WO2010092986A1

WO2010092986A1 - 燃料電池の調温システム

Info

Publication number: WO2010092986A1
Application number: PCT/JP2010/051976
Authority: WO
Inventors: 祐一坂上; 末松　啓吾; 新井　博之
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2010-08-19
Also published as: JP2010186647A

Abstract

　冷媒を循環させることによりＦＣスタック１００の温度を調節する燃料電池の調温システム１０は、予めイオン交換樹脂粒子が添加された冷媒が流れる冷媒流路１２や、冷媒に溶出しているイオンを除去するイオン交換器１８、冷媒を冷却するラジエータ１６などを備えている。冷媒に添加するイオン交換樹脂粒子は、冷媒に接する部品（例えばラジエータ１６など）から初期段階において溶出するイオンの除去に必要な量だけにしておき、経時的に発生するイオンは、イオン交換器１８で除去する。かかる構成とすることで、冷媒の粘度を低減でき、冷媒ポンプ１４での消費電力を低減できる。

Description

燃料電池の調温システム

　本発明は、冷媒を循環させることにより燃料電池の温度を調節する燃料電池の調温システムに関する。

　環境に与える影響が少ないことから、車両などの動力源として燃料電池の採用が考えられている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む酸化ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての反応によって必要な電力を取り出す。この反応のために燃料電池は発熱する。この発熱は、電池温度の上昇、ひいては、発電効率や部品寿命の低下等を招くため、従来から、燃料電池システムには、燃料電池を調温する冷媒システムが組み込まれている。通常、冷媒システムは、冷媒が通る冷媒流路や、当該冷媒を冷却するラジエータなどを備えている。そして、この冷媒流路に流れる冷媒により燃料電池を冷却（熱交換）するとともに、当該燃料電池との熱交換で温度上昇した冷媒を冷媒流路途中に設けられたラジエータ等で冷却するようになっている。

　ここで、こうした冷媒システムでは、配管やラジエータなどの構成部品から溶出するイオンが問題となっていた。金属部品から冷媒にイオンが溶出することにより、冷媒の導電率増加、ひいては、燃料電池とグランドとの間の絶縁抵抗値の低下を招いていた。特に、冷媒流路に冷媒を充填した直後、いわゆる初期段階には、金属部品から大量のイオンが溶出するため、絶縁抵抗値の急激な低下を招いていた。

　こうした問題を解決するために、従来から、冷媒流路上にイオン交換器を設け、冷媒流路に流れる冷媒からイオンを除去することが提案されている。また、イオン交換器のみでは除去困難あるいは除去に時間がかかる初期段階における溶出イオン量を低減するために、部品組み付けに先立って、冷媒に接触することでイオン溶出する部品（ラジエータなど）を予め、温水などで洗浄することも提案されている。特許文献１には、この部品洗浄に適した技術が開示されている。かかる技術に基づいて、部品を事前洗浄しておくことで、初期段階における溶出イオン量が低減でき、ひいては、絶縁抵抗値の大幅な低下を避けることができる。

　また、特許文献２では、初期および経時に構成部品から溶出するイオンを除去できる程度のイオン交換樹脂粒子を予め、冷媒に、添加し、均一に分散しておくことが提案されている。このように、冷媒にイオン交換樹脂粒子を分散しておくことで、部品の事前洗浄を省略したとしても、冷媒の絶縁性を安定的に保つことができる。

特開２００５－１９６９８８号公報特開２００６－５７０８８号公報特開２００７－５１３１号公報

　しかしながら、特許文献１記載の技術のように、部品を事前洗浄することは、手間であるばかりでなく、製造時間の増加や、コスト増加という問題を招く。特許文献２記載の技術によれば、部品の事前洗浄を省略することはできるため、こうした問題は避けられる。しかしながら、特許文献２記載の技術によれば、比較的多量のイオン交換樹脂粒子を冷媒に添加する必要がある。かかる粒子の添加は、冷媒の粘度増加を招く。冷媒の粘度が増加すると、冷媒流路中における圧力損失が大きくなり、冷媒を循環させる冷媒ポンプの消費電力が増加するという問題があった。また、粘度増加に伴い冷媒の流量が低下すると、ラジエータでの放熱量が低下、ひいては、調温システムでの冷却性能が低下するという問題もあった。つまり、特許文献２記載の技術では、調温システムの効率が低くなる恐れがあった。

　そこで、本発明では、より効率的に燃料電池を調温できる調温システムを提供することを目的とする。

　本発明の調温システムは、冷媒を循環させることにより燃料電池の温度を調節する燃料電池の調温システムであって、予めイオン交換樹脂粒子が添加された冷媒が流れる冷媒流路と、前記冷媒に溶出しているイオンを除去するイオン交換器と、を備え、前記イオン交換樹脂粒子は、前記冷媒に接する部品からの初期溶出イオンの除去に必要な量だけ添加されている、ことを特徴とする。

　好適な態様では、前記初期溶出イオンの量は、前記冷媒にイオン交換樹脂粒子が添加されていない場合に前記部品に施される事前洗浄において除去されるイオン量である。

　他の好適な態様では、さらに、前記冷媒流路途中にラジエータが設けられている場合、前記初期溶出イオンの量は、前記ラジエータを８０度の温水で１０時間洗浄することで除去されるイオン量である。

　他の好適な態様では、さらに、前記冷媒流路に流れる冷媒からイオン交換樹脂粒子を回収する粒子回収手段を備える。この場合、前記粒子回収手段は、前記冷媒流路途中に設けられるとともに前記イオン交換樹脂粒子の粒子径よりも孔径が小さいフィルタを含むことが望ましい。この場合、前記粒子回収手段は、前記イオン交換器に前記フィルタを組み込むことで構成されることが望ましい。また、さらに、前記冷媒を冷却するラジエータを有しており、前記粒子回収手段は、前記ラジエータの底部に沈殿したイオン交換樹脂粒子の拡散を防止するフィルタを１以上設けることで構成されており、前記フィルタの孔径は、前記イオン交換樹脂粒子の粒子径よりも大きい、ことも望ましい。

　本発明によれば、イオン交換樹脂粒子は、前記冷媒に接する部品からの初期溶出イオンの除去に必要な量だけ添加されているため、冷媒の粘度を比較的低く抑えることができる。その結果、消費電力を低下でき、より効率的に燃料電池を調温できる。

本発明の実施形態である調温システムの概略構成図である。イオン交換粒子量と冷媒の粘度との関係を示すグラフである。初期溶出イオン量測定に用いられる実験装置の一例を示す図である。経過時間と導電率との関係を示す図である。粒子回収機能付ラジエータの正面図である。粒子回収機能付ラジエータの一部拡大図である。粒子回収機能付イオン交換器の一例を示す図である。他の粒子回収機能付イオン交換器の一例を示す図である。他の調温システムの概略構成図である。

　以下、本発明の実施形態である調温システムについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である調温システム１０の概略構成を示す図である。この調温システム１０は、車両などに搭載される燃料電池システムに組み込まれるもので、燃料電池スタック（以下「ＦＣスタック」と略す）１００の温度を調節する。

　この調温システム１０の説明に先立って、当該調温システム１０が組み込まれる燃料電池システムについて簡単に説明する。燃料電池システムは、燃料電池スタック（以下「ＦＣスタック」と略す）１００を駆動するためのシステムである。ＦＣスタック１００は、電解質膜の両側に触媒電極層を配置したＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両外側にセパレータを配置して挟持した単電池（セル）を複数積層したものである。

　燃料電池システムには、このＦＣスタック１００のカソード側に水素ガス等の燃料ガスを、アノード側に圧縮空気などの酸化ガスを供給するガス供給系（図示せず）が設けられている。電力が必要な場合、燃料電池システムの制御部（図示せず）は、このガス供給系を駆動して、ＦＣスタック１００のカソード側に水素ガス等の燃料ガスを、アノード側に圧縮空気などの酸化ガスを供給させる。燃料ガスおよび酸化ガスが供給されると、ＦＣスタック１００内で電解質膜を通しての電気化学反応が起こり、ＦＣスタック１００が発電する。燃料電池システムの制御部は、この発電により得られる電力を取り出し、適宜、利用する。

　ここで、このＦＣスタック１００の発電に伴い、熱が生じることが知られている。かかる発熱によりＦＣスタック１００の温度が過度に上昇すると、発電効率の低下や、ＦＣスタック１００の寿命低下などといった問題を招く。そこで、従来から、燃料電池システムには、ＦＣスタック１００を冷却するための調温システム１０が組み込まれている。

　調温システムは、冷媒を循環させることでＦＣスタック１００の温度を調節するシステムである。この調温システム１０は、冷媒や、冷媒が流れる冷媒流路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（以下、各流路を区別しない場合は単に「冷媒流路１２」という）、当該冷媒を循環させる冷媒ポンプ１４、ラジエータ１６、イオン交換器１８、切替弁１９などを備えている。

　本実施形態では、水とグリコール類との混合溶液を主成分とする冷媒を用いている。かかる成分の冷媒を用いるのは、当該混合溶液が、不凍性と低導電性とを備えるためである。すなわち、車両に搭載される調温システムの冷媒は、冬季には長時間、寒冷環境下に放置されることがある。かかる寒冷環境下において冷媒が凍結すると、冷媒流路等の破損を招く。また、冷媒は、ＦＣスタック１００の内部を通るが、この冷媒の導電率が高いと、ＦＣスタック１００とグランド間との絶縁抵抗値が低下するという問題もある。そのため、本実施形態では、不凍性と低導電性とを備えた水とグリコール類との混合溶液を冷媒の主成分としている。さらに、冷媒の導電率を低く保つために、本実施形態では、混合溶液にさらに、イオン交換樹脂粒子を添加しているが、これについては、後に詳説する。

　冷媒流路１２は、さらに、主流路１２ａ、バイパス流路１２ｂ、イオン交換流路１２ｃに大別される。主流路１２ａは、ＦＣスタック１００とラジエータ１６との間で冷媒を循環させる流路である。この主流路１２ａに沿って流れる冷媒がファン１７を備えたラジエータ１６によって冷却された後、ＦＣスタック１００に到達し、ＦＣスタック１００との間で熱交換することにより、ＦＣスタック１００の冷却が図られる。ＦＣスタック１００との熱交換により加熱された冷媒は、再度、ラジエータ１６に到り、冷却されるようになっている。

　バイパス流路１２ｂは、ラジエータ１６の上流位置において主流路１２ａから分岐し、ラジエータ１６の下流位置において主流路１２ａに合流する。別の見方をすれば、このバイパス流路１２ｂは、ラジエータ１６を通過させることなく冷媒を循環させるための流路である。このバイパス流路１２ｂと主流路１２ａとの合流点には、切替弁１９が設けられており、当該切替弁１９の動作に応じて、冷媒の経路が、ラジエータ側またはバイパス流路側に切り替えられるようになっている。ＦＣスタック１００の積極的な冷却が不要な場合、例えば、ＦＣスタック１００の停止時や起動直後などは、このバイパス流路１２ｂに冷媒を流すことにより、ＦＣスタック１００が過度に温度低下することが防止される。

　イオン交換流路１２ｃは、ＦＣスタック１００の上流側において主流路１２ａから分岐し、ＦＣスタック１００の下流側において主流路１２ａに合流する流路である。別の見方をすれば、イオン交換流路１２ｃは、ＦＣスタック１００と並列に設けられた流路といえる。このイオン交換流路１２ｃには、冷媒中に存在するイオンを除去、ひいては、冷媒の導電率低下を図るイオン交換器１８が設けられている。イオン交換流路１２ｃに流れ込んだ冷媒は、イオン交換器１８によりイオン除去（導電率低下）された後に、主流路１２ａに戻される。

