EP3717822A1 - Gas-flüssigkeitsabscheider zum abscheiden von zumindest einem flüssigen bestandteil von einem gasförmigen bestandteil - Google Patents

Gas-flüssigkeitsabscheider zum abscheiden von zumindest einem flüssigen bestandteil von einem gasförmigen bestandteil

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EP3717822A1
EP3717822A1 EP18795473.0A EP18795473A EP3717822A1 EP 3717822 A1 EP3717822 A1 EP 3717822A1 EP 18795473 A EP18795473 A EP 18795473A EP 3717822 A1 EP3717822 A1 EP 3717822A1
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EP
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gas
liquid separator
medium
recirculation pump
collecting container
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Withdrawn
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EP18795473.0A
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Michael Kurz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a gas-liquid separator for separating at least one liquid constituent from a gaseous constituent, the gas-liquid separator being integrated in a housing of a recirculation pump and a separation of at least the liquid constituent of the medium takes place, in particular for use in a fuel cell system of vehicles with a fuel cell drive.
  • gaseous fuels will also play an increasing role in the future.
  • gas flows must be controlled.
  • the gas flows are no longer controlled discontinuously as in the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and passed to an ejector unit via an inflow line of a medium-pressure line system.
  • This ejector unit leads the gas via a connecting line of a low-pressure line system to a fuel cell.
  • an exhaust gas which consists in particular of unused hydrogen and a non-active portion, in particular water and nitrogen, recirculated via a recirculation path.
  • the components H 2 O and N 2 are separated by means of the centrifugal principle from the medium by the gas-Flüsstechniksab separator. Furthermore, the medium is accelerated in the flow direction when flowing through the first and / or the second taper. In addition, as the medium flows through the bend in the direction of flow, the medium experiences such a deflection that the components H 2 O and N 2 experience a higher deflection and the light component H 2 a lower deflection due to their dimensions. In this way, the advantage can be achieved that the deposition process is improved by the gas-liquid separator in such a way that the components H 2 O and N 2 are almost completely separated from the medium, in particular from the H 2 .
  • the collecting container 12 is at the outer radius 17 of the curvature 19 arranged net.
  • the constituent H2 during the deposition process, advantageously flows out into the collecting container 12 with the H2O and N2. Since this H2 is not lost for the further energy generation process in the fuel cell system 1, a return of hh from the collecting container 12 via a suction connection 9 into the inflow channel 7 of the recirculation pump 9 is provided.
  • the collecting container 12 has a discharge valve 46 in its lower region, the discharge valve 46 being connected to a sensor 22.
  • the gas-liquid separator 2 As shown in FIG. 1, the gas-liquid separator 2 according to the first exemplary embodiment is located downstream of the compressor chamber 26 of the recirculation pump 9 in a flow direction II, the gas-liquid separator 2 being located in particular in the region of the outlet 18.
  • the pump from the high-pressure tank 27 in the intake of the jet 10 flowing and serving as a driving medium H 2 has a Druckdiffe difference to the recirculation medium, which flows into the intake, the propellant in particular a higher pressure of at least 10 bar has.
  • the jet pumping effect adjusts the recirculation medium with a low pressure and a small flow in the measure in the suction to the jet pump 10 promoted.
  • the driving medium flows with the described pressure difference and a high speed, in particular special close to the speed of sound, in the intake.
  • the driving medium hits the recirculation medium, which is already in the suction area. Due to the high velocity and / or pressure difference between the propellant and the recirculation medium, internal friction and turbulence between the media is created.

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Abstract

Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) zum Abscheiden von zumindest einem flüssigen Bestandteil, insbesondere H2O, von einem gasförmigen Bestandteil, insbesondere H2, mit einem Sammelbehälter (12), dem ein Medium zugeführt wird, wobei eine Abscheidung zumindest des flüssigen Bestandteils des Mediums in den Sammelbehälter (12) erfolgt, wobei der abgeschiedene Teil des Mediums über ein Abführventil (46) aus dem Sammelbehälter (12) abgeführt wird. Erfindungsgemäß ist dabei der Gas-Flüssigabscheider (2) in ein Gehäuse (11) einer Rezirkulationspumpe (9) integriert.

Description

Beschreibung
Titel
Gas-Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von zumindest einem flüssigen Be- standteil von einem gasförmigen Bestandteil
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Flüssigkeitsabscheider zum Ab- scheiden von zumindest einem flüssigen Bestandteil von einem gasförmigen Be- standteil, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheider in ein Gehäuse einer Rezirkulati- onspumpe integriert ist und wobei eine Abscheidung zumindest des flüssigen Be- standteils des Mediums erfolgt, insbesondere zur Anwendung in einem Brenn- stoffzellensystem von Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför- mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei- nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck- leitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brenn- stoffzelle. Von einer Brennstoffzelle wird ein Abgas, welches insbesondere aus unverbrauchten Wasserstoff und aus einem nicht aktiven Anteil, insbesondere Wasser und Stickstoff, besteht, über einen Rezirkulationspfad rezirkuliert.
Aus der DE 10 2014 220 891 A1 ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider bekannt, zum Abscheiden von einem flüssigen Bestandteil, insbesondere Wasser, von ei- nem von einem gasförmigen Bestandteil, insbesondere Abgas, das von der Brennstoffzelle abgegeben wird. Dieser Gas-Flüssigkeitsabscheider bildet dabei das Gehäuse aus, in das über ein Einbringrohr Abgas zugeführt wird. In dem Ge- häuse wird Wasser, das in dem Abgas enthalten ist, von dem Abgas abgeschie- den. Danach wird das Abgas, das Substanzen wie Wasserstoff enthält, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 bezeichnet wird, über ein Auslassrohr zur Brennstoffzelle zurückgeführt. Weiterhin weist das Gehäuse einen Ablassan- schluss auf, über den abgeschiedenes und gespeichertes Wasser aus dem Ge- häuse zur Außenseite abgelassen wird.
Der aus der DE 10 2014 220 891 A1 bekannte Gas-Flüssigkeitsabscheider kann gewisse Nachteile aufweisen.
Der bekannte Gas-Flüssigkeitsabscheider muss als zusätzliches Bauteil in der Peripherie des Brennstoffzellensystems, insbesondere fluidisch, eingebunden werden. Damit benötigt der Gas-Flüssigkeitsabscheider, da er als zusätzliche Komponente vorliegt, ein eigenes Gehäuse und eine eigene Leitungsanbindung benötigt.
Da das Abgas von der Brennstoffzelle, das über ein Einbringrohr in das Gehäuse eingebracht wird, neben dem Bestandteil Wasser, wobei Wasser im Folgenden als H2O bezeichnet wird, auch weitere schwere Bestandteile, insbesondere gas- förmiger Stickstoff, der im Folgenden als N2 bezeichnet wird, enthält, wird dieser neben dem H2 wieder aus dem Gehäuse, beispielsweise über das Auslassrohr, wieder in die Brennstoffzelle gefördert. Dadurch weist der Gas-Flüssigkeitsab- scheider den Nachteil auf, dass nicht nur nahezu reines H2 zurück in die Brenn- stoffzelle gefördert wird, sondern auch andere schwere Bestandteile, wie bei- spielsweise N2. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle und somit des Brennstoffzellensystems reduziert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Gas- Flüssigkeitsabscheider vorgeschla gen der in ein Gehäuse einer Rezirkulationspumpe integriert ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass der Gas-Flüssigkeitsabscheider kein zu- sätzliches Gehäuse benötigt, da dieser in das Gehäuse der Rezirkulationspumpe integriert ist. Dadurch lässt sich eine Kostenersparnis erzielen, da die Material- kosten und/oder die Fertigungskosten für das separate Gas-Flüssigkeitsabschei- der-Gehäuse eingespart werden können. Weiterhin bietet eine Integration des Gas-Flüssigkeitsabscheiders in das Gehäuse der Rezirkulationspumpe den Vor- teil, dass die Komponenten Rezirkulationspumpe und/oder Gas-Flüssigkeitsab- scheider und/oder ein gesamtes Brennstoffzellensystem weniger Bauraum, ins- besondere weniger Bauraum im Fahrzeug, benötigen, da zum einen der Platzbe- darf des separaten Gas-Flüssigkeitsabscheider-Gehäuse nicht mehr benötigt wird und/oder das die Zu- und Ableitungen zur fluidischen Anbindung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders obsolet werden, insbesondere wenn der Gas-Flüssig- keitsabscheider direkt an den internen Strömungsleitungen der Rezirkulations- pumpe platziert wird. Dadurch werden die Strömungswiderstände innerhalb der der Rezirkulationspumpe und/oder des Gas-Flüssigkeitsabscheider und/oder des gesamten Brennstoffzellensystem reduziert, wodurch sich der Wirkungsgrad er- höhen und/oder Betriebskosten reduzieren lassen. Darüber hinaus lassen sich die Montage- und Materialkosten der nicht mehr benötigten Zu- und Ableitungen einsparen.
Weiterhin lässt sich durch die Integration des Gas- Flüssigkeitsabscheider in das Gehäuse der Rezirkulationspumpe der Vorteil erzielen, das die Kaltstarteigen- schaften des Gas-Flüssigkeitsabscheiders und/oder der Rezirkulationspumpe und/oder des gesamte Brennstoffzellensystems verbessert werden können. Da der Gas-Flüssigkeitsabscheider nun in das Gehäuse der Rezirkulationspumpe integriert ist, ist dieser besser gegen kalte Temperaturen geschützt, wobei bei kalten Temperaturen die Gefahr besteht, dass flüssiges H2O, welches sich im Gas-Flüssigkeitsabscheider gesammelt hat, gefriert und dadurch den Gas-Flüs- sigkeitsabscheider schädigt und/oder bei einem Kaltstartvorgang einer Brenn- stoffzelle und/oder des Fahrzeugs Eisstücke, die durch die einsetztende Strö- mung im Brennstoffzellensystem mitgefördert werden, weitere Komponenten des Brennstoffzellensystems und/oder die Brennstoffzelle selber schädigen. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit der Rezirkulationspumpe und/oder des Gas- Flüssigkeitsabscheider und/oder des gesamte Brennstoffzellensystem reduziert werden.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich der Gas-Flüs- sigkeitsabscheider in einer Strömungsrichtung nachgelagert zu einem Verdichter- raum der Rezirkulationspumpe, insbesondere im Bereich eines Auslasses. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass keine zusätzliche Energie für den Gas-Flüssigkeitsabscheider benötigt wird, um eine Abscheidung des Be- standteils H2O vom Medium, insbesondere vom H2 zu erzielen. Hierzu ist eine Beschleunigung und/oder Verdichtung des Mediums durch die Rezirkulations- pumpe ausreichend, um das Medium mit einer enstprechenden Geschwindigkeit und/oder einem entsprechenden Druck zu versehen, so dass die Abscheidung des Bestandteils H2O vom Medium mittels des Gas-Flüssigkeitsabscheider voll- zogen werden kann. Vorteilhaft ist hierbei isnbesondere, dass der Gas-Flüssig- keitsabscheider der Rezirkulationspumpe nachgelagert ist. Es sind somit keine zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise Pumpen, im Bereich des Gas- Flüssigkeitsabscheiders notwendig. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Gas- Flüssigkeitsabscheiders und/oder der Rezirkulationspumpe und/oder des gesam- ten Brennstoffzellensystems erhöht werden und die Betriebskosten können redu- ziert werden. Zudem fallen keine weiteren Bauteilkosten für weitere Komponen- ten, wie beispielsweise Pumpen, im Bereich des Gas-Flüssigkeitsabscheiders an, wodurch die Kosten für das gesamte Brennstoffzellensystem reduziert wer- den können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sich befindet sich der Gas-Flüssigkeits- abscheider in einer Strömungsrichtung vorgelagert zu dem Verdichterraum der Rezirkulationspumpe, insbesondere im Bereich eines Einlasses. Auf diese Weise lässt sich der Nachteil vermeiden, dass H2O mit dem zu fördernden Medium durch die Rezirkulationspumpe, insbesondere durch den Verdichterraum, mitge fördert werden muss. Dadurch lässt sich zum einen der Vorteil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad der Rezirkulationspumpe verbessern lässt und die Förder menge des in der Brennstoffzelle zur Energieerzeugung benötigten H2 erhöhen, wodurch sich der Wirkungsgrad und/oder die Leistung der Brennstoffzelle erhö hen lässt. Zum anderen kann das Eindringen von H2O in den Verdichterraum der Rezirkulationspumpe und/oder die Rezirkulationspumpe verhindert oder zumin- dest verringert werden. Das in die Rezirkulationspumpe eindringende H2O kann zur Schädigung der beweglichen Bauteile und/oder der nicht-korrosionsbeständi- gen Bauteile und/oder der elektrischen Bauteile der Rezirkulationspumpe führen. Bei einer Beschädigung der Bauteile der Rezirkulationspumpe durch eindringen- des H2O bei der ein elektrischer Kurzschluss auftritt kann wiederum das gesamte Brennstoffzellensystem geschädigt werden. Somit kann bei der erfindungsgemä ßen Ausgestaltung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders die Lebensdauer der Rezir- kulationspumpe und/oder des gesamten Brennstoffzellensystems gesteigert wer den. Weiterhin kann die Möglichkeit eines Ausfalls des gesamten Brennstoffzel lensystems kann reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird durch den Gas- Flüssigkeitsab scheider zusätzlich zum flüssigen Bestandteil H2O ein gasförmiger Bestandteil N2 vom Medium durch den Gas-Flüssigkeitsabscheider abgeschieden. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass gleichzeitig mehrere unerwünschte Bestandteile, bei denen es sich insbesondere um Abfallstoffe eines Rezirkulati- onsmediums aus der Brennstoffzelle handelt, des Mediums mittels des Gas-Flüs- sigkeitsabscheider abgeschieden werden. Dadurch wird der Anteil eines gasför migen Bestandteils des Mediums, der zur Energieerzeugung in der Brennstoff zelle, insbesondere auf einer Anodenseite, benötigt wird, im Brennstoffzellensys tem erhöht. Mittels des Gas- Flüssigkeitsabscheiders werden die Bestandteile H2O und N2 vom H2 getrennt und aus einem Abströmkanal der Rezirkulations- pumpe herausgeleitet in einen Sammelbehälter. Dies bietet den Vorteil das der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellensystems erhöht wird, während die unerwünschten Bestandteile, die als Nebenprodukte und/oder Abfallprodukte beim Betrieb der Brennstoffzelle anfallen, mittels des Gas- Flüssig keitsabscheider abgeschieden werden und somit ein höher Anteil vom zur Ener gieerzeugung in der Brennstoffzelle benötigten Bestandteil in die Brennstoffzelle zurückgefördert werden kann. Des Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gas- Flüssigkeitsabscheider eine zusätzliche Komponente im Brennstoffzellensystem zum Abführen des gasförmiges N2 , beispielsweise in Form eines Ablassventils, nicht mehr benötigt, da diese Aufgabe durch den Gas- Flüssigkeitsabscheider übernommen wird. Der Gas- Flüssigkeitsabscheider scheidet daher H2O und N2 in einem Verfahrensschritt vom Medium ab. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass Kosten eingespart werden können, da die zusätzliche Komponente Ablassventil für das Ablassen von N2 nicht mehr benötigt wird. Weiterhin kann der Bedarf an H2 beim Betrieb des Brennstoffzellen systems reduziert werden, was wiederum zu Kosten- Ersparnissen bei den Be triebskosten führt
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist der Gas- Flüssigkeits abscheider den Abströmkanal, eine Trennkante und den Sammelbehälter auf, wobei der Abströmkanal in Strömungsrichtung zuerst eine erste Verjüngung und dann eine Krümmung mit einem Radius, insbesondere im Bereich der Trenn- kante aufweist. Auf diese Weise wird das Medium und die unterschiedlichen Be- standteile des Mediums beim Abscheideprozess durch die Trennkante weniger stark abgebremst, im Vergleich zu einer stärkeren Abremsung des Mediums bei einer nicht vorhandenen Trennkante. Die Trennkante unterstützt somit den Ab- scheideprozess der schweren Bestandteile H2O und ish vom leichteren Bestand- teil hh des Mediums. Dadurch wird ein effizientes und strömungsverlustarmes Ab- strömen von H2O und N2 in den Sammelbehälter und von Fh zum Auslass ermög licht. Weiterhin kann sich das Medium mit dem hohen H2 Anteil von dort in Strö- mungsrichtung weiter durch eine Abströmleitung bewegen, ohne dass weitere strömungsfördernde Komponenten wie Pumpen oder Gebläse im Bereich des mindestens einen Behälters notwendig sind, um einen Weitertransport des Medi- ums mit dem hohen H2 Anteil zu ermöglichen. Somit kann die Energie zum Be- treiben weiterer strömungsfördernder Komponenten, insbesondere von elektrisch angetriebenen Pumpen oder Gebläsen im Bereich des mindestens einen Behäl- ters oder am mindestens einen Behälter reduziert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht und die Betriebskosten kön- nen reduziert werden
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist der Gas- Flüssigkeitsabscheider den Einlass, die Trennkannte und den Sammelbehälter auf, wobei der Einlass in Strö- mungsrichtung zuerst eine zweite Verjüngung und dann die Krümmung mit dem Radius, insbesondere im Bereich der Trennkante aufweist. Auf diese Weise lässt sich bewirken, dass das Medium, welches aus den Bestandteilen H2, H2O und N2 besteht, beim Durchströmen des Einlasses und der zweiten Verjüngung zuerst beschleunigt und dann mittels der Krümmung in der Strömungsrichtung umge- lenkt wird. Dabei trifft es am außenliegenden Bereich, in dem insbesondere die auftretenden Fliekräfte auf das Medium am größten sind, auf die Trennkante. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bestandteile H2O und ish . die isbeson- dere eine höhere Maße als H2 aufweisen, zum äußeren Bereich der Krümmung in einer Strömungsrichtung und somit zur Trennkante und zum Sammelbehälter ab- gelenkt werden, während der Bestandteile H2 aufgrund seiner geringeren Maße wenigerstark zum äußeren Bereich der Krümmung abgelenkt wird und somit e- her den kürzeren Weg über den kurveninnenliegenden Bereich der Krümmung nimmt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich ein höherer Anteil von H2O und ish vom Medium erzielen lässt und somit die Effizienz des Abscheideprozesses des Gas- Flüssigkeitsabscheider derart erhöhen lässt, dass das Medium, dass über den Auslass aus der Rezirkulationspumpe ausströmt, nahezu vollständig frei von den Bestandteilen H2O und N2 ist. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden durch den Gas- Flüssigkeitsab scheider die Bestandteile H2O und N2 mittels des Zentrifugalprinzips vom Medium abgeschieden. Des Weiteren wird das Medium beim Durchströmen der ersten und/oder der zweiten Verjüngung in Strömungsrichtung beschleunigt. Zudem er- fährt das Medium beim Durchströmen der Krümmung in Strömungsrichtung eine derartige Auslenkung, dass die Bestandteile H2O und N2 aufgrund Ihrer Maße eine höhere Auslenkung und der leichte Bestandteil H2 aufgrund seiner Maße eine geringere Auslenkung erfahren. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass der Abscheideprozess durch den Gas-Flüssigkeitsabscheider der- art verbessert wird, so dass die Bestandteile H2O und N2 nahezu vollständig vom Medium, insbesondere vom H2 abgeschieden werden. Dadurch kann sicherge- stellt werden, dass ein möglichst hoher Anteil an Fh zur Brennstoffzelle, zurück strömt, wodurch zum einen der Wirkungsgrad und/oder die Leistung der Brenn stoffzelle erhöht werden kann. Weiterhin lässt sich der Vorteil erzielen der Vorteil erzielt werden, dass zum Trennen der Bestandteile H2O und ish vom Bestandteil H2 keine zusätzliche Energie und/oder nur eine geringe Menge an Energie zur Verfügung gestellt werden muss, insbesondere vom Brennstoffzellensystem und/oder vom übergeordneten System Fahrzeug. Dies ist dadurch begründet, dass das durch die erste Verjüngung oder durch die zweite Verjüngung strö mende Medium, insbesondere aufgrund der Beschleunigung durch die jeweilige Verjüngung, die wie eine Venturi-Düse wirkt, eine erhöhte Strömungsgeschwin digkeit aufweist. Diese erhöhte Strömungsgeschwindigkeit wirkt vorteilhaft beim Trennen der Bestandteile mittels des Zentrifugalprinzips aus. Eine weitere Einlei tung von Energie, insbesondere von kinetischer Energie, in das Medium ist somit nicht mehr notwendig, um eine optimale Effizienz des Abscheideprozesses durch den Gas- Flüssigkeitsabscheider mittels des Zentrifugalprinzips bewirken zu kön nen. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht wer den und die Betriebskosten können reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung trifft das Medium beim Durchströmen der Krümmung auf die Trennkante, wobei der leichte Bestandteil hh in einer Strö- mungsrichtung zum Auslass abgelenkt wird und die Bestandteile H2O und N2 in einer Strömungsrichtung in den Sammelbehälter abgelenkt werden, wobei insbe- sondere ein geringer Anteil des leichten Bestandteils hh mit in den Sammelbehäl- ter abgelenkt werden kann. Auf diese Weise wird das Medium und die unter- schiedlichen Bestandteile des Mediums beim Abscheideprozess durch die Trenn- kante weniger stark abgebremst, im Vergleich zu einer stärkeren Abremsung des Mediums beim einer nicht vorhandenen Trennkante. Die Trennkante unterstützt somit den Abscheideprozess der schweren Bestandteile H2O und ishvom leichte- ren Bestandteil hh des Mediums, insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips. Dadurch wird ein effizientes und strömungsverlustarmes Abströmen von H2O und N2 in den Sammelbehälter und von hh zum Auslass ermöglicht. Weiterhin kann sich das Medium mit dem hohen H2 Anteil von dort in Strömungsrichtung weiter durch den Auslass bewegen, ohne dass weitere strömungsfördernde Komponen- ten wie Pumpen oder Gebläse im Bereich des mindestens einen Behälters not- wendig sind, um einen Weitertransport des Mediums mit dem hohen H2 Anteil zu ermöglichen. Somit kann die Energie zum Betreiben weiterer strömungsfördern- der Komponenten, insbesondere von elektrisch angetriebenen Pumpen oder Ge- bläsen im Bereich des mindestens einen Behälters oder am mindestens einen Behälter reduziert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzel- lensystems erhöht und die Betriebskosten können reduziert werden
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung erfolgt eine Rückführung von hh aus dem Sammelbehälter über eine Ansaugverbindung in einen Einströmka- nal der Rezirkulationspumpe. Weiterhin kann eine Rückführung von hh aus dem Sammelbehälter über die Ansaugverbindung in den Einströmkanal oder in den Abströmkanal der Rezirkulationspumpe erfolgen. Auf diese Weise kann der Vor- teil erzielt werden, dass der Bestandteil H2, der beim Abscheideprozess ungünsti- gerweise und unerwünschterweise mit dem H2O und N2 in den Sammelbehälter abgeströmt ist, nicht zusammen mit den Bestandteilen H2O und N2 bei einem ent- lüften des Sammelbehälter mittels eines Abführventils nach außen abgeführt wird. Der Bestandteil H2 kann vielmehr zurück in den Rezirkulationsprozess und somit in das Brennstoffzellensystem zurückgeführt werden, wo er für eine er- neute Energiegewinnung in der Brennstoffzelle zur Verfügung steht. Dadurch muss weniger H2 zur Energiegewinnung von außerhalb des Brennstoffzellensys- tems, beispielsweise aus einem Hochdrucktank, nachgefördert werden. Dadurch können die Betriebskosten des Brennstoffzellensystems und schlußendlich eines Gesamtfahrzeugs gesenkt werden. Weiterhin kann dadurch verhindert werden, dass vermehrt H2 in den Bereich ausserhalb des Brennstoffzellensystems abge leitet werden muss, was unter gewissen Situationen, wie beispielsweise einem stehenden Fahrzeug in einer Tiefgarage zu einer Sicherheitsbeeinträchtigung aufgrund der Entzündbarkeit von H2 führen kann. Weiterhin kann der Vorteil er zielt werden, dass der Wirkungsgrad und/oder die Leistung der Brennstoffzelle erhöht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist die Ansaugverbindung ein Drosse- lungs-Element auf. Aufgrund der Ansaugverbindung, die eine weitere Verbindung des Sammelbehälters mit den Strömungskanälen der Rezirkulationspumpe und des Brennstoffzellensystems herstellt, kann unter gewissen Voraussetzungen der Wirkungsgrad der Rezikulationspumpe verschlechtert werden, da die Rezirkulati- onspumpe mittels eines Verdichterrades, das im Verdichterraum zusätzliche Energie erzeugen muss, da aufgrund der Ansaugverbindung ein kontinuierlicher Druckaustausch und somit Druckverlust zwischen einer Niederdruckseite, die insbesondere im Bereich des Einströmkanals liegt, und einer Hochdruckseite, die insbesondere im Bereich des Abströmkanals liegt, stattfindet. Indem nun ein Drosselungs- Element verwendet wird, das eine größtmögliche Drosselung zwi schen dem Bereich des Sammelbehälter und den Strömungskanälen der Rezir kulationspumpe bewirkt, können die Wirkungsgradverluste der Rezirkulations- pumpe gering gehalten werden. Durch das Drosselungs-Element wird somit der Druckverlust beispielsweise durch eine kleinen Strömungsdurchmesserquer- schnitt reduziert. Dadurch lasen sich die Druckverluste zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite geringe halten, wodurch der Wirkungsgrad der Rezirkulati- onspumpe erhöht werden und sich die Betriebskosten reduzieren lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich im Bereich zwischen dem Sammelbehälter und der Ansaugverbindung ein Membranraum, wobei der Membranraum insbesondere einen Membraneinsatz aufweist. Weiterhin ist der Membraneinsatz als eine semipermeable Membran ausgebildet, wobei sich der leichte Bestandteil hh des Mediums durch die Membran hindurch bewegen kann, während ein Hindurchbewegen der Bestandteile H20 und N2 durch die Membran nicht möglich ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße. Auf diese Weise kann zum Einen der Vorteil erzielt werden, dass weniger Druckverluste zwischen Niederdruck und Hochdruckseite über die Ansaugverbindung auftritt, da die Membran druckmindert wirkt. Des Weiteren kann der Vorteil erzielt werden, dass durch die Membran verhindert wird, dass die Bestandteile H20 und N2 durch die Ansaugverbindung zurück in die Rezirkulationspumpe und das Brennstoffzellen system strömen können, da die Molekülgröße zu groß zum passieren der Memb ran sind. Der Bestandteil H2, der beim Abscheideprozess ungünstigerweise und unerwünschterweise mit dem H20 und N2 in den Sammelbehälter abgeströmt ist, kann jedoch durch die Membran diffundieren und somit die Membran passieren, da die Molekülgröße des H2 kleiner als die Molekülgröße von H2O und N2 ist. Wei- terhin verhindert die Membran ein passieren von H20 durch die Ansaugverbin- dung, wenn das H20 in flüssigem Zustand vorliegt, aufgrund der Oberflächen- spannung. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad der Rezirkulationspumpe und des gesamten Brennstoffzellensystems steigern.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem erfindungsgemäßen Gas-Flüssigkeitsabscheider ge- mäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Gas- Flüssigkeitsabschei ders gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Darstellung des Gas- Flüssigkeitsabschei ders gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung des Gas- Flüssigkeitsabschei ders gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Ausführungsform der Erfindung
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt ein Brennstoffzellensystems 1 mit einem ers ten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gas-Flüssigkeitsabscheiders 2, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheider 2 in einer beispielhaften Ausführungs- form zusätzlich zum flüssigen Bestandteil H20 den gasförmigen Bestandteil N2 vom Medium abscheidet, wobei insbesondere der gasförmige Bestandteil N2 eine höhere Maße als der Bestandteil H2 aufweist.
In Fig. 1 wird das Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, beim dem eine Rezirkulati- onspumpe 9 mit einem Gas-Flüssigkeitsabscheider 2 gezeigt ist, wobei der Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 in ein Gehäuse 11 der Rezirkulationspumpe 9 integriert ist. Weiterhin ist gezeigt, dass das Brennstoffzellensystem 1 eine Brennstoffzelle 30 und eine integrierte Strahlpumpe 10 aufweist. Die Komponenten Rezirkulati- onspumpe 9 mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 2, die integrierte Strahlpumpe 10 und die Brennstoffzelle 30 sind dabei mittels Leitungen fluidisch miteinander verbunden. Die Brennstoffzelle 30 weist einen Anodenbereich 31 und einen Ka- thodenbereich 32 auf und dient zur zur Energieerzeugung, insbesondere in ei- nem Fahrzeug, mittels einer Reaktion von Wasserstoff, also Fh, und Sauerstoff, also 02. Die Energie kann dabei in Form von elektrischer Energie erzeugt wer- den.
Der erfindungsgemäße Gas-Flüssigkeitsabscheiders 2 und/oder die Rezirkulati- onspumpe 9 ist dabei mit dem Anodenbereich 31 über eine Verbindungsleitung 4 fluidisch verbunden. Dabei wird eine Medium, wobei es sich insbesondere um ein Rezirkulationsmedium aus dem Anodenbereich 31 der Brennstoffzelle 30 han- delt, zur Rezirkulation an die Rezirkulationspumpe 9 geleitet. Das Rezirkulations- medium besteht dabei nahezu vollständig aus unverbrauchten H2 , das innerhalb der Brennstoffzelle 30 nicht zur chemischen oder elektrischen Reaktion mit Sau- erstoff gekommen ist, sowie den Abfallprodukten H2O und ish aus dem Prozess zur Energiegewinnung innerhalb der Brennstoffzelle 30. Das Medium strömt da- bei in einer Strömungsrichtung II auf der Anodenseite durch die Verbindungslei- tung 4 in einen Einlass 16 der Rezirkulationspumpe 9. Die Bestandteile H2O und N2 können alternativ auch als nichtaktiver Gasanteil bezeichnet werden, wobei die Bestandteile nicht zur Energiegewinnung im Anodenbereich 31 in der Brenn- stoffzelle 30 herangezogen werden können. Somit wird der Wirkungsgrad für den Gesamtbetrieb des Brennstoffzellensystems 1 durch die Bestandteile H2O und N2 im Rezirkulationspfad verringert, da die Bestandteile, falls diese nicht mittels des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 2 abgeschieden werden, durch den gesamten Ano- denpfad mitgefördert werden müssen, inbesondere durch die Verbindungsleitung 4, eine Abströmleitung 5, die Rezirkulationspumpe 9, die optional vorhandere in- tegrierte Strahlpumpe 10 und durch eine Zuströmleitung 3 mitgefördert werden müssen. Dabei kann somit auch weniger Maße und/oder Volumen des Bestand- teils H2 gefördert und/oder rezirkuliert werden, der für die Energiegewinnung in der Brennstoffzelle 30 erforderlich ist.
Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass das Medium über den Einlass 16 in Strö- mungsrichtung II durch eine zweite Verjüngung 21 in einen Einströmkanal 7 der Rezirkulationspumpe 9 fließt. Dabei wird das Medium aufgrund des abnehmen- den Durchmessers der zweiten Verjüngung 21 beschleunigt bevor es durch den Einströmkanal 7 in einen Verdichterraum 26 der Rezirkulationspumpe 9 ein- strömt. Dabei weist die Rezirkulationspumpe 9 innerhalb des Gehäuses 11 ein Verdichterrad 13 auf, wobei sich das Verdichterrad 13 im Verdichterraum 26 be findet und wobei das Verdichterrad 13 eine Rotation in einer Drehrichtung 35 durchführt. Durch die Rotation des Verdichterrads 13, an dessen äußeren Um fang Schaufelblätter 37 angeordnet sind, erfolgt eine Beschleunigung und/oder Verdichtung des gasförmigen Mediums in der Drehrichtung 35 von dem Bereich des Einströmkanals 7 zum Bereich eines Abströmkanals 20 im Verdichterraum 26 der Rezirkulationspumpe 9. Nach der erfolgten Beschleunigung und/oder Ver dichtung des gasförmigen Mediums durch das Verdichterrad 37 strömt das gas förmige Medium vom Abströmkanal 20 durch eine erste Verjüngung 15 in den Bereich einer Krümmung 19, wobei die Krümmung 19 einen Radius 17 aufweist und wobei im Bereich der Krümmung 19 eine Umlenkung und/oder Strömungs führung des gasförmigen Mediums erfolgt. Beim Durchströmen der Krümmung 19 durch das Medium in Strömungsrichtung II werden dabei die Bestandteile H2O und N2 mittels des Zentrifugalprinzips vom Medium abgeschieden. Dabei wird das Medium beim Durchströmen der ersten Verjüngung 15 in Strömungsrichtung II beschleunigt, wobei das Medium danach beim Durchströmen der Krümmung 19 in Strömungsrichtung II eine derartige Auslenkung erfährt, dass die Bestand- teile H2O und N2 aufgrund Ihrer Maße eine höhere Auslenkung und der leichte Bestandteil H2 aufgrund seiner Maße eine geringere Auslenkung erfahren. Dabei strömen die schweren Bestandteile H2O und N2 in einer Strömungsrichtung VI in einen Sammelbehälter 12 ein und werden somit vom Medium abgeschieden, wo bei das Medium, bei dem es sich nahezu vollständig um H2 handelt, in einer Strö- mungsrichtung VII weiter zu einem Auslass 18 der Rezirkulationspumpe 9. Der Sammelbehälter 12 ist dabei am äußeren Radius 17 der Krümmung 19 angeord- net. Es ist jedoch möglich, dass der Bestandteil H2, beim Abscheideprozess in un- vorteilhafterweise mit dem H2O und N2 in den Sammelbehälter 12 abströmt. Da- mit dieses H2 für den weiteren Energiegewinnungsprozess in dem Brennstoffzel- lensystem 1 nicht verloren ist ist eine Rückführung von hh aus dem Sammelbe- hälter 12 über eine Ansaugverbindung 9 in den Einströmkanal 7 der Rezirkulati- onspumpe 9 vorgesehen. Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass der Sammelbehälter 12 in seinem unteren Bereich ein Abführventil 46 aufweist, wobei das Abführventil 46 mit einer Senso- rik 22 verbunden ist. Dabei erfasst die Sensorik 22 kontinuierlich den H2O- und N2- Anteil und gegebenfalls hh-Anteil im und/oder den Druck im Sammelbehälter 12 und sobald ein bestimmter Wert bezüglich der Konzentration der Bestandteile H2O und N2 und/oder ein Druck überschritten wird, erfolgt eine Ansteuerung des Abführventils 46 und die Bestandteile H2O und N2 werden mittels des Abführven- tils 46 aus dem Sammelbehälter 12, insbesondere aus dem unteren Bereich, ab- gelassen und/oder herausgeleitet. In einer möglichen beispielhaften Ausgestal- tung des Brennstoffzellensystems 1 gelangen die Bestandteile H2O und ish mit- tels des Abführventils 46 über eine optionale Rückführleitung in einen Ansaug- trackt des Brennstoffzellensystem 1. Von dort strömen die Bestandteile H2O und N2 in einer durch den Ansaugtrackt weiter in den Kathodenbereich 32 der Brenn- stoffzelle 30. In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Ansaugverbindung 29 vorgesehen, mittels derer H2 aus dem Sammelbehälter 12 zurück in den Ein- strömkanal 7 geleitet werden kann, so dass das H2 nicht aus dem Brennstoffzel- lenkreislauf herausgeleitet wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist der Gas-Flüssigkeitsabscheider 2 gemäß dem ers- ten Ausführungsbeispiel dem Verdichterraum 26 der Rezirkulationspumpe 9 in einer Strömungsrichtung II nachgelagert, wobei sich der Gas-Flüssigkeitsab- scheider 2 insbesondere im Bereich des Auslasses 18 befindet..
Nachdem das Medium die Rezirkulationspumpe 9 durchströmt und durch den Auslass 18 verlassen hat, strömt das Medium, bei dem es sich insbesondere na- hezu vollständig um H2 handelt, weiter in Strömungsrichtung II über die Abström- leitung 5 in die integrierte Strahlpumpe 10. Innerhalb der Strahlpumpe 10 findet ein sogenannter Strahlpumpeneffekt statt. Dazu strömt durch eine Tankleitung 33 beispielsweise von außerhalb der Strahlpumpe 10 ein gasförmiges Treibmedium, insbesondere H2, von einem Tank 27, insbesondere einem Hochdrucktank 27 in die Strahlpumpe 10 ein. Des Weiteren wird das Rezirkulationsmedium von der Rezirkulationspumpe 9 in einen Ansaugbereich der Strahlpumpe 10 gefördert. Das Treibmedium wird nun unter hohem Druck in den Ansaugbereich einge bracht. Dabei strömt das gasfrömige Treibmedium in Richtung der Strömungs- richtung II. Das aus dem Hochdrucktank 27 in den Ansaugbereich der Strahl pumpe 10 strömende und als Treibmedium dienende H2 weist eine Druckdiffe renz zum Rezirkulationsmedium auf, das in den Ansaugbereich einströmt, wobei das Treibmedium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 10 bar auf weist. Damit sich der Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck und einem geringen Maßenstrom in den in den An saugbereich der Strahlpumpe 10 gefördert. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbe sondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegt, in den Ansaugbereich ein. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im An saugbereich befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits und/oder Druckdif ferenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung be wirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungsrichtung II beschleunigt und es entsteht auch für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich der Rezirkulationspumpe 9 nachgefördert wird.
Nachdem das Rezirkulationsmedium in der Strahlpumpe 10 durch das Treibme dium beschleunigt wurde und sich beide Medien vermischt haben, strömt das neu entstandene Medium, bei dem es sich insbesondere nahezu vollständig um H2 handelt, durch die Zuströmleitung 3 zur Brennstoffzelle 30, insbesondere zum Anodenbereich 31.
In der schematischen Darstellung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist gezeigt, dass der Abströmkanal 20 im Bereich der Krümmung 19 die Trennkante 8 aufweist. Dabei trifft das Medium beim Durchströmen der Krümmung 19 auf die Trennkante 8, wobei der leichte Bestandteil H2 in einer Strömungsrichtung VII zum Auslass 18 abgelenkt und die Bestandteile H20 und N2 in einer Strömungsrichtung VI in den Sammelbehälter 12 abgelenkt werden, wobei insbesondere ein geringer Anteil des leichten Be- standteils Fh mit in den Sammelbehälter 12 abgelenkt werden kann. Die Trenn- kante 8 wirkt sich dabei vorteilhaft auf den Abscheideprozess aus, da ein Auftei- len des Mediums in die schweren Bestandteile H2O und N2 in eine Strömungs- richtung VII in Richtung des Sammelbehälters 12 begünstigt und zum anderen des leichten Bestandteils H2 in eine Strömungsrichtung VII in Richtung des Aus- lasses 18 begünstigt. Das Medium trifft dabei beim Durchströmen der Krümmung 19 auf die T rennkante 8, die am äußeren Bereich der Krümmung 19, insbeson- dere am kurvenäußeren Bereich, angeordnet ist. Weiterhin weist die Trennkante 8 einen spitzen und/oder keilförmigen Bereich auf, der ein Abscheiden der Be- standteile H2O und ishvom Bestandteil H2, insbesondere mittels des Zentrifugal- prinzips unterstützt. Dabei wirkt beim Durchströmen der Krümmung 19 eine Fliehkraft auf die Bestandteile des Mediums, was wiederum ein Abscheiden der Bestandteile H2O und ishvom leichteren Bestandteil H2 insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips begünstigt.
Zusätzlich vorteilhaft wirkt dabei, dass sich der Abströmungskanal 20 mittels der ersten Verjüngung 15 in der Strömungsrichtung II verjüngt. Dadurch lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, dass zu diesem Zeitpunkt noch alle Bestandteile H2O, ish und H2 aufweist, erhöhen, wodurch sich der Fliehkrafteffekt vergrößern und somit das Abscheiden begünstigen lässt. Dabei wirkt weiterhin zusätzlich vorteilhaft, wenn die Trennkante 8 derart im Abströmkanal 20 im Be- reich der Krümmung 19 angeordnet ist, dass die Trennkante 8 am niedrigsten Punkt des Abströmkanals 20 und/oder der Krümmung 19 befindet und somit auf der der Wirkrichtung der Schwerkraft zugewandten Seite. Dadurch kann das Ab- scheiden der schwereren Bestandteile und der leichteren Bestandteile mittels des Zentrifugalprinzip zusätzlich durch das Wirken der Schwerkraft unterstützt werden und somit ein effizienteres Abscheiden erzielt werden.
Der Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel bildet hierbei keine Ansaugverbindung 29 zwischen dem Sammelbehälter 12 und beispielswiese dem Einströmkanal 7 der Rezirkulationspumpe 9 aus. Dadurch kann ein Druckabfall zwischen dem Abströmkanal 20 und dem Einströmkanal 7 verhindert werden. In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei ist dargestellt, dass die Ansaugverbindung 29 ein Drosselungs-Element 14 aufweist. Zuzätzlich ist ge- zeigt, dass sich im Bereich zwischen dem Sammelbehälter 12 und der Ansaug- verbindung 29 ein Membranraum 23 befindet, wobei der Membranraum 23 insbe- sondere einen Membraneinsatz 25 aufweist. Der Membraneinsatz 25 ist dabei als eine semipermeable Membran 34 ausgebildet, wobei sich der leichte Be- standteil H2 des Mediums durch die Membran 34 hindurch bewegen kann, wäh- rend ein Hindurchbewegen der Bestandteile H20 und N2 durch die Membran 34 nicht möglich ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße. Die Ansaugverbin- dung 29 befindet sich dabei am zumindest annähernd höchsten Punkt des Sam- melbehälters 12 und somit auf der der Wirkrichtung der Schwerkraft abgewand- ten Seite des Sammelbehälters 12, während sich das Abführventil 46 am nied- rigsten Punkt des Sammelbehälters 12 und somit auf der der Wirkrichtung der Schwerkraft zugewandten Seite des Sammelbehälters 12 befindet. Dadurch kann der Vorteil erzielt werden, dass die schwereren Bestandteile H20 und N2 auf- grund Ihrer hohen Maße im Sammelbehälter 12 eher in Richtung des Abführven- tils 46 strömen und somit das untere der Wirkrichtung der Schwerkraft zuge- wandte Volumen des Sammelbehälters 12 ausfüllen. Im Gegensatz dazu wird der leichtere Bestandteil H2 aufgrund aufgrund seiner geringen Maße im Sammel- behälter 12 eher in Richtung des Abführventils 46 strömt und somit das obere der Wirkrichtung der Schwerkraft abgewandte Volumen des Sammelbehälters 12 ausfüllt. Dadurch kann der Vorteil erzielt werden, dass durch eine Schichtung der Bestandteile im Sammelbehälter 12 mittels des Ausnutzens der Schwerkraft da- für gesorgt wird, dass ein hoher Anteil der Bestandteile H20 und N2 durch dasAb- führventils 46 abgeführt werden können, während ein Abströmen von H2 durch das Abführventil 46 nahezu vollständig verhindert wird. Weiterhin kann durch die Schichtung der Bestandteile im Sammelbehälter 12 mittels des Ausnutzens der Schwerkraft dafür gesorgt wird, dass ein hoher Anteil des Bestandteils H2 durch die Ansaugverbindung 29 zurück in die Rezirkulationspumpe zurückgeführt wer- den kann. Der Bestandteil Fhwird dabei gezielt über den Ansaugbereich 29 in den Bereich des Einlasses 16 und/oder des Einströmkanals 7 geleitet, der hinter dem Bereich der zweiten Verjüngung 21 liegt, wobei sich hierbei insbesondere ein Strahlpum- peneffekt in diesem Bereich ausbildet.
Fig. 4 zeigt, dass sich der Gas-Flüssigkeitsabscheider 2 in Strömungsrichtung II vorgelagert zum Verdichterraum 26 der Rezirkulationspumpe 9 befindet, insbe- sondere im Bereich des Einlasses 16. Dabei weist die Rezirkulationspumpe 9 den Einlass 16, die Trennkannte 8 und den Sammelbehälter 12 auf, wobei der Einlass 16 in Strömungsrichtung II zuerst die zweite Verjüngung 21 und dann die
Krümmung 19 mit dem Radius 17, insbesondere im Bereich der Trennkante 8, aufweist. Das Medium wird beim Durchströmen der zweiten Verjüngung 21 in Strömungsrichtung II beschleunigt. Weiterhin erfährt das Medium beim Durch- strömen der Krümmung 19 in Strömungsrichtung II eine derartige Auslenkung, dass die Bestandteile H O und N2 aufgrund Ihrer Maße eine höhere Auslenkung und der leichte Bestandteil H aufgrund seiner Maße eine geringere Auslenkung erfahren. Dabei werden die Bestandteile H O und N2 und teilweise auch H mit- tels der Trennkante 8 in den Sammelbehälter 12 abgelenkt. Eine Rückführung von Fh aus dem Sammelbehälter 12 erfolgt dabei über die Ansaugverbindung 29 in den Abströmkanal 20 der Rezirkulationspumpe 9.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die
Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich.

Claims

Ansprüche
1. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) zum Abscheiden von zumindest einem flüssi gen Bestandteil, insbesondere H2O, von einem gasförmigen Bestandteil, ins- besondere H2, mit einem Sammelbehälter (12), dem ein Medium zugeführt wird, wobei eine Abscheidung zumindest des flüssigen Bestandteils des Me- diums in den Sammelbehälter (12) erfolgt, wobei der abgeschiedene Teil des Mediums über ein Abführventil (46) aus dem Sammelbehälter (12) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Flüssigabscheider (2) in ein Gehäuse (11 ) einer Rezirkulationspumpe (9) integriert ist.
2. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser in einer Strömungsrichtung II nachgelagert zu einem Verdichterraum (26) der Rezirkulationspumpe (9), insbesondere im Bereich eines Auslasses (18), befindet.
3. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser in einer Strömungsrichtung II vorgelagert zu einem Ver- dichterraum (26) der Rezirkulationspumpe (9), insbesondere im Bereich ei- nes Einlasses (16), befindet.
4. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß einem der vorrangegangenen An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum flüssigen Bestand- teil H2O ein gasförmiger Bestandteil N2 vom Medium durch den Gas-Flüssig- keitsabscheider (2) abgeschieden wird.
5. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Abströmkanal (20), eine Trennkante (8) und den Sammelbehälter (12) aufweist, wobei der Abströmkanal (20) in Strömungs- richtung II zuerst eine erste Verjüngung (15) und dann eine Krümmung (19) mit einem Radius (17), insbesondere im Bereich der Trennkante (8), auf- weist.
6. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser den Einlass (16), eine Trennkannte (8) und den Sammelbe- hälter (12) aufweist, wobei der Einlass (16) in Strömungsrichtung II zuerst eine zweite Verjüngung (21 ) und dann eine Krümmung (19) mit einem Ra- dius (17), insbesondere im Bereich der Trennkante (8), aufweist.
7. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile H20 und N2 mittels des Zentrifugalprinzips vom Medium abgeschieden werden.
8. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium beim Durchströmen der ersten und/oder der zweiten Verjüngung (15, 21 ) in Strömungsrichtung II beschleunigt wird und dass das Medium beim Durchströmen der Krümmung (19) in Strömungsrich- tung II eine derartige Auslenkung erfährt, dass die Bestandteile H2O und N2 aufgrund Ihrer Maße eine höhere Auslenkung und der leichte Bestandteil H2 aufgrund seiner Maße eine geringere Auslenkung erfahren.
9. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium beim Durchströmen der Krümmung (19) auf die Trennkante (8) trifft, wobei der leichte Bestandteil H2 in einer Strömungsrich- tung VII zum Auslass (18) abgelenkt und die Bestandteile H2O und N2 in ei- ner Strömungsrichtung VI in den Sammelbehälter (12) abgelenkt werden, wobei insbesondere ein geringer Anteil des leichten Bestandteils Fh mit in den Sammelbehälter (12) abgelenkt werden kann.
10. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung von Fh aus dem Sammelbehälter (12) über eine Ansaugverbindung (29) in einen Einströmkanal (7) der Rezirkulations- pumpe (9) erfolgt.
1 1. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß einem der Ansprüche 3 und 9,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung von Fh aus dem Sammel- behälter (12) über eine Ansaugverbindung (29) in den Einströmkanal (7) oder in den Abströmkanal (20) der Rezirkulationspumpe (9) erfolgt.
12. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugverbindung (29) ein Drosselungs-Element (14) aufweist.
13. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich zwischen dem Sammelbe- hälter (12) und der Ansaugverbindung (29) ein Membranraum (23) befindet, wobei der Membranraum (23) insbesondere einen Membraneinsatz (25) auf- weist.
14. Gas-Flüssigkeitsabscheider (2) gemäß einem der Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Membraneinsatz (25) als eine semipermeable Membran (34) ausgebildet ist, wobei sich der leichte Bestandteil Fh des Me- diums durch die Membran (34) hindurch bewegen kann, während ein Hin- durchbewegen der Bestandteile H20 und N2 durch die Membran (34) nicht möglich ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße.
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