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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ionentauscher.
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Wenn eine Brennstoffzelle in einem Fahrzeug oder dergleichen installiert ist, umfasst das Fahrzeug einen Kühlmittelkreislauf, durch den ein Kühlmittel, das die Brennstoffzelle kühlt, strömt. Der Kühlmittelkreislauf beschränkt Temperaturanstiege der Brennstoffzelle, wenn eine Leistung erzeugt wird.
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Allerdings, wenn Ionen aus einem Rohr oder dergleichen in das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf eluiert (ausgewaschen) werden und Ionen durch Erwärmen und Zersetzen von Komponenten des Kühlmittels erzeugt werden, steigt die Anzahl der Ionen in dem Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkreislauf strömt. Dies kann eine Metallerosion (Metallabtragung) bewirken und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle vermindern. Daher umfasst der Kühlmittelkreislauf einen Ionentauscher, der die Ionen aus dem Kühlmittel adsorbiert und entfernt.
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Beispielsweise zeigt die
JP 2011 - 083 744 A ein Beispiel eines im Stand der Technik bekannten Ionentauschers. In dem Ionentauscher ist ein Ionentauschharz in einem Gehäuse angeordnet, das ein Einströmloch und ein Ausströmloch umfasst. Wenn das Kühlmittel von dem Einströmloch in das Gehäuse strömt und durch das Ionentauschharz tritt (verläuft, strömt), entfernt das Ionentauschharz Ionen aus dem Kühlmittel durch Ionentausch. Nachdem die Ionen entfernt wurden, strömt das Kühlmittel aus dem Gehäuse durch das Ausströmloch.
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Bei dem Ionentauscher tritt das Kühlmittel in dem Gehäuse nicht immer gleichmäßig durch das Ionentauschharz und der Strom des Kühlmittels kann unausgewogen (ungleichmäßig) sein, wenn er durch das Ionentauschharz tritt. In solchen Fällen kann das Ionentauschharz die Ionen aus dem Kühlmittel nicht wirksam (effizient) entfernen. Dies verringert die Wirksamkeit (Effizienz) zum Entfernen von Ionen mit dem Ionentauschharz in dem Ionentauscher.
DE 10 2017 104 712 A1 offenbart einen weiteren Ionentauscher gemäß dem Stand der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionentauscher bereitzustellen, der Verringerungen der Wirksamkeit (Effizienz) zum Entfernen von Ionen mit einem Ionentauschharz begrenzt (limitiert).
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Ionentauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Bei dieser Struktur strömt das Kühlmittel durch das Einströmloch in das Gehäuse und strömt gleichmäßig in das Ionentauschharz von der unteren (durch die untere) Endfläche (Stirnfläche) des Ionentauschharzes. Dies begrenzt einen unausgewogenen Strom des Kühlmittels, der durch das Ionentauschharz tritt. Somit entfernt das Ionentauschharz Ionen aus dem Kühlmittel wirksam. Dies begrenzt eine Verringerung der Ionenentfernungswirksamkeit des Ionentauschers mit dem Ionentauschharz, die verursacht werden würde, wenn das Ionentauschharz die Ionen aus dem Kühlmittel nicht wirksam entfernen würde.
