JP4454221B2 - Ion removal filter for fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタに関し、特に自動車等の移動体に搭載される固体高分子型燃料電池(PFPC)用の燃料電池用イオン除去フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は、燃焼過程を経ずに水素(H2)が持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。小容量のものでは、従来のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなど熱機関と比較するとエネルギー変換効率が高く、また低コストでコンパクト性に優れていることから、次世代自動車などの高効率動力源として期待されている。
【0003】
燃料電池の回路内の冷却、あるいは固体高分子イオン交換膜及び改質器の加湿のために純水、エチレングリコール水等が用いられる。これらの流体が燃料電池の回路内を循環すると、外気及び構成部品等から不純物の導電性イオンが流体内に浸入・溶出するので、流体の純度が下がる。このため、流体の純度を保てるように、流体中の不純物を除去するイオン除去フィルタが回路内に組み込まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池の回路内に組み込まれるイオン除去フィルタは、新規な技術分野に属し、あまり開発が進んでいない。
【0005】
そこで本発明は、燃料電池の回路内に組み込むのに適した燃料電池用イオン除去フィルタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【0007】
請求項1の発明は、自動車の動力源として用いられる燃料電池の回路内を流れる流体の不純物を除去する燃料電池用イオン除去フィルタであって、流体の流入口(6)及び流出口(7)とを有するケース(9)と、該ケース(9)に組み込まれ、イオン交換樹脂(19)が充填される交換可能なカートリッジ(11)とを備え、前記流体が前記複数のカートリッジ(11)を同時に通過できるように、前記複数のカートリッジ(11)は前記流体の流れに対して並列に配置され、前記複数のカートリッジ(11)の下端に形成された流入孔(11a)それぞれが、前記ケース(9)の前記イオン交換樹脂(19)が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する方向に沿って一連に形成されるとともに、前記ケース(9)に設けた前記流入口(6)に連結される流入通路(12)に連結され、前記複数のカートリッジ(11)の上端に形成された流出孔(11b)それぞれが、前記ケース(9)に設けた前記流出口(7)に連結される流出通路(13)に連結され、前記イオン交換樹脂(19)が充填されるスペースの、流れの方向における長さ(L)が、流れと直交する方向の横幅(D)よりも小さいことを特徴とする燃料電池用イオン除去フィルタにより、上述した課題を解決する。
【0008】
燃料電池用イオン除去フィルタの入口及び出口は、回路内の配管とクランプやジョイント等を用いて接続される。イオン交換樹脂は使用により不純物を除去する能力が低下するため、定期的に交換する必要がある。この発明によれば、カートリッジを入れ替えるだけでイオン交換樹脂を容易に交換することができる。
【0010】
この発明によれば、カートリッジ毎に樹脂の種類(例えば樹脂の材質、あるいは繊維状、粒状等の樹脂の性状)、樹脂の極性(例えば陽極、陰極)、樹脂の極性の比率(例えば陽極の樹脂と陰極の樹脂の混合比率)、流れる流量等を仕様変更することができる。このため、流体の流量、不純物の種類等の特性に応じてイオン交換樹脂を最適に組み合わせることができる。また複数のカートリッジを流体の流れに対して並列に配置することで、例えばカートリッジを流れの方向に直列に配置する場合に比べ流れの抵抗を減らすことができる。ここで、燃料電池用イオン除去フィルタは一般的には循環回路に設けられるので、カートリッジを並列に配置しても、流体が循環している間に全てのカートリッジに流体が流れる。このため直列に配列した場合と略同様に不純物を取り除くことができる。
【0012】
この発明によれば、流体が複数のカートリッジを同時に通過する。
【0014】
イオン交換樹脂は流れの抵抗になるので、流体がイオン交換樹脂を通過すると圧力損失が生じる。イオン交換樹脂のL/D(L:流れの方向におけるイオン交換樹脂の長さ、D:流れと直交する方向におけるイオン交換樹脂の横幅)が大きいと圧力損失が大きくなる傾向がある。本発明によれば、L/Dを1以下に小さくすることができるので圧力損失を低くすることができる。
【0015】
請求項2の発明は、請求項1に記載の燃料電池用イオン除去フィルタにおいて、前記流体が、前記イオン交換樹脂(19)内を実質的な鉛直下方から鉛直上方に向けて流れることを特徴とする。
【0016】
この発明によれば、流れの方向が鉛直下方から鉛直上方になるので、カートリッジ内に流体が溜まった状態でイオン交換樹脂を通過する。このため、流れと直交する方向におけるイオン交換樹脂の横幅全体を使用できるという利点がある。これに対し、例えば流れの方向を鉛直上方から鉛直下方にすると、特に流量が少ない場合、流体の流路が例えばイオン交換樹脂の中央部分にできてしまい、イオン交換樹脂の周囲部分を使用できないおそれがある。
【0017】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池用イオン除去フィルタにおいて、前記カートリッジ(11)は、前記イオン交換樹脂(19)が充填されるカートリッジ本体(15)と、前記イオン交換樹脂(19)の、前記流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ(16,16)と、前記一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ(16,16)間で、イオン交換樹脂(19)に圧縮力を与えるための付勢部材(17)とを備えることを特徴とする。
【0018】
イオン交換樹脂は使用しているうちに、痩せてくる(すなわち樹脂の粒が小さくなる)現象が生じる。これによりイオン交換樹脂がすかすかになり、その内部に空間が生じる。空間が生じると、例えば陽極と陰極とが混合されたイオン交換樹脂の陽極と陰極とが比重差によって分離してしまう。本発明によれば、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタによってイオン交換樹脂に圧縮力を与えているので、イオン交換樹脂に空間が生じるのを防止することができ、ひいてはイオン交換樹脂が例えば陰極と陽極とに分離するのを防止することができる。また燃料電池用イオン除去フィルタを自動車等の移動体に搭載した場合にも、振動によりイオン交換樹脂ががさつくのを防止することができる。さらに、例えば流体がイオン交換樹脂内を実質的な鉛直下方から鉛直上方に向けて流れる場合にも、イオン交換樹脂ががさつくのを防止することができる。
【0019】
請求項4の発明は、請求項3に記載の燃料電池用イオン除去フィルタにおいて、前記カートリッジ(11)を構成する前記カートリッジ本体(15)、前記イオン交換樹脂流出防止フィルタ(16)、及び前記付勢部材(17)が同一の樹脂材料からなることを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、カートリッジ構成部品が同一材料なのでリサイクル性に優れたカートリッジが得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明の燃料電池用加湿システムの実施形態を説明する。図1は、本発明の燃料電池用イオン除去フィルタが組み込まれる燃料電池システム(例えば固体高分子型燃料電池(PFPC)システム)の回路図の一例を示す。この燃料電池システムはメタノールを燃料とし、改質器1においてメタノールを水素に改質し、改質した水素及び空気を燃料電池本体2に供給して電気化学反応を起こし、電池本体2で化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。そしてこの燃料電池システムは、主に電池本体2内で水素と酸素との電気化学反応を起こさせるための電池本体回路と、電池本体2の燃料極2aに水素を供給できるように、メタノールに含まれるメタンガスと水蒸気を反応させてメタンガスを水素に改質するための改質回路と、電池本体2の空気極2bに空気を供給するための大気導入回路と、電池本体2を冷却したり、電池本体2内の固体高分子イオン交換膜の水分を維持したりするための冷却回路とを備える。
【0022】
燃料電池用イオン除去フィルタ3aは、例えば純水とエチレングリコールを混ぜた冷却水(図中EGと表示)が循環する冷却回路に組み込まれ、冷却水中に含まれる不純物を除去する。また他の燃料電池用イオン除去フィルタ3bは、水素と酸素との反応後の純水が溜められた純水タンク4から改質器1へ純水が送られる回路に組み込まれ、純水中に含まれる不純物を除去する。燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bの容量は、流れる流量、不純物の量に応じて様々に設定される。なお、本発明の燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bが組み込まれる回路は、燃料電池の回路であればよく、これらの回路に限られるものではない。
【0023】
図2及び図3は、本発明の一実施形態における燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bを示す。図2はカバー5を取り外した状態の分解斜視図を示し、図3は断面図を示す。この図に示すように、燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bは、流体の流入口6及び流出口7とを有するケース9と、該ケース9に組み込まれ、イオン交換樹脂が充填される交換可能な複数の(この実施形態では3つの)カートリッジ11…とを備える。この図2ではカートリッジ11…の一つが抜かれた状態を示している。
【0024】
ケース9は、カートリッジ11…が組み込まれるケース本体8と、ケース本体8に着脱自在に取り付けられるカバー5とで構成される。カバー5をケース本体8から外し、カートリッジ11…を入れ替えるだけでイオン交換樹脂も交換される。ケース本体8の下部には、流入口6が形成され、カバー5には流出口7が形成される。これら流入口6及び流出口7は、ジョイントやクランプを介して回路中の配管に接続される。流体はケース9下部の流入口6からケース9内に流入し、下から上に向かって流れ、カバー5の流出口7から流出する。
【0025】
ケース本体8には円筒状のカートリッジ収納空間8a…がカートリッジ11…の数に応じて複数形成される。カートリッジ収納空間8a…の下部が、流入口に連結される流入通路12に連結され(図3参照)、カートリッジ収納空間8a…の上部が、カバー5に設けた流出口7に連結される流出通路13に連結される。ケース本体8とカバー5とはボルト等の締結手段によって着脱自在に組み合わされる。ケース9の内部は、ケース本体8又はカバー5に設けたシール部材14によってシールされる。またケース本体8は、流入通路12が設けられた本体下部ケース8bと、カートリッジ11…が挿入される本体中央部ケース8cとに分割されている。
【0026】
カバー5にはエア抜き用のプラグ20が設けられる。ケース9内に最初に流体を流すときは、プラグ20を空けてエアを抜く。
【0027】
複数のカートリッジ収納空間8a…それぞれには複数のカートリッジ11…が交換可能に収納される。複数のカートリッジ11…は、流体が複数のカートリッジ11…を同時に通過できるように、流体の流れに対して並列に配置されている。すなわち、複数のカートリッジ11…の下部の流入口11a…それぞれが、流入口6に連結される流入通路12に連結され、且つ複数のカートリッジ11…の流出口11b…それぞれが、流出口7に連結される流出通路13に連結される。
【0028】
カートリッジ11は、イオン交換樹脂19が充填される略円筒状のカートリッジ本体15と、イオン交換樹脂の、流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16,16と、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16,16間で、イオン交換樹脂に圧縮力を与えるための付勢部材17とを備える(図6も参照)。
【0029】
円筒状カートリッジ本体15の外周の上端及び下端には、カートリッジ本体15の外周とカートリッジ収納空間8aを構成する壁面との間に設けられた隙間に流体が流れるのを防止するために、シール部材18,18が取り付けられる。
【0030】
カートリッジ11に充填されるイオン交換樹脂19は、例えばOH基、H基、Na基、Cl基のいずれか一つを捕まえている樹脂からなり、流体中の不純物がこれらの基と置き換わることで不純物を除去する。各カートリッジ11に収納されるイオン交換樹脂の種類については後述する。
【0031】
イオン交換樹脂19の上端及び下端に設けられるイオン交換樹脂流出防止フィルタ16,16は、流体は流すがイオン交換樹脂19が流出するのを防止する程度の粗さを有する。このイオン交換樹脂流出防止フィルタ16は、流体通路が形成された円板状のプレート21と、プレート21に貼られた濾過フィルタとで構成される。プレート21の流体通路の面積を変化させることで、カートリッジ11を流れる流体の流量が調整される。
【0032】
上側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16はカートリッジ本体15に固定され、下側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16はカートリッジ本体15内にスライド可能に配置される。また上側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16には、カバー5でカートリッジ11をケース本体8の所定位置で押さえられるように、シリコン等のゴムラバーからなる弾性部材22が取り付けられる(図2参照)。
【0033】
イオン交換樹脂に圧縮力を与えるための付勢部材17は、コイルばね、板ばね等からなり、スライド可能な下側のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16をイオン交換樹脂に向かって付勢する。
【0034】
