(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のために用意された、燃料電池システムの冷媒回路のための機能モジュールであって、イオン交換物質（４）を有する容器（３）と、冷媒のためのポンプ装置（２）とを備え、前記ポンプ装置（２）の冷媒入口（７）および冷媒出口（８）が、前記容器（３）の冷媒出口（１０）および冷媒入口（９）と流体的に連結される機能モジュールにおいて、
前記容器（３）が、前記ポンプ装置（２）の搬送ユニット（６）を含む前記ポンプ装置（２）の少なくとも一領域を、少なくとも部分的に外周側で取り囲むことを特徴とする機能モジュール。
【請求項２】
前記容器（３）と前記ポンプ装置（２）の少なくとも前記搬送ユニット（６）とが軸平行に配置されており、前記搬送ユニット（６）が、少なくともその長手方向範囲の一部にわたって、前記容器（３）によって形成された収容空間内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の機能モジュール。
【請求項３】
前記容器（３）が前記イオン交換物質（４）を有する輪構造を備え、前記輪構造が少なくとも前記ポンプ装置（２）の前記搬送ユニット（６）を外周側で取り囲んで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の機能モジュール。
【請求項４】
前記容器（３）が、前記ポンプ装置（２）とは別の、運転時に放熱する、前記燃料電池システムの少なくとも１つの構成要素と少なくとも部分的に当接することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の機能モジュール。
【請求項５】
前記容器（３）を周囲から遮蔽することを可能にするカバー要素（１５）を備え、前記カバー要素（１５）と前記容器（３）間にばね要素（１８）が配置されていて、このばね要素によって前記容器（３）の前記冷媒入口および／または前記冷媒出口が前記ポンプ装置（２）の前記冷媒出口（８）および／または前記冷媒入口（７）に当接され得ることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の機能モジュール。
【請求項６】
前記容器（３）の前記冷媒入口（９）および／または前記冷媒出口（１０）が分離膜（２１）を有し、この分離膜は前記ポンプ装置（２）の前記冷媒出口（８）および／または前記冷媒入口（７）との流体的な連結によって、前記ポンプ装置（２）の側に配置された、操作要素（２２）を用いて破壊可能であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の機能モジュール。
【請求項７】
前記容器（３）中に存在する前記イオン交換物質（４）に圧力を加える加圧要素（２３）が備えられていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の機能モジュール。
【請求項８】
前記容器（３）が、棘状物もしくはピン（２５）もしくは円錐体（２８）もしくは偏心体（２９）もしくは楔形物（３０）もしくは球（３１）もしくはカム状物（３２）として形成された、少なくとも１つの操作要素を有し、この操作要素を用いて前記ポンプ装置（２）の前記冷媒入口（７）および／または前記冷媒出口（８）を閉鎖するために形成された閉鎖要素（４４、４６）を操作することが可能であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の機能モジュール。
【請求項９】
車両のために用意された、燃料電池システムの冷媒回路のための機能モジュール（１）を製造する方法であって、イオン交換物質（４）を有する容器（３）の冷媒入口（９）および冷媒出口（１０）が、冷媒のためのポンプ装置（２）の冷媒出口（８）および冷媒入口（７）と流体的に連結される方法において、
前記ポンプ装置（２）の搬送ユニット（６）を含む前記ポンプ装置（２）の少なくとも一領域が、少なくとも部分的に外周側で前記容器（３）により取り囲まれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
車両のために用意された、燃料電池システムの冷媒回路のための容器（３）であって、前記容器（２）がイオン交換物質（４）、冷媒入口（９）および冷媒出口（１０）を有し、かつ前記容器（１）が前記冷媒回路のポンプ装置（２）と流体的に連結可能である容器において、
前記容器（３）が、前記ポンプ装置（２）の搬送ユニット（６）を含む前記ポンプ装置（２）の少なくとも一領域を、少なくとも部分的に外周側で取り囲むように構成されていることを特徴とする容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に車両のために用意された、燃料電池システムの冷媒回路のための機能モジュールに関する。その機能モジュールはイオン交換物質を有する容器とその冷媒のためのポンプ装置とを含む。ポンプ装置の冷媒入口および冷媒出口は流体的に容器の冷媒出口および冷媒入口と連結している。さらに本発明は燃料電池システムの冷媒回路のためのこのような機能モジュールを製造する方法ならびに冷媒回路のための容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの冷媒は、とりわけ伝導性に関して、つまり冷媒中に溶解したイオンに関して、可能な限り純粋であるべきである。このことは特に必要であり、なぜならば、移動用途のための、つまり例えば車両のための、燃料電池システムが高い電圧を発生するよう設計されていなければならず、そのため燃料電池システムの冷媒回路の冷媒の低い伝導性が冷媒の絶縁抵抗に関して車両車体に対して保証されていなければならないからである。
