用于燃料电池系统的水分离器技术方案

提出一种用于燃料电池系统的水分离器(2)，所述水分离器具有闭合的壳体(4)，所述壳体具有气体接口(6)和背离所述气体接口(6)布置的底板(8)，所述底板具有排出口(28)，其中所述壳体(4)的净宽度从所述底板(8)朝向所述气体接口(6)至少区段式地减小，并且其中所述壳体的高度小于所述壳体的最大净宽度。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池系统的水分离器
本专利技术涉及一种用于燃料电池系统的水分离器、一种具有这种水分离器的燃料电池系统、以及一种具有燃料电池系统和这种水分离器的载具。
技术介绍
在运行燃料电池时，始终产生呈水蒸气形式的水作为副产物。建议的是：尤其在飞行器中使用燃料电池时，出于重量原因和经济性原因将水分离并供应给其他的消耗器。已知长形的、大体上圆柱形的、罐形的水分离器，这些水分离器与燃料电池的排气管线或再循环管线处于流体连接。由于在排气管线或再循环管线中流动的气体-水蒸气混合物的压力水平相对较高，因此可以使该气体-水蒸气混合物过饱和，使得水在耗费不高的情况下“落入”水分离器中。在其他情况下，可以冷却排气管线或再循环管线，使得水蒸气充分冷凝。由此，水持续地积聚并且可以例如周期性地经过排出口再次从水分离器中被移除。为此可以使用填充液位传感器，该填充液位传感器检测到达预先设定的最大填充液位并且启动排出口的打开。在此应注意的是，始终存在一定余量的水，使得气体-水蒸气混合物不能从排出口逸出。出于这个原因，一定的结构高度是有意义的。DE102010052839A1公开了一种用于产生飞行器机载使用的电能和水的燃料电池系统，其中为水箱供应来自与燃料电池系统联接的水分离器中的水。
技术实现思路
在实现飞行器中的高性能的燃料电池时，可能产生较大量的必须被导出的水。然而同时现有的结构空间也不是无限的，因此特别是对于具有足够容量的罐状的水分离器而言不存在对应的结构高度。因此本专利技术的目的在于，提出一种用于燃料电池系统的水分离器，该水分离器具有尽可能低的结构高度，然而具有足够的体积。应确保：不是所有的水都从水分离器中逸出并且因此使得包含水蒸气的气体不期望地逸出。该目的通过具有独立权利要求1所述特征的水分离器来实现。有利的实施方式和改进方案自从属权利要求和以下说明书中得出。提出一种用于燃料电池系统的水分离器，所述水分离器具有闭合的壳体，所述壳体具有气体接口和背离所述气体接口布置的底板，所述底板具有排出口，其中所述壳体的净宽度从所述底板朝向所述气体接口至少区段式地减小，并且其中所述壳体的高度小于所述壳体的最大净宽度。壳体的净宽度可以在至少一个区段中减小，或替代性地也可以连续地减小。在此，水分离器还可以与安装空间的几何形状相适配(“conformaltank”，保形箱)。可提出的是：净宽度减小至少四分之一。还可以提出的是：壳体的高度最高与最大净宽度的一半对应。因此，根据本专利技术的水分离器配备有比前面提到的、很大程度上设计为罐形的常见的水分离器明显更扁平的结构形式。由于与结构高度相比相对较大的净宽度，因此得到水分离器的非常扁平的结构，该水分离器的壳体体积从底板朝向气体接口延伸并且还在这一方向上变窄。由于变窄，液位上升的速度随着水量的增加而增大。因此，在连续地、均匀地填充壳体的情况下，当到达并且填充变窄的区域时，液位上升得越来越快。因此，通过将液位传感器对应地放置在变窄的区域中可以非常可靠地分辨并检测预先确定的水量。这允许确定针对排水过程的精确的起始时间点。在底板处经过排出口移除水使得液位首先快速下降并且随后下降变慢。在底板的区域中，液位下降得最慢。有意义的是，将用于中断排水过程的时间控制设定成使得仍保留一定余量的、覆盖排出口的水。由于在底板附近较低的液位速度，可以藉由通过确定时间段来非常好地设定在排水后所保留的剩余液面。水分离器的气体接口可能与燃料电池系统的阴极出口或阳极出口处于流体连接。同样，气体接口可能与阳极或阴极的气体再循环管线处于连接。气体被施加以压力并且可以借助水蒸气而过饱和。单独的气体接口可能足以实现水分离。水分离器可能随后在阳极排气管线或阴极排气管线上构成最深的点或者被布置在再循环管线的上游，使得水“落入”水分离器中。还可以额外地冷却排气管线或再循环管线，以提高水蒸气冷凝/水分离。于是，气体接口可能具有尽可能大的横截面。然而还可设想的是：设置有单独的气体输入端和单独的气体输出端，这些气体输入端和气体输出端可以用于导入或导出气体。在这两种情况下，水分离器均提供封闭的体积，在该封闭的体积中可以使进入或经过的气体流动稳定下来，同时包含在内的水滴可以被分离出来并且汇集在水分离器中。排出口可以是底板中的开口。底板可能在具有开口的位置处具有凹陷，在该凹陷中可以积聚额外的水以覆盖开口。在开口中还可以布置有电磁阀，该电磁阀在排水过程中被打开。所述壳体可能在所述底板的区域中具有第一区段，所述第一区段以大体上恒定的横截面面积在朝向所述气体接口的方向上延伸。第一区段因此形成圆柱形或方形的体积，该体积具有最大可能的横截面面积。第一区段仅在水分离器的结构高度的一部分上延伸。在这个第一区段中，可以期望有最小的液位上升速度或最低的液位下降速度。优选地，第一区段还包含直接邻接底板或在底板正上方的区域，使得排出口始终将水从这个第一区段导出。在一个有利的实施方式中，所述壳体在所述底板与所述气体输入端之间具有第二区段，所述第二区段形成为大体上鞍形、楔形、锥形或倒漏斗形的。在那里实现变窄，使得可以藉由进入的水的连续的体积流量而期望液位上升速度或液位下降速度增大。在特别简单的情况下，位于第二区段中的侧向的壁或壁面或罩面可以具有朝向气体接口的直线形走向，从而使得其与底板围成恒定的角度。示例性地可以提出：底板和壁围成不大于60°的角度，在一个实施方式中围成不大于45°的角度，并且在另一个实施方式中围成不大于25°的角度。此外，所述水分离器可能具有流动稳定元件，所述流动稳定元件以与所述底板相距一定间隔的方式被布置在所述壳体中并且跨越所述壳体的局部横截面。流动稳定元件用于使壳体内部的气体流动稳定下来，其方式为使得已经存在于水分离器中的水不是从围绕排出口的空间区域被扫出，而是保留在那里并且防止气体从排出口流出。流动稳定元件例如可能在壳体的整个横截面上延伸，从而可以可靠地使从气体接口指向底板的所有流动稳定下来。所述流动稳定元件可能是与所述底板平行地布置的孔板或多孔泡沫或蜂窝结构。孔板可以理解为平坦的构件，该构件具有多个孔。这些孔可以以均匀的网格或不均匀的方式分布在孔板上。这可以取决于进入的气体的流动形式。孔板可能实现为金属板或由塑料件实现。所述流动稳定元件可能界定所述第一区段。因此，尤其在第一区段中使所接收的水量稳定下来，并且防止剧烈的流动以及在围绕排出口的区域中形成2相混合物或2相流动(气体和液体)。此外，所述水分离器可能具有多个挡板，所述挡板横向于所述底板布置并且各自具有至少一个穿流开口或与所述底板围成至少一个穿流开口。在水分离器或飞行器(在该飞行器中集成有这样的水分离器)运动时，这些挡板缓冲水分离器中的水的剧烈的晃动运动。虽然水可以借助于穿流开口继续在壳体内流动，然而在此限制其动力。可设想的是：将穿流开口全部布置在距底板的同一高度上，或者布置在不同的高度上。尤其提出的是：穿流开口被布置在底板的尽可能正上方。这些流动开口可以实现为各个孔或切口，这些孔或切口沿着底板或挡板分布。挡板可以实现为金属板或塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池系统(46)的水分离器(2)，所述水分离器具有闭合的壳体(4)，所述壳体具有气体接口(6)和背离所述气体接口(6)布置的底板(8)，所述底板具有排出口(28)，其中所述壳体的净宽度(14)从所述底板(8)朝向所述气体接口(6)至少区段式地减小，并且其中所述壳体(4)的高度小于所述壳体(4)的最大净宽度(14)。/n

【技术特征摘要】
20190328 DE 102019108088.61.一种用于燃料电池系统(46)的水分离器(2)，所述水分离器具有闭合的壳体(4)，所述壳体具有气体接口(6)和背离所述气体接口(6)布置的底板(8)，所述底板具有排出口(28)，其中所述壳体的净宽度(14)从所述底板(8)朝向所述气体接口(6)至少区段式地减小，并且其中所述壳体(4)的高度小于所述壳体(4)的最大净宽度(14)。


2.根据权利要求1所述的水分离器(2)，其中所述壳体(4)在所述底板(8)的区域中具有第一区段(10)，所述第一区段以大体上恒定的截面面积朝向所述气体接口(6)延伸。


3.根据权利要求1或2所述的水分离器(2)，其中所述壳体(4)在所述底板(8)与所述气体接口(6)之间具有第二区段(12)，所述第二区段形成为大体上鞍形、楔形、锥形或倒漏斗形的。


4.根据前述权利要求之一所述的水分离器(2)，所述水分离器还具有流动稳定元件(34)，所述流动稳定元件以与所述底板(8)相距一定间隔的方式布置在所述壳体(4)中并且跨越所述壳体(4)的局部截面。


5.根据权利要求4所述的水分离器(2)，其中所述流动稳定元件(34)是与所述底板(8)平行地布置的孔板、多孔泡沫或蜂窝结构。


6.根据权利要求2和4或5所述的水分离器(2)，其中所述流...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·沃尔夫，延斯迪特里克·库雷，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE