Title:
Brennstoffzellensystem mit einem Kühlmittelkreis und einem Funktionsmodul und Verfahren zum Fertigen eines Funktionsmoduls und Brennstoffzellensystem mit einem Behältnis, das in einem Kühlmittelkreis angeordnet ist
Kind Code:
B3


Abstract:

Brennstoffzellensystem mit einem Kühlmittelkreis und einem Funktionsmodul (1), das in dem Kühlmittelkreis angeordnet ist, wobei das Funktionsmodul (1) ein Behältnis (3) umfasst, welches ein Ionenaustauschermaterial (4) aufweist, und eine Pumpeinrichtung (2) für das Kühlmittel, wobei ein Kühlmitteleinlass (7) und ein Kühlmittelauslass (8) der Pumpeinrichtung (2) fluidisch mit einem Kühlmittelauslass (10) und einem Kühlmitteleinlass (9) des Behältnisses (3) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) zumindest einen eine Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) aufweisenden Bereich der Pumpeinrichtung (2) zumindest bereichsweise außenumfangsseitig umgibt.




Inventors:
MITTMANN MARIO (DE)
HOESS RALF (DE)
SCHULZE HERBERT (DE)
WUEST MATTHIAS (DE)
KOCH CHRISTOPH (DE)
SCHWAB CLEMENS (DE)
LIMBAECHER BIANCA (DE)
JONG JORIS DE (DE)
Application Number:
DE102012001191A
Publication Date:
08/14/2013
Filing Date:
01/24/2012
Assignee:
DAIMLER AG (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE112007001478T5N/A2009-04-30



Foreign References:
JP2001035519A2001-02-09
Claims:
1. Brennstoffzellensystem mit einem Kühlmittelkreis und einem Funktionsmodul (1), das in dem Kühlmittelkreis angeordnet ist, wobei das Funktionsmodul (1) ein Behältnis (3) umfasst, welches ein Ionenaustauschermaterial (4) aufweist, und eine Pumpeinrichtung (2) für das Kühlmittel, wobei ein Kühlmitteleinlass (7) und ein Kühlmittelauslass (8) der Pumpeinrichtung (2) fluidisch mit einem Kühlmittelauslass (10) und einem Kühlmitteleinlass (9) des Behältnisses (3) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) zumindest einen eine Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) aufweisenden Bereich der Pumpeinrichtung (2) zumindest bereichsweise außenumfangsseitig umgibt.

2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) und die zumindest die Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) achsparallel, insbesondere koaxial, angeordnet sind, wobei die Fördereinheit (6) zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckungsrichtung in einem durch das Behältnis (3) gebildeten Aufnahmeraum angeordnet ist.

3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) und zumindest die Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) umfasst, welche zumindest um die Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) außenumfangsseitig umlaufend ausgebildet ist.

4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) zumindest bereichsweise mit wenigstens einer von der Pumpeinrichtung (2) verschiedenen und im Betrieb Wärme freisetzenden Komponente des Brennstoffzellensystems in Anlage ist.

5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) im Wesentlichen trogförmig ausgebildet ist, wobei der die Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) aufweisende Bereich der Pumpeinrichtung (6) außenumfangsseitig und zu einer Stirnseite (12) hin von dem Behältnis (3) umschlossen ist.

6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Deckelelement (15), mittels welchem das Behältnis (3) zu einer Umgebung hin abschirmbar ist, wobei zwischen dem Deckelelement (15) und dem Behältnis (3) ein Federelement (18) angeordnet ist, mittels welchem der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass des Behältnisses (3) mit dem Kühlmittelauslass (8) und/oder dem Kühlmitteleinlass (7) der Pumpeinrichtung (2) in Anlage bringbar ist.

7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (9) und/oder der Kühlmittelauslass (10) des Behältnisses (3) eine Trennschicht (21) aufweist, welche durch das fluidische Koppeln mit dem Kühlmittelauslass (8) und/oder dem Kühlmitteleinlass (7) der Pumpeinrichtung (2) mittels eines, insbesondere auf Seiten der Pumpeinrichtung (2) angeordneten, Betätigungselements (22) zerstörbar ist.

8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Druckbeaufschlagungselement (23), welches auf das sich in dem Behältnis (3) befindende Ionenaustauschermaterial (4) einen Druck ausübt.

9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) zumindest ein, insbesondere als Dorn oder Stift (25) oder Kegel (28) oder Exzenter (29) oder Keil (30) oder Kugel (31) oder Nocken (32) ausgebildetes, Betätigungselement aufweist, mittels welchem ein zum Verschließen des Kühlmitteleinlasses (7) und/oder des Kühlmittelauslasses (8) der Pumpeinrichtung (2) ausgebildetes Verschließelement (44, 46) betätigbar ist.

10. Verfahren zum Fertigen eines Funktionsmoduls (1) für einen Kühlmittelkreis eines, insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehenen, Brennstoffzellensystems, bei welchem ein Kühlmitteleinlass (9) und ein Kühlmittelauslass (10) eines Behältnisses (3), welches ein Ionenaustauschermaterial (4) aufweist, fluidisch mit einem Kühlmittelauslass (8) und einem Kühlmitteleinlass (7) einer Pumpeinrichtung (2) für das Kühlmittel gekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei zumindest ein eine Fördereinheit (6) der Pumpeinrichtung (2) aufweisender Bereich der Pumpeinrichtung (2) zumindest bereichsweise außenumfangsseitig von dem Behältnis (3) umschlossen wird.

11. Brennstoffzellensystem mit einem Behältnis (3) das in einem Kühlmittelkreis angeordnet ist, wobei das Behältnis (3) ein Ionenaustauschermaterial (4) enthält sowie einen Kühlmitteleinlass (9), der an einen Kühlmittelauslass (8) einer Kühlmittelpumpe (2) anschließbar ist, und einen Kühlmittelauslass (10), der an einen Kühlmitteleinlass (7) der Kühlmittelpumpe (2) anschließbar ist, aufweist, sodass das Behältnis (1) mit einer Pumpeinrichtung (2) des Kühlmittelkreises fluidisch koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (3) eine auf eine Fördereinheit (6) der Kühlmittelpumpe (2) abgestimmte, komplementäre Formgebung aufweist, sodass das Behältnis (3) die Fördereinheit (6) zumindest bereichsweise außenumfangsseitig umgeben kann, und wobei die Innenkontur des Behältnisses (3) an die Außenkontur der Kühlmittelpumpe (2) angepasst ist, sodass eine formschlüssige Verbindung des Behältnisses (3) mit der Kühlmittelpumpe (2) ermöglicht ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Kühlmittelkreis und einem Funktionsmodul, das insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehenen ist. Das Funktionsmodul umfasst ein Behältnis, welches ein Ionenaustauschermaterial aufweist, und eine Pumpeinrichtung für das Kühlmittel. Ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass der Pumpeinrichtung sind fluidisch mit einem Kühlmittelauslass und einem Kühlmitteleinlass des Behältnisses gekoppelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Funktionsmoduls für einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem Behältnis das in einem Kühlmittelkreis angeordnet ist.

Das Kühlmittel eines Brennstoffzellensystems soll, insbesondere im Hinblick auf die Leitfähigkeit, also im Hinblick auf im Kühlmittel gelöste Ionen, so rein wie möglich sein. Dies ist v. a. notwendig, weil ein Brennstoffzellensystem für mobile Anwendungen, also etwa für ein Fahrzeug, dazu ausgelegt ist, eine hohe Spannung zu generieren, sodass eine niedrige Leitfähigkeit des Kühlmittels eines Kühlmittelkreises des Brennstoffzellensystems im Hinblick auf den Isolationswiderstand des Kühlmittels gegenüber der Fahrzeugkarosserie gewährleistet sein muss.

Um die Reinheit des Kühlmittels sicherzustellen, ist in den Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems ein Behälter mit einem Ionenaustauschermaterial integriert. Des Weiteren kann in den Kühlkreislauf ein Filtermaterial integriert sein, welches Partikel, also Schmutz, Ablösungen und Rückstände abfängt und so insbesondere von den engen Kühlmittelkanälen fernhält, welche die Wärme vom Brennstoffzellenstapel abführen, um deren Verstopfen zu verhindern.

Die Veröffentlichung DE 112007001478 T5 der internationalen Anmeldung WO 2007148517 A1 offenbart ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Behältnis, welches ein Ionenaustauschermaterial enthält und in den Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems integriert ist. Der Kühlmittelkreis weist auch eine Kühlmittelpumpe auf. Das Behältnis ist an einem gut zugänglichen Ort in dem Brennstoffzellenfahrzeug angeordnet, um ein möglichst einfaches und bequemes Austauschen des Behältnisses, z. B. im Zuge von Wartungsarbeiten, zu ermöglichen. Als geeigneter, gut zugänglicher Orte wird z. B. der Bereich zwischen einem Stoßdämpfer und einem Kotflügel des Fahrzeugs vorgeschlagen.

Die Patentanmeldung JP 2001035519 A offenbart einen Kühlkreislauf für ein mobiles Brennstoffzellensystem, z. B. für ein Fahrzeug, mit einer Kühlmittelpumpe und einem Behältnis für Ionenaustauschermaterial. Das Behältnis ist so ausgelegt, dass es sowohl an den Kühlkreislauf angeschlossen als auch davon getrennt werden kann. Das Behältnis ist ferner in Strömungsrichtung nach der Kühlmittelpumpe in einer Nebenströmungsleitung angeordnet.

Die DE 10 2009 023 863 A1 beschreibt ein integriertes Kühlmittel-Pumpmodul, bei welchem ein Pumpengehäuse einstückig mit einem Gehäuse eines Entionisierungsfilters ausgebildet ist. Ein Kühlmitteleinlass des Filters empfängt im Betrieb der Kühlmittelpumpe Kühlmittel von der Hochdruckseite der Pumpe. Das Kühlmittel durchströmt dann ein Filterelement, und ein Kühlmittelauslass des Entionisierungsfilters ist fluidisch mit einer Niederdruckseite der Kühlmittelpumpe gekoppelt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffzellensystem mit einem Funktionsmodul der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Funktionsmoduls zu schaffen, welches eine erweiterte Funktionalität aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem mit einem Funktionsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch ein Behältnis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem umgibt das Behältnis, welches das Ionenaustauschermaterial aufweist, zumindest einen eine Fördereinheit der Pumpeinrichtung aufweisenden Bereich der Pumpeinrichtung zumindest bereichsweise außenumfangsseitig. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Fördereinheit der Pumpeinrichtung im Pumpbetrieb Wärme freisetzt. Wenn nun das Behältnis mit dem Ionenaustauschermaterial die Fördereinheit außenumfangsseitig umschließt, kann besonders gut eine Kühlung der Pumpeinrichtung sichergestellt werden, indem über das Kühlmittel, welches das Ionenaustauschermaterial durchströmt, Wärme abgeführt wird. Ebenso kann bei kalter Witterung die Fördereinheit der Pumpeinrichtung zum Übertragen von Wärme auf das Kühlmittel zu Heizzwecken beitragen. Das Funktionsmodul weist so eine erweiterte Funktionalität auf.

Zudem kann durch die Formgebung des Behältnisses, welche auf die Form zumindest der Fördereinheit der Pumpeinrichtung abgestimmt ist, sichergestellt werden, dass nur das für den Kühlmittelkreis ausgelegte und auf diesen abgestimmte Behältnis mit dem Ionenaustauschermaterial zum Einsatz kommt. Es wird so eine ordnungsgemäße Reinigung des Kühlmittels und eine hohe Funktionssicherheit sichergestellt.

Das Behältnis und die Fördereinheit der Pumpeinrichtung – oder die Pumpeinrichtung insgesamt – können jeweils gleiche geometrische Formen aufweisen, z. B. die eines Rings, eines Zylinders, eines Tellers oder dergleichen, und Querschnittsflächen des Behältnisses und zumindest der Fördereinheit können die Form eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Kreises oder dergleichen haben. Durch eine solche aufeinander abgestimmte, komplementäre Formgebung lässt sich sicherstellen, dass nur das passende Behältnis um die Fördereinheit bzw. um die Pumpeinrichtung herum Platz findet.

Da zwischen dem Kühlmitteleinlass der Pumpeinrichtung und dem Kühlmittelauslass der Pumpeinrichtung eine besonders hohe Druckdifferenz besteht, kann durch paralleles Anschließen des das Ionenaustauschermaterial aufweisenden Behältnisses an den Kühlmitteleinlass und den Kühlmittelauslass der Pumpeinrichtung ein besonders gleichmäßiger Durchfluss bzw. eine besonders gute Durchströmung des gesamten Ionenaustauschermaterials sichergestellt werden. Das fluidische Koppeln von Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass der Pumpeinrichtung und des Behältnisses miteinander sorgt also dafür, dass besonders viel Druck zum Durchströmen des Ionenaustauschermaterials zur Verfügung steht.

Es kann insbesondere eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung vorgesehen sein. Dann ist das Behältnis besonders einfach, rasch und ohne weitere Halterungen montierbar und selbst bei im Fahrbetrieb typischen Vibrationen (Rütteln) ist das Behältnis sicher an der Pumpeinrichtung gehalten.

Hierbei kann eine Feder, ein Gewinde, ein Hebel, eine Klemme oder ähnliches zum Einsatz kommen, und das Behältnis kann in Nuten, Schienen oder dergleichen geführt an der Pumpeinrichtung festlegbar sein.