【０００３】
冷媒の純度を保証するために、燃料電池システムの冷媒回路にイオン交換物質を有する容器が組み込まれている。さらにその冷却循環内には、粒子、つまり汚れ、剥離および残留物を遮りかつそのようにしてその狭い冷媒路、この冷媒路はこの冷媒路の詰まりを防ぐために燃料電池積層物の熱を排出する、にはとりわけ近づけないようにするフィルタ材料が組み込まれていてよい。
【０００４】
特許文献１には、ポンプハウジングが脱イオンフィルタのハウジングと一体に形成されている組み込まれた冷媒−ポンプモジュールが記載されている。そのフィルタの冷媒入口は冷媒ポンプの運転により冷媒をポンプの高圧側から受け取る。冷媒は次にフィルタ要素を貫流し、さらにその脱イオンフィルタの冷媒出口は前記冷媒ポンプの低圧側と流体的に連結している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ１０２００９０２３８６３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に記載の種類の機能モジュールであって、拡張された機能を示す機能モジュールならびにこのような機能モジュールを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する機能モジュール、請求項１０の特徴を有する方法および請求項１１の特徴を有する容器によって解決される。本発明の有利な実施形態および有利な発展形態は従属請求項に示されている。
本発明による機能モジュールの場合には、イオン交換物質を含む容器は、ポンプ装置の搬送ユニットを含むポンプ装置の少なくとも一領域を、少なくとも部分的に外周側で取り囲んでいる。これの基礎となっているのは、ポンプ装置の搬送ユニットがポンプ運転時に放熱するという知識である。イオン交換物質を含む容器が搬送ユニットを外周側で取り囲むと、イオン交換物質を貫流する冷媒を介して熱が導出されることによって、特に良好にポンプ装置の冷却が保証されることができる。同様に、寒い天候の場合にはポンプ装置の搬送ユニットは加熱目的で冷媒への熱の伝達に寄与することができる。このようにして機能モジュールは拡張された機能を有する。
【０００８】
その上、ポンプ装置の少なくとも搬送ユニットの形状に適合している容器の造形によって、冷媒回路用に設計されかつこの冷媒回路に適合させた、イオン交換物質を含む容器のみが使用されることを保証することができる。このようにして冷媒の規定通りの清浄化および高い機能の信頼性が保証される。
【０００９】
容器とポンプ装置の搬送ユニット、もしくはポンプ装置全体、はそれぞれ同じ幾何学的な形、例えば環、円柱、円板もしくはそのような形を有していてよく、かつ容器および少なくとも搬送ユニットの横断面は長方形、正方形の、円またはそのような形を有していてよい。このような相互に適合させた、相補的な造形によって、適合している容器のみが搬送ユニットないしはポンプ装置を取り囲んで入れられることが保証されることができる。
【００１０】
ポンプ装置の冷媒入口とポンプ装置の冷媒出口との間に特に高い圧力差が存在するため、ポンプ装置の冷媒入口および冷媒出口へのイオン交換物質を有する容器の並列接続によって全体的なイオン交換物質の特に均一な流量ないしは特に良好な貫流を保証することができる。つまり、ポンプ装置および容器の冷媒入口および冷媒出口相互の流体的な連結によって、特に多く圧力がイオン交換物質における貫流に使えるようになる。
【００１１】
殊にポンプ装置との容器の嵌合によるか、および／または摩擦による結合が予め定められていてよい。その場合には容器は特に簡単に、迅速にかつさらなる保持器なしに取付け可能であり、かつ走行動作時に典型的な振動（揺れ）の場合でさえ容器は確実にポンプ装置に保持されている。この際、ばね、ねじ山、レバー、クランプまたはそのようなものを使用することができ、かつ容器は溝、レールまたはそのようなもので案内されてポンプ装置に固定可能であってよい。
【００１２】
とりわけ容器はポンプ装置に案内されて、差し込まれて、および／またはねじ込まれて、および／またはロック可能に固定することができる。所望の組込み位置の到達はこの場合にはオペレータにとって感知可能、可聴であってよく、および／またはオペレータのエンドストップを介して対話可能であってよい。容器の所定の回転、例えば設定された組込み位置の到達に至るまでの全回転の４分の１または半分が必要であってもよい。
【００１３】
本発明の有利な実施形態の場合には前記容器と前記ポンプ装置の少なくとも前記搬送ユニットとが軸平行に配置されており、その際、搬送ユニットが少なくともその長手方向範囲の一部にわたって、容器によって形成された収容空間内に配置される。それにより搬送ユニットから、容器を冷媒回路の運転時に貫流する冷媒への特に良好な熱伝達を保証することができる。とりわけこのことは、容器と搬送ユニットとが、あるいは容器とポンプ装置とが同軸に配置されている場合に有効である。
【００１４】
さらに、前記容器が前記イオン交換物質を有する輪構造を備え、この輪構造が少なくとも前記ポンプ装置の前記搬送ユニットを外周側で取り囲んで形成される場合が有利である。それによりポンプ装置の搬送ユニットを取り囲む冷媒の流れの特に長い道程、これは搬送ユニットから冷媒への特に十分な熱伝達に適している、を保証することができる。
【００１５】
容器が、ポンプ装置とは別の運転時に放熱する燃料電池システムの少なくとも１つの構成要素と少なくとも部分的に当接する場合がさらに有利であることが判明した。その場合にはポンプ装置からばかりではなく、これらのさらなる構成要素からも良好に、冷媒が貫流する容器を介して熱を排出することができる。この構成要素は、例えば燃料電池システムの圧縮機、ターボ過給機、アノードモジュール、カソードモジュールおよび／またはパワーエレクトロニクスであってよい。
【００１６】
本発明のさらなる有利な実施形態の場合には容器は本質的にトラフ状に形成されており、その際、ポンプ装置の搬送ユニットを含むポンプ装置の領域が外周側でかつ正面まで容器により取り囲まれている。それにより、搬送ユニットと、冷媒回路の運転時に特に良好な冷却をもたらす容器との間の特に大面積の接触が保証されている。その上、このようにして機能モジュールの特にコンパクトな構造様式が実現されている。
【００１７】
前記機能モジュールは容器を周囲から遮蔽することを可能にするカバー要素を備えることができ、その際、カバー要素と容器間にばね要素が配置されていて、このばね要素によって容器の冷媒入口および／または冷媒出口がポンプ装置の冷媒入口および／または冷媒出口に当てることができる。このようにして一方でポンプ装置との容器の密着する流体的な連結がもたらされており、かつ他方で容器は特に良好に環境の影響から保護されている。
【００１８】
さらに、容器の冷媒入口および／または冷媒出口が分離膜を有し、この分離膜はポンプ装置の冷媒出口および／または冷媒入口との流体的な連結によって操作要素を用いて破壊可能である場合が有利である。このようにしてポンプ装置との容器の連結前は分離膜によってイオン交換物質の汚染が阻止されており、かつ容器およびポンプ装置の流体的な連結によりようやくイオン交換物質に至るまでの冷媒にとっての通行可能性が得られる。とりわけイオン交換物質への湿気の侵入が回避されることによってイオン交換物質の老化が阻止され、したがって容器が冷媒回路に使用される前の特に長い貯蔵期間が可能になる。類似したことが、イオン交換物質の過度の乾燥およびしたがって老化をもたらしうるイオン交換物質からの湿気の漏出にあてはまる。
【００１９】
分離膜または膜は保護被覆のように容器全体を取り囲んでもよく、かつこのようにしてイオン交換物質、殊にイオン交換樹脂、を外部の影響、例えば湿気および汚れに対して遮断することもできる。しかしながら、イオン交換物質の望ましくない老化の防止のために真空が容器内に予め定められていてもよい。分離膜の代わりにプラグおよび／または取り外し可能もしくは引き裂き可能なフィルムまたはそういうものが用意されていてもよい。機能モジュールへの容器の取付けにより分離膜の破壊をもたらす操作要素が予め定められていない場合には、分離膜の破壊は別の選択肢としてオペレータにより、例えば引き剥がしまたは引き裂きによって行われてもよい。
【００２０】
分離膜が特に簡単かつ適切に冷媒にとっての通過は少なくとも自由にするために、とりわけ分離膜の穿孔および／または薄肉化が予め定められていてよい。このような穿孔は例えば星形に形成されていてもよいし、フラップの縁境が分離膜の薄肉化として形成されている場合には、分離膜の部分領域をフラップのように支軸を中心に回転するように開けられてもよい。
【００２１】
分離膜を破壊するために、例えば円錐体もしくは棘状物またはそのようなものとして形成された操作要素が、とりわけポンプ装置の両側に配置されていてよく、そのことによってポンプ装置との容器の流体的な連結の際に自動的に分離膜の破壊が行われる。
【００２２】
好ましくは、容器中に存在するイオン交換物質に圧力を加える加圧要素がさらに備えられている。こうしてイオン交換物質の最適な機能を持続的に保証することができる。加圧要素は、イオン交換物質により占められた体積中に空体積が生じるのを阻止するばねのように構成されていてよい。それによりイオン交換物質の均一な貫流を達成することができ、かつ優先される流路の形成がイオン交換物質によって阻止される。このことによって冷媒循環におけるイオン交換物質の効果が改善される。
【００２３】
ばねは、例えば容器内に配置された可動のピストンに圧力をかけることができる。しかしながら、例えばグラスファイバフリース、膜、化学繊維織物、メタルファブリックまたは、例えばホウケイ酸ガラスから成る、フリットとして形成されていてよいフィルタ材料によっても、例えばフィルタ材料が膨化することによりイオン交換物質の押し潰れがもたらされうる。フィルタ材料によってイオン交換物質はこのように加圧下に容器中に保留される。その上、冷媒回路の構成要素の汚染がフィルタ材料によって阻止される。
【００２４】
さらに、容器が少なくとも１つの操作要素を有し、この操作要素を用いてポンプ装置の冷媒入口および／または冷媒出口を閉鎖するために形成された閉鎖要素を操作することが可能である場合が有利である。つまり、容器がポンプ装置と接続していない限り、冷媒入口および／または冷媒出口が閉鎖要素を有する場合には、冷媒入口および／または冷媒出口は閉鎖されている。このような自動的な閉鎖機構によって、ポンプ装置からの容器の連結解除直後すでに容器が使用されることにより閉鎖要素は割り当てられた入口または出口を閉鎖することが保証されている。その場合には汚染が冷媒中に侵入することができない。閉鎖は単純に容器の取外しによってもたらされ、かつポンプ装置との容器の連結の場合には操作要素によって閉鎖要素の開放位置への移動がもたらされる。閉鎖要素によって、ばら材料としてのばらばらのイオン交換物質または小袋またはそのようなものの中にパッキングされたイオン交換物質が冷媒回路内に入ることができないということももたらされる。つまり、容器の取付けによってはじめて、操作要素が閉鎖要素を動かすことにより、閉鎖要素の開放がもたらされる。
【００２５】
閉鎖要素としてボルトもしくはスライダ、チェックバルブ、可動のシーリングフラップ、回転円板またはそういうものを使用することができる。さらに閉鎖要素を動かすために棘状物もしくはピン、円錐体、偏心体、楔形物、球もしくは半球またはカム状物が操作要素として備えられていてよい。このようにして閉鎖要素の特に処理上確実な操作がもたらされうる。
【００２６】
操作要素を用いた閉鎖要素の機械的な操作に対して付加的または代替的に容器の取付けの際にスイッチを操作してよく、この場合、スイッチの操作はその場合には閉鎖要素を用いた閉鎖のためのアクチュエータを用いてもたらされる。例えば電気機械式スイッチ、例えばマイクロコンタクトスイッチまたはソレノイドスイッチが電気的な接点を開閉することができる。この場合には、接点の開放または接続によって冷媒入口および／または冷媒出口の開放または遮断がもたらされることができる。このような電気的な接点は、例えばフィンガーコンタクトとして形成されていてよい。
【００２７】
電気的な接点の開放および接続によって付加的または代替的に、冷媒回路の機能ユニットへの電気的なエネルギーの流れに影響が及ぼされるかまたは中断されるようにすることができる。このことは直接行ってもよいし、制御装置を介して行ってもよい。これにより制御される冷媒回路の機能ユニット、例えば電動ポンプまたは電動制御弁は冷媒の流れに影響を及ぼすことができる。そのことによって、容器がポンプ装置から連結解除されたら直ちに、冷媒の送り出しがそれ以上行われないことを保証することができる。
【００２８】
付加的または代替的に非接触式に制御可能なスイッチ、例えば磁気受動スイッチが備えられていてよく、および／または非接触式スイッチは、例えばＲＦＩＤシステム（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ、無線認証）に使用されるチップを含んでいてよい。この種の非接触式スイッチまたはＲＦＩＤチップは、容器がポンプ装置に連結されているか、取り外されているかに応じて冷媒入口および／または冷媒出口が開放ないしは閉鎖されるようにすることができる。
【００２９】
しかしながら、この種の非接触式に制御可能なスイッチによって予め定められた容器しかそのポンプ装置と連結できないことが付加的に保証されかつさもなければ冷媒回路の運転が阻止されることが予め定められていてもよい。このことはとりわけＲＦＩＤチップの使用によって可能である。さらには、機能モジュールへの認証不可能な容器のマニピュレーションまたは前記取付けが確認される場合には、例えば車両のインストルメントクラスタに警告メッセージを起動し、および／または燃料電池システムの始動を阻止する信号を生じさせてもよい。その信号はさらに、例えば障害追跡またはクイックテストの際に、診断目的のためのエラーコードを生成してもよい。
【００３０】
機械的なスイッチまたは非接触式に制御可能なスイッチによって生成可能な信号を介してポンプ装置との容器の連結の時期および／または容器の耐用期間が求められかつ該当するデータ値が制御装置に記憶されてもよい。このようにしてイオン交換物質の状態、殊にイオン交換物質の効果を帰納的に推論することができる。
【００３１】
本発明の別の態様によれば機能モジュールへの容器の規定通りの取付けは容器中の冷媒の存在に基づいて決定することができる。つまり容器が冷媒と接触しておらずかつしたがって乾燥しているうちは、イオン交換物質および場合によってはフィルタ材料もまた使用されていない。イオン交換物質および場合によってはフィルタ材料の使用または投入によって、つまりこれらが冷媒と接触する場合に、これら材料の状態が変化する。容器中の冷媒の存在はこの場合には測定装置を用いて、例えばポンプ装置の領域に接してかもしくは領域内に配置されたコイルが、容器中に冷媒が存在しているかいないかに応じてそれぞれ異なる磁場を発生させる誘導形測定プロセスによって決定することができる。
【００３２】
