(57)【要約】  本発明は、特に自動車両のための、特に燃料電池システム（１２）のための、機能システムのための冷却デバイス（１０）に関する。冷却デバイス（１０）は、冷却のための機能システム（１２）に連結される、冷却液のためのラインシステム（１４，２２）を含む。冷却液のための冷却デバイス（１０）のタンク（２０）がラインシステム（１４，２２）に流体的に連結される。冷却液を調製するための調製ユニット、特にイオン交換器（２４）がラインシステム（１４，２２）に流体的に連結される。タンク（２０）は、タンク（２０）内に立つように配置される調製ユニット（２４）および／またはイオン交換器（２４）のための差し込み口を含む。
2013502031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能システム、特に燃料電池システム（１２）、特に自動車両の冷却デバイス（１０）であって、冷却のために前記機能システム（１２）に連結される冷却液のための導管システム（１４，２２）と、前記導管システム（１４，２２）に流体的に連結される前記冷却液のための容器（２０；２２０；３０１）と、前記導管システム（１４，２２）に流体的に連結される前記冷却液を処理するための処理ユニット、特にイオン交換器（２４，３０２）と、を含む、冷却デバイス（１０）において、前記容器（２０；２２０；３０１）は、前記処理ユニット（２４）のための差し込み口（４２；２４２；３０３）を含むことを特徴とする、冷却デバイス（１０）。
【請求項２】
前記容器は補償容器（２０；３０１）であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却デバイス。
【請求項３】
前記容器（２０；２２０；３０１）は、特に空間的に上部に、閉鎖可能な開口部（６０；２６０）を有し、前記開口部（６０；２６０）を通して、前記処理ユニット（２４，３０２）を、前記容器（２０；２２０；３０１）の内部に、特に交換可能に導入しうることを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却デバイス。
【請求項４】
前記処理ユニットは、特にイオン交換器カートリッジ（２４；３０２）であるイオン交換器を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却デバイス。
【請求項５】
前記イオン交換器（２４）は、粒状イオン交換媒体（７３）を圧縮するための押圧デバイス（７０；１１０，１２２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の冷却デバイス。
【請求項６】
容器（２０；２２０）および／または前記処理ユニット（２４）は、少なくとも１つの構成要素、特に前記処理ユニット（２４）を通過する前記冷却液の流れをあらかじめ設定する、前記処理ユニット（２４）のためのジャケット（４４；７４；２４４）を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却デバイス。
【請求項７】
前記容器（２０）内に前記冷却液のためのバッフルデバイスまたはスプラッシュガードデバイス、特にバッフルプレート（３４）および／またはバッフルリブが配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却デバイス。
【請求項８】
前記容器（２０）は、前記燃料電池システム（１２）の冷却のために主要導管システム（１４）と流体的に連結されるバイパス導管（２２）内に位置することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却デバイス。
【請求項９】
冷却液のための冷却デバイス（１０）の導管システム（１４，２２）および前記導管システム（１４，２２）と流体的に連結可能な前記冷却液のための容器（２０；２２０；３０１）と連結される、機能システム、特に燃料電池システム（１２）、特に自動車両の冷却デバイス（１０）の冷却液を処理するための処理ユニット、特にイオン交換器（２４，３０２）であって、前記処理ユニット（２４，３０２）は、前記容器（２０；２２０，３０１）の適切な差し込み口（４２；２４２；３０３）内に配置されうるように設計されることを特徴とする、処理ユニット。
【請求項１０】
イオン交換器、特に、粒状イオン交換媒体（７３）を圧縮するための押圧デバイス（７０；１１０，１２２）を含むイオン交換器カートリッジ（２４）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の処理ユニット。
【請求項１１】
機能システム、特に燃料電池システム（１２）、特に自動車両の冷却デバイス（１０）の冷却液容器、特に冷却液補償容器（２０，３０１）であって、冷却のために前記機能システム（１２）に連結される冷却液のための導管システム（１４，４２）と流体的に連結可能であり、前記導管システム（１４，４２）は、処理ユニット、特に前記冷却液を処理するためのイオン交換器（２４，３０２）と流体的に連結される、冷却液容器において、前記冷却液容器（２０，３０１）は、前記冷却液容器（２０，３０１）内に直立して配置される前記処理ユニット（２４，３０２）および／またはイオン交換器（２４，３０２）の一体化のための差し込み口（４２，３０３）を有することを特徴とする、冷却液容器。
【請求項１２】
前記イオン交換器（２４，３０２）は、前記冷却液容器（２０，３０１）内において前記冷却液容器（２０，３０１）の長手方向の軸（Ａ）と前記イオン交換器（２４，３０１）の長手方向の軸（Ａ）が平行または同軸に配向されるように配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の冷却液容器。
【請求項１３】
前記イオン交換器（２４，３０２）は、前記冷却液容器（２０，３０１）内において冷却液が前記イオン交換器（２４，３０２）を通過して底部から上部に、または上部から底部に流れるように配置されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の冷却液容器。
【請求項１４】
前記イオン交換器（２４，３０２）は、前記冷却液容器（２０，３０１）内に、着脱可能に、好ましくは鎖錠されて配置されることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の冷却液容器。
【請求項１５】
前記差し込み口は、前記冷却液のための回収チャンバ（３６，３０６）から側壁（４４，３０５）により分離される、前記イオン交換器（２４，３０２）のためのシャフトのような差し込み口スペース（４２，３０３）として形成され、前記壁（４４，３０５）の前記上部領域内に、前記イオン交換器（２４，３０２）を通過して前記回収チャンバ（３６，３０６）に入る前記冷却液の通路のための少なくとも１つの開口部（４８，３０８）が形成され、前記回収チャンバ（３６，３０６）は、好ましくは前記差し込み口スペース（４２，３０３）を環状に囲むことを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の冷却液容器。
【請求項１６】
前記シャフトのような差し込み口スペース（４２，３０３）の底部（４６，３０７）は前記冷却液容器（２０，３０１）の底部であり、前記冷却液のための、前記差し込み口スペース（４２，３０３）に入る少なくとも１つの入口開口部（５２，３０９）は前記底部（４６，３０７）に形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の冷却液容器。
【請求項１７】
前記冷却液容器（３０１）は、その上端部に、前記回収チャンバ（３０６）から前記冷却液を排出するための出口開口部（３１０）を有することを特徴とする、請求項１５または１６に記載の冷却液容器。
【請求項１８】
前記イオン交換器（３０２）の前記上壁上に作用するためのばね（３１３）を含む前記イオン交換器（３０２）の除去および設置のためのカバー（３１１）を特徴とする、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の冷却液容器。
【請求項１９】
冷却液を補充するための補充ソケット（７２）を特徴とする、請求項１１から１８のいずれか１項に記載の冷却液容器。
【請求項２０】
好ましくはフロート（８８）を備える充填レベルセンサ（８６）を特徴とする、請求項１１から１９のいずれか１項に記載の冷却液容器。
【請求項２１】
カートリッジカバー（１１０）と、その中に配置される粒状イオン交換媒体（７３）とを含む、流体、特に冷却液を処理するためのイオン交換器カートリッジ（２４）であって、前記イオン交換媒体（７３）を圧縮するための押圧デバイス（７０，１１０，１２２）を特徴とする、イオン交換器カートリッジ（２４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却のために機能システムと連結される冷却液のための導管システムを含み、導管システムと流体的に連結される、冷却液のための容器を含み、導管システムと流体的に連結される、冷却液体を処理するための処理ユニット、特にイオン交換器を含む、機能システム、特に燃料電池システム、特に自動車両の冷却デバイスに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、冷却液のための冷却デバイスの導管システムならびに導管システムと流体的に連結される冷却液のための容器と流体的に連結可能な、特に燃料電池システム、特に自動車両の機能システムの冷却デバイスの冷却液を処理するための処理ユニット、特にイオン交換器に関する。
【０００３】
本発明は、さらに、冷却のために機能システムと連結される冷却液のための導管システムと流体的に連結可能な、機能システム、特に燃料電池システム、特に自動車両の冷却デバイスの冷却液容器、特に冷却液補償容器に関し、導管システムは冷却液を処理するための処理ユニット、特にイオン交換器と流体的に連結される。
【０００４】
さらに、本発明は、カートリッジカバーと粒状イオン交換媒体とを含む、流体、特に冷却液を処理するためのイオン交換器カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００５】
市場では、移動式または定置式の用途において熱を発生させる燃料電池システム、内燃機関および他の機能システムに、それらを最適な温度範囲に保つための冷却回路を備え付け、それらの機能を保護することが公知である。冷却回路では、好ましくは液体冷却媒体（すなわち冷却液）、特に、冷却水または冷却水とグリコールの混合物が循環される。冷却回路内には、液体冷却媒体のための補償容器がある。冷却回路および機能システムの全構成要素の最適な冷却および有効寿命を保証するために、冷却回路内の冷却媒体を適切な追加処理ユニットを用いて処理することは公知である。冷却媒体回路内に、それにより動作時の冷却媒体が浄化されるかまたは望ましくないイオンが除去されうるフィルタおよび／またはイオン交換器を用いることは公知である。特に、燃料電池システムでは、冷却液が脱塩されることが必要であるが、その理由は、そうしなければ冷却液の導電率による短絡の危険性があるからである。
【０００６】
しかしながら、処理ユニットは、特にそれらが点検目的のため容易にアクセス可能とされるべきであるため、冷却デバイスに要するスペースを増加させる。これらの状況は、特に、限られた取り付けスペースのみが利用可能な自動車両内での使用の場合には容易に満足されない。特開２００４−３１１３４７号公報では、冷却液補償容器の下端部にイオン交換器の形態の処理ユニットが配置される燃料電池システムのための冷却システムが開示されている。
【０００７】
本発明の目的は、簡単かつ信頼性の高い手法で流体の処理を可能にし、流体の機能に最適であり、特に流体の温度および組成を最適化し、可能な限り省スペースの手法で組み立てられる、上述の種類の冷却デバイス、処理ユニット、冷却液容器およびイオン交換器カートリッジを設計することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、容器が処理ユニットのための差し込み口を有する本発明により解決される。
【０００９】
本発明によれば、処理ユニットは、したがって、容器と処理ユニットが共に密閉された構成要素を形成するように省スペースの手法で容器に一体化される。容器の形状は利用可能な取り付けスペースに簡単な手法で合わせることができる。処理ユニットを備えた容器は、容器および処理ユニットが、特に点検目的のため、容易にアクセス可能なように、容易にアクセス可能な位置に取り付けられうる。処理ユニットの流体コネクタは、コネクタの総数を削減できるように容器に一体化され、これが取り付けを簡略化する。先行技術の冷却デバイスの場合に慣例的であるような、処理ユニットから導管システムへの独立したラインは省略されうる。容器の外側に配置されるコネクタおよび導管を削減することにより、漏液の危険性も低下する。容器および処理ユニットは、冷却デバイスの低温側、特に機能システムの前の、冷却液の流れ方向に配置されうるか、または冷却デバイスの高温側、特に機能システムの後の、流れ方向に配置されうるか、またはバイパス導管内に配置されうる。有利には、冷却デバイスは、機能システムが配置される冷却液回路を有しうる。処理ユニットがラジエータに一体化されるように、容器はラジエータ、特に回収器の一部とすることもできる。
【００１０】
有利な実施形態では、容器は補償容器とすることができる。いずれの場合においても、冷却媒体回路として形成される冷却デバイス内に度々存在する補償容器が、冷却デバイスの低温側に配置されうるため、処理ユニットの温度抵抗に関する要件を低減できる。処理ユニットは、したがって、より簡単かつより安価な手法で設計されうる。
【００１１】
さらに有利な実施形態では、容器は、特に空間的に上部に、処理ユニットが特に交換可能となるようにそこを通って容器の内部に挿入されうる閉鎖可能な開口部を有しうる。このようにして、処理ユニットの交換可能な部品または処理ユニット全体の、点検に好都合な交換が上方から可能である。これは特に、限られた取り付けスペースのため、当該技術分野において公知である冷却デバイスについてはこれまで処理ユニットの交換可能な部品の交換は下からのみ可能であった自動車両内に使用される場合に大きな利点となる。このため、自動車両を持ち上げなければならないか、またはピットの上方に配置しなければならないとともに、交換可能な部品にアクセスするために底部カバーを取り外さなければならない。
【００１２】
さらに有利な実施形態では、処理ユニットは、イオン交換器、特にイオン交換器カートリッジを有しうる。好ましくは塩複分解、部分脱塩または完全脱塩による、簡単かつ効率的な手法のイオン交換器によって、特に燃料電池システムの場合に必要とされる特に水性コイリング流体の導電率を低減することができる。また、冷却デバイス内のカルシウム堆積物を削減するかまたは完全に防止するために水性冷却液を軟化するのに適したイオン交換器が使用されうる。イオン交換器カートリッジは簡単に交換されうる。
【００１３】
有利には、イオン交換器は、粒状イオン交換器媒体を圧縮するための押圧デバイスを有しうる。押圧動作の結果、冷却液がイオン交換器を通過する際に、イオン交換器媒体の不均一な装填および有効寿命の短縮につながりうる優先流路（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ  ｆｌｏｗ  ｐａｓｓａｇｅｓ）を形成することが防止される。押圧デバイスは、好ましくは、予張力がかけられたばねにより装填される圧力ディスクを含みうる。ばねは、腐食またはばねの材料との他のタイプの化学反応が防止されるように、好ましくは、それが冷却液に接しないように配置されうる。
【００１４】
さらに、有利には、容器および／または処理ユニットは、少なくとも１つの構成要素、特に処理ユニットを通過する冷却液の流れを決定する処理ユニットのためのジャケットを有しうる。このようにして、冷却液が処理ユニットを通過し、かつ適切に処理されることが保証される。
【００１５】
容器の運動の際に冷却液が前後にはねることを防ぐために、有利には、冷却液のためのバッフルデバイスまたはスプラッシュガードデバイス、特にバッフルプレートまたはバッフルリブが容器内に設けられうる。これは特に容器が移動時に動作する自動車両における使用の場合に大きな利点となる。
【００１６】
容器、特に補償容器は、燃料電池システムの冷却のために主要導管システムと流体的に連結されるバイパス導管内に配置されうる。バイパス導管および補償容器を通過する冷却液の流れを制御するため、サーモバルブが主要導管システム内に配置されうる。
【００１７】
処理ユニットが、それが容器の適切な差し込み口内に配置されるように設計される本発明により目的はさらに解決される。冷却デバイスの上記の利点は同様に処理ユニットに適用される。
【００１８】
有利な実施形態では、処理ユニットは、イオン交換器、特に、粒状イオン交換媒体を圧縮するための押圧デバイスを含むイオン交換器カートリッジを含みうる。
【００１９】
目的は、また、冷却液容器、特に冷却液補償容器が、容器内に直立して配置される処理ユニットおよび／またはイオン交換器の一体化のための差し込み口を有する本発明により解決される。冷却デバイスの上述の利点は、同様に冷却液容器に適用される。
【００２０】
これに関連して、自動車両の燃料電池システムまたは燃料電池デバイスのための冷却液補償容器は、燃料電池デバイスの冷却のために設けられる、それを通る冷却媒体の流れのために設計されうる。冷却媒体補償容器は、容器内に直立して配置されるイオン交換器の形態の処理ユニットを含みうる。
【００２１】
容器内におけるイオン交換器のこの特定の位置により、燃料電池システム内、したがってまた車両内における冷却媒体補償容器の設置について近接性および操作性の向上が達成されうる。これは特に取り付け目的、試験目的等において特に有利である。
【００２２】
さらに、イオン交換器ユニットまたはイオン交換器の直立の位置により、イオン交換材料またはイオン交換媒体の効率に関するその機能性も向上しうる。漏れを引き起こすおそれのある、イオン交換器インサートまたはイオン交換器カートリッジと冷却媒体回路の間の多くの脆弱な連結位置は、この点において危険度が低下するよう設計されうる。さらに、取り付けスペースに関して最小化されたコンパクトな構成が達成されうる。特に、イオン交換器の直立配置は、冷却媒体からの金属イオンの除去に関して冷却媒体の浄化の向上も可能にする。
【００２３】
燃料電池システムの液体冷却媒体は、ＰＥＭ燃料電池のＰＥＭ（陽イオン交換膜）および／または触媒層の作用を損なわせるおそれがあるため、主として金属イオンに関して、通常、可能な限り純粋でなければならない。このため、通常、イオン交換器カートリッジが冷却媒体回路に一体化される。イオン交換材料のイオン交換容量は、しかしながら、経時的に減少するため、イオン交換器カートリッジは定期的に交換されなければならない。このため、それは可能な限り容易にアクセス可能な位置に配置されるべきである。イオン交換器を容器に一体化することにより、およびさらに特定の位置配向により、イオン交換材料の効率は向上しうる。
【００２４】
本発明による構造により、有利にはイオン交換器カートリッジ内における液体冷却媒体のより長い滞留時間が達成されうる。このようにして、冷却媒体とイオン交換器媒体の接触時間が延長されるため、イオン交換の効率が向上する。浄化効果が向上し、それによりしたがって冷却媒体はさらにより純粋になる。さらに、イオン交換器カートリッジの交換性は大幅に向上する。いかなる冷却媒体も排出されてはならず、イオン交換器カートリッジは簡単な手法で取り外されうるため、有害な汚染物質の冷却回路内への導入という問題は回避されうる。本発明によるイオン交換器ユニットまたはイオンの特定の位置を有する冷却媒体補償容器の構造により、このユニットは、交換器が冷却媒体を排出することなく快適にかつ効率的に取り外すおよび取り替えることができ、また冷却回路内への汚染物質の導入を少なくとも削減するか、またはさらには可能な限り回避することができる。
【００２５】
一体化、およびしたがって、インターフェースの排除により、より簡単およびより信頼性の高い取り付け工程が提供されるため、冷却システム内の漏れが防止される。イオン交換器の案内された鎖錠動作がさらに摺動のおそれを防ぐとともに、完全な機能性を保証する。特にこのタイプの、鎖錠動作の形態の、特定の非破壊の着脱可能な連結は、冷却媒体補償容器からのイオン交換器の簡単な分離をなお提供する一方で、位置安定性のある取り付けを可能にする。
【００２６】
この文脈においては、容器内におけるイオン交換器の直立連結は、イオン交換器の長手方向の軸が冷却媒体補償容器の長手方向の軸に対して最大４５度の角度で配置されるような位置と理解される。特に、および特に好適な配置において、イオン交換器は冷却媒体補償容器内において垂直方向に配置されるように、冷却媒体補償容器の長手方向の軸とイオン交換器の長手方向の軸が平行または同軸に配置されるようになっている。上述の利点は、したがって、特別な手法で達成されうる。さらに、イオン交換器のこの直立した、特に垂直な配置により、イオン交換材料が押し流されることが回避され、このようにしてイオン交換器の効率は向上しうる。特に、イオン交換器の垂直位置およびイオン交換器を、好ましくは底部から上部であるが、任意選択で同様に上部から底部に通過する冷却媒体の流れにより、滞留時間およびしたがって、冷却媒体からイオン交換材料へのイオンの交換が向上する。インターフェースの削減、および２つの構成要素の、１つの構成要素への一体化により、取り付け、点検および保守作業に関する利点ならびに重量の利点が提供される。イオン交換器カートリッジの鎖錠動作のため、それは、緩まるかまたは摺動することなく迅速にかつさらなる固定手段なしで取り付けられ、車両に典型的な振動（震動）にさえも問題なく耐える。
【００２７】
インサートまたはカートリッジを補償容器内の定められたインターフェースに鎖錠することにより、さらなるねじおよびホースクランプなどの取り付け部品はもはや必要ない。
【００２８】
これまで、公知の構成では、イオン交換器インサートまたはカートリッジは車両内に水平に配置されており、それがカートリッジのイオン交換材料のチャネル形成、押し流しおよび破壊の原因となっている。これは、冷却媒体がカートリッジを通る最も低い抵抗の経路を探し、イオンの交換なくイオン交換器を通過してイオン交換材料内に流れるという結果を有する。本発明によるイオン交換器の直立、特に垂直配置により、この重力効果は顕著でない。好ましくは、補償容器は、ベンチング機能を確実にするための物理的理由のために常に車両内の上部に可能な限り離して配置される。簡単にアクセスできることにより、イオン交換器の形態の点検部品も上方から快適にアクセス可能となり、かつ他の構成要素が取り外されることなく交換できることが可能となる。
【００２９】
一実施形態では、冷却液容器は、その上端部に（上部側方に）回収チャンバから冷却液を排出するための出口開口部を有する。
【００３０】
さらなる実施形態では、冷却液容器は、イオン交換器の除去および設置のためのカバーを有し、カバーは、イオン交換器の上壁に作用するためのばねを有する。このようにして、イオン交換器は、震動等による摺動に対してさらによりしっかりとそれを安定させるためにさらに固定されうる。
【００３１】
イオン交換器の除去および設置のためのカバーのばねは、イオン交換媒体の圧縮というさらなる機能も満たしうる。
【００３２】
一実施形態では、冷却液容器は、冷却液を補充するための補充ソケットを有する。補充ソケットは圧力補償システムが設けられるねじクロージャにより閉鎖可能となりうる。
【００３３】
一実施形態では、補充ソケットを閉鎖するためのねじクロージャは、例えば、ねじクロージャがイオン交換器カートリッジを交換することにより後者とともに交換されるような手法でイオン交換器カートリッジと一体的に連結されうる。
【００３４】
さらなる実施形態では、冷却液容器は、好ましくはフロートに設けられる充填レベルセンサを有する。充填レベルセンサのコネクタは、外部から補償容器の底部にアクセス可能となるように配置されうる。
【００３５】
目的は最終的に本発明によればイオン交換媒体を圧縮するための押圧デバイスを備えたイオン交換器カートリッジにより解決される。これは、イオン交換媒体が均等に圧縮され、優先流路の形成が防止されるという利点を有する。イオン交換媒体は処理されることになる流体により均等に通過して流れ、これがイオン交換効率および有効寿命を増加させる。このようにして、イオン交換器カートリッジは、コンパクトかつ省スペースになるよう構成されうる。
【００３６】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、本発明の実施形態が図面の支援によってより詳細に説明される以下の説明により理解されうる。当業者は、図面、説明および請求項と組み合わせて開示される特徴を、便宜的に、また個別に考慮し、またそれらを適切なさらなる組み合わせと組み合わせる。それは以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】イオン交換器カートリッジが一体化された補償容器を備えた自動車両の燃料電池システムの冷却回路を概略的に示す。
【図２】図１の冷却回路内で使用されるようなイオン交換器カートリッジを備えた補償容器の第１の実施形態の第１の側面図を概略的に示す。
【図３】図２の補償容器の第２の側面図を概略的に示す。
【図４】図２の補償容器の図を斜め上方から概略的に示す。
【図５】図２の補償容器をその中に示される線Ｖ−Ｖに沿って切った長手方向断面図を概略的に示す。
【図６】図２の補償容器をその中に示される線ＶＩ−ＶＩに沿って切った断面図を概略的に示す。
【図７】図１の冷却回路と関連して使用されるようなイオン交換器カートリッジを備えた補償容器の第２の実施形態の詳細の長手方向断面図を概略的に示す。
【図８】図１の冷却回路内で使用されるようなイオン交換器カートリッジを備えた補償容器の第３の実施形態の詳細の長手方向断面図を概略的に示す。
【図９】図８のイオン交換器カートリッジに類似するイオン交換器カートリッジの等角図を概略的に示す。
【図１０】図９のイオン交換器カートリッジのカートリッジカバーを概略的に示す。
【図１１】図９および１０のカートリッジカバーの断面図を概略的に示す。
【図１２】イオン交換器カートリッジが配置される回収器を有するラジエータの分解図を概略的に示す。
【図１３】冷却媒体補償容器の実施形態の断面図である。
【図１４】冷却媒体補償容器のさらなる実施形態である。
【図１５】冷却媒体補償容器のさらなる実施形態によるばねによるイオン交換器のさらなる固定。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図では、同じ構成要素には同じ参照符号が付与される。
【００３９】
図１では、自動車両の燃料電池システム１２の冷却回路１０が示される。燃料電池システム１２は１つまたはいくつかの燃料電池を含んでもよい。
【００４０】
冷却回路１０は、冷却水または水性冷却液混合物を含む冷却液のための主要導管システム１４を含む。主要導管システム１４は、冷却のために燃料電池システム１２と連結される。主要導管システム１４内には、さらに冷却液のためのポンプ１６およびラジエータの形態の熱交換器１８がある。
【００４１】
冷却回路１０は、図２から６に詳細に示されている冷却液のための補償容器２０をさらに含む。補償容器２０は、主要導管システム１４と流体的に連結されるバイパス導管２２内に配置される。補償容器２０内には、冷却液を処理するためのイオン交換器カートリッジ２４が一体化される。イオン交換器カートリッジ２４により冷却液の導電率は低下する。主要導管システム１４内にはサーモバルブ２６が配置される。サーモバルブ２６によって、バイパス導管２２および補償容器２０を通過する冷却液の流れはこの文脈においては重要ではない手法で制御される。
【００４２】
図５に断面図で示される補償容器２０は、カバー部分３２により密閉的に閉じられる基礎部分３０を含む。カバー部分３２は基礎部分３０に溶接される。
【００４３】
補償容器２０内には、補償容器２０を、図６に示すように、６つのチャンバ３６に分離する冷却液のためのバッフルプレート３４が配置される。バッフルプレート３４は、補償容器２０が動く際に冷却液が前後にはねることを防ぐ。バッフルプレート３４は、下部領域内に貫通開口部３８を有し、貫通開口部３８を通って冷却液がチャンバ３６間に流れうる。上部領域内に、バッフルプレート３４は、補償開口部４０を有し、補償開口部４０を通って、特に圧力補償のためにチャンバ３６間に空気が流れうる。
【００４４】
補償容器２０の差し込み口チャンバ４２内に、イオン交換器カートリッジ２４が配置される。差し込み口チャンバ４２はイオン交換器カートリッジ２４が挿入される内部シリンダ４４により境界が定められる。内部シリンダ４４は、図５に示されるように、補償容器２０の底部と周方向に密閉的に連結される。補償容器２４の底部は、差し込み口チャンバ４２のチャンバ底部４６も形成する。ここで内部シリンダ４４に隣接する補償容器２０のチャンバ３６への連結開口部４８が実現されるように内部シリンダ４４の上部リムは自由である。全体として漏斗形状の階段状のチャンバ底部４６は、中に入口ソケット５２が開口する流入スペース５０の境界を定める。入口ソケット５２は、補償容器２０内への冷却液の供給のためのバイパスライン２２に連結される。イオン交換器カートリッジ２４に面するチャンバ底部４６の内側の、内部カートリッジ２４が軸方向に支持される位置に内部シリンダ４４と同軸の支持リングが一体的に形成される。
【００４５】
バッフルプレート３４、内部シリンダ４４および基礎部分３０は、好ましくはプラスチック材料で、好ましくは一体的に形成される。
【００４６】
イオン交換器カートリッジ２４は、流入スペース５０および入口ソケット５２によってバイパスライン２２と流体的に連結される。
【００４７】
補償容器２０の底部の差し込み口チャンバ４２に隣接して、図６に示され、かつ補償容器２０の外側において図２および３に示される出口ソケット５６により囲まれる出口開口部５４が配置される。出口ソケット５６は補償容器２０から冷却液を排出するためのバイパス導管２２に連結される。
【００４８】
補償容器２０は、カバー部分３２の空間的に上部に差し込み口チャンバ４２の内部シリンダ４４と同軸の差し込み口開口部６０を備えた差し込み口ソケット５８を有する。差し込み口開口部６０を通り、イオン交換器カートリッジ２４は補償容器２０の差し込み口チャンバ４２内に導入されうるとともに容易に交換されうる。差し込み口ソケット５８は、差し込み口開口部６０を閉じるために、その中に、外部ねじ山を備えたカップ形状の差し込み口ソケット６２がねじ込まれる内部ねじ山を有する。差し込み口カバー６２は、差し込み口ソケット５８に対して差し込み口カバー６２を密閉する環状のシール６６を備えた周方向の密閉溝６４を有する。差し込み口カバー６２の開口端面は補償容器２０の内部に面する。差し込み口カバー６２の内部には、軸方向に延在する中空のプッシュシリンダ６８が、好ましくは差し込み口カバー６２と一体的に取り付けられ、その自由リムは、差し込み口カバー６２を内部シリンダ４４に対して軸方向にねじ止めする際にイオン交換器カートリッジ２４の圧力ディスク７０を押す。
【００４９】
カバー部分３２上の差し込み口ソケット５８に隣接して、冷却液を補充するための補充ソケット７２が配置される。補充ソケット７２は図１から６では図示されないねじクロージャにより閉鎖可能であり、またこの文脈においては関心事ではない圧力補償手段を含む。
【００５０】
イオン交換器カートリッジ２４には、図５に概略的に示されるのみであり、その機能はこの文脈においてこれ以上説明されないイオン交換顆粒７３が充填される。イオン交換器カートリッジ２４は、上部領域内に冷却液のための出口開口部７６を有するジャケット７４を有する。出口開口部７６は内部シリンダ４４のコネクタ４８と整列される。イオン交換器カートリッジ２４のカートリッジ底部７８は、図６に示される入口開口部８０を有し、入口開口部８０を通って冷却液が流入スペース５０からイオン交換器カートリッジ２４の内部に流れ出うる。
【００５１】
冷却液は、イオン交換顆粒７３を底部から上部へ矢印８１の方向に通過して流れなければならず、またその中で処理される。それは出口開口部７６を通過してイオン交換器カートリッジ２４からのみ出ることができる。このようにして、イオン交換器カートリッジ２４を通過する冷却液の流れはあらかじめ定められている。出口開口部７６から、処理された冷却液は連結開口部４８を通過してチャンバ３６内に流れる。ここから、冷却液は出口開口部５４および出口ソケット５６を通過してバイパス導管２２ｂ内に流れる。
【００５２】
内部シリンダ４４は、さらにイオン交換器カートリッジ２４を囲む。図示されない、例えば、流体透過性の格子のようなジャケットを備えた、代替的なイオン交換器カートリッジを使用する場合、内部シリンダ４４は、すでにイオン交換器カートリッジ２４の下部領域内にある冷却液がイオン交換顆粒７３のすべてを通過することなくジャケットを通ってそこから出る可能性を防ぐことから、イオン交換器カートリッジを通過する冷却液の流れを決定する。
【００５３】
カートリッジ底部７８の領域では、ジャケット７４は階段状であり、チャンバ底部４６の形状に合致する。ジャケット７４は、環状のシール８４を備えた周方向の密閉溝８２を有する。環状のシール８４は、ジャケット７４をチャンバ底部４６に軸方向に延在する領域に対して半径方向に密閉する。
【００５４】
その上端面において、イオン交換器カートリッジ２４は、イオン交換器カートリッジ２４のジャケット７４内において軸方向に摺動可能な圧力ディスク７０によって閉じられる。ねじクロージャ６２のねじ込みの際、圧力ディスク７０はプッシュシリンダ６８により軸方向に押し込まれ、イオン交換顆粒７３に与圧する。このようにして、冷却液がイオン交換顆粒７３内において優先流路を形成することを防止する。
【００５５】
補償容器２０は、図５および６に示されるフロート８８を備えた充填レベルセンサ８６をさらに含む。図２、３および５に示される充填レベルセンサ８６のコネクタ９０が外部からアクセス可能となるように補償容器２０の底部に配置される。
【００５６】
図７に示される第２の実施形態では、図１から６に示される第１の実施形態のものに類似する要素には同じ参照符号が付与されるため、それら説明については第１の実施形態に関する説明を参照されたい。この実施形態は、イオン交換器カートリッジ２４のジャケット７４上にスナップ連結部１１２によって固定的に差し込まれるカートリッジカバー１１０が設けられる点において第１のものとは異なる。
【００５７】
スナップ連結部１１２は、対で相互に作用するロッキングノーズ（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｎｏｓｅｓ）およびロッキングアイ（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｅｙｅｓ）を含む。ロッキングノーズ（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｎｏｓｅｓ）は、ジャケット７４の半径方向外側周方向側部に位置する。ロッキングアイ（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｅｙｅｓ）は、カートリッジカバー１１０のリム領域上に配置される。軸方向のねじクロージャ６２のプッシュシリンダ６８は第１の実施形態におけるものよりも短い。プッシュシリンダ６８の自由リムは、カートリッジカバー１１０と係合し、このようにしてイオン交換器カートリッジ２４全体を差し込み口チャンバ４２内に軸方向に押し込む。
【００５８】
イオン交換器カートリッジ２４の内部に面するカートリッジカバー１１０の内側に、圧力ディスク７０が、弾性のある、ほぼ中空の円筒状の折りたたまれたベローズ１１４によって取り付けられる。折りたたまれたベローズ１１４はジャケット７４と同軸である。ジャケット７４内における圧力ディスク７０の軸方向移動を可能にする。圧力ディスク７０と折りたたまれたベローズ１１４は一体構造とすることができる、またはいくつかの構成要素を組み合わせることができる。
【００５９】
折りたたまれたベローズ１１４の自由リムは、カートリッジカバー１１０の溝に取り付けられ、カートリッジカバー１１０とジャケット７４の自由リムの間に密閉的にクランプされる。カートリッジカバー１１０、折りたたまれたベローズ１１４および圧力ディスク７０は、ばねチャンバ１１６の境界を定める。ばねチャンバ１１６は、冷却液がばねチャンバ１１６内に入れないようにイオン交換器カートリッジ２４の内部に対して密閉的に閉じられる。カートリッジカバー１１０は、プッシュシリンダ６８の内部に圧力補償開口部１１８を有する。差し込み口カバー６２は、カートリッジカバー１１０を開閉するための特殊な工具により係合されうる係合シリンダ１２０を含む。このようにして、カートリッジカバー１１０の無用の開口が困難になる。ばねチャンバ１１６内にはジャケット７４と同軸の螺旋状の圧力ばね１２２が配置される。螺旋状の圧力ばね１２２は、一端をカートリッジカバー１１０の内側に、および他端をカートリッジカバー１１０に面する圧力ディスク７０の側部に支持される。螺旋状の圧力ばね１２２のセンタリングのため、環状のガイドカラー１２４および１２６が、それぞれカートリッジカバー１１０の内側におよび圧力ディスク７０の対応する側に配置される。
【００６０】
