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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden
einer Flüssigkeit aus einem Gasstrom, mit einem Strömungskanal,
welcher in Strömungsrichtung des Gasstroms ein erstes und
ein zweites Teilelement aufweist, welches zumindest bereichsweise
ein größeres Innenmaß als das erste Teilelement
aufweist, und ein Übergang zwischen dem zweiten und einem
dritten Teilelement gestuft ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft
die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Vorrichtung
sowie ein Verfahren zum Abscheiden einer Flüssigkeit aus
einem in einem Strömungskanal strömenden Gasstrom.
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In
Brennstoffzellensystemen kommt es bei spezifischen Betriebszuständen
vor, dass Wasser in den Brennstoffzellenstapel eindringt, wobei
dies sowohl auf der Kathodenseite als auch auf der Anodenseite einer
Brennstoffzelle gegeben ist. Ursache hierfür kann sowohl
auskondensiertes Wasser sein, als auch Wasser aus der Brennstoffzelle,
welches rezirkuliert wurde. Vor allem bei Lastsprüngen
kommt es vor, dass sich Wasseransammlungen aus Komponenten oder
Rohren lösen und mitgerissen werden. Diese landen dann
im Brennstoffzellenstapel und können zu einer Funktionsbeeinträchtigung
in einer Brennstoffzelle führen bzw. einen negativen Einfluss beim
Widerstart oder sogar beim Starten bei kalten Umgebungsbedingungen,
insbesondere nahe oder unter der 0-Grad-Grenze, haben.
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Prinzipiell
kann eine derartige Problematik jedoch auch unabhängig
von einem Brennstoffzellensystem bei allen anderen Systemen auftreten,
bei denen als Gasstrom eine Zweiphasenmischung mit Flüssigkeit
und Gas, transportiert wird.
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Bei
konventionellen Abscheidereinrichtungen ist es üblicherweise
vorgesehen, dass ein Drahtgestrick bzw. ein Maschengeflecht oder
ein Zyklon verwendet wird, um eine Verbesserung der Flüssigkeitsabscheidung
erreichen zu können, indem größere Tropfen
gebildet werden. Ein Nachteil dieser Ausführungen ist darin
zu sehen, dass ein unerwünschter zusätzlicher
Druckverlust und ein zusätzliches notwendiges Volumen erforderlich
ist, insbesondere dann, wenn diese Einrichtung in einem Brennstoffzellensystem
vorgesehen ist.
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Aus
der
DE 101 20 018
A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Wasserabscheider
bekannt, welcher in einer ersten Ausführung ein Einlassrohr aufweist,
welches senkrecht zu einem Sammelrohr angeordnet ist und in dieses
mündet. Über das Einlassrohr wird der wasserbeladene
Strom eingeleitet. Durch diese senkrechte Anordnung dieser beiden Rohre
zueinander wird der in das Sammelrohr einströmende wasserbeladene
Strom entlang der Innenseite des Sammelrohrs verwirbelt, wobei das Wasser
in dem Strom durch Zentrifugalkraft an die Wand des Sammelrohrs
geschleudert wird. An dem selben Ende, an dem das Einlassrohr in
das Sammelrohr mündet, ist auch ein gekrümmtes
Abgasrohr in das Sammelrohr eingeführt, wobei sich die
Achse des Abgasrohrs im Einmündungsbereich ebenfalls senkrecht
zur Achse des Sammelrohrs erstreckt. Das Abgasrohr ist an dem Ende,
welches sich in dem Sammelrohr befindet, verjüngt ausgebildet.