イオン交換樹脂19は使用しているうちに、痩せてくる(すなわち樹脂の粒が小さくなる)現象が生じる。これによりイオン交換樹脂19がすかすかになり、その内部に空間が生じる。空間が生じると、例えば陽極と陰極とが混合されたイオン交換樹脂の陽極と陰極とが比重差によって分離してしまう。本実施形態によれば、付勢部材17によってイオン交換樹脂19に圧縮力を与えているので、イオン交換樹脂に空間が生じるのを防止することができ、ひいてはイオン交換樹脂が例えば陰極と陽極とに分離するのを防止することができる。また燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bを自動車等の移動体に搭載した場合にも、振動によりイオン交換樹脂19ががさつくのを防止することができる。
【0035】
図4はケース内のイオン交換樹脂19が充填されるスペース及びイオン交換樹脂内の流体の流れを示す。図中(A)は従来一般のイオン交換樹脂を横置きにした例を示し、図中(B)は本実施形態の並列に複数分割したイオン交換樹脂を示す。本実施形態では、イオン交換樹脂が充填されるスペースの、流れの方向における長さ(L)が、流れと直交する方向の横幅(D)よりも小さく設定されている。従来一般のイオン交換樹脂を横置きにした例で横方向に流体を流すと、L/Dが例えば2.76程度になる。これに対し、本実施形態のようにイオン交換樹脂を横置きにし、複数に分割して上下方向に流体を流すと、L/Dが1以下になる。
【0036】
イオン交換樹脂19は流れの抵抗になるので、流体がイオン交換樹脂19を通過すると圧力損失が生じる。イオン交換樹脂19のL/Dが大きいと圧力損失が大きくなる傾向がある。本実施形態のように、L/Dを1以下に小さくすることで圧力損失を小さくすることができる。
【0037】
図5は複数のカートリッジ11…に充填されるイオン交換樹脂19の種類を示す。この例では例えば、カートリッジAに繊維状で陽のイオン交換樹脂を充填し、カートリッジBに粒状で陰のイオン交換樹脂を充填し、カートリッジCに粒状で陰のイオン交換樹脂を充填している。カートリッジ11…を複数並列に配列することで、カートリッジ11毎に樹脂の種類(例えば繊維状、粒状等の樹脂の性状)、樹脂の極性(例えば陽極、陰極)、樹脂の極性の比率(例えば陽極の樹脂と陰極の樹脂の混合比率)、流れる流量等を仕様変更することができる。このため、流体の流量、不純物の種類等の特性に応じてイオン交換樹脂19を最適に組み合わせることができる。例えば繊維状の樹脂は、不純物を除去する効率がいい半面、コストがかかる。粒状のものはコスト的には有利であるが、不純物を除去する効率が劣る。これらを総合的に考慮してカートリッジ11に充填するイオン交換樹脂19を決定することができる。
【0038】
図6はカートリッジを構成する部品及びその材質を示す。この図に示すように、カートリッジを構成するカートリッジ本体15、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16、樹脂スプリングの下方に設けられるカットフィルタ25、及び付勢部材17が同一の樹脂材料、例えばポリプロピレン(PP)からなる。本実施形態によれば、イオン交換樹脂及びOリング以外のカートリッジ構成部品が優れた同一材料のPPからなるで、リサイクル性に優れたカートリッジが得られる。
【0039】
図7はイオン交換樹脂19…内を流体が流れる方向を示す。図中(A)は上から下に流した比較例を示し、図中(B)は下から上に流した本実施形態の例を示す。この図に示すように、本実施形態では、流体がイオン交換樹脂内を実質的な鉛直下方から鉛直上方に向けて流れている。
【0040】
本実施形態によれば、流体の流れの方向が下から上になるので、カートリッジ内に徐々に流体が溜まり(図中(B−1)及び(B−2)参照)、流体が溜まった状態で流体がイオン交換樹脂を通過する。このため、流れと直交する方向におけるイオン交換樹脂19の横幅全体を使用できるという利点がある。これに対し、例えば図中(A)に示すように、流れの方向を上から下にすると、特に流量が少ない場合、流体の流路が例えばイオン交換樹脂19の中央部分にできてしまい、イオン交換樹脂の周囲部分を使用できないおそれがある。
【0041】
図8もイオン交換樹脂内を流体が流れる方向を示す。図中(A)は水平方向に流した比較例を示し、図中(B)は下から上に流した本実施形態の例を示す。図中(A)に示すように流体を水平方向に流すと、流量が少ない場合、イオン交換樹脂19の上部を流体が流れないことがあり、イオン交換樹脂19の上部を使用できないおそれがある。
【0042】
図9は燃料電池用イオン除去フィルタに組み込まれるカートリッジの他の例を示す。この例のカートリッジ11も、イオン交換樹脂19が充填される略円筒状のカートリッジ本体15と、イオン交換樹脂の、流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16,16と、一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ16,16間で、イオン交換樹脂19に圧縮力を与えるための付勢部材17とを備える。カートリッジ本体15、イオン交換樹脂流出防止フィルタ16の構成は上述のカートリッジと略同様な構成なので同一の符号を附してその説明を省略する。この例では付勢部材17としてコイルスプリングの代わりに板ばねが使用されている。このように、付勢部材17はイオン交換樹脂に圧縮力を与えることができればコイルスプリング等に限られることはない。
【0043】
なお本発明は上記実施形態に限られることはなく、その範囲を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば複数のカートリッジ11…は3個に限られることはなく、流れる流体及び不純物に応じて、4個、5個等種々に組み合わせて使用してもよい。図10及び図11は一例として、4個のカートリッジを組み合わせた例を示す。また、燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bのカートリッジ11…以外の空間、例えば流入通路12又は流出通路13を大きくすることで、燃料電池用イオン除去フィルタ3a,3bを回路中のタンクと一体に構成してもよい。さらに、流入口6及び流出口7は、ケース本体8及びカバー5のそれぞれに設けられなくても、どちらか一方のみに設けられても良い。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池用イオン除去フィルタを、流体の流入口及び流出口とを有するケースと、該ケースに組み込まれ、イオン交換樹脂が充填されるカートリッジとで構成したので、カートリッジを入れ替えるだけでイオン交換樹脂を容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池用イオン除去フィルタが組み込まれる燃料電池システムを示す図。
【図2】本発明の一実施形態における燃料電池用イオン除去フィルタを示す分解斜視図。
【図3】上記燃料電池用イオン除去フィルタの断面図。
【図4】ケース内のイオン交換樹脂が充填されるスペース及びイオン交換樹脂内の流体の流れを示す(図中(A)は従来一般のイオン交換樹脂を横置きにした例を示し、図中(B)は本実施形態の並列に複数分割したイオン交換樹脂を示す。)
【図5】複数のカートリッジに充填されるイオン交換樹脂の種類を示す図。
【図6】カートリッジを構成する部品及びその材質を示す図。
【図7】イオン交換樹脂内を流体が流れる方向を示す図(図中(A)は上から下に流した比較例を示し、図中(B)は下から上に流した本実施形態の例を示す)。
【図8】イオン交換樹脂内を流体が流れる方向を示す図(図中(A)は水平方向に流した比較例を示し、図中(B)は下から上に流した本実施形態の例を示す)。
【図9】燃料電池用イオン除去フィルタに組み込まれるカートリッジの他の例を示す図。
【図10】4個のカートリッジを組み合わせた燃料電池用イオン除去フィルタを示す分解斜視図。
【図11】上記4個のカートリッジを組み合わせた燃料電池用イオン除去フィルタ断面図。
【符号の説明】
6…流入口
7…流出口
9…ケース
11…カートリッジ
11a…カートリッジの流入口
11b…カートリッジの流出口
13…流出通路
15…カートリッジ本体
16…イオン交換樹脂流出防止フィルタ
17…付勢部材
19…イオン交換樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of the fuel cell, and more particularly to a fuel cell ion for a polymer electrolyte fuel cell (PFPC) mounted on a moving body such as an automobile. It relates to a removal filter.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell directly converts chemical energy of hydrogen (H2) into electrical energy without going through a combustion process. Small-capacity engines are expected to be high-efficiency power sources for next-generation automobiles because they have high energy conversion efficiency compared to conventional gasoline engines, diesel engines, etc., and low cost and compactness. ing.