　ここで、かかるイオン交換器１８が設けられている理由について簡単に説明する。イオン交換器１８等を設けない場合、冷媒に接触する各種部品（ラジエータ１６や切替弁１９、配管など）の表面に付着した物質が、徐々に冷媒に溶け出してイオン化し、冷媒の導電率が上昇する。特にラジエータは、ロー付けにて製作されることが一般的であるが、ロー付けの際に、フラックスを塗布するため、その残渣がラジエータに残ることが知られている。かかる残渣は、冷媒に溶出してイオン化しやすく、冷媒の導電率上昇の主要因となる。こうした導電率の上昇は、既述したとおり、ＦＣスタック１００とグランドとの絶縁抵抗値の低下を招くため望ましくない。そこで、従来から、冷媒流路１２にイオン交換器１８を設け、冷媒の導電率上昇を防止している。

　冷媒ポンプ１４は、冷媒を循環させるポンプで、制御部（図示せず）により駆動制御される。制御部は、ＦＣスタック１００の冷却が必要な場合や、冷媒中のイオン除去が必要な場合には、当該冷媒ポンプ１４を駆動し、冷媒を流路１２に沿って循環させる。

　より具体的には、制御部は、ＦＣスタック１００が発電する場合には冷媒ポンプ１４を駆動して、ＦＣスタック１００の冷却を図る。また、ＦＣスタック１００が発電していない場合であっても、冷媒の導電率が過度に上昇した場合には、当該導電率を低下させるために冷媒ポンプ１４を駆動する。冷媒ポンプ１４が駆動することにより、冷媒がイオン交換器１８を通過することができ、イオンの除去、ひいては、冷媒の導電率の低下が図られる。

　ただし、実際には、このイオン交換器１８のみで導電率を常に低く保つことは容易ではない。通常、車両に大型のイオン交換器を搭載することは困難であり、イオン交換器１８のみで除去できるイオン量には限界がある。そのため、溶出イオン量が多い場合、特に、ラジエータ１６などの部品を組み付けて冷媒を充填した直後、いわゆる、初期段階においては、多量のイオンが溶出することが知られている。かかる初期段階の溶出イオンをイオン交換器１８のみで除去するためには、かなりの時間を要する。別の見方をすれば、イオン除去のために冷媒を長時間、事前に循環させてからでなければ、ＦＣスタック１００の調温システムとして用いることができないということになる。こうしたイオン除去のための事前循環は、調温システムの製造時間の増加、ひいては、コスト増加などの原因となる。

　そこで、従来から、調温システムに組み付ける部品については、事前に、洗浄しておくことが提案されている。特に、初期段階における溶出イオン量が多いラジエータについては、温水に数時間晒す事前洗浄がなされることが多い。かかる事前洗浄を行うことで、既述した事前循環を不要とすることができる。

　また、こうした事前洗浄を行う代わりに、冷媒に、初期段階および経時的に溶出するイオンを除去できる程度の量のイオン交換樹脂粒子を添加し、均一に分散させる技術も提案されている。かかる技術によれば、冷媒自体に、溶出イオンを適時に除去する機能を持たせることができ、初期および経時のいずれの段階においても冷媒の導電率を低く保つことができる。

　しかしながら、部品の事前洗浄は、事前循環させる場合と同様に、手間やコストの増加を招くため、望ましくない。また、イオン交換樹脂の添加は、事前洗浄の手間を省くことはできるが、冷媒の粘度増加を招く。図２は、冷媒に添加されたイオン交換樹脂粒子量と冷媒の粘度との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、冷媒に対するイオン交換樹脂の重量比率を、縦軸は冷媒の粘度を、それぞれ示している。このグラフから明らかなとおり、イオン交換樹脂粒子の量が増えるに従って、冷媒の粘度も増加する。かかる冷媒粘度の増加は、冷媒ポンプ１４での消費電力の増加を招く。すなわち、冷媒の粘度増加は、圧力損失の増加を招き、冷媒ポンプ１４の出力増加の原因となる。そして、結果として、調温システム全体での効率低下を招く。

