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Die Erfindung betrifft eine Behälteranordnung aus einem Brennstoffzellensystem, mit einem Kühlmittelbehälter und mit einem ein Ionenaustauschermaterial aufweisenden Modul, welches über eine Öffnung in den Kühlmittelbehälter einbringbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen eines ein Ionenaustauschermaterial aufweisenden Moduls in einen Kühlmittelbehälter für ein Brennstoffzellensystem, bei welchem eine Öffnung in dem Kühlmittelbehälter freigegeben wird.
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Die
EP 2 025 028 B1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Kühlkreislauf zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels. Ein in dem Kühlkreislauf strömendes Kühlmittel wird mittels eines Ionenaustauschers deionisiert. Dadurch ist sichergestellt, dass zwischen den einzelnen Zellen des Brennstoffzellenstapels nicht über das Kühlmittel ein Stromfluss stattfindet. Das Deionisierharz, welches dem Verringern der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels dient, ist in einem Sack oder dergleichen Behälter untergebracht. Der Sack wird durch eine Einfüllöffnung in einen in dem Kühlkreislauf angeordneten Kühlmittelausgleichsbehälter eingeführt. Die Einfüllöffnung des Kühlmittelausgleichsbehälters wird nach dem Einbringen des Sacks mit einem Schraubverschluss verschlossen.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass es beim Austauschen des das Deionisierharz aufweisenden Behälters leicht zu einer unerwünschten Kontamination des Kühlmittels kommen kann. Derartige Kontaminationen erhöhen im Allgemeinen die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, was mindestens den Wirkungsgrad eines Brennstoffzellensystems herabsetzt. Unter unglücklichen Umständen kann eine Kontamination bis hin zu einem Kurzschluss, einer Beschädigung des Brennstoffzellensystems oder einer ernsten elektrischen Gefahr für die Umgebung des Brennstoffzellensystems führen. Kontaminationen des Kühlmittels müssen daher unter allen Umständen so weitgehend wie möglich vermieden werden.
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Des Weiteren beschreibt die
JP 2004-311347 A einen Kühlmittelbehälter für ein Brennstoffzellensystem, welcher einen abnehmbaren Deckel aufweist. Am Boden des Kühlmittelbehälters ist ein plattenförmiges Modul angeordnet, welches ein Ionenaustauscherharz enthält. Zum Austauschen des Moduls kann der Deckel von dem Kühlmittelbehälter abgenommen und das Modul entnommen werden. Vorab kann das sich in dem Kühlmittelbehälter befindende Kühlmittel abgelassen werden.
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Beim Austauschen des Moduls den Kühlmittelbehälters erst komplett zu entleeren, ist unpraktisch und das Herausnehmen des Moduls aus dem nicht entleerten Kühlmittelbehälter birgt ein hohes Kontaminationsrisiko für das Kühlmittel.
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Die Offenlegungsschrift
US 2009/0233134 A1 offenbart einen Kühlmittelbehälter mit einem Ionenaustauschermaterial aufweisenden Modul, welches über eine Öffnung in den Kühlmittelbehälter einbringbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Behälteranordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher bzw. mittels welchem eine Kontamination des Kühlmittels besonders weitgehend vermeidbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Behälteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Behälteranordnung aus einem Brennstoffzellensystem umfasst einen Kühlmittelbehälter und ein Modul welches ein Ionenaustauschermaterial bzw. Ionenaustauschermedium aufweist. Der Kühlmittelbehälter dient als Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel, mittels welchem ein Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems gekühlt wird. Das Modul ist über eine Öffnung in den Kühlmittelbehälter einbringbar. Es ist eine Schutzhülle für das Modul vorgesehen, mittels welcher beim Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter die Öffnung zu der Umgebung des Kühlmittelbehälters hin abdichtbar ist.
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Somit sorgt die Schutzhülle vor dem Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter, etwa während des Transports des Moduls, für einen Schutz des Moduls vor Verschmutzung. Außerdem schirmt die Schutzhülle des Moduls während des Einbringens des Moduls in den Kühlmittelbehälter die Öffnung so ab, dass aus der Umgebung des Kühlmittelbehälters keine das Kühlmittel kontaminierende Substanz über die Öffnung in den Kühlmittelbehälter gelangen kann. Die Öffnung ist also beim Ersetzen eines verbrauchten Moduls durch ein neues Modul, welches hierbei über die Öffnung in den Kühlmittelbehälter eingebracht wird, durch die Schutzhülle kontaminationsdicht verschlossen. Beim Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter ist zudem das Modul durch die Schutzhülle vor einer Berührung, etwa durch einen Monteur oder dergleichen das Modul handhabenden Person, und somit vor einer Kontamination geschützt. Eine Kontamination des Kühlmittels ist so besonders weitgehend vermeidbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schutzhülle wenigstens ein Dichtelement, welches auf einen die Öffnung aufweisenden Stutzen des Kühlmittelbehälters aufschiebbar und/oder in diesen einschiebbar und/oder innenumfangsseitig oder außenumfangsseitig auf diesen aufschraubbar ist. Durch ein solches in die Schutzhülle integriertes Dichtelement ist auf besonders einfache Art und Weise ein Abdichten der Öffnung des Kühlmittelbehälters beim Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Kontamination des Kühlmittels zumindest weitgehend bei einem Verfahren zum Einbringen eines ein Ionenaustauschermedium aufweisenden Moduls in einen Kühlmittelbehälter aus einem Brennstoffzellensystem vermeidbar, bei welchem eine Öffnung in den Kühlmittelbehälter freigegeben wird, und bei welchem mittels einer Schutzhülle des Moduls beim Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter die Öffnung zu der Umgebung des Kühlmittelbehälters hin abgedichtet wird. Die das Modul vor einer Verunreinigung schützende Schutzhülle kann als Transportverpackung dienen, welche dann beim Einbringen eines unverbrauchten Moduls in den Kühlmittelbehälter die Öffnung des Kühlmittelbehälters kontaminationsdicht verschließt.
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Als weiter vorteilhaft hat sich hierbei gezeigt, wenn die Schutzhülle nach dem Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter von dem Kühlmittelbehälter, insbesondere durch Abziehen oder Abschrauben, entfernt wird. Die Schutzhülle hat nach dem Einbringen des Moduls in den Kühlmittelbehälter ihre Funktion erfüllt und stört dann nicht weiter, wenn sie von dem Kühlmittelbehälter abgenommen wird.
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Die für die erfindungsgemäße Behälteranordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1: ausschnittsweise und in einer Schnittansicht einen Kühlmittelbehälter, in welchen ein Ionenaustauschermodul eingebracht werden soll;
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2: schematisch den Kühlmittelbehälter mit in den Kühlmittelbehälter eingebrachtem Ionenaustauschermodul; und
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3: das Abziehen einer Schutzhülle des Ionenaustauschermoduls von dem Kühlmittelbehälter.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Behälteranordnung 1 für ein Brennstoffzellensystem. Die Behälteranordnung umfasst einen Kühlmittelbehälter 2, welcher als Ausgleichsbehälter für ein Kühlmittel zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems dient. Von dem Kühlmittelbehälter 2 ist in 1 lediglich ein Stutzen 3 gezeigt ist, welcher eine Einführöffnung 4 begrenzt. Die Einführöffnung 4 ist so bemessen, dass über diese ein Ionenaustauschermodul 5 in den Kühlmittelbehälter 2 eingeführt werden kann.
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Das Ionenaustauschermodul 5 umfasst ein zylindrisches Behältnis 6, in welchem ein Ionenaustauschermaterial 7 aufgenommen ist. Das Ionenaustauschermodul 5 ist von einer Schutzhülle 8 umgeben, welche das Ionenaustauschermodul 5 während des Transports vor Verschmutzung schützt. Ein Boden 9 der Schutzhülle 8 ist, etwa durch Aufreißen, von der Schutzhülle 8 abtrennbar. Das Heraustrennen des Bodens 9 ist in 1 durch einen Bewegungspfeil 10 veranschaulicht. Die Schutzhülle 8 weist zudem einen Dichtring 11 auf, welcher nach dem Heraustrennen des Bodens 9 auf den Stutzen 3 des Kühlmittelbehälters 2 aufschiebbar ist.
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2 zeigt die Behälteranordnung 1, bei welcher auf den Stutzen 3 des Kühlmittelbehälters 2 die Schutzhülle 8 für das Ionenaustauschermodul 5 aufgeschoben ist. Hierbei dichtet der Dichtring 11 die Einführöffnung 4 des Kühlmittelbehälters 2 zu der Umgebung des Kühlmittelbehälters 2 hin kontaminationsdicht ab.
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Ergänzend oder alternativ zu dem Abdichten der Einführöffnung 4 des Kühlmittelbehälters 2 durch das Aufschieben des Dichtrings 11 kann vorgesehen sein, dass die Schutzhülle 8 auf den Stutzen 3 aufgeschraubt werden kann. Hierbei kann der Dichtring 11 in einem Innengewinde oder in einem Außengewinde des Stutzens 3 geführt sein. Alternativ können auch ein an dem Stutzen 3 innenumfangsseitig anliegender Dichtring und der außenumfangsseitig anliegende Dichtring 11 vorgesehen sein.
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Im Bereich des Stutzens 3 sind an dem Kühlmittelbehälter 2 Führungsschienen 12 vorgesehen, welche dafür sorgen, dass das Ionenaustauschermodul 5 lagerichtig in den Kühlmittelbehälter 2 eingebracht werden kann.
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Ein Deckel 13 des Ionenaustauschermoduls 5 begrenzt das Einbringen des Ionenaustauschermoduls 5 in den Kühlmittelbehälter 2 in Richtung des in 2 gezeigten Pfeils 14, indem der Deckel 13 auf die – dann als Anschlag wirkenden – Führungsschienen 12 aufläuft. Alternativ zu dem Deckel 13 kann an dem Ionenaustauschermodul 5 auch ein andersartiger Anschlag vorgesehen sein.
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Auch kann der Deckel 13 direkt dem kontaminationsdichten Verschließen des Stutzens 3 dienen, sobald die Schutzhülle 8 von dem Kühlmittelbehälter 2 etwa durch Abziehen oder Abschrauben entfernt ist (vgl. 3). Es kann jedoch auch ein separater Deckel zum Verschließen des Stutzens 3 nach dem Abziehen der Schutzhülle 8 vorgesehen sein, etwa ein auf den Stutzen 3 aufschraubbarer Deckel. Es kann auch vorgesehen sein, den Deckel 13, etwa mittels eines Bajonettverschlusses, an dem in den Kühlmittelbehälter 2 eingesetzten Ionenaustauschermodul 5 anzubringen, um die Einführöffnung 4 zu verschließen.
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Ist ein separater Deckel vorgesehen, so kann dieser lösbar oder unlösbar mit dem Ionenaustauschermodul 5 verbunden sein, etwa indem er auf den Deckel 13 aufgeschraubt ist. Der separate Deckel kann z. B. auf dem Ionenaustauschermodul 5 aufgeschraubt in dem Behältnis 6 mitgeliefert werden. Durch diesen separaten Deckel ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, das Ionenaustauschermodul 5 in geschickter Weise an dem separaten Deckel zu packen, den separaten Deckel (mit daran befestigtem Ionenaustauschermodul) z. B. aufzuschrauben und das Ionenaustauschermodul 4 mitsamt dem separaten Deckel aus der Einführöffnung herauszuziehen. Beim anschließenden Einbringen des Ersatz-Ionenaustauschermoduls 5 kann dieses wiederum mitsamt umgebendem Behältnis 6 an dem separaten Deckel in geschickter Weise gepackt werden und (mit daran befestigtem separatem Deckel) in die Einführöffnung 4 eingeführt werden. Nach dem Einrasten des Ionenaustauschermoduls 5 in der vorgesehenen Position kann der separate Deckel dann z. B. mit dem Stutzen 3 wieder verschraubt werden. Dies erlaubt einen besonders effizienten und kontaminationssicheren Austausch des Ionentauschermoduls 5.
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2 und 3 zeigen von dem Kühlmittelbehälter 2 lediglich den oberen, den Stutzen 3 aufweisenden Bereich und einen unteren Bereich, welcher ebenfalls eine Führung 15 für das Ionenaustauschermodul 5 aufweist. Im Bereich der Führung 15 ist vorteilhaft zudem ein Rastmittel 16 vorgesehen. Das Rastmittel 16 dient einerseits dem Verrasten des Ionenaustauschermoduls 5 mit dem Kühlmittelbehälter 2. Andererseits bildet das Rastmittel 16 beim Einbringen des Ionenaustauschermoduls 5 in den Kühlmittelbehälter 2 einen Anschlag. Beim Verrasten des Ionenaustauschermoduls 5 mit dem Ausgleichbehälter 2 sorgt vorliegend ein unterseitig an dem Ionenaustauschermodul 5 angebrachter Dichtring 17 für einen dichten Sitz des Ionenaustauschermoduls 5 in dem Kühlmittelbehälter 2. Es ist so möglich, dass durch einen Boden 18 des Ionenaustauschermoduls 5 zumindest bereichsweise ein Boden des Kühlmittelbehälters 2 gebildet ist.
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Der Dichtring 17 sorgt des Weiteren dafür, dass bei einem Eintreten des über das Ionenaustauschermaterial 7 zu leitenden Kühlmittels in den Kühlmittelbehälter 2 ein Strömungsweg durch das Ionenaustauschermodul 5 vorgegeben werden kann. So kann das Ionenaustauschermodul 5 von unten nach oben oder von oben nach unten von dem Kühlmittel durchströmt werden, um ein Deionisieren des Kühlmittels zu bewirken. Hiefür ist die zylindrische Form des Ionenaustauschermoduls 5 und dessen aufrechte Ausrichtung in dem Kühlmittelbehälter 2 von Vorteil.
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In 3 ist das Abziehen der Schutzhülle 8 von dem Stutzen 3 des Kühlmittelbehälters 2 durch einen weiteren Bewegungspfeil 19 veranschaulicht.
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Um bei verbrauchten Ionenaustauschermaterial 7 das Ionenaustauschermodul 5 einfach aus dem Kühlmittelbehälter 2 entfernen zu können, kann ein (nicht gezeigter) Henkel oder dergleichen Handhabungselement an dem Ionenaustauschermodul 5 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Henkel vor dem Austauschen des Ionenaustauschermoduls 5 in das Ionenaustauschermodul 5 versenkt sein und dann zum Handhaben des Ionenaustauschermoduls 5 aus diesem herausgezogen werden.
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Ergänzend oder alternativ kann ein Aufnahmebereich für ein Demontagewerkzeug an dem Ionenaustauschermodul 5 vorgesehen sein, etwa eine entsprechend markierte Stelle, welche mittels des Demontagewerkzeugs durchstoßen werden kann, um dann das Ionenaustauschermodul 5 aus dem Kühlmittelbehälter 2 herauszuziehen. Das Demontagewerkzeug kann hierbei durch Einstecken und/oder Eindrehen in das Ionenaustauschermodul 5 mit diesem verbindbar ausgebildet sein.
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Durch das Vorsehen der abziehbaren Schutzhülle 8 ist beim Einbringen des Ionenaustauschermoduls 5 in den Kühlmittelbehälter 2 dieser allenfalls für ein minimale Zeit, nämlich bis die Einführöffnung 4 nach dem Abziehen der Schutzhülle 8 wieder verschlossen ist, einer Kontamination aus einer Umgebung des Kühlmittelbehälters 2 ausgesetzt. Insbesondere, wenn der Deckel 13 des Ionenaustauschermoduls 5 für das Abdichten des Kühlmittelbehälters 2 sorgt, ist sogar bereits beim Abziehen der Schutzhülle 8 von dem Stutzen 3 die Einführöffnung 4 kontaminationsdicht verschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälteranordnung
- 2
- Kühlmittelbehälter
- 3
- Stutzen
- 4
- Einführöffnung
- 5
- Ionenaustauschermodul
- 6
- Behältnis
- 7
- Ionenaustauschermaterial
- 8
- Schutzhülle
- 9
- Boden
- 10
- Bewegungspfeil
- 11
- Dichtring
- 12
- Führungsschiene
- 13
- Deckel
- 14
- Pfeil
- 15
- Führung
- 16
- Rastmittel
- 17
- Dichtring
- 18
- Boden
- 19
- Bewegungspfeil
