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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluidgemischen, die Gase, wie insbesondere Wasserstoff, Luft, Stickstoff oder Edelgase, sowie Flüssigkeiten, wie insbesondere ionische Flüssigkeiten, Hydrauliköl oder Prozessflüssigkeiten enthalten, mit mindestens einer Abscheidestufe zum Abtrennen des Fluidgemisches in einen Gasanteil und einen Flüssigkeitsanteil, der in einen Sammelraum geführt zum Aufsteigen eines Schwimmers führt, der bei einem vorgebbaren Flüssigkeitsniveau im Sammelraum berührungslos eine Sensoreinrichtung ansteuert, die vorzugsweise eine Entleereinrichtung betätigt zwecks Entleeren des Sammelraums, das zum Absinken des Schwimmers führt. Im Speziellen bezieht sich die Vorrichtung auf die Behandlung eines unter einem hohen Druck stehenden Fluidgemisches, das Gas, wie Wasserstoff, und geringe Anteile an Flüssigkeiten, wie ionischen Flüssigkeiten, enthält.
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Wasserstoff wird in neuerer Zeit an Tankstellen für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit hohem Druck von ca. 500 bis 1000 bar bereitgehalten. Mit Vorteil werden zur Verdichtung des Wasserstoffes sog. lonenverdichter eingesetzt mit einem Aufbau vergleichbar einem üblichen Kolbenverdichter, wobei jedoch anstelle eines Kolbens eine ionische Flüssigkeitssäule zur Druckübertragung eingesetzt ist. Die als Verdrängerelement wirkende Flüssigkeit hat gegenüber einem Verdrängerkolben den Vorteil, dass sie die entstehende Wärme besser ableiten kann, da sie zu einem gewissen Anteil mit dem komprimierten Gas aus dem Verdichter abtransportiert wird. Bei den ionischen Flüssigkeiten handelt es sich bekanntermaßen um organische Salze, die bei Temperaturen unter 100°C flüssig sind, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel, wie Wasser, gelöst ist. Bei dem hohen Druckniveau kommt es beim Betrieb der ionischen Verdichter, beispielsweise durch Dichtungsversagen, Membranbruch etc., ungewollt zu einem Eintrag von Flüssigkeitsanteilen in das Gas. Dieser Eintrag wird fachsprachlich auch als Verschleppung bezeichnet und macht eine Behandlung des Fluidgemisches erforderlich. Ohne Behandlung kann es zu schweren Schäden an Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen kommen.
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Durch
DE 10 2014 012 094 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung solcher Fluidgemische bekannt, die eine erste Abscheidestufe zum Auftrennen des Fluidgemisches in einen Flüssigkeitsanteil und einen Gasanteil aufweist, der mit einem verbleibenden Flüssigkeitsanteil verunreinigt sein kann. Bei der bekannten Lösung ist eine weitere Abscheidestufe vorgesehen, die den in einen Sammelraum der Vorrichtung aufgenommenen Flüssigkeitsanteil vor Abführen aus der Vorrichtung abreinigt. Da der Trennvorgang bei der bekannten Lösung in mehreren Stufen stattfindet, lässt sich nach Durchführen des ersten Trennvorgangs in der genannten zweiten Abscheidestufe eine Feinabtrennung durchführen, so dass ein betreffender Flüssigkeitsanteil, wie die ionische Flüssigkeit, in für die Verwendung erforderlicher Reinheit wieder zur Verfügung steht und in den Verdichtungsprozess unmittelbar rückgeführt werden kann.
