DE102005024991A1

DE102005024991A1 - Deionisierungsfilter für ein Kühlmittel in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug

Info

Publication number: DE102005024991A1
Application number: DE102005024991A
Authority: DE
Inventors: Mukesh Canton Kumar; George Dearborn Shih; Stephan Yuzhong Fan
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: DE102005024991B4; US8246817B2; US20050274676A1

Abstract

Es wird ein Deionisierungsfilter (10) zum Entfernen von Ionen aus einem Kühlmittel (63) in einem brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeug beschrieben. Der Deionisierungsfilter weist ein Filtergehäuse (12) mit einem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16), durch welchen das Kühlmittel in das Filtergehäuse eintritt, und mit einem Kühlmittelauslass-Anschluss (36), durch welchen das Kühlmittel aus dem Filtergehäuse austritt, auf. Eine Ionenaustausch-Schüttung (39) mit positiv geladenen und mit negativ geladenen Ionenaustausch-Harzkügelchen (40, 42) ist in dem Filtergehäuse (12) vorgesehen, um negativ geladene bzw. positiv geladene Ionen aus dem Kühlmittel (63) zu entfernen. Typischerweise ist wenigstens eine Filteranordnung (27) in dem Filtergehäuse vorgesehen, um Partikel aus dem Kühlmittel (63) zu filtern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlsysteme für brennstoffzellenbetriebene Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Deionisierungsfilter zum Entfernen von Ionen aus einem flüssigen Kühlmittel in einem brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeug zur Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels.
Die Brennstoffzellentechnologie stellt eine potentielle Alternative zu den herkömmlich für den Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzten gewöhnlichen Verbrennungsmotoren dar. Es hat sich herausgestellt, dass Brennstoffzellen-Antriebsaggregate Wirkungsgrade in der Größe von 55% im Vergleich zu maximalen Wirkungsgraden von etwa 30% für Verbrennungsmotoren erreichen können. Außerdem erzeugen Brennstoffzellen-Antriebsaggregate anders als Verbrennungsmotoren keine Auspuff-Emissionen, sondern nur Wärme und Wasser als Nebenprodukte.
Brennstoffzellen weisen zwei Basiskomponenten auf: Eine Elektrode und eine Protonen-Austauschmembran (PEM = "proton exchange membrane"). Wasserstoff als Treibstoff fließt zu einer Elektrode, die mit einem Katalysator beschichtet ist, welche den Wasserstoff in Elektronen und Protonen aufspaltet. Protonen wandern durch die PEM zu der anderen Elektrode. Elektronen können die PEM nicht durchdringen und müssen durch einen äußeren Stromkreis wandern, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, mittels derer das Kraftfahrzeug angetrieben wird. Sauerstoff fließt zu der anderen Elektrode, wo er mit dem Wasserstoff unter Erzeugung von Wasserdampf reagiert, welcher aus dem Abgasendrohr des Fahrzeugs ausgestoßen wird. Einzelne Brennstoffzellen können zusammen der Reihe nach gestapelt sein, um zunehmend größere Mengen elektrischer Energie zu erzeugen.
Wenn auch Brennstoffzellen eine viel versprechende Entwicklung in der Automobiltechnologie darstellen, sind sie durch eine hohe Betriebstemperatur gekennzeichnet, was eine beträchtliche Designherausforderung unter dem Gesichtspunkt der strukturellen und funktionellen Integrität des Brennstoffzellenstapels darstellt. Ein Halten des Brennstoffzellenstapels in Temperaturbereichen, welche für einen optimalen Brennstoffzellenbetrieb erforderlich sind, erfordert ein hocheffizientes, zu diesem Zweck geeignetes Kühlsystem.
Bei Kühlsystemen sowohl für Verbrennungsmotoren als auch für Brennstoffzellensysteme werden typischerweise eine Pumpe oder mehrere Pumpen eingesetzt, um eine Kühlflüssigkeit durch ein Leitungsnetz zirkulieren zu lassen, welches in hinreichender Nähe zu den Systemkomponenten angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Leitungsnetz und den Komponenten zu ermöglichen. In Verbrennungsmotoren werden Kühlmittel mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet, die typischerweise Bestandteile wie Wasser, Ethylenglykol und Zusätze wie Korrosionshemmstoffe, Substanzen zur Einstellung des pH-Wertes und Farbstoffe enthalten. Kühlmittel für brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge weisen typischerweise eine Mischung aus deionisiertem Wasser und Ethylenglykol ohne Zusätze auf. Die hohe Leitfähigkeit, welche für Kühlmittel für Verbrennungsmotoren charakteristisch ist, kann bei Verwendung in einem Kühlsystem eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs (FCVCS = "fuel cell vehicle cooling system") Kurzschlüsse verursachen, die zu einem Versagen des Fahrzeugs führen.
Aufgrund des in Kühlsystemen von brennstoffzellen-betriebenen Elektrofahrzeugen bestehenden Erfordernisses einer besonders niedrigen Leitfähigkeit wird in solchen Systemen ein einziges Kühlmittel von niedriger elektrischer Leitfähigkeit verwendet. Während der Zirkulation des Kühlmittels im gesamten Kühlsystem des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs werden jedoch fortwährend Ionen aus den Bauteilen des Kühlsystems wie etwa Kunststoff-, Metall- und Gummischläuchen extrahiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ionenentfernungs-Vorrichtung zum Entfernen von Ionen aus einem Kühlmittel in einem Kühlsystem eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs bereitzustellen, um die niedrige elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels aufrechtzuerhalten und einen Kurzschluss der Brennstoffzellen, über die das Fahrzeug angetrieben wird, zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen neuartigen Deionisierungsfilter zum Entfernen von Ionen aus einem Kühlmittel in einem Kühlsystem für ein brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug. Der Deionisierungsfilter weist typischerweise ein Gehäuse mit einem Kühlmitteleinlass-Anschluss und einem Kühlmittelauslass-Anschluss auf. Eine Schüttung aus negativ geladenen Kationenaustausch- und positiv geladenen Anionenaustausch-Harzkügelchen ist in dem Gehäuse zwischen dem Kühlmitteleinlass-Anschluss und dem Kühlmittelauslass-Anschluss vorgesehen. Das Kühlmittel wird von dem Fahrzeugkühlsystem in das Gehäuse durch den Kühlmitteleinlass-Anschluss geleitet, wobei das Kühlmittel durch die Ionenaustausch-Harzschüttung herabträufelt. Demgemäß werden die positiv geladenen Ionen in dem Kühlmittel an die negativ geladenen Kationenaustausch-Kügelchen gebunden, und die negativ geladenen Ionen in dem Kühlmittel werden an die positiv geladenen Anionenaustausch-Kügelchen in der Ionenaustausch-Harzschüttung gebunden. Das Kühlmittel tritt aus dem Kühlmittelauslass-Anschluss des Gehäuses in einem im Wesentlichen ionenfreien Zustand aus und wird in das Kühlsystem zurückgeleitet. Wenigstens eine Filteranordnung kann in dem Filtergehäuse zum Filtern von Partikeln aus dem Kühlmittel vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Deionisierungsfilters gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Unteransicht des Deionisierungsfilters, welche insbesondere einen Kühlmittelauslass-Anschluss des Filters zeigt;
3 eine Draufsicht des Deionisierungsfilters, welche insbesondere einen Kühlmitteleinlass-Anschluss des Filters zeigt;
4 einen Längsschnitt des Deionisierungsfilters, welche insbesondere eine Ionenaustausch-Harzschüttung zeigt, die in dem Gehäuse des Filters zwischen dem Kühlmitteleinlass-Anschluss und dem Kühlmittelauslass-Anschluss vorgesehen ist;
5 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Schnittlinie 5 in 4;
6 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Schnittlinie 6 in 4;
7 eine Draufsicht auf ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Filterelement des Deionisierungsfilters;
8 eine Draufsicht auf ein aus Nylon bestehendes Filterelement des Deionisierungsfilters;
9 eine Draufsicht auf eine Filteranordnung von Filterelementen des Deionisierungsfilters, wobei die Filteranordnung das aus rostfreiem Stahl bestehende Filterelement von 7 und das aus Nylon bestehende Filterelement von 8 aufweist;
10 eine Vorderansicht eines brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeugs (strichpunktiert dargestellt), welches genauer die typische Anordnung des (in durchgezogenen Linien dargestellten) Deionisie rungsfilters an einem zugänglichen Ort in dem Kraftfahrzeug zeigt; und
11 eine schematische Darstellung eines typischen Strömungsverlaufs eines Kühlmittels eines Kühlsystems in einem brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeug durch den Deionisierungsfilter, wobei ferner eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des Kühlmittels vor dem Filter und nach dem Filter, sowie eine an die Leitfähigkeitsmesseinrichtung angeschlossene visuelle Messanzeige zum Anzeigen der ungefähren verbleibenden Lebensdauer des Deionisierungsfilters gezeigt ist.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger Deionisierungsfilter zum Entfernen von Ionen aus einem flüssigen Kühlmittel in einem Kühlsystem für ein brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug bereitgestellt. Der Deionisierungsfilter weist typischerweise ein längliches, zylindrisches Filtergehäuse auf, welches einen Kühlmitteleinlass-Anschluss typischerweise am oberen Ende des Gehäuses und einen Kühlmittelauslass-Anschluss typischerweise am unteren Ende des Gehäuses aufweist. Zwischen dem Kühlmitteleinlass-Anschluss und dem Kühlmittelauslass-Anschluss weist das Gehäuse eine Ionenaustausch-Harzschüttung auf, welche positiv geladene Anionenaustausch-Kügelchen zum Binden negativ geladener Anionen und negativ geladene Kationenaustausch-Kügelchen zum Binden positiv geladener Kationen in dem Kühlmittel aufweist.
Unter Bezugnahme zunächst auf 1 bis 9 wird eine beispielhafte Ausführungsform des Deionisierungsfilters bzw. DI-Filters (DI = "deionization") gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen "10" bezeichnet. Der DI-Filter 10 weist ein längliches, typischerweise zylindrisches Filtergehäuse 12 auf, welches typischerweise aus einem Kunststoffmaterial von geringem Gewicht hergestellt ist. Das Filtergehäuse 12 ist an jedem Endabschnitt mit einem sich auswärts erstreckenden Gehäuseflansch 13 versehen. Wie in 4 gezeigt ist, umschließt das Filtergehäuse 12 einen Gehäuseinnenraum 14, welcher eine Ionenaustausch-Schüttung 39 aufweist, die eine Vielzahl von negativ geladenen Kationenaus tausch-Harzkügelchen 40 und positiv geladenen Anionenaustausch-Harzkügelchen 42 aufweist, deren Zweck im Weiteren beschrieben wird. Eine Mehrzahl von Filter-Befestigungsarmen 6, von denen jeder mit einer Befestigungsöffnung 7 versehen ist, kann sich von dem Filtergehäuse 12 aus erstrecken, um die Montage des DI-Filters 10 in einem Kraftfahrzeug zu erleichtern, wie nachfolgend beschrieben wird.
Das obere Ende des Filtergehäuses 12 ist mit einem Kühlmitteleinlass-Anschluss 16 versehen, welcher einen Einlassanschlussendaufsatz 20 aufweist, von dem eine Draufsicht in 3 dargestellt ist. Der Einlassanschlussendaufsatz 20 weist einen Einlassanschlussendaufsatz-Innenraum 21 auf, der in 4 gezeigt ist. Der Einlassanschlussendaufsatz 20 wird von einem ringförmigen, sich auswärts erstreckenden Aufsatzflansch 24 umgeben, von dem aus der Einlassanschlussendaufsatz 20 nach oben hin schräg zuläuft. Wie ferner in 4 gezeigt ist, erstreckt sich ein ringförmiger Dichtungsflansch 26 von dem Innendurchmesser des Einlassanschlussendaufsatzes 20 nach unten.
Ein Einlassrohr 18 ist an den Scheitelpunkt des Einlassanschlussendaufsatzes 20 angeschlossen und in fluidleitender Verbindung mit dem Einlassanschlussendaufsatz-Innenraum 21 angeordnet. Mehrere Rippen oder Versteifungen 22 können zwischen der oberen Fläche des Einlassanschlussendaufsatzes 20 und dem Einlassrohr 18 vorgesehen sein, um das Einlassrohr 18 an dem Kühlmitteleinlass-Anschluss 16 zu stabilisieren. Wie in 3 gezeigt, sind mehrere Bolzenöffnungen 25 in dem Aufsatzflansch 24 zur Aufnahme entsprechender Bolzen 29 (1) vorgesehen, welche den Einlassanschlussendaufsatz 20 an dem Gehäuseflansch 13 am oberen Ende des Filtergehäuses 12 befestigen. Wie in der vergrößerten Schnittansicht von 6 gezeigt, ist typischerweise eine ringförmige O-Ring-Nut 32 an der Außenfläche des ringförmigen Dichtungsflansches 26 vorgesehen, welcher sich von dem Einlassanschlussendaufsatz 20 erstreckt. Ein O-Ring 34, welcher beispielsweise ein O-Ring aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) sein kann, ist in der ringförmigen O-Ring-Nut 32 angeordnet, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Dichtungsflansch 26 und dem Gehäuseflansch 13 am oberen Ende des Filtergehäuses 12 herzustellen.
Das untere Ende des Filtergehäuses 12 ist mit einem Kühlmittelauslass-Anschluss 36 versehen. Der Kühlmittelauslass-Anschluss 36 ist von ähnlichem Aufbau wie der Kühlmitteleinlass-Anschluss 16 und weist ein Auslassrohr 38 auf, welches an den Scheitelpunkt eines schräg zulaufenden Auslassanschlussendaufsatzes 20a angeschlossen ist. Wie in 4 gezeigt ist, steht das Auslassrohr 38 in fluidleitender Verbindung mit einem Auslassanschlussendaufsatz-Innenraum 21a. Wie der Einlassanschlussendaufsatz 20 ist der Auslassanschlussendaufsatz 20a von einem sich auswärts erstreckenden, ringförmigen Aufsatzflansch 24a umgeben. Ein ringförmiger Dichtungsflansch 26a erstreckt sich von dem Innenumfang des Aufsatzflansches 24a nach oben.
Mehrere Rippen oder Versteifungen 22a können zwischen der oberen Fläche des Auslassanschlussendaufsatzes 20a und dem Auslassrohr 38 vorgesehen sein, um das Auslassrohr 38 an dem Kühlmittelauslass-Anschluss 36 zu stabilisieren. Wie in 2 gezeigt, sind mehrere Bolzenöffnungen 25a in dem Aufsatzflansch 24a zur Aufnahme entsprechender Bolzen 29a (1) vorgesehen, welche den Auslassanschlussendaufsatz 20a an dem Gehäuseflansch 13 am unteren Ende des Filtergehäuses 12 befestigen.
Wie in der vergrößerten Schnittansicht von 5 gezeigt, ist typischerweise eine ringförmige O-Ring-Nut 32a an der Außenfläche des ringförmigen Dichtungsflansches 26a vorgesehen, welcher sich von dem Auslassanschlussendaufsatz 20a erstreckt. Ein O-Ring 34a, welcher beispielsweise ein O-Ring aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) sein kann, ist in der ringförmigen O-Ring-Nut 32a angeordnet, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Dichtungsflansch 26a und dem Gehäuseflansch 13 am unteren Ende des Filtergehäuses 12 herzustellen.
Wie in 4 gezeigt ist, sind eine obere Filteranordnung 27 und eine untere Filteranordnung 27a an dem jeweiligen oberen bzw. unteren Ende des Filtergehäuses 12 in einer dem Fachmann bekannten Weise befestigt. Die obere Filteranordnung 27 ist zwischen dem Einlassanschlussendaufsatz 20 und der Ionen austausch-Schüttung 39 vorgesehen, wohingegen die untere Filteranordnung 27a zwischen dem Auslassanschlussendaufsatz 20a und der Ionenaustausch-Schüttung 39 vorgesehen ist. Die obere Filteranordnung 27 und die untere Filteranordnung 27a können einen im Wesentlichen identischen Aufbau besitzen.
Wie in 7 bis 9 gezeigt ist, weisen sowohl die obere Filteranordnung 27 als auch die untere Filteranordnung 27a einen typischerweise aus rostfreiem Stahl hergestellten äußeren Filter 28 und, benachbart hierzu, einen typischerweise aus Nylon hergestellten inneren Filter 30 auf. Die Filteranordnung 27 ist vorzugsweise in der Lage, Partikel mit einem Durchmesser oder einer Dicke von bis zu etwa 100 μm zu entfernen, welche aus den diversen Kühlsystemkomponenten wie Schläuchen oder Behältern abfallen und in das zirkulierende Kühlmittel gelangen können. Wie in 4 gezeigt ist, ist in der oberen Filteranordnung 27 der äußere Filter 28 typischerweise über dem inneren Filter 30 angeordnet, wohingegen in der unteren Filteranordnung 27a der äußere Filter 28 typischerweise unterhalb des inneren Filters 30 angeordnet ist.