Des Weiteren weist dieser Wasserabscheider einen Sumpf zum Sammeln
des abgeschiedenen Wasser auf, wobei dieser Sumpf separat und unabhängig
von dem Einlassrohr und dem Abgasrohr am gegenüberliegenden
Ende des Sammelrohrs ausgebildet ist. Der Sumpf ist somit ohne Wirkverbindung
mit dem Abgasrohr und dem Einlassrohr ausgebildet. In einer weiteren
Ausführung ist ein Wasserabscheider ausgebildet, bei dem
in Strömungsrichtung des Gasstroms zunächst das
Sammelrohr angeordnet ist, an dessen Ende das bereichsweise verjüngt
ausgebildete Abgasrohr eingeführt ist. Bei dieser Ausführung sind
das Abgasrohr und das Sammelrohr entlang der Längsachse
hintereinander angeordnet, wobei wesentlich ist, dass das Sammelrohr
an dem Ende, an dem das Abgasrohr sich in das Sammelrohr erstreckt,
offen ist und somit der Gasstrom und Wassertröpfchen dort
austreten können und in einen perforierten Zylinder oder
Schirm in Form eines Drahtgestricks eintreten können, um
dort gesammelt zu werden. Von diesem Zylinder oder Schirm tropft
dann das Wasser in einen darunter angeordneten Sumpf.
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Darüber
hinaus ist aus der
DE
10 2004 022 245 A1 ein Feuchtigkeitsaustauschmodul für
ein Brennstoffzellensystem bekannt, welches zur Befeuchtung des
dem Kathodenraum einer Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsmittels
ausgebildet ist. Neben dieser Funktionalität ist das Feuchtigkeitsaustauschmodul
auch ferner mit Mitteln zum Abscheiden von Flüssigkeit
aus dem aus der Brennstoffzelle austretenden Gasstrom konzipiert.
Dazu ist in einem Gehäuse des Feuchtigkeitsaustauschmoduls
eine an der Innenseite ausgebildete Nut realisiert, so dass in dem
Gehäuse zwei Teilbereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern
ausgebildet sind. Die Nut ist dabei in einem Bereich angeordnet,
in welchem der Gasstrom aufgrund seiner Drallbewegung entlang des
Gehäuses des Einströmbereichs strömt,
so dass sich in dem Gasstrom befindliche Flüssigkeitströpfchen
aufgrund der Fliehkraft in dem Bereich des Gehäuses sammeln
in dem die Nut angeordnet ist. Aus dem Bereich der Nut kann die
sich sammelnde Flüssigkeit dann über ein Ventil
oder eine Ablaufrinne aus dem Einströmbereich entfernt
werden. Die Erweiterung des Querschnitts kann gestuft oder kontinuierlich
ausgebildet sein. Die Nut ist jedoch jeweils im Querschnitt als
gestufte Durchmesservergrößerung ausgebildet.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zu schaffen, mit welchem bzw. bei welchem die Flüssigkeitsabscheidung
verbessert werden kann. Insbesondere bei einem Einsatz in einem
Brennstoffzellensystem soll diese Flüssigkeitsabscheidung
aus einem Gasstrom ohne großen Druckverlust und mit minimiertem
Bauraum erfolgen können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch
1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Anspruch 13
aufweist, gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch
ein Brennstoffzellensystem, welches die Merkmale nach Anspruch 12
aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden einer
Flüssigkeit aus einem Gasstrom umfasst einen Strömungskanal,
welcher in Strömungsrichtung des Gasstroms ein erstes und
ein zweites Teilelement aufweist. Das zweite Teilelement ist so
ausgebildet, dass es zumindest bereichsweise ein größeres
Innenmaß als das erste Teilelement aufweist. Ein Übergang
der Innenseiten zwischen dem zweiten Teilelement und einem an das
zweite Teilelement in Strömungsrichtung anschließenden
dritten Teilelement des Strömungskanals ist gestuft ausgebildet.
Das zweite Teilelement ist an seiner Innenseite in Längsrichtung
betrachtet zumindest bereichsweise aufgeweitet ausgebildet. Durch
diese Ausgestaltung des Strömungskanals kann eine verbesserte
Flüssigkeitsabscheidung gewährleistet werden,
wobei die Vorrichtung bauraumminimiert ausgestaltet werden kann.
Die unerwünschte Flüssigkeit, insbesondere Wasser,
in dem Gasstrom bewegt sich vor allen Dingen entlang der Innenseiten
der Teilelemente und somit insbesondere an den Wandungen der Rohre. Flüssigkeitstropfen in
der Gasströmung selbst treten im Vergleich dazu nur minimal
auf.
