功能系统的冷却装置的制作方法

专利名称：功能系统的冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统的冷却装置，其带有用于冷却流体的管路系统，管路系统为了冷却与功能系统连接；带有用于冷却流体的容器，其与管路系统流体引导地(fluidleitend)连接；并且带有用于处理(Aufbereitung)冷却流体的处理单元、尤其离子交換器，其与管路系统流体引导地连接。此外本发明涉及一种用于处理尤其机动车的功能単元、尤其燃料电池系统的冷却装置的冷却流体的处理单元、尤其离子交換器，其能够与冷却装置的用于冷却流体的管路系统、并且与用于冷却流体的与管路系统流体引导地连接的容器流体引导地连接。此外本发明涉及一种尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统的冷却装置的冷却流体容器、尤其冷却流体-补偿容器，其能够与用于冷却流体的管路系统流体引导地连 接，该管路系统为了冷却与功能系统连接，其中管路系统流体引导地与用于处理冷却流体的处理单元、尤其离子交換器连接。此外本发明涉及ー种用于处理流体、尤其冷却流体的离子交換器筒(Ionentauscherkartusche),其带有筒盖和布置在其中的颗粒状的离子交換器介质。
背景技术：
从市场这里已知在移动的或静止的使用中以冷却循环装备燃料电池系统、内燃机和其它形式的产生热的功能系统，以便为了确保其功能将其保持在最佳的温度范围中。在冷却循环中优选地循环有液态的冷却剂(即冷却流体)、尤其冷却水或由冷却水和こニ醇构成的混合物。用于液态的冷却剂的补偿容器位于冷却循环中。为了确保冷却循环和功能系统的所有构件的最佳的冷却和使用寿命，已知在冷却循环中利用相应的附加的处理单元处理冷却剤。总所周知，在此在冷却剂循环中使用过滤器和/或离子交換器，利用其，冷却剂在运行中可被清洁或清除不希望的离子。尤其在燃料电池系统中，给冷却流体脱盐是必要的，因为否则由于冷却流体的导电性存在短路的危险。然而处理单元提高了冷却装置的空间需求，特别是它出于维护目的应尽可能容易接近。尤其在机动车中(在那里仅仅受限的安装空间供使用)使用时，这些条件不容易满足。从文件JP 2004311347 Al中已知ー种用于燃料电池系统的冷却系统，在其中在冷却流体-补偿容器的下端处布置有以离子交換器的形式的处理单元。本发明目的在于设计一种开头所提及的类型的冷却装置、处理单元、冷却流体容器和离子交換器筒，其简单且可靠地实现流体的处理，该处理对于流体的功能是最佳的，尤其优化流体的温度和成分，并且尽可能节约空间地来构建。

发明内容
该目的根据本发明由此实现，即容器具有用于处理単元的容纳部。根据本发明即处理单元节约空间地集成在容器中，使得容器和处理单元形成封闭的构件。容器的形式可简单地匹配于供使用的结构空间。带有处理单元的容器可装配在可很好接近的部位处，使得容器和处理单元尤其出于维护目的可容易地够到。处理单元的流体接ロ集成在容器中，使得接ロ的总数被減少，这简化装配。取消从处理単元至管路系统的分离的管路(如这在从现有技术中已知的冷却装置中是普遍的)。此外通过减少处于容器之外的接口和管路减少泄漏。容器和处理单元可布置在冷却装置的冷侧、尤其在冷却流体的流动方向上在功能系统之前，或者在冷却装置的热侧、尤其在流动方向上在功能系统之后，或者在旁通-管路中。有利地冷却装置可具有冷却流体循环，功能系统布置在其中。容器也可以是冷却器的部件、尤其收集器(Sammler)，使得处理单元集成在冷却器中。在有利的实施形式中容器可以是补偿容器。在尤其设计为冷却冷却循环的冷却装置中经常总归存在的补偿容器可布置在冷却装置的冷侧上，使得对处理単元的耐温性的要求可以更低。处理单元因此可更简单且更便宜地来设计。在另外的有利的实施形式中容器尤其在空间上在上方可具有可闭合的开ロ，通过其，处理单元能够尤其可更换地被引入容器的内腔中。以该方式，处理单元的替换零件(Austauschteil)或整个处理单元的易于维护的更换从上方是可能的。这尤其在使用在机动车中时有很大优点，在那里由于受限的安装空间对于从现有技术中已知的冷却装置至今 只能从下方更换处理单元的替换零件。为此机动车必须被抬起或者放置在检修坑(Grube)上方并且底部衬层(Bodenverkleidung)被取下，以便够到替换零件。在另外的有利的实施形式中处理单元可具有离子交換器，尤其离子交換器筒。利用离子交換器，含水的(waessrig)冷却流体的导电性尤其可简单且有效地优选地借助于复分解盐(Umsalzung)、部分脱盐或完全脱盐被减弱，这尤其对于燃料电池系统是必需的。也可使用离子交換器，其适合于软化含水的冷却流体，以便避免或者完全阻止冷却装置中的钙分离，离子交換器筒可简单地被更换。有利地，离子交換器筒可具有用于挤压(Pressung)颗粒状的离子交換器介质的挤压装置。通过挤压来阻止冷却流体在流经离子交換器时形成优选的流动路径，这导致离子交換器介质的不平衡的负荷和使用寿命的缩短。挤压装置优选地可具有利用预紧的弹簧加载的挤压盘。在此弹簧优选地可这样布置，使得它不与冷却流体相接触，从而排除腐蚀或者与弹簧的材料的其它形式的化学反应。此外，容器和/或处理单元有利地可具有至少ー个构件、尤其用于处理単元的罩壳(Ummantelung),其规定冷却流体通过处理单元的流动。以该方式保证，冷却流体流经处理单元并且相应地被处理。为了阻止冷却流体在容器来回移动时晃荡溢出，有利地可在容器中布置有用于冷却流体的阻流装置(Schwalleinrichtung)或防派装置(Schwappeinrichtung)、尤其阻流壁和或阻流肋。尤其应用在机动车(在其中容器在行驶时被移动)中时，这有很大优点。容器、尤其补偿容器可位于旁通-管路中，其为了冷却燃料电池系统与主管路系统流体引导地连接。为了控制冷却流体通过旁通-管路和补偿容器的流动，在主管路系统中可布置有热阀(Thermoventil)。此外，根据本发明该目的由此实现，即处理单元这样设计，使得它可被布置在容器的相应的容纳部中。冷却装置的上面提及的优点相应地适用于处理単元。在有利的实施形式中，处理单元可具有离子交換器、尤其离子交換器筒，其具有用于挤压颗粒状的离子交換器介质的挤压装置。
此外，该目的根据本发明由此实现，即冷却流体容器、尤其冷却流体-补偿容器具有用于集成处理单元的容纳部和/或竖立地布置在容器中的离子交換器。冷却装置的上面提及的优点相应地适用于冷却流体容器。在此用于车辆的燃料电池系统或燃料电池装置的冷却流体-补偿容器可构造用于流经有冷却剤，其为了冷却燃料电池装置而设置。冷却剂补偿容器可包括以离子交換器的形式的处理单元，其竖立地布置在容器中。
通过离子交換器在容器中的该特殊的定位，鉴于冷却剤-补偿容器在燃料电池系统中且因此也在车辆中的建造，可达到改善的可接近性和操纵性。对于装配目的、对于检查目的等等，这恰好特别有利。此外，通过离子交換器単元或离子交換器的竖立的定位，鉴于离子交換器材料或介质的有效性，可改善其功能性。在离子交換器壳或离子交換器筒与冷却剂循环之间的许多脆弱的连接部位(其可变得不密封)可以由此就此而言更不关键地设计。此外可实现紧凑的且结构空间最小化的设计。尤其地，离子交換器的竖立的布置鉴于从冷却剂中除去金属离子还使冷却剂的改善的清洁成为可能。鉴于金属离子，燃料电池系统的液态的冷却剂通常因此必须首先尽可能地纯净，因为其可使PEM-燃料电池的PEM(质子交換膜)和/或催化剂层中毒。对此离子交換器壳或离子交換器筒通常被集成到冷却剂循环中。然而离子交換器材料的离子交換器容量随着时间减小，使得离子交換器筒必须定期被更换。对此它应尽可能布置在可很好接近的部位。通过离子交換器集成到容器中并且除此之外通过特殊的定位可改善离子交換器材料的效果O通过根据本发明的结构，有利地可实现液态的冷却剂在离子交換器筒中的更长的停留时间。由此冷却剂与离子交換器介质的接触时间延长，由此离子交換器的效率改善。清洁效果由此被改善，由此冷却剂还变得更纯净。此外，离子交換器筒的可更换性明显改善。冷却剂不再必须被排出并且离子交換器筒可简单地被取出，由此有害的污染物进入冷却循环的问题可被避免。在冷却剤-补偿容器的根据本发明的结构中，利用离子交換器単元或离子交換器的特殊的定位可在不排出冷却剂的情况下方便且有效地移除和替换该单元并且至少減少或者甚至很大程度上避免有害物质进入冷却循环中。通过集成和由此精简的接ロ得到更简单的、过程可靠的装配过程，这防止冷却系统中的泄漏。此外，离子交換器的所引导的卡入(Einrasten)阻止可能的打滑并且产生完全的功能性。以锁止(Verrastung)的形式的这样的特殊的可无破坏地松开的连接然而在离子交換器简单地与冷却剂-补偿容器分离时恰好使位置稳定的安装成为可能。在离子交換器在容器中竖立安装的情况下，理解一定位，在其中离子交換器的纵轴线最大以相对于冷却剤-补偿容器的纵轴线45°的角度布置。尤其并且以特别优选的布置设置成，冷却剤-补偿容器的纵轴线和离子交換器的纵轴线平行地或者同轴地布置，使得离子交換器竖直地布置在冷却剂-补偿容器中。之前提及的优点由此可以以特别的方式实现。此外，通过离子交換器的该竖立的、尤其竖直的布置可避免冲掉离子交換器材料并且因此改善离子交換器的效果。尤其通过竖直地定位离子交換器和以冷却剂优选地从下向上而必要时也从上向下流经离子交換器，停留时间和因此离子从冷却剂出来到离子交換器材料中的交换被改善。通过接ロ的减少和两个组件集成到一个构件中，存在装配工作、服务エ作和维护工作方面的优点和重量优点。通过离子交換器筒的卡入，其快速地且无另外的固定的情况下来装配并且甚至无问题地抵抗车辆典型的振动(RUtteln)而不松动或打滑。此外，通过壳或筒卡入补偿容器中的限定的接口中，装配件如螺栓和软管夹(Schlauchklemme)是多余的。迄今在已知的设计中离子交換器壳或离子交換器筒水平地布置在车辆中，这导致在壳的离子交換器材料中的通道形成、导致冲掉和分解。这导致，冷却剂寻找最小阻カ通过壳的路径并且在没有离子到离子交換器材料处的交換的情况下流动通过离子交換器。通过离子交換器的根据本发明的竖立的、尤其竖直的布置，该重力 -效应可变得不明显。优选地，补偿容器出于物理原因在车辆中总是尽可能地定位在上部，以便能够确保通风功能。通过容易的可接近性也可实现，以离子交換器的形式的维护件可方便地从上方接近并且能够被更换，而不必拆卸其它构件。在ー实施形式中，冷却流体容器在其上端(侧上方)处具有用于从集流室导出冷却流体的排出ロ。在另ー实施形式中，冷却流体容器具有用于离子交換器的拆卸和安装的盖子，其具有弹簧，以便作用到离子交換器的上面的壁上。由此可进一歩固定离子交換器，以便还更好地相对于由于振动的打滑固定它。用于离子交換器的拆卸和安装的盖子的弹簧也可满足离子交換器的压缩的附加功能。在ー实施形式中，冷却流体容器具有用于再填充冷却流体的再填充接管(Nachfuellstutzen)。再填充接管可以是利用旋塞(Schraubverschluss)可闭合的，其具有压カ补偿系统。用于闭合再填充接管的旋塞在ー实施形式中可与离子交換器筒集成地连接，例如这样使得旋塞通过离子交換器筒的更换与其一起来更换。在另ー实施形式中，冷却流体容器具有液位传感器，优选地帯有浮标。在此，液位传感器的接ロ能够可从外部接近地布置在补偿容器的底部处。最后，该目的根据本发明通过带有用于挤压离子交換器介质的挤压装置的离子交换器筒来实现。这具有该优点，即离子交換器介质被均匀地挤压并且构造优选的流动通道被阻止。离子交換器介质由待处理的流体均匀地流过，这提高离子交换效率和使用寿命。以该方式，离子交換器筒可紧凑地且节约空间地来构建。


本发明的另外的优点、特征和细节从接下来的说明中得出，在该说明中根据附图来详细阐述本发明的实施例。专业人员也符合目的地単独考虑在附图、说明书和权利要求中相结合公开的特征并且概括成有意义的另外的組合。其中图I示意性地显示带有补偿容器的机动车的燃料电池系统的冷却循环，在补偿容器中集成有离子交換器筒；图2示意性地显示带有离子交換器筒的补偿容器的第一实施例的第一侧视图，如它在图I中的冷却循环中所使用的那样；图3示意性地显示图2中的补偿容器的第二侧视图；图4从斜上方示意性地显示图2中的补偿容器的视图5示意性地显示图2中的补偿容器沿着那里的线V-V的纵剖面；图6示意性地显示图2中的补偿容器沿着那里的线VI-VI的横截面；图7示意性地显示带有离子交換器筒的补偿容器的第二实施例的截段的纵剖面，如它在图I中的冷却循环中所使用的那样；图8示意性地显示带有离子交換器筒的补偿容器的第三实施例的截段的纵剖面，如它在图I的冷却循环中所使用的那样；图9示意性地显示类似于图8中的离子交換器筒的离子交換器筒的等距图示；图10示意性地显示图9中的离子交換器筒的筒盖；图11示意性地显示图9和10中的筒盖的截段；
图12示意性地显示冷却器的分解图，在其收集器中布置有离子交換器；图13显示冷却剂-补偿容器的实施例的剖示图；图14显示冷却剂-补偿容器的另ー实施例；图15显示根据冷却剂-补偿容器的另ー实施例离子交換器借助于弹簧的附加固定; 在附图中相同的构件设有相同的附图标记。
具体实施例方式在图I中示出了机动车的燃料电池系统12的冷却循环10。燃料电池系统12可具有ー个或多个燃料电池。冷却循环10包括用于冷却流体的主管路系统14，冷却流体由冷却水或含水的冷却流体-混合物构成。主管路系统14为了冷却与燃料电池系统12连接。此外，用于冷却流体的泵16和以冷却器的形式的热交換器18位于主管路系统14中此外，冷却循环10包括在图2至图6中详细显示的用于冷却流体的补偿容器20。补偿容器20位于旁通-管路22中，其与主管路系统14流体引导地连接。用于处理冷却流体的离子交換器筒24集成在补偿容器20中。利用离子交換器筒24减小冷却流体的导电性。在主管路系统14中布置有热阀26。经由热阀26以这里不进一歩令人感兴趣的方式控制冷却流体流动通过旁通-管路22和补偿容器20。在图5中以剖面图示出的补偿容器20包括基础件30，其利用盖部件32密封地封闭。盖部件32与基础件30相焊接。在补偿容器20中布置有用于冷却流体的阻流壁34，其如图6所示将补偿容器20划分成6个室36。阻流壁34阻止冷却流体在补偿容器20运动时来回晃荡溢出。阻流壁34在下部的区域中具有流过ロ 38，通过其，冷却流体可在室36之间流动。在其上部的区域中阻流壁34具有平衡ロ 40，通过其，尤其用于压カ平衡的空气可在室36之间流动。离子交換器筒24布置在补偿容器20的容纳室42中。容纳室42通过内缸44来限制，离子交換器24插入内缸44中。如在图5中所示，内缸44周缘密封地与补偿容器20的底部连接。补偿容器20的底部也形成容纳室42的室底部46。内缸44的上缘是自由的，使得在那里实现到补偿容器20的邻接到内缸44处的室36的连接ロ 48。阶梯状的、总地来说漏斗状成形的室底部46限制注入空间(Zulaufraum) 50，注入接管52通到注入空间50中。注入接管52为了输送冷却流体到补偿容器20中与旁通-管路22连接。在室底部46的面向离子交換器筒24的内侧处模制有同轴于内缸44的支承环，离子交換器筒24在轴向上支撑到支承环上。阻流壁34、内缸44和基础件30优选地一件式地优选地由塑料来构造。离子交換器筒2 4经由注入空间50和注入接管52与旁通-管路22流体引导地连接。在容纳室42旁边，在补偿容器20的底部中布置有在图6中示出的排出ロ 54，其在补偿容器20的外侧处由在图2和图3中示出的排出接管56围绕。排出接管56为了从补偿容器20中导出冷却流体与旁通-管路22连接。补偿容器20在空间上在上方在盖部件32处具有带有与室42的内缸44同轴的容纳ロ 60的容纳接管58。通过容纳ロ 60，离子交換器筒24可被引入补偿容器20的容纳室42中并且简单地被更换。容纳接管58具有内螺纹，为了封闭容纳ロ 60，杯状的容纳盖62利用外螺纹旋入其中。容纳盖62具有带有密封环66的周缘的密封槽64，其使容纳盖62对容纳接管58密封。容纳盖62的打开的端面指向补偿容器20的内部。在容纳盖62的内部固定有在轴向上延伸的空心的推力缸68，优选地与容纳盖62 —件式地，其自由的边缘在旋入容纳盖62时轴向于内缸44对着离子交換器筒24的挤压盘70按压。在容纳接管58旁边，在盖部件32处布置有用于再填充冷却流体的再填充接管72。再填充接管72利用在图I至图6中未示出的旋塞可闭合，其具有不进一歩令人感兴趣的压力平衡系统。离子交換器筒24利用仅在图5中表示的离子交換器-颗粒73来填充，在此不进一步探讨其作用方式。离子交換器筒24具有罩壳74，其在上部的区域中具有用于冷却流体的流出ロ 76。流出ロ 76与内缸44的连接部48对齐。离子交換器筒24的筒底部78具有在图6中示出的流入ロ 80，通过其，冷却流体可从注入空间50流动到离子交換器筒24的内部中。冷却流体必须从下向上在箭头81的方向上流过离子交換器-颗粒73并且在那里被处理。仅可通过流出ロ 76从离子交換器筒24中离开。以该方式规定冷却流体通过离子交換器筒24的流动。经处理的冷却流体从流出ロ 76通过连接ロ 48流动到室36中。从那里出来，冷却流体经由排出ロ 54和排出接管56流动到旁通-管路22b中。内缸44附加地罩住离子交換器筒24。在使用未显示的备选的带有可透过流体的、例如格栅式的罩壳的离子交換器筒的情况下，内缸44规定冷却流体通过离子交換器筒的流动，通过该方式它阻止冷却流体已经在离子交換器筒24的下部的区域中通过罩壳从其排出，而不流经全部离子交換器-颗粒73。罩壳74在筒底部78的区域中成阶梯形并且匹配于室底部46的形状。罩壳74具有带有密封环84的周缘的密封槽82。密封环84使罩壳74径向地对在室底部46处在轴向上延伸的区域密封。在其上部的端侧处，离子交換器筒24利用挤压盘70来封闭，其在离子交換器筒24的罩壳74中在轴向上可移动。在旋入旋塞62时利用推力缸68在轴向上按压挤压盘70并且因此挤压离子交換器-颗粒73。以该方式阻止冷却流体在离子交換器-颗粒73中形成优选的流动路径。此外，补偿容器20具有在图5和图6中显示的带有浮标88的液位传感器86。在图2、3和图5中显示的液位传感器86的接ロ 90从外部可接近地布置在补偿容器20的底部处。在第二实施例中，在图7中示出，类似于在图I至图6中所描述的第一实施例的元件的这样的元件，设有相同的附图标记，使得关于它的说明參考对第一实施例的实施。该实施例与第一实施例由此相区别，即设有筒盖110,其借助于止动连接(Rastverbindung) 112固定地插装到离子交換器筒24的罩壳74上。止动连接112包括成对共同作用的止动鼻(Rastnase)和止动扣(Rastoese)。止动鼻位于罩壳74的径向上在外部的周缘侧处。止动扣布置在筒盖110的边缘区域处。旋塞62的推力缸68在轴向上比在第一实施例中更短地构造。推力缸68的自由的边缘作用到筒盖110处并且因此将整个离子交換器筒24在轴向上压到容纳室42中。在筒盖110的面向离子交換器筒24的内部的内侧上，挤压盘70经由有弹性的、近似空心柱形的波纹膜盒114固定。波纹膜盒114同轴于罩壳74。它使挤压盘70在罩壳74 中的轴向运动成为可能。挤压盘70和波纹膜盒114可一件式地或由分离的构件组装而成。波纹膜盒114的自由的边缘固定在筒盖110的槽中并且在筒盖110与罩壳74的自由的边缘之间密封地夹紧。筒盖110、波纹膜盒114和挤压盘70限制弹簧空间116。弹簧空间116相对于离子交換器筒24的内腔密封地闭合，使得没有冷却流体能够到达弹簧空间116中。筒盖110具有至推力缸68的内腔的压カ平衡ロ 118。容纳盖62具有作用缸(Angriffzylinder) 120，为了打开和关闭筒盖110可利用特制エ件作用在其处。以该方式使筒盖110能够被未经授权地打开变得困难。在弹簧空间116中布置有同轴于罩壳74的螺旋压カ弹簧112。螺旋压カ弹簧112相应地利用端部支撑在筒盖110的内侧处并且在挤压盘70的面向筒盖110的侧面处。为了螺旋压カ弹簧112的定心，在筒盖110的内侧处并且在挤压盘的对应侧处相应布置有环状的引导凸缘124和126。带有筒盖110、挤压盘70和螺旋压カ弹簧122的挤压装置引起，一旦例如离子交換器-颗粒73沉下，挤压自动被调整。在图7中示出再填充接管72利用旋塞128闭合。旋塞128具有压カ平衡系统130。在第三实施例中，在图8中示出，类似于在图7中所描述的第二实施例的元件的这样的元件设有相同的附图标记，使得关于它的说明參考对第二实施例的实施。该实施例与第二实施例由此相区別，即容纳接管58具有外螺纹而容纳盖62具有内螺纹并且容纳盖62拧紧到容纳接管58上。桶盖110设计成杯状，其中螺旋压カ弹簧122利用端部支撑在筒盖110的底部中的凹部(Senke)中。挤压盘70具有外部的可移动的边缘区域132，其在轮廓上半圆形地朝向弹簧空间116拱曲。可移动的边缘区域132利用它的在径向上在外部的边缘固定在筒盖110的边缘的端侧中的槽中并且在罩壳74的端侧的边缘与筒盖110的端侧的边缘之间夹紫。类似于第二实施例中的波纹膜盒114，可移动的边缘区域132实现挤压盘轴向于离子交換器筒24的可动性，其中弹簧空间116密封地对离子交換器筒24的内腔闭
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ロ ο在图9至图11中显示带有筒盖110的离子交換器筒24，其类似于来自图8中的第三实施例中的离子交換器筒24。对于图9至图11中的筒盖110，在其边缘的端侧处不设置有用于可移动的边缘区域132的外部的边缘的槽。在图12中以分解图显示本来未示出的与图I中所示出的类似的冷却循环的冷却器218。冷却器218包括在图12中在上部带有用于冷却流体的注入接管的分配器222。在图12中在下部示出冷却器218的收集器220，其具有用于冷却流体的排出接管256。在分配器222与收集器220之间布置有散热体223。收集器220是在本发明的意义中的容器。在收集器220中布置有内缸244，其在两个端侧处是打开的。内缸244用作用于离子交換器筒24的容纳部，其罩壳在该实施例中是连续格栅式的。收集器220在ー侧具有可闭合的开ロ 260，通过其，离子交換器筒24可被推到内缸244中。代替收集器220，冷却器的各个适合于具有用于离子交換器筒24的容纳部的其它区域也可被视作在本发明的意义中的容器。图13显示另ー实施例，在其中补偿容器301布置在车辆的燃料电池系统中。补偿容器301布置在该燃料电池系统的冷却剂循环中并且(液态的)冷却剂或冷却流体(其被用于冷却燃料电池系统的燃料电池)流动通过该冷却剤-补偿容器。