DE102012001194A1 - Functional module for coolant circuit of fuel cell system used in car, receptacle whose inner contour is in correspondence with outer contour of region of container provided with ion exchange and filter materials - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Funktionsmodul für einen Kühlmittelkreis eines, insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehenen, Brennstoffzellensystems. Das Funktionsmodul umfasst ein Behältnis, welches ein Ionenaustauschermaterial und ein zum mechanischen zurückhalten von mit dem Kühlmittel transportierbaren Partikeln ausgebildetes Filtermaterial aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Funktionsmoduls.The invention relates to a functional module for a coolant circuit of a fuel cell system provided in particular for a vehicle. The functional module comprises a container which has an ion exchanger material and a filter material designed for mechanical retention of particles transportable with the coolant. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing such a functional module.
Das Kühlmittel eines Brennstoffzellensystems soll, insbesondere im Hinblick auf die Leitfähigkeit, also im Hinblick auf im Kühlmittel gelöste Ionen, so rein wie möglich sein. Dies ist v. a. notwendig, weil ein Brennstoffzellensystem für mobile Anwendungen, also etwa für ein Fahrzeug, dazu ausgelegt ist, eine hohe Spannung zu generieren, sodass eine niedrige Leitfähigkeit des Kühlmittels eines Kühlmittelkreises des Brennstoffzellensystems im Hinblick auf den Isolationswiderstand des Kühlmittels gegenüber der Fahrzeugkarosserie gewährleistet sein muss.The coolant of a fuel cell system should be as pure as possible, in particular with regard to the conductivity, ie with regard to ions dissolved in the coolant. This is v. a. necessary because a fuel cell system for mobile applications, such as for a vehicle, is designed to generate a high voltage, so that a low conductivity of the coolant of a coolant circuit of the fuel cell system must be ensured with respect to the insulation resistance of the coolant relative to the vehicle body.
Um die Reinheit des Kühlmittels sicherzustellen, ist in den Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems ein Behälter mit einem Ionenaustauschermaterial integriert. Des Weiteren kann in den Kühlkreislauf ein Filtermaterial integriert sein, welches Partikel, also Schmutz, Ablösungen und Rückstände abfängt und so insbesondere von den engen Kühlmittelkanälen fernhält, welche die Wärme vom Brennstoffzellenstapel abführen, um deren Verstopfen zu verhindern.In order to ensure the purity of the coolant, a container with an ion exchange material is integrated in the coolant circuit of the fuel cell system. Furthermore, in the cooling circuit, a filter material may be integrated, which traps particles, so dirt, detachments and residues and thus in particular keeps away from the narrow coolant channels, which dissipate the heat from the fuel cell stack to prevent their clogging.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Funktionsmodul sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich auf besonders einfache Art und Weise eine ordnungsgemäße Reinigung des Kühlmittels sicherstellen lässt.Object of the present invention is to provide a functional module and a method of the type mentioned, by means of which can ensure a proper cleaning of the coolant in a particularly simple manner.
Diese Aufgabe wird durch ein Funktionsmodul mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch ein Behältnis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a functional module having the features of
Das erfindungsgemäße Funktionsmodul umfasst eine Aufnahme, wobei eine Innenkontur eines durch die Aufnahme gebildeten Aufnahmeraums für zumindest einen Bereich des Behältnisses zumindest in einem zur Verbindung mit dem Behältnis vorgesehenen Bereich der Aufnahme einer Außenkontur zumindest des Bereichs des Behältnisses gleich ist. Durch eine solche komplementäre Formgebung des Bereichs des Behältnisses und des zur Verbindung mit dem Behältnis vorgesehenen Bereichs der Aufnahme lässt sich sicherstellen, dass nur der für den jeweiligen Kühlmittelkreis vorgesehene Ionenaustauscher, welcher zugleich als Partikelfilter fungiert, in das Funktionsmodul und somit in den Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems eingebaut werden kann. So wird erreicht, dass nur das für den Kühlmittelkreis ausgelegte und auf diesen abgestimmte Ionenaustauschermaterial und Filtermaterial zum Einsatz kommt.The functional module according to the invention comprises a receptacle, wherein an inner contour of a receiving space formed by the receptacle is the same for at least one area of the receptacle at least in a region provided for connection to the receptacle to receive an outer contour of at least the area of the receptacle. By such a complementary shaping of the area of the container and the area of the receptacle provided for connection to the container, it can be ensured that only the ion exchanger provided for the respective coolant circuit, which at the same time acts as a particle filter, enters the functional module and thus into the coolant circuit of the fuel cell system can be installed. It is thus achieved that only the ion exchange material and filter material designed and adapted to the coolant circuit is used.
Durch das Zusammenlegen der Ionenaustauscherfunktion und der Partikelfilterfunktion in einem gemeinsamen Behältnis ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise, welche sich insgesamt auf das Packaging und das Gewicht vorteilhaft auswirkt. Dies ist insbesondere günstig, wenn der Kühlmittelkreis für das Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs zum Einsatz kommen soll. Beispielsweise kann die Anzahl von Kühlmittelleitungen verringert werden, und es ergeben sich weniger Trennstellen als bei separat angeordneten Einheiten für die Ionenaustauscherfunktion und die Partikelfilterfunktion. Darüber hinaus ist durch die räumliche Nähe von dem Ionenaustauschermaterial und dem Filtermaterial eine kurze Leitungslänge realisierbar, und es kann insbesondere eine gute Zugänglichkeit für Wartungs- und Reparaturarbeiten am Kühlmittelkreis, etwa im Rahmen eines Kundendienstes, sichergestellt werden.By combining the ion exchange function and the particle filter function in a common container results in a particularly compact design, which has an overall effect on the packaging and the weight advantageous. This is particularly favorable when the coolant circuit for the fuel cell system of a vehicle is to be used. For example, the number of coolant lines can be reduced, and there are fewer separation points than with separately arranged units for the ion exchange function and the particle filter function. In addition, by the proximity of the ion exchange material and the filter material a short line length can be realized, and in particular good accessibility for maintenance and repair work on the coolant circuit, for example as part of a customer service, can be ensured.
Das Behältnis kann beispielsweise die Form eines Zylinders oder eines Kegels aufweisen, wobei dann der Aufnahmeraum ebenfalls zylinderförmig oder kegelförmig ausgebildet ist, um sicherzustellen, dass nur das passende Behältnis in dem Aufnahmeraum Platz findet. Das Behältnis kann jedoch auch in einer Vielzahl weiterer geometrischer Formen ausgeführt sein, etwa als Kugel, Teller oder dergleichen. Auch können Querschnittsflächen desselben als Rechteck, als Quadrat, als Kreis oder dergleichen ausgebildet sein, wobei dann jeweils die Innenkontur des durch die Aufnahme bereitgestellten Aufnahmeraums eine komplementäre Formgebung aufweist. Zur zusätzlichen Sicherheit kann das Behältnis und/oder die Aufnahme eine mechanische Codierung in Form eines definierten Schlüsselbarts und/oder Schlüssellochs aufweisen. Eine solche mechanische Codierung kann auch als Fixierelement oder Mitnehmerelement oder dergleichen ausgeführt sein.The container may for example have the shape of a cylinder or a cone, in which case the receiving space is also cylindrical or conical in shape to ensure that only the appropriate container finds room in the receiving space. However, the container may also be embodied in a variety of other geometric shapes, such as a ball, plates or the like. Also, cross-sectional areas of the same may be formed as a rectangle, a square, a circle or the like, in which case in each case the inner contour of the receiving space provided by the receptacle has a complementary shape. For additional security, the container and / or the receptacle may have a mechanical coding in the form of a defined key bit and / or keyhole. Such a mechanical coding can also be embodied as a fixing element or driving element or the like.
Eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung des Behältnisses kann zur Fixierung in dem für das Behältnis vorgesehenen Bereich der Aufnahme vorgesehen sein. Dann ist das Behältnis schnell und ohne weitere Halterungen montierbar, und selbst bei für den Fahrbetrieb typischen Vibrationen (Rütteln) ist das Behältnis sicher in der Aufnahme gehalten. Hier kann eine Feder, ein Gewinde, ein Hebel, eine Klemme oder Ähnliches zum Einsatz kommen, und das Behältnis kann über Nuten, Schienen oder dergleichen geführt in der Aufnahme festlegbar sein. A positive and / or non-positive connection of the container may be provided for fixing in the intended for the container portion of the receptacle. Then the container can be mounted quickly and without further brackets, and even with typical for driving vibration (shaking), the container is securely held in the receptacle. Here, a spring, a thread, a lever, a clamp or the like can be used, and the container can be guided via grooves, rails or the like guided in the receptacle.
Insbesondere kann das Behältnis geführt, gesteckt und/oder geschraubt und/oder rastbar in den Aufnahmeraum eingebracht werden, sodass das Erreichen einer gewünschten Einbauposition für eine Bedienperson spürbar, hörbar und/oder über einen Endanschlag der Bedienperson kommunizierbar ist. Es kann auch eine definierte Umdrehung des Behältnisses – etwa um ein Viertel oder um die Hälfte einer vollen Umdrehung – zum Erreichen der vorgesehenen Einbauposition notwendig sein. Auch kann das die Ionenaustauscherfunktion und die Partikelfilterfunktion integrierende Behältnis als Wartungsbauteil ausgeführt sein oder wartungsfrei, sodass seine Funktionstüchtigkeit über die gesamte Lebensdauer des Kühlmittelkreises hinweg sichergestellt ist.In particular, the container can be guided, plugged in and / or screwed and / or locked into the receiving space, so that the reaching of a desired installation position for an operator is noticeable, audible and / or communicable via an end stop of the operator. It may also be a defined revolution of the container - about a quarter or half a full turn - necessary to achieve the intended installation position. The container which integrates the ion exchanger function and the particle filter function can also be designed as a maintenance component or maintenance-free, so that its functionality is ensured over the entire service life of the coolant circuit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Behältnis einen Kühlmitteleinlass auf, welcher fluidisch mit einem Kühlmittelauslass des Behältnisses gekoppelt ist, wobei das Filtermaterial stromaufwärts des Kühlmittelauslasses angeordnet ist. Hierbei ist das Ionenaustauschermaterial auf einem Strömungsweg von dem Kühlmitteleinlass zum Filtermaterial von dem Kühlmittel durchströmbar und/oder umgehbar. Es fließt also das – vorzugsweise deionisierte – Kühlmittel über den Kühlmitteleinlass in das Behältnis hinein, und ein Teil des Kühlmittels durchströmt dann das Ionenaustauschermaterial oder strömt an dem Ionenaustauschermaterial vorbei, bevor das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Filtermaterials das Behältnis über den Kühlmittelauslass wieder verlässt. Hierbei ist günstig, dass das Behältnis lediglich zwei Anschlüsse aufweist und die Bauweise somit sehr kompakt ist und Verbindungsleitungen entfallen können.In an advantageous embodiment of the invention, the container has a coolant inlet, which is fluidically coupled to a coolant outlet of the container, wherein the filter material is arranged upstream of the coolant outlet. In this case, the coolant can flow through and / or bypass the ion exchanger material on a flow path from the coolant inlet to the filter material. Thus, the - preferably deionized - coolant flows into the container via the coolant inlet, and a portion of the coolant then flows through the ion exchanger material or flows past the ion exchanger material before the coolant leaves the container via the coolant outlet after flowing through the filter material. It is favorable that the container has only two connections and the construction is thus very compact and connecting lines can be omitted.
Das Behältnis kann jedoch auch einen Kühlmitteleinlass aufweisen, welcher fluidisch mit einem ersten Kühlmittelauslass und mit einem zweiten Kühlmittelauslass des Behältnisses gekoppelt ist, wobei stromaufwärts des ersten Kühlmittelauslasses das Ionenaustauschermaterial und stromaufwärts des zweiten Kühlmittelauslasses das Filtermaterial angeordnet ist. Hierbei können insbesondere das Ionenaustauschermaterial und das Filtermaterial in einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet sein. Auch hier ist eine besonders kompakte Bauweise des Behältnisses realisiert, und Verbindungsleitungen können entfallen.The container may, however, also have a coolant inlet which is fluidically coupled to a first coolant outlet and to a second coolant outlet of the container, wherein upstream of the first coolant outlet the ion exchange material and upstream of the second coolant outlet the filter material is arranged. In this case, in particular, the ion exchange material and the filter material can be arranged in a common base body. Again, a particularly compact design of the container is realized, and connecting lines can be omitted.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ionenaustauschermaterial in einem Aufnahmeraum innerhalb des Behältnisses aufgenommen, wobei wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Wandbereich des Aufnahmeraums durch das Filtermaterial gebildet ist. Es kann so sichergestellt werden, dass das Ionenaustauschermaterial in einem Volumen mit vergleichsweise großer Oberfläche zurückgehalten ist, wodurch sich ein besonders geringer Druckverlust beim Durchströmen des Ionenaustauschermaterials einstellt. Auch kann so ein vergleichsweise großflächiger Wandbereich bereitgestellt werden, an welchem das Herausfiltern von mit dem Kühlmittel transportierbaren Partikeln durch das Filtermaterial stattfindet.In a further advantageous embodiment of the invention, the ion exchange material is accommodated in a receiving space within the container, wherein at least one of the coolant can flow through the wall region of the receiving space is formed by the filter material. It can thus be ensured that the ion exchanger material is retained in a volume with a comparatively large surface area, which results in a particularly low pressure drop as it flows through the ion exchanger material. It is also possible to provide a comparatively large wall area on which the filtering out of particles transportable with the coolant takes place through the filter material.
Das den Wandbereich des Aufnahmeraums bildende Filtermaterial kann insbesondere eine Ionenaustauscherfunktion aufweisen, so dass nicht nur Partikel, Verunreinigungen, Ablösungen und Rückstände dort zurückgehalten werden, sondern beim Durchströmen des Filtermaterials auch ein Deionisieren des Kühlmittels stattfindet.The filter material forming the wall region of the receiving space can in particular have an ion exchange function, so that not only particles, impurities, detachments and residues are retained there, but also a deionization of the coolant takes place as it flows through the filter material.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher das Ionenaustauschermaterial in einem Aufnahmeraum innerhalb des Behältnisses aufgenommen ist, ist wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Wandbereich des Aufnahmeraums im Wesentlichen trogförmig ausgebildet. Durch eine solche trogförmige Ausbildung des das Ionenaustauschermaterial enthaltenden Aufnahmeraums lässt sich eine homogene Durchströmung des Ionenaustauschermaterials sicherstellen.In a further advantageous embodiment, in which the ion exchanger material is accommodated in a receiving space within the container, at least one wall area of the receiving space through which the coolant can flow is essentially trough-shaped. By such a trough-shaped formation of the receiving space containing the ion exchange material, a homogeneous flow through the ion exchange material can be ensured.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Deckelelement vorgesehen ist, mittels welchem das Behältnis zu einer Umgebung hin abschirmbar ist, wobei zwischen dem Deckelelement und dem Behältnis ein Federelement angeordnet ist, mittels welchem das Behältnis zumindest bereichsweise mit der Aufnahme in Anlage bringbar ist. So ist einerseits für eine dicht sitzende Verbindung des Behältnisses in der Aufnahme gesorgt, und andererseits ist das Behältnis besonders gut vor Umgebungseinflüssen geschützt.As a further advantage, it has been shown, when a cover element is provided, by means of which the container is shielded towards an environment, wherein between the cover member and the container, a spring element is arranged, by means of which the container is at least partially engageable with the recording system , So on the one hand ensures a tight-fitting connection of the container in the recording, and on the other hand, the container is particularly well protected from environmental influences.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein Kühlmitteleinlass und/oder wenigstens ein Kühlmittelauslass des Behältnisses eine Trennschicht auf, welche durch ein Einbringen des Behältnisses in den Aufnahmeraum mittels eines Betätigungselements zerstörbar ist. So ist vor dem Einbringen des Behältnisses in den Aufnahmeraum durch die Trennschicht eine Verunreinigung des Ionenaustauschermaterials verhindert, und erst beim Einbringen des Behältnisses in den Aufnahmeraum wird eine Wegsamkeit für das Kühlmittel hin zu dem Ionenaustauschermaterial geschaffen. Insbesondere das Vermeiden eines Zutritts von Luftfeuchtigkeit zu dem Ionenaustauschermaterial verhindert dessen Alterung und ermöglicht so einen besonders langen Lagerzeitraum vor dem Einsatz des Behältnisses im Kühlmittelkreis. Ähnliches gilt für einen Austritt von Feuchtigkeit aus dem Ionentauschermaterial, der zu dessen zu starker Austrocknung und somit Alterung führen kann.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one coolant inlet and / or at least one coolant outlet of the container has a separating layer, which can be destroyed by an introduction of the container into the receiving space by means of an actuating element. Thus, contamination of the ion exchange material is prevented by introducing the container into the receiving space through the separating layer, and only when introducing the container in the Receptacle space is provided for the coolant to the ion exchange material. In particular, the avoidance of an access of atmospheric moisture to the ion exchange material prevents its aging and thus allows a particularly long storage period before the use of the container in the coolant circuit. The same applies to an escape of moisture from the ion exchange material, which can lead to its excessive drying and thus aging.
Die Trennschicht oder Membran kann auch nach Art einer Schutzhülle das komplette Behältnis umschließen und so das Ionenaustauschermaterial, insbesondere ein Ionenaustauscherharz, gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit und Verschmutzung abschirmen. Es kann jedoch auch zur Verhinderung einer unerwünschten Alterung des Ionenaustauschermaterials ein Vakuum in dem Behältnis vorgesehen sein. Anstelle der Trennschicht können auch Stopfen und/oder abnehmbare oder aufreißbare Folien oder dergleichen vorgesehen sein. Auch kann das Zerstören der Trennschicht alternativ über eine Bedienperson erfolgen, etwa durch Abziehen oder Aufreißen, wenn kein Betätigungselement vorgesehen ist, welches beim Einbau des Behältnisses für das Zerstören der Trennschicht sorgt.The separating layer or membrane can also enclose the complete container in the manner of a protective cover and thus shield the ion exchange material, in particular an ion exchange resin, against external influences such as moisture and contamination. However, it may also be provided to prevent unwanted aging of the ion exchange material, a vacuum in the container. Instead of the separating layer, it is also possible to provide plugs and / or removable or tearable films or the like. Alternatively, the destruction of the release layer can alternatively be done by an operator, such as by peeling or tearing, if no actuator is provided, which ensures the installation of the container for destroying the separation layer.
Damit die Trennschicht besonders einfach und gezielt wenigstens einen Durchlass für Kühlmittel freigibt, kann insbesondere eine Perforation und/oder eine Schwächung der Trennschicht vorgesehen sein. Eine solche Perforation kann beispielsweise sternförmig ausgebildet sein oder es kann ein Teilbereich der Trennschicht nach Art einer Klappe aufgeschwenkt werden, wenn randliche Begrenzungen der Klappe als Schwächungen der Trennschicht ausgebildet sind.So that the separating layer releases in a particularly simple and targeted manner at least one passage for coolant, in particular a perforation and / or a weakening of the separating layer can be provided. Such a perforation can for example be designed star-shaped or it can be swung open a portion of the release layer in the manner of a flap when marginal boundaries of the flap are designed as weakenings of the release layer.
Um die Trennschicht zu zerstören, kann das etwa als Kegel oder Dorn oder dergleichen ausgebildete Betätigungselement, insbesondere auf Seiten der Aufnahme angeordnet sein, sodass beim Einbringen des Behältnisses in die Aufnahme automatisch die Zerstörung der Trennschicht erfolgt.In order to destroy the separating layer, the actuating element formed approximately as a cone or mandrel or the like can be arranged, in particular on the side of the receptacle, so that the separation layer is automatically destroyed when the receptacle is introduced into the receptacle.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn ein Druckbeaufschlagungselement vorgesehen ist, welches auf das sich in dem Behältnis befindende Ionenaustauschermaterial einen Druck ausübt. So kann die optimale Funktionalität des Ionenaustauschermaterials dauerhaft gewährleistet werden. Das Druckbeaufschlagungselement kann nach Art einer Feder ausgebildet sein, welche verhindert, dass sich in dem von dem Ionenaustauschermaterial eingenommenen Volumen ein Leervolumen ausbildet. Dadurch können eine homogene Durchströmung des Ionenaustauschermaterials erreicht und die Ausbildung von bevorzugten Strömungskanälen durch das Ionenaustauschermaterial verhindert werden. Dies verbessert die Wirkung des Ionenaustauschermaterials im Kühlmittelkreislauf.It is furthermore advantageous if a pressurizing element is provided which exerts a pressure on the ion exchanger material in the container. Thus, the optimal functionality of the ion exchange material can be permanently guaranteed. The pressurizing element may be designed in the manner of a spring, which prevents a void volume from forming in the volume occupied by the ion exchanger material. This allows a homogeneous flow through the ion exchange material can be achieved and the formation of preferred flow channels can be prevented by the ion exchange material. This improves the effect of the ion exchange material in the coolant circuit.
