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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 2012 020 128 A1 offenbart einen lonentauscher zur Aufbereitung eines Kühlfluids einer Kühlvorrichtung eines Funktionssystems aufweisend einen Behälter bestehend aus zwei Gehäusebauteilen, welche für einen ordnungsgemäßen Betrieb miteinander verschweißt werden.
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Nachteilig bei dieser Art Aufbau eines lonentauscherbehälters ist, dass die Menge an lonentauschermedium nicht variabel auf die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Systeme angepasst werden kann sondern immer ein neues Gehäuse mit einem größeren Volumen für die Aufnahme des lonentauschermediums hergestellt werden muss.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen lonentauscher für ein Kühlmittelsystem einer Brennstoffzelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, insbesondere einen Gehäuse eines lonentauschers bereitzustellen, welches aus modularen Komponenten besteht, um das Volumen für die Aufnahme des lonentauschermediums für die jeweiligen Anwendungsfälle technisch einfach und kostengünstig variabel zu gestalten.
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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 bereitzustellen, welcher ein Gehäuse aufweist, welches insbesondere aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyamid besteht und mindestens drei Gehäusebauteilen aufweist. Das Gehäuse weist ein erstes Gehäusebauteil auf, welches eine erste Öffnung aufweist. In einer bevorzugten Ausführung ist die erste Öffnung als Stutzen ausgeführt, um als Einlass für zu behandelndes Fluid zu dienen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Gehäusebauteil aus einem Kunststoff, insbesondere Polyamid, oder einem Metall, insbesondere Aluminium. Des Weiteren weist das Gehäuse ein zweites Gehäusebauteil auf, welches eine zweite Öffnung umfasst. In einer bevorzugten Ausführung besteht das zweite Gehäusebauteil aus einem Kunststoff, insbesondere Polyamid, oder einem Metall, insbesondere Aluminium. Ferner ist in einer bevorzugten Ausführung die zweite Öffnung als Stutzen ausgeführt, um das behandelte Fluid aus dem lonentauscher auszuleiten. Das Gehäuse weist ferner mindestens ein erstes weiteres Gehäusebauteil auf, welches eine Wand in Form eines Rohrstücks aufweist. Das erste weitere Gehäusebauteil besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere Polyamid oder einem Metall, insbesondere Aluminium. Das Gehäusebauteil umfasst an den beiden gegenüberliegenden Öffnungen eine Trennwand, welche fluiddurchlässig ist und das lonentauschermaterial zwischen den beiden Trennwänden zurückhält. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Trennwand als ein feinmaschiges Gewebe oder eine Membran bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Trennwand am Gehäusebauteil lösbar oder unlösbar gekoppelt, insbesondere mit dem Gehäusebauteil fest verschweißt, verklippt, verschraubt oder verklebt. Bei einer lösbaren Koppelung der Trennwand an das Gehäusebauteil kann die Trennwand im Wartungsfall einfach demontiert werden, um das lonentauschermaterial auszutauschen. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist das lonentauschermaterial ein Anionentauscherharz oder ein Kationentauscherharz. Das erste weitere Gehäusebauteil hat einen ersten Kopplungsbereich. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Kopplungsbereich als Gewinde bereitgestellt. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Kopplungsbereich auch als Bayonett oder als eine Klippverbindung bereitgestellt sein. Der Kopplungsbereich dient dazu das erste weitere Gehäusebauteil mit dem zweiten Gehäusebauteil zu koppeln, welches insbesondere den Gegenpart des Gewindes aufweist. Das erste weitere Gehäusebauteil hat des Weiteren einen zweiten Kopplungsbereich auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich der Trennwand, um das erst weitere Gehäusebauteil mit dem ersten Gehäusebauteil zu koppeln. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Kopplungsbereich als Gewinde ausgestaltet. In einer besonders bevorzugten Variante ist im Kopplungsbereich eine zusätzliche Dichtung vorgesehen, um die einzelnen Gehäuseabschnitte gegenüber einem Fluid dicht miteinander zu verbinden.
