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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Ionenaustauschermodul, welches mit einer im Kühlbetrieb von Kühlmittel durchströmten Komponente des Kühlmittelkreises fluidisch gekoppelt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum fluidischen Koppeln eines Ionenaustauschermoduls mit einer Komponente eines Kühlmittelkreises.
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Die
DE 10 2009 012 379 A1 beschreibt einen Kühlmittelausgleichsbehälter, welcher in einem Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem angeordnet ist. Der Kühlmittelkreis dient dem Kühlen eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems. Der Kühlmittelausgleichsbehälter weist einen Einlass und einen Auslass für das Kühlmittel auf. Eine Ionenaustauscherkartusche ist in den Kühlmittelbehälter eingesetzt und steht in fluidischer Kommunikation mit dem Einlass. In den Kühlmittelbehälter eintretendes Kühlmittel strömt somit durch die Ionenaustauscherkartusche und verlässt diese durch für das Kühlmittel durchlässige Auslassfenster. Das mittels eines Ionenaustauscherharzes deionisierte Kühlmittel strömt dann über den Auslass des Kühlmittelausgleichsbehälters dem Brennstoffzellenstapel zu.
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Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2009 049 427 A1 ist ein Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem entnehmbar, der ein Ionenaustauschermodul umfasst, das mit einem Kühlmittelausgleichsbehälter fluidisch gekoppelt ist. Hierbei ist das als zylinderförmige Patrone ausgebildete Ionenaustauschermodul in einem zentral in dem Behälter ausgebildeten Aufnahmeraum eingebracht und befestigt. Der Aufnahmeraum ist durch seitliche vertikale Wände begrenzt, die gleichzeitig Außenwände des Sammelraums des Behälters bilden.
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Die vorveröffentlichte österreichische Patentschrift
AT 503293 B1 beschreibt ein Kühlsystem für ein Brennstoffzellensystem, das einen Behälter mit Deionisierharz umfasst, der mit einem im Kühlbetrieb von Kühlmittel durchströmten Ausgleichsbehälter des Kühlmittelkreises des Kühlsystems fluidisch gekoppelt ist. Der Behälter ist mit Hilfe eines Vorsprungs, der an einem Ende des Behälters ausgebildet ist und der auf dem Rand einer Einfüllöffnung aufliegt, in den Ausgleichsbehälter eingehängt. Bei einer Ausführungsform kann der Behälter zusätzlich mit Hilfe eines Schraubverschlusses an dem Ausgleichsbehälter fixiert sein. Bei derartigen Kühlmittelkreisen kann es dazu kommen, dass die Ionenaustauscherkartusche vergleichsweise häufig erneuert werden muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kühlmittelkreis sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bzw. welches eine besonders lange Standzeit des Ionenaustauschermoduls ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kühlmittelkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem umfasst ein Ionenaustauschermodul, welches mit einer im Kühlbetrieb von Kühlmittel durchströmten Komponente des Kühlmittelkreises fluidisch gekoppelt ist. Hierbei ist das Ionenaustauschermodul von außen an einer Außenwand der Komponente befestigt. Dadurch, dass das Ionenaustauschermodul nicht im Inneren der Komponente untergebracht ist, kommt das Kühlmittel im Kühlbetrieb nicht mit der Außenwand des Ionenaustauschermoduls in Kontakt. Eine eventuelle Verschmutzung der Außenwand des Ionenaustauschermoduls führt so nicht zu einer Verschmutzung des Kühlmittels. Ein Eintrag von Verunreinigungen in das Kühlmittel beim Handhaben des Ionenaustauschermoduls, etwa bei der Montage, Demontage oder einer Wartung des Ionenaustauschermoduls, kann so besonders weitgehend vermieden werden. Dies ermöglicht es, das Ionenaustauschermodul über einen besonders lange Standzeit hinweg zu nutzen. Die mit der langen Standzeit einhergehenden großen Wartungsintervalle sind auch vorteilhaft im Hinblick auf die Kosten und den Aufwand für einen Nutzer des Brennstoffzellensystems, insbesondere wenn dieses in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen soll.
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Des Weiteren ist so eine besonders gute Zugänglichkeit zum Ionenaustauschermodul gegeben, so dass Service- und Wartungsarbeiten besonders einfach durchführbar sind. Das Vermeiden eines Eintrags von Verschmutzungen in das Kühlmittel des Kühlmittelkreises führt auch dazu, dass die Leitfähigkeit des Kühlmittels besonders gering gehalten werden kann. Da das Kühlmittel im Brennstoffzellensystem etwa den Brennstoffzellenstapel und somit elektrisch leitende Komponenten durchströmt, bringt das Vermeiden eines Eintrags von Ionen in das Kühlmittel auch eine erhöhte Sicherheit beim Betrieb des Kühlmittelkreises bzw. des Brennstoffzellensystems mit sich.
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Durch das Anbringen des Ionenaustauschermoduls von außen (außenseitig) an der Außenwand der Komponente kann darüber hinaus sichergestellt werden, dass ein sehr geringer Kontaktbereich des Ionenaustauschermoduls zu der Komponente des Kühlmittelkreises besteht, was ebenfalls im Hinblick auf das Vermeiden eines Eintrags von Verunreinigungen in das Kühlmittel vorteilhaft ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ionenaustauschermodul mittels wenigstens eines von dem Kühlmittel durchströmbaren Anbindungselements außenseitig an der Außenwand der Komponente befestigt. Die fluidische Kopplung des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente des Kühlmittelkreises erfolgt so besonders einfach und funktionssicher bereits durch das Anbringen des Ionenaustauschermoduls außenseitig an der Außenwand der Komponente. Dadurch lässt sich eine besonders saubere und rasche Montage und Demontage des Ionenaustauschermoduls erreichen. Die mögliche rasche Demontage eines Ionenaustauschermoduls, dessen Ionenaustauschermaterial beladen ist, und die rasche Montage eines noch unbeladenen Ionenaustauschermoduls führt dazu, dass der Kühlmittelkreislauf lediglich für eine sehr kurze Zeit geöffnet zu werden braucht, sodass auch dadurch ein Eindringen von Verunreinigungen in das Kühlmittel sehr weitgehend verhindert werden kann.
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Auch wenn die Komponente des Kühlmittelkreises ausgetauscht oder gewartet werden soll, lässt sich diese besonders einfach von dem Ionenaustauschermodul abkoppeln, sodass alle Montage-, Service- und Wartungsarbeiten besonders einfach und fehlerfrei durchgeführt werden können. Das Verhindern eines Einbringens von Verschmutzungen in das Kühlmittel bei den genannten Arbeiten stellt sicher, dass Einschränkungen beim Betrieb des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Fahrbetrieb, besonders weitgehend vermieden werden können.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn durch die Anordnung des wenigstens einen Anbindungselements eine Montagerichtung beim Koppeln des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente vorgegeben ist. Dadurch ist eine Fehlmontage besonders weitgehend verhindert und die volle Funktionsfähigkeit des Ionenaustauschermoduls im mit der Komponente gekoppelten Zustand kann sicher erreicht werden.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn durch die Außenwand der Komponente ein Aufnahmebereich für das Ionenaustauschermodul bereitgestellt ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte, bauraumsparende Ausbildung einer die Komponente und das Ionenaustauschermodul umfassenden Baugruppe des Kühlmittelkreises. Dies gilt insbesondere, wenn der Aufnahmebereich von dem Ionenaustauschermodul so ausfüllbar ist, dass das Ionenaustauschermodul mit der Außenwand der Komponente bündig abschließt.
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Um eine geführte Verbindung des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente des Kühlmittelkreises sicherzustellen, sind unterschiedliche Anordnungen des wenigstens einen Anbindungselements möglich.
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So kann das Ionenaustauschermodul einen Boden mit einer Stufe aufweisen, wobei jeweils zumindest ein Anbindungselement an einem um die Höhe der Stufe zueinander versetzt angeordneten Bereich des Bodens angeordnet ist. Eine solche Anordnung der Anbindungselemente ermöglicht eine Montage des Ionenaustauschermoduls in einer Richtung senkrecht zu den die Anbindungselemente aufweisenden Bereichen des Bodens.