イオン交換物質の状態およびしたがってイオン交換物質の使用時間を判定する別の方法は、容器の壁部を部分的もしくは完全に透明にすることであり、そのことによって冷媒およびイオン交換物質が外から見える。このようにして機能検査および診断を光学的に行うことができる。
【００３３】
容器中のイオン交換物質が消費された、不飽和の状態では無色もしくは有色であり、かつ飽和の、つまり利用された状態では他の、とりわけ人間の眼で感知可能な着色を示すことも可能である。イオン交換物質のこの種の飽和表示は、フレキシブルな保守インターバルが予め定められている場合、および／または燃料電池システムの冷媒回路における修理作業の枠内で顧客サービス部門がこの容器を検査する場合にとりわけ有利である。
【００３４】
イオン交換物質は容器を完全に充填されてもよいし、部分的に充填されてもよい。イオン交換物質は容器の内側面に、例えば袋中に固定されていてよく、あるいはイオン交換物質は取外し不可能に、例えば化学結合されて、容器の壁部材料中に埋め込まれていてよい。さらにイオン交換物質は例えば容器の壁部に接着されていてよい。イオン交換物質が固定して容器に結合されていない場合には、イオン交換物質の簡単な交換が可能となる。
【００３５】
イオン交換物質の簡単かつ迅速な交換を実現するために、このイオン交換物質は例えば独立した容器、例えばパトローネまたはカートリッジ、中に収納されていてよい。この容器もまたイオン交換物質および場合によってはフィルタ材料のために予め定められた容器中に収納されていてよい。その場合には、イオン交換物質も、場合によってはフィルタ材料も含有する容器を取り外すことができ、清潔な作業場にて、殊にクリーンルーム条件下に、消費された、飽和のイオン交換物質を含む独立したパトローネもしくはカートリッジまたはそのようなものを新しくすることができる。しかし、依然として機能モジュールに組み込まれ容器の状態での独立したパトローネまたはカートリッジの直接の交換もまた可能である。
【００３６】
容器の取付けまたは取り外しの際の冷媒流出を回避するために、好ましくは容器および／またはポンプ装置にセルフシール式の、例えば膜および／またはチェックバルブの形のインタフェースが予め定められている。このようにして新たな容器の簡単、迅速かつ清潔な取付けが、例えば保守および／または修理の枠内でのサービス作業にとって有利であるように、保証されることができる。これには、容器が防汚状態に包装、輸送かつ配達される場合および冷媒回路に容器が取り付けられるために短時間のみ開かれる場合が適している。
【００３７】
容器および／またはポンプ装置の冷媒入口および冷媒出口におけるセルフシール式のインタフェースの使用によって接続ホースの長さを減らすことができる。このことは有利にパッケージングおよび部品重量に影響を与える。このような減じられた重量およびコンパクトなパッケージングは、殊に冷媒回路を車両のための燃料電池システムに使用すべき場合に有利である。
【００３８】
取付け状態において容器は水平面に対して垂直もしくは傾斜して向けられていてよいか、あるいは容器の水平面に対してほぼ平行なアライメントが予め定められていてよい。その上、有利であるのは、冷媒によるイオン交換物質の下から上への、つまり重力に抗した貫流である。このようにして特に均一な貫流を保証することができる。
【００３９】
材料に関しては冷媒と接触する機能モジュールの構成要素には、通常、脱イオン化された冷媒と適合性である、例えばプラスチック、ゴム、特殊鋼、繊維強化プラスチック、殊にガラス繊維強化プラスチックまたはそのようなものを使用することができる。このことは閉鎖要素および閉鎖要素を動かすための操作要素にも、ならびに場合によっては、容器の冷媒入口および／または冷媒出口を閉鎖する分離膜、例えばフィルム（例えばシーリング・フィルムもしくは密閉フィルム）または膜に当てはまる。
【００４０】
燃料電池システムの冷媒回路のための機能モジュールを製造する本発明による方法の場合には、イオン交換物質を有する容器の冷媒入口および冷媒出口を流体的に冷媒のためのポンプ装置の冷媒出口および冷媒入口と連結する。この際、ポンプ装置の搬送ユニットを含むポンプ装置の少なくとも一領域が、少なくとも部分的に外周側で容器により取り囲まれる。このようにして製造された機能モジュールは拡張された機能を有する、それというのもイオン交換物質を含む容器を介して冷媒回路の運転時に特に良好に熱をポンプ装置の搬送ユニットから排出することができるからである。
【００４１】
特に車両のために用意された、燃料電池システムの冷媒回路のための、本発明による容器の場合には容器はイオン交換物質、冷媒入口および冷媒出口を有する。容器は冷媒回路のポンプ装置と流体的に連結可能である。この場合には容器は、ポンプ装置の搬送ユニットを含むポンプ装置の少なくとも一領域を、少なくとも部分的に外周側で取り囲むように構成されている。このようにして形成された容器は良好に導熱性の状態でポンプ装置に取り付けることができ、その結果、イオン交換物質を貫流する冷媒を介して熱が排出されることにより特に有利に、ポンプ装置の場合によっては付加的な冷却を保証することができる。同様に、寒い天候の場合にはポンプ装置の搬送ユニットは加熱目的で冷媒への熱の伝達に寄与することができる。
【００４２】
