JP5297069B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To more simplify the replacing work of an ion exchanger than ever and to shorten the replacing time. <P>SOLUTION: A first joint mechanism 40a and a second joint mechanism 40b detachably connecting an ion exchanger 34 and a branch passage 32 are installed, a normal close type first valve element 74 and second valve element 102 are installed in the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b respectively, and when a female connector 70 on a pipe 66 side is removed from a male connector 68 on the ion exchanger 34 side, the first valve element 74 and the second valve element 102 are closed, to prevent leakage of a coolant in a coolant circuit 10 to the outside. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池の冷媒回路燃料電池用イオン交換器とを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system comprising a ion-exchanger for the refrigerant circuit and the fuel cells in a fuel cell.

一般に、燃料電池を冷媒によって直接冷却する冷却システムでは、冷媒を介した液絡現象を防止するために、冷媒に高度の電気的絶縁性が要求される。そのため、イオン交換樹脂が収納されたイオン交換器を冷却通路内に設け、前記冷却通路を循環する冷媒中の一定量をイオン交換器に循環させ、冷媒中のイオンをイオン交換樹脂に吸着させることによって、冷媒の電気的絶縁性を確保している。   In general, in a cooling system that directly cools a fuel cell with a refrigerant, a high degree of electrical insulation is required for the refrigerant in order to prevent a liquid junction phenomenon through the refrigerant. Therefore, an ion exchanger containing the ion exchange resin is provided in the cooling passage, and a certain amount in the refrigerant circulating in the cooling passage is circulated in the ion exchanger, so that ions in the refrigerant are adsorbed on the ion exchange resin. As a result, the electrical insulation of the refrigerant is ensured.

前記イオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有する。イオン交換樹脂のイオン吸着能力が極度に低下した場合、冷媒中のイオンを充分に吸着することができなくなり、冷媒の電気的絶縁性を確保することが困難となって、液絡現象を発生する可能性が高くなる。このため、劣化したイオン交換樹脂(イオン交換器)を新たなイオン交換樹脂(イオン交換器)と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。   The ion exchange resin has a characteristic that the ion adsorption capacity gradually decreases by adsorbing ions in the refrigerant. If the ion adsorption capacity of the ion exchange resin is extremely reduced, ions in the refrigerant cannot be sufficiently adsorbed, making it difficult to ensure the electrical insulation of the refrigerant and causing a liquid junction phenomenon. The possibility increases. For this reason, the maintenance which replace | exchanges the deteriorated ion exchange resin (ion exchanger) with a new ion exchange resin (ion exchanger) regularly is needed.

イオン交換器と冷媒の交換タイミングは異なり、前記冷媒の寿命以前に前記イオン交換器を交換する場合などは、冷媒を交換することがなくイオン交換樹脂(イオン交換器)のみを交換することが好ましい。   The exchange timing of the ion exchanger and the refrigerant is different, and when exchanging the ion exchanger before the life of the refrigerant, it is preferable to exchange only the ion exchange resin (ion exchanger) without exchanging the refrigerant. .

ところで、この種のイオン交換器に関し、例えば、特許文献1には、ケーシングの開口を蓋で閉塞することによって前記ケーシングの内部に密封された収納部を形成し、イオン交換樹脂(樹脂体)が封入されたパックを前記収納部内に収納するイオン交換器の構造が開示されている。   By the way, regarding this type of ion exchanger, for example, in Patent Document 1, a casing is sealed inside the casing by closing the opening of the casing with a lid, and an ion exchange resin (resin body) is provided. The structure of the ion exchanger which accommodates the enclosed pack in the said accommodating part is disclosed.

また、本出願人の提案に係る特許文献2には、重量補機及び軽量補機を左右方向に振り分けて配置し、重量補機側にエア通路を、軽量補機側に水通路を配置することにより、重量補機と軽量補機とのアンバランスを解消して、回頭性や操縦安定性の最適化を図ることが可能な燃料電池自動車が開示されている。   Further, in Patent Document 2 related to the proposal of the present applicant, heavy and lightweight auxiliary devices are arranged in the left-right direction, an air passage is arranged on the heavy auxiliary device side, and a water passage is arranged on the lightweight auxiliary device side. Thus, a fuel cell vehicle has been disclosed that can eliminate the imbalance between the heavy and light auxiliary machines and optimize the turning performance and steering stability.

この特許文献2の図1には、前記水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されている。なお、本願発明と前記特許文献2の配置構造の差異についは、後記で詳細に説明する。
特開2007−122906号公報 特開2001−71753号公報
FIG. 1 of Patent Document 2 discloses that an ion exchanger is disposed beside the fuel cell stack in the supply side piping of the water piping constituting the water passage. Note that the difference in arrangement structure between the present invention and Patent Document 2 will be described in detail later.
JP 2007-122906 A JP 2001-71753 A

しかしながら、前記特許文献1に開示されたイオン交換器の構造では、使用済みのパック(イオン吸着能力が劣化したイオン交換樹脂が封入)を新たなパックと交換する作業の準備段階として、イオン交換器が設けられた冷却液循環回路中に残存する冷却液を、前記冷却液循環回路から排出させる冷却液排出作業が必要となり、前記冷却液循環回路中からすべての冷却液を外部に流出させた後、ボルト締めされた蓋をケースから外して、収納部内のパックを新たなパックと交換しなければならない。   However, in the structure of the ion exchanger disclosed in Patent Document 1, the ion exchanger is used as a preparation stage for exchanging a used pack (enclosed with an ion exchange resin having deteriorated ion adsorption capacity) with a new pack. After the cooling liquid discharging operation for discharging the cooling liquid remaining in the cooling liquid circulation circuit provided with the cooling liquid circulation circuit is required, and all the cooling liquid flows out from the cooling liquid circulation circuit to the outside The bolted lid must be removed from the case and the pack in the storage must be replaced with a new pack.

前記冷却液排出作業を行った際、仮に、少量の冷却液が外部に漏出した場合には、前記漏出量に対応して新たに冷媒液を追加する冷却液追加作業が必要となる。   When a small amount of cooling liquid leaks to the outside when the cooling liquid discharging operation is performed, a cooling liquid adding operation for newly adding a refrigerant liquid corresponding to the leakage amount is required.

さらに、前記特許文献1では、ケーシング内の使用済みパックが新たなパックと交換された後、冷却液循環回路中にエアが流入(混入)しないようにエア抜き作業を行う必要がある。   Further, in Patent Document 1, after the used pack in the casing is replaced with a new pack, it is necessary to perform an air bleeding operation so that air does not flow (mixed) into the coolant circulation circuit.

このように特許文献1に開示されたイオン交換器の構造では、イオン交換樹脂が封入された使用済みのパックを新たなパックと交換する交換作業に付随して、冷却液循環回路から冷媒を排出する冷却液排出作業、漏出した冷却液に対応して新たに冷却液を追加する冷却液追加作業、冷却液循環回路中へのエアの流入を防止するエア抜き作業等の種々の作業を遂行する必要があって非常に煩雑となると共に、パックの交換作業に多大な時間を要するという問題がある。   As described above, in the structure of the ion exchanger disclosed in Patent Document 1, the refrigerant is discharged from the coolant circulation circuit in association with an exchange operation for exchanging a used pack filled with ion exchange resin with a new pack. Perform various operations such as cooling fluid discharge operation, cooling fluid addition operation to add new cooling fluid in response to leaked cooling fluid, air venting operation to prevent inflow of air into the coolant circulation circuit There is a problem that it is necessary and very complicated, and it takes a long time to replace the pack.

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、イオン交換器の交換作業に付随する種々の作業を不要とすることにより、従来と比較してイオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and by making various operations associated with the ion exchanger replacement work unnecessary, the ion exchanger replacement work can be simplified compared to the conventional one. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of shortening the replacement time.

前記の目的を達成するため、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータと、前記燃料電池スタックと前記ラジエータとの間で冷媒を循環させる循環通路と、前記循環通路中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプと、を含んで構成される冷媒回路と、前記冷媒回路に設けられ、冷媒が導入される部位及び導出される部位には、相手側との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるノーマルクローズタイプのバルブが設けられ燃料電池用イオン交換器と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池用イオン交換器は、前記冷媒回路の最下部に配置されるとともに、前記燃料電池用イオン交換器のハウジングの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部を介して、前記燃料電池スタックが固定されるフレームと同一のフレームに固定され、前記燃料電池用イオン交換器は、充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため前記バルブを有する位置に冷媒漏出防止機構が設けられるとともに、設置状態において、出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置となるように設けられ、前記燃料電池用イオン交換器の真下にはアンダーカバーが位置しており、前記アンダーカバーを外すことで前記イオン交換器が外部に露呈するとともに、使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内には、冷媒が既に充填されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack that generates electric power when supplied with a reaction gas , a radiator that functions as a cooler that cools a refrigerant, and the fuel cell stack and the radiator. a circulation passage for circulating a coolant, a pump for circulating a coolant is provided in the circulation passage at a predetermined flow rate, a refrigerant circuit configured to include a, provided we are in the refrigerant circuit, site refrigerant is introduced and The fuel cell ion provided with a normally closed type valve that is in a closed state when the connection with the other party is released, and is opened when connected with the other party. a fuel cell system comprising a exchanger, the ion exchanger for a fuel cell is disposed in the bottom of the refrigerant circuit, ion exchange for a fuel cell The fuel cell ion exchanger is fixed to the same frame as the frame to which the fuel cell stack is fixed, through a pair of support portions protruding by a predetermined length from both end portions along the axial direction of the housing of the vessel. In order to prevent leakage of the filled refrigerant to the outside, a refrigerant leakage prevention mechanism is provided at the position having the valve, and in the installed state, the outlet axis is higher than the inlet axis. The under cover is located directly under the ion exchanger for the fuel cell, and the ion exchanger is exposed to the outside by removing the under cover. within the new ion exchanger is exchanged with an ion exchanger, characterized Rukoto refrigerant is already filled.

従来技術では、イオン吸着能力が劣化したイオン交換器(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器(イオン交換樹脂)と交換する交換作業の準備段階として、冷媒排出作業、冷媒追加作業、及びエア抜き作業等を行う必要があるが、本発明では、イオン交換器に対して冷媒が導入される部位及び導出される部位に、ノーマルクローズタイプのバルブ(相手方との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるバルブ)を設けることにより、冷媒の外部への漏出が阻止された状態でイオン交換器の交換作業を遂行することができる。 In the prior art, as a preparatory stage for exchanging an ion exchanger (ion exchange resin) whose ion adsorption capacity has deteriorated with a new ion exchanger (ion exchange resin), refrigerant discharge work, refrigerant addition work, and air bleeding Although it is necessary to perform work, etc., in the present invention, a normally closed type valve (with the valve closed in a state where the connection with the other party is released) is provided at the part where the refrigerant is introduced into the ion exchanger and the part where the refrigerant is led out. On the other hand, by providing a valve that is opened when connected to the other party , the ion exchanger can be exchanged in a state where leakage of the refrigerant to the outside is prevented.

この結果、本発明では、従来技術のような交換作業に付随する種々の作業が不要となり、イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができると共に、冷媒回路中の冷媒をそのまま保持した状態でイオン交換器の交換作業を遂行することができ、冷媒の有効利用を図ることができる。   As a result, in the present invention, various operations associated with the replacement work as in the prior art become unnecessary, the replacement work of the ion exchanger can be simplified and the replacement time can be shortened, and the refrigerant in the refrigerant circuit can be reduced. The ion exchanger can be exchanged while being held as it is, and the refrigerant can be effectively used.

