DE102007028298A1 - Gekapselte Abscheiderbaueinheit zur Integration in einer Gasversorgung eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Gekapselte Abscheiderbaueinheit zur Integration in einer Gasversorgung eines Brennstoffzellensystems Download PDF

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Abstract

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebssicherheit eines Brennstoffzellensystems unter besonderer Berücksichtigung der Gasversorgung zu verbessern.
Hierzu wird eine gekapselte Abscheiderbaueinheit 1 zur Integration in einer Gasversorgung eines Brennstoffzellensystems und zur Abscheidung von Flüssigkeit aus der Gasversorgung vorgeschlagen, mit einem Abscheider 5 zur Abscheidung der Flüssigkeit, mit einem Gehäuse 2 zur Kapselung der Abscheiderbaueinheit 1, wobei in dem Gehäuse 2 der Abscheider 5 in einem Gasraum 21 angeordnet ist und /oder mit diesem in einem thermischen Kontakt steht, und mit einem Leitungssystem 6 zur Ableitung der Flüssigkeit von dem Abscheider 5, ferner umfassend mindestens eine strömungstechnisch aktive Funktionskomponente 7, 8, welche in dem Leitungssystem 5 angeordnet ist, wobei die mindestens eine Funktionskomponente 7, 8 in dem Gasraum 21 angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine gekapselte Abscheiderbaueinheit zur Integration in einer Gasversorgung eines Brennstoffzellensystems und zur Abscheidung von Flüssigkeit aus der Gasversorgung, mit einem Abscheider zur Abscheidung der Flüssigkeit, mit einem Gehäuse zur Kapselung der Abscheiderbaueinheit, wobei in dem Gehäuse der Abscheider in einem Gasraum angeordnet ist und/oder mit diesem in einem thermischen Kontakt steht, und mit einem Leitungssystem zur Ableitung der Flüssigkeit von dem Abscheider.
  • Brennstoffzellensysteme werden als mobile Energiequellen beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt. Die Funktionsweise der Brennstoffzellensysteme beruht darauf, dass durch eine elektrochemische Umsetzung eines Brennstoffs, zum Beispiel Wasserstoff, mit einem Oxidanten, zum Beispiel Umgebungsluft, elektrische Energie erzeugt wird bzw. aus der chemischen Energie des Wasserstoffs umgewandelt wird.
  • Zur Durchführung des elektro-chemischen Prozesses weisen Brennstoffzellensysteme üblicherweise einen Kathoden-, einen Anodenbereich und eine zwischen diesen Bereichen angeordnete Membran auf. In dem Anodenbereich wird der Brennstoff, in dem Kathodenbereich der Oxidant durchgeleitet, wobei die Membran permeabel für eine Ionenwanderung in dem Prozess ist. Es hat sich gezeigt, dass die Membran im Betrieb auf einem definierten Feuchtigkeitsniveau gehalten werden muss, damit diese nicht vorzeitig verschleißt. Entsprechend sind sowohl in der Anodengasversorgung als auch in der Kathodengasversorgung Komponenten für ein Wassermanagement vorgesehen, welche sicherstellen, dass die Feuchtigkeit auf beiden Seiten der Membran auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.
  • Eine oftmals eingesetzte Komponente des Wassermanagements ist eine Abscheiderbaueinheit, welche in der Anodengasversorgung integriert ist. Diese Abscheiderbaueinheit hat die Aufgabe, überflüssiges Wasser – oder allgemeiner gesagt Flüssigkeit – aus der Anodengasversorgung auszuscheiden.
  • Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 102 16 953 eine Versorgungsvorrichtung eines Brennstoffzellenstapels, wobei in der Kathodengasversorgung ein Kondensator vorgesehen ist, der zum Abscheiden von Wasser aus der von der Brennstoffzelle stammenden Abluft dient. Über die konstruktive Ausgestaltung und Anordnung des Kondensators enthält diese Druckschrift keine Offenbarung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebssicherheit eines Brennstoffzellensystems unter besonderer Berücksichtigung der Gasversorgung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine gekapselte Abscheiderbaueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Erfindungsgemäß wird eine gekapselte Abscheiderbaueinheit vorgeschlagen, welche zur Integration in einer Gasversorgung, vorzugsweise einer Anodengasversorgung oder einer Kathodengasversorgung, eines Brennstoffzellensystems geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Brennstoffzellensystem ist bevorzugt als mobiles Brennstoffzellensystem ausgebildet und insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen ausgelegt. Das Brennstoffzellensystem weist einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel auf, welche eine Vielzahl von Brennstoffzellen, vorzugsweise mehr als 100 Brennstoffzellen pro Brennstoffzellenstapel, zeigen, wobei jede Brennstoffzelle einen Kathoden- und einen Anodenbereich aufweist, welche durch eine Membran (z. B. PEM) getrennt sind.
  • Das Brennstoffzellensystem kann optional einen betankbaren Tank oder einen Reformator zur Bereitstellung des Brennstoffs, insbesondere des Wasserstoffs aufweisen.
  • Die Abscheiderbaueinheit ist zur Abscheidung von Flüssigkeit aus der Gasversorgung geeignet und/oder ausgebildet. Die Abscheiderbaueinheit weist einen Abscheider zur Abscheidung der Flüssigkeit auf, wobei der Abscheider vorzugsweise als Kondensator ausgebildet ist, der die Flüssigkeit aus einem Gasstrom abtrennt. Der Abscheider ist in einem Gehäuse, welches ebenfalls ein Bestandteil der Abscheiderbaueinheit bildet, gekapselt angeordnet, wobei der Abscheider in einem Gasraum platziert ist, welcher sich innerhalb des Gehäuses befindet, und/oder steht mit diesem Gasraum in einem thermischen Kontakt. Vorzugsweise ist der Gasraum flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht durch das Gehäuse gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Das Gehäuse ist vorzugsweise kleiner als zehn Mal das Volumen des Abscheiders, insbesondere kleiner als fünf Mal dieses Volumens, insbesondere kleiner als drei Mal dieses Volumens ausgebildet. Vorzugsweise ist an dem Abscheider ein Levelsensor angeordnet, der die Höhe der gesammelten Flüssigkeit in dem Abscheider misst. Der Levelsensor ist bevorzugt ebenfalls in dem Gehäuse und/oder in dem Gasraum positioniert.
  • Zur Ableitung der Flüssigkeit weist die Abscheiderbaueinheit ein Leitungssystem auf, welches beispielsweise mit einer Ausstoßvorrichtung zum Ableiten der Flüssigkeit in die Umwelt, in einen Vorratsbehälter für Flüssigkeiten oder in eine Befeuchtervorrichtung zur Befeuchtung der Arbeitsgase, also des Brennstoffes und des Oxidanten, ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die gekapselte Abscheiderbaueinheit mindestens eine strömungstechnisch aktive Funktionskomponente aufweist, welche in dem Leitungssystem angeordnet, insbesondere strömungstechnisch verschaltet ist, und die in dem Gasraum – also in dem Gehäuse der Abscheiderbaueinheit – angeordnet ist.
  • Bei der Erfindung wurde festgestellt, dass die Betriebssicherheit von Brennstoffzellensysteme, insbesondere deren Gasversorgungen, auch stark von den Umweltbedingungen beeinflusst werden. Insbesondere bei Umgebungstemperaturen unter 0°C neigen Komponenten in den Gasversorgungen zu einem Einfrieren oder Vereisen, welches die Funktionsfähigkeit, damit die Betriebssicherheit der Gasversorgungen und letztlich des gesamten Brennstoffzellensystems stark beeinträchtigen kann.
  • Um nun ein insbesondere frostsicheres Konzept für die Gasversorgung zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Abscheider zusammen mit mindestens einer weiteren strömungstechnisch aktiven Funktionskomponente des Leitungssystems zur Ableitung der Flüssigkeit in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Durch diese Anordnung wird der Medienstrom der Gasversorgung, welcher durch den Abscheider hindurchgeführt wird, zur Wärmeeinbringung in die Abscheiderbaueinheit genutzt und damit sowohl der Abscheider als auch die mindestens eine strömungstechnisch aktive Funktionskomponente durch den Medienstrom temperiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Funktionskomponente als ein Ventil und/oder ein Filter ausgebildet, vorzugsweise als ein Drainventil und/oder ein Drainfilter realisiert, die den Abfluss der Flüssigkeit von dem Abscheider steuern bzw. filtern. Gerade bei diesen beiden Funktionskomponenten, welche sich in dem Leitungssystem bei manchen Konfigurationen zwischen Abscheider und Auspuff befinden, besteht aufgrund der Einbauposition die Gefahr, dass diese bei Temperaturen unter 0°C einfrieren bzw. vereisen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung dieser Funktionskomponenten in dem aktiv oder passiv beheizten bzw. temperierten Bauraum wird diese Gefahr deutlich reduziert oder sogar ausgeschlossen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist bzw. sind in dem Gehäuse eine oder mehrere Heizeinrichtungen integriert. Unter Heizeinrichtungen werden vorzugsweise aktive Heizeinrichtungen, die Wärme unter Umwandlung von Fremdenergie zur Verfügung stellen, oder passive Heizeinrichtungen verstanden, die Wärme mittels Wärmetauscher bereitstellen.
  • Eine mögliche Ausführungsalternative der Heizeinrichtung besteht darin, einen Abschnitt des Kühlwasserkreislaufes des Brennstoffzellensystems durch das Gehäuse durchzuführen und/oder einen Wärmetauscher in dem Gehäuse zu integrieren, der mit dem Kühlwasserkreislauf in einem thermischen Kontakt steht. Nachdem die Kühlflüssigkeit des Kühlwasserkreislaufes spätestens innerhalb kurzer Zeit nach dem Start des Brennstoffzellensystems eine Temperatur über 0°C aufweist, kann durch die vorgeschlagene thermische Kopplung zwischen Gehäuse und Kühlwasserkreislauf die Temperierung des Gasraums und damit der Funktionskomponenten in dem Gasraum erfolgen.
  • Bei einer anderen Ausführungsalternative ist die Heizeinrichtung als eine elektrische Heizeinrichtung ausgebildet, welche vorzugsweise als Heizpatrone realisiert ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Heizpatrone in dem Gasraum unmittelbar benachbart zu der oder den Funktionskomponenten angeordnet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsalternative ist die Heizeinrichtung als ein Abschnitt der Anodengasversorgung, insbesondere des Purge-Zweigs der Anodengasversorgung ausgebildet, welcher abschnittsweise durch das Gehäuse der Abscheiderbaueinheit verläuft. Alternativ hierzu kann auch ein Wärmetauscher in dem Gehäuse integriert sein, der mit der Anodengasversorgung, insbesondere des Purge-Zweiges in einem thermischen Kontakt steht.
  • Die genannten Heizeinrichtungen können beim Start oder während des Betriebs unter 0°C zum Auftauen oder Flüssighalten von auskondensiertem Wasser, insbesondere im Bereich betauter Oberflächen, genutzt werden.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine weitere strömungstechnisch aktive Funktionskomponente in dem Gehäuse und/oder in dem Gasraum des Gehäuses integriert. Hierbei wird ausgenutzt, dass nicht nur Funktionskomponenten, welche Bestandteile des Leitungssystems zur Ableitung der Flüssigkeit von dem Abscheider sind, sondern auch andere Funktionskomponenten durch Integration in das Gehäuse bzw. in den Gasraum temperiert werden können.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, dass die weiteren Funktionskomponenten Bestandteile der Anodengasversorgung, insbesondere als Bestandteil eines oder des Purge-Zweiges der Anodengasversorgung ausgebildet sind. Nachdem der Medienstrom in der Anodengasversorgung auf einer hohen Temperatur, zum Beispiel um 80°C, gehalten werden muss, kann durch die Integration dieser Funktionskomponenten in dem Gehäuse der Abscheider bzw. die Funktionskomponenten des Leitungssystems temperiert werden, oder – falls eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen ist – die Funktionskomponenten der Anodengasversorgung durch die zusätzliche Heizeinrichtung gemeinsam mit dem Abscheider und den Funktionskomponenten des Leitungssystems temperiert werden.
  • Dieser Idee folgend besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die weiteren Funktionskomponenten als Ventil und/oder Filter des Purge-Zweiges, also als Purge-Ventil und/oder Purge-Filter ausgebildet sind.
  • In Ergänzung zu den bereits oben genannten Möglichkeiten der Umsetzung einer Heizeinrichtung, wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung zur unmittelbaren Heizung des Purge-Zweiges ausgebildet und/oder angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung bevorzugt als elektrische Heizeinrichtung realisiert ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Erfindung sind die Funktionskomponenten so angeordnet, dass im eingebauten Zustand der Abscheiderbaueinheit verbleibende Flüssigkeiten in dem Zulauf der Funktionskomponenten, insbesondere in dem Zulauf des Drain-Ventils und/oder des Drain-Filters aufgrund der Schwerkraft in den Abscheider zurücklaufen.
  • Alternativ oder ergänzend ist der Abschnitt der Anodengasversorgung und/oder der Purge-Zweig und/oder das Purge-Ventil und/oder der Purge-Filter angeordnet, so dass im betrieblosen Zustand verbleibende Flüssigkeit in die Anodengasversorgung, insbesondere in einen Hauptzweig der Anodengasversorgung zurückläuft.
  • Um ein Zurücklaufen der Flüssigkeiten in weniger frostgefährdete Bereiche zu unterstützen, sind die flüssigkeitsführenden Oberflächen der Funktionselemente vorzugsweise mit abperlenden, vorzugsweise einer hydrophoben Beschichtung versehen, welche ein Abperlen der Flüssigkeit unterstützt.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
  • 1 ein Funktionsdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels in 1 in Seitenansicht;
  • 3 das Ausführungsbeispiel in 2 in schematischer Draufsicht.
  • Die 1 zeigt ein Funktionsdiagramm einer Abscheiderbaueinheit 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Abscheiderbaueinheit 1 ist Teil einer Anodengasversorgung für ein Brennstoffzellensystem, wie es zum Beispiel als mobile Energiequelle in einem Fahrzeug eingesetzt wird.
  • Die Abscheiderbaueinheit 1 ist in einem Gehäuse 2 gekapselt, wobei das Gehäuse 2 als eigenständige Baugruppe in das Brennstoffzellensystem (nicht dargestellt) bzw. in die Anodengasversorgung (nicht dargestellt) eingesetzt ist.
  • In einer einfachsten Ausführungsform umfasst die Abscheiderbaueinheit 1 das Gehäuse 2, einen Anschluss 3 zur Integration der Abscheiderbaueinheit 1 in eine Rezirkulationsleitung der Anodengasversorgung des Brennstoffzellensystems, wobei die Rezirkulationsleitung von einem Anodenausgang zu einem Anodeneingang des Brennstoffzellensystems führt, einen Ausgang 4a und einen Abscheider 5, der strömungstechnisch zwischen Eingang 3 und Ausgang 4a angeordnet ist.
  • Der Abscheider 5 dient dazu, das durch die Rezirkulationsleitung strömende Gas zu entfeuchten, indem Flüssigkeit aus der Anodengasversorgung durch den Abscheider 5 ausgekoppelt wird. Der Abscheider 5 ist mit einem Leitungssystem 6 verbunden, über das die abgeschiedene Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsausgang 4b geführt wird, welcher beispielsweise mit einem Auspuff oder dergleichen verbunden und/oder verbindbar ist. In dem Leitungssystem 6 sind als strömungstechnisch aktive Funktionskomponenten ein Drain-Filter 7 und ein Drain-Ventil 8 zwischengeschaltet, welche die ausgekoppelte Flüssigkeit filtern bzw. deren Entsorgung steuern.
  • Zudem ist an dem Abscheider 5 ein Levelsensor 9 angeordnet, welcher den Flüssigkeitsstand der in dem Abscheider 5 abgeschiedenen Flüssigkeit misst. Das Signal des Levelsensors 9 wird beispielsweise dazu verwendet, das Drain-Ventil 8 anzusteuern. Durch die Integration von Abscheider 5, Drain-Filter 7 und Drain-Ventil 8 in dem Gehäuse 2 wird bereits erreicht, dass die genannten Funktionskomponenten durch den über den Eingang 3 und den Ausgang 4a durchströmenden Medienstrom der Anodengasversorgung temperiert wird, so dass diese Funktionskomponenten im Betrieb vor dem Einfrieren geschützt sind bzw. beim Start des Brennstoffzellensystems umgehend aufgetaut werden.
  • Als eine erste Option ist es möglich, ergänzend eine Heizpatrone 10 zu integrieren, welche mittels Umsetzung von elektrischer Energie den Innenraum des Gehäuses 2, insbesondere im Bereich des Drain-Filters 7, des Drain-Ventils 8 und/oder des Levelsensors 9 aktiv temperiert.
  • Als weitere oder alternative Option ist es möglich, dass ein Abschnitt der Kühlwasserleitung 11 durch das Gehäuse 2 der Abscheiderbaueinheit 1 durchgeschleift wird. Auch die Kühlflüssigkeit des Kühlwasserkreislaufes 11 ist im Betrieb des Brennstoffzellensystems innerhalb kürzester Zeit derart aufgewärmt, dass diese über einen nicht dargestellten Wärmetauscher Wärmeenergie in das Innere des Gehäuses 2 abgeben und auf diese Weise den Innenraum des Gehäuses 2 und somit die Funktionskomponenten temperieren kann. Optional ist eine Drossel 12 in dem im Gehäuse 2 verlaufenden Abschnitt des Kühlwasserkreislaufes 11 vorgesehen, um den Durchfluss durch das Gehäuse 2 zu begrenzen.
  • Als eine weitere optionale Ausgestaltung wird zumindest ein Abschnitt einer Purge-Leitung 13 in das Gehäuse 2 integriert. Die Purge-Leitung 13 dient dazu, bei Verunreinigungen der Anodengasversorgung kontrolliert einen Teil des Gases der Anodengasversorgung auszustoßen. Hierzu zweigt in dem Gehäuse 2 von der Verbindungsleitung zwischen Ausgang 4a und Abscheider 5 die Purge-Leitung 13 ab, welche über einen ersten Filter 14, eine Drossel 15, ein Purge-Ventil 16 und dann über einen zweiten Filter 17 zu einem Purge-Ausgang 18 geführt wird. Der Purge-Ausgang 18 ist beispielsweise mit dem Auspuff zum Ausstoß des Anodengases an die Umwelt oder mit einem Eingang zu dem Kathodenbereich des Brennstoffzellensystems verbunden. Dadurch, dass das angewärmte Anodengas in einer Schleife in der Purge-Leitung 13 durch das Gehäuse 2 durchgeführt wird, wird zusätzlich Wärmeenergie in das Gehäuse 2 eingebracht, so dass die Funktionskomponenten Drain-Filter 7, Drain-Ventil 8 und/oder Levelsensor 9 temperiert werden. Auf der anderen Seite wird die Purge-Leitung 13 nur während des Purges verwendet und neigt im ungünstigsten Fall ebenfalls zum Einfrieren oder Vereisen. Mit der Integration der Purge-Leitung 13, insbesondere der Filter 14, 17 und des Purge-Ventils 16 in das Gehäuse 2 ist sichergestellt, dass diese weiteren Funktionskomponenten auf dem gleichen oder einem ähnlichen Temperaturniveau wie die zuvor genannten Funktionskomponenten gehalten werden und vor dem Einfrieren bzw. Vereisen geschützt sind.
  • Als eine weitere Option kann eine zweite Heizpatrone 19 vorgesehen sein, welche insbesondere im Bereich der Purge-Leitung 13 vor dem zweiten Filter 17 angeordnet ist.
  • Optional ist ein Differenzdrucksensor 20 ebenfalls Bestandteil der Abscheiderbaueinheit 1, wobei der Differenzdrucksensor 20 ebenfalls in dem Gehäuse 2 integriert sein kann, wie dies durch den gestrichelten Gehäuseansatz in der 1 visualisiert ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Umsetzung des Funktionsschaltbildes in 1 ist die Heizpatrone 10 so angeordnet, dass zuerst das Drain-Ventil 8 beheizt wird und es außerdem durch die Wärmeleitung zu einer Beheizung des unteren Teils des Abscheiders 5 kommt, so dass dieser schneller auftauen kann. Neben der elektrischen Beheizung durch die Heizpatrone 10 wird der untere Teil des Abscheiders 5 insbesondere durch das Kühlwasser der Kühlwasserleitung 11 aufgeheizt.
  • Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung in Seitenansicht eine mögliche konstruktive Umsetzung der Abscheiderbaueinheit 1 in 1 in Einbaulage. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung in 2.
  • In der Seitenansicht der 2 kann das Gehäuse 2 grob in zwei Teilbereiche unterteilt werden, wobei in einem ersten, in der 2 rechts angeordneten und in der Seitenansicht rechteckig ausgebildeten Teilbereich I der Abscheider 5 integriert ist. Der Abscheider 5 hat beispielsweise im oberen Bereich einen Durchmesser d1 von ca. 85 mm und an dem unteren Ende einen Durchmesser d2 von ca. 40 mm. Etwa in einer Höhe h1 von 20 mm ist der Levelsensor 9 angeordnete, wobei der gesamte, konusförmige Bereich eine Höhe von ca. 45 mm aufweist.
  • Ein zweiter Teilbereich II des Gehäuses 2 schließt sich links an den ersten Teilbereich an und ist ebenfalls in Seitenansicht rechteckig ausgebildet, wobei die beiden Teilbereiche I, II großflächig und offen miteinander verbunden sind, so dass diese insgesamt einen gemeinsamen Gasraum 21 bilden. Der Teilbereich I weist eine Höhe h2 von ca. 185 mm auf, wohingegen der Teilbereich II eine Höhe h3 von ca. 150 mm zeigt. In dem zweiten Teilbereich II sind die Funktionskomponenten, insbesondere der Drain-Filter 7, das Drain-Ventil 8 und die Heizpatrone 10 angeordnet. Die Heizpatrone 10 ist dabei so positioniert, dass zum einen das Drain-Ventil 8 und zum anderen der untere Bereich des Abscheiders 5 aufgewärmt wird. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Funktionskomponenten so angeordnet, dass im betrieblosen Zustand Flüssigkeit, welche sich im Zulauf 22 von dem Abscheider 5 zu den Funktionskomponenten 7 und 8 befindet, in den Abscheider 5 zurückläuft. Dieses Verhalten kann durch eine abperlende Beschichtung, insbesondere eine hydrophobe Beschichtung der flüssigkeitsführenden Bereiche von Drain-Filter 7, Drain-Ventil 8 bzw. Zufluss 22 unterstützt werden.
  • Die 3 zeigt die Anordnung in 2 in einer schematischen Draufsicht von oben, wobei zu erkennen ist, dass der erste Teilbereich I im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser d3 von ca. 90 mm aufweist. Der zweite Teilbereich II hat an seinem freien Ende eine Tiefe von ca. 60 mm und eine Breite b bis zu einer Schnittlinie durch den Mittelpunkt des Teilbereichs II von ca. 100 mm.
  • 1
    Abscheiderbaueinheit
    2
    Gehäuse
    3
    Anschluss, Eingang
    4a
    Ausgang der Anodengasleitung
    4b
    Flüssigkeitsausgang
    5
    Abscheider
    6
    Leitungssystem
    7
    Drain-Filter
    8
    Drain-Ventil
    9
    Levelsensor
    10
    Heizpatrone
    11
    Kühlwasserleitung
    12
    Drossel
    13
    Purge-Leitung
    14
    erster Filter
    15
    Drossel
    16
    Purge-Ventil
    17
    zweiter Filter
    18
    Purge-Ausgang
    19
    zweite Heizpatrone
    20
    Differenzdrucksensor
    21
    Gasraum
    22
    Zulauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10216953 [0005]

Claims (12)

  1. Gekapselte Abscheiderbaueinheit (1) zur Integration in einer Gasversorgung eines Brennstoffzellensystems und zur Abscheidung von Flüssigkeit aus der Gasversorgung, mit einem Abscheider (5) zur Abscheidung der Flüssigkeit, mit einem Gehäuse (2) zur Kapselung der Abscheiderbaueinheit (1), wobei in dem Gehäuse (2) der Abscheider (5) in einem Gasraum (21) angeordnet ist und/oder mit diesem in einem thermischen Kontakt steht, und mit einem Leitungssystem (6) zur Ableitung der Flüssigkeit von dem Abscheider (5), gekennzeichnet durch mindestens eine strömungstechnisch aktive Funktionskomponente (7, 8), welche in dem Leitungssystem (5) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Funktionskomponente (7, 8) in dem Gasraum (21) angeordnet ist.
  2. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskomponente (7, 8) als ein Drainventil (8) und/oder ein Drainfilter (7) ausgebildet ist.
  3. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) eine Heizeinrichtung (10, 11, 13, 19) integriert ist.
  4. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als ein Abschnitt des Kühlwasserkreislaufes (11) des Brennstoffzellensystems ausgebildet ist.
  5. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als elektrische Heizeinrichtung (10, 19) ausgebildet ist.
  6. Abscheiderbaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als ein Abschnitt der Anodengasversorgung (13) ausgebildet ist.
  7. Abscheiderbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere strömungstechnisch aktive Funktionskomponente (16, 17, 18) in dem Gehäuse (2) und/oder in dem Gasraum (21) integriert ist.
  8. Abscheiderbaueeinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Funktionskomponente als Bestandteil der Anodengasversorgung, insbesondere als Bestandteil eines Purgezweiges (13) der Anodengasversorgung ausgebildet ist.
  9. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Funktionskomponente als Purgeventil (16) und/oder Purgefilter (14, 17) ausgebildet ist.
  10. Abscheiderbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (19) zur unmittelbaren Heizung des Purgezweiges (13) ausgebildet und/oder angeordnet ist.
  11. Abscheiderbaueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionskomponente (7, 8) und/oder die mindestens eine weitere Funktionskomponente (16, 17, 18, 20) derart in dem Gehäuse (2) und/oder in dem Gasraum (21) angeordnet ist bzw. sind, dass im eingebauten, jedoch betriebslosen Zustand Flüssigkeit in dem Zulauf (22) zu den Funktionskomponenten (7, 8, 16, 17, 18) in den Abscheider (5) bzw. in die Gasversorgung zurückläuft.
  12. Abscheiderbaueinheit (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsführenden Oberflächen der Funktionskomponenten (7, 8, 16, 17, 18, 20) mit einer wasserabperlenden und/oder hydrophoben Beschichtung versehen sind.
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