DE102016120202A1 - Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such - Google Patents

Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such Download PDF

Info

Publication number
DE102016120202A1
DE102016120202A1 DE102016120202.9A DE102016120202A DE102016120202A1 DE 102016120202 A1 DE102016120202 A1 DE 102016120202A1 DE 102016120202 A DE102016120202 A DE 102016120202A DE 102016120202 A1 DE102016120202 A1 DE 102016120202A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hot wire
water separator
water
level
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016120202.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Lucas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Audi AG
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG, Volkswagen AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102016120202.9A priority Critical patent/DE102016120202A1/en
Publication of DE102016120202A1 publication Critical patent/DE102016120202A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16TSTEAM TRAPS OR LIKE APPARATUS FOR DRAINING-OFF LIQUIDS FROM ENCLOSURES PREDOMINANTLY CONTAINING GASES OR VAPOURS
    • F16T1/00Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers
    • F16T1/38Component parts; Accessories
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
    • G01F23/241Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid for discrete levels
    • G01F23/242Mounting arrangements for electrodes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
    • G01F23/246Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid thermal devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
    • G01F23/246Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid thermal devices
    • G01F23/247Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid thermal devices for discrete levels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider (41) für ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Füllstandsmessung in einem solchen.Es ist vorgesehen, dass der Wasserabscheider (41) zur Füllstandsmessung einen Hitzdraht (50) im Innern seines Gehäuses (45) aufweist.The invention relates to a water separator (41) for a fuel cell system and a method for level measurement in such a. It is provided that the water separator (41) for level measurement has a hot wire (50) inside its housing (45).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider für ein Brennstoffzellensystem, sowie ein Verfahren zum Messen eines Füllstands in einem solchen.The invention relates to a water separator for a fuel cell system, and a method for measuring a level in such.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode arrangement on the sides of the electrodes facing away from the membrane.

In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen.As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt und unter Abgabe von Elektronen elektrochemisch zu Protonen oxidiert (H2 → 2 H+ + 2 e-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht und elektrisch voneinander isoliert, erfolgt ein Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet.During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode via a flow field of the bipolar plate and electrochemically oxidized to protons with release of electrons (H 2 → 2 H + + 2 e - ). About the electrolyte or the membrane, which gas-tight and electrically isolated from each other, the reaction chambers, a transport of protons from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line.

Der Kathode wird im Betrieb der Brennstoffzelle Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2- + 2 H+ → H2O).The cathode is supplied during operation of the fuel cell, oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example air) as a cathode operating medium, so that a reduction of O 2 to O 2- with absorption of the electrons takes place (½ O 2 + 2 e - → O 2-). At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2 H + → H 2 O).

Um einen Brennstoffzellenstapel mit den Betriebsmedien zu versorgen, weist dieser eine Anodenversorgung und eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung weist einen Anodenversorgungspfad für ein Zuführen des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Anodenabgaspfad für ein Abführen eines Anodenabgases aus den Anodenräumen heraus auf. Zudem ist eine Rezirkulationsleitung in der Anodenversorgung angeordnet, um nicht verbrauchten und aus dem Brennstoffzellenstapel ausgetragenen Wasserstoff erneut in den Stapel einzuspeisen. Die Kathodenversorgung weist einen Kathodenversorgungspfad für ein Zuführen des Kathodenbetriebsmediums in die Kathodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Kathodenabgaspfad für ein Abführen eines Kathodenabgases aus den Kathodenräumen heraus auf.In order to supply a fuel cell stack with the operating media, this has an anode supply and a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying the anode operating medium into the anode chambers of the fuel cell and an anode exhaust gas path for discharging an anode exhaust gas out of the anode chambers. In addition, a recirculation line is arranged in the anode supply in order to feed unused and discharged from the fuel cell stack hydrogen in the stack again. The cathode supply includes a cathode supply path for supplying the cathode operating medium into the cathode chambers of the fuel cell and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas out of the cathode compartments.

Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems gelangen Produktwasser und Stickstoff auf die Anodenseiten der Brennstoffzellen und sammeln sich schließlich in der Anodenversorgung an, insbesondere in dem Anodenabgaspfad. Das Produktwasser kann zur Schädigung einer in der Rezirkulationsleitung angeordneten Fördereinrichtung sowie zum Blockieren von Strömungswegen führen. Daher ist in der Regel ein Wasserabscheider stromabwärts des Stapels und stromaufwärts der Rezirkulationsfördereinrichtung in dem Anodenabgaspfad angeordnet. Das in dem Wasserabscheider von dem gasförmigen Anodenabgas getrennte Flüssigwasser wird über eine Abgasanlage abgeführt. Mit steigendem Stickstoffanteil des rezirkulierten Anodenbetriebsmediums sinkt die Menge von für die Brennstoffzellenreaktionen zur Verfügung stehendem Wasserstoff. Das rezirkulierte Anodenbetriebsmedium wird daher in der Regel in regelmäßigen Abständen aus der Anodenversorgung ausgeblasen oder „gepurgt“.During operation of the fuel cell system, product water and nitrogen reach the anode sides of the fuel cells and eventually accumulate in the anode supply, particularly in the anode exhaust path. The product water may cause damage to a conveyor arranged in the recirculation line and block flow paths. Therefore, a water separator is usually disposed downstream of the stack and upstream of the recirculation conveyor in the anode exhaust path. The separated in the water from the gaseous anode exhaust gas liquid water is discharged through an exhaust system. As the nitrogen content of the recirculated anode operating medium increases, the amount of hydrogen available for the fuel cell reactions decreases. The recirculated anode operating medium is therefore usually blown out of the anode supply or "purged" at regular intervals.

Mit anderen Worten wird in einem Brennstoffzellensystem im Anodenkreislauf ein Wasserabscheider benötigt. In diesem Abscheider wird flüssiges Wasser, das aus dem Brennstoffzellenstapelaustritt abgeschieden wurde, in einem Reservoir kurzzeitig zwischengespeichert. Das abgeschiedene Wasser kann über ein Abscheiderventil aus dem Abscheider abgelassen werden. Dabei muss sichergestellt werden, dass über dem Ventil immer eine Wasservorlage vorhanden ist, um einen Austritt von Wasserstoff zu vermeiden. Aus diesem Grund wird ein Füllstandssensor verwendet, mit dem festgestellt wird, wann ein kritischer Wasserstand erreicht ist und das Ventil geöffnet werden kann. Mittels dieses Füllstandssensors wird dann das Ventil angesteuert.In other words, a water separator is needed in a fuel cell system in the anode circuit. In this separator, liquid water that has been separated from the fuel cell stack outlet is temporarily stored in a reservoir. The separated water can be drained from the separator via a separator valve. It must be ensured that a water seal is always present above the valve to prevent the escape of hydrogen. For this reason, a level sensor is used to determine when a critical level of water is reached and the valve can be opened. By means of this level sensor, the valve is then activated.

In derzeitigen Systemen wird ein kapazitiver Füllstandssensor verwendet, der einen Wasserspiegel auf einer bestimmten Höhe feststellt, sogenannte dis- oder nicht-kontinuierliche Messung. Dieser Sensor hat den Nachteil, dass er häufig Fehlauslösungen hat, die ihre Ursache in Kondensat haben, welches sich in Form von Tropfen an der Innenwand des Abscheiders aus oder in der Gasströmung niederschlägt. Alternativ wird ein Schwimmerschalter eingesetzt. Diese Füllstandssensoren sind jedoch sehr frostanfällig, da der Schwimmerschalter festfrieren kann. Auch Schwimmerschalter sind nicht für kontinuierliche Füllstandsmessungen geeignet.In current systems, a capacitive level sensor is used which detects a water level at a certain level, so-called dis- or non-continuous measurement. This sensor has the disadvantage that it often has false alarms, which have their cause in condensate, which is in the form of drops on the inner wall of the Precipitator from or in the gas flow precipitates. Alternatively, a float switch is used. However, these level sensors are very frost-resistant, since the float switch can freeze. Float switches are also not suitable for continuous level measurements.

