Titel

Gas- Flüssigkeitsabscheider in einem Anodenkreislauf einer Brennstoffzelle zum Abscheiden von zumindest einem flüssigem Bestandteil von einem gasförmigen Bestandteil

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas- Flüssigkeitsabscheider in einem Anodenkreislauf einer Brennstoffzelle zum Abscheiden von zumindest einem flüssigen Bestandteil von einem wgasförmigen Bestandteil, dem über einen Ein lass ein Medium zugeführt wird, wobei eine Abscheidung zumindest des flüssi gen Bestandteils des Mediums im wenigstens einen Behälter erfolgt, insbeson dere zur Anwendung in einem Brennstoffzellensystem von Fahrzeugen mit einem B ren nstoff ze 11 e na ntrie b .

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 leitungssystems an eine integrierte Ventil-Strahlpumpeneinheit geleitet. Diese Ventil-Strahlpumpeneinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Von der Brennstoffzelle wird ein Abgas, welches insbesondere aus unverbrauchten Wasserstoff und aus einem nicht aktiven Anteil, insbesondere Wasser und Stickstoff, besteht, über ei nen Rezirkulationspfad rezirkuliert.

Aus der DE 10 2014 220 891 Al ist ein Gas- Flüssigkeitsabscheider bekannt, zum Abscheiden von einem flüssigen Bestandteil, insbesondere Wasser, wobei das Wasser im Folgenden als H2O bezeichnet wird, von einem von einem gasför migen Bestandteil, insbesondere Abgas, das von einer Brennstoffzelle abgege ben wird. Dieser Gas- Flüssigkeitsabscheider hat dabei wenigstens einen Behäl- ter, insbesondere ein Gehäuse, in den das über ein Einbringrohr Abgas aus ei nem Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems zugeführt wird. In dem Behäl ter wird H2O, das in dem Abgas enthalten ist, von dem Abgas abgeschieden. Da nach wird das Abgas, das unter anderem Wasserstoff enthält, wobei der Wasser stoff im Folgenden als H2 bezeichnet wird, über ein Auslassrohr zurückgeführt in den Anodenkreislauf. Weiterhin weist das Gehäuse einen Ablassanschluss auf, über den abgeschiedenes und gespeichertes H2O aus dem Gehäuse zur Außen seite abgelassen wird.

Der aus der DE 10 2014 220 891 Al bekannte Gas- Flüssigkeitsabscheider kann gewisse Nachteile aufweisen.

Zum einen durchströmt das Abgas aus dem Anodenkreislauf das Gehäuse der art, dass nur ein Teil des H2O im Abgas, insbesondere im flüssigen Zustand, ab geschieden werden kann. Ein großer Teil des in das Gehäuse eingebrachten Ab gases strömt über das Auslassrohr unverändert zurück in den Anodenkreislauf. Dabei wird immer ein erheblicher Anteil an H2O, das beispielsweise aufgrund von Temperatur und Druckverhältnissen nur gasförmig vorliegt, zurück in den Ano denkreislauf gefördert. Des Weiteren findet zumindest nahezu keine Abschei dung von weiteren Bestandteilen aus dem Abgas statt, wie beispielsweise Stick stoff, wobei der Stickstoff im Folgenden als N2 bezeichnet wird, und/oder Verun reinigungen. Dadurch entsteht in dem aus der DE 10 2014 220 891 Al bekann ten Gas- Flüssigkeitsabscheider der Nachteil dass das aus dem Gehäuse in den Anodenkreislauf zurückströmende gasförmige Medium nur zu einem Teil H2 auf weist und ein Großteil die Bestandteile gasförmiges H2O und/oder N2 und/oder Verunreinigungen enthält und diese in den Anodenkreislauf des Brennstoffzellen systems zurück gefördert werden, Dadurch wird der Wirkungsgrad der Brenn stoffzelle und somit des Brennstoffzellensystems reduziert und die Bestandteile des zurückgeförderten gasförmigen Mediums, bei denen es sich nicht um H2 han delt können die Komponenten des Anodenkreislaufs und/oder die Brennstoffzelle und/oder eines Rohrleitungssystems beschädigen. Zum anderen muss mindes tens eine zusätzliche Komponente im Anodenkreislauf des Brennstoffzellensys tem angeordnet sein, um die weiteren Bestandteile H2O und/oder N2 und/oder Verunreinigungen aus dem Anodenkreislauf abzuführen, beispielsweise in Form eines Ablassventils. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Gas- Flüssigkeitsabscheider vorgeschla gen, bei dem ein Behälter einen Innenraum und einen zentralen Strömungsbe reich aufweist, die mittels einer Membran voneinander getrennt sind, wobei der Strömungsbereich fluidisch mit einer Verbindungsleitung oder einer Tankleitung und einer Abströmleitung verbunden ist, wobei der Innenraum fluidisch, zumin dest mittelbar über eine Abzweigleitung, mit der Verbindungsleitung verbunden ist und wobei der Innenraum fluidisch zumindest mittelbar mit einer Rückführlei tung verbunden ist und wobei eine Abscheidung eines Bestandteils des gasförmi gen Mediums vom H ₂ mittels der Membran erfolgt. Auf diese Weise kann durch die Trennung des Innenraums des Behälters von dem im Behälter angeordneten Strömungsbereich, der insbesondere fluidisch unmittelbar mit einem Anoden kreislauf eines Brennstoffzellensystems verbunden ist, verhindert werden, dass ein Großteil der Bestandteile des gasförmiges Mediums, bei denen es sich nicht um H ₂ handelt, in den Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems zurück strömt. Somit kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessert werden, da der Anteil an hh im gasförmigen zu fördernden Medium im Anoden kreislauf erhöht wird, indem der Anteil an anderen Bestandteile als H ₂ , insbeson dere Verunreinigungen und/oder Schmutzpartikeln, bei der Rückführung vom In nenraum zum Strömungsbereich im Behälter mittels der Membran reduziert wird. Die Membran kann zudem den Anteil an H ₂ O und N ₂ zumindest zu einem Teil re duzieren, der in den Strömungsbereich zurückströmt, da die Membran derart ei nen Strömungswiderstand ausbildet, dass ein größere Anzahl an leichteren und/oder kleineren Partikel hindurch gelangen kann, während der Anteil an grö ßere Teilen, die hindurch gelangen können, zumindest reduziert wird. Hierbei wirkt die Membran insbesondere wie ein grober Filter der zumindest das Hin durchgelangen von großen und/oder schweren Teilen reduziert. Zudem lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der weite ren Komponenten des Anodenkreislaufs und/oder einer Brennstoffzelle und/oder das Rohrleitungssystems durch Verunreinigungen reduziert werden können, wodurch sich die Lebensdauer des gesamten Brennstoffzellensystems, insbe sondere der Bauteile des Anodenkreislaufs, reduzieren lässt.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Gas- Flüssigkeitsab scheiders ist die Membran als eine semipermeable Membran ausgeführt, wobei die Membran durchlässig gegenüber dem Bestandteil hh des Mediums ist und wobei die Membran undurchlässig gegenüber zumindest dem Bestandteil H ₂ O des Mediums ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße des jeweiligen Be standteils. Zudem kann die Membran undurchlässig gegenüber dem Bestandteil ISh des Mediums sein. Dabei wird zusätzlich zum flüssigen Bestandteil, insbeson dere H ₂ O, ein gasförmiger Bestandteil N ₂ vom Medium durch den Gas- Flüssig keitsabscheider abgeschieden. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass nicht nur Verunreinigungen aus dem Innenraum des Behälters nicht in den Strömungsbereich aufgrund der Membran strömen können, sondern darüber hin aus kann mittels der Membran zumindest eine nahezu vollständige Reduzierung des H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Innenraum in den Strömungsbereich und/oder den Anodenkreislauf zurückströmenden H ₂ O und N ₂ erzielt wird. Auf diese Wiese lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessern. Dabei dient die Membran nicht nur als Filter, durch den ein Zurückströmen von H ₂ O und N ₂ in den Anodenkreislauf erschwert wird, sondern die Membran bildet eine der artige molekulare Struktur, insbesondere mit Öffnungen aus, durch die nahezu ausschließlich H ₂ diffundieren kann. Somit lässt sich der Vorteil erzielen, dass na hezu ausschließlich hh vom Innenraum durch die Membran in den Strömungsbe reich und somit zurück in den Anodenkreislauf strömt, wodurch sich der Wir kungsgrad der Brennstoffzelle verbessern lässt. Zudem können die Betriebskos ten des Brennstoffzellensystems reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders ist die Membran als eine Wandung einer zumindest teilweise im Behälter angeordneten ersten Strahlpumpe ausgebildet ist, wobei der Strömungsbereich innerhalb der Strahlpumpe verläuft und wobei die Strahlpumpe einen Ansaugbereich und/oder einen Diffusorbereich aufweist. Zudem