KR20140020877A - 액상 유체용 팽창 탱크 및 팽창 탱크의 이온 교환기 - Google Patents

액상 유체용 팽창 탱크 및 팽창 탱크의 이온 교환기 Download PDF

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KR20140020877A
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fluid
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inlet
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마르쿠스 바이리히
미카엘 파졸트
야바트 노우리
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만 운트 훔멜 게엠베하
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Abstract

본 발명에는 액상 유체, 특히 기능성 시스템, 특히 연료전지 시스템, 특히 자동차의 냉각 장치의 냉각 유체용 팽창 탱크(10)로서, 적어도 하나의 유체용 유체 유입구(36)와 적어도 하나의 유체용 유체 배출구(48)를 포함하는 팽창탱크가 기재되어 있다. 유체를 처리하기 위한 이온 교환기(25)는 이온 교환 탱크(26)를 포함하고 있다. 이온 교환 탱크(26)는 처리할 유체용으로 적어도 하나의 유입구(41)와 처리한 유체용으로 적어도 하나의 배출구(43)를 포함하고 있다. 이온 교환 탱크(26)에는 과립형 이온 교환 매체(27)가 유입구(41)와 배출구(43) 사이에 유체역학적으로 배치되어 있다. 이온 교환 탱크(26)는 팽창 탱크(10)에서 교환이 가능하도록 배치되어 있다. 유입구(41)는 유체 유입구(36)에 상응하고 배출구(43)는 유체 배출구(48)에 상응한다. 이온 교환 탱크(26)는 가요성 케이싱을 갖고 있다.

Description

액상 유체용 팽창 탱크 및 팽창 탱크의 이온 교환기{EXPANSION TANK FOR LIQUID FLUID AND ION EXCHANGER OF AN EXPANSION TANK}
본 발명은 액상 유체, 특히 기능성 시스템, 특히 연료전지 시스템, 특히 자동차의 냉각 장치의 냉각 유체용 팽창 탱크로서, 적어도 하나의 유체용 유체 유입구와 적어도 하나의 유체용 유체 배출구를 포함하고, 처리할 유체용으로 적어도 하나의 유입구와 처리한 유체용으로 적어도 하나의 배출구를 갖고 있고 과립형 이온 교환 매체가 유입구와 배출구 사이에 유체역학적으로 배치되어 있는 이온 교환 탱크를 포함하는 유체 처리용 이온 교환기를 포함하며, 상기 이온 교환 탱크는 팽창 탱크에서 교환이 가능하도록 배치되어 있고, 상기 유입구는 유체 유입구에 상응하고 배출구는 유체 배출구에 상응하는 팽창 탱크에 관한 것이다.
본 발명은 또한 액상 유체, 특히 기능성 시스템, 특히 연료전지 시스템, 특히 자동차의 냉각 장치의 냉각 유체용 팽창 탱크의 유체 처리용 이온 교환기로서, 처리할 유체용으로 적어도 하나의 유입구와 처리한 유체용으로 적어도 하나의 배출구를 갖고 있고 과립형 이온 교환 매체가 유입구와 배출구 사이에 유체역학적으로 배치되어 있는 이온 교환 탱크를 포함하고, 상기 유입구가 이온 교환 탱크의 유체 유입구에 상응하고 배출구가 이온 교환 탱크의 유체 배출구에 상응하도록 이온 교환 탱크가 팽창 탱크에서 교환이 가능하게 배치될 수 있는 이온 교환기에 관한 것이다.
연료전지 스택의 냉매 시스템용 냉매 탱크가 DE 10 2009 012 379 A1에 공지되어 있다. 상기 냉매 탱크는 냉매 유입구와 냉매 배출구를 포함하고 있다. 상기 냉매 탱크의 자체 챔버 내 냉매 탱크의 바닥부에 이온 교환 카트리지가 냉매 유입구에 인접하여 장착되어 있다. 상기 이온 교환 카트리지는 이온 교환수지가 배치되어 있는 하우징을 포함하고 있다. 상기 이온 교환 카트리지는 하우징 내 형성되어 있는 적어도 하나의 유체-투과성 배출구를 포함하고 있다. 상기 배출구에 의해 냉매 배출구와 유체 연통이 가능하다. 또한 상기 이온 교환 카트리지의 하우징은 냉매 유입구와 유체 연통하기 위한 유입구를 갖고 있다. 냉매는 처리를 위해 이온 교환 카트리지를 통과하여 흐르고 이에 따라 유입구로부터 하부에서 상부로 배출구까지 이온 교환 카트리지를 통과하여 흐른다. 상기 이온 교환 카트리지는 경질의 재료로 제조되어 강직하면서 변형되지 않는다. 상기 이온 교환 수지는 이온 교환 카트리지 내에 고정되지 않은 채 수용되어 있다. 상기 강직한 이온 교환 카트리지 내에서 이온 교환 수지가 고정되지 않은 채 배치되면 통과하는 냉매에 의해 유로가 우선적으로 형성될 수 있다. 이렇게 우선적으로 형성되는 유로는 이온 교환 매체의 일부만이 통과하게 되고 그 효과가 나타나기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 상기 냉매의 처리와 관련한 이온 교환기의 총 용량은 전체적으로 감소한다. 상기 이온 교환 카트리지의 수명 또한 감소하게 된다.
본 발명의 과제는 유체의 처리와 관련하여 최적의 효율을 가지며 최대한 긴 수명을 갖는 상술한 유형의 액상 유체용 팽창 탱크와 이온 교환기를 단순하게 작은 공간에서 구현하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 이온 교환 탱크가 가요성 케이싱을 갖는 것에 의해 해결된다.
본 발명에 따르면, 상기 이온 교환 탱크는 가요성 케이싱을 가짐으로써 형상을 쉽게 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 이온 교환 탱크는 외부로부터 적절한 힘을 가하여 단순하게 압축될 수 있고 상기 이온 교환 탱크에 함유되어 있는 이온 교환 매체가 압착될 수 있다. 상기 이온 교환 매체의 압축은 바람직하지 않게 유동 채널이 우선적으로 형성되지 않도록 한다. 이에 따라, 상기 이온 교환기의 수명이 길어진다. 뿐만 아니라 유체 처리와 관련하여 효율이 개선된다. 상기 가요성 이온 교환 탱크는 또한 이용 가능한 설치 공간에 맞게 최적으로 단순하게 구성될 수 있다. 이에 따라 일 실시형태에 따른 이온 교환 탱크는 서로 다른 팽창 탱크에서도 사용될 수 있다. 이러한 방법으로, 필요한 구성요소의 수를 줄일 수 있다. 참고로, 일 실시형태에 따른 이온 교환 탱크는 필요에 따라 이온 교환재를 서로 다른 양으로 충전될 수 있다. 상기 이온 교환 탱크 내 빈 공간은 이온 교환 탱크의 압축에 의해 단순하게 압축될 수 있다. 이러한 방법으로, 단일 크기의 이온 교환 탱크에 의해 서로 다른 용량을 가진 이온 교환기가 단순하게 구현될 수 있다.
유리한 일 실시형태에 따르면, 특히 적어도 하나의 탄성 부재를 가진 적어도 하나의 압축 장치가 이온 교환 탱크, 특히 이온 교환 매체를 압축하기 위해 제공될 수 있다. 상기 압축 장치에 의해 이온 교환 매체가 함유되어 있는 이온 교환 탱크가 압축되어 유체 유동 채널이 우선적으로 형성되지 않도록 할 수 있다. 상기 이온 교환 챔버에서는 이온 교환기가 이온 교환 챔버에 도입될 수 있는 교환 개구부의 뚜껑부에 압축응력이 가해진 탄성 부재가 배치되어 이온 교환 탱크를 이온 교환 챔버의 바닥부에 압착하여 압축하는 것이 유리할 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 적절한 압축응력이 가해진 탄성 부재가 이온 교환 챔버의 바닥면에 배치될 수도 있고 이온 교환 탱크를 뚜껑부 쪽으로 압축할 수 있다. 상기 탄성 부재는 특히 스프링 부재, 특히 코팅된 금속 스프링 또는 플라스틱 스프링일 수 있다. 또한 특히 멤브레인 또는 벨로우즈를 이용하여 유체로부터 밀봉된 공간에 배치되는 금속 스프링이 제공되어 금속 이온이 유체에 도입되는 것을 방지할 수 있다. 밀봉된 공간에 있는 코팅된 금속 스프링 또는 금속 스프링은 이온 교환 탱크의 유입구의 측면에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방법으로, 금속 스프링의 코팅 또는 밀봉된 공간의 코팅이 손상되는 경우에 유출되는 금속 이온은 유로에 연속해 있는 이온 교환 매체에 의해 흡수되어 유체관에는 도달하지 않는다. 또한 상기 압축 장치는 바람직하게는 이온 교환 탱크에 삽입되고 이온 교환 탱크 및 이온 교환 매체를 이온 교환 탱크와 함께 압축하는 압축응력이 가해진 탄성 압축 케이싱을 이온 교환기의 일부로서 포함할 수 있다. 상기 냉각 장치는 이온 교환기의 일부일 수 있다. 상기 뚜껑부도 마찬가지로 이온 교환기의 일부일 수 있다.
특히 탄성 부재를 가진 적어도 하나의 압축 장치가 이온 교환 매체를 압축하기 위해 이온 교환 탱크에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 이에 따라, 상기 이온 교환기는 압축 장치와 함께 모듈식 구성요소로서 제작될 수 있다. 상기 압축 장치와 함께 이온 교환 백(bag)이 교환될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 탄성 부재는 상술한 바와 같이 밀봉된 공간에 있는 압축응력이 가해진 스프링 부재, 특히 코팅된 금속 스프링, 플라스틱 스프링 또는 금속 스프링일 수 있다. 상기 압축 장치가 이온 교환 탱크에 배치됨으로써 이온 교환 탱크의 케이싱이 압축시 변형되지 않기 때문에 이온 교환 매체가 최적으로 압축될 수 있다. 상기 압축 장치는 이온 교환 매체에 직접적으로 작용될 수 있다. 이에 따라 상기 압축 장치는 전체적으로 보다 작은 크기로 치수가 적절하게 조정될 수 있다.
또 다른 유리한 실시형태에 있어서, 상기 이온 교환 탱크의 케이싱은 적어도 단면에 있어 탄성적일 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 이온 교환 탱크는 이온 교환 매체로 가득 채워질 수 있어 케이싱의 탄성 영역에는 압축응력이 제공될 수 있다. 상기 압축응력에 의해 함유되어 있는 이온 교환 매체가 압축되어 이온 교환 탱크의 케이싱의 탄성 부분이 압축부로서 작용하게 된다. 이러한 방법으로 유동 채널이 우선적으로 형성되지 않는다. 또한 상기 이온 교환 탱크의 탄성은 냉각 유체 통과에 의해 이온 교환기에서 발생하는 압력 변동을 보상할 수 있다. 또한 상기 이온 교환 탱크를 압축하기 위한 추가의 탄성 부재가 필요 없게 된다. 적어도 이들의 치수는 더 작은 크기로 적절하게 구성될 수 있다.
또한 상기 팽창 탱크는 유입구를 유체 유입구와 연결하거나 배출구를 유체 배출구와 연결하는 이온 교환 탱크용 연결 구조를 갖는 것이 유리할 수 있다. 상기 연결 구조는 이온 교환 챔버에서 이온 교환기의 조립을 단순화할 수 있다. 상기 연결 구조는 이온 교환 탱크의 단순한 삽입에 의해 유입구와 유체 유입구 또는 배출구와 유체 배출구 사이의 유체 연통이 구현되도록 구성하는 것이 유리할 수 있다.
또 다른 유리한 실시형태에 있어서, 상기 이온 교환 탱크는 견고한 수용 케이싱, 특히 팽창 탱크에 있는 내부 원통체에 배치될 수 있다. 상기 견고한 수용 케이싱에 의해 이온 교환 탱크의 형상이 미리 결정될 수 있다. 압축 장치 사용시 상기 이온 교환 탱크의 형상이 변화되어 압축력이 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 압축시 상기 이온 교환 탱크와 이온 교환 매체는 견고한 수용 케이싱의 내벽에 압착됨으로써 이온 교환 매체의 최적화된 압축이 구현된다. 이에 따라, 단순하면서 효율적으로 유동 채널이 우선적으로 형성되지 않도록 할 수 있다. 상기 수용 케이싱이 특히 팽창 탱크 내 내부 원통 형태로 견고하게 배치될 때에는 이온 교환 탱크의 설치시 수용부와 안내부로서 동시에 작용할 수 있다. 상기 수용 케이싱은 추가로 이온 교환 탱크용 연결 구조와 조합되는 것이 유리할 수 있다.
또 다른 유리한 실시형태에 있어서, 상기 이온 교환 챔버는 뚜껑부에 의해, 특히 잠금식 폐쇄부 또는 걸림식 폐쇄부에 의해 폐쇄가 가능한 이온 교환기용 교환 개구부를 가질 수 있다. 상기 교환 개구부를 통해서 이온 교환기는 팽창 탱크로 단순하게 도입될 수 있고 팽창 탱크로부터 분리될 수 있다. 신속 폐쇄부와 걸림식 폐쇄부는 단순하면서 신속하게 개폐될 수 있다.
상기 이온 교환 탱크는 고정부, 특히 고리를 가진 2-파트 고정부 또는 걸림 연결부에 의해 뚜껑부에 고정되는 것이 유리할 수 있다. 상기 고정부에 의해 이온 교환 탱크는 단순하게 압착 고정될 수 있고 상기 고리에 의해 뚜껑부에 안전하게 고정될 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 이온 교환기를 교환할 때 팽창 탱크로부터 뚜껑부과 함께 이온 교환 탱크를 분리할 수 있다. 상기 이온 교환 탱크를 고정하고 팽창 탱크로부터 꺼내기 위한 도구가 추가로 필요하지 않다. 상기 뚜껑부는 이온 교환기의 일부일 수 있다. 상기 고정부는 2개의 파트로 단순하게 조립될 수 있다. 상기 고정부는 이온 교환 백 주위에서 쉽게 폐쇄될 수 있다. 잠금식 연결부는 단순하게 연결 및 재분리할 수 있다.
상기 뚜껑부는 적어도 2-단계 구성의 개방 기구를 갖는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방법으로, 안전 기능이 단순하게 구현될 수 있다. 환경으로부터 상기 팽창 탱크에 과도한 압력이 나타나는 경우에는 상기 안전 기능에 의해 개방시 뚜껑부가 통제되지 않고 분리되어 수리 요원을 위험하게 하는 것이 단순하게 방지될 수 있다. 상기 개방 기구는 바람직하게는 안전 스프링과 조합될 수 있는 일종의 삽입형 폐쇄부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기술적 과제는 또한 이온 교환 탱크가 가요성 케이싱을 갖는 이온 교환기에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 팽창 탱크와 관련하여 위에 나타낸 특징과 장점은 본 발명에 따른 이온 교환기에 대해서도 적용된다.
