DE102021120962A1 - Abscheider - Google Patents

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Peter Baumgartl
Stefan Müller
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SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
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SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/003Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions including coalescing means for the separation of liquid

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Abscheider, umfassend ein Gehäuse (4) mit einem Einlass (6), ausgebildet zum Einleiten eines Fluidstroms (14) in das Gehäuse (4), einem ersten Auslass (8), ausgebildet zum Ausleiten des Fluidstroms (14) aus dem Gehäuse (4), und einem zweiten Auslass (10), ausgebildet zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom (14) abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse (4), wobei der zweite Auslass (10) ein Fluidauslassventil (12) umfasst, wobei dem zweiten Auslass (10) zudem ein Filterelement (16) und ein Wärmeüberträgerelement (18) zum Leiten von Wärme aus dem Fluidstrom (14) zum zweiten Auslass (10) zugeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abscheider gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus der Praxis sind Abscheider und insbesondere Wasserabscheider bekannt, die ein Gehäuse umfassen. Diese Abscheider können beispielsweise mit einer Brennstoffzelle gekoppelt werden und/oder in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet werden. Das Gehäuse weist einen Einlass auf, über welchen ein Fluidstrom in das Gehäuse eingeleitet werden kann. Über einen Auslass im Gehäuse wird der Fluidstrom nach dem Abscheiden im Gehäuse wieder aus dem Gehäuse ausgeleitet. Zudem ist ein weiterer Auslass vorhanden zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse. Abscheidungen können beispielsweise Wasser und/oder ein Gas sein, beispielsweise Stickstoff.
  • Problematisch ist jedoch Wasser, welches sich im Gehäuse nach Betriebsabschaltung ansammelt. Das Wasser entsteht dadurch, dass nach dem Abschalten weiterer Wasserdampf im Gehäuse kondensiert und sich im Bereich des weiteren Auslasses oder Fluidauslasses sammelt. Bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes kommt es dazu, dass dieses Wasser gefriert und den weiteren Auslass verschließt oder sogar ein entsprechendes Ventil einfrieren kann. Das führt somit dazu, dass bei einem erneuten Starten keine Abscheidung und kein Fluid abgelassen werden kann bis zum Auftauen des Eises oder des Ventils. Insbesondere führt das ansteigende Wasser, das aufgrund der Vereisung noch nicht ausgelassen werden kann, dazu, dass das Gehäuse vollläuft und sogar überlaufen kann. Das Wasser kann in den Rezirkulationskreislauf gesaugt oder gespült werden. Um dies zu verhindern und einen kritischen Wert zu überwachen, bedarf es üblicherweise einer Füllstandsensorik.
  • Bislang waren Gehäuse mit lediglich einem einzigen Auslass zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse nicht oder kaum realisierbar. Auf ein separates Gasauslassventil konnte daher nicht verzichtet werden. Bis nämlich der Auslass zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom abgeschiedenen Abscheidungen eisfrei ist, um dann auch Gas auszuleiten, übernahm ein im Gehäuse hoch angeordnetes und eisfreies Gasauslassventil zumindest das Ausleiten von Gas aus dem Gehäuse. So konnte ein kritisches Ansteigen von gasverursachtem Innendruck im Gehäuse verhindert werden. Ein separates Gasauslassventil ist jedoch in der Herstellung kostspielig und bedarf einer entsprechenden Konstruktion und Montage des Gehäuses am Fahrzeug.
  • Bislang werden aktive Heizelemente verwendet, zumeist Widerstandsheizelemente, um das Eis am weiteren Auslass aufzutauen. Dieser Ansatz verwendet jedoch erhebliche Zusatzenergie, führt zu einer größeren Menge an Bauteilen und reduziert die Effizienz der Brennstoffzelle, da bislang ein Teil der generierten elektrischen Energie für das Heizen und Auftauen verwendet wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Abscheider zu schaffen, welcher nach dem Starten schnellstmöglich ein Abführen von Abscheidungen, insbesondere von fluiden Abscheidungen, aus seinem Gehäuse ermöglicht und dabei die Probleme des Standes der Technik überwindet.
  • Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.
  • Erfindungsgemäß ist daher ein Abscheider geschaffen, insbesondere Wasser-Gas-abscheider, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass, ausgebildet zum Einleiten eines Fluidstroms in das Gehäuse, einem ersten Auslass, ausgebildet zum Ausleiten des Fluidstroms aus dem Gehäuse, und einem zweiten Auslass, ausgebildet zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse, wobei der zweite Auslass ein Fluidauslassventil umfasst, wobei dem zweiten Auslass zudem ein Filterelement und ein Wärmeüberträgerelement zum Übertragen von Wärme aus dem Fluidstrom zum zweiten Auslass zugeordnet sind.
  • Die Erfindung schlägt somit die Kombination aus einem Filterelement und einem Wärmeüberträgerelement am zweite Auslass vor. Diese Lösungen dient zu Betriebsbeginn dem schnellstmöglichen Auftauen gefrorenen Wassers am zweiten Auslass, um den zweiten Auslass und das Filterelement ebenfalls frei und durchströmbar zu machen. Das Filterelement selbst dient dem Fernhalten von Verunreinigungen von dem Fluidauslassventil, jedoch ist dessen Funktion von Eis ebenso beeinflusst, wie ein vereistes Fluidauslassventil. Verunreinigung im Fluidauslassventil können dessen Funktionalität beeinflussen, insbesondere zu Leckagen führen.
  • Das Wärmeüberträgerelement kann ein zum Gehäuse separates Element sein. Das Wärmeüberträgerelement kann einends im oder benachbart zum Fluidstrom angeordnet sein, um dort die Wärme des Fluidstroms aufzunehmen und zum zweiten Auslass und/oder Fluidauslassventil zu übertragen. Der in das Gehäuse eingeleitete Fluidstrom führt thermische Energie. Zwar wirkt diese thermische Energie auf das gefrorene Wasser ein, jedoch lediglich an dessen Oberfläche, die mitunter weit entfernt vom zweiten Auslass liegen kann. Ohne Wärmeüberträgerelement würde dann zunächst nur die wärmebeaufschlagte Oberfläche des gefrorenen Wassers geschmolzen werden, welches anschließend wie ein Isolator fungiert und somit das Schmelzen des restlichen Eises verlangsamt. Die thermische Energie des Fluidstroms kann jedoch aufgrund des erfindungsgemäßen Wärmeüberträgerelements auch zur Erwärmung desselben führen. Das Wärmeüberträgerelement kann die Wärme aus dem Fluidstrom unmittelbar und zielgerichtet durch sich hindurch zum zweiten Auslass übertragen. Dadurch wird der zweite Auslass und/oder das Fluidauslassventil freigeschmolzen, durch welches die gasförmigen Abscheidungen und/oder flüssigen Abscheidungen aus dem Gehäuse abgelassen werden können. Es ist daher bei Nutzung des Wärmeüberträgerelements zur Verwirklichung einer schnellstmöglichen Abführmöglichkeit aus dem Gehäuse nicht mehr erforderlich das komplette gefrorene Wasser bis hin zum zweiten Auslass zu schmelzen.
  • Der Einlass im Gehäuse kann ein Einlass für einen Fluidstrom aus Rezirkulationsgas (Wasserstoffstickstoff-Wasser (Tröpfchen)-Gemisch) aus einer Brennstoffzelle sein. Der erste Auslass kann ein Auslass zur Rückführung des Rezirkulationsgases zur Brennstoffzelle sein, damit der nicht verwertete Wasserstoff wiederverwertet werden kann. Der zweite Auslass kann ein Fluidauslass sein, um das angesammelte Wasser und das Gas aus dem Gehäuse abzulassen. Der zweite Auslass kann, bezogen auf eine Einbaulage, im tiefstliegenden Bereich des Gehäuses angeordnet sein, um das Wasser dort mittels Schwerkraft zu sammeln und auszuleiten. Das Abscheiden im Gehäuse kann beispielsweise mittels Prallabscheidung erfolgen, wobei hier die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms unter einen bestimmten Wert erfolgt.
  • Die Erfindung weist neben den oben beschriebenen Vorteilen den weiteren Vorteil auf, wonach eine Kostenreduzierung eines zugeordneten Brennstoffzellensystems erfolgen kann. Insbesondere können durch die Erfindung die Anzahl von benötigten Bauteilen reduziert werden, da sich der Abscheider selbst erwärmt, um eisfrei zu werden. Es kann zudem auf Füllstandsensorik und/oder Überdrucksensorik verzichtet werden, die bislang nötig war, um einen kritischen Füllstand und/oder einen kritischen Innendruck im Gehäuse zu überwachen, da das Fluidauslassventil funktionsfähig ist, bevor ein kritischer Innendruck und/oder eine kritisch Füllstandshöhe erreicht ist/sind.
  • Für die Erwärmung des Wärmeüberträgerelements kann „benachbart zum Fluidstrom“ bedeuten, dass das Wärmeüberträgerelement einends so zu einem den Fluidstrom umgebenden Fluidstrombereich angeordnet ist, dass dessen thermische Energie mittelbar oder unmittelbar das Wärmeüberträgerelement erwärmt, vorzugsweise überwiegend. Der Fluidstrombereich kann beispielsweise ellipsoid um den Fluidstrom herum sein mit geometrischen Brennpunkten im Bereich des Ein- und ersten Auslasses.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Gehäuse frei von einem separaten Gasauslassventil sein. Ein solches ist im Stand der Technik üblicherweise als zusätzliches Auslassventil vorhanden, um zu Betriebsbeginn bei noch vereistem und nicht funktionsfähigem Flüssigkeitsauslassventil zumindest das Gas aus dem Gehäuseinnenraum abzulassen. Dadurch wurde ein kritischer Innendruck vermieden. Da jedoch die Erfindung dazu führt, dass der dann einzige Fluidauslass nahezu bei Betriebsbeginn funktionsfähig eisfrei ist, bedarf es keinem zusätzlichen Gasauslassventil zur Verhinderung eines kritischen Innendrucks.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Filterelement einen Ventileinlass des Fluidauslassventils überdecken und/oder direkt an dem Fluidauslassventil anliegen. Das Fluidauslassventil umfasst einen Ventileinlass, vorzugsweise einen einzigen Ventileinlass, welcher eine fluidische Verbindung mit dem Gehäuseinnenraum herstellt. Das Überdecken dieses Ventileinlasses vermeidet Bypässe, über welche ungefiltertes Fluid in das Fluidauslassventil gelangen kann. Abscheidungen müssen somit zunächst das Filterelement passieren, um im Anschluss daran durch den Ventileinlass aus dem Gehäuseinnenraum abgeführt zu werden. Das Filterelement kann direkt am Fluidauslassventil anliegen, vorzugsweise im Bereich des Ventileinlasses und/oder stirnseitig des Fluidauslassventils, wo der Ventileinlass angeordnet ist, und/oder an einem Zylinderabschnitt des Fluidauslassventils, wobei sich durch den Zylinderabschnitt der Ventileinlass erstrecken kann. In diesen Fällen kann das Filterelement selbst als zusätzliches Wärmeleitelement dienen und Wärme an das Fluidauslassventil abgeben, um ein Aufschmelzen von Eis im Bereich des Ventileinlasses zu beschleunigen. Das direkte Anliegen und die Wärmeleitung durch mechanische Berührung vermeidet in vorteilhafter Weise eine Temperaturisolation zwischen Filterelement und Fluidauslassventil.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Filterelement einen hohlzylindrischen Grundkörper aufweisen, welcher umfangsseitig ein Filtermedium aufweisen kann. Da zylindrische Körper eine große Umfangsfläche aufweisen können, kann diese in vorteilhafter Weise verwendet werden, um dort das Filtermedium in ebenfalls großer Fläche anzuordnen. Dadurch kann eine Durchflussmenge erhöht werden. Als Filtermedium sind diverse Materialien und Geometrien denkbar, beispielsweise ein Netz oder ein Gewebe. Das Filtermedium und/oder das Filterelement kann/können alternativ oder zusätzlich aus Kunststoff und/oder rostfreiem Metall gebildet sein, beispielsweise Stahl, beispielsweise VA-Stahl. Insbesondere Filtermedien und/oder Filterelemente aus VA-Stahl sind gegenüber einer breiten Vielfalt von Flüssigkeiten und Gasen korrosionsbeständig. Das Filtermedium und/oder das Filterelement kann/können alternativ oder zusätzlich aus einem porösen Material gebildet sein, beispielsweise als Sinterfilter ausgeführt sein. Ohne Verformung oder Abnutzen können Sinterfilter unter hohen Temperatur- und Druckbedingungen eingesetzt werden. Dank ihrer erhöhten Steifigkeit verhalten sich Sinterfilter wie selbsttragende Strukturelemente. Das Filterelement selbst kann daher kleiner bauen und Bauraum sparen.
  • Das Filtermedium kann sich umfangsseitig über eine Winkelweite im Bereich 90° bis 360° erstrecken, bezogen auf die Zentrallängsachse des hohlzylindrischen Grundkörpers. Dadurch ist ein großes durchströmbares Filtermedium geschaffen. Sofern nicht der volle Umfang für das Filtermedium vorgesehen ist, kann sich das Filterelement in diesem Bereich selbst abstützen und/oder ein anderes Bauteil abstützen, beispielsweise das Wärmeüberträgerelement. Vorteilhaft kann sich das Filterelement gegen das Fluidauslassventil abstützen, vorzugsweise ausschließlich gegen das Fluidauslassventil. Dadurch kann eine Wärme des Filterelements das Fluidauslassventil auftauen und geht nicht an ein anderes Bauteil verloren.
  • Stirnseitig kann das Filterelement den Ventileinlass des Fluidauslassventils übergreifen. Da die Stirnseite des Filterelements eben ausgestaltet sein kann und die Stirnseite des Fluidauslassventils, wo der Ventileinlass angeordnet sein kann, ebenfalls eben ausgestaltet sein kann, müssen keine komplizierten Geometrieanpassungen beim Filterelement und/oder Fluidauslassventil vorgenommen werden. Zudem ist ein Abdichten zwischen beiden Bauteilen erheblich vereinfacht. Das Filterelement kann beispielsweise einen Zylinderabschnitt des Fluidauslassventils umgreifen, wobei eine Abdichtung zwischen Filterelement und Fluidauslassventil umfangsseitig des Zylinderabschnitts erfolgen kann.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Filterelement, und/oder dessen Grundkörper und/oder das Filtermedium aus einem Nichteisenmetall oder rostfreiem Stahl gefertigt sein und/oder einen Wärmeleitkoeffizienten λ im Bereich von 40 W/(m*K) bis 400 W/(m*K) aufweisen. Als besonders vorteilhaftes Material hat sich beispielsweise eine Aluminiumlegierung erwiesen, da sie neben einer geeigneten Leitfähigkeit zudem leicht und einfach zu verarbeiten ist, jedoch auch Kupferlegierungen weisen diese Eigenschaften auf. Dadurch sind diese Bauteile selbst schnell erwärmbar und eisfrei zu machen und können die Wärme auch an weitere Bauteile abgeben, beispielsweise an das Fluidauslassventil.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann sich das Wärmeüberträgerelement in das Filterelement hinein erstrecken, vorzugsweise durch eine Stirnseite des Filterelements. Dadurch können der Filterinnenraum und das Filterelement von innen her erwärmt werden, vorzugsweise per Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung. Das Wärmeüberträgerelement kann sich durch diejenige Stirnseite des Filterelements hindurch erstrecken, welche der Stirnseite des Filterelements am Ventileinlass gegenüberliegt. Dadurch kann eine einfache Anordnung und einfache konstruktive Ausgestaltung ermöglicht werden. Denkbar ist, dass das Filterelement über seine Stirnseite direkt am Wärmeüberträgerelement anliegt, um so eine Wärmeleitung vom Wärmeüberträgerelement in das Filterelement zu ermöglichen.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann sich das Wärmeüberträgerelement von dem zweiten Auslass in einen Zwischenbereich zwischen Einlass und erstem Auslass erstrecken. Das Wärmeüberträgerelement kann eine längliche Grundform aufweisen, um Verwirbelungen des Fluidstroms zu vermeiden. In vorteilhafter Weise kann das Wärmeüberträgerelement die in dem Zwischenbereich vorhanden Wärme oder Wärmeenergie aufnehmen und zum zweiten Auslass leiten und dort abgeben. Mit Vorteil kann das Wärmeüberträgerelement einends nicht im Bereich des Einlasses angeordnet sein, um dort erwärmt zu werden. Bereits abgelagerte Wassertröpfchen könnten dann nämlich erneut in den Rezirkulationskreis gelangen, wobei der Fluidstrom im Gehäuse ein Teil des Rezirkulationskreises sein kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Wärmeüberträgerelement einen Flachstababschnitt und einen Rundstababschnitt aufweisen. Die Abschnitte können unmittelbar aneinander angrenzen, um eine möglichst einfache Geometrie zu realisieren. Der Flachstababschnitt kann dem Fluidstrom zugewandt oder dem zweiten Auslass abgewandt sein, um dort durch seine flache Ausführung eine große Fläche zur Wärmeaufnahme und zum Wärmeeintrag zu realisieren. Zudem führt die flache Ausführung zur Vermeidung von unerwünschten Verwirbelungen des Fluidstroms. Der Rundstababschnitt kann dem Fluidstrom abgewandt oder dem zweiten Auslass zugewandt sein, um dort durch seine runde oder zylindrische Ausführung eine gleichmäßige Fläche zur Wärmeabgabe und zur Wärmeauskopplung zu realisieren. Zudem kann der Rundstababschnitt in einfacher Weise in das Filterelement eingeführt werden, vorzugsweise durch eine Stirnseite des Filterelements. Sodann kann das Filterelement ohne bestimmte Orientierung bezüglich seiner Stirnseite ausgebildet sein, durch welche das Wärmeüberträgerelement mit dem Rundstababschnitt ragen kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann die Umfangsfläche des Wärmeüberträgerelements an dem Filterelement anliegen. Dadurch kann eine Wärmeleitung durch mechanische Berührung erfolgen. Vorteilhaft ist, dass dabei keine Wärmeenergie verloren geht. Denkbar ist, dass derjenige Abschnitt des Filterelements am Wärmeüberträgerelement anliegt, welcher kein Filtermedium umfasst. Die Winkelweite des Anlageabschnitts des Filterelements kann in einem Querschnitt 360°abzüglich der Winkelweite des Filtermediums betragen. Dadurch ist eine große Anlagefläche realisiert, um Wärme in das Filterelement einzuleiten. Die Bereiche des Filtermediums, die benachbart zum Anlageabschnitt angeordnet sind, können dann schnell aufgewärmt und enteist werden. Beispielsweise kann bei einem Sinterfilter die Winkelweite des Filtermediums 360°bezogen auf die Zentrallängsachse betragen. Sodann kann der Anlageabschnitt vom Filtermedium selbst ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Wärmeüberträgerelement ein Wärmerohr sein, vorzugsweise eine Heatpipe oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon. Die Heatpipe kann eine Kapillar-Heatpipe sein. Derartige Wärmerohre eignen sich aufgrund ihrer speziellen Funktionsweise ganz besonders für den vorliegenden Anwendungsfall. Sie können die Wärme des Fluidstroms mit einer Verdampfungszone aufnehmen und zwar in einem Bereich des Gehäuses, der üblicherweise nicht vereist ist. Diese Wärme können sie dann entlang ihrer Längsrichtung in eine Kondensationszone leiten, um sie dort auszukoppeln. Dort ist dann das zu schmelzende Eis vorhanden. Im Gegensatz beispielsweise zu einem Metallblech zur Wärmeleitung weist ein Wärmerohr einen erheblichen Vorteil auf. Während ein Metallblech entlang seiner Längsrichtung erst aufwärmen und durchwärmen muss und dadurch entlang seiner Längsachse auch bei der Erwärmung Wärme und Wärmeenergie abgibt und verliert, um die einends aufgenommene Wärme dann auch anderenends abzugeben, gibt ein Wärmerohr die Wärme ganz gezielt nur in der Kondensationszone ab. Diese Kondensationszone ist beliebig platzierbar. Ein Wärmeverlust auf dem Transport von der Verdampfungszone, die dem Fluidstrom zugewandt oder dem zweiten Auslass abgewandt ist, hin zur Kondensationszone, welche dem Fluidstrom abgewandt oder dem zweiten Auslass zugewandt ist, ist somit vermieden oder zumindest erheblich reduziert. Die Wärme wird folglich aus dem Fluidstrom des Rezirkulationskreises aufgenommen und bis zum Fluidauslassventil geleitet. Der Wärmewiderstand eines Wärmerohres ist zudem wesentlich kleiner als eines Festkörpers, wie eines Metallbleches, gleicher Abmessung.
  • Der erhebliche Vorteil einer Heatpipe ist die Fähigkeit, Wärme mit einer vergleichsweise geringen Temperaturdifferenz zu übertragen. Bei dem Vergleich mit einem Festkörper wird dieser Unterschied deutlich. Die Heatpipe benötigt nur einen Bruchteil der Temperaturdifferenz als treibendes Temperaturgefälle. Diese Eigenschaft wird üblicherweise als Effektivität bezeichnet. Das Fluidauslassventil und das Filterelement können somit sehr schnell eisfrei gemacht werden und die aus dem Fluidstrom abgeschiedenen Abscheidungen können gefiltert aus dem Gehäuse ausgeleitet werden.
  • In der Heatpipe ist ein Arbeitsmedium vorhanden, welches bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft, da der Druck in der Heatpipe sehr klein sein kann (ca. 0,008 bar). Nimmt die Heatpipe durch Wärmeeintrag in der Verdampfungszone eine höhere Temperatur an, steigt der Druck entsprechend einer Dampfdruckkurve. Wenn nun an einer anderen beliebigen Stelle der Heatpipe, beispielsweise der Kondensationszone, durch Wärmeauskopplung eine niedrigere Temperatur entsteht, führt dies an dieser Stelle zu einer sogenannten Taupunktunterschreitung mit sofortigem Anfall eines Kondensats. Der Druck an dieser Stelle sinkt entsprechend der Temperatur ab. Der Dampf in der Heatpipe strömt, dem Druckgefälle folgend, zu der kälteren Stelle. Das Kondensat fließt durch Schwerkraft angetrieben und/oder durch Kapillarkräfte der Heatpipe zurück zum Ort des Verdampfens in die Verdampfungszone. Da sich die dampfförmige Phase und die flüssige Phase des Arbeitsmediums im gleichen geschlossenen Volumen befinden, ergibt sich ein Nassdampfgebiet. Das hat zur Folge, dass sich bei einer bestimmten Temperatur im Wärmerohr oder der Heatpipe immer eine bestimmte dazugehörige Temperatur einstellt. Da die Druckunterschiede in Wärmerohren meist sehr gering sind (wenige Pascal), sind auch die Temperaturunterschiede sehr gering (wenige Kelvin), d. h. die sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungszone und Kondensationszone kann gering sein. Ein Wärmerohr besitzt daher einen sehr geringen Wärmewiderstand. Die Heatpipe kann eine Wärmemenge ohne jegliche Hilfsenergie übertragen.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann die Verdampfungszone im Flachstababschnitt und/oder die Kondensationszone im Rundstababschnitt angeordnet sein. Die Kondensationszone kann sich von dem Fluidauslassventil durch das Filterelement hindurch erstrecken und erst außerhalb des Filterelements enden.