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Ergänzend oder alternativ können zumindest zwei Anbindungselemente an einer Seitenwand des Ionenaustauschermoduls angeordnet sein. Entsprechend kann dann eine Montage des Ionenaustauschermoduls an die Komponente von der Seite her erfolgen.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein erstes Anbindungselement an einer Seitenwand und ein zweites Anbindungselement an einem Boden des Ionenaustauschermoduls angeordnet sein. Hierbei kann dann eine Montage oder Demontage des Ionenaustauschermoduls in eine sowohl schräg zur Seitenwand als auch schräg zum Boden erfolgende Richtung vorgegeben sein. Es kann auch zunächst eine Kopplung über eines der beiden Anbindungselemente erfolgen, wobei diese dann im Wesentlichen senkrecht zum Boden oder zu der Seitenwand erfolgt. Anschließend wird dann durch eine Schwenkbewegung die vollständige Kopplung des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente über das zweite Anbindungselement erreicht.
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Die genannten Möglichkeiten der geführten Verbindung des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente des Kühlmittelkreises stellen eine besonders prozesssichere Montage und Demontage des Ionenaustauschermoduls sicher.
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Das wenigstens eine Anbindungselement kann einen an dem Ionenaustauschermodul und/oder an der Komponente des Kühlmittelkreises angeordneten Stutzen umfassen. Dies ermöglicht eine sichere fluidische Kopplung des Ionenaustauschermoduls mit der Komponente.
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Wenn das wenigstens eine Anbindungselement einen Bajonettverschluss und/oder ein Rastelement und/oder ein Schraubgewinde umfasst, kann auf besonders einfache Weise eine formschlüssige Verbindung von dem Ionenaustauschermodul und der Komponente erreicht werden. Bei einer derartigen Anbindung des Ionenaustauschermoduls an die Komponente ist das Ionenaustauschermodul selbst bei dem im Fahrbetrieb üblicherweise gegebenen Auftreten von Vibrationen (Rütteln) sicher an der Komponente des Kühlmittelkreises gehalten, ohne dass es sich lockert oder verrutscht.
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Bevorzugt ist des Weiteren im Bereich des Anbindungselements ein Dichtelement und/oder ein Filter vorgesehen. Ein solcher Filter, etwa in Form eines – insbesondere aus Glasfasern gebildeten – Vlieses, einer Membran oder eines, insbesondere aus Kunststoff gebildeten, Gewebes, führt dazu, dass auch im Kühlbetrieb, wenn also das Ionenaustauschermodul von Kühlmittel durchströmt wird, das Ionenaustauschermaterial in dem Ionenaustauschermodul zurückgehalten wird und dort seine Funktion, nämlich den Ionenaustausch erfüllen kann. Des Weiteren wird so eine Verunreinigung des Kühlmittels mit aus dem Ionenaustauschermodul ausgetragenen Partikeln vermieden. Das Dichtelement ermöglicht einen dichten Sitz des Ionenaustauschermoduls bei dessen Montage an die Komponente des Kühlmittelkreises.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des wenigstens einen Anbindungselements ein Sperrelement zum Unterbinden eines Kühlmittelaustritts aus der Komponente bei einem Abkoppeln des Ionenaustauschermoduls von der Komponente vorgesehen. Ein solches Sperrelement verhindert somit ein Eindringen von Verunreinigungen in die Komponente über das Anbindungselement, wenn das Ionenaustauschermodul von der Komponente demontiert ist. Bevorzugt ist das Sperrelement zum selbsttätigen Unterbinden des Kühlmittelaustritts ausgelegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Anbindungselement von einem zweiten Anbindungselement außenumfangsseitig umgeben. So kann ein Eintritt des Kühlmittels in das Ionenaustauschermodul und ein zu dem Eintritt koaxialer Austritt aus diesem erreicht werden. Zudem ist so die Anbindung des Ionenaustauschermoduls an die Komponente des Kühlmittelkreises besonders einfach zu bewerkstelligen.
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In dem Ionenaustauschermodul kann wenigstens ein Strömungsleitelement angeordnet sein, welches einen Strömungsweg des Kühlmittels durch das Ionenaustauschermodul vorgibt. Es kann so eine Kurzschlussströmung durch das Ionenaustauschermodul verhindert werden, sodass eine besonders lange Verweilzeit des Kühlmittels in dem Ionenaustauschermodul und damit einhergehend ein besonders weitgehendes Deionisieren des Kühlmittels erreichbar ist. Die Strömungsleitelemente können hierbei insbesondere einen mäanderförmigen Strömungsweg des Kühlmittels durch das Ionenaustauschermodul vorgeben, um das sich in dem Ionenaustauschermodul befindende Ionenaustauschermaterial besonders weitgehend auszunutzen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine Außenwand des Ionenaustauschermoduls zumindest bereichsweise durchsichtig ausgebildet ist. So kann der Zustand des Ionenaustauschermaterials kontrolliert werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Komponente des Kühlmittelkreises als Kühlmittelausgleichsbehälter oder als Kühler ausgebildet ist. Derartige Komponenten ermöglichen nämlich ein in Bezug auf den Bauraum besonders günstiges Anbringen des Ionenaustauschermoduls an der Komponente. Durch die Größe dieser Komponenten ist die Anbringung des Ionenaustauschermoduls ebenso erleichtert etwa im Vergleich zum – ebenfalls vorstellbaren – Anbringen des Ionenaustauschermoduls an einer Leitung des Kühlmittelkreises.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum fluidischen Koppeln eines Ionenaustauschermoduls mit einer im Kühlbetrieb von Kühlmittel durchströmten Komponente eines Kühlmittelkreislaufs für ein Brennstoffzellensystem wird das Ionenaustauschermodul von außen an einer Außenwand der Komponente befestigt.
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Die für den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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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 einen Teil eines Kühlmittelausgleichsbehälters, welcher in einen Kühlmittelkreis für ein Brennstoffzellensystem eingebunden ist, wobei außenseitig an einer Außenwand des Kühlmittelausgleichsbehälters eine Ionenaustauscherkartusche befestigt ist, wobei die Ionenaustauscherkartusche einen gestuften Boden aufweist und wobei an dem Boden der Ionenaustauscherkartusche zwei Verbindungsstutzen angeordnet sind, über welche der Kühlmittelausgleichsbehälter mit der Ionenaustauscherkartusche gekoppelt ist;
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2 eine zweite Ausführungsform, bei welcher die Ionenaustauscherkartusche über an ihrer Seitenwand angeordnete Verbindungsstutzen mit dem Kühlmittelausgleichsbehälter verbunden ist;
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3 eine weitere Ausführungsform, bei welcher am Boden der Ionenaustauscherkartusche und an ihrer Seitenwand jeweils ein Verbindungsstutzen zum Anbinden derselben an den Kühlmittelausgleichsbehälter vorgesehen ist; und
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4 eine weitere Ausführungsform, bei welcher ein Kühlmittelauslass und ein Kühlmitteleinlass durch am Boden der Ionenaustauscherkartusche koaxial angeordnete Verbindungsstutzen bereitgestellt ist.
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Ein in 1 lediglich ausschnittsweise gezeigter Kühlmittelkreis 1 zum Kühlen von Komponenten eines Brennstoffzellensystems umfasst einen Kühlmittelausgleichsbehälter 2, welcher mit einer Ionenaustauscherkartusche 3 fluidisch gekoppelt ist. Im Betrieb des Kühlmittelkreises strömt also Kühlmittel aus dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 durch die Ionenaustauscherkartusche 3 hindurch, und ein in der Ionenaustauscherkartusche 3 angeordnetes Ionenaustauscherharz 4 sorgt dafür, dass das Kühlmittel deionisiert wird. Das deionisierte Kühlmittel steht dann zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels in dem Brennstoffzellensystem zur Verfügung. Die Ionenfreiheit des Kühlmittels ist wichtig, damit sich im Bereich des Brennstoffzellenstapels kein elektrischer Kontakt zwischen elektrisch voneinander zu isolierenden Komponenten des Brennstoffzellenstapels ergibt. Auch soll bei einer Wartung des Kühlmittelkreises 1 keine elektrische Ladung über das Kühlmittel auf eine Wartungsperson übertragbar sein.
