EP4731324A1 - Wasserabscheider - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider (1) für ein Brennstoffzellensystem (17). Die Erfindung betrifft auch das Brennstoffzellensystem (17) mit dem Wasserab- scheider (1).

Description

Wasserabscheider

Die Erfindung betrifft einen Wasserabscheider, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch das Brennstoffzellensystem mit dem Wasserabscheider.

Bei einem Wasserabscheider wird ein in einem Luftstrom enthaltenes und in Form von Wassertropfen vorliegendes Wasser aus dem Luftstrom durch Fliehkräfte abgeschieden. Dazu wird der Luftstrom in einem Kanal in Rotation versetzt und das Wasser bzw. Wassertropfen durch die Fliehkraft an eine Außenwandung des Kanals gedrückt. An der Außenwandung des Kanals bildet sich dabei ein Wandfilm, der schließlich durch einen Spalt bzw. eine Öffnung in einen Sammelbehälter geleitet wird. In dem Sammelbehälter weist der das abgeschiedene Wasser enthaltende Luftstrom im Vergleich zu dem Luftstrom in dem Kanal eine geringere Geschwindigkeit auf und das Wasser kann sich aus dem Luftstrom absetzen. Nachteiligerweise bildet sich durch den zuströmenden Luftstrom in dem Sammelbehälter ein Druckpolster, der das Ableiten des abgeschiedenen Wassers durch den Spalt bzw. durch die Öffnung in den Sammelbehälter verhindert bzw. stört.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wasserabscheider, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein entsprechendes Brennstoffzellensystem mit dem Wasserabscheider bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Druckpolster in dem Sammelbehälter an bestimmten Positionen zu entlasten und dadurch die Wirkung des Wasserabscheiders zu verbessern. Der erfindungsgemäße Wasserabscheider ist insbesondere für ein Brennstoffzellensystem vorgesehen bzw. ausgelegt. Der Wasserabscheider weist dabei ein von Luft durchström bares Gehäuse mit einem in das Gehäuse führenden Einlass und einem aus dem Gehäuse führenden Auslass auf. Das Gehäuse weist zudem einen innenhalb des Gehäuses geformten Sammelbehälter und einen innenhalb des Gehäuses geformten Trennspalt auf. Das Gehäuse weist ferner einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Sammelkanal auf. Der Einlasskanal ist für die mit Wassertropfen beladene Luft vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses von dem Einlass bis zu dem Trennspalt. Der Auslasskanal ist für die von Wassertropfen entladene Luft vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses von dem Einlasskanal zu dem Auslass. Mit anderen Worten können der Einlasskanal und der Auslasskanal innerhalb des Gehäuses fluidisch ineinander übergehen. Der Sammelkanal ist für das aus der Luft abgeschiedene Wasser vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses von dem Einlasskanal durch den Trennspalt hindurch in den Sammelbehälter. Mit anderen Worten können der Einlasskanal und der Sammelkanal innerhalb des Gehäuses über den Trennspalt fluidisch miteinander verbunden sein. Der Auslasskanal und der Sammelkanal sind dabei ab dem Trennspalt ström ungsabwärts fluidisch getrennt. Mit anderen Worten befindet sich der Trennspalt an einer Übergangsstelle zwischen dem Einlasskanal, und/oder dem Sammelkanal und/oder dem Auslasskanal. Erfindungsgemäß sind der Sammelbehälter und der Einlasskanal mittels wenigstens einer gegenüber dem Trennspalt ström ungsaufwärts geformten Öffnung fluidisch miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist die den Sammelbehälter und den Einlasskanal fluidisch verbindende Öffnung eine vom Trennspalt verschiedene Öffnung.

Sofern nichts anderes ausdrücklich erwähnt, dienen die im Weiteren genannten Begriffe „erster“, „zweiter“ etc., z.B. erste Führung oder erste Rippen, dazu, verschiedene Elemente voneinander unterscheiden zu können. Das Vorhandensein einer ersten Führung bzw. Rippe oder zweiten Führung bzw. Rippe impliziert demzufolge nicht, dass zwingend mehr als eine Führung bzw. Rippe vorhanden sein muss.

Die mit Wassertropfen beladene Luft kann insbesondere eine vergleichsweise hohe Konzentration an Wassertropfen bzw. große Wassertropfen enthalten. Die mit Wassertropfen beladene Luft kann insbesondere die Abluft einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems sein. Die von Wassertropfen entladene Luft kann insbesondere von Wassertropfen bzw. größeren Wassertropfen zumindest teilweise befreit sein. Die von Wassertropfen entladene Luft kann insbesondere eine vergleichsweise kleine Konzentration an Wassertropfen bzw. keine großen Wassertropfen enthalten. Die von Wassertropfen entladene Luft kann insbesondere einem Befeuchter oder einem Turbokompressor oder sonstigen Komponenten des Brennstoffzellensystems zugeführt werden und diese dadurch vor einer Beschädigung bzw. vor einer Funktionsbeeinträchtigung durch Wassertropfen geschützt werden. Das aus der Luft abgeschiedene Wasser kann insbesondere aus der mit Wassertropfen beladenen Luft abgeschiedenen Wassertropfen zusammengesetzt sein.

Das Gehäuse kann insbesondere genau eine Öffnung oder mehrere - insbesondere genau zwei oder genau drei oder mehr - Öffnungen aufweisen. Weist das Gehäuse mehrere Öffnungen auf, so können die jeweiligen Öffnungen am Umfang des Einlasskanals zueinander beabstandet und/oder verteilt und/oder radial zueinander versetzt sein. Die jeweiligen Öffnungen können in einer quer zur Luftströmungsrichtung ausgerichteten Ebene liegen. Die jeweiligen Öffnungen können in eine Luftströmungsrichtung in einer Ebene angeordnet sein.

Die jeweilige Öffnung kann den Einlasskanal mit dem Sammelbehälter in eine bezüglich des Auslasskanals axiale Richtung bzw. in eine einer Längsmittelachse des Auslasskanals parallele Richtung kommunizierend verbinden. Mit anderen Worten kann die jeweilige Öffnung eine Mittelachse aufweisen, wobei die Mittelachse der jeweiligen Öffnung parallel zur bezüglich des Auslasskanals axiale Richtung bzw. parallel zur Luftströmungsrichtung des Auslasskanals bzw. parallel zur Längsmittelachse des Auslasskanals ausgerichtet sein kann. Der durchströmbare Querschnitt jeder der in die bezüglich des Auslasskanals axiale Richtung angeordneten Öffnungen und/oder die Summe der durchström baren Querschnitte aller der in die bezüglich des Auslasskanals axiale Richtung angeordneten Öffnungen kann vorzugsweise kleiner als 25%, insbesondere kleiner als 15%, und größer als 7% eines durchström baren Querschnitts des Einlasskanals betragen. Alternativ kann die jeweilige Öffnung den Einlasskanal mit dem Sammelbehälter in eine bezüglich des Auslasskanals radiale Richtung bzw. in eine zu einer Längsmittel- achse des Auslasskanals radiale Richtung kommunizierend verbinden. Mit anderen Worten kann die jeweilige Öffnung eine Mittelachse aufweisen, wobei die Mittelachse der jeweiligen Öffnung nahe senkrecht zur Luftströmungsrichtung des Auslasskanals bzw. zur Längsmittelachse des Auslasskanals ausgerichtet sein kann. Der durch- strömbare Querschnitt jeder der in die bezüglich des Auslasskanals radiale Richtung angeordneten Öffnungen und/oder die Summe der durchström baren Querschnitte aller der in die bezüglich des Auslasskanals radiale Richtung angeordneten Öffnungen kann vorzugsweise kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 2%, und größer als 0,1 % eines durchström baren Querschnitts des Einlasskanals betragen.

Zweckgemäß kann die jeweilige Öffnung in einem betriebsgerecht ausgerichteten Wasserabscheider oberhalb eines mit Wasser befüllbaren Bereichs des Sammelbehälters liegen. Ein mit Wasser befüllbarer Bereich des Sammelbehälters kann in einem betriebsgerecht ausgerichteten Wasserabscheider zweckgemäß derart angeordnet sein, dass das Wasser sich durch die Schwerkraft in dem mit Wasser befüllbaren Bereich sammeln kann. Insbesondere kann der Sammelbehälter oder zumindest ein mit Wasser befüllbarer Bereich des Sammelbehälters in einem betriebsgerecht ausgerichteten Wasserabscheider zweckgemäß unterhalb des Einlasskanals und/oder des Auslasskanals und/oder des Sammelkanals und/oder des Trennspalts und/oder des Einlasses und/oder des Auslasses liegen bzw. angeordnet sein.

Beim Durchströmen des Wasserabscheiders strömt die mit Wassertropfen beladene Luft in den Einlass und weiter durch den Einlasskanal bis zu dem Trennspalt. In dem Einlasskanal kann die Luft in Rotation - wie unten näher beschrieben ist - versetzt werden. Dadurch bildet sich an einer Außenwandung des Einlasskanals ein Wasserfilm, der zu dem Trennspalt strömt. Die von Wassertropfen entladene Luft strömt in dem Einlasskanal weiter zu dem Trennspalt. An dem Trennspalt trennt sich das aus der Luft abgeschiedene Wasser und die von Wassertropfen entladene Luft. Die von Wassertropfen entladene Luft strömt durch den Auslasskanal zu dem Auslass und weiter aus dem Wasserabscheider nach außen. Das aus der Luft abgeschiedene Wasser strömt durch den Trennspalt hindurch in den Sammelkanal und weiter in den Sammelbehälter.

Beim Einströmen des Wassers in den Sammelbehälter strömt auch Luft in den Sammelbehälter hinein. Die jeweilige gegenüber dem Trennspalt strömungsaufwärts geformte Öffnung verbindet dabei den Sammelbehälter mit dem Einlasskanal, so dass die in den Sammelbehälter eingeströmte Luft aus dem Sammelbehälter zurück in den Einlasskanal entweichen kann. Dadurch kann das Druckpolster in dem Sammelbehälter entlastet werden und der Druckunterschied zwischen dem Einlasskanal und dem Sammelkanal an dem Trennspalt reduziert werden. Dementsprechend kann das abgeschiedene Wasser ungehindert durch den Trennspalt in den Sammelbehälter gelangen und die Wirkung des Wasserabscheiders insgesamt verbessert werden. Die jeweilige Öffnung kann dabei eine beliebige Kontur aufweisen und insbesondere als eine kreisförmige Bohrung oder ein Schlitz geformt sein. Weist das Gehäuse mehrere Öffnungen auf, so können alle Öffnungen vorzugsweise gleiche Geometrien aufweisen.

Die jeweilige Öffnung kann insbesondere in einem strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters geformt sein. In dem strömungsberuhigten Bereich ist die Geschwindigkeit der in den Sammelbehälter eingeströmten Luft gering und das Wasser durch die Schwerkraft bereits abgeschieden. Mit anderen Worten ist das Wasser in dem strömungsberuhigten Bereich von der in den Sammelbehälter eingeströmten Luft bereits getrennt. Dadurch kann beim Zurückströmen der in dem Sammelbehälter eingeströmten Luft in den Einlasskanal kein Wasser mitgerissen und in den Einlasskanal geführt werden. Die in den Sammelbehälter eingeströmte Luft kann also durch die jeweilige Öffnung wieder strömungsgünstig der mit Wassertropfen beladenen Luft zugeführt werden. Das abgeschiedene Wasser verbleibt dabei in dem Sammelbehälter und kann bei Bedarf durch eine Auslassöffnung abgeführt werden.

Vorzugsweise weist zumindest eine der jeweiligen Öffnungen einen in den Sammelbehälter hineinragenden, insbesondere zumindest im Wesentlichen zylindrischen, Hals auf. Vorzugsweise umgibt und/oder umläuft der Hals die jeweilige Öffnung vollständig. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise vermieden werden, dass das bereits im Sammelbehälter abgeschiedene Wasser durch die jeweilige Öffnung (zurück) in den Einlasskanal mitgerissen bzw. gesaugt wird.

Insbesondere kann ein Verhältnis zwischen einem durchströmbaren Querschnitt des Trennspalts und einem durchström baren Querschnitt des Auslasskanals an dem Trennspalt zwischen 20% zu 80% und 10% zu 90% liegen. Mit anderen Worten kann der Trennspalt derart ausgeformt sein, dass der durchström bare Querschnitt des Trennspalts 10% bis 20% und der durchström bare Querschnitt des Auslasskanals 90% bis 80% eines gesamten durchström baren Querschnitts betragen. Der gesamte durchström bare Querschnitt beträgt definitionsgemäß 100% und setzt sich aus dem durchström baren Querschnitt des Trennspalts und aus dem durchström baren Querschnitt des Auslasskanals an dem Trennspalt zusammen.

Bei einer möglichen Ausführungsform des Wasserabscheiders kann vorgesehen sein, dass der Einlasskanal und der Auslasskanal koaxial zueinander ausgerichtet sind und in Luftströmungsrichtung einander folgen. Der Begriff "koaxial" bezieht sich dabei auf die Längsmittelachsen der jeweiligen Kanäle. Der Trennspalt ist dann an einer zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal geformten Übergangsstelle um den Auslasskanal außenseitig um laufend ausgeformt. Das Gehäuse des Wasserabscheiders kann beispielweise ein Einlassrohr und ein Auslassrohr aufweisen, die in Luftströmungsrichtung einander folgen und koaxial zueinander angeordnet sind. Das Einlassrohr kann dem Auslassrohr zugewandt eine Aufweitung aufweisen und das Auslassrohr kann dabei bereichsweise in der Aufweitung angeordnet sein. Insbesondere kann das Auslassrohr koaxial und beabstandet in der Aufweitung aufgenommen sein. Zwischen dem Auslassrohr und der Aufweitung des Einlassrohrs kann dann der den Auslasskanal außenseitig umlaufende Trennspalt geformt sein. Der Trennspalt kann dann radial nach außen durch das Einlassrohr und radial nach innen durch das Auslassrohr begrenzt sein. Entsprechend kann auch der Sammelkanal zumindest bereichsweise radial nach außen durch das Einlassrohr und radial nach innen durch das Auslassrohr begrenzt sein. Außenliegend an dem Auslassrohr kann zudem der Sammelbehälter geformt sein. Der Wasserabscheider kann zudem einen Drallerzeuger aufweisen. Die jeweilige Öffnung kann in den Einlasskanal ström ungsabwärts des Drallerzeugers führen. Mit anderen Worten kann die Öffnung in Luftströmungsrichtung nach dem Drallerzeuger angeordnet bzw. geformt sein. Der Drallerzeuger kann insbesondere zwischen dem Einlass und dem Trennspalt in dem Einlasskanal angeordnet und/oder geformt sein. So kann der Drallerzeuger als ein separates Element geformt sein und mit dem Einlasskanal bzw. mit dem den Einlasskanal formenden Einlassrohr festverbunden sein. Alternativ kann der Drallerzeuger zusammen mit dem Einlasskanal bzw. mit dem den Einlasskanal formenden Einlassrohr beispielweise in einem Spritzgussverfahren geformt sein.

Der Drallerzeuger kann wenigstens zwei zueinander beabstandete Flügel aufweisen. So kann der Drallerzeuger genau zwei oder genau drei oder genau vier oder genau fünf oder mehr Flügel aufweisen. Die jeweiligen Flügel können zueinander beab- standet angeordnet sein und um die Luftströmungsrichtung bzw. um die Längsmittel- achse des Einlasskanals bzw. um die Längsmittelachse des Einlassrohrs verteilt und insbesondere gleichmäßig verteilt sein. Der jeweilige Flügel kann in Luftströmungsrichtung einer Schneckenlinie bzw. Spirale folgen. Mit anderen Worten kann der jeweilige Flügel einen Abschnitt der Schneckenlinie bzw. Spirale abbilden. Die Schneckenlinie bzw. Spirale kann insbesondere an einer den Einlasskanal formenden Außenwandung liegen bzw. entlang einer den Einlasskanal formenden Außenwandung verlaufen. Die jeweilige Öffnung kann dann ström ungsabwärts des Drallerzeugers und zwischen den der jeweiligen Öffnung benachbarten Schneckenlinien bzw. Spiralen angeordnet sein. Insbesondere kann die jeweilige Öffnung zu den der jeweiligen Öffnung benachbarten Schneckenlinien bzw. Spiralen beabstandet angeordnet sein.

Beim Durchströmen des Wasserabscheiders strömt die mit Wassertropfen beladene Luft in den Einlass und wird durch den Drallerzeuger in Rotation versetzt. Das abgeschiedene Wasser sammelt sich dabei durch die wirkende Fliehkraft zwischen dem jeweiligen Flügel und einer den Einlasskanal formenden Außenwandung. Nach dem jeweiligen Flügel strömt dann das Wasser in einem definierten Wasserstrom entlang einer dem jeweiligen Flügel zugeordneten Schneckenlinie bzw. Spirale entlang der Außenwandung des Einlasskanals weiter. Die jeweilige Öffnung liegt zwischen den jeweiligen ihr benachbarten Schneckenlinien bzw. Spiralen und demnach zwischen den definierten den jeweiligen benachbarten Flügeln zugeordneten Wasserströmen. Demnach kann das Einströmen des Wassers in die jeweilige Öffnung vorteilhaft verhindert werden. Dadurch kann eine schädliche Interaktion des aus der Luft abgeschiedenen Wassers mit dem Luftstrom in der jeweiligen Öffnung vorteilhaft verhindert werden.

Vorzugsweise sind im den Einlasskanal formenden Einlassrohr innenseitig erste Führungen, insbesondere Rippen, zur Führung von abzuscheidenden, insbesondere wandläufigen, Wassers angeordnet und/oder ausgeformt.

Alternativ oder zusätzlich können im Sammelbehälter innenseitig zweite und/oder dritte Führungen, insbesondere Rippen, zur Führung von aus der Luft (bereits) abgeschiedenen Wassers angeordnet und/oder ausgeformt sein.

Vorzugsweise befinden sich die ersten Führungen im Einlassrohr zumindest bereichsweise zwischen dem Drallerzeuger und/oder der jeweiligen Öffnung und dem Trennspalt und/oder Sammelkanal.

Alternativ oder zusätzlich können sich die zweiten Führungen im Sammelbehälter, insbesondere unmittelbar, gegenüberliegend zum Trennspalt und/oder Sammelkanal befinden.

Alternativ oder zusätzlich können sich die dritten Führungen im Sammelbehälter zumindest bereichsweise zwischen dem Trennspalt und/oder Sammelkanal und der jeweiligen Öffnung befinden.

Vorzugsweise folgt ein Verlauf der ersten Führungen in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs betrachtet zumindest bereichsweise Schneckenlinien und/oder Spiralen.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Verlauf der zweiten Führungen in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs betrachtet zumindest bereichsweise Schneckenlinien und/oder Spiralen folgen.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Verlauf der dritten Führungen in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs betrachtet zumindest bereichsweise geraden Längslinien folgen. Die ersten, zweiten oder dritten Führungen können zumindest bereichsweise jeweils Rippen aufweisen oder als solche ausgebildet sein. Insbesondere sind die ersten, zweiten oder dritten Rippen dabei Schneckenlinien- und/oder spiralförmig und/oder geradlinig ausgebildet, was sich, wie zuvor beschrieben, in den jeweiligen Verläufen widerspiegelt.

Die ersten Führungen bzw. Rippen im Einlassrohr können mit Blick auf geometrische Abmaße wie beispielsweise Rippenhöhe, deren Anstellwinkel in Bezug auf die Längsmittelachse des Einlassrohrs sowie deren Abstand zueinander variabel ausgestaltet sein bzw. so gewählt werden, dass der Verlauf der Schneckenlinien- und/oder spiralförmigen ersten Führungen bzw. Rippen mit den sich infolge des Drallerzeugers in Schneckenlinien bzw. Spiralen ausbildenden Wasserströmen korrespondiert bzw. geometrisch übereinstimmt.

Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht werden, dass das aus der Luft abzuscheidende, insbesondere wandläufige, Wasser, über die ersten Führungen bzw. Rippen zum Trennspalt geführt wird, ohne von der Luftströmung im Einlasskanal wieder mitgerissen zu werden.

Vom Trennspalt aus, kann bereits aus der Luft abgeschiedenes Wasser weiter über den Sammelkanal in den Sammelbehälter gelangen.

Das abgeschiedene Wasser kann anschließend im Sammelbehälter durch die zweiten Führungen bzw. Rippen, die Schneckenlinien- und/oder spiralförmig angeordnet und/oder ausgeformt sind und sich, insbesondere unmittelbar, gegenüberliegend zum Trennspalt und/oder Sammelkanal befinden, aufgenommen und Schneckenlinien und/oder Spiralen folgend an eine Außenwandung des Sammelbehälters geführt werden.

Die geometrischen Abmaße der zweiten Führungen bzw. Rippen und dementsprechend deren Verlauf können sich an den ersten Führungen bzw. Rippen, oder an sonstigen Geometrien des Wasserabscheiders, insbesondere am, den Sammelbehälter formenden Gehäuse, orientieren. An die zweiten Führungen bzw. Rippen können sich im Sammelbehälter in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs betrachtet die dritten Führungen bzw. Rippen, insbesondere unmittelbar, anschließen.

Die dritten Führungen bzw. Rippen können im Sammelbehälter in geraden Längsli- nien zumindest bereichsweise zwischen dem Trennspalt und/oder Sammelkanal und der jeweiligen Öffnung verlaufen.

Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise ein axialer Transport des aus der Luft abgeschiedenen Wassers in den strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters ermöglicht werden, um das Wasser anschließend gezielt aus dem Wasserabscheider abzuführen.

Bei einer möglichen alternativen Ausführungsform des Wasserabscheiders kann vorgesehen sein, dass der Einlasskanal tangential zu dem Auslasskanal ausgerichtet ist. Der Trennspalt kann dann radial beabstandet und radial außenliegend zu dem Auslasskanal und zwischen einer Außenwandung des Gehäuses und einer den Einlasskanal formenden Trennwandung geformt sein. Das Gehäuse des Wasserabscheiders kann beispielweise ein Auslassrohr aufweisen und das Auslassrohr kann den Auslasskanal formen. Der Einlasskanal kann bereichsweise durch ein Einlassrohr und bereichsweise durch die Außenwandung des Gehäuses und eine Trennwandung geformt sein. Der Einlasskanal kann dabei tangential bzw. quer zu dem Auslasskanal bzw. dem Auslassrohr ausgerichtet sein. Der Trennspalt kann durch die Außenwandung des Gehäuses und die Trennwandung geformt sein und den Einlasskanal in den Auslasskanal und den Sammelkanal aufteilen. Die Trennwandung kann dabei derart in dem Einlasskanal angeordnet sein, dass der Sammelkanal radial außen an dem Auslasskanal angeordnet ist. Außenliegend an dem Auslasskanal bzw. an dem Auslassrohr kann zudem der Sammelbehälter geformt sein.

Beim Durchströmen des Wasserabscheiders strömt die mit Wassertropfen beladene Luft in den Einlass und durch den Einlasskanal hindurch. An einer Übergangsstelle zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal wird die mit Wassertropfen beladene Luft durch die tangentiale Anordnung des Einlasskanals an dem Auslasskanal umgelenkt. Das abgeschiedene Wasser sammelt sich dabei durch die wirkende Fliehkraft an der den Einlasskanal formenden Außenwandung des Gehäuses und strömt dann durch den radial außenliegenden Trennspalt in den Sammelkanal ein. Die von Wassertropfen entladene Luft strömt in den Auslasskanal und weiter aus dem Auslass des Gehäuses nach außen.

Das Gehäuse kann ferner eine innerhalb des Gehäuses liegende Schottwand aufweisen, wobei die Schottwand den Sammelkanal und/oder den Sammelbehälter von dem Einlasskanal fluidisch trennen kann. Mit anderen Worten kann die Schottwand zumindest bereichsweise den Einlasskanal und den Sammelkanal und/oder den Sammelbehälter formen. Die Schottwand kann spiralartig geformt sein und insbesondere quer zum Auslasskanal bzw. quer zur Luftströmungsrichtung in dem Auslasskanal angeordnet sein. Die jeweilige Öffnung kann dabei in der Schottwand geformt sein und den Sammelbehälter mit dem Einlasskanal fluidisch verbinden.

Die Erfindung betrifft auch ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug. Das Brennstoffzellensystem weist dabei eine Brennstoffzelle auf. Zudem weist das Brennstoffzellensystem einen Zuluft-Pfad und einen Abluft-Pfad auf. Der Abluft-Pfad führt von der Brennstoffzelle und ist von - feuchter und insbesondere mit Wassertropfen enthaltender - Abluft durchströmbar. Der Zuluft-Pfad führt zu der Brennstoffzelle und ist von - trockener und aus der Umgebung angesaugter - Zuluft durchströmbar. Das Brennstoffzellensystem weist zudem einen Befeuchter zum Befeuchten der in dem Zuluft-Pfad strömenden Zuluft mit der in dem Abluft-Pfad strömenden Abluft auf. Der Befeuchter kann beispielweise ein Membranbefeuchter mit einem Membranstapel aus mehreren beabstandet zueinander gestapelten flexiblen Membranen sein. Das Brennstoffzellensystem weist zudem den oben beschriebenen Wasserabscheider auf. Der Wasserabscheider kann dabei in dem Zuluft-Pfad dem Befeuchter fluidisch vorgeschaltet sein oder in dem Abluft-Pfad zwischen der Brennstoffzelle und dem Befeuchter fluidisch geschaltet sein oder in dem Abluft-Pfad dem Befeuchter fluidisch nachgeschaltet sein. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 bis 3 Schnittansichten eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 eine bereichsweise durchsichtige Ansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in der zweiten Ausführungsform mit einer simulierten Luftströmung;

Fig. 6 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in der zweiten Ausführungsform analog zu Fig. 4 mit Führungen im Einlassrohr und Sammelbehälter;

Fig. 7 eine Innenansicht eines Gehäuseteils, insbesondere eines Teils des Sammelbehälters, des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders in der zweiten Ausführungsform nach Fig. 6;

Fig. 8 bis 10 Blockschemas eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit dem erfindungsgemäßen Wasserabscheider. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in einer ersten Ausführungsform. Der Wasserabscheider 1 umfasst dabei ein Gehäuse 2, das nach außen durch eine Außenwandung 3 begrenzt ist. In dem Gehäuse 2 sind ein Einlass 4 und ein Auslass 5 geformt und das Gehäuse 2 ist von dem Einlass 4 zu dem Auslass 5 von einer mit Wassertropfen beladenen Luft durchströmbar. Innerhalb des Gehäuses 2 sind zudem ein Einlasskanal 6, ein Auslasskanal 7 und ein Sammelkanal 8 geformt. In Fig. 1 liegt die Schnittebene parallel zur Luftströmungsrichtung in dem Einlasskanal 6 und senkrecht zur Luftströmungsrichtung in dem Auslasskanal 7.

Zudem weist das Gehäuse 2 eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Schottwand 9 und eine Trennwandung 10 auf. Die Schottwand 9 und die Trennwandung 10 grenzen dabei den Einlasskanal 6 von dem Sammelkanal 8 ab. Zwischen der Schottwand 9 und der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 ist zudem ein Sammelbehälter 11 in dem Gehäuse 2 geformt. Der Einlasskanal 6 ist bereichsweise durch ein Einlassrohr 6a und bereichsweise durch die Außenwandung 3 des Gehäuses 2, die Schottwand 9 und die Trennwandung 10 geformt. Der Auslasskanal 7 ist durch ein sich zu dem Auslass 5 ausweitendes Auslassrohr 7a geformt. Ferner ist zwischen der Schottwand 9, der Trennwandung 10 und der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 ein Trennspalt 12 geformt.

Der Einlasskanal 6 ist für die mit Wassertropfen beladene Luft vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses 2 von dem Einlass 4 bis zu dem Trennspalt 12. Der Auslasskanal 7 ist für die von Wassertropfen entladene Luft vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses 2 von dem Einlasskanal 6 an dem Trennspalt 12 vorbei zu dem Auslass 5. Der Sammelkanal 8 ist für das aus der Luft abgeschiedene Wasser vorgesehen und führt innenhalb des Gehäuses 2 von dem Einlasskanal 6 durch den Trennspalt 12 hindurch in den Sammelbehälter 11. Der Auslasskanal 7 und der Sammelkanal 8 sind dabei ab dem Trennspalt 12 ström ungsabwärts fluidisch getrennt.

Der Einlasskanal 6 ist tangential zu dem Auslasskanal 7 bzw. dem Auslassrohr 7a ausgerichtet, so dass die mit Wassertropfen beladene Luft beim Übergang aus dem Einlasskanal 6 in den Auslasskanal 7 umgelenkt und der Fliehkraft ausgesetzt wird. Dadurch wird das in der Luft befindliche Wasser radial nach außen gedrückt und bildet einen Wandfilm an der Außenwandung 3 des Gehäuses 2. Der Trennspalt 12 ist radial beabstandet und radial außenliegend zu dem Auslasskanal 7 bzw. dem Auslassrohr 7a geformt. Das der Fliehkraft ausgesetzte Wasser strömt dadurch durch den Trennspalt 12 in den Sammelkanal 8 und weiter in den Sammelbehälter 11 . In dem Sammelbehälter 11 setzt sich das Wasser unter Wirkung der Schwerkraft nach unten ab und die mit dem Wasser einströmende Luft beruhigt sich. Die Luftströmung ist in Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet.

Um den Aufbau eines Druckpolsters in dem Sammelbehälter 11 durch die mit dem Wasser einströmende Luft zu vermeiden, weist das Gehäuse 2 eine Öffnung 13 auf. Die Öffnung 13 ist in der Schottwand 9 geformt und verbinden den Sammelbehälter 11 mit dem Einlasskanal 6. Durch die Öffnung 13 kann die in den Sammelbehälter 11 eingeströmte Luft zurück in den Einlasskanal 6 strömen und dadurch der Aufbau des Druckpolsters in dem Sammelbehälter 11 verhindert werden. Dementsprechend kann der Druckunterschied zwischen dem Sammelkanal 8 und dem Einlasskanal 6 an dem Trennspalt 12 reduziert werden und dadurch das Einströmen von Wasser in den Sammelkanal 12 vereinfacht werden.

Hierbei verbindet die Öffnung 13 den Einlasskanal 6 mit dem Sammelbehälter 11 in eine bezüglich des Auslasskanals 7 axiale Richtung in einer kommunizierenden Weise bzw. luftleitend. Dabei weist die Öffnung 13 eine Mittelachse auf, die parallel zur Luftströmungsrichtung in dem Auslasskanal 7 ausgerichtet ist. Die in die axiale Richtung angeordnete Öffnung 13 weist vorzugsweise einen durchström baren Querschnitt kleiner als 25%, insbesondere kleiner als 15%, und größer als 7% des durch- strömbaren Querschnitts des Einlasskanals 6 auf.

In Fig. 2 ist eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 gezeigt. In Fig. 2 liegt die Schnittebene senkrecht zur Luftströmungsrichtung in dem Einlasskanal 6 und parallel zur Luftströmungsrichtung in dem Auslasskanal 7. In Fig. 2 ist die Schottwand 9 und ein durch die Schottwand 9 und die Außenwandung 3 des Gehäuses 2 geformter Bereich des Einlasskanals 6 erkennbar. Zudem ist der zwischen der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 und der Schottwand 9 geformte Sammelbehälter n erkennbar.

In Fig. 3 ist eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 gezeigt. Die Schnittebene ist hier wie in Fig. 2 ausgerichtet und geht durch die Öffnung 13 in der Schottwand 9 hindurch. Wie oben bereits erläutert ist, verbindet die Öffnung 13 den Sammelbehälter 11 und den Einlasskanal 6 fluidisch. Die Öffnung 13 ist dabei in einem strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters 11 geformt. In dem strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters 11 ist das Wasser unter der Wirkung der Schwerkraft bereits nach unten abgesetzt und dadurch kann ein Mitreißen des Wassers aus dem Sammelbehälter 11 in den Einlasskanal 6 verhindert werden.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in einer zweiten Ausführungsform. Das Gehäuse 2 des Wasserabscheiders 1 ist hier zweiteilig in einem Spritzgussverfahren geformt. In der zweiten Ausführungsform sind der Einlasskanal 6 ausschließlich durch das Einlassrohr 6a und der Auslasskanal 7 ausschließlich durch das Auslassrohr 7a geformt. Das Einlassrohr 6a und das Auslassrohr 7a sind dabei koaxial und in Luftströmungsrichtung benachbart zueinander bzw. einander folgend angeordnet. Der Einlasskanal 6 bzw. das Einlassrohr 6a weist dabei dem Auslasskanal 7 bzw. dem Auslassrohr 7a zugewandt eine Aufweitung 6b auf und das Auslassrohr 7a ist bereichsweise in der Aufweitung 6b angeordnet. Dadurch ist um den Auslasskanal 7 bzw. das Auslassrohr 7a der außenseitig umlaufende Trennspalt 12 geformt.

In dem Einlasskanal 6 bzw. dem Einlassrohr 6a ist zudem ein Drallerzeuger 14 angeordnet bzw. geformt. Der Drallerzeuger 14 umfasst dabei mehrere Flügel 15, die in Luftströmungsrichtung bzw. entlang einer Längsmittelachse des Einlasskanals 6 bzw. des Einlassrohrs 6a einer Schneckenlinie 16 bzw. einer Spirale folgen. Die Flügel 15 sind dabei bezüglich der Luftströmungsrichtung bzw. der Längsmittelachse des Einlasskanals 6 bzw. des Einlassrohrs 6a umlaufend und zueinander beab- standet angeordnet. Der Drallerzeuger 14 versetzt die mit Wassertropfen beladene Luft in Rotation, so dass das Wasser sich zwischen der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 bzw. dem Einlassrohr 6a und den jeweiligen Flügeln 15 sammelt. Dadurch bilden sich mehrere definierte Wasserströme, die entlang den jeweiligen Schneckenlinien 16 bzw. Spiralen weiter zu dem Trennspalt 12 und durch den Sammelkanal 8 in den Sammelbehälter 11 strömen. Die von Wassertropfen entladene Luft strömt dagegen in den Auslasskanal 7 bzw. das Auslassrohr 7a und weiter zu dem Auslass 5. Die Luftströmung ist in Fig. 4 mit Pfeilen angedeutet.

Der Aufbau des Druckpolsters in dem Sammelbehälter 11 wird durch die Öffnung 13 vermieden. Die Öffnung 13 ist dabei in dem Einlassrohr 6a geformt und verbinden den Sammelbehälter 11 mit dem Einlasskanal 6. Die Öffnung 13 ist dabei strömungs- abwärts des Drallerzeugers 14 angeordnet. Durch die Öffnung 13 kann die in den Sammelbehälter 11 eingeströmte Luft zurück in den Einlasskanal 6 strömen. Die Öffnung 13 verbindet hier Weise den Einlasskanal 6 mit dem Sammelbehälter 11 in eine bezüglich des Auslasskanals 7 radiale Richtung in einer kommunizierenden Weise bzw. luftleitend. Dabei weist die Öffnung 13 eine Mittelachse auf, die im Wesentlichen bzw. nahe senkrecht zur Luftströmungsrichtung in dem Auslasskanal 7 ausgerichtet ist. Die in die radiale Richtung angeordnete Öffnung 13 weist vorzugsweise einen durchström baren Querschnitt kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 2%, und größer als 0,1 % des durchströmten Querschnitts des Einlasskanals 6 auf. Die genaue Position bzw. Anordnung der Öffnung 13 wird anhand Fig. 5 näher erläutert.

Fig. 5 zeigt eine bereichsweise durchsichtige Ansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in der zweiten Ausführungsform mit einer simulierten Luftströmung. Wie in Fig. 5 besonders gut erkennbar ist, bilden sich an der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 bzw. an dem Einlassrohr 6a mehrere definierte Wasserströme, die entlang der jeweiligen Schneckenlinien 16 bzw. Spiralen weiter zu dem Trennspalt 12 strömen. Um ein Einströmen von Wasser in die Öffnung 13 zu vermeiden, liegt die Öffnung 13 ström ungsabwärts des Drallerzeugers 14 und zwischen den ihr benachbarten Schneckenlinien 16 bzw. Spiralen. Dadurch liegt die Öffnung 13 außerhalb der definierten Wasserströmen und das Einströmen von Wasser in die Öffnung 13 kann vermieden werden. Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in der zweiten Ausführungsform analog zur Darstellung in Fig. 4.

Zusätzlich weisen gemäß der Fig. 6 die Öffnungen 13, die den Sammelbehälter 11 im strömungsberuhigten Bereich mit dem Einlasskanal 6 fluidisch verbinden, einen in den Sammelbehälter 11 hineinragenden, insbesondere zumindest im Wesentlichen zylindrischen, Hals 23 auf. Der Hals 23 umgibt bzw. umläuft oder umrundet die Öffnungen 13 dabei jeweils vollständig.

Durch den Hals 23 wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass bereits im Sammelbehälter 11 abgeschiedenes Wasser, durch die jeweilige Öffnung 13 (zurück) in den Einlasskanal 6 mitgerissen bzw. gesaugt wird. Das abgeschiedene Wasser verbleibt somit im Sammelbehälter 11 .

Es ist denkbar, dass auch die jeweilige Öffnung 13 in der ersten Ausführungsform des Wasserabscheiders 1 gern, den Fig. 1 bis 3 einen entsprechenden Hals 23 aufweist (in Fig. 1 bis 3 nicht gezeigt).

Fig. 6 zeigt zudem innenseitig im Einlassrohr 6a erste Führungen, die hier als erste Rippen 24 ausgestaltet sind, zur Führung des stromabwärts des Drallerzeugers 14 aus der Luftströmung abzuscheidenden, insbesondere wandläufigen, Wassers.

Die ersten Rippen 24 sind Schneckenlinien- und/oder spiralförmig innenseitig an der Außenwandung des Einlassrohrs 6a ausgeformt und ragen dadurch in den Einlasskanal 6 hinein.

Zudem sind die ersten Rippen 24 in Strömungsrichtung entlang der Längsmittel- achse des Einlassrohrs 6a derart zueinander ausgeformt, sodass deren schneckenli- nien- und/oder spiralförmiger Verlauf zu den sich stromabwärts infolge des Drallerzeugers 14 ausbildenden und dabei Schneckenlinien und/oder Spiralen 16 folgenden Wasserströmen, wie in Fig. 5 beschrieben, korrespondiert bzw. mit diesen geometrisch übereinstimmt.

Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, dass das im Einlassrohr 6a infolge des Drallerzeugers 14 wandläufige Wasser, über die innenseitig ausgeformten und Schneckenlinien und/oder Spiralen 16 folgenden ersten Rippen 24 zum Trennspalt 12 geführt wird, ohne wieder von der Luftströmung im Einlasskanal 6 mitgerissen zu werden. In Fig. 6 sind die Schneckenlinien und/oder Spiralen 16, denen die ersten Rippen 24 im Einlasskanal 6 und/oder Einlassrohr 6a folgen, gestrichelt dargestellt.

Ebenfalls in Fig. 6 gut zu erkennen ist, dass sich die ersten Rippen 24 im Einlassrohr 6a und/oder Einlasskanal 6 zumindest bereichsweise zwischen dem Drallerzeuger 14 und/oder den jeweiligen Öffnungen 13 und dem Trennspalt 12 und/oder Sammelkanal 8 befinden.

Vom Trennspalt 12 aus, gelangt das bereits aus der Luft abgeschiedene Wasser weiter über den Sammelkanal 8 in den Sammelbehälter 11 .

Der in Fig. 6, wie auch in Fig. 4, gezeigte Sammelbehälter 11 ist topfförmig ausgestaltet bzw. weist eine Topfform auf und ist dabei über die Außenwandung 3 des hier zweiteiligen Gehäuses 2 des Wasserabscheiders 1 nach außen hin abgegrenzt. Ferner zeigt Fig. 6 gegenüberliegend zum Trennspalt 12 und/oder Sammelkanal 8 am Topfboden 29 des Sammelbehälters 11 zweite Führungen, die hier als zweite Rippen 25 ausgestaltet sind.

Dabei wird das vom Sammelkanal 8 kommende bereits abgeschiedene Wasser über die im Topfboden 29 ausgeformten zweiten Rippen 25 zunächst einmal aufgenommen und anschließend Schneckenlinien und/oder Spiralen 26 folgend radial nach außen an die Außenwandung 3 des Sammelbehälters 11 geführt (siehe auch Fig. 7).

Ferner sind in Fig. 6 dritte Führungen, die hier als dritte Rippen 27 ausgestaltet sind, gezeigt.

Die dritten Rippen 27 sind geradlinig innenseitig im Sammelbehälter 11 ausgeformt und verlaufen zumindest bereichsweise geraden Längslinien 28 folgend (in Fig. 6 gestrichelt dargestellt) zwischen dem Trennspalt 12 und/oder Sammelkanal 8 und den Öffnungen 13.

Die dritten Rippen 27, wie in Fig. 6 gut zu erkennen, schließen sich in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs 6a betrachtet an die zweiten Rippen 25 an.

Durch die dritten Rippen 27 wird in besonders vorteilhafter Weise ein axialer Transport des aus der Luft abgeschiedenen Wassers, den geraden Längslinien 28 folgend, in den strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters 11 bzw. den Bereich der Öffnungen 13 ermöglicht, um das Wasser über einen Auslass (hier nicht gezeigt) gezielt aus dem Wasserabscheider 1 abzuführen.

Fig. 7 zeigt in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs 6a oder entlang der Längsmittelachse des Auslassrohrs 7a betrachtet, eine Innenansicht eines Teils des zweiteiligen Gehäuses 2 des Wasserabscheiders 1 gern. Fig. 6, wobei lediglich der topfförmige Gehäuseteil zu sehen ist, der maßgeblich den Sammelbehälter 11 bestimmt.

In Fig. 7 ist zudem der Topfboden 29 des Sammelbehälters 11 , in Strömungsrichtung betrachtet, als Teil der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 besonders gut zu erkennen.

Dabei sind die zweiten Rippen 25, die Schneckenlinien- und/oder spiralförmig im Sammelbehälter 11 ausgeformt sind und entsprechend Schneckenlinien und/oder Spiralen 26 folgen (gestrichelt dargestellt) sowie die dritten geradlinigen Rippen 27 gut zu erkennen.

Ebenfalls gut zu erkennen ist, dass die zweiten Rippen 25 sowie die dritten Rippen 27 entlang des Umfangs des Sammelbehälters 11 bzw. der Außenwandung 3 des Gehäuses 2 abwechselnd zueinander liegen. Denkbar ist aber auch eine Anordnung, in der die zweiten und dritten Rippen 25, 27 entlang des Umfangs des Sammelbehälters 11 jeweils zueinander anschließend liegen.

Fig. 8 bis Fig. 10 zeigen Blockschemas eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 17 für ein Kraftfahrzeug. Das Brennstoffzellensystem 17 weist dabei den erfindungsgemäßen Wasserabscheider 1 , einen Luftfilter 18, einen Turbokompressor 19 mit einem Kompressor 19a und einer Turbine 19b, einen Luftkühler 20, einen Befeuchter 21 und eine Brennstoffzelle 22 auf. Durch die Brennstoffzelle 22 sind in dem Brennstoffzellensystem 17 ein Zuluft-Pfad ZL für die Zuluft und ein Abluft-Pfad AL für die Abluft definiert. Der Zuluft-Pfad ZL führt dabei von außen bzw. von weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs durch den Luftfilter 18, den Kompressor 19a des Turbokompressors 19, den Luftkühler 20 und den Befeuchter 21 zu der Brennstoffzelle 22. Der Abluft-Pfad AL führt von der Brennstoffzelle 22 durch den Befeuchter 21 und die Turbine 19b des Turbokompressors 19 nach außen bzw. zu weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs.

In Fig. 8 ist eine erste mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in dem Brennstoffzellensystem 17 gezeigt. Hier ist der Wasserabscheider 1 in dem Zuluft-Pfad ZL dem Luftfilter 18 fluidisch vorgeschaltet.

In Fig. 9 ist eine zweite mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in dem Brennstoffzellensystem 17 gezeigt. Hier ist der Wasserabscheider 1 in dem Abluft-Pfad AL zwischen der Brennstoffzelle 22 und dem Befeuchter 21 fluidisch geschaltet bzw. in dem Abluft-Pfad AL dem Befeuchter 21 fluidisch vorgeschaltet bzw. in dem Abluft-Pfad AL der Brennstoffzelle 22 fluidisch nachgeschaltet.

In Fig. 10 ist eine dritte mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Wasserabscheiders 1 in dem Brennstoffzellensystem 17 gezeigt. Hier ist der Wasserabscheider 1 in dem Abluft-Pfad AL zwischen dem Befeuchter 21 und der Turbine 19b des Turbokompressors 19 fluidisch geschaltet bzw. in dem Abluft-Pfad AL der Turbine 19b des Turbokompressors 19 fluidisch vorgeschaltet bzw. in dem Abluft-Pfad AL dem Befeuchter 21 fluidisch nachgeschaltet.

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Claims

Ansprüche

1. Wasserabscheider (1 ), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem (17),

- wobei der Wasserabscheider (1 ) ein von Luft durchström bares Gehäuse (2) aufweist,

- wobei das Gehäuse (2) einen in das Gehäuse (2) führenden Einlass (4) und einen aus dem Gehäuse (2) führenden Auslass (5) aufweist,

- wobei das Gehäuse (2) einen innenhalb des Gehäuses (2) geformten Sammelbehälter (11) und einen innenhalb des Gehäuses (2) geformten Trennspalt (12) aufweist,

- wobei das Gehäuse (2) einen Einlasskanal (6) für die mit Wassertropfen beladene Luft aufweist und der Einlasskanal (6) innenhalb des Gehäuses (2) von dem Einlass (4) bis zu dem Trennspalt (12) führt,

- wobei das Gehäuse (2) einen Auslasskanal (7) für die von Wassertropfen entladene Luft aufweist und der Auslasskanal (7) innenhalb des Gehäuses (2) von dem Einlasskanal (6) zu dem Auslass (5) führt,

- wobei das Gehäuse (2) einen Sammelkanal (8) für das aus der Luft abgeschiedene Wasser aufweist und der Sammelkanal (8) innenhalb des Gehäuses (2) von dem Einlasskanal (6) durch den Trennspalt (12) hindurch in den Sammelbehälter (11) führt, und

- wobei der Auslasskanal (7) und der Sammelkanal (8) ab dem Trennspalt (12) ström ungsabwärts fluidisch getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (11 ) und der Einlasskanal (6) mittels wenigstens einer gegenüber dem Trennspalt ström ungsaufwärts geformten Öffnung (13) fluidisch miteinander verbunden sind.

2. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Öffnung (13) in einem strömungsberuhigten Bereich des Sammelbehälters (11 ) geformt ist.

3. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der jeweiligen Öffnungen (13) einen in den Sammelbehälter (11 ) hineinragenden, insbesondere zumindest im Wesentlichen zylindrischen, Hals (23) aufweist.

4. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hals (23) die jeweilige Öffnung (13) vollständig umgibt und/oder umläuft.

5. Wasserabscheider (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchström barer Querschnitt des Trennspalts (12) und ein durchström barer Querschnitt des Auslasskanals (7) ein Verhältnis zwischen 20% zu 80% und 10% zu 90% aufweisen.

6. Wasserabscheider (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Einlasskanal (6) und der Auslasskanal (7) koaxial zueinander ausgerichtet sind und in Luftströmungsrichtung einander folgen, und

- dass der Trennspalt (12) an einer zwischen dem Einlasskanal (6) und dem Auslasskanal (7) geformten Übergangsstelle um den Auslasskanal (7) außenseitig um laufend ausgeformt ist.

7. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserabscheider (1 ) einen Drallerzeuger (14) aufweist und der Drallerzeuger (14) zwischen dem Einlass (4) und dem Trennspalt (12) in dem Einlasskanal (6) angeordnet und/oder geformt ist.

8. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Öffnung (13) in den Einlasskanal (6) strömungsabwärts des Drallerzeugers (14) führt.

9. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Drallerzeuger (14) wenigstens zwei zueinander beabstandete Flügel (15) aufweist und der jeweilige Flügel (15) in Luftströmungsrichtung einer Schneckenlinie (16) folgt, und

- dass die jeweilige Öffnung (13) strömungsabwärts des Drallerzeugers (14) und zwischen den beiden zu der jeweiligen Öffnung (13) benachbarten Schneckenlinien (16) angeordnet ist.

10. Wasserabscheider (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- dass in einem den Einlasskanal (6) formenden Einlassrohr (6a) innenseitig erste Führungen (24), insbesondere Rippen, zur Führung von abzuscheidenden, insbesondere wandläufigen, Wassers angeordnet und/oder ausgeformt sind, und/oder

- dass im Sammelbehälter (11 ) innenseitig zweite und/oder dritte Führungen (25, 27), insbesondere Rippen, zur Führung von aus der Luft abgeschiedenen Wassers angeordnet und/oder ausgeformt sind.

11 . Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

- dass sich die ersten Führungen (24) im Einlassrohr (6a) zumindest bereichsweise zwischen dem Drallerzeuger (14) und/oder der jeweiligen Öffnung (13) und dem Trennspalt (12) und/oder Sammelkanal (8) befinden, und/oder

- dass sich die zweiten Führungen (25) im Sammelbehälter (11 ), insbesondere unmittelbar, gegenüberliegend zum Trennspalt (12) und/oder Sammelkanal (8) befinden, und/oder

- dass sich die dritten Führungen (27) im Sammelbehälter (11 ) zumindest bereichsweise zwischen dem Trennspalt (12) und/oder Sammelkanal (8) und der jeweiligen Öffnung (13) befinden.

12. Wasserabscheider (1 ) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet,

- dass ein Verlauf der ersten Führungen (24) in Strömungsrichtung entlang einer Längsmittelachse des Einlassrohrs (6a) betrachtet zumindest bereichsweise Schneckenlinien und/oder Spiralen (16) folgt, und/oder

- dass ein Verlauf der zweiten Führungen (25) in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs (6a) betrachtet zumindest bereichsweise Schneckenlinien und/oder Spiralen (26) folgt, und/oder

- dass ein Verlauf der dritten Führungen (27) in Strömungsrichtung entlang der Längsmittelachse des Einlassrohrs (6a) betrachtet zumindest bereichsweise geraden Längslinien (28) folgt.

13. Wasserabscheider (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Einlasskanal (6) tangential zu dem Auslasskanal (7) ausgerichtet ist, und

- dass der Trennspalt (12) radial beabstandet und radial außenliegend zu dem Auslasskanal (7) und zwischen einer Außenwandung (3) des Gehäuses (2) und einer den Einlasskanal (6) formenden Trennwandung (10) geformt ist.

14. Wasserabscheider (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Gehäuse (2) eine innerhalb des Gehäuses (2) liegende Schottwand (9) aufweist, und

- dass die Schottwand (9) den Sammelkanal (8) und/oder den Sammelbehälter (11 ) von dem Einlasskanal (6) fluidisch trennt, wobei der Sammelbehälter (11 ) mit dem Einlasskanal (6) über die in der Schottwand (9) geformte jeweilige Öffnung (13) fluidisch verbunden ist.

15. Brennstoffzellensystem (17) für ein Kraftfahrzeug,

- wobei das Brennstoffzellensystem (17) eine Brennstoffzelle (22) aufweist, - wobei das Brennstoffzellensystem (17) einen zu der Brennstoffzelle (22) führenden und von Zuluft durchström baren Zuluft-Pfad (ZL) und einen von der Brennstoffzelle (22) führenden und von Abluft durchströmbaren Abluft-Pfad (AL) aufweist,

- wobei das Brennstoffzellensystem (17) einen Befeuchter (21 ) zum Befeuchten der in dem Zuluft-Pfad (ZL) strömenden Zuluft mit der in dem Abluft-Pfad (AL) strömenden Abluft aufweist, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Brennstoffzellensystem (17) einen Wasserabscheider (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist,

- wobei der Wasserabscheider (1 ) in dem Zuluft-Pfad (ZL) dem Befeuchter (21 ) fluidisch vorgeschaltet ist, und/oder

- wobei der Wasserabscheider (1 ) in dem Abluft-Pfad (AL) zwischen der Brennstoffzelle (22) und dem Befeuchter (21 ) fluidisch geschaltet ist, und/oder

- wobei der Wasserabscheider (1 ) in dem Abluft-Pfad (AL) dem Befeuchter (21 ) fluidisch nachgeschaltet ist.