JP5043724B2 - イオン交換器 - Google Patents
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Description
イオン交換器90は、イオン交換樹脂91が設けられたイオン交換流路92と、イオン交換樹脂91をバイパスするバイパス流路94とを含んで構成され、冷媒の循環流路に接続される。このバイパス流路94には圧力を損失させる圧力損失部93が設けられる。
しかしながら、イオン交換流路とバイパス流路とが別々に構成された従来のイオン交換器では、各流路において別々に放熱及び吸熱が行われる。また、上述のように冷媒の流量が変わると、イオン交換流路とバイパス流路とを流通する冷媒の流量も変わるため、このような冷媒の温度管理が困難になる。
すなわち、このような2重配管にイオン交換流路及びバイパス流路を構成することにより、イオン交換流路及びバイパス流路において放熱及び吸熱が別々に行われることが無い。このため、上述の従来のイオン交換器のようなイオン交換流路とバイパス流路とで放熱及び吸熱が別々に行われる場合と比較して、冷媒の温度管理が容易となる。したがって、冷媒の温度管理性能の低下による冷媒の劣化を防止することができる。
また、冷媒配管を2重構造とすることにより、イオン交換流路とバイパス流路とを別々に設けた場合と比較して、イオン交換器をより小型にできる。
この発明によれば、イオン交換流路及びバイパス流路から排出された冷媒を下流側滞留室に滞留させて、冷媒中のイオンの分布を均一にした後に、イオン交換器から冷媒を排出することができる。これにより、配管の劣化を防止することができる。
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係るイオン交換器1の構成を示す断面図である。
イオン交換器1は、冷媒が流通する冷媒配管としての交換器本体10と、この交換器本体10内に冷媒を導入する導入管20と、交換器本体10内の冷媒を排出する排出管30とを備える。
このため、内管12が縮径した部分では、内側流路14の流路断面積は減少し、外側流路13の流路断面積は増加する。また、内管12が拡径した部分では、内側流路14の流路断面積は増加し、外側流路13の流路断面積は減少する。
一方、イオン交換流路となる外側流路13の流路断面積は、上流側の端部から略中央にかけて増加し、略中央から下流側の端部にかけて減少する。すなわち、外側流路13のうち略中央における流路断面積は、下流側の端部における流路断面積よりも大きくなっている。
(1)冷媒が流通する交換器本体10を、外管11とこの外管11に内包された内管12とで構成し、2重構造とした。すなわち、この交換器本体10のうち、外管11の内部かつ内管12の外部、及び、内管12の内部には、それぞれ、冷媒が流通する外側流路13及び内側流路14が形成される。また、これら外側流路13及び内側流路14の一方の流路にイオン交換樹脂15を設けイオン交換流路を構成し、他方の流路に圧力損失部18を設けバイパス流路を構成した。
すなわち、このような2重配管にイオン交換流路及びバイパス流路を構成することにより、イオン交換流路及びバイパス流路において放熱及び吸熱が別々に行われることが無い。このため、上述の従来のイオン交換器のようなイオン交換流路とバイパス流路とで放熱及び吸熱が別々に行われる場合と比較して、冷媒の温度管理が容易となる。したがって、冷媒の温度管理性能の低下による冷媒の劣化を防止することができる。
また、交換器本体10を2重構造とすることにより、イオン交換流路とバイパス流路とを別々に設けた場合と比較して、イオン交換器1をより小型にできる。
本発明の第2実施形態について、図3及び図4を参照して説明する。
以下の第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図4は、交換器本体10Aの軸方向に垂直な平面に沿った断面図である。より具体的には、図4の(a)は、図3の線IVA−IVAに沿った断面であり、図4の(b)は、図3の線IVB−IVBに沿った断面図であり、図4の(c)は、図3の線IVC−IVCに沿った断面図である。
イオン交換樹脂15Aは、交換器本体10A内部のうち、内管12Aの内部、すなわち、内側流路14Aに封入される。したがって、このイオン交換器1Aにおいて、外側流路13Aはイオン交換樹脂15Aをバイパスするバイパス流路となっており、内側流路14Aは冷媒のイオンを除去するイオン交換流路となっている。
このため、内管12Aが拡径した部分では、内側流路14Aの流路断面積が増加し、外側流路13Aの流路断面積は減少する。また、内管12Aが縮径した部分では、内側流路14Aの流路断面積は減少し、外側流路13Aの流路断面積は増加する。
一方、イオン交換流路となる内側流路14Aの流路断面積は、上流側の端部から略中央にかけて増加し、略中央から下流側の端部にかけて減少する。すなわち、内側流路14Aのうち略中央における流路断面積は、下流側の端部における流路断面積よりも大きくなっている。