　本実施形態では、こうした問題を解決するために、冷媒に、初期段階に溶出するイオン量（以下「初期溶出イオン量」と略す）を除去するのに必要な量のイオン交換樹脂粒子を添加している。かかる冷媒を用いることで、初期段階において多量に溶出するイオンは、イオン交換樹脂粒子により迅速に除去される。その一方で、初期以降に経時的に溶出するイオンは、イオン交換器１８により除去される。つまり、本実施形態では、初期段階の溶出イオンはイオン交換樹脂粒子で、経時的に溶出するイオンはイオン交換器１８で除去するようにしている。そのため、添加すべきイオン交換樹脂粒子量を低減しつつイオン濃度が過度に高くなることを効果的に防止できる。

　なお、「初期溶出イオン量」とは、イオン交換樹脂粒子を添加しない場合に施すべき事前洗浄で除去されるイオン量とほぼ同じである。すなわち、イオン交換樹脂粒子を添加しない場合には、通常、ラジエータ１６などの部品は温水で事前洗浄され、イオンの除去が図られる。この事前洗浄で、除去されるイオン量が、「初期溶出イオン量」に相等する。なお、事前洗浄の条件、温水の温度や洗浄時間などは、部品のサイズや材質等によって異なってくるが、基本的には、部品組み付け後、冷媒の事前循環が無くてもＦＣスタック１００を駆動させることができる、換言すれば、事前循環が無くてもイオン交換器１８によるイオン除去性能だけで絶縁抵抗値を基準値以下に保つことができるような条件が設定される。また、ラジエータ１６以外の部品（配管、ポンプなど）からの溶出イオン量は、ラジエータ１６からの溶出イオン量に比して微量であるため、ラジエータ１６のみを洗浄した際のイオン量を「初期溶出イオン量」とみなしても問題ない。

　かかる「初期溶出イオン量」の具体的な数値は、実験により測定される。図３は、初期段階に溶出するイオン量を測定する実験装置の一例を示す図である。この実験装置は、ラジエータ１６の洗浄装置にイオン回収装置２８を組み付けたものである。ラジエータ１６の洗浄装置は、ラジエータ１６を洗浄する温水が流れる流路２２ａと、温水を循環させるポンプ２４、および、温水を加熱するヒータ２６などを備えている。ヒータ２６により、適当な温度（例えば６０度～９０度、望ましくは８０度）に加熱された温水は、ラジエータ１６に流れ込む。ラジエータ１６に温水が流れ込むことにより、当該ラジエータ１６の表面からイオンが溶出する。イオンが溶出した温水の一部は、分岐流路２２ｂに流れ込み、イオン回収装置に流れ込む。イオン回収装置では、温水に含まれるイオンを回収する。こうした、温水の循環を適当な時間（例えば、５時間～１５時間、望ましくは１０時間程度）継続して行い、ラジエータ１６を洗浄する。そして、適当な時間経過した後に、イオン回収装置２８で回収されたイオン量を測定すればよい。このイオン回収装置２８で回収されたイオン量が「初期溶出イオン量」となる。

　ここで、イオンには、陽イオンと陰イオンがある。この二種類のイオン量を個別に測定するために、イオン回収装置２８には、陽イオンを回収するカチオン交換樹脂と陰イオンを回収するアニオン交換樹脂が設けられる。そして、各交換樹脂で交換されたイオン量が個別に測定され、この測定結果に応じて、冷媒に添加される二種類のイオン交換樹脂粒子（カチオン交換樹脂粒子とアニオン交換樹脂粒子）の量が調整される。

　また、一つのラジエータ１６で測定した初期溶出イオン量に基づいて、材質や構成が類似した異サイズのラジエータ１６での初期溶出イオン量を算出するようにしてもよい。すなわち、材質や構成が類似している場合、冷媒に接触する表面積の比率から、異なるサイズのラジエータ１６での初期溶出イオン量を算出するようにしてもよい。

　いずれにしても、予め、初期溶出イオン量を推定しておき、冷媒に添加するイオン交換樹脂粒子の量を、当該初期溶出イオン量を除去するために必要な量に限定しておけば、冷媒の粘度を押さえつつ、冷媒の導電率向上を防止でき、結果として、効率的かつ安定した調温が可能となる。