また、本発明によれば、使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内に、冷媒が既に充填されていることにより、冷媒が充填済みの新たなイオン交換器と交換した後にエア抜き作業が不要となり、より一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。   In addition, according to the present invention, a new ion exchanger to be replaced with a used ion exchanger is already filled with a refrigerant, so that the refrigerant is replaced with a new ion exchanger that has been filled. The air venting operation becomes unnecessary, and the replacement time of the ion exchanger can be further simplified and the replacement time can be shortened.

換言すると、本発明では、新たなイオン交換器内に冷媒のみが既に充填されていることにより、新たなイオン交換器内へエアが混入することが好適に回避され、イオン交換器の交換後に冷媒回路中へエアが流入することを阻止することができる。   In other words, in the present invention, since only the refrigerant is already filled in the new ion exchanger, it is preferably avoided that air is mixed into the new ion exchanger, and the refrigerant is replaced after the ion exchanger is replaced. Air can be prevented from flowing into the circuit.

さらに、本発明によれば、冷媒が充填された新たなイオン交換器には、前記イオン交換器内に充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため、バルブを有する部位に冷媒漏出防止機構が設けられるとよく、例えば、冷媒が充填済みの新たなイオン交換器の搬送中や、使用済みのイオン交換器を新たなイオン交換器と交換する際、誤って他の部材に接触した場合であっても、冷媒の外部への漏出を確実に阻止することができる。   Furthermore, according to the present invention, a new ion exchanger filled with a refrigerant has a refrigerant leakage prevention mechanism at a portion having a valve in order to prevent leakage of the refrigerant filled in the ion exchanger to the outside. For example, when a new ion exchanger filled with refrigerant is being transported, or when replacing a used ion exchanger with a new ion exchanger, it may accidentally come into contact with another member. Even if it exists, the leakage to the exterior of a refrigerant | coolant can be prevented reliably.

さらにまた、本発明によれば、新たなイオン交換器に対して冷媒を充填する際、前記新たなイオン交換器を鉛直上下方向に沿った縦置き状態に保持し、前記新たなイオン交換器の下部側のポートから冷媒を供給するように構成されることにより、例えば、横置き状態にして冷媒を供給した場合と比較して効率的に冷媒を供給することができる。なお、新たなイオン交換器の下部側のポートから冷媒を供給した後、新たなイオン交換器の上部側のポートから冷媒が溢れ出ることにより、冷媒の供給が完了すると共に、新たなイオン交換器内へのエアの混入を未然に防止することができる。   Furthermore, according to the present invention, when a refrigerant is charged into a new ion exchanger, the new ion exchanger is held in a vertical state along a vertical vertical direction, and the new ion exchanger is By being configured to supply the refrigerant from the port on the lower side, for example, the refrigerant can be supplied more efficiently than in the case where the refrigerant is supplied horizontally. After supplying the refrigerant from the lower port of the new ion exchanger and then overflowing the refrigerant from the upper port of the new ion exchanger, the supply of the refrigerant is completed and the new ion exchanger It is possible to prevent air from entering inside.

またさらに、本発明では、イオン交換器に対して配管を着脱自在に接続する継手機構を設け、前記継手機構を、前記イオン交換器側に配設されるノーマルクローズタイプの第1弁体と、前記配管側に配設されるノーマルクローズタイプの第2弁体とを有するように構成するとよい。   Furthermore, in the present invention, a joint mechanism for detachably connecting a pipe to the ion exchanger is provided, and the joint mechanism includes a first valve body of a normally closed type disposed on the ion exchanger side, It is good to comprise so that it may have the 2nd valve body of the normal close type arrange | positioned at the said piping side.

本発明によれば、イオン交換器と接続される配管によって冷媒回路が構成され、前記イオン交換器と前記配管との間には、前記イオン交換器と前記配管とを着脱自在に接続する継手機構が設けられるとよい。前記イオン交換器から配管を取り外した際、イオン交換器側のノーマルクローズタイプの第1弁体及び配管側のノーマルクローズタイプの第2弁体によってイオン交換器側及び配管側がそれぞれ弁閉状態となるため、冷媒回路内の冷媒が外部に導出することが阻止される。従って、予め、冷媒回路中の冷媒を抜く作業が不要となると共に、作業者が冷媒によって被水することが防止される。従って、本発明では、従来と比較してより一層イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。   According to the present invention, a refrigerant circuit is configured by piping connected to the ion exchanger, and the joint mechanism that detachably connects the ion exchanger and the piping between the ion exchanger and the piping. Should be provided. When the piping is removed from the ion exchanger, the ion exchanger side and the piping side are respectively closed by the normally closed type first valve body on the ion exchanger side and the normally closed second valve body on the piping side. This prevents the refrigerant in the refrigerant circuit from being led out. This eliminates the need for removing the refrigerant from the refrigerant circuit in advance, and prevents the operator from getting wet with the refrigerant. Therefore, in the present invention, the replacement operation of the ion exchanger can be further simplified and the replacement time can be shortened as compared with the conventional case.

またさらに、本発明によれば、イオン交換器から配管を取り外した後、前記配管中に残存する冷媒を排出するため、前記配管側に設けられた第2弁体を強制的に弁開状態とすることにより、例えば、定期的に冷媒を交換する際、その冷媒交換作業を容易に遂行することができる。   Still further, according to the present invention, after removing the pipe from the ion exchanger, the second valve body provided on the pipe side is forcibly opened to discharge the refrigerant remaining in the pipe. Thus, for example, when the refrigerant is periodically exchanged, the refrigerant exchange operation can be easily performed.

またさらに、本発明によれば、イオン交換器の出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置に設けられることにより、例えば、冷媒回路中にエアが混入した場合であっても前記イオン交換器内に前記エアが溜まることがなく、入口よりも高い位置に設けられた出口から前記エアを好適に排出することができる。   Furthermore, according to the present invention, the axial center of the outlet of the ion exchanger is provided at a higher position in the height direction than the axial center of the inlet, so that, for example, air is mixed into the refrigerant circuit. Even in this case, the air does not accumulate in the ion exchanger, and the air can be suitably discharged from an outlet provided at a position higher than the inlet.

またさらに、本発明によれば、定置用のイオン交換器に適用することができることは勿論のこと、燃料電池自動車に搭載された車載用のイオン交換器に適用することができ、汎用性を向上させることができる。   Furthermore, according to the present invention, it can be applied not only to a stationary ion exchanger but also to an on-vehicle ion exchanger mounted on a fuel cell vehicle, thereby improving versatility. Can be made.

本発明では、従来と比較してより一層、イオン交換器の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することが可能な燃料電池システムを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a fuel cell system capable of further simplifying the replacement work of the ion exchanger and shortening the replacement time as compared with the prior art.

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池用イオン交換器が組み込まれた冷媒回路の回路構成図、図2は、前記冷媒回路の概略構成平面図、図3は、前記冷媒回路の概略構成側面図、図4は、前記冷媒回路を構成する燃料電池スタック及びイオン交換器がフレーム上に固定された状態を示す斜視図である。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a refrigerant circuit incorporating a fuel cell ion exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration plan view of the refrigerant circuit, and FIG. 3 is an overview of the refrigerant circuit. FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a fuel cell stack and an ion exchanger constituting the refrigerant circuit are fixed on a frame.

<冷媒回路の構成>
図1に示されるように、冷媒回路10は、アノードに供給される燃料ガス(例えば、水素ガス)とカソードに供給される酸化剤ガス(例えば、空気)との電気化学反応により発電する燃料電池スタック12と、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータ14と、前記燃料電池スタック12と前記ラジエータ14との間で冷媒を循環させる循環通路16と、前記循環通路16中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプ18と、前記ラジエータ14をバイパスさせるパイパス通路20中に設けられ冷媒が流通する流路を前記循環通路16又は前記バイパス通路20のいずれか一方に切り換える流路切換弁22とを含む。前記流路切換弁22に代替して冷媒の流通量を制御する流量制御弁を用いてもよい。
<Configuration of refrigerant circuit>
As shown in FIG. 1, the refrigerant circuit 10 is a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas (for example, hydrogen gas) supplied to the anode and an oxidant gas (for example, air) supplied to the cathode. A stack 12, a radiator 14 that functions as a cooler for cooling the refrigerant, a circulation path 16 that circulates the refrigerant between the fuel cell stack 12 and the radiator 14, and a refrigerant provided in the circulation path 16 A pump 18 that circulates at a flow rate and a flow path switching valve 22 that is provided in a bypass path 20 that bypasses the radiator 14 and switches a flow path through which a refrigerant flows to either the circulation path 16 or the bypass path 20. Including. Instead of the flow path switching valve 22, a flow rate control valve for controlling the flow rate of the refrigerant may be used.

なお、燃料電池スタック12は、図6に示されるように、燃料電池自動車のフロアパネル24下のセンタトンネル26内に配置されると共に、後記するフレーム44上に固定される。また、流路切換弁22は、ラジエータ14への冷媒の流通量を調整して燃料電池スタック12へ供給される冷媒の温度を調整する温度制御機構であるサーモスタットバルブとして機能するものである。さらに、前記冷媒回路10中を流通する冷媒としては、例えば、エチレングリコール、不凍液等の液体冷媒や、フロンガス等のガス冷媒が含まれる。   As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 12 is disposed in a center tunnel 26 below the floor panel 24 of the fuel cell vehicle and is fixed on a frame 44 described later. The flow path switching valve 22 functions as a thermostat valve that is a temperature control mechanism that adjusts the flow rate of the refrigerant to the radiator 14 and adjusts the temperature of the refrigerant supplied to the fuel cell stack 12. Furthermore, examples of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 10 include liquid refrigerants such as ethylene glycol and antifreeze liquid, and gas refrigerants such as chlorofluorocarbon gas.

燃料電池スタック12は、略直方体状からなるスタック本体を有し、前記スタック本体の前面(フロント側)には、前記スタック本体内へ冷媒を流通させて燃料電池スタック12を冷却するための冷媒導入ポート30a及び冷媒導出ポート30bが設けられる。前記冷媒導入ポート30aと前記冷媒導出ポート30bとの間には、循環通路16の上流側から分岐して下流側に合流する分岐通路32が設けられ、前記分岐通路32には、例えば、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を充填したイオン交換器(燃料電池車用イオン交換器)34が設けられる。   The fuel cell stack 12 has a stack body having a substantially rectangular parallelepiped shape, and a refrigerant introduction for cooling the fuel cell stack 12 by circulating the refrigerant into the stack body is provided on the front surface (front side) of the stack body. A port 30a and a refrigerant outlet port 30b are provided. A branch passage 32 that branches from the upstream side of the circulation passage 16 and joins the downstream side is provided between the refrigerant introduction port 30a and the refrigerant outlet port 30b. The branch passage 32 includes, for example, cation exchange. An ion exchanger (ion exchanger for a fuel cell vehicle) 34 filled with a resin and an anion exchange resin is provided.

なお、具体的には、図4に示されるように、燃料電池スタック12の前面12aに設けられた複数の冷媒導入ポート30aに連通する一方の冷媒マニホールド36aと、複数の冷媒導出ポート30bに連通する他方の冷媒マニホールド36bがそれぞれ設けられ、前記一対の冷媒マニホールド36a、36bに対して前記循環通路16がそれぞれ接続される。   Specifically, as shown in FIG. 4, one refrigerant manifold 36a that communicates with a plurality of refrigerant introduction ports 30a provided on the front surface 12a of the fuel cell stack 12 and a plurality of refrigerant outlet ports 30b communicate with each other. The other refrigerant manifold 36b is provided, and the circulation passage 16 is connected to the pair of refrigerant manifolds 36a and 36b.