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Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die mittels Beispiels die Grundsätze der Erfindung zeigen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
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Die Erfindung mit ihrer Aufgabe und ihren Vorteilen kann am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:
- 1 ein Diagramm ist, das die gesamte Struktur eines Kühlmittelkreislaufs zeigt, der einen Ionentauscher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
- 2 ein Diagramm der Struktur (des Aufbaus) des in 1 gezeigten Ionentauschers ist;
- 3 eine Schnitt-Draufsicht eines Einströmlochs des in 2 gezeigten Ionentauschers von oben betrachtet ist;
- 4 eine Schnitt-Seitenansicht ist, die eine Beziehung eines Lochausbildungsabschnitts einer Form, die verwendet wird, um ein Gehäuse und ein Kühlmittelrohr, die in 2 gezeigt sind, zu gießen, und des Einströmlochs des Kühlmittelrohrs zeigt;
- 5 eine Seitenansicht ist, die eine Verlängerung bei einem hypothetischen (gedachten, angenommenen, theoretischen) Verlängern des Einströmlochs der 2 in das Gehäuse zeigt;
- 6A eine Darstellung ist, die das Ionentauschharz der 2 zeigt, das in Bereiche A bis E (auf)geteilt ist;
- 6B eine Darstellung ist, die das Ionentauschharz der 2 zeigt, das in Bereiche 1 bis 4 (auf)geteilt ist;
- 7 ein Graph der verbleibenden Ionentauschkapazität für jeden Bereich des in 6A gezeigten Ionentauschharzes ist;
- 8 eine Schnitt-Draufsicht ist, die erste Einströmlöcher, zweite Einströmlöcher und dritte Einströmlöcher des von oben betrachteten Ionentauschers zeigt;
- 9 eine Draufsicht von Verlängerungen bei einem hypothetischen Verlängern des ersten Einströmlochs, des zweiten Einströmlochs und des dritten Einströmlochs, die in 8 gezeigt sind, in das (in dem) Gehäuse ist; und
- 10 eine Seitenansicht der Verlängerungen bei einem hypothetischen Verlängern des ersten Einströmlochs, des zweiten Einströmlochs und des dritten Einströmlochs, die in 8 gezeigt sind, in das (in dem) Gehäuse ist.
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GENAUE BECHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform eines Ionentauschers wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Fahrzeug, in dem eine Brennstoffzelle 1 installiert ist, einen Kühlkreislauf 2. Ein Kühlmittel, das die Brennstoffzelle 1 kühlt, strömt durch den Kühlkreislauf. Ein Kühlmittel (Kühlmittel mit langer Lebensdauer), das Ethylenglykol beinhaltet wird als ein solches Kühlmittel verwendet. Bei dem Kühlmittelkreislauf 2, wird eine Pumpe 3 angetrieben, um das Kühlmittel zu zirkulieren (umzuwälzen).
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Bei dem Kühlkreislauf 2 ist die Brennstoffzelle 1 an einer stromabwärtigen Seite der Pumpe 3 angeordnet. Ein Kühler 4 ist an einer stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 und an einer stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 angeordnet. Die Brennstoffzelle 1, deren Temperatur sich bei einem Erzeugen von Leistung erhöht, wird durch das Kühlmittel gekühlt, das in dem Kühlkreislauf 2 zirkuliert und durch die Brennstoffzelle 1 hindurchtritt (strömt). Das Kühlmittel, das die Wärme aus der Brennstoffzelle 1 zieht und dessen Temperatur steigt, wird durch Luft gekühlt, wenn es durch den Kühler 4 hindurchtritt. Dann strömt das Kühlmittel in die Pumpe 3.
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Der Kühlkreislauf 2 umfasst einen Ionentauscher 5, der Ionen aus dem Kühlmittel entfernt, sowie eine Umgehungsleitung 6 (Bypassleitung, Nebenleitung), durch die das Kühlmittel zu dem Ionentauscher 5 strömt. Der Ionentauscher 5 ist an der Umgehungsleitung 6 angeordnet. Ein Ende der Umgehungsleitung 6 ist mit einem Abschnitt des Kühlkreislaufs 2 verbunden, der an einer stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 und einer stromaufwärtigen Seite des Kühlers 4 ist. Das andere Ende der Umgehungsleitung 6 ist durch ein Ventil 7 mit einem Abschnitt des Kühlkreislaufs 2 verbunden, der an einer stromabwärtigen Seite des Kühlers 4 und einer stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 ist.
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Das Ventil 7 öffnet und schließt wahlweise (selektiv) und bestimmt ob das Kühlmittel, das durch die Brennstoffzelle 1 strömt, in die Umgehungsleitung 6 (den Ionentauscher 5) strömt oder nicht. Insbesondere, wenn das Ventil 7 geschlossen ist, strömt das Kühlmittel in den Kühler 4 anstatt in die Umgehungsleitung 6. Wenn das Ventil 7 offen ist, strömt etwas von dem Kühlmittel, das durch die Brennstoffzelle 1 hindurchtritt, in die Umgehungsleitung 6 anstatt in den Kühler 4. Ionen werden auf diese Weise aus dem in die Umgehungsleitung 6 strömenden Kühlmittel entfernt, wenn das Kühlmittel durch den Ionentauscher 5 hindurchtritt. Anschließend strömt das Kühlmittel in den Abschnitt des Kühlkreislaufs 2, der an der stromabwärtigen Seite des Kühlers 4 und der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 angeordnet ist.
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Der Aufbau des Ionentauschers 5 wird nun beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Ionentauscher 5 ein Gehäuse 10 mit einem Einströmloch 11, in das ein Kühlmittel strömt, und einem Ausströmloch 12, aus dem das Kühlmittel strömt. Der Ionentauscher 5 umfasst ferner eine Kühlmittelleitung 8, die mit der Umgehungsleitung 6 (1) verbunden ist, und durch die das Kühlmittel strömt. Das Gehäuse 10 ist rohrförmig und hat ein oberes Ende, das geschlossen ist, und ein unteres Ende, das einstückig mit der Kühlmittelleitung 8 ausgebildet ist, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt. Das Gehäuse 10 umfasst eine Trennwand 10a, die zwischen dem Gehäuse 10 und der Kühlmittelleitung 8 angeordnet ist. Das Einströmloch 11 und das Ausströmloch 12 erstrecken sich durch die Trennwand 10a.
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Das Gehäuse 10 nimmt ein Rohr 16 auf, das sich in der vertikalen Richtung erstreckt. Das untere Ende des Rohrs 16 ist in Verbindung mit dem Ausströmloch 12, das sich durch die Trennwand 10a des Gehäuses 10 erstreckt. Das Einströmloch 11, das mit der Kühlmittelleitung 8 und dem Gehäuse 10 verbunden ist, ist in der Trennwand 10a an einer stromaufwärtigen Seite des Ausströmlochs 12 in der Richtung angeordnet, in der das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 8 strömt (einer Richtung von links nach rechts in 2 betrachtet). Ein Abschnitt 13 mit reduziertem Durchmesser, der eine kleinere Kühlmittelströmungsfläche hat als andere Abschnitte der Kühlmittelleitung 8, ist zwischen dem Einströmloch 11 und dem Ausströmloch 12 in der Kühlmittelleitung 8 angeordnet.
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Ein Ionentauschharz 17, das Ionen aus dem Kühlmittel entfernt, ist in dem Ionentauscher 5 zwischen einer Innenwand des Gehäuses 10 und einer Außenwand des Rohrs 16 angeordnet. Das Kühlmittel in dem in 1 gezeigten Kühlkreislauf 2 strömt durch die Kühlmittelleitung 8 des Ionentauschers 5, wenn es durch die Umgehungsleitung 6 hindurchtritt. Das Kühlmittel, das durch die in 2 gezeigte Kühlmittelleitung 8 strömt, wird in ein Kühlmittel geteilt, das durch den Abschnitt 13 mit reduziertem Durchmesser tritt und stromabwärts strömt, und ein Kühlmittel, das durch (in) das Gehäuse 10 des Ionentauschers 5 anstatt durch den Abschnitt 13 mit reduziertem Durchmesser hindurchtritt (eintritt) und in Richtung der stromabwärtigen Seite des Abschnitts 13 mit reduziertem Durchmesser strömt. Auf eine solche Weise wird die Strömungsrate (Durchfluss, Durchsatz) des durch das Gehäuse 10 tretenden Kühlmittels durch die Größe der Kühlmittelströmungsfläche an dem Abschnitt 13 mit reduziertem Durchmesser festgelegt.