[0003]
Pure water, ethylene glycol water, or the like is used for cooling the fuel cell circuit or humidifying the solid polymer ion exchange membrane and the reformer. When these fluids circulate in the circuit of the fuel cell, impurity conductive ions enter and elute into the fluid from the outside air, components, etc., and the purity of the fluid decreases. For this reason, an ion removal filter for removing impurities in the fluid is incorporated in the circuit so that the purity of the fluid can be maintained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The ion removal filter incorporated in the circuit of the fuel cell belongs to a new technical field and has not been developed so much.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell ion removal filter suitable for incorporation in a fuel cell circuit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention will be described below. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, the reference number of an accompanying drawing is attached in parenthesis writing, However, This invention is not limited to the form of illustration.
[0007]
The invention of
[0008]
The inlet and outlet of the fuel cell ion removal filter are connected to piping in the circuit using a clamp, a joint, or the like. Since ion exchange resins have a reduced ability to remove impurities when used, they need to be replaced periodically. According to the present invention, the ion exchange resin can be easily replaced by simply replacing the cartridge.
[0010]
According to this invention, for each cartridge, the type of resin (for example, the material of the resin, or the properties of the resin such as fibrous or granular), the polarity of the resin (for example, anode, cathode), the ratio of the polarity of the resin (for example, resin of the anode The mixing ratio of the resin and the cathode resin), the flow rate, etc. can be changed. For this reason, an ion exchange resin can be optimally combined according to characteristics, such as a fluid flow rate and a kind of impurity. Further, by arranging the plurality of cartridges in parallel with the fluid flow, for example, the flow resistance can be reduced as compared with the case where the cartridges are arranged in series in the flow direction. Here, since the ion removal filter for a fuel cell is generally provided in a circulation circuit, even if the cartridges are arranged in parallel, the fluid flows through all the cartridges while the fluid is circulating. For this reason, impurities can be removed in substantially the same manner as when arranged in series.
[0012]
According to the present invention, the fluid passes through the plurality of cartridges simultaneously.
[0014]
Since the ion exchange resin provides flow resistance, pressure loss occurs when the fluid passes through the ion exchange resin. When the L / D of the ion exchange resin (L: length of the ion exchange resin in the flow direction, D: lateral width of the ion exchange resin in the direction orthogonal to the flow) is large, the pressure loss tends to increase. According to the present invention, since L / D can be reduced to 1 or less, pressure loss can be reduced.
[0015]
A second aspect of the present invention is the ion removal filter for a fuel cell according to the first aspect, characterized in that the fluid flows in the ion exchange resin (19) from a substantially vertically downward direction to a vertically upward direction. To do.
