DE10020055A1 - Condenser used for separating gas and liquid from multiple phase fuel comprises condenser unit and separating unit with liquid retaining filter element - Google Patents

Condenser used for separating gas and liquid from multiple phase fuel comprises condenser unit and separating unit with liquid retaining filter element

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Abstract

A condenser (10) comprises a condenser unit (11) and a separating unit (12) for separating a gas and a liquid from a multiple phase fuel. The separating unit has a liquid retaining filter element (13). An Independent claim is also included for a process for separating a liquid and a gas from a multiple phase fuel comprising reducing the flow speed of the fuel using an enlargement of the separating unit; deviating the fuel stream using a deviating and/or suction device (19); and retaining the liquid of the fuel using the filter element (13). Preferred Features: The liquid retaining filter element is a wire filter. The separating unit has an inlet funnel (17) tapering in the main flow direction (16); a cylindrical feed channel (18) and a deviating and/or suction device (19).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Kondensiereinheit und einer Trenneinheit zur Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a capacitor, in particular for a vehicle, with a Condensing unit and a separation unit for separating a gas and a Liquid from a multi-phase fuel, according to the preamble of claim 1.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Trennen einer Flüssigkeit und eines Gases aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention further relates to a method for separating a liquid and a gas from a multi-phase fuel, according to the preamble of claim 10.

Kondensatoren und Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Derartige Kondensatoren bestehen aus einer Kondensiereinheit und einer Trenneinheit zur Trennung beziehungsweise Separierung eines Gases (beispielsweise Luft) und einer Flüssigkeit (beispielsweise Wasser), wobei das separierte Gas und die separierte Flüssigkeit mittels entsprechenden Fördermitteln zu weiteren Funktionseinheiten beispielsweise eines Fahrzeugs geführt werden können. Nachteilhafterweise weisen die bekannten Kondensatoren ein verhältnismäßig großes Bauvolumen auf und/oder liefern eine nicht zufriedenstellende Trennwirkung hinsichtlich der beabsichtigten Gas- Flüssigkeit-Trennung aus einem Mehrphasenbetriebsstoff.Capacitors and methods of the type mentioned here are known. Such Capacitors consist of a condensing unit and a separation unit Separation or separation of a gas (for example air) and one Liquid (for example water), the separated gas and the separated Liquid by means of appropriate conveying means to further functional units for example, a vehicle can be guided. Disadvantageously, the known capacitors on and / or deliver a relatively large volume an unsatisfactory separation effect with regard to the intended gas Liquid separation from a multi-phase fuel.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kondensator und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen eine optimale Trennwirkung in Bezug auf eine erwünschte Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff erzielbar ist.It is the object of the invention, a capacitor and a method of the beginning to create the type mentioned, by means of which an optimal separation effect in relation to a desired separation of a gas and a liquid from one Multi-phase fuel is achievable.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass die Trenneinheit ein Flüssigkeitsrückhalteelement aufweist. Mittels eines Flüssigkeitsrückhalteelements in der Trenneinheit ist es vorteilhafterweise möglich, eine optimale Trennwirkung hinsichtlich einer erwünschten Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff zu erzielen. Dabei dient das Flüssigkeitsrückhalteelement insbesondere zur zusätzlichen Feinabscheidung von in einem Mehrphasenbetriebsstoff enthaltenen Flüssigkeitströpfchen an einem vorzugsweise oberflächenstrukturierten Rückhaltekörper, welcher beispielsweise als Filterelement ausgebildet sein kann. Aufgrund dieser zusätzlichen Feinabscheidung von Flüssigkeitströpfchen an dem Rückhaltekörper lassen sich in zuverlässiger und verhältnismäßig einfacher Weise extrem hohe Trenngrade eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff erzielen. Beispielsweise wird feuchte Luft mittels der eingangsseitig im Kondensator angeordneten Kondensiereinheit auf eine erwünschte Betriebstemperatur abgekühlt unter Ausbildung eines Mehrphasengemischs bestehend aus Luft (Gas) und flüssigem Wasser (Flüssigkeit). Dieses Mehrphasengemisch wird der ausgangsseitig im Kondensator angeordneten Trenneinheit zugeführt, mittels welcher das Mehrphasengemisch in einen Gasstrom und einen Flüssigkeitsstrom getrennt wird. Dabei kann mittels des Flüssigkeitsrückhalteelements, das beispielsweise als Filterelement ausgebildet ist, der Gasstrom zusätzlich von feinen Flüssigkeitströpfchen befreit werden, so dass vorteilhafterweise ein erhöhter Trenngrad im Kondensator erzielbar ist.To achieve the object, a capacitor with the features of claim 1 proposed, which is characterized in that the separation unit Has liquid retention element. By means of a liquid retention element in the Separation unit, it is advantageously possible to achieve an optimal separation effect a desired separation of a gas and a liquid from one To achieve multi-phase fuel. The liquid retention element serves here  especially for the additional fine separation of in a multi-phase fuel contained liquid droplets on a preferably surface-structured Retention body, which can be designed, for example, as a filter element. Due to this additional fine separation of liquid droplets on the Retention bodies can be used in a reliable and relatively simple manner extremely high degrees of separation of a gas and a liquid from one Achieve multi-phase fuel. For example, moist air is extracted using the a condensing unit arranged on the input side in the capacitor to a desired one Operating temperature cooled down to form a multi-phase mixture from air (gas) and liquid water (liquid). This multiphase mixture becomes the separation unit arranged on the output side in the capacitor, by means of which the multi-phase mixture is separated into a gas stream and a liquid stream. It can be by means of the liquid retention element, for example as Filter element is formed, the gas flow in addition of fine liquid droplets are freed, so that advantageously an increased degree of separation in the capacitor is achievable.

Mit Vorteil ist das Flüssigkeitsrückhalteelement als Drahtfilter ausgebildet. Ein Drahtfilter ist besonders geeignet, als Flüssigkeitsrückhalteelement in einem Kondensator zu wirken, da selbiger in verhältnismäßig einfacher Weise an die gegebenen Geometrien des Kondensators anpassbar ist und gleichzeitig mittels geeigneter Einstellung eines erwünschten Filtergrads in Form einer entsprechenden Wahl der Packungsdichte des Drahtfilters eine zuverlässige und effektive mechanische Trennung von im Gasstrom enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, welche sich an einem Filterkörper feinabscheiden, erzielbar ist. Ein als Drahtfilter ausgebildetes Flüssigkeitsrückhalteelement benötigt somit keinen zusätzlichen Einbauraum, so dass es möglich ist, den Kondensator vorteilhafterweise kompakt auszugestalten.The liquid retention element is advantageously designed as a wire filter. A wire filter is particularly suitable as a liquid retention element in a condenser act, since the same in a relatively simple manner to the given geometries the capacitor is adjustable and at the same time by means of a suitable setting of a desired degree of filtering in the form of an appropriate choice of the packing density of the Wire filters provide reliable and effective mechanical separation from the gas flow contained liquid droplets, which separate out on a filter body, is achievable. A fluid retention element designed as a wire filter thus requires no additional installation space, so it is possible to use the capacitor advantageously compact.

Vorzugsweise verläuft die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in das Flüssigkeitsrückhalteelement im wesentlichen entgegengesetzt zur Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in die Trenneinheit. In dieser Weise wird der Gasstrom des Mehrphasenbetriebsstoffs um zirka 180° aus seiner Eintrittsrichtung in die Trenneinheit in die Eintrittsrichtung in das Flüssigkeitsrückhalteelement umgelenkt, wobei die beiden Eintrittsrichtungen zueinander entgegengesetzt verlaufen. Aufgrund dieser erwünschten Umlenkung erfolgt eine geometrische Trennung eines Flüssigkeitsstroms und eines Gasstroms in der Trenneinheit. Dabei wird der Gasstrom, welcher noch feine, eventuell mitgerissene Flüssigkeitströpfchen enthalten kann, im Flüssigkeitsrückhalteelement von selbigen befreit, da sich diese Flüssigkeitströpfchen beispielsweise an einem Filterkörper des Flüssigkeitsrückhalteelements feinabscheiden und somit mechanisch zurückgehalten werden. Dabei wird auch durch eine Umlenkung des Gasstroms um zirka 180° eine vorteilhafterweise kompakte Ausbildung des Kondensators ermöglicht.The direction of entry of the multi-phase fuel preferably runs into the Liquid retention element essentially opposite to the entry direction of the Multi-phase fuel in the separation unit. In this way, the gas flow of the Multi-phase fuel around 180 ° from its direction of entry into the separation unit deflected in the direction of entry into the liquid retention element, the two Entry directions are opposite to each other. Because of this desired Deflection is a geometric separation of a liquid flow and one Gas flow in the separation unit. The gas flow, which is still fine, is possibly  entrained liquid droplets can contain in the liquid retention element of the same frees, since these liquid droplets are, for example, on a filter body of the liquid retention element and thus mechanically retained become. In this case, a deflection of the gas flow by about 180 ° advantageously allows compact design of the capacitor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in die Trenneinheit im wesentlichen senkrecht nach unten und die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in das Flüssigkeitsrückhalteelement im wesentlichen senkrecht nach oben. Bei einer senkrecht nach unten wirkenden Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in die Trenneinheit wird die in der Kondensiereinheit zuvor auskondensierte Flüssigkeit mittels ihrer Schwerkraft in zuverlässiger Weise aus der Trenneinheit in eine Flüssigkeitsleitung gefördert. Dabei ist eine im wesentlichen senkrecht nach oben weisende Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs beziehungsweise des Gasstroms eventuell mit feinen, mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen in das Flüssigkeitsrückhalteelement ebenfalls vorteilhaft, da die beispielsweise an einem Filterkörper sich gegebenenfalls feinabscheidenden und allmählich anwachsenden Flüssigkeitströpfchen aufgrund ihrer Schwerkraft nach unten fallen und somit ebenfalls durch die Trenneinheit in die Flüssigkeitsleitung gelangen.According to a preferred embodiment, the entry direction of the Multi-phase fuel in the separation unit essentially vertically downwards and the direction of entry of the multi-phase fuel into the liquid retention element essentially vertically upwards. With one acting vertically downwards The direction of entry of the multi-phase fuel in the separation unit is in the Condensing unit previously condensed liquid by gravity in reliably conveyed from the separation unit into a liquid line. It is an entry direction of the Multi-phase fuel or the gas flow, possibly with fine, entrained liquid droplets in the liquid retention element also advantageous, since, for example, on a filter body finely separating and gradually growing liquid droplets due to their Gravity fall down and thus also through the separation unit into the Liquid line.

Vorteilhafterweise weist die Trenneinheit einen sich in Hauptdurchflussrichtung verjüngenden Einlauftrichter, einen sich an diesen anschließenden, zylindrischen Führungskanal und einen sich ausgangsseitig verjüngenden Mehrzwecktrichter auf. Eine derartig ausgebildete Trenneinheit ermöglicht bei strömungsgünstiger Führung eines Mehrphasenbetriebsstoffs eine optimierte Trennwirkung hinsichtlich einer erwünschten Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff. Dabei ist eine derartige Trenneinheit sowohl in Bezug auf den Gasstrom als auch in Bezug auf den Flüssigkeitsstrom strömungsgünstig ausgebildet. Der Mehrzwecktrichter dient dabei vorzugsweise sowohl zu einer zuverlässigen Ableitung von Flüssigkeit aus der Trenneinheit in eine Flüssigkeitsleitung und gleichzeitig zu einer vorteilhaften Umlenkung des Gasstroms aus dem Führungskanal in das Flüssigkeitsrückhalteelement vorzugsweise um 180°.The separating unit advantageously has a direction of flow in the main tapering inlet funnel, a cylindrical one adjoining this Guide channel and a multi-purpose funnel tapering on the output side. A such a separating unit enables a with a streamlined guidance Multi-phase fuel an optimized separation effect with regard to a desired Separation of a gas and a liquid from a multi-phase fuel. there is such a separation unit both in terms of gas flow and in terms of the flow of liquid is designed to be streamlined. The multi-purpose funnel serves preferably both for reliable drainage of liquid from the Separation unit in a liquid line and at the same time for an advantageous deflection of the gas flow from the guide channel into the liquid retention element preferably by 180 °.

Mit Vorteil ist der Mehrzwecktrichter mit seinem konisch verjüngten Ende mit einer Flüssigkeitsleitung und mit seinem konisch erweiterten Ende eintrittsseitig mit dem Flüssigkeitsrückhalteelement wirkverbunden. Das mit der Flüssigkeitsleitung wirkverbundene, konisch verjüngte Ende des Mehrzwecktrichters dient zu einer zuverlässigen und verhältnismäßig schnellen Ableitung einer auskondensierten Flüssigkeit aus der Trenneinheit in die Flüssigkeitsleitung. Das mit dem Flüssigkeitsrückhalteelement wirkverbundene, konisch erweiterte Ende dient einerseits zur Umlenkung des Gasstroms aus dem Führungskanal in das Flüssigkeitsrückhalteelement und andererseits zur zuverlässigen und verhältnismäßig schnellen Ableitung von aus dem Flüssigkeitsrückhalteelement in die Trenneinheit fallenden Flüssigkeitstropfen in die Flüssigkeitsleitung.The multi-purpose funnel with its tapered end is advantageous with one Liquid line and with its flared end on the inlet side with the  Liquid retention element operatively connected. The one with the liquid line functionally connected, conically tapered end of the multi-purpose funnel serves as a reliable and relatively quick derivation of a condensed Liquid from the separation unit into the liquid line. That with the The liquid retention element, on the one hand, has an operatively connected, flared end to redirect the gas flow from the guide channel into the Liquid retention element and on the other hand for reliable and proportionate rapid discharge from the liquid retention element into the separation unit droplets of liquid falling into the liquid line.

Vorteilhafterweise weist der Übergangsbereich vom Führungskanal zum Mehrzwecktrichter in Hauptdurchflussrichtung eine Durchtrittsquerschnittsvergrößerung auf. Aufgrund dieser Durchtrittsquerschnittsvergrößerung im Übergangsbereich vom Führungskanal zum Mehrzwecktrichter ergibt sich eine erwünschte Verringerung der Durchtrittsgeschwindigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs und insbesondere des Gasstroms, so dass eine problemlose Umlenkung des Gasstroms aus dem Führungskanal in das Flüssigkeitsrückhalteelement ermöglicht wird und andererseits eine zuverlässige Abscheidung von auskondensierten Flüssigkeitstropfen an der Wandung des Mehrzwecktrichters beziehungsweise ein direkter Austritt des Kondensats aus der Trenneinheit in die Flüssigkeitsleitung gewährleistet wird. Dabei erfolgt die Umlenkung des Gasstroms vorzugsweise unter möglichst geringem Druckverlust.The transition region advantageously points from the guide channel to Multi-purpose funnel in the main flow direction an increase in the cross section on. Due to this increase in the cross section in the transition area from Guide channel to the multi-purpose funnel results in a desired reduction in Passage speed of the multi-phase fuel and in particular the Gas flow so that a smooth redirection of the gas flow from the Guide channel in the liquid retention element is made possible and on the other hand reliable separation of condensed liquid drops on the Wall of the multi-purpose funnel or a direct outlet of the condensate is guaranteed from the separation unit into the liquid line. The Deflection of the gas flow preferably with the lowest possible pressure loss.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Flüssigkeitsrückhalteelement als Ring ausgebildet. Ein als Ring ausgebildetes Flüssigkeitsrückhalteelement erlaubt eine achsensymmetrische Umlenkung des Gasstroms aus dem vorzugsweise koaxial im Ringinnern sich erstreckenden Führungskanal in das Flüssigkeitsrückhalteelement. Dabei ermöglicht ein ringförmiges Flüssigkeitsrückhalteelement eine vorzugsweise kompakte Ausgestaltung des Kondensators.According to a preferred embodiment, the liquid retention element is as Ring trained. A liquid retention element designed as a ring allows one Axially symmetrical deflection of the gas flow from the preferably coaxial in Guide channel extending inside the ring into the liquid retention element. An annular liquid retention element preferably enables one compact design of the capacitor.

Vorzugsweise weist der Drahtfilter eine Packungsdichte von zirka 140 kg/m2 auf. Ein Drahtfilter mit einer Packungsdichte von zirka 140 kg/m2 ermöglicht die Erzielung optimaler Betriebsergebnisse, insbesondere in Bezug auf die erwünschte Trennwirkung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, wobei die weiteren Betriebsparameter, wie zum Beispiel Durchtrittsgeschwindigkeit und Betriebstemperatur des Gasstromes, in geeigneter Weise zu wählen sind. Bei der Bestimmung der Packungsdichte des Drahtfilters ist zu berücksichtigen, dass eine zu feine Packungsdichte (sehr viel größer als 140 kg/m2) zu einer zu großen Durchtrittsgeschwindigkeit des Gasstroms durch den Drahtfilter führt, aufgrund welcher die sich am Filterkörper ausbildenden Flüssigkeitströpfchen nachteilhafterweise mit dem Gasstrom durch den Drahtfilter hindurch mitgerissen werden und somit nicht in die Flüssigkeitsleitung gelangen können, und bei einer zu grob gewählten Packungsdichte (sehr viel kleiner als 140 kg/m2) keine beziehungsweise keine zufriedenstellende Feinabscheidung von Flüssigkeitströpfchen am Filterkörper erfolgt.The wire filter preferably has a packing density of approximately 140 kg / m 2 . A wire filter with a packing density of approximately 140 kg / m 2 enables optimal operating results to be achieved, in particular with regard to the desired separating action of a gas and a liquid from a multi-phase fuel, the other operating parameters, such as the passage speed and operating temperature of the gas stream, being more suitable Way to choose. When determining the packing density of the wire filter, it has to be taken into account that a packing density that is too fine (very much larger than 140 kg / m 2 ) leads to an excessively high velocity of the gas flow through the wire filter, due to which the liquid droplets forming on the filter body disadvantageously coexist with the Gas flow are entrained through the wire filter and thus can not get into the liquid line, and with a too coarse packing density (very much less than 140 kg / m 2 ) there is no or no satisfactory fine separation of liquid droplets on the filter body.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
To achieve the object, a method is also proposed which has the features of claim 10. The process according to the invention is characterized by the following process steps:

  • - Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs mittels einer Durchtrittsquerschnittsvergrößerung eines Fördermittels;- Reduce the flow rate of the multi-phase fuel by means of an increase in the cross section of a funding;
  • - Umlenken des Mehrphasenbetriebsstoffstromes mittels eines Umlenk- und/oder Ansaugmittels;- Redirecting the multi-phase fuel flow by means of a redirection and / or Suction means;
  • - Zurückhalten der Flüssigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs mittels eines Filterelements.- Retaining the liquid of the multi-phase fuel by means of a Filter element.

Dieses Verfahren ermöglicht die Erzielung der bereits in Bezug auf den Kondensator vorerwähnten Vorteile.This method enables the achievement of already with respect to the capacitor aforementioned benefits.

Vorzugsweise beträgt die Umlenkung zirka 180° und erfolgt im wesentlichen aus einer vertikal nach unten zeigenden Richtung in eine vertikal nach oben zeigende Richtung. In dieser Weise wird unter Ausnutzung der vertikal nach unten wirkenden Gravitationskraft eine optimierte Trennwirkung zur Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff ermöglicht.The deflection is preferably approximately 180 ° and essentially takes place from one vertically downward direction in a vertically upward direction. In this way, taking advantage of the vertically downward gravitational force an optimized separation effect for separating a gas and a liquid from one Multi-phase fuel enables.

Der erfindungsgemäße Kondensator und das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen einer Flüssigkeit und eines Gases aus einem Mehrphasenbetriebsstoff sind dabei besonders vorteilhaft in einer Brennstoffzelle verwendbar, die z. B. in einem Fahrzeug eingesetzt wird.The capacitor according to the invention and the separation method according to the invention a liquid and a gas from a multi-phase fuel are included particularly advantageously used in a fuel cell, the z. B. in a vehicle is used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Further advantageous embodiments of the invention result from the description.  

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In einer einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßer Kondensator schematisch dargestellt.The invention is described in an exemplary embodiment based on an associated Drawing explained in more detail. A single figure shows an inventive one Capacitor shown schematically.

Die Figur zeigt einen allgemein mit 10 bezeichneten Kondensator, der als Rohrbündelkondensator ausgebildet ist und eine Kondensiereinheit 11 und eine Trenneinheit 12 zur Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, im vorliegenden Fall einem Zweiphasenbetriebsstoff (Luft/flüssiges Wasser), aufweist. Die eingangsseitig im Kondensator 10 angeordnete Kondensiereinheit 11 weist eine Mehrzahl an Kondensatorzuführleitungen 25 auf, durch welche ein Betriebsstoff, wie zum Beispiel feuchte Luft, in Hauptdurchflussrichtung 16 parallel zu einer Längsachse 35 des Kondensators 10 geführt wird. Die Kondensiereinheit 11 ist mit einer Kühlmittelzuführleitung 23 wirkverbunden, mittels welcher ein Kühlmittel gemäß Pfeil 24 in eine Mehrzahl an Kondensatorkühlleitungen 26 geleitet wird. Die Kondensatorzuführleitungen 25 und die Kondensatorkühlleitungen 26 der Kondensiereinheit 11 bilden in bekannter Weise ein kompaktes Rohrbündel, das in einem Gehäuse 32 des Kondensators 10 aufgenommen ist. In Hauptdurchflussrichtung 16 schließt sich an die Kondensiereinheit 11 die Trenneinheit 12 an, welche ebenfalls koaxial zur Längsachse 35 des Kondensators 10 angeordnet ist. Die Trenneinheit 12 weist einen mit der Kondensiereinheit 11 wirkverbundenen Einlauftrichter 17 auf, welcher sich mit seinem in Hauptdurchflussrichtung 16 verjüngenden Ende mit einem Führungskanal 18 verbunden ist, der wiederum in einen Mehrzwecktrichter 19 führt. Der Mehrzwecktrichter 19 ist mit seinem sich in Hauptdurchflussrichtung 16 verjüngenden Ende mit einer Flüssigkeitsleitung 20 wirkverbunden. Die Trenneinheit 12 weist ein ringförmiges Flüssigkeitsrückhalteelement 13 (Demister) auf, welches vorzugsweise als Drahtfilter ausgebildet ist. Das Flüssigkeitsrückhalteelement 13 ist in einem ringkanalförmigen Zwischenraum zwischen dem Führungskanal 18 und dem Gehäuse 32 des Kondensators 10 angeordnet. Dieser ringkanalförmige Zwischenraum führt vom Mehrzwecktrichter 19 zu einer ringförmigen Umlenkkammer 36 und schließlich in eine Gasleitung 22, welche mit weiteren, nicht dargestellten Funktionseinheiten beispielsweise eines Fahrzeugs wirkverbunden sein kann. Die ringförmige Umlenkkammer 36 ist radial durch das äußere Gehäuse 32 und den inneren Einlauftrichter 17 begrenzt. Die Kondensiereinheit 11, der Einlauftrichter 17, der Führungskanal 18, das Flüssigkeitsrückhalteelement 13, der Mehrzwecktrichter 19, die Flüssigkeitsleitung 20 und das Gehäuse 32 des Kondensators 10 sind koaxial zur Längsachse 35 angeordnet. Ein vom Führungskanal 18 zum Mehrzwecktrichter 19 sich erstreckender Übergangsbereich weist in Hauptdurchflussrichtung 16 gesehen eine Durchtrittsquerschnittsvergrößerung auf unter Ausbildung eines ringförmigen, radial nach außen spitz zulaufenden Umlenktrichters 21.The figure shows a condenser, generally designated 10, which is designed as a tube bundle condenser and has a condensing unit 11 and a separating unit 12 for separating a gas and a liquid from a multi-phase fuel, in the present case a two-phase fuel (air / liquid water). The condensing unit 11 arranged in the condenser 10 on the inlet side has a plurality of condenser supply lines 25 , through which an operating medium, such as moist air, is guided in the main flow direction 16 parallel to a longitudinal axis 35 of the condenser 10 . The condensing unit 11 is operatively connected to a coolant supply line 23 , by means of which a coolant according to arrow 24 is conducted into a plurality of condenser cooling lines 26 . The condenser supply lines 25 and the condenser cooling lines 26 of the condensing unit 11 form in a known manner a compact tube bundle which is accommodated in a housing 32 of the condenser 10 . In the main flow direction 16 , the condensing unit 11 is followed by the separating unit 12 , which is also arranged coaxially to the longitudinal axis 35 of the condenser 10 . The separation unit 12 has an inlet funnel 17 which is operatively connected to the condensing unit 11 and which is connected at its end tapering in the main flow direction 16 to a guide channel 18 which in turn leads into a multi-purpose funnel 19 . The multipurpose funnel 19 is operatively connected to its tapering in the main flow direction 16 end to a liquid line twentieth The separation unit 12 has an annular liquid retention element 13 (demister), which is preferably designed as a wire filter. The liquid retention element 13 is arranged in an annular channel-shaped space between the guide channel 18 and the housing 32 of the condenser 10 . This annular channel-shaped space leads from the multi-purpose funnel 19 to an annular deflection chamber 36 and finally into a gas line 22 , which can be operatively connected to other functional units, not shown, for example of a vehicle. The annular deflection chamber 36 is delimited radially by the outer housing 32 and the inner inlet funnel 17 . The condensing unit 11 , the inlet funnel 17 , the guide channel 18 , the liquid retention element 13 , the multi-purpose funnel 19 , the liquid line 20 and the housing 32 of the condenser 10 are arranged coaxially to the longitudinal axis 35 . A transition area extending from the guide channel 18 to the multi-purpose funnel 19 has an increase in the cross section of the passage as seen in the main flow direction 16 , with the formation of an annular deflection funnel 21 which tapers radially outward.

Beispielsweise feuchte Luft wird in die Kondensatorzuführleitungen 25 der Kondensatoreinheit 11 gemäß Hauptdurchflussrichtung 16 eingeleitet und mittels des in den Kondensatorkühlleitungen 26 enthaltenen Kühlmittels auf eine erwünschte, flüssiges Wasser aus der feuchten Luft auskondensierende Betriebstemperatur abgekühlt. Es bildet sich in den Kondensatorzuführleitungen 25 der Kondensiereinheit 11 jeweils ein Gasstrom (Pfeile 27) und ein Flüssigkeitsstrom (Pfeile 28). Die Gasströme und die Flüssigkeitsströme gelangen gemäß Pfeil 14 vertikal nach unten in den Einlauftrichter 17 der Trenneinheit 12. Im Einlauftrichter 17 wird der aus den Kondensatorzuführleitungen 25 kommende Mehrstoffphasenbetriebsstoffstrom (bestehend aus den Gasströmen und den Flüssigkeitsströmen) gebündelt und in den Führungskanal 18 geleitet. Im Einlauftrichter 17 und im Führungskanal 18 ist somit ein Mehrphasenbetriebsstoff bestehend aus gasförmiger Luft und flüssigem Wasser enthalten. Der aus dem Führungskanal 18 in den Mehrzwecktrichter 19 geführte Gasstrom wird entsprechend den Pfeilen 29 um zirka 180° radial nach außen in den ringförmigen Umlenktrichter 21 umgelenkt aufgrund einer Ansaugwirkung eines mit der Gasleitung 22 in Wirkverbindung stehenden Saugmittels (nicht dargestellt), das beispielsweise als in der Gasleitung 22 angeordnetes Lüfterrad ausgebildet sein kann. Der in dieser Weise umgelenkte Gasstrom, der feine, aus dem Flüssigkeitsstrom mitgerissene Flüssigkeitströpfchen enthalten kann, tritt gemäß den Pfeilen 15 in das vorzugsweise als Drahtfilter ausgebildete Flüssigkeitsrückhalteelement 13 ein und wird gemäß den Pfeilen 33 durch die ringförmige Umlenkkammer 36 in die Gasleitung 22 gefördert und in dieser gemäß Pfeil 34 weitergeleitet. Bei Eintritt des Gasstroms in den Drahtfilter 13 kommt es zu einer erwünschten Feinabscheidung von kleinen, gegebenenfalls sich im Gasstrom noch befindenden Flüssigkeitströpfchen an einem nicht dargestellten Filterkörper des Drahtfilters 13. Diese Flüssigkeitströpfchen werden durch den Filterkörper mechanisch zurückgehalten, wobei es zu einem Anwachsen von größeren Flüssigkeitstropfen an dem Filterkörper kommt. Aufgrund der auf die am Filterkörper haftenden Flüssigkeitstropfen wirkende Gravitationskraft fallen selbige vom Filterkörper in den Mehrzwecktrichter 19 herunter und bewegen sich (fließen) entlang selbigem in Richtung Flüssigkeitsleitung 20. In dieser Weise ist es möglich, dass ein aufgrund der Umlenkung des im Führungskanal 18 gebündelten Gasstroms getrennter Flüssigkeitsstrom gemäß den Pfeilen 30 direkt in die Flüssigkeitsleitung 20 strömt und dass ferner ein zusätzlicher, nachträglich mittels des Flüssigkeitsrückhalteelements 13 aus dem denselben durchströmenden Gasstrom getrennter Flüssigkeitsstrom gemäß den Pfeilen 31 durch den Mehrzwecktrichter 19 in die Flüssigkeitsleitung 20 geleitet wird. Die derart vom Gasstrom getrennte Flüssigkeit wird mittels der Flüssigkeitsleitung 20 in Hauptdurchflussrichtung 16 einer weiteren, nicht dargestellten Funktionseinheit beispielsweise eines Fahrzeugs zugeführt.For example, moist air is introduced into the condenser supply lines 25 of the condenser unit 11 in accordance with the main flow direction 16 and cooled to a desired operating temperature which condenses liquid water from the moist air by means of the coolant contained in the condenser cooling lines 26 . A gas stream (arrows 27 ) and a liquid stream (arrows 28 ) are formed in the condenser supply lines 25 of the condensing unit 11 . The gas flows and the liquid flows pass vertically downward into the inlet funnel 17 of the separation unit 12 according to arrow 14 . In the inlet funnel 17 , the multi-phase fuel flow (consisting of the gas flows and the liquid flows) coming from the condenser supply lines 25 is bundled and passed into the guide channel 18 . A multiphase fuel consisting of gaseous air and liquid water is thus contained in the inlet funnel 17 and in the guide channel 18 . The guided from the guide channel 18 in the multi-purpose hopper 19 gas flow is indicated by the arrows 29 radially deflected by approximately 180 ° to the outside in the annular Umlenktrichter 21 due to a suction effect of which is operatively connected to the gas line 22 suction means (not shown), for example, as in the gas line 22 arranged fan wheel can be formed. The gas flow deflected in this way, which may contain fine liquid droplets entrained in the liquid flow, enters the liquid retention element 13, which is preferably designed as a wire filter, according to the arrows 15 and is conveyed into the gas line 22 through the annular deflection chamber 36 and in accordance with the arrows 33 this is forwarded according to arrow 34 . When the gas flow enters the wire filter 13 , there is a desired fine separation of small liquid droplets, which may still be in the gas flow, on a filter body of the wire filter 13, not shown. These liquid droplets are mechanically retained by the filter body, which results in larger liquid drops growing on the filter body. Due to the gravitational force acting on the liquid drops adhering to the filter body, the liquid drops fall from the filter body into the multi-purpose funnel 19 and move (flow) along the same in the direction of the liquid line 20 . In this way, it is possible for a liquid flow separated by the deflection of the gas flow bundled in the guide channel 18 to flow directly into the liquid line 20 according to the arrows 30 , and for an additional liquid flow subsequently separated from the gas flow flowing through it by the liquid retention element 13 according to FIGS Arrows 31 is passed through the multi-purpose funnel 19 into the liquid line 20 . The liquid separated from the gas flow in this way is fed via the liquid line 20 in the main flow direction 16 to a further functional unit, not shown, for example a vehicle.

Aufgrund der Durchtrittsquerschnittsvergrößerung im Übergangsbereich vom Führungskanal 18 zum Mehrzwecktrichter 19 in gesehen ergibt sich eine erwünschte Verringerung der Durchtrittsgeschwindigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs (Gas und Flüssigkeit) und insbesondere des umzulenkenden Gasstroms. Diese Geschwindigkeitsreduzierung wirkt sich positiv auf das Trennverhalten der Trenneinheit 12 in Bezug auf eine Trennung der Flüssigkeit (Pfeile 30, 31) und des Gases (Pfeife 29, 15, 33) aus dem durch die Trenneinheit 12 strömenden Mehrphasenbetriebsstoff. Ferner gewährleistet diese Geschwindigkeitsreduzierung im Übergangsbereich eine korrekte Umlenkung insbesondere des Gasstroms von der im wesentlichen senkrecht nach unten weisenden Hauptdurchflussrichtung 16 in die im wesentlichen senkrecht nach oben weisende Eintrittsrichtung 15 in das Flüssigkeitsrückhalteelement 13. Die Umlenkung insbesondere des Gasstroms unter Reduzierung der Durchtrittsgeschwindigkeit desselben erfolgt vorteilhafterweise unter einem nur geringen Druckverlust in der Trenneinheit 12.As a result of the increase in the cross section of the passage in the transition area from the guide channel 18 to the multi-purpose funnel 19 , there is a desired reduction in the rate of passage of the multi-phase fuel (gas and liquid) and in particular the gas flow to be deflected. This reduction in speed has a positive effect on the separation behavior of the separation unit 12 with respect to separation of the liquid (arrows 30 , 31 ) and the gas (whistle 29 , 15 , 33 ) from the multi-phase fuel flowing through the separation unit 12 . Furthermore, this speed reduction in the transition area ensures a correct deflection, in particular of the gas flow, from the main flow direction 16 pointing essentially vertically downward into the entry direction 15 into the liquid retention element 13 pointing essentially vertically upwards. The redirection of the gas flow in particular while reducing the rate of passage thereof advantageously takes place with only a slight pressure loss in the separation unit 12 .

Der Kondensator 10 kann beispielsweise unter folgenden Betriebsparametern vorteilhaft betrieben werden:
The capacitor 10 can advantageously be operated, for example, under the following operating parameters:

  • - Feuchte Luft wird unter einem Betriebsdruck von 2,7 bar und einer Eingangstemperatur von 84°C in die Kondensiereinheit 11 geleitet;- Moist air is fed into the condensing unit 11 at an operating pressure of 2.7 bar and an inlet temperature of 84 ° C;
  • - das Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, wird unter einem Betriebsdruck von 1,5 bar und einer Betriebstemperatur von 60°C im Gegenstrom zur Gasströmung (feuchte Luft) durch die Kondensatorkühlleitungen 26 der Kondensiereinheit 11 gefördert; - The cooling medium, for example cooling water, is conveyed through the condenser cooling lines 26 of the condensing unit 11 at an operating pressure of 1.5 bar and an operating temperature of 60 ° C in countercurrent to the gas flow (moist air);
  • - das als Drahtfilter ausgebildete Flüssigkeitsrückhalteelement 13 weist eine Packungsdichte von zirka 140 kg/m2 auf.- The liquid retention element 13 designed as a wire filter has a packing density of approximately 140 kg / m 2 .

Der Kondensator 10 kann in besonders vorteilhafter Weise aufgrund seiner kompakten Ausgestaltung und optimalen Trennwirkung (Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff) in einem Fahrzeug beispielsweise mit einem Brennstoffzellenaggregat eingesetzt werden.The capacitor 10 can be used in a particularly advantageous manner due to its compact design and optimal separation effect (separation of a gas and a liquid from a multi-phase fuel) in a vehicle, for example with a fuel cell unit.

Claims (13)

1. Kondensator, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Kondensiereinheit und einer Trenneinheit zur Trennung eines Gases und einer Flüssigkeit aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (12) ein Flüssigkeitsrückhalteelement (13) aufweist.1. Condenser, in particular for a vehicle, with a condensing unit and a separation unit for separating a gas and a liquid from a multi-phase fuel, characterized in that the separation unit ( 12 ) has a liquid retention element ( 13 ). 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsrückhalteelement (13) als Drahtfilter ausgebildet ist.2. Condenser according to claim 1, characterized in that the liquid retention element ( 13 ) is designed as a wire filter. 3. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in das Flüssigkeitsrückhalteelement im wesentlichen entgegengesetzt zur Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in die Trenneinheit verläuft.3. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the direction of entry of the multi-phase fuel in the Liquid retention element essentially opposite to The direction of entry of the multi-phase fuel runs into the separation unit. 4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in die Trenneinheit im wesentlichen senkrecht nach unten und die Eintrittsrichtung des Mehrphasenbetriebsstoffs in das Flüssigkeitsrückhalteelement (13) im wesentlichen senkrecht nach oben verläuft.4. Condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the direction of entry of the multi-phase fuel in the separation unit is substantially vertically downward and the direction of entry of the multi-phase fuel in the liquid retention element ( 13 ) is substantially perpendicularly upward. 5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (12) einen sich in Hauptdurchflussrichtung (16) verjüngenden Einlauftrichter (17), einen sich an diesen anschließenden, zylindrischen Führungskanal (18) und einen sich ausgangsseitig verjüngenden Mehrzwecktrichter (19) aufweist.5. A capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the separation unit (12) has a tapering in the main flow direction (16) inlet funnel (17), an adjoining it, the cylindrical guide channel (18) and a the output side tapered multipurpose hopper (19 ) having. 6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrzwecktrichter (19) mit seinem konisch verjüngten Ende mit einer Flüssigkeitsleitung (20) und mit seinem konisch erweiterten Ende eintrittsseitig mit dem Flüssigkeitsrückhalteelement (13) wirkverbunden ist. 6. Condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-purpose funnel ( 19 ) is operatively connected with its conically tapered end to a liquid line ( 20 ) and with its flared end on the inlet side to the liquid retention element ( 13 ). 7. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich vom Führungskanal (18) zum Mehrzwecktrichter (19) in Hauptdurchflussrichtung (16) eine Durchtrittsquerschnittsvergrößerung (21) aufweist.7. Condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the transition region from the guide channel ( 18 ) to the multi-purpose funnel ( 19 ) in the main flow direction ( 16 ) has an enlarged cross-section ( 21 ). 8. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsrückhalteelement als Ring ausgebildet ist.8. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the liquid retention element is designed as a ring. 9. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtfilter eine Packungsdichte von zirka 140 kg/m2 aufweist.9. Capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the wire filter has a packing density of approximately 140 kg / m 2 . 10. Verfahren zum Trennen einer Flüssigkeit und eines Gases aus einem Mehrphasenbetriebsstoff, insbesondere mittels eines Kondensators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs mittels einer Durchtrittsquerschnittsvergrößerung (21) eines Fördermittels (12);
  • - Umlenken des Mehrphasenbetriebsstoffstromes mittels eines Umlenk- und/oder Ansaugmittels (19);
  • - Zurückhalten der Flüssigkeit des Mehrphasenbetriebsstoffs mittels eines Filterelements (13).
10. A method for separating a liquid and a gas from a multi-phase fuel, in particular by means of a capacitor according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps:
  • - reducing the flow rate of the multi-phase fuel by means of an increase in the cross section ( 21 ) of a conveying means ( 12 );
  • - Deflecting the multiphase fuel flow by means of a deflecting and / or suction means ( 19 );
  • - Retaining the liquid of the multi-phase fuel by means of a filter element ( 13 ).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung zirka 180° beträgt.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the deflection is approximately 180 °. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung im wesentlichen aus einer vertikal nach unten zeigenden Richtung (16) in eine vertikal nach oben zeigende Richtung (15) erfolgt. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the deflection takes place essentially from a vertically downward direction ( 16 ) in a vertically upward direction ( 15 ). 13. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator in ein Brennstoffzellensystem integriert ist.13. Capacitor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the capacitor is integrated in a fuel cell system.
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