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Das Kühlmittel, das durch das Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 anstatt durch den Abschnitt 13 mit reduziertem Durchmesser strömt, tritt durch das Ionentauschharz 17 von der unteren Seite zu der oberen Seite. Das Ionentauschharz 17 entfernt Ionen aus dem Kühlmittel durch Ionentausch. Nachdem die Ionen entfernt wurden, strömt das Kühlmittel aus dem Gehäuse 10 durch das Rohr 16 und das Ausströmloch 12 heraus in die Kühlmittelleitung 8. Bei dem Ionentauscher 5 ist es bevorzugt, dass das Kühlmittel in dem Gehäuse 10 durch das Ionentauschharz 17 so gleichmäßig wie möglich tritt, so dass das Ionentauschharz 17 Ionen aus dem Kühlmittel wirksam entfernt. Der Ionentauscher 5 der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Einströmloch 11 in dem Gehäuse 10, um ein wirksames Ionenentfernen zu ermöglichen.
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Das Einströmloch 11 wird nun im Einzelnen beschrieben. 3 zeigt das Einströmloch 11, von oben betrachtet. Das Einströmloch 11 ist so ausgebildet, dass das Kühlmittel durch das Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 strömt und gleichmäßig in das Ionentauschharz 17 von einer unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 strömt (2). Wie in 3 gezeigt ist, ist das Ausströmloch 12 in dem Gehäuse 10 auf der Mittellinie (Mittelachse) des Gehäuses 10 angeordnet. Das Einströmloch 11 ist an dem Gehäuse an der stromaufwärtigen Seite (der linken Seite in 3) des Ausströmlochs 12 in der Kühlmittelleitung 8 angeordnet. Das Einströmloch 11 ist neben einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 angeordnet. Das Einströmloch 11 und das Ausströmloch 12 werden beim Gie-ßen des Gehäuses 10 und der Kühlmittelleitung 8 ausgebildet.
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Wie durch die gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist, umfasst eine Gussform einen Lochausbildungsabschnitt 21, der das Einströmloch 11 ausbildet. Das Einströmloch 11 wird in der Kühlmittelleitung 8 beim Gießen des Gehäuses 10 und der Kühlmittelleitung 8 mit der Form, die den Lochausbildungsabschnitt 21 umfasst, ausgebildet.
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5 zeigt das Einströmloch 11, das sich hypothetisch (gedacht) in das Gehäuse 10 erstreckt, mit einer gestrichelten Linie L1. Wie durch die gestrichelte Linie L1 gezeigt ist, erstreckt sich die Verlängerung spiralförmig um den gesamten Umfang des Rohrs 16 und führt zu dem Ausströmloch 12. Das heißt, eine Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 ist so ausgerichtet, dass sich die durch die gestrichelte Linie L1 gezeigte Verlängerung spiralförmig um den gesamten Umfang des Rohrs 16 erstreckt. Beispielsweise ist die Achse der Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 geneigt, um die Verlängerung auszubilden. Anders gesagt, ist die „Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10“ ein Abschnitt der Trennwand 10a, der das Einströmloch 11 in dem Gehäuse 10 definiert (begrenzt, festlegt).
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Die Steigung P der Spirale der Verlängerung, die durch die gestrichelte Linie L1 gezeigt ist, wird so festgelegt, dass die Verlängerung die Trennwand 10a auf einer Seite des Rohrs 16 nicht schneidet, die der Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 entgegengesetzt ist. Das heißt, dass die Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 so ausgerichtet ist, dass die Steigung P der Spirale der Verlängerung, die durch die gestrichelte Linie L1 gezeigt ist, wie vorstehend beschrieben ist.