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Daher
ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch
nicht mehr erforderlich, ein Abscheiderprinzip zugrunde zu legen,
welches die Flüssigkeitstropfen zunächst dazu
bringt, sich zu größeren Tropfen zu verbinden,
um sie dann zusammenzuführen, wie dies beispielsweise bei
Drahtgestrickabscheidern mit den entsprechenden Maschengeflechten
der Fall ist.
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Ein
derartiges Drahtgestrick ist somit insbesondere bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nicht mehr vorgesehen.
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Vielmehr
kann durch die spezifische Anordnung der Teilelemente des Strömungskanals
und deren innenseitige Ausgestaltung durch die stufige Ausbildung
zwischen dem zweiten und dem dritten Teilelement quasi eine Art
Kammer geschaffen werden, in dem sich die in dem Gasstrom befindliche
Flüssigkeit sammeln kann. Insbesondere wird dadurch besonders
effektiv der sich an den Innenseiten entlang bewegende Flüssigkeitsanteil
effektiv abgeschieden und gesammelt.
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Das
zweite Teilelement ist insbesondere in Richtung zum dritten Teilelement
hin aufgeweitet ausgebildet. Unter einer Aufweitung wird ein mit
Betrachtung entlang der Längsachse zunehmendes Innenmaß verstanden.
Insbesondere kann die Aufweitung somit auch trichterförmig
bzw. konusförmig sein.
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Vorzugsweise
ist das zweite Teilelement an seiner Innenseite sich stetig aufweitend
ausgebildet. Insbesondere wird somit in Richtung zum dritten Teilelement
hin zunächst eine kontinuierliche und somit nicht gestufte
Aufweitung des zweiten Teilelements ausgebildet, welche jedoch dann
am Übergang zum dritten Teilelement wieder gestuft ist
und somit an diesem Übergang vom zweiten zum dritten Teilelement
insbesondere eine Querschnittverkleinerung realisiert ist.
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Vorzugsweise
weist das zweite Teilelement an seinem dem dritten Teilelement angrenzenden Ende
das größte Innenmaß auf. Gerade dadurch können
sich am Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Teilelement
relativ große Sammelbereiche ausbilden, wodurch auch relativ
viel Flüssigkeit angesammelt werden kann, ohne dass sie
wieder mit dem Gasstrom mitgerissen wird und durch das dritte Teilelement
hindurch weiter befördert werden würde.
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Vorzugsweise
entspricht das Innenmaß des dritten Teilelements am Übergang
zum zweiten Teilelement dem Innenmaß des ersten Teilelements
am Übergang zum zweiten Teilelement. An beiden Enden des
zweiten Teilelements mündet dies dann in weitere Teilelemente,
welche somit im Wesentlichen dann das gleiche Innenmaß aufweisen.
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Vorzugsweise
weist die an das dritte Teilelement mündende Rückwand
des zweiten Teilelements eine im Wesentlichen vertikal ausgebildete
Innenseite auf. Auch dadurch kann durch eine relativ kurze Ausgestaltung
eine kompakte und bauraumminimierte Ausgestaltung erreicht werden
und darüber hinaus durch den sehr abrupten Übergang
das Mitreißen des bereits gesammelten Wassers verhindert
werden. Die Innenseite der Rückwand kann jedoch auch gegenüber
der Vertikalen zumindest bereichsweise geneigt ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
erstreckt sich das dem zweiten Teilelement zugewandte Ende des dritten
Teilelements in das Innere des zweiten Teilelements. Durch eine
derartige Ausgestaltung kann in besonders bevorzugter Weise ein
Sammelbereich für die abgeschiedene Flüssigkeit
am Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Teilelement
geschaffen werden. Das im zweiten Teilelement befindliche Ende des
dritten Teilelements dient somit quasi als Boden bzw. Deckel für
den Sammelbereich und ein Mitreißen der Flüssigkeit
in Richtung des dritten Teilelements und weiter kann dadurch besonders
effektiv verhindert werden. Darüber hinaus kann durch diese Ausgestaltung
ein sehr geringer Druckverlust erreicht werden.