　図４は、冷媒の導電率と経過時間との関係を調べた実験結果を示すグラフである。図４において、横軸は、模擬的な調温システムに冷媒を充填してからの経過時間を、縦軸は、冷媒の導電率を示している。ここで、模擬的な調温システムとは、冷媒の導電率測定のために模擬的に組み立てられた調温システムのことであり、事前洗浄がなされていない部品（ラジエータ１６など）から構成されている。また、図４において、白三角を結ぶ実線は、イオン交換器１８を有さず、かつ、イオン交換樹脂粒子が未添加の冷媒を用いる模擬調温システムでの冷媒の導電率変化を示している。また、白丸を結ぶ破線は、イオン交換器１８を有し、かつ、イオン交換樹脂粒子が未添加の冷媒を用いる模擬調温システムでの冷媒の導電率変化を示している。さらに、黒丸を結ぶ太実線は、イオン交換器１８を有し、かつ、イオン交換樹脂粒子が添加された冷媒を用いる模擬調温システム、すなわち、本実施形態の調温システムと同様の調温システムでの冷媒の導電率変化を示している。また、図４において、Ｋは、ＦＣスタック１００の駆動が許容される冷媒導電率である基準導電率Ｋを意味している。

　この図４から明らかなとおり、冷媒に、イオン交換樹脂粒子が添加されていない場合、初期段階において、冷媒導電率は急激に上昇する。イオン交換器１８を具備しない場合（実線の場合）には、当然ながら、導電率が急上昇した後、低下することがないので、冷媒導電率は高いままとなる。また、イオン交換器１８を具備する場合（破線の場合）には、最初の１５時間ほどは導電率が急上昇するが、その後は、イオン交換器１８の作用により、徐々に冷媒導電率が低下していく。しかしながら、イオン交換器１８の処理能力の関係上、７０時間ほど経過しない限り、冷媒導電率は、ＦＣスタック１００の駆動が許容される冷媒導電率である基準導電率Ｋを下回らない。つまり、イオン交換樹脂粒子が未添加の場合、イオン交換器１８が設けられていたとしても、部品組み立て後、燃料電池の調温システム１０として利用できるまで多大な時間が必要であることがわかる。一方、本実施形態のように、冷媒にイオン交換樹脂粒子を添加した場合、初期段階でも導電率は殆ど増加せず、低い値を保っている。つまり、本実施形態によれば、部品組み立て後、燃料電池の調温システム１０として即座に利用できることがわかる。その結果、調温システム１０の製造に必要な時間を大幅に短縮することができる。

　ところで、初期溶出イオンが除去できた後は、イオン交換樹脂粒子が無くてもイオン交換器でイオン除去できる。また、イオン交換樹脂粒子は、何度も述べたように、冷媒の粘度増加、ポンプ１４での消費電力増加の要因となるため、初期溶出イオンが除去された後は、排除されることが望ましい。そこで、本実施形態では、調温システム１０に、イオン交換樹脂粒子の回収器（以下「粒子回収器」と略す）を組み込んでいる。

　粒子回収器の具体的構成としては、種々、考えられるが、例えば、図５Ａ、図５Ｂに図示するように、ラジエータ１６に粒子回収器を組み込むようにしてもよい。すなわち、周知のとおり、ラジエータ１６は、入口配管３０から流入した冷媒を、放熱作用の高いフィン３６に沿って設置された複数のチューブ３４に流し込み、このチューブ３４を流れる間にフィンとの間に行われる熱交換で冷媒を冷却する。そして、チューブ３４の下端からロアータンク３８に到達した冷媒は、当該ロアータンク３８に設けられた出口配管３９から排出される。

　図示例では、図５Ｂに図示するように、１以上（図示例では２枚）のフィルタ４０を設けることで、ロアータンク３８を粒子回収器として機能させている。ここで、各フィルタは、多数の微小孔が形成された部材であるが、この微小孔は、イオン交換樹脂粒子の粒子径より大きくなっている。また、フィルタ４０を２以上設ける場合には、上側のフィルタの孔径より、下側のフィルタの孔径を小さくすることが望ましい。また、いずれのフィルタ４０も、出口配管３９よりも下側に設けられている。

　かかる構成とした場合のイオン交換粒子の回収について簡単に説明する。冷媒が循環されている場合、イオン交換樹脂粒子は、冷媒の中に分散している。しかし、冷媒の循環が停止し、冷媒の流れがなくなると、密度差によりイオン交換樹脂粒子が沈殿する。ロアータンク３８においては、冷媒に含まれるイオン交換樹脂粒子が、当該イオン交換樹脂粒子より大径のフィルタ孔を通過して、フィルタ４０の下側に溜まっていく。このフィルタ４０の下側に溜まったイオン交換樹脂粒子は、冷媒の再循環に伴い、舞い上がったとしても、出口配管３９より下側に設けられたフィルタ４０により当該フィルタ４０より上側への移動が抑制されるため、冷媒流路１２へと流出することが低減される。ロアータンク３８の底部に溜まったイオン交換樹脂粒子は、必要に応じて、当該ロアータンク３８の底部に設けられたドレン４４を通じて、回収される。

　また、別の形態として、イオン交換器１８に、フィルタ４０を組み込むことで、粒子回収器を構成してもよい。この場合のフィルタ４０の孔径は、イオン交換樹脂粒子の粒径よりも小さいことが望ましい。図６、図７は、粒子回収器が組み込まれたイオン交換器１８の一例を示す図である。この図６に図示するとおり、イオン交換器１８は、公知のオイルフィルタの内部に、イオン交換樹脂およびフィルタ４０を充填したような構成をしている。すなわち、イオン交換器１８は、略円筒計の本体５２を有しており、本体５２の中心にイオン交換樹脂５０が、周縁側にフィルタ４０が設けられている。本体５２の下側には、冷媒が流れ込む流入口５４が形成されており、当該流入口５４から流入した冷媒はフィルタ４０、イオン交換樹脂５０の順に、通過し、流出口５６から排出される。フィルタ４０の孔径が、イオン交換樹脂粒子の粒径よりも小さい場合、冷媒に含まれるイオン交換樹脂粒子は、フィルタ４０を通過できず、補足される。

　また、より簡易的な構成として、図７に図示するような構成としてもよい。図７は、他の粒子回収機能付のイオン交換器１８の構成を示す図である。図７において、イオン交換器１８の本体５２は、略円筒形の中空体であり、その前端には流入口５４が、後端には流出口５６が設けられている。そして、本体５２の内部のうち流入口側にはイオン交換樹脂５０が、流出口側にはフィルタ４０が設けられている。流入口５４から流入した冷媒は、イオン交換樹脂５０によりイオンが除去される。また、イオン交換樹脂粒子より小径の孔を有するフィルタにより、冷媒に含まれるイオン交換樹脂粒子が補足される。

　このように、イオン交換樹脂粒子を回収することにより、冷媒の粘度を向上させることができる。そして、その結果、圧力損失を低減でき、ひいては、冷媒ポンプ１４の駆動等に必要な電力を低減できる。また、粒子回収器を、ラジエータ１６やイオン交換器１８といった既存部品に組み込むことで、専用部品や配管の追加が不要となる。ただし、当然ながら、ラジエータ１６やイオン交換器１８とは別に、単独で粒子回収器を構成するようにしてもよい。

　以上、説明したように、本実施形態によれば、事前に冷媒に添加するイオン交換樹脂量を、初期溶出イオンの除去に必要な量だけにし、経時的な溶出イオンは、イオン交換器で除去するようにしている。そのため、冷媒の粘度を低く保つことができ、結果として、調温システム１０での消費電力を低減できる。

　なお、上述した説明は、ＦＣスタック１００のみを調温する調温システムを例に挙げたが、当然、ＦＣスタック１００以外も調温するシステムに適用してもよい。例えば、従来からＦＣスタック１００の廃熱を車室暖房に利用するために、図８に図示するように、暖房用冷媒流路６０と電池用冷媒流路１２とを連結・遮断自在とする構成が提案されている。