通过冷却剂的该流经，污染物如金属离子被从(液态的)冷却剂中除去。对此冷却剂-补偿容器301包括离子交換器302或离子交換器単元，其集成在容 器301中并且能够无破坏地可松开地插入容器301中并且又能够取出。尤其地，对此设置有用于锁止离子交換器302的机械装置。锁止可通过简单的止动钩或止动夹来设置。也可设置有在径向上围绕离子交換器302环绕的带有止动凸起(Rasterhebung)的条带。容器301具有纵轴线A，其中大致在中间构造有容纳室303，离子交換器302可引入其中。离子交換器302构造为纵向的柱状的壳或筒并且包括包含在离子交換器302中的离子交換器材料304 (例如合适的离子交換器树脂)。离子交換器材料可作为松散的填料存在于离子交換器302中。松散料那么只通过重力的作用被保持在离子交換器302的底部处并且因此由于其重量抵抗由于从离子交換器302中的冷却剂流动的不希望的冲走。该实施形式在技术上特别简单且此外成本有利。如果这应是必需的，那么松散填料然而也可例如借助于筛子、玻璃料(Fritte)、玻璃纤维垫等来留住。在所示的实施例中，离子交換器302竖直地布置在容器301中，这意味着，轴线A对应于离子交換器302的纵轴线并且因此存在离子交換器302和容器301的轴线的同轴的布置。在容纳室303 (其通过竖直的壁305侧向限制)旁边，容器301也具有集流室306，经清洁的冷却剂被收集在其中且被引回冷却循环中。因此集流室306环形地围绕容纳室303。容纳室303的底部307同时也形成容器301的底部。底部307具有进入口 309，其与冷却剂循环连接。穿过进入口 309,冷却剂流动到容纳室303中。例如超纯水(Reinstwasser)适合作为冷却剤。此外由超纯水和こニ醇构成的混合物(例如Fa. BASF的こニ醇水溶液防冻剂(Glysantin))、所谓的冷却剂混合物也适合作为冷却剤。通过所示的箭头标出流动方向，其中因此冷却剂从下向上流动通过离子交換器302。冷却剂或冷却流体因此经由冷却剂管路和进入口 309从下面这里被输送给容器301，其中然后在容纳室303中冷却剂在松散料的总面积上的分配借助于可透过流体的玻璃纤维垫来实现。尤其地，离子交換器302的底部与在容纳室303中的底部307的内侧相间隔地布置。冷却剂然后从下向上流经离子交換器材料304。在从离子交換器材料304中流出时，其在离子交換器302的上部的区域中那么根据向左和向右定向的箭头通过多个开ロ308 (其不仅在离子交換器302的壁中而且在壁305中构造)被从离子交換器302溢流地(iiberstr0mend)导入集流室306中。因此开ロ 308构造在容器301的上部的区域中并且也在集流室306或限制集流室306的壁的上部的区域中。井状的容纳室303因此中间地且中心地构造在容器301中。在上端处，离子交換器302和容纳部303可通过盖子来覆盖(未示出)。排出ロ 310在侧上方然后又从集流室306引离，排出ロ 310与冷却循环连结并且其构造用于将冷却剂从集流室306中导出到冷却循环中。图14显示根据本发明的冷却剤-补偿容器301的变体。与图13相区别，排出ロ310在下面布置在冷却剂-补偿容器301处。由此可确保流入集流室306中的冷却剂的更好的混匀和冷却循环的更可靠的通风。此外，所示的冷却剤-补偿容器301具有两个盖子用于拆卸和安装或更换离子交換器302的第一盖子311 ;和用于冷却剂或冷却流体的可能的再填充或更换的第二盖子312。盖子312如图15所示可具有弹簧313，其作用于离子交換器302的上部的壁。由此除了用于锁止的机械装置，离子交換器302可另外被固定，以便还更好地防止它由于振动的打滑等。在冷却循环10、离子交換器24、302的补偿容器20、301和冷却器208的所有上面所说明的实施例中，另外以下改变是可能的本发明不限于机动车的燃料电池系统12的冷却循环10。它也可以在固定的燃料电池系统中或在其它类型的功能系统(例如内燃机或空调)的冷却装置中使用。代替离子交換器筒24、302，用于冷却流体的其它类型的离子交換器或其它类型的处理单元(例如过滤器)也可集成在补偿容器20、301或冷却器218中。代替可更换地，离子交換器筒24、302也可固定地布置在补偿容器20、301中。例如也可设置有自身可再生的处理单元，其不必被更换。代替在上部，用于离子交換器筒24、302的容纳ロ 60也可在补偿容器20、301中在侧面或者在下部。