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Für die Ansteuerung dahingehender Entleerungsvorgänge aus dem Sammelraum der Vorrichtung heraus dient vorzugsweise eine Ventilsteuerung, die mittels eines Füllstandsanzeigers im Sammelraum betätigbar ist. Im Einzelnen ist diesbezüglich ein Schwimmer vorgesehen, der auf einer stangenartigen Führung im Sammelraum geführt ist, die gleichzeitig die Messstrecke für ein Wegmesssystem bildet, wobei eine berührungsfreie Sensoreinrichtung realisiert ist, beispielsweise unter Einsatz eines sog. magnetostriktiven Messverfahrens, bei dem innerhalb der stangenartigen Führung ein Wellenleiter gespannt ist und der Schwimmer selbst trägt einen Permanentmagneten zum Ansteuern des Wellenleiters während der Verfahrbewegung des Schwimmers.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lösung unter Beibehalten ihrer Vorteile dahingehend weiter zu verbessern, dass bevorzugt ein hemmnisfreier Betrieb der Entleereinrichtung für den Sammelraum mittels einer Schwimmeransteuerung erreicht ist und dass der Schwimmer selbst sich hemmnisfrei im Sammelraum bei aufgenommener Flüssigkeit vonseiten der Abscheidestufe frei bewegen kann.
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Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 der Schwimmer mit seinem Außenumfang entlang der Innenseite der Gehäusewandung des Sammelraums axial verfahrbar geführt ist und dass der Schwimmer mindestens eine Durchtrittsstelle für Gas und/oder Flüssigkeit aufweist, die Teile des Sammelraums medienführend miteinander verbindet, die von dem Schwimmer räumlich voneinander separiert sind, ist der Schwimmerkörper hemmnisfrei im Sammelraum geführt und etwaige den Aufschwimmvorgang im Flüssigkeitsanteil beeinträchtigende Druckunterschiede sind über die jeweilige Durchtrittsstelle im Schwimmer minimiert.
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Im normalen Betriebsfall wird mit keinem oder nur einem sehr geringen Flüssigkeitsanteil im Prozessgas, hier Wasserstoffgas, gerechnet. Die Flüssigkeit, hier in Form einer ionischen Flüssigkeit, wird durch ein Koaleszenz-Filter-Element als Abscheidestufe aus dem Prozessgas abgeschieden und fließt dann aufgrund der Gravitation bei üblicher, senkrechter Aufstellung der Vorrichtung nach unten in den kammerartigen Sammelraum des Vorrichtungsgehäuses ab, sprich unter den Bereich der Vorrichtung mit dem Koaleszenz-Filter-Element. Im dahingehenden Fall bei abgeschiedener Flüssigkeit im Sammelraum schwimmt der Schwimmer als Auftriebskörper entlang des jeweils vorherrschenden Flüssigkeitsniveaus im Sammelraum auf; ein Vorgang, der von der Sensoreinrichtung detektiert wird. Die Sensoreinrichtung kann vorzugsweise fortlaufend den Schwimmer überwachen und jedenfalls kann bei einem vorgebbaren Schwellenwert einer Niveaulage des Schwimmers der Entleervorgang, beispielsweise durch Ansteuern einer Ventileinrichtung, mittels der Sensoreinrichtung ausgelöst werden. Mit Absinken des Schwimmers auf eine unterste Niveaulage, was gleichbedeutend sein kann mit vollständiger Entleerung des Sammelraums von Flüssigkeit, gelangt die Sensoreinrichtung in ihren unangeregten Zustand, was zum Schließen der Entleereinrichtung führt, indem ein zugeordnetes Ventil geschlossen wird. Der kammerartige Sammelraum steht dann erneut für eine Aufnahme von Flüssigkeit aus dem Prozessgas zur Verfügung.
