DE102009012379C5

DE102009012379C5 - Kühlmitteltankanordnung

Info

Publication number: DE102009012379C5
Application number: DE102009012379.2A
Authority: DE
Inventors: Ralph T.J. Hobmeyr; Marlene Rinner; Mario Naretto Rosso
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: US20090233134A1; DE102009012379A1; CN101533919B; CN101533919A; DE102009012379B4; US8007948B2

Abstract

Kühlmitteltankanordnung (2) eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel, umfassend: einen Kühlmitteltank (4), der einen Kühlmitteleinlass (6) und einen Kühlmittelauslass (8) aufweist; und eine Ionentauscherkartuschenanordnung (12), die in dem Kühlmitteltank (4) entfernbar angeordnet ist, wobei die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) eine Ionentauscherkartusche (16) aufweist, die ein Gehäuse (18) mit einem darin angeordneten Ionentauscherharz besitzt, wobei das Gehäuse (18) einen Einlass (25) und zumindest ein fluidpermeables Auslassfenster (20) aufweist, das für einen Durchfluss von Kühlmittel konfiguriert ist; wobei der Kühlmitteltank (4) ferner eine darin geformte Öffnung (10) besitzt, durch die die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) in den Kühlmitteltank (4) einsetz- und entfernbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) mit ihrem Einlass (25) in abgedichteter Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass (6) des Kühlmitteltanks (4) steht, wobei der Gehäuseeinlass (25) der Ionentauscherkartuschenanordnung (12) abdichtend in den Kühlmitteltank (4) in Fluidkommunikation mit dessen Kühlmitteleinlass (6) eingesetzt ist, wobei Kühlmittel durch den Gehäuseeinlass (25) der Ionentauscherkartuschenanordnung (12), durch das Ionentauscherharz und aus den fluidpermeablen Auslassfenstern (20) und in das Kühlmittelreservoir strömt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kühlmitteltankanordnung eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der AT 503 293 B1 bekannt geworden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Brennstoffzelle ist als eine saubere, effiziente und umweltfreundliche Energiequelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene andere Anwendungen vorgeschlagen worden. Insbesondere ist die Brennstoffzelle als eine potentielle Alternative für die in modernen Fahrzeugen verwendete herkömmliche Brennkraftmaschine erkannt worden.
Ein Typ von Brennstoffzelle ist als eine Protonenaustauschmembran-(PEM)-Brennstoffzelle bekannt. Die PEM-Brennstoffzelle umfasst typischerweise drei Grundkomponenten: eine Kathode, eine Anode und eine Elektrolytmembran. Die Kathode und die Anode umfassen typischerweise einen fein geteilten Katalysator, wie Platin, der auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem Ionomer gemischt ist. Die Elektrolytmembran ist schichtartig zwischen der Kathode und der Anode angeordnet, um eine Membranelektrolytanordnung (MEA) zu bilden. Die MEA ist oftmals zwischen porösen Diffusionsmedien (DM) angeordnet, die eine Lieferung von gasförmigen Reaktanden, typischerweise Wasserstoff und Sauerstoff, für eine elektrochemische Brennstoffzellenreaktion unterstützen. Einzelne Brennstoffzellen können in Reihe aneinander gestapelt werden, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Der Brennstoffzellenstapel ist in der Lage, eine Menge an Elektrizität zu liefern, die ausreichend ist, um ein Fahrzeug mit Leistung zu beaufschlagen.
Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels wird die Temperatur des Brennstoffzellenstapels allgemein innerhalb eines Sollbereiches für die elektrochemische Brennstoffzellenreaktion gehalten. Ein Kühlmittelsystem, das einen Kühlmitteltank und Kühlmittelleitungen in Fluidkommunikation mit dem Brennstoffzellenstapel aufweist, wird typischerweise zu diesem Zweck verwendet. Kühlmittel, wie im Wesentlichen reines Wasser, von einem Kühlmitteltank wird an den Brennstoffzellenstapel zur Regelung seiner Temperatur geliefert. Das an den Brennstoffzellenstapel gelieferte Kühlmittel soll typischerweise eine minimale elektrische Leitfähigkeit besitzen. Wenn in dem Kühlmittel Ionen vorhanden sind, steigt eine elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, und ein Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels nimmt ab. Um der Abnahme des Wirkungsgrades des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken, wird in dem Kühlmittelsystem typischerweise eine Ionentauscherkartusche zur Entfernung von Ionen in dem Kühlmittel verwendet.
Gemäß den Druckschriften US 2005/0115884 A1 oder JP 2001/035519 A sind die Ionentauscherkartuschen in Reihe bzw. in der Leitung (In-Line-Anordnung) zwischen dem Kühlmitteltank und dem Brennstoffzellenstapel angeordnet. Nach ausreichendem Gebrauch muss die erschöpfte Ionentauscherkartusche, die ein Gehäuse, mehrere Verbinder und Harz aufweist, ersetzt und richtig entsorgt werden. Eine derartige Wartung von in der Leitung befindlichen Ionentauscherkartuschen ist allgemein schwierig. Beispielsweise kann der Zugriff auf den Teil des Motorraums, an dem die Ionentauscherkartusche angeordnet ist, beschränkt sein. Zusätzlich wird die Leitung notwendigerweise geöffnet, um die sich in der Leitung befindliche Ionentauscherkartusche zu ersetzen, was in einem Ablassen zumindest eines Teils des Kühlmittels resultiert. Daher ist ein Eintritt von Schmutzstoffen von der Umgebung in das Kühlmittelsystem während einer derartigen Wartung möglich. Im Allgemeinen ist auch eine anschließende und unerwünschte Reinigung des Kühlmittelsystems nach der Wartung erforderlich.
Es besteht ein fortwährender Bedarf nach einer Ionentauscherkartusche und einem Verfahren zum Warten eines die Ionentauscherkartusche aufweisenden Kühlmittelsystems, die/das wieder verwendbare Teile verwendet, Abfall minimiert, einen Verlust des Kühlmittels während der Wartung minimiert und den Kontakt des Kühlmittelsystems mit Kontamination aus der Umgebung minimiert. Die Ionentauscherkartusche soll auch ein integriertes Gehäuse mit Schließ- und Dichtungsfunktionen besitzen, die eine Wiederverwendung und ein Nachfüllen der Ionentauscherkartusche bei einer Wartung unterstützen.
Ausgehend von der AT 503 293 B1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Ionentauscherleistung zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einer Kühlmitteltankanordnung (KTA) eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1 eine perspektivische Schnittansicht eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel zeigt, wobei das Kühlmittelsystem eine Ionentauscherkartuschenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist;
2 ein Seitenaufriss in Explosionsdarstellung der Ionentauscherkartuschenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine Draufsicht einer Ionentauscherkartusche für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist;
4 ein Seitenaufriss einer Ionentauscherkartusche für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist;
5 eine Ansicht von unten einer Ionentauscherkartusche für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist;
6 eine perspektivische Ansicht einer Kartuschenklemm- bzw. schnappanordnung für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist;
7 ein Seitenaufriss einer Kartuschenschnappanordnung für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist;
8 eine Draufsicht einer Kartuschenschnappanordnung für die in 2 gezeigte Ionentauscherkartuschenanordnung ist; und
9 ein Seitenaufriss in Explosionsdarstellung der Ionentauscherkartuschenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die ein Verfahren zum Zusammenbauen der Ionentauscherkartuschenanordnung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Kühlmittelsystem, das eine Kühlmitteltankanordnung 2 (KTA) gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist. Die KTA 2 umfasst einen Kühlmitteltank 4 mit einem Kühlmitteleinlass 6 und einem Kühlmittelauslass 8. Der Kühlmitteleinlass 6 und der Kühlmittelauslass 8 stehen in Fluidkommunikation mit einem Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) beispielsweise über einen Kühlmittelkreislauf. Der Kühlmitteltank 4 ist derart angepasst, um Kühlmittel aufzunehmen, das durch den Brennstoffzellenstapel zirkuliert worden ist, und das Kühlmittel vor einer Rezirkulation desselben zu speichern. Der gezeigte Kühlmitteltank 4 ist ein Kühlmittelreservoir mit mehreren Kammern. Dem Fachmann sei angemerkt, dass gegebenenfalls andere Konfigurationen des Kühlmitteltanks 4, beispielsweise ein Kühlmitteltank 4 mit einer einzelnen Kammer, verwendet werden können. Auch können mehrere Kühlmitteleinlässe 6, die an einem Ende des Kühlmitteltanks 4 angeordnet sind, und mehrere Kühlmittelauslässe 8, die typischerweise an einem unteren Ende des Kühlmitteltanks 4 angeordnet sind, verwendet werden.
Der Kühlmitteltank 4 besitzt eine darin geformte Öffnung 10. Eine Ionentauscherkartuschenanordnung 12 ist durch die Öffnung 10 eingesetzt und sitzt auf einem Unterteil 14 des Kühlmitteltanks 4 benachbart dem Kühlmitteleinlass 6. Die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 steht in Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass 6 und ist für einen Durchfluss von Kühlmittel angepasst. Das Kühlmittel strömt durch die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 zur Entfernung unerwünschter Ionen von dem Kühlmittel vor einem Eintritt des Kühlmittels in den Kühlmitteltank 4 und anschließend in den Brennstoffzellenstapel.
In Bezug auf die 1 und 2 umfasst die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 eine Ionentauscherkartusche 16 mit einem Gehäuse 18. Das Gehäuse 18 ist derart angepasst, dass ein Ionentauscherharz darin angeordnet werden kann. Das Ionentauscherharz kann ein im Wesentlichen wasserunlösliches Material sein, das beispielsweise in der Form von Perlen vorgesehen ist. Bei einer Ausführungsform wird das Ionentauscherharz aus einem Substrat aus organischem Polymer hergestellt. Als nicht beschränkende Beispiele kann das Ionentauscherharz zumindest eines aus einem stark sauren Polymer, beispielsweise mit Sulfonsäuregruppen, einem stark basischen Polymer, beispielsweise mit Trimethylammoniumgruppen, einem schwach sauren Polymer, beispielsweise mit Carbonsäuregruppen und einem schwach basischen Polymer, beispielsweise mit Aminogruppen, umfassen. Als weitere nicht beschränkende Beispiele kann das Ionentauscherharz zumindest eines aus Natriumpolystyrensulfonat (PolyAMPS), Poly(acrylamido-N-propyltrimethylammoniumchlorid) (PolyAPTAC) und Polyethylenamin aufweisen. Dem Fachmann sei angemerkt, dass gegebenenfalls andere geeignete Ionentauscherharze verwendet werden können.
Die Ionentauscherkartusche 16 besitzt zumindest ein fluidpermeables Auslassfenster 20, das in dem Gehäuse 18 geformt ist. Bei einer bestimmten Ausführungsform besitzt die Ionentauscherkartusche 16 eine Vielzahl von Auslassfenstern 20, die um das Gehäuse 18 herum angeordnet sind. Das Auslassfenster 20 ist für einen Durchfluss des Kühlmittels von dem Kühlmitteleinlass 6 durch das Ionentauscherharz und in den Kühlmitteltank 4 konfiguriert. Ein Volumenstrom der Kühlmittelströmung durch die Ionentauscherkartusche 16 kann beispielsweise im Bereich zwischen etwa 1 Liter pro Minute bis etwa 5 Liter pro Minute liegen. Bei einer besonderen Ausführungsform liegt der Volumenstrom der Kühlmittelströmung durch die Ionentauscherkartusche 16 zwischen etwa 2 Liter pro Minute bis etwa 4 Liter pro Minute. Gegebenenfalls kann eine geeignete Kühlmittelströmung für das Kühlmittelsystem des Brennstoffzellenstapels gewählt werden. Eine Größe der Ionentauscherkartusche 16 kann ebenfalls geeignet gewählt werden, um einen gewünschten Durchfluss aufzunehmen und einen Druckabfall über die Ionentauscherkartusche 16 zu minimieren.
Das Gehäuse 18 der Ionentauscherkartusche 16 besitzt ein erstes Ende 22 mit einer darin geformten ersten Öffnung 23. Das Gehäuse 18 besitzt ein zweites Ende 24 mit einem darin geformten Einlass 25. Der Einlass 25 ist zur Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass 6 des Kühlmitteltanks 4 angepasst. Der Einlass 25 erleichtert die Strömung des Kühlmittels in die Ionentauscherkartusche 16 zur Entfernung unerwünschter Ionen.
Die Ionentauscherkartusche 16 umfasst einen Verschlusskopf 26, der entfernbar mit dem Gehäuse 14 gekoppelt und derart angepasst ist, um die erste Öffnung 23 abzudichten. Der Verschlusskopf 26 kann Abmessungen besitzen, die ermöglichen, dass der Verschlusskopf 26 zumindest teilweise in die erste Öffnung 23 des Gehäuses 14 eingesetzt werden kann.
Der Gehäuseeinlass 25 und/oder das Auslassfenster 20 können eine darüber angeordnete, poröse Abdeckung 27 aufweisen, wie ein Netz bzw. Gewebe. Geeignete poröse Abdeckungen 27 können nach Bedarf gewählt werden. Beispielsweise kann die poröse Abdeckung 27 integral mit dem Gehäuse 18 geformt sein. Die poröse Abdeckung 27 kann über das Gehäuse 18 geformt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die poröse Abdeckung 27 an das Gehäuse 18 über den Gehäuseeinlass 25 und das Auslassfenster 20 beispielsweise geklebt und/oder geschweißt werden. Die poröse Abdeckung 27 ist derart angepasst, um die Ionentauscherharze in dem Gehäuse 18 zu halten, während die Ionentauscherkartusche 16 in dem Kühlmitteltank 4 angeordnet ist und insbesondere, während das Kühlmittel durch diese strömt.
Das Gehäuse 18 ist derart angepasst, dass es entfernbar in dem Kühlmitteltank 4 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Gehäuse 18 ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr sein, das durch die Öffnung 10 des Kühlmitteltanks 4 eingesetzt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 ferner eine Halterung 28, die mit der Ionentauscherkartusche 16 gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Halterung 28 derart angepasst sein, dass sie mit dem Verschlusskopf 26 gekoppelt ist. Die Halterung 28 erlaubt dadurch eine Entfernung der Ionentauscherkartusche 16 von dem Kühlmitteltank 4 nach Bedarf. Die Halterung 28 kann auch eine Länge besitzen, die ermöglicht, dass die Ionentauscherkartusche 16 bei Montage in der KTA 2 auf eine Basis des Kühlmitteltanks 4 aufgesetzt werden kann.
Eine Kappe 30 ist mit der Halterung 28 an einem Ende der Halterung 28, das der Ionentauscherkartusche 16 entgegengesetzt ist, gekoppelt. Die Kappe 30 kann nach Bedarf zum Aufschnappen und/oder Schrauben sein. Andere geeignete Typen von Kappen 30 können ebenfalls verwendet werden. Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Öffnung 10 des Kühlmitteltanks 4 durch eine sich nach außen erstreckende Schraub- bzw. Gewindelippe (nicht gezeigt) umgeben sein. Die Schraublippe des Kühlmitteltanks 4 kann mit der Gewinde- bzw. Schraubkappe 30 zusammenwirken, um die Öffnung 10 des Kühlmitteltanks 4 während eines Betriebs der Ionentauscherkartuschenanordnung 12 abzudichten. Beispielsweise kann die Kappe 30 einen flachen Dicht-O-Ring (nicht gezeigt) zum Abdichten der Öffnung 10 des Kühlmitteltanks 4 aufweisen, in die die Ionentauscherkartusche 16 eingesetzt wird.
Die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 und insbesondere die Ionentauscherkartusche 16 können beispielsweise durch einen Spritzgussprozess, wie es in der Technik bekannt ist, kastengünstig hergestellt werden. Andere geeignete Prozesse zum Herstellen und Zusammenbauen der Ionentauscherkartuschenanordnung 12 und der Ionentauscherkartusche 16 können nach Bedarf verwendet werden.
Nun Bezug nehmend auf die 2 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen der Ionentauscherkartuschenanordnung 12 der Offenbarung detaillierter beschrieben. Das Gehäuse 18 der Ionentauscherkartusche 16 ist derart angepasst, dass es mit dem Verschlusskopf 26 koppelt. Als ein nicht beschränkendes Beispiel besitzt das erste Ende 22 des Gehäuses 18 zumindest ein aufnehmendes Schnappmerkmal 32, das mit zumindest einem einrastenden bzw. stiftförmigen Schnappmerkmal 34 zusammenwirkt, das an dem Verschlusskopf 26 geformt ist. Das aufnehmende Schnappmerkmal 32 kann beispielsweise einen nach außen führenden Abschnitt 36 mit einer darin geformten Schnappöffnung 38 zur Aufnahme des einrastenden Schnappmerkmals 34 aufweisen. Dem Fachmann sei angemerkt, dass nach Bedarf das zumindest eine aufnehmende Schnappmerkmal 32 alternativ an dem Verschlusskopf 36 geformt sein kann und dass zumindest eine einrastende Schnappmerkmal alternativ an dem Gehäuse 18 geformt sein kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein erstes Dichtelement 40, wie ein erster O-Ring, zwischen dem Verschlusskopf 26 und der ersten Öffnung 23 des Gehäuses 18 angeordnet. Es sei angemerkt, dass ein Fachmann andere geeignete Dichtungselemente zur Verwendung als das erste Dichtungselement 40 wählen kann. Das erste Dichtungselement 40 sieht einen Dichtungseingriff zwischen dem Verschlusskopf 26 und dem Gehäuse 18 vor, wenn der Verschlusskopf 26 und das Gehäuse 18 zusammengebaut sind, um die Ionentauscherkartusche 16 zu bilden. Das erste Dichtelement 40 unterstützt ein Öffnen der Ionentauscherkartusche 16 bei Entfernung von dem Kühlmitteltank 4 zum Austausch von erschöpftem Ionentauscherharz.
Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das erste Dichtelement 40 in einer ersten Umfangsnut 42 angeordnet sein, die in dem Gehäuse 18 oder dem Verschlusskopf 26 geformt ist. Es sei angemerkt, dass das erste Dichtelement 40 an einer Fläche des Verschlusskopfes 26 angeordnet und schichtartig zwischen der Fläche und einer Innenwand des Gehäuses 18 angeordnet sein kann, wenn die Ionentauscherkartusche 16 zusammengebaut ist. Eine Trennwand 43 des Verschlusskopfes 26 und das erste Dichtelement 40 des Verschlusskopfes 26 wirken einer Strömung des Kühlmittels durch die erste Öffnung 23 des Gehäuses 18 entgegen. Die Wand 43 des ersten Dichtelements 40 wirkt auch jeglichem Ausstoß des Ionentauscherharzes von dem Gehäuse 18 aufgrund eines Drucks von der Kühlmittelströmung entgegen.
Der Verschlusskopf 26 kann auch zumindest einen einrastenden bzw. stiftartigen Bajonettanschluss 44 aufweisen. Der einrastende Bajonettanschluss 44 ist derart angepasst, dass er mit einem aufnehmenden Bajonettanschluss 46 an der Halterung 28 koppelt. Der einrastende Bajonettanschluss 44 kann einen Kanal 48 aufweisen, der mit dem aufnehmenden Bajonettanschluss 46 zusammenwirkt. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann der einrastende Bajonettanschluss 44 mehrere nach außen führende Schnappmerkmale aufweisen, und der aufnehmende Bajonettanschluss 46 kann ein Ringmerkmal aufweisen, das derart angepasst ist, um eng über die Schnappanordnungsmerkmale zu passen. Dem Fachmann sei angemerkt, dass nach Bedarf der einrastende Bajonettanschluss 44 alternativ an der Halterung 28 geformt sein kann und der aufnehmende Bajonettanschluss 46 alternativ an dem Verschlusskopf 26 geformt sein kann. Es können auch andere geeignete Mittel zum Koppeln des Verschlusskopfes 26 mit der Halterung 28 zum entfernbaren Anordnen der Ionentauscherkartusche 16 in dem Kühlmitteltank 4 verwendet werden. Beispielsweise können der Verschlusskopf 26, die Halterung 28 und/oder die Kappe 30 einteilig als ein einzelnes Teil geformt sein.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform besitzt das zweite Ende 24 des Gehäuses 18 ein zweites Dichtelement 50, wie einen zweiten O-Ring. Das zweite Dichtelement 50 kann das zweite Ende 24 des Gehäuses 18 umgeben. Das zweite Dichtelement 50 ist derart angepasst, um in dem Kühlmitteltank 4 in Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass 6 abdichtend aufgesetzt zu werden. Beispielsweise kann das zweite Dichtelement 50 zwischen dem Gehäuse 18 und einem Sitzmerkmal (nicht gezeigt) angeordnet sein, das in einer Basis des Kühlmitteltanks 4 in Reihe mit dem Kühlmitteleinlass 6 geformt ist. Das zweite Dichtelement 50 kann dadurch einer Umgehung der Ionentauscherkartusche 16 durch die Kühlmittelströmung und einem direkten Eintritt in den Kühlmitteltank 4 entgegenwirken. Wie bei dem ersten Dichtelement 40 kann das zweite Dichtelement 50 nach Bedarf gewählt sein. Das zweite Dichtelement 50 kann in einer zweiten Umfangsnut 52 angeordnet sein, die in dem Gehäuse 18 an dem zweiten Ende desselben geformt ist.
Nun Bezug nehmend auf 9 ist ein Verfahren zum Zusammenbauen der Ionentauscherkartuschenanordnung 12 der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Das Verfahren umfasst zunächst, dass das Gehäuse 18 mit dem zweiten Dichtelement 50, der Verschlusskopf 26 mit dem ersten Dichtelement 40 und die Halterung 28 vorgesehen werden. Das Gehäuse 18 wird dann mit einem geeigneten Ionentauscherharz gefüllt. Der Verschlusskopf 26 wird mit dem Gehäuse 18 beispielsweise durch Einsetzen des Verschlusskopfes in das Gehäuse 14 gekoppelt, bis die einrastenden Schnappmerkmale 34 des Verschlusskopfes 26 mit den aufnehmenden Schnappmerkmalen 32 des Gehäuses 18 zusammenwirken, um einer relativen Bewegung zwischen diesen entgegenzuwirken. Ähnlicherweise umfasst das Verfahren, dass die Halterung 28 mit dem Verschlusskopf 26 beispielsweise durch Einsetzen der einrastenden Bajonettmerkmale 44 des Verschlusskopfes 26 in den aufnehmenden Bajonettanschluss 46 der Halterung 28 gekoppelt wird, bis die Kanäle 28 des einrastenden Bajonettanschlusses 44 mit dem aufnehmenden Bajonettanschluss 46 zusammenwirken, um einer relativen Bewegung zwischen diesen entgegenzuwirken. Hierdurch wird die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 zusammengebaut und zur Anbringung in dem Kühlmitteltank 4 vorbereitet.
Die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 wird in dem Kühlmitteltank 4 durch Einsetzen der Ionentauscherkartuschenanordnung 12 durch die Öffnung 10 angebracht. Das zweite Ende 24 der Ionentauscherkartusche 16 wird abdichtend an der Basis des Kühlmitteltanks 4 in Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass 6 des Kühlmitteltanks 4 aufgesetzt. Der Kühlmitteltank 4 wird dann mit der Kappe 30 beispielsweise durch Drehen der Kappe 30, wenn diese ein Gewinde besitzt, abgedichtet. Es sei angemerkt, dass die Halterung 28 sich nicht mit dem Drehen der Kappe 30 verdreht. Nach einer Periode des Gebrauchs kann die Ionentauscherkartusche 16 von dem Kühlmitteltank 4 durch Lösen der Abdichtung der Kappe 30 und Ziehen an der Halterung 28 entfernt werden, um die Ionentauscherkartusche 16 außer Sitz zu bringen und zu entfernen. Die Ionentauscherkartuschenanordnung 12 kann dann teilweise oder vollständig auseinandergebaut und die erschöpfte Ionentauscherkartusche 16 mit neuem Ionentauscherharz wieder aufgeladen werden. Alternativ dazu kann die erschöpfte Ionentauscherkartusche 16 mit einer wieder aufgeladenen Ionentauscherkartusche 16, die das neue Harz besitzt, ersetzt werden.
Dem Fachmann sei angemerkt, dass die Ionentauscherkartuschenanordnung 16 eine optimierte und robuste Größe besitzt. Die KTA 2 und die Ionentauscherkartuschenanordnung 16 der vorliegenden Offenbarung unterstützen eine leichte Wartung und einen leichten Wechsel von erschöpftem Ionentauscherharz beispielsweise an einer Nachfüllstation des Lieferanten. Insbesondere ist überraschend herausgefunden worden, dass die Schnappanordnungen 32, 34 und die Bajonette 44, 46 der vorliegenden Offenbarung ermöglichen, dass die Ionentauscherkartusche 16 mehrmals entfernt und auseinander gebaut werden kann, ohne ein spezielles Werkzeug zu verwenden, um das Ionentauscherharz innerhalb der Ionentauscherkartusche 16 zu ersetzen.
Zusätzlich ist ein Verlust von Kühlmittel bei der Wartung minimiert, da die Ionentauscherkartusche 16 einfach von dem Kühlmitteltank 4 entfernt werden kann, ohne eine Kühlmittelleitung zu unterbrechen, wie es bei herkömmlichen, in der Leitung befindlichen Ionentauschersystemen Praxis ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen, in der Leitung befindlichen Systemen kann die Ionentauscherkartusche 16 wieder aufgeladen und rückgeführt werden, anstatt nach der Entfernung weggeworfen zu werden. Ähnlicherweise ist ein Kontakt des Kühlmittels gegenüber Kontamination beispielsweise durch Umgebungskontakt mit der KTA 2 und der Ionentauscherkartuschenanordnung 16 der Offenbarung minimiert.
Die Position des zumindest einen Fensters 20 in der Ionentauscherkartusche 16 kann so gewählt sein, dass das zumindest eine Fenster 20 in im Wesentlichen kontinuierlichem Kontakt mit dem Kühlmittel innerhalb des Kühlmitteltanks 4 steht. Es sei daher zu verstehen, dass ein Kontakt zwischen dem Ionentauscherharz innerhalb der Ionentauscherkartusche 16 mit dem Kühlfluid innerhalb des Kühlmitteltanks 4 das Kühlmittel vorteilhafterweise reinigt, ungeachtet dessen, ob das Kühlmittel durch die Ionentauscherkartusche 16 strömt. Somit kann die Ionentauscherkartusche 16 der vorliegenden Offenbarung auch das Kühlmittel während einer Abschalt-Betriebsart des Kühlmittelsystems reinigen.

Claims

Kühlmitteltankanordnung (2) eines Kühlmittelsystems für einen Brennstoffzellenstapel, umfassend: einen Kühlmitteltank (4), der einen Kühlmitteleinlass (6) und einen Kühlmittelauslass (8) aufweist; und eine Ionentauscherkartuschenanordnung (12), die in dem Kühlmitteltank (4) entfernbar angeordnet ist, wobei die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) eine Ionentauscherkartusche (16) aufweist, die ein Gehäuse (18) mit einem darin angeordneten Ionentauscherharz besitzt, wobei das Gehäuse (18) einen Einlass (25) und zumindest ein fluidpermeables Auslassfenster (20) aufweist, das für einen Durchfluss von Kühlmittel konfiguriert ist; wobei der Kühlmitteltank (4) ferner eine darin geformte Öffnung (10) besitzt, durch die die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) in den Kühlmitteltank (4) einsetz- und entfernbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) mit ihrem Einlass (25) in abgedichteter Fluidkommunikation mit dem Kühlmitteleinlass (6) des Kühlmitteltanks (4) steht, wobei der Gehäuseeinlass (25) der Ionentauscherkartuschenanordnung (12) abdichtend in den Kühlmitteltank (4) in Fluidkommunikation mit dessen Kühlmitteleinlass (6) eingesetzt ist, wobei Kühlmittel durch den Gehäuseeinlass (25) der Ionentauscherkartuschenanordnung (12), durch das Ionentauscherharz und aus den fluidpermeablen Auslassfenstern (20) und in das Kühlmittelreservoir strömt.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei die Ionentauscherkartuschenanordnung (12) ferner eine Halterung (28) aufweist, die mit der Ionentauscherkartusche (16) gekoppelt ist, wobei die Halterung (28) eine Gewindekappe (90) besitzt, die mit der Halterung (28) an einem Ende, das der Ionentauscherkartusche (16) entgegengesetzt ist, gekoppelt ist.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 2, wobei der Kühlmitteltank (4) eine nach außen führende Gewindelippe aufweist, die mit der Gewindekappe (30) der Halterung (28) zusammenwirkt, um die Öffnung (10) des Kühlmitteltanks (4) abzudichten, wenn die Ionentauscherkartusche (16) zum Betrieb eingesetzt ist.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (18) ein erstes Ende (22) mit einer darin geformten ersten Öffnung (23) besitzt.
Kühlmitteltankanordnung (3) nach Anspruch 4, ferner mit einem Verschlusskopf (26), der mit dem Gehäuse (18) gekoppelt ist und dessen erste Öffnung (23) abdichtet.
Kühlmitteltankanordnung (KTA) nach Anspruch 5, ferner mit einem ersten Dichtelement (40), das zwischen dem Verschlusskopf (26) und dem Gehäuse (18) angeordnet ist, wobei das erste Dichtelement (40) einen Dichtungseingriff zwischen dem Gehäuse (18) und dem Verschlusskopf (26) vorsieht.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 5, wobei das erste Ende des Gehäuses (18) zumindest ein aufnehmendes Schnappmerkmal (32) aufweist, das mit zumindest einem einrastenden Schnappmerkmal (34) zusammenwirkt, das an dem Verschlusskopf (26) geformt ist, um das Gehäuse (18) mit dem Verschlusskopf (26) zu koppeln.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (18) ein zweites Ende (24) mit einer Umfangsnut (52) besitzt.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 8, ferner mit einem zweiten Dichtelement (50), das in der Umfangsnut (52) angeordnet ist.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei der Gehäuseeinlass (6) und/oder das fluidpermeable Auslassfenster (20) ein Netz oder ein Gewebe aufweisen.
Kühlmitteltankanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (18) ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr ist.