bewirkt das im Anodenkreislauf befindli che gasförmige Medium beim Durchströmen des Ansaugbereichs einen Druck unterschied zwischen dem Strömungsbereich und dem Innenraum, wodurch ein Hindurchbewegen des Bestandteil H ₂ durch die Membran unterstützt wird, insbe sondere aufgrund eines erhöhten Druckgefälles. Zudem kann beim Gas- Flüssig keitsabscheiders in einer beispielhaften Ausführungsform zusätzlich zur ersten Strahlpumpe eine zweite Strahlpumpe im Anodenkreislauf angeordnet sein, wo bei die zweite Strahlpumpe zumindest mittelbar fluidisch mit der Tankleitung und/oder einer Zuströmleitung und/oder der Abströmleitung verbunden ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels der geometrischen Aus formung der ersten Strahlpumpe, insbesondere im Bereich einer Strahldüse, und/oder mittels eines erhöhten Drucks im zentralen Strömungsbereich der ers ten Strahlpumpe eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im zentralen Strö mungsbereich erzielt werden kann, wodurch sich ein verstärkter Unterdrück im Bereich der Membran erzielen lässt. Somit erhöht sich das Druckgefälle vom zentralen Strömungsbereich zum Innenraum des Zwischenspeichers. Dabei kann sich insbesondere ein Druckunterschied von zumindest nahezu 10 bar einstellen. Somit lässt sich ein nahezu vollständiges Abscheiden der Bestandteile H ₂ O und N ₂ vom Medium ermöglichen und/oder ein zumindest ein großer Anteil der Be standteile H ₂ O und ISh kann vom Medium abgeschieden werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Medium, dass über einen ersten Auslass aus dem mindestens einen Behälter durch die Abströmleitung in die Brennstoffzelle zurückgeführt wird, nahezu vollständig oder zumindest zum Großteil aus dem Bestandteil H ₂ besteht und alle anderen Bestandteile, wie H ₂ O und N ₂ und/oder Verschmutzungen nahezu vollständig durch die Membran herausgefiltert werden. Somit lässt sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle steigern, da zur Energieer zeugung, insbesondere in einem Anodenbereich der Brennstoffzelle, nahezu ausschließlich H ₂ benötigt wird. Weiterhin lässt sich auch der Wirkungsgrad einer Rezirkulations-Pumpe und einer integrierten Strahlpumpe steigern, die sich optio nal zwischen dem mindesten einen Behälter und der Brennstoffzelle befinden und die für einen kontinuierlichen Förderstrom zur Brennstoffzelle sorgen. Dies bietet den Vorteil, dass die Effizienz und/oder der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems verbessert werden kann, wodurch die Betriebskosten reduziert werden können. Weiterhin kann aufgrund der Anordnung des Strö mungsbereichs und des Innenraums des Wasserabscheiders in dem Behälter eine kompakte uns platzsparende Anordnung der Bauteile erzielt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders befin det sich ein Absperrventil zwischen der Abzweigleitung oder der Verbindungslei tung und dem Innenraum des Behälters. Des Weiteren befindet sich ein Abführ ventil zwischen dem Innenraum des Behälters und der Rückführleitung. Auf diese Weise kann zum einen ein effizienteres Befüllen, je nach Bedarfsfall, insbeson dere wenn der Anteil an H ₂ O und/oder N ₂ und/oder Verschmutzungen im zu för dernden Medium erhöht ist. Zudem lässt sich der Vorteil erzielen, dass mittels des Abführventils verhindert wird, dass das gasförmige Medium aus dem Innen raum des Behälters entweicht, während sich noch ein erhöhter Anteil an hh darin befindet. Somit lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbes sern, da weniger hh verloren geht und sich das hh zumindest nahezu vollständig mittels des Gas- Flüssigkeitsabscheiders zurückgewinnen lässt und dem Anoden kreislauf wieder zugeführt werden kann. Somit muss weniger hh beim Betrieb des Brennstoffzellensystem aus einem Tank nachgefördert werden, um die Brenn stoffzelle zu betreiben, und es lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Betriebs kosten des Brennstofzellensystems und somit des Gesamtfahrzeugs gesenkt werden können, da weniger hh verbraucht wird. Auch lässt sich mittels des Ab führventils und der Rückführleitung das H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Anodenkreis lauf in den Kathodenkreislauf leiten, wo es beispielsweise zum Kühlen benötigt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist der Gas- Flüssigkeits abscheider eine Sensorik auf, wobei die Sensorik, insbesondere kontinuierlich, Parameter der Verbindungsleitung erfasst und/oder Parameter des Innenraums des Behälters erfasst. Zudem können in einer beispielhaften Ausführungsform das Absperrventil und/oder das Abführventil, insbesondere zumindest mittelbar über eine Steuereinrichtung, mit der Sensorik verbunden sein. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass erfasst werden kann, welche Betriebszu stände in dem Anodenkreislauf und/oder der Verbindungsleitung und/oder dem Innenraum bestehen, insbesondere die Konzentration von H ₂ und/oder H ₂ O und/oder N ₂ und/oder Verschmutzungen im gasförmigen Medium. Auf Basis die ser mittels der Sensorik erfassten Daten kann mittels der Steuereinrichtung das jeweilige Absperrventil und/oder Abführventil angesteuert werden. Die Steuerein richtung wertet dabei die von der Sensorik erfassten Daten aus, beispielsweise mittels einer CPU, und steuert ein Öffnen oder Schließen des jeweiligen Ventils. Somit lässt sich steuern, wann der Innenraum geleert wird und/oder wie lange die Leerung des Innenraums andauert und somit die Restmenge in die Umge bung entweichen kann und/oder mittels der Rückführleitung in den Kathoden kreislauf zurückgeführt wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn im Kathodenkreis lauf eine erhöhte Menge an H ₂ O und/oder N ₂ benötigt wird, je nach Betriebszu stand der Brennstoffzelle und des gesamten Brennstoffzellensystems. Zudem können die Betriebskosten des Gesamtfahrzeugs reduziert werden. Weiterhin kann beim Ablasses des gasförmigen Mediums aus dem Innenraum über das Abführventil mittels der Sensorik und/oder der Steuereinrichtung dafür gesorgt werden, dass die Wasserstoff- Konzentration im Medium nicht derart hoch ist, dass diese ein kritisches Gemisch ausbildet, wobei ein kritisches Gemisch insbe sondere ab einem Verhältnis von 4% hh zu 96% Restgemisch entsteht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Gas- Flüssigkeitsabscheider die Rezirkulations-Pumpe auf, wobei die Rezirkulations-Pumpe im Anodenkreis lauf angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass bei ei ner hohen Bandbreite an Betriebszuständen, wie beispielsweise Leistungszu stand der Brennstoffzelle und/oder Temperatur und/oder Volumenstrom und/oder Druck, des Brennstoffzellensystems ein konstanter Volumenstrom des zu för dernden Mediums zur Brennstoffzelle gelangen kann. Dabei wird mittels der Re zirkulations-Pumpe ein Volumenstrom erzeugt und/oder das gasförmige Medium in Zirkulation versetzt. Dies geschieht in einem Druckbereich und/oder Tempera turbereich und/oder Strömungszustand im Anodenkreislauf, bei dem die Strahl pumpe noch keine oder zumindest eine nicht beständige Förderung und/oder Zir kulationsströmung des gasförmigen Mediums durch den Anodenkreislauf zur Brennstoffzelle bewirken kann. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Kalt start des Fahrzeugs, bei dem sich das gasförmige Medium im Anodenkreislauf zumindest nahezu im Ruhezustand befindet und die Temperaturen im Bereich des Gefrierpunkts liegen. Dabei wird mittels der Rezirkulations-Pumpe ein ent sprechender Volumenstrom und/oder Druck im Anodenkreislauf aufgebaut, bis dieser jeweilige einen Wert erreicht bei dem auch die Strahlpumpe optimal för dern kann. Somit kann der Vorteil erzielt werden, dass zuverlässige Kaltstartfä higkeit des Gesamt- Fahrzeugs, auch bei einer langen Standzeit und niedrigen Außentemperaturen, insbesondere unter 0° Celsius, gewährleistet werden kann. Des Weiteren kann das Ansprechverhalten des gesamten Brennstoffzellensys tems verbessert werden, beispielsweise bei einer spontanen Leistungsabfrage des Fahrers mittels eines Kickdowns, bei dem das Brennstoffzellensystem kurz fristig hohe elektrische Leistung, insbesondere die Maximalleistung des Fahr zeugs, erzeugen und somit mit Wasserstoff versorgt werden muss. Weiterhin kann der Wirkungsgrad und/oder die Leistung der Brennstoffzelle erhöht werden.