Insbesondere kann das Behältnis geführt, gesteckt und/oder geschraubt und/oder rastbar an der Pumpeinrichtung befestigt werden. Das Erreichen einer gewünschten Einbauposition kann hierbei für eine Bedienperson spürbar, hörbar und/oder über einen Endanschlag der Bedienperson kommunizierbar sein. Es kann auch eine definierte Umdrehung des Behältnisses etwa um ein Viertel oder um die Hälfte einer vollen Umdrehung zum Erreichen der vorgesehenen Einbauposition notwendig sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Behältnis und zumindest die Fördereinheit der Pumpeinrichtung achsparallel angeordnet, wobei die Fördereinheit zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckungsrichtung in einem durch das Behältnis gebildeten Aufnahmeraum angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine besonders gute Wärmeübertragung von der Fördereinheit auf das Kühlmittel sicherstellen, welches das Behältnis im Betrieb des Kühlmittelkreises durchströmt. Dies gilt insbesondere, wenn das Behältnis und die Fördereinheit oder das Behältnis und die Pumpeinrichtung koaxial angeordnet sind.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Behältnis eine das Ionenaustauschermaterial aufweisende Wendel umfasst, welche zumindest um die Fördereinheit der Pumpeinrichtung außenumfangsseitig umlaufend ausgebildet ist. Dadurch lässt sich eine besonders lange Wegstrecke des Kühlmittelflusses um die Fördereinheit der Pumpeinrichtung herum sicherstellen, welche einer besonders weitgehenden Wärmeübertragung von der Fördereinheit auf das Kühlmittel zuträglich ist.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Behältnis zumindest bereichsweise mit wenigstens einer von der Pumpeinrichtung verschiedenen und im Betrieb Wärme freisetzenden Komponente des Brennstoffzellensystems in Anlage ist. Dann kann nicht nur von der Pumpeinrichtung, sondern auch von dieser weiteren Komponente gut über das von dem Kühlmittel durchströmte Behältnis Wärme abgeführt werden. Bei der Komponente kann es sich beispielsweise um einen Verdichter, einen Turbolader, ein Anodenmodul, ein Kathodenmodul und/oder eine Leistungselektronik des Brennstoffzellensystems handeln.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Behältnis im Wesentlichen trogförmig ausgebildet, wobei der die Fördereinheit der Pumpeinrichtung aufweisende Bereich der Pumpeinrichtung außenumfangsseitig und zu einer Stirnseite hin von dem Behältnis umschlossen ist. Dadurch ist ein besonders großflächiger Kontakt zwischen der Fördereinheit und dem Behältnis sichergestellt, welcher im Betrieb des Kühlmittelkreises zu einer besonders guten Kühlung führt. Zudem ist so eine besonders kompakte Bauform des Funktionsmoduls realisiert.

Das Funktionsmodul kann ein Deckelelement umfassen, mittels welchem das Behältnis zu einer Umgebung hin abschirmbar ist, wobei zwischen dem Deckelelement und dem Behältnis ein Federelement angeordnet ist, mittels welchem der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass des Behältnisses mit dem Kühlmitteleinlass und/oder dem Kühlmittelauslass der Pumpeinrichtung in Anlage bringbar ist. So ist einerseits für eine dicht sitzende fluidische Kopplung des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung gesorgt, und andererseits ist das Behältnis besonders gut vor Umgebungseinflüssen geschützt.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass des Behältnisses eine Trennschicht aufweist, welche durch das fluidische Koppeln mit dem Kühlmittelauslass und/oder dem Kühlmitteleinlass der Pumpeinrichtung mittels eines Betätigungselements zerstörbar ist. So ist vor dem Koppeln des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung durch die Trennschicht eine Verunreinigung des Ionenaustauschermaterials verhindert, und erst beim fluidischen Koppeln von Behältnis und Pumpeinrichtung wird eine Wegsamkeit für das Kühlmittel hin zu dem Ionenaustauschermaterial geschaffen. Insbesondere das Vermeiden eines Zutritts von Luftfeuchtigkeit zu dem Ionenaustauschermaterial verhindert dessen Alterung und ermöglicht so einen besonders langen Lagerzeitraum vor dem Einsatz des Behältnisses im Kühlmittelkreis. Ähnliches gilt für einen Austritt von Feuchtigkeit aus dem Ionentauschermaterial, der zu dessen zu starker Austrocknung und somit Alterung führen kann.

Die Trennschicht oder Membran kann auch nach Art einer Schutzhülle das komplette Behältnis umschließen und so das Ionenaustauschermaterial, insbesondere ein Ionenaustauscherharz, gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit und Verschmutzung abschirmen. Es kann jedoch auch zur Verhinderung einer unerwünschten Alterung des Ionenaustauschermaterials ein Vakuum in dem Behältnis vorgesehen sein. Anstelle der Trennschicht können auch Stopfen und/oder abnehmbare oder aufreißbare Folien oder dergleichen vorgesehen sein. Auch kann das Zerstören der Trennschicht alternativ über eine Bedienperson erfolgen, etwa durch Abziehen oder Aufreißen, wenn kein Betätigungselement vorgesehen ist, welches beim Einbau des Behältnisses in das Funktionsmodul für das Zerstören der Trennschicht sorgt.

Damit die Trennschicht besonders einfach und gezielt wenigstens einen Durchlass für Kühlmittel freigibt, kann insbesondere eine Perforation und/oder eine Schwächung der Trennschicht vorgesehen sein. Eine solche Perforation kann beispielsweise sternförmig ausgebildet sein, oder es kann ein Teilbereich der Trennschicht nach Art einer Klappe aufgeschwenkt werden, wenn randliche Begrenzungen der Klappe als Schwächungen der Trennschicht ausgebildet sind.

Um die Trennschicht zu zerstören, kann das etwa als Kegel oder Dorn oder dergleichen ausgebildete Betätigungselement, insbesondere auf Seiten der Pumpeinrichtung angeordnet sein, sodass beim fluidischen Koppeln des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung automatisch die Zerstörung der Trennschicht erfolgt.

Bevorzugt ist des Weiteren ein Druckbeaufschlagungselement vorgesehen, welches auf das sich in dem Behältnis befindende Ionenaustauschermaterial einen Druck ausübt. So kann die optimale Funktionalität des Ionenaustauschermaterials dauerhaft gewährleistet werden. Das Druckbeaufschlagungselement kann nach Art einer Feder ausgebildet sein, welche verhindert, dass sich in dem von dem Ionenaustauschermaterial eingenommenen Volumen ein Leervolumen ausbildet. Dadurch können eine homogene Durchströmung des Ionenaustauschermaterials erreicht und die Ausbildung von bevorzugten Strömungskanälen durch das Ionenaustauschermaterial verhindert werden. Dies verbessert die Wirkung des Ionenaustauschermaterials im Kühlmittelkreislauf.