Die Feder kann beispielsweise auf einen innerhalb des Behältnisses angeordneten, bewegbaren Kolben drücken. Es kann jedoch auch das Filtermaterial, welches etwa als Glasfaservlies, Membran, Kunststoffgewebe, Metallgewebe oder Fritte, z. B. aus Borosilikatglas, ausgebildet sein kann, für das Zusammendrücken des Ionenaustauschermaterials sorgen, etwa indem das Filtermaterial aufquillt. Durch das Filtermaterial wird das Ionenaustauschermaterial so unter Druck in dem Behältnis zurückgehalten. Eine Verunreinigung von Komponenten des Kühlmittelkreises wird damit verhindert.For example, the spring may press on a movable piston disposed within the container. However, it may also be the filter material, which is about as glass fiber fleece, membrane, plastic fabric, metal mesh or frit, z. B. borosilicate glass, may be formed, provide for the compression of the ion exchange material, such as by the filter material swells. Through the filter material, the ion exchange material is retained under pressure in the container. Contamination of components of the coolant circuit is thus prevented.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Behältnis zumindest ein Betätigungselement aufweist, mittels welchem ein zum Verschließen wenigstens eines Kühlmitteleinlasses und/oder wenigstens eines Külmittelauslasses ausgebildetes Verschließelement betätigbar ist. Wenn nämlich der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass das Verschließelement aufweist, so sind der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass verschlossen, sofern das Behältnis nicht in die Aufnahme eingesetzt ist. Durch einen solchen automatischen Schließmechanismus ist sichergestellt, dass beim Ersetzen des Behältnisses bereits unmittelbar nach dessen Entnahme aus der Aufnahme das Verschließelement den zugeordneten Einlass oder Auslass verschließt. Dann können keine Verunreinigungen in das Kühlmittel eintreten. Das Verschließen wird einfach durch das Ausbauen des Behältnisses bewirkt, und beim Einbringen des Behältnisses in die Aufnahme sorgt das Betätigungselement dafür, dass das Verschließelement in eine Offenstellung bewegt wird. Das Verschließelement sorgt auch dafür, dass kein loses Ionenaustauschermaterial als Schüttgut oder in Säckchen oder dergleichen verpacktes Ionenaustauschermaterial in den Kühlmittelkreis eingebracht werden kann. Erst der Einbau des Behältnisses bewirkt nämlich das Öffnen des Verschließelements, indem das Betätigungselement das Verschließelement bewegt.It is furthermore advantageous if the container has at least one actuating element by means of which a closing element designed to close at least one coolant inlet and / or at least one coolant outlet can be actuated. Namely, if the coolant inlet and / or the coolant outlet has the closing element, the coolant inlet and / or the coolant outlet are closed, if the container is not inserted into the receptacle. Such an automatic closing mechanism ensures that when the container is replaced, the closing element already closes the associated inlet or outlet immediately after it has been removed from the receptacle. Then no impurities can enter the coolant. The closure is effected simply by dismantling the container, and upon insertion of the container into the receptacle, the actuator ensures that the closure member is moved to an open position. The closing element also ensures that no loose ion exchange material as bulk material or ion exchange material packed in sachets or the like can be introduced into the coolant circuit. Only the installation of the container causes namely the opening of the closing element by the actuating element moves the closing element.
Als Verschließelement kann ein Riegel oder ein Schieber, ein Rückschlagventil, eine bewegliche Verschlussklappe, eine Drehscheibe oder dergleichen zum Einsatz kommen. Des Weiteren kann zum Bewegen des Verschließelements ein Dorn, ein Kegel, ein Exzenter, ein Keil, eine Kugel oder Halbkugel oder ein Nocken als Betätigungselement vorgesehen sein. So kann ein besonders prozesssicheres Betätigen des Verschließelements bewirkt werden.As a closing element, a bolt or a slider, a check valve, a movable flap, a turntable or the like can be used. Furthermore, a mandrel, a cone, an eccentric, a wedge, a ball or hemisphere or a cam can be provided as an actuating element for moving the closing element. Thus, a particularly reliable operation of the closing element can be effected.
Zusätzlich oder alternativ zum mechanischen Betätigen des Verschließelements mittels eines Betätigungselements kann bei der Montage des Behältnisses ein Schalter betätigt werden, wobei das Betätigen des Schalters dann mittels eines Aktors für das Verschließen mittels des Verschließelements sorgt. Beispielsweise kann ein elektromechanischer Schalter wie ein Mikrokontaktschalter oder Magnetschalter einen elektrischen Kontakt öffnen bzw. schließen. Das Öffnen oder Schließen des Kontakts kann hierbei in das Freigeben oder Versperren des Kühlmitteleinlasses und/oder des Kühlmittelauslasses bewirken. Ein solcher elektrischer Kontakt kann beispielsweise als Fingerkontakt ausgebildet sein.In addition or as an alternative to the mechanical actuation of the closing element by means of an actuating element, a switch can be actuated during the assembly of the container, wherein the actuation of the switch then by means of an actuator for the Closing ensures by means of the closing element. For example, an electromechanical switch such as a micro contact switch or magnetic switch can open or close an electrical contact. The opening or closing of the contact can in this case bring about the release or blocking of the coolant inlet and / or the coolant outlet. Such an electrical contact may be formed, for example, as a finger contact.
Das Öffnen und Schließen des elektrischen Kontakts kann zusätzlich oder alternativ dafür sorgen, dass der elektrische Energiefluss zu einer Funktionseinheit des Kühlmittelkreises beeinflusst oder unterbrochen wird. Dies kann direkt oder über ein Steuergerät erfolgen. Eine Funktionseinheit des Kühlmittelkreises, welche hierbei angesteuert wird, kann den Kühlmittelfluss beeinflussen, etwa wie eine elektrische Pumpe oder ein elektrisches Regelventil. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine weitere Förderung von Kühlmittel erfolgt, sobald das Behältnis aus der Aufnahme entfernt ist.The opening and closing of the electrical contact may additionally or alternatively ensure that the electrical energy flow is influenced or interrupted to a functional unit of the coolant circuit. This can be done directly or via a control unit. A functional unit of the coolant circuit, which is activated in this case, can influence the coolant flow, such as an electric pump or an electrical control valve. This can ensure that there is no further promotion of coolant as soon as the container is removed from the receptacle.
Zusätzlich oder alternativ kann ein berührungslos ansteuerbarer Schalter vorgesehen sein, etwa ein magnetisch passiver Schalter, und/oder der berührungslose Schalter kann einen Chip umfassen, wie er bei einem RFID-System (radio frequency identification, Radiofrequenzidentifikation) zum Einsatz kommt. Derartige berührungslose Schalter oder RFID-Chips können dafür sorgen, dass der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass freigegeben bzw. verschlossen wird, je nach dem ob das Behältnis in die Aufnahme eingebaut oder aus der Aufnahme entfernt ist.Additionally or alternatively, a non-contact controllable switch may be provided, such as a magnetically passive switch, and / or the non-contact switch may comprise a chip, as used in a radio frequency identification (RFID) system. Such non-contact switches or RFID chips can ensure that the coolant inlet and / or the coolant outlet is released or closed, depending on whether the container is installed in the receptacle or removed from the receptacle.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass durch derartige berührungslos ansteuerbare Schalter zusätzlich sichergestellt wird, dass nur das vorgesehene Behältnis in die Aufnahme eingebaut werden kann und andernfalls ein Betrieb des Kühlmittelkreises unterbunden wird. Dies ist insbesondere durch Verwenden eines RFID-Chips möglich. Des Weiteren kann auch ein Signal erzeugt werden, welches beispielsweise im Kombiinstrument des Fahrzeugs eine Warnmeldung aktiviert und/oder ein Starten des Brennstoffzellensystems unterbindet, wenn eine Manipulation oder der Einbau eines nicht identifizierbaren Behältnisses in die Aufnahme festgestellt wird. Das Signal kann des Weiteren auch Fehlercodes für Diagnosezwecke generieren, etwa bei einer Fehlersuche oder bei Kurztests.However, it can also be provided that is additionally ensured by such non-contact controllable switch that only the intended container can be installed in the receptacle and otherwise an operation of the coolant circuit is prevented. This is possible in particular by using an RFID chip. Furthermore, it is also possible to generate a signal which, for example, activates a warning message in the instrument cluster of the vehicle and / or prevents starting of the fuel cell system if a manipulation or the installation of an unidentifiable container in the receptacle is detected. The signal may also generate error codes for diagnostic purposes, such as troubleshooting or short tests.
Über das durch einen mechanischen Schalter oder einen berührungslos ansteuerbaren Schalter generierbare Signal kann auch der Zeitpunkt des Einsetzens des Behältnisses in die Aufnahme und/oder die Einsatzdauer des Behältnisses ermittelt und ein entsprechender Datenwert in einem Steuergerät abgespeichert werden. So kann auf den Zustand des Ionenaustauschermaterials, insbesondere dessen Wirksamkeit, rückgeschlossen werden.By means of the signal which can be generated by a mechanical switch or a touchless switch, the time of insertion of the container into the receptacle and / or the duration of use of the receptacle can also be determined and a corresponding data value stored in a control unit. Thus, the state of the ion exchange material, in particular its effectiveness, can be deduced.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der ordnungsgemäße Einbau des Behältnisses in die Aufnahme anhand des Vorhandenseins von Kühlmittel im Behältnis festgestellt werden. Solange nämlich das Behältnis nicht mit dem Kühlmittel in Kontakt und somit trocken ist, sind auch das Ionenaustauschermaterial und das Filtermaterial unbenutzt. Durch den Gebrauch oder Einsatz des Ionenaustauschmaterials und des Filtermaterials, wenn also diese mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen, erfolgt eine Änderung des Zustands dieser Materialien. Das Vorhandensein von Kühlmittel im Behältnis kann hierbei mittels einer Messeinrichtung festgestellt werden, etwa durch einen induktiven Messvorgang, bei welchem eine an oder im Bereich der Aufnahme angeordnete Spule ein jeweils unterschiedliches Magnetfeld erzeugt, je nachdem ob in dem Behältnis Kühlmittel vorhanden ist oder nicht.According to another aspect of the invention, the proper installation of the container into the receptacle can be determined by the presence of coolant in the receptacle. As long as the container is not in contact with the coolant and thus dry, the ion exchange material and the filter material are unused. By using or using the ion exchange material and the filter material, so when they come into contact with the coolant, there is a change in the state of these materials. The presence of coolant in the container can in this case be determined by means of a measuring device, for example by an inductive measuring process in which a coil arranged on or in the region of the receptacle generates a different magnetic field, depending on whether coolant is present in the receptacle or not.
Eine weitere Möglichkeit, den Zustand des Ionenaustauschermaterials und somit die Einsatzdauer desselben zu beurteilen, besteht darin, eine Wandung des Behältnisses teilweise oder komplett transparent auszuführen, sodass das Kühlmittel und das Ionenaustauschermaterial von außen sichtbar sind. So können eine Funktionsüberprüfung und Diagnose optisch erfolgen.Another way to assess the state of the ion exchange material and thus the duration of use of the same is to perform a wall of the container partially or completely transparent, so that the coolant and the ion exchange material are visible from the outside. Thus, a functional check and diagnosis can be made optically.
Es kann auch das Ionenaustauschermaterial in dem Behältnis im verbrauchten, ungesättigten Zustand farblos oder farbig sein und im gesättigten, also benutzten Zustand eine andere, insbesondere mit dem menschlichen Auge erfassbare Farbgebung aufweisen. Eine derartige Sättigungsanzeige des Ionenaustauschermaterials ist vor allem dann vorteilhaft, wenn flexible Wartungsintervalle vorgesehen sind und/oder wenn im Rahmen von Reparaturarbeiten am Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems ein Kundendienst das Behältnis inspiziert.It may also be the ion exchange material in the container in the used, unsaturated state colorless or colored and in the saturated, so used state another, especially detectable by the human eye coloration. Such a saturation indicator of the ion exchange material is advantageous above all when flexible maintenance intervals are provided and / or when customer service inspects the container as part of repair work on the coolant circuit of the fuel cell system.
Das Ionenaustauschermaterial kann das Behältnis vollständig oder teilweise ausfüllen. Es kann an der Innenseite einer Wand des Behältnisses befestigt sein, etwa in Taschen, oder es kann unlösbar, beispielsweise chemisch gebunden, in das Wandmaterial des Behältnisses eingebettet sein. Ferner kann es z. B. an die Wand des Behälters angeklebt sein. Wenn das Ionenaustauschermaterial nicht fest mit dem Behältnis verbunden ist, ist ein einfaches Auswechseln des Ionenaustauschermaterials ermöglicht.The ion exchange material may fill the container completely or partially. It may be attached to the inside of a wall of the container, such as in pockets, or it may be inextricably embedded, for example, chemically bonded, in the wall material of the container. Furthermore, it may, for. B. be glued to the wall of the container. If the ion exchange material is not firmly bonded to the container, a simple replacement of the ion exchange material is possible.
Um einen einfachen und raschen Austausch des Ionenaustauschermaterials zu realisieren, kann dieses beispielsweise einem separaten Behältnis, etwa einer Patrone oder Kartusche, untergebracht sein. Dieses Behältnis kann wiederum in dem für das Ionenaustauschermaterial und das Filtermaterial vorgesehenen Behältnis untergebracht sein. Dann ist es möglich, das Behältnis, welches sowohl das Ionenaustauschermaterial als auch das Filtermaterial enthält, auszubauen und an einem sauberen Arbeitsplatz, insbesondere unter Reinraumbedingungen, die separate Patrone oder Kartusche oder dergleichen mit dem verbrauchten, gesättigten Ionenaustauschermaterial zu erneuern. Möglich ist aber auch der direkte Austausch der separaten Patrone oder Kartusche bei noch in die Aufnahme eingebautem Behältnis.In order to realize a simple and rapid replacement of the ion exchange material, this can for example be a separate container, such as a cartridge or cartridge housed. This container can turn in the for the Be installed ion exchange material and the filter material provided container. Then it is possible to remove the container containing both the ion exchange material and the filter material and to renew at a clean work station, especially under clean room conditions, the separate cartridge or cartridge or the like with the spent, saturated ion exchange material. But also possible is the direct replacement of the separate cartridge or cartridge with still built into the receptacle container.
Vorzugsweise sind an dem Behältnis und/oder an der Aufnahme selbst dichtende Schnittstellen, etwa in Form von Membranen und/oder Rückschlagventilen vorgesehen, um einen Kühlmittelaustritt beim Einbau oder Ausbau des Behältnisses zu verhindern. So kann eine einfache, schnelle und saubere Montage des neuen Behältnisses gewährleistet werden, wie dies für Servicearbeiten, etwa im Rahmen der Wartung und/oder Reparatur von Vorteil ist. Dem ist es zuträglich, wenn das Verhältnis schmutzsicher verpackt, transportiert und angeliefert wird, und wenn der Kühlmittelkreis lediglich kurzzeitig geöffnet wird, um das Behältnis einzubauen.Sealing interfaces, for example in the form of membranes and / or check valves, are preferably provided on the container and / or on the receptacle in order to prevent a coolant outlet during the installation or removal of the container. Thus, a simple, quick and clean installation of the new container can be ensured, as is for service work, such as in the context of maintenance and / or repair advantage. This is beneficial if the relationship packed dirt, transported and delivered, and if the coolant circuit is only briefly opened to install the container.
In der Einbaulage kann das Behältnis in Bezug auf die Horizontale senkrecht oder geneigt ausgerichtet sein, oder es kann eine zu der Horizontalen im Wesentlichen parallele Ausrichtung des Behältnisses vorgesehen sein. Günstig ist zudem eine Durchströmung des Ionenaustauschermaterials mit dem Kühlmittel von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft. So kann eine besonders homogene Durchströmung gewährleistet werden.In the installation position, the container may be aligned perpendicular or inclined with respect to the horizontal, or it may be provided to the horizontal substantially parallel orientation of the container. Also favorable is a flow through the ion exchange material with the coolant from bottom to top, ie against gravity. So a particularly homogeneous flow can be guaranteed.
An Materialien können für die mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden Komponenten des Funktionsmoduls beispielsweise Kunststoff, Gummi, Edelstahl, faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe oder dergleichen zum Einsatz kommen, welche mit dem üblicherweise deionisierten Kühlmittel kompatibel sind. Dies gilt auch für Verschließelemente und Betätigungselemente zum Bewegen von Verschließelementen sowie für eine etwaige, einen Kühlmitteleinlass- und/oder einen Kühlmittelauslass des Behältnisses verschließen Trennschicht, beispielsweise eine Folie (z. B. Versiegelungsfolie oder Verschlussfolie) oder eine Membran.For example, plastics, rubber, stainless steel, fiber-reinforced plastics, in particular glass-fiber-reinforced plastics or the like, which are compatible with the usually deionized coolant, can be used for materials for the components of the functional module that are in contact with the coolant. This also applies to closing elements and actuating elements for moving closing elements as well as any separating layer, for example a film (eg sealing film or sealing film) or a membrane, which closes a coolant inlet and / or a coolant outlet of the container.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Funktionsmoduls für einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems wird ein Behältnis, welches ein Ionenaustauschermaterial und ein zum mechanischen Zurückhalten von mit dem Kühlmittel transportierbaren Partikeln ausgebildetes Filtermaterial aufweist, in das Funktionsmodul eingebracht. Hierbei wird das Behältnis in eine Aufnahme des Funktionsmoduls eingebracht, wobei eine Innenkontur eines durch die Aufnahme gebildeten Aufnahmeraums für zumindest einen Bereich des Behältnisses zumindest in einem zur Verbindung mit dem Behältnis vorgesehenen Bereich der Aufnahme einer Außenkontur zumindest des Bereichs des Behältnisses gleich ist. So lässt sich auf besonders einfache Weise eine ordnungsgemäße Reinigung des Kühlmittels sicherstellen.In the method according to the invention for manufacturing a functional module for a coolant circuit of a fuel cell system, a container which has an ion exchanger material and a filter material designed for mechanical retention of particles transportable with the coolant is introduced into the functional module. In this case, the container is introduced into a receptacle of the functional module, wherein an inner contour of a receptacle formed by the receptacle is the same for at least a region of the receptacle at least in a provided for connection to the container area of receiving an outer contour of at least the region of the container. This makes it possible to ensure proper cleaning of the coolant in a particularly simple manner.
Bei dem erfindungsgemäßen Behältnis für einen Kühlmittelkreis eines, insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehenen, Brennstoffzellensystems, weist das Behältnis ein Ionenaustauschermaterial und ein zum mechanischen Zurückhalten von mit dem Kühlmittel transportierbaren Partikeln ausgebildetes Filtermaterial aufweist. Das Behältnis ist in eine Aufnahme eines Funktionsmoduls einbringbar, wobei eine Innenkontur eines durch die Aufnahme gebildeten Aufnahmeraums für zumindest einen Bereich des Behältnisses zumindest in einem zur Verbindung mit dem Behältnis vorgesehenen Bereich der Aufnahme einer Außenkontur zumindest des Bereichs des Behältnisses gleich ist. Das Behältnis ist besonders kompakt und es lässt sich mit ihm auf besonders einfache Art und Weise eine ordnungsgemäße Reinigung des Kühlmittels sicherstellen.In the container according to the invention for a coolant circuit of a, in particular provided for a vehicle, fuel cell system, the container comprises an ion exchange material and a mechanical retention of transportable with the coolant particles formed filter material. The container can be introduced into a receptacle of a functional module, wherein an inner contour of a receptacle formed by the receptacle is the same for at least one region of the receptacle at least in a region provided for connection to the receptacle to receive an outer contour of at least the region of the receptacle. The container is particularly compact and it can be with him in a particularly simple way to ensure proper cleaning of the coolant.
Die für einen jeweiligen Aspekt der Erfindung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für weitere Aspekte der Erfindung und umgekehrt. Des Weiteren gelten die für das erfindungsgemäße Funktionsmodul beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The preferred embodiments and advantages described for a particular aspect of the invention also apply to further aspects of the invention and vice versa. Furthermore, the preferred embodiments and advantages described for the functional module according to the invention also apply to the method according to the invention.
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.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:
Vorliegend ist durch die Außenkontur der Kühlmittelpumpe
Ein Strömungspfeil
Das Filtermaterial
Bei der in
Auch kann durch das Schließen des Kontaktschalters
Bei den in
Bei der in
Während bei der in
Bei der in
Das in
Bei dem in
Vom Kühlmitteleinlass
Aus einer zwischen einem Gehäuse
Um eine positionsgenaue Montage des Behältnisses
Stützstreben
Eine Feder
Bei der Ausgestaltung des Funktionsmoduls
Bei der in
Zum Befestigen des Behältnisses
Zwischen das Ionenaustauschermaterial
Um sicherzustellen, dass lediglich das geeignete Behältnis
Aus
Bei der Ausführungsform des Funktionsmoduls
Beim hydraulischen Koppeln des Behältnisses
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Funktionsmodulfunction module
- 22
- Behältniscontainer
- 33
- Ionenaustauschermaterialion exchange
- 44
- Filtermaterialfilter material
- 55
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 66
- Aufnahmeadmission
- 77
- BereichArea
- 88th
- Vorsprunghead Start
- 99
- Nutgroove
- 1010
- Strömungspfeilflow arrow
- 1111
- KühlmitteleinlassCoolant inlet
- 1212
- Kühlmittelauslasscoolant outlet
- 1313
- Membranmembrane
- 1414
- Dornmandrel
- 1515
- Bewegungspfeilmovement arrow
- 1616
- Kontaktschaltercontact switch
- 1717
- Schalterswitch
- 1818
- Kühlmittelauslasscoolant outlet
- 1919
- Grundkörperbody
- 2020
- Verzweigungsstellebranching point
- 2121
- Kammerchamber
- 2222
- Kammerchamber
- 2323
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 2424
- Gehäusecasing
- 2525
- Kammerchamber
- 2626
- Deckelcover
- 2727
- Zapfenspigot
- 28 28
- Dichtringseal
- 2929
- Stützstrebesupport strut
- 3030
- Federfeather
- 3131
- Pfeilarrow
- 3232
- Pfeilarrow
- 3333
- KühlmittelleitungCoolant line
- 3434
- Exzentereccentric
- 3535
- Rändelschraubethumbscrew
- 3636
- Trennwandpartition wall
- 3737
- Federfeather
- 3838
- Wandwall
- 3939
- Codierungencoding
- 4040
- Stiftpen
- 4141
- Riegelbars
- 4242
- Stiftpen
- 4343
- KühlmittelleitungCoolant line
- 4444
- Schieberpusher
- 4545
- Betätigungselementactuator
- 4646
- Kegelcone
- 4747
- Exzentereccentric
- 4848
- Keilwedge
- 4949
- KugelBullet
- 5050
- Nockencam
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 112004001059 T5 [0004] DE 112004001059 T5 [0004]
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