DE102020206287A1 - Water separator and fuel cell assembly - Google Patents

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Alexander Jerger
Aleksandar Radlovic
Beata Scheinoch
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider (1) für eine Brennstoffzellenanordnung (2) zum Entfernen von in Luft (L) enthaltenen Wassertropfen, der ein sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) ersteckendes Gehäuse (3) umfasst, das einen von Luft (L) durchströmbaren Gehäuseinnenraum (4) begrenzt. Außerdem weist der Wasserabscheider (1) wenigstens einen im Gehäuseinnenraum (4) angeordneten (ersten) gitterartigen Einsatz (5) auf, der zueinander im Abstand angeordnete und quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufende Stäbe (6) umfasst, sodass Luft (L) durch den Einsatz (5) hindurchtreten kann, wobei das Gehäuse (3) eine Einlassöffnung (7) und eine Auslassöffnung (8) aufweist, mittels welcher der Gehäuseinnenraum (4) fluidisch nach außen geöffnet ist, sodass Luft (L) über die Einlassöffnung (7) in den Gehäuseinnenraum (4) eintreten und nach Durchtreten des wenigstens einen (ersten) Einsatzes (5) aus dem Gehäuseinnenraum (4) austreten kann.The invention relates to a water separator (1) for a fuel cell arrangement (2) for removing water droplets contained in air (L), which comprises a housing (3) extending along a direction of extension (E) and a housing interior through which air (L) can flow (4) limited. In addition, the water separator (1) has at least one (first) grid-like insert (5) arranged in the housing interior (4), which comprises bars (6) arranged at a distance from one another and extending transversely to the direction of extension (E), so that air (L) passes through the insert (5) can pass through, the housing (3) having an inlet opening (7) and an outlet opening (8), by means of which the housing interior (4) is fluidically opened to the outside, so that air (L) via the inlet opening (7 ) enter the housing interior (4) and exit the housing interior (4) after the at least one (first) insert (5) has passed through.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider für eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie eine Brennstoffzellenanordnung mit einem solchen Wasserabscheider.The invention relates to a water separator for a fuel cell arrangement, in particular for a motor vehicle, and a fuel cell arrangement with such a water separator.

Seit geraumer Zeit werden Brennstoffzellenanordnungen mit einem Lufttrakt ausgeführt, über welchen einer Brennstoffzelle der Brennstoffzellenanordnung Luft, deren Sauerstoffanteil für eine in der Brennstoffzelle statthabende kalte Verbrennung genutzt wird, zugeführt wird. Die der Brennstoffzelle zugeführte Luft muss vor ihrem Einströmen in die Brennstoffzelle befeuchtet werden, da es sonst zu einer unerwünschten Austrocknung typischerweise in einer Brennstoffzelle eingesetzter Polymerelektrolytmembranen und einer damit einhergehenden Verringerung des Wirkungsgrads der Brennstoffzelle kommen kann. Um ein solches Austrocken zu verhindern, werden häufig Befeuchter in dem Lufttrakt vorgesehen, mittels welcher die der Brennstoffzelle zugeführte Luft vor ihrem Einströmen in die Brennstoffzelle befeuchtet werden kann. Üblicherweise umfassen solche Befeuchter wenigstens eine Membran, die für Wasser durchlässig und für Gas undurchlässig ist. Diese Membran trennt im Befeuchter einen feuchten Luftstrom von einem weniger feuchten Luftstrom. Strömen nun der feuchte und der weniger feuchte Luftstrom jeweils an verschiedenen Seite an der Membran vorbei, so tritt Feuchtigkeit vom feuchten Luftstrom über die Membran in den weniger feuchten Luftstrom über, sodass der weniger feuchte Luftstrom befeuchtet und der feuchte Luftstrom entfeuchtet wird. Der feuchte Luftstrom kann durch Abgas der Brennstoffzelle und der weniger feuchte Luftstrom durch Umgebungsluft realisiert sein.For some time now, fuel cell assemblies have been designed with an air duct via which a fuel cell of the fuel cell assembly is supplied with air, the oxygen content of which is used for cold combustion that takes place in the fuel cell. The air supplied to the fuel cell must be humidified before it flows into the fuel cell, since otherwise the polymer electrolyte membranes typically used in a fuel cell can dry out and the efficiency of the fuel cell is reduced. In order to prevent such drying out, humidifiers are often provided in the air tract, by means of which the air supplied to the fuel cell can be humidified before it flows into the fuel cell. Such humidifiers usually comprise at least one membrane which is permeable to water and impermeable to gas. This membrane separates a humid air flow from a less humid air flow in the humidifier. If the humid and less humid air streams flow past the membrane on different sides, moisture passes from the humid air stream over the membrane into the less humid air stream, so that the less humid air stream is humidified and the humid air stream is dehumidified. The moist air flow can be realized by exhaust gas from the fuel cell and the less moist air flow by ambient air.

Dabei muss allerdings sichergestellt werden, dass die dem Befeuchter zugeführte feuchte Luft nicht derart feucht ist, dass es zu einer Wassertropfenbildung auf der Membran des Befeuchters kommt. Solche Wassertropfen auf der Membran verringern die für den Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Luftströmen verfügbare Fläche der Membran, was die Wirksamkeit des Befeuchters insgesamt beeinträchtigen kann. Auch ist es wünschenswert, dass der den Befeuchter verlassende entfeuchtete Luftstrom möglichst frei von Wassertropfen ist, da solche zu einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung etwaig stromab des Befeuchters im Lufttrakt angeordneter Aggregate führen können.In this case, however, it must be ensured that the moist air supplied to the humidifier is not so humid that water droplets form on the membrane of the humidifier. Such water droplets on the membrane reduce the area of the membrane available for the exchange of moisture between the air currents, which can impair the effectiveness of the humidifier as a whole. It is also desirable that the dehumidified air flow leaving the humidifier is as free as possible of water droplets, since these can lead to mechanical or corrosive damage to any units arranged in the air tract downstream of the humidifier.

Vor diesem Hintergrund werden häufig Wasserabscheider in dem Lufttrakt von Brennstoffzellenanordnungen vorgesehen. Solche Wasserabscheider sind aber gewöhnlich komplex aufgebaut und daher teuer, wenig wirksam oder bedingen einen erheblichen fluidischen Drosselwiderstand, welcher einen den Wasserabscheider durchströmenden Luftstrom in negativer Weise stark abbremst.Against this background, water separators are often provided in the air tract of fuel cell assemblies. Such water separators, however, usually have a complex structure and are therefore expensive, not very effective or require a considerable fluidic throttle resistance, which strongly decelerates an air flow flowing through the water separator in a negative manner.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung - insbesondere zur Beseitigung der voranstehend genannten Nachteile -, für Wasserabscheider für Brennstoffzellenanordnungen sowie für Brennstoffzellenanordnungen mit einem solchen Wasserabscheider neue Wege aufzuzeigen.It is therefore an object of the present invention - in particular to eliminate the disadvantages mentioned above - to show new ways for water separators for fuel cell assemblies and for fuel cell assemblies with such a water separator.

Diese Aufgabe wird durch den Wasserabscheiders gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch die Brennstoffzellenanordnung gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by the water separator according to independent patent claim 1 and by the fuel cell arrangement according to independent patent claim 15. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Grundidee der Erfindung ist demnach, einen Wasserabscheider mit einem gitterartig ausgebildeten Einsatz auszustatten, der in einem vom Gehäuse des Wasserabscheiders begrenzten Gehäuseinnenraum angeordnet ist und der zueinander im Abstand angeordnete Stäbe umfasst, zwischen welchen hindurch Luft unter Durchströmung des Einsatzes hindurch strömen kann.The basic idea of the invention is therefore to equip a water separator with a grid-like insert which is arranged in a housing interior bounded by the housing of the water separator and which comprises spaced apart rods through which air can flow while flowing through the insert.