Die Feder kann beispielsweise auf einen innerhalb des Behältnisses angeordneten, bewegbaren Kolben drücken. Es kann jedoch auch ein Filtermaterial, welches etwa als Glasfaservlies, Membran, Kunststoffgewebe, Metallgewebe oder Fritte, z. B. aus Borosilikatglas, ausgebildet sein kann, für das Zusammendrücken des Ionenaustauschermaterials sorgen, etwa indem das Filtermaterial aufquillt. Durch das Filtermaterial wird das Ionenaustauschermaterial so unter Druck in dem Behältnis zurückgehalten. Eine Verunreinigung von Komponenten des Kühlmittelkreises wird zudem durch das Filtermaterial verhindert.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Behältnis zumindest ein Betätigungselement aufweist, mittels welchem ein zum Verschließen des Kühlmitteleinlasses und/oder des Külmittelauslasses der Pumpeinrichtung ausgebildetes Verschließelement betätigbar ist.

Wenn nämlich der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass das Verschließelement aufweist, so sind der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass verschlossen, sofern das Behältnis nicht mit der Pumpeinrichtung verbunden ist. Durch einen solchen automatischen Schließmechanismus ist sichergestellt, dass beim Ersetzen des Behältnisses bereits unmittelbar nach dessen Abkoppeln von der Pumpeinrichtung das Verschließelement den zugeordneten Einlass oder Auslass verschließt. Dann können keine Verunreinigungen in das Kühlmittel eintreten. Das Verschließen wird einfach durch das Ausbauen des Behältnisses bewirkt, und beim Koppeln des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung sorgt das Betätigungselement dafür, dass das Verschließelement in eine Offenstellung bewegt wird. Das Verschließelement sorgt auch dafür, dass kein loses Ionenaustauschermaterial als Schüttgut oder in Säckchen oder dergleichen verpacktes Ionenaustauschermaterial in den Kühlmittelkreis eingebracht werden kann. Erst der Einbau des Behältnisses bewirkt nämlich das Öffnen des Verschließelements, indem das Betätigungselement das Verschließelement bewegt.

Als Verschließelement kann ein Riegel oder ein Schieber, ein Rückschlagventil, eine bewegliche Verschlussklappe, eine Drehscheibe oder dergleichen zum Einsatz kommen. Des Weiteren kann zum Bewegen des Verschließelements ein Dorn oder Stift, ein Kegel, ein Exzenter, ein Keil, eine Kugel oder Halbkugel oder ein Nocken als Betätigungselement vorgesehen sein. So kann ein besonders prozesssicheres Betätigen des Verschließelements bewirkt werden.

Zusätzlich oder alternativ zum mechanischen Betätigen des Verschließelements mittels eines Betätigungselements kann bei der Montage des Behältnisses ein Schalter betätigt werden, wobei das Betätigen des Schalters dann mittels eines Aktors für das Verschließen mittels des Verschließelements sorgt. Beispielsweise kann ein elektromechanischer Schalter wie ein Mikrokontaktschalter oder Magnetschalter einen elektrischen Kontakt öffnen bzw. schließen. Das Öffnen oder Schließen des Kontakts kann hierbei in das Freigeben oder Versperren des Kühlmitteleinlasses und/oder des Kühlmittelauslasses bewirken. Ein solcher elektrischer Kontakt kann beispielsweise als Fingerkontakt ausgebildet sein.

Das Öffnen und Schließen des elektrischen Kontakts kann zusätzlich oder alternativ dafür sorgen, dass der elektrische Energiefluss zu einer Funktionseinheit des Kühlmittelkreises beeinflusst oder unterbrochen wird. Dies kann direkt oder über ein Steuergerät erfolgen. Eine Funktionseinheit des Kühlmittelkreises, welche hierbei angesteuert wird, kann den Kühlmittelfluss beeinflussen, etwa wie eine elektrische Pumpe oder ein elektrisches Regelventil. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine weitere Förderung von Kühlmittel erfolgt, sobald das Behältnis von der Pumpeinrichtung abgekoppelt ist.

Zusätzlich oder alternativ kann ein berührungslos ansteuerbarer Schalter vorgesehen sein, etwa ein magnetisch passiver Schalter, und/oder der berührungslose Schalter kann einen Chip umfassen, wie er bei einem RFID-System (radio frequency identification, Radiofrequenzidentifikation) zum Einsatz kommt. Derartige berührungslose Schalter oder RFID-Chips können dafür sorgen, dass der Kühlmitteleinlass und/oder der Kühlmittelauslass freigegeben bzw. verschlossen wird, je nach dem ob das Behältnis mit der Pumpeinrichtung gekoppelt oder ausgebaut ist.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass durch derartige berührungslos ansteuerbare Schalter zusätzlich sichergestellt wird, dass nur das vorgesehene Behältnis mit der Pumpeinrichtung gekoppelt werden kann und andernfalls ein Betrieb des Kühlmittelkreises unterbunden wird. Dies ist insbesondere durch Verwenden eines RFID-Chips möglich. Des Weiteren kann auch ein Signal erzeugt werden, welches beispielsweise im Kombiinstrument des Fahrzeugs eine Warnmeldung aktiviert und/oder ein Starten des Brennstoffzellensystems unterbindet, wenn eine Manipulation oder der Einbau eines nicht identifizierbaren Behältnisses in das Funktionsmodul festgestellt wird. Das Signal kann des Weiteren auch Fehlercodes für Diagnosezwecke generieren, etwa bei einer Fehlersuche oder bei Kurztests.

Über das durch einen mechanischen Schalter oder einen berührungslos ansteuerbaren Schalter generierbare Signal kann auch der Zeitpunkt des Koppelns des Behältnisses mit der Pumpeinrichtung und/oder die Betriebsdauer des Behältnisses ermittelt und ein entsprechender Datenwert in einem Steuergerät abgespeichert werden. So kann auf den Zustand des Ionenaustauschermaterials, insbesondere dessen Wirksamkeit, rückgeschlossen werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der ordnungsgemäße Einbau des Behältnisses in das Funktionsmodul anhand des Vorhandenseins von Kühlmittel im Behältnis festgestellt werden. Solange nämlich das Behältnis nicht mit dem Kühlmittel in Kontakt und somit trocken ist, sind auch das Ionenaustauschermaterial und gegebenenfalls ein Filtermaterial unbenutzt. Durch den Gebrauch oder Einsatz des Ionenaustauschmaterials und gegebenenfalls des Filtermaterials, wenn also diese mit dem Kühlmittel in Kontakt kommen, erfolgt eine Änderung des Zustands dieser Materialien. Das Vorhandensein von Kühlmittel im Behältnis kann hierbei mittels einer Messeinrichtung festgestellt werden, etwa durch einen induktiven Messvorgang, bei welchem eine an oder im Bereich der Pumpeinrichtung angeordnete Spule ein jeweils unterschiedliches Magnetfeld erzeugt, je nachdem ob in dem Behältnis Kühlmittel vorhanden ist oder nicht.

Eine weitere Möglichkeit, den Zustand des Ionenaustauschermaterials und somit die Einsatzdauer desselben zu beurteilen, besteht darin, eine Wandung des Behältnisses teilweise oder komplett transparent auszuführen, sodass das Kühlmittel und das Ionenaustauschermaterial von außen sichtbar sind. So können eine Funktionsüberprüfung und Diagnose optisch erfolgen.

Es kann auch das Ionenaustauschermaterial in dem Behältnis im verbrauchten, ungesättigten Zustand farblos oder farbig sein und im gesättigten, also benutzten Zustand eine andere, insbesondere mit dem menschlichen Auge erfassbare Farbgebung aufweisen. Eine derartige Sättigungsanzeige des Ionenaustauschermaterials ist vor allem dann vorteilhaft, wenn flexible Wartungsintervalle vorgesehen sind und/oder wenn im Rahmen von Reparaturarbeiten am Kühlmittelkreis des Brennstoffzellensystems ein Kundendienst das Behältnis inspiziert.

Das Ionenaustauschermaterial kann das Behältnis vollständig oder teilweise ausfüllen. Es kann an der Innenseite einer Wand des Behältnisses befestigt sein, etwa in Taschen, oder es kann unlösbar, beispielsweise chemisch gebunden, in das Wandmaterial des Behältnisses eingebettet sein. Ferner kann es z. B. an die Wand des Behälters angeklebt sein. Wenn das Ionenaustauschermaterial nicht fest mit dem Behältnis verbunden ist, ist ein einfaches Auswechseln des Ionenaustauschermaterials ermöglicht.

Um einen einfachen und raschen Austausch des Ionenaustauschermaterials zu realisieren, kann dieses beispielsweise in einem separaten Behältnis, etwa einer Patrone oder Kartusche, untergebracht sein. Dieses Behältnis kann wiederum in dem für das Ionenaustauschermaterial und gegebenenfalls ein Filtermaterial vorgesehenen Behältnis untergebracht sein. Dann ist es möglich, das Behältnis, welches sowohl das Ionenaustauschermaterial als auch gegebenenfalls das Filtermaterial enthält, auszubauen und an einem sauberen Arbeitsplatz, insbesondere unter Reinraumbedingungen, die separate Patrone oder Kartusche oder dergleichen mit dem verbrauchten, gesättigten Ionenaustauschermaterial zu erneuern. Möglich ist aber auch der direkte Austausch der separaten Patrone oder Kartusche bei noch in das Funktionsmodul eingebautem Behältnis.

Vorzugsweise sind an dem Behältnis und/oder an der Pumpeinrichtung selbstdichtende Schnittstellen, etwa in Form von Membranen und/oder Rückschlagventilen vorgesehen, um einen Kühlmittelaustritt beim Einbau oder Ausbau des Behältnisses zu verhindern. So kann eine einfache, schnelle und saubere Montage des neuen Behältnisses gewährleistet werden, wie dies für Servicearbeiten, etwa im Rahmen der Wartung und/oder Reparatur von Vorteil ist. Dem ist es zuträglich, wenn das Behältnis schmutzsicher verpackt, transportiert und angeliefert wird, und wenn der Kühlmittelkreis lediglich kurzzeitig geöffnet wird, um das Behältnis einzubauen.

Durch die Verwendung von selbstdichtenden Schnittstellen am Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass des Behältnisses und/oder der Pumpeinrichtung kann die Länge von Verbindungsschläuchen reduziert werden. Dies wirkt sich positiv auf das Packaging und das Bauteilgewicht aus. Ein solches reduziertes Gewicht und kompaktes Packaging ist insbesondere dann günstig, wenn der Kühlmittelkreis in einem Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug zum Einsatz kommen soll.

In der Einbaulage kann das Behältnis in Bezug auf die Horizontale senkrecht oder geneigt ausgerichtet sein, oder es kann eine zu der Horizontalen im Wesentlichen parallele Ausrichtung des Behältnisses vorgesehen sein. Günstig ist zudem eine Durchströmung des Ionenaustauschermaterials mit dem Kühlmittel von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft. So kann eine besonders homogene Durchströmung gewährleistet werden.

An Materialien können für die mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden Komponenten des Funktionsmoduls beispielsweise Kunststoff, Gummi, Edelstahl, faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe oder dergleichen zum Einsatz kommen, welche mit dem üblicherweise deionisierten Kühlmittel kompatibel sind. Dies gilt auch für Verschließelemente und Betätigungselemente zum Bewegen von Verschließelementen sowie für eine etwaige, den Kühlmitteleinlass- und/oder den Kühlmittelauslass des Behältnisses verschließende Trennschicht, beispielsweise eine Folie (z. B. Versiegelungsfolie oder Verschlussfolie) oder eine Membran.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Funktionsmoduls für einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems werden ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass eines Behältnisses, welches ein Ionenaustauschermaterial aufweist, fluidisch mit einem Kühlmittelauslass und einem Kühlmitteleinlass einer Pumpeinrichtung für das Kühlmittel gekoppelt. Hierbei wird ein zumindest eine Fördereinheit der Pumpeinrichtung aufweisender Bereich der Pumpeinrichtung zumindest bereichsweise außenumfangsseitig von dem Behältnis umschlossen. Ein so gefertigtes Funktionsmodul weist eine erweiterte Funktionalität auf, da über das Behältnis, welches das Ionenaustauschermaterial enthält, im Betrieb des Kühlmittelkreises besonders gut Wärme von der Fördereinheit der Pumpeinrichtung abgeführt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem mit einem Behältnis (3) das in einem Kühlmittelkreis angeordnet ist, weist das Behältnis ein Ionenaustauschermaterial, einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass auf. Der Kühlmitteleinlass ist an den Kühlmittelauslass einer Kühlmittelpumpe anschließbar, und der Kühlmittelauslass ist an einen Kühlmitteleinlass der Kühlmittelpumpe anschließbar. Das Behältnis ist somit mit einer Pumpeinrichtung des Kühlmittelkreises fluidisch koppelbar. Hierbei weist das Behältnis eine auf eine Fördereinheit der Kühlmittelpumpe abgestimmte, komplementäre Formgebung auf, sodass das Behältnis so ausgebildet ist, dass es zumindest einen eine Fördereinheit der Pumpeinrichtung aufweisenden Bereich der Pumpeinrichtung zumindest bereichsweise außenumfangsseitig umgeben kann. Ferner ist die Innenkontur des Behältnisses an die Außenkontur der Kühlmittelpumpe angepasst ist, sodass eine formschlüssige Verbindung des Behältnisses (3) mit der Kühlmittelpumpe (2) ermöglicht ist. Ein derart ausgebildetes Behältnis kann gut wärmeleitend an der Pumpeinrichtung montiert werden, sodass besonders gut eine ggf. zusätzliche Kühlung der Pumpeinrichtung sichergestellt werden kann, indem über das Kühlmittel, welches das Ionenaustauschermaterial durchströmt, Wärme abgeführt wird. Ebenso kann bei kalter Witterung die Fördereinheit der Pumpeinrichtung zum Übertragen von Wärme auf das Kühlmittel zu Heizzwecken beitragen.

Die für einen jeweiligen Aspekt der Erfindung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für weitere Aspekte der Erfindung und umgekehrt. Des Weiteren gelten die für das erfindungsgemäße Funktionsmodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Fertigen des Funktionsmoduls.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 in einer schematischen Perspektivansicht ein Funktionsmodul für einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems, welches eine Kühlmittelpumpe und ein Ionenaustauschermaterial enthaltendes Behältnis umfasst, wobei das Behältnis die Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig über die gesamte Länge der Kühlmittelpumpe hinweg umgibt;

2 in einer schematischen Perspektivansicht ein weiteres solches Funktionsmodul, wobei das Behältnis die Kühlmittelpumpe lediglich auf einem Teil der Länge der Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig umschließt;

3 eine stirnseitige Ansicht des Funktionsmoduls gemäß 1 oder 2;

4 das Funktionsmodul mit dem die Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig und koaxial umgebenden Behältnis, wobei das Behältnis sechseckig ausgebildet ist;

5 das Funktionsmodul mit dem die Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig und koaxial umgebenden Behältnis, wobei das Behältnis im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist;

6 das Funktionsmodul mit dem die Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig und koaxial umgebenden Behältnis, wobei das Behältnis achteckig ausgebildet ist;

7 eine Schnittansicht durch das Funktionsmodul, in welcher die Durchströmung der Kühlmittelpumpe und des Behältnisses mit Kühlmittel dargestellt ist;

8 ein Funktionsmodul mit einem trogförmig ausgebildeten Behältnis, welches eine Fördereinheit der Kühlmittelpumpe außenumfangsseitig umschließt, vor der Montage des Behältnisses an die Kühlmittelpumpe;

9 das Funktionsmodul gemäß 8 im montierten Zustand;

10 ein Funktionsmodul vor der Montage des trogförmigen Behältnisses an die Kühlmittelpumpe, wobei ein Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass des Behältnisses durch Membranen verschlossen ist, welche durch auf Seiten der Kühlmittelpumpe angeordnete Dorne bei der Montage durchstoßen werden;

11 weitere mögliche Formen von Betätigungselementen, mittels welchen sich die Membranen gemäß 10 durchstoßen lassen;

12 eine erste Möglichkeit der Fixierung des Behältnisses an der Kühlmittelpumpe;

13 eine zweite Möglichkeit der Befestigung des Behältnisses an der Kühlmittelpumpe;

14 ein Funktionsmodul mit einem Behältnis, dessen Form an die Form einer durch die Kühlmittelpumpe gebildeten Aufnahme angepasst ist;

15 ein Funktionsmodul gemäß 14, bei welchem zusätzlich bei der Montage des Behältnisses an die Kühlmittelpumpe wenigstens ein Schalter betätigt wird;

16 das Freigeben einer in die Kühlmittelpumpe einmündenden Kühlmittelleitung mittels eines Riegels, welcher durch einen an dem Behältnis angeordneten Stift bewegt wird; und

17 eine weitere Möglichkeit des Öffnens eines Schiebers, durch welchen eine in die Kühlmittelpumpe einmündende Kühlmittelleitung verschlossen ist, durch die Montage des Behältnisses an die Kühlmittelpumpe.

Ein in 1 schematisch gezeigtes Funktionsmodul 1 für einen Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs umfasst eine Kühlmittelpumpe 2 und ein Behältnis 3, in welchem ein Ionenaustauschermaterial 4 angeordnet ist (vgl. 7). Zusätzlich kann in dem Behältnis 3 ein Filtermaterial 5 angeordnet sein (vgl. 7), welches dem Zurückhalten von mit dem Kühlmittel transportierbaren Partikeln z. B. des Ionentauschermaterials 4 dient.

Bei der in 1 gezeigten Variante des Funktionsmoduls 1 umgibt das Behältnis 3 die Kühlmittelpumpe 2 über die gesamte axiale Länge der Kühlmittelpumpe 2 hinweg vollständig. Die Kühlmittelpumpe 2 und das Behältnis 3 sind hierbei koaxial angeordnet.

Bei der in 2 gezeigten Variante des Funktionsmoduls 1 umgibt das Behältnis 3 die Kühlmittelpumpe 2 ebenfalls außenumfangsseitig, jedoch nicht über die gesamte Länge der Kühlmittelpumpe 2 hinweg, sondern lediglich über einen Teilbereich derselben. Jedoch ist bei diese Ausgestaltung auch ein stirnseitiges Ende der Kühlmittelpumpe 2 von dem Behältnis 3 überdeckt.

3 zeigt besonders gut die koaxiale Anordnung der Kühlmittelpumpe 2 und des die Kühlmittelpumpe 2 umschließenden Behältnisses 3.

Während die Innenkontur des Behältnisses 3 an die Außenkontur der Kühlmittelpumpe 2 angepasst ist, kann die Außenkontur des Behältnisses 3 unterschiedliche Formen aufweisen und beispielsweise sechseckig sein (vgl. 4), im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch (vgl. 5), oder es kann eine achteckige Formgebung der Außenkontur des Behältnisses 3 vorliegen (vgl. 6).

7 veranschaulicht den Strom des Kühlmittels durch die Kühlmittelpumpe 2, an welcher außenumfangsseitig das Behältnis 3 mit dem Ionenaustauschermaterial 4 und dem optionalen Filtermaterial 5 angeordnet ist. Eine Fördereinheit 6 der Kühlmittelpumpe 2 fördert das Kühlmittel von einem niederdruckseitigen Kühlmitteleinlass 7 hin zu einem hochdruckseitigen Kühlmittelauslass 8 der Kühlmittelpumpe 2. Die Fördereinheit 6 kann Schaufeln oder dergleichen umfassen, mit denen das Kühlmittel in Richtung der Strömungspfeile 11 bewegt werden kann (nicht dargestellt).

An den Kühlmittelauslass 8 der Kühlmittelpumpe 2 ist ein Kühlmitteleinlass 9 des Behältnisses 3 angeschlossen und an den Kühlmitteleinlass 7 der Kühlmittelpumpe 2 ein Kühlmittelauslass 10 des Behältnisses 3. Strömungspfeile 11 geben die Richtung des durch die Kühlmittelpumpe 2 einerseits und das Behältnis 3 andererseits strömenden Kühlmittels an. Das Behältnis 3 ist also parallel zum Kühlmitteleinlass 7 und zum Kühlmittelauslass 8 der Kühlmittelpumpe 2 an letztere angeschlossen.

Dadurch wird die besonders hohe Druckdifferenz zwischen dem Kühlmittelauslass 8 und dem Kühlmitteleinlass 7 der Kühlmittelpumpe 2 ausgenutzt, um einen Teilstrom des Kühlmittels durch das Filtermaterial 5 und das Ionenaustauschermaterial 4 hindurch zu bewegen. Dies sorgt für eine besonders gleichmäßige Durchströmung des Filtermaterials 5 und insbesondere des Ionenaustauschermaterials 4. Dennoch wird nicht der gesamte Kühlmittelstrom durch das einen großen Druckverlust mit sich bringende Ionenaustauschermaterial 4 hindurchgepumpt, sondern lediglich ein Teilstrom des Kühlmittels.

Durch die zumindest die Fördereinheit 6 außenumfangseitig zumindest bereichweise umschließende Anordnung des Behältnisses 3 an der Pumpeinrichtung 2 kann über das Behältnis 3 von der Fördereinheit 6 freigesetzte Wärme abgeführt werden. Das Behältnis 3 und insbesondere das Kühlmittel, welches das Ionenaustauschermaterial 4 und das (optionale) Filtermaterial 5 durchströmt, führt also zu einer besonders guten Kühlung der Fördereinheit 6 der Kühlmittelpumpe 2 im Betrieb des Kühlmittelkreises.

Bei dem in 8 gezeigten Funktionsmodul 1 ist das Behältnis 3 im Wesentlichen trogförmig ausgebildet, und es umschließt im an die Kühlmittelpumpe 2 montierten Zustand die Fördereinheit 6 der Kühlmittelpumpe 2 außenumfangseitig und zu einer Stirnseite 12 der Fördereinheit 6 hin.

Zunächst wird bei der Montage das Behältnis 3 entsprechend einer durch einen Bewegungspfeil 13 in 8 angegebenen Richtung auf die Fördereinheit 6 aufgesteckt, so dass der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass des Behältnisses 3 mit dem Kühlmitteleinlass 7 und dem Kühlmittelauslass 8 der Kühlmittelpumpe 2 gekoppelt werden. Hierbei sorgen Dichtringe 14 für eine dichtsitzende fluidische Kopplung des Behältnisses 3 mit der Kühlmittelpumpe 2.

Anschließend wird ein Deckel 15 auf eine Wand 16 eines Gehäuses der Kühlmittelpumpe 2 aufgeschraubt, wie dies in 8 durch einen weiteren Bewegungspfeil 17 veranschaulicht ist. Die Wand 16 umgibt hierbei wiederum das Behältnis 3 außenumfangseitig. Zwischen dem Deckel 15 und dem Behältnis 3 ist ein Druckbeaufschlagungselement, beispielsweise in Form einer Feder 18 oder eines Kissens mit einem komprimierten Gas angeordnet. Diese Feder 18 sorgt im an die Kühlmittelpumpe 2 montierten Zustand des Behältnisses 3 (vgl. 9) dafür, dass die miteinander korrespondierenden Kühlmitteleinlässe und Kühlmittelauslässe der Kühlmittelpumpe 2 und des Behältnisses 3 gegeneinander gepresst werden.

In 9 veranschaulichen die Strömungspfeile 11 den Kühlmittelstrom durch das Ionenaustauschermaterial 4, wenn der Deckel 15 auf die Wand 16 des Gehäuses der Kühlmittelpumpe 2 aufgeschraubt und die Kühlmittelpumpe 2 mit dem Behältnis 2 fluidisch gekoppelt ist.

Bei der in 10 gezeigten Variante des Funktionsmoduls 1 ist kein separater Deckel vorgesehen wie bei der Ausführungsform in 9, sondern eine äußere Wand 19 eines Gehäuses des Behältnisses 3 weist ein Schraubgewinde 20 auf. Bei der Montage wird das im Wesentlichen trogförmige Behältnis 3 zunächst entsprechend des Bewegungspfeils 13 in 10 auf die Fördereinheit 6 der Kühlmittelpumpe 2 aufgeschoben. Anschließend wird mittels des Schraubgewindes 20 das Behältnis mit dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe 2 verschraubt. Diese Schraubbewegung ist in 10 durch einen weiteren Bewegungspfeil 17 veranschaulicht.

Bei dieser Ausgestaltung des Funktionsmoduls 1 ist das Ionenaustauschermaterial 4 auf Seiten des Behältnisses 3 und das Filtermaterial 5 auf Seiten der Kühlmittelpumpe 2 angeordnet. Zudem sind der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass des Behältnisses 3 durch Membranen 21 verschlossen, solange das Behältnis 3 nicht fluidisch mit der Kühlmittelpumpe 2 gekoppelt ist. Erst beim Anbringen des Behältnisses 3 an der Kühlmittelpumpe 2 durchstoßen dann Dorne 22 oder dergleichen Betätigungselemente die Membranen 21, und die hydraulische Kopplung zwischen der Kühlmittelpumpe 2 und dem Behältnis 3 wird hergestellt.

Im Behältnis 3 ist bei dieser Ausgestaltung des Weiteren ein Druckbeaufschlagungselement etwa in Form einer Feder 23 oder eines gasgefüllten Kissens angeordnet, welche auf eine nach Art eines Kolbens bewegliche Wand 24 in dem Behältnis 3 einen Druck ausübt. Dies sorgt dafür, dass sich in dem Ionenaustauschermaterial 4 kein Leervolumen einstellt, welches ansonsten die Ausbildung von bevorzugten Strömungskanälen durch das Ionenaustauschermaterial 4 begünstigen würde.

Des Weiteren ist an dem Behältnis 3 ein Betätigungselement in Form eines Stifts 25 angeordnet, welcher zusätzlich mit einer mechanischen Codierung 26 nach Art eines Schlüsselbarts versehen sein kann. Die mechanische Codierung 26 stellt in einem solchen Fall sicher, dass nur das für die Montage an die Kühlmittelpumpe 2 vorgesehene Behältnis 3 auch tatsächlich montiert werden kann. Der Stift 25 kann bei der Montage des Behältnisses 3 an die Kühlmittelpumpe 2 ein Verschließelement, etwa in Form eines Riegels, eines Schiebers, einer Klappe oder eines Rückschlagventils betätigen und so ermöglichen, dass Kühlmittel aus der Kühlmittelpumpe 2 in das Behältnis 3 einströmen kann.

