、また構成部品から溶出するイオン等により適宜設定される。   FIG. 6 shows the types of ion exchange resins 19 filled in the plurality of cartridges 11. In this example, for example, the cartridge A is filled with only the cation exchange resin (cation), the cartridge B is filled with only the anion exchange resin (anion), and the cartridge C is filled with only the anion exchange resin (anion). Yes. That is, in this embodiment, the plurality of cartridges 11 are divided into a cartridge A filled with only a cation exchange resin and cartridges B and C filled with only an anion exchange resin, and only the cation exchange resin is used as the entire filter. At least one of the cartridge A and the cartridges B and C filled only with the anion exchange resin is included. The ratio between the filling amount of the cation exchange resin and the filling amount of the anion exchange resin is appropriately set depending on the intrusion of ions from the outside air, ions eluted from the components, and the like.

本実施形態によれば、あらかじめ陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジと陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジとに分け、これらのカートリッジをイオン除去フィルタに組み込んでいる。このため、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を混合した後、小分けする場合のように、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との比率の差が大きくても、カートリッジに陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂が全く含まれなくなることがない。   According to the present embodiment, the cartridge is preliminarily filled with only the cation exchange resin and the cartridge filled with only the anion exchange resin, and these cartridges are incorporated in the ion removal filter. For this reason, even if the difference in the ratio between the cation exchange resin and the anion exchange resin is large as in the case of subdividing after mixing the cation exchange resin and the anion exchange resin, the cation exchange resin or The anion exchange resin is not completely contained.

図７は、複数のカートリッジ１１…に充填されるイオン交換樹脂１９の種類の他の例を示す。この例では例えば、カートリッジＡに陽イオン交換樹脂（カチオン）のみを充填し、カートリッジＢに陰イオン交換樹脂（アニオン）のみを充填し、カートリッジＣに陰イオン交換樹脂（アニオン）のみを充填し、カートリッジＤに陰イオン交換樹脂（アニオン）のみを充填している。この例のように、陽イオン交換樹脂の充填量と陰イオン交換樹脂の充填量との比率は様々に設定される。   FIG. 7 shows another example of the type of ion exchange resin 19 filled in the plurality of cartridges 11. In this example, for example, the cartridge A is filled with only the cation exchange resin (cation), the cartridge B is filled with only the anion exchange resin (anion), the cartridge C is filled with only the anion exchange resin (anion), The cartridge D is filled with only an anion exchange resin (anion). As in this example, the ratio between the filling amount of the cation exchange resin and the filling amount of the anion exchange resin is variously set.

図８は、複数のカートリッジ１１…に充填されるイオン交換樹脂１９の種類のさらに他の例を示す。例えば陽イオン交換樹脂の比率が小さいと陽イオン交換樹脂が充填されるカートリッジも小さくなり、カートリッジＡに並列に流体を流すと流れの抵抗によってカートリッジＡに流体が流れ難くなるおそれがある。このような場合は、陽イオン交換樹脂が充填されるカートリッジＡと、並列に接続されたカートリッジＢ〜Ｄとを直列に接続してもよい。   FIG. 8 shows still another example of the type of the ion exchange resin 19 filled in the plurality of cartridges 11. For example, when the ratio of the cation exchange resin is small, the cartridge filled with the cation exchange resin is also small. When a fluid is caused to flow in parallel with the cartridge A, the fluid may not easily flow into the cartridge A due to flow resistance. In such a case, the cartridge A filled with the cation exchange resin and the cartridges B to D connected in parallel may be connected in series.

図９は、燃料電池用イオン除去フィルタに組み込まれるカートリッジの他の例を示す。この例のカートリッジ１１も、イオン交換樹脂１９が充填される略円筒状のカートリッジ本体１５と、イオン交換樹脂の、流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６，１６と、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ１６，１６間で、イオン交換樹脂１９に圧縮力を与えるための付勢部材１７とを備える。カートリッジ本体１５、イオン交換樹脂流出防止フィルタ１６の構成は上述のカートリッジと略同様な構成なので同一の符号を附してその説明を省略する。この例では付勢部材１７としてコイルばねの代わりに板ばねが使用されている。このように、付勢部材１７はイオン交換樹脂に圧縮力を与えることができればコイルばね等に限られることはない。   FIG. 9 shows another example of the cartridge incorporated in the fuel cell ion removal filter. The cartridge 11 in this example also has a substantially cylindrical cartridge body 15 filled with the ion exchange resin 19 and a pair of ion exchange resin outflow prevention filters 16 and 16 provided at both ends of the ion exchange resin in the fluid flow direction. And an urging member 17 for applying a compressive force to the ion exchange resin 19 between the pair of ion exchange resin outflow prevention filters 16 and 16. Since the cartridge main body 15 and the ion exchange resin outflow prevention filter 16 have substantially the same structure as the cartridge described above, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted. In this example, a plate spring is used as the biasing member 17 instead of the coil spring. Thus, the urging member 17 is not limited to a coil spring or the like as long as it can apply a compressive force to the ion exchange resin.

本発明の燃料電池用イオン除去フィルタが組み込まれる燃料電池システムを示す図。The figure which shows the fuel cell system in which the ion removal filter for fuel cells of this invention is integrated. 本発明の一実施形態における燃料電池用イオン除去フィルタを示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the ion removal filter for fuel cells in one Embodiment of this invention. カバーを取り付けた図２の燃料電池用イオン除去フィルタの断面図。Sectional drawing of the ion removal filter for fuel cells of FIG. 2 which attached the cover. 燃料電池用イオン除去フィルタの他の例を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the other example of the ion removal filter for fuel cells. カバーを取り付けた図４の燃料電池用イオン除去フィルタの断面図。Sectional drawing of the ion removal filter for fuel cells of FIG. 4 which attached the cover. 複数のカートリッジに充填されるイオン交換樹脂の種類を示す図。The figure which shows the kind of ion exchange resin with which a some cartridge is filled. 複数のカートリッジに充填されるイオン交換樹脂の種類の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the kind of ion exchange resin with which a some cartridge is filled. 複数のカートリッジに充填されるイオン交換樹脂の種類のさらに他の例を示す図。The figure which shows the further another example of the kind of ion exchange resin with which a some cartridge is filled. 燃料電池用イオン除去フィルタに組み込まれるカートリッジの他の例を示す図。The figure which shows the other example of the cartridge integrated in the ion removal filter for fuel cells. 従来の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をミックスする方法を示す工程図。The process figure which shows the method of mixing the conventional cation exchange resin and anion exchange resin.

符号の説明Explanation of symbols

６…流入口
７…流出口
９…ケース
１１…カートリッジ
１９…イオン交換樹脂 6 ... Inlet 7 ... Outlet 9 ... Case 11 ... Cartridge 19 ... Ion exchange resin

Claims (2)

自動車等の移動体に搭載される燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタであって、
流体の流入口及び流出口とを有するケースと、
該ケースに組み込まれ、イオン交換樹脂が充填される交換可能なカートリッジとを備え、
前記流体が前記複数のカートリッジを同時に通過できるように、前記複数のカートリッジは前記流体の流れに対して並列に配置され、
前記複数のカートリッジの下部に形成された流入孔それぞれが、前記ケースの前記イオン交換樹脂が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する平面に形成されるとともに、前記ケースに設けた前記流入口に連結される流入通路に連結され、
前記複数のカートリッジの上端に形成された流出孔それぞれが、前記ケースに設けた前記流出口に連結される流出通路に連結され、
前記複数のカートリッジそれぞれには、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが混合されることなく、陽イオン交換樹脂のみ又は陰イオン交換樹脂のみが充填され、
且つ、陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジ及び陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジが少なくとも一つ含まれることを特徴とする燃料電池用イオン除去フィルタ。 An ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of a fuel cell mounted on a moving body such as an automobile ,
A case having a fluid inlet and outlet;
A replaceable cartridge that is built into the case and filled with an ion exchange resin ;
The plurality of cartridges are arranged in parallel to the fluid flow so that the fluid can pass through the plurality of cartridges simultaneously,
Each of the inflow holes formed in the lower part of the plurality of cartridges is formed in a plane perpendicular to the fluid flow in the space filled with the ion exchange resin of the case, and the inlet provided in the case Connected to the inflow passage connected to
Each of the outflow holes formed in the upper ends of the plurality of cartridges is connected to an outflow passage connected to the outflow port provided in the case,
Each of the plurality of cartridges is filled with only the cation exchange resin or only the anion exchange resin without being mixed with the cation exchange resin and the anion exchange resin.
A fuel cell ion removal filter comprising at least one cartridge filled with only a cation exchange resin and a cartridge filled with only an anion exchange resin. 自動車等の移動体に搭載される燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタの製造方法であって、
複数のカートリッジそれぞれに、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを混合することなく、陽イオン交換樹脂のみ又は陰イオン交換樹脂のみを充填する工程と、
前記流体が前記複数のカートリッジを同時に通過できるように、前記複数のカートリッジは前記流体の流れに対して並列に配置され、陽イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジ及び陰イオン交換樹脂のみが充填されるカートリッジが少なくとも一つ含まれるように、前記複数のカートリッジを流体の流入口及び流出口を有し、前記複数のカートリッジの下部に形成された流入孔それぞれが、前記イオン交換樹脂が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する平面に形成されるとともに、前記流入口に連結される流入通路に連結され、前記複数のカートリッジの上端に形成された流出孔それぞれが、前記流出口に連結される流出通路に連結されたケースに組み込む工程とを備えることを特徴とする燃料電池用イオン除去フィルタの製造方法。 A method for producing an ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of a fuel cell mounted on a moving body such as an automobile ,
Filling each of the plurality of cartridges with only the cation exchange resin or only the anion exchange resin without mixing the cation exchange resin and the anion exchange resin;
The plurality of cartridges are arranged in parallel to the fluid flow so that the fluid can simultaneously pass through the plurality of cartridges, and are filled only with a cation exchange resin and an anion exchange resin. as the cartridge comprises at least one that, said plurality of cartridges have a inlet and outlet of the fluid, respectively inflow holes formed in the lower portion of the plurality of cartridges, the ion exchange resin is filled The outlet is formed in a plane perpendicular to the fluid flow in the space and connected to an inflow passage connected to the inflow port, and each of outflow holes formed in upper ends of the plurality of cartridges is connected to the outflow port. fuel cell deionized fill, characterized in that it comprises a step of incorporating the linked case the outlet passage that The method of production.
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