EP2671278A1 - Ausgleichsbehälter für flüssiges fluid und ionentauscher eines ausgleichsbehälters - Google Patents

Ausgleichsbehälter für flüssiges fluid und ionentauscher eines ausgleichsbehälters

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Publication number
EP2671278A1
EP2671278A1 EP12703999.8A EP12703999A EP2671278A1 EP 2671278 A1 EP2671278 A1 EP 2671278A1 EP 12703999 A EP12703999 A EP 12703999A EP 2671278 A1 EP2671278 A1 EP 2671278A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
inlet
outlet
ion exchange
ion exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12703999.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Beylich
Michael Fasold
Jawad Nouri
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP2671278A1 publication Critical patent/EP2671278A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04044—Purification of heat exchange media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/018—Granulation; Incorporation of ion-exchangers in a matrix; Mixing with inert materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/022—Column or bed processes characterised by the construction of the column or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/06—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a reservoir for liquid fluid, in particular cooling fluid of a cooling device of a functional system, in particular a fuel cell system, in particular of a motor vehicle, having at least one fluid inlet and at least one fluid outlet for the fluid and with an ion exchanger for treating the fluid with an ion exchanger container, the comprising at least one make-up fluid inlet and at least one conditioned fluid outlet, and wherein a granular ion exchange medium is fluidly disposed between the inlet and the outlet, and the ion exchange container is interchangeably disposed in the reservoir, and the inlet to the fluid inlet and the outlet corresponding to fluid outlet.
  • the invention relates to an ion exchanger of a compensating container for liquid fluid, in particular cooling fluid of a cooling device of a functional system, in particular a fuel cell system, in particular of a motor vehicle, for treatment of the fluid, with a lonenleyer electer, the at least one inlet for aufrendes fluid and at least one outlet for treated fluid and in which a granular ion exchange medium is fluidly disposed between the inlet and the outlet and which may be interchangeably disposed in the surge tank such that the inlet communicates with a fluid inlet of the surge tank and the outlet with a fluid outlet of the surge tank.
  • a granular ion exchange medium is fluidly disposed between the inlet and the outlet and which may be interchangeably disposed in the surge tank such that the inlet communicates with a fluid inlet of the surge tank and the outlet with a fluid outlet of the surge tank.
  • a coolant tank for a coolant system of a fuel cell stack includes a coolant inlet and a coolant outlet.
  • An ion exchange cartridge is seated on a lower portion of the coolant tank in a separate chamber of the coolant tank adjacent to the coolant inlet.
  • the ion exchange cartridge comprises a housing in which ion exchange resin is arranged.
  • the ion exchange cartridge has at least one fluid permeable outlet window formed in the housing. The outlet window allows one Fluid communication with the coolant outlet.
  • the housing of the ion exchange cartridge further has an inlet for fluid communication with the coolant inlet.
  • the coolant flows through the lonenleyerkartusche and thus the ion exchange resin from the inlet, from bottom to top, to the outlet window for the preparation.
  • the ion exchanger cartridge is made of a solid material and therefore rigid and non-deformable.
  • the ion exchange resin is loosely housed in the ion exchange cartridge.
  • the loose arrangement of the ion exchange resin in the rigid lonenhielerkartusche allows the formation of preferred flow paths through the coolant flowing through. Such preferred flow paths are undesirable because only a part of the ion exchange medium flows through it and comes into effect.
  • the total capacity of the ion exchanger with respect to the treatment of the coolant is reduced overall. It also extends the service life of the ion exchange cartridge.
  • the invention has for its object to design a reservoir for liquid fluid and an ion exchanger of the type mentioned, which can be realized in a simple and space-saving, has an optimal efficiency with respect to the preparation of the fluid and has the longest possible life.
  • the ion exchanger container has a flexible casing and can therefore be changed in its shape simply. For example, it can simply be compressed from the outside by an appropriate force and the ion exchange medium contained in the ion exchanger tank can be compressed. The compression of the ion exchange medium counteracts the undesirable formation of preferred flow channels. This prolongs the service life of the ion exchanger. In addition, the efficiency of the treatment of the fluid is improved.
  • the flexible lonenleyer employer can also easily be optimally adapted to the available installation space. An ion exchange container of one embodiment can thus be used with different expansion tanks. In this way, the required component diversity is reduced.
  • an ion exchange container of one embodiment may be required be filled with different amounts of ion exchanger material. Voids in the ion exchange container can be compressed simply by compression of the ion exchange container. In this way, ion exchangers with different capacities can easily be realized with an ion exchange tank of a size.
  • At least one compression device in particular with at least one elastic element, can be provided for the compression of the ion exchange container, in particular of the ion exchange medium.
  • the ion exchange container With the compression device, the ion exchange container can be compressed with this ion exchange medium contained therein, so that the formation of preferred fluid flow channels is counteracted.
  • a biased elastic member may be arranged with which the lonen (2004) or is pressed against a bottom of the ion exchange chamber and thus compressed.
  • a corresponding prestressed elastic element may also be arranged on the bottom side of the ion exchanger chamber and compress the ion exchanger container towards the lid.
  • the elastic element may in particular be a spring element, in particular a coated metal spring or a plastic spring. It may also be provided a metal spring which is arranged in a space sealed against the fluid, in particular using a membrane or a bellows, to prevent an entry of metal ions into the fluid.
  • a coated metal spring or a metal spring in a sealed space may advantageously be arranged on the side of the inlet of the ion exchange container.
  • the compression device may also preferably comprise, as part of the ion exchanger, a prestressed, elastic compression sleeve in which the ion exchanger container is inserted and which compresses the ion exchanger container and with it the ion exchange medium.
  • the compression device may be part of the ion exchanger.
  • the lid may be part of the ion exchanger.
  • at least one compression device, in particular with an elastic element can be arranged for compression of the ion exchange medium in the ion exchange container.
  • the ion exchanger can be manufactured as a modular component together with the compression device.
  • the lonenleyergar can be replaced together with the compression device.
  • the elastic element can be a prestressed spring element, in particular a coated metal spring, a plastic spring or a metal spring in a sealed space.
  • the compression device can act directly on the ion exchange medium.
  • the compression device can be dimensioned correspondingly smaller overall.
  • the shell of the ion exchanger tank can be elastic at least in sections.
  • the lonenleyerbehalter can be filled in this way bulging with lonen (2004)ermedium so that the elastic region of the shell is provided with a bias.
  • This bias compresses the ion exchange medium contained, so that the elastic portion of the shell of the ion exchange container acts as a compression device.
  • the formation of preferred flow channels is counteracted in this way.
  • the expansion tank may have a connection geometry for the ion exchanger tank, with which the inlet is connected to the fluid inlet or the outlet to the fluid outlet.
  • the connection geometry allows easy installation of the ion exchanger in the ion exchange chamber.
  • the connection geometry can advantageously be designed such that a fluid connection between the inlet and the fluid inlet or the outlet and the fluid outlet is realized by simply inserting the ion exchanger container.
  • the lonenleyer disposer in a fixed receiving shell, in particular an inner cylinder in the expansion tank be arranged.
  • the shape of the ion exchanger container can be specified by means of the fixed receiving envelope.
  • the ion exchange container When using a compression device, it can be prevented so that the ion exchange container changes its shape and thereby the compression force is sufficient.
  • the ion exchange tank and the ion exchange medium can be pressed against an inner wall of the solid receiving shell, whereby an optimal compression of the ion exchange medium takes place.
  • the formation of preferred flow channels can be counteracted so easily and efficiently.
  • the receiving sheath is arranged in particular in the form of an inner cylinder fixed in the expansion tank, it can simultaneously act as a receptacle and guide during installation of the lonen (2004).
