Title:
lonentauscher-Exoskelett und Filteranordnung
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Ionentauscher-Filter für ein Kühlmittel kann ein poröses Ionentauscher-Filter-Exoskelett und Ionentauscher-Harzkügelchen enthalten. Das Exoskelett kann dazu ausgelegt sein, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen, und kann einen ersten Satz von Kanälen definieren. Die Ionentauscher-Harzkügelchen können innerhalb des ersten Satzes von Kanälen angeordnet sein.




Inventors:
MILLER STUART (US)
Application Number:
DE102013001640A
Publication Date:
08/22/2013
Filing Date:
01/31/2013
Assignee:
MANN & HUMMEL GMBH (DE)
International Classes:



Claims:
1. Ein Ionentauscher-Filter für ein Kühlmittel, mit:
einem porösen Ionentauscher-Filter-Exoskelett, das dazu geeignet ist, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen und einen ersten Satz von Kanälen zu definieren; und
Ionentauscher-Harzkügelchen, die innerhalb des ersten Satzes von Kanälen angeordnet sind.

2. Der Ionentauscher-Filter nach Anspruch 1, worin das Ionentauscher-Filter-Exoskelett eine Gesamtporösität von mindestens 50 Prozent aufweist.

3. Der Ionentauscher-Filter gemäß Anspruch 1, worin der erste Satz von Kanälen sich allgemein parallel zu einer Längsachse des Ionentauscher-Filters entlang einer Kühlmittel-Strömungsrichtung von einem Einlass des Ionentauscher-Filters zu einem Auslass des Ionentauscher-Filters erstreckt.

4. Der Ionentauscher-Filter gemäß Anspruch 3, worin das poröse Ionentauscher-Filter-Exoskelett eine erste poröse Lage enthält, die den ersten Satz von Kanälen definiert, und eine zweite poröses Lage angrenzend an die erste poröse Lage aufweist, wobei die ersten und zweiten porösen Lagen aufgewickelt sind, um das Exoskelett zu definieren.

5. Der Ionentauscher-Filter gemäß Anspruch 4, worin die zweite poröse Lage einen zweiten Satz von Kanälen definiert, der bezüglich des ersten Satzes der Kanäle allgemein quer ausgerichtet ist.

6. Der Ionentauscher-Filter nach Anspruch 5, worin die erste poröse Lage Falten aufweist, die den ersten Satz von Kanälen definieren, und worin die zweite poröse Lage Falten aufweist, die den zweiten Satz von Kanälen definieren.

7. Der Ionentauscher-Filter gemäß Anspruch 1, worin die Ionentauscher-Harzkügelchen Anoden-Harzkügelchen und Kathoden-Harzkügelchen aufweisen, wobei der Durchmesser der Anoden-Harzkügelchen nicht mehr als 10% von dem Durchmesser der Kathoden-Harzkügelchen 80 abweicht.

8. Der Ionentauscher-Filter gemäß Anspruch 1, worin ein Verhältnis zwischen der Höhe des ersten Satzes von Kanälen und dem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1 beträgt.

9. Eine austauschbare Ionentauscher-Filterkartusche für ein Kühlmittel, mit:
einer Behälterröhre, die dazu ausgelegt ist, von dem Ionentauscher-Filtergehäuse entnommen zu werden, und die einen Kühlmittel-Einlass und einen Kühlmittel-Auslass definiert;
einem Ionentauscher-Filter-Exoskelett, das innerhalb der Behälterröhre an einem Ort zwischen dem Kühlmittel-Einlass und dem Kühlmittel-Auslass befestigt ist und dazu geeignet ist, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen und einen ersten Satz von Kanälen zu definieren; und
Ionentauscher-Harzkügelchen, die innerhalb des ersten Satzes von Kanälen vorhanden sind.

10. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, worin das Exoskelett eine Gesamtporösität von mindestens 50 Prozent aufweist.

11. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, worin der erste Satz von Kanälen sich allgemein parallel zu einer Längsachse der Ionentauscher-Filterkartusche entlang einer Strömungsrichtung von dem Kühlmittel-Einlass zu dem Kühlmittel-Auslass erstreckt.

12. Die Ionentauscher-Filterkartusche nach Anspruch 11, worin das Exoskelett eine erste poröse Lage enthält, die einen ersten Satz von Kanälen definiert, und eine zweite poröse Lage angrenzend an die erste poröse Lage aufweist, wobei die ersten und zweiten porösen Lagen aufgewickelt sind, um das Exoskelett zu definieren.

13. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 12, worin die zweite poröse Lage einen zweiten Satz von Kanälen definiert, die bezüglich des ersten Satzes von Kanälen allgemein quer ausgerichtet sind.

14. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 13, worin die erste poröse Lage Falten enthält, die den ersten Satz von Kanälen definieren, und die zweite poröse Lage Falten enthält, die den zweiten Satz von Kanälen definieren.

15. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, worin die Ionentauscher-Harzkügelchen Anoden-Harzkügelchen und Kathoden-Harzkügelchen enthalten, wobei der Durchmesser der Anoden-Harzkügelchen nicht mehr als 10% von dem Durchmesser der Kathoden-Harzkügelchen 80 abweicht.

16. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, worin das Verhältnis einer Höhe des ersten Satzes von Kanälen und einem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1 beträgt.

17. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, worin die Behälterröhre eine ringförmige Wandung aufweist, die sich in Längsrichtung zwischen dem Kühlmittel-Einlass und dem Kühlmittel-Auslass erstreckt, wobei ein Kühlmittelumgehungseinlass radial durch die ringförmige Wandung definiert ist, wobei der Kühlmittel-Umgehungseinlass dazu ausgelegt ist, einen Kühlmittel-Fluss von dem Kühlmittel-Einlass zu dem Kühlmittel-Umgehungsweg innerhalb des Ionentauscher-Filtergehäuses zu ermöglichen.

18. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 9, desweiteren umfassend einen Teilchentrennfilter, der an der Behälterröhre befestigt ist und in Kommunikation mit dem Kühlmittel-Fluss ist.

19. Eine Ionentauscher-Filterkartusche für ein Kühlmittel, mit:
einer Behälterröhre, die einen Kühlmittel-Einlass und einen Kühlmittel-Auslass definiert;
einem porösen Ionentauscher-Filter-Exoskelett, das eine Gesamtporösität von mindestens 50 Prozent aufweist, und dazu ausgelegt ist, um einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen, und eine erste poröse Lage enthält, die einen ersten Satz von Kanälen definiert, die sich in einer Richtung allgemein parallel zu einer Längsachse des Ionentauscher-Filter-Exoskeletts erstrecken, und eine zweite poröse Lage angrenzend an die erste poröse Lage aufweist, wobei die ersten und zweiten porösen Lagen aufgewickelt sind, um das Exoskelett zu definieren; und
Ionentauscher-Harzkügelchen, die innerhalb des ersten Satzes von Kanälen des Exoskeletts angeordnet sind.

20. Die Ionentauscher-Filterkartusche gemäß Anspruch 19, worin die zweite poröse Lage einen zweiten Satz von Kanälen definiert, der allgemein quer bezüglich des ersten Satzes von Kanälen ausgerichtet ist.

Description:
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Anmeldung Nr. 61/594,720, die am 03. Februar 2012 angemeldet wurde. Die vollständige Offenbarung dieser oben genannten Anmeldung ist durch Verweis in diese Anmeldung mit aufgenommen.

BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft Ionentauscher-Filteranordnungen sowie ein Exoskelett für die Ionentauscher-Filteranordnung.

HINTERGRUND

Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur Verfügung, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen und nicht notwendigerweise den Stand der Technik bilden.

Die Ionentauscher-Filteranordnungen können in Kühlsystemen enthalten sein, um die Ionen aus dem Kühlmittel zu entfernen und um einen Kurzschluss in dem System zu verhindern. Externe Umgehungs-Leitungsschleifen und Filter können in dem System enthalten sein, um den Druckabfall entlang der Filteranordnung des Ionentauschers zu begrenzen und um Schwebstoffe aus dem System zu entfernen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Erfindung zur Verfügung und ist keine umfassende Offenbarung des gesamten Umfangs oder aller ihrer Merkmale.

Ein Ionentauscherfilter für ein Kühlmittel kann ein poröses Ionentauscher-Filter-Exoskelett sowie Ionentauscher-Harzkügelchen enthalten. Das Exoskelett kann dazu geeignet sein, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen und kann einen ersten Satz von Kanälen definieren. Die Ionentauscher-Harzkügelchen können innerhalb des ersten Satzes von Kanälen positioniert sein.

In einer anderen Anordnung kann eine auswechselbare Ionentauscher-Filterkartusche für ein Kühlmittel eine Behälterröhre, ein Ionentauscher-Filter-Exoskelett und Ionentauscher-Harzkügelchen aufweisen. Die Behälterröhre kann dazu geeignet sein, aus dem Ionentauscher-Filtergehäuse entnommen zu werden und kann einen Kühlmittel-Einlass und einen Kühlmittel-Auslass definieren. Das Ionentauscher-Filter-Exoskelett kann innerhalb der Behälterröhre an einem Ort zwischen dem Kühlmittel-Einlass und dem Kühlmittel-Auslass befestigt sein und kann dazu geeignet sein, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen. Das Ionentauscher-Filter-Exoskelett kann einen ersten Satz von Kanälen definieren, und die Ionentauscher-Harzkügelchen können innerhalb dieses ersten Satzes von Kanälen angeordnet sein.

In einer anderen Anordnung kann eine Ionentauscher-Filterkartusche für ein Kühlmittel eine Behälterröhre, ein poröses Ionentauscher-Filter-Exoskelett und Ionentauscher-Harzkügelchen enthalten. Die Behälterröhre kann einen Kühlmittel-Einlass und einen Kühlmittel-Auslass definieren. Das poröse Ionentauscher-Filter-Exoskelett kann eine Gesamtporösität von mindestens 50 Prozent aufweisen und kann dazu geeignet sein, einen Kühlmittel-Fluss aufzunehmen. Das poröse Ionentauscher-Filter-Exoskelett kann eine erste poröses Lage enthalten, die einen ersten Satz von Kanälen definiert, die sich in einer Richtung allgemein parallel zu einer Längsachse des Ionentauscher-Filter-Exoskelett erstrecken, sowie eine zweite poröse Lage angrenzend an die erste poröse Lage enthalten, wobei die ersten und zweiten porösen Lagen aufgerollt sind, um ein Exoskelett zu definieren. Die Ionentauscher-Harzkügelchen können innerhalb des ersten Satzes von Kanälen des Exoskeletts angeordnet sein.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der hier angegebenen Beschreibung. Die Beschreibung sowie spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung sind lediglich zum Zweck der Illustration gedacht und nicht dazu, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.

FIGUREN

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich illustrativen Zwecken ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Ausführungsformen, und sie sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.

1 ist eine Perspektivansicht einer Ionentauscher-Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Ionentauscher-Filteranordnung;

3 ist eine Querschnittsdarstellung der Ionentauscher-Filteranordnung gemäß 1 mit einem schematisch illustrierten Ionentauscher-Filter;

4 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Ionentauscher-Filterkartusche der in 1 gezeigten Ionentauscher-Filteranordnung;

5 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht des Ionentauscher-Filters der in 1 gezeigten Ionentauscher-Filteranordnung;

6 ist eine schematische, perspektivische Explosionsansicht erster und zweiter Lagen, die den in 5 gezeigten Ionentauscher-Filter bilden;

7 ist eine schematische, perspektivische Explosionsdarstellung enthaltend eine alternative zweite Lage für den Ionentauscher-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung; und

8 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeug-Brennstoffzellensystems einschließlich der Ionentauscher-Filteranordnung gemäß 1.

Korrespondierende Bezugszeichen bezeichnen korrespondierende Teile bei allen verschiedenen Ansichten der Figuren.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG

Beispielhafte Ausführungsformen werden nunmehr genauer mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Beispielhafte Ausführungsformen werden vorgestellt, so dass diese Offenbarung umfassend ist und den Schutzumfang den Fachleuten auf diesem Gebiet vollständig vermittelt. Zahlreiche spezifische Details werden angegeben, wie etwa Beispiele spezifischer Komponenten, Einrichtungen und Verfahren, um ein genaues Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist es verständlich, dass spezifische Details nicht verwandt werden müssen, dass die beispielhaften Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen ausgestaltet werden können und dass diese nicht so verstanden werden sollten, dass sie den Schutzumfang der Erfindung begrenzen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind bekannte Verfahren, bekannte Vorrichtungsstrukturen sowie bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.

Die hierin verwandte Terminologie dient hier lediglich der Beschreibung spezieller beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Die hier verwandten Singularformen ”ein”, ”eine”, und ”der”, ”die”, ”das” können dazu dienen, auch den Plural zu umfassen, falls der Kontext nicht klar auf das Gegenteil hindeutet. Die Begriffe ”enthalten”, ”enthaltend”, ”umfassend” und ”aufweisend” sind inklusiv und spezifizieren daher das Vorhandensein genannter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, und/oder Komponenten, schließen allerdings nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so zu verstehen, dass sie notwendigerweise ihre Durchführung in der beschriebenen oder dargestellten bestimmten Reihenfolge erfordern, es sei denn, eine Reihenfolge der Durchführung wird spezifisch als solche angegeben. Es ist auch selbstverständlich, dass zusätzliche oder alternative Schritte durchgeführt werden können.

Wenn ein Element oder eine Lage beschrieben wird als ”auf”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit”, oder ”gekoppelt an” ein anderes Element oder Lage, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit diesem anderen Element oder Lage sein, oder es können auch zwischenliegende Elemente oder Lagen vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element bezeichnet wird als ”direkt darauf befindlich”, ”direkt im Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit”, oder ”direkt gekoppelt an” ein anderes Element oder Schicht, sind dann keine zwischenliegenden Elemente oder Lagen vorhanden. Andere Wörter, die in der Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwandt werden, sollten auf gleiche Art und Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” im Gegensatz zu ”direkt zwischen”, ”angrenzend” im Gegensatz zu ”direkt angrenzend” usw.). Der Begriff ”und/oder”, wie er hierin verwandt wird, enthält jede und alle Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgelisteten Teile.

Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. hierin benutzt werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Lagen und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Lagen, und/oder Abschnitte nicht auf diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwandt, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von anderen Bereichen, Lagen oder Abschnitten zu unterscheiden. Begriffe, wie z. B. ”erster”, ”zweiter” und andere numerische hierin verwandte Begriffe implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies geht eindeutig aus dem Kontext hervor. Daher könnte ein erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt, wie weiter unten beschrieben, als zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt benannt sein, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.

Die Räumlichkeit betreffende Begriffe, wie z. B. ”innerhalb”, ”außerhalb”, ”unterhalb”, ”unter”, ”unterer”, ”über”, ”oberer” und ähnliche können hierin verwandt werden zur Vereinfachung der Beschreibung, um das Verhältnis eines Elements oder eines Merkmals zu anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie es in den Figuren dargestellt ist. Räumlich bezogene Begriffe mögen dazu benutzt sein, um unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung während des Gebrauchs oder während des Betriebs zu umfassen, zusätzlich zu der Ausrichtung, wie sie in den Figuren dargestellt ist. Falls die Vorrichtung z. B. in den Figuren auf den Kopf gestellt ist, wären Elemente, bezeichnet als ”unten” oder ”unterhalb” anderer Elemente oder Merkmale, dann ”oberhalb” der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Daher kann der Beispielsbegriff ”unterhalb” sowohl eine Ausrichtung oberhalb als auch unterhalb umfassen. Die Vorrichtung könnte auch anders ausgerichtet sein (um 90° gedreht oder andere Ausrichtungen) und die hierin verwandten räumlich relativen beschreibenden Begriffe werden dann entsprechend interpretiert.

Wie in den 13 gezeigt, kann eine Ionentauscher-Filteranordnung 10 ein Gehäuse 12, eine Ionentauscher-Filterkartusche 14 und einen Befestigungsmechanismus 16 enthalten. Das Gehäuse 12 kann einen allgemein zylinderförmigen Körper aufweisen mit ersten und zweiten Enden 18, 20, mit einem Ionentauscher-Filterbehälterbereich 22 und einer Kühlmittelumgehungsleitung 24, die innerhalb des Gehäuses 12 zwischen ersten und zweiten Enden 18, 20 definiert ist. Das erste Ende kann eine Öffnung 26 zur Aufnahme der Ionentauscher-Filterkartusche 14 definieren, und das zweite Ende 20 kann einen Kühlmittelauslass 28 für die Ionentauscher-Filteranordnung 10 definieren.

Die Ionentauscher-Filterkartusche 14 kann eine Behälterröhrenanordnung 30 und einen Ionentauscher-Filter 32 enthalten, der innerhalb der Behälterröhrenanordnung 30 befestigt ist. Die Behälterröhrenanordnung 30 kann eine Behälterröhre 34, eine Endkappe 36, eine Dichtung 38, Teilchentrennfilter 40 und Siebe 42 enthalten. Die Ionentauscher-Filterkartusche 14 kann aus einer Vielzahl von Polymeren gebildet sein, die während des Betriebs einen niedrigen Freisetzungswert an gesamtem organischen Kohlenstoff (TOC-Wert) haben, um die Leitfähigkeit des Kühlmittels in einem gewünschten Bereich zu halten. Die Behälterröhre 34 kann eine ringförmige Wandung 44 definieren, mit in Längsrichtung ersten und zweiten Enden 46, 48. Das erste Ende 46 in Längsrichtung kann eine Öffnung 50 definieren, die den Ionentauscher-Filter 32 aufnimmt, und das zweite Ende 48 in Längsrichtung kann eine Auslassöffnung 52 der Ionentauscher-Filterkartusche 14 definieren. Es können Umgehungseinlasse 54 für Kühlmittel radial durch diese ringförmige Wandung 44 vorhanden sein und können einen Teil der Umgehungsleitung 24 für Kühlmittel bilden.

Die Trennfilter 40 für Teilchen können innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sein und können sich in fluidischer Verbindung mit dem Kühlmittelfluss befinden, und zwar an einem Ort vor dem Auslass 28 für das Kühlmittel. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel sind die Trennfilter für Teilchen an der Ionentauscher-Filterkartusche 14 fixiert, wobei ein Trennfilter 40 für Teilchen bei der Auslassöffnung 52 und bei dem Umgehungseinlass 54 für Kühlmittel angeordnet ist. Genauer gesagt, die Trennfilter 40 für Teilchen können mittels eines Überspritzungverfahrens einstückig mit der Behälterröhre 34 ausgebildet sein. Obwohl oben als Teil einer Ionentauscher-Filterkartusche 14 beschrieben, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf derartige Anordnungen beschränkt ist. Stattdessen können ein oder mehrere Trennfilter 40 für Teilchen innerhalb des Gehäuses 12 außerhalb der Ionentauscher-Filterkartusche 14 angeordnet sein.

Die Endkappe 36 kann an dem ersten Ende 46 in Längsrichtung fixiert sein und kann einen Kühlmittel-Einlass 56 für die Ionentauscher-Filteranordnung 10 definieren. Der Einlass 56 für Kühlmittel kann mit dem Ionentauscher-Filterbehälterbereich 22 in Verbindung stehen, und er kann ebenfalls mit der Umgehungsleitung 24 für Kühlmittel über die Umgehungseinlässe 54 für Kühlmittel kommunizieren. Die Endkappe 36 kann an der Behälterröhre 34 auf vielen verschiedenen Arten befestigt sein, einschließlich durch Verschweißen, ohne darauf beschränkt zu sein. Stützelemente 58, 60 können in dem Einlass 56 für Kühlmittel bzw. in dem Auslass 28 für Kühlmittel enthalten sein. Die Dichtung 38 kann an der Endkappe 36 befestigt sein, und der Befestigungsmechanismus 16 kann sich mit dem Gehäuse 12, deren Endkappe 36 und der Dichtung 38 im Eingriff befinden, um einen abgedichteten Kühlmittelströmungsweg von dem Kühlmittel-Einlass 56 zu dem Kühlmittel-Auslass 28 zu definieren. Genauer gesagt, der Befestigungsmechanismus 16 kann die Form eines Rückhalterings aufweisen, der gewindeartig mit dem Gehäuse 12 in Eingriff steht.

Die Ionentauscher-Filteranordnung 10 kann einen ersten Kühlmittel-Strömungsweg (F1) innerhalb des Gehäuses 12 durch den Ionentauscher-Filterbehälterbereich 22 bilden, und spezieller ausgedrückt durch den Ionentauscher-Filter 32, und sie kann einen zweiten Kühlmittel-Strömungsweg (F2) innerhalb des Gehäuses 12 durch die Umgehungsleitung 24 für das Kühlmittel bilden, und zwar parallel zu dem ersten Kühlmittel-Strömungsweg (F1). Die ersten und zweiten Kühlmittel-Strömungswege (F1, F2) können sich jeweils von dem Kühlmittel-Einlass 56 zu dem Kühlmittel-Auslass 58 erstrecken. Die ringförmige Wandung 44 kann sich in Längsrichtung zwischen dem Kühlmittel-Einlass 56 und dem Kühlmittelauslass 28 erstrecken, um die ersten und zweiten Kühlmittel-Strömungswege (F1, F2) voneinander zu trennen. Der erste Kühlmittel-Strömungsweg (F1) kann einen ersten Einlass in Kommunikation mit einem zweiten Einlass definieren, der durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg (F2) am Kühlmitteleinlass 56 definiert ist. Der erste Kühlmittel-Strömungsweg (F1) kann einen ersten Auslass in Kommunikation mit einem zweiten Auslass definieren, der definiert ist durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg (F2) am Kühlmittelauslass 28. Der zweite Kühlmittel-Strömungsweg (F2) kann den ersten Kühlmittel-Strömungsweg (F1) umgeben und kann konzentrisch zu dem ersten Kühlmittel-Strömungsweg (F1) ausgebildet sein. Die Kühlmittel-Umgehungseinlässe 54 können einen passiven Strömungssteuerungsmechanismus bilden, der den Kühlmittelfluss durch die ersten und zweiten Kühlmittel-Strömungswege (F1, F2) dosiert.

In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel ist die Ionentauscher-Filterkartusche 14 innerhalb des Ionentauscher-Filterbehälterbereichs 22 angeordnet und kooperiert mit dem Gehäuse 12, um dadurch die Kühlmittel-Umgehungsleitung 24 zu bilden. Genauer gesagt, die ringförmige Wandung 44 separiert und definiert zumindest teilweise den Ionentauscher-Filterbehälterbereich 22 und die Kühlmittel-Umgehungsleitung 24. Obwohl der Ionentauscher-Filterbehälterbereich 22 und die Kühlmittel-Umgehungsleitung 24 so beschrieben worden sind, dass sie zumindest teilweise durch den Ionentauscher-Filterbehälter 14 definieret sind, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnungen beschränkt ist. Eine Vielzahl von alternativen Anordnungen liegen in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschließlich, aber nicht darauf begrenzt, der Anordnung, dass die ringförmige Wandung 44 ein Teil des Gehäuses 12 ist. Die Kühlmittel-Umgehungsleitung 24 kann an einem Ort definiert werden, der sich radial zwischen der Außenseite der ringförmigen Wandung 44 und der Innenseite des Gehäuses 12 befindet.

Die ersten und zweiten Auslässe, die durch die ersten und zweiten Kühlmittel-Strömungswege (F1, F2) gebildet werden, können sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Der zweite Kühlmittel-Strömungsweg (F2) kann einen lokalisierten Niedrigdruckbereich in dem Kühlmittelfluss erzeugen, wenn das Kühlmittel von dem zweiten Strömungsweg (F2) an dem ersten Auslass vorbei fließt. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel enthält der Auslass der Behälterröhre 34 einen ringförmigen Vorsprung 62, der sich ausgehend von einem Basisbereich 64 der Behälterröhre 34 in Längsrichtung auswärts erstreckt. Der Kühlmittel-Umgehungsfluss fließt an dem ringförmigen Vorsprung 62 vorbei und baut einen lokalisierten Niedrigdruckbereich an der Auslassöffnung 52 in der Ionentauscher-Filterkartusche 14 auf, um die Beförderung von Kühlmittel durch den Ionentauscher-Filter 32 zu unterstützen.

Der Ionentauschen-Filter 32 kann ein Ionentauscher-Filter-Exoskelett 66 und Ionentauscher-Harzkügelchen 68 enthalten. Die Siebe 42 können an den Enden des Ionentauscher-Filter-Exoskelett 66 angeordnet sein, um darin die Ionentauscher-Harzkügelchen 68 einzuschließen. Das Ionentauscher-Filter-Exoskelett 66 kann einen porösen Körper enthalten, der eine Gesamtporösität von mindestens 50 Prozent, und genauer gesagt eine Gesamtporösität von mindestens 75 Prozent aufweist. Der Ionentauscher-Filter 32 kann einen ersten Satz von Kanälen 70 definieren und die Ionentauscher-Harzkügelchen 68 können in dem ersten Satz von Kanälen 70 enthalten sein. Der erste Satz von Kanälen 70 kann sich generell parallel zu einer Längsachse (L) des Ionentauscher-Filters 32 entlang einer Kühlmittel-Strömungsrichtung (D) von einem Einlass des Ionentauscher-Filters 32 zu einem Auslass des Ionentauscher-Filters 32 erstrecken.

Das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters kann eine erste poröse Lage 72 enthalten, die den ersten Satz von Kanälen 70 definiert, und eine zweite poröse Lage 74 angrenzend an die erste poröse Lage 72 aufweisen. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel sind die ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 aus einem gefalteten offenen Medium aus Polypropylen-Spinnvlies geformt. Die ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 können aufgewickelt sein, um das Ionentauscher-Filter-Exoskelett 66 zu definieren. Die ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 können so gewickelt werden, dass geringer oder kein Schlupf zwischen den Lagen aufgrund eines Reibungseingriff auftritt, der aus der porösen Struktur der ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 resultiert. Der Reibungseingriff kann die Notwendigkeit für eine feste Verbindung zwischen den ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 mittels eines Klebstoffes eliminieren. Obwohl eine Wicklung erläutert wurde, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf derartige Anordnungen beschränkt ist, und eine Vielzahl von alternativen Formen einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, einer gestapelten Lagenanordnung ist möglich. Desweiteren kann entweder in einer gewickelten oder in einer gestapelten Anordnung das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters in Form eines Zylinders sein, wie gezeigt, oder kann eine Vielzahl von alternativen Formen aufweisen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, zylinderförmiger oder rechteckförmiger Formen.

In dem in den 46 gezeigten Beispiel kann die zweite poröse Lage 74 einen zweiten Satz von Kanälen 76 definieren, die allgemein quer bezüglich des ersten Satzes von Kanälen 70 ausgerichtet sind. Allerdings ist das, wie auch in 7 zu sehen, so zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf derartige Anordnungen beschränkt ist. Eine allgemein flache zweite Lage 174 kann z. B. anstelle der zweiten porösen Lage 74 verwandt werden. Die allgemein flache zweite Lage 174 kann porös sein, ähnlich wie die zweite poröse Lage 74. Die in 7 gezeigte erste poröse Lage 172 kann allgemein gleich der ersten porösen Lage 72 sein und wird daher der Einfachheit halber nicht beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass die Beschreibung der ersten porösen Lage 72 ebenfalls für die erste poröse Lage 172 gilt.

Die erste poröse Lage 72 kann Falten enthalten, die den ersten Satz von Kanälen 70 definieren, und die zweite poröse Lage 74 kann Falten enthalten, die den zweiten Satz von Kanälen 76 definieren. Das Verhältnis zwischen der Höhe (H1) des ersten Satzes von Kanälen 70 und dem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen 68 ist mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1. Ähnlich ist das Verhältnis zwischen der Weite (W1) des ersten Satzes von Kanälen 70 und dem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen 68 mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1. Der zweite Satz von Kanälen 76 kann ähnlich wie der erste Satz von Kanälen 70 mit einem Verhältnis zwischen der Höhe (H2) des zweiten Satzes von Kanälen 76 und dem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen 68 von mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1 ausgebildet sein, und das Verhältnis zwischen der Weite (W2) des zweiten Satzes von Kanälen 76 und dem Durchmesser der Ionentauscher-Harzkügelchen 68 beträgt mindestens 4:1 und nicht mehr als 10:1.

Die Ionentauscher-Harzkügelchen 68 können Anoden-Harzkügelchen 78 und Kathoden-Harzkügelchen 80 enthalten. Die Durchmesser der Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 können im wesentlichen gleich sein. In diesem Zusammenhang sollte der Durchmesser der Anoden-Harzkügelchen 78 nicht mehr als 10% vom Durchmesser der Kathoden-Harzkügelchen 80 abweichen. Die Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 können Mischbettharz von nuklearer Qualität aufweisen. Das vorliegende, nicht beschränkende Beispiel enthält AMBERLITE® IRN170-Harz, das kommerziell von Dow Chemical erhältlich ist.

Der Montageprozess für die Ionentauscher-Filterkartusche 14 wird mit Bezug auf die ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 aus Einfachheitsgründen beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass die Beschreibung ebenfalls auf die erste poröse Lage 172 und die zweite Lage 174 Anwendung findet. Die ersten und zweiten porösen Lagen 72, 74 können übereinander platziert und dann aufgerollt werden, um das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters zu bilden. Das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters kann dann innerhalb der Behälterröhre 34 an dem in Längsrichtung ersten Ende 46 platziert werden. Nachdem das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters im Inneren angeordnet worden ist, können in ein Ende 82 des Exoskeletts 66 des Ionentauscher-Filters Ionentauscher-Harzkügelchen 68 an dem ersten longitudinalen Ende 46b der Behälterröhre 34 eingefüllt werden.

Die Behälterröhre 34 mit dem darin platzierten Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters kann sowohl in Längsrichtung als auch in seitlicher Richtung während des Befüllvorgangs mit Ionentauscher-Harzkügelchen 68 in Vibration versetzt werden, um zu bewirken, dass die Ionentauscher-Harzkügelchen 68 in das Exoskelett 66 des Ionentauscher-Filters wandern und die ersten und zweiten Sätze von Kanälen 70, 76 füllen. Die Verwendung von Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 mit ähnlichen Durchmessern kann auf die Einlagerung der Kügelchen unterstützend wirken, wobei die Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 in einem gemischten Zustand verbleiben. Die Siebe 42 können die Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 innerhalb des Exoskeletts 66 des Ionentauscher-Filters halten. Das Sieb 42 kann nach der vollständigen Befüllung mit Kügelchen an dem Ende 82 angeordnet werden.

Die Endkappe 36 kann dann an dem in Längsrichtung ersten Ende 46 der Behälterröhre 34 befestigt werden. Wie oben angegeben, kann die Endkappe 36 an der Behälterröhre 34 mittels einer Vielzahl von Arten befestigt werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, mittels Schweißen. Die Ionentauscher-Filterkartusche 14 kann dann in das Gehäuse 12 eingebracht werden, und der Befestigungsmechanismus 16 kann dann mit der Dichtung 38 in Eingriff kommen und an dem Gehäuse 12 befestigt werden, um die Ionentauscher-Filterkartusche 14 innerhalb des Gehäuses in einer abgedichteten Anordnung zu fixieren.

Die Ionentauscher-Filterkartusche 14 kann eine austauschbare Ionentauscher-Filterkartusche sein. Der Befestigungsmechanismus 16 kann auch von dem Gehäuse 12 lösbar ausgebildet sein, um eine Entnahme und einen Austausch der Ionentauscher-Filterkartusche 14 zu ermöglichen. Daher kann das Gehäuse 12 an dem System verbleiben, und zwar ohne die Notwendigkeit des Austauschens, während die Ionentauscher-Filterkartusche 14 erneuert wird.

Die Ionentauscher-Filteranordnung 14 kann in einer Vielzahl von Systemen verwandt werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, in Fahrzeug-Brennstoffzellen-Kühlsystemen und Kühlsystemen für elektronische Komponenten, wie z. B. elektronische Schaltkreise. Die 8 illustriert die Ionentauscher-Filteranordnung 10, wie sie in einem Fahrzeug-Brennstoffzellen-System 84 eingefügt ist. Das Fahrzeug-Brennstoffzellen-System 84 kann Anoden- und Kathoden-Platten 86, 88 enthalten sowie einen Kühlmittelweg 90, der zwischen den Anoden- und Kathodenplatten 86, 88 definiert ist. Eine Kühlmittelpumpe 92 kann durch den Kühlmittelweg 90 und durch die Ionentauscher-Filteranordnung 10 Kühlmittel pumpen. Wie in 8 zu sehen, beseitigt die Einfügung der Umgehungsleitung 24 für Kühlmittel innerhalb des Gehäuses 12 die Notwendigkeit für einen externen Umgehungsweg in dem Fahrzeug-Brennstoffzellen-System 84. Die integrale Umgehung 24 für das Kühlmittel kann zusätzlich die Notwendigkeit für ein Umgehungsleitungs-Steuerungsventil beseitigen, und zwar aufgrund des passiven Strömungssteuerungsmechanismus, der von den Umgehungseinlässen 54 für Kühlmittel gebildet wird. Ein externer Teilchentrennfilter kann ebenso von dem Fahrzeug-Brennstoffzellen-System 84 eliminiert werden, und zwar aufgrund der Einfügung der Trennfilter 40 für Teilchen innerhalb der Ionentauscher-Filteranordnung 10. Desweiteren kann die Größe und die Ausrichtung des ersten Satzes von Kanälen 70 das Wandern und das Separieren der Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 unter den Bedingungen des Fahrzeugbetriebs, die zum Vibrieren der Ionentauscher-Filteranordnung 10 führen, hemmen. Die Größe und die Ausrichtung des zweiten Satzes von Kanälen 76 kann desweiteren das Wandern und das Separieren der Anoden- und Kathoden-Harzkügelchen 78, 80 unterdrücken.

Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurde zum Zwecke der Illustration und Beschreibung erstellt. Sie ist nicht dazu gedacht, allumfassend zu sein oder die Erfindung einzuschränken. Individuelle Elemente oder Merkmale eines speziellen Ausführungsbeispiels sind allgemein nicht auf dieses bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern, soweit anwendbar, untereinander austauschbar und können in einem ausgewählten Ausführungsbeispiel verwandt werden, selbst wenn dieses nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Dies kann ebenfalls in vielen Arten variiert werden. Diese Variationen sind nicht als Abweichungen der Erfindung zu verstehen, und alle diese Modifizierungen sollen vom Schutzumfang dieser Erfindung umfasst sein.