[0016]
According to the present invention, since the flow direction changes from vertically downward to vertically upward, the fluid passes through the ion exchange resin in a state where fluid is accumulated in the cartridge. For this reason, there exists an advantage that the whole width of the ion exchange resin in the direction orthogonal to a flow can be used. On the other hand, for example, when the flow direction is changed from vertically upward to vertically downward, the flow path of the fluid may be formed at, for example, the central portion of the ion exchange resin, particularly when the flow rate is small, and the surrounding portion of the ion exchange resin may not be used. There is.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the ion removal filter for a fuel cell according to the first or second aspect , the cartridge (11) includes a cartridge body (15) filled with the ion exchange resin (19), and the ion. Between the pair of ion exchange resin outflow prevention filters (16, 16) provided at both ends of the exchange resin (19) in the fluid flow direction, and the pair of ion exchange resin outflow prevention filters (16, 16), And an urging member (17) for applying a compressive force to the ion exchange resin (19).
[0018]
While the ion exchange resin is being used, a phenomenon occurs that it becomes thin (that is, the resin particles become smaller). As a result, the ion exchange resin becomes faint and a space is created inside. When the space is generated, for example, the anode and the cathode of the ion exchange resin in which the anode and the cathode are mixed are separated due to the difference in specific gravity. According to the present invention, since a compression force is applied to the ion exchange resin by the pair of ion exchange resin outflow prevention filters, it is possible to prevent a space from being generated in the ion exchange resin. Separation into the anode can be prevented. Further, when the ion removal filter for a fuel cell is mounted on a moving body such as an automobile, it is possible to prevent the ion exchange resin from sticking due to vibration. Further, for example, when the fluid flows in the ion exchange resin from the substantially lower vertical direction to the upper vertical direction, it is possible to prevent the ion exchange resin from sticking.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the ion removal filter for a fuel cell according to the third aspect , wherein the cartridge body (15), the ion exchange resin outflow prevention filter (16) constituting the cartridge (11), and the attached filter. The urging member (17) is made of the same resin material.
[0020]
According to this invention, since the cartridge components are the same material, a cartridge excellent in recyclability can be obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a humidifying system for a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an example of a circuit diagram of a fuel cell system (for example, a polymer electrolyte fuel cell (PFPC) system) in which an ion removal filter for a fuel cell according to the present invention is incorporated. This fuel cell system uses methanol as fuel, reforms methanol into hydrogen in the
[0022]
The fuel cell
[0023]
2 and 3 show fuel cell ion removal filters 3a and 3b in an embodiment of the present invention. 2 shows an exploded perspective view with the
[0024]
The
[0025]
A plurality of cylindrical
[0026]
The
[0027]
In each of the plurality of
[0028]
The
[0029]
In order to prevent fluid from flowing into a gap provided between the outer periphery of the cartridge
[0030]
The
[0031]
The ion exchange resin outflow prevention filters 16, 16 provided at the upper and lower ends of the
[0032]
The upper ion exchange resin
[0033]
The urging
[0034]
While the
[0035]
FIG. 4 shows the space filled with the
[0036]
Since the
[0037]
FIG. 5 shows the types of
[0038]
FIG. 6 shows parts and materials constituting the cartridge. As shown in this figure, the cartridge
[0039]
FIG. 7 shows the direction in which the fluid flows in the
[0040]
According to this embodiment, since the direction of fluid flow is from bottom to top, the fluid gradually accumulates in the cartridge (see (B-1) and (B-2) in the figure), and the fluid has accumulated. The fluid passes through the ion exchange resin. For this reason, there exists an advantage that the whole width of the
[0041]
FIG. 8 also shows the direction of fluid flow through the ion exchange resin. In the figure, (A) shows a comparative example that flows in the horizontal direction, and (B) in the figure shows an example of this embodiment that flows from bottom to top. When the fluid is flowed in the horizontal direction as shown in (A) in the figure, if the flow rate is small, the fluid may not flow through the upper part of the
[0042]
FIG. 9 shows another example of a cartridge incorporated in an ion removal filter for a fuel cell. The
[0043]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the number of
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an ion removal filter for a fuel cell is constituted by a case having a fluid inlet and outlet and a cartridge that is incorporated in the case and filled with an ion exchange resin. Therefore, the ion exchange resin can be easily replaced by simply replacing the cartridge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a fuel cell system in which an ion removal filter for a fuel cell according to the present invention is incorporated.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an ion removal filter for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell ion removal filter.