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, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. 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 perspektivische Schnittansicht einer Membran des Gas-

Flüssigkeitsabscheiders,

Figur 3 eine schematische Darstellung des Brennstoffzellensystems mit dem erfindungsgemäßen Gas- Flüssigkeitsabscheider gemäß einem zweiten 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 zusätzlich zum flüssigen Bestandteil, insbesondere H2O, einen gasförmiger Bestandteil N2 vom Medium abscheidet. Dabei werden die Bestandteile H2O und N2 vom Medium, insbesondere vom Be standteil H2 des Mediums mittels des erfindungsgemäßen Gas- Flüssigkeitsab scheiders 2 abgeschieden.

In Fig. 1 wird das Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, bei dem eine Brennstoffzelle 30, der Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 und eine optionale Rezirkulations-Pumpe 9 mittels Leitungen fluidisch miteinander verbunden sind. Die Brennstoffzelle 30 weist einen Anodenbereich 31 und einen Kathodenbereich 32 auf und dient zur insbesondere in einem Fahrzeug zur Energieerzeugung mittels einer Reaktion von Wasserstoff, also H2, und Sauerstoff, also O2. Dem Kathodenbereich 32 der Brennstoffzelle 30 wird dabei mittels eines Kathodenkreislaufs 29 in einer Strö mungsrichtung IV Luft, insbesondere O2 zugeführt. Der erfindungsgemäße Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 ist dabei mit dem Anodenbereich 31 über eine Verbin- dungsleitung 4 fluidisch verbunden. Dabei wird eine Medium, wobei es sich ins besondere um ein Rezirkulationsmedium aus dem Anodenbereich 31 der Brenn stoffzelle 30 handelt, zur Rezirkulation an den Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 ge leitet. Das Rezirkulationsmedium besteht dabei nahezu vollständig aus unver brauchten hh, das innerhalb der Brennstoffzelle 30 nicht zur chemischen und/o der elektrischen Reaktion mit Sauerstoff gekommen ist, sowie den Abfallproduk ten H2O und ISh aus dem Prozess zur Energiegewinnung innerhalb der Brenn stoffzelle 30. Zudem können weitere Verschmutzungen im gasförmigen Medium vorhanden sein, beispielsweise Partikel der Brennstoffzelle 30 selber, die sich im Betrieb als kleine, insbesondere molekulare, Teilchen lösen und/oder herausbre chen und als Schmutz- Partikel im Anodenkreislauf vorliegen. Das Medium strömt dabei in einer Strömungsrichtung II der Anodenseite durch die Verbindungslei tung 4 zumindest indirekt in den Gas- Flüssigkeitsabscheider 2. Im Gas- Flüssig keitsabscheiders 2 strömt das Medium dann entweder über die Verbindungslei tung 4 weiter in einen zentralen Strömungsbereich 13 einer ersten Strahlpumpe 10, die Teil des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 ist. Alternativ kann das Medium auch über eine Abzweigleitung 7 und/oder ein Absperrventil 23 in einen Innen raum 12 wenigstens eines Behälters 6 des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 strö men. Der Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 dient dabei zum Abscheiden von zumin dest einem flüssigem Bestandteil, insbesondere H2O, von einem gasförmigen Bestandteil, insbesondere H2. Der Behälter 6 weist dabei einen Innenraum 12 und den Strömungsbereich 13 auf, die mittels einer Membran 34 voneinander ge trennt sind, wobei der Strömungsbereich 13 fluidisch mit der Verbindungsleitung 4 und einer Abström leitu ng 5 verbunden ist. Der Innenraum 12 ist dabei fluidisch, zumindest mittelbar über die Abzweigleitung 7, mit der Verbindungsleitung 4 ver bunden. Der Innenraum 12 ist zudem fluidisch zumindest mittelbar, insbesondere über ein Abführventil 46, mit einer Rückführleitung 19 verbunden. Über das Ab führventil 46 kann mittels der Rückführleitung 19 das verbleibende Restmedium aus dem Innenraum 12 des Behälters 6 in einen Kathodenkreislauf 29 des Brennstoffzellensystems 1 überführt werden. Der Behälter 6 bildet dabei eine Be hälterwand 17 aus, die den Innenraum 12 nach außen zur Umgebung begrenzt. Alternativ kann das das verbleibende Restmedium aus dem Innenraum 12 des Behälters 6 in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1 und/oder des Fahr zeugs abgelassen werden. Innerhalb des Behälters 6 des Gas- Flüssigkeitsab scheiders 2 erfolgt eine Abscheidung eines gasförmigen und/oder flüssigen Be standteils des gasförmigen Mediums vom H2 mittels der Membran 34. Die Memb- ran 34 ist dabei als eine Wandung 36 der zumindest teilweise im Behälter 6 an geordneten ersten Strahlpumpe 10 ausgebildet ist, wobei der Strömungsbereich 13 innerhalb der Strahlpumpe 10 verläuft und wobei die Strahlpumpe 10 einen Ansaugbereich 15 und/oder einen Diffusorbereich 16 aufweist. Des Weiteren be wirkt das Medium beim Durchströmen des Ansaugbereichs 15 einen Druckunter schied zwischen dem Strömungsbereich 13 und dem Innenraum 12 aufgrund ei nes Strahlpumpeneffekts, wodurch ein Hindurchbewegen des Bestandteil H durch die Membran 34 aus dem gasförmigen Medium im Innenraum 12 in den Strömungsbereich 13 unterstützt wird.

Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass der erfindungsgemäße Gas- Flüssigkeitsab scheider 2 eine Sensorik 22 aufweist, wobei die Sensorik 22, insbesondere konti nuierlich, Parameter der Verbindungsleitung 4 erfasst und/oder Parameter des Innenraums 12 des Behälters 6 erfasst. Dabei ist das Absperrventil 23 und/oder das Abführventil 46, insbesondere zumindest mittelbar über eine Steuereinrich tung, mit der Sensorik 22 verbunden sind. Auf Basis dieser anhand der Sensorik 22 erfassten Daten kann mittels der Steuereinrichtung, das jeweilige Absperrven til 23 und/oder Abführventil 46 angesteuert werden. Die Steuereinrichtung wertet dabei die von der Sensorik 22 erfassten Daten aus, beispielsweise mittels einer CPU, und steuert die Öffnung und/oder Schließung des jeweiligen Ventils. Somit lässt sich steuern, wann der Innenraum 12 geleert wird. Die Sensorik 22 misst dabei beispielsweise die Konzentration der Bestandteile H O und N und/oder weiterer Schmutz- Partikel im Innenraum 12 oder in einem Anodenkreislauf 25. Zudem kann mittels der Sensorik 22 ein Druck im Bereich des Innenraums 12 und/oder des restlichen Anodenkreislaufs 25 gemessen werden. Sobald die Sen sorik 22 einen bestimmten Wert bezüglich der Konzentration der Bestandteile H O und N und/oder einen Druck erfasst, erfolgt eine Ansteuerung des Abführ ventils 46 und die Bestandteile H O und ISh und weitere Partikel werden mittels des Abführventils 46 abgelassen und/oder herausgeleitet. Das Abführventil 46 kann sich dabei gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des Gas- Flüssig keitsabscheiders 2 am tiefsten Punkt des Innenraums 12 des Behälters 6 ange ordnet sein, um ein nahezu vollständiges Entleeren durch die Schwerkraft zu ge währleisten. Die Steuereinrichtung kann hierbei beispielsweise mittels einer elektrischen, mechanischen, elektronischen oder anders gearteten Aktorik für ein Öffnen und/oder Schließen des jeweiligen Ventils sorgen. Zudem ist eine stufen lose Öffnung und/oder Schließung des Ventils möglich, so dass nur ein geringer Volumenstrom des gasförmigen Mediums durch das jeweilige Ventil fließen kann. Prinzipiell kann eine Steuerung des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 zur effizien ten Verringerung von unerwünschten Anteilen, wie beispielsweise H2O und N2 und/oder Verschmutzungen, im gasförmigen Medium im Anodenkreislauf 25 in mehreren Schritten erfolgen. Im ersten Schritt, insbesondere wenn die Sensorik 22 erhöhte Werte von unerwünschten Anteilen im gasförmigen Medium im Ano denkreislauf 25 erfasst, wird das Absperrventil 23 mittels der Steuereinrichtung geöffnet, so dass ein Teil des im Anodenkreislauf 25, insbesondere in der Verbin dungsleitung 4 vorhandenen gasförmigen Mediums in den Innenraum 12 des Be hälters 6 eingeleitet wird. Sobald der Innenraum 12 befüllt ist, wobei beim Befül len optional das Abführventil 46 geöffnet sein kann, wird das Absperrventil 23 ge schlossen und das Abscheiden von H2 mittels des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2 kann beginnen. Dabei wird das H2 über die Membran 34 zurück in den Strö mungsbereich 13 und somit den Anodenkreislauf 25 geleitet.

Dabei wird mittels der ersten Strahlpumpe 10, die insbesondere den Ansaugbe reich 15 und den Diffusorbereich 16 im Bereich der Wandung 36 aufweist, ein Abscheiden des hh vom restlichen sich im Innenraum 12 des Behälters 6 befindli chen Mediums herbeigeführt und/oder unterstützt, insbesondere aufgrund des hohen Druckniveaus im Strömungsbereich 13 im Vergleich zum niedrigeren Druckniveau im Innenraum 12. Die Wandung 36 ist dabei zumindest teilweise als Membran 34 ausgebildet. Durch das in Strömungsrichtung II durch den Strö mungsbereich 13 der ersten Strahlpumpe 10 strömende gasförmige Medium wird ein erhöhtes Druckgefälle zwischen dem Innenraum 12 und dem Strömungsbe reich 13 erzeugt, insbesondere aufgrund der zumindest teilweisen pneumati schen und/oder fluidischen Trennung, wodurch ein Hindurchdiffundieren des H2 durch die Membran 34 begünstigt wird und somit der Anteil an H2 im Innenraum 12 schneller abnimmt und/oder eine größere Menge an H2 aus dem Innenraum 12 zurück in den Anodenkreislauf 25 gelangen kann, insbesondere über den Strömungsbereich. Im nächsten Schritt, insbesondere bei einer geringen Rest menge an H2 im Innenraum 12 , wird das Abführventil 46 geöffnet, so dass der restliche Inhalt aus dem Behälter 6 entweichen kann. Unterstützend kann bei die sem Vorgang das Absperrventil 23 geöffnet werden, so dass der restliche Inhalt effizienter entweichen kann und beispielsweise erneut gasförmiges Medium aus dem Anodenkreislauf 25 nachströmen kann. In Fig. 1 ist gezeigt, dass in diesem ersten Ausführungsbeispiel des Gas- Flüssig keitsabscheiders 2 zusätzlich zur ersten Strahlpumpe 10 eine zweite Strahl pumpe 26 im Anodenkreislauf 25 angeordnet ist, wobei die zweite Strahlpumpe 26 zumindest mittelbar fluidisch mit einer Tankleitung 21 und/oder einer Zuström- leitung 3 und/oder der Abströmleitung 5 verbunden ist. Der zweiten Strahlpumpe 26 wird mittels eines Dosierventils 8 ein Treibmedium von einem Tank 27 über die Tankleitung 21 zudosiert. Gemeinsam bilden die zweiten Strahlpumpe 26 und das Dosierventil 8 eine integrierte Ventil-Strahlpumpeneinheit 11 aus, wobei ins besondere die Leitungslängen zwischen der zweiten Strahlpumpe 26 und dem Dosierventil 8 möglichst kurz ausgeführt sind. In dieser zweiten Strahlpumpe 26 wird in einem Mischbereich das, von der Rezirkulations-Pumpe 9 kommende, Rezirkulationsmedium gesammelt. Zum anderen strömt auf einem zweiten Strö mungspfad von außerhalb der Ventil-Strahlpumpeneinheit 11 ein gasförmiges Treibmedium, insbesondere hh _, in die zweite Strahlpumpe 26 und/oder das Do sierventil 8 ein, wobei das Treibmedium vom Tank 27 kommend unter hohen Druck steht, insbesondere von mehr als 10 bar. Nun wird das Treibmedium mit tels einer Aktorik des Dosierventils 8, insbesondere stoßweise, beispielsweise- durch eine Düse der zweiten Strahlpumpe 26 in den Mischbereich abgelassen.

Das durch die Düse strömende und als Treibmedium dienende hh weist eine Druckdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf. Damit sich ein sogenannter Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium über die Abströmlei tung 5 mit einem geringen Druck und einem geringen Massen-Strom in einen zweiten Strömungsbereich der zweiten Strahlpumpe 26 gefördert. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Ge schwindigkeit, die insbesondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch die Düse in den Mischbereich ein. Nachdem das Rezirkulationsmedium in der zweiten Strahlpumpe 26 durch das Treibmedium beschleunigt wurde und sich beide Medien vermischt haben, strömt das neu entstandene Medium, bei dem es sich insbesondere nahezu vollständig um hh handelt, durch die Zuström- leitung 3 zur Brennstoffzelle 30, insbesondere zum Anodenbereich 31.

