(57)【要約】   本発明は、流体用の少なくとも１つの流体入口（３６）および少なくとも１つの流体出口（４８）を含む、冷却流体用、特に、自動車の、特に、燃料電池システムの機能システムにある冷却装置の液体流体用の拡張タンク（１０）に関する。流体を処理するためのイオン交換器（２５）は、イオン交換器タンク（２６）を含む。イオン交換器タンク（２６）は、処理される流体用の少なくとも１つの入口（４１）および処理された流体用の少なくとも１つの出口（４３）を含む。イオン交換器タンク（２６）内には、流れに対する入口（４１）と出口（４３）との間に粒状のイオン交換媒体（２７）が配置される。イオン交換器タンク（２６）は、交換することができるように拡張タンク（１０）内に配置される。入口（４１）は、流体入口（３６）に対応し、出口（４３）は、流体出口（４８）に対応する。イオン交換器タンク（２６）は可撓性ケーシングを有する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体用、特に、自動車の、特に、燃料電池システムの、特に、機能システムの冷却装置の液体流体用の拡張タンク（１０）であって、前記流体用の少なくとも１つの流体入口（３６）および少なくとも１つの流体出口（４８）と、処理される流体用の少なくとも１つの入口（４１）、および処理された流体用の少なくとも１つの出口（４３）を有し、前記入口（４１）と前記出口（４３）との間の流れの中に粒状のイオン交換媒体（２７）が配置されたイオン交換容器（２６、１２６）を備えた、前記流体を処理するためのイオン交換器（２５、１２５、２２５、３２５、４２５）と、を含み、前記イオン交換容器（２６）が前記拡張タンク（１０）内に交換可能に配置され、前記入口（４１）は前記流体入口（３６）に対応し、前記出口（４３）は前記流体出口（４８）に対応する、拡張タンク（１０）において、前記イオン交換容器（２６）は可撓性包体を含み、前記拡張タンクは、特に、前記イオン交換媒体（２７）の前記イオン交換容器（２６）を圧縮するための、特に、少なくとも１つの弾性要素（３８、１３８、３３８）を含む、少なくとも１つの圧縮装置を有することを特徴とする拡張タンク。
【請求項２】
前記イオン交換媒体（２７）を圧縮するために、特に、弾性要素（３３８）を有する少なくとも１つの圧縮装置が、前記イオン交換容器（２６）内に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の拡張タンク。
【請求項３】
前記イオン交換容器（２６）の前記包体は、少なくとも、いくつかの部分にわたって弾性であることを特徴とする、請求項１または２に記載の拡張タンク。
【請求項４】
前記入口（４１）を前記流体入口（３６）に、または前記出口を前記流体出口に接続する、前記イオン交換容器（２６）用の接続構造（３０、３４、１３４）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の拡張タンク。
【請求項５】
前記イオン交換容器（２６）は、剛性の受け入れ包体、特に、前記拡張タンク（１０）内の内側シリンダ（２８）内に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の拡張タンク。
【請求項６】
蓋（５４）を用いて、特に、スナップ式の連結またはロック連結（６８、７０）を用いて閉じることができるイオン交換器（２５、１２５、２２５、３２５、４２５）用の交換開口（５２）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の拡張タンク。
【請求項７】
前記イオン交換容器（２６）は、保持装置、特に、爪（１９０）またはロック連結部（２９３）を有する２部品構成の保持部品（１８６）を用いて前記蓋（５４）に固定されることを特徴とする、請求項７に記載の拡張タンク。
【請求項８】
前記蓋（５４）は、少なくとも２段の開放機構（６８、７０、６０、６２）を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の拡張タンク。
【請求項９】
流体を処理するための、特に、請求項１〜８のいずれか一項に記載の、冷却流体用、特に、自動車の、特に、燃料電池システムの機能システムにある冷却装置の液体流体用の拡張タンク（１０）のイオン交換器（２５、１２５、２２５、３２５、４２５）であって、処理される流体用の少なくとも１つの入口（４１）と、処理された流体用の少なくとも１つの出口（４３）とを有し、前記入口（４１）と前記出口（４３）との間の流れの中に粒状のイオン交換媒体（２７）が配置され、前記入口（４１）が前記拡張タンク（１０）の流体入口（３６）に対応し、前記出口（４３）が前記拡張タンク（１０）の流体出口（４３）に対応するように、拡張タンク（１０）内に交換可能に配置されたイオン交換容器（２６）を含むイオン交換器において、前記イオン交換容器（２６）は可撓性包体を含むことと、前記拡張タンクは、特に、前記イオン交換媒体（２７）の前記イオン交換容器（２６）を圧縮するための、特に、少なくとも１つの弾性要素（３８、１３８、３３８）を含む、少なくとも１つの圧縮装置を有することとを特徴とするイオン交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体用の少なくとも１つの流体入口および少なくとも１つの流体出口と、処理される流体用の少なくとも１つの入口、および処理された流体用の少なくとも１つの出口を有し、入口と出口との間の流れの中に粒状のイオン交換媒体が配置されたイオン交換容器を備えた流体処理用のイオン交換器と、を含む、冷却流体用、特に、自動車の、特に、燃料電池システムの機能システムにある冷却装置の液体流体用の拡張タンクに関し、イオン交換容器は、交換可能なように拡張タンク内に配置され、入口は流体入口に対応し、出口は流体出口に対応する。
【０００２】
さらに、本発明は、処理される流体用の少なくとも１つの入口と、処理された流体用の少なくとも１つの出口とを有し、入口と出口との間の流れの中に粒状のイオン交換媒体が配置され、入口が拡張タンクの流体入口に対応し、出口が拡張タンクの流体出口に対応するように、拡張タンク内に交換可能に配置されたイオン交換容器を含む、流体を処理するための、冷却流体用、特に、自動車の、特に、燃料電池システムの機能システムにある冷却装置の液体流体用の拡張タンクのイオン交換器に関する。
【背景技術】
【０００３】
独国特許出願公開第１０  ２００９  ０１２  ３７９Ａ１号明細書は、燃料電池スタックの冷却媒体システム用の冷却媒体タンクを開示している。冷却媒体タンクは、冷却媒体入口および冷却媒体出口を含む。イオン交換カートリッジは、冷却媒体タンク自体のチャンバ内で冷却媒体タンクの底部に、冷却媒体入口に隣接して配置される。イオン交換カートリッジは、イオン交換樹脂が配置されたハウジングを含む。イオン交換カートリッジは、ハウジング内に形成された少なくとも１つの流体透過性の出口ポートを含む。出口ポートは、冷却媒体出口との流体連通を可能にする。イオン交換カートリッジのハウジングは、冷却媒体入口と流体連通する入口をさらに含む。冷却媒体は、処理されるよう、イオン交換カートリッジを流れ、したがって、入口からイオン交換樹脂の間を通って出口ポートまで下から上に流れる。イオン交換カートリッジは剛性材料でできており、したがって、硬くて変形しない。イオン交換樹脂は、イオン交換カートリッジ内に疎らに配置される。剛性のイオン交換カートリッジ内にイオン交換樹脂を疎らに配置することで、冷却媒体の通過による優先流路の形成が可能になる。そのような優先流路は、イオン交換媒体の一部分だけが流れを受けて、その効果を発揮することから望ましくない。結果的に、冷却媒体の処理に関するイオン交換器の全容量が全体として小さくなる。さらに、イオン交換カートリッジの有効寿命が縮まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体流体および前述の種類のイオン交換器用の拡張タンクが、単純かつ空間を節約した形で実現でき、流体の処理に関して最適な効率を有し、可能な限り長い有効寿命を有するように拡張タンクを構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、イオン交換容器が可撓性の包体を有するという点で、本発明により解決される。
【０００６】
本発明によれば、イオン交換容器は、可撓性の包体を有し、そのため、その形状を容易に変えることができる。例えば、イオン交換容器は、適切な力を加えることで外部から簡単に圧縮することができ、イオン交換容器に収容されたイオン交換媒体も圧縮することができる。イオン交換媒体を圧縮することで、優先流れチャネルの望ましくない形成が抑制される。その結果、イオン交換器の有効寿命が延びる。さらに、流体の処理に関する効率が改善される。可撓性のイオン交換容器はまた、利用可能な取り付け空間に対して簡単に適合することができる。したがって、一実施形態におけるイオン交換容器は、様々な拡張タンクで使用することができる。このように、必要とされる構成要素の多様性が低くなる。したがって、一実施形態のイオン交換容器は、必要に応じて、様々な量のイオン交換材料を充填することができる。イオン交換容器内の空隙は、イオン交換容器を圧縮することで簡単に縮めることができる。このように、単一サイズのイオン交換容器を用いて、様々な容量のイオン交換器を実現することができる。
【０００７】
有利な実施形態によれば、イオン交換容器、特に、イオン交換媒体を圧縮するために、特に、少なくとも１つの弾性要素を有する少なくとも１つの圧縮装置を設けることができる。このイオン交換媒体が収容されたイオン交換容器は、優先流体流れチャネルの形成が抑制されるように、圧縮装置を用いて圧縮することができる。有利には、イオン交換チャンバ内で、イオン交換器をイオン交換チャンバ内に導入することを可能にする交換開口の蓋に当てて、与圧した弾性要素を配置することができ、イオン交換容器は、弾性要素によってイオン交換チャンバの底面に押し付けられ、それにより、圧縮される。それに加えて、または代替案として、適切に与圧された弾性要素はまた、イオン交換器チャンバの底部側に配置することもでき、イオン交換容器を蓋に向かう方向に圧縮することができる。弾性要素は、特に、スプリング要素、特に、コーティングした金属スプリングまたはプラスチックスプリングとすることができる。さらに、流体への金属イオンの導入を防止するために、金属スプリングが、特に、ダイヤフラムまたはベローズを使用することにより、流体に対して封止された空間に配置されるようにすることができる。コーティングした金属スプリングまたは封止空間にある金属スプリングは、有利には、イオン交換容器の入口側に配置することができる。この方法では、金属スプリングのコーティングが損傷するか、または封止空間が損傷した場合に、漏出し得る金属イオンは、流路内に続くイオン交換媒体によって吸収され、流体管に進入しない。さらに、圧縮装置は、好ましくはイオン交換器の一部として、与圧された弾性圧縮包体を含むことができ、イオン交換容器は弾性圧縮包体に収容され、弾性圧縮包体はイオン交換容器を圧縮し、さらに、イオン交換容器と共にイオン交換媒体を圧縮する。圧縮装置はイオン交換器の一部とすることができる。蓋もイオン交換器の一部とすることができる。
【０００８】
有利には、特に、弾性要素を有する少なくとも１つの圧縮装置は、イオン交換媒体を圧縮するために、イオン交換容器内に配置することができる。イオン交換器は、圧縮装置と共にモジュール式の構成要素として製造することができる。有利には、イオン交換バッグは、圧縮装置と共に交換することができる。これに関連して、弾性要素は、上記のように、与圧されたスプリング要素、特に、コーティングした金属スプリング、プラスチックスプリング、または封止された空間内の金属スプリングとすることができる。圧縮装置がイオン交換容器内に配置されるために、イオン交換容器の包体は圧縮時に変形してはならないことから、イオン交換媒体の最適な圧縮が可能である。圧縮装置は、イオン交換媒体に直接作用することができる。その結果、圧縮装置は、適切により小さい大きさとすることができる。
【０００９】
さらに有利な実施形態では、イオン交換容器の包体は、少なくとも、いくつかの部分にわたって弾性とすることができる。この方法では、包体の弾性領域に与圧がかかるように、イオン交換容器にイオン交換媒体をきつく充填することができる。この与圧により、収容されたイオン交換媒体が圧縮されるので、イオン交換容器の包体の弾性部分は圧縮装置として機能する。優先流れチャネルの形成は、このようにして抑制される。さらに、冷却流体が通過することでイオン交換器内に生じる圧力変動をイオン交換容器の弾性によって補償することができる。さらに、イオン交換容器を圧縮するための補助的弾性要素を必要としない。少なくとも、補助的弾性要素は適切により小さく設計することができる。
【００１０】
さらに、有利には、拡張タンクは、入口を流体入口に接続する、または出口を流体出口に接続するイオン交換容器用の接続構造を有することができる。接続構造は、イオン交換チャンバ内へのイオン交換器の簡単な組み込みを可能にする。接続構造は、有利には、イオン交換容器の簡単な挿入によって、入口と流体入口との間、または出口と流体出口の間の流体接続が得られるように設計することができる。
【００１１】
さらなる有利な実施形態では、イオン交換容器は、拡張タンク内の剛性の受け入れ包体、特に、内側シリンダ内に配置することができる。受け入れ包体は剛性であるので、イオン交換容器の形状を前もって設定することができる。圧縮装置を使用する場合に、イオン交換容器がその形状を変え、それにより、圧縮力をかわすのをこのようにして防止することができる。圧縮時、イオン交換容器およびイオン交換媒体は、イオン交換媒体が最適に圧縮されるように、剛性の受け入れ包体の内壁に押し付けることができる。こうして、簡単かつ効率的に、優先流れチャネルの形成を抑制することができる。受け入れ包体が、特に、内側シリンダの形態で拡張タンク内に固定して配置される場合、受け入れ包体は、同時に、イオン交換容器を取り付けるための容器およびガイドとして機能することができる。有利には、受け入れ包体は、さらにイオン交換容器用の接続構造と統合することができる。
【００１２】
さらに有利な実施形態では、イオン交換器チャンバは、蓋により、特に、スナップ式連結、またはロック連結を用いて閉止可能であるイオン交換器用の交換開口を有することができる。交換開口を使用して、イオン交換器を拡張タンクに簡単に導入し、拡張タンクから取り出すことができる。クイックリリース装置およびロック装置は、簡単かつ迅速に開閉することができる。
【００１３】
有利には、イオン交換容器は、保持装置、特に、爪、またはロック連結部を有する２部品構成の保持装置を用いて蓋に固定することができる。イオン交換容器は、保持装置を用いて、簡単に固定締結することができ、爪を用いて、蓋に安全に固定することができる。この方法では、イオン交換器を交換する場合、イオン交換容器は、蓋と共に拡張タンクから切り離すことができる。イオン交換容器を係合させ、拡張タンクから引き抜くのに、補助工具は必要とされない。蓋はイオン交換器の一部とすることができる。保持部品は、２つの部品から簡単に組み立てることができる。保持部品は、イオン交換バッグを完全に囲んで容易に閉じることができる。ロック連結部は容易に連結することができ、再度外すことができる。
【００１４】
有利には、蓋は、少なくとも２段構成からなる開放機構を有することができる。この方法では、安全機能を簡単に実現することができる。拡張タンク内が周囲環境に対して超過圧力になっている場合、従事する人員が危険にさらされることがある、蓋が開かれたときの蓋の制御不能な飛び出しを、安全機能を用いて容易に防止することができる。開放機構は、安全スプリングと組み合わせることができるある種のバヨネット閉止体（ｂａｙｏｎｅｔ  ｃｌｏｓｕｒｅ）を含むことができるのが好ましい。
【００１５】
技術上の目的は、イオン交換容器が可撓性の包体を有するという点で、本発明により、さらに、イオン交換器によって解決される。本発明による拡張タンクに関連して上記に説明した特徴および利点は、本発明によるイオン交換器に同様に当てはまる。
【００１６】
図面を用いて本発明の実施形態をより詳細に説明する以下の記述から、本発明のさらなる利点、特徴、および細部が明らかになる。当業者は、図面、明細書、および特許請求の範囲に組み合わせて開示した特徴を適切に、また、個別に検討し、それらの特徴を組み合わせて、さらなる有意義な組み合わせにするであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】イオン交換器が配置される、自動車の燃料電池システムにある冷却回路の冷却剤用の第１の実施形態による拡張タンクの等角図を概略的に示している。
【図２】図１の拡張タンクの平面図を概略的に示している。
【図３】図１および図２の拡張タンクの側面図を概略的に示している。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面線に沿った、図１〜３の拡張タンクの縦断面図を概略的に示している。
【図５】図１〜４の実施形態と同様な第２の実施形態による拡張タンクの縦断面図を概略的に示している。
【図６】図１〜５の拡張タンクと同様な第３の実施形態による拡張タンクの縦断面図を概略的に示している。
【図７】図１〜６の拡張タンクと同様な第４の実施形態による拡張タンクの縦断面図を概略的に示している。
【図８】図７の拡張タンクのイオン交換器の側面図を概略的に示している。
【図９】図１〜８の拡張タンクと同様な第５の実施形態による拡張タンクの縦断面図を概略的に示している。
【図１０】図９の拡張タンクのイオン交換器の縦断面図を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図において、同じ構成要素は、同じ参照符号で示される。
【００１９】
図１〜４には、自動車の燃料電池システムの冷却回路の冷却流体用の拡張タンク１０の第１の実施形態が示されている。拡張タンク１０は、蓋部１４によって、密封した状態で閉じられた底部１２を含む。
【００２０】
拡張タンク１０内には、図４に示すように、拡張タンク１０を複数のチャンバ１８に分割する、冷却流体用のサージ壁１６が配置されている。サージ壁１６は、強度を高めるように作用し、冷却流体を静めるのに寄与する。サージ壁１６はそれぞれ、下側領域に流路２０を有し、冷却流体は、流路２０を通ってチャンバ１８間を流れることができる。サージ壁１６は、その上側領域に補償開口２２を有し、特に、圧力を補償するために、空気は、補償開口２２を通ってチャンバ１８間を流れることができる。
【００２１】
拡張タンク１０の円筒状受け入れチャンバ２４内には、全体として参照符号２５で示されるイオン交換器のイオン交換バッグ２６がある。受け入れチャンバ２４は、イオン交換バッグ２６が挿入される内側シリンダ２８によって画定される。イオン交換バッグ２６は、図４にクロスハッチングで示す粒状のイオン交換材料２７を充填されるが、イオン交換材料２７の作用については、これに関連してさらに詳細に説明することはしない。内側シリンダ２８は、拡張タンク１０の底部に、密封した形で円周方向に結合されている。
【００２２】
拡張タンク１０の底部は、受け入れチャンバ２４のチャンバ底部３０も形成している。内側シリンダ２８の上側縁部は開放されており、そのため、上側縁部で、内側シリンダ２８に隣接する、拡張タンク１０のチャンバ１８への接続開口３２を実現することができる。
【００２３】
チャンバ底部３０は段付き構成とされ、入口ソケット３６が内部に延びる入口空間３４を画定する。入口空間３４を含むチャンバ底部３０は、イオン交換バッグ２６用の接続構造をこのようにして形成している。入口ソケット３６は、ここでは示していないが、冷却流体を拡張タンク１０に供給する冷却媒体回路の冷却媒体管に接続される。
【００２４】
入口ソケット３６に面する、図４の入口空間３４の下側領域は、直径に関して、内側シリンダ２８の直径と比較して小さくなっている。入口空間３４のこの下側領域には、与圧されたらせん状の圧力スプリング３８が、内側シリンダ２８に向かって軸方向に配置されている。らせん状の圧力スプリング３８はプラスチック材料でできている。らせん状の圧力スプリング３８は、一方の端部をチャンバ底部３０で支持されている。らせん状の圧力スプリング３８は、他方の端部を分散器要素４０に支持されている。
【００２５】
分散器要素４０は、内側シリンダ２８内で軸方向に移動可能に配置されている。分散器要素４０の円周面は段が付いている。分散器要素４０のらせん状圧力スプリング３８に面する部分は、チャンバ底部３８の下側領域の直径とほぼ等しい。分散器要素４０のイオン交換バッグ２６に面する部分は、内側シリンダ２８の断面にほぼ等しい。分散器要素４０は、予圧されたらせん状の圧力スプリング３８によって軸方向にイオン交換バッグ２６に押し付けられる。図４おいて、分散器要素４０は、明瞭性を高めるために、イオン交換バッグ２６に力を作用させていないその下側位置で示されている。図示していない、機能する位置では、イオン交換バッグ２６にかかった分散器要素４０の圧力は、イオン交換バッグ２６が内側シリンダ２８の中に押し込まれて、内側シリンダ２８の内周側の面と接触するといった効果を有する。粒状のイオン交換材料２７はこのように圧縮されるので、冷却液体の通過時に、粒状のイオン交換材料２７内での優先流れチャネルの形成が抑制される。
【００２６】
分散器要素４０は、図４に示す複数の分散器流路を有し、これらの分散器流路は、入口空間３４をイオン交換バッグ２６の隣接する底部側と接続している。分散器要素４０によって、図４に矢印４４で示す、入口ソケット３６を通って入口空間３４に流入した、処理される冷却流体が、内側シリンダ２８の断面全体にわたって均一に分散し、イオン交換バッグ２６の底部側に向かって流れることができるようになる。
【００２７】
受け入れチャンバ２４に加えて、出口開口４６が、拡張タンク１０の底部に配置され、拡張タンク１０の外側で出口ソケット４８によって囲まれている。出口ソケット４８は、拡張タンク１０から冷却流体を取り出すために、冷却媒体回路の図示した冷却媒体排出管と接続される。
【００２８】
拡張タンク１０は、空間上の上部で、受け入れチャンバ２４の内側シリンダ２８と同軸の受け入れ開口５２を備えた容器ソケット５０を蓋部１４に有する。イオン交換バッグ２６は、受け入れ開口５２を通って拡張タンク１０の受け入れチャンバ２４に導入することができ、受け入れチャンバ２４から取り出すことができる。容器ソケット５０は、イオン交換バッグ２６の導入、および受け入れ開口５２を閉じるための容器蓋５４の取り付けを簡単にするように、内側シリンダ２８から離れる方向を向いた側で漏斗形状に広がっている。
【００２９】
容器蓋５４はカップ５６を含む。カップ５６の開放側は、受け入れチャンバ２４から離れる方向を向いた外側にある。受け入れ開口５２は、カップ５６の底部５８によって閉じられている。圧力ディスク８６はカップ５８の底部５６に密着して置かれ、分散器要素４０から離れる方向を向いたイオン交換バッグ２６の上面に取り付けられている。
【００３０】
カップ５６の円周壁において、２つのスロット６０が、それぞれ軸方向に同じ高さで、円周の一部のまわりを円周方向に延び、特に、図１に見ることができる。例えば、図１および図２に示され、複数の湾曲部を含む構成を有する弾性固定リング６２の湾曲した部分が、スロット６０を貫通している。容器ソケット５０は、固定リング６２用の対応するスロットを有するが、これらのスロットは、図面を明瞭にするために、図１〜４には示されていない。
【００３１】
カップ５６の縁部にカラー６４が一体に形成されている。カラー６４は、カップ５６から半径方向外側に延びている。カラー６４は、シリンダ部６６まで半径方向外側に広がり、シリンダ部６６はカップ５６と同軸であり、半径方向外側でカップ５６を囲んでいる。シリンダ部６６には、それぞれがシリンダ部６６の自由縁部に向かって開かれた、略Ｌ字形状の３つのバヨネット受け口６８が配置されている。容器蓋５４が取り付けられると、特に、図１に示すように、適切なウェブ７０がバヨネット受け口６８と係合する。ウェブ７０は、容器ソケット５０の半径方向外側の円周面に配置され、円周方向および半径方向外側に延びている。ウェブ７０およびバヨネット受け口６８は、バヨネット閉止体のように相互作用する。
【００３２】
容器蓋５４のカップ５６はさらに、環状シール７２を含む円周封止溝を半径方向外側に有し、環状シール７２は、容器ソケット５８の内側面に対して容器蓋５４を半径方向に封止する。
【００３３】
ウェブ７０をバヨネット受け口６８と組み合わせ、固定リング６２をスロット６０と組み合わせることで、容器蓋５４用の２段開放機構が実現する。ウェブ７０およびバヨネット受け口６８を含むバヨネット閉止体を開いた後、容器蓋５４は、それでもなお、固定リング６２によって容器ソケット５０内に固定されている。このようにして、周囲環境に対して拡張タンク１０内の圧力が超過している場合に、容器蓋５４が容器ソケット５０から制御不能に飛び出ることがあるのを防止する。バヨネット連結を解除した後、容器蓋５４は、超過圧力が、制御された形で放出され得るように受け入れ開口５２を解放する。固定リング６２を外した後でなければ、容器蓋５４を容器ソケット５０から取り外すことができない。
【００３４】
容器ソケット５０に加えて、図１および図３に示すように、冷却流体を補給するための補給ソケット７４が蓋部１４に配置されている。補給ソケット７４は、ねじ閉止体７６を用いて閉じることができる。
【００３５】
イオン交換バッグ２６は、内側シリンダ２８の形状に合わせることができるように、可撓性の弾性材料でできている。イオン交換バッグ２６の材料は、冷却流体に対して透過性である。したがって、冷却流体は、分散器要素４０の分散器流路４２からイオン交換バッグ２６の内部に流入することができる。イオン交換バッグ２６の分散器要素４０に面する部分は、このように、処理される冷却流体用の入口４１として機能する。イオン交換バッグ２６は、内側シリンダ２８の内側面に接して置かれるので、冷却流体は、その接した位置でイオン交換バッグ２６から出ることができない。冷却流体は、底部から上部まで矢印８２の方向に粒状のイオン交換材料２７の間を流れなければならず、そこで処理される。処理された冷却流体は、図４に矢印８０で示すように、接続開口３２によってのみ受け入れチャンバ２４から流れることができる。イオン交換バッグ２６の接続開口３２に設けられた部分は、処理された冷却流体用の出口４３として機能する。入口４１から出口４３までイオン交換バッグ２６を通る冷却流体の流れは、こうして前もって定められている。処理された冷却流体は、出口４３からチャンバ１８に流入し、そこから出口開口４６および出口ソケット４８を通って拡張タンク１０の外に出る。
【００３６】
入口４１および出口４３の領域のイオン交換バッグ２６の材料は、粒状のイオン交換材料２７のための保持機能をさらに果たす。したがって、例えば、ふるいの形態の独立した保持装置は必要とされない。
【００３７】
図５には、拡張タンク１０の第２の実施形態が示されている。図１〜４の第１の実施形態のものと同様な要素には、同じ参照符号が付与されており、１００が追加される場合もある。第２の実施形態は、らせん状の圧力スプリング３８が、入口空間３４ではなくて、スプリング受け入れシリンダ８４に配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。スプリング受け入れシリンダ８４は、底部５８の受け入れチャンバ２４の方を向いた側で、容器蓋５４のカップ５６に同軸に取り付けられている。らせん状圧力スプリング３８は、一方の端部を底部５８で支持され、他方の端部を圧力ディスク８６で支持されている。圧力ディスク８６は、圧力ディスク８６を用いてらせん状圧力スプリング３８を予圧することで、イオン交換バッグ２６が内側シリンダ２８内で圧縮されるように、内側シリンダ２８内を軸方向に移動することができる。
【００３８】
第１の実施形態とは異なり、入口空間１３４および分散器要素１４０は段が付いていない。分散器要素１４０は、入口空間１３４内に動かないように配置されている。したがって、分散器要素１４０は、イオン交換バッグ２６用の受け台として機能する。
【００３９】
図６に示す第３の実施形態は、圧力ディスク８６の代わりにプラスチックカップ１８６が設けられている点で、図５の第２の実施形態と異なっている。プラスチックカップ１８６は、イオン交換バッグの容器蓋５４の方を向いた側でイオン交換バッグ２６を囲む、２つの分離可能な半体シェル１８８で構成されている。半体シェル１８８は、半径方向内側の円周面に爪１９０を有し、爪１９０はイオン交換バッグ２６をつかんで固定する。プラスチックカップ１８６は、スプリング受け入れシリンダ８４内を軸方向に移動することができる。らせん状圧力スプリング３８の代わりに、スプリング座１３８が設けられており、スプリング座１３８は、容器蓋５４のカップ５６の底部５８に取り付けられている。スプリング座１３８は、プラスチックカップ１８６を軸方向に押すので、イオン交換バッグ２６は、内側シリンダ２８および分散器要素１４０に押し付けられ、したがって、粒状のイオン交換材料２７が圧縮される。
【００４０】
図７および図８には、拡張タンク１０の第４の実施形態が示されている。第４の実施形態は、圧力ディスク８６が、ロック連結部２９３のロックノーズ２９２を半径方向外側に有する点で、図５による第２の実施形態と異なっている。ロック連結部２９３を用いて、イオン交換バッグ２６が、容器蓋５４に分離可能に連結される。スプリング受け入れシリンダ８４は、ロックノーズ２９２に対応するロック凹部２９４をその円周壁に有する。ロック凹部２９４はそれぞれ、スプリング受け入れシリンダ８４の自由端に向かって開かれた、軸方向に延びる挿入部２９６を有する。挿入部２９６を用いて、適切なロックノーズ２９２を軸方向にロック受け口２９４に挿入し、ロック受け口２９４から引き出すことができる。挿入部２９６は、円周方向に延びる平行移動部２９８への移行部を有する。平行移動部２９８には、軸方向に延びる移動部２９９が隣接している。移動部２９９は、軸方向両側で平行移動部２９８を越えて突出している。ロックノーズ２９２は、特別に設計されたロック受け口２９４と共に、圧力ディスク８６と容器蓋５４との間の連結が誤って解除されることがあるのを防止する固定ロック手段として機能する。移動部２９２において、圧力ディスク８６は、イオン交換バッグ２６を圧縮するために、スプリング受け入れシリンダ８４に対して軸方向に移動することができる。
【００４１】
図９および図１０には、拡張タンク１０の第５の実施形態が示されている。図５の第２の実施形態とは異なり、らせん状の圧力スプリング３８の代わりに、スプリング座３３８が設けられており、スプリング座３３８は、イオン交換バッグ２６内に配置されている。スプリング座３３８は、イオン交換バッグ２６の容器蓋５４に面した側に配置されたカバーディスク３００に支持されている。カバーディスク３００から離れる方向を向いた端面で、スプリング座３３８は、圧力ディスク３８６に載っている。圧力ディスク３８６は、イオン交換バッグ２６内で、スプリング座３３８と粒状のイオン交換材料２７との間に配置されている。圧力ディスク３８６は流体透過性である。イオン交換バッグ２６の出口４３は、スプリング座１３８の高さに配置されている。カバーディスク３００は、容器蓋５４の底部５８でガイドバー３８８に固定されている。
【００４２】
拡張タンク１０およびイオン交換器２５の上記の実施形態のすべてにおいて、以下の修正が特に可能である。
【００４３】
本発明は、自動車の燃料電池にある冷却装置のイオン交換器２５に限定されない。代わりに、本発明は、様々な液体流体を処理する様々な機能システムのイオン交換器、例えば、放電加工機で水からイオンを除去するイオン交換器、定置用燃料電池用途のイオン交換器、または、例えば、窒素酸化物を酸素還元するために、内燃機関の排気ガス流れに導入される水尿素溶液を処理するイオン交換器などで使用することもできる。さらに、本発明は、飲料水、冷却水、ボイラー水、または他のタイプの工業用水を処理するために使用することができる。
【００４４】
らせん状の圧力スプリング３８は、プラスチック材料で作る代わりに、コーティングした金属で作ることもできる。らせん状の圧力スプリング３８の代わりに、イオン交換容器２６を圧縮するための弾性要素として、開放気孔発泡体を使用することもできる。
【００４５】
さらに、冷却流体への金属イオンの導入を防止するために、金属スプリングが、例えば、ダイヤフラムおよび／またはベローズを使用することにより、冷却流体に対して封止された空間に配置されるようにすることができる。
【００４６】
イオン交換バッグ２６は、可撓性の弾性材料で作る代わりに、可撓性の非弾性材料、またはいくつかの部分にわたってのみ弾性である材料で作ることもできる。
【００４７】
イオン交換バッグ２６は、流体用の入口４１と出口４３との間の一部が不透過性であるように設計することもできる。例えば、イオン交換バッグ２６は、流体不透過性のコーティングを施されてよいし、または流体不透過性の包体、例えば、弾性圧縮包体を設けられてもよい。入口４１と出口４３との間の一部が流体不透過性である場合、イオン交換バッグ２６と内側シリンダ２８の半径方向内側の円周面との接触に基づく封止作用をなくすことができる。適切に流体不透過性である包体が、粒状のイオン交換材料２１を圧縮して、優先流れチャネルの形成を回避するのに十分な圧縮作用を有する場合、内側シリンダ２８の圧縮機能もなくすことができる。場合によっては、内側シリンダ２８を完全に削除することができる。
【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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【国際調査報告】
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