カートリッジカバー１１０を備えた押圧デバイス、圧力ディスク７０および螺旋状の圧力ばね１２２は、例えば、イオン交換顆粒７３が沈下するとすぐに圧縮が自動的に再調節されるという効果を有する。
【００６１】
図７において、補充ソケット７２はねじクロージャ１２８で閉じられた状態で示される。ねじクロージャ１２８は圧力補償システム１３０を有する。
【００６２】
図８に示される第３の実施形態では、図７に示される第２の実施形態のものに類似する要素には同じ参照符号が付与されるため、それら説明については第２の実施形態の説明を参照されたい。この実施形態は、差し込み口ソケット５８が外部ねじ山を有するとともに差し込み口カバー６２が内部ねじ山を有し、差し込み口カバー６２が差し込み口ソケット５８上にねじ止めされるという点において第２のものとは異なる。
【００６３】
カートリッジカバー１１０は、螺旋状の圧力ばね１２２が一端においてカートリッジカバー１１０の底部のくぼみ内に支持されるカップ形状の構成である。圧力ディスク７０は、ばねチャンバ１１６に対して半円形状の外形に曲げられる外側の可動可能なリム領域１３２を含む。可動可能なリム領域１３２は、その半径方向の外側リムがカートリッジカバー１１０のリムの端面の溝内にあり、かつジャケット７４の端面リムとカートリッジカバー１１０の端面リムとの間に密閉的にクランプされたままで取り付けられる。可動可能なリム領域１３２は、第２の実施形態の折りたたまれたベローズ１１４と類似し、圧力ディスク７０の、イオン交換器カートリッジ２４に対する軸方向の可動性を可能にし、ばねチャンバ１１６はイオン交換器カートリッジ２４の内部に対して密閉的に閉じられる。
【００６４】
図９から１１では、図８の第３の実施形態のイオン交換器カートリッジ２４に類似する、カートリッジカバー１１０を備えたイオン交換器カートリッジ２４が示される。図９から１１のカートリッジカバー１１０では、そのリムの端面上に可動可能なリム領域１３２の外側リムのための溝は設けられない。
【００６５】
図１２では、そうでなければ図示されない、図１のものに類似する冷却回路のラジエータ２１８が、分解図において示される。図１２のラジエータ２１８は上部に冷却液のための流入ソケットを備えた分散器２２２を含む。図１２では、冷却液のための排出ソケット２５６を含むラジエータ２１８の回収器２２０が底部に示される。分散器２２２と回収器２２０の間に冷却部材２２３が配置される。回収器２２０は、本発明の意味においては容器である。回収器２２０内には、両端面において開口する内部シリンダ２４４が配置される。内部シリンダ２４４は、イオン交換器カートリッジ２４のための差し込み口２４２としての役割を果たし、この実施形態におけるそのジャケットは連続的な格子形状のものである。回収器２２０は、一方の側に閉鎖可能な開口部２６０を有し、それを通ってイオン交換器カートリッジ２４が内部シリンダ２４４内に押されうる。
【００６６】
回収器２２０の代わりに、イオン交換器カートリッジ２４のための差し込み口を提供するのに適したラジエータの他のあらゆる領域もまた本発明の意味においては容器と考慮されうる。
【００６７】
図１３は、補償容器３０１が自動車両の燃料電池システム内に配置されるさらなる実施形態を示す。補償容器３０１は、この燃料電池システムの冷却媒体回路内に配置され、燃料電池システムの燃料電池の冷却のために使用される（液体）冷却媒体または冷却液がこの冷却媒体補償容器を通過して流れる。冷却媒体が通過する際に、金属イオンなどの汚染物質が（液体）冷却媒体から除去される。
【００６８】
このため、冷却媒体補償容器３０１は、容器３０１に一体化されるならびに着脱可能な非破壊手法で容器３０１内におよび容器３０１から挿入可能および取り外し可能なイオン交換器３０２またはイオン交換器ユニットを含む。特に、このためにイオン交換器３０２の機械的な鎖錠のための手段が提供される。
【００６９】
鎖錠動作は、簡単な鎖錠フックまたは鎖錠クリップにより提供されうる。また、鎖錠突起が設けられ、かつイオン交換器３０２のまわりに周方向に半径方向に延在するストリップが設けられうる。
【００７０】
容器３０１は、ほぼ中心に、イオン交換器３０２がその中に導入されうる差し込み口チャンバ３０３が形成される長手方向の軸Ａを有する。イオン交換器３０２は、細長いシリンダ形状のインサートまたはカートリッジとして形成され、イオン交換器３０２内に収容されるイオン交換材料３０４（例えば、適切なイオン交換樹脂）を含む。イオン交換材料は、イオン交換器３０２内に遊離したバルク材料（ｌｏｏｓｅ  ｂｕｌｋ  ｍａｔｅｒｉａｌ）として提供されうる。バルク材料は、次いで、重力の作用のみによりイオン交換器３０２の底部に固定され、したがって、その重量のためイオン交換器３０２から流れ出る冷却媒体による望ましくない押し流しに耐える。この実施形態は、技術的に特に簡単であり、さらに安価である。必要ならば、バルク材料は、例えば、スクリーン、フリット、ファイバーグラスパッド等によっても保持されうる。示される実施形態では、イオン交換器３０２は容器３０１内において垂直方向に配置され、これは、軸Ａがイオン交換器３０２の長手方向の軸に一致し、したがって、イオン交換器３０２の軸と容器３０２の軸の同軸配置が提供されることを意味する。
【００７１】
垂直壁３０５により側方に境界が定められる差し込み口チャンバ３０３に隣接して、容器３０１は、浄化された冷却媒体が回収され、冷却回路内に戻される回収チャンバ３０６も有する。回収チャンバ３０６は、したがって、差し込み口チャンバ３０３を環状の形状で囲む。差し込み口チャンバ３０３の底部３０７は、同時にまた、容器３０１の底部も形成する。底部３０７は冷却媒体回路に連結される入口開口部３０９を有する。入口開口部３０９を通過して、冷却媒体は差し込み口３０３内に流れる。冷却媒体としては、例えば、超純水が適切である。さらに、冷却媒体として、超純水とエチレングリコールの混合物（例えば、ＢＡＳＦ社のＧｌｙｓａｎｔｉｎ）、いわゆる冷却媒体混合物も適切である。示される矢印により、したがって冷却媒体がイオン交換器３０２を通過して底部から上部へ流れる流れ方向が示される。冷却媒体または冷却液は、したがって、冷却媒体導管および入口開口部３０９によって容器３０１内に底部から供給され、次いで、差し込み口スペース３０３内において、流体透過性のファイバーグラスパッドによるバルク材料の表面全体にわたる冷却媒体の分散が達成される。特に、イオン交換器３０２の底部は、底部３０７の内側に対して離間するように差し込み口スペース３０３内に配置される。
【００７２】
冷却媒体は、次いで、イオン交換材料３０４を底部から上部に通過して流れる。イオン交換材料３０４から出る際、左および右に向く矢印によれば、次いでそれはイオン交換器３０２から回収チャンバ３０６内に渡されるように、イオン交換器３０２の壁内にならびに壁３０５内に形成される複数の開口部３０８を通過してイオン交換器３０２の上部領域内に導入される。開口部３０８は、したがって、容器３０１の上部領域内に、および同様に、回収チャンバ３０６の上部領域内に、または回収チャンバ３０６の境界を定める壁に形成される。シャフトのような差し込み口３０３は、したがって、容器３０１内の中間の中心に形成される。上端部において、イオン交換器３０２および差し込み口チャンバ３０３はカバー（不図示）により被覆されうる。
【００７３】
上部の側方に、出口開口部３１０が、回収チャンバ３０６から離れて延在し、かつ冷却回路に結合され、冷却媒体を回収チャンバ３０６から冷却回路内に排出するために形成される。
【００７４】
図１４は、本発明による冷却媒体補償容器３０１の変形物を示す。図１３と対照的に、出口開口部３１０は、冷却媒体補償容器３０１の底部に配置される。このようにして、回収チャンバ３０６内に流れる冷却媒体の混練の改善および冷却回路のより安全なベンチングが保証されうる。示される冷却媒体補償容器３０１は、イオン交換器３０２の除去および設置または交換のための第１のカバー３１１および冷却媒体または冷却液の補充または交換の可能性のための第２のカバー３１２の、さらに２つのカバーを有する。
【００７５】
カバー３１２は、図１５に示すように、イオン交換器３０２の上壁上に作用するばね３１３を有しうる。このようにして、イオン交換器３０２は、鎖錠のための機械的な手段により固定されるのに加えて、震動等による摺動に対してそれをさらによりしっかりと取り付けるために固定されうる。
【００７６】
冷却回路１０の、補償容器２０，３０１の、イオン交換器カートリッジ２４，３０２の、およびラジエータ２１８の上記の実施形態のすべてにおいてとりわけ以下の変更が可能である。
【００７７】
本発明は、自動車両の燃料電池システム１２の回路１０に限定されるものではない。それはまた、定置型の燃料電池システム内もしくは他のタイプの機能システム、例えば内燃機関または空調デバイスの冷却デバイス内に使用されうる。
【００７８】
イオン交換器カートリッジ２４，３０２の代わりに、異なるイオン交換器または異なる処理ユニット、例えば、冷却液のためのフィルタも補償容器２０，３０１またはラジエータ２１８に一体化されうる。
【００７９】
イオン交換器カートリッジ２４，３０２は、交換可能な代わりに、補償容器２０，３０１内に固定的にも配置されうる。例えば、交換してはならない自己再生処理ユニットも設けられうる。
【００８０】
イオン交換器カートリッジ２４，３０２のための差し込み口開口部６４は、上部に配置される代わりに、補償容器２０，３０１内の側方または底部にも配置されうる。
【００８１】
イオン交換器カートリッジ２４，３０２または他のタイプの処理ユニットは、補償容器２０，３０１の代わりに冷却液のための他のタイプの容器に一体化されうる。
【００８２】
貫通開口部４６を備えて上部のみに設けられるイオン交換器カートリッジ２４，３０２のジャケット７４を備えた内部シリンダ４４の代わりに、イオン交換器カートリッジ２４，３０２を通過する冷却液の流れをあらかじめ設定する他のタイプの構成要素も設けられうる。上部のみ開口するイオン交換器カートリッジ２４，３０１の内部シリンダ４４またはジャケット７４のいずれかを提供することもまた可能である。内部シリンダ４４を使用する場合、それらの高さ全体にわたる流体透過性のジャケットを有するイオン交換器カートリッジも使用されうる。
【００８３】
バッフルプレート２４の代わりに、他のタイプのバッフルデバイスまたはスプラッシュガードデバイス、例えば、冷却液のためのスプラッシュリブ（ｓｐｌａｓｈ  ｒｉｂ）も補償容器２０内に配置されうる。
【００８４】
冷却回路１０は、異なる手法でも構成されうる。例えば、補償容器２０，３０１は、バイパス導管２２内の代わりに、同様に主要導管システム１４内の異なる位置に配置されうる。イオン交換器カートリッジ２４，３０２を備えた補償容器２０，３０１は、冷却回路１０の高温側にも配置されうる。
【００８５】
溶接される代わりに、カバー部品３２は、また、補償容器２０，３０１の基礎部分３０と異なる手法で密閉的に連結されうる、例えば、ねじ止めされる。
【００８６】
イオン交換器カートリッジ２４，３０２は、冷却デバイス内の代わりに種々の流体を処理するための他のタイプのデバイスにも使用されうる。
【００８７】
補償容器２０，３０１を通過する冷却液の流れは、逆方向にも実現されうる。入口ソケット５２の機能および出口ソケット５６の機能は、したがって、切り換えられる。イオン交換器カートリッジ２４，３０２は、したがって、上部から底部へ通過して流される。補償容器内への冷却液の供給は、上方からも実現されうる。
【図１】
2013502031.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013502031.tif 000005
【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】
2013502031.tif 000011
【図１０】
2013502031.tif 000012
【図１１】
2013502031.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2013502031.tif 000015
【図１４】
2013502031.tif 000016
【図１５】
2013502031.tif 000017
【国際調査報告】
2013502031.tif 000018
2013502031.tif 000019
2013502031.tif 000020
2013502031.tif 000021
2013502031.tif 000022
2013502031.tif 000023