JP2008132403A - Filter apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば燃料電池システムの冷却回路に組み込まれるフィルタ装置に関する。 The present invention relates to a filter device incorporated in a cooling circuit of a fuel cell system, for example.
水素と酸素を反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池を搭載した燃料電池システムは、燃料電池が発電する時に生じた熱を冷却するための冷却機構を備えている。この冷却機構は、燃料電池スタックを構成する各燃料電池単セルに冷却用流路を形成し、その冷却用流路に冷却水を流通(循環)させることで燃料電池を冷却して発電に最も適した温度となるようにしている。 A fuel cell system equipped with a fuel cell that reacts hydrogen and oxygen to convert chemical energy into electrical energy includes a cooling mechanism for cooling heat generated when the fuel cell generates power. This cooling mechanism forms a cooling flow path in each fuel cell single cell constituting the fuel cell stack, and circulates (circulates) cooling water through the cooling flow path to cool the fuel cell and generate the most power. The temperature is set appropriately.
燃料電池を冷却するために使用される冷却水には、燃料電池が発電することからできるだけ導電性を下げることが求められる。冷却水の導電性を下げるには、冷却水中に溶出したイオンを除去する必要があり、そのイオンを除去するフィルタ装置がこれまでに多く提案されている(例えば、特許文献1、2など参照)。 The cooling water used for cooling the fuel cell is required to have as low conductivity as possible because the fuel cell generates power. In order to lower the conductivity of the cooling water, it is necessary to remove ions eluted in the cooling water, and many filter devices for removing the ions have been proposed so far (see, for example, Patent Documents 1 and 2). .
また、この燃料電池を冷却するために使用される冷却水には、溶出したイオンだけでなく腐食生成物等の固形物も含まれるため、イオンを取り除くイオン除去フィルタの他に不純物除去フィルタも必要である。
このように、これまでは、イオン除去フィルタと不純物除去フィルタの2種類のフィルタが必要であり、それらフィルタを冷却回路にそれぞれ配置していた。 Thus, until now, two types of filters, an ion removal filter and an impurity removal filter, are required, and these filters have been arranged in the cooling circuit, respectively.
しかしながら、これらイオン除去フィルタと不純物除去フィルタを別の場所にそれぞれ配置していたのでは、この2種類のフィルタを配置するための配置構造をそれぞれ別の場所に用意する必要があると共に配置するための部品の点数も増えてしまう。 However, if the ion removal filter and the impurity removal filter are arranged at different locations, it is necessary to prepare the arrangement structure for arranging these two types of filters at different locations and arrange them. The number of parts will also increase.
そこで、本発明は、イオン除去フィルタと不純物除去フィルタを一体化して1箇所に設置し、設置箇所を1箇所にして部品点数の削減を図ることのできるフィルタ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a filter device in which an ion removal filter and an impurity removal filter are integrated and installed at one place, and the number of parts can be reduced by setting the installation place as one place.
請求項1に記載の発明は、配管内を流れる液体に含まれる物質を除去するフィルタ装置において、前記液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタを2つ設け、これら不純物除去フィルタの間に、前記液体に溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂を充填させて、これら不純物除去フィルタとイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタを一体化したことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, in the filter device for removing a substance contained in the liquid flowing in the pipe, two impurity removal filters for removing the solid matter contained in the liquid are provided, and between the impurity removal filters. Further, an ion exchange resin for removing ions eluted in the liquid is filled, and the impurity removal filter and the ion removal filter made of the ion exchange resin are integrated.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のフィルタ装置であって、前記不純物除去フィルタをメッシュ構造とし、前記配管内を流れる液体の上流側に設けられる一方の不純物除去フィルタを下流側に設けられる他方の不純物除去フィルタよりもメッシュを粗くしたことを特徴とする。
Invention of
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のフィルタ装置であって、前記配管は、燃料電池システムの燃料電池を冷却するための冷却配管であることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタを2つ設け、これらの間にイオンを除去するイオン交換樹脂(イオン除去フィルタ)を充填させて、これら不純物除去フィルタとイオン除去フィルタを一体化させた構造としているので、2つの機能を持つフィルタ装置を1箇所に設置するだけでよく、そのフィルタ装置を取り付けるための取り付け部品の部品点数を削減することができる。 According to the first aspect of the present invention, two impurity removal filters that remove solids contained in the liquid are provided, and an ion exchange resin (ion removal filter) that removes ions is filled between them, Since these impurity removal filters and ion removal filters are integrated, it is only necessary to install a filter device having two functions in one place, and the number of parts for mounting the filter device is reduced. be able to.
また、本発明によれば、2つの不純物除去フィルタの配置間隔を可変させることで、それらの間に充填させるイオン交換樹脂の樹脂量を適宜調整することができる。 Further, according to the present invention, by changing the arrangement interval of the two impurity removal filters, the amount of ion exchange resin to be filled between them can be adjusted as appropriate.
請求項2に記載の発明によれば、上流側に設けられる不純物除去フィルタを下流側に設けられる不純物除去フィルタよりもメッシュを粗くしてあるので、両方のフィルタに同じものを使用した場合に比べて目詰まりを抑制することができ、フィルタ寿命を延ばすことができる。 According to the second aspect of the present invention, since the impurity removal filter provided on the upstream side is coarser than the impurity removal filter provided on the downstream side, compared to the case where the same filter is used for both filters. Therefore, clogging can be suppressed and the filter life can be extended.
請求項3に記載の発明によれば、燃料電池システムの燃料電池を冷却するための冷却配管に本発明のフィルタ装置を使用することで、燃料電池の発電時に冷却水に溶解するイオンを取り除くことができると共に熱交換器の流路内面が酸化して冷却水に混入した酸化物などの固形物を取り除くことができる。これにより、燃料電池を冷却するための冷却水の導電性を低下させることができ、不純物が混入することによる発電性能の低下も防止できる。 According to the third aspect of the present invention, by using the filter device of the present invention in the cooling pipe for cooling the fuel cell of the fuel cell system, ions dissolved in the cooling water can be removed during the power generation of the fuel cell. In addition, the inner surface of the flow channel of the heat exchanger is oxidized and solids such as oxides mixed in the cooling water can be removed. Thereby, the electroconductivity of the cooling water for cooling the fuel cell can be reduced, and the power generation performance can be prevented from being deteriorated due to the mixing of impurities.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「燃料電池システムの概略説明」
先ず、燃料電池システムについて簡単に説明する。図1は燃料電池システムの概略構成図である。図1中、細い実線αは酸素(空気)の流通経路、一点鎖線βは水素の流通経路、破線γは冷却液の流通経路、太い実線δは加湿用の純水の流通経路をそれぞれ示す。
"Overview of fuel cell system"
First, the fuel cell system will be briefly described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system. In FIG. 1, a thin solid line α indicates a flow path of oxygen (air), a one-dot chain line β indicates a flow path of hydrogen, a broken line γ indicates a flow path of coolant, and a thick solid line δ indicates a flow path of pure water for humidification.
燃料電池スタック1は、圧縮水素タンク2より水素ガスが導入される燃料極3と、外部から取り入れられる酸化剤ガスである空気が導入される空気極4とを備える。そして、この燃料電池スタック1では、燃料極3に導入された水素ガスと、空気極4に導入された酸素とを、これら燃料極3と空気極4の間に配置された電解質膜(図示は省略する)を介して反応させることにより発電させるようになっている。
The fuel cell stack 1 includes a
燃料電池スタック1に供給される水素ガスと酸素は、発電作用の活性化及び電解質膜の劣化防止のため加湿器5で加湿される。加湿器5には、純水を貯水すると共に燃料電池システムを停止したときに燃料電池スタック1内に残存する純水を回収する純水タンク6に貯水された純水が、純水導出パイプ7と純水汲み上げポンプ8とにより供給される。
The hydrogen gas and oxygen supplied to the fuel cell stack 1 are humidified by the humidifier 5 for activation of power generation and prevention of deterioration of the electrolyte membrane. In the humidifier 5, pure water stored in a
純水タンク6は、加湿器5に供給する純水を所定量貯水して置く貯水タンクとして使用される他、例えば氷点下の外気温度以下の下に燃料電池システムを停止して長時間停止させたときに燃料電池スタック1内の純水が凍って破裂するのを防止するために、システム運転終了後に純水経路内の純水を純水回収パイプ9を介して抜き取り貯水しておくのにも使用される。
The
また、燃料電池スタック1では、発電時に発熱するため、この燃料電池スタック1にラジエータ(熱交換器)10から冷却液ポンプ11により冷却液(冷媒)を循環させ、当該燃料電池スタック1を冷却するようにしている。 Further, since the fuel cell stack 1 generates heat during power generation, a coolant (refrigerant) is circulated from the radiator (heat exchanger) 10 to the fuel cell stack 1 by the coolant pump 11 to cool the fuel cell stack 1. I am doing so.