11 zeigt weitere Betätigungselemente etwa in Form einer Nadel 27, eines Kegels 28, eines Exzenters 29, eines Keils 30, einer Kugel oder Halbkugel 31 oder eines Nocken 32, welche das Durchstoßen der Membranen 21 analog der in 10 gezeigten Dorne 22 bewirken können.

Die Betätigungselemente gemäß 11 können jedoch auch analog des in 10 gezeigten Stifts 25 das Betätigen eines Verschließelements, etwa des Schiebers, des Riegels, der Klappe oder des Rückschlagventils zum Freigeben von auf Seiten der Kühlmittelpumpe 2 angeordneten Kühlmittelleitungen bewirken.

12 veranschaulicht eine Möglichkeit der Befestigung des Behältnisses 3 an der Kühlmittelpumpe 2 mittels einer Rändelschraube 33, wobei das Anbringen des Behältnisses 3 an der Kühlmittelpumpe 2 und das Anziehen eines Schraubenkopfs der Rändelschraube 33 durch jeweilige Bewegungspfeile 34, 35 veranschaulicht sind. Die Strömungspfeile 11 veranschaulichen das Durchströmen des Ionenaustauschermaterials 4 in dem Behältnis 3, wenn das Behältnis 3 im Betrieb des Kühlmittelkreises an der Kühlmittelpumpe 2 befestigt ist.

Bei der Variante des Funktionsmoduls 1 gemäß 13 ist das Behältnis 3 an der Kühlmittelpumpe 2 mittels eines Exzenters 36 befestigt. Auch hier sind das Anbringen des Behältnisses 3 an der Kühlmittelpumpe 2 und das Anziehen des Exzenters 36 durch entsprechende Bewegungspfeile 34, 35 veranschaulicht.

Bei der Variante des Funktionsmoduls 1, welche in 14 schematisch gezeigt ist, weist die Außenwand des Behältnisses 3 einen beispielsweise kegelförmigen Vorsprung 37 auf, welcher in eine entsprechende Ausnehmung 38 eingebracht ist, welche in der Außenwand des Gehäuses der Kühlmittelpumpe 2 ausgebildet ist.

Auch hier sind der Kühlmitteleinlass 9 in das Behältnis 3 und der Kühlmittelauslass 10 des Behältnisses 3, welche mit dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass der Kühlmittelpumpe 2 gekoppelt sind, durch die Membranen 21 oder dergleichen das Behältnis 3 hermetisch verschließende Trennschichten verschlossen, bis die fluidische Kopplung mit der Kühlmittelpumpe 2 hergestellt ist. Das Behältnis enthält hier sowohl das Ionenaustauschermaterial 4 als auch das Filtermaterial 5. Ein Strömungspfeil 11 veranschaulicht den Weg des Kühlmittels durch das Filtermaterial 5 und das Ionenaustauschermaterial 4 und ein Bewegungspfeil 39 die Richtung beim Montieren des Behältnisses 3 an die Kühlmittelpumpe 2.

Bei der in 15 gezeigten Ausführungsform des Funktionsmoduls 1 ist der Vorsprung 37 halbkugelförmig ausgebildet, und zudem wird durch Einbringen des Vorsprungs 37 in die Ausnehmung 38 ein elektrischer Kontaktschalter 40 geschlossen. Das Schließen des Kontaktschalters 40 kann bewirken, dass Schließelemente wie Regel, Schieber, Rückschlagventile, bewegliche Verschlussklappen, Drehscheiben oder dergleichen, welche an die Kühlmittelpumpe 2 angeschlossene Kühlmittelleitungen verschließen, geöffnet werden.

Das Betätigen des Kontaktschalters 40 kann jedoch auch bewirken, dass die (beispielsweise elektrisch angetriebene) Kühlmittelpumpe 2 erst dann mit elektrischer Energie versorgt wird, wenn der Kontaktschalter 40 geschlossen ist, und dass die Energiezufuhr unterbrochen wird, wenn das Behältnis 3 von der Kühlmittelpumpe 2 demontiert wird. Dieses Ansteuern der Kühlmittelpumpe 2 kann auch indirekt, beispielsweise über ein Steuergerät erfolgen. Der Kontaktschalter 40 kann beispielsweise als Mikrokontaktschalter oder Magnetschalter ausgebildet sein.

Zusätzlich oder alternativ kann ein berührungsloser Schalter 41 vorgesehen sein, welcher die Ausübung der oben genannten Funktionen bewirkt. Als berührungsloser Schalter 41 kann beispielsweise ein magnetischer Schalter, etwa ein magnetischer passiver Schalter (MAPPS) oder ein Chip eines RFID-Systems vorgesehen sein. Ein solcher Chip kann auch der Identifizierung des Behältnisses 3 dienen und so zusätzlich sicherstellen, dass lediglich das geeignete, zum Anschließen an die Kühlmittelpumpe 2 vorgesehene Behältnis 3 in dem Kühlmittelkreis verbaut wird.

Bei dem Funktionsmodul 1 gemäß 16 bewirkt das Montieren des Behältnisses 3, welches das Ionenaustauschermaterial 4 und das Filtermaterial 5 enthält, in eine durch einen Bewegungspfeil 42 angegebene Montagerichtung, dass ein Stift 43, welcher an dem Behältnis 3 angeordnet ist, einen Riegel 44 (nur teilweise dargestellt) nach links beiseite schiebt. Dieses Bewegen des Riegels 44 sorgt dafür, dass eine in die Kühlmittelpumpe 2 einmündende Kühlmittelleitung 45 freigegeben wird. Daraufhin kann das Kühlmittel, wie in 16 durch Strömungspfeile 11 angegeben, in die Kühlpumpe 2 einströmen und von dort in das Behältnis 3 gelangen. Der Stift 43 ist bei dieser Ausgestaltung im Bereich des Kühlmitteleinlasses in das Behältnis 3 angeordnet.

Demgegenüber ist bei der in 17 gezeigten Variante des Funktionsmoduls 1 ein zum Bewegen eines Schiebers 46 ausgebildetes Betätigungselement 47 von dem Kühlmitteleinlass 9 in das Behältnis 3 beabstandet angeordnet. Auch hier bewirkt jedoch das Betätigen des Schiebers 46 mit dem Betätigungselement 47, dass eine Kühlmittelleitung 45 freigegeben wird und das Kühlmittel – wie durch die Strömungspfeile 11 angegeben – in die Kühlmittelpumpe 2 und in das Behältnis 3 hineinströmen kann. Auch hier ist die Montagerichtung des Behältnisses 3 durch den Bewegungspfeil 42 veranschaulicht.

Der Riegel 44 und der Schieber 46 können insbesondere durch eine Rückstellfeder in eine die Kühlmittelleitung 45 verschließende Ausgangsposition bewegt werden, wenn das Behältnis 3 von der Kühlmittelpumpe 2 abgekoppelt wird.