　かかる構成において、車室の暖房は、ヒータ６４で冷媒を加熱し、この加熱された冷媒をヒータコア６６で放熱することで行われる。この車室暖房にＦＣスタック１００の廃熱を利用しない場合には、暖房用冷媒流路６０と電池用冷媒流路１２との間にある接続弁６８を遮断状態にする。この場合、両流路１２，６０は遮断されるため、冷媒は、図８において、破線で示すような流れとなる。一方、車室暖房にＦＣスタック１００の廃熱を利用する場合には、接続弁６８を、連結状態にする。この場合、両流路６０，１２が連結され、冷媒は、図８において一転鎖線で示すような流れとなり、ＦＣスタック１００を通過して加熱された冷媒が暖房用冷媒流路６０に流れ込む。予め、加熱された冷媒が流れ込むことにより、ヒータ６４での消費電力を抑えつつ、車室を暖房することができる。つまり、かかる構成において、冷媒は、ヒータコア６６も通過することになる。

　このように、他の冷媒流路と電池用冷媒流路とが連結可能な構成の場合にも、本実施形態は適用できる。この場合、当該他の冷媒流路で発生する初期溶出イオンも除去できる量のイオン交換樹脂粒子を冷媒に添加することが望ましい。すなわち、暖房システムにおいては、ヒータコア６６からの初期溶出イオンが多いことが知られている。したがって、図８に図示するようなシステムにおいては、ヒータコア６６およびラジエータ１６を所定条件で洗浄することにより除去できたイオン量の除去に必要な量のイオン交換樹脂粒子を冷媒に添加するようにすればよい。

　１０　調温システム、１２　冷媒流路、１４　冷媒ポンプ、１６　ラジエータ、１８　イオン交換器、１９　切替弁、２８　イオン回収装置、３０　入口配管、３４　チューブ、３６　フィン、３８　ロアータンク、３９　出口配管、４０　フィルタ、４４　ドレン、５０　イオン交換樹脂、６０　暖房用冷媒流路、６６　ヒータコア、６８　接続弁、１００　ＦＣスタック。

Claims

　冷媒を循環させることにより燃料電池の温度を調節する燃料電池の調温システムであって、
　予めイオン交換樹脂粒子が添加された冷媒が流れる冷媒流路と、
　前記冷媒に溶出しているイオンを除去するイオン交換器と、
　を備え、
　前記イオン交換樹脂粒子は、前記冷媒に接する部品からの初期溶出イオンの除去に必要な量だけ添加されている、
　ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項１に記載の燃料電池の調温システムであって、
　前記初期溶出イオンの量は、前記冷媒にイオン交換樹脂粒子が添加されていない場合に前記部品に施される事前洗浄において除去されるイオン量である、ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項１に記載の燃料電池の調温システムであって、さらに、
　前記冷媒流路途中にラジエータが設けられている場合、
　前記初期溶出イオンの量は、前記ラジエータを８０度の温水で１０時間洗浄することで除去されるイオン量である、ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項１に記載の燃料電池の調温システムであって、さらに、
　前記冷媒流路に流れる冷媒からイオン交換樹脂粒子を回収する粒子回収手段を備える、ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項４に記載の燃料電池の調温システムであって、
　前記粒子回収手段は、前記冷媒流路途中に設けられるとともに前記イオン交換樹脂粒子の粒子径よりも孔径が小さいフィルタを含む、ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項５に記載の燃料電池の調温システムであって、
　前記粒子回収手段は、前記イオン交換器に前記フィルタを組み込むことで構成される、ことを特徴とする燃料電池の調温システム。
　請求項４に記載の燃料電池の調温システムであって、さらに、
　前記冷媒を冷却するラジエータを有しており、
　前記粒子回収手段は、前記ラジエータの底部に沈殿したイオン交換樹脂粒子の拡散を防止するフィルタを１以上設けることで構成されており、
　前記フィルタの孔径は、前記イオン交換樹脂粒子の粒子径よりも大きい、
　ことを特徴とする燃料電池の調温システム。