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Für eine sichere Führung des Schwimmers ist dieser entlang der Innenwand der Vorrichtung respektive des Sammelraums geführt. Dies bedeutet nicht zwangsläufig eine Aneinanderlage von Wandteilen des Schwimmers und des Vorrichtungsgehäuses; vielmehr kann hier ein Ringspalt zwischen den genannten Wandteilen freigehalten werden, indem sich eine Art Flüssigkeitsfilm aufbaut, dessen Aufbau durch die jeweilige druckausgleichende Durchtrittsstelle im Schwimmer begünstigt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Fluidgemischen braucht nicht auf die Fluidbehandlung von verdichtetem Wasserstoff eingeschränkt zu sein, sondern kann für jede Form von Prozessgas, auch für Luft, zum Abtrennen von Flüssigkeitsanteilen eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch die Verwendung der Vorrichtung für Hochdruckanwendungen herausgestellt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Schwimmer zur Kompensation seiner Gewichtskraft über eine Auftriebshilfe verfügt, die über die Abscheideeinrichtung geführte Gasanteile, zumindest teilweise, auf die Innenseite des Schwimmers führt, die in Richtung der Abscheideeinrichtung medienführend angeschlossen ist. Der Schwimmer als Auftriebskörper an sich besitzt eine vorgegebene Dichte, die für einen bestimmten Anwendungsfall optimale Auftriebsergebnisse liefert. Es kann jedoch in der Praxis vorkommen, dass eine Flüssigkeit mit einer niedrigeren Dichte im System auftaucht. Dies würde dazu führen, dass die Auftriebskraft der Flüssigkeit die Gewichtskraft des Schwimmers dann nicht mehr überwinden würde und eine verlässliche Flüssigkeits-Detektion im Sammelraum könnte nicht stattfinden. Die vorzugsweise auf der Innenseite des Schwimmers eingebrachten Kammern, die vorzugsweise in der vertikalen Betriebsstellung der Vorrichtung als Sacklochbohrung ausgebildet von unten her in den Schwimmer eingebracht sind, erlauben das Einfangen von Gasanteilen des Fluidgemisches im Rahmen des normalen Betriebs, die insoweit das Gesamtgewicht des Schwimmers reduzieren helfen.
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Der Schwimmer wird, wie bereits dargelegt, an sich durch die sehr glatte Wandung des Vorrichtungsgehäuses geführt, so dass der Schwimmer auch bei Flüssigkeiten mit deutlich geringerer Dichte eingesetzt werden kann und die Sensor- und Entleerfunktion insoweit gewährleistet ist. Da manche Flüssigkeiten jedoch eine hohe Viskosität haben und somit über eine hohe Kapillarwirkung verfügen, würde dies jedoch bei einer runden, zylindrischen Form des Schwimmers nicht genügen, zwischen der Gehäuse- und der benachbarten Schwimmerwandung einen solchen Spalt zu bilden, dass der abgeschiedene Flüssigkeitsanteil von oben her in den unteren Bereich unterhalb des Schwimmers für dessen Auftrieb gelangen kann. Auch besteht grundsätzlich die Gefahr eines Umkippens des Schwimmers im Vorrichtungsgehäuse, so dass bei einer ausschließlich zylindrischen Gestaltung bestimmte Toleranzen im Außendurchmesser nicht unterschritten werden dürfen. Um dieser Problematik zu entgehen, kann es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass der Schwimmer entlang seines Außenumfangs nutartig in den Schwimmer eingebrachte, als jeweilige Durchtrittsstelle dienende Längskanäle aufweist, die jeweils an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Schwimmers ausmündend und parallel zu den einander entgegengesetzten Verfahrrichtungen des Schwimmers im Sammelraum verlaufen. Diese Längskanäle können eine Art Kapillare ausbilden, die zum einen weiterhin das Gewicht des Schwimmers reduzieren hilft und die gleichzeitig erlauben, auch bei höher viskosen Flüssigkeiten einen Austausch derselben von oben in den Bereich unterhalb des Schwimmers zu gewährleisten.