Vorteilhaft kann so beim Auftreffen eines mit Wassertropfen beladenen Luftstroms auf die Stäbe infolge der Massenträgheit solcher Wassertropfen und der mit dem Auftreffen einhergehenden erzwungenen Richtungsänderung des Luftstroms das vom Luftstrom mitgeführte Wasser besonders einfach aus dem Luftstrom abgetrennt werden. Dabei ist der Wasserabscheider konstruktiv vergleichsweise einfach umzusetzen, was Kosten spart. Außerdem weist der Wasserabscheider einen äußerst geringen fluidischen Drosselwiderstand auf, sodass der Luftstrom beim Durchströmen des Wasserabscheiders kaum abgebremst wird. Insbesondere wird auf diese Weise ein unerwünschter Druckabfall in der den Wasserabscheider durchströmenden Luft weitgehend oder sogar vollständig vermieden. Dies hat vorteilhaft zur Folge, dass nur ein geringer Anteil der kinetischen Energie des Luftstroms im Wasserabscheider dissipiert wird, sodass der Luftstrom nach dem Durchströmen des Wasserabscheiders noch zum Antrieb etwaiger stromab des Wasserabscheiders vorhandener Aggregate genutzt werden kann.Advantageously, when an air stream loaded with water droplets strikes the rods, due to the inertia of such water droplets and the forced change in direction of the air stream associated with the impact, the water carried along by the air stream can be separated particularly easily from the air stream. The construction of the water separator is comparatively easy to implement, which saves costs. In addition, the water separator has an extremely low fluidic throttle resistance, so that the air flow is hardly slowed down when flowing through the water separator. In particular, an undesired pressure drop in the air flowing through the water separator is largely or even completely avoided in this way. This advantageously has the consequence that only a small proportion of the kinetic energy of the air flow is dissipated in the water separator, so that the air flow can still be used to drive any aggregates downstream of the water separator after flowing through the water separator.

Ein erfindungsgemäßer Wasserabscheider für eine Brennstoffzellenanordnung dient zum Entfernen von in Luft enthaltenen Wassertropfen. Eine solche Brennstoffzellenanordnung ist vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug geeignet und kann in einem solchem zum Bereitstellen einer elektrischen Antriebsenergie für eine elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs dienen. Der Wasserabscheider umfasst ein sich entlang einer Erstreckungsrichtung ersteckendes Gehäuse, das einen von Luft durchströmbaren Gehäuseinnenraum begrenzt. Bevorzugt verläuft die Erstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Luftströmungsrichtung, entlang welcher der Gehäuseinnenraum im Betrieb des Wasserabscheiders von Luft durchströmt wird. Außerdem weist der Wasserabscheider wenigstens einen im Gehäuseinnenraum angeordneten (ersten) gitterartigen Einsatz auf, der zueinander im Abstand angeordnete und quer zur Erstreckungsrichtung verlaufende Stäbe umfasst, sodass Luft durch den Einsatz hindurchtreten kann. Dabei weist das Gehäuse eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf, mittels welcher der Gehäuseinnenraum fluidisch nach außen geöffnet ist, sodass Luft über die Einlassöffnung in den Gehäuseinnenraum eintreten und nach Durchtreten des wenigstens einen Einsatzes aus dem Gehäuseinnenraum austreten kann. Wie oben bereits angedeutet besticht der erfindungsgemäße Wasserabscheider durch einen konstruktiv einfach umzusetzenden Aufbau. Außerdem ist der Wasserabscheider besonders wirksam und weist einen besonders geringen fluidischen Drosselwiderstand auf, was weitere Vorteile bedingt.A water separator according to the invention for a fuel cell arrangement is used to remove water droplets contained in air. Such a fuel cell arrangement is preferably suitable for a motor vehicle and in such a fuel cell arrangement can be used to provide electrical drive energy for an electrical drive device of the motor vehicle. The water separator comprises a housing which extends along a direction of extent and which delimits a housing interior through which air can flow. Preferred the direction of extent runs essentially parallel to an air flow direction, along which air flows through the housing interior when the water separator is in operation. In addition, the water separator has at least one (first) grid-like insert which is arranged in the interior of the housing and comprises rods arranged at a distance from one another and extending transversely to the direction of extension, so that air can pass through the insert. The housing has an inlet opening and an outlet opening by means of which the housing interior is fluidically opened to the outside so that air can enter the housing interior via the inlet opening and exit the housing interior after passing through the at least one insert. As already indicated above, the water separator according to the invention impresses with a construction that is simple to implement. In addition, the water separator is particularly effective and has a particularly low fluidic throttle resistance, which brings about further advantages.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Wasserabscheiders umfasst dieser wenigstens einen zweiten gitterartigen Einsatz mit quer zur Erstreckungsrichtung verlaufenden Stäben, die zueinander im Abstand angeordnet sind, sodass Luft durch den zweiten Einsatz hindurchtreten kann. Dabei überdeckt - entlang der Erstreckungsrichtung betrachtet - wenigstens einer der Stäbe des ersten Einsatzes wenigstens einen zwischen zwei Stäben des zweiten Einsatzes vorhandenen Zwischenraum zumindest teilweise, vorzugsweise blickdicht. Besonders bevorzugt ist der den Zwischenraum zwischen den Stäben des zweiten Einsatzes senkrecht zur Erstreckungsrichtung festlegende Abstand weniger oder gleich groß als eine parallel dazu gemessene Breite des wenigstens einen und diesen Zwischenraum bezüglich der Erstreckungsrichtung überdeckenden Stabs des ersten Einsatzes. Damit lässt sich ein Abscheidegrad an mittels des Wasserabscheiders aus einem demselben zugeführten und mit Wassertropfen beladenen Luftstrom abgeschiedenen Wasser erhöhen.In an advantageous development of the water separator, it comprises at least one second grid-like insert with bars running transversely to the direction of extension, which are spaced apart from one another so that air can pass through the second insert. In this case, viewed along the direction of extent, at least one of the rods of the first insert covers at least one intermediate space present between two rods of the second insert at least partially, preferably opaque. Particularly preferably, the distance defining the space between the rods of the second insert perpendicular to the direction of extension is less than or equal to a width measured parallel thereto of the at least one rod of the first insert that covers this space with respect to the direction of extension. This makes it possible to increase the degree of separation of water separated by means of the water separator from an air stream fed to the same and loaded with water droplets.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Wasserabscheiders überdeckt - entlang der Erstreckungsrichtung betrachtet - wenigstens einer der Stäbe des zweiten Einsatzes wenigstens einen zwischen zwei Stäben des ersten Einsatzes vorhandenen Zwischenraum zumindest teilweise, vorzugsweise blickdicht. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung des Abscheidegrads.According to a further preferred development of the water separator, viewed along the direction of extent, at least one of the rods of the second insert covers at least one intermediate space between two rods of the first insert at least partially, preferably opaque. This enables a further increase in the degree of separation.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Wasserabscheiders sieht vor, dass die Stäbe des (ersten und/oder zweiten) Einsatzes in einer Ebene quer, insbesondere senkrecht, zur Erstreckungsrichtung angeordnet sind. Dabei verlaufen die Stäbe des (ersten und/oder zweiten) Einsatzes bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander. Ein solcher Einsatz ist besonders kostengünstig, insbesondere urformend, herstellbar.Another advantageous development of the water separator provides that the rods of the (first and / or second) insert are arranged in a plane transverse, in particular perpendicular, to the direction of extent. The rods of the (first and / or second) insert preferably run essentially parallel to one another. Such an insert can be produced in a particularly cost-effective manner, in particular in a primary shaping manner.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Wasserabscheiders sind wenigstens zwei erste Einsätze und wenigstens zwei zweite Einsätze vorhanden, die entlang der Erstreckungsrichtung abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Dies ermöglicht die Nutzung von gleichteilig ausgebildeten ersten bzw. zweiten Einsätzen was, insbesondere bei groß aufgelegten Stückzahlen, unter einer Ausnutzung von Skaleneffekten Kostenvorteile bedingt.In a further advantageous development of the water separator, there are at least two first inserts and at least two second inserts, which are alternately stacked on top of one another along the direction of extent. This enables the use of identically designed first and second inserts, which, in particular in the case of large quantities, results in cost advantages while exploiting economies of scale.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Wasserabscheiders sind mehrere erste und zweite Einsätze vorhanden, die entlang der Erstreckungsrichtung abwechselnd aufeinander gestapelt angeordnet sind. Damit lässt sich der Abscheidegrad erhöhen.According to a further preferred development of the water separator, there are several first and second inserts which are arranged alternately stacked on top of one another along the direction of extent. This increases the degree of separation.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung des Wasserabscheiders sieht vor, dass sich wenigstens einer, vorzugsweise alle, der Stäbe des (ersten bzw. zweiten) Einsatzes entlang einer quer zur Erstreckungsrichtung verlaufenden Stabrichtung erstreckt/erstrecken. Dabei weist ein quer, insbesondere senkrecht, zu seiner Stabrichtung verlaufender Querschnitt wenigstens eines, vorzugsweise jedes, Stabs eine gebogene, insbesondere sichelförmige, Geometrie auf. Solche Stäbe sind vorteilhaft mechanisch besonders steif. Außerdem erlaubt der gebogene Querschnitt eine besonders wirksame Umlenkung des Luftstroms, sodass infolge der Massenträgheit der vom Luftstrom transportierten Wassertropfen ein besonders hoher Abscheidegrad erreicht werden kann.Another preferred development of the water separator provides that at least one, preferably all, of the rods of the (first or second) insert extends along a rod direction running transversely to the direction of extension. In this case, a cross section running transversely, in particular perpendicular, to its rod direction of at least one, preferably each rod has a curved, in particular sickle-shaped, geometry. Such rods are advantageously mechanically particularly stiff. In addition, the curved cross section allows a particularly effective deflection of the air flow, so that a particularly high degree of separation can be achieved due to the inertia of the water droplets transported by the air flow.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Wasserabscheiders weist der wenigstens eine, insbesondere jeder, (erste und/oder zweite) Einsatz zwei Endleisten auf, die mittels der Stäbe des betreffenden Einsatzes strebenartig miteinander verbunden sind. Dabei liegt eine Außenseite wenigstens einer, vorzugsweise jeder, der Endleisten an einer Gehäuseinnenseite des Gehäuses an. Dies erlaubt eine besonders präzise Positionierung der Einsätze im Gehäuseinnenraum.According to a further advantageous development of the water separator, the at least one, in particular each (first and / or second) insert has two end strips which are connected to one another in a strut-like manner by means of the rods of the insert in question. Here, an outside of at least one, preferably each, of the end strips rests against an inside of the housing. This allows the inserts to be positioned particularly precisely in the interior of the housing.

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Wasserabscheiders ist vorgesehen, dass der Gehäuseinnenraum eine Abscheidezone umfasst, in welcher der wenigstens eine, insbesondere jeder, Einsatz angeordnet ist. Außerdem umfasst der Gehäuseinnenraum eine Wassersammelzone zum Sammeln von Wasser, das aus der durch den Gehäuseinnenraum geführten Luft abgeschiedenen wird bzw. ist. Vorteilhaft kann so das abgeschiedene Wasser in der Wassersammelzone zwischengespeichert werden und gegebenenfalls für nachgeschaltete Einrichtungen, insbesondere als Kühlmedium, genutzt werden.In a further preferred development of the water separator, it is provided that the housing interior comprises a separation zone in which the at least one, in particular each, insert is arranged. In addition, the housing interior comprises a water collection zone for collecting water that is or is separated from the air guided through the housing interior. In this way, the separated water can advantageously be temporarily stored in the water collection zone and, if necessary, for downstream ones Facilities, in particular as a cooling medium, are used.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Wasserabscheiders weist das Gehäuse eine Trennwand auf, die im Gehäuseinnenraum die Wassersammelzone bereichsweise von der Abscheidezone so trennt, dass ein Luftstrom an den Gehäuseinnenraum durchströmender Luft im Wesentlichen, insbesondere ausschließlich, in der Abscheidezone vorhanden ist. Damit kann wirksam vermieden werden, dass das bereits abgeschiedene Wasser von dem den Wasserabscheider verlassenden Luftstrom mitgerissen wird.In another advantageous development of the water separator, the housing has a partition which in the interior of the housing separates the water collection zone from the separation zone in some areas so that an air flow flowing through the housing interior is essentially, in particular exclusively, present in the separation zone. This can effectively prevent the water that has already separated off from being entrained by the air flow leaving the water separator.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Wasserabscheiders ist im Gehäuseinnenraum eine Abschirmung vorhanden, die einen quer zur Erstreckungsrichtung verlaufenden U-Querschnitt aufweist. Dabei ist in der Trennwand eine Öffnung zum Überleiten des in der Abscheidezone aus der Luft abgeschiedenen Wassers in die Wassersammelzone ausgebildet. Die Abschirmung überdeckt die Öffnung der Trennwand quer zur Erstreckungsrichtung derart, dass eine U-Basis ihres U-Querschnitts der Öffnung zugewandt und von der U-Basis abstehende U-Schenkel des U-Querschnitts der Öffnung abgewandt angeordnet sind. Damit kann ein Mitreißen des abgeschiedenen und in der Wassersammelzone gesammelten Wassers durch den den Wasserabscheider verlassenden Luftstrom noch besser vermieden oder wenigstens abgemindert werden.According to another preferred development of the water separator, a shield is present in the interior of the housing, which has a U-cross section running transversely to the direction of extension. An opening for transferring the water separated from the air in the separation zone into the water collection zone is formed in the partition wall. The shield covers the opening of the partition wall transversely to the direction of extension in such a way that a U-base of its U-cross section faces the opening and U-legs of the U-cross section protruding from the U-base face away from the opening. In this way, entrainment of the water separated off and collected in the water collection zone by the air flow leaving the water separator can be better avoided or at least reduced.

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Wasserabscheiders weist das Gehäuse im Bereich der Wassersammelzone einen Wasserablass auf, welcher die Wassersammelzone des Gehäuseinnenraums zum Ableiten des Wassers aus der Wassersammelzone fluidisch nach außen öffnet. Das Wasser kann also vorteilhaft von der Luft getrennt aus dem Wasserabscheider abgelassen werden.In a further preferred development of the water separator, the housing has a water drain in the area of the water collection zone, which fluidly opens the water collection zone of the housing interior to drain the water from the water collection zone to the outside. The water can therefore advantageously be drained from the water separator separately from the air.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Wasserabscheiders umfasst das Gehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die den Gehäuseinnenraum begrenzend aneinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zwischen den Gehäuseteilen eine Dichtung vorhanden ist. Dabei ist innenseitig am ersten Gehäuseteil ein Vorsprung angeordnet. An diesem Vorsprung stützt sich der wenigstens eine (erste) Einsatz zur Fixierung am Gehäuse einerseits und am zweiten Gehäuseteil anderseits ab. Dies erlaubt eine besonders einfach zu realisierende Befestigung des wenigstens einen Einsatzes am Gehäuse. Außerdem kann auf zusätzliche Befestigungsmittel zum Fixieren des Einsatzes verzichtet werden.According to a further advantageous development of the water separator, the housing comprises a first and a second housing part, which are arranged adjacent to one another, delimiting the housing interior, a seal preferably being present between the housing parts. A projection is arranged on the inside on the first housing part. The at least one (first) insert for fixing on the housing on the one hand and on the second housing part on the other hand is supported on this projection. This allows the at least one insert to be fastened to the housing in a particularly simple manner. In addition, additional fastening means for fixing the insert can be dispensed with.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Wasserabscheiders sieht vor, dass die entlang der Erstreckungsrichtung benachbarten Einsätze des Stapels sich zur Fixierung im Gehäuseinnenraum aneinander abstützen. Dabei stützen sich einer der beiden im Stapel bezüglich der Erstreckungsrichtung äußersten Einsätze über den Vorsprung am ersten und der andere der beiden äußersten Einsätze am zweiten Gehäuseteil ab. Vorzugsweise ist zum Abstützen des am zweiten Gehäuseteil abgestützten äußersten Einsatzes zwischen diesem Einsatz und dem zweiten Gehäuseteil wenigstens ein Adapterteil vorhanden, das an dem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil anliegt. Dies erlaubt eine besonders einfach zu realisierende Befestigung aller Einsätze am Gehäuse. Außerdem kann auf zusätzliche Befestigungsmittel zum Fixieren der Einsätze verzichtet werden.A further preferred development of the water separator provides that the inserts of the stack that are adjacent along the direction of extent are supported on one another for fixing in the interior of the housing. In this case, one of the two outermost inserts in the stack with respect to the direction of extent is supported on the projection on the first and the other of the two outermost inserts on the second housing part. In order to support the outermost insert supported on the second housing part, there is preferably at least one adapter part between this insert and the second housing part, which adapter part rests against the first and / or second housing part. This allows all the inserts to be fastened to the housing in a particularly simple manner. In addition, additional fastening means for fixing the inserts can be dispensed with.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Brennstoffzellenanordnung umfasst einen entlang einer Strömungsrichtung von Luft durchströmbaren Lufttrakt. Im Lufttrakt sind eine Brennstoffzelle und ein Befeuchter zum Befeuchten einer der Brennstoffzelle zugeführten Luft angeordnet. Dabei ist im Lufttrakt ein erfindungsgemäßer (erster) Wasserabscheider - wie ein solcher voranstehend beschrieben ist - stromab der Brennstoffzelle zwischen Befeuchter und Brennstoffzelle angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist im Lufttrakt ein erfindungsgemäßer und der voranstehenden Beschreibung entsprechender (zweiter) Wasserabscheider stromab des Befeuchters angeordnet. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders übertragen sich auch auf die Brennstoffzellenanordnung mit einem solchen Wasserabscheider.The invention also relates to a fuel cell arrangement, in particular for a motor vehicle. The fuel cell arrangement comprises an air duct through which air can flow along a flow direction. A fuel cell and a humidifier for humidifying an air supplied to the fuel cell are arranged in the air tract. In this case, a (first) water separator according to the invention - as such is described above - is arranged in the air tract downstream of the fuel cell between the humidifier and the fuel cell. Alternatively or additionally, a (second) water separator according to the invention and corresponding to the description above is arranged downstream of the humidifier in the air duct. The advantages of the water separator according to the invention are also transferred to the fuel cell arrangement with such a water separator.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:

  • 1 in einer Explosionsdarstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders,
  • 2 das Beispiel der 1 in einem Schnitt entlang einer Erstreckungsrichtung eines Gehäuses des Wasserabscheiders,
  • 3 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einem Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung seines Gehäuses und quer zu einer Stabrichtung, entlang welcher sich Stäbe von Einsätzen des Wasserabscheiders erstrecken,
  • 4 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einem teildargestellten Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung und quer zur Stabrichtung,
  • 5 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einem teildargestellten Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung seines Gehäuses,
  • 6 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einem Schnitt quer zur Erstreckungsrichtung seines Gehäuses,
  • 7 beispielhaft eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung in einem Aufbauschaubild.
They show, each schematically:
  • 1 an exploded view of an example of a water separator according to the invention,
  • 2 the example of 1 in a section along a direction of extent of a housing of the water separator,
  • 3 Another example of a water separator according to the invention in a section along the extension direction of its housing and transversely to a rod direction, along which rods of inserts of the water separator extend,
  • 4th Another example of a water separator according to the invention in a partially shown section along the direction of extension and transversely to the direction of the rod,
  • 5 a further example of a water separator according to the invention in a partially shown section along the extension direction of its housing,
  • 6th a further example of a water separator according to the invention in a section transverse to the direction of extension of its housing,
  • 7th an example of a fuel cell arrangement according to the invention in a structural diagram.

In der 1 ist schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 gezeigt, der für einen Einsatz in einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 2, wie eine solche beispielhaft in der 7 illustriert ist, geeignet ist. Eine solche Brennstoffzellenanordnung 2 kann in einem Kraftfahrzeug (in den Figuren nicht gezeigt) verbaut und somit Teil eines solchen Kraftfahrzeugs sein. Der Wasserabscheider 1 dient zum Entfernen von in Luft L enthaltenen Wassertropfen.In the 1 is schematically an example of a water separator according to the invention 1 shown for use in a fuel cell arrangement according to the invention 2 , such as such an example in the 7th illustrated is suitable. Such a fuel cell arrangement 2 can be installed in a motor vehicle (not shown in the figures) and thus be part of such a motor vehicle. The water separator 1 serves to remove water droplets contained in air L.

Gemäß 1 umfasst der Wasserabscheider 1 ein Gehäuse 3, das sich entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckt. Das Gehäuse 3 begrenzt einen von Luft L durchströmbaren Gehäuseinnenraum 4. Das Gehäuse 3 weist eine Einlassöffnung 7 und eine Auslassöffnung 8 auf.According to 1 includes the water separator 1 a housing 3 , which extends along an extension direction E. The case 3 delimits a housing interior through which air L can flow 4th . The case 3 has an inlet port 7th and an outlet port 8th on.

Die 2 zeigt den zusammengesetzten Wasserabscheider 1 der 1 in einem Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung E. Es ist erkennbar, dass im Gehäuseinnenraum 4 wenigstens ein gitterartiger erster Einsatz 5 angeordnet ist, welcher im Abstand zueinander angeordnete und quer zur Erstreckungsrichtung E verlaufende Stäbe 6 umfasst. Im gezeigten Beispiel weist der Wasserabscheider 1 zwei solcher erster Einsätze 5 auf. Der erste Einsatz 5 ist so ausgebildet, dass Luft L durch den Einsatz 5 hindurchtreten kann. Mittels der Einlassöffnung 7 und der Auslassöffnung 8 ist der Gehäuseinnenraum 4 des Gehäuses 3 nach außen derart geöffnet, dass Luft L über die Einlassöffnung 7 in den Gehäuseinnenraum 4 eintreten und nach Durchtreten des ersten Einsatzes 5 wieder aus dem Gehäuseinnenraum 4 austreten kann.the 2 shows the assembled water separator 1 the 1 in a section along the direction of extent E. It can be seen that in the housing interior 4th at least a grid-like first mission 5 is arranged, which are arranged at a distance from one another and transverse to the direction of extent E bars 6th includes. In the example shown, the water separator 1 two such first missions 5 on. The first use 5 is designed so that air L through the insert 5 can pass through. By means of the inlet opening 7th and the outlet opening 8th is the interior of the housing 4th of the housing 3 opened to the outside in such a way that air L passes through the inlet opening 7th in the interior of the housing 4th enter and after passing through the first mission 5 again from the interior of the housing 4th can emerge.

Beim Beispiel der 1 und 2 umfasst der Wasserabscheider 1 außerdem wenigstens einen zweiten gitterartigen Einsatz 9, der quer zur Erstreckungsrichtung E verlaufende Stäben 6 umfasst. Die Stäbe 6 des zweiten Einsatzes 9 sind zueinander im Abstand angeordnet, sodass Luft L durch den zweiten Einsatz 9 hindurchtreten kann. Im gezeigten Beispiel sind zwei solcher zweiter Einsätze 9 vorhanden. Die ersten und - alternativ oder zusätzlich - die zweiten Einsätze 5, 9 können als Gleichteile realisiert sein. Die Stäbe 6 des ersten und - alternativ oder zusätzlich - des zweiten Einsatzes 5, 9 können wie dargestellt äquidistant zueinander angeordnet sein.In the example of the 1 and 2 includes the water separator 1 also at least one second grid-like insert 9 , the bars running transversely to the direction of extent E. 6th includes. The bars 6th of the second use 9 are arranged at a distance from one another, so that air L through the second insert 9 can pass through. In the example shown there are two such second inserts 9 available. The first and - alternatively or additionally - the second missions 5 , 9 can be implemented as identical parts. The bars 6th of the first and - alternatively or additionally - the second mission 5 , 9 can be arranged equidistant from one another as shown.

In der 3 ist ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in einem Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung E und quer zu einer Stabrichtung S gezeigt, entlang welcher Stabrichtung S die Stäbe 6 des ersten und des zweiten Einsatzes 5, 9 beispielsweise verlaufen.In the 3 is another example of a water separator according to the invention 1 shown in a section along the extension direction E and transversely to a rod direction S, along which rod direction S the rods 6th of the first and second use 5 , 9 for example run.

Der Darstellung der 3 ist zu entnehmen, dass entlang der Erstreckungsrichtung E betrachtet wenigstens einer der Stäbe 6 des ersten Einsatzes 5 wenigstens einen zwischen zwei Stäben 6 des zweiten Einsatzes 9 vorhandenen Zwischenraum 10 zumindest teilweise überdeckt. Im gezeigten Beispiel sind alle zwischen zwei benachbarten der Stäbe 6 des zweiten Einsatzes 9 vorhandene Zwischenräume 10 beim Blick entlang der Erstreckungsrichtung E mittels jeweils eines Stabs 6 des ersten Einsatzes 5 blickdicht überdeckt. In an und für sich gleicher Weise ist auch ein zwischen zwei benachbarten Stäben 6 des ersten Einsatzes 5 vorhandener Zwischenraum 10 beim Blick entlang der Erstreckungsrichtung E mittels eines Stabs 6 des zweiten Einsatzes 9 wenigstens teilweise - im illustrierten Beispiel blickdicht - überdeckt. Dem gezeigten Beispiel entsprechend sind alle zwischen zwei benachbarten der Stäbe 6 des ersten Einsatzes 5 vorhandene Zwischenräume 10 mittels jeweils eines Stabs 6 des zweiten Einsatzes 9 beim Blick entlang der Erstreckungsrichtung E blickdicht überdeckt. Dem gezeigten Beispiel entsprechend kann der den Zwischenraum 10 zwischen den Stäben 6 des zweiten Einsatzes 9 senkrecht zur Erstreckungsrichtung E festlegende Abstand weniger oder gleich groß wie eine parallel dazu gemessene Breite des wenigstens einen und diesen Zwischenraum 10 bezüglich der Erstreckungsrichtung E überdeckenden Stabs 6 des ersten Einsatzes 5 sein.The representation of the 3 it can be seen that at least one of the rods viewed along the extension direction E. 6th of the first use 5 at least one between two bars 6th of the second use 9 existing space 10 at least partially covered. In the example shown, they are all between two adjacent bars 6th of the second use 9 existing gaps 10 when looking along the direction of extent E by means of one rod in each case 6th of the first use 5 covered opaque. In a way that is essentially the same, there is also one between two adjacent bars 6th of the first use 5 existing space 10 when looking along the direction of extent E by means of a rod 6th of the second use 9 at least partially - in the illustrated example opaque - covered. According to the example shown, they are all between two adjacent ones of the bars 6th of the first use 5 existing gaps 10 by means of one staff each 6th of the second use 9 when looking along the direction of extent E covered opaque. According to the example shown, the can be the space 10 between the bars 6th of the second use 9 perpendicular to the direction of extent E defining the distance is less than or equal to a width measured parallel thereto of the at least one and this gap 10 with respect to the direction of extent E overlapping rod 6th of the first use 5 be.

Gemäß den 1 bis 3 sind die Stäbe des ersten und des zweiten Einsatzes 5, 9 jeweils in einer Ebene angeordnet, die quer zur Erstreckungsrichtung E verläuft. In den gezeigten Beispielen verläuft diese Ebene winkelig zur Erstreckungsrichtung E. Die Ebene kann senkrecht zur Erstreckungsrichtung E verlaufen. Die Stäbe 6 des ersten und des zweiten Einsatzes 5, 9 können wie in den Figuren beispielhaft gezeigt parallel zueinander verlaufen.According to the 1 until 3 are the bars of the first and second insert 5 , 9 each arranged in a plane that is transverse to Extension direction E runs. In the examples shown, this plane runs at an angle to the direction of extent E. The plane can run perpendicular to the direction of extent E. The bars 6th of the first and second use 5 , 9 can run parallel to one another, as shown by way of example in the figures.

Bei den 1 bis 3 umfasst der Wasserabscheider 1 zwei erste Einsätze 5 und zwei zweite Einsätze 6, die entlang der Erstreckungsrichtung E abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Der Wasserabscheider 1 kann aber auch mehrere erste und zweite Einsätze 5, 9 aufweisen, die entsprechend abwechselnd entlang der Erstreckungsrichtung E aufeinander gestapelt sind.Both 1 until 3 includes the water separator 1 two first missions 5 and two second missions 6th , which are alternately stacked along the direction of extent E. The water separator 1 but can also have several first and second missions 5 , 9 have, which are correspondingly alternately stacked along the direction of extent E on top of one another.

3 zeigt außerdem, dass wenigstens einer - im gezeigten Beispiel jeder - der Stäbe 6 des ersten bzw. des zweiten Einsatzes 5, 9 einen quer zu seiner Stabrichtung S verlaufenden Querschnitt 11 mit einer gebogenen Geometrie 12 aufweist. Der Querschnitt 11 verläuft beispielsweise senkrecht zur Stabrichtung S des betreffenden Stabs 6. Die gebogene Geometrie 12 ist im gezeigten Beispiel sichelförmig ausgebildet. Dabei lässt die 3 ferner erkennen, dass die Stäbe 6 so ausgerichtet sind, dass ein Biegungsrücken der gebogenen Geometrie 12 des Querschnitts 11 der Einlassöffnung 7 des Gehäuses 3 zugewandt ist. 3 also shows that at least one - in the example shown, each - of the bars 6th of the first or the second use 5 , 9 a cross section running transversely to its rod direction S. 11 with a curved geometry 12th having. The cross section 11 runs, for example, perpendicular to the rod direction S of the rod in question 6th . The curved geometry 12th is sickle-shaped in the example shown. The 3 further realize that the rods 6th are oriented so that a bend back of the curved geometry 12th of the cross section 11 the inlet opening 7th of the housing 3 is facing.

In der 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel eines Wasserabscheiders 1 in einem Detail eines Schnitts quer zur Stabrichtung S gezeigt. Gegensätzlich zum Beispiel der 3 sind gemäß 4 die Stäbe 6 so ausgerichtet, dass ein Biegungsrücken der gebogenen Geometrie 12 des Querschnitts 11 der Einlassöffnung 7 abgewandt ist. Die Geometrie 12 des Querschnitts 11 kann senkrecht zur Erstreckungsrichtung E gemessen 6 mm breit sein. Der Abstand zwischen zwei Stäben 6 eines Einsatzes 5, 9 kann senkrecht zur Stabrichtung S gemessen 4 mm betragen. Bezüglich der Erstreckungsrichtung kann zwischen den Stäben 6 zweier benachbarter Einsätze 5, 9 ein Abstand von 2 bis 15 mm vorhanden sein. Dieser Abstand kann beispielsweise 5 bis 10 mm betragen. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen den Stäben 6 zweier benachbarter Einsätze 5, 9 halb so groß bis dreimal so groß sein wie die senkrecht zur Stabrichtung S gemessene Breite der Stäbe 6, wobei besagter Abstand je nach angestrebtem Abscheidegrad und Druckverlust variieren kann.In the 4th is another example of a water separator according to the invention 1 shown in a detail of a section transversely to the rod direction S. Opposite, for example 3 are according to 4th The bars 6th aligned so that a bend back of the curved geometry 12th of the cross section 11 the inlet opening 7th is turned away. The geometry 12th of the cross section 11 can be 6 mm wide, measured perpendicular to the direction of extension E. The distance between two bars 6th of an operation 5 , 9 can be 4 mm measured perpendicular to the rod direction S. With regard to the direction of extension, between the rods 6th two adjacent bets 5 , 9 there must be a gap of 2 to 15 mm. This distance can be, for example, 5 to 10 mm. Alternatively or additionally, the distance between the rods 6th two adjacent bets 5 , 9 be half as large to three times as large as the width of the bars measured perpendicular to the bar direction S. 6th , whereby said distance can vary depending on the desired degree of separation and pressure loss.

Wohingegen sowohl gemäß 3 als auch 4 alle Stäbe 6 aller Einsätze 5, 9 eine gleich ausgerichtete Geometrie 12 des Querschnitts 11 aufweisen, kann alternativ eine solche Ausrichtung der Geometrie 12 des Querschnitts 11 auch lediglich innerhalb eines Einsatzes 5, 9 gleich sein und zwischen den Einsätzen 5, 9 - beispielsweise wechselseitig - variieren oder sogar innerhalb eines Einsatzes 5, 9 variieren, was in den Figuren allerdings nicht veranschaulicht ist. Selbstverständlich können die Stäbe 6 eines Einsatzes 5, 9 auch mit verschiedenen Querschnittsgeometrien realisiert sein. Ferner ist es denkbar, dass die Stäbe 6 des ersten Einsatzes 5 mit einer einheitlichen Querschnittsgeometrie ausgestattet sind, die sich von einer einheitlichen Querschnittsgeometrie der Stäbe 6 des zweiten Einsatzes unterscheidet.Whereas both according to 3 as well as 4th all rods 6th of all missions 5 , 9 an equidistant geometry 12th of the cross section 11 may alternatively have such an alignment of the geometry 12th of the cross section 11 even just within one mission 5 , 9 be the same and between bets 5 , 9 - for example mutually - vary or even within one mission 5 , 9 vary, but this is not illustrated in the figures. Of course, the bars 6th of an operation 5 , 9 can also be implemented with different cross-sectional geometries. It is also conceivable that the rods 6th of the first use 5 are equipped with a uniform cross-sectional geometry, which differs from a uniform cross-sectional geometry of the rods 6th of the second use differs.

Aus der 1 ergibt es sich außerdem, dass die ersten und zweiten Einsätze 5, 9 jeweils zwei Endleisten 13 aufweisen. Die Endleisten 13 eines jeweiligen der Einsätze 5, 9 sind mittels dessen Stäbe 6 strebenartig miteinander verbunden. Eine Außenseite 14 wenigstens einer der Endleisten 13 - beispielsweise jeder der Endleisten 13 - liegt an einer Gehäuseinnenseite 15 des Gehäuses 3 an, vgl. 2 bis 4. Die Endleisten 13 können von einem umlaufenden Rahmen umfasst sein.From the 1 It also shows that the first and second bets 5 , 9 two trailing edges each 13th exhibit. The trailing edges 13th of each of the missions 5 , 9 are by means of its bars 6th connected with each other like a strut. An outside 14th at least one of the trailing edges 13th - for example, each of the trailing edges 13th - lies on the inside of the housing 15th of the housing 3 on, cf. 2 until 4th . The trailing edges 13th can be encompassed by a surrounding frame.

5 illustriert ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in einem teildargestellten Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung E seines Gehäuses 3. Es ist erkennbar, dass der Gehäuseinnenraum 4 eine Abscheidezone 16 umfasst, in welcher die Einsätze 5, 9 angeordnet sind. Der Gehäuseinnenraum 4 umfasst außerdem eine Wassersammelzone 17 zum Sammeln von Wasser W, das aus der durch den Gehäuseinnenraum 4 geführten Luft L abgeschieden ist. Die Wassersammelzone 17 kann bezüglich einer Schwerkraftrichtung in einer Betriebsposition des Wasserabscheiders 1 unterhalb der Abscheidezone 16 angeordnet sein, sodass das aus der Luft L an den Einsätzen 5, 9 abgeschiedene Wasser W durch Schwerkraftwirkung in die Wassersammelzone 17 überführbar ist. Es ist außerdem erkennbar, dass das Gehäuse 3 eine Trennwand 18 umfasst, die im Gehäuseinnenraum 4 die Wassersammelzone 17 bereichsweise von der Abscheidezone 16 trennt. Dabei trennt die Trennwand 18 die Wassersammelzone 17 so von der Abscheidezone 16, dass ein Luftstrom F an den Gehäuseinnenraum 4 im Betrieb des Wasserabscheiders 1 durchströmender Luft L im Wesentlichen in der Abscheidezone 16 vorhanden ist. 5 illustrates another example of a water separator according to the invention 1 in a partially shown section along the extension direction E of its housing 3 . It can be seen that the interior of the housing 4th a separation zone 16 includes in which the stakes 5 , 9 are arranged. The interior of the housing 4th also includes a water collection zone 17th to collect water W from the through the housing interior 4th guided air L is deposited. The water collection zone 17th can with respect to a direction of gravity in an operating position of the water separator 1 below the separation zone 16 be arranged so that the out of the air L on the inserts 5 , 9 separated water W by gravity into the water collection zone 17th is transferable. It can also be seen that the housing 3 a partition 18th includes that in the housing interior 4th the water collection zone 17th in some areas from the separation zone 16 separates. The partition separates it 18th the water collection zone 17th so from the separation zone 16 that an air flow F to the housing interior 4th during operation of the water separator 1 air L flowing through essentially in the separation zone 16 is available.

Die 6 zeigt ein Weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in einem Schnitt quer zur Erstreckungsrichtung E seines Gehäuses 3. Demnach ist im Gehäuseinnenraum 4 eine Abschirmung 19 vorhanden, die einen quer zur Erstreckungsrichtung E verlaufenden U-Querschnitt 20 aufweist. Dabei ist in der Trennwand 18 eine Öffnung 21 (beispielsweise erkennbar in den 2 und 5) zum Überleiten des in der Abscheidezone 16 aus der Luft L abgeschiedenen Wassers W in die Wassersammelzone 17 angeordnet. Die Abschirmung 19 überdeckt diese Öffnung 21 der Trennwand 18 quer zur Erstreckungsrichtung E derart, dass eine U-Basis 22 ihres U-Querschnitts 20 der Öffnung 21 zugewandt und von der U-Basis 22 abstehende U-Schenkel 23 des U-Querschnitts 20 der Öffnung 21 abgewandt angeordnet sind.the 6th shows another example of a water separator according to the invention 1 in a section transverse to the direction of extent E of its housing 3 . Accordingly, it is in the interior of the housing 4th a shield 19th present which have a U-cross section running transversely to the direction of extent E. 20th having. It is in the partition 18th an opening 21 (e.g. recognizable in the 2 and 5 ) for transferring the in the separation zone 16 water W separated from the air L into the water collection zone 17th arranged. The shield 19th covers this opening 21 the partition 18th transversely to the direction of extent E such that a U-base 22nd of their U-cross section 20th the opening 21 facing and from the U base 22nd protruding U-legs 23 of the U-section 20th the opening 21 are arranged facing away.

6 veranschaulicht außerdem, dass das Gehäuse 3 im Bereich der Wassersammelzone 17 einen Wasserablass 24 aufweisen kann. Der Wasserablass 24 öffnet die Wassersammelzone 17 des Gehäuseinnenraums 4 zum Ableiten des Wassers W aus der Wassersammelzone 17 fluidisch nach außen. 6th also illustrates that the case 3 in the area of the water collection zone 17th a water drain 24 may have. The water drain 24 opens the water collection zone 17th the interior of the housing 4th for draining the water W from the water collection zone 17th fluidically to the outside.

Gemäß den 1 bis 3 umfasst das Gehäuse 3 ein erstes und ein zweites Gehäuseteil 3a, 3b. Die Gehäuseteile 3a, 3b des Gehäuses 3 sind den Gehäuseinnenraum 4 begrenzend aneinander angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil 3a, 3b kann eine Dichtung vorhanden sein. Innenseitig ist am ersten Gehäuseteil 3a ein Vorsprung 25 angeordnet, der in den Gehäuseinnenraum 4 ragen kann. Wenigstens ein Einsatz 5, 9 kann sich zur Fixierung am Gehäuse 3 mittels des Vorsprungs 25 einerseits am ersten Gehäuseteil 3a und anderseits am zweiten Gehäuseteil 3b abstützen.According to the 1 until 3 includes the housing 3 a first and a second housing part 3a , 3b . The housing parts 3a , 3b of the housing 3 are the interior of the housing 4th arranged delimiting one another. Between the first and the second housing part 3a , 3b a seal may be present. The inside is on the first housing part 3a a head start 25th arranged in the housing interior 4th can protrude. At least one mission 5 , 9 can be fixed to the housing 3 by means of the projection 25th on the one hand on the first housing part 3a and on the other hand on the second housing part 3b prop up.

In den Beispielen der 1 bis 3 stützen sich die benachbarten Einsätze 5, 9 des Stapels entlang der Erstreckungsrichtung E zur Fixierung im Gehäuseinnenraum 4 aneinander ab. Einer der beiden im Stapel bezüglich der Erstreckungsrichtung E äußersten Einsätze 5, 9 stützt sich über den Vorsprung 25 am ersten Gehäuseteil 3a ab. Der andere der beidem im Stapel bezüglich der Erstreckungsrichtung E äußerste Einsatz 5, 9 stützt sich an dem zweiten Gehäuseteil 3b ab. Zum Abstützen des am zweiten Gehäuseteil 3b abgestützten äußersten Einsatzes 5, 9 ist beispielsweise zwischen diesem Einsatz 5, 9 und dem zweiten Gehäuseteil 3b wenigstens ein Adapterteil 26 vorhanden, das an dem ersten und/oder zweiten Gehäuseteil 3b anliegt.In the examples of the 1 until 3 the neighboring stakes are supported 5 , 9 of the stack along the direction of extent E for fixing in the housing interior 4th off each other. One of the two outermost inserts in the stack with respect to the direction of extent E. 5 , 9 leans over the ledge 25th on the first housing part 3a away. The other of the two outermost insert in the stack with respect to the direction of extent E. 5 , 9 is supported on the second housing part 3b away. To support the on the second housing part 3b supported extreme effort 5 , 9 is for example between this use 5 , 9 and the second housing part 3b at least one adapter part 26th present on the first and / or second housing part 3b is applied.

In der 7 ist beispielhaft ein Aufbauschaubild einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 2 gezeigt. Die Brennstoffzellenanordnung 2 umfasst demnach einen Lufttrakt 27, der entlang einer Strömungsrichtung F von Luft L durchströmbar ist. In dem Lufttrakt 27 sind eine Brennstoffzelle 28 und ein Befeuchter 29 zum Befeuchten einer der Brennstoffzelle 28 zugeführten Luft L angeordnet. Außerdem sind dem gezeigten Beispiel entsprechend zwei erfindungsgemäße Wasserabscheider 1 - wie ein solcher beispielsweise in den 1 bis 6 gezeigt und voranstehend beschrieben ist - angeordnet. Ein erster der Wasserabscheider 1 der Brennstoffzellenanordnung 2 ist stromab der Brennstoffzelle 28 zwischen dem Befeuchter 29 und der Brennstoffzelle 28 im Lufttrakt 27 angeordnet. Ein zweiter der Wasserabscheider 1 ist im Lufttrakt 27 stromab des Befeuchters 29 angeordnet. Der erste Wasserabscheider 1 kann als Wasservorabscheider dienen. Der zweite Wasserabscheider 1 kann als Wasserfeinabscheider dienen. Wasservorabscheider kann eine geringere Anzahl an Einsätzen 5, 9 als der Wasserfeinabscheider aufweisen. Die Brennstoffzellenanordnung 2 kann außerdem eine Strömungsmaschine 30 umfassen, die mittels des von Wassertropfen befreiten Luft L antreibbar ist.In the 7th is an example of a structural diagram of a fuel cell arrangement according to the invention 2 shown. The fuel cell assembly 2 therefore includes an air duct 27 through which air L can flow along a flow direction F. In the air duct 27 are a fuel cell 28 and a humidifier 29 for humidifying one of the fuel cells 28 supplied air L arranged. In addition, there are two water separators according to the invention corresponding to the example shown 1 - such as in the 1 until 6th is shown and described above - arranged. A first of the water separators 1 the fuel cell assembly 2 is downstream of the fuel cell 28 between the humidifier 29 and the fuel cell 28 in the air tract 27 arranged. Another of the water separators 1 is in the air tract 27 downstream of the humidifier 29 arranged. The first water separator 1 can serve as a water separator. The second water separator 1 can serve as a fine water separator. The water pre-separator can have fewer uses 5 , 9 than the fine water separator. The fuel cell assembly 2 can also be a turbo machine 30th include, which can be driven by means of the air L freed from water droplets.

Den 2 und 5 entsprechend kann die Ebene, in welcher die Stäbe 6 des ersten und des zweiten Einsatzes 5, 9 jeweils angeordnet sind, so gegenüber der Erstreckungsrichtung E geneigt sein, dass ein oberer Bereich eines jeweiligen Einsatzes 5, 9 in Richtung der Einlassöffnung 7 und ein unterer Bereich dieses Einsatzes 5, 9 in Richtung des Wasserablasses 24 weist. Dies bedeutet, dass ein entlang der Erstreckungsrichtung E gemessener Abstand des oberen Bereichs des jeweiligen Einsatzes 5, 9 kleiner ist als ein parallel dazu gemessener Abstand zwischen dem unteren Bereich dieses Einsatzes und der Einlassöffnung 7.The 2 and 5 accordingly, the plane in which the bars 6th of the first and second use 5 , 9 are each arranged so as to be inclined with respect to the direction of extent E that an upper region of a respective insert 5 , 9 towards the inlet port 7th and a lower portion of this stake 5 , 9 in the direction of the water drain 24 shows. This means that a distance, measured along the extension direction E, of the upper region of the respective insert 5 , 9 is smaller than a distance measured parallel to it between the lower region of this insert and the inlet opening 7th .

Claims (15)

Wasserabscheider (1) für eine Brennstoffzellenanordnung (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Entfernen von in Luft (L) enthaltenen Wassertropfen, - mit einem sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) ersteckenden Gehäuse (3), das einen von Luft (L) durchströmbaren Gehäuseinnenraum (4) begrenzt, - mit wenigstens einem im Gehäuseinnenraum (4) angeordneten (ersten) gitterartigen Einsatz (5), der zueinander im Abstand angeordnete und quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufende Stäbe (6) umfasst, sodass Luft (L) durch den Einsatz (5) hindurchtreten kann, - wobei das Gehäuse (3) eine Einlassöffnung (7) und eine Auslassöffnung (8) aufweist, mittels welcher der Gehäuseinnenraum (4) fluidisch nach außen geöffnet ist, sodass Luft (L) über die Einlassöffnung (7) in den Gehäuseinnenraum (4) eintreten und nach Durchtreten des wenigstens einen (ersten) Einsatzes (5) wieder aus dem Gehäuseinnenraum (4) austreten kann.Water separator (1) for a fuel cell arrangement (2), in particular for a motor vehicle, for removing water droplets contained in air (L), - With a housing (3) which extends along a direction of extent (E) and delimits a housing interior (4) through which air (L) can flow, - With at least one (first) grid-like insert (5) arranged in the housing interior (4), which comprises bars (6) arranged at a distance from one another and extending transversely to the direction of extension (E), so that air (L) can pass through the insert (5) can, - wherein the housing (3) has an inlet opening (7) and an outlet opening (8), by means of which the housing interior (4) is fluidically opened to the outside, so that air (L) via the inlet opening (7) into the housing interior (4) enter and after passing through the at least one (first) insert (5) can exit again from the housing interior (4). Wasserabscheider (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Wasserabscheider (1) wenigstens einen zweiten gitterartigen Einsatz (9) mit quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufenden Stäben (6) umfasst, die zueinander im Abstand angeordnet sind, sodass Luft (L) durch den zweiten Einsatz (9) hindurchtreten kann, - entlang der Erstreckungsrichtung (E) betrachtet wenigstens einer der Stäbe (6) des ersten Einsatzes (5) wenigstens einen zwischen zwei Stäben (6) des zweiten Einsatzes (9) vorhandenen Zwischenraum (10) zumindest teilweise, vorzugsweise blickdicht, überdeckt.Water separator (1) Claim 1 , characterized in that - the water separator (1) comprises at least one second lattice-like insert (9) with bars (6) running transversely to the direction of extension (E), which are spaced from one another so that air (L) passes through the second insert ( 9) can pass through - at least one of the rods (6) of the first insert (5) viewed along the extension direction (E) at least one space (10) present between two rods (6) of the second insert (9) at least partially, preferably opaque, covered. Wasserabscheider (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Erstreckungsrichtung (E) betrachtet wenigstens einer der Stäbe (6) des zweiten Einsatzes (9) wenigstens einen zwischen zwei Stäben (6) des ersten Einsatzes (5) vorhandenen Zwischenraum (10) zumindest teilweise, vorzugsweise blickdicht, überdeckt.Water separator (1) Claim 2 , characterized in that at least one of the rods (6) of the second insert (9) viewed along the extension direction (E) at least one intermediate space (10) present between two rods (6) of the first insert (5) at least partially, preferably opaque, covered. Wasserabscheider (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (6) des (ersten und/oder zweiten) Einsatzes (5, 9) in einer Ebene quer, insbesondere senkrecht, zur Erstreckungsrichtung (E) angeordnet sind, wobei die Stäbe (6) des (ersten und/oder zweiten) Einsatzes (5, 9) bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.Water separator (1) after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the rods (6) of the (first and / or second) insert (5, 9) are arranged in a plane transverse, in particular perpendicular, to the direction of extension (E), the rods (6) of the (first and / or second) insert (5, 9) preferably run essentially parallel to one another. Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei erste Einsätze (5) und wenigstens zwei zweite Einsätze (9) vorhanden sind, die entlang der Erstreckungsrichtung (E) abwechselnd aufeinander gestapelt sind.Water separator (1) according to one of the preceding claims, when referring back to Claim 2 , characterized in that there are at least two first inserts (5) and at least two second inserts (9) which are alternately stacked on top of one another along the extension direction (E). Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste und zweite Einsätze (5, 9) vorhanden sind, die entlang der Erstreckungsrichtung (E) abwechselnd aufeinander gestapelt angeordnet sind.Water separator (1) according to one of the preceding claims, when referring back to Claim 2 , characterized in that a plurality of first and second inserts (5, 9) are present, which are arranged alternately stacked on top of one another along the extension direction (E). Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens einer, vorzugsweise alle, der Stäbe (6) des (ersten bzw. zweiten) Einsatzes (5, 9) sich entlang einer quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufenden Stabrichtung (S) erstreckt, - ein quer, insbesondere senkrecht, zu seiner Stabrichtung (S) verlaufender Querschnitt (11) wenigstens eines, vorzugsweise jedes, Stabs (6) eine gebogene, insbesondere sichelförmige, Geometrie (12) aufweist.Water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, preferably all, of the rods (6) of the (first or second) insert (5, 9) extend along a rod direction transverse to the direction of extension (E) (S) extends, - a cross-section (11) running transversely, in particular perpendicular to its rod direction (S), of at least one, preferably each rod (6) has a curved, in particular sickle-shaped, geometry (12). Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der wenigstens eine, insbesondere jeder, (erste und/oder zweite) Einsatz (5, 9) zwei Endleisten (13) aufweist, die mittels der Stäbe (6) des betreffenden Einsatzes (5, 6) strebenartig miteinander verbunden sind, - eine Außenseite (14) wenigstens einer, vorzugsweise jeder, der Endleisten (13) an einer Gehäuseinnenseite (15) des Gehäuses (3) anliegt.Water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the at least one, in particular each (first and / or second) insert (5, 9) has two end strips (13), which by means of the rods (6) of the relevant insert (5, 6) are connected to one another in a strut-like manner, - an outer side (14) of at least one, preferably each, of the end strips (13) rests against an inner side (15) of the housing (3). Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Gehäuseinnenraum (4) eine Abscheidezone (16) umfasst, in welcher der, insbesondere jeder, Einsatz (5, 9) angeordnet ist, - der Gehäuseinnenraum (4) eine Wassersammelzone (17) zum Sammeln von Wasser (W), das aus der durch den Gehäuseinnenraum (4) geführten Luft (L) abgeschieden ist, umfasst.Water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the housing interior (4) comprises a separation zone (16) in which the, in particular each, insert (5, 9) is arranged, - the housing interior (4) has a Water collection zone (17) for collecting water (W) which is separated from the air (L) guided through the housing interior (4). Wasserabscheider (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) eine Trennwand (18) umfasst, die im Gehäuseinnenraum (4) die Wassersammelzone (17) bereichsweise von der Abscheidezone (16) so trennt, dass ein Luftstrom an den Gehäuseinnenraum (4) durchströmender Luft (L) im Wesentlichen, insbesondere ausschließlich, in der Abscheidezone (16) vorhanden ist.Water separator (1) Claim 9 , characterized in that the housing (3) comprises a partition (18) which in the housing interior (4) separates the water collection zone (17) in some areas from the separation zone (16) in such a way that an air flow to the housing interior (4) is air ( L) is essentially, in particular exclusively, present in the separation zone (16). Wasserabscheider (1) nach Anspruch 10, - das im Gehäuseinnenraum (4) eine Abschirmung (19) angeordnet ist, die einen quer zur Erstreckungsrichtung (E) verlaufenden U-Querschnitt (20) aufweist, - wobei in der Trennwand (18) eine Öffnung (21) zum Überleiten des in der Abscheidezone (16) aus der Luft (L) abgeschiedenen Wassers (W) in die Wassersammelzone (17) angeordnet ist, - wobei die Abschirmung (19) die Öffnung (21) der Trennwand (18) quer zur Erstreckungsrichtung (E) so überdeckt, dass eine U-Basis (22) ihres U-Querschnitts (20) der Öffnung (21) zugewandt und von der U-Basis (22) abstehende U-Schenkel (23) des U-Querschnitts (20) der Öffnung (21) abgewandt angeordnet sind.Water separator (1) Claim 10 - A shield (19) is arranged in the housing interior (4) which has a U-cross section (20) running transversely to the direction of extension (E), - an opening (21) in the partition (18) for passing over the in the separation zone (16) from the air (L) separated water (W) is arranged in the water collection zone (17), - wherein the shield (19) covers the opening (21) of the partition wall (18) transversely to the direction of extension (E) that a U-base (22) of its U-cross-section (20) faces the opening (21) and U-legs (23) of the U-cross-section (20) of the opening (21) protruding from the U-base (22) are arranged facing away. Wasserabscheider (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) im Bereich der Wassersammelzone (17) einen Wasserablass (24) aufweist, welcher die Wassersammelzone (17) des Gehäuseinnenraums (4) zum Ableiten des Wassers (W) aus der Wassersammelzone (17) fluidisch nach außen öffnet.Water separator (1) after one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the housing (3) in the area of the water collection zone (17) has a water drain (24) which fluidly flows to the water collection zone (17) of the housing interior (4) for draining the water (W) from the water collection zone (17) outside opens. Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Gehäuse (3) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil (3a, 3b) umfasst, die den Gehäuseinnenraum (4) begrenzend aneinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zwischen den Gehäuseteilen (3a, 3b) eine Dichtung vorhanden ist, - innenseitig am ersten Gehäuseteil (3a) ein Vorsprung (25) angeordnet ist, - der wenigstens eine (erste) Einsatz (5) zur Fixierung am Gehäuse (3) sich einerseits mittels des Vorsprungs (25) am ersten Gehäuseteil (3a) und anderseits am zweiten Gehäuseteil (3b) abstützt.Water separator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the housing (3) comprises a first and a second housing part (3a, 3b) which are arranged to delimit the housing interior (4), preferably between the housing parts ( 3a, 3b) a seal is available, a projection (25) is arranged on the inside on the first housing part (3a), - the at least one (first) insert (5) for fixing on the housing (3) is located on the one hand by means of the projection (25) on the first housing part (3a) and on the other hand second housing part (3b) is supported. Wasserabscheider (1) nach Anspruch 13, bei Rückbezug auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die entlang der Erstreckungsrichtung (E) benachbarten Einsätze (5, 9) des Stapels sich zur Fixierung im Gehäuseinnenraum (4) aneinander abstützen, - einer der beiden im Stapel bezüglich der Erstreckungsrichtung (E) äußersten Einsätze (5, 9) sich über den Vorsprung (25) am ersten und der andere der beiden äußersten Einsätze (5, 9) sich am zweiten Gehäuseteil (3a, 3b) abstützt, - wobei vorzugsweise zum Abstützen des am zweiten Gehäuseteil (3b) abgestützten äußersten Einsatzes (5, 9) zwischen diesem Einsatz (5, 9) und dem zweiten Gehäuseteil (3b) ein Adapterteil (26) vorhanden ist, das an dem zweiten Gehäuseteil (3a, 3b) anliegt.Water separator (1) Claim 13 , when referring back to Claim 5 or 6th , characterized in that - the inserts (5, 9) of the stack adjacent along the direction of extension (E) are supported on one another for fixing in the housing interior (4), - one of the two outermost inserts (5) in the stack with respect to the direction of extension (E), 9) is supported on the projection (25) on the first and the other of the two outermost inserts (5, 9) on the second housing part (3a, 3b), - preferably for supporting the outermost insert (3b) supported on the second housing part (3b). 5, 9) between this insert (5, 9) and the second housing part (3b) there is an adapter part (26) which rests against the second housing part (3a, 3b). Brennstoffzellenanordnung (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, - mit einem entlang einer Strömungsrichtung (F) von Luft (L) durchströmbaren Lufttrakt (27), in welchem eine Brennstoffzelle (28) und ein Befeuchter (29) zum Befeuchten einer der Brennstoffzelle (28) zugeführten Luft (L) angeordnet sind, - wobei im Lufttrakt (27) ein (erster) Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche stromab der Brennstoffzelle (28) zwischen Befeuchter (29) und Brennstoffzelle (28) angeordnet ist und/oder im Lufttrakt (27) ein (zweiter) Wasserabscheider (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche stromab des Befeuchters (29) angeordnet ist.Fuel cell arrangement (2), in particular for a motor vehicle, - With an air duct (27) through which air (L) can flow along a flow direction (F), in which a fuel cell (28) and a humidifier (29) for humidifying an air (L) supplied to the fuel cell (28) are arranged, - wherein a (first) water separator (1) according to one of the preceding claims is arranged in the air duct (27) downstream of the fuel cell (28) between the humidifier (29) and the fuel cell (28) and / or a (second) in the air duct (27) Water separator (1) according to one of the preceding claims is arranged downstream of the humidifier (29).
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