  • the receiving envelope may advantageously be additionally combined with a connection geometry for the ion exchanger container.
  • the ion exchange chamber may have a replacement opening for the ion exchanger, which can be closed with a lid, in particular with a snap closure or snap closure.
  • a replacement opening for the ion exchanger can be easily inserted into the expansion tank and removed from it.
  • Quick fasteners and snap fasteners can be quickly and easily closed and opened.
  • the lonenhieler matterser by means of a holding device, in particular a particular two-part holding part with claws or a latching connection, be held on the lid.
  • a holding device in particular a particular two-part holding part with claws or a latching connection
  • the holding part of the lonenhieler hereer can be easily clamped and held by the claws securely on the lid.
  • the lid can be part of the ion exchanger.
  • the holding part can simply be composed of two parts. It can simply be closed around the lonent exchanger bag. A locking connection is easily connectable and detachable again.
  • the lid may have an opening mechanism at least two-stage. In this way, simply a safety function can be realized. If there is an overpressure in the expansion tank in relation to the environment, the safety functions can easily prevent the cover from being thrown uncontrollably when opening, which can endanger the service personnel.
  • the opening mechanism may preferably have a kind of bayonet closure, which may be combined with a safety spring.
  • the technical problem is solved according to the invention further by the ion exchanger, characterized in that the lonenhieler constituer has a flexible shell.
  • Figure 1 is an isometric view of a surge tank for coolant a cooling circuit of a fuel cell system of a motor vehicle, in which an ion exchanger is arranged, according to a first embodiment
  • Figure 2 is a plan view of the surge tank of Figure 1;
  • FIG. 3 is a side view of the surge tank of Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a longitudinal section of the surge tank of Figures 1 to 3 taken along section line IV-IV of Figure 2;
  • Figure 5 is a longitudinal section of a surge tank according to a second embodiment, which is similar to the surge tank of Figures 1 to 4;
  • Figure 6 is a longitudinal section of a surge tank according to a third embodiment, which is similar to the surge tanks of Figures 1 to 5;
  • FIG. 7 shows a longitudinal section of an expansion tank according to a fourth exemplary embodiment, which is similar to the expansion tanks from FIGS. 1 to 6;
  • Figure 8 is a side view of the ion exchanger of the surge tank from the
  • FIG. 9 shows a longitudinal section of an expansion tank according to a fifth exemplary embodiment, which is similar to the expansion tanks from FIGS. 1 to 8;
  • FIGS. 1 to 4 show a first exemplary embodiment of a compensating container 10 for cooling fluid of a cooling circuit of a fuel cell system of a motor vehicle.
  • the expansion tank 10 comprises a base part 12, which is sealed with a cover part 14.
  • baffles 16 are arranged for the cooling fluid, which divides the surge tank 10, as shown in Figure 4, into a plurality of chambers 18.
  • the baffles 16 increase strength and serve to calm the cooling fluid.
  • the baffles 16 each have in the lower region flow openings 20 through which the cooling fluid can flow between the chambers 18. In their upper regions, the baffles 16 have equalization openings 22, through which air can flow between the chambers 18, in particular for pressure equalization.
  • a lonenhielergar 26 of an overall designated by the reference numeral 25 ion exchanger is arranged in a cylindrical receiving chamber 24 of the surge tank 10.
  • the receiving chamber 24 is delimited by an inner cylinder 28 in which the lonenleyer milk 26 is inserted.
  • the ion exchanger bag 26 is filled with a hatched in the figure 4 indicated lonenhielergranulat 27, whose operation will not be discussed here.
  • the inner cylinder 28 is circumferentially sealed to the bottom of the surge tank 10.
  • the bottom of the expansion tank 10 also forms a chamber bottom 30 of the receiving chamber 24.
  • the upper edge of the inner cylinder 28 is free, so that there are realized connection openings 32 to the adjoining the inner cylinder 28 chambers 18 of the surge tank 10.
  • the chamber bottom 30 is stepped and defines an inlet space 34, into which an inlet pipe 36 leads.
  • the chamber bottom 30 with the inlet space 34 thus forms a connection geometry for the lonenleyerlessness 26.
  • the inlet nozzle 36 is connected for supplying cooling fluid into the expansion tank 10 with a coolant supply line, not shown, of the coolant circuit.
  • a lower portion of the inlet space 34 facing the inlet connection 36 and lower in FIG. 4 is reduced in diameter relative to the diameter of the inner cylinder 28.
  • a prestressed helical compression spring 38 is arranged axially relative to the inner cylinder 28.
  • the spiral compression spring 38 is made of plastic. It is supported at one end on the chamber bottom 30. At the other end, the compression coil spring 38 is supported on a distributor element 40.
  • the distributor element 40 is arranged axially movably in the inner cylinder 28.
  • the peripheral side of the distributor element 40 is stepped.
  • a section of the distributor element 40 facing the helical compression spring 38 has approximately the diameter of the lower region of the chamber bottom 30.
  • a section of the distributor element 40 facing the lonent exchanger bag 26 has approximately the cross section of the inner cylinder 28.
  • the distributor element 40 is pressed against the lonent exchanger bag 26 in the axial direction with the prestressed helical compression spring 38. In FIG. 4, for better clarity, the distributor element 40 is shown in its lower position, in which it exerts no force on the ion exchanger bag 26.
  • the pressure of the distributor element 40 against the lonenleyer milk 26 causes it to be pressed into the inner cylinder 28, so that it rests flat against the circumferential inner side of the inner cylinder 28.
  • the lonenau- shear granulate 27 is compressed thereby, whereby the formation of preferred flow channels in the ion exchange granules 27 is counteracted when flowing through cooling liquid.
  • the distributor element 40 has a multiplicity of distributor channels, which are indicated in FIG. 4, and which connect the inlet space 34 with the adjacent underside of the ion exchanger bag 26. With the distributor element 40, it is ensured that the cooling fluid to be treated flowing into the inlet space 34 through the inlet connection 36, indicated in FIG. 4 by an arrow 44, is distributed uniformly over the cross section of the inner cylinder 28 and can flow to the underside of the ion exchanger bag 26.
  • an outlet opening 46 is arranged in the bottom of the surge tank 10, which is surrounded on the outside of the surge tank 10 by an outlet nozzle 48.
  • the outlet nozzle 48 is connected to the discharge of cooling fluid from the expansion tank 10 with a coolant discharge of the coolant circuit shown.
  • the expansion tank 10 has spatially above on the cover part 14 a receiving socket 50 with a coaxial with the inner cylinder 28 of the receiving chamber 24 receiving opening 52. Through the receiving opening 52, the lonenleyer milk 26 can be introduced into the receiving chamber 24 of the surge tank 10 and taken out of this.
  • the receiving socket 50 widens in a funnel-like manner on its side facing away from the inner cylinder 28, whereby the introduction of the non-ionic prey 26 and the installation of a receiving lid 54 for closing the receiving opening 52 is simplified.
  • the receiving lid 54 includes a cup 56.
  • the open side of the cup 56 is located on the receiving chamber 24 facing away from the outside. With a bottom 58 of the cup 56, the receiving opening 52 is closed.
  • a press plate 86 flat is attached to the distributor element 54 facing away from the top of the lonenhieler strains 26.
  • two slots 60 each extend axially at a height in the circumferential direction, which in particular are shown in FIG. 1 are shown.
  • the receiving socket 50 has corresponding slots for the retaining ring 62, which are not shown in Figures 1 to 4 for the sake of clarity.
  • a collar 64 is integrally arranged.
  • the collar 64 extends radially outward from the cup 56. It goes radially outward into a cylinder section 66, which is coaxial with the cup 56 and surrounds it radially on the outside.
  • a cylinder section 66 which is coaxial with the cup 56 and surrounds it radially on the outside.
  • three approximately L-shaped bayonet receptacles 68 are arranged, which are each open to the free edge of the cylinder portion 66.
  • the bayonet mount 68 engage with mounted receiving lid 54, as shown in particular in Figure 1, corresponding webs 70 a.
  • the webs 70 are arranged on the radially outer circumferential side of the receiving nozzle 50 and extend in the circumferential direction and radially outward.
  • the webs 70 and the bayonet receptacles 68 cooperate in the manner of a bayonet closure.
  • the cup 56 of the receiving lid 54 also has radially outwardly a circumferential sealing groove with a ring seal 72 which seals the receiving lid 54 against the radially inner side of the receiving nozzle 50.
  • a two-stage opening mechanism for the receiving lid 54 is realized. After opening the bayonet connection with the webs 70 and the bayonet receptacles 68, the receiving lid 54 is still secured in the receiving socket 50 by the securing ring 62. In this way it is prevented that, if in the expansion tank 10 there is an overpressure relative to the environment, the receiving lid 54 is uncontrollably ejected from the exception socket 50. After loosening the bayonet connection, the receiving lid 54 releases the receiving opening 52, so that the overpressure can be reduced in a controlled manner.
  • the receiving lid 54 can be removed on the receiving socket 50.
  • a refill nozzle 74 for refilling of cooling fluid.
  • the refill 74 is closed with a screw 76.
  • the ion exchange bag 26 is made of a flexible, resilient material so that it can conform to the shape of the inner cylinder 28. The material of the ion exchange bag 26 is permeable to the cooling fluid. The cooling fluid can thus flow from the distributor channels 42 of the distributor element 40 into the interior of the ion exchanger bag 26. A portion of the ion exchange bag 26 facing the distributor element 40 thus acts as an inlet 41 for the cooling fluid to be processed.
  • the material of the ion exchanger bag 26 in the areas of the inlet 41 and the outlet 43 additionally fulfills a retention function for the ion exchange granulate 27. Separate restraining devices, for example in the form of sieves, are thus not necessary.
  • FIG. 5 a second embodiment of the surge tank 10 is shown. Those elements that are similar to those of the first embodiment of Figures 1 to 4 are provided with the same reference numerals plus 100.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the spiral compression spring 38 is not arranged in the inlet space 34, but in a spring receiving cylinder 84.
  • the spring receiving cylinder 84 is mounted coaxially with the cup 56 of the receiving lid 54 on the receiving chamber 24 facing side of the bottom 58.
  • the compression coil spring 38 is supported on one side the bottom 58 and on the other side of the dummy plate 86 from.
  • the pressure plate 86 is displaceable in the axial direction in the inner cylinder 28, so that the lonenleyer milk 26 is compressed by the bias of the compression coil spring 38 via the pressure plate 86 in the inner cylinder 28.
  • a third embodiment differs from the second embodiment of Figure 5 in that instead of the pressing plate 86, a plastic cup 186 is provided.
  • the plastic cup 186 consists of two separable half-shells 188 which engage around the lonenhieler milk 26 on its the receiving lid 54 side facing.
  • the half-shells 188 have radially inwardly on their peripheral sides claws 190, which engage in the lonentresser milk 26 and hold this.
  • the plastic cup 186 is axially displaceable in the spring receiving cylinder 84.
  • a spring base 138 is provided, which is fastened to the bottom 58 of the cup 56 of the receiving lid 54.
  • the fault bottom 138 presses in the axial direction against the plastic cup 186, so that the lonenhieler milk 26 pressed against the inner cylinder 28 and the distributor element 140 and the ion exchange granules 27 is compressed.
  • a fourth embodiment of the surge tank 10 is shown.
  • the fourth embodiment differs from the second exemplary embodiment according to FIG. 5 in that the pressing disk 86 has locking lugs 292 of a latching connection 293 radially on the outside.
  • the locking connection 293 of the lonenleyer milk 26 is separably connected to the receiving lid 54.
  • the spring receiving cylinder 84 has in its peripheral wall with the locking lugs 292 corresponding locking receptacles 294.
  • the locking receptacles 294 each have an axially extending insertion portion 296 which is open to the free edge of the spring receiving cylinder 84.
  • the corresponding locking lug 292 can be inserted in the axial direction in the locking receptacle 294 and pulled out of this.
  • the insertion section 296 transitions into a translational section 298 extending in the circumferential direction.
  • To the translation section 298 is followed by a displacement section 299 extending in the axial direction.
  • the displacement section 299 projects beyond the translation section 298 in the axial direction on both sides.
  • the latching lugs 292 with the specially designed latching receptacles 294 act ascoreverrastung, which prevents the connection between the pressing plate 86 and the receiving lid 54 unintentionally dissolves.
  • the pressing plate 86 can move relative to the spring receiving cylinder 84 in the axial direction to compress the lonenleyerlessness 26.
  • a fifth embodiment of the surge tank 10 is shown.
  • a spring base 338 is provided, which is located in the lonent exchanger bag 26.
  • the spring base 338 is supported on a cover plate 300, which is arranged on the receiving cover 54 facing side of the lonenhieler milks 26. With its end face facing away from the cover plate 300, the fault base 338 is supported on a press washer 386.
  • the pressure plate 386 is located inside the ion exchange bag 26 between the spring base 338 and the ion exchange granulate 27.
  • the pressure plate 386 is fluid-permeable.
  • the outlet 43 of the ion exchange bag 26 is located at the level of the spring base 138.
  • the cover plate 300 is held in guide strips 388 on the bottom 58 of the receiving lid 54.
  • the invention is not limited to an ion exchanger 25 of cooling devices of fuel cells of motor vehicles. Instead, it can also be used in ion exchangers of other types of functional systems for the treatment of other types of fluid fluids, for example in ion exchangers for deionizing water in spark erosion machines, in stationary fuel cell applications or for the treatment of aqueous urea solution, which is injected, for example, for the oxygen reduction of nitrogen oxides in the exhaust stream of an internal combustion engine, be used.
  • the invention can also be used in the treatment of drinking water, cooling water, boiler water or another type of process water.
  • the spiral compression springs 38 may be made of a coated metal instead of plastic. Instead of the helical compression springs 38 and open-cell foam can be used as an elastic element for compression of the ion exchange container 26. It may also be provided a metal spring, which is arranged in a sealed against the cooling fluid space, for example using a membrane and / or a bellows, to prevent an entry of metal ions in the cooling fluid.
  • the lonenleyer milk 26 may be made of a flexible non-elastic material or only partially elastic material instead of a flexible elastic material.
  • the ion exchange bag 26 may also be configured to be impermeable to fluid in the portions between the inlet 41 and the outlet 43.
  • the ion exchange bag 26 may be coated there in a fluid-impermeable manner or surrounded by a fluid-impermeable envelope, for example an elastic compression envelope. If the sections between the inlet 41 and the outlet 43 are fluid-impermeable, it is possible to dispense with the sealing effect when the ion exchanger bag 26 abuts against the radially inner circumferential side of the inner cylinder 28.
  • the compression function of the inner cylinder 28 can also be dispensed with. Under certain circumstances, the inner cylinder 28 can then be dispensed with entirely.

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Description

Beschreibung
Ausgleichsbehälter für flüssiges Fluid und lonentauscher
eines Ausgleichsbehälters
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Ausgleichsbehälter für flüssiges Fluid, insbesondere Kühl- fluid einer Kühlvorrichtung eines Funktionssystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Fluideinlass und wenigstens einem Fluidauslass für das Fluid und mit einem lonentauscher zur Aufbereitung des Fluids mit einem lonentauscherbehälter, der wenigstens einen Einlass für auf- zubereitendes Fluid und wenigstens einen Auslass für aufbereitetes Fluid aufweist und in dem ein granulatartiges lonentauschermedium strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, und der lonentauscherbehälter in dem Ausgleichsbehälter austauschbar angeordnet ist und der Einlass mit dem Fluideinlass und der Auslass mit Fluidauslass korrespondiert.
Ferner betrifft die Erfindung einen lonentauscher eines Ausgleichsbehälters für flüssiges Fluid, insbesondere Kühlfluid einer Kühlvorrichtung eines Funktionssystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Aufbereitung des Fluids, mit einem lonentauscherbehälter, der wenigstens einen Einlass für aufzubereitendes Fluid und wenigstens einen Auslass für aufbereitetes Fluid aufweist und in dem ein granulatartiges lonentauschermedium strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, und der in dem Ausgleichsbehälter austauschbar angeordnet werden kann, derart, dass der Einlass mit einem Fluideinlass des Ausgleichsbehälters und der Auslass mit einem Fluidauslass des Ausgleichsbehälters korrespondiert.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2009 012 379 A1 ist ein Kühlmitteltank für ein Kühlmittelsystem eines Brennstoffzellenstapels bekannt. Der Kühlmitteltank umfasst einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass. Eine lonentauscherkartusche sitzt auf einem Unterteil des Kühlmitteltanks in einer eigenen Kammer des Kühlmitteltanks, benachbart dem Kühlmitteleinlass. Die lonentauscherkartusche umfasst ein Gehäuse, in dem lonentauscher- harz angeordnet ist. Die lonentauscherkartusche besitzt zumindest ein fluidpermeables Auslassfenster, das in dem Gehäuse geformt ist. Das Auslassfenster ermöglicht eine Fluidkommunikation mit dem Kühlmittelauslass. Das Gehäuse der lonentauscherkartusche besitzt ferner einen Einlass zur Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass. Das Kühlmittel durchströmt zur Aufbereitung die lonentauscherkartusche und damit das lonentauscherharz vom Einlass, von unten nach oben, zum Auslassfenster. Die lonen- tauscherkartusche ist aus einem festen Material und daher starr und nicht verformbar. Das lonentauscherharz ist lose in der lonentauscherkartusche untergebracht. Die lose Anordnung des lonentauscherharzes in der starren lonentauscherkartusche ermöglicht die Bildung von bevorzugten Strömungswegen durch das durchströmende Kühlmittel. Derartige bevorzugte Strömungswege sind unerwünscht, da dadurch nur ein Teil des lonentauschermediums durchströmt wird und zur Wirkung kommt. Hierdurch wird die Gesamtkapazität des lonentauscher bezüglich der Aufbereitung des Kühlmittels insgesamt verringert. Außerdem wird so die Standzeit der lonentauscherkartusche verlängert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ausgleichsbehälter für flüssiges Fluid und einen lonentauscher der eingangs genannten Art auszugestalten, der einfach und platzsparend realisiert werden kann, eine optimale Effizienz bezüglich der Aufbereitung des Fluids aufweist und der eine möglichst lange Standzeit hat. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der lonentauscherbehälter eine flexible Hülle hat.
Erfindungsgemäß hat der lonentauscherbehälter eine flexible Hülle und ist dadurch ein- fach in seiner Form veränderbar. So kann er einfach von außen durch entsprechende Krafteinwirkung komprimiert und das im lonentauscherbehälter enthaltene lonentau- schermedium verpresst werden. Die Komprimierung des lonentauschermediums wirkt der unerwünschten Bildung von bevorzugten Strömungskanälen entgegen. So wird die Standzeit des lonentauschers verlängert. Außerdem wird die Effizienz bezüglich der Aufbereitung des Fluids verbessert. Der flexible lonentauscherbehälter kann außerdem einfach an dem zur Verfügung stehenden Einbauraum optimal angepasst werden. Ein lonentauscherbehälter einer Ausführungsart kann so bei unterschiedlichen Ausgleichsbehältern verwendet werden. Auf diese Weise wird die erforderliche Bauteilevielfalt verringert. Im Übrigen kann ein lonentauscherbehälter einer Ausführungsart je nach Bedarf mit unterschiedlichen Mengen von lonentauschermaterial gefüllt werden. Leerräume im lonentauscherbehalter können einfach durch Kompression des lonentauscherbehälters zusammen gedrückt werden. Auf diese Weise können einfach mit einem lonentauscherbehalter einer Baugröße lonentauscher mit unterschiedlichen Kapazitäten reali- siert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Kompressionseinrichtung, insbesondere mit wenigstens einem elastischen Element, zur Kompression des lonentauscherbehälters, insbesondere des lonentauschermediums, vorgesehen sein. Mit der Kompressionseinrichtung kann der lonentauscherbehälter mit diesem darin enthaltenen lonentauschermedium komprimiert werden, so dass der Bildung von bevorzugten Fluidströmungskanälen entgegengewirkt wird. Vorteilhafterweise kann in der lonentauscherkammer an einem Deckel einer Austauschöffnung, durch die der lonentauscher in die lonentauscherkammer eingebracht werden kann, ein vorgespanntes elastisches Element angeordnet sein, mit dem der lonentauscherbehälter gegen einen Boden der lonentauscherkammer gepresst und damit komprimiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein entsprechendes vorgespanntes elastisches Element auch an der Bodenseite der lonentauscherkammer angeordnet sein und den lonentauscherbehälter zum Deckel hin komprimieren. Bei dem elastischen Element kann es sich insbesondere um ein Federelement handeln, insbesondere eine beschichtete Metallfeder oder eine Kunststofffeder. Es kann auch eine Metallfeder vorgesehen sein, die in einem gegen das Fluid abgedichteten Raum, insbesondere unter Verwendung einer Membrane oder eines Faltenbalgs, angeordnet ist, um einen Eintrag von Metallionen in das Fluid zu verhindern. Eine beschichtete Metallfeder oder eine Metallfeder in einem abgedichteten Raum kann vorteilhafterweise auf der Seite des Einlasses des lonentauscherbehälters angeordnet sein. Auf diese Weise werden bei einer Beschädigung der Beschichtung der Metallfeder oder des abgedichteten Raumes eventuell austretende Metallionen durch das im Strömungspfad folgende lonentauschermedium aufgenommen und gelangen nicht in die Fluidleitung. Die Kompressionseinrichtung kann vorzugsweise als Teil des lonentauschers auch eine vorgespannte, elastische Kompressionshülle aufweisen, in welcher der lonentauscherbehälter steckt und die den lonentauscherbehälter und mit ihm das lonentauschermedium komprimiert. Die Kompressionseinrichtung kann Teil des lonentauschers sein. Ebenso kann der Deckel Teil des lonentauschers sein. Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Kompressionseinrichtung, insbesondere mit einem elastischen Element, zur Kompression des lonentauschermediums in dem lonentauscherbehalter angeordnet sein. So kann der lonentauscher als Modulbauelement gemeinsam mit der Kompressionseinrichtung gefertigt werden. Der lonentauscherbeutel kann gemeinsam mit der Kompressionseinrichtung ausgetauscht werden. Das elastische Element kann dabei, wie oben bereits beschrieben, ein vorgespanntes Federelement, insbesondere eine beschichtete Metallfeder, eine Kunststofffeder oder eine Metallfeder in einem abgedichteten Raum sein. Dadurch, dass die Kompressionseinrichtung in dem lonentauscherbehalter angeordnet ist, ist eine optimale Kompression des lonentauschermediums möglich, da die Hülle des lonentauscherbehälters bei der Kompression nicht verformt werden muss. Die Kompressionseinrichtung kann direkt auf das lonentauschermedium wirken. So kann die Kompressionseinrichtung insgesamt entsprechend kleiner dimensioniert sein. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Hülle des lonentauscherbehälters wenigstens abschnittsweise elastisch sein. Der lonentauscherbehalter kann auf diese Weise prall mit lonentauschermedium gefüllt werden, so dass der elastische Bereich der Hülle mit einer Vorspannung versehen wird. Diese Vorspannung komprimiert das enthaltene lonentauschermedium, so dass der elastische Anteil der Hülle des lo- nentauscherbehälters als Kompressionseinrichtung wirkt. Der Bildung von bevorzugten Strömungskanälen wird auf diese Weise entgegengewirkt. Außerdem können durch die Elastizität des lonentauscherbehälters im lonentauscher auftretende Druckschwankungen durch das durchströmende Kühlfluid kompensiert werden. Ferner kann auf weitere elastische Elemente zur Kompression des lonentauscherbehälters verzichtet werden. Zumindest können sie entsprechend kleiner dimensioniert werden.