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Wärmeüberträgerelement entlang seiner Längsrichtung eine Biegung aufweisen, wobei die Biegung einen eingeschlossenen Winkel von größer 90°aufweist, vorzugsweise größer als 110°. Dadurch kann sich das Wärmeüberträgerelement durch das Gehäuse erstrecken zu dem Fluidauslassventil, wobei durch die Biegung ein kleines Gehäuse und/oder komplexe Geometrien des Gehäuses realisierbar sind. Zu kleine Winkel oder Biegungsradien können das Innenleben des Wärmeüberträgerelements, insbesondere einer Kapillar-Heatpipe, beschädigen. Eine Biegung von Wärmeüberträgerelementen, insbesondere von Heatpipes, um sehr kleine eingeschlossene Winkel kann den Wirkungsgrad verringern bzw. führt zur Wirkungslosigkeit. Hier besteht somit eine zusätzliche Abhängigkeit zur Einbaulage. Die Biegung kann einen sich in Einbaulage des Abscheiders horizontal erstreckenden Horizontalabschnitt des Wärmeüberträgerelements mit einem sich in Einbaulagen des Abscheiders vertikal erstreckenden Vertikalabschnitt des Wärmeüberträgerelements verbinden. Dadurch kann sich das Wärmeüberträgerelement zwischen dem zweiten Auslass, der bezogen auf die Einbaulagen im tiefstliegenden Bereich des Gehäuses angeordnet ist, mit dem Fluidstrom verbinden. Die Biegung kann im Bereich des Flachstababschnitts ausgebildet sein. Der Horizontalabschnitt kann den Rundstababschnitt umfassen oder davon gebildet sein. Dadurch kann das Fluidauslassventil derart am Gehäuse angeordnet werden, dass in entsprechender Einbaulage Flüssigkeit schwerkraftbedingt dort zusammenfließt. Der Vertikalabschnitt kann den Flachstababschnitt umfassen oder davon gebildet sein.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann die Heatpipe eine Kapillar-Heatpipe sein. Die Kapillar-Heatpipe kann eine Sinter-Innenbeschichtung, ein Drahtgeflecht oder/oder eine Rillenstruktur umfassen, so dass mittels Kapillarwirkung das Verdampfungsmedium durch die Sinter-Innenbeschichtung, das Drahtgeflecht oder/oder die Rillenstruktur fließt und die Wärme transportiert. Diese inneren Strukturen führen jeweils dazu, dass die Einbaulage nahezu keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat. Hingegen hängt bei sogenannten Nicht-Kapillar-Heatpipes der Wirkungsgrad von der Einbaulage ab, da sich mit der Abweichung von der geeigneten Einbaulage der Wirkungsgrad verringert.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Wärmeüberträgerelement aus einem Nichteisenmetall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, oder rostfreiem Stahl gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann als Verdampfungsmedium Methanol sein oder umfassen. Die Hülle des Wärmeüberträgerelements besteht in vorteilhafter Weise aus einem dünnwandigen möglichst gut wärmeleitenden Material. Dies ist vorzugsweise Aluminium oder Kupfer, es kann jedoch auch Edelstahl, Keramik oder sogar Glas sein. Die Metalle stehen einer entsprechenden Legierung gleich. Das Verdampfungsmedium bzw. Arbeitsmedium ist in vorteilhafter Weise Methanol. Methanol weist eine geeignete Arbeitstemperatur im Bereich von -45°C bis 120°C auf, so dass es sich ganz besonders für den Einsatz in einem Abscheider eignet.
  • Es hat sich gezeigt, dass auch die geeignete Kombination aus Verdampfungsmedium und Material des Wärmeüberträgerelements Vorteile bringt. Im unteren Temperaturbereich, so wie bei dem Abscheider zu Betriebsbeginn, eignet sich ein Wärmeüberträgerelement aus Kupfer, da das Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und zudem leicht kaltverformbar, korrosionsbeständig und langzeitstabil ist. Durch die Kombination mit Methanol ergibt sich daher ein sehr geeignetes Wärmeüberträgerelement.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders kann das Wärmeüberträgerelement keine direkte Verbindung zum Fluidauslassventil aufweisen und/oder indirekt über das Filterelement mit dem Fluidauslassventil verbunden sein und/oder sich das Wärmeüberträgerelement in das Fluidauslassventil hinein erstrecken, vorzugsweise in einen Ventileinlass. Die vom Wärmeüberträgerelement ausgekoppelte Wärme kann daher genutzt werden, um zunächst den Filterinnenraum aufzutauen. Bei einem direkten Anliegen am Fluidauslassventil könnte dieses aufgrund der eigenen ggf. großen Masse eine große Menge der ausgekoppelten Wärme aufnehmen, was zu einer verlängerten Enteisungszeit des Filterinnenraums führen würde.
  • Für den Fall, dass sich das Wärmeüberträgerelement nicht in das Fluidauslassventil hinein erstreckt, kann zwischen dem Fluidauslassventil oder dem Ventileinlass und dem Wärmeüberträgerelement ein Abstand im Bereich von 1 mm bis 5 mm ausgebildet sein. Dieser Abstand ist groß genug, um im Betrieb das Fluid sicher auszuleiten und zugleich klein genug, um keine zu große Eisschicht entstehen zu lassen. Der Ventileinlass kann in diesem Fall einen Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 10 mm aufweisen. Diese Maße haben sich als geeignet erwiesen, um einen ausreichend großen Ausflussdurchmesser bei gleichzeitig möglichst kleinem einfrierendem Bereich zu gewährleisten. Wäre das Wärmeüberträgerelement näher am Fluidauslassventil angeordnet, könnte es den Ventileinlass dichtend überdecken.
  • Für den Fall, dass sich das Wärmeüberträgerelement in das Fluidauslassventil hinein erstreckt, kann auch der Ventileinlass vor Ort enteist werden. Das Wärmeüberträgerelement kann sich beispielsweise in den Ventileinlass bis kurz von eine Dichtstelle erstrecken, wobei auch hier ein Abstand im Bereich von 1 mm bis 5 mm ausgebildet sein kann. Zwischen dem Innenumfang des Ventileinlasses und dem Außenumfang des Wärmeüberträgerelements kann ein Radialabstand im Bereich von 1 mm bis 5 mm ausgebildet sein. Dieser Abstand ist groß genug, um im Betrieb das Fluid sicher auszuleiten und zugleich klein genug, um keine zu große Eisschicht entstehen zu lassen. Der Ventileinlass kann auch in diesem Fall einen Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 10 mm aufweisen. Diese Maße haben sich als geeignet erwiesen, um einen ausreichend großen Ausflussdurchmesser bei gleichzeitig möglichst kleinem einfrierendem Bereich zu gewährleisten.