また、冷却液経路12には、ラジエータ10をバイパス(迂回)するバイパス通路13が設けられている。燃料電池システムの始動時には、この冷却液経路12に設けた3方弁14によって、前記ラジエータ10をバイパスさせるようにしている。このバイパス通路13は、燃料電池システムの始動時にのみ使用され、システム運転時には、このバイパス通路13には冷却液が流れないように制御される。
The
さらに、バイパス通路13には、冷却液を加熱するための電熱又は水素燃焼熱を利用したヒータ15が設置されており、このヒータ15によって冷却液を加熱して燃料電池スタック1の暖気促進を図り、早急に発電システムを起動可能としている。
Furthermore, a
また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタック1で発電に使用されずに残った未燃焼の水素ガスがそのまま大気へ放出されないように、本発明の水素燃焼器16で水素ガスを燃焼させた後、サイレンサー17で消音させて大気へ放出させている。
Further, in this fuel cell system, after the hydrogen gas is burned by the
「フィルタ装置の構成」
このように構成された燃料電池システムには、冷却液経路12を構成する配管内を流れる冷却液(液体)に含まれる物質を除去するフィルタ装置18が設けられている。このフィルタ装置18は、冷却液に溶出したイオンを除去する機能と、冷却液に混入する腐食生成物などの固形物を除去する機能の両方の機能を備えているものである。その具体的な構成は、図2に示すように、冷却液中に含まれる固形物を除去する第1の不純物除去フィルタ19及び第2の不純物除去フィルタ20と、これら第1及び第2の不純物除去除去フィルタ19、20の間に充填されるイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタ21とを有し、これら第1及び第2の不純物除去除去フィルタ19、20とイオン除去フィルタ21とを一体化した構造としている。
"Configuration of the filter device"
The fuel cell system configured as described above is provided with a
第1の不純物除去フィルタ19は、冷却液経路12を構成する配管22(図3参照)の継手部分23に装着される円盤形状のフランジ部24と、数本の柱によって円錐形状をなす枠組み部25と、この枠組み部25に装着される金属メッシュ部26と、からなる。この第1の不純物除去フィルタ19は、射出成形用金型に金属メッシュを配置してプラスチック樹脂を射出するインサート成形で形成される。
The first
第2の不純物除去フィルタ20は、第1の不純物除去フィルタ19と同様、継手部分23に装着される円盤形状のフランジ部27と、数本の柱によって略円錐形状をなす枠組み部28と、この枠組み部28に装着される金属メッシュ部29と、からなる。但し、この第2の不純物除去フィルタ20では、イオン交換樹脂を第1の不純物除去フィルタ19と第2の不純物除去フィルタ20の間に充填させることからそのスペースを取るためにストレート部分28Aを設けている。
Similar to the first
また、第1の不純物除去フィルタ19と第2の不純物除去フィルタ20の金属メッシュ部26、29は、そのメッシュの粗さに差を持たせてあり、配管22内を流れる冷却水の上流側に配置される第1の不純物除去フィルタ19の金属メッシュ部26を下流側に配置される第2の不純物除去フィルタ20の金属メッシュ部29よりも粗くしてある。例えば、上流側の金属メッシュ部26には、メッシュ粗さが200μmのものを使用し、下流側の金属メッシュ部29には、メッシュ粗さが90μmのものを使用した。
In addition, the
これら第1及び第2の不純物除去フィルタ19、20は、アルミニウムなどからなるラジエータ10が酸化してその内部流路に酸化物として混入するアルミナなどの固形物を除去する役目をする。これら固形物は、それぞれの金属メッシュ部26、29で捕捉される。粒径の大きい固形物は、上流側の金属メッシュ部26で捕捉され、粒径の小さい固形物は、下流側の金属メッシュ部29で捕捉される。
The first and second
イオン除去フィルタ21は、冷却水に溶出した導電性を有したイオンを除去するイオン交換樹脂を、前記第1の不純物除去フィルタ19と第2の不純物除去フィルタ20を重ねたときにできる空間部に充填することにより形成される。冷却水に溶出したイオンは、このイオン除去フィルタ21を通過することでプラス電位を有したイオンとマイナス電位を有したイオンの両方が捕捉される。
The
前記イオン除去フィルタ21は、第1の不純物除去フィルタ19と第2の不純物除去フィルタ20の配置間隔(隙間)を可変させることで、所望のイオン交換樹脂量に調整することができる。
The
イオン除去フィルタ21を間に設けてなる第1の不純物除去フィルタ19と第2の不純物除去フィルタ20は、互いのフランジ部24、27を接着するか或いは溶着するかして一体化されてフィルタ装置18を構成する。そして、このフィルタ装置18は、配管22の継手部分23に取り付けられて冷却水に溶出したイオンと固形物の両方を除去する。なお、フィルタ装置18は、燃料電池1の下流側に配置されてもよく或いは上流側に配置されてもよく、冷却液経路12の何れかの部位に配置されれば構わない。
The first
以上のように構成されたフィルタ装置18によれば、不純物除去フィルタ19、20とイオン除去フィルタ21を一体化させた構造としているので、2つの機能を持つフィルタ装置18を配管22の1箇所に設置するだけでよく、そのフィルタ装置18を取り付けるための取り付け部品の部品点数を削減することができる。
According to the
また、本実施の形態のフィルタ装置18によれば、2つの不純物除去フィルタ19、20の配置間隔を可変させることで、それらの間に充填させるイオン交換樹脂の樹脂量を適宜調整することができる。
Further, according to the
また、本実施の形態のフィルタ装置18によれば、上流側に設けられる不純物除去フィルタ19を下流側に設けられる不純物除去フィルタ20よりもメッシュを粗くしてあるので、両方のフィルタに同じものを使用した場合に比べて目詰まりを抑制することができ、フィルタ寿命を延ばすことができる。
In addition, according to the
また、本実施の形態のフィルタ装置18によれば、燃料電池システムの燃料電池1を冷却するための冷却配管にこのフィルタ装置18を使用することで、燃料電池1の発電時に冷却水に溶解するイオンを取り除くことができると共にラジエータ10の流路内面が酸化して冷却水に混入した酸化物などの固形物を取り除くことができる。これにより、燃料電池を冷却するための冷却水の導電性を低下させることができ、不純物の混入による発電性能の低下も防止できる。
Further, according to the
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、前記実施の形態は本発明の一例であり、前記実施の形態に制限されることはない。 The specific embodiment to which the present invention is applied has been described above, but the embodiment is an example of the present invention and is not limited to the embodiment.
1…燃料電池
19…第1の不純物除去フィルタ
20…第2の不純物除去フィルタ
21…イオン除去フィルタ(イオン交換樹脂)
22…配管
23…継手部分
24、27…フランジ部
26、29…金属メッシュ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
22 ...
Claims (3)
前記液体中に含まれる固形物を除去する不純物除去フィルタ(19、20)を2つ設け、これら不純物除去フィルタ(19、20)の間に、前記液体に溶出したイオンを除去するイオン交換樹脂を充填させて、これら不純物除去フィルタ(19、20)とイオン交換樹脂からなるイオン除去フィルタ(21)とを一体化した
ことを特徴とするフィルタ装置。 In the filter device (18) for removing substances contained in the liquid flowing in the pipe (22),
Two impurity removal filters (19, 20) for removing solids contained in the liquid are provided, and an ion exchange resin for removing ions eluted in the liquid is provided between the impurity removal filters (19, 20). A filter device characterized in that these impurity removal filters (19, 20) and an ion removal filter (21) made of an ion exchange resin are integrated.
前記不純物除去フィルタ(19、20)をメッシュ構造とし、前記配管(22)内を流れる液体の上流側に設けられる一方の不純物除去フィルタ(19)を下流側に設けられる他方の不純物除去フィルタ(20)よりもメッシュを粗くした
ことを特徴とするフィルタ装置。 A filter device (18) according to claim 1, comprising:
The impurity removal filter (19, 20) has a mesh structure, and one impurity removal filter (19) provided on the upstream side of the liquid flowing in the pipe (22) is provided on the other impurity removal filter (20) on the downstream side. A filter device characterized in that the mesh is coarser than
前記配管(22)は、燃料電池システムの燃料電池(1)を冷却するための冷却配管である
ことを特徴とするフィルタ装置。 A filter device (18) according to claim 1 or claim 2, wherein
The said piping (22) is a cooling piping for cooling the fuel cell (1) of a fuel cell system. The filter apparatus characterized by the above-mentioned.
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