[發明專利]離子交換器以及具有離子交換器的冷卻裝置

有效

• 申請號: 201280050564.5
• 申請日: 2012-10-05
• 公開（公告）號: CN103857628A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 竹本真一郎;白柳聰
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社;株式會社ROKI
• 主分類號: C02F1/42
• 分類號: C02F1/42;B01J39/04;B01J41/04;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張天舒

技術領域

本發明涉及去除流體中的雜質離子的離子交換器以及具有離子交換器的冷卻裝置。

背景技術

燃料電池具有陽極電極、陰極電極以及夾在這些電極之間的電介質膜。燃料電池利用向陽極電極供給的含有氫氣的陽極氣體、以及向陰極電極供給的含有氧氣的陰極氣體進行發電。在陽極電極以及陰極電極這兩個電極上進行的電化學反應如下。

陽極電極：2H₂→4H^＋＋4e^－…（1）

陰極電極：4H^＋＋4e^－＋O₂→2H₂O…（2）

利用上述（1）（2）電化學反應，燃料電池產生1伏特左右的電動勢。

在將燃料電池作為汽車用動力源使用的情況下，使用將數百片的燃料電池層疊而成的燃料電池堆。而且，構成向燃料電池堆供給陽極氣體及陰極氣體的燃料電池系統，輸出用于驅動車輛的電力。

在這種燃料電池系統中，設置用于冷卻燃料電池堆的冷卻水的循環通路。如果長時間使用燃料電池系統，則Na^＋或SO₄^2－等雜質離子會從循環通路的配管等溶入冷卻水中，冷卻水的電導率上升，導致燃料電池堆的發電性能惡化。因此，在冷卻水循環通路中設置用于去除冷卻水中的雜質離子的離子交換器。作為離子交換器，優選與雜質離子的去除能力相關的離子交換率較高，并且流入口側與排出口側的壓力差即壓力損失較小。

在JP2009-219954A中公開了由內管及外管構成的雙重管構造的離子交換器。在該離子交換器中，在內管的內側形成的通路及在內管和外管之間形成的通路中的一個通路作為填充離子交換樹脂的離子交換通路而構成，另一個通路作為旁通通路而構成。

發明內容

在上述離子交換器中，構成為在旁通通路的中央位置處的流路剖面積減小，從而旁通通路中的壓力損失容易增大，不能改善離子交換率和壓力損失這兩者。

本發明的目的是提供一種離子交換器，其能夠抑制壓力損失的增大，并且提高離子交換率。

根據本發明的一種方式，提供一種離子交換器，其去除對燃料電池進行冷卻的冷卻水中的雜質離子，該離子交換器，具有：流入部，其具有使冷卻水流入的流入通路；排出部，其具有排出冷卻水的排出通路；外筒，其在上游端設置流入部，在下游端設置排出部；內筒，其收容在外筒的內側；外側通路，其形成在內筒和外筒之間，以將流入通路和排出通路連通；以及內側通路，其形成在內筒的內側，以將流入通路和排出通路連通，并且封入有可去除冷卻水中的雜質離子的離子交換樹脂，在內筒上形成有通孔，該通孔將內側通路及外側通路連通。

以下參照附圖，詳細說明本發明的實施方式及優點。

附圖說明

圖1是具有本發明的第1實施方式涉及的離子交換器的燃料電池系統的概略結構圖。

圖2A是設置在燃料電池系統的冷卻裝置中的離子交換器的分解斜視圖。

圖2B是離子交換器的縱剖面圖。

圖2C是離子交換器的上游端側的側視圖。

圖3是示意地表示離子交換器的縱剖面的圖。

圖4A是表示通過離子交換器的冷卻水的流量與陽離子的離子交換率的關系的圖。

圖4B是表示通過離子交換器的冷卻水的流量與陰離子的離子交換率的關系的圖。

圖5是表示通過離子交換器的冷卻水的流量與壓力損失的關系的圖。

圖6是本發明的第2實施方式涉及的離子交換器的縱剖面圖。

圖7是表示通過離子交換器的冷卻水的通水量與離子交換率的關系的圖。

圖8是示意地表示本發明的第3實施方式涉及的離子交換器的縱剖面的圖。

圖9是示意地表示第3實施方式的變形例涉及的離子交換器的縱剖面的圖。

圖10是本發明的第4實施方式涉及的離子交換器的縱剖面圖。

圖11是本發明的第5實施方式涉及的離子交換器的斜視圖。

圖12是示意地表示第5實施方式涉及的離子交換器的縱剖面的圖。

圖13是表示燃料電池系統的變形例的概略結構圖。

具體實施方式

（第1實施方式）

圖1是具有本發明的第1實施方式涉及的離子交換器100的燃料電池系統1的概略結構圖。

如圖1所示，燃料電池系統1具有燃料電池堆10、對燃料電池堆10進行冷卻的冷卻裝置20、以及執行系統控制的控制器30。