Ferner kann vorteilhafterweise der Ausgleichsbehälter eine Anschlussgeometrie für den lonentauscherbehälter aufweisen, mit der der Einlass mit dem Fluideinlass oder der Auslass mit Fluidauslass verbunden ist. Die Anschlussgeometrie ermöglicht eine einfa- che Montage des lonentauschers in der lonentauscherkammer. Die Anschlussgeometrie kann vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, dass durch einfaches Einstecken des lonentauscherbehälters eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Fluideinlass oder dem Auslass und dem Fluidauslass realisiert wird. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der lonentauscherbehälter in einer festen Aufnahmehülle, insbesondere einem Innenzylinder im Ausgleichsbehälter, angeordnet sein. Durch die feste Aufnahmehülle kann die Form des lonentauscherbe- hälters vorgegeben werden. Bei der Verwendung einer Kompressionseinrichtung, kann so verhindert werden, dass der lonentauscherbehälter seine Form verändert und dadurch der Kompressionskraft ausreicht. Bei der Kompression können der lonentauscherbehälter und das lonentauschermedium gegen eine Innenwand der festen Aufnahmehülle gepresst werden, wodurch eine optimale Verdichtung des lonentauscher- mediums erfolgt. Der Bildung von bevorzugten Strömungskanälen kann so einfach und effizient entgegengewirkt werden. Wenn die Aufnahmehülle insbesondere in Form eines Innenzylinders fest im Ausgleichsbehälter angeordnet ist, kann sie gleichzeitig als Aufnahme und Führung beim Einbau des lonentauscherbehälters wirken. Die Aufnahmehülle kann vorteilhafterweise zusätzlich mit einer Anschlussgeometrie für den lonentauscherbehälter kombiniert sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die lonentauscherkammer eine Austauschöffnung für den lonentauscher aufweisen, die mit einem Deckel, insbesondere mit einem Schnappverschluss oder Rastverschluss, verschließbar ist. Durch die Austauschöffnung kann der lonentauscher einfach in den Ausgleichsbehälter eingebracht und aus diesem entfernt werden. Schnellverschlüsse und Rastverschlüsse können schnell und einfach geschlossen und geöffnet werden.
Vorteilhafterweise kann der lonentauscherbehälter mittels einer Halteeinrichtung, insbesondere einem insbesondere zweiteiligen Halteteil mit Krallen oder einer Rastverbin- dung, am Deckel gehalten sein. Mit dem Halteteil kann der lonentauscherbehälter einfach festgeklemmt und durch die Krallen sicher am Deckel gehalten werden. Auf diese Weise kann bei einem Austausch des lonentauschers der lonentauscherbehälter gemeinsam mit dem Deckel vom Ausgleichsbehälter getrennt werden. Es ist kein zusätzliches Werkzeug erforderlich, um den lonentauscherbehälter zu greifen und aus dem Ausgleichsbehälter herauszuziehen. Der Deckel kann Teil des lonentauschers sein. Das Halteteil kann einfach aus zwei Teilen zusammengesetzter sein. Es kann einfach um den lonentauscherbeutel herum geschlossen werden. Eine Rastverbindung ist einfach verbindbar und wieder lösbar. Vorteilhafterweise kann der Deckel einen wenigstens zweistufigen Öffnungsmechanismus aufweisen. Auf diese Weise kann einfach eine Sicherheitsfunktion realisiert werden. Falls im Ausgleichsbehälter ein Überdruck gegenüber der Umgebung herrscht, kann mit der Sicherheitsfunktionen einfach verhindert werden, dass der Deckel beim Öffnen unkontrolliert weggeschleudert wird, was zu einer Gefährdung des Servicepersonals führen kann. Der Öffnungsmechanismus kann vorzugsweise eine Art Bajonett- verschluss aufweisen, der mit einer Sicherheitsfeder kombiniert sein kann.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch den lonentauscher gelöst, dadurch, dass der lonentauscherbehälter eine flexible Hülle hat. Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsbehälter aufgezeigten Merkmale und Vorteile gelten für den erfindungsgemäßen lonentauscher entsprechend.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch:
Figur 1 eine isometrische Darstellung eines Ausgleichsbehälters für Kühlmittel eines Kühlkreislaufs eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeugs, in dem ein lonentauscher angeordnet ist, gemäß einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel;
Figur 2 eine Draufsicht des Ausgleichsbehälters aus der Figur 1 ;
Figur 3 eine Seitenansicht des Ausgleichsbehälters aus den Figuren 1 und 2;
Figur 4 einen Längsschnitt des Ausgleichsbehälters aus den Figuren 1 bis 3 entlang der Schnittlinie IV-IV aus der Figur 2;
Figur 5 einen Längsschnitt eines Ausgleichsbehälters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher zu dem Ausgleichsbehälter aus den Figuren 1 bis 4 ähnlich ist; Figur 6 einen Längsschnitt eines Ausgleichsbehälters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, der zu den Ausgleichsbehältern aus den Figuren 1 bis 5 ähnlich ist;
Figur 7 einen Längsschnitt eines Ausgleichsbehälters gemäß einem vierten Aus- führungsbeispiel, der zu den Ausgleichsbehältern aus den Figuren 1 bis 6 ähnlich ist;
Figur 8 eine Seitenansicht des lonentauschers des Ausgleichsbehälters aus der
Figur 7;
Figur 9 einen Längsschnitt eines Ausgleichsbehälters gemäß einem fünften Aus- führungsbeispiel, welches zu den Ausgleichsbehältern aus den Figuren 1 bis 8 ähnlich ist;
Figur 10 einen Längsschnitt des lonentauschers des Ausgleichsbehälters aus der
Figur 9. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ausführungsform(en) der Erfindung
In den Figuren 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ausgleichsbehälters 10 für Kühlfluid eines Kühlkreislaufs eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Der Ausgleichsbehälter 10 umfasst ein Basisteil 12, das mit einem Deckelteil 14 dicht verschlossen ist.
In dem Ausgleichsbehälter 10 sind Schwallwände 16 für das Kühlfluid angeordnet, die den Ausgleichsbehälter 10, wie in der Figur 4 gezeigt, in mehrere Kammern 18 unter- teilt. Die Schwallwände 16 wirken festigkeitssteigernd und dienen zur Beruhigung des Kühlfluids. Die Schwallwände 16 weisen jeweils im unteren Bereich Durchströmöffnungen 20 auf, durch die das Kühlfluid zwischen den Kammern 18 strömen kann. In ihren oberen Bereichen weisen die Schwallwände 16 Ausgleichsöffnungen 22 auf, durch die insbesondere zum Druckausgleich Luft zwischen den Kammern 18 strömen kann.
In einer zylindrischen Aufnahmekammer 24 des Ausgleichsbehälters 10 ist ein lonentauscherbeutel 26 eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten lonentauschers angeordnet. Die Aufnahmekammer 24 ist durch einen Innenzylinder 28 begrenzt, in dem der lonentauscherbeutel 26 eingesteckt ist. Der lonentauscherbeutel 26 ist mit einem in der Figur 4 schraffiert angedeuteten lonentauschergranulat 27 gefüllt, auf dessen Wirkungsweise hier nicht weiter eingegangen wird. Der Innenzylinder 28 ist umfänglich dicht mit dem Boden des Ausgleichsbehälters 10 verbunden. Der Boden des Ausgleichsbehälters 10 bildet auch einen Kammerboden 30 der Aufnahmekammer 24. Der obere Rand des Innenzylinders 28 ist frei, so dass dort Verbindungsöffnungen 32 zu den an den Innenzylinder 28 angrenzenden Kammern 18 des Ausgleichsbehälters 10 realisiert sind. Der Kammerboden 30 ist abgestuft und begrenzt einen Zulaufraum 34, in den ein Zulaufstutzen 36 führt. Der Kammerboden 30 mit dem Zulaufraum 34 bildet so eine Anschlussgeometrie für den lonentauscherbeutel 26. Der Zulaufstutzen 36 ist zur Zuführung von Kühlfluid in den Ausgleichsbehälter 10 mit einer nicht gezeigten Kühlmittelzuleitung des Kühlmittelkreislaufs verbunden.
Ein dem Zulaufstutzen 36 zugewandter, in der Figur 4 unterer Bereich des Zulaufraums 34 ist im Durchmesser bezüglich dem Durchmesser des Innenzylinders 28 reduziert. In diesem unteren Bereich des Zulaufraums 34 ist eine vorgespannte Spiraldruckfeder 38 axial zum Innenzylinder 28 angeordnet. Die Spiraldruckfeder 38 ist aus Kunststoff. Sie stützt sich mit einem Ende am Kammerboden 30 ab. Mit dem anderen Ende stützt sich die Spiraldruckfeder 38 an einem Verteilerelement 40 ab.
Das Verteilerelement 40 ist im Innenzylinder 28 axial beweglich angeordnet. Die Um- fangsseite des Verteilerelements 40 ist abgestuft. Ein dem der Spiraldruckfeder 38 zu- gewandter Abschnitt des Verteilerelements 40 weist in etwa den Durchmesser des unteren Bereich des Kammerbodens 30 auf. Ein dem lonentauscherbeutel 26 zugewandter Abschnitt des Verteilerelements 40 hat in etwa den Querschnitt des Innenzylinders 28. Das Verteilerelement 40 wird mit der vorgespannten Spiraldruckfeder 38 in axialer Richtung gegen den lonentauscherbeutel 26 gedrückt. In der Figur 4 ist das Verteiler- element 40 der besseren Übersichtlichkeit wegen in seiner unteren Position gezeigt, in der es keine Kraft auf den lonentauscherbeutel 26 ausübt. In der nicht dargestellten betriebsbereiten Position bewirkt der Druck des Verteilerelements 40 gegen den lonentauscherbeutel 26, dass dieser in den Innenzylinder 28 hinein gepresst wird, so dass er flächig an der umfänglichen Innenseite des Innenzylinders 28 anliegt. Das lonentau- schergranulat 27 wird dabei komprimiert, wodurch der Bildung von bevorzugten Strömungskanälen im lonentauschergranulat 27 beim durchströmen von Kühlflüssigkeit entgegengewirkt wird. Das Verteilerelement 40 weist eine Vielzahl von in der Figur 4 angedeuteten Verteilerkanälen auf, welche den Zulaufraum 34 mit der angrenzenden Unterseite des lonentau- scherbeutels 26 verbinden. Mit dem Verteilerelement 40 wird bewirkt, dass durch den Zulaufstutzen 36 in den Zulaufraum 34 einströmendes, aufzubereitendes Kühlfluid, in Figur 4 angedeutet durch einen Pfeil 44, gleichmäßig über den Querschnitt des Innen- Zylinders 28 verteilt und der Unterseite des lonentauscherbeutels 26 zuströmen kann.
Neben der Aufnahmekammer 24 ist im Boden des Ausgleichsbehälters 10 eine Austrittsöffnung 46 angeordnet, die an der Außenseite des Ausgleichsbehälters 10 von einem Austrittsstutzen 48 umgeben ist. Der Austrittsstutzen 48 ist zur Abführung von Kühlfluid aus dem Ausgleichsbehälter 10 mit einer gezeigten Kühlmittelableitung des Kühlmittelkreislaufs verbunden.
Der Ausgleichsbehälter 10 weist räumlich oben am Deckelteil 14 einen Aufnahmestutzen 50 mit einer zu dem Innenzylinder 28 der Aufnahmekammer 24 koaxialen Aufnah- meöffnung 52 auf. Durch die Aufnahmeöffnung 52 kann der lonentauscherbeutel 26 in die Aufnahmekammer 24 des Ausgleichsbehälters 10 eingebracht und aus dieser heraus genommen werden. Der Aufnahmestutzen 50 weitet sich auf seiner dem Innenzylinder 28 abgewandten Seite trichterartig auf, wodurch das Einbringen des lonentau- scher Beute 26 und der Einbau eines Aufnahmedeckels 54 zum Verschließen der Auf- nahmeöffnung 52 vereinfacht wird.
Der Aufnahmedeckel 54 umfasst einen Becher 56. Die offene Seite des Bechers 56 befindet sich auf der der Aufnahmekammer 24 abgewandten Außenseite. Mit einem Boden 58 des Bechers 56 wird die Aufnahmeöffnung 52 verschlossen. Am Boden 56 des Bechers 58 liegt eine Pressscheibe 86 flächig an, die an der dem Verteilerelement 54 abgewandte Oberseite des lonentauscherbeutels 26 befestigt ist.
In der Umfangswand des Bechers 56 erstrecken sich axial auf einer Höhe in Um- fangsrichtung jeweils teilumfänglich zwei Schlitze 60, die insbesondere in der Figur 1 gezeigt sind. Durch die Schlitze 60 reichen Bögen eines beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigten, mehrfach geschwungenen, federnden Sicherungsringes 62. Der Aufnahmestutzen 50 weist entsprechende Schlitze für den Sicherungsring 62 auf, welche in den Figuren 1 bis 4 der besseren Übersicht halber nicht gezeigt sind.
Am Rand des Bechers 56 ist einstückig ein Kragen 64 angeordnet. Der Kragen 64 erstreckt sich vom Becher 56 aus radial nach außen. Er geht radial außen in einen Zylinderabschnitt 66 über, welcher zum Becher 56 koaxial ist und diesen radial außen umgibt. In dem Zylinderabschnitt 66 sind drei etwa L-förmige Bajonettaufnahmen 68 ange- ordnet, welche jeweils zu dem freien Rand des Zylinderabschnitts 66 offen sind. In die Bajonettaufnahme 68 greifen bei montiertem Aufnahmedeckel 54, wie insbesondere in der Figur 1 gezeigt, entsprechende Stege 70 ein. Die Stege 70 sind an der radial äußeren Umfangsseite des Aufnahmestutzens 50 angeordnet und erstrecken sich in Um- fangsrichtung und radial nach außen. Die Stege 70 und die Bajonettaufnahmen 68 wir- ken in der Art eines Bajonettverschlusses zusammen.
Der Becher 56 des Aufnahmedeckels 54 weist ferner radial außen eine umfängliche Dichtungsnut mit einer Ringdichtung 72 auf, die den Aufnahmedeckel 54 gegen den die radial innere Seite des Aufnahmestutzens 50 abdichtet.
Durch die Kombination der Stege 70 mit dem Bajonettaufnahmen 68 und dem Sicherungsring 62 mit den Schlitzen 60 ist ein zweistufiger Öffnungsmechanismus für den Aufnahmedeckel 54 realisiert. Nach dem Öffnen der Bajonettverbindung mit den Stegen 70 und den Bajonettaufnahmen 68 ist der Aufnahmedeckel 54 durch den Sicherungs- ring 62 weiterhin im Aufnahmestutzen 50 gesichert. Auf diese Weise wird verhindert, dass, falls im Ausgleichsbehälter 10 ein Überdruck gegenüber der Umgebung herrscht, der Aufnahmedeckel 54 unkontrolliert aus dem Ausnahmestutzen 50 herausgeschleudert wird. Nach dem Lösen der Bajonettverbindung gibt der Aufnahmedeckel 54 die Aufnahmeöffnung 52 frei, so dass sich der Überdruck kontrolliert abbauen kann. Erst nach dem Lösen des Sicherungsringes 62 kann der Aufnahmedeckel 54 auf der dem Aufnahmestutzen 50 entfernt werden. Neben dem Aufnahmestutzen 50 ist, wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, am Deckelteil 14 ein Nachfüllstutzen 74 zum Nachfüllen von Kühlfluid angeordnet. Der Nachfüllstutzen 74 ist mit einem Schraubverschluss 76 verschließbar. Der lonentauscherbeutel 26 ist aus einem flexiblen, elastischen Material, so dass er sich der Form des Innenzylinders 28 anpassen kann. Das Material des lonentauscherbeutels 26 ist für das Kühlfluid durchlässig. Das Kühlfluid kann so aus den Verteilerkanälen 42 des Verteilerelements 40 in das Innere des lonentauscherbeutels 26 einströmen. Ein an dem Verteilerelement 40 zugewandter Abschnitt des lonentauscherbeutels 26 wirkt so als Einlass 41 für das aufzubereitende Kühlfluid. Dadurch, dass der lonentauscherbeutels 26 an der Innenseite des Innenzylinders 28 anliegt, wird verhindert, dass das Kühlfluid dort aus dem lonentauscherbeutels 36 Austritt. Das Kühlfluid muss das lonentauschergranulat 27 von unten nach oben in Richtung der Pfeile 82 durchströmen und wird dort aufbereitet. Das aufbereitete Kühlfluid kann nur durch die Verbin- dungsöffnungen 32, in der Figur 4 angedeutet durch einen Pfeil 80, aus der Aufnahmekammer 24 heraus strömen. Dortige Abschnitte des lonentauscherbeutels 26 dienen als Auslass 43 für das aufbereitete Kühlfluid. Die Strömung des Kühlfluids durch den lonentauscherbeutel 26 vom Einlass 41 zum Auslass 43 ist so vorgegeben. Aus dem Auslass 43 strömt das aufbereitete Kühlfluid in die Kammern 18 und von dort aus über die Aus- trittsöffnung 46 und den Austrittsstutzen 48 aus dem Ausgleichsbehälter 10 heraus.
Das Material des lonentauscherbeutels 26 in den Bereichen des Einlasses 41 und des Auslasses 43 erfüllt zusätzlich eine Rückhaltefunktion für das lonentauschergranulat 27. Separate Rückhalteinrichtungen, beispielsweise in Form von Sieben, sind so nicht er- forderlich.
In der Figur 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Ausgleichsbehälters 10 gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den Figuren 1 bis 4 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Spiraldruckfeder 38 nicht im Zulaufraum 34, sondern in einem Federaufnahmezylinder 84 angeordnet ist. Der Federaufnahmezylinder 84 ist koaxial zum Becher 56 des Aufnahmedeckels 54 an der der Aufnahmekammer 24 zugewandten Seite des Bodens 58 angebracht. Die Spiraldruckfeder 38 stützt sich auf einer Seite an dem Boden 58 und auf der anderen Seite an der Pressscheibe 86 ab. Die Pressscheibe 86 ist in axialer Richtung im Innenzylinder 28 verschiebbar, so dass der lonentauscherbeutel 26 durch die Vorspannung der Spiraldruckfeder 38 über die Pressscheibe 86 im Innenzylinder 28 komprimiert wird.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind der Zulaufraum 134 und das Verteilerelement 140 nicht abgestuft. Das Verteilerelement 140 ist nicht verschiebbar im Zulaufraum 134 angeordnet. Es wirkt so als Widerlager für den lonentauscherbeutel 26. Ein drittes Ausführungsbeispiel, dargestellt in der Figur 6, unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel aus der Figur 5 dadurch, dass anstelle der Pressscheibe 86 ein Kunststoffbecher 186 vorgesehen ist. Der Kunststoffbecher 186 besteht aus zwei voneinander trennbaren Halbschalen 188, welche den lonentauscherbeutel 26 auf seiner dem Aufnahmedeckel 54 zugewandten Seite umgreifen. Die Halbschalen 188 weisen radial innen an ihren Umfangsseiten Krallen 190 auf, welche sich in den lonentauscherbeutel 26 einkrallen und diesen festhalten. Der Kunststoffbecher 186 ist axial im Federaufnahmezylinder 84 verschiebbar. Anstelle der Spiraldruckfeder 38 ist ein Federboden 138 vorgesehen, der am Boden 58 des Bechers 56 des Aufnahmedeckels 54 befestigt ist. Der Fehlerboden 138 drückt in axialer Richtung gegen den Kunststoffbecher 186, so dass der lonentauscherbeutel 26 gegen den Innenzylinder 28 und das Verteilerelement 140 gepresst und das lonentauschergranulat 27 verdichtet wird.
In den Figuren 7 und 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Ausgleichsbehälters 10 gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Figur 5 dadurch, dass die Pressscheibe 86 radial außen Rastnasen 292 einer Rastverbindung 293 aufweist. Über die Rastverbindung 293 ist der lonentauscherbeutel 26 trennbar mit dem Aufnahmedeckel 54 verbunden. Der Federaufnahmezylinder 84 weist in seiner Umfangswand mit den Rastnasen 292 korrespondierende Rastaufnahmen 294 auf. Die Rastaufnahmen 294 verfügen jeweils über einen sich axial erstreckenden Einführungsabschnitt 296, welcher zum freien Rand des Federaufnahmezylinders 84 offen ist. Durch den Einführungsabschnitt 296 kann die entsprechende Rastnase 292 in axialer Richtung in die Rastaufnahme 294 eingeführt und aus dieser heraus gezogen werden. Der Einführungsabschnitt 296 geht über in einen sich in Um- fangsrichtung erstreckenden Translationsabschnitt 298. An den Translationsabschnitt 298 schließt sich ein sich in axialer Richtung erstreckender Verschiebeabschnitt 299 an. Der Verschiebeabschnitt 299 überragt den Translationsabschnitt 298 in axialer Richtung beidseitig. Die Rastnasen 292 mit den speziell ausgestalteten Rastaufnahmen 294 wirken als Sicherheitsverrastung, welche verhindert, dass sich die Verbindung zwischen der Pressscheibe 86 und dem Aufnahmedeckel 54 ungewollt löst. In dem Verschiebeabschnitt 299 kann sich die Pressscheibe 86 relativ zum Federaufnahmezylinder 84 in axialer Richtung bewegen, um den lonentauscherbeutel 26 zu komprimieren.
In den Figuren 9 und 10 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Ausgleichsbehälters 10 gezeigt. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 5 ist anstelle der Spiraldruckfeder 38 ein Federboden 338 vorgesehen, welcher sich im lonentauscherbeutel 26 befindet. Der Federboden 338 stützt sich an einer Abdeckscheibe 300 ab, welche an der dem Aufnahmedeckel 54 zugewandten Seite des lonentauscherbeutels 26 angeordnet ist. Mit seiner der Deckelscheibe 300 abgewandten Stirnseite stützt sich der Fehlerboden 338 an einer Pressscheibe 386 ab. Die Pressscheibe 386 befindet sich im Inneren des lonentauscherbeutels 26 zwischen dem Federboden 338 und dem lo- nentauschergranulat 27. Die Pressscheibe 386 ist fluiddurchlässig. Der Auslass 43 des lonentauscherbeutels 26 befindet sich auf Höhe des Federbodens 138. Die Abdeckscheibe 300 wird in Führungsleisten 388 am Boden 58 des Aufnahmedeckels 54 gehal- ten.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Ausgleichsbehälters 10 und eines lonentauschers 25 sind unter anderen folgenden Modifikationen möglich: Die Erfindung ist nicht beschränkt auf einen lonentauscher 25 von Kühlvorrichtungen von Brennstoffzellen von Kraftfahrzeugen. Vielmehr kann sie auch bei lonentauschern von andersartigen Funktionssystemen zur Aufbereitung von andersartigen flüssigen Fluiden, beispielsweise bei lonentauschern zur Deionisierung von Wasser bei Funkenerodiermaschinen, bei stationären Brennstoffzellenanwendungen oder zur Aufbereitung von wässriger Harnstofflösung, welche beispielsweise zur Sauerstoffreduktion von Stickoxiden in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, verwendet werden. Auch kann die Erfindung bei der Aufbereitung von Trinkwasser, Kühlwasser, Kesselwasser oder einem andersartigen Brauchwasser eingesetzt werden. Die Spiraldruckfedern 38 kann statt aus Kunststoff auch aus einem beschichteten Metall sein. Anstelle der Spiraldruckfedern 38 kann auch offenporiger Schaum als elastisches Element zur Kompression des lonentauscherbehälters 26 eingesetzt werden. Es kann auch eine Metallfeder vorgesehen sein, die in einem gegen das Kühlfluid abgedichteten Raum, beispielsweise unter Verwendung einer Membran und/oder eines Faltenbalgs, angeordnet ist, um einen Eintrag von Metallionen in das Kühlfluid zu verhindern. Der lonentauscherbeutel 26 kann statt aus einem flexiblen elastischen Material auch aus einem flexiblen nichtelastischen Material oder einen nur abschnittsweise elastischen Material sein.
Der lonentauscherbeutels 26 kann auch in den Abschnitten zwischen dem Einlass 41 und dem Auslass 43 für Fluid undurchlässig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der lonentauscherbeutel 26 dort fluidundurchlässig beschichtet sein oder mit einer fluidun- durchlässigen Hülle, beispielsweise einer elastischen Kompressionshülle, umgeben sein. Sind die Abschnitte zwischen dem Einlass 41 und dem Auslass 43 fluidundurchlässig, kann auf die Dichtwirkung beim Anliegen des lonentauscherbeutels 26 an der radial inneren Umfangsseite des Innenzylinders 28 verzichtet werden. Weist eine entsprechende fluidundurchlässige Hülle eine ausreichende Kompressionswirkung auf, um das lonentauschergranulat 21 zur Vermeidung von bevorzugten Strömungskanälen ausreichend zu verpressen, kann auch auf die Kompressionsfunktion des Innenzylinders 28 verzichtet werden. Unter Umständen kann dann auf den Innenzylinder 28 gänz- lieh verzichtet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Ausgleichsbehälter (10) für flüssiges Fluid, insbesondere Kühlfluid einer Kühlvorrichtung eines Funktionssystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Fluideinlass (36) und wenigstens einem Fluidauslass (48) für das Fluid und mit einem lonentauscher (25; 125; 225; 325; 425) zur Aufbereitung des Fluids mit einem lonentauscherbe- hälter (26; 126), der wenigstens einen Einlass (41 ) für aufzubereitendes Fluid und wenigstens einen Auslass (43) für aufbereitetes Fluid aufweist und in dem ein granulatartiges lonentauschermedium (27) strömungstechnisch zwischen dem Einlass (41 ) und dem Auslass (43) angeordnet ist, und der lonentauscher- behälter (26) in dem Ausgleichsbehälter (10) austauschbar angeordnet ist und der Einlass (41 ) mit dem Fluideinlass (36) und der Auslass auf (43) mit Fluidauslass (48) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass der lonentauscherbe- hälter (26) eine flexible Hülle hat und dass der Ausgleichsbehälter wenigstens eine Kompressionseinrichtung aufweist, insbesondere mit wenigstens einem elastischen Element (38; 138; 338), zur Kompression des lonentauscherbehäl- ters (26), insbesondere des lonentauschermediums (27).
2. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kompressionseinrichtung, insbesondere mit einem elastischen Element (338), zur Kompression des lonentauschermediums (27) in dem lonen- tauscherbehälter (26) angeordnet ist.
3. Ausgleichsbehälter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle des lonentauscherbehälters (26) wenigstens abschnittsweise elastisch ist.
4. Ausgleichsbehälter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (10) eine Anschlussgeometrie (30, 34; 134) für den lonentauscherbehälter (26) aufweist, mit der der Einlass (41 ) mit dem Fluideinlass (36) oder der Auslass mit Fluidauslass verbunden ist.
5. Ausgleichsbehälter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lonentauscherbehälter (26) in einer festen Aufnahmehülle, insbesondere einem Innenzylinder (28) im Ausgleichsbehälter (10), angeordnet ist.
6. Ausgleichsbehälter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (10) eine Austauschöffnung (52) für den lonen- tauscher (25; 125; 225; 325; 425) aufweist, die mit einem Deckel (54), insbesondere mit einem Schnappverschluss oder Rastverschluss (68, 70), verschließbar ist.
7. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der lo- nentauscherbehälter (26) mittels einer Halteeinrichtung, insbesondere einem insbesondere einem zweiteiligen Halteteil (186) mit Krallen (190) oder einer Rastverbindung (293), am Deckel (54) gehalten ist.
8. Ausgleichsbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (54) einen wenigstens zweistufigen Öffnungsmechanismus (68, 70, 60, 62) aufweist.
9. lonentauscher (25; 125; 225; 325; 425) eines Ausgleichsbehälters (10) für flüssiges Fluid, insbesondere Kühlfluid einer Kühlvorrichtung eines Funktionssystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, Zur Aufbereitung des Fluids, mit einem lonentauscherbehälter (26), der wenigstens einen Einlass (41 ) für aufzubereitendes Fluid und wenigstens einen Auslass (43) für aufbereitetes Fluid aufweist und in dem ein granulatartiges lonentauschermedium (27) strömungstechnisch zwischen dem Einlass (41 ) und dem Auslass (43) angeordnet ist, und der in einem Ausgleichsbehälter (10) austauschbar angeordnet werden kann, derart, dass der Einlass (41 ) mit einem Fluideinlass (36) des Ausgleichsbehälters (10) und der Auslass (43) mit einem Fluidauslass (48) des Ausgleichsbehälters (10) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass der lonentauscherbehälter (26) eine flexible Hülle hat und dass der Ausgleichsbehälter wenigstens eine Kompressionseinrichtung aufweist, insbesondere mit wenigstens einem elastischen Element (38; 138; 338), zur Kompression des lonentauscherbehäl- ters (26), insbesondere des lonentauschermediums (27).
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