JP2017009280A - Heat exchanger with deionization cartridge - Google Patents
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Abstract
【課題】熱管理回路中の熱交換器であって、内部の熱伝導流体のイオン含有量が制限されなくてはならない、又は少なくとも制御されなくてはならない熱交換器に関する。【解決手段】熱伝導流体が第1熱伝導流体入口端部と第2熱伝導流体出口端部との間で通流する交換チューブ3を備えた熱交換器1であって、前記交換チューブ3の1つの端部に連結された少なくとも1つのウォーターボックス5a、5bを更に備えた熱交換器1において、前記ウォーターボックス5a;5b内に取り外し可能に設置された少なくとも1つの消イオン化カートリッジ15を備えている、熱交換器1を提供する。【選択図】図1The present invention relates to a heat exchanger in a thermal management circuit, wherein the ion content of the internal heat transfer fluid must be limited or at least controlled. A heat exchanger (1) includes an exchange tube (3) through which a heat transfer fluid flows between a first heat transfer fluid inlet end and a second heat transfer fluid outlet end. The heat exchanger 1 further includes at least one water box 5a, 5b connected to one end of the water box 5a; and includes at least one deionization cartridge 15 removably installed in the water box 5a; 5b. A heat exchanger 1 is provided. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱交換器の分野に関し、より具体的には、熱管理回路中の熱交換器であって、内部の熱伝導流体のイオン含有量が制限されなくてはならない、又は少なくとも制御されなくてはならない熱交換器に関する。 The present invention relates to the field of heat exchangers, and more particularly to heat exchangers in thermal management circuits, where the ion content of the internal heat transfer fluid must be limited or at least controlled. It is related with the heat exchanger which must.
流体中のイオン含有量を制限乃至制御するために、特に熱管理回路内の燃料電池を冷却するために使用される熱伝導流体のイオン含有量を制限乃至制御するために、熱管理回路において、例えばポンプと並列に消イオン化カートリッジを設置することが公知である。この場合の熱伝導流体内のイオン含有量の制限乃至制御は重要である。なぜならば、このような制限乃至制御により、燃料電池の内部腐食を加速させ、更には燃料電池の異なるセル同士の間の短絡を生じさせて燃料電池を破壊し得るような、熱伝導流体の電気伝導性を減少させることが可能だからである。 In a thermal management circuit, in order to limit or control the ion content in a fluid, in particular to limit or control the ion content of a heat transfer fluid used to cool a fuel cell in the thermal management circuit, For example, it is known to install a deionizing cartridge in parallel with a pump. In this case, the restriction or control of the ion content in the heat transfer fluid is important. This is because such restrictions or controls accelerate the internal corrosion of the fuel cell, and also cause a short circuit between different cells of the fuel cell, which can destroy the fuel cell. This is because it is possible to reduce the conductivity.
しかしながら、このような熱管理回路には、消イオン化カートリッジ専用の設置場所が必要となるが、これは特に例えば燃料電池を有する自動車のようにスペースが限られている場合に問題となる。 However, such a thermal management circuit requires a dedicated installation location for the deionization cartridge, which is a problem particularly when the space is limited, such as an automobile having a fuel cell.
したがって、本発明の目的の1つは、従来技術の欠点を少なくとも部分的に改善することであり、内部の熱伝導流体内のイオン含有量が制限されなくてはならない、又は少なくとも制御されなくてはならない熱管理回路内での消イオン化カートリッジに関する新規な配置を提案する。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to at least partially remedy the disadvantages of the prior art, and the ion content within the internal heat transfer fluid must be limited or at least uncontrolled. A novel arrangement for deionizing cartridges in the thermal management circuit that should not be proposed is proposed.
本発明は、熱伝導流体が第1熱伝導流体入口端部と第2熱伝導流体出口端部との間で通流する交換チューブを備えた熱交換器であって、前記交換チューブの少なくとも1つの端部に連結された少なくとも1つのウォーターボックスを更に備えた熱交換器において、前記ウォーターボックス内に取り外し可能に設置された少なくとも1つの消イオン化カートリッジを備えている、熱交換器に関する。 The present invention is a heat exchanger comprising an exchange tube through which a heat transfer fluid flows between a first heat transfer fluid inlet end and a second heat transfer fluid outlet end, wherein at least one of the exchange tubes A heat exchanger further comprising at least one water box coupled to one end, the heat exchanger comprising at least one deionization cartridge removably installed in the water box.