Die bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren eingesetzten Füllstandssensoren im Kühlmitteltank sind für Brennstoffzellensysteme ungeeignet, da diese die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit ausnutzen. Diese sind in Brennstoffzellensystemen jedoch ungeeignet, da im Wasserabscheider und auch im Kühlmittelkreis eines Brennstoffzellensystems jedoch destilliert Wasser gesammelt wird, welches nicht elektrisch leitend ist.The level sensors used in conventional internal combustion engines in the coolant tank are unsuitable for fuel cell systems, since they exploit the electrical conductivity of the liquid. However, these are unsuitable in fuel cell systems, since distilled water is collected in the water and in the coolant circuit of a fuel cell system, which is not electrically conductive.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Füllstandssensor bereitzustellen, der in einem Wasserabscheider zuverlässig den Füllstand misst. Insbesondere soll ein Wasserabscheider mit Füllstandssensor bereitgestellt werden, der eine kontinuierliche Füllstandsmessung ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a level sensor that reliably measures the level in a water separator. In particular, a water separator is to be provided with level sensor, which allows a continuous level measurement.

Diese Aufgabe wird durch einen Wasserabscheider mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs gelöst. Somit betrifft ein erster Aspekt der Erfindung einen Wasserabscheider für ein Brennstoffzellensystem umfassend ein Gehäuse mit einer Wand, einem Bodenbereich und einem Deckelbereich, sowie einer Zuleitung für Anodenbetriebsgas, einer Ableitung für Anodenbetriebsgas und einem im Bodenbereich des Gehäuses angeordneten Ablauf für Abwasser. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Inneren des Gehäuses ein Hitzdraht zur Füllstandsmessung angeordnet ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Wasserabscheiders liegt insbesondere darin, dass Fehlauslösungen durch Kondensat deutlich reduziert werden und zudem eine kontinuierliche Messung ermöglicht ist. Ferner kann der erfindungsgemäße Wasserabscheider nicht durch Vereisung deaktiviert werden, da er im Falle einer Vereisung in einem deaktivierten Modus durch Inbetriebnahme des Hitzdrahtes enteist werden würde. Der erfindungsgemäß im Wasserabscheider angeordnete Hitzdraht zur Füllstandsmessung wird analog zu einem Hitzdraht zur Geschwindigkeitsmessung (Hitzdrahtanometrie) verwendet. Mit anderen Worten der Hitzdraht wird in den Wasserabscheider integriert. Dabei steht der Hitzdraht vorzugsweise in direktem Kontakt zum Medium innerhalb des Wasserabscheiders. Bei dem Medium handelt es sich je nach Füllstand um Gas, insbesondere Wasserstoffgas, und oder Wasser. Im Betrieb wird der Hitzdraht bestromt, also über eine externe elektrische Verbindung mit Strom beaufschlagt. Je nach Messmethode wird dabei beispielsweise eine kontinuierliche Temperatur eingestellt, deren Höhe in Abhängigkeit vom Widerstand des Hitzdrahtes und des zugeführten Stromes steht. Hierzu muss dem Draht eine bestimmte Leistung zugeführt werden, da Wärme an das Medium im Abscheider abgegeben wird. Der abgegebene Wärmestrom ist stark davon abhängig, welches Medium in Kontakt mit dem Hitzdraht steht. Der Wärmeverlust von dem Hitzdraht an das Medium ist bei flüssigem Wasser deutlich höher als bei Gas. Somit kann über die zum Halten der Temperatur benötigte Leistung bestimmt werden welches Medium in Kontakt mit dem Hitzdraht steht, beziehungsweise wie das Verhältnis zwischen Gas und Wasser an der Oberfläche des Hitzdrahtes ist.This object is achieved by a water separator having the features of the first independent claim. Thus, a first aspect of the invention relates to a water separator for a fuel cell system comprising a housing having a wall, a bottom portion and a lid portion, and an anode operating gas supply line, an anode operating gas discharge line, and a sewage drain located in the bottom portion of the housing. According to the invention, a hot wire for level measurement is arranged in an interior of the housing. The advantage of the inventive design of a water separator is in particular that false triggering by condensate are significantly reduced and also a continuous measurement is possible. Furthermore, the water separator according to the invention can not be deactivated by icing, as it would be deiced in the case of icing in a deactivated mode by commissioning the hot wire. The hot wire for level measurement arranged according to the invention in the water separator is used analogously to a hot wire for speed measurement (hot wire geometry). In other words, the hot wire is integrated into the water separator. The hot wire is preferably in direct contact with the medium within the water separator. The medium is depending on the level of gas, in particular hydrogen gas, and or water. In operation, the hot wire is energized, so acted upon by an external electrical connection with power. Depending on the method of measurement, a continuous temperature is set, for example, whose height is dependent on the resistance of the hot wire and the supplied current. For this purpose, a certain power must be supplied to the wire, since heat is released to the medium in the separator. The emitted heat flow is highly dependent on which medium is in contact with the hot wire. The heat loss from the hot wire to the medium is significantly higher with liquid water than with gas. Thus, the power needed to hold the temperature can be used to determine which medium is in contact with the hot wire or what the ratio of gas to water is on the surface of the hot wire.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Hitzdraht entlang einer Innenseite der Wand des Gehäuses. Dies hat den Vorteil, dass der Hitzdraht in direktem Kontakt mit dem Medium steht. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Ergebnis, welches nicht durch den Widerstand beziehungsweise die Wärmeleitung eines anderen Materials, welches zwischen Hitzdraht und Medium angeordnet ist, beeinflusst wird.In a preferred embodiment, the hot wire extends along an inner side of the wall of the housing. This has the advantage that the hot wire is in direct contact with the medium. This allows a reliable result, which is not influenced by the resistance or the heat conduction of another material, which is arranged between hot wire and medium.

Mit besonderem Vorteil ist der Hitzdraht derart im Gehäuse angeordnet, dass eine kontinuierliche Füllstandsmessung erfolgt. Der besondere Vorteil besteht darin, dass die im Abscheider abgeschiedene Menge Wasser bilanziert werden kann. Derartige Daten können dann im Rahmen von Modellen zur Beschreibung des Brennstoffzellenstapels verwendet werden.With particular advantage, the hot wire is arranged in the housing such that a continuous level measurement takes place. The particular advantage is that the deposited in the separator amount of water can be accounted for. Such data can then be used in models for describing the fuel cell stack.