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Das Vorstehende zeigt, dass der Lochausbildungsabschnitt 21 (4), der zum Ausbilden des Einströmlochs 11 verwendet wird, im Voraus in der folgenden Weise in der Gussform für das Gehäuse 10 und die Kühlmittelleitung 8 festgelegt wird. Genauer gesagt, wird der Lochausbildungsabschnitt 21 im Voraus so festgelegt, dass die Verlängerung des ausgebildeten Einströmlochs 11 (gestrichelte Linie L1 in 5) spiralförmig ist, wie oben beschrieben wurde.
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Ferner wird die Höhe der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 im Voraus so festgelegt, dass die untere Endfläche 17a über der durch die gestrichelte Linie L1 gezeigten Verlängerung angeordnet ist, wohin sich die Verlängerung einmal um das Rohr 16 herum von dem Anfangspunkt aus erstreckt, der die Öffnung des Einströmlochs 11 ist.
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Der Betrieb des Ionentauschers 5, der das Einströmloch 11 umfasst, wird nun beschrieben.
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Bei dem Ionentauscher 5 strömt das Kühlmittel durch das Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 und spiralförmig um den gesamten Umfang des Rohrs 16. Das spiralförmige Strömen des Kühlmittels trifft die Trennwand 10a auf der Seite des Rohrs 16 nicht (schlägt nicht auf dieser auf), die der Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 entgegengesetzt ist. Das spiralförmig strömende Kühlmittel bewegt sich einmal um das Rohr 16, ohne die untere Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 zu treffen (auf diese aufzuschlagen). Infolgedessen wird eine Kühlmittelschicht, die sich nach oben bewegt, um das gesamte Rohr 16 an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 ausgebildet. Die Kühlmittelschicht strömt in das Ionentauschharz 17 gleichmäßig von der gesamten unteren Endfläche 17a aus. Dies begrenzt einen unausgewogenen Strom des Kühlmittels, der durch das Ionentauschharz 17 hindurchtritt. Somit entfernt das Ionentauschharz 17 Ionen aus dem Kühlmittel wirksam.
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Wie in 6A gezeigt ist, ist das Ionentauschharz 17 des Ionentauschers 5 der vorliegenden Ausführungsform in einen Bereich A, einen Bereich B, einen Bereich C, einen Bereich D und einen Bereich E von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite geteilt. Ferner, wie in 6B gezeigt ist, ist jeder der Bereiche A bis E in einen Bereich 1, einen Bereich 2, einen Bereich 3 und einen Bereich 4 geteilt. In diesem Fall, wenn der Ionentauscher 5 über eine vorbestimmte Zeitspanne verwendet wird, ist die verbleibende Ionentauschkapazität von jedem der Bereiche 1 bis 4 von jedem der Bereiche A bis E in 7 gezeigt. Die verbleibende Ionentauschkapazität bezieht sich auf die verbleibende austauschbare Ionenmenge in den Bereichen 1 bis 4 von jedem der Bereiche A bis E, das heißt, die Menge, mit der ein Ionentausch über die vorbestimmte Zeitspanne durchgeführt wurde.
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Wie in 7 gezeigt ist, sind die verbleibenden Ionentauschkapazitäten in den Bereichen 1 bis 4 und jedem der Bereiche A bis E im Wesentlichen gleich. Dies zeigt, dass es keinen unausgewogenen Strom des Kühlmittels gibt, der durch das Ionentauschharz 17 in dem Ionentauscher 5 der vorliegenden Ausführungsform hindurchtritt, und dass Ionen im Wesentlichen gleichmäßig aus dem Kühlmittel durch einen Ionentausch in den Bereichen 1 bis 4 von jedem der Bereiche A bis E des Ionentauschharzes 17 entfernt werden. Anders gesagt, entfernt das Ionentauschharz 17 Ionen aus dem Kühlmittel wirksam.
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Die vorliegende Ausführungsform hat die nachstehend beschriebenen Vorteile.
- (1.) Das Ionentauschharz 17 entfernt Ionen aus dem Kühlmittel wirksam. Dies begrenzt ein Verringern der Ionenentfernungswirksamkeit des Ionentauschers 5 mit dem Ionentauschharz 17, das verursacht werden würde, wenn das Ionentauschharz 17 die Ionen aus dem Kühlmittel nicht wirksam entfernen würde.
- (2.) Das Kühlmittel strömt durch das Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 und spiralförmig um den gesamten Umfang des Rohrs 16, um die untere Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 zu treffen. Infolgedessen wird eine Kühlmittelschicht, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 16 nach oben bewegt, an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 ausgebildet. Die Kühlmittelschicht strömt in das Ionentauschharz 17 gleichmäßig durch die gesamte untere Endfläche 17a. Dies begrenzt einen unausgewogenen Strom des Kühlmittels, der durch das Ionentauschharz 17 hindurchtritt.
- (3.) Das aus dem Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 strömende Kühlmittel trifft die Trennwand 10a auf der Seite des Rohrs 16 nicht, die der Öffnung des Einströmlochs 11 in dem Gehäuse 10 entgegengesetzt ist. Daher stört die Trennwand 10a den spiralförmigen Strom des Kühlmittels nicht und die Kühlmittelschicht wird ausgebildet, ohne durch eine solche Störung behindert zu werden.
- (4.) Das Kühlmittel strömt durch das Einströmloch 11 in das Gehäuse 10 und spiralförmig einmal um das Rohr 16 herum, ohne die untere Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 zu treffen. Dies begrenzt Situationen, in denen der Strom des Kühlmittels die untere Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 lokal stark (fest) trifft, ohne eine Kühlmittelschicht auszubilden. Somit wird eine Abnutzung (ein Verschleiß, Abrieb) an Abschnitten der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 vermieden, an denen der Strom des Kühlmittels stark auftreffen würde.
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Zweite Ausführungsform
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Eine nicht beanspruchte zweite Ausführungsform eines Ionentauschers wird nun unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben.
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Wie in 8 gezeigt ist, sind in dieser Ausführungsform erste Einströmlöcher 31, zweite Einströmlöcher 32 und dritte Einströmlöcher 33 in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 als Einströmlöcher angeordnet, durch die ein Kühlmittel in das Gehäuse 10 strömt. Das Kühlmittel strömt in das Gehäuse aus den ersten Einströmlöchern 31, den zweiten Einströmlöchern 32 und den dritten Einströmlöchern 33, so dass das Kühlmittel in dem Gehäuse 10 durch das Ionentauschharz 17 so gleichmäßig wie möglich hindurchtritt. Die ersten Einströmlöcher 31, die zweiten Einströmlöcher 32 und die dritten Einströmlöcher 33 werden nun im Einzelnen beschrieben.
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Es gibt drei erste Einströmlöcher 31, wobei sich eines in derselben Richtung wie das Ausströmloch 12 erstreckt und zwei an entgegengesetzten Seiten dieses Einströmlochs 31 in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 angeordnet sind. Zwei zweite Einströmlöcher 32 sind an den Außenseiten der drei ersten Einströmlöcher 31 in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 angeordnet. Zwei dritte Einströmlöcher 33 sind an den äußeren Seiten der zwei zweiten Einströmlöcher 32 in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 angeordnet. Das erste Einströmloch 31 hat eine größere Kühlmittelströmungsfläche als das zweite Einströmloch 32 und das dritte Einströmloch 33.
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9 und 10 zeigen die ersten Einströmlöcher 31, die hypothetisch in das Gehäuse 10 verlängert sind, mit gestrichelten Linien LA. Ferner sind die zweiten Einströmlöcher 32, die hypothetisch in das Gehäuse 10 verlängert sind, durch gestrichelte Linien LB gezeigt, und die dritten Einströmlöcher 33, die hypothetisch in das Gehäuse 10 verlängert sind, sind durch gestrichelte Linien LC gezeigt.
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Die Verlängerung, die durch die gestrichelte Linie LA gezeigt ist, die dem mittleren der ersten Einströmlöcher 31 in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 entspricht, erstreckt sich aufwärts, und die Verlängerungen, die durch die gestrichelten Linien LA gezeigt sind, die den anderen zweien der drei ersten Einströmlöcher 31 an den zwei Enden in der Umfangsrichtung der Kühlmittelleitung 8 entsprechen, sind in der Umfangsrichtung nach oben geneigt. Das heißt, dass die Öffnung jedes ersten Einströmlochs 31 in dem Gehäuse 10 so ausgerichtet ist, dass sich jede der Verlängerungen, die durch die gestrichelten Linien LA gezeigt sind, in der oben beschriebenen Weise erstreckt. Die Achsen der Öffnungen der ersten Einströmlöcher 31 in dem Gehäuse 10 sind beispielsweise geneigt, um die Verlängerungen auszubilden. Anders gesagt, „Öffnung der ersten Einströmlöcher 31 in dem Gehäuse 10“ sind Abschnitte der Trennwand 10a, die die ersten Einströmlöcher 31 in dem Gehäuse 10 definieren (begrenzen, festlegen).
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Wie in 10 gezeigt ist, erstrecken sich die durch die gestrichelte Linie LC gezeigten Verlängerungen zu einer dritten Position P3. Die dritte Position P3 und eine erste Position P1 (10), die dem ersten Einströmloch 31 entspricht, sind an entgegengesetzten Seiten des Rohrs 16 in einem Bereich unter der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 angeordnet. Das heißt, dass die Öffnung jedes dritten Einströmlochs 33 in dem Gehäuse 10 so ausgerichtet ist, dass sich jede der durch die gestrichelten Linien LC gezeigten Verlängerungen in der oben beschriebenen Weise erstreckt. Beispielsweise ist die Achse der Öffnung jedes dritten Einströmlochs 33 in dem Gehäuse 10 geneigt, um die Verlängerungen auszubilden. Anders gesagt, sind die „Öffnungen der dritten Einströmlöcher 33 in dem Gehäuse 10“ Abschnitte der Trennwand 10a, die die dritten Einströmlöcher 33 in dem Gehäuse 10 definieren (begrenzen, festlegen).
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Wie in 10 gezeigt ist, erstrecken sich die durch die gestrichelte Linie LB gezeigten Verlängerungen zu einer zweiten Position P2. Die zweite Position P2 ist zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 angeordnet. Das heißt, die Öffnung jedes zweiten Einströmlochs 32 in dem Gehäuse 10 ist so ausgerichtet, dass sich jede der durch die gestrichelten Linien LB gezeigten Verlängerungen in der oben beschriebenen Weise erstreckt. Beispielsweise ist die Achse der Öffnung des zweiten Einströmlochs 32 in dem Gehäuse geneigt, um die Verlängerung auszubilden. Anders gesagt sind die „Öffnungen der zweiten Einströmlöcher 32 in dem Gehäuse 10“ Abschnitte der Trennwand 10a, die ein zweites Einströmloch 32 in dem Gehäuse 10 definieren (begrenzen, festlegen).
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Die Vorteile des Ionentauschers 5, der die ersten Einströmlöcher 31, die zweiten Einströmlöcher 32 und die dritten Einströmlöcher 33 umfasst, werden nun beschrieben.
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In dem Ionentauscher 5 strömt ein Kühlmittel durch die ersten Einströmlöcher 31, die zweiten Einströmlöcher 32 und die dritten Einströmlöcher 33 in das Gehäuse 10 und in Richtung der ersten Position P1, der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 in den Bereich unter der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17. Infolgedessen wird eine Kühlmittelschicht, die sich um das gesamte Rohr 16 nach oben bewegt, an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 ausgebildet. Die Kühlmittelschicht strömt in das Ionentauschharz 17 gleichmäßig durch die gesamte untere Endfläche 17a. Dies begrenzt einen unausgewogenen Strom des Kühlmittels, der durch das Ionentauschharz 17 hindurchtritt. Dadurch entfernt das Ionentauschharz 17 Ionen aus dem Kühlmittel wirksam.
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In dem Ionentauscher 5 strömt das Kühlmittel durch die ersten Einströmlöcher 31, die zweiten Einströmlöcher 32 und die dritten Einströmlöcher 33 in das Gehäuse 10 und in der Kühlmittelleitung 8 von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite, das heißt von links nach rechts in 10. Daher ist unter den Positionen, P1, P2 und P3, die an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 angeordnet sind, das Kühlmittel, das die erste Position P1 erreicht weniger als das Kühlmittel, das die zweite und dritte Position P1 und P3 erreicht. Allerdings haben die ersten Einströmlöcher 31 eine größere Kühlmittelströmungsfläche als die dritten Einströmlöcher 33 und die zweiten Einströmlöcher 32. Dies vergrößert die Menge des Kühlmittels, das in Richtung der ersten Position P1 strömt und bildet somit einfach die Kühlmittelschicht an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 aus.
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Andere Ausführungsformen
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Es sollte den Fachleuten ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen weiteren besonderen Ausgestaltungen ausgeführt sein kann, ohne von der Idee oder dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere soll verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung in den folgenden Arten ausgeführt werden kann.
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In der zweiten Ausführungsform kann die Anzahl von jedem der ersten Einströmlöcher 31, der zweiten Einströmlöcher 32 und der dritten Einströmlöcher 33 verändert werden.
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In der zweiten Ausführungsform muss das erste Einströmloch 31 nicht immer eine größere Kühlmittelströmungsfläche haben als das zweite Einströmloch 32 und das dritte Einströmloch 33. Das heißt, solange wie die Kühlmittelschicht an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 ausgebildet ist, kann die Kühlmittelströmungsfläche des ersten Einströmlochs 31 größer als die oder gleich der Kühlmittelströmungsfläche des zweiten Einströmlochs 32 und des dritten Einströmlochs 33 sein.
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In der ersten Ausführungsform muss sich der spiralförmige Strom des Kühlmittels, der von dem Einströmloch 11 in das Gehäuse strömt, nicht immer um den Umfang des Rohrs 16 bewegen. Das heißt solange wie die Kühlmittelschicht an der unteren Seite der unteren Endfläche 17a des Ionentauschharzes 17 in dem Gehäuse 10 ausgebildet wird, muss das Kühlmittel nicht spiralförmig einmal um den Umfang des Rohrs 16 strömen.
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Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sollen lediglich darstellend und nicht beschränkend aufgefasst werden und die Erfindung soll nicht auf die hier aufgezeigten Einzelheiten beschränkt werden, sondern soll innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der anhängenden Ansprüche veränderbar sein.
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Ein Ionentauscher umfasst ein Gehäuse und ein Ionentauschharz. Das Gehäuse umfasst ein Einströmloch, in das ein Kühlmittel strömt, und ein Ausströmloch, aus dem heraus das Kühlmittel strömt. Das Ionentauschharz ist in dem Gehäuse angeordnet, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen. Das Einströmloch und das Ausströmloch sind an einem unteren Ende des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse nimmt ein Rohr auf, das sich in einer vertikalen Richtung erstreckt und mit dem Ausströmloch verbunden ist. Das Ionentauschharz ist zwischen einer Innenwand des Gehäuses und einer Außenwand des Rohrs angeordnet. Das Einströmloch ist so ausgebildet, dass das Kühlmittel durch das Einströmloch in das Gehäuse und gleichmäßig in das Ionentauschharz aus einer unteren Endfläche des Ionentauschharzes strömt.