本発明のそれぞれの態様のために記載した有利な実施形態および利点は本発明の別の態様にも当てはまり、その逆もまた同様である。さらに、本発明による機能モジュールのために記載した利点および有利な実施形態は機能モジュールを製造するための本発明による方法にも当てはまる。
【００４３】
これまで明細書に掲げた特徴および特徴の組み合わせならびにこれから図面の説明において掲げる、および／または図面にのみ示した特徴および特徴の組み合わせは、それぞれの示した組合せばかりではなく、他の組合せでも、あるいは単独で、本発明の範囲を逸脱することなく使用可能である。
【００４４】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は請求項、有利な実施形態の次の説明から、ならびに図面に基づいて明らかであり、これら図面では同じ要素もしくは同機能の要素に同一の符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】冷媒ポンプとイオン交換物質が入った容器とを含み、この場合、容器が冷媒ポンプを外周側で冷媒ポンプの長さ全体にわたって取り囲む、燃料電池システムの冷媒回路のための機能モジュールを示す概略的な透視図である。
【図２】前記容器が冷媒ポンプを冷媒ポンプの長さの一部のみで外周側で取り囲むもう１つのこのような機能モジュールを示す概略的な透視図である。
【図３】図１または図２の機能モジュールを示す正面図である。
【図４】冷媒ポンプを外周側でかつ同軸に取り囲む容器、この場合、容器が六角形である、を伴った機能モジュールを示す図である。
【図５】冷媒ポンプを外周側でかつ同軸に取り囲む容器、この場合、容器が本質的に長方形である、を伴った機能モジュールを示す図である。
【図６】冷媒ポンプを外周側でかつ同軸に取り囲む容器、この場合、容器が八角形である、を伴った機能モジュールを示す図である。
【図７】冷媒ポンプおよび容器を冷媒が貫流するのが示されている機能モジュールの断面図を示す図である。
【図８】冷媒ポンプへの容器の取付け前の、冷媒ポンプの搬送ユニットを外周側で取り囲むトラフ状に形成された容器を有する機能モジュールを示す図である。
【図９】取り付けられた状態の図８の機能モジュールを示す図である。
【図１０】冷媒ポンプにトラフ状の容器が取付けられる前であって、この場合、容器の冷媒入口および冷媒出口が膜によって閉鎖されており、この膜が冷媒ポンプの両側に配置された棘状物によって取付け時に突き破られる、機能モジュールを示す図である。
【図１１】図１０の膜を突き破ることができる操作要素の別の可能な形を示す図である。
【図１２】前記容器を冷媒ポンプに固定する第１の方法を示す図である。
【図１３】前記容器を冷媒ポンプに固定する第２の方法を示す図である。
【図１４】冷媒ポンプによって形成された収容部の形状に適合している形状を有する容器を伴った機能モジュールを示す図である。
【図１５】付加的に冷媒ポンプへの容器の取付けの際に少なくとも１つのスイッチが操作される、図１４の機能モジュールを示す図である。
【図１６】容器に取り付けられたピンによって動かされるボルトを用いた冷媒ポンプに通じる冷媒導管の開放を示す図である。
【図１７】冷媒ポンプへの容器の取付けによる、冷媒ポンプに通じる冷媒導管を閉鎖しているスライダの開放の別の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
車両の燃料電池システムの冷媒回路のための、図１に概略的に示された機能モジュール１には冷媒ポンプ２および容器３が含まれ、この容器にはイオン交換物質４が配置されている（図７参照）。付加的に容器３には、冷媒とともに運搬される可能性のある粒子、例えばイオン交換物質４の制止に使用されるフィルタ材料５が配置されていてよい（図７参照）。
【００４７】
機能モジュール１の図１に示した変形形態の場合には容器３は冷媒ポンプ２を冷媒ポンプ２の軸方向の長さ全体にわたって完全に取り囲んでいる。冷媒ポンプ２および容器３はこの場合には同軸に配置されている。
【００４８】
機能モジュール１の図２に示した変形形態の場合には容器３は冷媒ポンプ２を同じく外周側であるが、しかしながら冷媒ポンプ２の長さ全体にわたってではなく、この長さの部分範囲のみを取り囲んでいる。しかしながら、この形態の場合には冷媒ポンプ２の正面端も容器３により覆われている。
【００４９】
図３は、冷媒ポンプ２とその冷媒ポンプ２を取り囲む容器３との同軸の配置を特によく示している。
【００５０】
容器３の内側輪郭が冷媒ポンプ２の外側輪郭に適合している一方で、容器３の外側輪郭は種々の形を有していてよく、そして例えば六角形でもよいし（図４参照）、本質的に長方形もしくは正方形（図５参照）でもよいし、あるいは容器３の外側輪郭の八角形の造形があってよい（図６参照）。
【００５１】
図７は冷媒ポンプ２を通る冷媒の流れを示し、この冷媒ポンプ２の外周側にはイオン交換物質４および任意のフィルタ材料５を含む容器３が配置されている。冷媒ポンプ２の搬送ユニット６が冷媒を冷媒ポンプ２の低圧側の冷媒入口７から高圧側の冷媒出口８へと送り出す。搬送ユニット６は、冷媒を流れの矢印１１の方向に動かすことができる羽根またはそういうものを有していてよい（図示されていない）。
【００５２】