Eine kontinuierliche Füllstandsmessung ist insbesondere dann ermöglicht, wenn sich der Hitzdraht zwischen Bodenbereich und Deckelbereich erstreckt. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Messung, da der Hitzdraht über einen breiten Füllstandsbereich mit dem abgeschiedenen Wasser in Kontakt steht. Dabei ändert sich das Verhältnis zwischen einem Anteil der Oberfläche des Hitzdrahtes, der mit Wasser beziehungsweise mit Gas in Kontakt steht. Mit zunehmendem Füllstand wird demnach eine größere Oberfläche des Hitzdrahtes mit Wasser gekühlt und infolgedessen eine höhere Leistungszufuhr zum Hitzdraht erforderlich, um eine konstante Temperatur des Hitzdrahtes zu gewährleisten. Vorzugsweise steht hierzu ein Teil des Hitzdrahtes mit dem Bodenbereich in Kontakt, da somit bereits ein minimaler Füllstand detektiert wird.A continuous level measurement is made possible in particular when the hot wire extends between the bottom area and the lid area. This allows continuous measurement because the hot wire is in contact with the separated water over a wide fill level range. In this case, the ratio between a proportion of the surface of the hot wire, which is in contact with water or with gas changes. Accordingly, as the level increases, a larger surface area of the hot wire is cooled with water and as a result, a higher power supply to the hot wire is required to ensure a constant hot wire temperature. For this purpose, a part of the hot wire is preferably in contact with the bottom area, since thus a minimum fill level is already detected.

In weiter bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hitzdraht derart im Gehäuse angeordnet ist, dass ein Erreichen eines vordefinierten Füllstands mittels des Hitzdrahtes detektiert wird. Mit anderen Worten findet eine diskontinuierliche Füllstandsmessung statt, die im Gegensatz zur kontinuierlichen Füllstandsmessung angibt, wenn ein bestimmter Füllstand erreicht ist, jedoch keine Aussagen über Zwischenfüllstände zulässt. Der Vorteil dieser Ausführung besteht insbesondere in einem vereinfachten Messaufbau. Die Ansteuerung des Hitzdrahtes, sowie die Auswertung der gelieferten Messergebnisse sind im Vergleich zur kontinuierlichen Messung deutlich weniger anspruchsvoll.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the hot wire is arranged in the housing such that reaching of a predefined filling level is detected by means of the hot wire. In other words, a discontinuous level measurement takes place, which indicates in contrast to the continuous level measurement when a certain level is reached, but does not allow statements about intermediate levels. The advantage of this design is, in particular, a simplified measurement setup. The control of the hot wire, as well as the evaluation of the delivered measurement results are much less demanding compared to the continuous measurement.

Mit Vorteil erfolgt die diskontinuierliche Füllstandsmessung in dem der Hitzdraht in einem definierten Abstand parallel zum Bodenbereich angeordnet ist, der dem definierten Füllstand entspricht, wobei sich der Hitzdraht im Wesentlichen quer zur Höhe des Gehäuses erstreckt. Eine derartige Anordnung hat vorteilhafter Weise zur Folge, dass mit Erreichen des definierten Füllstandes 54 schlagartig die gesamte Oberfläche des Hitzdrahtes mit Wasser in Kontakt steht und somit der gesamte Hitzdraht durch das Medium Wasser gekühlt wird. Dies hat wiederum eine plötzliche und somit stufenweise Änderung, insbesondere Erhöhung, der Leistung zur Folge, die dem Hitzdraht zugeführt werden muss, um eine konstante Temperatur beizubehalten. Somit ist die Messung des Füllstands in dieser Ausgestaltung der Erfindung besonders zuverlässig und weniger fehleranfällig.Advantageously, the discontinuous level measurement takes place in which the hot wire is arranged at a defined distance parallel to the bottom region, which corresponds to the defined fill level, wherein the hot wire extends substantially transversely to the height of the housing. Such an arrangement has the advantageous consequence that upon reaching the defined level 54 abruptly the entire surface of the hot wire is in contact with water and thus the entire hot wire is cooled by the medium of water. This in turn results in a sudden and thus stepwise change, especially increase, in the power that must be supplied to the hot wire to maintain a constant temperature. Thus, the measurement of the level in this embodiment of the invention is particularly reliable and less error prone.

In weiter bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hitzdraht in einem Einsatzelement integriert ist und das Einsatzelement variabel oder fixiert im Gehäuse angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Hitzdraht nicht fest im Gehäuse verbaut und insbesondere nachrüstbar ist. Zudem ist der Hitzdraht in dieser Ausgestaltung leichter zu warten und der definierte Füllstand kann beispielsweise über eine Montagehöhe des Einsatzelementes 53 im Gehäuse variiert werden. Bei dem Einsatzelement handelt es sich vorzugsweise um ein möglichst dünnes stabförmiges Element, welches beispielsweise aus einer Keramik gefertigt ist. Der Hitzdraht ist dabei mit Vorteil außen, insbesondere umlaufend um das Element angeordnet. Die Versorgungsleitungen des Hitzdrahtes sind vorzugsweise im Innern des Elements geführt und treten in einem Bereich aus dem Element aus, der sich im montierten Zustand außerhalb des Gehäuses des Wasserabscheiders befindet.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the hot wire is integrated in an insert element and the insert element is arranged variably or fixed in the housing. This has the advantage that the hot wire is not permanently installed in the housing and in particular can be retrofitted. In addition, the hot wire in this embodiment is easier to maintain and the defined level can be varied for example via a mounting height of the insert element 53 in the housing. The insert element is preferably a thin as possible rod-shaped element, which is made for example of a ceramic. The hot wire is advantageously outside, in particular arranged circumferentially around the element. The supply lines of the hot wire are preferably guided in the interior of the element and emerge in a region of the element, which is in the mounted state outside the housing of the water separator.

Mit besonderem Vorteil ist der Hitzdraht über mehrere Kehren beziehungsweise Schleifen oder aber spiralförmig entlang eines Kreisumfangs geführt. Dies führt bei möglichst wenig Platzbedarf zu einer deutlich vergrößerten Oberfläche des Hitzdrahtes und somit zu zuverlässigeren Messergebnissen und weniger Anfälligkeit gegenüber Tropfenbildung. Als Kreisumfang kann beispielsweise die äußere Wandung eines zylinderförmigen Einsatzelements oder aber die Innenwandung einer umlaufenden Wand des Gehäuses verstanden werden.With particular advantage, the hot wire is guided over several turns or loops or spirally along a circumference. This leads to a significantly increased surface area of the hot wire with as little space as possible and thus to more reliable measurement results and less susceptibility to droplet formation. As a circle circumference, for example, the outer wall of a cylindrical insert element or the inner wall of a circumferential wall of the housing can be understood.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands von Wasser in einem erfindungsgemäßen Wasserabscheider eines Brennstoffzellensystems. Dabei ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines elektrisch bestimmbaren Kühleffektes von Wasser auf den Hitzdraht ein Füllstand des Wassers bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Wasserabscheider nicht festfriert und insbesondere nicht von elektrisch leitenden Eigenschaften des ihn umgebenden Mediums abhängig ist.Another aspect of the invention relates to a method for determining a level of water in a water separator according to the invention of a fuel cell system. It is provided that depending on an electrically determinable cooling effect of water on the hot wire, a level of the water is determined. This has the advantage that the water does not freeze and in particular is not dependent on electrically conductive properties of the surrounding medium.

Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass der Hitzdraht kontinuierlich und gleichbleibend bestimmt wird und eine Abnahme einer gemessenen Spannung des Hitzdrahtes proportional zu einem Füllstand des Wassers im Wasserabscheider ist. Alternativ erfolgt statt einer kontinuierlich und gleichbleibenden Bestromung des Hitzdrahtes eine Bestromung in Intervallen. Mit dieser Messmethode ist sowohl eine kontinuierliche als auch eine diskontinuierliche Füllstandsmessung möglich, wobei bei einer kontinuierlichen Füllstandsmessung ein kontinuierliches Messsignal ausgegeben und ausgewertet wird und bei einer diskontinuierlichen Messung ein Signal erst ausgegeben wird, wenn eine kritische Spannung erreicht wird.With particular advantage, it is provided that the hot wire is determined continuously and consistently and a decrease in a measured voltage of the hot wire is proportional to a level of the water in the water. Alternatively, instead of a continuous and constant energization of the hot wire, current is applied at intervals. With this measuring method both a continuous and a discontinuous level measurement is possible, in a continuous level measurement, a continuous measurement signal is output and evaluated and in a discontinuous measurement, a signal is issued only when a critical voltage is reached.

Für die erwähnte kontinuierliche elektrothermische Füllstandsmessung wird eine Messanordnung zugrunde gelegt, bei der ein Hitzdraht senkrecht oder unter einem gewissen Winkel innerhalb des Wasserabscheiders angeordnet ist. Die Länge des Hitzdrahtes ist dabei so gewählt, dass sowohl bei maximalem als auch bei minimalem Füllstand der Messbereich des Drahtes nicht über- oder unterschritten wird. Der Widerstand des Hitzdrahtes ist proportional zur Temperatur des Drahts, besitzt demnach PTC-Charakteristik. Der Hitzdraht wird zur Füllstandsmessung mit einem zeitlich begrenzten Strompuls mit konstanter Stromstärke aufgeheizt. Die zu Beginn des Strompulses und am Ende des Strompulses am Hitzdraht abfallenden Spannungen werden gemessen und zur Füllstandsmessung verwendet. Bei einem hohen Füllstand wird die dem Draht zugeführte elektrische Heizleistung zum großen Teil an das umgebende Wasser abgegeben. Der Draht heizt sich demnach nur unwesentlich auf, sodass auch nur eine geringe Widerstandserhöhung messbar ist. Bei niedrigem Füllstand hingegen befindet sich der Draht größtenteils im Gas, welches ein schlechterer Wärmeleiter ist. Somit wird nur wenig elektrische Heizleistung abgegeben und der Heizdraht im geringeren Maße gekühlt. Somit heizt sich der Draht vergleichsweise stark auf. Die größere Erwärmung hat wiederum eine größere Spannungsdifferenz zur Folge. Die Spannungsdifferenz ist demnach umgekehrt proportional zur Füllstandshöhe. In einer alternativen Messmethode wird zu der Messspannung ein Messstrom vorgelegt und nach einer durch einen Heizstrom bewirkten Erwärmung des Heizdrahtes zur Berechnung eines elektrischen Widerstands des Heizdrahtes gemessen. In dieser Ausgestaltung wird zwischen einem Heizstrom und einem Sensor beziehungsweise Messstrom unterschieden. Insbesondere ist der Heizstrom ein ungeregelter, vergleichsweise hoher Strom, während der Messstrom ein geregelter und sehr geringer Strom ist, der nur eine Widerstandsmessung außerhalb eines Aufheizens des Hitzdraht es dient.For the mentioned continuous electrothermal level measurement is based on a measuring arrangement, in which a hot wire is arranged perpendicular or at a certain angle within the water separator. The length of the hot wire is chosen so that both at maximum and at minimum level of the measuring range of the wire is not exceeded or fallen below. The resistance of the hot wire is proportional to the temperature of the wire, thus has PTC characteristic. The hot wire is heated for level measurement with a time-limited current pulse with a constant current. The falling at the beginning of the current pulse and at the end of the current pulse on the hot wire voltages are measured and used for level measurement. At a high level, the electric heating power supplied to the wire is largely released to the surrounding water. The wire heats up accordingly only insignificantly, so that only a small increase in resistance is measurable. At low level, however, the wire is mostly in the gas, which is a poorer heat conductor. Thus, only a little electric heating power is delivered and the heating wire cooled to a lesser extent. Thus, the wire heats up comparatively strong. The greater warming in turn results in a larger voltage difference. The voltage difference is therefore inversely proportional to the level height. In an alternative measuring method, a measuring current is presented to the measuring voltage and measured after heating of the heating wire caused by a heating current for calculating an electrical resistance of the heating wire. In this embodiment, a distinction is made between a heating current and a sensor or measuring current. In particular, the Heating current an unregulated, comparatively high current, while the measuring current is a regulated and very low current, which serves only a resistance measurement outside a heating of the hot-wire it.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders nach dem Stand der Technik mit zwei unterschiedlichen Methoden zur Füllstandsmessung,
  • 3 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 4 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 5 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer dritten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 6 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer vierten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 7 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer fünften Ausgestaltung der Erfindung,
  • 8 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 9 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung,
  • 10 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer elften Ausgestaltung der Erfindung,
  • 11 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung, und
  • 12 eine schematische Schnittzeichnung eines Wasserabscheiders in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung,
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell system according to the prior art;
  • 2 a schematic sectional view of a water separator according to the prior art with two different methods for level measurement,
  • 3 a schematic sectional view of a water separator in a first embodiment of the invention,
  • 4 a schematic sectional view of a water separator in a second embodiment of the invention,
  • 5 a schematic sectional view of a water separator in a third embodiment of the invention,
  • 6 a schematic sectional view of a water separator in a fourth embodiment of the invention,
  • 7 a schematic sectional view of a water separator in a fifth embodiment of the invention,
  • 8th a schematic sectional view of a water separator in a sixth embodiment of the invention,
  • 9 a schematic sectional view of a water separator in a tenth embodiment of the invention,
  • 10 a schematic sectional view of a water separator in an eleventh embodiment of the invention,
  • 11 a schematic sectional view of a water separator in a twelfth embodiment of the invention, and
  • 12 a schematic sectional view of a water separator in a further embodiment of the invention,

1 zeigt eine schematische Darstellung eines insgesamt mit 100 bezeichneten Brennstoffzellensystems gemäß dem Stand der Technik. Dieses ist Teil eines nicht weiter dargestellten Elektro- oder Hybridfahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgt wird. 1 shows a schematic representation of a generally designated 100 fuel cell system according to the prior art. This is part of an electric or hybrid vehicle, not shown, having an electric traction motor driven by the fuel cell system 100 is supplied with electrical energy.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 14, die eine hier nicht näher dargestellte ionenleitfähige Polymerelektrolytmembran aufweist, sowie beidseits daran angeordnete katalytische Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, welche die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffzellenumsetzung katalysieren und insbesondere als Beschichtungen auf der Membran ausgebildet sein können.The fuel cell system 100 comprises as a core component a fuel cell stack 10 containing a plurality of stacked single cells 11 which are formed by alternately stacked membrane-electrode assemblies (MEA) 14 and bipolar plates 15 (see detail). Every single cell 11 Thus, each comprises an MEA 14, which has an ion-conducting polymer electrolyte membrane not shown here, and arranged on both sides of catalytic electrodes, namely an anode and a cathode, which catalyze the respective partial reaction of the fuel cell reaction and in particular can be formed as coatings on the membrane.

Die Anoden- und Kathodenelektrode weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt. Zwischen einer Bipolarplatte 15 und der Anode wird somit ein Anodenraum 12 ausgebildet und zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum 13. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmedien in die Anoden- und Kathodenräume 12, 13 und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional sind Gasdiffusionslagen zwischen den MEA 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet.The anode and cathode electrodes comprise a catalytic material, such as platinum, supported on an electrically conductive high surface area support material, such as a carbon based material. An anode space 12 is thus formed between a bipolar plate 15 and the anode, and the cathode space 13 is formed between the cathode and the next bipolar plate 15. The bipolar plates 15 serve to supply the operating media to the anode and cathode compartments 12, 13 and further interpose the electrical connection the individual fuel cells 11 ago. Optionally, gas diffusion layers are disposed between the MEA 14 and the bipolar plates 15.

Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmedien zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.To the fuel cell stack 10 to supply with the operating media, the fuel cell system 100 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsmediums (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10 dient. Zu diesem Zweck verbinden die Anodenversorgungspfade 21 einen Brennstoffspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 12 über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10 abführt.The anode supply 20 of in 1 shown fuel cell system 100 includes an anode supply path 21 which feeds an anode operating medium (the fuel), for example hydrogen, into the anode spaces 12 of the fuel cell stack 10 serves. For this purpose, connect the anode supply paths 21 a fuel storage 23 with an anode inlet of the fuel cell stack 10 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 containing the anode exhaust gas from the anode chambers 12 via an anode outlet of the fuel cell stack 10 dissipates.

Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten 12 des Brennstoffzellenstapels 10 ist über ein erstes Stellmittel 24 in dem Anodenversorgungspfad 21 einstellbar. Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems wie dargestellt eine Rezirkulationsleitung 25 auf, welche den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff ist üblich, um den zumeist überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff dem Stapel zurückzuführen und zu nutzen. In der Rezirkulationsleitung ist eine Rezirkulationsfördereinrichtung 26, vorzugsweise ein Rezirkulationsgebläse, angeordnet.The anode operating pressure on the anode side 12 of the fuel cell stack 10 is about a first actuating means 24 in the anode supply path 21 adjustable. In addition, the anode supply points 20 of in 1 shown fuel cell system as shown, a recirculation line 25 on which the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 combines. The recirculation of fuel is common in order to return and utilize the fuel, which is mostly used in excess of stoichiometry, in the stack. In the recirculation line is a recirculation conveyor 26 , preferably a recirculation blower, arranged.

Ferner ist in dem Anodenabgaspfad 22 stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 und stromaufwärts der Rezirkulationsleitung 25 ein Wasserabscheider 41 verbaut, um mit dem Anodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 10 ausgetragenes Flüssigwasser abzuleiten. Das Flüssigwasser wird aus dem Wasserabscheider 41 über die erste Ableitung 40 einer Abgasanlage A als stromabwärtigsten Abschnitt der Kathodenabgasleitung 32 zugeführt. Die erste Ableitung 40 ist mittels eines steuer- oder regelbaren Ventils 42 verschließbar.Further, in the anode exhaust path 22 downstream of the fuel cell stack 10 and upstream of the recirculation line 25 a water separator 41 installed to with the anode exhaust gas from the fuel cell stack 10 discharge discharged liquid water. The liquid water is removed from the water separator 41 over the first derivative 40 an exhaust system A as the most downstream portion of the cathode exhaust gas line 32 fed. The first derivative 40 is by means of a controllable or adjustable valve 42 closable.

In der Anodenabgasleitung 22 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 ist stromaufwärts des Wasserabscheiders 41 eine zweite Ableitung 60 beziehungsweise eine Purgeleitung 60 zum Ablassen von Gas aus der Anodenabgasleitung 22 angeordnet. Diese zweite Ableitung 60 ist ebenfalls mit einem steuer- oder regelbaren Ventil 61 verschließbar und wird der Kathodenabgasleitung 32 stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 an einem Stapelaustritt S und insbesondere vor dem Stellmittel 38 zugeleitet.In the anode exhaust gas line 22 of in 1 shown fuel cell system 100 is upstream of the water separator 41 a second derivative 60 or a purine line 60 for discharging gas from the anode exhaust gas line 22 arranged. This second derivative 60 is also with a controllable or adjustable valve 61 closable and becomes the cathode exhaust gas line 32 downstream of the fuel cell stack 10 at a stack outlet S and in particular before the actuating means 38 fed.

Die Kathodenversorgung 30 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 ein sauerstoffhaltiges Kathodenbetriebsmedium zuführt, insbesondere Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas (insbesondere die Abluft) aus den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt und dieses der Abgasanlage A zuführt. Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmediums ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet.The cathode supply 30 of in 1 shown fuel cell system 100 includes a cathode supply path 31 , which the cathode compartments 13 of the fuel cell stack 10 supplying an oxygen-containing cathode operating medium, in particular air which is drawn in from the environment. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 , which the cathode exhaust gas (in particular the exhaust air) from the cathode compartments 13 of the fuel cell stack 10 dissipates and this the exhaust system A supplies. For conveying and compressing the cathode operating medium is in the cathode supply path 31 a compressor 33 arranged.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Verdichter 33 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 erfolgt. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 36 (gegebenenfalls mit variabler Turbinengeometrie) unterstützend über eine gemeinsame Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden.In the illustrated embodiments, the compressor 33 as a mainly electric motor driven compressor 33 designed, the drive via a with a corresponding power electronics 35 equipped electric motor 34 he follows. The compressor 33 may also be through a in the cathode exhaust path 32 arranged turbine 36 (optionally with variable turbine geometry) are supported by a common shaft (not shown) driven.

Das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein Befeuchtermodul 39 auf. Das Befeuchtermodul 39 ist einerseits so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass es von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar ist. Hierfür weist das Befeuchtermodul einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf. Andererseits ist es so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass es von dem Kathodenabgas durchströmbar ist.This in 1 shown fuel cell system 100 also has a humidifier module 39 on. The humidifier module 39 on the one hand is in the cathode supply path 31 arranged so that it can be flowed through by the cathode operating gas. For this purpose, the humidifier module has a gas inlet and a gas outlet. On the other hand, it is so in the cathode exhaust path 32 arranged so that it can be flowed through by the cathode exhaust gas.

Die Kathodenversorgung 30 weist ferner ein erstes Absperrmittel 37 und ein zweites Absperrmittel 38 auf, mit dem der abgeschaltete Brennstoffzellenstapel 10 von der Umgebung isoliert werden kann. Sämtliche Stellmittel 24, 37, 38, 42, 61 des Brennstoffzellensystems 100 können als regelbare oder steuerbare Ventile oder Klappen ausgebildet sein.The cathode supply 30 also has a first shut-off means 37 and a second shut-off means 38 on, with the shut off the fuel cell stack 10 can be isolated from the environment. All adjusting means 24 . 37 . 38 . 42 . 61 of the fuel cell system 100 can be designed as controllable or controllable valves or flaps.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wasserabscheiders 41 nach dem Stand der Technik. Im gezeigten Wasserabscheider 41 ist die Anordnung zweier Füllstandsensoren gezeigt, wobei üblicherweise lediglich einer der beiden im Wasserabscheider 41 vorgesehen ist. Zum einen ist ein Schwimmerschalter 52 gezeigt, der ab einem minimalen Füllstand auf der Wasseroberfläche innerhalb des Wasserabscheiders 41 auf schwimmt und bei Erreichen einer maximalen Steighöhe des Schwimmers ein Signal zum Erreichen des Füllstands 54 gibt. Alternativ ist ein kapazitiver Füllstandsschalter 51 gezeigt, der in einer bestimmten Höhe des Wasserabscheiders 41 angeordnet ist, die einem definierten Füllstand 54 entspricht und in Abhängigkeit eines elektrischen Leitwerts das Erreichen des Wasserspiegels dieser Höhe detektiert. 2 shows a schematic representation of a water separator 41 According to the state of the art. In the shown water separator 41 the arrangement of two level sensors is shown, usually only one of the two in the water 41 is provided. One is a float switch 52 shown starting from a minimum level on the water surface inside the water separator 41 on floats and when reaching a maximum rise height of the float a signal to reach the level 54 gives. Alternatively, a capacitive level switch 51 shown at a certain height of the water separator 41 is arranged, the a defined level 54 corresponds and detects depending on an electrical conductance the achievement of the water level of this height.

Die folgenden Figuren zeigen jeweils einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 41 in Längsrichtung, sowie einen Querschnitt des Wasserabscheiders 41 in Querrichtung auf Höhe einer Ebene, in der der Wasserabscheider 41 angeordnet ist, der Ebene A-A. In einigen Teildarstellungen ist zudem noch ein Querschnitt durch den Wasserabscheider 41 entlang der Ebene B-B gezeigt.The following figures each show a cross section of a water separator according to the invention 41 in the longitudinal direction, as well as a cross section of the water separator 41 in the transverse direction at the height of a plane in which the water separator 41 is arranged, the level AA. In some partial representations, there is also a cross section through the water separator 41 shown along the plane BB.

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 41 in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung. Gezeigt ist, dass der Hitzdraht 50 von außen an die Innenseite der umlaufenden Wand 46 des Gehäuses 45 des Abscheiders geführt ist. Der zur Detektion verwendete Draht ist dabei besonders kurz, was die Fertigung vereinfacht. Die gezeigte Ausführung ermöglicht eine diskontinuierliche Füllstandsmessung, das heißt, es wird detektiert, wenn das Wasser einen definierten Füllstand 54 erreicht hat, der der Höhe der Anordnung des Hitzdrahtes 50 entspricht. 3 shows a schematic sectional view of the water separator according to the invention 41 in a first preferred embodiment. Shown is that the hot wire 50 from the outside to the inside of the surrounding wall 46 of the housing 45 of the separator is guided. The wire used for detection is particularly short, which simplifies the production. The embodiment shown allows a discontinuous level measurement, that is, it is detected when the water has a defined level 54 has reached the height of the arrangement of the hot wire 50 equivalent.

In 4 ist eine weiter bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung eines Wasserabscheiders 41 gezeigt. Diese Ausgestaltung ist ebenfalls für eine diskontinuierliche Messung geeignet. Im Vergleich zur Ausgestaltung der 3 erstreckt sich der Hitzdraht 50 jedoch nicht nur über einen kleinen Bereich der Innenwandung des Gehäuses 45 des Wasserabscheiders 41. Vielmehr erstreckt sich der zur Detektion des Füllstandes 54 im Innern des Gehäuse 45 angeordnete Hitzdraht 50 nahezu über den gesamten Innenumfangsbereich der Wand 46 in einem definierten Abstand zum Bodenbereich. Der Abstand zum Bodenbereich 43 definiert dabei die zu definierende Füllstandshöhe 54. Der Hitzdraht 50 kann dabei sowohl parallel zum Bodenbereich als auch in einem bestimmten Winkel zum Bodenbereich verlaufen. In letzterem Fall wird ein größerer Bereich der Füllstandsmessung zugänglich, allerdings verschwimmen die Grenzen zwischen diskontinuierlicher Messung und kontinuierlicher Messung, das heißt, dass mit Erreichen des Füllstandes 54 nicht die gesamte Oberfläche des Hitzdrahtes 50 mit Wasser umspült wird, sondern zunächst lediglich ein Teil. Der besondere Vorteil der Ausgestaltung der 4 ist der, dass auch ein Kippen des Fahrzeugs nicht die Detektion des Erreichen des Verstandes verhindert, da der Hitzdraht 50 auf der Innenseite des Abscheiders 41 im gesamten Innenradius herumgeführt wird. Zudem ist diese Ausgestaltung aufgrund der deutlich größeren Oberfläche des Hitzdrahtes 50 im Vergleich zur 4 weniger empfindlich für Tropfenbildung.In 4 is a further preferred embodiment of the invention in a schematic sectional view of a water separator 41 shown. This embodiment is also suitable for a discontinuous measurement. Compared to the design of the 3 extends the hot wire 50 but not only over a small area of the inner wall of the housing 45 of the water separator 41 , Rather, it extends to the detection of the level 54 inside the case 45 arranged hot wire 50 almost over the entire inner peripheral area of the wall 46 at a defined distance to the ground area. The distance to the ground area 43 defines the fill level to be defined 54 , The hot wire 50 can run both parallel to the floor area as well as at a certain angle to the floor area. In the latter case, a larger range of level measurement is accessible, but blurred the boundaries between discontinuous measurement and continuous measurement, that is, when reaching the level 54 not the entire surface of the hot wire 50 is washed with water, but initially only a part. The particular advantage of the embodiment of 4 is that even tilting the vehicle does not prevent the detection of reaching the mind, as the hot wire 50 on the inside of the separator 41 is guided around in the entire inner radius. In addition, this configuration is due to the much larger surface of the hot wire 50 in comparison to 4 less sensitive to dripping.

5 zeigt die schematische Schnittdarstellung eines Wasserabscheiders 41 zur kontinuierlichen Füllstandsmessung in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Der Hitzdraht 50 ist im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen nicht parallel zum Boden geführt, sondern erstreckt sich vielmehr zwischen Bodenbereich 43 und Deckelbereich 44 des Wasserabscheiders 41. Vorzugsweise ist der Hitzdraht 50 dabei lotrecht zum Bodenbereich 43 angeordnet, wie auch in 5 dargestellt. 5 shows the schematic sectional view of a water separator 41 for continuous level measurement in a preferred embodiment of the invention. The hot wire 50 is not parallel to the ground in comparison to the embodiments described above, but rather extends between the floor area 43 and lid area 44 of the water separator 41 , Preferably, the hot wire is 50 while perpendicular to the ground area 43 arranged, as well as in 5 shown.

Eine weitere Ausgestaltung zur kontinuierlichen Messung ist in 6 gezeigt. 6 entspricht dabei im Wesentlichen der Ausführung der 5, jedoch ist die Oberfläche des Hitzdrahtes 50 im Innern des Gehäuses 45 vergrößert, indem der Hitzdraht 50 in Kehren beziehungsweise Schleifen 55 gelegt ist, wobei mehrere Abschnitte des Hitzdrahtes 50 parallel verlaufen und diese parallel verlaufenden Abschnitte durch U-Formung des Hitzdrahtes 50 miteinander verbunden sind.Another embodiment for continuous measurement is in 6 shown. 6 corresponds essentially to the execution of the 5 However, the surface of the hot wire is 50 inside the case 45 enlarged by the hot wire 50 in sweeping or grinding 55 is placed, with several sections of the hot wire 50 run parallel and these parallel sections by U-forming the hot wire 50 connected to each other.

7 bis 9 und 11 zeigen die Anordnung des Heizdrahtes im Inneren des Gehäuses 45 mithilfe eines Einsatzelementes 53. In den 7, 9 und 11 ist das Einsatzelement 53 in den Bodenbereich des Gehäuses 45 eingeführt. Die einzelnen Figuren zeigen die Anordnung des Hitzdrahtes 50 am Einsatzelement 53. Dabei sind Alternativen bevorzugt, die eine möglichst große Kontaktfläche des Hitzdraht 50 mit dem Wasser im Wasserabscheider 41 ermöglichen. Die gezeigten Ausführungen der 9 und 11 sind insbesondere für die kontinuierliche Füllstandsmessung konzipiert. In 8 ist das Einsatzelement 53 vom Deckelbereich 44 in das Gehäuse 45 eingebracht. Die Besonderheit der in 8 gezeigten Ausgestaltung ist die, dass der Hitzdrahtes 50 freischwebend in einem definierten Abstand zum Bodenbereich angeordnet ist. Wie ein Schnitt durch die Ebene A-A zeigt, erstreckt sich der Teil des Hitzdrahtes, welcher in Kontakt zum Wasser stehen kann, parallel zum Bodenbereich. Dadurch wird das Erreichen eines bestimmten Füllstandes 54 detektiert. Es findet also eine nicht kontinuierliche Füllstandsmessung statt. Die Versorgungsleitungen des Hitzdrahtes sind im Inneren des Einsatzelementes 53 nach außen geführt. Ebenfalls zur nicht kontinuierlichen Messung dienen die Ausgestaltungen der 7 und 10. 7 to 9 and 11 show the arrangement of the heating wire inside the housing 45 using an insert element 53 , In the 7 . 9 and 11 is the insert element 53 in the bottom area of the housing 45 introduced. The individual figures show the arrangement of the hot wire 50 on the insert element 53 , In this case, alternatives are preferred that the largest possible contact surface of the hot wire 50 with the water in the water separator 41 enable. The shown embodiments of 9 and 11 are especially designed for continuous level measurement. In 8th is the insert element 53 from the lid area 44 in the case 45 brought in. The peculiarity of in 8th the embodiment shown is that of the hot wire 50 is arranged free floating at a defined distance from the ground area. As a section through the plane AA shows, the part of the hot wire, which can be in contact with the water, extends parallel to the bottom area. This will cause the achievement of a certain level 54 detected. So there is a non-continuous level measurement instead. The supply lines of the hot wire are inside the insert element 53 led to the outside. Also for non-continuous measurement serve the embodiments of 7 and 10 ,

Eine weitere Ausgestaltung einer nicht kontinuierlichen Füllstandsmessung ist in 10 schematisch gezeigt. 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 41 in einer weiteren Ausgestaltung. Dabei ist in einem definierten Abstand zum Bodenbereich ähnlich der in 3 gezeigten Ausgestaltung ein kleiner Abschnitt der Innenwandung des Gehäuses 45 mit einem Hitzdraht 50 versehen. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausgestaltung ist jedoch die Kontaktoberfläche des Hitzdrahtes 50 durch Ausformungen von Schleifen beziehungsweise Kehren um ein Vierfaches erhöht.Another embodiment of a non-continuous level measurement is in 10 shown schematically. 10 shows a schematic sectional view of a water separator according to the invention 41 in a further embodiment. It is at a defined distance to the bottom area similar to the in 3 shown embodiment, a small portion of the inner wall of the housing 45 with a hot wire 50 Mistake. Unlike the in 3 However, the embodiment shown is the contact surface of the hot wire 50 increased by forming loops or bends by a factor of four.

Die 11 und 12 zeigen bevorzugte Ausgestaltungen einer kontinuierlichen Füllstandsmessung, wobei 11 die Verwendung eines Einsatzelementes 53 vorsieht, um welches der Hitzdraht 50 angeordnet ist und in 12 der Hitzdraht 50 sich entlang der Innenwandung des Gehäuse 45 erstreckt. Beiden Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass der Hitzdraht 50 zur Vergrößerung der Kontaktoberfläche spiralförmig entlang eines Kreisbeziehungsweise Zylinderumfangs angeordnet ist.The 11 and 12 show preferred embodiments of a continuous level measurement, wherein 11 the use of an insert element 53 Provides which of the hot wire 50 is arranged and in 12 the hot wire 50 along the inner wall of the housing 45 extends. Both designs have in common that the hot wire 50 is arranged to increase the contact surface spirally along a Kreisbeziehungsweise cylinder circumference.

Die Funktionsweise der Füllstandsmessung in den gezeigten Ausgestaltungen folgt jeweils dem gleichen Prinzip. Der Hitzdraht 50 wird über eine äußere Leitung mit einem Strom beaufschlagt und somit erwärmt. In Abhängigkeit vom Medium, mit dem die Oberfläche des Hitzdrahtes im Innern des Gehäuses 45 in Kontakt steht, wird der Hitzdraht 50 gekühlt, sodass zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur eine erhöhte Leistung erforderlich ist. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazität beziehungsweise der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit eines gasförmigen und eines flüssigen Mediums wird der Hitzdraht 50 je nachdem, ob und wie viel der Oberfläche mit Wasser in Kontakt ist, verschieden stark gekühlt. Ist die Oberfläche mit Wasser in Kontakt, so ist der Kühleffekt größer und eine höhere Leistung ist erforderlich. Je nach Messmethode wird die nötige Leistung oder aber ein sich verändernder Widerstand im Hitzdraht 50 bestimmt und daraus auf das Vorhandensein von Wasser in einer bestimmten Höhe des Gehäuses 45 geschlossen. Bei einer nicht kontinuierlichen Messung wird schlagartig nahezu die gesamte Oberfläche des Hitzdrahtes 50 mit Wasser umschlossen, sodass eine schlagartige starke Abkühlung des Hitzdrahtes 50 durch das Wasser erfolgt und eine stufige Messwertänderung erfolgt. Bei einer kontinuierlichen Füllstandsmessung hingegen wird aufgrund des Kühleffektes auf ein Maß an mit wasserbenetzter Oberfläche des Hitzdrahtes 50 geschlossen und je nach Anordnung des Hitzdrahtes im Gehäuse 45 ein aktueller Füllstand bestimmt.The operation of the level measurement in the embodiments shown follows in each case the same principle. The hot wire 50 is supplied via an outer line with a current and thus heated. Depending on the medium with which the surface of the hot wire inside the housing 45 is in contact, the hot wire 50 cooled so that increased power is required to maintain a constant temperature. Due to the different heat capacity or the different thermal conductivity of a gaseous and a liquid medium of the hot wire 50 depending on whether and how much of the surface is in contact with water, cooled to different degrees. If the surface is in contact with water, the cooling effect is greater and higher performance is required. Depending on the measuring method, the necessary power or a changing resistance in the hot wire 50 determines and determines the presence of water at a certain height of the housing 45 closed. In a non-continuous measurement, almost the entire surface of the hot wire abruptly 50 enclosed with water, so that a sudden strong cooling of the hot wire 50 through the water and a gradual change in measured value takes place. In a continuous level measurement, however, is due to the cooling effect on a level of water wetted surface of the hot wire 50 closed and depending on the arrangement of the hot wire in the housing 45 a current level is determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Brennstoffzellensystem The fuel cell system
1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
Einzelzelle single cell
2020
Anodenversorgunganode supply
2121
AnodenversorgungsleitungAnode supply line
2222
AnodenabgasleitungAnode exhaust gas line
2323
Brennstofftankfuel tank
2424
erstes Stellmittelfirst actuating means
2525
Rezirkulationsleitungrecirculation
2626
Rezirkulationsfördereinrichtung recirculation conveyor
3030
Kathodenversorgungcathode supply
3131
KathodenversorgungsleitungCathode supply line
3232
KathodenabgasleitungCathode exhaust gas line
3333
Verdichtercompressor
3434
Elektromotorelectric motor
3535
Leistungselektronikpower electronics
3636
Turbineturbine
3737
erstes Absperrmittelfirst shut-off device
3838
zweites Absperrmittelsecond shut-off device
3939
Befeuchtermodul humidifier
4040
Ablaufprocedure
4141
Wasserabscheiderwater
4242
AbscheideventilAbscheideventil
4343
Bodenbereichfloor area
4444
Deckelbereichcover region
4545
Gehäusecasing
4646
Wandwall
4848
Zuleitung vom AnodenabgaspfadSupply line from the anode exhaust gas path
4949
Zuleitung zum Anodenabgaspfad Supply line to the anode exhaust gas path
5050
Hitzdrahthot wire
5151
kapazitiver FüllstandssensorCapacitive level sensor
5252
Schwimmerschalterfloat switch
5353
Einsatzelementinsert element
5454
definierter Füllstanddefined level
5555
Kehren / Schleifen Sweeping / grinding
6060
zweite Ableitungsecond derivative
6161
Purgeventilpurge valve

Claims (10)

Wasserabscheider (41) für ein Brennstoffzellensystem (100), umfassend ein Gehäuse (45) mit einer Wand (46), einem Bodenbereich (43) und einem Deckelbereich (44), sowie einer Zuleitung (48) für Anodenbetriebsgas, einer Ableitung (49) für Anodenbetriebsgas und einem im Bodenbereich (43) des Gehäuses (45) angeordneten Ablauf (41) für Abwasser, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Inneren des Gehäuses (45) ein Hitzdraht (50) zur Füllstandsmessung angeordnet ist.A water separator (41) for a fuel cell system (100), comprising a housing (45) having a wall (46), a bottom area (43) and a lid area (44), and an anode operating gas inlet (48), a drain (49) for anode operating gas and a drain (41) for waste water arranged in the bottom region (43) of the housing (45), characterized in that a hot wire (50) for level measurement is arranged in an interior of the housing (45). Wasserabscheider (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hitzdraht (50) entlang zumindest eines Abschnitts einer Innenseite der Wand (46) erstreckt.Water separator (41) according to any one of the preceding claims, characterized in that the hot wire (50) extends along at least a portion of an inner side of the wall (46). Wasserabscheider (41) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) derart im Gehäuse (45) angeordnet ist, dass eine kontinuierliche Füllstandsmessung erfolgt.Water separator (41) according to claim one of Claims 1 and 2 , characterized in that the hot wire (50) is arranged in the housing (45), that a continuous level measurement takes place. Wasserabscheider (41) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hitzdraht (50) zwischen Bodenbereich (43) und Deckelbereich (44) erstreckt.Water separator (41) after Claim 3 , characterized in that the hot wire (50) extends between bottom region (43) and cover region (44). Wasserabscheider (41) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) derart im Gehäuse (45) angeordnet ist, dass ein Erreichen eines vordefinierten Füllstands (54) mittels des Hitzdrahtes (50) detektiert wird.Water separator (41) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the hot wire (50) arranged in the housing (45) in that a reaching of a predefined fill level (54) is detected by means of the hot wire (50). Wasserabscheider (41) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) in einem definierten Abstand parallel zum Bodenbereich (43) angeordnet ist, der dem definierten Füllstand (54) entspricht und sich der Hitzdraht (50) im Wesentlichen quer zur Höhe des Gehäuses (45) erstreckt.Water separator (41) after Claim 5 , characterized in that the hot wire (50) at a defined distance parallel to the bottom portion (43) is arranged, which corresponds to the defined level (54) and the hot wire (50) extends substantially transversely to the height of the housing (45). Wasserabscheider (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) in einem Einsatzelement (53) integriert ist und das Einsatzelement (53) variabel oder fixiert im Gehäuse (45) angeordnet ist.Water separator (41) according to any one of the preceding claims, characterized in that the hot wire (50) is integrated in an insert element (53) and the insert element (53) is arranged variable or fixed in the housing (45). Wasserabscheider (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) über mehrere Kehren / Schleifen (55) oder spiralförmig um einen Kreisumfang geführt ist.Water separator (41) according to any one of the preceding claims, characterized in that the hot wire (50) over several turns / loops (55) or spirally guided around a circumference. Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands von Wasser in einem Wasserabscheider (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einem elektrisch bestimmbaren Kühleffekt des Wassers auf den Hitzdraht (50) ein Füllstand des Wassers bestimmt wird.Method for determining a fill level of water in a water separator (41) according to one of the preceding claims, wherein a fill level of the water is determined as a function of an electrically determinable cooling effect of the water on the hot wire (50). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzdraht (50) kontinuierlich und gleichbleibend bestromt wird und eine Abnahme einer gemessenen Spannung des Hitzdrahtes (50) proportional zum Füllstand von Wasser im Wasserabscheider ist.Method according to Claim 9 , characterized in that the hot wire (50) is energized continuously and constantly and a decrease in a measured voltage of the hot wire (50) is proportional to the level of water in the water separator.
DE102016120202.9A 2016-10-24 2016-10-24 Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such Withdrawn DE102016120202A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016120202.9A DE102016120202A1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016120202.9A DE102016120202A1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016120202A1 true DE102016120202A1 (en) 2018-04-26

Family

ID=61865785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016120202.9A Withdrawn DE102016120202A1 (en) 2016-10-24 2016-10-24 Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016120202A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019126307A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-01 Audi Ag Containers and methods and for temperature-based level measurement, fuel cell systems and motor vehicles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019126307A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-01 Audi Ag Containers and methods and for temperature-based level measurement, fuel cell systems and motor vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008047389B4 (en) A fuel cell system and method for online determination and method for controlling the relative humidity of a reactant stream in a fuel cell stack
DE60214385T2 (en) FUEL CELL SYSTEM WITH HYDROGEN SENSOR
EP1815549B1 (en) Fuel cell system with a liquid separator
DE112007000141B4 (en) Apparatus for calculating the stoichiometric ratio of given gas for each unit cell of a fuel cell system
DE102010051220B4 (en) METHOD FOR ESTIMATING THE RELATIVE HUMIDITY OF A CATHODE INTAKE AND OUTLET OF A FUEL CELL STACK
DE112006002187T5 (en) Fuel cell system and operating method for the fuel cell system
DE102016115012A1 (en) Water separator for a fuel cell system, fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE112011102754T5 (en) Fuel cell system and control method for fuel cell system
DE102011013630B4 (en) A fuel cell system and method for controlling a load applied thereto
DE102015122144A1 (en) Humidifier with integrated water separator for a fuel cell system, fuel cell system and vehicle with such a
DE102008033211A1 (en) Bipolar plate for a fuel cell assembly, in particular for the arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies
DE102015210836A1 (en) A diagnostic method for determining a condition of a fuel cell stack
DE102010005644A1 (en) A system and method for monitoring an anode fluid composition during a fuel cell system startup
DE102009023882A1 (en) Improved commissioning reliability using HFR measurement
DE102013101826A1 (en) Shutdown purge operation strategy for PEM fuel cell system in a subzero environment
DE102016116004A1 (en) Method for determining the moisture content of an operating medium, fuel cell system for carrying out such a method and use of a compressor as a moisture sensor
DE102007003938A1 (en) Fuel cell system with ultrasonic detector
DE102008033010A1 (en) Process for the optimization of diffusion media with spatially varying mass transfer resistance
DE112010003392B4 (en) Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
DE102018101630A1 (en) The fuel cell system
DE102017215741A1 (en) Membrane electrode assembly, fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell stack
DE102019215900A1 (en) Method for commissioning a fuel cell stack
DE102016120202A1 (en) Water separator for a fuel cell system, method for measuring a level in such
DE112008004031T5 (en) Voltage-based fluid sensor for a fuel cell stack system
DE102017214966A1 (en) Method for operating a humidification system for a fuel cell system and motor vehicle with such

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative
R082 Change of representative
R082 Change of representative

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: HENTRICH PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R163 Identified publications notified
R082 Change of representative

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWALTSPARTNERSCHAFT , DE

Representative=s name: HENTRICH PATENT- & RECHTSANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: HENTRICH PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination