DE102017124941A1

DE102017124941A1 - Ionenaustauscher

Info

Publication number: DE102017124941A1
Application number: DE102017124941.9A
Authority: DE
Inventors: Junko OHIRA
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US10471372B2; US20180117496A1

Abstract

Ein Ionenaustauscher hat ein Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass für ein Kühlmittel hat und nach oben offen ist, und eine Kartusche, die in dem Gehäuse montiert ist, um nach oben aus dem Gehäuse entfernt werden zu können. Die Kartusche hat ein erstes Gehäuse und ein zweites Gehäuse, die oberhalb bzw. unterhalb des Einlasses und des Auslasses gelegen sind und ein Ionenaustauschharz enthalten bzw. aufnehmen können. Das erste Gehäuse hat einen ersten Strömungseingang, der mit dem Einlass des Gehäuses in Fluidverbindung ist, und einen ersten Strömungsausgang, der mit dem Auslass des Gehäuses in Fluidverbindung ist. Das zweite Gehäuse hat einen zweiten Strömungseingang in Fluidverbindung mit dem Einlass des Gehäuses und einen zweiten Strömungsausgang in Fluidverbindung mit dem Auslass des Gehäuses.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ionenaustauscher.
Wenn eine Brennstoffzelle an beispielsweise einem Fahrzeug montiert ist, hat das Fahrzeug einen Kühlkreis, durch den ein Kühlmittel strömt, um die Brennstoffzelle zu kühlen. Dies begrenzt eine Erhöhung der Temperatur der Brennstoffzelle, wenn diese Elektrizität erzeugt.
In einem neuen Kühlkreis, der gerade hergestellt worden ist, eluieren viele Ionen (Kationen) von beispielsweise einem Rohr in das Kühlmittel des Kühlkreises. Dies führt zu einer plötzlichen Erhöhung der Konzentrationen der Ionen in dem Kühlmittel. Selbst falls sich die Elution von Ionen in das Kühlmittel mit verstreichender Zeit verringert, werden, wenn die Brennstoffzelle durch das Kühlmittel gekühlt wird, Komponenten des Kühlmittels durch Wärme zerlegt, um die Erzeugung von Ionen (Anionen) zu verursachen. Dies erhöht allmählich die Konzentration von Ionen in dem Kühlmittel.
In dem vorstehenden Kühlkreis können solche Erhöhungen der Konzentration von Ionen, die in dem Kühlmittel enthalten sind, einen Metallabschnitt des Kühlkreises korrodieren oder die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels erhöhen, was die Funktion der Brennstoffzelle nachteilig beeinflusst. Somit hat der Kühlkreis einen Ionenaustauscher, um Ionen aus dem Kühlmittel durch einen Ionenaustausch zu entfernen, der durch ein Ionenaustauschharz durchgeführt wird (siehe japanisches Patent Nr. 4113715 ).
In einem Ionenaustauscher muss das Ionenaustauschharz periodisch mit einem neuen ausgetauscht werden. Somit hat der Ionenaustauscher einen Aufbau, der den Austausch des Ionenaustauschharzes erleichtert. Im Speziellen hat der Ionenaustauscher ein Gehäuse, das nach oben offen ist. Das Gehäuse hat einen Einlass, der das Kühlmittel von dem Kühlkreis einlässt, und einen Auslass, der das Kühlmittel zu dem Kühlkreis aus dem Gehäuse abgibt. Darüber hinaus ist eine Kartusche, die das Ionenaustauschharz enthält, in dem Gehäuse montiert, um durch die Öffnung des Gehäuses hindurch nach oben entfernbar zu sein.
Wenn das Kühlmittel von dem Kühlkreis über den Einlass in das Gehäuse strömt und durch das Ionenaustauschharz der Kartusche hindurchgeht, führt das Ionenaustauschharz einen Ionenaustausch durch, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen. Nach dem Entfernen der Ionen wird das Kühlmittel aus dem Gehäuse zu dem Kühlkreis über den Auslass abgegeben. Der Austausch des Ionenaustauschharzes in dem Ionenaustauscher wird durch Entfernen des Ionenaustauschharzes nach oben aus dem Gehäuse zusammen mit der Kartusche und anschließendes Installieren einer anderen Kartusche, die ein neues Ionenaustauschharz enthält, nach unten in das Gehäuse durchgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um Ionen aus dem Kühlmittel wirksam zu entfernen, wenn der Kühlkreis gerade hergestellt worden ist und das Kühlmittel eine hohe Ionenkonzentration hat, muss eine vergrößerte Kartusche in dem Gehäuse des Ionenaustauschers montiert werden, sodass eine große Menge eines Ionenaustauschharzes vorgesehen ist. Jedoch ist eine Vergrößerung der Kartusche in einer horizontalen Richtung aufgrund eines begrenzten Installationsraumes eines Fahrzeugs oder dergleichen für einen Ionenaustauscher (Kartusche) begrenzt. Daher muss die Kartusche in einer vertikalen Richtung vergrößert werden.
Wenn die Kartusche, die in dem Gehäuse montiert wird, in der vertikalen Richtung vergrößert ist, muss das Kühlmittel durch das Ionenaustauschharz, das in der Kartusche enthalten ist, in der vertikalen Richtung hindurchgehen, um das Ionenaustauschharz wirksam zu nützen. Dies verlängert einen Strömungspfad des Kühlmittels, wenn dieses durch das Ionenaustauschharz hindurchgeht. Als eine Folge ist ein Druckverlust erhöht, wenn das Kühlmittel durch das Ionenaustauschharz hindurchgeht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ionenaustauscher vorzusehen, der einen Druckverlust verringert, wenn ein Kühlmittel durch ein Ionenaustauschharz hindurchgeht, das in einer Kartusche enthalten ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ionenaustauscher, der ein Gehäuse und eine Kartusche hat. Das Gehäuse hat einen Einlass und einen Auslass für ein Kühlmittel. Das Gehäuse ist nach oben offen. Die Kartusche ist in dem Gehäuse montiert, um nach oben aus dem Gehäuse entfernbar zu sein. Die Kartusche ist in der Lage, ein Ionenaustauschharz aufzunehmen bzw. zu beinhalten. Der Ionenaustauscher ist gestaltet, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen, wenn das Kühlmittel, das durch das Gehäuse strömt, durch das Ionenaustauschharz hindurchgeht, das in der Kartusche aufgenommen bzw. beinhaltet ist. Die Kartusche hat ein erstes Gehäuse (erstes Kartuschengehäuse), das oberhalb des Einlasses und des Auslasses in dem Gehäuse gelegen ist und das das Ionenaustauschharz aufnehmen bzw. beinhalten kann, und ein zweites Gehäuse (zweites Kartuschengehäuse), das unterhalb des Einlasses und des Auslasses in dem Gehäuse gelegen ist und das das Ionenaustauschharz aufnehmen bzw. beinhalten kann. Das erste Gehäuse hat einen ersten Strömungseingang in Fluidverbindung mit dem Einlass des Gehäuses, um das Kühlmittel einzulassen, und einen ersten Strömungsausgang in Fluidverbindung mit dem Auslass des Gehäuses, um das Kühlmittel abzugeben. Das zweite Gehäuse hat einen zweiten Strömungseingang in Fluidverbindung mit dem Einlass des Gehäuses, um das Kühlmittel einzulassen, und einen zweiten Strömungsausgang in Fluidverbindung mit dem Auslass des Gehäuses, um das Kühlmittel abzugeben.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich von der folgenden Beschreibung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das den gesamten Aufbau eines Kühlkreises zeigt, der ein Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers hat.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers zeigt.
3A ist eine obere Ansicht, die ein Rohr des Ionenaustauschers von 2 zeigt.
3B ist eine Unterseitenansicht, die das Rohr des Ionenaustauschers von 2 zeigt.
3C ist eine Querschnittsansicht des Rohrs entlang Linie A-A, die in 3A gezeigt ist.
4A ist eine obere Ansicht, die ein erstes Gehäuse des Ionenaustauschers von 2 zeigt.
4B ist eine Querschnittsansicht des ersten Gehäuses entlang Linie B-B, die in 4A gezeigt ist.
5A ist eine obere Ansicht, die ein zweites Gehäuse des Ionenaustauschers von 2 zeigt.
5B ist eine Seitenansicht des zweiten Gehäuses von 5A.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers zeigt.
7 ist eine Seitenansicht, die ein erstes Gehäuse, ein Rohr und ein zweites Gehäuse einer Kartusche des Ionenaustauschers von 6 zeigt.
8A ist eine Seitenansicht des zweiten Gehäuses und des Rohrs von 7 aus Sicht von einer Einlassseite eines Gehäuses.
8B ist eine Seitenansicht des zweiten Gehäuses und des Rohrs von 7 aus Sicht von einer Auslassseite des Gehäuses.
9 ist ein schematisches Diagramm, das einen Durchgang in einem Rohr eines Ionenaustauschers an einem Abschnitt zwischen einem Einlass und einem Auslass zeigt.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Einstellungsventils entlang einer Linie C-C, die in 9 gezeigt ist.
11 ist ein schematisches Diagramm, das den Durchgang in dem Rohr des Ionenaustauschers an dem Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht des Einstellungsventils entlang Linie D-D, die in 11 gezeigt ist.
13 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Ventilmechanismus zeigt.
14 ist ein schematisches Diagramm, das den Ventilmechanismus von 13 zeigt.
15 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Ventilmechanismus zeigt.
16 ist ein schematisches Diagramm, das den Ventilmechanismus von 15 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers wird nun mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Brennstoffzelle 1 an einem Fahrzeug montiert, das einen Kühlkreis 2 hat, durch den hindurch ein Kühlmittel strömt, um die Brennstoffzelle 1 zu kühlen. Das Kühlmittel ist beispielsweise Kühlwasser, das Ethylenglykol (langlebiges Kühlmittel) enthält. Der Kühlkreis 2 hat eine Pumpe 3, die angetrieben wird, um das Kühlmittel zirkulieren zu lassen.
In dem Kühlkreis 2 ist die Brennstoffzelle 1 an der stromabwärtigen Seite der Pumpe 3 gelegen. Der Kühlkreis 2 hat einen Radiator 4, der an der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 und der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 gelegen ist. Die Brennstoffzelle 1, deren Temperatur sich erhöht, wenn sie Elektrizität produziert, wird durch das Kühlmittel gekühlt, das in dem Kühlkreis 2 zirkuliert und durch die Brennstoffzelle 1 hindurchgeht. Das Kühlmittel nimmt Wärme von der Brennstoffzelle 1 auf, und die Temperatur des Kühlmittels erhöht sich. Das Kühlmittel wird durch Außenluft gekühlt, wenn diese durch den Radiator 4 hindurchgeht. Dann strömt das Kühlmittel in die Pumpe 3.
Der Kühlkreis 2 hat einen Ionenaustauscher 5, der Ionen aus dem Kühlmittel entfernt, und ein Umgehungsrohr 6, das das Kühlmittel zu dem Ionenaustauscher 5 führt. Der Ionenaustauscher 5 ist in einem mittleren Abschnitt des Umgehungsrohrs 6 gelegen. Ein Ende des Umgehungsrohrs 6 ist mit einem Abschnitt des Kühlkreises 2 verbunden, der an der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 und der stromaufwärtigen Seite des Radiators 4 gelegen ist. Das andere Ende des Umgehungsrohrs 6 ist durch ein Ventil 7 mit einem Abschnitt des Kühlkreises 2 verbunden, der an der stromabwärtigen Seite des Radiators 4 und der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 gelegen ist.
Der Öffnungs-/Schließbetrieb des Ventils 7 bestimmt, ob das Kühlmittel, das durch die Brennstoffzelle 1 hindurchgegangen ist, zu dem Umgehungsrohr 6 (dem Ionenaustauscher 5) zu liefern ist oder nicht. Im Speziellen strömt, wenn das Ventil 7 geschlossen ist, das Kühlmittel nicht in das Umgehungsrohr 6 sondern strömt zu dem Radiator 4. Wenn das Ventil 7 offen ist, strömt ein Teil des Kühlmittels, das durch die Brennstoffzelle 1 hindurchgegangen ist, in das Umgehungsrohr 6, anstatt zu dem Radiator 4 zu strömen. Wenn das Kühlmittel in das Umgehungsrohr 6 strömt, werden Ionen aus dem Kühlmittel entfernt, wenn das Kühlmittel durch den Ionenaustauscher 5 hindurchgeht. Im Anschluss strömt das Kühlmittel zu dem Abschnitt des Kühlkreises 2, der an der stromabwärtigen Seite des Radiators 4 und der stromaufwärtigen Seite der Pumpe 3 gelegen ist.
Der Aufbau des Ionenaustauschers 5 wird nun beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Ionenaustauscher 5 ein Gehäuse 8, das sich in einer Vertikalrichtung erstreckt und nach oben offen ist. Das Gehäuse 8 hat einen vertikal zentralen Abschnitt, der einen Einlass 9 hat, der mit einem Abschnitt des Umgehungsrohrs 6 in Fluidverbindung ist (siehe 1), der an der stromaufwärtigen Seite des Ionenaustauschers 5 gelegen ist, um das Kühlmittel in das Gehäuse 8 einzulassen. Der vertikal zentrale Abschnitt des Gehäuses 8 hat einen Auslass 10 an einer Seite entgegengesetzt zu dem Einlass 9. Der Auslass 10 gibt das Kühlmittel aus dem Gehäuse 8 ab. Der Auslass 10 ist mit einem Abschnitt des Umgehungsrohrs 6 (siehe 1) in Fluidverbindung, der an der stromabwärtigen Seite des Ionenaustauschers 5 gelegen ist.
Eine Kartusche 13, die Ionenaustauschharze 11, 12 beinhaltet bzw. aufnimmt, ist in dem Gehäuse 8 montiert. Die Ionenaustauschharze 11, 12 enthalten ein Anionenaustauschharz und ein Kationenaustauschharz, die in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt sind. Die Kartusche 13 ist durch die Öffnung des Gehäuses 8 hindurch nach oben entfernbar. In dem Ionenaustauscher 5 werden, wenn das Kühlmittel, das durch das Gehäuse 8 strömt, durch die Ionenaustauschharze 11, 12 hindurchgeht, die in der Kartusche 13 aufgenommen sind, Ionen aus dem Kühlmittel entfernt.
Die Kartusche 13 hat ein Rohr, das einen Durchgang 16a hat, der sich in dem Gehäuse 8 in einer horizontalen Richtung erstreckt, um den Einlass 9 und den Auslass 10 zu verbinden. Die Kartusche 13 hat des Weiteren ein erstes Gehäuse 14, das oberhalb des Einlasses 9 und des Auslasses 10 in dem Gehäuse 8 gelegen ist und das Ionenaustauschharz 11 aufnehmen bzw. beinhalten kann, und ein zweites Gehäuse 15, das unterhalb des Einlasses 9 und des Auslasses 10 in dem Gehäuse 8 gelegen ist und das Ionenaustauschharz 12 aufnehmen bzw. kann. Das erste Gehäuse 14 und das zweite Gehäuse 15 sind jeweils an einer oberen Fläche und einer unteren Fläche des Rohrs 16 fixiert. Das Rohr 16 trennt das erste Gehäuse 14 von dem zweiten Gehäuse 15.
3A ist eine obere Ansicht des Rohrs 16 des Ionenaustauschers 5, der in 2 gezeigt ist. 3B ist eine Unterseitenansicht des Rohrs 16. 3C ist eine Querschnittsansicht des Rohrs 16 entlang Linie A-A in 3A. Wie in 3A gezeigt ist, hat ein zentraler Abschnitt des Rohrs 16 ein Einsetzloch 17, das in einer oberen Fläche des Rohrs 16 ausgebildet ist. Darüber hinaus erstreckt sich ein erstes Verbindungsloch 18 durch einen Abschnitt des Rohrs 16 hindurch, der an der linken Seite des Einsetzlochs 17 gelegen ist, und ist in der oberen Fläche des Rohrs 16 offen. Wie in 3B und 3C gezeigt ist, erstreckt sich ein zweites Verbindungsloch 19 durch einen rechten Abschnitt des Rohrs 16 hindurch und ist in der unteren Fläche des Rohrs 16 offen, und ein Schlitz 20 erstreckt sich in einem linken Endabschnitt des Rohrs 16 und ist in der unteren Fläche des Rohrs 16 offen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Durchgang 16a des Rohrs 16 mit dem Einsetzloch 17, dem ersten Verbindungsloch 18, dem zweiten Verbindungsloch 19 und dem Schlitz 20 in Verbindung. Ein Abschnitt des Durchgangs 16a, der zwischen dem Einlass 9 und dem Auslass 10 gelegen ist, hat einen Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser, der eine Strömungsfläche für das Kühlmittel hat, die kleiner ist als diejenige von anderen Abschnitten. Das erste Verbindungsloch 18 ist an einem Abschnitt zwischen dem Einlass 9 und dem Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser gelegen. Das Einsetzloch 17 ist an einem Abschnitt zwischen dem Auslass 10 und dem Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser gelegen. Der Schlitz 20 ist an einem Abschnitt zwischen dem Einlass 9 und dem Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser und benachbart zu dem Einlass 9 gelegen. Das zweite Verbindungsloch 19 ist an einem Abschnitt zwischen dem Auslass 10 und dem Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser gelegen.
4A ist eine obere Ansicht des ersten Gehäuses 14. 4B ist eine Querschnittsansicht des ersten Gehäuses 14 entlang Linie B-B in 4A. Das erste Gehäuse 14 hat eine rohrförmige Wand 21, die sich in der Vertikalrichtung erstreckt, und ein Rohrbauteil 22, das sich in einer inneren Seite der Wand 21 in der Vertikalrichtung erstreckt und durch die Wand 21 gestützt ist. Das Rohrbauteil 22 erstreckt sich entlang der Achse der rohrförmigen Wand 21. Das Ionenaustauschharz 11 (siehe 2) kann zwischen dem Rohrbauteil 22 und der Wand 21 aufgenommen werden. Das erste Gehäuse 14 hat eine untere Öffnung, an der ein Sieb bzw. Gitter 23 gelegen ist, um ein Hindurchgehen des Kühlmittels zu gestatten. Das untere Ende des Rohrbauteils 22 erstreckt sich durch ein Zentrum des Siebs 23.
Wie in 2 gezeigt ist, ist bei dem ersten Gehäuse 14, das an der oberen Fläche des Rohrs 16 fixiert ist, das untere Ende des Rohrbauteils 22 in das Einsetzloch 17 des Rohrs 16 eingesetzt, und der innere Hohlraum des Rohrbauteils 22 ist mit einem Abschnitt des Durchgangs 16a des Rohrs 16 in Verbindung, der an der stromabwärtigen Seite des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser gelegen ist. Zusätzlich dient in diesem Zustand ein Raum zwischen dem Sieb 23 des ersten Gehäuses 14 und der oberen Fläche des Rohrs 16 als ein erster Strömungseingang 25, der das untere Ende des ersten Gehäuses 14 (untere Öffnung des ersten Gehäuses 14) und das erste Verbindungsloch 18 des Rohrs 16 fluidverbindet. Der erste Strömungseingang 25, der mit dem Einlass 9 des Gehäuses 8 über das erste Verbindungsloch 18 und den Durchgang 16a des Rohrs 16 in Fluidverbindung ist, leitet das Kühlmittel von dem Einlass 9 in das erste Gehäuse 14 ein.
Das erste Gehäuse 14 hat eine obere Endöffnung, über der ein Sieb bzw. Gitter 26 platziert ist, um ein Hindurchgehen des Kühlmittels zu gestatten. Das obere Ende des Rohrbauteils 22 erstreckt sich durch ein Zentrum des Siebs 26 hindurch. Ein Deckel 27 ist an dem oberen Endabschnitt der Wand 21 befestigt, um die obere Endöffnung des ersten Gehäuses 14 zu schließen. Das obere Ende des Rohrbauteils 22 ist an einer inneren Seite des Deckels 27 gelegen. Der innere Hohlraum des Rohrbauteils 22 ist mit dem Auslass 10 des Gehäuses 8 über den Durchgang 16a des Rohrs 16 in Fluidverbindung. Der innere Hohlraum des Rohrbauteils 22 dient als ein erster Strömungsausgang 28, der das Kühlmittel aus dem ersten Gehäuse 14 abgibt. Der Deckel 27 ist an das obere Ende des Gehäuses 8 geschraubt. Wenn die Schrauben entfernt sind, kann der Deckel 27 von dem oberen Ende des Gehäuses 8 entfernt werden.
5A ist eine obere Ansicht des zweiten Gehäuses 15. 5B ist eine Seitenansicht des zweiten Gehäuses 15. Das zweite Gehäuse 15 hat eine rohrförmige Wand 31, die sich in der Vertikalrichtung erstreckt. Der Außendurchmesser der Wand 31 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 8 (siehe 2). Die Wand 31 hat einen Abschnitt (linker Endabschnitt in 5A und 5B), der einen flachen Abschnitt 33 definiert, der sich zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Wand 31 erstreckt. Das Ionenaustauschharz 12 (siehe 2) kann in einer inneren Seite der Wand 31 aufgenommen werden. Das zweite Gehäuse 15 hat eine untere Öffnung, an der ein Sieb bzw. Gitter 32 gelegen ist, um ein Hindurchgehen des Kühlmittels zu gestatten. Das zweite Gehäuse 15 hat eine obere Öffnung, an der ein Sieb bzw. Gitter 36 gelegen ist, um ein Hindurchgehen des Kühlmittels zu gestatten.
Wie in 2 gezeigt ist, wenn das zweite Gehäuse 15 an der unteren Fläche des Rohrs 16 fixiert ist, ist das obere Ende der Wand 31 mit der unteren Fläche des Rohrs 16 in Kontakt. In diesem Zustand ist ein Raum zwischen dem flachen Abschnitt 33 der Wand 31 und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses 8 korrespondierend zu dem Schlitz 20 des Rohrs 16 gelegen und ist mit dem Schlitz 20 in Verbindung. Darüber hinaus ist das Sieb 32 des zweiten Gehäuses 15 von der inneren Unterseitenfläche des Gehäuses 8 durch einen Spalt beabstandet. Der Spalt ist mit dem Raum zwischen dem flachen Abschnitt 33 der Wand 31 und der Innenumfangsfläche des Gehäuses 8 in Verbindung. Der Raum in dem zweiten Gehäuse 15 zwischen dem flachen Abschnitt 33 der Wand 31 und der Innenumfangsfläche des Gehäuses 8 dient als ein zweiter Strömungseingang 34, der das Kühlmittel in das zweite Gehäuse 15 einleitet. Der zweite Strömungseingang 34 ist in Fluidverbindung mit dem Einlass 9 des Gehäuses 8 über den Schlitz 20 und den Durchgang 16a des Rohrs 16 sowie mit der unteren Öffnung des zweiten Gehäuses 15 über den Spalt zwischen dem Sieb 32 und der inneren Unterseitenfläche des Gehäuses 8 und das Sieb 32.
In einem Zustand, in dem das zweite Gehäuse 15 an der unteren Fläche des Rohrs 16 fixiert ist, ist das obere Ende der Wand 31 mit der unteren Fläche des Rohrs 16 in Kontakt. Dies trennt die obere Endöffnung des zweiten Gehäuses 15 von dem Schlitz 20 des Rohrs 16 und verbindet die obere Endöffnung des zweiten Gehäuses 15 mit dem zweiten Verbindungsloch 19 des Rohrs 16 über einen Raum zwischen dem oberen Ende des zweiten Gehäuses 15 und der unteren Fläche des Rohrs 16. Der Raum zwischen dem oberen Ende des zweiten Gehäuses 15 und der unteren Fläche des Rohrs 16, die mit dem Auslass 10 des Gehäuses 8 über das zweite Verbindungsloch 19 und den Durchgang 16a des Rohrs 16 in Fluidverbindung ist, dient als ein zweiter Strömungsausgang 35, der das Kühlmittel aus dem zweiten Gehäuse 15 (der Wand 31) abgibt.
Der Betrieb des Ionenaustauschers 5 wird nun beschrieben.
In einem neuen Kühlkreis 2, der gerade hergestellt worden ist, eluieren viele Ionen (Kationen) von dem Rohr und dergleichen in das Kühlmittel des Kühlkreises 2. Dies kann zu einer plötzlichen Erhöhung der Konzentration von Ionen in dem Kühlmittel führen. In diesem Fall ist, um die Ionen aus dem Kühlmittel mit dem Ionenaustauscher 5 wirksam zu entfernen, die Kartusche 13, die das erste Gehäuse 14, das das Ionenaustauschharz 11 enthält, und das zweite Gehäuse 15 hat, das das Ionenaustauschharz 12 enthält, in dem Gehäuse 8 des Ionenaustauschers 5 montiert. Das Mischverhältnis des Kationenaustauschharzes und des Anionenaustauschharzes, die in den Ionenaustauschharzen 11, 12 enthalten sind, ist auf ein Verhältnis festgelegt, das eine wirksame Entfernung von Ionen aus dem Kühlmittel gestattet.
In dem Ionenaustauscher 5 strömt das Kühlmittel, das von dem Einlass 9 in das Gehäuse 8 strömt, in den Durchgang 16a des Rohrs 16 der Kartusche 13. Ein Teil des Kühlmittels, das in den Durchgang 16a strömt, wird aus dem Auslass 10 des Gehäuses 8 durch den Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser hindurch abgegeben, während der verbleibende Teil des Kühlmittels aus dem Auslass 10 des Gehäuses 8 durch eines von dem ersten Gehäuse 14 und dem zweiten Gehäuse 15 der Kartusche 13 hindurch abgegeben wird. Das Folgende beschreibt separat die Strömung des Kühlmittels, das durch das erste Gehäuse 14 hindurchgeht, und die Strömung des Kühlmittels, das durch das zweite Gehäuse 15 hindurchgeht.
Der Druck in dem Durchgang 16a ist höher an der stromaufwärtigen Seite des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser als an der stromabwärtigen Seite des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser. Somit ist der Druck in dem ersten Gehäuse 14 höher an der Seite des ersten Strömungseingangs 25 als an der Seite des ersten Strömungsausgangs 28. Solche Druckdifferenzen bewirken, dass ein Teil des Kühlmittels von dem Durchgang 16a durch das erste Gehäuse 14 hindurchströmt. Im Speziellen strömt das Kühlmittel von dem ersten Strömungseingang 25 in das erste Gehäuse 14 (unteres Ende der Wand 21) und geht von einer unteren Seite nach oben durch das Ionenaustauschharz 11 hindurch, währenddessen das Ionenaustauschharz 11 einen Ionenaustausch durchführt, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen. Nach dem Entfernen der Ionen strömt das Kühlmittel aus dem ersten Gehäuse 14 aus (und in einen Durchgang 16a) über den ersten Strömungsausgang 28 und dann aus dem Gehäuse 8 über den Auslass 10 des Gehäuses 8 aus.
Der Druck in dem Durchgang 16a ist höher an der stromaufwärtigen Seite des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser als an der stromabwärtigen Seite des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser. Somit ist der Druck in dem zweiten Gehäuse 15 auch an der Seite des zweiten Strömungseingangs 34 höher als an der Seite des zweiten Strömungsausgangs 35. Solche Druckdifferenzen bewirken, dass ein Teil des Kühlmittels von dem Durchgang 16a durch das zweite Gehäuse 15 hindurchströmt. Im Speziellen strömt das Kühlmittel von dem zweiten Strömungseingang 34 in das zweite Gehäuse 15 (unteres Ende der Wand 31) und geht von der unteren Seite nach oben durch das Ionenaustauschharz 12 hindurch, währenddessen das Ionenaustauschharz 12 einen Ionenaustausch durchführt, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen. Nach dem Entfernen der Ionen strömt das Kühlmittel aus dem zweiten Gehäuse 15 aus (und in den Durchgang 16a) über den zweiten Strömungsausgang 35 und dann aus dem Gehäuse 8 über den Auslass 10 des Gehäuses 8 aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden die Strömung des Kühlmittels, das durch das erste Gehäuse 14 (das Ionenaustauschharz 11) hindurchgeht, und die Strömung des Kühlmittels, das durch das zweite Gehäuse 15 (das Ionenaustauschharz 12) hindurchgeht, als die Strömungen des Kühlmittels, das in dem Gehäuse 8 durch die Ionenaustauschharze 11, 12 hindurchgeht, das heißt als die Strömungen des Kühlmittels in der Kartusche 13, separat erzeugt. Mit anderen Worten gesagt wird, wenn das Kühlmittel durch die Ionenaustauschharze 11, 12 hindurchgeht, die in der Kartusche 13 enthalten sind, der Strömungspfad des Kühlmittels in zwei Linien unterteilt, das heißt in einen Strömungspfad durch das erste Gehäuse 14 hindurch und einen Strömungspfad durch das zweite Gehäuse 15 hindurch. Somit ist jeder Strömungspfad der zwei Linien verkürzt. Dies verringert den Druckverlust, wenn das Kühlmittel durch jeden Strömungspfad hindurchgeht.
Wenn die Ionenaustauschharze 11, 12 des Ionenaustauschers 5 mit neuen Harzen ausgetauscht werden, wird die Kartusche 13 gänzlich mit einer neuen Kartusche ersetzt. Im Speziellen wird der Deckel 27 von dem oberen Ende des Gehäuses 8 abgeschraubt, und die Kartusche 13 wird nach oben aus dem Gehäuse 8 entfernt. Dann wird eine andere Kartusche 13, die neue Ionenaustauschharze 11, 12 enthält, nach unten in das Gehäuse 8 eingesetzt. Der Deckel 27 wird an das Gehäuse 8 geschraubt. Auf diese Weise wird die Kartusche 13 in dem Gehäuse 8 montiert.
Wenn die Kartusche 13 des Ionenaustauschers 5 mit einer neuen Kartusche ersetzt wird, kann Zeit seit der Herstellung des Kühlkreises 2 verstrichen sein und Erhöhungen der Konzentration von Ionen in dem Kühlmittel können nur sachte sein. In solch einer Situation, in der die wirksame Entfernung von Ionen aus dem Kühlmittel nicht notwendig ist, ist die Kartusche 13, in der nur das erste Gehäuse 14 das Ionenaustauschharz 11 enthält, in dem Gehäuse 8 montiert. In diesem Fall werden Ionen in ausreichender Weise aus dem Kühlmittel nur durch das Ionenaustauschharz 11 entfernt, das in dem ersten Gehäuse 14 enthalten ist. Dies verhindert, dass die Menge des Ionenaustauschharzes, das in der Kartusche 13 enthalten ist, zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel übermäßig wird. In der Kartusche 13, die solch einen Aufbau hat, ist es bevorzugt, dass wenigstens entweder der Schlitz 20 oder das zweite Verbindungsloch 19 des Rohrs 16 gedichtet ist. Zusätzlich ist es in diesem Zustand bevorzugt, dass die Kühlmittelströmungsfläche des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser so eingestellt ist, dass das Kühlmittel durch das erste Gehäuse 14 hindurch mit einer geeigneten Strömungsrate strömt.
Das erste Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, hat die folgenden Vorteile.
(1) Wenn die Kartusche 13, die das erste Gehäuse 14 und das zweite Gehäuse 15 hat, die die Ionenaustauschharze 11, 12 enthalten, in dem Gehäuse 8 montiert ist, ist der Strömungspfad des Kühlmittels, das durch die Ionenaustauschharze 11, 12 hindurchgeht, in zwei Linien unterteilt, das heißt in einen Strömungspfad, der sich durch das erste Gehäuse 14 hindurch erstreckt, und einen Strömungspfad, der sich durch das zweite Gehäuse 15 hindurch erstreckt, sodass die Strömungspfade jeweils verkürzt sind. Dies verringert den Druckverlust, wenn das Kühlmittel durch jeden Strömungspfad strömt.
(2) Falls das wirksame Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel nicht notwendig ist, kann die Kartusche 13, in der nur das erste Gehäuse 14 das Ionenaustauschharz 11 enthält, verwendet werden. Dies begrenzt Situationen, in denen die Menge des Ionenaustauschharzes, das in der Kartusche 13 enthalten ist, zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel übermäßig ist.
(3) Wenn das Kühlmittel durch das erste Gehäuse 14 hindurchgeht, strömt das Kühlmittel von dem Durchgang 16a des Rohrs 16 in das untere Ende des ersten Gehäuses 14 über den ersten Strömungseingang 25. Nachdem das Kühlmittel durch das erste Gehäuse 14 hindurch nach oben geströmt ist, wird das Kühlmittel aus dem ersten Gehäuse 14 über das obere Ende und den inneren Hohlraum (erster Strömungsausgang 28) des Rohrbauteils 22 abgegeben. Dies gestattet, dass das Kühlmittel, das von der unteren Seite nach oben durch das erste Gehäuse 14 hindurchgeht, das Ionenaustauschharz 11, das in dem ersten Gehäuse 14 enthalten ist, wirksam berührt. Die Ionen werden aus dem Kühlmittel 14 durch einen Ionenaustausch wirksam entfernt, der durch das Ionenaustauschharz 11 durchgeführt wird.
(4) Wenn das Kühlmittel durch das zweite Gehäuse 15 hindurchgeht, strömt das Kühlmittel von dem Durchgang 16a des Rohrs 16 in das untere Ende des zweiten Gehäuses 15 über den zweiten Strömungseingang 34. Nachdem das Kühlmittel durch das zweite Gehäuse 15 hindurch nach oben geströmt ist, wird das Kühlmittel aus dem zweiten Gehäuse 15 über den zweiten Strömungsausgang 35 abgegeben. Dies gestattet, dass das Kühlmittel, das von der unteren Seite nach oben durch das zweite Gehäuse 15 hindurch durchgegangen ist, das Ionenaustauschharz 12 wirksam berührt, das in dem zweiten Gehäuse 15 enthalten ist. Die Ionen werden aus dem Kühlmittel durch einen Ionenaustausch wirksam entfernt, der durch das Ionenaustauschharz 12 durchgeführt wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers wird nun mit Bezug auf 6 bis 8 beschrieben.