Wie ferner in 4 gezeigt, sind die Kationenaustausch-Harzkügelchen 40 und die Anionenaustausch-Harzkügelchen 42 der Ionenaustausch-Schüttung 39 zwischen dem inneren Filter 30 der oberen Filteranordnung 27 und dem inneren Filter 30 der unteren Filteranordnung 27a positioniert. Vorzugsweise weist die Ionenaustausch-Schüttung 39 AMBERJET ^® UP6150 Kationenaustausch-Harzkügelchen 40 und Anionenaustausch-Harzkügelchen 42 auf. Diese Harze liefern eine stöchiometrisch gleiche Austauschkapazität und sind in der Lage, eine niedrige Kühlmittel-Leitfähigkeit von weniger als 5 μS/cm über eine Zeitspanne von drei Monaten aufrechtzuerhalten, während die Ionen aus einem Kühlmittel im Betrieb des DI-Filters 10 wie nachfolgend beschrieben entfernt werden.
Gemäß 10 ist ein beispielhaftes brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug 50 in Vorderansicht strichpunktiert dargestellt. Das brennstoffzellenbetriebene Elektrofahrzeug 50 weist typischerweise ein Fahrwerk 52 und einen Fahrgastraum 54 auf. Das Elektrofahrzeug 50 weist typischerweise 4 Räder, zu denen ein Paar von mit Abstand voneinander angeordneten Vorderrädern 58 gehört, so wie an dem vorderen Endabschnitt des Fahrwerks angeordnete Scheinwerfer 60 auf. Am vorderen Endabschnitt des Fahrwerks 52 ist eine Haube 56 vorgesehen, um einen Zugang zu dem (nicht gezeigten) Brennstoffzellenmotor und anderen Betriebskomponenten des Fahrzeugs 50 zu ermöglichen.
In 10 ist der DI-Filter 10 der vorliegenden Erfindung in einer typischen gepackten oder installierten Konfiguration im Fahrzeug 50 dargestellt. Vorzugsweise ist der DI-Filter 10 in dem Fahrzeug 50 an einem leicht zugänglichen Ort installiert, wie beispielsweise unter der Haube 56. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Filter-Befestigungsarme 6 an dem (nicht gezeigten) Rahmen oder anderen tragenden Elementen des Fahrzeugs 50 angebracht werden. Der DI-Filter 10 ist auch typischerweise in der Nähe des Fahrzeugkühlsystems 64 angeordnet, welches auch unterhalb der Haube 56 zusammen mit dem Brennstoffzellenmotor und anderen Betriebskomponenten des Fahrzeugs 50 angeordnet sein kann. Eine Kühlmittel-Einlassleitung schließt das Fahrzeugkühlsystem 64 an den Kühlmitteleinlass-Anschluss 16 des DI-Filters 10 an, um ein flüssiges Kühlmittel 63 zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss 16 hin strömen zu lassen. Eine Kühlmittelauslassleitung 66 schließt den Kühlmittelauslass-Anschluss 36 des DI-Filters 10 zurück an das Kühlsystem 64 an, um das gefilterte und deionisierte Kühlmittel 63 zu dem Fahrzeugkühlsystem 64 zurückzuführen.
Unter Bezugnahme wiederum auf 4 und 10 werden (nicht gezeigte) Ionen, die unbeabsichtigt von Kühlmittelverteilungsschläuchen, Behältern und diversen anderen (nicht gezeigten) Komponenten des Fahrzeugkühlsystems 64 herausgelöst werden und in das Kühlmittel 63 gelangen, während das Kühlmittel 63 durch das System zirkuliert, aus dem Kühlmittel 63 entfernt. Dementsprechend wird das Kühlmittel 63 kontinuierlich von dem Fahrzeugkühlsystem 64 zu dem DI-Filter 10 durch eine Kühlmitteleinlassleitung 62 zirkuliert. Von der Kühlmitteleinlassleitung 62 strömt das Kühlmittel 63 durch das Einlassrohr 18 bzw. den Einlassanschlussendaufsatz-Innenraum 21 (4) des Kühlmitteleinlass-Anschlusses 16, durch den äußeren Filter 28 bzw. den inneren Filter 30 der oberen Filteranordnung 27 und in die Ionenaustausch-Schüttung innerhalb des Filtergehäuses 12. Der äußere Filter 28 und der innere Filter 30 der oberen Filteranordnung 27 ent fernen Stoffteilchen-Überbleibsel wie Partikel, die sich von den Transportschläuchen, Behältern und diversen anderen (nicht gezeigten) Komponenten des Fahrzeugkühlsystems 64 loslösen. Vorzugsweise ist die obere Filteranordnung 27 in der Lage, aus dem Kühlmittel 63 Partikel zu entfernen, die einen Durchmesser bzw. eine Dicke von typischerweise mehr als 100 μm aufweisen.
Wenn das Kühlmittel 63 durch die Ionenaustausch-Schüttung 39 abwärts träufelt, sowohl unter dem Druck des strömenden Kühlmittels 63 als auch unter dem Einfluss der Schwerkraft, werden die (nicht gezeigten) positiv geladenen Kationen in dem Kühlmittel 63 durch die negativ geladenen Kationenaustausch-Harzkügelchen 40 gebunden. Umgekehrt werden die (nicht gezeigten) negativ geladenen Anionen in dem Kühlmittel 63 durch die positiv geladenen Anionenaustausch-Harzkügelchen 42 gebunden. Schließlich erreicht und durchtritt das herabströmende Kühlmittel 63 die untere Filteranordnung 27a in den Auslassanschlussendaufsatz-Innenraum 21a, wo der innere Filter 30 und der äußere Filter 28 der unteren Filteranordnung 27a jegliche restlichen Überbleibsel, die eine Größe von typischerweise mehr als 100 μm aufweisen, aus dem Kühlmittel 63 entfernen.
Von dem Auslassanschlussendaufsatz-Innenraum 21a tritt das entionisierte und gefilterte Kühlmittel 63 in das Auslassrohr 38 des Kühlmittelauslass-Anschlusses 36. Das Kühlmittel 63 wird dann zurück zu dem Fahrzeugkühlsystem 64 transportiert, welches das entionisierte und gefilterte Kühlmittel 63 durch den (nicht gezeigten) Brennstoffzellenmotor des Fahrzeugs 50 transportiert. Dementsprechend besitzt das Kühlmittel 63, da die meisten oder sämtliche Fremdionen aus dem Kühlmittel 63 entfernt wurden, eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Folglich werden Kühlmittel-induzierte Kurzschlüsse oder elektrische Interferenzen des Brennstoffzellenmotors in dem Fahrzeug 50 verhindert.
Gemäß 11 kann ein Leitfähigkeitsmeßsystem 67 an den DI-Filter 10 angeschlossen sein, um die Leitfähigkeit des Kühlmittels 63 vor der Entionisierung und nach der Entionisierung, also bevor bzw. nachdem das Kühlmittel 63 durch den DI-Filter geleitet wird, zu überwachen und zu vergleichen. Das Leitfähigkeitsmeßsystem 67 weist typischerweise eine Einlass-Leitfähigkeitsmesseinrichtung 68, die in der Kühlmitteleinlassleitung 62 vorgesehen ist, und eine Auslass-Leitfähigkeitsmesseinrichtung 68a, die in der Kühlmittelauslassleitung 66 vorgesehen ist, auf. Eine Leitfähigkeitsanalysatorbox 70 ist an die Einlass-Leitfähigkeitsmesseinrichtung 68 und die Auslass-Leitfähigkeitsmesseinrichtung 68a zum Empfangen eines Eingangssignals 69 von den Leitfähigkeitsmesseinrichtungen 68 bzw. 68a angeschlossen. Das Eingangssignal 69 der Leitfähigkeitsanalysatorbox 70 zeigt die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels 63 in der Kühlmitteleinlassleitung 62 relativ zu der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels 63 in der Kühlmittelauslassleitung 66 an. Die Leitfähigkeitsanalysatorbox 70 analysiert diese Differenz in der Kühlmittel-Leitfähigkeit und bestimmt, ob die Funktionsfähigkeit des DI-Filters 10 so ist, dass der DI-Filter 10 Ionen aus dem Kühlmittel 63 in optimalem Maß entfernt, rasch an Ionenentfernungskapazität verliert oder voller Ionen ist und ausgetauscht werden muss. Eine visuelle Messanzeige 72 weist typischerweise eine längliche Anzeigeskala 74 auf, welche in ein erstes Segment 74a, ein zweites Segment 74b und ein drittes Segment 74c unterteilt ist. Eine an der visuellen Messanzeige 72 vorgesehene Anzeigenadel 76 ist in der Lage, eines der Segmente von dem ersten Segment 74a, dem zweiten Segment 74b und dem dritten Segment 74c der Anzeigeskala 74 anzuzeigen, je nach dem Eingangssignal 71 von der Leitfähigkeitsanalysatorbox 70.
An der visuellen Messanzeige 72 weist die Anzeige des ersten Segments 74a durch die Anzeigenadel 76 auf einen "guten" Betriebszustand des DI-Filters 10 hin, in dem der DI-Filter 10 Ionen aus dem Kühlmittel 63 in optimalem Maße entfernt. Die Anzeige des zweiten Segments 74b durch die Anzeigenadel 76 weist auf einen "mittleren" Betriebszustand des DI-Filters 10 hin, in welchem der DI-Filter 10 rasch an Kapazität zur Entfernung von Ionen aus dem Kühlmittel 63 verliert. Die Anzeige des dritten Segments 74c durch die Anzeigenadel 76 weist auf einen "Wartungs-" Betriebszustand des DI-Filters 10 hin, in welchem der DI-Filter 10 voller Ionen ist und folglich ausgetauscht werden muss. In diesem Falle kann, beispielsweise durch den (nicht gezeigten) Fahrer des Fahrzeugs 50, der ionengesättigte Filter 10 ersetzt werden, um eine optimale Entfernung von Ionen aus dem Kühlmittel 63 während des fortwährenden Betriebs des Fahrzeugs 50 sicherzustellen.

Claims

Deionisierungsfilter (10) zum Deionisieren eines Kühlmittels in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Deionisierungsfilter (10) aufweist: ein Filtergehäuse (12), welches einen Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und einen Kühlmittelauslass-Anschluss (36) aufweist; wenigstens eine in dem Filtergehäuse (12) vorgesehene Filteranordnung zum Filtern von Partikeln aus dem Kühlmittel (63); und eine in dem Filtergehäuse (12) vorgesehene Ionenaustausch-Schüttung (39), welche Ionen aus dem Kühlmittel (63) entfernt.
Deionisierungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitfähigkeitsmeßsystem (67) mit einer visuellen Messanzeige (72) vorgesehen ist, welches an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und den Kühlmitteleinlass-Anschluss (36) angeschlossen ist, um eine Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) anzuzeigen.
Deionisierungsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung eine zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) benachbarte erste Filteranordnung (27) und eine zu dem Kühlmittelauslass-Anschluss (36) benachbarte zweite Filteranordnung (27a) umfasst.
Deionisierungsfilter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsmeßsystem (67) mit einer visuellen Messanzeige (72) versehen ist, die an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und den Kühlmittelein lass-Anschluss (36) angeschlossen ist, um eine Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) anzuzeigen.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsmeßsystem (67) eine erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68), welche an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) angeschlossen ist, eine zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a), welche an den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, und eine Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) aufweist, welche an die erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68) und die zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a) angeschlossen ist, um die Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) zu bestimmen, wobei die visuelle Messanzeige (72) an die Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) angeschlossen ist.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung eine zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) benachbarte erste Filteranordnung (27) und eine zu dem Kühlmittelauslass-Anschluss (36) benachbarte zweite Filteranordnung (27a) umfasst.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung einen äußeren Filter (28) und einen benachbart zu dem äußeren Filter vorgesehenen inneren Filter (30) aufweist.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitfähigkeitsmeßsystem (67) mit einer visuellen Messanzeige (72) vorgesehen ist, welches an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, um eine Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) anzuzeigen.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung eine zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) benachbarte erste Filteranordnung (27) und eine zu dem Kühlmittelauslass-Anschluss (36) benachbarte zweite Filteranordnung (27a) umfasst.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitfähigkeitsmeßsystem (67) mit einer visuellen Messanzeige (72) vorgesehen ist, welches an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, um eine Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) anzuzeigen.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsmeßsystem (67) eine erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68), welche an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) angeschlossen ist, eine zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a), welche an den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, und eine Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) aufweist, welche an die erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68) und die zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a) angeschlossen ist, um die Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) zu bestimmen, und wobei die visuelle Messanzeige (72) an die Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) angeschlossen ist.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung eine zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) benachbarte erste Filteranordnung (27) und eine zu dem Kühlmittelauslass-Anschluss (36) benachbarte zweite Filteranordnung (27a) umfasst.
Deionisierungsfilter (10) zum Deionisieren eines Kühlmittels in einem brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Deionisierungsfilter aufweist: ein Filtergehäuse (12), einen Kühlmitteleinlass-Anschluss (16), welcher einen von dem Filtergehäuse (12) getragenen Einlassanschlussendaufsatz (20) und ein mit dem Einlassanschlussendaufsatz (20) in fluidleitender Verbindung stehendes Einlassrohr (18) aufweist; einen Kühlmittelauslass-Anschluss (36), welcher einen von dem Filtergehäuse (12) getragenen Auslassanschlussendaufsatz (20a) und ein mit dem Auslassanschlussendaufsatz (20a) in fluidleitender Verbindung stehendes Auslassrohr (38) aufweist; wenigstens eine in dem Filtergehäuse (12) vorgesehene Filteranordnung zum Filtern von Partikeln aus dem Kühlmittel (63); und eine in dem Filtergehäuse (12) vorgesehene Ionenaustausch-Schüttung (39), welche Ionen aus dem Kühlmittel (63) entfernt.
Deionisierungsfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitfähigkeitsmeßsystem (67) mit einer visuellen Messanzeige (72) vorgesehen ist, welches an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) und den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, um eine Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) anzuzeigen.
Deionisierungsfilter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitfähigkeitsmeßsystem (67) eine erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68), welche an den Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) angeschlossen ist, eine zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a), welche an den Kühlmittelauslass-Anschluss (36) angeschlossen ist, und eine Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) aufweist, welche an die erste Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68) und die zweite Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68a) angeschlossen ist, um die Ionen-Entfernungs-Effizienz der Ionenaustausch-Schüttung (39) zu bestimmen, wobei die visuelle Messanzeige (72) an die Leitfähigkeitsanalysatorbox (70) angeschlossen ist.
Deionisierungsfilter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filteranordnung eine zu dem Kühlmitteleinlass-Anschluss (16) benachbarte erste Filteranordnung (27) und eine zu dem Kühlmittelauslass-Anschluss (36) benachbarte zweite Filteranordnung (27a) umfasst, wobei die erste Filteranordnung (27) und die zweite Filteranordnung (27a) jeweils einen äußeren Filter (28) und einen benachbart zu dem äußeren Filter (28) vorgesehenen inneren Filter (30) aufweisen.
Verfahren zum Entfernen von Ionen aus einem in einem Fahrzeugkühlsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Kühlmittel, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Deionisierungsfilters (10) mit einer Ionenaustausch-Schüttung (39) in dem Kraftfahrzeug (50), und Leiten des Kühlmittels (63) durch den Deionisierungsfilter (10).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ferner der Schritt vorgesehen ist: Filtern von Partikeln aus dem Kühlmittel (63) mittels Bereitstellen von wenigstens einer Filteranordnung in dem Deionisierungsfilter (10) und mittels Leiten des Kühlmittels (63) durch die wenigstens eine Filteranordnung.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ferner der Schritt vorgesehen ist: Überwachen der Betriebsfunktion des Deionisierungsfilters (10) mittels Bestimmen einer Vordeionisierungs-Leitfähigkeit des Kühlmittels (63) vor dem Leiten des Kühlmittels (63) durch den Deionisierungsfilter (10) und Bestimmen einer Nachdeionisierungs-Leitfähigkeit des Kühlmittels (63) nach dem Leiten des Kühlmittels (63) durch den Deionisierungsfilter (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ferner der Schritt vorgesehen ist: Filtern von Partikeln aus dem Kühlmittel (63) mittels Bereitstellen wenigstens einer Filteranordnung in dem Deionisierungsfilter (10) und mittels Leiten des Kühlmittels (63) durch die wenigstens eine Filteranordnung.