DE10108715A1 - Behältnis für ein strömendes Fluid - Google Patents

Abstract

Behältnis für ein strömendes Fluid mit Mitteln zur Veränderung eines dem strömenden Fluid entgegentretenden Strömungsquerschnittes des Behältnisses, wobei die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnittes wenigstens ein Element aus einer wärmebeaufschlagbaren Formgedächtnis-Legierung aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Behältnis für ein strö­ mendes Fluid nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Veränderung eines Strömungsquerschnitts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, sowie ein mit einem derartigen Behältnis oder einer derartigen Vorrichtung ausge­ bildetes Brennstoffzellensystem. Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff "Behältnis" soll sämtliche Arten von Körpern, in denen ein Fluid gelagert werden kann bzw. durch welches ein Fluid strömen kann, umfassen. Der Begriff umfaßt somit insbesondere Rohre, Kanäle und Patronen.

Eine Brennstoffzelle mit einem Entwässerungssystem ist aus der DE 39 07 819 A1 und der Veröffentlichung "PEM (Polymer- Elektrolyte-Membrane) Fuel Cells For Passive Operation, O. Adlhart" bekannt. Es handelt sich hierbei um eine PEM- Brennstoffzelle im "dead end"-Betrieb mit einer internen Be­ feuchtung und einem speziellen Entwässerungssystem.

Das Produktwasser, also Wasser oder Wasserdampf, wird auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle im Blockbetrieb über ein Dochtsystem zu einer Gas/Wasser-Separationsmembrane geleitet (Stofftransport). Diese Gas/Wasser-Separationsmembrane steht unter Sauerstoffdruck und läßt nur das Produktwasser passieren.

Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß durch Ver­ unreinigungen der einzelnen Brennstoffzellenkomponenten sich die Poren zusetzen können und somit die Entwässerung des jewei­ ligen Zellenblocks verhindert wird. Dies führt zu einer Abnahme der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle durch den kombinierten Stofftransport. Ein weiterer Nachteil ist die Verwendung eines Dochtsystems, der den Austausch einzelner Brennstoffzel­ len sehr aufwendig gestaltet.

Aus der DE 40 27 655 C1 ist eine Brennstoffzelle bekannt, bei der Wasserstoff und Sauerstoff im Kreislauf geführt wird. In jedem Kreislauf befindet sich unter anderem ein Befeuchter, der das Gas vor Eintritt in die Zelle auf den erforderlichen Was­ sergehalt einstellt. Auf der Kathodenseite ist nach der Zelle ein Wasserabscheider vorgesehen, der das angefallene Reaktions- und Transferwasser aufnimmt. Während des Betriebes kann das in dem Wasserabscheider aufgefangene Produktwasser über einen Hahn abgelassen werden.

Aus der DE 195 31 852 C1 ist schließlich eine Brennstoffzelle mit einem Entwässerungssystem bekannt. Hier ist die Brennstoff­ zelle über Mittel zum Transport von Wasser oder Wasserdampf mit einem Wasserabscheider verbunden, der über eine Regeleinrich­ tung in Form eines Ventils verfügt, das die automatische Ent­ leerung des Wasserabscheiders bewirkt, und eine Einrichtung zur Regelung des Gas-Ausstroms aufweist.

Bei der Strömung eines Gases durch ein Behältnis, beispielswei­ se ein Rohr, erfolgt bei entsprechenden Temperaturverhältnissen die Abscheidung von Wasser an der Wandung des Behältnisses. Durch Einbringung von Abscheidern in das Behältnis ist die Ab­ scheidungsfläche ohne Ausdehnung beispielsweise des Rohrquer­ schnitts vergrößerbar. Die Wandung bildet somit, zusammen mit eventuell vorgesehenen Abscheidern, die wirksame Abscheidungs­ fläche. Bei variablen Volumenströmen, wie sie beispielsweise in Brennstoffzellensystemen auftreten, ist es wünschenswert, je nach Größe des Volumenstromes entsprechend angepaßte Abschei­ dungsflächen zur Verfügung zu stellen. Eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts führt jedoch zu einem verstärkten Druck­ abfall innerhalb des Strömungskörpers, so daß ein geeigneter Ausgleich zwischen diesen beiden Parametern gefunden werden muß. Die Erfindung strebt unter anderem an, in möglichst einfacher Weise eine variable Abscheidungsfläche für einen Gasstrom im Rahmen einer Vorrichtung zum Abscheiden von Wasserpartikeln aus dem Gasstrom zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird ein Behältnis mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 10 sowie ein mit einem derartigen Behältnis oder ei­ ner derartigen Vorrichtung ausgestattetes Brennstoffzellensy­ stem vorgeschlagen.

Das erfindungsgemäße Behältnis zeichnet sich dadurch aus, daß sein Strömungsquerschnitt, welcher einem strömenden Fluid ent­ gegentritt, in einfacher und effektiver Weise veränderbar ist. Das erfindungsgemäße Behältnis ermöglicht eine Anpassung des Strömungsquerschnitts, so daß beispielsweise ein in dem Behält­ nis auftretender Druckabfall entsprechend konkreten Vorgaben bzw. Notwendigkeiten variiert werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Behältnisses sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses dient dieses zur Abscheidung von Wasserpartikeln aus einem Gasstrom. Ein derartiges Behältnis zeichnet sich da­ durch aus, daß variable Volumenströme wasserdampfenthaltender bzw. wasserdampfgesättigter Gase in einfacher und effektiver Weise entwässert werden können. Die Trennung der Wasserpartikel von dem Gas erfolgt hierbei rein physikalisch. Das erfindungs­ gemäße Behältnis bedarf keiner elektrischen Steuerung, da es mit Mitteln ausgebildet ist, welche aufgrund von Temperaturein­ flüssen in einer gewünschten Weise reagieren. Es ist in einfa­ cher und zuverlässiger Weise möglich, auf das dynamische Ver­ halten eines Fluidstroms, insbesondere eines Luftstromes bzw. Gasstromes, einzugehen. Stromabwärts des erfindungsgemäßen Be­ hältnisses angeordnete Bauelemente können wirksam vor Kondensa­ ten geschützt werden. Die Erfindung zeichnet sich durch die Möglichkeit der sehr kostengünstigen Bereitstellung aus.

Zweckmäßigerweise weisen die Mittel zur Veränderung des Strö­ mungsquerschnitts wenigstens eine Klappe auf, deren Öffnungs- bzw. Schließstellung über eine Wärmebeaufschlagung eines mit der Klappe in Wirkverbindung stehenden Drahtes aus einer Form­ gedächtnis-Legierung steuer- bzw. regelbar ist. Durch entspre­ chende Positionierung und Dimensionierung von Drähten aus ge­ eigneten Formgedächtnis-Legierungen ist es möglich, Klappen zur gewünschten Modifikation eines Strömungsquerschnitts bzw. einer Abscheidungsfläche eines erfindungsgemäßen Behältnisses zu ver­ ändern.

Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Klappe mit einer Durchgangsbohrung ausgebildet, durch welche sich ein Abschnitt des Drahtes erstreckt. Hiermit ist eine besonders einfache Be­ aufschlagung einer schwenkbaren Klappe mit einem Formgedächt­ nis-Legierungsdraht möglich. Diese Ausgestaltung erweist sich in der Praxis als robust und zuverlässig.

Es ist bevorzugt, daß der Draht mittels federbeaufschlagter Rollen beaufschlagbar ist. Durch das Zusammenwirken des Drahtes mit federbeaufschlagten Rollen kann eine Längenänderung des Drahtes, welche durch eine entsprechende Wärmebeaufschlagung erreicht wird, in einfacher und effektiver Weise in eine Klap­ penbewegung umgesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses ist der wenigstens einen Klappe eine positionsfe­ ste Trennwand zugeordnet. Es ist beispielsweise möglich, ein erfindungsgemäßes Behältnis mit einer Anzahl von im wesentli­ chen synchron zueinander verschwenkbaren Klappen auszugestal­ ten, wobei zwischen den einzelnen Klappen jeweilige Trennböden ausgebildet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Behältnisses sind die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnittes als den Strömungsquerschnitt unmittelbar beeinflussende Drähte oder Fasern ausgebildet. Es ist hierbei bevorzugt, einen Bereich des Behältnisses mit einem Drahtgewebe auszubilden, wobei die Länge der Drähte, welche insgesamt das Gewebe bilden, mittels geeigneter Wärmebeaufschlagung variier­ bar ist. Mit zunehmender Länge der Drähte tritt somit einem strömendem Fluid eine entsprechend größere Drahtfläche bzw. Ge­ webefläche entgegen.

Es ist bevorzugt, daß die Drähte hohl ausgebildet sind, so daß eine Wärmebeaufschlagung mittels eines Wärmebeaufschlagungs­ fluids, welches durch die Drähte strömt, realisierbar ist. Mit dieser Maßnahme ist eine präzise Steuerung der Temperatur der Drähte erreichbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses weist dieses ein mittels eines Drahtes beaufschlagbares Stellelement auf. Mit­ tels eines derartigen Stellelementes ist beispielsweise durch eine lineare Bewegung des Stellelements ein in dem Behältnis gebildeter Strömungskanal, oder aber auch der gesamte Strö­ mungsquerschnitt des Behältnisses für ein strömendes Fluid ab­ sperrbar.

Im Zusammenhang mit einem mit dem erfindungsgemäßen Behältnis ausgestattetem Brennstoffzellensystem sei angemerkt, daß das Behältnis an einer beliebigen Stelle eines Brennstoffzellensy­ stems angeordnet sein kann, an dem eine Wasserabscheidung und/oder eine Steuerung eines Volumenstromes zweckmäßig ist. Beispielhaft sei auf Positionierungen stromabwärtig der Katho­ denseite eines Brennstoffzellensystems hingewiesen.

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittansicht einer er­ sten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Behältnisses zur Abscheidung von Wasserpartikeln,

Fig. 2 eine schematische seitliche Schnittansicht einer zwei­ ten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Behältnisses zur Abscheidung von Wasserpartikeln,

Fig. 3 eine Ansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 2 in Rich­ tung des Pfeiles P,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3 in einer schematischen Darstellung,

Fig. 4a eine schematische Darstellung einer im Rahmen der Aus­ führungsform gemäß Fig. 2 verwendeten verschwenkbaren Klappe,

Fig. 5 ein schematisches Schaubild zur beispielhaften Erläu­ terung eines erfindungsgemäßen einstellbaren Verhält­ nisses zwischen Volumenstrom und Temperatur der ver­ wendeten Drähte aus Formgedächtnis-Legierung,

Fig. 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in seitlicher geschnittener Ansicht,

Fig. 7 eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in einer seitlichen, geschnittenen Ansicht,

Fig. 8 eine geschnittene Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 7 entlang der Schnittlinie A-A,

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevor­ zugten Ausführungsform eines als thermischer Aktor verwendbaren erfindungsgemäßen Behältnisses, und

Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevor­ zugten Ausführungsform eines als thermischer Aktor verwendbaren erfindungsgemäßen Behältnisses.

In Fig. 1 ist ein Behältnis, durch welches ein zu entwässernder Gasstrom strömt, insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Behältnis ist beispielsweise als Rohr ausgebildet, dessen Wandung mit 11 be­ zeichnet ist. Der Querschnitt des Rohres kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise rund oder eckig. Das Behältnis 10 ist mittels Abscheideeinrichtungen in einzelne Strömungska­ näle unterteilt, wobei im dargestellten Beispiel fünf jeweils mit 12 bezeichnete Abscheideeinrichtungen vorgesehen sind. Die Strömungsrichtung eines Gases ist für einen so gebildeten der Strömungskanäle mittels des Pfeiles S schematisch verdeutlicht.

Jede Abscheideeinrichtung 12 weist ein Blech 12a und eine an diesem verschwenkbar angebrachte Klappe 12b auf. Man erkennt, daß die Klappen 12b eine Hülle 12c aufweisen, in welcher Drähte 14 aus einer Formgedächtnis-Legierung angeordnet sind. In der Fig. 1 verlaufen die Drähte 14 in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus. Anschließend an die in der Fig. 1 darge­ stellten Abschnitte der Drähte 14 laufen diese, beispielsweise über entsprechende Umlenkrollen, in einer Richtung parallel zur Zeichenebene. Ein Abschnitt mit dieser Verlaufsrichtung paral­ lel zur Zeichenebene ist für einen Draht 14 in Fig. 1 schema­ tisch dargestellt. Man erkennt, daß der umgelenkte Draht in ei­ ner Verankerung 15 mündet. Diese Verankerung 15 kann wie darge­ stellt außerhalb, oder auch innerhalb der Wandung 11 des Rohres vorgesehen sein. Jeder Draht 14 weist somit insgesamt einen Ab­ schnitt senkrecht zur Zeichenebene, und zwei sich hieran je­ weils anschließende Abschnitte parallel zur Zeichenebene auf.

Durch Wärmebeaufschlagung der Drähte 14, welche eine entspre­ chende Längenänderung bewirkt, ist es möglich, ein Verschlie­ ßen der Klappen 12b zu bewerkstelligen. Die Klappen 12b sind hierbei beispielsweise um jeweilige Drehachsen bezüglich der Bleche 12a verschwenkbar. Derartige Drehachsen sind schematisch dargestellt und mit 16 bezeichnet. Durch geeignete Federbeauf­ schlagung der Klappen 12b kann gewährleistet werden, daß diese in einer (nicht wärmebeaufschlagten) Ausgangsstellung entweder vollständig geöffnet, oder vollständig geschlossen sind. Auch Zwischenstellungen sind auf diese Weise voreinstellbar.

In der Darstellung der Fig. 1 erkennt man, daß der zwischen den einzelnen Klappen 12b gebildete Querschnitt (Höhe mit h be­ zeichnet) der Strömungskanäle (mit 13 bezeichnet) maximal ist.

Die Wärmebeaufschlagung der Drähte 14 kann beispielsweise durch Einbringung von Abschnitten der Drähte in entsprechende, nicht dargestellte Wärmebäder bewerkstelligt werden. Es ist bei­ spielsweise denkbar, die Verankerungen 15 in derartigen Wärme­ bädern zu positionieren. Es ist ebenfalls denkbar, die Drähte 14 hohl auszubilden, so daß mittels einer Beschickung der Dräh­ te mit einem entsprechend temperierten Fluid die gewünschte Wärmebeaufschlagung erfolgen kann. Es ist ebenfalls denkbar, die Drähte 14 über die Temperatur des durch das Behältnis 11 strömenden Gases bzw. Fluids mit Wärme zu beaufschlagen. Bei geeigneter Auswahl der Formgedächtnis-Legierungen ist so ein selbstregelndes System realisierbar.

Es sei angemerkt, daß eine Verringerung der Strömungsquer­ schnitte der zwischen den Klappen 12b ausgebildeten Kanäle 13 dadurch erfolgen kann, daß jede zweite Klappe an einer festen Drehposition bezüglich der Drehachsen 16 verbleibt. Dies ist in Fig. 1 dadurch angedeutet, daß nur jede zweite Klappe 12b mit Drähten 14 ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, unter­ schiedliche Klappen durch entsprechende Positionierung, Dimen­ sionierung und/oder Wärmebeaufschlagung der Drähte 14 unter­ schiedlich weit zu verschwenken.

Durch Schließen der Klappen 12b verringert sich auch die Was­ serabscheidungsrate der Abscheidungsvorrichtungen 12. Dies liegt zunächst darin begründet, daß der dem strömenden Fluid zur Verfügung stehende Öffnungsquerschnitt zwischen den Klappen verkleinert ist. Zum anderen ist es möglich, beispielsweise durch vollständiges Verschließen jedes zweiten Kanals (Ver­ schwenken der verschwenkbaren Klappen auf die nicht verschwenkbaren bzw. verschwenkten Klappen) die effektive Abscheidungs­ fläche des Systems zu halbieren. Es ist ebenfalls möglich, durch gezieltes Verschwenken einer gewünschten Anzahl von Klap­ pen eine entsprechende prozentuale Verminderung der effektiven Abscheidungsfläche herbeizuführen. Diese Verringerung wird ge­ wünscht, wenn der vorliegende Volumenstrom relativ klein ist, und die so verwendete relativ kleine Abscheidungsfläche für ei­ ne gewünschte Entwässerung des Gasstromes ausreichend ist. Eine vorteilhafte Wirkung der Verringerung der Querschnitte der Strömungskanäle besteht darin, daß die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Gases hierdurch erhöht wird. Wie beispielsweise aus der Bernoulli-Gleichung herleitbar ist, vermindert sich mit einer ansteigenden Strömungsgeschwindigkeit der auftretende Druckabfall. Ein möglichst geringer Druckabfall ist zum effek­ tiven Betreiben des Systems wünschenswert.

Für den Fall, daß größere Volumenströme entwässert werden müs­ sen, erfolgt eine entsprechende Temperaturbeaufschlagung der Drähte 14, so daß eine stärkere Öffnung der Klappen 12b einge­ leitet wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß in der Darstellung der Fig. 1 das an den Blechen 12a entstehende Kondensat auf die Unterseite der Rohrwandung 11 abtropft und einem (nicht dargestellten) Sammelbehältnis zugeführt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß beliebige geeignete Formgedächt­ nis-Legierungen für die Drähte 14 verwendet werden können. Es ist denkbar, Drähte 14 zu verwenden, die sich bei einer Wärme­ beaufschlagung zusammenziehen und bei einer Kältebeaufschlagung expandieren. Andererseits sind auch umgekehrt beeinflußbare Formgedächtnis-Legierungen einsetzbar.

In der Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines als Wasserabscheider verwendbaren erfindungsgemäßen Behältnis­ ses dargestellt. Diese Ausführungsform weist innerhalb des Be­ hältnisses fest angeordnete Trennböden 16 auf, an welchen Klappen 17 verschwenkbar angeordnet sind. Durch die Verschwenkbar­ keit der Klappen 17 sind die Querschnitte der sich zwischen zwei benachbarten Trennböden 16 ergebenden Strömungskanäle ver­ änderbar. Eine Ansicht des Behältnisses gemäß Fig. 2 in Rich­ tung des Pfeiles P ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Per­ spektive erkennt man die abwechselnde Anordnung von festen Trennböden 16 und verschwenkbaren Klappen 17.

Ein bevorzugter Mechanismus zur Verschwenkung der Klappen 17 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Perspektive der Fig. 4 ent­ spricht derjenigen der Fig. 3, wobei hier aus Gründen der Über­ sichtlichkeit lediglich zwei Trennböden 16 und eine verschwenk­ bare Klappe 17 dargestellt sind.

Die Klappe 17 ist an dem oberen Trennboden 16 verschwenkbar ge­ lagert. Die Schwenkachse ist schematisch dargestellt und mit 18 bezeichnet. In der Darstellung der Fig. 4 ist die Klappe in ei­ ner nach unten verschwenkten Zwischenstellung dargestellt, das heißt der Kanal 13 zwischen Klappe 17 und unterem Trennboden 16 weist eine Höhe h auf. Es sei aus Gründen der Anschaulichkeit davon ausgegangen, daß im Fall einer Öffnung der Klappe 17 ihre Unterkante 17' nach oben aus der Zeichenebene heraustritt. Durch ein weiteres Schließen der Klappe ist die Höhe h auf Null reduzierbar, d. h. der Kanal zwischen der Klappe 17 und dem un­ teren Trennboden 16 ist vollständig verschließbar. Umgekehrt ist durch Zurückschwenken der Klappe 17 eine Schwenkposition parallel zu den Trennböden 16 erreichbar, so daß der Kanal sei­ ne maximale Öffnung h_max einnimmt.

Die Klappe 17 steht mit einem Draht 14 aus einer Formgedächt­ nis-Legierung in Wirkverbindung. Der Draht 14 ist um vier Rol­ len 19a, 19b, 19c, 19d herumgeführt. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind Rollen 19b und 19d positionsfest, während die Rollen 19a und 19c von Federn 20 beaufschlagt werden und in Richtung der Doppelpfeile bewegbar sind.

Ein Abschnitt 14' des Drahtes 14 verläuft parallel zu der Kante 17' der Klappe 17 und ist im Bereich der Kante 17' an der Klap­ pe 17 befestigt. Es ist ebenfalls möglich, daß die Klappe 17 im Bereich ihrer Kante 17' mit einer parallel zu der Kante 17' verlaufenden Durchgangsbohrung ausgebildet ist, durch welche der Abschnitt 14' des Drahtes 14 verläuft.

Es sei beispielhaft davon ausgegangen, daß der Draht 14 in der in Fig. 4 dargestellten Verschwenkposition der Klappe 17 eine Gesamtlänge L aufweist. Erfolgt nun eine Wärmebeaufschlagung beispielsweise des Bereiches 14" des Drahtes (Bereich zwischen den Rollen 19b, 19d), führt dies (bei entsprechend gewählter Formgedächtnis-Legierung) zu einer Expansion des Drahtes auf eine Länge L + ΔL. Bei einer derartigen Verlängerung des Drah­ tes kommt es aufgrund der Federbeaufschlagung der Rollen 19a, 19c zu einer Aufwärtsbewegung dieser Rollen und einem Ver­ schwenken der Klappe 17 um die Schwenkachse 18. Wie bereits er­ wähnt verschwenkt hierbei (in der Darstellung der Fig. 4) die Kante 14' aus der Zeichenebene heraus. Insgesamt erfolgt eine Vergrößerung des Querschnitts bzw. der Höhe h des Kanals 13.

Es sind zahlreiche Variationen des dargestellten Mechanismus denkbar. Beispielsweise ist es möglich, auf die fest positio­ nierten Rollen 19b, 19d zu verzichten und den in der Darstel­ lung der Fig. 4 umlaufenden Draht 14 in seinem unteren Ab­ schnitt 14" zu trennen, und die sich so ergebenden zwei Enden des Drahtes jeweils in Verankerungen zu befestigen. Derartige Verankerungen wurden beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 1 bereits erwähnt.

Die Wärmebeaufschlagung des Drahtes 14 kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden. Es ist zunächst, wie erwähnt, mög­ lich, beispielsweise den unteren Bereich 14" (äußerlich) mit einem speziellen Wärmeträgermedium zu beaufschlagen. Die Beauf­ schlagung mit Wärmeträgermedium erfolgt zweckmäßigerweise au­ ßerhalb des Behältnisses 10. Die Temperatur des Drahtes 14 ist ebenfalls unmittelbar mittels der Strömungstemperatur des durch das Behältnis 10 strömenden Mediums bzw. Fluids regelbar. Es ist ferner möglich, prozessbedingte Temperaturgradienten inner­ halb des Behältnisses 10 zu einer optimalen Dimensionierung der einzelnen Strömungskanäle auszunutzen. Es sei noch einmal ange­ merkt, daß die Wärmebeaufschlagung der Drähte 14 auch dadurch erfolgen kann, daß diese Drähte 14 hohl ausgebildet sind, so daß ein Wärme- bzw. Kältebeaufschlagungsmedium durch die ein­ zelnen Drähte strömen kann. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist es ebenfalls denkbar, die Räume zwischen den Drähten 14 und der Umhüllung 12c mit einem derartigen Medium zu beaufschlagen.

Obwohl prinzipiell ein Draht 14 zur Beaufschlagung einer schwenkbaren Klappe ausreichend ist, ist es selbstverständlich möglich, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, eine Klappe mit einer größeren Anzahl von Drähten in Wirkverbindung zu bringen.

In Fig. 4a ist eine Klappe 17 im Detail dargestellt. Man er­ kennt, daß die Klappe an zwei Enden mit einer stiftartigen Ver­ längerung ausgebildet ist, welche die bereits erwähnte Schwen­ kachse 18 bildet.

In Fig. 5 ist beispielhaft der innerhalb eines erfindungsgemä­ ßen Behältnisses einstellbare Volumenstrom gegen eine Tempera­ tur der Drähte 14 aufgetragen.

In der Fig. 5 erkennt man, daß mit zunehmender Temperatur der Drähte, insbesondere eines durch die Drähte strömenden Wärme­ beaufschlagungsmediums, eine Zunahme des Gasvolumenstromes ein­ hergeht, d. h. die Drähte expandieren und die Klappen 12b öffnen sich im dargestellten Beispiel mit zunehmender Temperatur der Drähte 14.

In Fig. 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Behältnisses schematisch dargestellt. Man er­ kennt ein insgesamt mit 20 bezeichnetes Behältnis, dessen Ein­ gang mit 21, und dessen Ausgang mit 22 bezeichnet ist. Das Behältnis 20 wird von einem Gas (Volumenstrom _Gas) durchströmt, wobei die Hauptströmungsrichtungen mittels Pfeilen S angedeutet sind.

Ein Teilbereich 23 des Behältnisses ist mit einem Metalldraht­ gewebe 24 befüllt. Hierbei sind die einzelnen Drähte bzw. Fa­ sern des Gewebes 24 aus einer Formgedächtnis-Legierung herge­ stellt. Über den Eingang 21 strömt ein zu entwässerndes Gas (Volumenstrom _Gas) durch den mit Metalldrahtgewebe 24 gefüll­ ten Teilbereich 23 zu dem Ausgang 22. Die dem strömenden Gas entgegentretende Fläche des Metalldrahtgewebes 24 kann als Ab­ scheidungsfläche wirken, so daß im Gasstrom enthaltene Wasser­ partikel kondensieren und in ein Auffangbehältnis 25 abtropfen. Das Auffangbehältnis 25 ist mit (nicht dargestellten) Mitteln zur Weiterleitung des Wassers in einen zentralen Wasserbehälter ausgebildet, von wo das Wasser mittels einer Dosierpumpe bei­ spielsweise in den Brennstoffzellenkreislauf zurückführbar ist. Es ist ebenfalls möglich, zusätzlich zu dem Metalldrahtgewebe (nicht dargestellte) Abscheidungsflächen vorzusehen. Diese kön­ nen innerhalb oder außerhalb des Teilbereiches 23 ausgebildet sein.

Durch entsprechende Erwärmung bzw. Abkühlung des Metalldrahtge­ webes 24 ist die dem Gasstrom entgegentretende Abscheidungsflä­ che bzw. der dem Gas zur Verfügung stehende Strömungsquer­ schnitt in der Größe veränderbar. Analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist also der Strömungsquerschnitt des Behältnisses 20 in diesem Bereich variierbar. Die Drähte bilden hier also Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnittes, wobei von einer unmittelbaren Beeinflussung des Strömungsquerschnitts mittels der Drähte gesprochen werden kann. Bei großen Volumen­ strömen wird durch entsprechende Wärme- oder Kältebeaufschla­ gung des Metalldrahtgewebes (je nach Art der verwendeten Form­ gedächtnis-Legierung) eine Verkürzung der Drähte und somit eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Behältnisses 20 be­ wirkt. Ein hierbei auftretender höherer Druckverlust kann in Kauf genommen werden. Bei kleineren Volumenströmen erfolgt eine umgekehrte Beaufschlagung des Metalldrahtgewebes 24, so daß die Querschnittsfläche des Behältnisses 20 verkleinert wird und der Druckabfall vermindert werden kann.

Es sei angemerkt, daß die Wärmebeaufschlagung der Drähte des Gewebes 24 in irgendeiner der unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen beschriebenen Arten erfolgen kann.

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältnisses dargestellt.

Das Behältnis ist hier mit 30, seine Eingänge bzw. Ausgänge mit 31 und 32 bezeichnet. Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 8 erkennt man, daß das Behältnis 30 von Formgedächtnislegierungs- Drähten 34 durchzogen ist. Hier sind die Drähte 34 hohl ausge­ bildet, so daß ein Heiz- bzw. Kühlmedium die Drähte 34 durch­ strömen kann. Je nach Art der verwendeten Legierung führt eine Erhöhung der Temperatur des die Drähte 34 durchströmenden Medi­ ums zu einer Verkürzung oder Verlängerung der Drähte.

Man erkennt insbesondere in Fig. 8, daß die Drähte 34 auf ent­ gegengesetzten Seiten der Mittelachse M des Behältnisses ver­ laufen. Die Hauptströmungsrichtung des Gases in dem Behältnis ist der Anschaulichkeit halber mit S bezeichnet, wobei S in Fig. 7 als parallel zur Mittelachse M verlaufender Pfeil, und in Fig. 8 als in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus zeigendes Kreuz dargestellt ist.

In Fig. 8 weisen die Drähte 34 eine relativ große Länge auf, welche sich als Ausbuchtung der Drähte im wesentlichen an der Wandung des Behältnisses 30 entlang ausdrückt. Der dem Gas in der Hauptströmungsrichtung S zur Verfügung stehende Raum 36 ist in dem in Fig. 8 dargestellten Zustand relativ groß. Entspre­ chend der Wärmebeaufschlagung der Drähte 34 ist der zwischen den Drähten 34 ausgebildete Raum 36, durch den das zu entwäs­ sernde Gas strömt, vergrößerbar bzw. verkleinerbar. Die mittels der Wärmebeaufschlagung der Drähte 34 erzielbaren Effekte wur­ den bereits unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Ausfüh­ rungsformen beschrieben, so daß hier auf eine Wiederholung ver­ zichtet wird. Auch hier ist die Wärmebeaufschlagung der Drähte nicht auf die dargestellte Art beschränkt, alle oben beschrie­ benen Möglichkeiten sind einsetzbar.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Behältnisses bzw. des erfindungsgemäßen Abscheiders darge­ stellt. Man erkennt, daß der Volumenstrom eines Gases _Gas ent­ lang eines Hauptkanals 90 in Teilkanäle 91, 92 strömt. Mittels eines thermischen Aktors, welcher insgesamt mit 93 bezeichnet ist, ist der Teilkanal 92, welcher zu einem zweiten Abscheider führt, sperrbar. Die Sperrung des Teilkanals 92 erfolgt da­ durch, daß ein mittels eines Drahtes 94 aus einer Formgedächt­ nis-Legierung beaufschlagtes Stellglied bzw. Element 95 in den Kanal 90 eingeschoben wird und so den Teilkanal 92 sperrt. Der Draht 94 ist über einen Kanal 96, welcher mit einem Wärmemedi­ um, beispielsweise Kühlwasser, beaufschlagbar ist, erwärmbar bzw. abkühlbar. Durch geeignete Wahl einer Formgedächtnis- Legierung für den Draht 94 kann eine gewünschte Absperrung des Teilkanals 92 oder auch des Kanals 90 erreicht werden.

Zweckmäßigerweise befindet sich das Element 95 bei Volllast in dem eingefahrenen Zustand, so daß die zu den jeweiligen Ab­ scheidern führenden Teilkanäle 91 bzw. 92 von dem strömenden Gas beaufschlagbar sind. Im Falle einer Teillast sperrt das Element 95 zweckmäßigerweise den Teilkanal 92.

In Fig. 10 ist eine als Multiabscheiderpatrone ausgebildete weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Be­ hältnisses dargestellt. Eine Außenwandung des Behältnisses ist hier mit 100 bezeichnet, in dem Behältnis ist eine Anzahl von (schematisch dargestellten) verschwenkbaren Klappen 110 darge­ stellt. Jede der Klappen ist mit einer Anzahl von Drähten 120 aus einer Formgedächtnis-Legierung ausgebildet. Die Perspektive der Fig. 10 entspricht im wesentlichen derjenigen in Fig. 1, so daß bezüglich der Verschwenkbarkeit der Klappen 110 durch Be­ aufschlagung mittels der Drähte 120 auf die Fig. 1 verwiesen werden kann. Es sei lediglich angemerkt, daß die Drähte 120 zu­ sätzlich zu den dargestellten, in die Zeichenebenen hinein ver­ laufenden Abschnitte, analog zu Fig. 1 nicht dargestellte, par­ allel zur Zeichenebene verlaufende Abschnitte aufweisen.

In der Fig. 10 erkennt man, daß die einzelnen Klappen 110 mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Drähten 120 in Wirk­ verbindung stehen. Beispielsweise steht die obere Klappe 110 mit fünf Drähten 120 in Wirkverbindung, während die mittlere Klappe lediglich mit zwei Drähten 120 in Wirkverbindung steht. Mittels der unterschiedlichen Anzahl von Drähten 120 ist eine unterschiedliche Verschwenkbarkeit der Klappen 110 realisier­ bar. Es ist in diesem Zusammenhang ebenfalls denkbar, die Klap­ pen 110 mit gleicher Anzahl von Drähten 120 auszubilden bzw. in Wirkverbindung zu bringen, und eine unterschiedliche Ver­ schwenkbarkeit über eine individuelle Wärmebeaufschlagung der einzelnen Drähte 120 zu gewährleisten.

Zwischen den einzelnen Klappen 110 sind Kanäle 130 bis 133 aus­ gebildet. Die Kanäle kommunizieren mit einzelnen, nicht darge­ stellten Abscheidern. Ist beispielsweise den Kanälen 130 bis 133 je ein Abscheider zugeordnet, ist es durch individuelle Be­ aufschlagung der Drähte 120 der jeweiligen Klappen 110 möglich, nur einen Teil dieser Abscheider zu beaufschlagen (d. h. für den Gasstrom zu öffnen) bzw. durch Einstellung eines gewünschten Strömungsquerschnittes eines Kanals die Gasstrombeaufschlagung eines Abscheiders zu variieren. Es wäre auch hier möglich, zwi­ schen den einzelnen, verschwenkbaren Klappen 110 unverschwenk­ bare Böden vorzusehen. Wie aus der Darstellung der Fig. 10 zu erkennen ist, ist es beispielsweise auch möglich, durch unter­ schiedlich starke Verschwenkung der Klappen 110 sämtliche Kanä­ le 131 bis 133 zu sperren. Im dargestellten Beispiel müsste hierzu die mit fünf Drähten 110 ausgebildete Klappe 120 relativ weit, und die mit nur einem Draht ausgebildete Klappe 110 rela­ tiv wenig verschwenkt werden.

Wie bei den übrigen dargestellten Ausführungsformen sind die Drähte 120 in beliebiger Weise wärmebeaufschlagbar. Sie sind beispielsweise hohl ausbildbar, so daß ein entsprechendes Wär­ mebeaufschlagungsfluid durch sie hindurchströmen kann. Als Wär­ mebeaufschlagungsfluide kommen beispielsweise ein geeignetes Gas oder auch das Kühlwasser des Fahrzeuges bzw. des Brenn­ stoffzellensystems, dem das Behältnis zugeordnet ist, in Frage. Es ist ebenfalls möglich, die Drähte 120 elektrisch zu behei­ zen, oder die gewünschten Effekte über Wärmeleitung zu erzie­ len.

Claims (11)

1. Behältnis für ein strömendes Fluid mit Mitteln (12, 12b; 16; 24; 34; 95; 110) zur Veränderung eines dem strömenden Fluid entgegentretenden Strömungsquerschnittes des Behältnisses, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnittes we­ nigstens ein Element (14; 24; 34; 94; 120) aus einer wärmebe­ aufschlagbaren Formgedächtnis-Legierung aufweisen.

2. Behältnis nach Anspruch 1, zur Abscheidung von Wasserparti­ keln aus einem Gasstrom.

3. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts wenigstens eine Klappe (12b, 17) aufweisen, deren Öff­ nungs- bzw. Schließstellung über eine Wärmebeaufschlagung eines mit der Klappe in Wirkverbindung stehenden Drahtes (14) aus ei­ ner Formgedächtnis-Legierung steuer- bzw. regelbar ist.

4. Behältnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Klappe mit einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist, durch welche sich ein Abschnitt des Drahtes (14) er­ streckt.

5. Behältnis nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Draht (14) mittels federbeaufschlagter Rollen (19a, 19c) beaufschlagbar ist.

6. Behältnis nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens eine der wenigstens einen Klappe (17) zugeord­ nete positionsfeste Trennwand (16).

7. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung des Strömungsquer­ schnittes als den Strömungsquerschnitt unmittelbar beeinflus­ sende Drähte oder Fasern (24) ausgebildet sind.

8. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drähte hohl ausgebildet sind, so daß eine Wärmebeaufschlagung mittels eines Wärmebeaufschlagungsfluids, welches durch die Drähte strömt, realisierbar ist.

9. Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch ein mittels eines Drahtes (93) aus einer Formge­ dächtnis-Legierung beaufschlagbares Stellelement (95).

10. Vorrichtung zur Veränderung eines Strömungsquerschnitts ei­ nes Behältnisses oder eines Strömungskanals, gekennzeichnet durch ein mit wenigstens einem Draht aus einer Formgedächtnis- Legierung in Wirkverbindung stehendes Element, insbesondere ei­ ne Klappe oder ein Stellelement.

11. Brennstoffzellensystem mit einem Behältnis nach einem der vorstehenden Ansprüche oder einer Vorrichtung nach Anspruch 10.