  • Gemäß einer denkbaren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abscheiders können der sich in den Ventileinlass des Fluidauslassventils hinein erstreckende Abschnitt des Wärmeüberträgerelements und der Ventileinlass koaxial zueinander ausgerichtet sein. Sie haben also eine gemeinsame Achse. Dadurch kann das Wärmeüberträgerelement den Ventileinlassinnenraum gleichmäßig enteisen.
  • Denkbar ist des Weiteren eine Baugruppe, umfassend ein Fluidauslassventil und ein Wärmeüberträgerelement nach der Offenbarung. Die bereits oben bezüglich des Abscheiders beschriebenen Vorteile ergeben sich analog auch für die Baugruppe, worauf hiermit verwiesen wird.
  • Denkbar ist des Weiteren eine Verwendung eines Wärmeüberträgerelements in einem Abscheider nach dieser Offenbarung zum Transportieren der Wärme aus dem Bereich zumindest des Einlasses und/oder des ersten Auslasses und/oder dessen Zwischenbereich zum zweiten Auslass. Die bereits oben bezüglich des Abscheiders beschriebenen Vorteile ergeben sich analog auch für die Verwendung, worauf hiermit verwiesen wird.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
    • 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abscheiders erster Ausführung,
    • 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abscheiders zweiter Ausführung,
    • 3 eine Detailansicht eines zweiten Auslasses nach 2,
    • 4 eine Detailansicht eines zweiten Auslasses gemäß einer weiteren Ausführung und
    • 5 eine Schnittansicht durch ein Filterelement.
  • In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Bereits beschriebene Merkmale werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben und sind auf alle Elemente mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen anwendbar, sofern nicht explizit ausgeschlossen. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Seitenansicht eines Abscheiders 2 in Einbaulage. Der Abscheider 2 wird im Kontext eines Brennstoffzellensystems beschrieben. Mittel einer Prallabscheidung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildet.
  • Der Abscheider 2 umfasst ein Gehäuse 4 aus Kunststoff, welches zweiteilig aus einem ersten Gehäuseteil 40 und einem zweiten Gehäuseteil 42 ausgeführt ist, wobei das erste Gehäuseteil 40 auch als Deckel bezeichnet werden kann. Das zweite Gehäuseteil 42 ist in 2 ausgeblendet. Die Gehäuseteile 40, 42 umfassen jeweils einen umlaufenden Flansch 44, über welche beide Gehäuseteile 40, 42 miteinander verschraubt sind. Im zweiten Gehäuseteil 42 ist im Flansch 44 eine umlaufende Nut ausgebildet, die einen Dichtungsring aufnimmt, welcher am Flansch 44 des ersten Gehäuseteils 40 anliegt und über welchen der Gehäuseinnenraum 50 gegenüber einer Umgebung abgedichtet ist.
  • Das erste Gehäuseteil 40 weist einen Einlass 6 auf, welcher ausgebildet ist zum Einleiten eines Fluidstroms 14 in das Gehäuse 4. Der Fluidstrom 14 kann Teil eines Rezirkulationskreises des Brennstoffzellensystems sein. Das erste Gehäuseteil 40 weist zudem einen ersten Auslass 8 auf, der ausgebildet ist zum Ausleiten des Fluidstroms 14 aus dem Gehäuse 4. Der Einlass 6 und der erste Auslass 8 sind in der gleichen Seitenwand des ersten Gehäuseteils 40 ausgebildet und parallel zueinander ausgerichtet. Zwischen Einlass 6 und erstem Auslass 8 bildet sich ein Zwischenbereich 26 aus, durch welchen der Fluidstrom 14 verläuft.
  • Das Gehäuse 4 weist im zweiten Gehäuseteil 42 einen zweiten Auslass 10 auf, welcher ausgebildet ist zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom 14 abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse 4. Der zweite Auslass 10 umfasst ein Fluidauslassventil 12 mit einer wahlweise zu öffnenden und zu schließenden Dichtstelle 15, welches ein Auslassen von Fluiden aus dem Gehäuseinnenraum 50 zulässt. Eine Auslassöffnung 30 verbindet den Gehäuseinnenraum 50 mit dem zweiten Auslass 10.
  • Das Gehäuse 4 weist in der in 2 gezeigten Ausführung (in 1 nicht) im zweiten Gehäuseteil 42 zudem einen dritten Auslass 11 auf, welcher ausgebildet ist zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom 14 abgeschiedenen Gasen aus dem Gehäuse 4. Der dritte Auslass 11 umfasst ein Gasauslassventil 13, welches ein Auslassen von Gas aus dem Gehäuseinnenraum 50 ermöglicht. Eine Auslassöffnung 32 verbindet den Gehäuseinnenraum 50 mit dem dritten Auslass 11. In Einbaulage verlaufen Einlass 6 und erste Auslass 8 in etwa horizontal und das Gasauslassventil 13 ist oberhalb des Fluidauslassventils 12 angeordnet. Das Fluidauslassventil 12 ist und die Auslassöffnung sind, bezogen auf die gezeigte Einbaulage, im tiefstliegenden Bereich des Gehäuses 4 angeordnet, um das Wasser dort mittels Schwerkraft zu sammeln und auszuleiten. Das Fluidauslassventil 12 weist gehäuseinnenraumseitig einen Zylinderabschnitt 34 auf, durch welchen sich ein Kanal des gehäuseinnenraumseitigen Ventileinlasses 20 erstreckt. Der Ventileinlass 20 stellt eine fluidische Verbindung mit dem Gehäuseinnenraum 50 her. Außenumfangsseitig dichtet der Zylinderabschnitt 34 gegenüber einer Fluidauslassventilkavität 54 mittels Dichtung 55 als O-Ring ab.
  • Das Gehäuse 4 weist eine Fluidauslassventilkavität 54 auf, in welcher das Fluidauslassventil 12 angeordnet ist, und eine Gasauslassventilkavität 53 auf, in welcher das Gasauslassventil 13 angeordnet ist. Grundsätzlich kann auf das separate Gasauslassventil 13 jedoch verzichtet werden. Über die Auslassöffnungen 30, 32 sind die Kavitäten 53, 54 mit dem Gehäuseinnenraum 50 verbunden.
  • Dem zweiten Auslass 10 ist ein Filterelement 16 zugeordnet. Das Filterelement 16 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 22 mit zwei Stirnseiten auf, welcher umfangsseitig ein Filtermedium 24 aufweist. Der Grundkörper 22 begrenzt einen Filterinnenraum Das Filtermedium 24 ist entlang des ganzen Umfangs angeordnet, also über eine Winkelweite von 360°,bezogen auf die Zentrallängsachse des hohlzylindrischen Grundkörpers 22. Einends stirnseitig übergreift das Filterelement 16 den Ventileinlass 20 des Fluidauslassventils 12 dichtend und liegt direkt an dem Fluidauslassventil 12 an. Das Filterelement 16 umgreift auch den Zylinderabschnitt 34 des Fluidauslassventils 12.
  • Dem zweiten Auslass 10 ist zudem ein zum Gehäuse 4 separates Wärmeüberträgerelement 18 mit länglicher Grundform in der Ausführung als Heatpipe 28 mit innerer Kapillarstruktur zugeordnet. Das Wärmeüberträgerelement 18 erstreck sich zwischen dem Fluidauslassventil 12 und dem Einlass 6, wodurch das Wärmeüberträgerelement 18 einends im oder benachbart zum Fluidstrom 14 angeordnet ist, um dort die Wärme des Fluidstroms 14 aufzunehmen und zum zweiten Auslass 10 und/oder zum Fluidauslassventil 12 zu übertragen. Das Wärmeüberträgerelement 18 weist einen Flachstababschnitt 18a und einen Rundstababschnitt 18b auf, wobei zwischen diesen beiden eine Biegung 18c mit einem Biegungsradius von 120°angeordnet ist. Der Flachstababschnitt 18a ist dem Fluidstrom 14 zugewandt oder erstreckt sich in dessen Richtung und umfasst eine Verdampfungszone 28a der Heatpipe 28. Der Rundstababschnitt 18b ist dem Fluidauslassventil 12 zugewandt oder erstreckt sich in dessen Richtung und umfasst eine Kondensationszone 28b der Heatpipe 28. Die Kondensationszone 28b erstreckt sich von dem Fluidauslassventil 12 durch das Filterelement 16 hindurch und endet außerhalb des Filterelements 16. Erkennbar ist, dass die Biegung 18c einen sich in Einbaulage horizontal erstreckenden Horizontalabschnitt 18d des Wärmeüberträgerelements 18 mit einem sich in Einbaulagen vertikal erstreckenden Vertikalabschnitt 18e des Wärmeüberträgerelements 18 verbindet. Der Horizontalabschnitt 18d ist vom Rundstababschnitt 18b gebildet und der Vertikalabschnitt 18e ist vom Flachstababschnitt 18a gebildet.
  • Der Rundstababschnitt 18b erstreckt sich koaxial zum Filterelement 16 in selbiges über dessen andere Stirnseite bzw. diejenige Stirnseite des Filterelements 16 am dem Ventileinlass 20 gegenüberliegenden Ende hinein. Der Rundstababschnitt 18b und das Filterelement 16 weisen die selbe Zentrallängsachse A auf. Das Filterelement 16 liegt direkt an der Umfangsfläche des Wärmeüberträgerelements 18 an. Das Wärmeüberträgerelement 18 weist keine direkte Verbindung zum Fluidauslassventil 12 auf; es ist vielmehr indirekt über das Filterelement 16 mit dem Fluidauslassventil 12 verbunden. In den 2 und 3 erstreckt sich das Wärmeüberträgerelement 18 in das Fluidauslassventil 12 hinein, insbesondere in dessen Ventileinlass 20. Der sich in den Ventileinlass 20 des Fluidauslassventils 12 hinein erstreckende Abschnitt des Wärmeüberträgerelements 18 und der Ventileinlass 20 sind koaxial zueinander ausgerichtet. In 4 ragt das Wärmeüberträgerelement 18 hingegen nicht in das Fluidauslassventil 12 ein. Stirnseitig des Wärmeüberträgerelements 18 und umfangsseitig weist das Wärmeüberträgerelement 18 einen Abstand zum Fluidauslassventil 12 auf. Insbesondere in den 2 und 3 ist erkennbar, dass zwischen dem Innenumfang des Ventileinlasses 20 und dem Außenumfang des Wärmeüberträgerelements 18 ein Radialabstand ausgebildet ist. Das Wärmeüberträgerelement 18 weist, abgesehen von dem Anliegen an der dem Fluidauslassventil 12 abgewandten Stirnseite des Filterelements 16, auch zum Filterelement 16 einen umfangsseitigen Radialabstand auf.
  • Die Ausführungen der 3 und 4 unterscheiden sich dadurch, dass das Wärmeüberträgerelement 18 in 3 in das Fluidauslassventil 12 einragt und in 4 dort nicht einragt. Der Ventileinlass 20 kann dort einen kleineren Durchmesser aufweisen.
  • 2 zeigt, dass der Fluidpfad 14 durch den Einlass 6 in das Gehäuse 4 führt. Von dort aus führt er zum Auslass 8 und sodann erneut aus dem Gehäuse 4 heraus. Der Verlauf des Fluidpfads 14 im Gehäuse 4 ist zwar linear dargestellt, jedoch grundsätzlich von dem verwendeten System der Abscheidung abhängig und kann dann andere Verläufe im Gehäuse 4 annehmen, welche jedoch die Erfindung und deren technische Wirkung nicht beeinflussen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der gehäuseinterne Fluidpfad 14 linear dargestellt. Der Fluidpfad 14 bildet das Zentrum eines sich darum aufspannenden Fluidpfadbereichs 36, der aus Gründen der Darstellbarkeit hier Außengrenzen 60 eines räumlichen Bereichs aufweist, obgleich die Übergänge fließend sein können. Der Fluidpfadbereich 36 ist der Bereich um den Fluidpfad 14 herum, in welchem eine nennenswerte Erwärmung des Wärmeüberträgerelements 18 oder dessen Verdampfungszone 28a an dessen einem Endbereich erfolgen kann. Vorzugsweise sollte die Verdampfungszone 28a möglichst nahe am Fluidpfad 14 oder dem Hauptstrom liegen, um möglichst viel Wärme aufzunehmen, jedoch sollte er weit genug davon entfernt liegen, um keine übermäßig störenden Verwirbelungen zu erzeugen. In dem von den Außengrenzen 60 begrenzten Bereich bewegt sich hauptsächlich entlang des Fluidpfads 14 ein warmes Rezirkulationsgasgemisch. Es ist ersichtlich, dass das Wärmeüberträgerelement 18 einends im Fluidpfadbereich 36 angeordnet ist.
  • Das Auftauen des eingefrorenen und zugefrorenen Fluidauslassventils 12 und des Filterelements 16 zu Betriebsbeginn kann nun derart erfolgen, dass ein warmes Rezirkulationsgasgemisch entlang des Fluidpfads 14 in und durch das Gehäuse 4 geführt wird. Dadurch wird zum einen das Wärmeüberträgerelement 18 an seinem im Fluidpfadbereich 36 liegenden Endbereich oder der Verdampfungszone 28a. In bekannter Weise führt das Wärmeüberträgerelement 18 die Wärme in die Kondensationszone 28b am Fluidauslassventil 12 und Filterelement 16. Die Wärme aus dem Rezirkulationsgasgemisch wird durch das Wärmeüberträgerelement 18 somit in Richtung des Fluidauslassventils 12 befördert. Dort schmilzt das Eis am Fluidauslassventil 12 und Filterelement 16 sehr schnell, wodurch Gas und Fluid durch das Fluidauslassventil 12 aus dem Gehäuseinnenraum 50 ausgelassen werden können.
  • 5 zeigt einen Querschnitt durch das Filterelement 16, wobei der Normalenvektor der Querschnittsebene parallel zur Zentrallängsachse A verläuft. Im Unterschied zu den Ausführungen der 1 bis 4 liegt das Wärmeüberträgerelement 18 nun an einem Anlageabschnitt 38 des Filterelements 16 an. Der Anlageabschnitt 38 erstreckt sich in Radialrichtung, bezogen auf die Zentrallängsachse A. Der Anlageabschnitt 38 überdeckt in Umfangsrichtung diejenige Winkelweite W1, an welcher kein Filtermedium 24 angeordnet ist. Das Filtermedium 24 erstreckt sich über die Winkelweite W2, wobei W1+W2=360°.Die Bereiche des Filtermediums 24, die benachbart zum Anlageabschnitt 38 angeordnet sind, können dann schnell aufgewärmt und enteist werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von den in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Abscheider
    4
    Gehäuse
    6
    Einlass
    8
    erster Auslass
    10
    zweiter Auslass
    11
    dritter Auslass
    12
    Fluidauslassventil
    13
    Gasauslassventil
    14
    Fluidstrom
    15
    Dichtstelle
    16
    Filterelement
    18
    Wärmeüberträgerelement
    18a
    Flachstababschnitt
    18b
    Rundstababschnitt
    18c
    Biegung
    18d
    Horizontalabschnitt
    18e
    Vertikalabschnitt
    20
    Ventileinlass
    22
    Grundkörper
    23
    Filterinnenraum
    24
    Filtermedium
    26
    Zwischenbereich
    28
    Heatpipe
    28a
    Verdampfungszone
    28b
    Kondensationszone
    30
    Auslassöffnung
    32
    Auslassöffnung
    34
    Zylinderabschnitt
    36
    Fluidpfadbereich
    38
    Anlageabschnitt
    40
    erstes Gehäuseteil
    42
    zweites Gehäuseteil
    44
    Flansch
    50
    Gehäuseinnenraum
    53
    Gasauslassventilkavität
    54
    Fluidauslassventilkavität
    55
    Dichtung
    A
    Zentrallängsachse
    W1
    erste Winkelweite
    W2
    zweite Winkelweite

Claims (10)

  1. Abscheider, umfassend ein Gehäuse (4) mit einem Einlass (6), ausgebildet zum Einleiten eines Fluidstroms (14) in das Gehäuse (4), einem ersten Auslass (8), ausgebildet zum Ausleiten des Fluidstroms (14) aus dem Gehäuse (4), und einem zweiten Auslass (10), ausgebildet zum Ausleiten von aus dem Fluidstrom (14) abgeschiedenen Abscheidungen aus dem Gehäuse (4), wobei der zweite Auslass (10) ein Fluidauslassventil (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Auslass (10) zudem ein Filterelement (16) und ein Wärmeüberträgerelement (18) zum Leiten von Wärme aus dem Fluidstrom (14) zum zweiten Auslass (10) zugeordnet sind.
  2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (16) einen Ventileinlass (20) des Fluidauslassventils (12) überdeckt und/oder direkt an dem Fluidauslassventil (12) anliegt.
  3. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (16) einen hohlzylindrischen Grundkörper (22) aufweist, welcher umfangsseitig ein Filtermedium (24) aufweist.
  4. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmeüberträgerelement (18) in das Filterelement (16) hinein erstreckt, vorzugsweise durch eine Stirnseite des Filterelements (16).
  5. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmeüberträgerelement (18) von dem zweiten Auslass (10) in einen Zwischenbereich (26) zwischen Einlass (6) und erstem Auslass (8) erstreckt.
  6. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeüberträgerelement (18) einen Flachstababschnitt (18a) und einen Rundstababschnitt (18b) aufweist.
  7. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Wärmeüberträgerelements (18) an dem Filterelement (16) anliegt.
  8. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeüberträgerelement (18) ein Wärmerohr ist, vorzugsweise eine Heatpipe (28) oder ein Zwei-Phasen-Thermosiphon.
  9. Abscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeüberträgerelement (18) aus einem Nichteisenmetall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, oder rostfreiem Stahl gefertigt ist und/oder als Verdampfungsmedium Methanol ist oder umfasst.
  10. Abscheider nacheinem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeüberträgerelement (18) keine direkte Verbindung zum Fluidauslassventil (12) aufweist und/oder ausschließlich indirekt über das Filterelement (16) mit dem Fluidauslassventil (12) verbunden ist und/oder sich das Wärmeüberträgerelement (18) in das Fluidauslassventil (12) hinein erstreckt, vorzugsweise in einen Ventileinlass (20).
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