본 발명의 다른 장점, 특징과 상세한 내용은 도면을 참고하여 본 발명의 실시형태를 더욱 상세하게 설명하는 후술하는 기재내용으로부터 명확하게 된다. 당업자라면 도면, 상세한 설명과 청구범위에 개시된 특징들을 개별적으로 적절히 고려하여 다른 중요한 조합을 포함시킬 수도 있다. 개략적으로
도 1은 제1실시예에 따른, 이온 교환기가 배치되어 있는 자동차의 연료전지 시스템의 냉각 회로의 냉각제용 팽창 탱크의 등각도이고;
도 2는 도 1의 팽창 탱크의 평면도이고;
도 3은 도 1과 2의 팽창 탱크의 측면도이고;
도 4는 도 2의 선 IV-IV를 따라 절단한 도 1 내지 3의 팽창 탱크의 종단면도이고;
도 5는 도 1 내지 4의 팽창 탱크와 유사한 제2실시예에 따른 팽창 탱크의 종단면도이고;
도 6은 도 1 내지 5의 팽창 탱크와 유사한 제3실시예에 따른 팽창 탱크의 종단면도이고;
도 7은 도 1 내지 6의 팽창 탱크와 유사한 제4실시예에 따른 팽창 탱크의 종단면도이고;
도 8은 도 7의 팽창 탱크의 이온 교환기의 측면도이고;
도 9는 도 1 내지 8의 팽창 탱크와 유사한 제5실시예에 따른 팽창 탱크의 종단면도이고;
도 10은 도 9의 팽창 탱크의 이온 교환기의 종단면도이다.
도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호로 표시되어 있다.
도 1 내지 4에는 자동차의 연료전지 시스템의 냉각 회로의 냉각 유체용 팽창 탱크(10)의 제1실시예가 도시되어 있다. 팽창 탱크(10)는 뚜껑부(14)에 의해 긴밀하게 폐쇄되어 있는 바닥부(12)를 포함하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 팽창 탱크(10)에는 팽창 탱크(10)를 여러 개의 챔버(18)로 분할하는 냉각 유체용 차단벽(16)이 배치되어 있다. 차단벽(16)은 강도를 증가시키고 냉각 유체를 진정시키는 역할을 한다. 차단벽(16) 각각은 냉각 유체가 챔버(18) 사이에 흐를 수 있도록 하부 영역에 관류 개구부(20)를 갖고 있다. 차단벽(16)은 상부 영역에 특히 압력 균형을 위해 챔버(18) 사이에 공기가 흐를 수 있도록 조정 개구부(22)를 갖고 있다.
팽창 탱크(10)의 원통형 수용 챔버(24)에는 전체적으로 참조 부호 25로 표시되어 있는 이온 교환기의 이온 교환 백(26)이 배치되어 있다. 수용 챔버(24)는 이온 교환 백(26)이 삽입되어 있는 내부 원통체(28)에 의해 한정된다. 이온 교환 백(26)에는 도 4에서 십자형 무늬에 의해 표시된 과립형 이온 교환재(27)가 충전되어 있으며, 상기 과립형 이온 교환재의 작용은 본 명세서에서 더 이상 논의하지 않는다. 내부 원통체(28)는 주변을 따라 팽창 탱크(10)의 바닥부와 긴밀하게 연결되어 있다.
팽창 탱크(10)의 바닥은 또한 수용 챔버(24)의 챔버 바닥부(30)를 형성한다. 내부 원통체(28)의 상부 에지는 없으므로 내부 원통체(28)에 인접하는 팽창 탱크(10)의 챔버(18)에 연결되는 개구부(32)가 구현될 수 있다.
챔버 바닥부(30)는 계단형 구조를 갖고 유입 연결관(36)이 안내되는 유입 공간(34)을 한정한다. 이에 따라 유입 공간(34)을 가진 챔버 바닥부(30)는 이온 교환 백(26)용 연결 구조를 구성한다. 유입 연결관(36)은 팽창 탱크(10)에 냉각 유체를 공급하기 위해 도시되어 있지 않은 냉매 회로의 냉매 유입부와 연결되어 있다.
도 4에서 유입 연결관(36)에 대면하고 있는 유입 공간(34)의 하부 영역의 직경은 내부 원통체(28)의 직경에 비해 작다. 유입 공간(34)의 하부 영역에는 압축응력이 가해진 나선형 가압 스프링(38)이 내부 원통체(28)에 축 방향으로 배치되어 있다. 나선형 가압 스프링(38)은 플라스틱으로 제조된다. 상기 나선형 가압 스프링의 일단은 챔버 바닥부(30)에 지지되어 있다. 나선형 가압 스프링(38)은 타단에 의해 분배 부재(40)에 지지되어 있다.