冷媒ポンプ２の冷媒出口８には容器３の冷媒入口９が、さらに冷媒ポンプ２の冷媒入口７には容器３の冷媒出口１０が接続されている。流れの矢印１１は、一方で冷媒ポンプ２を、そして他方で容器３を流れる冷媒の方向を示す。容器３はつまり冷媒ポンプ２の冷媒入口７および冷媒出口８に対して平行に冷媒ポンプ２に接続されている。
【００５３】
それにより、冷媒の分流をフィルタ材料５およびイオン交換物質４を貫いて動かすために、冷媒ポンプ２の冷媒出口８および冷媒入口７間の特に高い圧力差が利用される。このことによってフィルタ材料５およびとりわけイオン交換物質４の特に均一な貫流がもたらされる。それにもかかわらず、冷媒の流れ全体が大きな圧力損失を伴うイオン交換物質４を通してポンプで送られるのではなく、冷媒の分流のみである。
【００５４】
少なくとも搬送ユニット６を外周側で少なくとも部分的に取り囲むポンプ装置２への容器３の配置によって、容器３を介して搬送ユニット６から放出される熱を導出することができる。つまり容器３と殊に、イオン交換物質４および（任意の）フィルタ材料５を貫流する冷媒とによって、冷媒回路の運転時の冷媒ポンプ２の搬送ユニット６の特に良好な冷却がもたらされる。
【００５５】
図８に示した機能モジュール１の場合には容器３は本質的にトラフ状に形成されており、かつ容器３は冷媒ポンプ２に取り付けられた状態で冷媒ポンプ２の搬送ユニット６を外周側でかつ搬送ユニット６の正面１２まで取り囲む。
【００５６】
先ず取付け時に容器３は図８の動きの矢印１３によって示した方向に従って搬送ユニット６に取り付け、その結果、容器３の冷媒入口および冷媒出口は冷媒ポンプ２の冷媒入口７および冷媒出口８と連結させる。この際、シールリング１４によって冷媒ポンプ２との容器３のしっかり密着した流体的な連結がもたらされる。
【００５７】
続いて、図８にもう１つの動きの矢印１７によって示されているように、カバー１５が冷媒ポンプ２のハウジングの壁部１６にねじ留めされる。壁部１６もこの際、容器３を外周側で取り囲む。カバー１５および容器３間に、例えば、ばね１８または圧縮ガスを含むクッションの形の加圧要素が配置されている。このばね１８によって、容器３が冷媒ポンプ２に取り付けられた状態で（図９参照）、冷媒ポンプ２および容器３の相互に対応する冷媒入口および冷媒出口が押し合わされることがもたらされる。
【００５８】
図９では流れの矢印１１は、カバー１５が冷媒ポンプ２のハウジングの壁部１６にねじ留めされかつ冷媒ポンプ２が容器２と流体的に連結されている場合の、イオン交換物質４を通る冷媒の流れを示す。
【００５９】
機能モジュール１の図１０に示した変形形態の場合には図９の実施形態の場合のように分離したカバーが備えられているのではなく、容器３のハウジングの外側壁部１９がねじ山２０を有する。取付け時に本質的にトラフ状の容器３は先ず図１０の動きの矢印１３に従って冷媒ポンプ２の搬送ユニット６に押し込まれる。続いて、容器のねじ山２０によって冷媒ポンプ２のハウジングにねじ込まれる。このねじ運動は図１０ではもう１つの動きの矢印１７によって示されている。
【００６０】
機能モジュール１のこの形態の場合にはイオン交換物質４は容器３の両側に、かつフィルタ材料５は冷媒ポンプ２の両側に配置されている。さらに容器３の冷媒入口および冷媒出口は、容器３が流体的に冷媒ポンプ２と連結しないうちは、膜２１によって閉鎖されている。容器３が冷媒ポンプ２に取り付けられることによりようやく棘状物２２またはそういう操作要素が膜２１を突き破り、冷媒ポンプ２と容器３間の流体的な連結が成立する。
【００６１】
容器３にはこの形態の場合にはさらに例えば、ばね２３またはガス充填されたクッションの形の加圧要素が配置されており、この加圧要素は容器３内のピストン様に可動の壁部２４に圧力を加える。このことによって、イオン交換物質４を通る優先される流路の形成を促進する空体積がイオン交換物質４中に生じない。
【００６２】
さらに容器３にピン２５の形の操作要素が取り付けられており、この操作要素には付加的に鍵の歯様の機械的なコーディング２６が備えられていてよい。機械的なコーディング２６はこのようなケースで、その冷媒ポンプ２への取付けを想定した容器３のみが実際にも取り付けられることができることを保証する。ピン２５は冷媒ポンプ２への容器３の取付けにより、例えばボルト、スライダ、フラップまたはチェックバルブの形の閉鎖要素を操作することができ、かつそうして冷媒が冷媒ポンプ２から容器３に流入しうることを可能にする。
【００６３】
図１１は、膜２１の突き破りを図１０に示した棘状物２２と同様に生じさせることができる、例えば針状物２７、円錐体２８、偏心体２９、楔形物３０、球もしくは半球３１またはカム状物３２の形のさらなる操作要素を示す。
【００６４】
しかしまた図１１の操作要素も、図１０に示したピン２５と同様に冷媒ポンプ２の両側に配置された冷媒導管からの放出のための閉鎖要素、例えばスライダ、ボルト、フラップまたはチェックバルブの操作を生じることができる。
【００６５】
図１２はローレットねじ３３を用いた冷媒ポンプ２への容器３の固定方法を示し、この場合、冷媒ポンプ２への容器３の取付けおよびローレットねじ３３のねじ頭部の締付けがそれぞれの動きの矢印３４、３５によって示されている。流れの矢印１１は、容器３が冷媒回路の運転時に冷媒ポンプ２に固定されている場合の、容器３内のイオン交換物質４における貫流を示す。
【００６６】
図１３の機能モジュール１の変形形態の場合には容器３は冷媒ポンプ２に偏心体３６を用いて固定されている。この場合にも冷媒ポンプ２への容器３の取付けおよび偏心体３６の締付けは同様の動きの矢印３４、３５によって示されている。
【００６７】
図１４に概略的に示された機能モジュール１の変形形態の場合には容器３の外側壁部に例えば円錐形の突出部３７があり、この突出部は、冷媒ポンプ２のハウジングの外側壁部に形成された対応する凹部３８に挿入可能である。
【００６８】
この場合にも、冷媒ポンプ２の冷媒入口および冷媒出口と連結している容器３内への冷媒入口９および容器３の冷媒出口１０は、冷媒ポンプ２との流体的な連結が成立するまで膜２１またはそのような、容器３を密閉する分離膜によって閉鎖されている。その容器にはこの場にはイオン交換物質４も、フィルタ材料５も含まれている。流れの矢印１１はフィルタ材料５およびイオン交換物質４を通る冷媒の方向を示し、かつ動きの矢印３９は冷媒ポンプ２への容器３の取付けの際の方向を示す。
【００６９】
機能モジュール１の図１５に示した実施形態の場合には突出部３７は半球形に形成されており、かつさらに凹部３８への突出部３７の挿入によって電気的なタッチスイッチ４０が閉じられる。タッチスイッチ４０を閉じることによって、冷媒ポンプ２に接続された冷媒導管を閉鎖している閉鎖要素、例えばボルト、スライダ、チェックバルブ、可動のシールリング・フラップ、回転円板またはそのようなものが開かれるようにすることができる。
【００７０】
しかしながら、タッチスイッチ４０のこの操作によって、（例えば電動の）冷媒ポンプ２に、タッチスイッチ４０が閉じられている場合に初めて電気エネルギーが供給されるようにしたり、容器３が冷媒ポンプ２から取り外されると、エネルギー供給が中断されるようにしたりすることも可能である。冷媒ポンプ２のこの制御は間接的に、例えば制御装置を介して行ってもよい。タッチスイッチ４０は例えばマイクロコンタクトスイッチまたはソレノイドスイッチとして形成されていてよい。
【００７１】
上記機能を果たす非接触式スイッチ４１が付加的または代替的に備えられていてよい。非接触式スイッチ４１として例えば磁気スイッチ、例えば磁気受動スイッチ（ＭＡＰＰＳ）またはＲＦＩＤシステムのチップが備えられていてよい。そのようなチップは容器３の識別に使用することもでき、かつそのようにして、その冷媒ポンプ２への接続が想定された適当な容器３のみがその冷媒回路に取り付けられることを付加的に保証することができる。
【００７２】
図１６の機能モジュール１の場合にはイオン交換物質４およびフィルタ材料５を含む容器３を動きの矢印４２によって示された取付け方向に取り付けることによって、容器３に取り付けられたピン４３がボルト４４（部分的にのみ図示された）を左方向にわきにずらす。ボルト４４のこの動きによって、冷媒ポンプ２に通じる冷媒導管４５が開放される。これに基づいて冷媒は図１６で流れの矢印１１によって示されているように、冷却ポンプ２に流入することができ、かつそこから容器３内に達することができる。ピン４３はこの実施形態の場合には容器３への冷媒入口の範囲内に配置されている。
【００７３】
これに対して機能モジュール１の図１７に示した変形形態の場合にはスライダ４６を動かすように形成された操作要素４７が容器３内への冷媒入口９から離れて配置されている。しかしながら、この場合にも操作要素４７を用いたスライダ４６の操作が、冷媒導管４５の開放をもたらし、冷媒が、流れの矢印１１によって示されているように、冷媒ポンプ２および容器３に流入することを可能にする。この場合にも容器３の取付け方向は動きの矢印４２によって示されている。
【００７４】
ボルト４４およびスライダ４６は、容器３が冷媒ポンプ２から連結解除されると、殊に戻しばねによって、冷媒導管４５を閉鎖する初期位置に移動させることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  機能モジュール
２  冷媒ポンプ
３  容器
４  イオン交換物質
５  フィルタ材料
６  搬送ユニット
７  冷媒入口
８  冷媒出口
９  冷媒入口
１０  冷媒出口
１１  流れの矢印
１２  正面
１３  動きの矢印
１４  シールリング
１５  カバー
１６  壁部
１７  動きの矢印
１８  ばね
１９  壁部
２０  ねじ山
２１  膜
２２  棘状物
２３  ばね
２４  壁部
２５  ピン
２６  コーディング
２７  針状物
２８  円錐体
２９  偏心体
３０  楔形物
３１  半球
３２  カム状物
３３  ローレットねじ
３４  動きの矢印
３５  動きの矢印
３６  偏心体
３７  突出部
３８  凹部
３９  動きの矢印
４０  タッチスイッチ
４１  スイッチ
４２  動きの矢印
４３  ピン
４４  ボルト
４５  冷媒導管
４６  スライダ
４７  操作要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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