FIG. 4 shows a space filled with an ion exchange resin in a case and a flow of fluid in the ion exchange resin ((A) in the figure shows an example in which a conventional general ion exchange resin is placed horizontally, (B) shows the ion-exchange resin divided into a plurality in parallel according to this embodiment.)
FIG. 5 is a view showing types of ion exchange resins filled in a plurality of cartridges.
FIG. 6 is a view showing components and materials constituting the cartridge.
FIG. 7 is a diagram showing the direction in which the fluid flows in the ion exchange resin ((A) in the figure shows a comparative example that flows from top to bottom, and (B) in the figure shows this embodiment that flows from bottom to top) Example).
FIG. 8 is a diagram showing the direction of fluid flow in the ion exchange resin ((A) in the figure shows a comparative example in which the fluid flows in the horizontal direction, and (B) in the figure shows an example of the present embodiment in which the fluid flows from the bottom to the top) Showing).
FIG. 9 is a view showing another example of a cartridge incorporated in an ion removal filter for a fuel cell.
FIG. 10 is an exploded perspective view showing an ion removal filter for a fuel cell in which four cartridges are combined.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a fuel cell ion removal filter in which the four cartridges are combined.
[Explanation of symbols]
6 ...
Claims (4)
流体の流入口及び流出口とを有するケースと、
該ケースに組み込まれ、イオン交換樹脂が充填される交換可能なカートリッジとを備え、
前記流体が前記複数のカートリッジを同時に通過できるように、前記複数のカートリッジは前記流体の流れに対して並列に配置され、
前記複数のカートリッジの下端に形成された流入孔それぞれが、前記ケースの前記イオン交換樹脂が充填されるスペースにおける前記流体の流れと直交する方向に沿って一連に形成されるとともに、前記ケースに設けた前記流入口に連結される流入通路に連結され、
前記複数のカートリッジの上端に形成された流出孔それぞれが、前記ケースに設けた前記流出口に連結される流出通路に連結され、
前記イオン交換樹脂が充填されるスペースの、流れの方向における長さ(L)が、流れと直交する方向の横幅(D)よりも小さいことを特徴とする燃料電池用イオン除去フィルタ。An ion removal filter for a fuel cell that removes impurities in a fluid flowing in a circuit of a fuel cell used as a power source for an automobile ,
A case having a fluid inlet and outlet;
A replaceable cartridge that is built into the case and filled with an ion exchange resin ;
The plurality of cartridges are arranged in parallel to the fluid flow so that the fluid can pass through the plurality of cartridges simultaneously,
Each of the inflow holes formed at the lower ends of the plurality of cartridges is formed in series along a direction orthogonal to the fluid flow in the space filled with the ion exchange resin of the case, and is provided in the case. Connected to the inflow passage connected to the inlet,
Each of the outflow holes formed in the upper ends of the plurality of cartridges is connected to an outflow passage connected to the outflow port provided in the case,
An ion removal filter for a fuel cell, wherein a length (L) in a flow direction of a space filled with the ion exchange resin is smaller than a lateral width (D) in a direction orthogonal to the flow .
前記イオン交換樹脂が充填されるカートリッジ本体と、
前記イオン交換樹脂の、前記流体の流れ方向における両端に設けられた一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタと、
前記一対のイオン交換樹脂流出防止フィルタ間で、イオン交換樹脂に圧縮力を与えるための付勢部材とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用イオン除去フィルタ。The cartridge is
A cartridge body filled with the ion exchange resin;
A pair of ion exchange resin outflow prevention filters provided at both ends of the ion exchange resin in the fluid flow direction;
Wherein between a pair of ion exchange resin outflow prevention filter, fuel cell ion removal filter according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a biasing member for applying a compressive force to the ion exchange resin.
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