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Durch die Herstellung des Gehäuses mit mindestens drei separaten einzelnen Gehäusebauteilen ist es erstmalig möglich, das lonentauschermaterial in einem modular angefertigten Gehäusebauteil bereitzustellen, um dieses sowohl einfach an andere Applikationen adaptieren zu können als auch für eine Regeneration des lonentauschermaterials das erste weitere Gehäusebauteil einfach vom restlichen Gehäuse zu entfernen und anschließend wieder auf einfache Weise zu koppeln. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße lonentauscher neben den drei Gehäusebauteilen ein zweites weiteres Gehäusebauteil auf, welches zwischen dem ersten Gehäusebauteil und dem ersten weiteren Gehäusebauteil angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite weitere Gehäusebauteil aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyamid oder einem Metall, insbesondere Aluminium. Das zweite weitere Gehäusebauteil weist eine Wandung in Form eines Rohrstücks mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen auf. Die Öffnungen sind mit einer Trennwand, insbesondere ein feinmaschiges Gewebe oder einer Membran, derart verschlossen, dass ein zu behandelndes Fluid durch die Trennwand strömt, dass zwischen den Trennwänden angeordnete lonentauschermaterial jedoch zurückgehalten wird. Vorzugsweise ist die Trennwand am Gehäusebauteil lösbar oder unlösbar gekoppelt, insbesondere mit dem Gehäusebauteil verschweißt, verklippt, verschraubt oder verklebt. Bei einer lösbaren Koppelung der Trennwand an das Gehäusebauteil kann die Trennwand im Wartungsfall einfach demontiert werden, um das lonentauschermaterial auszutauschen. Das zweite weitere Gehäusebauteil weist zum ersten weiteren Gehäusebauteil und dem ersten Gehäusebauteil eine Kopplungsstelle auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kopplungsstelle als Gewinde bereitgestellt. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Kopplungsstelle als Bayonett oder Klippverbindung bereitgestellt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist im Bereich der Kopplungsstelle eine zusätzliche Dichtung, um das zweite weitere Gehäusebauteilmodul gegenüber einem Fluid dicht an die weiteren Gehäusebauteile koppeln zu können, vorgesehen.
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Hiermit ist es erstmalig möglich, für einen lonentauscher das lonentauschermaterial sortenrein, also als Anionentauscherharz oder Kationentauscherharz, bereitzustellen, insbesondere auf verschiedene Applikationen auf einfache Weise anzupassen, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung im ersten weiteren Gehäusebauteil ein Anionentauscherharz oder ein Katoinentauscherharz und im zweiten weiteren Gehäusebauteil Anionentauscherharz oder ein Kationentauscherharz angeordnet 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
- 2 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen lonentauschers
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Entsprechend der 1 weist der erfindungsgemäße lonentauscher 1 ein Gehäuse 2, welches insbesondere aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyamid besteht, auf, welches aus mindestens drei Gehäusebauteilen besteht. Das Gehäuse 2 weist ein erstes Gehäusebauteil 6 auf, welches eine Öffnung 7 aufweist. In einer bevorzugten Ausführung ist die Öffnung 7 als Stutzen 8 ausgeführt um als Einlass für zu behandelndes Fluid fungieren. Des Weiteren weist das Gehäuse ein zweites Gehäusebauteil 3 auf, welches eine Öffnung 4 umfasst. In einer bevorzugten Ausführung ist die Öffnung 4 als Stutzen 5 ausgeführt, um das behandelte Fluid aus dem lonentauscher 1 auszuleiten. Das Gehäuse weist ferner mindestens ein erstes weiteres Gehäusebauteil 11 auf, welches eine Wand in Form eines Rohrstücks aufweist. Das Gehäusebauteil 11 umfasst an den beiden gegenüberliegenden Öffnungen eine Trennwand 13, welche fluiddurchlässig ist und das Ionentauschermaterial 12 zwischen den beiden Trennwänden 13 zurückhält. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Trennwand 13 als ein feinmaschiges Gewebe bereitgestellt. Unter einem feinmaschigen Gewebe wird ein Gewebe verstanden, welches aus einem Kunststoffgewebe, insbesondere Polyamid, besteht und eine Maschenweite aufweist die derart ausgelegt ist, dass das lonentauschermaterial zurückgehalten wird während das zu filternde Fluid hindurchtritt. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist das lonentauschermaterial 12 ein Anionentauscherharz oder ein Kationentauscherharz. Das erste weitere Gehäusebauteil 11 hat einen ersten Kopplungsbereich 10 in Form eines Gewindes 9, um das erste weitere Gehäusebauteil 11 mit dem zweiten Gehäusebauteil 3 zu koppeln, welches den Gegenpart des Gewindes aufweist. Das erste weitere Gehäusebauteil 11 hat des Weiteren einen zweiten Kopplungsbereich 9 auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich der Trennwand 13 in Form eines Gewindes, um das erst weitere Gehäusebauteil 11 mit dem ersten Gehäusebauteil 6 zu koppeln. In einer besonders bevorzugten Variante ist im Kopplungsbereich 9, 10 eine zusätzliche Dichtung vorgesehen.