この場合、前記循環通路16を構成する管路の内径(D1)は、分岐通路32を構成する管路の内径(D2)よりも大きく設定され(D1>D2)、予め設定された最低流量の冷媒が、前記分岐通路32を介して、常時、イオン交換器34を流通するように設けられている。   In this case, the inner diameter (D1) of the pipeline constituting the circulation passage 16 is set larger than the inner diameter (D2) of the pipeline constituting the branch passage 32 (D1> D2), and the preset minimum flow rate is set. A refrigerant is provided so as to always flow through the ion exchanger 34 via the branch passage 32.

また、図1に示されるように、前記冷媒回路10には、ポンプ18を駆動させる駆動信号を導出すると共に、流路切換弁22に対して弁切換信号(弁動作制御信号)を導出する制御手段として機能するECU(Electric Control Unit)38が設けられる。前記ECU38は、図示しないRAM、ROM、CPU、I/Oポート等を含むマイクロコンピュータからなる電子制御装置によって構成される。   Further, as shown in FIG. 1, a control signal for deriving a drive signal for driving the pump 18 and deriving a valve switching signal (valve operation control signal) to the flow path switching valve 22 is supplied to the refrigerant circuit 10. An ECU (Electric Control Unit) 38 that functions as means is provided. The ECU 38 is constituted by an electronic control unit including a microcomputer including a RAM, a ROM, a CPU, an I / O port and the like (not shown).

<イオン交換器の構成>
イオン交換器34は、図11に示されるように、ハウジング34aを有し、閉塞されたハウジング34a内の空間部には、図示しないイオン交換樹脂が収納される。
<Configuration of ion exchanger>
As shown in FIG. 11, the ion exchanger 34 includes a housing 34 a, and an ion exchange resin (not shown) is accommodated in the closed space portion of the housing 34 a.

イオン交換器34の一端部側には、冷媒が導入されるインレットポート64aが設けられ、他端部側には、冷媒が導出されるアウトレットポート64bが設けられる。   An inlet port 64a into which a refrigerant is introduced is provided on one end side of the ion exchanger 34, and an outlet port 64b from which the refrigerant is led out is provided on the other end side.

この場合、冷媒が前記イオン交換樹脂と接触することにより、前記冷媒中に含有されていたイオン(イオン溶解成分)が取り除かれた上でイオン交換器34から導出される。前記イオン交換器34から導出された冷媒は、分岐通路32を介して循環通路16と合流した後、再びポンプ18によって循環駆動されて循環通路16中を循環するように設けられる。   In this case, when the refrigerant comes into contact with the ion exchange resin, ions (ion-dissolved components) contained in the refrigerant are removed, and then, the refrigerant is led out from the ion exchanger 34. The refrigerant led out from the ion exchanger 34 is provided so as to circulate in the circulation passage 16 by being circulated again by the pump 18 after joining the circulation passage 16 via the branch passage 32.

また、図1及び図11に示されるように、冷媒が導入されるイオン交換器34のインレットポート64aと分岐通路32を構成する配管(配管チューブ)66との間には、前記インレットポート64aと配管66とを着脱自在に接続する第1継手機構40aが設けられ、一方、冷媒が導出されるイオン交換器34のアウトレットポート64bと分岐通路32を構成する配管(配管チューブ)66との間には、前記アウトレットポート64bと配管66とを着脱自在に接続する第2継手機構40bが設けられる。前記第1継手機構40a及び前記第2継手機構40bは、それぞれ同一構成からなり、後記するイオン交換器34の配管接続構造において詳細に説明する。   Further, as shown in FIGS. 1 and 11, the inlet port 64a is connected between the inlet port 64a of the ion exchanger 34 into which the refrigerant is introduced and a pipe (pipe tube) 66 constituting the branch passage 32. A first joint mechanism 40a for detachably connecting the pipe 66 is provided, and on the other hand, between the outlet port 64b of the ion exchanger 34 from which the refrigerant is led out and the pipe (pipe tube) 66 constituting the branch passage 32. Is provided with a second joint mechanism 40b for detachably connecting the outlet port 64b and the pipe 66. The first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b have the same configuration, and will be described in detail in the pipe connection structure of the ion exchanger 34 described later.

さらに、図11に示されるように、設置状態において、インレットポート64aの軸心(軸心を通る仮想水平線E1参照)と、アウトレットポート64bの軸心(軸心を通る仮想水平線E2参照)とは、上下方向(高さ方向)に沿って寸法Hだけ偏位するように設けられる。仮に、冷媒回路10中にエアが混入した場合であっても、イオン交換器34内から前記エアが排出しやすくなるように、インレットポート64aよりもアウトレットポート64bが高い位置に設定されている。前記とは逆に、インレットポート64aとアウトレットポート64bとがそれぞれ略同一の高さ位置に設定されている場合、イオン交換器34内に前記エアが溜まるおそれがあるからである。なお、イオン交換器34から好適に排出されたエアは、冷媒回路10中に配設されたラジエータ14で気液分離され、外部に排出される。   Furthermore, as shown in FIG. 11, in the installed state, the axis of the inlet port 64a (see the virtual horizontal line E1 passing through the axis) and the axis of the outlet port 64b (see the virtual horizontal line E2 passing through the axis) , And provided so as to be displaced by a dimension H along the vertical direction (height direction). Even if air is mixed into the refrigerant circuit 10, the outlet port 64b is set at a higher position than the inlet port 64a so that the air can be easily discharged from the ion exchanger 34. On the contrary, if the inlet port 64a and the outlet port 64b are set at substantially the same height position, the air may accumulate in the ion exchanger 34. The air suitably discharged from the ion exchanger 34 is gas-liquid separated by the radiator 14 disposed in the refrigerant circuit 10 and discharged to the outside.

<冷媒回路中におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造>
次に、燃料電池スタック12とイオン交換器34との設置関係(配置関係)について、以下説明する。イオン交換器34は、図2に示されるように、平面視して矩形状に形成された燃料電池スタック12の軸線Cと並列に配置される。また、前記イオン交換器34は、燃料電池自動車の進行方向と平行に横置きに配置されると共に、平面視して燃料電池スタック12から右側の横方向に所定間隔離間し、燃料電池自動車の中心から外側に配置される。
<Installation position and installation structure of ion exchanger in refrigerant circuit>
Next, the installation relationship (arrangement relationship) between the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34 will be described below. As shown in FIG. 2, the ion exchanger 34 is arranged in parallel with the axis C of the fuel cell stack 12 formed in a rectangular shape in plan view. Further, the ion exchanger 34 is disposed horizontally in parallel with the traveling direction of the fuel cell vehicle, and is spaced apart from the fuel cell stack 12 by a predetermined amount in the lateral direction on the right side in plan view. From the outside.

さらに、イオン交換器34は、図3に示されるように、燃料電池自動車の下方向(床下方向)で側面視して矩形状に形成された燃料電池スタック12の底面と略面一となるように配置され、冷媒回路10中において最下部に配置される。なお、イオン交換器34は、燃料電池スタック12の底面と略面一に限定されるものではなく、後記するように、イオン交換器34の交換作業を容易に遂行するため、略面一の位置よりも下側に配置されることが好ましい(図3中の破線参照)。勿論、図3の位置であっても、イオン交換器34の交換は十分に容易である。   Further, as shown in FIG. 3, the ion exchanger 34 is substantially flush with the bottom surface of the fuel cell stack 12 formed in a rectangular shape when viewed from the side in the downward direction (under the floor direction) of the fuel cell vehicle. It arrange | positions at the bottom in the refrigerant circuit 10. It should be noted that the ion exchanger 34 is not limited to be substantially flush with the bottom surface of the fuel cell stack 12, and as will be described later, the ion exchanger 34 can be easily exchanged, so It is preferable to be arranged below (see the broken line in FIG. 3). Of course, even in the position of FIG. 3, the exchange of the ion exchanger 34 is sufficiently easy.

図4に示されるように、イオン交換器34は、ハウジング34aの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部42a、42bを介して、燃料電池スタック12が固定されるフレーム44と同一のフレーム44上に固定される。このフレーム44は、燃料電池自動車の略中心に位置しフロントからリアに向かって直線状に延在するように設けられた直線部46と、前記直線部46と略直交する方向に向かって突出する突出部48とを有する。前記フレーム44の直線部46には、その延在方向に沿って燃料電池スタック12が固定され、また、前記フレーム44の一対の突出部48、48には、前記燃料電池スタック12と平行にイオン交換器34の支持部42a、42bが複数のボルト50を介してねじ締結される。   As shown in FIG. 4, the ion exchanger 34 has a frame to which the fuel cell stack 12 is fixed via a pair of support portions 42a and 42b protruding from both end portions along the axial direction of the housing 34a by a predetermined length. It is fixed on the same frame 44 as 44. The frame 44 is positioned approximately at the center of the fuel cell vehicle and is provided so as to extend linearly from the front to the rear, and protrudes in a direction substantially orthogonal to the linear portion 46. And a protrusion 48. The fuel cell stack 12 is fixed to the straight portion 46 of the frame 44 along the extending direction thereof, and the pair of protrusions 48, 48 of the frame 44 has ions parallel to the fuel cell stack 12. The support portions 42 a and 42 b of the exchanger 34 are screwed through a plurality of bolts 50.

この場合、図5に示されるように、略円筒状に形成されたイオン交換器34のハウジング34aの軸方向に沿った両端部には、軸方向に沿って所定長だけ突出する一対の支持部42a、42bが設けられ、下側から螺入されるボルト50を介して前記支持部42a、42bとフレーム44の側部とが固定される。なお、イオン交換器34の下方側には、前記イオン交換器34の交換作業のところで後記する単一のアンダカバー52が設けられる。このアンダカバー52は、フレーム44に対して下部側から螺入されるボルト54を介して、燃料電池自動車のボデイの床下部に対して着脱自在に設けられる。   In this case, as shown in FIG. 5, a pair of support portions projecting by a predetermined length along the axial direction are provided at both ends along the axial direction of the housing 34a of the ion exchanger 34 formed in a substantially cylindrical shape. 42a and 42b are provided, and the support portions 42a and 42b and the side portion of the frame 44 are fixed via bolts 50 screwed from below. A single under cover 52, which will be described later, is provided below the ion exchanger 34 when the ion exchanger 34 is exchanged. The under cover 52 is detachably provided on the lower floor of the body of the fuel cell vehicle via a bolt 54 screwed into the frame 44 from the lower side.

<燃料電池自動車におけるイオン交換器の設置位置及び設置構造>
図6は、フロアパネルとフレームとの間に配置された燃料電池スタック及びイオン交換器をフロント側からリア側に向かって見た正面図、図7は、図6の矢印Y2方向から見た側面図である。
<Installation position and installation structure of ion exchanger in fuel cell vehicle>
6 is a front view of the fuel cell stack and the ion exchanger arranged between the floor panel and the frame as viewed from the front side toward the rear side, and FIG. 7 is a side view as viewed from the direction of arrow Y2 in FIG. FIG.

図6に示されるように、燃料電池スタック12は、燃料電池自動車の車体フロアを構成するフロアパネル24下のセンタトンネル26内で、フロント側からリア側に沿って延在するフレーム44上に固定される。前記フロアパネル24の中央部には、運転席及び助手席との間で略台形状に上方に向かって突出することによってセンタコンソール56が形成され、前記センタコンソール56内に燃料電池スタック12がフロント側からリア側に延在するように配設される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell stack 12 is fixed on a frame 44 extending from the front side to the rear side in the center tunnel 26 below the floor panel 24 constituting the vehicle body floor of the fuel cell vehicle. Is done. A center console 56 is formed in the center portion of the floor panel 24 by projecting upward in a substantially trapezoidal shape between the driver seat and the passenger seat, and the fuel cell stack 12 is front-mounted in the center console 56. It is arranged to extend from the side to the rear side.