(8)外側流路13Aをバイパス流路とし、内側流路14Aをイオン交換流路とした。また、内管12Aの少なくとも一部を上流側から下流側へ拡径して、イオン交換流路の流路断面積を増加することにより、圧力損失部18Aを形成した。すなわち、簡単な構成により、バイパス流路に圧力損失を発生させるだけでなく、イオン交換流路の流路断面積を増加させ、より多くのイオン交換樹脂15Aを設けることが可能となる。すなわち、より多くのイオン交換樹脂15Aを設けることにより、イオン交換率を向上できる。また、イオン交換樹脂を交換することなくより長い期間に亘ってイオン交換器1Aを使用することができる。
本発明の第3実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。
以下の第3実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図6は、交換器本体10Bの軸方向に垂直な平面に沿った断面図である。より具体的には、図6の(a)は、図5の線VIA−VIAに沿った断面であり、図6の(b)は、図5の線VIB−VIBに沿った断面図であり、図6の(c)は、図5の線VIC−VICに沿った断面図である。
イオン交換樹脂15Bは、交換器本体10B内部のうち、内管12Bの内部、すなわち、内側流路14Bに封入される。したがって、このイオン交換器1Bにおいて、外側流路13Bはイオン交換樹脂15Bをバイパスするバイパス流路となっており、内側流路14Bは冷媒のイオンを除去するイオン交換流路となっている。
このため、外管11Bが縮径した部分では、外側流路13Bの流路断面積は減少し、外管11Bが拡径した部分では、外側流路13Bの流路断面積は増加する。また、内側流路14Bの流路断面積は全長に亘って略一定である。
(9)外側流路13Bをバイパス流路とし、内側流路14Bをイオン交換流路とした。また、外管11Bの少なくとも一部を上流側から下流側へ縮径することにより圧力損失部18Bを形成した。すなわち、簡単な構成によりバイパス流路に圧力損失を発生させることができる。
10,10A,10B…交換器本体(冷媒流路)
11,11B…外管
12,12A,12B…内管
13…外側流路(イオン交換流路)
13A,13B…外側流路(バイパス流路)
14…内側流路(バイパス流路)
14A,14B…内側流路(イオン交換流路)
15,15A,15B…イオン交換樹脂
16…上流側バッファ(上流側滞留室)
17…下流側バッファ(下流側滞留室)
18,18A,18B…圧力損失部
Claims (9)
- 冷媒循環系に設けられ冷媒が流通する冷媒配管と、
冷媒を通過させることにより冷媒のイオンを除去するイオン交換樹脂と、を有するイオン交換器であって、
前記冷媒配管は、外管と当該外管に内包された内管とを含み、
前記外管内部かつ前記内管外部の流路及び前記内管内部の流路のうち、一方の流路は前記イオン交換樹脂が設けられたイオン交換流路であり、他方の流路は、上流側から下流側に向けて漸次その流路断面積を変更する領域を備えることで圧力を損失させる圧力損失部が設けられたバイパス流路であることを特徴とするイオン交換器。 - 前記圧力損失部は、前記バイパス流路のうち少なくとも一部において、上流側から下流側へ流路断面積を減少することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載のイオン交換器。
- 前記外管内部かつ前記内管外部の流路はイオン交換流路であり、
前記内管内部の流路はバイパス流路であり、
前記圧力損失部は、前記内管の少なくとも一部を上流側から下流側へ縮径して、前記イオン交換流路の流路断面積を増加することにより形成されることを特徴とする請求項2に記載のイオン交換器。 - 前記外管内部かつ前記内管外部の流路はバイパス流路であり、
前記内管内部の流路はイオン交換流路であり、
前記圧力損失部は、前記内管の少なくとも一部を上流側から下流側へ拡径して、前記イオン交換流路の流路断面積を増加することにより形成されることを特徴とする請求項2に記載のイオン交換器。 - 前記外管内部かつ前記内管外部の流路はバイパス流路であり、
前記内管内部の流路はイオン交換流路であり、
前記圧力損失部は、前記外管の少なくとも一部を上流側から下流側へ縮径することにより形成されることを特徴とする請求項2に記載のイオン交換器。 - 前記イオン交換流路のうち前記流路断面積が増加した部分における流路断面積は、前記イオン交換流路の下流側端部における流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項3又は4に記載のイオン交換器。
- 前記イオン交換流路及び前記バイパス流路の上流側には、これら流路に流入する冷媒が滞留する上流側滞留室が設けられることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載のイオン交換器。
- 前記イオン交換流路及び前記バイパス流路の下流側には、これら流路から流出した冷媒が滞留する下流側滞留室が設けられることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載のイオン交換器。
- 前記冷媒循環系は、燃料電池を冷却する冷媒を循環することを特徴とする請求項1から8の何れかに記載のイオン交換器。
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