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Die vorliegende Erfindung betrifft einen lonentauscher für ein Kühlmittelsystem einer Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 10 2011 009 917 A1 offenbart einen Ausgleichsbehälter für ein flüssiges Fluid, insbesondere einer Kühlvorrichtung eines Brennstoffzellensystems mit einem granulatartigen lonentauscherharz zur Aufbereitung des Fluids, wobei das lonentauscherharz in einem lonentauscherbehälter mit einer flexiblen Hülle angeordnet ist. Nachteilig bei dieser Art von lonentauscher ist, dass nur ein lonentauscherbehälter im Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, womit der lonentauscherbehälter im System vorgespannt werden muss. Des Weiteren können die für die Aufbereitung eines Kühlfluids für ein Brennstoffzellensystem vorliegenden lonentauschharze, nämlich die Anionen - und Kationentauschharze, nur gemeinsam über den einen lonentauscherbehälter aus dem System entnommen werden, womit im Servicefall immer das gesamte lonentauscherharz ausgetauscht werden muss und eine Regeneration des lonentauscherharzes eine nachträgliche aufwendige Trennung des Anionentauscherharzes vom Kationentauscherharzes erfordert oder nicht möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Ionentauscher für ein Kühlmittelsystem einer Brennstoffzelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, insbesondere einen lonentauscher mit mindestens zwei separaten Behältern für das lonentauscherharz bereitzustellen, welche sich zudem an die Form des Gehäuses des lonentauschers anpasst und im Servicefall einzeln aus dem Gehäuse des Ionentauschers entnehmbar und regenerierbar sind.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen lonentauscher für ein Kühlmittelsystem einer Brennstoffzelle mit mindestens zwei Behältern auszustatten, wovon mindestens ein Behälter eine flexible, fluiddurchlässige Hülle, insbesondere eine Membran aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Behälter mit einer flexiblen, fluiddurchlässigen Hülle und in einer besonders bevorzugten Ausführung alle verwendeten Behälter mit einer flexiblen, fluiddurchlässigen Hülle ausgestattet. Die Hülle besteht aus einem kühlmittelbeständigen Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen oder Polyamid. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hülle als Membran ausgestaltet und hat eine zusätzliche Partikelfiltrationswirkung und besteht aus einem Kunststoff. Durch die Partikelfiltrationswirkung der Membran kann ein im Behälter angeordnetes Adsorptionsmittel eine längere Standzeit erzielen, da mögliche Verunreinigungen vom Adsorptionsmittel ferngehalten werden.
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Hierfür weist der lonentauscher ein Gehäuse, welches in einen Gehäusetopf und einen Gehäusedeckel aufgeteilt ist, auf. Der Gehäusetopf besteht aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium. In einer alternativen Ausführungsform kann der Gehäusetopf aus Kunststoff, insbesondere aus Polyamid bestehen. Der Gehäusedeckel besteht aus einem Kunstsoff, insbesondere aus einem Polyamid. Der Gehäusedeckel wird für einen ordnungsgemäßen Betrieb mit dem Gehäusetopf gekoppelt, insbesondere mit diesem verschraubt oder über eine Bayonettverbindung miteinander verbunden. Der gekoppelte Gehäusedeckel und der Gehäusetopf bilden ein Volumen. Das Volumen des lonentauschers dient zur Aufnahme von mindestens zwei Behältern. Die Behälter weisen eine fluiddurchlässige Hülle auf, die derart gestaltet ist, dass ein darin eingeschlossenes Adsorptionsmittel im Betrieb des lonentauschers eingeschlossen bleibt. Das Adsorptionsmittel ist ein lonentauscher, insbesondere ein Anionen- oder Kationentauscher, ein Zeolith oder Aktivkohle. Mindestens ein Behälter weist eine flexible Hülle auf, womit es möglich ist, dass der mindestens eine Behälter sich an die Kontur des Gehäuses anpasst. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Behälter mit einer flexiblen Hülle ausgestaltet, womit sich der erste Behälter an die Kontur des Gehäuses anpasst und der weitere Behälter sich an die Kontur des ersten Behälters und an die Kontur des Gehäuses anpasst. Hiermit ist es erstmals möglich den zweiten oder weiteren Behälter auch als Verspannung für den ersten Behälter zu nutzen. Durch die Verspannung des ersten Behälters im Gehäuse wird das Adsorptionsmittel im Behälter in Form gehalten, so dass sich keine unerwünschten Strömungswege durch das Adsorptionsmittel ergibt und das Adsorptionsmittel nicht gleichmäßig durchströmt wird. Durch die Verspannung im Gehäuse wird daher die Wirksamkeit des Adsorptionsmittels erhöht.
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Das Adsorptionsmittel ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Anionentauscherharz oder ein Kationentauscherharz. Für eine spätere Regeneration der Harze ist es dabei wichtig, dass die Behälter nicht mit einer Mischung aus einem Anionen- und einem Kationentauscherharz befüllt sind, sondern entweder mit Anionentauscherharz oder mit Kationentauscherharz.
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Sofern eine Regeneration des Adsorptionsmittels angedacht ist, muss die Hülle der Behälter beständig gegen das Regenerationsmittel, insbesondere gegenüber einer Starken Säure, insbesondere einer Säure mit einem pKs-Wert von maximal 9, bei einem Anionentauscherharz und einer starken Lauge, insbesondere einer Lauge mit einem pKb-Wert von maximal 10, bei einem Kationentauscherharz sein. Der lonentauscher weist des Weiteren mindestens einen Zulauf und mindestens einen Ablauf auf. In einer bevorzugten Ausführung ist der Zulauf am Gehäusetopf und der Ablauf am Gehäusedeckel angeordnet.
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Der pKs-Wert ist eine spezifische Stoffgröße und wird unter anderem auch als Säurekonstante bezeichnet. Jede Säure hat einen für die jeweilige Säure spezifischen pKs-Wert, welche die Stärke der Säure beschreibt. Je kleiner der pKs-Wert ist, desto stärker ist die Säure. Der pKb-Wert ist eine spezifische Stoffgröße für Laugen. Jede Lauge weist einen für die jeweilige Lauge spezifischen pKb-Wert auf, welcher die Stärke der Lauge beschreibt. Je kleiner der pKb-Wert ist, desto stärker ist die Lauge.
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Durch die Ausgestaltung der Behältnisse in gleichen geometrischen Abmessungen kann ein in den Maßen standardisiertes Produkt bereitgestellt werden, womit es möglich ist, die Behältnisse auf einfache Weise in Massenproduktion herzustellen. Zudem ist es hiermit erstmalig möglich, dass das Volumen des Gehäuses eines lonentauschers mit mehreren gleichen Behältern befüllt wird anstelle eines extra für dieses System angepassten Behälters. Dies erleichtert die Adaptierung auf neue Systeme, da die Adsorptionsmittelbehältnisse für verschiedene Anwendungsfälle nicht modifiziert werden müssen.
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Sofern unterschiedlich chemische Adsorber benötigt werden, können für die verschiedenen Anwendungsfälle die Adsorbtionsmittelbehältnisse markiert werden, insbesondere mit einer Farbe, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einer roten Farbe, markiert werden. Hiermit ist es möglich die einzelnen Behälter der Adsorbtionsmittel zu unterscheiden, was insbesondere für die Regeneration wichtig ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigt, jeweils schematisch
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen lonentauschers
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Entsprechend der 1, weist der erfindungsgemäße lonentauscher 1 ein Gehäuse umfassend einen Gehäusetopf 2 und einen Gehäusedeckel 3 auf. Der Gehäusedeckel 3 wird für einen ordnungsgemäßen Betrieb mit dem Gehäusetopf 2 gekoppelt, insbesondere mit diesem verschraubt. Der gekoppelte Gehäusedeckel 3 und der Gehäusetopf 2 bilden ein Volumen 4. Das Volumen 4 des lonentauschers 1 dient zur Aufnahme von mindestens zwei Behältern 5, 6. Die Behälter 5, 6 weisen eine fluiddurchlässige Hülle 5.1, 6.1 auf, die derart gestaltet ist, dass ein darin eingeschlossenes Adsorptionsmittel 7 im Betrieb des lonentauschers eingeschlossen bleibt. Zumindest ein Behälter 5, 6 weist eine flexible Hülle auf womit es möglich ist, dass der zumindest eine Behälter 5, 6 sich an die Kontur des Gehäuses anpasst. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Behälter 5, 6 mit einer flexiblen Hülle 5.1, 6.1 ausgestaltet, womit sich der erste Behälter 5 an die Kontur des Gehäuses anpasst und der weitere Behälter 5, 6 sich an die Kontur des ersten Behälters 5 und an die Kontur des Gehäuses anpasst. Hiermit ist es erstmals möglich den zweiten Behälter 6 auch zur Verspannung für den ersten Behälter 5 zu nutzen.
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Das Adsorptionsmittel 7 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Anionentauscherharz oder ein Kationentauscherharz. Für eine spätere Regeneration der Harze ist es dabei wichtig, dass die Behälter 5, 6 nicht mit einer Mischung aus einem Anionen- und einem Kationentauscherharz befüllt sind, sondern entweder mit Anionentauscherharz oder mit Kationentauscherharz.
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Sofern eine Regeneration des Adsorptionsmittels angedacht ist, muss die Hülle 5.1, 6.1 der Behälter 5, 6 beständig gegen das Regenerationsmittel, insbesondere gegenüber einer Starken Säure, insbesondere einer Säure mit einem pKs-Wert von maximal 9, bei einem Anionentauscherharz und einer starken Lauge, insbesondere einer Lauge mit einem pKb-Wert von maximal 10, bei einem Kationentauscherharz sein.
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Der lonentauscher 1 weist des Weiteren einen Zulauf 8 am Gehäusetopf 2 und einen Ablauf 9 am Gehäusedeckel auf. Der Pfeil 10 zeigt exemplarisch die Zulaufströmung über den Zulauf 8 in den lonentauscher 1 und der Pfeil 11 zeigt exemplarisch die Ablaufströmung aus dem lonentauscher 1 über den Ablauf 9, der am Gehäusedeckel 3 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- lonentauscher
- 2
- Gehäusetopf
- 3
- Gehäusedeckel
- 4
- Volumen des Gehäuses
- 5
- Erster Behälter
- 5.1
- Hülle des ersten Behälters
- 6
- Weiterer Behälter
- 6.1
- Hülle des weiteren Behälters
- 7
- Adsorptionsmittel
- 8
- Zulauf
- 9
- Ablauf
- 10
- Pfeil zur exemplarischen Darstellung der Zulaufströmung
- 11
- Pfeil zur exemplarischen Darstellung der Ablaufströmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011009917 A1 [0002]