Wie in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel des Ionenaustauschers 5 von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Rohr 16 und das zweite Gehäuse 15 miteinander in der Kartusche 13 integriert sind. Darüber hinaus hat die Außenumfangsfläche der Wand 31 des zweiten Gehäuses 15 eine Form, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Wie in 7 gezeigt ist, hat die Wand 31 des zweiten Gehäuses 15 einen Abschnitt 31a mit größerem Durchmesser, der an einer oberen Seite des zweiten Gehäuses 15 gelegen ist, und einen Abschnitt 31c mit kleinerem Durchmesser, der unterhalb des Abschnitts 31a mit größerem Durchmesser gelegen ist. Eine Grenze zwischen dem Abschnitt 31a mit größerem Durchmesser und dem Abschnitt 31c mit kleinerem Durchmesser definiert eine Stufe 31b. Der Außendurchmesser (Durchmesser der Außenfläche) des Abschnitts 31c mit kleinerem Durchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser (Durchmesser der Außenfläche) des Abschnitts 31a mit größerem Durchmesser. Der zweite Strömungseingang 34 ist als ein Raum zwischen der Außenfläche des Abschnitts 31c mit kleinerem Durchmesser und der Innenumfangsfläche des Gehäuses 8 definiert, was in 6 gezeigt ist.
8A ist ein Diagramm des zweiten Gehäuses 15 und des Rohrs 16 aus Sicht von der Seite des Einlasses 9 des Gehäuses 8 (siehe 6). 8B ist ein Diagramm des zweiten Gehäuses 15 und des Rohrs 16 aus Sicht von der Seite des Auslasses 10 des Gehäuses 8. Wie in 8A, 8B und 7 gezeigt ist, erstreckt sich die Stufe 31b in einem Winkel nach oben zu dem Einlass 9 des Gehäuses 8.
Der Betrieb und die Vorteile des Ionenaustauschers 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden nun beschrieben.
(5) In dem Ionenaustauscher 5 des ersten Ausführungsbeispiels, der in 2 gezeigt ist, erstreckt sich der zweite Strömungseingang 34 von einem Abschnitt des Rohrs 16, der näher zu dem Einlass 9 gelegen ist, gerade nach unten und ist mit dem Spalt zwischen dem Sieb 32 und der inneren Unterseitenfläche des Gehäuses 8 in Verbindung. Somit lokalisiert (bzw. sammelt) sich das Kühlmittel, dass das untere Ende des zweiten Gehäuses 15 (den Spalt) über den zweiten Strömungseingang 34 erreicht, an einer Position näher zu dem Einlass 9. Als eine Folge gibt es, wenn das Kühlmittel von dem unteren Ende des zweiten Gehäuses 15 in das zweite Gehäuse 15 und dann durch das zweite Gehäuse 15 (das Ionenaustauschharz 12) hindurch nach oben strömt, eine Tendenz dahingehend, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in der horizontalen Richtung ungleichmäßig wird.
Bei dem Ionentauscher 5 des zweiten Ausführungsbeispiels breitet sich jedoch, wenn das Kühlmittel von dem Rohr 16 in den zweiten Strömungseingang 34 und dann zu dem unteren Ende des zweiten Gehäuses 15 durch den zweiten Strömungseingang 34 hindurch strömt, das Kühlmittel in der horizontalen Richtung entlang der Führung der gewinkelten Stufe 31b, die in 8A, 8B und 7 gezeigt ist, aus und erreicht das untere Ende des zweiten Gehäuses 15. Dies verhindert die Lokalisierung (Ansammlung) des Kühlmittels an einer Position näher zu dem Einlass 9, wenn das Kühlmittel das untere Ende des zweiten Gehäuses 15 über den zweiten Strömungseingang 34 erreicht. Wenn das Kühlmittel von dem unteren Ende des zweiten Gehäuses 15 nach oben ist das zweite Gehäuse 15 strömt, ist die Strömungsrate des Kühlmittels relativ gleichmäßig in der horizontalen Richtung. Deshalb werden, wenn das Kühlmittel durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht, Ionen weiter wirksam aus dem Kühlmittel entfernt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers wird nun mit Bezug auf 9 bis 12 beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass der Abschnitt 24 mit verringertem Durchmesser des Rohrs 16 einen Ventilmechanismus 41 hat, der einen Öffnungsbetrieb und einen Schließbetrieb durchführt, um zu gestatten, dass die Strömungsfläche variabel ist.
9 zeigt schematisch den Durchgang 16a in dem Rohr 16 des Ionenaustauschers 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel an einem Abschnitt zwischen dem Einlass 9 und dem Auslass 10. Wie in 9 gezeigt ist, hat der Abschnitt des Rohrs 16, der zwischen dem Einlass 9 und dem Auslass 10 gelegen ist, einen Ventilmechanismus 41, der einen Öffnungsbetrieb und einen Schließbetrieb durchführt, um zu gestatten, dass die Kühlmittelströmungsfläche variabel ist. Der Ventilmechanismus 41 hat einen ringförmigen Flansch 42, der von einer Innenfläche des Durchgangs 16a zu der Achse des Rohrs 16 vorsteht, und ein Einstellungsventil 43, das sich durch einen zentralen Abschnitt des Flansches 42 von der stromaufwärtigen Seite (der linken Seite in 9) zu der stromabwärtigen Seite (der rechten Seite in 9) des Rohrs 16 erstreckt.
Das Einstellungsventil 43 ist aus einem elastischen Material wie Gummi ausgebildet. Das Einstellungsventil 43 hat einen rohrförmigen Körper 44, der sich durch den zentralen Abschnitt des Flansches 42 hindurch erstreckt, und einen Vorsprung 45, der von einem stromaufwärtigen Ende (dem linken Ende) der Außenfläche des Körpers 44 zu der inneren Fläche des Rohrs 16 vorsteht. Das stromabwärtige Ende (das rechte Ende) des Körpers 44 steht über den Flansch 42 zu der stromabwärtigen Seite vor und ist so verjüngt, dass sich der Durchmesser mit Erstreckung des Körpers 44 zu der stromabwärtigen Seite verjüngt. Somit hat das stromabwärtige Ende des Körpers 44 eine kleinere Öffnungsfläche als die stromaufwärtige Seite.
10 ist eine Querschnittsansicht des Einstellungsventils 43 entlang Linie C-C in 9. Wie in 10 gezeigt ist, hat der verjüngte Abschnitt des Körpers 44 Schlitze 46, die sich in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung radial erstrecken. Die Schlitze 46 teilen den verjüngten Abschnitt des Körpers 44 in Ventilbauteile 47, die eine stromabwärtige Öffnung des Körpers 44 in der Umfangsrichtung umgeben. Die stromabwärtige Öffnung des Körpers 44 des Einstellungsventils 43 (Ventilmechanismus 41), das heißt der Abschnitt, der von den Ventilbauteilen 47 umgeben ist, dient als der Abschnitt mit verringertem Durchmesser, der eine kleinere Kühlmittelströmungsfläche als andere Abschnitte des Rohrs 16 hat.
Da die Ventilbauteile 47 elastisch sind, verformen sich, wenn das Kühlmittel durch den Körper 44 (das Rohr 16) strömt, die Ventilbauteile 47 elastisch, sodass die Öffnungsfläche (Kühlmittelströmungsfläche) des stromabwärtigen Endes des Körpers 44 größer wird, wenn sich die Strömungsrate des Kühlmittels erhöht. 11 und 12 zeigen, dass die Kühlmittelströmungsfläche des stromabwärtigen Endes des Körpers 44 als eine Folge einer elastischen Verformung der Ventilbauteile 47 des Körpers 44 erhöht ist. 12 ist eine Querschnittsansicht des Einstellungsventils 43 entlang Linie D-D in 11.
Jedes Ventilbauteil 47 verformt sich elastisch gemäß der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch den Körper 44 (das Rohr 16) hindurchströmt. Somit verringert, wenn die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Rohr 16 hindurchströmt, geringer als ein Schwellenwert ist (nachstehend als „wenn die Strömungsrate niedrig ist“ bezeichnet), das Einstellungsventil 43 (der Ventilmechanismus 41) die Kühlmittelströmungsfläche des stromabwärtigen Endes des Körpers 44 im Vergleich dazu, wenn die Strömungsrate größer als oder gleich wie der Schwellenwert ist (nachstehend als „wenn die Strömungsrate hoch ist“ bezeichnet). Dies begrenzt eine Verringerung der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Einstellungsventils 43 selbst dann, wenn die Strömungsrate niedrig ist.
Der Betrieb des Ionenaustauschers 5 des dritten Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.
In dem Ionenaustauscher 5 ändern sich die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht, gemäß der Druckdifferenz des Durchgangs 16a in dem Rohr 16 zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Einstellungsventils 43. Im Speziellen erhöht eine Erhöhung der Druckdifferenz die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht. Andererseits verringert eine Verringerung der Druckdifferenz die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht.
Die Druckdifferenz des Durchgangs 16a in dem Rohr 16 zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Einstellungsventils 43 wird durch die Strömungsrate des Kühlmittels beeinflusst, das durch den Durchgang 16a hindurchgeht. Im Speziellen erhöht sich, falls das Einstellungsventil 43 konstant eine feste Öffnungsfläche (Kühlmittelströmungsfläche) an dem stromabwärtigen Ende des Körpers 44 hat, die Druckdifferenz, wenn sich die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch den Durchgang 16a hindurchgeht, erhöht. Des Weiteren verringert sich die Druckdifferenz, wenn sich die Strömungsrate des Kühlmittels verringert. Somit werden, wenn die Strömungsrate niedrig ist, falls die Druckdifferenz des Durchgangs 16a zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Einstellungsventils 43 verringert ist, die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht, verringert. Dies kann die Effizienz der Ionenaustauschharze 11, 12 zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel nachteilig beeinflussen.
Jedoch verformen sich bei dem Einstellungsventil 43 (Ventilmechanismus 41) im Vergleich dazu, wenn die Strömungsrate hoch ist, die Ventilbauteile 47 elastisch, um die Kühlmittelströmungsfläche des stromabwärtigen Endes des Körpers 44 zu verringern, wenn die Strömungsrate niedrig ist. Somit ist eine Verringerung der Druckdifferenz des Durchgangs 16a zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Einstellungsventils 43 begrenzt, selbst wenn die Strömungsrate niedrig ist. Dies begrenzt die Verringerung der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht. Deshalb wird die Effizienz der Ionenaustauschharze 11, 12 zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel nicht nachteilig beeinflusst.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat die nachstehend beschriebenen Vorteile, zusätzlich zu den Vorteilen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels.
(6) Wenn die Strömungsrate niedrig ist, sind Verringerungen der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 11 in dem ersten Gehäuse 14 hindurchgeht, und der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Ionenaustauschharz 12 in dem zweiten Gehäuse 15 hindurchgeht, begrenzt. Deshalb wird die Effizienz der Ionenaustauschharze 11, 12 zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel nicht nachteilig beeinflusst.
Andere Ausführungsbeispiele
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele können wie folgt modifiziert werden.
Das Gehäuse 8 des Ionenaustauschers 5 kann von der vertikalen Richtung um die Achse des Rohrs 16 geneigt sein.
In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, falls das effektive Entfernen von Ionen aus dem Kühlmittel nicht notwendig ist, kann die Kartusche 13, in der nur das zweite Gehäuse 15 das Ionenaustauschharz 12 enthält, in dem Gehäuse 8 montiert sein. In diesem Fall ist es in der Kartusche 13 bevorzugt, dass wenigstens eines von dem ersten Verbindungsloch 18 und dem zweiten Einsetzloch 17 des Rohrs 16 gedichtet ist. Darüber hinaus ist es in diesem Zustand bevorzugt, dass die Kühlmittelströmungsfläche des Abschnitts 24 mit verringertem Durchmesser so eingestellt ist, dass das Kühlmittel durch das zweite Gehäuse 15 mit einer geeigneten Strömungsrate strömt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel können das Rohr 16 und das zweite Gehäuse 15 separat voneinander sein, in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das dritte Ausführungsbeispiel kann einen Ventilmechanismus 51, der in 13 und 14 gezeigt ist, anstelle des Ventilmechanismus 41 haben. Der Ventilmechanismus 51 hat eine Welle 52, ein plattenförmiges Ventilbauteil 53, das um die Welle 52 schwenkt, um einen Öffnungsbetrieb und einen Schließbetrieb durchzuführen, um zu gestatten, dass die Kühlmittelströmungsfläche des Durchgangs 16a in dem Rohr 16 variabel ist, und eine Feder 54, die das Ventilbauteil 53 in eine Schließrichtung (Richtung, in der sich die Kühlmittelströmungsfläche verringert) drängt. In diesem Fall dient der Abschnitt des Durchgangs 16a in dem Rohr 16, der die Kühlmittelströmungsfläche hat, die durch das Ventilbauteil 53 variabel sein kann, als der Abschnitt mit verringertem Durchmesser, der kleiner ist als andere Abschnitte des Rohrs 16. In diesem Aufbau verringert, wenn die Strömungsrate niedrig ist (siehe 13), das Ventilbauteil 53 des Ventilmechanismus 51 die Kühlmittelströmungsfläche des Durchgangs 16a im Vergleich dazu, wenn die Strömungsrate hoch ist (siehe 14).
Der Ventilmechanismus 51, der in 13 und 14 gezeigt ist, kann Magneten anstelle der Feder 54 haben, um das Ventilbauteil 53 in die Schließrichtung (Richtung, in der sich die Kühlmittelströmungsfläche verringert) zu drängen. In diesem Fall hat, wie in 15 und 16 gezeigt ist, während das Ventilbauteil 53 einen Magneten 55 hat, das Rohr 16 einen Magneten 56, der den Magneten 55 zurückdrängt. Demzufolge drängt die Zurückdrängkraft zwischen dem Magneten 55 und dem Magneten 56 das Ventilbauteil 53 in eine Richtung, in der sich die Kühlmittelströmungsfläche des Durchgangs 16a des Rohrs 16 verringert. In diesem Aufbau verringert, wenn die Strömungsrate niedrig ist (siehe 15), das Ventilbauteil 53 des Ventilmechanismus 51 die Kühlmittelströmungsfläche des Durchgangs 16a im Vergleich dazu, wenn die Strömungsrate hoch ist (siehe 16).