분배 부재(40)는 내부 원통체(28) 안에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 분배 부재(40)의 원주면에는 단턱이 형성되어 있다. 나선형 가압 스프링(38)에 대면하고 있는 분배 부재(40)의 일부는 거의 나선형 가압 스프링(38)의 하부 영역의 직경을 갖는다. 이온 교환 백(26)에 대면하는 분배 부재(40)의 일부는 거의 내부 원통체(28)의 단면을 갖는다. 분배 부재(40)는 축 방향으로 압축응력이 가해진 나선형 가압 스프링(38)에 의해 이온 교환 백(26)을 압축한다. 도 4에서 명확성을 위해 분배 부재(40)의 하부 위치에서는 이온 교환 백(26)에 힘을 가하지 않는 것으로 도시되어 있다. 도시되어 있지 않은 작동 위치에서는 이온 교환 백(26)에 대한 분배 부재(40)의 압력은 상기 이온 교환 백이 내부 원통체(28)로 압착되지 않아 내부 원통체(28)의 내주면에 접촉하는 효과를 갖는다. 이때 과립형 이온 교환재(27)가 압축됨으로써, 냉각 유체 관류시 과립형 이온 교환재(27) 내에 유동 채널이 우선적으로 형성되지 않게 된다.
분배 부재(40)는 유입 공간(34)을 이온 교환 백(26)의 인접 바닥면과 연결하는 도 4에 도시한 다수 개의 분배 채널을 갖고 있다. 유입 연결관(36)을 통해 유입 공간(34)으로 유입되는 처리할 냉각 유체는 도 4에서 화살표(44)로 표시되어 있으며, 상기 냉각 유체는 분배 부재(40)에 의해 효과적으로 내부 원통체(28)의 단면 전체에 걸쳐 균일하게 분배되고 이온 교환 백(26)의 바닥면으로 흐를 수 있다.
수용 챔버(24) 이외에 팽창 탱크(10)의 바닥에 배치되어 있는 배출 개구부(46)는 팽창 탱크(10)의 외측면에서 배출 연결관(48)에 의해 둘러싸여 있다. 팽창 탱크(10)로부터 냉각 유체 배출을 위해 배출 연결관(48)은 냉매 회로의 도시되어 있는 냉매 배출관과 연결되어 있다.
공간적으로 상부에서 팽창 탱크(10)는 뚜껑부(14)에 수용 챔버(24)의 내부 원통체(28)와 동축으로 수용 개구부(52)가 형성되어 있는 수용 연결관(50)을 가지고 있다. 수용 개구부(52)를 통해 이온 교환 백(26)은 팽창 탱크(10)의 수용 챔버(24)로 도입될 수 있고 상기 수용 챔버로부터 분리될 수 있다. 수용 연결관(50)은 내부 원통체(28)에 대향하는 측면에서 깔때기 형상으로 넓어져 이온 교환 백(26)의 도입을 단순화하고 수용 개구부(52) 폐쇄를 위한 수용 뚜껑부(54)의 설치가 단순해진다.
수용 뚜껑부(54)는 컵부(56)를 포함하고 있다. 컵부(56)의 개방면은 수용 챔버(24)에 대향하는 외측면에 형성되어 있다. 수용 개구부(52)는 컵부(56)의 바닥부(58)에 의해 폐쇄된다. 가압 디스크(86)는 컵부(58)의 바닥부(56)에 평평하게 위치되고 분배 부재(40)에 대향하는 이온 교환 백(26)의 상면에 체결되어 있다.
컵부(56)의 둘레 벽에서 2개의 슬롯(60)이 동일한 높이에서 축 방향인 원주 방향으로 그 둘레의 일부에 연장되어 있는데, 특히 도 1에 도시되어 있다. 예를 들면 도 1과 2에 도시되어 있고 다중 만곡부를 가진 탄성 고정 링(62)의 만곡부가 슬롯(60)을 통해 연장되어 있다. 수용 연결관(50)은 고정 링(62)에 상응하는 슬롯을 가지며; 이들 슬롯은 도면의 명료성을 위해 도 1 내지 4에는 도시되어 있지 않다.
컵부(56)의 에지에는 칼라부(64)가 일체로 형성된다. 칼라부(64)는 컵부(56)로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어 있다. 상기 칼라부는 반경 방향 바깥쪽으로 컵부(56)와 동축인 원통부(66)를 지나 반경 방향 바깥쪽으로 둘러싼다. 원통부(66)에는 원통부(66)의 개방 에지 방향으로 각각 개방되어 있는 거의 L-형상인 3개의 삽입형 수용부(68)가 배치되어 있다. 특히 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 수용 뚜껑부(54) 조립시 상응하는 웹(70)이 삽입형 수용부(68)에 끼워져 있다. 웹(70)은 수용 연결관(50)의 반경 방향 외주면에 배치되고 원주 방향과 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어 있다. 웹(70)과 삽입형 수용부(68)는 삽입형 폐쇄부와 같이 상호작용한다.
또한 수용 뚜껑부(54)의 컵부(56)는 수용 뚜껑부(54)를 수용 연결관(50)의 반경 방향 내측면에 대해 밀봉하는 링 밀봉부(72)와 함께 원주방향 밀봉 홈을 반경 방향 바깥쪽에 갖고 있다.
웹(70)을 삽입형 수용부(68)와 조합하고 고정 링(62)을 슬롯(60)과 조합함으로써, 수용 뚜껑부(54)에 대한 2-단계 구성의 개방 기구가 구현된다. 웹(70)과 삽입형 수용부(68)에 의해 삽입형 폐쇄부가 개방된 후, 수용 뚜껑부(54)는 수용 연결관(50)에서 고정 링(62)에 의해 더욱 고정된다. 이러한 방법으로, 주변보다 과도한 압력이 팽창 탱크(10) 나타나는 경우에 수용 뚜껑부(54)가 수용 연결관(50)으로부터 통제되지 않고 분리되는 것을 방지할 수 있다. 상기 삽입형 연결부를 분리한 후에 수용 뚜껑부(54)는 수용 개구부(52)를 해제하여 과도한 압력이 통제되어 방출될 수 있다. 고정 링(62)을 분해한 후에 비로소 수용 뚜껑부(54)가 수용 연결관(50)에서 분리될 수 있다.
도 1과 3에 도시되어 있는 바와 같이, 수용 연결관(50) 이외에 뚜껑부(14)에는 냉각 유체 재충전용 재충전 연결관(74)이 배치되어 있다. 재충전 연결관(74)은 나사 폐쇄부(76)에 의해 폐쇄할 수 있다.
이온 교환 백(26)은 가요성이 있는 탄성 재료로 제조되어 내부 원통체(28)의 형상에 맞게 구성될 수 있다. 이온 교환 백(26)의 재료는 냉각 유체에 대해 투과성이다. 이에 따라 냉각 유체는 분배 부재(40)의 분배 채널(42)로부터 이온 교환 백(26) 내부로 유입될 수 있다. 이에 따라 분배 부재(40)에 대면하는 이온 교환 백(26)의 일부는 처리할 냉각 유체용 유입구(41)의 역할을 한다. 이온 교환 백(26)은 내부 원통체(28)의 내측면에 위치하기 때문에 이온 교환 백(26)으로부터 냉각 유체 유출이 방지된다. 냉각 유체는 아래로부터 위로 화살표(82) 방향으로 과립형 이온 교환재(27)를 통과하면서 처리된다. 처리된 냉각 유체는 도 4에서 화살표(80)에 의해 표시한 바와 같이 연결 개구부(32)를 통해서만 수용 챔버(24)로부터 배출될 수 있다. 이온 교환 백(26)의 일부는 처리된 냉각 유체용 배출구(43)의 역할을 한다. 유입구(41)로부터 이온 교환 백(26)을 통해 배출구(43)로 흐르는 냉각 유체의 흐름은 미리 정해져 있다. 처리된 냉각 유체는 배출구(43)로부터 챔버(18)로 또한 챔버(18)로부터 배출 개구부(46)와 배출 연결관(48)을 통해 팽창 탱크(10)로부터 배출된다.
유입구(41)와 배출구(43)의 영역에 있는 이온 교환 백(26)의 재료는 추가로 과립형 이온 교환재(27)를 유지하는 기능을 수행한다. 이에 따라, 예를 들면 스크린 형태의 별도의 유지 장치가 필요하지 않다.
도 5에는 팽창 탱크(10)의 제2실시예가 도시되어 있다. 도 1 내지 4의 제1실시예의 구성요소와 유사한 구성요소에는 100을 더한 동일한 참조 부호를 제공한다. 나선형 가압 스프링(38)이 유입 공간(34)에 배치되지 않고 스프링 수용 원통체(84)에 배치된다는 점에서 제2실시예는 제1실시예와 다르다. 스프링 수용 원통체(84)는 수용 챔버(24)에 대면하는 바닥부(58)의 측면에 수용 뚜껑부(54)의 컵부(56)와 동축으로 설치된다. 나선형 가압 스프링(38)의 일단 바닥부(58)에 지지되고 타단은 가압 디스크(86)에 지지된다. 가압 디스크(86)는 내부 원통체(28)에서 축 방향으로 이동 가능하여 이온 교환 백(26)은 가압 디스크(86)를 통한 나선형 가압 스프링(38)의 압축응력에 의해 내부 원통체(28)에서 압축된다.
제1실시예에 비해, 유입 공간(134)과 분배 부재(140)에는 단턱이 없다. 분배 부재(140)는 유입 공간(134) 내에서 이동되지 않게 배치되어 있다. 이에 따라 상기 분배 부재는 이온 교환 백(26)에 대해 지지체로서 작용한다.
도 6에 도시되어 있는 제3실시예는 도 5의 제2실시예와 가압 디스크(86) 대신에 플라스틱 컵부(186)가 마련되어 있다는 점에서 다르다. 플라스틱 컵부(186)는 수용 뚜껑부(54)에 대면하는 측면에서 이온 교환 백(26)을 둘러싸고 있는 서로 분리 가능한 2개의 반각(188)을 포함하고 있다. 반각(188)은 원주면에서 반경 방향 안쪽에 이온 교환 백(26)을 잡아 고착시키는 고리(190)를 포함하고 있다. 플라스틱 컵부(186)는 스프링 수용 원통체(84)에서 축 방향으로 이동이 가능하다. 나선형 가압 스프링(38) 대신에, 수용 뚜껑부(54)의 컵부(56)의 바닥부(58)에 체결되는 스프링 바닥부(138)가 마련되어 있다. 스프링 바닥부(138)가 축 방향으로 플라스틱 컵부(186)을 압착하여 이온 교환 백(26)이 내부 원통체(28)와 분배 부재(140)에 압착되고 이에 따라 과립형 이온 교환재(27)가 압축된다.
도 7과 8에는 팽창 탱크(10)의 제4실시예가 도시되어 있다. 제4실시예는 도 5에 따른 제2실시예와 가압 디스크(86)가 반경 방향 바깥쪽에 걸림 연결부(293)의 걸림 돌출부(292)를 갖고 있다는 점에서 다르다. 걸림식 연결부(293)를 통해 이온 교환 백(26)은 수용 뚜껑부(54)에 분리 가능하게 연결되어 있다. 스프링 수용 원통체(84)는 둘레 벽에 걸림 돌출부(292)에 상응하는 걸림 수용부(294)를 갖고 있다. 걸림 수용부(294) 각각은 스프링 수용 원통체(84)의 개방 에지를 향해 개방되어 있고 축 방향으로 연장되어 있는 도입부(296)를 갖고 있다. 도입부(296)에 의해 적절한 걸림 돌출부(292)가 걸림 수용부(294)에 축 방향으로 삽입될 수 있고 상기 걸림 수용부로부터 빼내질 수 있다. 도입부(296)는 원주방향으로 연장되어 있는 전환부(298)를 갖고 있다. 전환부(298)에는 축 방향으로 연장되어 있는 전위부(299)가 인접해 있다. 전위부(299)는 양측에서 축 방향으로 전환부(298)보다 더 돌출해 있다. 특수하게 구성된 걸림 수용부(294)와 함께 잠금 돌출부(292)는 가압 디스크(86)와 수용 뚜껑부(54) 사이의 연결이 의도하지 않게 분리되는 것을 방지하는 고정 걸림부의 역할을 한다. 전위부(299)에서는 가압 디스크(86)가 스프링 수용 원통체(84)에 대해 축 방향으로 이동하여 이온 교환 백(26)을 압축할 수 있다.
도 9와 10에는 팽창 탱크(10)의 제5실시예가 도시되어 있다. 도 5의 제2실시예와 비교하여 나선형 가압 스프링(38) 대신에 이온 교환 백(26)에 위치하는 스프링 바닥부(338)가 마련되어 있다. 스프링 바닥부(338)는 수용 뚜껑부(54)에 대면하는 이온 교환 백(26)의 측면에 배치되어 있는 커버 디스크(300)에 지지되어 있다. 커버 디스크(300)에 대향하는 단부면에 의해 스프링 바닥부(338)는 가압 디스크(386)에 지지된다. 가압 디스크(386)는 스프링 바닥부(338)와 과립형 이온 교환재(27) 사이의 이온 교환 백(26)의 내부에 제공되어 있다. 가압 디스크(386)는 유체 투과성이다. 이온 교환 백(26)의 배출구(43)는 스프링 바닥부(138)의 높이로 제공되어 있다. 커버 디스크(300)는 수용 뚜껑부(54)의 바닥부(58)에서 안내 스트립(388)에 고정되어 있다.
팽창 탱크(10)와 이온 교환기(25)의 상술한 모든 실시예에서 특히 다음과 같은 변형형태가 가능하다:
본 발명이 자동차의 연료전지의 냉각 장치의 이온 교환기(25)로 한정되는 것은 아니다. 대신에 본 발명은 다른 유형의 액상 유체를 처리하기 위한 다른 유형의 기능성 시스템의 이온 교환기, 예를 들면 스파크 침식기, 고정식 연료전지 용도에서 물을 탈염시키기 위한 이온 교환기에서 사용하거나 또는 예를 들면 내연기관의 배기가스 기류 중 산화질소로부터 산소를 줄이기 위해 분사되는 요소 수용액을 처리하기 위한 이온 교환기에서 사용될 수도 있다. 또한 본 발명은 음료수, 냉각수, 보일러 용수 또는 다른 유형의 산업용수를 처리하기 위해 사용될 수 있다.
나선형 가압 스프링(38)은 플라스틱 재료 대신에 코팅된 금속으로 제조할 수도 있다. 나선형 가압 스프링(38) 대신에 개기공성 발포체를 이온 교환 백(26) 압축을 위한 탄성 부재로서 사용할 수도 있다.
또한 예를 들면 멤브레인 및/또는 벨로우즈를 이용하여 냉각 유체로부터 밀봉된 공간에 배치되는 금속 스프링이 마련되어 금속 이온이 냉각 유체로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이온 교환 백(26)을 가요성이 있는 탄성 재료로 제조하는 대신에 가요성이 있는 비탄성 재료 또는 단면에 있어 탄성적인 재료로 제조할 수도 있다.
이온 교환 백(26)은 유체용 유입구(41)와 배출구(43) 사이의 부분에서 불투과성이 되도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 부분에서 이온 교환 백(26)은 유체-불투과성이 되도록 코팅되거나 유체-불투과성 케이싱, 예를 들면 탄성 압축 케이싱으로 둘러싸일 수도 있다. 유입구(41)와 배출구(43) 사이의 부분이 유체-불투과성인 경우에 이온 교환 백(26)의 접촉시 내부 원통체(28)의 반경 방향 내부 원주면에 대한 밀봉 작용은 필요 없을 수 있다. 적절하게 유체-불투과성인 케이싱이 충분한 압축 작용을 가져 과립형 이온 교환 매체(21)를 충분히 압축함으로써 유동 채널이 우선적으로 형성되는 것을 방지할 수 있는 경우에는 내부 원통체(28)의 압축 기능이 필요하지 않을 수도 있다. 이 경우, 사정에 따라서 내부 원통체(28)를 완전히 제거할 수 있다.

Claims (9)

  1. 액상 유체, 특히 기능성 시스템, 특히 연료전지 시스템, 특히 자동차의 냉각 장치의 냉각 유체용 팽창 탱크(10)로서, 적어도 하나의 유체용 유체 유입구(36)와 적어도 하나의 유체용 유체 배출구(48)를 포함하고, 처리할 유체용으로 적어도 하나의 유입구(41)와 처리한 유체용으로 적어도 하나의 배출구(43)를 갖고 있고 과립형 이온 교환 매체(27)가 유입구(41)와 배출구(43) 사이에 유체역학적으로 배치되어 있는 이온 교환 탱크(26; 126)를 포함하는 유체 처리용 이온 교환기(25; 125; 225; 325; 425)를 포함하며, 이온 교환 탱크(26)는 팽창 탱크(10)에서 교환이 가능하도록 배치되어 있고, 유입구(41)는 유체 유입구(36)에 상응하고 배출구(43)는 유체 배출구(48)에 상응하는, 팽창 탱크(10)에 있어서, 이온 교환 탱크(26)가 가요성 케이싱을 갖고 상기 팽창 탱크가 특히 이온 교환 탱크(26), 특히 이온 교환 매체(27)를 압축하기 위한 적어도 하나의 탄성 부재(38; 138; 338)를 가진 적어도 하나의 압축 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크(10).
  2. 제1항에 있어서, 특히 탄성 부재(338)를 가진 적어도 하나의 압축 장치가 이온 교환 매체(27)를 압축하기 위해 이온 교환 탱크(26)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 교환 탱크(26)의 케이싱이 적어도 단면에 있어 탄성적인 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 탱크(10)가 유입구(41)를 유체 유입구(36)와 연결하거나 상기 배출구를 유체 배출구와 연결하는 이온 교환 탱크(26)용 연결 구조(30; 34; 134)를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이온 교환 탱크(26)가 견고한 수용 케이싱, 특히 팽창 탱크(10)에 있는 내부 원통체(28)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 탱크(10)가 뚜껑부(54)에 의해, 특히 잠금식 폐쇄부 또는 걸림식 폐쇄부(68, 70)에 의해 폐쇄가 가능한 이온 교환기(25; 125; 225; 325; 425)용 교환 개구부(52)를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  7. 제6항에 있어서, 이온 교환 탱크(26)가 고정부, 특히 고리(190)를 가진 2-파트 고정부(186) 또는 걸림 연결부(293)에 의해 뚜껑부(54)에 고정되는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  8. 제7항에 있어서, 뚜껑부(54)가 적어도 2-단계 구성의 개방 기구(68, 70, 60, 62)를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 탱크.
  9. 액상 유체, 특히 기능성 시스템, 특히 연료전지 시스템, 특히 자동차의 냉각 장치의 냉각 유체용 팽창 탱크(10), 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 팽창 탱크(10)의 유체 처리용 이온 교환기(25; 125; 225; 325; 425)로서, 처리할 유체용으로 적어도 하나의 유입구(41)와 처리한 유체용으로 적어도 하나의 배출구(43)를 갖고 있고 과립형 이온 교환 매체(27)가 유입구(41)와 배출구(43) 사이에 유체역학적으로 배치되어 있는 이온 교환 탱크(26)를 포함하고, 유입구(41)가 팽창 탱크(10)의 유체 유입구(36)에 상응하고 배출구(43)가 팽창 탱크(10)의 유체 배출구(48)에 상응하도록 상기 이온 교환 탱크가 팽창 탱크(10)에서 교환이 가능하게 배치될 수 있는, 이온 교환기(25; 125; 225; 325; 425)에 있어서, 이온 교환 탱크(26)가 가요성 케이싱을 갖고 상기 팽창 탱크가 특히 이온 교환 탱크(26), 특히 이온 교환 매체(27)를 압축하기 위한 적어도 하나의 탄성 부재(38; 138; 338)를 가진 적어도 하나의 압축 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 이온 교환기(25; 125; 225; 325; 425).
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