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Vorliegend ist die Ionenaustauscherkartusche 3 von außen an den Kühlmittelausgleichsbehälter 2 montiert. Hierfür sind in einer Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichbehälters 2 Durchtrittsöffnungen vorgesehen, in welche Verbindungsstutzen 6 eingeführt sind. Hierbei kann eine Rastverbindung, eine Schraubverbindung, eine Verbindung nach Art eines Bajonettverschlusses oder ein Einclipsen zum Festlegen der Ionenaustauscherkartusche 3 an der Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 vorgesehen sein. Durch derartige miteinander korrespondierende Komponenten im Bereich der Verbindungsstutzen 6 kann ein rasches, funktionssicheres und verschmutzungsfreies Montieren bzw. Demontieren der Ionenaustauscherkartusche 3 an die Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 erreicht werden.
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Die Verbindungsstutzen 6, von denen vorliegend beispielhaft zwei gezeigt sind, können einstückig mit einer Außenwand 7 der Ionenaustauscherkartusche 3 oder einstückig mit der Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 ausgebildet sein. Ebenso können ein Teil des Verbindungsstutzens 6 an der Ionenaustauscherkartusche 3 und ein korrespondierendes Teil des Verbindungsstutzens 6 an dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 angeordnet sein.
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Über die beiden Verbindungsstutzen 6 kann Kühlmittel aus einem Innenraum 8 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 in die Ionenaustauscherkartusche 3 eintreten. Ein jeweiliger Dichtring 9 sorgt für einen Dichtsitz des – vorliegend an der Ionenaustauscherkartusche 3 angeordneten – Verbindungsstutzens 6 in der in der Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 vorgesehenen Durchtrittsöffnung.
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Zusätzlich zu dem Dichtring 9 kann ein Rastelement vorgesehen sein, welches für ein sicheres und einfaches Befestigen der Ionenaustauscherkartusche 3 an der Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 sorgt. Ergänzend oder zusätzlich zu dem Dichtring 9 kann auch eine Einschraubhilfe vorgesehen sein, oder es kann durch den Dichtring 9 sowohl ein Dichtelement als auch eine Einschraubhilfe bereitgestellt sein.
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Der jeweilige Verbindungsstutzen 6 weist bevorzugt zudem einen Filter 10 auf, welcher ein Zurückhalten des Ionenaustauscherharzes 4 in der Ionenaustauscherkartusche 3 bewirkt.
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Das Ionenaustauscherharz 4 kann die Ionenaustauscherkartusche 3 komplett oder teilweise ausfüllen und auswechselbar sein, oder es kann vorgesehen sein, dass ein Austausch des Ionenaustauscherharzes den Austausch der Ionenaustauscherkartusche 3 erforderlich macht. In alternativen Ausführungsformen kann auch die Ionenaustauscherkartusche 3 eine separate Ionenaustauscherpatrone enthalten, welche ihrerseits das Ionenaustauscherharz enthält. Hierbei kann dann die Ionenaustauscherpatrone z. B. an einem besonders reinen Arbeitsplatz aus der Ionenaustauscherkartusche 3 entnommen und durch eine nicht gebrauchte Ionenaustauscherpatrone ersetzt werden, bevor die Ionenaustauscherkartusche 3 wieder mit dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 fluidisch gekoppelt wird.
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Das Ionenaustauschermaterial oder Ionenaustauscherharz 4 kann als Schüttung in der Ionenaustauscherkartusche 3 enthalten sein oder es kann in der auswechselbaren Ionenaustauscherpatrone das Ionenaustauschermaterial als Schüttung enthalten sein.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Ionenaustauscherkartusche 3 im Querschnitt L-förmig, und ein Boden 11 der Ionenaustauscherkartusche 3 bildet eine Stufe. Hierbei ist an einem unteren Bereich 12 des Bodens 11 ein erster der beiden Verbindungsstutzen 6 angeordnet und an einem oberen Bereich 13 des Bodens 11 der zweite der beiden Verbindungsstutzen 6. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 weist eine zu der Form der Ionenaustauscherkartusche 3 komplementäre Form auf, wobei die beiden Durchtrittsöffnungen für die Verbindungsstutzen 6 an einer Oberseite 14 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 ausgebildet sind. Durch die Anordnung der Verbindungsstutzen 6 ist eine Montagerichtung beim Montieren bzw. Demontieren der Ionenaustauscherkartusche 3 vorgegeben, welche in 1 durch einen Doppelpfeil 15 veranschaulicht ist. Entsprechend ist die Ionenaustauscherkartusche 3 nach oben, also in eine Richtung senkrecht zum Boden 11 montierbar bzw. demontierbar. Durch die Dichtringe 9 und die Verbindungsstutzen 6 ist eine Dicht- und Führungsgeometrie bereitgestellt, welche eine fehlerfreie Montage bzw. Demontage der Ionenaustauscherkartusche 3 an den Kühlmittelausgleichsbehälter 2 ermöglicht.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind zwei Verbindungsstutzen 6 an einer Seitenwand 16 der Ionenaustauscherkartusche 3 angeordnet und die entsprechenden Durchtrittsöffnungen im Kühlmittelausgleichsbehälter 2 an dessen seitlicher Außenwand 17. Entsprechend ist hier eine Montage und Demontage der Ionenaustauscherkartusche 3 von der Seite her vorgesehen, wie dies durch den Doppelpfeil 15 in 2 veranschaulicht ist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weist zudem die Ionenaustauscherkartusche 3 eine Form auf, welche im montierten Zustand einen an dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 bereitgestellten Aufnahmebereich bündig abschließend ausfüllt. Entsprechend ist ein Teilbereich 18 des Kühlmittelausgleichbehälters 2 unterhalb der Ionenaustauscherkartusche 3 angeordnet. Im Inneren der Ionenaustauscherkartusche 3 können Strömungsleitelemente 19 vorgesehen sein, welche einen – vorliegend mäanderförmigen – Strömungsweg des Kühlmittels durch die Ionenaustauscherkartusche 3 vorgeben.
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Wenn die Ionenaustauscherkartusche 3 in vertikaler Richtung und somit in Richtung der Schwerkraft durchströmt wird, kann besonders weitgehend sichergestellt werden, dass es zu keinem Ausschwemmen des Ionenaustauscherharzes 4 und somit zu einer unerwünschten Kanalbildung im Ionenaustauscherharz 4 kommt. Dies gilt insbesondere, wenn die Ionenaustauscherkartusche 3 von unten nach oben durchströmt wird.
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Dies führt des Weiteren zu einer besonders langen Verweilzeit des Kühlmittels in der Ionenaustauscherkartusche 3 und somit zu einem besonders weitgehenden Deionisieren des Kühlmittels. Zudem ist durch die vergleichsweise kleinen Querschnitte der Verbindungsstutzen 6 nur eine minimale Möglichkeit eines Eindringens von Verunreinigungen in die Ionenaustauscherkartusche 3 gegeben. Dies kann vorliegend dadurch unterstützt werden, dass die Durchtrittsöffnungen für die Verbindungsstutzen 6 selbsttätig sperrende Sperrelemente aufweisen, sodass nach dem Demontieren der Ionenaustauscherkartusche 3 keine Öffnungen im Kühlmittelausgleichsbehälter 2 vorliegen, über welche Verunreinigungen in diesen eindringen könnten. Zudem kann so kein Kühlmittel aus dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 austreten.
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Um ein Einbringen von Verunreinigungen in das Kühlmittel beim Handhaben der Ionenaustauscherkartusche 3 besonders gering zu halten, kann es zudem vorgesehen sein, die Ionenaustauscherkartusche 3 in einer schmutzsicheren Schutzhülle anzuliefern und zu lagern. Eine solche Schutzhülle kann zudem verhindern, dass bei der Lagerung Luftfeuchtigkeit in das Ionenaustauscherharz 4 eindringt und so zu einer Alterung des Ionenaustauschharzes 4 führt.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein erster Verbindungsstutzen 6 an der Seitenwand 16 der Ionenaustauscherkartusche 3 angeordnet und ein zweiter Verbindungsstutzen 6 an ihrem Boden 11. Auch hier weist der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 einen im Querschnitt L-förmigen Aufnahmebereich für die Ionenaustauscherkartusche 3 auf, in welchen diese mit der Außenwand 5 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 bündig abschließend eingesetzt werden kann.
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Bei dieser Anordnung der Verbindungsstutzen 6, welche mit den in der Seitenwand 17 und im unteren Bereich 18 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 angeordneten Durchtrittsöffnungen im Kühlmittelausgleichsbehälter 2 korrespondieren, erfolgt die Montage bzw. Demontage der Ionenaustauscherkartusche 3 schräg von oben bzw. nach oben, wie dies durch den entsprechenden Doppelpfeil 15 veranschaulicht ist. Auch kann zunächst über den am Boden 11 der Ionenaustauscherkartusche 3 vorgesehenen Verbindungsstutzen 6 die fluidische Kopplung zu dem Kühlmittelausgleichsbehälter 2 hergestellt werden, indem die Ionenaustauscherkartusche 3 von oben nach unten bewegt wird. Anschließend wird dann in einer Schwenkbewegung der zweite, in der Seitenwand 17 der Ionenaustauscherkartusche 3 vorgesehene Verbindungsstutzen 6 mit der in der Seitenwand 17 des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 vorgesehenen Durchtrittsöffnung in Eingriff gebracht.
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Auch bei der in 3 gezeigten Ausführungsform können im Inneren der Ionenaustauscherkartusche 3 Strömungsleitelemente vorgesehen sein, um einen Strömungsweg des Kühlmittels durch die Ionenaustauscherkartusche 3 vorzugeben.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Montage bzw. Demontage der Ionenaustauscherkartusche 3 ebenfalls in vertikaler Richtung (vgl. Doppelpfeil 15), wobei hier im Boden 11 der Ionenaustauscherkartusche 3 ein erster Verbindungsstutzen 6 vorgesehen ist, welcher außenumfangsseitig von einem zweiten Verbindungsstutzen 20 umgeben ist. Hierbei kann über den inneren Verbindungsstutzen 6 der Eintritt des Kühlmittels in die Ionenaustauscherkartusche 3 erfolgen und über den äußeren, koaxialen Verbindungsstutzen 20 der Austritt des deionisierten Kühlmittels aus der Ionenaustauscherkartusche 3. Hier braucht dann für die beiden Verbindungsstutzen 6, 20 nur ein Dichtring 9 vorgesehen zu werden.
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4 zeigt zusätzlich die beiden koaxialen Verbindungsstutzen 6 und 20 in einer Perspektivansicht, in welcher die jeweilige Strömungsrichtung des Kühlmittels durch dieses Anbindungselement durch Strömungspfeile 21 veranschaulicht ist.
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Auch bei der in 4 gezeigten Ausführungsform füllt die Ionenaustauscherkartusche 3 einen durch den Kühlmittelausgleichsbehälter 2 bereitgestellten Aufnahmebereich für die Ionenaustauscherkartusche 3 so aus, dass die Außenwände dieser beiden Bauteile bündig miteinander abschließen.
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Die Ionenaustauscherkartusche 3 kann in alternativen Ausführungsformen auch von außen an einen Kühler als Beispiel für eine Komponente des Kühlmittelkreises 1 montiert sein und nicht an die Außenwand des Kühlmittelausgleichsbehälters 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelkreis
- 2
- von Kühlmittel durchströmte Komponente; insb. Kühlmittelausgleichsbehälter
- 3
- Ionenaustauscherkartusche
- 4
- Ionenaustauscherharz
- 5
- Außenwand
- 6
- Anbindungselement; insb. Verbindungsstutzen
- 7
- Außenwand
- 8
- Innenraum
- 9
- Dichtring
- 10
- Filter
- 11
- Boden
- 12
- Bereich
- 13
- Bereich
- 14
- Oberseite
- 15
- Doppelpfeil
- 16
- Seitenwand
- 17
- Außenwand
- 18
- Bereich
- 19
- Strömungsleitelement
- 20
- zweites Anbindungselement; insb. äußerer Verbindungsstutzen
- 21
- Strömungspfeil