消イオン化カートリッジをウォーターボックスに組み込むことにより、使用されていないフリースペースを使用することができるとともに、主として熱管理回路の省スペース化を図ることができる。更に、熱管理回路において、イオンは熱交換器の高さ(レベル)において主に生じる。なぜならば、チューブは、通常金属からなるので金属イオンの提供元となるためと、ブレージングフラックス(braising flux)の残滓内にイオンが存在するためである。したがって、消イオン化カートリッジは、より良い効率のために、熱伝導流体における潜在的なイオン源にできるだけ近接して配置される。 By incorporating the deionization cartridge into the water box, it is possible to use a free space that is not being used, and to mainly save space in the thermal management circuit. Further, in the thermal management circuit, ions are mainly generated at the height (level) of the heat exchanger. This is because the tube is usually made of metal and serves as a source of metal ions, and ions exist in the residue of the brazing flux. Thus, the deionization cartridge is placed as close as possible to a potential ion source in the heat transfer fluid for better efficiency.
本発明の一態様によれば、前記消イオン化カートリッジが設置された前記ウォーターボックスは、アクセス開口部と、前記開口部用のプラグとを備えている。 According to an aspect of the present invention, the water box in which the deionization cartridge is installed includes an access opening and a plug for the opening.
本発明の他の態様によれば、前記消イオン化カートリッジが設置された前記ウォーターボックスは、前記熱伝導流体を透過可能なカートリッジ支持体を備えている。 According to another aspect of the present invention, the water box in which the deionization cartridge is installed includes a cartridge support that is permeable to the heat transfer fluid.
本発明の他の態様によれば、前記カートリッジ支持体は、前記ウォーターボックスと一体の単独部品である。 According to another aspect of the invention, the cartridge support is a single piece integral with the water box.
本発明の他の態様によれば、前記カートリッジ支持体は、前記プラグに固定されている。 According to another aspect of the present invention, the cartridge support is fixed to the plug.
本発明の他の態様によれば、前記消イオン化カートリッジは、前記熱伝導流体が前記ウォーターボックスに通じる、その流路内で通流する外面を有する消イオン化材料を含む。 According to another aspect of the invention, the deionization cartridge includes a deionization material having an outer surface through which the heat transfer fluid communicates with the water box and through the flow path.
本発明の他の態様によれば、前記消イオン化カートリッジは中空の中央柱部を備え、前記熱伝導流体の一部が消イオン化材料を通過することにより前記中空の中央柱部に入り得るようになっている。 According to another aspect of the present invention, the deionization cartridge includes a hollow central column, and a portion of the heat transfer fluid can enter the hollow central column by passing through the deionization material. It has become.
本発明の他の態様によれば、前記中空の中央柱部は、当該中央柱部に収容された前記熱伝導流体用の排出開口部に連結されている。 According to another aspect of the present invention, the hollow central column portion is connected to the discharge opening for the heat transfer fluid accommodated in the central column portion.
本発明の他の態様によれば、消イオン化カートリッジを有する前記ウォーターボックスは、
・熱伝導媒体が通流する第1部分と、
・熱伝導媒体が通流する第2部分と、を備え、
前記第1部分において、前記熱伝導流体は供給開口部と交換チューブとの間で通流するとともに、前記熱伝導流体の一部がイオン化材料を通過して前記中央柱部に入ることが可能であるか、又は、前記熱伝導流体は交換チューブと排出開口部との間で通流するとともに、前記熱伝導流体の一部がイオン化材料を通過した後に前記中央柱部から出ることが可能であり、
前記第2部分において、前記熱伝導流体は前記中央柱部と少なくとも1つの専用の交換チューブとの間で通流するか、又は、前記熱伝導流体は少なくとも1つの専用の交換チューブと前記中央柱部との間で通流する。
According to another aspect of the invention, the water box having a deionization cartridge comprises:
A first part through which the heat transfer medium flows;
A second part through which the heat transfer medium flows,
In the first portion, the heat transfer fluid flows between the supply opening and the exchange tube, and a part of the heat transfer fluid can pass through the ionized material and enter the central column. Or the heat transfer fluid may flow between the exchange tube and the discharge opening and exit the central column after a portion of the heat transfer fluid has passed the ionized material. ,
In the second part, the heat transfer fluid flows between the central column and at least one dedicated exchange tube, or the heat transfer fluid flows at least one dedicated exchange tube and the central column. Communicate with the department.
本発明の他の態様によれば、前記第1部分と前記第2部分との間の分離が、前記ウォーターボックスの内壁と前記消イオン化カートリッジとの間のシールフランジによって作り出されている。 According to another aspect of the invention, the separation between the first part and the second part is created by a sealing flange between the inner wall of the water box and the deionization cartridge.