前記フロアパネル24には、中央部のセンタコンソール56の両側に隣接し、一旦、下方側(フレーム44側)に向かって傾斜した後、フレーム44の上面に当接する手前で略コ字状に屈曲し、さらに上方に向かって僅かに突出する窪み部58が形成される。前記窪み部58に連続する車幅方向には、シート真下に位置する凸部60が形成され、図7に示されるように、助手席のシート真下の凸部60内には、上方に向かって膨出形成されることにより、フレーム44との間で所定間隔離間したスペース62が設けられる。イオン交換器34は、助手席シートの真下の位置にフロアパネル24の凸部60とフレーム44とによって形成される前記スペース62内に配置される。   The floor panel 24 is adjacent to both sides of the center console 56 at the center, and is inclined to the lower side (the frame 44 side) and then bent into a substantially U-shape before coming into contact with the upper surface of the frame 44. In addition, a recess 58 that slightly protrudes upward is formed. In the vehicle width direction continuous to the recess 58, a convex portion 60 is formed directly below the seat, and as shown in FIG. 7, the convex portion 60 directly below the seat of the passenger seat is directed upward. By bulging and forming, a space 62 spaced apart from the frame 44 by a predetermined distance is provided. The ion exchanger 34 is disposed in the space 62 formed by the convex portion 60 and the frame 44 of the floor panel 24 at a position directly below the passenger seat.

なお、本実施形態では、平面視して燃料電池スタック12の右横であって、助手席シートの下方にイオン交換器34を配置しているが(図2及び図7参照)、これに限定されるものではなく、例えば、平面視して燃料電池スタック12の左横であって、運転席シートの下方に設けられたスペース62(図6参照)内にイオン交換器34を配置するようにしてもよい。また、前記イオン交換器34が設置されるスペース62は、フロアパネル24をフレーム44に当接するように下方側に向かって膨出形成し、フロアパネル24とフレーム44との間で密封された空間部であってもよい。   In the present embodiment, the ion exchanger 34 is arranged on the right side of the fuel cell stack 12 in plan view and below the passenger seat (see FIGS. 2 and 7). For example, the ion exchanger 34 is arranged in a space 62 (see FIG. 6) provided on the left side of the fuel cell stack 12 in plan view and below the driver seat. May be. The space 62 in which the ion exchanger 34 is installed is a space in which the floor panel 24 bulges downward toward the frame 44 and is sealed between the floor panel 24 and the frame 44. Part.

燃料電池自動車の車室内でイオン交換器34を設置するための特別のスペース(車室内側に向かって突出するスペース)を設けることがなく、シート下方に設けられ乗員にとって邪魔となることがないデッドスペース内にイオン交換器34を配置することにより、車室内の有効スペースを広くとることができると共に、車室内のスペースを有効活用してレイアウトの自由度を増大させることができる。   There is no special space (a space protruding toward the vehicle interior side) for installing the ion exchanger 34 in the vehicle interior of the fuel cell vehicle, and it is provided below the seat and does not interfere with the occupant By arranging the ion exchanger 34 in the space, an effective space in the vehicle interior can be widened, and the space in the vehicle interior can be effectively utilized to increase the degree of freedom in layout.

また、燃料電池スタック12とイオン交換器34との間には、いわゆる隔壁として機能するフロアパネル24の窪み部58を介在させ、前記燃料電池スタック12と前記イオン交換器34とがそれぞれ区画された別個の室に配置される構造とすることにより、比較的高温に弱い特性(イオン交換樹脂のイオン吸着能力の低下)を有するイオン交換器34の耐久性の劣化を抑制することができる。   Further, a recess 58 of the floor panel 24 functioning as a so-called partition wall is interposed between the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34, and the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34 are partitioned. By adopting a structure that is arranged in a separate chamber, it is possible to suppress deterioration in durability of the ion exchanger 34 that has a characteristic that is relatively weak at high temperatures (decrease in the ion adsorption ability of the ion exchange resin).

この場合、イオン交換器34が窪み部58を間にして燃料電池スタック12の近傍に配置されることにより、冷媒回路10全体の配管長を短縮することができると共に、冷媒回路10の配管全体の重量を軽減し、冷媒回路10を流通する全体の冷媒量を減少させることができる。   In this case, the ion exchanger 34 is disposed in the vicinity of the fuel cell stack 12 with the recess 58 interposed therebetween, whereby the piping length of the entire refrigerant circuit 10 can be shortened, and the entire piping of the refrigerant circuit 10 can be reduced. Weight can be reduced and the total amount of refrigerant flowing through the refrigerant circuit 10 can be reduced.

<イオン交換器の配管接続構造>
図8(a)、(b)は、継手機構を構成する雄コネクタと雌コネクタとの着脱動作を示す模式図である。
<Piping connection structure of ion exchanger>
FIGS. 8A and 8B are schematic views showing the attaching / detaching operation of the male connector and the female connector constituting the joint mechanism.

イオン交換器34の出入口であるインレットポート64a(冷媒が導入される部位)及びアウトレットポート64b(冷媒が導出される部位)には、それぞれ、同一構成からなる第1継手機構40a及び第2継手機構40bが設けられ、前記第1継手機構40a及び第2継手機構40bは、それぞれ、雄コネクタ68と雌コネクタ70から構成される。雄コネクタ68には、ノーマルクローズタイプのバルブからなる第1弁体74が配設され、雌コネクタ70には、ノーマルクローズタイプの他のバルブからなる第2弁体102が配設され、外部に向かってそれぞれ突出する前記第1弁体74の先端部と前記第2弁体102の先端部とが当接することにより、冷媒が流通する流体通路(冷媒通路)が開成するように設けられる。   A first joint mechanism 40a and a second joint mechanism having the same configuration are respectively provided in an inlet port 64a (a part where the refrigerant is introduced) and an outlet port 64b (a part where the refrigerant is led out) which are the entrances and exits of the ion exchanger 34. 40b is provided, and the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b include a male connector 68 and a female connector 70, respectively. The male connector 68 is provided with a first valve body 74 made of a normally closed type valve, and the female connector 70 is provided with a second valve body 102 made of another normally closed type valve. A fluid passage (refrigerant passage) through which a refrigerant flows is formed by abutting the tip end portion of the first valve body 74 and the tip end portion of the second valve body 102 respectively projecting toward each other.

以下、図8(a)、(b)に基づいて、詳細に説明する。なお、前記第1継手40a及び第2継手機構40bは、それぞれ同一構成からなり、インレットポート64a側とアウトレットポート64b側とでそれぞれ対称に配置されるため、アウトレットポート64b側の第2継手機構40bを詳細に説明してインレットポート64a側の第1継手機構40aの説明を省略する。   Hereinafter, a detailed description will be given based on FIGS. 8A and 8B. The first joint 40a and the second joint mechanism 40b have the same configuration and are arranged symmetrically on the inlet port 64a side and the outlet port 64b side, respectively, so that the second joint mechanism 40b on the outlet port 64b side is provided. Will be described in detail, and the description of the first joint mechanism 40a on the inlet port 64a side will be omitted.

図8(a)に示されるように、第2継手機構40b(第1継手機構40a)は、イオン交換器34のアウトレットポート64b側(インレットポート64a側)に設けられ前記イオン交換器34の略円筒状のハウジング34aの一端部に連結される雄コネクタ68と、配管66側に設けられ配管チューブが接続される雌コネクタ70とから構成される。   As shown in FIG. 8A, the second joint mechanism 40b (first joint mechanism 40a) is provided on the outlet port 64b side (inlet port 64a side) of the ion exchanger 34 and is an abbreviation of the ion exchanger 34. The male connector 68 is connected to one end of the cylindrical housing 34a, and the female connector 70 is provided on the pipe 66 side and connected to the pipe tube.

雄コネクタ68は、第1コネクタ本体72の一端部から一部が突出可能に設けられると共に、前記第1コネクタ本体72の軸方向に沿って変位自在に配設された第1弁体74と、前記第1コネクタ本体72の中間部に固定される第1係止部材80と、一端部が前記第1係止部材80に係着され他端部が前記第1弁体74に係着さればね力によって前記第1弁体74の先端部を第1コネクタ本体72の一端部から突出する方向に押圧する第1ばね部材82とを有する。   The male connector 68 is provided so that a part of the male connector 68 can protrude from one end of the first connector main body 72, and the first valve body 74 is disposed so as to be displaceable along the axial direction of the first connector main body 72; A first locking member 80 fixed to an intermediate portion of the first connector main body 72, one end engaged with the first locking member 80, and the other end engaged with the first valve body 74 and a spring. And a first spring member 82 that presses the distal end portion of the first valve body 74 in a direction protruding from one end portion of the first connector body 72 by force.

前記第1コネクタ本体72の一端部の内面には第1着座部90が形成され、前記第1着座部90に対して第1弁体74が着座することにより、前記アウトレットポート64bが閉塞された弁閉状態となる。   A first seat 90 is formed on the inner surface of one end of the first connector body 72, and the outlet port 64 b is blocked by the first valve body 74 seated on the first seat 90. The valve is closed.

この場合、前記第1コネクタ本体72の軸方向に沿った一端部側の外周面には、環状溝を介して第1シールリング92が装着され、前記第1コネクタ本体72が後記する第2コネクタ本体94の開口部96に装着されたとき、前記第1シールリング92によって第1コネクタ本体72と第2コネクタ本体94との連結部位(着脱部位)が液密乃至気密にシールされる(図8(b)参照)。   In this case, a first seal ring 92 is attached to the outer peripheral surface on the one end side along the axial direction of the first connector main body 72 via an annular groove, and the first connector main body 72 will be described later. When attached to the opening 96 of the main body 94, the connecting portion (detachable portion) between the first connector main body 72 and the second connector main body 94 is sealed in a liquid-tight or air-tight manner by the first seal ring 92 (FIG. 8). (See (b)).

前記第1シールリング92は、イオン交換器34側の雄コネクタ68に設けられ、配管66側である雌コネクタ79との着脱部位をシールするシール部材として機能するものである。   The first seal ring 92 is provided in the male connector 68 on the ion exchanger 34 side, and functions as a seal member that seals the attachment / detachment portion with the female connector 79 on the piping 66 side.

また、前記第1弁体74には、環状溝を介して第2シールリング98が装着され、前記第1弁体74が第1着座部90に着座して弁閉状態となったとき、前記第2シールリング98によって着座部位がシールされることにより、アウトレットポート64b側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。   The first valve body 74 is fitted with a second seal ring 98 via an annular groove. When the first valve body 74 is seated on the first seating portion 90 and the valve is closed, Since the seating site is sealed by the second seal ring 98, leakage of the refrigerant from the outlet port 64b side can be suitably prevented.

換言すると、イオン交換器34のアウトレットポート64bから配管66が取り外されて雄コネクタ68から雌コネクタ70が離脱された際、第1弁体74が第1着座部90に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記2シールリング98によってアウトレットポート64b側からの冷媒の導出が確実に阻止される。   In other words, when the piping 66 is removed from the outlet port 64b of the ion exchanger 34 and the female connector 70 is detached from the male connector 68, the first valve body 74 is seated on the first seating portion 90 and the valve is closed. In addition, the second seal ring 98 that seals the seating site reliably prevents the refrigerant from being led out from the outlet port 64b side.

前記雌コネクタ70は、第1コネクタ本体72が挿通可能な開口部96を有する略円筒状の第2コネクタ本体94と、前記第2コネクタ本体94の貫通孔に沿って変位自在に配設され前記第2コネクタ本体94の中間部の隔壁に形成された第2着座部100に着座する第2弁体102と、前記第2コネクタ本体94の中間部に固定される第2係止部材106とを含む。   The female connector 70 is disposed so as to be displaceable along a substantially cylindrical second connector body 94 having an opening 96 through which the first connector body 72 can be inserted, and a through hole of the second connector body 94. A second valve body 102 seated on a second seating portion 100 formed in a partition wall at an intermediate portion of the second connector main body 94, and a second locking member 106 fixed to the intermediate portion of the second connector main body 94. Including.