Das dritte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise ein Drosselventil bzw. Butterfly-Ventil oder ein Kolbenventil statt des Einstellungsventils 43 haben. Der Öffnungsgrad von solch einem Ventil kann gesteuert werden, um zu gestatten, dass die Strömungsfläche des Durchgangs 16a in dem Rohr 16 variabel ist. In diesem Fall wird die Strömungsrate des Kühlmittels in dem Durchgang 16a durch einen Sensor erfasst oder durch beispielsweise den Antriebszustand der Pumpe 3 geschätzt. Wenn die Strömungsrate geringer als ein Schwellenwert ist, wird die Öffnungsgradsteuerung an dem Ventil durchgeführt, um den Öffnungsgrad des Ventils im Vergleich dazu zu verringern, wenn die Strömungsrate größer als oder gleich wie der Schwellenwert ist.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele sind als veranschaulichend gedacht, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Verschiedene Alternativen, Modifikationen und Variationen sind an den offenbarten beispielhaften Ausführungsbeispielen möglich, ohne von dem Kern und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in weniger Merkmalen als all den Merkmalen der speziellen offenbarten Ausführungsbeispiele existieren. Die Ansprüche sind in die detaillierte Beschreibung aufgenommen und jeder Anspruch beansprucht durch sich selbst ein separates Ausführungsbeispiel. Der Umfang der Erfindung soll alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen zusammen mit allen Äquivalenten von diesen innerhalb des Umfangs der Ansprüche einschließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4113715 [0004]

Claims

Ionenaustauscher mit: einem Gehäuse (8), das einen Einlass (9) und einen Auslass (10) für ein Kühlmittel hat, wobei das Gehäuse (8) nach oben offen ist; und einer Kartusche (13), die in dem Gehäuse (8) montiert ist, um nach oben aus dem Gehäuse (8) entfernbar zu sein, wobei die Kartusche (13) ein Ionenaustauschharz (11, 12) aufnehmen kann, wobei der Ionenaustauscher gestaltet ist, um Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen, wenn das Kühlmittel, das durch das Gehäuse (8) strömt, durch das Ionenaustauschharz (11, 12) hindurchgeht, das in der Kartusche (13) aufgenommen ist, die Kartusche (13) ein erstes Gehäuse (14), das oberhalb des Einlasses (9) und des Auslasses (10) in dem Gehäuse (8) gelegen ist und das Ionenaustauschharz (11) aufnehmen kann, und ein zweites Gehäuse (15) hat, das unterhalb des Einlasses (9) und des Auslasses (10) in dem Gehäuse (8) gelegen ist und das Ionenaustauschharz (12) aufnehmen kann, das erste Gehäuse (14) einen ersten Strömungseingang (25) in Fluidverbindung mit dem Einlass (9) des Gehäuses (8), um das Kühlmittel einzulassen, und einen ersten Strömungsausgang (28) in Fluidverbindung mit dem Auslass (10) des Gehäuses (8) hat, um das Kühlmittel abzugeben, und das zweite Gehäuse (15) einen zweiten Strömungseingang (34) in Fluidverbindung mit dem Einlass (9) des Gehäuses (8), um das Kühlmittel einzulassen, und einen zweiten Strömungsausgang (35) in Fluidverbindung mit dem Auslass (10) des Gehäuses (8) hat, um das Kühlmittel abzugeben.
Ionenaustauscher nach Anspruch 1, wobei die Kartusche (13) ein Rohr (16) hat, das den Einlass (9) und den Auslass (10) des Gehäuses (8) fluidverbindet, das Rohr (16) einen Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser hat, der zwischen dem Einlass (9) und dem Auslass (10) gelegen ist, der erste Strömungseingang (25) des ersten Gehäuses (14) ein unteres Ende des ersten Gehäuses (14) und einen Abschnitt des Rohrs (16) fluidverbindet, der zwischen dem Einlass (9) und dem Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser gelegen ist, der erste Strömungsausgang (28) des ersten Gehäuses (14) in einem inneren Hohlraum eines Rohrbauteils (22) ist, der sich in dem ersten Gehäuse (14) in einer vertikalen Richtung erstreckt, das Rohrbauteil (22) mit dem Rohr (16) an einer Position zwischen dem Auslass (10) und dem Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser fluidverbunden ist, der zweite Strömungseingang (34) des zweiten Gehäuses (15) als ein Raum zwischen einer Wand (31) des zweiten Gehäuses (15) und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses (8) definiert ist, der zweite Strömungseingang (34) des zweiten Gehäuses (15) ein unteres Ende des zweiten Gehäuses (15) und einen Abschnitt des Rohrs (16) fluidverbindet, der zwischen dem Einlass (9) und dem Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser gelegen ist, und der zweite Strömungsausgang (35) des zweiten Gehäuses (15) ein oberes Ende des zweiten Gehäuses (15) und einen Abschnitt des Rohrs (16) fluidverbindet, der zwischen dem Auslass (10) und dem Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser gelegen ist.
Ionenaustauscher nach Anspruch 2, wobei die Wand des zweiten Gehäuses (15) einen Abschnitt (31a) mit größerem Durchmesser, der an einer oberen Seite des zweiten Gehäuses (15) gelegen ist, und einen Abschnitt (31c) mit kleinerem Durchmesser hat, der unterhalb des Abschnitts (31a) mit größerem Durchmesser gelegen ist, eine Grenze zwischen dem Abschnitt (31a) mit größerem Durchmesser und dem Abschnitt (31c) mit kleinerem Durchmesser eine Stufe (31b) definiert, die sich in einem Winkel nach oben zu dem Einlass (9) des Gehäuses (8) erstreckt, und der zweite Strömungseingang (34) als ein Raum zwischen dem Abschnitt (31c) mit kleinerem Durchmesser und der Innenumfangsfläche des Gehäuses (8) definiert ist.
Ionenaustauscher nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Abschnitt (24) mit verringertem Durchmesser einen Ventilmechanismus (41, 51) hat, der einen Öffnungsbetrieb und einen Schließbetrieb durchführt, um zu gestatten, dass eine Kühlmittelströmungsfläche des Abschnitts (24) mit verringertem Durchmesser variabel ist.
Ionenaustauscher nach Anspruch 4, wobei, wenn eine Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Rohr (16) strömt, geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der Ventilmechanismus (41, 51) betätigt wird, um die Kühlmittelströmungsfläche des Abschnitts (24) mit verringertem Durchmesser im Vergleich dazu zu verringern, wenn die Strömungsrate größer als oder gleich wie der Schwellenwert ist.
Ionenaustauscher nach Anspruch 5, wobei der Ventilmechanismus (41) Ventilbauteile (47) hat, die sich gemäß der Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Rohr (16) hindurchströmt, elastisch verformen, und wenn die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch das Rohr (16) hindurchströmt, geringer als der Schwellenwert ist, sich die Ventilbauteile (47) elastisch verformen, um die Kühlmittelströmungsfläche des Abschnitts (24) mit verringertem Durchmesser im Vergleich dazu zu verringern, wenn die Strömungsrate gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist.