燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊及其制造方法和用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊(1)。具有離子交換材料的容器(3)和用于冷卻劑的泵裝置(2)這樣彼此流體地耦連，使得泵裝置(2)的冷卻劑入口和冷卻劑出口與容器(3)的冷卻劑出口和冷卻劑入口連接。在此，容器(3)至少局部地在外周側(cè)包圍泵裝置(2)的、至少一個具有泵裝置(2)的輸送單元的區(qū)域。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這種功能模塊(1)的方法和用于冷卻劑回路的容器(3)。
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊及其制造方法和用 于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的容器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊。該 功能模塊包括容器和用于冷卻劑的泵裝置，該容器具有離子交換材料。該泵裝置的冷卻劑 入口和冷卻劑出口與容器的冷卻劑出口和冷卻劑入口流體耦連。此外，本發(fā)明涉及一種用 于制造用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的這種功能模塊的方法以及涉及一種用于冷卻劑 回路的容器。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑應該尤其關(guān)于導電能力、也就是關(guān)于在冷卻劑中溶解的離 子盡可能地純。這首先是必要的，因為用于移動應用、也就是例如用于車輛的燃料電池系統(tǒng) 設計用于產(chǎn)生高電壓，從而必須就冷卻劑相對于車身的絕緣電阻而言確保燃料電池系統(tǒng)的 冷卻劑回路的冷卻劑的低導電能力。
[0003] 為了確保冷卻劑的純度，將具有離子交換材料的容器集成到燃料電池系統(tǒng)的冷卻 劑回路中。此外，可以將過濾材料集成到冷卻回路中，該過濾材料攔截顆粒，也就是污物、分 離物以及殘留物并且如此使顆粒尤其是遠離導出燃料電池堆的熱量的、窄的冷卻劑通道， 以便防止其堵塞。
[0004] 文獻DE102009023863A1描述了一種集成的冷卻劑泵模塊，其中泵殼體與去離子 過濾器的殼體一件式地構(gòu)成。過濾器的冷卻劑入口在冷卻劑泵的運行中由泵的高壓側(cè)接收 冷卻劑。冷卻劑隨后流過過濾元件，并且去離子過濾器的冷卻劑出口與冷卻劑泵的低壓側(cè) 流體f禹連。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的任務在于，創(chuàng)造一種開篇所述類型的功能模塊以及用于制造這樣的功能 模塊的方法，該功能模塊具有擴展的功能。
[0006] 該任務通過具有權(quán)利要求1的特征的功能模塊、通過具有權(quán)利要求10的特征的方 法以及通過具有權(quán)利要求11的特征的容器解決。本發(fā)明的具有有利改進方案的有利的設 計方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0007] 在按照本發(fā)明的功能模塊中，具有離子交換材料的容器至少局部地在外周側(cè)包圍 泵裝置的、至少一個具有泵裝置輸送單元的區(qū)域。所基于的認識在于，泵裝置的輸送單元在 泵運行中放熱?，F(xiàn)在，如果具有離子交換材料的容器在外周側(cè)包圍輸送單元，那么可以特別 好地確保泵裝置的冷卻，其方法是通過流過離子交換材料的冷卻劑將熱量導出。泵裝置的 輸送單元在冷天氣的情況下同樣可以有助于將熱量為了加熱目的傳遞到冷卻劑。該功能模 塊具有如此一個擴展的功能。
[0008] 此外通過容器的構(gòu)型（該構(gòu)型與至少泵裝置的輸送單元的形狀匹配）可以確保， 僅僅采用具有離子交換材料的、設計用于冷卻劑回路的并且與該冷卻劑回路匹配的容器。 如此就確保了冷卻劑按規(guī)定的清潔以及高的功能安全性。
[0009] 容器和泵裝置的輸送單元（或者泵裝置總體上）可以分別具有相同的幾何形狀， 例如環(huán)形、圓柱形、盤形或諸如此類形狀，以及容器并且至少輸送單元的橫截面可以具有矩 形、方形、圓形或諸如此類的形狀。通過這樣的相互匹配的互補的構(gòu)型可以確保，僅僅適合 的容器才可以圍繞輸送單元或圍繞環(huán)繞泵裝置的空間。
[0010] 因為在泵裝置的冷卻劑入口與泵裝置的冷卻劑出口之間存在特別高的壓差，所以 通過將具有離子交換材料的容器并行連接到泵裝置的冷卻劑入口和冷卻劑出口可以確保 特別均勻的流量或者特別好地流過全部離子交換材料。泵裝置和容器的冷卻劑入口和冷卻 劑出口的彼此流體耦連還用于，提供特別大的壓力來用于流過離子交換材料。
[0011] 尤其可以設置容器與泵裝置的形鎖合連接和/或力鎖合連接。那么容器可特別簡 單地、快速地并且在沒有另外的夾具或支架的情況下裝配并且自身在行駛運行中典型的振 動（顫動）中，容器安全地在泵裝置上固定。在此，可以采用彈簧、螺紋、杠桿、夾子或類似 物，并且容器可以在凹槽、軌道或諸如此類中引導地固定在泵裝置上。
[0012] 尤其可以引導地、插接地和/或螺紋連接地和/或可卡鎖地在泵裝置上固定該容 器。在此，所期望的安裝位置的到達對于操作人員是可感知的、可聽到的和/或可通過端部 止擋件通知操作人員。為到達預定的安裝位置，容器需要按規(guī)定旋轉(zhuǎn)例如一整轉(zhuǎn)的四分之 一或一半。
[0013] 在本發(fā)明的一個有利的設計方案中，容器和泵裝置的至少輸送單元軸向平行地布 置，其中，輸送單元至少在其縱向延伸方向的一部分上布置在通過容器形成的容納腔中。由 此可以確保從輸送單元到冷卻劑的特別好的熱傳遞，該冷卻劑在冷卻劑回路運行中流過該 容器。如果容器和輸送單元或者容器和泵裝置同軸地布置，則這是尤其適用的。
[0014] 此外有利的是，容器包括具有離子交換材料的螺旋線，該螺旋線至少繞泵裝置的 輸送單元在外周側(cè)上環(huán)繞地構(gòu)成。由此可以確保繞泵裝置的輸送單元的冷卻劑流特別長的 路程，該路程有利于從輸送單元到冷卻劑的尤其大規(guī)模的熱傳遞。
[0015] 已經(jīng)證實為進一步有利的是，容器至少局部地與燃料電池系統(tǒng)的至少一個與泵裝 置不同的、并且在運行中釋放熱量的構(gòu)件貼靠。隨后可以不僅從泵裝置而且從該另外的構(gòu) 件很好地通過由冷卻劑流過的容器將熱量導出。該構(gòu)件可以是例如燃料電池系統(tǒng)的壓縮 機、渦輪增壓器、陽極模塊、陰極模塊和/或功率電子裝置。
[0016] 在本發(fā)明的另一有利的設計方案中，容器基本上槽形地構(gòu)成，其中泵裝置的、具有 泵裝置的輸送單元的區(qū)域在外周側(cè)上以及在端面由容器包圍。由此確保了在輸送單元與容 器之間的特別大面積的接觸，該接觸在冷卻劑回路的運行中導致特別好的冷卻。此外，如此 實現(xiàn)了功能模塊的特別緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
[0017] 功能模塊可以包括蓋元件，借助該蓋元件容器可相對于周邊環(huán)境得到隔離，其中 在蓋元件與容器之間設有彈性元件，借助所述彈性元件容器的冷卻劑入口和/或冷卻劑出 口可以與泵裝置的冷卻劑出口和/或冷卻劑入口貼靠。因此，一方面實現(xiàn)了容器與泵裝置 密封的流體耦連，并且另一方面保護容器特別好地免受周邊環(huán)境影響。
[0018] 此外有利的是，容器的冷卻劑入口和/或冷卻劑出口具有分隔層，該分隔層通過 與泵裝置的冷卻劑出口和/或冷卻劑入口的流體耦連可借助操作元件破壞。因此，在容器 與泵裝置耦連之前通過分隔層防止離子交換材料的污染，并且僅在容器與泵裝置流體耦連 時實現(xiàn)冷卻劑朝離子交換材料的路徑通行性。避免濕氣進入到離子交換材料中尤其防止了 離子交換材料的老化并且如此實現(xiàn)了在冷卻劑回路中應用容器之前特別長的儲存時間。類 似地適用于濕氣從離子交換材料流出，該流出可以導致離子交換材料大幅的脫水并且由此 導致老化。
[0019] 分隔層或隔膜也可以根據(jù)保護罩的類型包圍整個容器并且如此隔離離子交換材 料、尤其是離子交換樹脂，以防止如濕氣和污物的外部影響。然而，也可以為了防止離子交 換材料的不期望的老化在容器中設置真空。也可以設置塞子和/或可移除或可撕開的隔膜 或諸如此類來代替分隔層。如果未設置在容器安裝到功能模塊時用于破壞分隔層的操作元 件，則還可以備選地通過操作人員來實現(xiàn)分隔層的破軍，例如通過剝除或撕開。
[0020] 為了分隔層尤其簡單地并且針對性地釋放用于冷卻劑的至少一個通道，可以尤其 設置分隔層的穿孔和/或薄弱處。這樣的穿孔可以例如星形地構(gòu)成，或者如果活門的邊緣 構(gòu)成為分隔層的薄弱處，分隔層的部分區(qū)域可以按照活門的類型擺動。
[0021] 為了破壞分隔層，可以將例如構(gòu)成為錐形件或桿或諸如此類的操作元件尤其布置 在泵裝置的側(cè)面上，從而在容器與泵裝置的流體耦連時自動實現(xiàn)分隔層的破壞。
[0022] 此外優(yōu)選地設置壓力施加元件，該壓力施加元件將壓力施加到位于在容器中的離 子交換材料上。因此可以持久地確保離子交換材料的最優(yōu)的功能。壓力施加元件可以按照 彈簧的類型構(gòu)成，其防止在由離子交換材料占據(jù)的容積中構(gòu)成空腔。由此可以實現(xiàn)離子交 換材料的均勻的流通并且防止形成通過離子交換材料的優(yōu)選的流動通道。這改善了冷卻劑 回路中的離子交換材料的效果。
[0023] 彈簧可以例如壓到設置在容器內(nèi)的可移動的活塞上。然而，也可以將過濾材料用 于離子交換材料的擠壓，例如通過過濾材料膨脹的方式，所述過濾材料例如可以構(gòu)成為玻 璃纖維無紡布、隔膜、塑料織物、金屬織物或例如由硼硅酸鹽玻璃制成的玻璃料。通過過濾 材料將離子交換材料如此在壓力下保持在容器中。此外，通過過濾材料防止冷卻劑回路的 構(gòu)件的污染。
[0024] 此外有利的是，容器具有至少一個操作元件，借助該操作元件可以操縱構(gòu)成用于 關(guān)閉泵裝置的冷卻劑入口和/或冷卻劑出口的關(guān)閉元件。也就是說如果冷卻劑入口和/或 冷卻劑出口具有關(guān)閉元件，那么一旦容器不與泵裝置連接，那么冷卻劑入口和/或冷卻劑 出口是關(guān)閉的。通過這樣的自動的關(guān)閉機制確保了，在更換容器時，關(guān)閉元件已經(jīng)直接在泵 裝置的脫耦之后關(guān)閉所屬的入口或出口。那么沒有污物可以進入到冷卻劑中。關(guān)閉簡單地 通過容器的拆卸引起，并且在容器與泵裝置的耦連中操作元件用于將關(guān)閉元件移動到打開 位置。關(guān)閉元件也用于，使得沒有松散的離子交換材料作為散料或者以小袋或者諸如此類 包裝的離子交換材料的形式能夠被引入到冷卻劑回路中。僅僅容器的安裝引起關(guān)閉元件的 打開，其方法是操作元件移動關(guān)閉元件。
[0025] 可以采用鎖銷或滑閥、止回閥、可運動的封蓋、轉(zhuǎn)動盤或諸如此類作為關(guān)閉元件。 此外，可以為了移動關(guān)閉元件而設置桿或銷、錐形件、偏心件、楔形件、球或半球或凸輪作 為操作元件。由此可以實現(xiàn)關(guān)閉元件的特別是過程安全的操作。
[0026] 附加或備選于借助操作元件機械地操作關(guān)閉元件，可以在裝配容器時操作開關(guān)， 其中然后為了借助關(guān)閉元件關(guān)閉，借助促動器操作開關(guān)。例如，電機械的開關(guān)，如微接觸開 關(guān)或磁開關(guān)可以打開或閉合電氣觸頭。在此，觸頭的打開和閉合可以引起冷卻劑入口和/ 或冷卻劑出口的釋放或閉鎖。這樣的電氣觸頭可以構(gòu)成為例如指形觸點。
[0027] 電氣觸頭的打開和閉合可以附加或備選地用于，影響或中斷到冷卻劑回路的功能 單元的電氣能量流。這可以直接或通過控制裝置實現(xiàn)。在此，受控的冷卻劑回路的功能單 元可以影響冷卻劑流，所述功能單元例如是電氣的泵或電氣的調(diào)節(jié)閥。由此可以確保，一旦 容器與泵裝置脫耦，不再繼續(xù)輸送冷卻劑。
[0028] 附加或備選地可以設置非接觸式的可控的開關(guān)，例如磁式的無源開關(guān)，和/或非 接觸式的開關(guān)可以包括芯片，該芯片如在RFID系統(tǒng)（無線射頻識別）中應用的那樣。這種 類型的非接觸式的開關(guān)或RFID芯片可以用于，取決于容器與泵裝置是否耦連或拆卸釋放 或關(guān)閉冷卻劑入口和/或冷卻劑出口。
[0029] 然而也可以規(guī)定，通過這種類型的非接觸式的可控的開關(guān)附加地確保，只有規(guī)定 的容器可以與泵裝置耦連，并且否則中斷冷卻劑回路的運行。這尤其通過RFID芯片的使 用來實現(xiàn)。此外，如果發(fā)現(xiàn)一個不可識別的容器操縱或安裝到該功能模塊中也可以產(chǎn)生信 號，該信號例如在車輛的組合儀器中激活警告消息和/或禁止燃料電池系統(tǒng)的起動。此外， 該信號也可以生成用于診斷目的的故障代碼，例如在故障查找或短時測試時。
[0030] 通過可以由機械開關(guān)或非接觸式的可控的開關(guān)所生成的信號也可以確定容器與 泵裝置耦連的時刻和/或容器的運行持續(xù)時間并且在控制裝置中存儲相應的數(shù)據(jù)值。如此 可以推斷離子交換材料的狀態(tài)，特別是其效果。
[0031] 按照本發(fā)明的另一方面，可以根據(jù)冷卻劑在容器中的存在來確定將容器按規(guī)定安 裝到功能模塊中。也就是說，假如容器不與冷卻劑接觸并且由此是干燥的，那么離子交換材 料并且可能過濾材料也是未使用的。通過離子交換材料并且必要時過濾材料的消耗或使 用，也就是說與冷卻劑接觸，實現(xiàn)了這些材料狀態(tài)的變化。冷卻劑在容器中的存在可以在此 借助測量裝置進行確定，例如通過感應式測量過程，其中布置在泵裝置的區(qū)域上或中的線 圈根據(jù)在容器中是否存在冷卻劑產(chǎn)生分別不同的磁場。
[0032] 判斷離子交換材料的狀態(tài)并由此判斷離子交換材料的使用持續(xù)時間的另一種可 能在于，將容器的壁構(gòu)成為部分地或完全地透明，從而可以從外面看見冷卻劑和離子交換 材料。如此可以通過視覺方式實現(xiàn)功能檢查和診斷。
[0033] 在容器中的離子交換材料在耗盡的不飽和的狀態(tài)下也可以是無顏色或有顏色的， 并且在飽和也就是使用的狀態(tài)下可以具有其它的、尤其以肉眼可看到的著色。如果設置靈 活的維護間隔和/或如果在燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路上維修工作的范圍中客服人員檢 查容器，那么離子交換材料的這樣的飽和顯示首先是有利的。
[0034] 離子交換材料可以完全或部分填充容器。離子交換材料可以固定在容器的壁的內(nèi) 側(cè)上，例如在袋中，或者可以不可拆卸地例如化合地嵌入到容器的壁材料中。此外，例如可 以將離子交換材料粘到容器的壁上。如果離子交換材料不固定地與容器連接，則實現(xiàn)了離 子交換材料的簡單的更換。
[0035] 為了實現(xiàn)離子交換材料的簡單和快速更換，可以將離子交換材料例如布置在一個 獨立的容器中，例如布置在濾芯或筒中。該容器又可以安置在設計用于離子交換材料的并 且必要時設計用于過濾材料的容器中。然后可能的是，拆卸不僅包含離子交換材料而且必 要時包含過濾材料的容器，并且在清潔的工作空間、尤其在清潔空間條件下更新具有耗盡 的飽和的離子交換材料的獨立的濾芯或筒或諸如此類。但是也可能的是，在容器仍安裝在 功能模塊中的情況下直接更換獨立的濾芯或筒。
[0036] 優(yōu)選地在容器上和/或在泵裝置上設置例如隔膜和/或止回閥形式的、自密封的 接口，以便防止冷卻劑在安裝或拆卸容器時流出。如此，可以確保簡單、快速以及干凈地裝 配新的容器，如這對于維護工作，例如在維護和/或維修的范圍中是有利的。如果該容器防 污物地包裝、運輸和供貨，并且如果僅僅短時地打開冷卻劑回路，以便安裝容器，那么對此 是有利的。
[0037] 通過在容器和/或泵裝置的冷卻劑入口和冷卻劑出口上應用自密封的接口可以 減小連接軟管的長度。這正面地影響包裝和構(gòu)件重量。如果冷卻劑回路應該在用于車輛的 燃料電池系統(tǒng)中應用，那么這樣減小的重量和緊湊的包裝是尤其有利的。
[0038] 在安裝位置，容器可以關(guān)于水平線堅直或傾斜地定向，或者可以設置容器與水平 線基本上平行的定向。此外有利的是，冷卻劑由下向上流過離子交換材料，也就是與重力相 反。由此可以確保特別均勻的流通。
[0039] 關(guān)于材料可以對與功能模塊的與冷卻劑接觸的構(gòu)件應用例如塑料、橡膠、不銹鋼、 纖維強化的塑料、尤其是玻璃纖維強化的塑料或諸如此類，這些材料與常規(guī)的去離子冷卻 劑兼容。這也適用于關(guān)閉元件和用于移動關(guān)閉元件的操作元件，以及適用于可能的關(guān)閉容 器的冷卻劑入口和/或冷卻劑出口的分隔層，例如薄膜（例如密封薄膜或封閉薄膜）或隔 膜。
[0040] 在按照本發(fā)明的、用于制造用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊的方法 中，容器的冷卻劑入口和冷卻劑出口與用于冷卻劑的泵裝置的冷卻劑出口和冷卻劑入口流 體耦連，該容器具有離子交換材料。在此，所述容器至少局部地在外周側(cè)包圍泵裝置的、至 少一個具有泵裝置的輸送單元的區(qū)域。如此制造的功能模塊具有擴展的功能，因為通過包 含離子交換材料的容器可以在冷卻劑回路的運行中特別好地將熱量從泵裝置的輸送單元 導出。
[0041] 在按照本發(fā)明的，尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的容器中，該 容器具有離子交換材料、冷卻劑入口以及冷卻劑出口。該容器與冷卻劑回路的泵裝置可流 體耦連。在此，容器這樣構(gòu)成，使得該容器至少局部地在外周側(cè)包圍泵裝置的、至少一個具 有泵裝置的輸送單元的區(qū)域。這樣構(gòu)成的容器可以良好導熱地裝配在泵裝置上，從而可以 特別好地確保泵裝置的必要時附加的冷卻，其方法是通過流過離子交換材料的冷卻劑將熱 量導出。同樣可以在冷天氣下泵裝置的輸送單元有助于出于加熱目的將熱量傳遞到冷卻 劑。
[0042] 對于本發(fā)明相應的方面所述的優(yōu)選實施形式和優(yōu)點也適用于本發(fā)明其它的方面， 并且反之亦然。此外，對于按照本發(fā)明的功能模塊所述的優(yōu)點和優(yōu)選實施形式也適用于按 照本發(fā)明的、用于制造功能模塊的方法。
[0043] 以上在描述中所述的特征和特征組合以及以下在附圖描述中所述的和/或在附 圖中單獨示出的特征和特征組合不僅僅可以在分別給出的組合中而且可以在其它組合中 或獨自地應用，而不會脫離本發(fā)明的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細節(jié)由權(quán)利要求、下文對優(yōu)選實施形式的描述以及根 據(jù)附圖得出，其中相同或功能相同的元件設有相同的附圖標記。其中：
[0045] 圖1在示意的透視圖中示出了用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊，該燃 料電池系統(tǒng)包括冷卻劑泵和包含離子交換材料的容器，其中，該容器在外周側(cè)上在冷卻劑 泵的整個長度上包圍冷卻劑泵；
[0046] 圖2在示意透視圖中示出了另一這樣的功能模塊，其中該容器僅僅在冷卻劑泵的 長度的一部分上在外周側(cè)上包圍冷卻劑泵；
[0047] 圖3示出了按照圖1或2的功能模塊的端面視圖；
[0048] 圖4示出了功能模塊，該功能模塊具有在外周側(cè)上并且同軸地包圍冷卻劑泵的容 器，其中，該容器六角形地構(gòu)成；
[0049] 圖5示出了功能模塊，該功能模塊具有在外周側(cè)上并且同軸地包圍冷卻劑泵的容 器，其中，該容器基本上矩形地構(gòu)成；
[0050] 圖6示出了功能模塊，該功能模塊具有在外周側(cè)上并且同軸地包圍冷卻劑泵的容 器，其中，該容器八角形地構(gòu)成；
[0051] 圖7示出了功能模塊的截面圖，其中示出了冷卻劑流過冷卻劑泵和容器；
[0052] 圖8示出了在將容器裝配到冷卻劑泵上之前的功能模塊，該功能模塊具有槽形構(gòu) 成的容器，該容器在外周側(cè)上包圍冷卻劑泵的輸送單元；
[0053] 圖9示出了在裝配狀態(tài)下的、按照圖8的功能模塊；
[0054] 圖10示出了在將槽形的容器裝配到冷卻劑泵上之前的功能模塊，其中通過隔膜 關(guān)閉容器的冷卻劑入口和冷卻劑出口，該隔膜在裝配時通過布置在冷卻劑泵的側(cè)面上的桿 刺穿；
[0055] 圖11示出了操作元件的其它可能的形式，借助操作元件可以刺穿按照圖10的隔 膜；
[0056] 圖12示出了在冷卻劑泵上固定容器的第一種可能方式；
[0057] 圖13示出了在冷卻劑泵上固定容器的第二種可能方式；
[0058] 圖14示出了具有容器的功能模塊，該容器的形狀與通過冷卻劑泵形成的容納部 的形狀相匹配；
[0059] 圖15示出了按照圖14的功能模塊，其中附加地在將容器裝配到冷卻劑泵上時操 作至少一個開關(guān)；
[0060] 圖16示出了借助鎖銷釋放通到冷卻劑泵中的冷卻劑管路，該鎖銷通過布置在容 器上的銷釘?shù)靡砸苿?；以?br> [0061] 圖17示出了通過將容器裝配到冷卻劑泵上打開滑閥的另一種可能方式，通過該 滑閥來關(guān)閉通到冷卻劑泵中的冷卻劑管路。

【具體實施方式】
[0062] 在圖1中示意性示出的用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊1，其 包括冷卻劑泵2和容器3,離子交換材料4布置在該容器中（參照圖7)。附加地可以在容 器3中布置過濾材料5 (參照圖7)，該過濾材料用于截住例如離子交換材料4的、能夠與冷 卻劑一起輸送的顆粒。
[0063] 在圖1中示出的功能模塊1的變型中，容器3在冷卻劑泵2的整個軸向長度上完 全包圍冷卻劑泵2。在此，冷卻劑泵2和容器3同軸地布置。
[0064] 在圖2中示出的功能模塊1的變型中，容器3同樣在外周側(cè)上包圍冷卻劑泵2,然 而沒有在冷卻劑泵2的整個長度上而是僅僅在其部分區(qū)域上包圍冷卻劑泵2。然而，在該設 計方案中，容器3也覆蓋冷卻劑泵2的端側(cè)的端部。
[0065] 圖3尤其好地示出了冷卻劑泵2和包圍冷卻劑泵2的容器3的同軸布置。
[0066] 容器3的內(nèi)輪廓與冷卻劑泵2的外輪廓相匹配，而容器3的外輪廓可以具有不同 的形狀并且例如是六角形的（參照圖4)，基本上矩形的或方形的（參照圖5)，或者可以存 在容器3的外輪廓的八角形的構(gòu)型（參照圖6)。
[0067] 圖7示出了經(jīng)過冷卻劑泵2的冷卻劑流，在該冷卻劑泵上在外周側(cè)上設置容器3， 容器3具有離子交換材料4和可選擇的過濾材料5。冷卻劑泵2的輸送單元6從低壓側(cè)的 冷卻劑入口 7朝冷卻劑泵2的高壓側(cè)的冷卻劑出口 8輸送冷卻劑。輸送單元6可以包括葉 片或諸如此類，借助它們可以使冷卻劑沿流動箭頭11的方向移動（未示出）。
[0068] 容器3的冷卻劑入口 9連接到冷卻劑泵2的冷卻劑出口 8上，而容器3的冷卻劑 出口 10連接到冷卻劑泵2的冷卻劑入口 7上。流動箭頭11給出了一方面流過冷卻劑泵2 而另一方面流過容器3的冷卻劑的方向。容器3因此與冷卻劑泵2的冷卻劑入口 7和冷卻 劑出口 8平行地連接到后者。
[0069] 由此，利用了冷卻劑泵2的冷卻劑出口 8與冷卻劑入口 7之間的特別高的壓差，以 便移動冷卻劑的子流穿過過濾材料5和離子交換材料4。這有助于過濾材料5并且尤其是 離子交換材料4的特別均勻的流通。盡管如此，不是所有冷卻劑流，而是僅僅冷卻劑的子流 被泵送通過帶來大的壓力損耗的離子交換材料4。
[0070] 通過容器3在外周側(cè)上至少局部包圍至少輸送單元6地布置在冷卻劑泵2上，可 以經(jīng)由容器3導出由輸送單元6釋放的熱量。容器3并且尤其是流過離子交換材料4和 (可選擇的）過濾材料5的冷卻劑導致在冷卻劑回路運行中冷卻劑泵2的輸送單元6的特 別好的冷卻。
[0071] 在圖8中示出的功能模塊1中，容器3基本上槽形地構(gòu)成，并且該容器在裝配到冷 卻劑泵2上的狀態(tài)下在外周側(cè)上并且在輸送單元6的端側(cè)12包圍冷卻劑泵2的輸送單元 6〇
[0072] 首先，在裝配中將容器3根據(jù)通過圖8中的運動箭頭13給出的方向插套到輸送單 元6上，從而使容器3的冷卻劑入口和冷卻劑出口與冷卻劑泵2的冷卻劑入口 7和冷卻劑 出口 8耦連。在此，密封環(huán)14用于容器3與冷卻劑泵2的處于密封的流體耦連。
[0073] 隨后，將蓋15螺紋連接到冷卻劑泵2的殼體的壁16上，如在圖8中通過另一運動 箭頭17所示的那樣。在此，壁16又在外周側(cè)上包圍容器3。在蓋15與容器3之間設置有 壓力施加元件，例如以彈簧18或具有壓縮的氣體的緩沖墊的形式。在容器3裝配到冷卻劑 泵2上的狀態(tài)下（參見圖9)，該彈簧18用于將冷卻劑泵2和容器3的彼此相應的冷卻劑入 口和冷卻劑出口相對彼此壓緊。
[0074] 在圖9中，當蓋15螺紋連接到冷卻劑泵2的殼體的壁16上并且冷卻劑泵2與容 器2流體耦連時，流動箭頭11示出了通過離子交換材料4的冷卻劑流。
[0075] 在圖10中示出的功能模塊1的變型中，未設置如在圖9中的實施形式中那樣的單 獨的蓋，而是容器3的殼體的外壁19具有螺紋20。在裝配中，基本上槽形的容器3首先按 照在圖10中的運動箭頭13推到冷卻劑泵2的輸送單元6上。隨后，借助螺紋20將容器與 冷卻劑泵2的殼體螺紋連接。該螺紋連接運動在圖10中通過另一運動箭頭17示出。
[0076] 在功能模塊1的該設計方案中，離子交換材料4布置在容器3這側(cè)上，而過濾材料 5布置在冷卻劑泵2這側(cè)上。此外，容器3的冷卻劑入口和冷卻劑出口通過隔膜21關(guān)閉，只 要容器3未與冷卻劑泵2流體耦連。僅當在冷卻劑泵2上安裝容器3時，那么桿22或相同 的操作元件刺穿隔膜21，并且在冷卻劑泵2與容器3之間建立液壓耦連。
[0077] 此外在該設計方案中，在容器3中布置例如彈簧23或充氣墊的形式的壓力施加元 件，其施加壓力到在容器3中按活塞的類型可移動的壁24上。這用于在離子交換材料4中 不產(chǎn)生空腔，該空腔否則有利于形成經(jīng)過離子交換材料4的優(yōu)選的流動通道。
[0078] 此外，在容器3上布置銷釘25形式的操作元件，該銷釘可以附加地設置按鑰匙齒 的形式的機械編碼件26。在這樣的情況下，機械編碼件26確保了，僅有設計用于裝配到冷 卻劑泵2上的容器3才可以在實際上得到裝配。在將容器3裝配到冷卻劑泵2時，銷釘25 可以操作例如鎖銷、滑閥、活門或止回閥形式的關(guān)閉元件，并且因此使得冷卻劑可以從冷卻 劑泵2流入到容器3中。
[0079] 圖11示出了例如以針27、錐形件28、偏心件29、楔形件30、球或半球31或凸起部 32形式的另一操作元件，它們可以類似于在圖10中示出的桿22那樣實現(xiàn)隔膜21的刺穿。
[0080] 然而，按照圖11的操作元件也可以類似于在圖10中示出的銷釘25那樣引起對關(guān) 閉元件的操作，用于釋放布置在冷卻劑泵2的側(cè)面上的冷卻劑管路，該關(guān)閉元件例如為滑 閥、鎖銷、活門或止回閥。
[0081] 圖12示出了借助滾花螺釘33在冷卻劑泵2上固定容器3的可能方式，其中通過 相應的運動箭頭34、35示出了在冷卻劑泵2上固定容器3以及拉緊滾花螺釘33的螺釘頭。 當容器3在冷卻劑回路的運行中固定在冷卻劑泵2上時，流動箭頭11示出了在容器3中離 子交換材料4的流通。
[0082] 在按照圖13的功能模塊1的變型中，借助偏心件36將容器3固定在冷卻劑泵2 上。而且在此通過相應的運動箭頭34、35示出容器3在冷卻劑泵2上的安裝以及偏心件36 的拉緊。
[0083] 在圖14示意性示出的功能模塊1的變型中，容器3的外壁具有例如錐形的突出部 37,該突出部引入到相應的凹槽38中，該凹槽構(gòu)成在冷卻劑泵2的殼體的外壁中。
[0084] 而且在此，容器3的冷卻劑入口 9和容器3的冷卻劑出口 10 (它們與冷卻劑泵2 的冷卻劑入口和冷卻劑出口耦連）通過隔膜21或諸如此類密封地關(guān)閉容器3的分隔層封 閉，直至與冷卻劑泵2建立流體耦連。在此，該容器不僅包含離子交換材料4而且包含過濾 材料5。流動箭頭11示出了冷卻劑通過過濾材料5和離子交換材料4的路徑，而運動箭頭 39示出了在將容器3裝配到冷卻劑泵2上時的方向。
[0085] 在功能模塊1的在圖15中示出的實施形式中，突出部37構(gòu)成為半球形，并且還通 過將突出部37引入到凹槽38中閉合電氣的接觸開關(guān)40。接觸開關(guān)40的閉合可以引起打 開關(guān)閉元件，如鎖銷、滑閥、止回閥、可運動的封蓋、轉(zhuǎn)動盤或諸如此類，它們關(guān)閉連接到冷 卻劑泵2的冷卻劑管路。
[0086] 然而，接觸開關(guān)40的操作也可以引起，（例如電驅(qū)動的）冷卻劑泵2僅僅當閉合 接觸開關(guān)40時被供以電能；而當由冷卻劑泵2拆卸容器3時中斷電能供應。冷卻劑泵2的 該控制也可以間接地例如通過控制裝置實現(xiàn)。接觸開關(guān)40可以例如構(gòu)成為微接觸開關(guān)或 磁開關(guān)。
[0087] 附加地或備選地，可以設置非接觸式的開關(guān)41，該非接觸式的開關(guān)引起上述功能 的執(zhí)行。作為非接觸式的開關(guān)41可以例如設有磁開關(guān)、例如磁式的無源開關(guān)（MAPPS)或 RFID系統(tǒng)的芯片。這樣的芯片也可以用于容器3的識別容器并且如此附加地確保了，僅將 適合的、設計用于連接到冷卻劑泵2的容器3安裝在冷卻劑回路中。
[0088] 在按照圖16的功能模塊1中，包含離子交換材料4和過濾材料5的容器3沿著 通過運動箭頭42給出的裝配方向的裝配使得布置在容器3上的銷釘43向左邊推動鎖銷 44(僅僅部分地示出）。鎖銷44的該運動用于釋放通到冷卻劑泵2中的冷卻劑管路45。隨 后，冷卻劑可以如在圖16中通過流動箭頭11所示的那樣流入到冷卻劑泵2中并且從冷卻 劑泵到達容器3。在該設計方案中，銷釘43布置在容器3中的冷卻劑入口的區(qū)域中。
[0089] 與之相對地，在圖17所示出的功能模塊1的變型中，一個構(gòu)成為用于移動滑閥46 的操作元件47與到容器3中的冷卻劑入口 9間隔地布置。然而在此，滑閥46借助操作元件 47的操作引起了冷卻劑管路45被釋放，并且冷卻劑（如通過流動箭頭11所示的那樣）可 以流入到冷卻劑泵2中和容器3中。而且在此，通過運動箭頭42示出容器3的裝配方向。
[0090] 如果容器3與冷卻劑泵2脫耦，那么鎖銷44和滑閥46可以尤其通過復位彈簧移 動到關(guān)閉冷卻劑管路45的初始位置。
[0091] 附圖標記清單
[0092] 1功能模塊
[0093] 2冷卻劑泵
[0094] 3 容器
[0095] 4離子交換材料
[0096] 5過濾材料
[0097] 6輸送單元
[0098] 7冷卻劑入口
[0099] 8冷卻劑出口
[0100] 9冷卻器入口
[0101] 10冷卻劑出口
[0102] 11流動箭頭
[0103] 12 端面
[0104] 14運動箭頭
[0105] 15 蓋
[0106] 16 壁
[0107] 17運動箭頭
[0108] 18 彈簧
[0109] 19 壁
[0110] 20 螺紋
[0111] 21 隔膜
[0112] 22 桿
[0113] 23 彈簧
[0114] 24 壁
[0115] 25 銷釘
[0116] 26編碼件
[0117] 27 針
[0118] 28錐形件
[0119] 29偏心件
[0120] 30楔形件
[0121] 31 半球
[0122] 32 凸輪
[0123] 33滾花螺釘
[0124] 34運動箭頭
[0125] 35運動箭頭
[0126] 36偏心件
[0127] 37 突起
[0128] 38 凹槽
[0129] 39運動箭頭
[0130] 40接觸開關(guān)
[0131] 41 開關(guān)
[0132] 42運動箭頭
[0133] 43 銷釘
[0134] 44 鎖銷
[0135] 45冷卻劑管路
[0136] 46 滑閥
[0137] 47操作元件
【權(quán)利要求】
1. 一種用于尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊，包括：容器 (3)，所述容器具有離子交換材料（4);用于冷卻劑的泵裝置（2)，其中，所述泵裝置（2)的冷 卻劑入口（7)和冷卻劑出口（8)與所述容器（3)的冷卻劑出口（10)和冷卻劑入口（9)流 體耦連，其特征在于，所述容器（3)至少局部地在外周側(cè)包圍所述泵裝置（2)的、至少一個 具有泵裝置（2)的輸送單元（6)的區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)與泵裝置（2)的至少輸 送單元（6)軸向平行地、尤其是同軸地布置，其中，所述輸送單元（6)至少在其縱向延伸方 向的一部分上布置在通過容器（3)形成的容納腔中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)包括具有離子交換 材料（4)的螺旋線，所述螺旋線至少繞所述泵裝置（2)的輸送單元（6)在外周側(cè)上環(huán)繞地 構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)至少局部地與 所述燃料電池系統(tǒng)的至少一個與泵裝置（2)不同的、并且在運行中釋放熱量的構(gòu)件貼靠。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)基本上槽形地 構(gòu)成，其中，泵裝置（6)的、具有泵裝置（2)輸送單元（6)的所述區(qū)域在外周側(cè)上以及在端 側(cè)（12)由容器（3)包圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的功能模塊，其特征在于蓋元件（15)，所述容器（3) 能夠借助所述蓋元件相對于周邊環(huán)境得到隔離，其中，在蓋元件（15)與容器（3)之間設置 有彈性元件（18)，借助于該彈性元件能使容器（3)的冷卻劑入口和/或冷卻劑出口與泵裝 置⑵的冷卻劑出口⑶和/或冷卻劑入口⑵貼靠。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)的冷卻劑入 口（9)和/或冷卻劑出口（10)具有分隔層（21)，所述分隔層通過與泵裝置⑵的冷卻劑出 口⑶和/或冷卻劑入口（7)的流體耦連能借助尤其布置在泵裝置（2)這側(cè)上的操作元件 (22)破壞。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的功能模塊，其特征在于壓力施加元件（23)，所述壓 力施加元件將壓力施加到位于容器（3)中的離子交換材料（4)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的功能模塊，其特征在于，所述容器（3)具有至少一個 操作元件，該操作元件尤其構(gòu)成為桿或銷（25)或錐形件（28)或偏心件（29)或楔形件（30) 或球（31)或凸起部（32)，借助所述操作元件能操作被設計用于關(guān)閉泵裝置（2)的冷卻劑入 口（7)和/或冷卻劑出口（8)的關(guān)閉元件（44、46)。
10. -種用于制造尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的功能模塊（1)的 方法，其中，容器（3)的冷卻劑入口（9)和冷卻劑出口（10)與用于冷卻劑的泵裝置（2)的 冷卻劑出口（8)和冷卻劑入口（7)流體耦連，所述容器具有離子交換材料（4)，其特征在于， 在此，所述泵裝置（2)的、至少一個具有泵裝置（2)輸送單元（6)的區(qū)域至少局部地在外周 側(cè)由所述容器⑶包圍。
11. 一種用于尤其設計用于車輛的燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑回路的容器（3)，其中，所述 容器（2)具有離子交換材料（4)、冷卻劑入口（9)以及冷卻劑出口（10)，其中，所述容器（1) 能與冷卻劑回路的泵裝置（2)流體耦連，其特征在于，所述容器（3)被設計成，使得所述容 器至少局部地在外周側(cè)包圍泵裝置（2)的、至少一個具有泵裝置（2)輸送單元（6)的區(qū)域。
【文檔編號】H01M8/04GK104067429SQ201280067955
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月24日
【發(fā)明者】M·米特曼, R·霍斯, H·舒爾茨, M·烏斯特, C·科克, C·施瓦布, B·林巴赫爾, J·德容 申請人:戴姆勒股份公司