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Vorzugsweise
erstreckt sich das Ende des dritten Teilelements so in das Innere
des aufgeweiteten Abschnitts des zweiten Teilelements, dass zwischen
der Außenseite des dritten Teilelements und der Innenseite
des zweiten Teilelements ein Luftraum ausgebildet ist, in welchem
die aus dem Gasstrom abscheidbare Flüssigkeit sammelbar
ist. Der Strömungskanal ist somit quasi mit einem integrierten Sammelraum
ausgebildet, wobei dies durch die sehr geschickte Positionierung
der Teilelemente zueinander quasi automatisch erreicht werden kann.
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Durch
eine minimale Komponentenzahl kann eine Multifunktionalität
des Strömungskanals gewährleistet werden.
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Vorzugsweise
sind die drei Teilelemente des Strömungskanals in Reihe
zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt erweist es sich, wenn
die drei Teilelemente so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame
geradlinige Längsachse aufweisen. Gerade eine derartige
Hintereinanderanordnung ermöglicht eine besonders effektive
Realisierung des Funktionsprinzips.
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Vorzugsweise
zweigt von dem zweiten Teilelement eine Leitung zum Ableiten der
abgeschiedenen Flüssigkeit ab. Insbesondere zweigt die
Leitung am Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Teilelement
ab, insbesondere ist eine Abzweigung an der Unterseite des Übergangs
vorgesehen. Dadurch kann auch die Gravitationswirkung genützt
werden.
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Insbesondere
ist durch die Formgebung und Anordnung des zweiten und des dritten
Teilelements an dem Übergang zwischen diesen Komponenten ein
Luftraum ausgebildet, in welchen das abgeschiedene Wasser sammelbar
ist.
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Der
Strömungskanal mit seinen Teilelementen ist vorzugsweise
einstückig ausgebildet.
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Ein
erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem umfasst
eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine vorteilhafte
Ausgestaltung davon. Das Brennstoffzellensystem ist insbesondere
als mobiles Brennstoffzellensystem ausgebildet und kann vorzugsweise
in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Das Brennstoffzellensystem
umfasst zumindest eine Brennstoffzelle, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel
mit mehreren Brennstoffzellen, wobei die Brennstoffzellen vorzugsweise
als PEM-Brennstoffzellen ausgebildet sind.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abscheiden
einer Flüssigkeit aus einem in einem Strömungskanal
strömenden Gasstrom, wird die Flüssigkeit an der
Innenseite eines in Strömungsrichtung des Gasstroms ersten
Teilelements und einem darauf folgenden, in Strömungsrichtung
an seiner Innenseite zumindest bereichsweise sich aufweitenden zweiten
Teilelement des Strömungskanals entlangbewegt. Diese Entlangbewegung
wird insbesondere durch den Gasstrom selbst bewirkt. Die Flüssigkeit
wird an einem gestuften Übergang der Innenseiten zwischen
dem zweiten Teilelement und einem nachfolgenden dritten Teilelement
gesammelt. Alle drei Teilelemente sind zur Führung des
Gasstroms ausgebildet. Durch eine derartige Vorgehensweise kann
die Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gasstrom verbessert
erfolgen und insbesondere ohne einen Zyklonabscheider oder einen
Drahtgestrickabscheider ermöglicht werden.
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Vorzugsweise
werden die drei Teilelemente des Strömungskanals in axialer
Richtung hintereinander angeordnet, insbesondere so angeordnet, dass
sie eine gemeinsame geradlinigen Längsachse aufweisen.
Vorzugsweise wird die gesammelte Flüssigkeit am Übergang
zwischen dem zweiten und dem dritten Teilelement abgelassen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens anzusehen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
in einer schematischen Darstellung ein Querschnitt durch eine Vorrichtung
I zum Abscheiden einer Flüssigkeit aus einem Gasstrom gezeigt.
Die Vorrichtung I ist in 1 mit Teilkomponenten dargestellt,
wobei die Vorrichtung I einem mobilen Brennstoffzellensystem in
einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Der durch die Vorrichtung I
strömende Gasstrom ist dabei ein Abgasstrom aus dem Kathodenraum
und/oder dem Anodenraum einer Brennstoffzelle bzw. einem Brennstoffzellenstapel.
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Die
Vorrichtung I umfasst einen Strömungskanal 1,
welcher ein erstes Teilelement 2 und ein in Strömungsrichtung
daran anschließendes und nachgeordnetes zweites Teilelement 3 sowie
ein wiederum an das zweite Teilelement 3 unmittelbar anschließendes
drittes Teilelement 4 umfasst. Die drei Teilelemente 2, 3 und 4 sind
in Strömungsrichtung, welche durch den Pfeil P charakterisiert
ist, somit hintereinander in Reihe angeordnet und so ausgebildet
und angeordnet, dass sie eine gemeinsame geradlinige Längsachse
A aufweisen.
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Das
erste Teilelement 2 ist rohrartig ausgebildet und weist
im Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt auf, so
dass ein Innenmaß d1 durch einen Innendurchmesser charakterisiert
ist. In analoger Weise ist das zweite Teilelement 3 ebenfalls
ein Rohrabschnitt, welcher als Innenmaß d2 einen Innendurchmesser
aufweist. Das zweite Teilelement 3 ist in Richtung der
Längsachse A sich stetig aufweitend ausgebildet und weist
somit eine konusförmige Innenstruktur auf. Die Aufweitung
ist in Richtung des dritten Teilelements 4 ausgebildet.
Das Innenmaß d2 nimmt somit im Ausführungsbeispiel
ausgehend vom Übergang 8a zwischen dem ersten
Teilelement 2 und dem zweiten Teilelement 3 bis
zum Übergang 8b zwischen dem zweiten Teilelement 3 und
dem dritten Teilelement 4 stetig zu.
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Das
dritte Teilelement 4 ist ebenfalls rohrartig ausgebildet
und weist als Innenmaß d3 ebenfalls einen Innendurchmesser
auf.
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Neben
einem kreisrunden Querschnitt des ersten Teilelements 2 und/oder
des zweiten Teilelements 3 und/oder des dritten Teilelements 4 kann
zumindest eines dieser Teilelemente 2 bis 4 auch
eine andere Querschnittgeometrie aufweisen und beispielsweise auch
eckig oder oval oder dergleichen sein.
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Das
erste Teilelement 2 weist eine Innenseite 5, das
zweite Teilelement 3 eine Innenseite 6 und das dritte
Teilelement 4 eine Innenseite 7 auf. Der Übergang 8a zwischen
der Innenseite 5 des ersten Teilelements 2 und
der Innenseite 6 des zweiten Teilelements 3 ist
in der gezeigten Ausführung quasi kontinuierlich ohne einem
scharfen Sprung ausgebildet.
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Ein Übergang 8b zwischen
dem zweiten Teilelement 3 und dem dritten Teilelement 4 ist
in der gezeigten Ausführungsform als scharfe diskrete Stufe ausgebildet,
wobei hier die Innenseite 6 im Wesentlichen vertikal an
die horizontal orientierte Innenseite 7 mündet.
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Das
zweite Teilelement 3 kann auch als Nut in dem Strömungskanal 1 ausgebildet
sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Strömungskanal 1 vorzugsweise
einstückig ausgebildet ist und somit dieses zweite Teilelement 3 als
Nut konzipiert ist. Insbesondere ist dieses zweite Teilelement 3 vollständig umlaufend
um die Achse A ausgebildet und kann somit insbesondere auch als
Ringnut bezeichnet werden. Von dem zweiten Teilelement 3 zweigt
an dessen Unterseite eine Leitung 9 zum Abführen
des gesammelten abgeschiedenen Wassers aus dem Gasstrom ab.
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In
dem Brennstoffzellensystem wurde beobachtet, dass sich das unerwünschte
Wasser in dem Gasstrom in den Teilelementen 2 bis 4,
welche allesamt zur Leitung des Gasstroms vorgesehen sind, vor allem
an den Innenseiten 5, 6 und 7 entlangbewegt
und es kaum zur Tropfenbildung im Inneren der Gasströmung
kommt. Daher ist es hier auch nicht mehr erforderlich, dass ein
Drahtgestrick oder ein Zyklon verwendet wird, welches die Tropfen
zunächst dazu bringt, sich zu größeren
Tropfen zu verbinden und sie dann zusammenführt.
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In 1 wird
das Wasser 10 durch die Gasströmung an der Innenseite 5 des
ersten Teilelements 2 entlanggeführt und landet
in der Ringnut bzw. dem mit größerem Innenmaß d2
ausgebildeten zweiten Teilelement 3. Dies erfolgt aufgrund
dessen, da die Flüssigkeit bzw. das Wasser 10 bestrebt
ist, an der Innenseite 5 bzw. 6 zu haften. Der
diesbezügliche Effekt wird als Coanda-Effekt bezeichnet.
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Das
Wasser 10 wird mit Hilfe der Schwerkraft und/oder der Druckdifferenz
zwischen dem Innendruck im Strömungskanal 1 und
dem Druck am Ende der Leitung 9 ausgetrieben.
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Je
nachdem wie viel Wasser 10 vermutet wird, kann konstruktiv
die Tiefe (vertikale Richtung) und/oder Länge (horizontale
Richtung) des zweiten Teilelements 3 ausgestaltet werden.
Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Teilelement 3 keine
im Querschnitt spitze Ausgestaltung aufweist sondern die Querschnittform
beispielsweise auch eckenfrei, beispielsweise bogenförmig
konzipiert ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Teilelement 3 nur
teilweise umlaufend um die Achse A ausgebildet ist und somit nur
teilweise einen sich über den Radius (d1/2) des ersten
Teilelements 2 und einen sich über den Radius
(d3/2) des dritten Teilelements 4 hinauserstreckenden Radius
(d2/2) aufweist.
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Wie
bereits erwähnt, nimmt das Innenmaß des zweiten
Teilelements 3 ausgehend von diesem dem ersten Teilelement 2 zugewandten
Ende stetig zu und weist an seinem dem dritten Teilelement 4 zugewandten
Ende sein maximales Innenmaß auf. Der Übergang 8b zwischen
dem zweiten Teilelement 2 und dem dritten Teilelement 4 ist
wiederum gestuft ausgebildet, wobei in diesem Zusammenhang die Innenseite 6 in
eine vertikal orientierte Innenseite 12 der Rückwand
des zweiten Teilelements 3 übergeht, wobei diese
vertikale Innenseite 12 an eine Außenseite 13 des
dritten Teilelements 4 endet. Das Innenmaß d3
des dritten Teilelements 4 an diesem Übergang 8b ist
kleiner als das maximale Innenmaß des zweiten Teilelements 3 an
diesem Übergang 8b.
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Darüber
hinaus ist das dritte Teilelement 4 so angeordnet, dass
es sich mit seinem dem ersten und dem zweiten Teilelement 2 bzw. 3 zugewandten
Ende 11 in das Innere des zweiten Teilelements 3 hineinerstreckt.
Durch diese Ausgestaltung wird zwischen der Außenseite 13 und
der Innenseite 6 ein Sammelraum in Form eines Luftraums 14 gebildet,
welcher rückseitig durch die Innenseite 12 abgeschlossen
ist. Ein Hindurchströmen durch die Innenseite 12 ist
daher nicht möglich. Das dritte Teilelement 4 ist
bei dieser Ausgestaltung somit quasi als „Tauchrohr" ausgebildet.
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Durch
den nicht scharf gestuften Übergang 8a zwischen
dem ersten Teilelement 2 und dem zweiten Teilelement 3 kann
verhindert werden, dass das an der Innenseite 5 strömende
Wasser 10 durch die Gasströmung mitgerissen und
von der Innenseite 5 bzw. 6 abgelöst
wird und dadurch nicht in den Luftraum 14 gelangen könnte.
Durch die stetige Aufweitung und somit die schräg gestellte
Innenseite 6 kann dieser Ablösungseffekt im Vergleich
zu einer scharfen diskreten Stufung verhindert werden und das Wasser 10 strömt
auch nach dem Übergang 8a entlang der Innenseite 6 in
Richtung des Luftraums 14. Durch das sich in das Innere
des zweiten Teilelements 3 hineinerstreckende dritte Teilelement 4 kann besonders
effektiv verhindert werden, dass das sich in diesen Lufträumen 14 gesammelte
Wasser durch die Strömung wieder ausgetragen wird und auch durch
das dritte Teilelement 4 hindurch mitgerissen wird.
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Die
Geometrie des zweiten Teilelements 3 im Hinblick auf die
Aufweitung im Hinblick auf die Dimensionierung des Luftraums 14 ist
lediglich beispielhaft. Darüber hinaus ist die Länge,
mit der sich das dritte Teilelement 4 in das Innere des
zweiten Teilelements 3 hineinerstreckt lediglich beispielhaft
und kann abweichend von der Darstellung in 1 auch anderweitig
ausgestaltet sein.
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Besonders
an der unteren Seite des Raums 14 kann das effektive Sammeln
des Wassers 10 aufgrund der Gravitation quasi behälterartig
ermöglicht werden. Indem sich das dritte Teilelement 4 quasi
deckelartig über diesen Raum 14 erstreckt, kann
durch diesen Bereich des dritten Teilelements 4 quasi auch ein Überschwappschutz
gewährleistet werden. Darüber hinaus kann bei
dieser Ausgestaltung gemäß 1 ein sehr
geringer Druckverlust gewährleistet werden.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strömungskanals 1 für
eine Vorrichtung I gezeigt, welche in dem Querschnitt im Unterschied
zur Darstellung gemäß 2 ein drittes
Teilelement 4 aufweist, welches am Übergang 8b zum
zweiten Teilelement 3 endet. Bei dieser Ausführung
erstreckt sich das dritte Teilelement 4 somit nicht in
das Innere des zweiten Teilelements 3.
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Die
Ausführungen gemäß 1 bis 3 sind vorzugsweise alle rotationssymmetrisch
zur Achse A ausgebildet. Selbstverständlich kann jedoch
auch vorgesehen sein, wie bereits zum Ausführungsbeispiel
in 1 erwähnt, dass eine derartige rotationssymmetrische
Ausgestaltung nicht vorgesehen ist. So kann beispielsweise in den
Ausgestaltungen gemäß 2 und 3 auch vorgesehen sein, dass die Innenseiten 12 oberhalb
und unterhalb der Achse A in den gezeigten Querschnittdarstellungen
unterschiedliche vertikale Längen aufweisen. Diesbezüglich wäre
dann eine asymmetrische Ausgestaltung zur Achse A konzipiert. Ebenso
kann vorgesehen sein, dass das zweite Teilelement 3 lediglich über
eine Teillänge aufgeweitet ausgebildet ist.
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Besonders
bei einem Einsatz in einem Brennstoffzellensystem kann mit der Vorrichtung
I eine effektive Abscheidung der Flüssigkeit aus einem Gasstrom
erreicht werden und insbesondere bei Lastsprüngen des Brennstoffzellensystems
verhindert werden, dass sich Wasseransammlungen aus Komponenten
oder dem Strömungskanal lösen und mitgerissen
werden. Dadurch kann auch verhindert werden, dass mitgerissenes
Wasser in den Brennstoffzellenstapel gelangt und dort zu einer Funktionsbeeinträchtigung
bzw. zu einem negativen Einfluss beim Wiederstart oder beim Start
bei niedrigen Umgebungstemperaturen des Brennstoffzellensystems führt.
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Die
Verwendung der Vorrichtung I ist jedoch nicht auf ein Brennstoffzellensystem
beschränkt und sie kann prinzipiell bei allen Systemen
eingesetzt werden, bei denen eine Flüssigkeitsabscheidung
aus einem Gasstrom vollzogen werden soll.
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- 1
- Strömungskanal
- 2
- erstes
Teilelement
- 3
- zweites
Teilelement
- 4
- drittes
Teilelement
- 5,
6, 7, 12
- Innenseite
- 8a,
8b
- Übergang
- 9
- Leitung
- 10
- Wasser
- 11
- Ende
des dritten Teilelements
- 13
- Außenseite
des dritten Teilelements
- 14
- Luftraum
- A
- Längsachse
- d1,
d2, d3
- Innenmaß
- P
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10120018
A1 [0005]
- - DE 102004022245 A1 [0006]