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Hiermit ist es erstmalig möglich das lonentauschermaterial 12 in einem modular angefertigen Gehäusebauteil 11 bereitzustellen, um dieses sowohl einfach an andere Applikationen adaptieren zu können als auch für eine Regeneration des lonentauschermaterials 12 das Gehäusebauteil 11 einfach vom restlichen Gehäuse 2 zu entfernen.
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Entsprechend der 2 weist der erfindungsgemäße lonentauscher 1 wie in 1 ein Gehäuse 2 aufweisend ein erstes Gehäusebauteil 6, ein zweites Gehäusebauteil 3 und erstes weiteres Gehäusebauteil 11 auf. Darüber hinaus weist 2 ein zweites weiteres Gehäusebauteil 14 auf, welches zwischen dem ersten Gehäusebauteil 6 und dem ersten weiteren Gehäusebauteil 11 angeordnet ist. Das zweite weitere Gehäusebauteil 14 weist eine Wandung in Form eines Rohrstücks mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen auf. Die Öffnungen sind jeweils mit einer Trennwand 17, insbesondere ein feinmaschiges Gewebe, derart verschlossen, dass ein zu behandelndes Fluid durch die Trennwand 17 strömt, dass zwischen den Trennwänden 17 angeordnete Ionentauschermaterial jedoch zurückgehalten wird. Das zweite weitere Gehäusebauteil 14 weist im Bereich der Kopplungsstellen 15, 16 zum ersten weiteren Gehäusebauteil 11 und dem ersten Gehäusebauteil 6 ein Gewinde 15, 16 auf, insbesondere ein Gewinde 15, 16 mit einer zusätzlichen Dichtung, um das zweite weitere Gehäusebauteilmodul 14 einfach, sicher und schnell an die weiteren Gehäusebauteile 6, 11 koppeln zu können. Durch den Einsatz von mindestens zwei weiteren Gehäusebauteilen 11,14 ist es erstmalig möglich für einen lonentauscher 1 das lonentauschermaterial 12 sortenrein bereitzustellen, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung im ersten weiteren Gehäusebauteil 11 ein Anionentauscherharz 12 und im zweiten weiteren Gehäusebauteil 14 ein Kationentauscherharz 18 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- lonentauscher
- 2.
- Gehäuse
- 3.
- Zweites Gehäusebauteil
- 4.
- Öffnung des zweiten Gehäusebauteils
- 5.
- Stutzen des zweiten Gehäusebauteils
- 6.
- Erstes Gehäusebauteil
- 7.
- Öffnung des ersten Gehäusebauteils
- 8.
- Stutzen des ersten Gehäusebauteils
- 9.
- Kopplungsstelle, insbesondere Gewinde, des ersten weiteren Gehäusebauteils
- 10.
- Kopplungsstelle, insbesondere Gewinde, des ersten weiteren Gehäusebauteils
- 11.
- Erstes weiteres Gehäusebauteil
- 12.
- lonentauschermaterial
- 13.
- Trennschicht des ersten weiteren Gehäusebauteils
- 14.
- Zweites weiteres Gehäusebauteil
- 15.
- Kopplungsstelle, insbesondere Gewinde, des zweiten weiteren Gehäusebauteils
- 16.
- Kopplungsstelle, insbesondere Gewinde, des zweiten weiteren Gehäusebauteils
- 17.
- Trennschicht des zweiten weiteren Gehäusebauteils
- 18.
- lonentauschermaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012020128 A1 [0002]