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Für eine verbesserte Führung kann demgemäß bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass der Schwimmer eine Mittenausnehmung aufweist, über die er entlang einer stangenartigen Führung geführt ist, wobei der Schwimmer zusätzlich nutartige Längskanäle als jeweilige Durchtrittsstelle aufweist, die von der stangenartigen Führung weggerichtet in den Schwimmer eingebracht sind und an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Schwimmers ausmünden. Die Stangenführung kann dann gleichzeitig Teile der Sensoreinrichtung beinhalten.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass, in der Betriebsstellung gesehen, auf der Unterseite des Schwimmers ein bezogen auf den sonstigen Umfang zurückversetzter Rand angeordnet ist, der mit mindestens einer Blende versehen eine medienführende Verbindung zumindest zwischen einem weiteren Längskanal und einer zuordenbaren, den Gasanteil führenden Kammer im Schwimmer herstellt. Aufgrund der genannten Blende ist zwischen jeweils innerem und äußerem Kanal eine Art Dämpfung eingebracht, die insbesondere bei hochviskosen Flüssigkeitsanteilen einen hemmnisfreien Betrieb des Schwimmers in Richtung seiner jeweiligen Verfahrbewegung im Vorrichtungsgehäuse ermöglicht. Ferner erlaubt der zurückversetzte Rand des Schwimmers ein verlässliches Schließen eines zentral angeordneten, möglichen Fluidausgangs im Rahmen des Entleerens des Sammelraums. Ansonsten kann zumindest ein Teil der Blendenöffnungen zum Einsetzen eines Permanentmagneten in den Schwimmer als Bestandteil der Sensoreinrichtung dienen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Teile der Sensoreinrichtung, wie mindestens ein Permanentmagnet, in Wirkverbindung mit sonstigen Komponenten der Sensoreinrichtung im Vorrichtungsgehäuse und/oder in der Führungsstange, um dergestalt ein induktives Wegmesssystem zu realisieren. Durch das Einbringen des Permanentmagneten oder eines magnetisierbaren Teils in den Schwimmer wird ungewollt dessen Gewichtskraft entsprechend erhöht, was über die jeweilige Auftriebshilfe im Schwimmer aber ausgeglichen wird.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand zweier Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
- 1 teilweise im Längsschnitt teilweise in Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung;
- 2 bis 5 verschiedene Ansichten nebst einem Längsschnitt auf einen Schwimmer wie er bei der Vorrichtung nach der 1 Verwendung findet;
- 6 teilweise im Längsschnitt teilweise in Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung; und
- 7 bis 10 wiederum in verschiedenen Ansichten und im Längsschnitt einen Schwimmer, wie er bei dem Ausführungsbeispiel nach der 6 Verwendung findet.
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Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist ein langgestrecktes, topfartiges Gehäuse 10 auf, das in Blickrichtung auf die 1 gesehen nach oben hin von einem äußeren, kopfartigen Gehäuseteil 12 verschlossen ist. Insbesondere ist in der in der 1 gezeigten Betriebsstellung der Vorrichtung, das kopfartige Gehäuseteil 12 über eine innenliegende Verschraubung 14 mit dem im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 10 verbunden. Das kopfartige Gehäuseteil 12 weist einen im Durchmesser reduzierten zylindrischen Innenbund 16 auf, der in Anlage ist mit der zylindrischen Innenwand 18 des topfartigen Gehäuses 10 und ferner weist das Gehäuseteil 12 an diesem endseitigen Bereich eine Ringdichtung 20 auf, die den Innenraum 22 des Gehäuses 10 an dieser Stelle gegenüber der Umgebung abdichtet.
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Das kopfseitige Gehäuseteil
12 weist ferner in üblicher Weise einen Zulaufkanal
24 sowie einen Ablaufkanal
26 für ein Gas, wie Wasserstoff auf, das ungewollt mit einem Flüssigkeitsanteil wie einer ionischen Flüssigkeit ein Fluidgemisch bilden kann. Sowohl Zulaufkanal
24 als auch Ablaufkanal
26 verlaufen in Blickrichtung auf die
1 gesehen in vertikaler Richtung und münden an Ihrem oberen Ende in querverlaufende Anschlussbohrungen
28 aus, die dem Anschluss von medienführenden Leitungen dienen, die nicht dargestellt, Bestandteil einer Wasserstoff erzeugenden Gesamtanlage sind, die gleichfalls nicht dargestellt ist. An seinem unteren Ende mündet der Zulaufkanal
24 mittig in eine Abscheidestufe
30 in Form eines Koaleszenz-Filter-Elementes aus. Ein solches Filterelement ist beispielhaft in
DE 10 2012 017 101 A1 aufgezeigt und neben dem Abscheiden oder Abtrennen eines Flüssigkeitsanteiles von einem Gasanteil eines Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, ist auch das Abscheiden von partikulären Verschmutzungen aus dem Gasstrom, respektive dem Fluidgemisch möglich. Die Abreinigung respektive Abscheidung erfolgt, bezogen auf das Element
30, von innen nach außen und das in der Vorrichtung aufsteigende Gas, wie Wasserstoffgas, verlässt über den Ablaufkanal
26 nebst der Anschlussbohrung
28 die Vorrichtung. Der dahingehende Gasstrom ist von partikulären Verschmutzungen dann abgereinigt, die im Filter-Element
30 verbleiben. Aufgrund der Koaleszenzeigenschaften des Filter-Elementes
30 werden Flüssigkeitsanteile bodenseitig unter Bildung von Tropfen am Filter-Element
30 abgeschieden und gelangen in einen Sammelraum
32, der randseitig am Filter-Element
30 vorbei in den sonstigen Innenraum
22 des topfartigen Gehäuses
10 übergeht.
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Insoweit ist der Sammelraum 32 für die Aufnahme etwaig auftretender Flüssigkeitsanteile im Fluidgemisch mit dem Gas, wie Wasserstoff, im Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des sonstigen Innenraums 22 verringert und insoweit übergreift das Filter-Element 30 bodenseitig mit einem geringen radialen Überstand, jedoch axial auf Abstand gehalten, den innenumfangseitig zylindrisch ausgebildeten Sammelraum 32. Das Filter-Element 30 muss nicht zwangsläufig partikuläre Verschmutzungen aus dem Gasstrom zurückhalten; vielmehr kann ein Abscheiden von Flüssigkeitsanteilen aus dem Gasstrom für eine sichere Funktion genügen.
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Am bodenseitigen Ende des Sammelraumes 32 ist querverlaufend eine Abflussbohrung 34 eingebracht, an die eine Flüssigkeitsleitung 36 mit einer Ventileinrichtung 38 angeschlossen ist. Die Ventileinrichtung 38 kann aus einem üblichen 2/2-Wege-Schaltventil bestehen, das mittels eines bestrombaren Betätigungsmagneten in üblicher Weise ansteuerbar ist. Dahingehende Ventileinrichtungen 38 sind üblich, so dass diese nur als Blackbox dargestellt ist.
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Der Betätigungsmagnet der Ventileinrichtung 38 ist an eine zentrale Steuereinrichtung 40 angeschlossen, die wiederum in üblicher Bauart als Blackbox dargestellt ist und die ihre Eingangssignale von einer als Ganzes mit 42 bezeichneten Sensoreinrichtung erhält. Wird über die Sensoreinrichtung 42 ein entsprechendes Steuersignal an die Steuereinrichtung 40 weitergeleitet, bestromt diese den Betätigungsmagneten der Ventileinrichtung 38 und das 2/2-Wege-Schaltventil geht in seine geöffnete Stellung über, bei der die Flüssigkeitsleitung 36 in medienführende Verbindung mit dem Sammelraum 32 der Vorrichtung gelangt und zwar über die zugeordnete Abflussbohrung 34. Entfällt die Bestromung des Betätigungsmagneten der Ventileinrichtung 38 schließt diese und sperrt insoweit die Flüssigkeitsleitung 36 ab und etwaig im Sammelraum 32 befindliche Flüssigkeit kann nicht mehr die Vorrichtung verlassen.
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Das Filter-Element 30 ist mit radialem Abstand von der Innenwand 18 vom Gehäuse 10 radial umfasst, um dergestalt das Abströmen von Prozessgas aus dem Element 30 zu erleichtern. Ferner ist das Element 30 über eine stegartig abgesetzte Verlängerung am kopfseitigen Gehäuseteil 12 in tauschbarer Weise gelagert und kopfseitig an dieser Stelle fixiert.
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Im zylindrischen Sammelraum 32 ist ein ebenso im Wesentlichen zylindrischer Schwimmer 44 eingebracht wie er im Einzelnen in den 2 bis 5 dargestellt ist, wobei der Schwimmer 44 in seiner unteren Endstellung in der 1 gezeigt ist, die dem Zustand entspricht, wenn keine Flüssigkeit abgeschieden vom Element 30 sich im Sammelraum 32 befindet. Gemäß der Darstellung nach der 1 kann der Schwimmer 44 von seiner bodenseitigen Ausgangsstellung bis zu einem maximalen Fluidniveau aufsteigen, bei dem der Schwimmer 44 mit seiner Oberseite an die Bodenseite des Elementes 30 anstößt.
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Im Längsschnitt durch den Schwimmer 44 gesehen entspricht seine Breite quer zur Längsrichtung der Vorrichtung seiner axialen Baulänge in dieser vertikalen Längsrichtung. Wie weiter die 2 bis 5 zeigen, weist der zylindrische Schwimmer 44 zwei in Längsrichtung gesehen einander gegenüberliegende, ebene Stirnseiten 45, 46 auf, wobei die untere Stirnseite 46 einen nach unten hin vorspringenden, zurückversetzten zylindrischen Rand 48 aufweist, der gemäß der Darstellung nach der 1 in der untersten Niveaulage des Schwimmers 44 in kopfseitiger Anlage mit gehäuseseitigen Teilen der Sensoreinrichtung 42 ist.
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Wie des Weiteren die 2 bis 4 zeigen, weist der Schwimmer 44 außenumfangseitig einzelne nutartige Längskanäle 50 auf (insgesamt 8 Stück), die bodenseitig, insbesondere gemäß der Darstellung nach der 4, einem fiktiven Kreisbogen folgen. Die einzelnen Längskanäle 50 sind außenumfangseitig äquidistant zueinander angeordnet, und während der Nutgrund der Längskanäle 50 von außen her gesehen konvex geformt ist, sind die Längsstege 52 mit einer, nach außen vorspringenden konkaven Wölbung versehen. Die segmentförmig ausgebildeten Längsstege 52 bilden mit ihren konkaven Wölbungen randseitig wiederum einen fiktiven Vollkreis aus, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Innenwandung 54 des Sammelraumes 32 entspricht oder geringfügig kleiner ausgebildet ist, sodass zwischen der Außenwand des Schwimmers 44, gebildet aus den Längsstegen 52 und der zylindrischen Innenwandung 54 des Sammelraumes 32, ein geringförmiger fluidführender Ringspalt 56 über die gesamte Länge des Schwimmers 42 gebildet ist. Die durchgehend am Schimmer 44 verlaufenden Längskanäle 50 bilden jeweils eine durchgehende Durchtrittsstelle aus, die Teile des Sammelraumes 32 oberhalb und unterhalb des Schimmers 44 miteinander fluidführend verbinden.
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Wie insbesondere die 4 und 5 zeigen, betreffend eine Unteransicht auf den Schwimmer 44 in Blickrichtung auf seine untere Stirnseite 46 gesehen bzw. einen Längsschnitt durch den Schwimmer 44, sind von der Unterseite her einzelne Längsbohrungen 58 eingebracht, deren Mitten auf einem fiktiven Umfangskreis liegen, dessen Durchmesser geringer ist als der gemeinsame fiktive Außendurchmesser, gebildet durch die konkaven Wölbungen der Längsstege 52. Ferner sind die einzelnen Längsbohrungen 58 unterhalb des jeweils zuordenbaren Längssteges 52, radial gesehen, zwischen zwei nutartigen Längskanälen (50) im Schwimmer (44) aufgenommen.
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Wie insbesondere die Längsschnittdarstellung nach der 5 zeigt, verfügt der Schwimmer 44 darüber hinaus in der Art einer weiteren Längsbohrung über einen Mittenkanal 60, von dem flügelartig nach außen vorstehend zwei Schrägbohrungen 62 abgehen, die oberhalb eines Verschlussstopfens 64 aus dem Mittenkanal 60 austretend, in zwei benachbart angeschlossene, vertikale Längsbohrungen 58 übergehen. Die dahingehenden Längsbohrungen 58 sowie gegebenenfalls der Mittenkanal 60 mit seinen beiden flankierenden Schrägbohrungen 62 sind in den Schwimmer 44 eingebracht, um entweder Gewicht zu sparen und/oder zur Erhöhung der Auftriebskraft des Schwimmers 44 Prozessgas einzufangen und/oder um Permanentmagnete (nicht dargestellt) aufzunehmen, die als Teil der Sensoreinrichtung 42 mit weiteren Teilen der Sensoreinrichtung 42 zusammenwirken, die am bodenseitigen Ende des Vorrichtungsgehäuses 20 in dieses entlang seiner Längsachse eingebracht sind. Insoweit bildet der jeweilige Permanentmagnet des Schwimmers 44, der auch aus einer einzelnen Magneteinrichtung bestehen kann oder aus einem magnetisierbaren Metallbauteil besteht, eine induktive Wegmesseinrichtung aus mit den sonstigen Teilen der Sensoreinrichtung 42.
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Kommt es bei der Gasbehandlung zur Flüssigkeitsabscheidung über das Koaleszenz-Filter-Element 30, sammeln sich die Flüssigkeitsanteile im unteren Sammelraum 32 und umströmen dabei den Schwimmer 44 von außen her, sodass die gesammelte Flüssigkeit unterhalb des Schwimmers 44 zu liegen kommt und diesen aufgrund seines Antriebs anhebt. Die Änderung des Flüssigkeitsniveaus kann mittels des Schwimmers 44 sowie mittels der Sensoreinrichtung 42 fortlaufend überwacht werden und bei einem vorgebbaren Schwellenwert steuert, wie bereits dargelegt, die Sensoreinrichtung 42 die Steuereinrichtung 40 an und diese wiederum den Betätigungsmagneten der Ventileinrichtung 38, sodass bei geöffneter Flüssigkeitsleitung 36 das bodenseitige im Vorrichtungsgehäuse 10 angesammelte Flüssigkeitsmedium den Sammelraum 32 verlässt. Dabei wird der Schwimmer 44 in Blickrichtung auf die 1 gesehen wiederum in seine untere Ausgangsstellung zurückgebracht, was die Sensoreinrichtung 42 detektiert, bei entsprechender Ansteuerung der Steuereinrichtung 40 sowie des Betätigungsmagneten der Ventileinrichtung 38 zu deren Schließen führt, das mit dem Absperren der Flüssigkeitsleitung 36 einhergeht, und der Sammelraum 32 steht für einen erneuten Sammelvorgang für abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Gasanteil zur Verfügung.
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Im Folgenden wird das zweite Ausführungsbeispiel anhand der 6 bis 9 näher erläutert. Dabei werden für dieselben Bauteile, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, dieselben Bezugszeichen verwendet und die insoweit zu dem ersten Ausführungsbeispiel getroffenen Ausführungen gelten auch für das zweite Ausführungsbeispiel, das insoweit nur noch erläutert wird, als es sich wesentlich von dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel unterscheidet.
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Wie insbesondere die 6 zeigt, geht hier der Sammelraum 32 ohne Absatz direkt in den Innenraum 22 des Gehäuses 10 über, so dass die Innendurchmesser von Innenraum 22 und Sammelraum 32 gleich sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 6 ist der Schwimmer 44 zusätzlich entlang einer Führungsstange 66 geführt, wobei die Führungsstange 66 nach oben hin von einer Kappe 68 abgeschlossen ist, die verhindern soll, dass der Schwimmer 44 von der Führungsstange 66 abgleiten kann. Bei Verwendung einer Führungsstange 66 kann die wiederum als Ganzes mit 42 bezeichnete Sensoreinrichtung als magnetostriktives Messsystem ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie bereits dargelegt, ein induktives Messsystem zu verwirklichen.
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Anders als bei der Lösung nach der 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach der 6 keine Entleerung des Sammelraums 32 vorgesehen. Hier soll nur eine Prozessüberwachung stattfinden und bei einem entsprechenden Anfall von Flüssigkeit im Sammelraum 32 würde der Gesamtprozess gestoppt werden und es erfolgt eine manuelle Reinigung des Filters 30. Gerade bei Wasserstoffanwendungen im Bereich von 1000 bar Wasserstoffdruck werden Komponenten verwendet mit möglichst wenig Dichtstellen, um das Risiko für Leckagen zu minimieren. Grundsätzlich kann aber auch eine Ableitung der abgeschiedenen Flüssigkeit vorgesehen werden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder mit einer Ableitung in Längsrichtung des Gehäuses 10.
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Wie sich aus der Darstellung nach der 10 ergibt, die vergleichbar die Unterseite des Schwimmers 44 nach der 4 darstellt, ist eine weitere innere Bohrungsreihe 70 mit weiteren Längsbohrungen vorgesehen, um Gewicht einzusparen. Ferner weist der Schwimmer 44 gemäß den Darstellungen nach den 7, 9 und 10 eine Mittenausnehmung 72 auf, die durchgehend der Führung entlang der Führungsstange 66 dient. Der Schwimmer 44 in seiner geänderten Ausführungsform weist insoweit, ausgehend von der Mittenausnehmung 72, weitere nutartige Längskanäle 74 auf (insgesamt 4 Stück), die wiederum als jeweilige Durchtrittsstellen dienen und an den gegenüberliegenden Stirnseiten 45, 46 des Schwimmers 44 ausmünden.
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In der Betriebsstellung gesehen ist wiederum auf der Unterseite des Schwimmers 44 ein bezogen auf seinen sonstigen Umfang zurückversetzter Rand 48 vorhanden, der diametral zur Längsachse des Schwimmers gegenüberliegend zwei blendenartige Aufnahmen 76 aufweist zwecks Aufnahme der nicht näher dargestellten Permanentmagnete für die Sensoreinrichtung 42. Sofern solche Aufnahmen 76 nicht mit Permanentmagneten versehen sind, könnten sie auch eine Art Blende ausbilden, die eine medienführende Verbindung zwischen der Mittenausnehmung 72 und dem Ringspalt 56 zwischen Schwimmer 44 und der Innenwandung 54 des Sammelraums 32 herstellt, um dergestalt eine Dämpfung des Fluidstroms zu bewerkstelligen mit vergleichmäßigter Bewegung des Schwimmers 44. An der Unterseite des zurückversetzten Randes 48 kann dieser mit einer nach oben hin sich konisch erweiternden Anlagefläche 78 versehen sein, die einen geschlossenen Umfangsrand (nicht dargestellt) ausbilden kann, was eine Rolle spielt, wenn eine Entnahmeöffnung für die Flüssigkeit auf der Unterseite des Sammelraums 32 angeordnet sein sollte.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtungslösung braucht nicht auf die Anwendung von Wasserstoff eingeschränkt zu sein, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo Prozessgase unter Bildung eines Fluidgemisches Flüssigkeitsanteile aufweisen sollten. Da die erfindungsgemäße Lösung im Wesentlichen jedoch ohne Abdichtstellen auskommt, ist sie für eine Anwendung von Fluidgemischen bei sehr hohen Drücken 300 bis 1000 bar besonders geeignet. Da mit dem eingesetzten Filter 30 auch eine Abreinigung von partikulären Verschmutzungen möglich ist, ist eine Beschädigung von Brennstoffzellen im Rahmen eines Wasserstoffbetriebes, bei Fahrzeugen weitestgehend vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014012094 A1 [0003]
- DE 102012017101 A1 [0018]
