DE102015015715A1 - Separating element and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Abscheideelement (10) zum Entfernen eines Fluids aus einer Medienströmung, insbesondere Luftströmung, umfassend ein rohrförmiges Strömungselement (11) mit einem Strömungseinlass (12), einem Strömungsauslass (14), sowie einem Sammelbereich (16) für das aus der Medienströmung entfernte Fluid. Der Sammelbereich (16) ist in einem Bereich zwischen dem Strömungseinlass (12) und dem Strömungsauslass (14) angeordnet. Eine Umlenkung der Strömungsrichtung (18) der Medienströmung von dem Strömungseinlass (12) zu dem Strömungsauslass (14) ist im Bereich des Sammelbereichs (16) zur Trägheitsabscheidung des Fluids vorgesehen. Der Sammelbereich (16) bildet eine Ausstülpung (66) des rohrförmigen Strömungselements (11), die in Strömungsrichtung (18) an Tiefe zunimmt. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem Brennstoffzellenstapel (102) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (104), umfassend eine Gasversorgungseinheit (60) mit einer Anodengaszuführung (62) und einer Kathodengaszuführung (64), sowie wenigstens ein Abscheideelement (10).The invention relates to a separating element (10) for removing a fluid from a media flow, in particular air flow, comprising a tubular flow element (11) having a flow inlet (12), a flow outlet (14) and a collecting region (16) for the flow from the medium removed fluid. The collecting area (16) is arranged in a region between the flow inlet (12) and the flow outlet (14). A deflection of the flow direction (18) of the media flow from the flow inlet (12) to the flow outlet (14) is provided in the region of the collection region (16) for inertial separation of the fluid. The collecting area (16) forms a protuberance (66) of the tubular flow element (11), which increases in depth in the flow direction (18). The invention further relates to a fuel cell system (100) having a fuel cell stack (102) with at least one fuel cell (104), comprising a gas supply unit (60) with an anode gas supply (62) and a cathode gas supply (64), and at least one separation element (10).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Abscheideelement zum Entfernen eines Fluids aus einer Medienströmung, insbesondere einer Luftströmung sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem Abscheideelement.The invention relates to a separation element for removing a fluid from a media flow, in particular an air flow, and a fuel cell system having a separation element.
Stand der TechnikState of the art
Flüssigkeitsabscheider, insbesondere Flüssigkeitsabscheider für Brennstoffzellensysteme, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie sind insbesondere dazu da, aus einem Zweiphasengemisch aus typischerweise Abgas bzw. Abluft und Wasser flüssiges Wasser, insbesondere in Form von Tröpfchen, abzuscheiden. Sie schützen so nachfolgende Komponenten vor den Flüssigkeitströpfchen, beispielsweise eine schnelllaufende Turbine im Bereich des Anodenaustritts einer Brennstoffzelle.Liquid separators, in particular liquid separators for fuel cell systems, are known from the general state of the art. In particular, they are there to separate liquid from a two-phase mixture of typically exhaust gas or exhaust air and water, in particular in the form of droplets. They thus protect downstream components from the liquid droplets, for example a high-speed turbine in the region of the anode outlet of a fuel cell.
Die
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zuverlässiges Abscheideelement zu schaffen, das es erlaubt, ein Fluid, insbesondere Öltropfen, aus einer Medienströmung, insbesondere aus einer Luftströmung, zu entfernen.An object of the invention is to provide a simple and reliable separation element which allows a fluid, in particular oil drops, to be removed from a medium flow, in particular from an air flow.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstoffzellensystem mit einer Gasversorgung mit einem Abscheideelement zu schaffen, das möglichst zuverlässig und wartungsfreundlich zu betreiben ist.Another object of the invention is to provide a fuel cell system with a gas supply with a separation element, which is to operate as reliable and easy to maintain.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Abscheideelement zum Entfernen eines Fluids aus einer Medienströmung, insbesondere einer Luftströmung, bei dem eine Umlenkung der Strömungsrichtung der Medienströmung von einem Strömungseinlass zu einem Strömungsauslass im Bereich eines Sammelbereichs zur Trägheitsabscheidung des Fluids vorgesehen ist. Dabei bildet der Sammelbereich eine Ausstülpung des rohrförmigen Strömungselements, die in Strömungsrichtung an Tiefe zunimmt.The above objects are achieved according to one aspect of the invention by a separation element for removing a fluid from a media flow, in particular an air flow, in which a deflection of the flow direction of the media flow is provided from a flow inlet to a flow outlet in the region of a collection region for inertial separation of the fluid. In this case, the collecting area forms a protuberance of the tubular flow element, which increases in depth in the flow direction.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst von einem Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einer Brennstoffzelle, umfassend eine Gasversorgungseinheit mit einer Anodengaszuführung und einer Kathodengaszuführung, sowie wenigstens einem Abscheideelement.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by a fuel cell system having a fuel cell stack with at least one fuel cell, comprising a gas supply unit with an anode gas supply and a cathode gas supply, and at least one separation element.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Es wird ein Abscheideelement zum Entfernen eines Fluids aus einer Medienströmung, insbesondere Luftströmung vorgeschlagen, welches ein rohrförmiges Strömungselement umfasst mit einem Strömungseinlass, einem Strömungsauslass sowie einem Sammelbereich für das aus der Medienströmung entfernte Fluid. Dabei ist der Sammelbereich in einem bodenseitigen Bereich zwischen dem Strömungseinlass und dem Strömungsauslass angeordnet. Es ist eine Umlenkung der Strömungsrichtung der Medienströmung von dem Strömungseinlass zu dem Strömungsauslass im Bereich des Sammelbereichs zur Trägheitsabscheidung des Fluids vorgesehen. Der Sammelbereich bildet eine Ausstülpung des rohrförmigen Strömungselements, die in Strömungsrichtung an Tiefe zunimmt.The invention relates to a separating element for removing a fluid from a media flow, in particular air flow, which comprises a tubular flow element having a flow inlet, a flow outlet and a collecting region for the fluid removed from the media flow. In this case, the collecting region is arranged in a bottom region between the flow inlet and the flow outlet. There is provided a deflection of the flow direction of the media flow from the flow inlet to the flow outlet in the region of the collecting region for inertial separation of the fluid. The collecting area forms a protuberance of the tubular flow element, which increases in depth in the flow direction.
Das erfindungsgemäße Abscheideelement, welches insbesondere zum Abscheiden von Öltropfen aus einem Luftstrom einer Kathodengaszuführung eines Brennstoffzellensystems eingesetzt werden kann, ist für die Abscheidung von größeren Tropfendurchmessern gut geeignet und erzeugt dabei nur einen geringen Differenzdruck. Öltropfen können beispielsweise aus vorgeschalteten Kompressoren stammen, welche zwar nicht ölgeschmiert sein müssen, aber trotzdem geringe Spuren von Öl freisetzen können, welche dann im Luftstrom mitgerissen werden. Das beschriebene Abscheideelement weist gegenüber dem Stand der Technik zur Ölnebelabscheidung, welche den Einsatz von Rohrbogenabscheidern, Drallerzeugern, Drahtgestricken, Zyklonen etc. beinhalten, entscheidende Vorteile auf. Im Stand der Technik werden beispielsweise Abscheider mit einem Ölreservoir beschrieben, in dem das abgeschiedene Öl gesammelt werden kann. Dieses Ölreservoir ist in der Regel mit einem Ablassmechanismus, beispielsweise einer Schraube versehen, über welchen Ablassmechanismus das abgeschiedene Öl ausgeleitet werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Abscheideelement kann dagegen das Öl über ein ölbindendes Material in einem Sammelbereich gebunden und gesammelt werden.The separating element according to the invention, which can be used in particular for separating oil droplets from an air stream of a cathode gas supply of a fuel cell system, is well suited for the separation of larger droplet diameters and thereby generates only a small differential pressure. Oil drops can come, for example, from upstream compressors, which do not have to be lubricated with oil, but can still release small traces of oil, which then entrained in the air flow become. The separation element described has over the prior art for oil mist separation, which include the use of Rohrbogenabscheidern, swirl generators, wire knits, cyclones, etc., decisive advantages. In the prior art, for example, separators are described with an oil reservoir in which the separated oil can be collected. This oil reservoir is usually provided with a drain mechanism, such as a screw, through which drain mechanism, the separated oil can be discharged. In the separation element according to the invention, however, the oil can be bound and collected via an oil-binding material in a collecting area.
Vorteilhaft kann die Sehne des Rohrbogens zwischen Strömungseinlass und Strömungsauslass in einer Ebene liegen. Denkbar sind jedoch auch komplexere Geometrien.Advantageously, the chord of the pipe bend between flow inlet and flow outlet lie in a plane. Conceivable, however, are also more complex geometries.
Dadurch vermeidet das erfindungsgemäße Abscheideelement weiter das Risiko, dass bereits abgeschiedenes Öl (z. B. ein Ölfilm) wieder abgerissen wird, so dass ein Sekundärtropfennebel stromabwärts des Abscheideelements entstehen kann.As a result, the separating element according to the invention further avoids the risk that already separated oil (for example an oil film) will be torn off again so that a secondary droplet mist can form downstream of the separating element.
Das erfindungsgemäße Abscheideelement umfasst einen Rohrbogenabscheider, der gut für die Abscheidung von großen Tropfen geeignet ist und einen vorteilhaften Differenzdruck liefert. Dabei werden bei einer Umlenkung der Medienströmung Fluidtropfen in der Medienströmung aufgrund der Massenträgheit an einer Wand des Strömungselements im Bereich der Umlenkung abgeschieden. Ferner ist in einem Sammelbereich des Abscheideelements, der bevorzugt im Bereich der Umlenkung der Medienströmung bis zum tiefsten Punkt des Abscheideelements angeordnet ist, ein fluidbindendes Material vorgesehen, welches das abgeschiedene Fluid, z. B. Ölk, dauerhaft binden kann und so das Entstehen eines Sekundär-Ölnebels durch Re-Entrainment, also das Mitreißen von bereits abgeschiedenen Öltropfen in der Medienströmung, reduziert. Hierzu können Fasermaterialien zum Einsatz kommen, wie Polypropylen (PP) Meltblowns oder Naturfasern wie Baumwoll- oder Kapokfasern. Ferner ist der Einsatz von ölbindenden Pulvern/Granulaten denkbar.The separation element according to the invention comprises a pipe elbow, which is well suited for the separation of large drops and provides an advantageous differential pressure. During a deflection of the media flow, fluid drops in the media flow are deposited on the wall of the flow element in the region of the deflection due to the inertia of the mass. Furthermore, in a collecting region of the separating element, which is preferably arranged in the region of the deflection of the media flow to the lowest point of the separating element, a fluid-binding material is provided, which separates the separated fluid, for. B. Ölk, can permanently bind and so the emergence of a secondary oil mist by re-entrainment, so the entrainment of already separated oil drops in the media flow, reduced. For this purpose, fiber materials can be used, such as polypropylene (PP) meltblowns or natural fibers such as cotton or kapok fibers. Furthermore, the use of oil-binding powders / granules is conceivable.
Vorteile des beschriebenen Abscheideelements sind so die Abscheidung von Öl durch die einfache und zuverlässige Trägheitsabscheidung sowie das Reduzieren oder gar Verhindern des Re-Entrainments von bereits abgeschiedenem Öl. Heute eingesetzte, z. B. luftgelagerte ölfreie Kompressoren sind aufgrund der Anforderung an die Reinheit der austretenden Luft sehr teuer. In Kombination mit diesem Abscheideelement können die Gesamt-Systemkosten beispielsweise dadurch reduziert werden, dass einfachere, leicht ölemittierende und damit billigere Kompressoren eingesetzt werden können.Advantages of the described separation element are thus the separation of oil through the simple and reliable inertial separation as well as reducing or even preventing the re-entrainment of already separated oil. Used today, z. B. air bearing oil-free compressors are very expensive due to the requirement for the purity of the exiting air. In combination with this separation element, the overall system costs can be reduced, for example, by the fact that simpler, easily oil-emitting and therefore cheaper compressors can be used.
Das Abscheideelement kann dabei aus einem günstig herzustellenden rohrförmigen Strömungselement bestehen, wie es bei herkömmlichen Rohrbogenabscheidern verwendet wird und mit einem konventionellen Spritzgussprozess herzustellen ist. Im einfachsten Ausführungsbeispiel kann das Abscheideelement einen um 90° gebogenen Rohrkrümmer umfassen. Im Bereich der Rohrkrümmung kann dann der Sammelbereich für das abgeschiedene Öl in Form einer Ausstülpung oder Ausbuchtung an der Krümmungsaußenseite angeordnet sein. Der Querschnitt des Abscheideelements kann wie bei einem Rohrbogenabscheider üblich kreisförmig ausgebildet sein. Alternativ sind jedoch vorteilhaft auch andere Querschnitte wie ovale oder rechteckige Querschnitte einsetzbar.The separation element can consist of a tubular element which is inexpensive to produce, as is used in conventional tube sheet separators and can be produced by a conventional injection molding process. In the simplest embodiment, the separation element may comprise a bent through 90 ° elbow. In the region of the tube curvature, the collecting region for the separated oil can then be arranged in the form of a protuberance or bulge on the curvature outside. The cross-section of the separation element may be circular, as is usual with a pipe bend separator. Alternatively, however, other cross-sections such as oval or rectangular cross-sections can be used advantageously.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann im Strömungseinlass ein Koaleszenzmedium zur Koaleszenz von Tröpfchen des Fluids angeordnet sein. Für den Fall, dass in dem Öltropfennebel auch kleinere Tropfen vorliegen, welche der Rohrbogenabscheider nicht abscheiden könnte, kann die Koaleszenzstufe, z. B. ein Drahtgestrick als Koaleszenzmedium, vorgeschaltet sein. Diese Koaleszenzstufe koalesziert die kleinen Fluitropfen und erzeugt dann das Tropfenspektrum, für das der Rohrbogenabscheider ausgelegt ist, bei lediglich geringfügigem Anstieg des Differenzdrucks. Das Drahtgestrick kann entweder senkrecht zum Luftstrom als auch schräg in einem Winkel hierzu angebracht werden.According to an advantageous embodiment, a coalescing medium for coalescing droplets of the fluid can be arranged in the flow inlet. In the event that in the oil droplets mist smaller drops are present, which could not deposit the pipe elbow, the coalescence stage, z. As a knitted wire as a coalescing medium, upstream. This coalescing stage coalesces the small liquid droplets and then creates the droplet spectrum for which the pipe elbow is designed, with only a slight increase in differential pressure. The wire knit can be attached either perpendicular to the air flow or obliquely at an angle thereto.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Strömungsrichtung der Medienströmung bei bestimmungsgemäßem Einsatz aus der Senkrechten in die Waagrechte gerichtet sein. So kann die Medienströmung, also beispielsweise Luft aus einem vorgeschalteten Kompressor, senkrecht von oben in das rohrförmige Strömungselement des Abscheideelements nach unten gerichtet sein und durch das Abscheideelement in die Waagrechte umgelenkt werden. Dabei kann aufgrund der Krümmung des rohrförmigen Strömungselements das Fluid, also beispielsweise Öltropfen, an der Wand des Abscheideelements in den Sammelbereich abgeschieden werden und schwerkraftunterstützt nach unten laufen und sich im Sammelbereich sammeln.According to an advantageous embodiment, the direction of flow of the media flow may be directed in normal use from the vertical in the horizontal. Thus, the media flow, so for example air from an upstream compressor, be directed vertically from above into the tubular flow element of the separation element down and be deflected by the separation element in the horizontal. In this case, due to the curvature of the tubular flow element, the fluid, for example oil droplets, can be deposited on the wall of the separating element into the collecting area and, guided by gravity, run downwards and collect in the collecting area.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sammelbereich am abströmseitigen Ende in einen Endbereich auslaufen, der bei bestimmungsgemäßem Einsatz tiefer liegt als eine untere Kante des Strömungsauslasses des rohrförmigen Strömungselements. Dadurch kann sich das abgeschiedene Öl im tieferliegenden Endbereich sammeln und das Risiko, dass auch abgeschiedene Öltropfen durch die Luftströmung wieder in Richtung des Strömungsauslasses des Abscheideelements mitgerissen werden, kann so reduziert werden. Auch wird der verbleibende Strömungsquerschnitt für die Luftströmung möglichst wenig eingeengt.According to an advantageous embodiment, the collecting region at the downstream end can end in an end region which, when used as intended, is lower than a lower edge of the flow outlet of the tubular flow element. As a result, the separated oil can accumulate in the deeper end area and the risk that separated oil drops from the air flow in the direction of the Flow outlet of the separation element be entrained, can be reduced. Also, the remaining flow area for the air flow is narrowed as little as possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Absatz am Übergang des Endbereichs zu dem rohrförmigen Strömungselement ausgebildet sein. Durch den Absatz, der als Stufe in dem Bereich ausgebildet sein kann, in dem der Endbereich des Sammelbereichs wieder in den kreisförmigen Querschnitt des rohrförmigen Strömungselements übergeht, kann verhindert werden, dass die abgeschiedenen Öltropfen im Zuge des Re-Entrainments von dem Luftstrom wieder in den Strömungsauslass mitgerissen werden und so einen Brennstoffzellenstapel möglicherweise beeinträchtigen. Der Absatz kann je nach vorgesehener Strömungsgeschwindigkeit mehr oder weniger scharfkantig sowie mehr oder weniger hoch vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment, a shoulder can be formed at the transition of the end region to the tubular flow element. By the step, which may be formed as a step in the region in which the end portion of the collecting area again merges into the circular cross-section of the tubular flow element, the separated oil drops can be prevented in the course of re-entrainment of the air flow back into the Flow outlet be entrained and so may affect a fuel cell stack. The heel may be provided more or less sharp-edged and more or less high depending on the intended flow velocity.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Boden des Sammelbereichs in tangentialer Richtung flach ausgebildet sein. Der Boden des Sammelbereichs kann tangential oder parallel zu einer Tangente der Außenseite des Strömungselements ausgebildet vorgesehen sein. Ein in tangentialer Richtung flacher Boden begünstigt eine größere Grundfläche des Sammelbereichs, in dem die abgeschiedenen Öltropfen gesammelt werden können, im Vergleich zu einem in Umfangsrichtung gekrümmten Boden eines Rohrabschnitts. Das abgeschiedene Öl kann sich so günstig verteilen und insgesamt kann mehr aufgenommen werden, bevor der Sammelbereich erschöpft ist. Auch wird das Risiko reduziert, dass bei leichter Schieflage des Abscheideelements Öl trotzdem in den Strömungsauslass gelangen kann.According to an advantageous embodiment, the bottom of the collecting area may be formed flat in the tangential direction. The bottom of the collecting area may be provided tangentially or parallel to a tangent of the outside of the flow element. A flat bottom in the tangential direction favors a larger footprint of the collection area in which the deposited oil drops can be collected compared to a circumferentially curved bottom of a pipe section. The separated oil can spread so cheap and overall can be more absorbed before the collection area is exhausted. Also, the risk is reduced that in case of slight imbalance of the separation element oil can still get into the flow outlet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Strömungsquerschnitt des Strömungseinlasses kleiner sein als ein Strömungsquerschnitt des Strömungsauslasses. Ein kleinerer Strömungsquerschnitt im Strömungseinlass, der sich zum Strömungsauslass zunehmend etwas verringert, begünstigt eine leichte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und damit ein günstigeres Abscheideverhalten für die abzuscheidenden Öltropfen. Dadurch kann die Effizienz des Abscheideelements erhöht werden und das Risiko des Re-Entrainments reduziert werden.According to an advantageous embodiment, a flow cross section of the flow inlet may be smaller than a flow cross section of the flow outlet. A smaller flow cross-section in the flow inlet, which decreases progressively to the flow outlet, favors a slight increase in the flow velocity and thus a more favorable separation behavior for the oil droplets to be separated. This can increase the efficiency of the separation element and reduce the risk of re-entrainment.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Umlenkung der Medienströmung um einen Winkel von wenigstens 45°, bevorzugt wenigstens 60°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 90° erfolgen. Das rohrförmige Strömungselement des Abscheideelements kann abhängig von der verwendeten Medienströmung und dem abzuscheidenden Fluid günstig ausgelegt und optimiert werden. Je nach Medienströmung und Fluid sowie Strömungsgeschwindigkeit können sich verschiedene Umlenkwinkel der Medienströmung als günstig erweisen und die Auslegung des Abscheideelements an die Randbedingungen angepasst werden.According to an advantageous embodiment, the deflection of the media flow by an angle of at least 45 °, preferably at least 60 °, most preferably at least 90 °. The tubular flow element of the separation element can be designed and optimized in a favorable manner, depending on the media flow used and the fluid to be deposited. Depending on the media flow and fluid as well as the flow velocity, different deflection angles of the media flow may prove favorable and the design of the separation element may be adapted to the boundary conditions.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann im Sammelbereich ein fluidbindendes Material angeordnet sein. Vorteilhaft kann das abgeschiedene Fluid durch ein dafür geeignetes fluidbindendes Material gebunden werden, so dass das Risiko, dass das abgeschiedene Fluid wieder durch die Medienströmung mitgerissen wird, reduziert werden kann. Hierzu können Fasermaterialien zum Einsatz kommen, wie Polypropylen (PP) Meltblowns oder Naturfasern wie Baumwoll- oder Kapokfasern. Die fluidbindenden Materialien können in Form eines Vlieses oder einer Matte vorgesehen sein. Ferner ist der Einsatz von ölbindenden Pulvern/Granulaten als Schüttung oder in gebundener Form auf einer Unterlage denkbar.According to an advantageous embodiment, a fluid-binding material can be arranged in the collecting area. Advantageously, the separated fluid can be bound by a suitable fluid-binding material, so that the risk that the separated fluid is entrained again by the media flow, can be reduced. For this purpose, fiber materials can be used, such as polypropylene (PP) meltblowns or natural fibers such as cotton or kapok fibers. The fluid binding materials may be provided in the form of a mat or mat. Furthermore, the use of oil-binding powders / granules as a bed or in bound form on a substrate is conceivable.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein offenbares Element vorgesehen sein, um das fluidbindende Material aus dem Sammelbereich zu entfernen oder in den Sammelbereich einzuführen. Zweckmäßigerweise kann eine Öffnung oder Klappe an dem Abscheideelement vorgesehen sein, um das fluidbindende Material austauschen zu können, wenn seine Aufnahmefähigkeit von dem abgeschiedenen Fluid erschöpft sein sollte. Dazu kann das offenbare Element eine Öffnung in den Sammelbereich freigeben, so dass das fluidbindende Material entnommen und ein frisches fluidbindendes Material eingebracht werden kann. Danach wird das öffenbare Element wieder verschlossen, um eine ungehinderte Strömung der Medienströmung zu gewährleisten.According to an advantageous embodiment, an apparent element can be provided in order to remove the fluid-binding material from the collecting area or to introduce it into the collecting area. Conveniently, an opening or flap may be provided on the separator to exchange the fluid-binding material should its capacity for absorption by the separated fluid be exhausted. For this purpose, the disclosed element can release an opening into the collecting area, so that the fluid-binding material can be removed and a fresh fluid-binding material can be introduced. Thereafter, the openable element is closed again to ensure an unimpeded flow of the media flow.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens ein Teil des Sammelbereichs mit dem fluidbindenden Material als austauschbares Element des rohrförmigen Strömungselements ausgebildet sein. Auch ist so möglich, das fluidbindende Material in Form eines Wechselelements als Teil des rohrförmigen Strömungselements auszubilden, so dass bei einem Austausch des fluidbindenden Materials das gesamte Wechselelement aus dem Abscheideelement entnommen und durch ein neues Wechselelement mit frischen fluidbindenden Material ersetzt werden kann. So kann das fluidbindende Material wie ein austauschbares Filterelement gewechselt werden.According to an advantageous embodiment, at least a part of the collecting region may be formed with the fluid-binding material as an exchangeable element of the tubular flow element. It is also possible to form the fluid-binding material in the form of an exchange element as part of the tubular flow element, so that when replacing the fluid-binding material, the entire exchange element can be removed from the separation element and replaced by a new exchange element with fresh fluid-binding material. Thus, the fluid binding material can be exchanged like a replaceable filter element.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das fluidbindende Material stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere hinterschnittig, im Sammelbereich befestigt sein. Das fluidbindende Material kann geschweißt als auch geklebt oder genietet sein oder in einer sonst sinnvollen Weise befestigt sein. Insbesondere kann das fluidbindende Material als Matte ausgebildet sein Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sammelbereich einen Auslass für abgeschiedenes Fluid aufweisen. Statt einem fluidbindenden Material oder in Kombination mit einem fluidbindenden Material ist es möglich, einen Auslass für abgeschiedenes Fluid an dem Sammelbereich vorzusehen. Auf diese Weise kann angesammeltes und/oder nicht gebundenes Fluid beispielsweise über eine Ablassschraube aus dem Sammelbereich abgelassen werden. Der Auslass wird dazu am tiefsten Punkt des Sammelbereichs, der im Endbereich auftritt, angeordnet, um das angesammelte Fluid über die Schwerkraft abzulassen und ausfließen zu lassen.According to an advantageous embodiment, the fluid-binding material may be materially secured, for example by welding, and / or positively, in particular undercut, in the collecting area. The fluid binding material may be welded as well as glued or riveted or attached in an otherwise meaningful manner. In particular, the fluid-binding material as a mat According to an advantageous embodiment, the collecting area may have an outlet for separated fluid. Instead of a fluid binding material or in combination with a fluid binding material, it is possible to provide an outlet for separated fluid at the collection area. In this way, accumulated and / or unbound fluid can be drained from the collection area via a drain plug, for example. The outlet is placed at the lowest point of the collection area, which occurs in the end region, to drain the accumulated fluid by gravity and to flow out.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium quer zur Strömungsrichtung angeordnet sein. Das Koaleszenzmedium dient zum Koaleszieren von kleinen Fluidtropfen zu größeren Fluidtropfen, die danach aufgrund der Trägheitsabscheidung aus der Medienströmung abgeschieden werden können. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die gesamte Medienströmung durch das Koaleszenzmedium strömt. Aus diesem Grund ist es günstig, wenn das Koaleszenzmedium quer zur Strömungsrichtung der Medienströmung und damit quer über den Strömungseinlass angeordnet ist. Günstig wird eine Beschaffenheit des Koaleszenzmediums dabei so gewählt, dass der Differenzdruck bei Durchströmen des Koaleszenzmediums nicht zu groß wird.According to an advantageous embodiment, the coalescence medium can be arranged transversely to the flow direction. The coalescing medium serves to coalesce small drops of fluid into larger drops of fluid, which can then be separated from the media flow due to inertial separation. For this purpose, it is expedient if the entire media flow flows through the coalescing medium. For this reason, it is favorable if the coalescence medium is arranged transversely to the flow direction of the media flow and thus across the flow inlet. Conveniently, a consistency of the coalescing medium is chosen such that the differential pressure when flowing through the coalescing medium is not too great.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium unter einem Winkel schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, das Koaleszenzmedium im Strömungseinlass so anzuordnen, dass das Koaleszenzmedium schräg zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Dabei kann ein Teil des Strömungsquerschnitts des Strömungseinlasses frei sein, so dass nur ein Teil der Medienströmung durch das Koaleszenzmedium strömt. Das Koaleszenzmedium kann jedoch auch so schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sein, dass trotzdem die gesamte Medienströmung durch das Koaleszenzmedium strömen muss. Auf diese Weise ist es günstig möglich, die effektive Dicke des Koaleszenzmediums zu vergrößern und dadurch die Effizienz der Koaleszenz zu erhöhen.According to an advantageous embodiment, the coalescing medium can be arranged at an angle oblique to the flow direction. Alternatively, it is also possible to arrange the coalescing medium in the flow inlet so that the coalescing medium is oriented obliquely to the flow direction. In this case, part of the flow cross-section of the flow inlet may be free, so that only part of the medium flow flows through the coalescing medium. However, the coalescing medium can also be arranged obliquely to the flow direction, that nevertheless the entire media flow must flow through the coalescing medium. In this way it is conveniently possible to increase the effective thickness of the coalescing medium and thereby increase the efficiency of coalescence.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Strömungsrichtung bei bestimmungsgemäßem Einsatz in den Strömungseinlass in Richtung der Schwerkraft vorgesehen sein. Günstig ist es, wenn die Medienströmung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist, da dadurch die Wirkung der Schwerkraft beim Abscheiden des Fluids durch die Strömungsgeschwindigkeit der Medienströmung vergrößert wird. Dadurch wird die Effizienz des Abscheideelements erhöht und das Risiko des Re-Entrainments günstig verringert. Die abgeschiedenen Fluidtropfen treffen mit größerer Geschwindigkeit auf die Wand des Sammelbereichs bzw. auf das fluidbindende Material und bleiben so besser haften.According to an advantageous embodiment, the flow direction can be provided in the direction of gravity when used as intended in the flow inlet. It is beneficial if the media flow is oriented in the direction of gravity, as this increases the effect of gravity in the deposition of the fluid by the flow rate of the media flow. This increases the efficiency of the separation element and lowers the risk of re-entrainment. The separated fluid drops hit the wall of the collecting area or the fluid-binding material at a higher speed and thus adhere better.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können im Sammelbereich Halteelemente zur Fixierung des fluidbindenden Materials vorgesehen sein. Das fluidbindende Material wird zweckmäßigerweise als Vlies oder Matte vorgesehen. Um das fluidbindende Material an dem bestimmungsgemäßen Platz zu halten, können in dem Sammelbereich Halteelemente, beispielsweise in Form von Stäben vorgesehen sein, unter welche das Vlies oder die Matte geschoben werden können und welche dann das fluidbindende Material halten. So kann das fluidbindende Material auch bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten an seinem Platz gehalten werden und seine Funktion sicher und zuverlässig erfüllen. Auch bei Bewegungen des Abscheideelements bleibt das fluidbindende Material sicher gehalten.According to an advantageous embodiment, holding elements for fixing the fluid-binding material can be provided in the collecting area. The fluid-binding material is expediently provided as a fleece or mat. In order to keep the fluid-binding material in the intended place, holding elements, for example in the form of bars, may be provided in the collecting area, under which the nonwoven or the mat can be pushed and which then hold the fluid-binding material. Thus, the fluid-binding material can be held in place even at higher flow velocities and fulfill its function safely and reliably. Even with movements of the separating element, the fluid-binding material is securely held.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann abströmseitig nach dem Koaleszenzmedium ein Gitter zur Abstützung des Koaleszenzmediums vorgesehen sein. Das Gitter kann beispielsweise das Koaleszenzmedium an seinem bestimmungsgemäßen Platz im Strömungseinlass des Abscheideelements halten. Das Gitter unterstützt das Koaleszenzmedium gegen den Strömungsdruck der Medienströmung. Die Maschenweite des Gitters kann geeignet gewählt werden, um einen möglichst geringen Druckverlust durch die Anbringung des Gitters im Strömungsquerschnitt des rohrförmigen Strömungselements zu gewährleisten. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Koaleszenzmedium auch an einer Innenwandung des Rohrbogenabscheiders durch Kleben, Schweißen oder verwandten Fügeverfahren befestigt sein.According to an advantageous embodiment, downstream of the coalescing medium, a grille for supporting the coalescence medium can be provided. The grid may, for example, hold the coalescing medium at its intended place in the flow inlet of the separation element. The grid supports the coalescing medium against the flow pressure of the media flow. The mesh size of the grid can be suitably selected to ensure the lowest possible pressure loss through the attachment of the grid in the flow cross-section of the tubular flow element. Alternatively and / or additionally, the coalescing medium can also be attached to an inner wall of the pipe elbow by gluing, welding or related joining methods.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel mit wenigstens einer Brennstoffzelle, umfassend eine Gasversorgungseinheit mit einer Anodengaszuführung und einer Kathodengaszuführung sowie wenigstens ein Abscheideelement wie oben beschrieben.According to a further aspect, the invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack having at least one fuel cell, comprising a gas supply unit with an anode gas supply and a cathode gas supply and at least one separation element as described above.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das wenigstens eine Abscheideelement zur Abscheidung von Öl in der Kathodengaszuführung zwischen der Gasversorgungseinheit und dem Brennstoffzellenstapel, insbesondere abströmseitig nach einem Verdichter, vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment, the at least one separation element for separating oil in the cathode gas supply between the gas supply unit and the fuel cell stack, in particular downstream of a compressor, may be provided.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. They show by way of example:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures are merely examples and are not intended to be limiting.
In dem Abscheideelement
Der Sammelbereich
In
Bei dem Abscheideelement
Günstigerweise kann im Bereich des Sammelbereichs
Im Strömungseinlass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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