CN121263243A - 水分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池系统（17）的水分离器（1）。本发明还涉及一种具有所述水分离器（1）的燃料电池系统（17）。

Description

水分离器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的水分离器，所述水分离器尤其用于燃料电池系统。本发明还涉及一种具有该水分离器的燃料电池系统。

背景技术

在水分离器中，包含在空气流中且以水滴形式存在的水通过离心力从空气流中分离出。为此，在通道中将空气流置于旋转中，并且通过离心力将水或水滴压向通道的外壁部。在此，在通道的外壁部上形成壁膜，该壁膜最终通过间隙或开口被引导到收集容器中。在该收集容器中，与通道中的空气流相比，包含被分离出的水的空气流具有更小的速度，并且水可以从空气流中沉落。不利地，流入的空气流在收集容器中形成压力垫，该压力垫阻碍或干扰将被分离出的水通过间隙或通过开口导出到收集容器中。

发明内容

因此，本发明的任务在于，为根据本类属的类型的水分离器、尤其是用于燃料电池系统的水分离器提供一种改进的或至少替代的实施方式，在该实施方式中，克服所描述的缺点。本发明的任务还在于，提供一种相应的具有该水分离器的燃料电池系统。

根据本发明，所述任务通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于如下总体构思：在收集容器中在确定的位置上对压力垫进行卸压并且由此改进水分离器的效果。

根据本发明的水分离器尤其设置为或设计为用于燃料电池系统。在此，该水分离器具有能够被空气穿流的壳体，该壳体具有通到壳体中的入口和从壳体中通出的出口。此外，壳体具有在壳体内形成的收集容器和在壳体内形成的分隔间隙。此外，壳体具有入口通道、出口通道和收集通道。入口通道设置为用于载有水滴的空气，并且在壳体内从入口通至分隔间隙。出口通道设置为用于脱去水滴的空气，并且在壳体内从入口通道通向出口。换句话说，入口通道和出口通道可以在壳体内以流体方式过渡到彼此中。收集通道设置为用于从空气中分离出的水，并且在壳体内从入口通道穿过分隔间隙通到收集容器中。换句话说，入口通道和收集通道可以在壳体内经由分隔间隙相互流体连接。在此，出口通道和收集通道自分隔间隙起在下游流体分隔。换句话说，分隔间隙位于入口通道和/或收集通道和/或出口通道之间的过渡部位处。根据本发明，收集容器和入口通道借助至少一个相对于分隔间隙在上游形成的开口相互流体连接。换句话说，将收集容器和入口通道流体连接的开口是与分隔间隙不同的开口。

除非另有明确说明，在下文中提到的术语“第一”、“第二”等（例如第一引导件或第一肋）用于能够将不同的元件彼此区分。因此，存在第一引导件或第一肋或者第二引导件或第二肋，并不暗示着，必须强制性地存在多于一个的引导件或肋。

载有水滴的空气尤其可以包含相对较高浓度的水滴或大的水滴。载有水滴的空气尤其可以是燃料电池系统的燃料电池的排气。脱去水滴的空气尤其可以至少部分地不具有水滴或不具有较大的水滴。脱去水滴的空气尤其可以具有相对较小浓度的水滴或不包含大的水滴。脱去水滴的空气尤其可以被供应给燃料电池系统的加湿器、涡轮压缩机或其他部件，并且由此保护这些部件免受通过水滴造成的损坏或功能妨碍。从空气中分离出的水尤其可以由从载有水滴的空气中分离出的水滴组成。

壳体尤其可以具有恰好一个开口或多个——尤其是恰好两个或恰好三个或更多个——开口。如果壳体具有多个开口，则相应的开口可以在入口通道的周缘上彼此间隔开和/或分布和/或在径向上彼此错开。相应的开口可以位于横向于空气流动方向定向的平面中。相应的开口可以在空气流动方向上布置在一个平面中。

相应的开口可以在关于出口通道的轴向方向上或在与出口通道的纵向中心轴线平行的方向上将入口通道与收集容器连通地连接。换句话说，相应的开口可以具有中心轴线，其中，该中心轴线可以平行于关于出口通道的轴向方向或平行于出口通道的空气流动方向或平行于出口通道的纵向中心轴线定向。在关于出口通道的轴向方向上布置的开口中的每个开口的能够被穿流的横截面积，和/或在关于出口通道的轴向方向上布置的开口中的所有开口的能够被穿流的横截面积的和，优选可以小于入口通道的能够被穿流的横截面积的25%、尤其是15%并且大于其7%。

替代地，相应的开口可以在关于出口通道的径向方向上或在关于出口通道的纵向中心轴线的径向方向上将入口通道与收集容器连通地连接。换句话说，相应的开口可以具有中心轴线，该中心轴线可以几乎垂直于出口通道的空气流动方向或者垂直于出口通道的纵向中心轴线定向。在关于出口通道的径向方向上布置的开口中的每个开口的能够被穿流的横截面积，和/或在关于出口通道的径向方向上布置的开口中的所有开口的能够被穿流的横截面积的和，优选可以小于入口通道的能够被穿流的横截面积的5%、尤其是2%并且大于其0.1%。

适宜地，在以符合运行的方式定向的水分离器中，相应的开口可以位于收集容器的能够被水填充的区域的上方。适宜地，在以符合运行的方式定向的水分离器中，收集容器的能够被水填充的区域可以这样布置，使得水可以通过重力而聚集在能够被水填充的区域中。尤其是，在以符合运行的方式定向的水分离器中，收集容器或至少能够被水填充的区域适宜地可以位于或布置在入口通道和/或出口通道和/或收集通道和/或分隔间隙和/或入口和/或出口的下方。

在穿流水分离器时，载有水滴的空气流动到入口中并且继续通过入口通道流动直至分隔间隙。在入口通道中，可以将空气置于旋转中，如下所述。由此，在入口通道的外壁部上形成水膜，该水膜流动至分隔间隙。脱去水滴的空气在入口通道中继续流动至分隔间隙。在分隔间隙上，从空气中分离出的水与脱去水滴的空气分开。脱去水滴的空气通过出口通道流动至出口并且继续从水分离器中向外流动。从空气中分离出的水穿过分隔间隙流动到收集通道中并且继续流动到收集容器中。

在水流动到收集容器中时，空气也流动到收集容器中去。在此，相应的相对于分隔间隙在上游形成的开口将收集容器与入口通道连接，使得流入到收集容器中的空气可以从收集容器漏回到入口通道中。由此，可以对收集容器中的压力垫进行卸压，并且减小在入口通道与收集容器之间在分隔间隙上的压力差。与此相应地，被分离出的水可以不受阻碍地通过分隔间隙进入到收集容器中，并且可以在整体上改进水分离器的效果。在此，相应的开口可以具有任意轮廓，并且尤其可以形成为圆形的钻孔或缝隙。如果壳体具有多个开口，则所有开口优选可以具有相同的几何形状。

相应的开口尤其可以形成在收集容器的流动平稳的区域中。在流动平稳的区域中，流入到收集容器中的空气的速度较低，并且水由于重力已经被分离。换句话说，在流动平稳的区域中，水与流入到收集容器中的空气已经分开。由此，在流入到收集容器中的空气回流到入口通道中时，水可以不被卷带并且可以被引导到入口通道中。即，流入到收集容器中的空气可以通过相应的开口再次以流动有利的方式被供应给载有水滴的空气。在此，被分离出的水保留在收集容器中，并且可以在需要时通过出口开口被导出。

优选地，相应的开口中的至少一个开口具有伸入到收集容器中的、尤其是至少基本上柱形的颈部。优选地，颈部完全包围和/或环绕相应的开口。

由此，可以以特别有利的方式避免将在收集容器中已经分离出的水通过相应的开口卷带或抽吸（回）到入口通道中。

尤其是，分隔间隙的能够被穿流的横截面积与出口通道的在分隔间隙上的能够被穿流的横截面积之间的比例可以在20%：80%与10%：90%之间。换句话说，分隔间隙可以这样成型，使得分隔间隙的能够被穿流的横截面积为总的能够被穿流的横截面积的10%至20%，出口通道的能够被穿流的横截面积为总的能够被穿流的横截面积的90%至80%。根据定义，总的能够被穿流的横截面积为100%，并且由分隔间隙的能够被穿流的横截面积和出口通道的在分隔间隙上的能够被穿流的横截面积组成。

在水分离器的一种可能的实施方式中可以设置，入口通道和出口通道彼此同轴地定向，并且在空气流动方向上前后相继。在此，术语“同轴”涉及相应的通道的纵向中心轴线。然后，分隔间隙以外侧环绕出口通道的方式成型在入口通道与出口通道之间形成的过渡部位处。典型地，水分离器的壳体例如可以具有入口管和出口管，所述入口管和出口管在空气流动方向上前后相继并且彼此同轴地布置。入口管可以以面向出口管的方式具有拓宽部，并且出口管在此可以局部地布置在该拓宽部中。尤其地，出口管可以同轴地且间隔开地接收在拓宽部中。然后，在出口管与入口管的拓宽部之间，可以形成在外侧环绕出口通道的分隔间隙。然后，分隔间隙可以径向向外通过入口管限界并且径向向内通过出口管限界。相应地，收集通道也可以至少局部地径向向外通过入口管限界并且径向向内通过出口管限界。此外，收集容器可以在出口管上以位于外部的方式形成。

此外，水分离器可以具有涡流产生器。相应的开口可以在涡流产生器的下游通到入口通道中。换句话说，开口可以在空气流动方向上布置在或形成在涡流产生器的后方。涡流产生器尤其可以在入口与分隔间隙之间布置在和/或形成在入口通道中。因此，涡流产生器可以形成为单独的元件并且与入口通道或与形成入口通道的入口管固定连接。替代地，涡流产生器可以与入口通道或与形成入口通道的入口管一起例如在注塑成型工艺中形成。

涡流产生器可以具有至少两个彼此间隔开的叶片。因此，涡流产生器可以具有恰好两个或恰好三个或恰好四个或恰好五个或更多个叶片。相应的叶片可以彼此间隔开地布置，并且围绕空气流动方向或围绕入口通道的纵向中心轴线或围绕入口管的纵向中心轴线分布并且尤其均匀地分布。相应的叶片可以在空气流动方向上遵循螺旋线或涡旋线。换句话说，相应的叶片可以映射螺旋线的或涡旋线的一个区段。螺旋线或涡旋线尤其可以位于形成入口通道的外壁部上或沿着形成入口通道的外壁部延伸。然后，相应的开口可以布置在涡流产生器的下游并且布置在与相应的开口相邻的螺旋线或涡旋线之间。尤其是，相应的开口可以与与相应的开口相邻的螺旋线或涡旋线间隔开地布置。

在穿流水分离器时，载有水滴的空气流动到入口中并且被涡流产生器置于旋转中。在此，被分离出的水通过作用的离心力而聚集在相应的叶片与形成入口通道的外壁部之间。然后，在相应的叶片之后，水以限定的水流沿着配属于相应的叶片的螺旋线或涡旋线沿着入口通道的外壁部继续流动。相应的开口位于相应的与其相邻的螺旋线或涡旋线之间，并且因此位于限定的、配属于相应的相邻的叶片的水流之间。因此，可以有利地防止水流入到相应的开口中。由此，可以有利地防止从空气中分离出的水与相应的开口中的空气流的有害的相互作用。

优选地，在形成入口通道的入口管中在内侧布置有和/或成型有第一引导件、尤其是肋，所述第一引导件用于引导待分离的、尤其是沿壁流动（wandläufig）的水。

替代地或附加地，在收集容器中在内侧可以布置有和/或成型有第二和/或第三引导件、尤其是肋，所述第二和/或第三引导件用于引导（已经）从空气中分离出的水。

优选地，第一引导件在入口管中至少局部地位于涡流产生器和/或相应的开口与分隔间隙和/或收集通道之间。

替代地或附加地，第二引导件可以在收集容器中尤其直接地与分隔间隙和/或收集通道对置。

替代地或附加地，第三引导件可以在收集容器中至少局部地位于分隔间隙和/或收集通道与相应的开口之间。

优选地，在沿着入口管的纵向中心轴线的流动方向上观察，第一引导件的走向至少局部地遵循螺旋线和/或涡旋线。

替代地或附加地，在沿着入口管的纵向中心轴线的流动方向上观察，第二引导件的走向至少局部地遵循螺旋线和/或涡旋线。

替代地或附加地，在沿着入口管的纵向中心轴线的流动方向上观察，第三引导件的走向至少局部地遵循笔直的纵向线。

第一、第二或第三引导件可以至少局部地分别具有肋或者构造为这样的肋。尤其是，第一、第二或第三肋在此螺旋线形地和/或涡旋线形地和/或直线地构造，如前所述，这体现在相应的走向中。

入口管中的第一引导件或肋可以在几何尺寸（例如肋高度、其相对于入口管的纵向中心轴线的迎角以及其彼此之间的间距）方面以可变的方式构型或选择成使得螺旋线形的和/或涡旋线形的第一引导件或肋的走向与由于涡流产生器造成的、形成螺旋线或涡旋线的水流相对应或在几何形状方面一致。

由此可以以特别有利的方式实现，待从空气中分离的、尤其是沿壁流动的水经由第一引导件或肋被引导至分隔间隙，而不再次被入口通道中的空气流动卷带。

从分隔间隙开始，已经从空气中分离出的水可以继续经由收集通道进入到收集容器中。

随后，被分离出的水可以在收集容器中通过第二引导件或肋接收并且以遵循螺旋线和/或涡旋线的方式被引导到收集容器的外壁部上，所述第二引导件或肋螺旋线形地和/或涡旋线形地布置和/或成型并且尤其直接地与分隔间隙和/或收集通道对置。

第二引导件或肋的几何尺寸并且与此相应地其走向，可以相应于第一引导件或肋或相应于水分离器的其他几何形状、尤其是相应于形成收集容器的壳体取向。

在沿着入口管的纵向中心轴线的流动方向上观察，在收集容器中，第三引导件或肋可以尤其直接地衔接于第二引导件或肋。

第三引导件或肋可以在收集容器中以笔直的纵向线至少局部地在分隔间隙和/或收集通道与相应的开口之间延伸。

由此可以以特别有利的方式实现，将从空气中分离出的水在轴向上输送到收集容器的流动平稳的区域中，以便随后有针对性地将水从水分离器中导出。

在水分离器的一种可能的替代实施方式中可以设置，入口通道相对于出口通道切向地定向。然后，分隔间隙可以以相对于出口通道径向间隔开且位于径向外部的方式形成，并且形成在壳体的外壁部与形成入口通道的分隔壁之间。水分离器的壳体例如可以具有出口管，出口管可以形成出口通道。入口通道可以局部地通过入口管形成，并且局部地通过壳体的外壁部和分隔壁形成。在此，入口通道可以切向于或横向于出口通道或出口管地定向。分隔间隙可以通过壳体的外壁部和分隔壁形成，并且将入口通道划分为出口通道和收集通道。在此，分隔壁可以这样布置在入口通道中，使得收集通道在出口通道上布置在径向外部。此外，收集容器可以以在出口通道或出口管上位于外部的方式形成。

在穿流水分离器时，载有水滴的空气流动到入口中并且穿过入口通道。在入口通道与出口通道之间的过渡部位处，载有水滴的空气通过入口通道在出口通道上的切向布置而被转向。在此，被分离出的水通过作用的离心力聚集在壳体的形成入口通道的外壁部上，然后通过位于径向外部的分隔间隙流入到收集通道中。脱去水滴的空气流动到出口通道中并且继续从壳体的出口中向外流动。

此外，壳体可以具有位于壳体内的隔挡壁，其中，隔挡壁可以将收集通道和/或收集容器与入口通道流体分隔。换句话说，隔挡壁可以至少局部地形成入口通道和收集通道和/或收集容器。隔挡壁可以螺旋形地形成，并且尤其横向于出口通道地或横向于空气流动方向地布置在出口通道中。在此，相应的开口可以在隔挡壁中形成，并且将收集容器与入口通道流体连接。

本发明还涉及一种用于机动车的燃料电池系统。在此，该燃料电池系统具有燃料电池。此外，燃料电池系统具有进气路径和排气路径。排气路径从燃料电池通出，并且能够被——潮湿的且尤其是载有水滴的——排气穿流。进气路径通向燃料电池，并且能够被——干燥的且从环境中吸入的——进气穿流。此外，燃料电池系统具有加湿器，用于借助在排气路径中流动的排气加湿在进气路径中流动的进气。加湿器例如可以是膜片加湿器，该膜片加湿器具有由多个彼此间隔开地堆叠的柔性膜片组成的膜片堆叠。此外，该燃料电池系统具有上文描述的水分离器。在此，水分离器可以在进气路径中流体连接在加湿器的上游，或者在排气路径中流体连接在燃料电池与加湿器之间，或者在排气路径中流体连接在加湿器的下游。为了避免重复，在这里参考上述实施方案。

由从属权利要求、由绘图和由根据绘图的相关附图描述得到本发明的其他重要特征和优点。

应当理解，上文提到的和下文仍待阐述的特征不仅能够以相应给出的组合使用，还能够以其他组合来使用或者单独使用，而不脱离本发明的框架。

附图说明

本发明的优选的实施例在绘图中示出并且在下面的描述中更详细地阐述，其中，相同的附图标记指的是相同的或者类似的或者具有相同功能的部件。

附图分别示意性地示出：

图1至图3示出根据本发明的水分离器在第一实施方式中的剖视图；

图4示出根据本发明的水分离器在第二实施方式中的剖视图；

图5示出根据本发明的水分离器在第二实施方式中的局部透明视图，其带有模拟的空气流动；

图6示出根据本发明的水分离器在第二实施方式中的、与图4类似的剖视图，其带有在入口管和收集容器中的引导件；

图7示出根据图6的根据本发明的水分离器在第二实施方式中的壳体部分、尤其是收集容器的部分的内部视图；

图8至图10示出根据本发明的具有根据本发明的水分离器的燃料电池系统的框图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的水分离器1在第一实施方式中的剖视图。水分离器1包括壳体2，该壳体向外通过外壁部3限界。在壳体2中形成有入口4和出口5，并且壳体2能够从入口4到出口5被载有水滴的空气穿流。在壳体2内，此外形成有入口通道6、出口通道7和收集通道8。在图1中，剖切平面平行于入口通道6中的空气流动方向且垂直于出口通道7中的空气流动方向。

此外，壳体2具有布置在壳体2中的隔挡壁9和分隔壁10。在此，隔挡壁9和分隔壁10将入口通道6与收集通道8分界。此外，在壳体2的隔挡壁9与外壁部3之间，在壳体2中形成有收集容器11。入口通道6局部地通过入口管6a形成，并且局部地通过壳体2的外壁部3、隔挡壁9和分隔壁10形成。出口通道7由朝向出口5拓宽的出口管7a形成。此外，在壳体2的隔挡壁9、分隔壁10与外壁部3之间形成有分隔间隙12。

入口通道6设置为用于载有水滴的空气，并且在壳体2内从入口4通至分隔间隙12。出口通道7设置为用于脱去水滴的空气，并且在壳体2内从入口通道6以从分隔间隙12旁经过的方式通向出口5。收集通道8设置为用于从空气中分离出的水，并且在壳体2内从入口通道6穿过分隔间隙12通到收集容器11中。在此，出口通道7和收集通道8自分隔间隙12起在下游流体分隔。

入口通道6相对于出口通道7或出口管7a切向地定向，使得载有水滴的空气在从入口通道6过渡到出口通道7中时被转向并且承受离心力。由此，处于空气中的水被径向向外挤压，并且在壳体2的外壁部3上形成壁膜。分隔间隙12以相对于出口通道7或出口管7a径向间隔开且位于径向外部的方式形成。承受离心力的水由此通过分隔间隙12流动到收集通道8中并且继续流动到收集容器11中。在收集容器11中，水在重力作用下向下沉落（absetzen），而随着水一起流入的空气变平稳。空气流动在图1中用箭头标示。

为了避免通过随着水一起流入的空气在收集容器11中构造压力垫，壳体2具有开口13。开口13形成在隔挡壁9中，并且将收集容器11与入口通道6连接。通过开口13，流入到收集容器11中的空气可以流动回到入口通道6中，并且由此防止在收集容器11中构造压力垫。与此相应地，可以减小在收集通道8与入口通道6之间在分隔间隙12上的压力差，并且由此易于水流入到收集通道8中。

在此，开口13在关于出口通道7的轴向方向上以连通的方式或以传导空气的方式将入口通道6与收集容器11连接。在此，开口13具有中心轴线，该中心轴线平行于出口通道7中的空气流动方向定向。优选地，在轴向方向上布置的开口13的能够被穿流的横截面积小于入口通道6的能够被穿流的横截面积的25%、尤其是15%并且大于其7%。

在图2中示出根据本发明的水分离器1的另一剖视图。在图2中，剖切平面垂直于入口通道6中的空气流动方向且平行于出口通道7中的空气流动方向。在图2中能够看到隔挡壁9和入口通道6的通过隔挡壁9和壳体2的外壁部3形成的区域。此外，能够看到在壳体2的外壁部3与隔挡壁9之间形成的收集容器11。

在图3中示出根据本发明的水分离器1的另一剖视图。剖切平面在此与在图2中一样定向，并且穿过隔挡壁9中的开口13。如前所述，开口13将收集容器11与入口通道6流体连接。在此，开口13形成在收集容器11的流动平稳的区域中。在收集容器11的流动平稳的区域中，水在重力的作用下已经向下沉落，并且由此可以防止将水从收集容器11中卷带到入口通道6中。

图4示出根据本发明的水分离器1在第二实施方式中的剖视图。水分离器1的壳体2在此在注塑成型工艺中两件式地形成。在第二实施方式中，入口通道6仅通过入口管6a形成，出口通道7仅通过出口管7a形成。在此，入口管6a和出口管7a彼此同轴地且在空气流动方向上彼此相邻地或前后相继地布置。在此，入口通道6或入口管6a以面向出口通道7或出口管7a的方式具有拓宽部6b，并且出口管7a局部地布置在拓宽部6b中。由此，围绕出口通道7或出口管7a形成在外侧环绕的分隔间隙12。

此外，在入口通道6或入口管6a中布置有或形成有涡流产生器14。在此，涡流产生器14包括多个叶片15，所述叶片在空气流动方向上或沿着入口通道6的或入口管6a的纵向中心轴线遵循螺旋线16或涡旋线。在此，叶片15关于空气流动方向或入口通道6的或入口管6a的纵向中心轴线环绕地且彼此间隔开地布置。

涡流产生器14将载有水滴的空气置于旋转中，使得水聚集在壳体2的外壁部3或入口管6a与相应的叶片15之间。由此形成多个限定的水流，所述水流沿着相应的螺旋线16或涡旋线继续流动至分隔间隙12并且通过收集通道8流动到收集容器11中。而脱去水滴的空气流动到出口通道7或出口管7a中并且继续流动至出口5。空气流动在图4中用箭头标示。

通过开口13避免在收集容器11中构造压力垫。在此，开口13形成在入口管6a中，并且将收集容器11与入口通道6连接。在此，开口13布置在涡流产生器14的下游。通过开口13，流入到收集容器11中的空气可以流动回到入口通道6中。在此，开口13在相对于出口通道7的径向方向上以连通的方式或以传导空气的方式将入口通道6与收集容器11连接。在此，开口13具有中心轴线，该中心轴线基本上或几乎垂直于出口通道7中的空气流动方向定向。优选地，在径向方向上布置的开口13的能够被穿流的横截面积小于入口通道6的能够被穿流的横截面积的5%、尤其是2%并且大于其0.1%。根据图5详尽地阐述开口13的准确的位置或布置。

图5示出根据本发明的水分离器1在第二实施方式中的局部透明视图，其带有模拟的空气流动。如图5中特别清楚地示出的，在壳体2的外壁部3或入口管6a上形成多个限定的水流，所述水流沿着相应的螺旋线16或涡旋线继续流动至分隔间隙12。为了避免水流入到开口13中，开口13位于涡流产生器14的下游并且位于与其相邻的螺旋线16或涡旋线之间。由此，开口13位于限定的水流之外，并且可以避免水流入到开口13中。

图6示出根据本发明的水分离器1在第二实施方式中的、类似于图4中的示意图的剖视图。

附加地，根据图6，将收集容器11在流动平稳的区域中与入口通道6流体连接的开口13具有伸入到收集容器11中的、尤其是至少基本上柱形的颈部23。颈部23在此分别完全包围或环绕或者围绕开口13。

通过颈部23以有利的方式避免在收集容器11中已经分离出的水通过相应的开口13被卷带或抽吸（回）到入口通道6中。因此，被分离出的水保留在收集容器11中。

能够考虑，在根据图1至图3的水分离器1的第一实施方式中，相应的开口13也具有相应的颈部23（在图1至图3中未示出）。

此外，图6在内侧在入口管6a中示出第一引导件，所述第一引导件在此构造为第一肋24，所述第一引导件用于引导在涡流产生器14下游待从空气流中分离的、尤其是沿壁流动的水。

第一肋24在内侧在入口管6a的外壁部上螺旋线形地和/或涡旋线形地成型，并且由此伸入到入口通道6中。

此外，第一肋24在沿着入口管6a的纵向中心轴线的流动方向上这样相对于彼此成型，使得其螺旋线形的和/或涡旋线形的走向与在下游由于涡流产生器14形成的并且在此遵循螺旋线和/或涡旋线16的水流（如图5所述）相对应或与所述水流在几何形状方面一致。

由此以特别有利的方式实现，在入口管6a中由于涡流产生器14而沿壁流动的水经由在内侧成型的并且遵循螺旋线和/或涡旋线16的第一肋24被引导至分隔间隙12，而不再次被入口通道6中的空气流动卷带。

在图6中，以虚线示出螺旋线和/或涡旋线16，第一肋24在入口通道6和/或入口管6a中遵循所述螺旋线和/或涡旋线。

同样在图6中能够清楚地看到，第一肋24在入口管6a和/或入口通道6中至少局部地位于涡流产生器14和/或相应的开口13与分隔间隙12和/或收集通道8之间。

从分隔间隙12开始，已经从空气中分离出的水继续经由收集通道8进入到收集容器11中。

在图6中、以及在图4中示出的收集容器11罐形地构型或具有罐形形状，并且在此经由水分离器1的在此两件式的壳体2的外壁部3向外分界。

此外，图6以与分隔间隙12和/或收集通道8对置的方式在收集容器11的罐底部29上示出第二引导件，所述第二引导件在此构型为第二肋25。

在此，来自收集通道8的、已经分离出的水经由在罐底部29上成型的第二肋25首先被接收一次，随后以遵循螺旋线26和/或涡旋线的方式径向向外地被引导到收集容器11的外壁部3上（还参见图7）。

此外，在图6中示出第三引导件，所述第三引导件在此构型为第三肋27。

第三肋27在收集容器11中在内侧直线地成型，并且至少局部地以遵循笔直的纵向线28（在图6中以虚线示出）的方式在分隔间隙12和/或收集通道8与开口13之间延伸。

如图6中能够清楚地看到，在沿着入口管6a的纵向中心轴线的流动方向上观察，第三肋27衔接于第二肋25。

通过第三肋27以特别有利的方式实现，将从空气中分离出的水以遵循笔直的纵向线28的方式在轴向上输送到收集容器的流动平稳的区域中或开口13的区域中，以便经由出口（在此未示出）有针对性地将水从水分离器1中导出。

在沿着入口管6a的纵向中心轴线或沿着出口管7a的纵向中心轴线的流动方向上观察，图7示出根据图6的水分离器1的两件式的壳体2的一部分的内部视图，其中，仅能够看到罐形的壳体部分，该罐形的壳体部分决定性地确定收集容器11。

此外，在图7中，在流动方向上观察，也能够特别清楚地看到收集容器11的罐底部29作为壳体2的外壁部3的一部分。

在此，能够清楚地看到第二肋25以及直线的第三肋27，所述第二肋螺旋线形地和/或涡旋线形地成型在收集容器11中并且相应地遵循螺旋线和/或涡旋线26（以虚线示出）。

同样能够清楚地看到，第二肋25以及第三肋27沿着收集容器11的周缘或壳体2的外壁部3彼此交替。但是也能够考虑如下布置：在所述布置中，第二和第三肋25、27沿着收集容器11的周缘分别彼此衔接。

图8至图10示出具有根据本发明的用于机动车的燃料电池系统17的框图。在此，燃料电池系统17具有根据本发明的水分离器1、空气过滤器18、涡轮压缩机19、空气冷却器20、加湿器21和燃料电池22，所述涡轮压缩机具有压缩机19a和涡轮机19b。通过燃料电池22，在燃料电池系统17中限定有用于进气的进气路径ZL和用于排气的排气路径AL。在此，进气路径ZL从外部或从机动车的其他部件通过空气过滤器18、涡轮压缩机19的压缩机19a、空气冷却器20和加湿器21通向燃料电池22。排气路径AL从燃料电池22通过加湿器21和涡轮压缩机19的涡轮机19b通向外部或通向机动车的其他部件。

在图8中示出根据本发明的水分离器1在燃料电池系统17中的第一种可能的布置。在此，水分离器1在进气路径ZL中流体连接在空气过滤器18的上游。

在图9中示出根据本发明的水分离器1在燃料电池系统17中的第二种可能的布置。在此，水分离器1在排气路径AL中流体连接在燃料电池22与加湿器21之间，或者说在排气路径AL中流体连接在加湿器21的上游，或者说在排气路径AL中流体连接在燃料电池22的下游。

在图10中示出根据本发明的水分离器1在燃料电池系统17中的第三种可能的布置。在此，水分离器1在排气路径AL中流体连接在加湿器21与涡轮压缩机19的涡轮机19b之间，或者说在排气路径AL中流体连接在涡轮压缩机19的涡轮机19b的上游，或者说在排气路径AL中流体连接在加湿器21的下游。

Claims (15)

1.一种水分离器（1），所述水分离器尤其用于燃料电池系统（17），

- 其中，所述水分离器（1）具有能够被空气穿流的壳体（2），

- 其中，所述壳体（2）具有通到所述壳体（2）中的入口（4）和从所述壳体（2）中通出的出口（5），

- 其中，所述壳体（2）具有在所述壳体（2）内形成的收集容器（11）和在所述壳体（2）内形成的分隔间隙（12），

- 其中，所述壳体（2）具有入口通道（6），用于载有水滴的空气，并且所述入口通道（6）在所述壳体（2）内从所述入口（4）通至所述分隔间隙（12），

- 其中，所述壳体（2）具有出口通道（7），用于脱去水滴的空气，并且所述出口通道（7）在所述壳体（2）内从所述入口通道（6）通向所述出口（5），

- 其中，所述壳体（2）具有收集通道（8），用于从空气中分离出的水，并且所述收集通道（8）在所述壳体（2）内从所述入口通道（6）穿过所述分隔间隙（12）通到所述收集容器（11）中，并且

- 其中，所述出口通道（7）和所述收集通道（8）自所述分隔间隙（12）起在下游流体分隔，

其特征在于，

所述收集容器（11）和所述入口通道（6）借助至少一个相对于所述分隔间隙在上游形成的开口（13）相互流体连接。

2.根据权利要求1所述的水分离器（1），

其特征在于，

相应的开口（13）形成在所述收集容器（11）的流动平稳的区域中。

3.根据权利要求1或2所述的水分离器（1），

其特征在于，

相应的开口（13）中的至少一个开口具有伸入到所述收集容器（11）中的、尤其是至少基本上柱形的颈部（23）。

4.根据权利要求3所述的水分离器（1），

其特征在于，

所述颈部（23）完全包围和/或环绕相应的开口（13）。

5.根据上述权利要求中任一项所述的水分离器（1），

其特征在于，

所述分隔间隙（12）的能够被穿流的横截面积与所述出口通道（7）的能够被穿流的横截面积具有在20%：80%与10%：90%之间的比例。

6.根据上述权利要求中任一项所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 所述入口通道（6）和所述出口通道（7）彼此同轴地定向，并且在空气流动方向上前后相继，和

- 所述分隔间隙（12）以在外侧环绕所述出口通道（7）的方式成型在所述入口通道（6）与所述出口通道（7）之间形成的过渡部位处。

7.根据权利要求6所述的水分离器（1），

其特征在于，

所述水分离器（1）具有涡流产生器（14），并且所述涡流产生器（14）在所述入口（4）与所述分隔间隙（12）之间布置在和/或形成在所述入口通道（6）中。

8.根据权利要求7所述的水分离器（1），

其特征在于，

相应的开口（13）在所述涡流产生器（14）的下游通到所述入口通道（6）中。

9.根据权利要求7或8所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 所述涡流产生器（14）具有至少两个彼此间隔开的叶片（15），并且相应的叶片（15）在空气流动方向上遵循螺旋线（16），并且

- 相应的开口（13）布置在所述涡流产生器（14）的下游并且布置在与该相应的开口（13）相邻的两个螺旋线（16）之间。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 在形成所述入口通道（6）的入口管（6a）中在内侧布置有和/或成型有第一引导件（24）、尤其是肋，所述第一引导件用于引导待分离的、尤其是沿壁流动的水，和/或

- 在所述收集容器（11）中在内侧布置有和/或成型有第二和/或第三引导件（25、27）、尤其是肋，所述第二和/或第三引导件用于引导从空气中分离出的水。

11.根据权利要求10所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 所述第一引导件（24）在所述入口管（6a）中至少局部地位于所述涡流产生器（14）和/或相应的开口（13）与所述分隔间隙（12）和/或所述收集通道（8）之间，和/或

- 所述第二引导件（25）在所述收集容器（11）中尤其直接地与所述分隔间隙（12）和/或所述收集通道（8）对置，和/或

- 所述第三引导件（27）在所述收集容器（11）中至少局部地位于所述分隔间隙（12）和/或所述收集通道（8）与相应的开口（13）之间。

12.根据权利要求10或11所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 在沿着所述入口管（6a）的纵向中心轴线的流动方向上观察，所述第一引导件（24）的走向至少局部地遵循螺旋线和/或涡旋线（16），和/或

- 在沿着所述入口管（6a）的纵向中心轴线的流动方向上观察，所述第二引导件（25）的走向至少局部地遵循螺旋线和/或涡旋线（26），和/或

- 在沿着所述入口管（6a）的纵向中心轴线的流动方向上观察，所述第三引导件（27）的走向至少局部地遵循笔直的纵向线（28）。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 所述入口通道（6）相对于所述出口通道（7）切向地定向，和

- 所述分隔间隙（12）以相对于所述出口通道（7）径向间隔开且位于径向外部的方式形成，并且形成在所述壳体（2）的外壁部（3）与形成所述入口通道（6）的分隔壁（10）之间。

14.根据权利要求13所述的水分离器（1），

其特征在于，

- 所述壳体（2）具有位于所述壳体（2）内的隔挡壁（9），和

- 所述隔挡壁（9）将所述收集通道（8）和/或所述收集容器（11）与所述入口通道（6）流体分隔，其中，所述收集容器（11）经由在所述隔挡壁（9）中形成的相应的开口（13）与所述入口通道（6）流体连接。

15.一种用于机动车的燃料电池系统（17），

- 其中，所述燃料电池系统（17）具有燃料电池（22），

- 其中，所述燃料电池系统（17）具有进气路径（ZL）和排气路径（AL），所述进气路径通向所述燃料电池（22）并且能够被进气穿流，所述排气路径从所述燃料电池（22）通出并且能够被排气穿流，

- 其中，所述燃料电池系统（17）具有加湿器（21），用于借助在所述排气路径（AL）中流动的排气加湿在所述进气路径（ZL）中流动的进气，

其特征在于，

- 所述燃料电池系统（17）具有根据上述权利要求中任一项所述的水分离器（1），

- 其中，所述水分离器（1）在所述进气路径（ZL）中流体连接在所述加湿器（21）的上游，和/或

- 其中，所述水分离器（1）在所述排气路径（AL）中流体连接在所述燃料电池（22）与所述加湿器（21）之间，和/或

- 其中，所述水分离器（1）在所述排气路径（AL）中流体连接在所述加湿器（21）的下游。