なお、雌コネクタ70の内壁を構成する開口部96は、従来技術に係る図示しない管継手のようにOリングを装着するための環状溝等が何ら形成されていない円筒面からなり、後記するように高圧洗浄によって前記開口部96を好適に洗浄することができる。   The opening 96 constituting the inner wall of the female connector 70 is formed of a cylindrical surface on which an annular groove or the like for mounting an O-ring is not formed like a pipe joint (not shown) according to the prior art, and will be described later. In addition, the opening 96 can be suitably cleaned by high-pressure cleaning.

さらに、前記雌コネクタ70は、一端部が前記第2係止部材106に係着され他端部が前記第2弁体102に係着されて、ばね力によって前記第2弁体102を第2コネクタ本体94の開口部96側に向かって押圧する第2ばね部材108を有する。   Further, the female connector 70 has one end engaged with the second locking member 106 and the other end engaged with the second valve body 102, and the second valve body 102 is connected to the second valve body 102 by a spring force. It has the 2nd spring member 108 pressed toward the opening part 96 side of the connector main body 94. FIG.

さらに、前記第2弁体102には、環状溝を介して第3シールリング116が装着され、前記第2弁体102が第2着座部100に着座して弁閉状態となったとき、前記第3シールリング116によって着座部位がシールされることにより、配管66側からの冷媒の漏出を好適に阻止することができる。   Furthermore, a third seal ring 116 is attached to the second valve body 102 via an annular groove, and when the second valve body 102 is seated on the second seating portion 100 and the valve is closed, Since the seating site is sealed by the third seal ring 116, leakage of the refrigerant from the pipe 66 side can be suitably prevented.

換言すると、イオン交換器34のアウトレットポート64bから配管66が取り外されて雄コネクタ68から雌コネクタ70が離脱された際、第2弁体102が第2着座部100に着座して弁閉状態になると共に、着座部位をシールする前記3シールリング116によって配管66側からの冷媒の導出が確実に阻止される。   In other words, when the pipe 66 is removed from the outlet port 64b of the ion exchanger 34 and the female connector 70 is detached from the male connector 68, the second valve body 102 is seated on the second seat portion 100 and is in a valve-closed state. In addition, the third seal ring 116 that seals the seating site reliably prevents the refrigerant from being led out from the pipe 66 side.

このように、雄コネクタ68及び雌コネクタ70にそれぞれ配設された第1弁体74及び第2弁体102は、雄コネクタ68と雌コネクタ70とが相互に取り外された通常の状態(コネクタ間(相手方と)の連結が解除された通常の状態)においてそれぞれ弁閉状態となるノーマルクローズタイプのバルブによって構成される。 As described above, the first valve body 74 and the second valve body 102 disposed in the male connector 68 and the female connector 70, respectively, are in a normal state in which the male connector 68 and the female connector 70 are removed from each other (between the connectors). It is configured by a normally closed type valve that is in a valve closed state in a normal state where the connection with the other party is released.

なお、第1弁体74、第2弁体102、第1ばね部材82及び第2ばね部材108、ゴム製材料によって形成された第1シールリング92、第2シールリング98及び第3シールリング116を除いた第1継手機構40a及び第2継手機構40bの全構成要素(配管66を含む)は、所定の強度を有し、導電率が低くイオンが導出しにくい材料(例えば、樹脂製材料、セラミック材料等)によって形成されるとよい。   The first valve body 74, the second valve body 102, the first spring member 82 and the second spring member 108, the first seal ring 92, the second seal ring 98 and the third seal ring 116 formed of a rubber material. All the components (including the pipe 66) of the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b except for the material have a predetermined strength and have a low conductivity and ions are not easily derived (for example, resin materials, It may be formed of a ceramic material or the like.

図8(a)に示す状態から第2コネクタ本体94の開口部96に沿って第1コネクタ本体72を挿通させ前記雄コネクタ68と雌コネクタ70とが装着される際、図8(b)に示されるように、同軸上に対向配置された第1弁体74の先端部と第2弁体102の先端部とが相互に当接し、前記第1弁体74と第2弁体102の当接状態が保持されたまま第1コネクタ本体72は第1ばね部材82のばね力に抗して第2コネクタ本体側に向かって接近する方向に変位すると共に、第2コネクタ本体94は第2ばね部材108のばね力に抗して第1コネクタ本体72側に向かって接近する方向に変位する。   When the first connector main body 72 is inserted through the opening 96 of the second connector main body 94 from the state shown in FIG. 8A and the male connector 68 and the female connector 70 are attached, the state shown in FIG. As shown, the front end of the first valve body 74 and the front end of the second valve body 102, which are coaxially opposed to each other, come into contact with each other, so that the first valve body 74 and the second valve body 102 are in contact with each other. While the contact state is maintained, the first connector body 72 is displaced in a direction approaching the second connector body against the spring force of the first spring member 82, and the second connector body 94 is moved to the second spring. The member 108 is displaced toward the first connector main body 72 side against the spring force of the member 108.

第1弁体74及び第2弁体102が先端部での当接状態を保持しながら第1コネクタ本体72及び第2コネクタ本体94が相互に接近する方向に向かって変位することにより、前記雄コネクタ68と雌コネクタ70とが相互に嵌着される。この雄コネクタ68及び雌コネクタ70の嵌着状態では、図8(b)に示されるように、前記第1弁体74が第1着座部90から離間して弁開状態となり、一方、第2弁体102が第2着座部100から離間して弁開状態となる。   The first valve body 74 and the second valve body 102 are displaced in a direction in which the first connector main body 72 and the second connector main body 94 approach each other while maintaining the contact state at the distal end portion. The connector 68 and the female connector 70 are fitted to each other. In the fitted state of the male connector 68 and the female connector 70, as shown in FIG. 8 (b), the first valve body 74 is separated from the first seating portion 90 and is opened, while the second The valve body 102 is separated from the second seating portion 100 and is in the valve open state.

従って、第1弁体74と第1着座部90との間に間隙が形成されると共に、第2弁体102と第2着座部100との間に間隙が形成され、図8(b)の矢印で示されるように、両方の間隙を通じてアウトレットポート64bと配管66とが連通状態となる。この結果、雌コネクタ70と雄コネクタ68とを接続することにより、第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれ弁開状態となって冷媒を流体通路に沿って円滑に流通させることができる。   Accordingly, a gap is formed between the first valve body 74 and the first seating portion 90, and a gap is formed between the second valve body 102 and the second seating portion 100, as shown in FIG. As indicated by the arrows, the outlet port 64b and the pipe 66 are in communication with each other through both gaps. As a result, by connecting the female connector 70 and the male connector 68, the first valve body 74 and the second valve body 102 are each in the valve open state, and the refrigerant can be smoothly circulated along the fluid passage. .

なお、イオン交換器34側の雄コネクタ68から配管66側の雌コネクタ70を取り外した後、例えば、図示しない棒部材や治具等を第2コネクタ本体94の開口部96から挿入して第2弁体102の先端部を押圧し、強制的に前記第2弁体102を第2着座部100から離間させた弁開状態とすることにより、配管66中に残存する冷媒を好適に外部に排出することができる。この場合、イオン交換器34は、冷媒回路10中において最下部に配置されているため、冷媒の円滑且つ迅速な排水性が得られ、冷媒の排出作業を効率的に遂行することができる。   After the female connector 70 on the piping 66 side is removed from the male connector 68 on the ion exchanger 34 side, for example, a rod member or jig (not shown) is inserted through the opening 96 of the second connector main body 94 to form the second connector. By pressing the distal end of the valve body 102 and forcibly separating the second valve body 102 from the second seating section 100, the refrigerant remaining in the pipe 66 is suitably discharged to the outside. can do. In this case, since the ion exchanger 34 is disposed at the lowermost part in the refrigerant circuit 10, smooth and quick drainage of the refrigerant can be obtained, and the discharge operation of the refrigerant can be performed efficiently.

<イオン交換器の取付構造(支持構造)>
次に、イオン交換器34の取付構造(支持構造)について、説明する。
図5に示されるように、イオン交換器34の軸方向に沿った両側の支持部42a、42bは、燃料電池スタック12と同一フレーム44からなる一対の突出部48間に、前記燃料電池スタック12と平行に複数のボルト50を介してねじ締結されて取り付けられるが、これに限定されるものではなく、例えば、図9に示されるように、イオン交換器34の片側一方のみを差込構造としてもよい。なお、図9中では、説明の便宜上、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの図示を省略している。
<Ion exchanger mounting structure (support structure)>
Next, the attachment structure (support structure) of the ion exchanger 34 will be described.
As shown in FIG. 5, the support portions 42 a and 42 b on both sides along the axial direction of the ion exchanger 34 are disposed between a pair of projecting portions 48 including the same frame 44 as the fuel cell stack 12. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, only one side of the ion exchanger 34 has an insertion structure. Also good. In FIG. 9, the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b are not shown for convenience of explanation.

図9(a)、(b)の第1変形例に示されるように、例えば、断面円形状の小孔120が形成されたブロック122を一方のフレーム44側に連結し、イオン交換器34の片側に前記小孔120に挿通される円柱状の支持部124を設け、前記小孔120に対して円柱状の支持部124を差し込むような構造にするとよい。   As shown in the first modification of FIGS. 9A and 9B, for example, a block 122 in which a small hole 120 having a circular cross section is formed is connected to one frame 44 side, so that the ion exchanger 34 It is preferable that a columnar support portion 124 inserted into the small hole 120 is provided on one side and the columnar support portion 124 is inserted into the small hole 120.

また、図9(c)の第2変形例に示されるように、矩形状のブロック部126と円盤部128との間に環状溝130が形成された部材を一方のフレーム44側に連結し、イオン交換器34の片側に前記環状溝130に係合する開口132が形成されたプレート部材134を設け、前記環状溝130に対してプレート部材134の開口132を差し込むように構成するとよい。   Further, as shown in the second modification of FIG. 9C, a member in which an annular groove 130 is formed between the rectangular block portion 126 and the disk portion 128 is connected to one frame 44 side, A plate member 134 having an opening 132 that engages with the annular groove 130 may be provided on one side of the ion exchanger 34, and the opening 132 of the plate member 134 may be inserted into the annular groove 130.

さらに、図9(d)の第3変形例に示されるように、矩形状の第1プレート体136の一端部に小径な柱体138を立設するように連結し、イオン交換器34の片側に前記柱体138が差し込まれる円形状の孔部140を有する第2プレート体142を設け、前記柱体138を第2プレート体142の孔部140に差し込むように構成するとよい。   Further, as shown in the third modified example of FIG. 9D, one end of the ion exchanger 34 is connected to one end of the rectangular first plate body 136 so that a small-diameter column 138 is erected. A second plate body 142 having a circular hole 140 into which the column body 138 is inserted may be provided, and the column body 138 may be inserted into the hole 140 of the second plate body 142.

このようなイオン交換器34の片側差込構造とすることにより、燃料電池自動車のボデイの下部側(床下部)に配置されたイオン交換器34を交換する際、前記イオン交換器34の取り外し作業及び取り付け作業がより一層簡便となり、作業時間の短縮化を図ることができる。   By adopting such a one-side insertion structure of the ion exchanger 34, when the ion exchanger 34 disposed on the lower side (lower floor) of the body of the fuel cell vehicle is replaced, the ion exchanger 34 is removed. In addition, the mounting operation is further simplified, and the working time can be shortened.

<冷媒回路の作用効果>
次に、前記した冷媒回路10の作用効果について説明する。
図示しないイグニッションスイッチをオン状態にすると、燃料電池スタック12へ燃料ガス(水素ガス)と酸化剤ガス(空気)とがそれぞれ供給され、燃料電池スタック12で発電が開始される。同時に、ECU38から駆動信号がポンプ18に導入され、ポンプ18も駆動を開始し、循環通路16に沿って冷媒が流通する。この場合、循環通路16から分岐する分岐通路32を介して冷媒がイオン交換器34内に導入され、冷媒中のイオン溶解成分が図示しないイオン交換樹脂によって除去(吸着)される。
<Operation effect of refrigerant circuit>
Next, the effect of the refrigerant circuit 10 will be described.
When an ignition switch (not shown) is turned on, fuel gas (hydrogen gas) and oxidant gas (air) are respectively supplied to the fuel cell stack 12, and power generation is started in the fuel cell stack 12. At the same time, a drive signal is introduced from the ECU 38 to the pump 18, the pump 18 also starts to drive, and the refrigerant flows along the circulation passage 16. In this case, the refrigerant is introduced into the ion exchanger 34 through the branch passage 32 branched from the circulation passage 16, and the ion-dissolved component in the refrigerant is removed (adsorbed) by an ion exchange resin (not shown).

燃料電池スタック12の発熱によって冷媒の温度が所定温度以上に上昇した場合、例えば、ECU38からの弁切換信号に基づいて流路切換弁22の弁位置を切り換えてラジエータ14側に冷媒を導入し、前記ラジエータ14による放熱作用によって冷媒を冷却するようにしてもよい。   When the temperature of the refrigerant rises to a predetermined temperature or more due to heat generation of the fuel cell stack 12, for example, the valve position of the flow path switching valve 22 is switched based on a valve switching signal from the ECU 38, and the refrigerant is introduced to the radiator 14 side. The refrigerant may be cooled by the heat radiation action of the radiator 14.

本実施形態では、燃料電池スタック12に連通する循環通路16から分岐する分岐通路32中にイオン交換器34を配置して、前記燃料電池スタック12と前記イオン交換器34とを並列に配設することにより、冷媒回路10中を循環する冷媒の全流量がイオン交換器34内に供給されることがなく、冷媒が第1継手機構40a及び第2継手機構40bの第1弁体74及び第2弁体102によって開成された流体通路(図8(b)の矢印参照)に沿って流通するときの圧力損失を抑制することができる利点がある。また、本実施形態では、燃料電池スタック12及びイオン交換器34に対してそれぞれ並列に冷媒を流すため、バルブ(第1弁体74及び第2弁体102)での圧損を許容することができる。   In the present embodiment, an ion exchanger 34 is disposed in a branch passage 32 that branches from the circulation passage 16 that communicates with the fuel cell stack 12, and the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34 are disposed in parallel. Thus, the entire flow rate of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 10 is not supplied into the ion exchanger 34, and the refrigerant is supplied to the first valve body 74 and the second valve body 74 of the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b. There is an advantage that pressure loss when flowing along the fluid passage (see the arrow in FIG. 8B) opened by the valve body 102 can be suppressed. In the present embodiment, since the refrigerant flows in parallel to the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34, pressure loss at the valves (the first valve body 74 and the second valve body 102) can be allowed. .

従って、本実施形態では、イオン交換器34に付設された第1継手機構40a及び第2継手機構40b(第1弁体74及び第2弁体102)による圧力損失を極力抑制して、冷媒を圧送するポンプ18の小型・軽量化を図ることができる。   Therefore, in this embodiment, the pressure loss due to the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b (the first valve body 74 and the second valve body 102) attached to the ion exchanger 34 is suppressed as much as possible, and the refrigerant is supplied. The pump 18 that is pumped can be reduced in size and weight.

なお、本実施形態では、燃料電池自動車に搭載された車載用のイオン交換器34について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、燃料電池自動車以外の他の部材の所定位置に配置された定置用のイオン交換器34であってもよい。   In the present embodiment, the in-vehicle ion exchanger 34 mounted on the fuel cell vehicle is described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a predetermined position of a member other than the fuel cell vehicle. It may be a stationary ion exchanger 34 disposed in the.

<イオン交換器の交換作業>
イオン交換器34内に収納された図示しないイオン交換樹脂は、冷媒中のイオンを吸着することにより、徐々にイオン吸着能力が低下する特性を有するため、劣化したイオン交換樹脂(イオン交換器34)を新たなイオン交換樹脂(イオン交換器34)と定期的に交換するメンテナンスが必要となる。以下に、イオン交換器34の交換作業について説明する。
<Ion exchanger replacement work>
An ion exchange resin (not shown) accommodated in the ion exchanger 34 has a characteristic that the ion adsorption capacity gradually decreases by adsorbing ions in the refrigerant, and therefore, a deteriorated ion exchange resin (ion exchanger 34). Maintenance is required to periodically replace the ion exchange resin with a new ion exchange resin (ion exchanger 34). Below, the exchange work of the ion exchanger 34 is demonstrated.

図10は、フレームからアンダカバーを取り外した状態の一部省略分解斜視図である。
図10に示されるように、燃料電池自動車のボデイの下部側(床下側)に設けられた単一のアンダカバー52を固定しているボルト54等を緩めて前記アンダカバー54を取り外すことにより、前記ボデイの下部側からイオン交換器34を露呈させる。
FIG. 10 is a partially omitted exploded perspective view of the frame with the under cover removed.
As shown in FIG. 10, by removing the under cover 54 by loosening the bolt 54 etc. fixing the single under cover 52 provided on the lower side (under the floor) of the body of the fuel cell vehicle, The ion exchanger 34 is exposed from the lower side of the body.

この場合、本実施形態では、イオン交換器34は、燃料電池スタック12と同一のフレーム44上に固定されていると共に、燃料電池自動車のボデイの下方向で平面視して前記燃料電池自動車の中心から外側に配置されており、前記イオン交換器34の真下に位置するアンダカバー52を取り外すことにより、前記イオン交換器34が外部に露呈した取り外し可能な状態となる。   In this case, in the present embodiment, the ion exchanger 34 is fixed on the same frame 44 as the fuel cell stack 12, and the center of the fuel cell vehicle is viewed in plan view below the body of the fuel cell vehicle. By removing the under cover 52 that is disposed on the outside of the ion exchanger 34 and is located directly below the ion exchanger 34, the ion exchanger 34 is exposed to the outside and can be removed.

続いて、支持部42a、42bを介してイオン交換器34をフレーム44に取り付けている複数のボルト50を緩めて前記イオン交換器34を前記フレーム44から取り外した後、図11に示されるように、第1継手機構40a及び第2継手機構40bを構成する雄コネクタ68から雌コネクタ70を離脱させることによって、前記イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bから配管66をそれぞれ取り外す。   Subsequently, after loosening a plurality of bolts 50 that attach the ion exchanger 34 to the frame 44 via the support portions 42a and 42b and removing the ion exchanger 34 from the frame 44, as shown in FIG. The pipe 66 is removed from the inlet port 64a and the outlet port 64b of the ion exchanger 34 by detaching the female connector 70 from the male connector 68 constituting the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b.

その際、前述したように、第1継手機構40a及び第2継手機構40bに設けられた第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれノーマルクローズタイプのバルブによって構成されているため、前記第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれ第1着座部90及び第2着座部100に着座した弁閉状態となり(図8(a)参照)、冷媒回路10中に残存する冷媒が外部に漏出することが防止される。このため、作業者は、冷媒によって被水することがなく(例えば、液体冷媒の場合)、イオン交換器34に接続されている配管66を簡便に取り外すことができる。   At this time, as described above, since the first valve body 74 and the second valve body 102 provided in the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b are each constituted by a normally closed type valve, The valve body 74 is closed with the first valve body 74 and the second valve body 102 seated on the first seating portion 90 and the second seating portion 100, respectively (see FIG. 8A), and the refrigerant remaining in the refrigerant circuit 10 is exposed to the outside. Leakage is prevented. For this reason, the operator can easily remove the pipe 66 connected to the ion exchanger 34 without being flooded by the refrigerant (for example, in the case of a liquid refrigerant).

すなわち、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bから配管66を取り外す際、取り外された配管66側の雌コネクタ70の第2弁体102が弁閉状態となって配管66中に残存する冷媒の外部への漏出が阻止されると共に、イオン交換器34側に接続された雄コネクタ68の第1弁体74が弁閉状態となってイオン交換器34内に残存する冷媒の外部への漏出が阻止される。このことは、インレットポート64a側及びアウトレットポート64b側に設けられた第1継手機構40a及び第2継手機構40bにおいてそれぞれ同様である。   That is, when the pipe 66 is removed from the inlet port 64a and the outlet port 64b of the ion exchanger 34, the second valve body 102 of the female connector 70 on the side of the removed pipe 66 is closed and remains in the pipe 66. Leakage of the refrigerant to the outside is prevented, and the first valve body 74 of the male connector 68 connected to the ion exchanger 34 side is closed, and the refrigerant remaining in the ion exchanger 34 is discharged to the outside. Leakage is prevented. This is the same in the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b provided on the inlet port 64a side and the outlet port 64b side, respectively.

このようにしてイオン交換器34がフレーム44から離間可能となり配管66が取り外された後、作業者は、アンダカバー52が取り外された燃料電池自動車の床下開口部を通じて性能が劣化したイオン交換器34を前記燃料電池自動車の外部に単独で取り出すことができる。さらに、前記床下開口部を通じて、冷媒が予め所定量だけ充填されている新たなイオン交換器34(図11参照)をボルト50によってフレーム44に固定すると共に、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの雌コネクタ70を雄コネクタ68に装着する配管接続を行う。なお、図9に示されるように、イオン交換器34を片側差込構造とすることにより、より一層、イオン交換器34の取り外し及び取り付け作業を簡便に行うことができる。   After the ion exchanger 34 can be separated from the frame 44 and the pipe 66 is removed in this manner, the operator can use the ion exchanger 34 whose performance has deteriorated through the underfloor opening of the fuel cell vehicle from which the under cover 52 has been removed. Can be taken out of the fuel cell vehicle alone. In addition, a new ion exchanger 34 (see FIG. 11) preliminarily charged with a predetermined amount of refrigerant is fixed to the frame 44 with bolts 50 through the underfloor opening, and the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism. The pipe connection for mounting the female connector 70 of 40b to the male connector 68 is performed. In addition, as FIG. 9 shows, the removal and attachment operation | work of the ion exchanger 34 can be performed more simply by making the ion exchanger 34 into a one-side insertion structure.

これに対して、例えば、特許文献1等に開示された従来技術では、イオン吸着能力が劣化したイオン交換器34(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器34(イオン交換樹脂)と交換する交換作業の準備段階として、イオン交換器34が設けられた冷媒回路10中に残存する冷媒を、前記冷媒回路10から排出させる冷媒排出作業が必要となると共に、前記冷媒排出作業によって、仮に、少量であっても冷媒が外部に漏出した場合には、前記漏出量に対応して新たな冷媒を追加する冷媒追加作業が必要となる。さらに、従来技術では、使用済みのイオン交換器34が新たなイオン交換器34と交換された後、冷媒回路10中にエアが流入(混入)しないようにエア抜き作業を行う必要がある。   On the other hand, for example, in the conventional technique disclosed in Patent Document 1 or the like, an exchange in which the ion exchanger 34 (ion exchange resin) having deteriorated ion adsorption capacity is replaced with a new ion exchanger 34 (ion exchange resin). As a preparatory stage for the work, a refrigerant discharge operation for discharging the refrigerant remaining in the refrigerant circuit 10 provided with the ion exchanger 34 from the refrigerant circuit 10 is required, and the refrigerant discharge operation temporarily reduces the amount of refrigerant. Even if the refrigerant leaks to the outside, an additional work for adding a new refrigerant corresponding to the leakage amount is required. Furthermore, in the conventional technique, after the used ion exchanger 34 is replaced with a new ion exchanger 34, it is necessary to perform an air bleeding operation so that air does not flow into (mixed in) the refrigerant circuit 10.

このように、従来技術では、イオン交換器34の交換作業に付随して、冷媒排出作業、冷媒追加作業、エア抜き作業等の種々の作業を遂行する必要があって非常に煩雑となると共に、交換作業に多大な時間を要する。また、イオン交換器34と冷媒との交換タイミングはそれぞれ異なり、冷媒の寿命以前にイオン交換器34を交換する必要がある場合などでは、従来技術において、冷媒が未だ劣化していないにもかかわらず冷媒の排出作業(冷媒抜き作業)を行うため、冷媒回路10中の冷媒を有効利用することができない。   As described above, in the prior art, it is necessary to perform various operations such as the refrigerant discharge operation, the refrigerant addition operation, and the air bleeding operation in association with the replacement operation of the ion exchanger 34. The exchange work takes a lot of time. In addition, when the ion exchanger 34 and the refrigerant are exchanged at different timings, and the ion exchanger 34 needs to be exchanged before the life of the refrigerant, the conventional technique has not yet deteriorated the refrigerant. Since the refrigerant discharge operation (refrigerant extraction operation) is performed, the refrigerant in the refrigerant circuit 10 cannot be effectively used.

本実施形態では、第1継手機構40a及び第2継手機構40bの第1弁体74及び第2弁体102がそれぞれノーマルクローズタイプのバルブによって構成され、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bからそれぞれ配管66を取り外した際、イオン交換器34側の第1弁体74及び配管66側の第2弁体102がそれぞれ弁閉状態となって、前記イオン交換器34のインレットポート64a、アウトレットポート64b及び前記インレットポート64a、アウトレットポート64bに接続される配管66の接続部位が確実且つ瞬時に閉塞されることにより、イオン交換器34内の冷媒及び配管66内に残存する冷媒が外部に漏出することを好適に阻止することができる。   In this embodiment, the 1st valve body 74 and the 2nd valve body 102 of the 1st joint mechanism 40a and the 2nd joint mechanism 40b are each comprised by the valve | bulb of a normal close type, and the inlet port 64a and outlet port of the ion exchanger 34 are each comprised. When the pipe 66 is removed from each of the 64b, the first valve body 74 on the ion exchanger 34 side and the second valve body 102 on the pipe 66 side are closed, and the inlet port 64a of the ion exchanger 34, By reliably and instantaneously closing the outlet port 64b and the connection portion of the pipe 66 connected to the inlet port 64a and the outlet port 64b, the refrigerant in the ion exchanger 34 and the refrigerant remaining in the pipe 66 are exposed to the outside. Leakage can be suitably prevented.

従って、本実施形態では、冷媒回路10中の冷媒を外部に漏出させることがなくそのままの状態として、使用済みのイオン交換器34(イオン交換樹脂)を新たなイオン交換器34(イオン交換樹脂)と交換するだけでよく、交換作業に付随する冷媒排出作業及びエア抜き作業を不要とすることができる。さらに、本実施形態では、新たなイオン交換器34に、既に所定量の冷媒が充填済みであるため(冷媒の充填については後記する)、冷媒の再充填作業等も不要となる。   Therefore, in the present embodiment, the used ion exchanger 34 (ion exchange resin) is replaced with a new ion exchanger 34 (ion exchange resin) while leaving the refrigerant in the refrigerant circuit 10 as it is without leaking outside. The refrigerant discharge operation and the air bleeding operation associated with the replacement operation can be made unnecessary. Further, in the present embodiment, since a new amount of refrigerant has already been filled in the new ion exchanger 34 (the refrigerant filling will be described later), the refilling operation of the refrigerant or the like becomes unnecessary.

この結果、本実施形態では、従来技術と比較して、イオン交換器34の交換作業に付随する種々の作業が不要となり、イオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。   As a result, in this embodiment, compared with the prior art, various operations associated with the replacement operation of the ion exchanger 34 become unnecessary, and the replacement operation of the ion exchanger 34 can be simplified and the replacement time can be shortened. it can.

また、本実施形態では、冷媒回路10中の冷媒を捨てることがなくそのままの状態でイオン交換器34の交換作業を遂行することができるため、冷媒の有効利用を図ることができると共に、冷媒コストを削減してメンテナンス費用を低減することができる。   Further, in the present embodiment, since the replacement work of the ion exchanger 34 can be performed without discarding the refrigerant in the refrigerant circuit 10, it is possible to effectively use the refrigerant and reduce the refrigerant cost. Can reduce maintenance costs.

さらに、本実施形態では、燃料電池自動車の下部側に設けられた単一のアンダカバー52を取り外すだけで、燃料電池スタック12と並列に配置されたイオン交換器34が交換可能な状態となり、例えば、イオン交換器34が収容された筐体の取り外し作業や、冷媒排出作業及び冷媒の再注入作業等が不要となり、従来技術と比較して、より一層、イオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。   Furthermore, in this embodiment, the ion exchanger 34 arranged in parallel with the fuel cell stack 12 can be replaced only by removing the single under cover 52 provided on the lower side of the fuel cell vehicle. This eliminates the need to remove the casing in which the ion exchanger 34 is accommodated, the refrigerant discharge operation, the refrigerant reinjection operation, and the like, making the ion exchanger 34 more easily exchanged compared to the prior art. Exchange time can be shortened.

<イオン交換器に対する冷媒の充填>
イオン交換器34内に対して冷媒(好ましくは、液体冷媒)を充填する場合、図12に示されるように、基台上に固定された断面略L字状の治具150によって前記イオン交換器34が鉛直上下方向に沿って保持された状態(縦置き状態)で冷媒を注入するようにするとよい。イオン交換器34の上方に配置された冷媒貯留槽152に連通する配管チューブ154を、イオン交換器34の下部側のインレットポート64aに接続すると共に、冷媒貯留タンク156に連通する配管チューブ158をイオン交換器34の上部側のアウトレットポート64bに接続する。
<Filling of refrigerant into ion exchanger>
When the inside of the ion exchanger 34 is filled with a refrigerant (preferably a liquid refrigerant), as shown in FIG. 12, the ion exchanger is fixed by a jig 150 having a substantially L-shaped cross section fixed on a base. It is preferable to inject the refrigerant in a state where 34 is held along the vertical direction (vertical state). The piping tube 154 communicating with the refrigerant storage tank 152 disposed above the ion exchanger 34 is connected to the inlet port 64a on the lower side of the ion exchanger 34, and the piping tube 158 communicating with the refrigerant storage tank 156 is ionized. It connects to the outlet port 64b on the upper side of the exchanger 34.

この場合、イオン交換器34の下方に位置するインレットポート64a側から徐々に冷媒が注入され、所定量の冷媒がイオン交換器34内に充填されて満杯となり、アウトレットポート64bから冷媒が溢れ出ることにより、冷媒の充填が完了する。   In this case, the refrigerant is gradually injected from the side of the inlet port 64a located below the ion exchanger 34, and a predetermined amount of refrigerant is filled in the ion exchanger 34 to become full, and the refrigerant overflows from the outlet port 64b. Thus, charging of the refrigerant is completed.

このように、本実施形態では、イオン交換器34を縦置き状態にして冷媒を充填することにより、冷媒をイオン交換器34に充填圧送するポンプ等の駆動手段が不要になると共に、冷媒の充填時間を短縮して効率的にイオン交換器34内に冷媒を充填することができる。   As described above, in the present embodiment, by filling the refrigerant with the ion exchanger 34 placed vertically, a driving unit such as a pump for filling and feeding the refrigerant to the ion exchanger 34 becomes unnecessary, and the refrigerant is charged. The refrigerant can be efficiently filled in the ion exchanger 34 by shortening the time.

これに対し、イオン交換器34を前記の縦置き状態とは反対に横置き状態とし、図示しないポンプを用いて前記イオン交換器34内に冷媒を圧送した場合、冷媒の充填に時間がかかり効率的に冷媒を充填することが困難となる。   On the other hand, when the ion exchanger 34 is placed horizontally as opposed to the vertically placed state and the refrigerant is pumped into the ion exchanger 34 using a pump (not shown), it takes time to charge the refrigerant and the efficiency is increased. Therefore, it becomes difficult to charge the coolant.

なお、図11に示されるように、冷媒が予め充填されたイオン交換器34は、イオン除去能力が低下している使用済みのイオン交換器34と前述したように簡便に交換される。   As shown in FIG. 11, the ion exchanger 34 preliminarily filled with the refrigerant is simply exchanged with the used ion exchanger 34 having a reduced ion removal capability as described above.

<イオン交換器の搬送中における冷媒漏出防止機構>
本実施形態では、イオン交換器34のインレットポート64a側及びアウトレットポート64b側にそれぞれ設けられた第1弁体74の先端部が第1コネクタ本体72の開口部から外部に向かって所定長だけ突出するように設けられているため、前記第1弁体74の先端部が、何らかの原因によって押圧されることにより(例えば、イオン交換器34の交換作業中に、第1弁体74の先端部が他の部材に接触した場合等)、第1弁体74が第1着座部90から離間して弁開状態となり、イオン交換器34内に充填されている冷媒が外部に漏出するおそれがある。
<Refrigerant leakage prevention mechanism during transport of ion exchanger>
In the present embodiment, the tip end portions of the first valve bodies 74 provided on the inlet port 64a side and the outlet port 64b side of the ion exchanger 34 protrude from the opening portion of the first connector main body 72 to the outside by a predetermined length. Since the tip of the first valve body 74 is pressed for some reason (for example, during the replacement operation of the ion exchanger 34, the tip of the first valve body 74 is For example, when the first valve element 74 comes into contact with another member, the first valve element 74 is separated from the first seating portion 90 and is opened, and the refrigerant filled in the ion exchanger 34 may leak to the outside.

そこで、図13に示されるように、例えば、イオン交換器34のインレットポート64a及びアウトレットポート64bをそれぞれ被覆する有底円筒状のキャップ部材160を装着することにより、イオン交換器34の搬送中等において、前記第1弁体74が押圧されてイオン交換器34内の冷媒が外部に漏出することを好適に回避することができる。   Therefore, as shown in FIG. 13, for example, by mounting the bottomed cylindrical cap member 160 covering the inlet port 64a and the outlet port 64b of the ion exchanger 34, the ion exchanger 34 is being transported. The refrigerant in the ion exchanger 34 can be suitably prevented from leaking to the outside due to the first valve body 74 being pressed.

このようにイオン交換器34のバルブ(第1弁体74)を有する部位に冷媒漏出防止機構(例えば、キャップ部材160)を設けることにより、第1に、イオン交換器34内への異物の進入を好適に防止することができ、第2に、前記バルブを押圧するとイオン交換器34内に充填されている冷媒が外部に漏出するため搬入時等に外部との間での接触を好適に回避することができ、第3に、外部との接触でバルブに対する損傷を防止することができる、という効果を奏する。なお、前記キャップ部材160を設けることにより、外部に露呈する第1シールリング92(図8参照)の損傷を好適に回避することができる利点がある。   As described above, by providing a refrigerant leakage prevention mechanism (for example, the cap member 160) at the portion of the ion exchanger 34 having the valve (first valve body 74), first, foreign matter enters the ion exchanger 34. Secondly, when the valve is pressed, the refrigerant filled in the ion exchanger 34 leaks to the outside, so that contact with the outside is preferably avoided during loading. Third, there is an effect that damage to the valve can be prevented by contact with the outside. By providing the cap member 160, there is an advantage that damage to the first seal ring 92 (see FIG. 8) exposed to the outside can be suitably avoided.

このキャップ部材160は、例えば、電気的絶縁性(冷媒の電気的絶縁性の確保)を有し、且つ硬質な樹脂製材料、セラミック材料等によって形成されるとよい。   The cap member 160 may be formed of, for example, a hard resin material, a ceramic material, or the like that has electrical insulation (ensures electrical insulation of the refrigerant).

<本実施形態と比較例との相違点>
次に、本実施形態と特許文献2(以下、比較例という)とを比較した相違点について、以下詳細に説明する。この比較例の図1には、水通路を構成する水配管の供給側配管中であって、ボックス状に形成された燃料電池スタックの横にイオン交換器を配置する点が開示されているが、以下の点で相違する。
<Differences between the present embodiment and the comparative example>
Next, differences between the present embodiment and Patent Document 2 (hereinafter referred to as comparative examples) will be described in detail below. FIG. 1 of this comparative example discloses that the ion exchanger is disposed beside the fuel cell stack formed in a box shape in the supply side piping of the water piping constituting the water passage. The following points are different.

第1に、比較例では、イオン交換器のインレットポート及びアウトレットポートに対して配管が直接接続されているのに対し、本実施形態では、第1継手機構40a及び第2継手機構40bを介して着脱自在に設けられている点で相違している。   First, in the comparative example, piping is directly connected to the inlet port and outlet port of the ion exchanger, whereas in the present embodiment, the first joint mechanism 40a and the second joint mechanism 40b are used. The difference is that it is detachable.

この結果、比較例では、イオン交換器の交換作業に付随する冷媒排出作業、冷媒追加作業及びエア抜き作業等が必要となるのに対し、本実施形態では、これらの付随的な作業が不要となるため、比較例と比較してイオン交換器34の交換作業を簡便にして交換時間を短縮することができる。   As a result, in the comparative example, the refrigerant discharge work, the refrigerant addition work, the air bleeding work, and the like accompanying the exchange work of the ion exchanger are required, whereas in the present embodiment, these additional work are unnecessary. Therefore, the replacement work of the ion exchanger 34 can be simplified and the replacement time can be shortened as compared with the comparative example.

第2に、比較例では、燃料電池スタックとイオン交換器との高さ関係について、何ら具体的に開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、図2及び図3に示されるように、イオン交換器34が燃料電池スタック12の横で、且つ冷媒回路10の最下部に配置されている点で相違している。   Secondly, in the comparative example, the height relationship between the fuel cell stack and the ion exchanger is not specifically disclosed or suggested, but in the present embodiment, as shown in FIGS. The ion exchanger 34 is different from the fuel cell stack 12 in the lower part of the refrigerant circuit 10.

第3に、比較例では、冷媒回路において、配管を通じて燃料電池スタックとイオン交換器が直列に接続されて冷媒がイオン交換器及び燃料電池スタックに直列に流通するのに対し、本実施形態では、図1に示されるように、分岐通路32を介して燃料電池スタック12とイオン交換器34とが並列に接続され、冷媒が並列に流通するように設けられている点で相違している。   Third, in the comparative example, in the refrigerant circuit, the fuel cell stack and the ion exchanger are connected in series through the piping, and the refrigerant flows in series to the ion exchanger and the fuel cell stack. As shown in FIG. 1, the difference is that the fuel cell stack 12 and the ion exchanger 34 are connected in parallel via the branch passage 32, and the refrigerant is provided to flow in parallel.

第4に、比較例では、バッテリ(重量補機)と電気遮断機(軽量補機)との車幅方向における重量バランスの最適化を図るために、電気遮断機(軽量補機)側に冷媒配管及びイオン交換器が配置されているのに対し、本実施形態では、センタコンソール56内に配置された燃料電池スタック12を基準として車幅方向に沿った左右両側のいずれのスペース62に配置されてもよく(図6参照)、レイアウトの自由度が向上している点で相違している。   Fourth, in the comparative example, in order to optimize the weight balance in the vehicle width direction between the battery (heavy auxiliary machine) and the electric circuit breaker (lighter auxiliary machine), a refrigerant is provided on the electric circuit breaker (lighter auxiliary machine) side. Whereas the piping and the ion exchanger are disposed, in the present embodiment, the fuel cell stack 12 disposed in the center console 56 is used as a reference and is disposed in any of the left and right spaces 62 along the vehicle width direction. (See FIG. 6), which is different in that the degree of freedom in layout is improved.

第5に、比較例では、イオン交換器の交換作業について何ら開示乃至示唆されていないのに対し、本実施形態では、イオン交換器34の交換作業を簡便化するために、前記イオン交換器34の配置位置、配置構造及び取付構造等について、種々の改良が加えられている点で相違している。   Fifth, in the comparative example, there is no disclosure or suggestion about the exchange operation of the ion exchanger, whereas in the present embodiment, in order to simplify the exchange operation of the ion exchanger 34, the ion exchanger 34 is described. The arrangement position, the arrangement structure, and the mounting structure are different in that various improvements are made.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池用イオン交換器が組み込まれた冷媒回路の回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a refrigerant circuit incorporating a fuel cell ion exchanger according to an embodiment of the present invention. 前記冷媒回路の概略構成平面図である。It is a schematic plan view of the refrigerant circuit. 前記冷媒回路の概略構成側面図である。It is a schematic structure side view of the said refrigerant circuit. 前記冷媒回路を構成する燃料電池スタック及びイオン交換器がフレーム上に固定された状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state by which the fuel cell stack and ion exchanger which comprise the said refrigerant circuit were fixed on the flame | frame. 図4の矢印Y1方向からみた図であって、イオン交換器のフレームに対する取付構造を示す側面図である。It is the figure seen from the arrow Y1 direction of FIG. 4, Comprising: It is a side view which shows the attachment structure with respect to the flame | frame of an ion exchanger. フロアパネルとフレームとの間に配置された燃料電池スタック及びイオン交換器を、フロント側からリア側に向かって見た正面図である。It is the front view which looked at the fuel cell stack and ion exchanger arrange | positioned between a floor panel and a frame toward the rear side from the front side. 図6の矢印Y2方向から見た側面図である。It is the side view seen from the arrow Y2 direction of FIG. (a)、(b)は、継手機構を構成する雄コネクタと雌コネクタとの着脱動作を示す模式図である。(A), (b) is a schematic diagram which shows attachment / detachment operation | movement with the male connector and female connector which comprise a joint mechanism. (a)、(b)は、第1変形例に係るイオン交換器の片側差込構造を示す側面図及び分解斜視図、(c)は、第2変形例に係る片側差込構造を示す分解斜視図、(d)は、第3変形例に係る片側差込構造を示す分解斜視図である。(A), (b) is the side view and exploded perspective view which show the one side insertion structure of the ion exchanger which concerns on a 1st modification, (c) is the decomposition | disassembly which shows the one side insertion structure which concerns on a 2nd modification. A perspective view and (d) are exploded perspective views showing a one-sided insertion structure concerning the 3rd modification. フレームからアンダカバーを取り外した状態の一部省略分解斜視図である。It is a partially-omission exploded perspective view of the state where the under cover was removed from the frame. 冷媒が充填済みのイオン交換器を使用済みのイオン交換器と交換する状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which replaces | exchanges the used ion exchanger for the ion exchanger filled with the refrigerant | coolant. イオン交換器に対する冷媒の充填方法を示す側面図である。It is a side view which shows the filling method of the refrigerant | coolant with respect to an ion exchanger. 冷媒の漏出を防止するためにイオン交換器に装着されるキャップ部材を示す一部断面側面図である。It is a partial cross section side view which shows the cap member with which an ion exchanger is mounted | worn in order to prevent the leakage of a refrigerant | coolant.

符号の説明Explanation of symbols

10 冷媒回路
12 燃料電池スタック
34 イオン交換器(燃料電池用イオン交換器)
40a、40b 継手機構
64a インレットポート
64b アウトレットポート
66 配管
74 第1弁体
102 第2弁体
160 キャップ部材(冷媒漏出防止機構)
10 Refrigerant circuit 12 Fuel cell stack 34 Ion exchanger (ion exchanger for fuel cell)
40a, 40b Joint mechanism 64a Inlet port 64b Outlet port 66 Piping 74 First valve body 102 Second valve body 160 Cap member (refrigerant leakage prevention mechanism)

Claims (4)

反応ガスが供給されることで発電する燃料電池スタックと、冷媒を冷却する冷却器として機能するラジエータと、前記燃料電池スタックと前記ラジエータとの間で冷媒を循環させる循環通路と、前記循環通路中に設けられ冷媒を所定流量で循環させるポンプと、を含んで構成される冷媒回路と、
前記冷媒回路に設けられ、冷媒が導入される部位及び導出される部位には、相手側との連結が解除された状態において弁閉状態となり、一方、相手方と連結されることにより弁開状態となるノーマルクローズタイプのバルブが設けられ燃料電池用イオン交換器と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池用イオン交換器は、前記冷媒回路の最下部に配置されるとともに、前記燃料電池用イオン交換器のハウジングの軸方向に沿った両端部から所定長だけ突出する一対の支持部を介して、前記燃料電池スタックが固定されるフレームと同一のフレームに固定され、
前記燃料電池用イオン交換器は、充填された冷媒の外部への漏出を阻止するため前記バルブを有する位置に冷媒漏出防止機構が設けられるとともに、前記冷媒回路に設置された状態において、出口の軸心が、入口の軸心と比較して、高さ方向で高い位置となるように設けられ、
前記燃料電池用イオン交換器の真下にはアンダーカバーが位置しており、前記アンダーカバーを外すことで前記イオン交換器が外部に露呈するとともに、
使用済みのイオン交換器と交換される新たなイオン交換器内には、冷媒が既に充填されていることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack that generates electric power by being supplied with a reaction gas; a radiator that functions as a cooler that cools the refrigerant; a circulation path that circulates the refrigerant between the fuel cell stack and the radiator; and A refrigerant circuit that includes a pump that circulates the refrigerant at a predetermined flow rate.
The provided et is the refrigerant circuit, the site where the refrigerant is site and derived is introduced becomes a valve-closed state in a state where connection is released with the other side, on the other hand, the valve open state by being connected to the other party An ion exchanger for a fuel cell provided with a normally closed type valve ,
A fuel cell system comprising:
The fuel cell ion exchanger is disposed at the lowermost part of the refrigerant circuit and via a pair of support portions projecting by a predetermined length from both end portions along the axial direction of the housing of the fuel cell ion exchanger. Fixed to the same frame as the frame to which the fuel cell stack is fixed,
The ion exchanger for a fuel cell is provided with a refrigerant leakage prevention mechanism at a position having the valve to prevent leakage of the filled refrigerant to the outside, and in the state installed in the refrigerant circuit, the outlet shaft The center is provided so as to be higher in the height direction than the inlet axis.
An under cover is located directly below the ion exchanger for the fuel cell, and the ion exchanger is exposed to the outside by removing the under cover.
A fuel cell system, wherein a new ion exchanger to be replaced with a used ion exchanger is already filled with a refrigerant.
前記燃料電池用イオン交換器に対して配管を着脱自在に接続する継手機構が設けられ、前記継手機構は、前記イオン交換器側に配設されるノーマルクローズタイプの第1弁体と、前記配管側に配設されるノーマルクローズタイプの第2弁体とを有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A joint mechanism for detachably connecting a pipe to the ion exchanger for the fuel cell is provided, and the joint mechanism includes a first valve body of a normally closed type disposed on the ion exchanger side, and the pipe 2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a normally closed second valve body disposed on the side . 前記燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle . 前記燃料電池用イオン交換器は、前記循環通路から前記燃料電池スタックを迂回するように分岐する分岐通路に配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。  3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell ion exchanger is disposed in a branch passage that branches from the circulation passage so as to bypass the fuel cell stack. 4.
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