代替在补偿容器20、301中，离子交換器筒24、302或其它类型的处理单元也可集成在用于冷却流体的其它类型的容器中。代替带有离子交換器筒24、302的仅在上部设有通过ロ 46的罩壳77的内缸44，也可设置有其它类型的构件，其规定冷却流体通过离子交換器筒24、302的流动。也可设置有内缸44或者离子交換器筒24、301的仅在上面打开的罩壳74。在使用内缸44时，也可使用离子交換器筒，其在其整个高度上具有可透过流体的罩壳。代替阻流壁34，在补偿容器20中也可布置有用于冷却流体的其它类型的阻流装置或者防溅装置，例如阻流肋。冷却循环10也可以以其它方式来构建。代替在旁通-管路22中，补偿容器20、301例如也可布置在也在主管路系统14中的其它部位处。带有离子交換器筒24、302的补偿容器20、301也可布置在冷却循环10的热侧上。代替焊接，盖部件32也可与补偿容器20、301的基础件30以其它方式密封地连接，例如拧紧。代替在冷却装置中，离子交換器筒24、302也可在用于处理不同流体的其它类型的装置中使用。、
冷却流体通过补偿容器20、301的流动也可在相反的方向上实现。注入接管52和 排出接管56的功能那么互換。离子交換器筒24、302那么被从上向下流过。冷却流体到补偿容器中的输送也可从上面实现。
权利要求
1.一种尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统(12)的冷却装置(10)，其带有用于冷却流体的管路系统(14，22)，所述管路系统(14，22)为了冷却与所述功能系统(12)连接；带有用于所述冷却流体的容器(20 ;220 ;301)，其与所述管路系统(14，22)流体引导地连接；并且带有用于处理所述冷却流体的处理单元、尤其离子交换器(24，302)，其与所述管路系统(14，22)流体引导地连接，其特征在于，所述容器(20 ;220 ；301)具有用于所述处理单元(24)的容纳部(42 ；242 ；303)
2.根据权利要求I所述的冷却装置，其特征在于，所述容器是补偿容器(20;301)。
3.根据权利要求I或2所述的冷却装置，其特征在于，所述容器(20;220 ；301)尤其在空间上在上方具有可闭合的开口 ￠0 ;206)，通过其，所述处理单元(24，302)能够尤其可更换地被引入所述容器(20 ;220 ；301)的内腔中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述处理单元具有离子交换器，尤其是离子交换器筒(24 ；302)。
5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述离子交换器(24)具有用于挤压颗粒状的离子交换器介质(73)的挤压装置(70 ；110 ;122)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述容器(20;220)和/或所述处理单元(24)具有至少一个构件、尤其用于所述处理单元(24)的罩壳(44，74 ；.244)，其通过所述处理单元(24)规定所述冷却流体的流动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，在所述容器(20)中布置有用于所述冷却流体的阻流装置或防溅装置、尤其阻流壁(34)和/或阻流肋。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述容器(20)位于旁通-管路(22)中，所述旁通-管路(22)与用于所述燃料电池(12)的冷却的主管路系统(14)流体引导地连接。
9.一种用于处理尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统(12)的冷却装置(10)的冷却流体的处理单元、尤其离子交换器(24，302)，其能够与所述冷却装置(10)的用于所述冷却流体的管路系统(14，22)、并且与用于所述冷却流体的与所述管路系统(14，22)流体引导地连接的容器(20 ;220 ；301)流体引导地连接，其特征在于，所述处理单元(24，302)这样设计，使得它能够被布置在所述容器(20 ;220，301)的对应的容纳部(42 ；242 ；303)中。
10.根据权利要求8所述的处理单元，其特征在于，它具有离子交换器、尤其离子交换器筒(24)，其具有用于挤压颗粒状的离子交换器介质(73)的挤压装置(70 ;110，122)。
11.一种尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统(12)的冷却装置(10)的冷却流体容器、尤其冷却流体-补偿容器(20，301)，其能够与用于冷却流体的管路系统(14，42)流体引导地连接，所述管路系统(14，42)为了冷却与所述功能系统(12)连接，其中所述管路系统(14，42)流体引导地与用于处理所述冷却流体的处理单元、尤其离子交换器(24，302)连接，其特征在于，所述冷却流体容器(20，301)具有用于集成所述处理单元(24，302)的容纳部(42，303)和/或竖立地布置在所述冷却流体容器(20，301)中的离子交换器(24，302)。
12.根据权利要求11所述的冷却流体容器，其特征在于，所述离子交换器(24，302)这样布置在所述冷却流体容器(20，301)中，使得所述冷却流体容器(20，301)的纵轴线(A)和所述离子交换器(24，301)的纵轴线(A)平行地或同轴地定向。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于，所述离子交換器(24，302)这样布置在所述冷却流体容器(20，301)中，使得冷却流体从下向上或者从上向下流动通过所述离子交換器(24，302)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于，所述离子交換器(24，301)可松开地、优选地锁止地布置在所述冷却流体容器(20，301)中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于，所述容纳部构造为用于所述离子交換器(24，302)的井状的容纳室，其通过侧面的壁(44，305)与用于所述冷却流体的集流室(36，306)分离，其中在所述壁(44，305)的上部的区域中构造有至少ー个用于使流动通过所述离子交換器(24，302)的所述冷却流体溢流到所述集流室(36，306)中的开ロ(48，308)，其中所述集流室(36，306)优选地环状地包围所述容纳室(42，303)。
16.根据权利要求15所述的冷却流体容器，其特征在于，所述井状的容纳室(42，303)的底部(46，307)是所述冷却流体容器(20，301)的底部并且在所述底部(46，307)中构造有至少ー个用于所述冷却流体到容纳室(42，303)中的进入口(52，309)。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于，所述冷却流体容器(301)在其上端处具有用于从所述集流室(306)中引出所述冷却流体的排出ロ(310)。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于用于拆卸和安装所述离子交換器(302)的盖(313)，其具有弹簧(313)，以便作用到所述离子交換器(302)的上面的壁上。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于用于再填充冷却流体的再填充接管(72)。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的冷却流体容器，其特征在于液位传感器(86)，优选地带有浮标(88)。
21.ー种用于处理流体、尤其冷却流体的离子交換器筒(24)，其带有筒盖(110)和布置在其中的颗粒状的离子交換器介质(73)，其特征在于用于挤压所述离子交換器介质(73)的挤压装置(70，110，122)。
全文摘要
说明了一种尤其机动车的功能系统、尤其燃料电池系统(12)的冷却装置(10)。冷却装置(10)包括用于冷却流体的管路系统(14，22)，其为了冷却与功能系统(12)连接。冷却装置(10)的用于冷却流体的容器(20)与管路系统(14，22)流体引导地连接。用于处理冷却流体的处理单元、尤其离子交换器(24)，与管路系统(14，22)流体引导地连接。容器(20)具有用于处理单元(24)的容纳部和/或竖立地布置在容器(20)中的离子交换器(24)。
文档编号H01M8/04GK102725898SQ201080046972
公开日2012年10月10日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者C·科赫, M·法佐尔德, M·贝利希, P·托伊舍尔, W·施魏恩巴歇尔 申请人:戴姆勒股份公司, 曼·胡默尔有限公司