本発明の他の態様によれば、前記シールフランジは、前記消イオン化カートリッジに支承されている。 According to another aspect of the invention, the seal flange is supported on the deionization cartridge.
本発明の他の態様によれば、熱交換器は、消イオン化カートリッジを有する第1ウォーターボックスと第2ウォーターボックスの双方を備えている。 According to another aspect of the present invention, the heat exchanger includes both a first water box and a second water box having a deionization cartridge.
本発明の他の態様によれば、前記2つのカートリッジのうちの一方はアニオン樹脂を含み、他方はカチオン樹脂を含む。 According to another aspect of the invention, one of the two cartridges contains an anionic resin and the other contains a cationic resin.
本発明は、また、少なくとも1つの熱交換器を備えた、燃料電池用の熱管理回路に関する。 The present invention also relates to a thermal management circuit for a fuel cell comprising at least one heat exchanger.
本発明による熱管理回路の一態様によれば、少なくとも1つの消イオン化カートリッジを備えた熱交換器は、自動車の前部に配置された熱交換器である。 According to one aspect of the thermal management circuit according to the present invention, the heat exchanger with at least one deionization cartridge is a heat exchanger located at the front of the automobile.
本発明の他の特徴及び利点が、例示としての非制限的な例として示される以下の説明及び添付図面を精査することで、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent upon review of the following description and accompanying drawings, which are given by way of non-limiting examples.
異なる図面において、同一の要素には同一の参照符号が付されている。 In different drawings, identical elements are provided with identical reference signs.
以下の実施形態は例示である。1つ以上の実施形態について参照するが、これはそれぞれが1つの実施形態に関するということを必ずしも意味せず、又、ある特徴が単独の実施形態にのみ当てはまるということも意味しない。種々の実施形態の個々の特徴を組み合わせて他の実施形態を提供することも可能である。 The following embodiments are exemplary. Reference to one or more embodiments does not necessarily imply that each relates to one embodiment, nor does it mean that a feature applies only to a single embodiment. It is also possible to combine the individual features of the various embodiments to provide other embodiments.
図1乃至4は、熱管理回路100(図5に示す)用の熱交換器1を示す。熱交換器1のイオン含有量が制御乃至少なくとも制限されなくてはならない。熱交換器1は、特に、熱伝導流体が第1熱伝導流体入口端部と第2熱伝導流体出口端部との間で通流する複数の交換チューブ3を備えている。
1-4 show a
熱交換器1は、更に、第1ウォーターボックス5aと、第2ウォータ−ボックス5bとを備えている。第1ウォーターボックス5aは、熱伝導流体が供給開口部50aを介して到着する交換チューブ3の第1端部に連結している。第2ウォーターボックス5bは、熱伝導流体が排出開口部50bを介して排出されるチューブ3の第2端部に連結している。
The
本発明によれば、熱交換器1は、ウォーターボックス5a、5bの少なくとも一方に取り外し可能に設置された少なくとも1つの消イオン化カートリッジ15を備えている。消イオン化カートリッジ15をウォーターボックス5a、5bに組み込むことにより、使用されていないフリースペースを使用することが可能になり、これにより、第1に熱管理回路100の省スペース化を図ることができる。更に、熱管理回路100において、イオンが熱交換器の高さ(レベル)において主に生成される。なぜならば、チューブは一般に金属からなるためであり(したがって金属イオンの提供元となる)、また、ブレージングフラックス(braising flux)の残滓内にイオンが存在するためである。
According to the present invention, the
したがって、消イオン化カートリッジ15は、より良い効率のために、熱伝導流体における潜在的なイオン源にできるだけ近接して配置されている。
Accordingly, the
消イオン化カートリッジ15は、陽イオン及び陰イオンを捕捉可能なカチオン樹脂とアニオン樹脂の混合体等の公知の消イオン化材料からなる。したがって、消イオン化カートリッジ15は、一定の使用時間後に交換されるべき消耗品である。消イオン化カートリッジ15を熱交換器1に配置することにより、熱交換器1の配置を理由として消イオン化カートリッジ15へのアクセスが簡単になる。例えば、自動車において、消イオン化カートリッジ15への容易なアクセスのために、熱交換器1を前方に配置することが有利である。
The
熱交換器1は、単独の消イオン化カートリッジを、一方の第1ウォーターボックス5a又は他方の第2ウォーターボックス5bのいずれかに備え得る。
The
しかしながら、熱交換器1は、消イオン化カートリッジ15を、第1ウォーターボックス5a及び第2ウォーターボックス5bの双方において備え得る。後者の場合、熱管理回路においてより大量の消イオン化材料が含まれ得るため、消イオン化性能が増大して熱伝導流体において可能な最低のイオン含有量を維持することができる。また、消イオン化カートリッジ15の交換頻度を少なくすることもできる。
However, the
消イオン化カートリッジ15の設置と交換を可能とするために、ウォーターボックス5a及び/又は5bは、消イオン化カートリッジ15にアクセスできるようにするために、アクセス開口部9と、この開口部用のプラグ11とを備えている。
In order to allow the installation and replacement of the
2つの変形例が図1及び2に示される第1の実施形態によれば、消イオン化カートリッジ15は、ウォーターボックス5a及び/又は5bに収容されたカートリッジ支持体13に配置されている。カートリッジ支持体13は、熱伝導流体を透過可能である。
According to the first embodiment in which two variants are shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示す第1変形例によれば、カートリッジ支持体13は、プラグ11に固定されている。したがって、プラグ11が開口部9から取り外されるとき、カートリッジ支持体13と消イオン化カートリッジ15は同時に取り外される。
According to the first modification shown in FIG. 1, the
図2に示す第2変形例によれば、カートリッジ支持体13は、ウォーターボックス5a、5bと一体の単独部品である。
According to the second modification shown in FIG. 2, the
第1実施形態によれば、消イオン化カートリッジ15の消イオン化材料は外面を備え、この外面には、熱伝導流体がウォーターボックス5a、5bに通じる、その流路内で通流するとともに、イオンはこの外面に接触して捕捉される。熱伝導流体は、消イオン化カートリッジ15の表面に残り、これにより、ウォーターボックス5a、5b内の消イオン化カートリッジ15の存在に関連する圧力降下が制限される。
According to the first embodiment, the deionization material of the
図3及び4に示す他の実施形態によれば、消イオン化カートリッジ15は、中空の中央柱部17を備える。熱伝導流体の一部が消イオン化材料を通過することによりこの中央柱部17に入り得る。
According to another embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the
これらの実施形態において、圧力降下を制限するように熱伝導流体の一部のみが消イオン化材料を通過し、熱伝導流体の残りは交換チューブ3に入り込む。
In these embodiments, only a portion of the heat transfer fluid passes through the deionized material and the remainder of the heat transfer fluid enters the
図3に示す変形例によれば、中空の中央柱部17は、この中央柱部17に収容された熱伝導流体用の排出開口部19に連結されている。排出開口部19は熱管理回路100に連結されており、消イオン化された熱伝導流体を熱管理回路100に戻す。
According to the modification shown in FIG. 3, the hollow
記載しない変形例によれば、熱伝導流体を消イオン化カートリッジに通流させるが、その後熱交換器のチューブを通過させないことも可能である。この場合、消イオン化カートリッジは、ウォーターボックスに配設されたいわゆるバイパス開口部を備えている。 According to a variant not described, the heat transfer fluid is passed through the deionization cartridge, but it is also possible not to pass through the tube of the heat exchanger afterwards. In this case, the deionization cartridge includes a so-called bypass opening disposed in the water box.
図4に示す他の変形例によれば、消イオン化カートリッジ15を設けられたウォーターボックス5a、5bは、
・熱伝導媒体が通流する第1部分51a、51bと、
・熱伝導媒体が通流する第2部分52a、52bとを、を備えている。
消イオン化カートリッジ15が第1ウォーターボックス5a内に配置されている場合、第1部分51a、51bにおいて、熱伝導流体は供給開口部50aと交換チューブ3との間を通流するとともに、熱伝導流体の一部は消イオン化材料を通過して中央柱部17に入ることができるか、又は消イオン化カートリッジが第2ウォーターボックス5b内に配置されている場合、熱伝導流体は、交換チューブ3と排出開口部50bとの間を通流するとともに、熱伝導流体の一部は消イオン化材料を通過した後に中央柱部17から出ることができる。
消イオン化カートリッジ15が第1ウォーターボックス5a内に配置されている場合、第2部分52a、52bにおいて、熱伝導流体は、中央柱部17と少なくとも1つの専用交換チューブ3との間を通流するか、又は消イオン化カートリッジ15が第1ウォーターボックス5a内に配置されている場合、熱伝導流体は、少なくとも1つの専用交換チューブ3と中央柱部17との間を通流する。
According to another modification shown in FIG. 4, the
A
-It has
When the
When the
第1部分51a、51bと第2部分52a、52bとの間のシール密封性を確保するために、ウォーターボックス5a、5bの内壁と消イオン化カートリッジ15との間のシールフランジ21によってこれらの分離が作り出されている。
In order to ensure a sealing hermeticity between the
シールフランジ21は、好適には、図4に示すように消イオン化カートリッジ15によって支承されている。しかしながら、シールフランジ21を支承するのはウォーターボックス5a、5b自体であるという形態も完全に想定され得る。
The
図4に示すように、第2部分52a、52bは、プラグ11の側方に作り出され得る。そして、消イオン化材料は、熱伝導流体を透過可能な支持要素23によってプラグ11に連結され得る。しかしながら、第1部分51a、51がプラグ11に固定されており、第2部分52a、52bがプラグ11の反対側に位置するという反対の形態も完全に想定され得る。
As shown in FIG. 4, the
図5は、特に自動車の燃料電池の管理のための熱管理回路100の例を示す。
FIG. 5 shows an example of a
通常エンジン室Aに配置される熱管理回路100は、燃料電池102の高さ(レベル)に配置された熱交換器内の熱伝導流体を分配するポンプ101と、第1点線矢印201により呈示される圧縮空気の流れ用のクーラー103と、を備えている。燃料電池102の高さ(レベル)に配置された熱交換器と、圧縮空気用クーラー103は、好適には、熱管理回路100において並列に配置される。熱管理回路100は、例えば四方弁等の熱伝導流体の方向を変更する装置104を備えている。装置104は、熱伝導流体の方向を、選択的に、
・少なくとも1つの消イオン化カートリッジ15を備えた熱交換器1であって、第2点線矢印202によって呈示される外気流を生成するために少なくとも1つのファン109を備え得る前方パネルモジュールBに配置された熱交換器に向けて、及び/又は、
・加熱、換気及び空調(HVAC)モジュールCに配置された、車両の内部用の空気再加熱器107に向けて、
変更し得る。
また、HVACは、第3点線矢印203によって呈示される車両の内部用の気流を生成するように少なくとも1つのファン109を備え得る。また、熱管理回路100は、車両の内部用の空気再加熱器107の上流に、熱伝導流体加熱装置105を備えている。
The
The
Towards the
Can change.
The HVAC may also include at least one
方向変更装置104は、必要であれば、例えば分路ダクト111によって熱伝導流体の方向をポンプ100に直接向けるように変更することが可能である。
If necessary, the
少なくとも1つの消イオン化カートリッジ15を備えた熱交換器1が前方パネルモジュールBに配置されていることにより、単数又は複数の消イオン化カートリッジ15に、それらの交換を目的として簡単にアクセスすることができる。
By arranging the
したがって、少なくとも1つの消イオン化カートリッジ15が熱交換器1内に直接組み込まれるため、熱伝導流体のイオン含有量が制御されるべき熱管理回路100を組み込むための省スペース化を実現することができるとともに、イオン排出源の1つにできるだけ近接していることによりこの制御を向上することができ、且つ単数又は複数の消石化カートリッジの交換のためにこれにアクセスしやすくなることが明らかに理解される。
Therefore, since at least one
Claims (13)
・熱伝導媒体が通流する第1部分(51a、51b)と、
・熱伝導媒体が通流する第2部分(52a、52b)と、を備え、
前記第1部分(51a、51b)において、前記熱伝導流体は供給開口部(50a)と交換チューブ(3)との間で通流するとともに、前記熱伝導流体の一部がイオン化材料を通過して前記中央柱部(17)に入ることが可能であるか、又は、前記熱伝導流体は交換チューブ(3)と排出開口部(50b)との間で通流するとともに、前記熱伝導流体の一部がイオン化材料を通過した後に前記中央柱部(17)から出ることが可能であり、
前記第2部分(52a、52b)において、前記熱伝導流体は前記中央柱部(17)と少なくとも1つの専用の交換チューブ(3)との間で通流するか、又は、前記熱伝導流体は少なくとも1つの専用の交換チューブ(3)と前記中央柱部(17)との間で通流する、ことを特徴とする請求項7に記載の熱交換器(1)。 The water box (5a, 5b) having the deionizing cartridge (15)
A first portion (51a, 51b) through which the heat transfer medium flows;
A second portion (52a, 52b) through which the heat transfer medium flows,
In the first part (51a, 51b), the heat transfer fluid flows between the supply opening (50a) and the exchange tube (3), and part of the heat transfer fluid passes through the ionized material. Can enter the central column (17), or the heat transfer fluid flows between the exchange tube (3) and the discharge opening (50b), and the heat transfer fluid It is possible to exit from the central post (17) after a portion has passed through the ionized material;
In the second part (52a, 52b), the heat transfer fluid flows between the central column (17) and at least one dedicated exchange tube (3) or the heat transfer fluid is Heat exchanger (1) according to claim 7, characterized in that it flows between at least one dedicated exchange tube (3) and the central post (17).
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