In Fig. 2 ist eine perspektivische Schnittansicht der Membran 34 des Gas- Flüs sigkeitsabscheiders 2 gezeigt, die als Wandung 36 des Strömungsbereichs 13 dient. Die Membran 34 ist dabei als eine semipermeable Membran 34 ausgebil det, wobei die Membran 34, wie in Fig. 2 gezeigt, durchlässig gegenüber dem Bestandteil hh des Mediums ist und wobei die Membran 34 undurchlässig gegen über den Bestandteilen H O und N und weiteren Schmutzpartikeln des Mediums ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße des jeweiligen Bestandteils. Dabei sind die Bestandteile H2O und/oder N2 und/oder eventuell vorhandene Schmutz partikel des Mediums zu groß, um durch die Struktur, insbesondere die Git terstruktur der Membran 34 zu diffundieren, während der Bestandteile H2 des Mediums klein genug ist, um durch die Struktur der Membran 34 zu diffundieren. Somit wird zusätzlich zum flüssigen Bestandteil, insbesondere H2O, ein gasförmi ger und/oder flüssiger Bestandteil N2 und/oder Schmutzpartikel vom Medium durch den Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 abgeschieden. Dabei strömt das gasför mige Medium vom Innenraum 12 kommend zur Membran 34 hin. Die Bestand teile H2O und/oder N2 und/oder Schmutzpartikel können die Barriere Membran 34 nicht überwinden, während das H2 durch die Membran 34 hindurchdiffundie ren kann in den zentralen Strömungsbereich 13. Die Membran 34 bildet dabei zumindest teilweise die Wandung 36 der ersten Strahlpumpe 10 aus.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Brennstoffzellensystems 1 mit dem erfindungsgemäßen Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hierbei weist der Anodenkreislauf 25 nur eine Strahlpumpe 10 auf, insbesondere die erste Strahlpumpe 10. Diese erste Strahlpumpe 10 ist dabei Teil des Gas- Flüssigkeitsabscheiders 2. Des Weiteren weist der Gas-Flüs- sigkeitsabscheider 2 wenigstens einen Behälter 6 auf, dem zumindest mittelbar über Abzweigleitung 7 und das Absperrventil 23 ein von der Brennstoffzelle 30 kommendes Medium zugeführt wird, wobei der Behälter 6 die Behälterwand 17 aufweist. Dabei erfolgt eine Abscheidung zumindest des flüssigen Bestandteils des Mediums im Behälter 6, wobei der abgeschiedene Bestandteil des Mediums über die Rückführleitung 19 aus dem Behälter 6 zum Kathodenkreislauf 29 abge führt wird. Dabei kann sich das Abführventil 46 an der Rückführleitung 19 befin den Der Behälter 6 weist dabei den Innenraum 12 und den Strömungsbereich 13 auf, die mittels der Membran 34 voneinander getrennt sind, wobei der Strö mungsbereich 13 fluidisch mit der Tankleitung 21, insbesondere über das Dosier ventil 8, und der Abströmleitung 5 verbunden ist, wobei der Innenraum 12 flui disch, zumindest mittelbar über die Abzweigleitung 7, insbesondere über das Ab sperrventil 23, mit der Verbindungsleitung 4 verbunden ist. Gemeinsam bilden in diesem zweiten Ausführungsbeispiel die erste Strahlpumpe 10 und das Dosier ventil 8 die integrierte Ventil-Strahlpumpeneinheit 11 aus, wobei insbesondere die Leitungslängen zwischen der ersten Strahlpumpe 10 und dem Dosierventil 8 möglichst kurz ausgeführt sind. Die Strahlpumpe 10 ist dabei derart im Behälter 6 angeordnet, dass ihr zentraler Strömungsbereich 13 zumindest teilweise im Be hälter 6 verläuft und zumindest teilweise mittels der Wandung 36 vom Innenraum 12 gekapselt ist, wobei die Wandung 36 zumindest teilweise als Membran 34 ausgebildet ist. In Strömungsrichtung weist der zentralen Strömungsbereich 13 zuerst Ansaugbereich 15 und dann den Diffusorbereich 16 auf, wobei sich im Be reich der Strahlpumpe 10 mittels dieser geometrischen Ausformung des Strö mungsbereich 13 ein Strahlpumpeneffekt einstellt. Das vom Tank 27 kommende Medium strömt dabei unter einem hohen Druck stehend, insbesondere über 10 bar, durch den Strömungsbereich 13 hindurch. Dabei wird mittels der geometri schen Ausformung des Strömungsbereichs 13 der Strahlpumpe 10, insbeson dere im Bereich einer Strahldüse, und/oder mittels eines erhöhten Drucks im zentralen Strömungsbereich 13 der Strahlpumpe 10 eine erhöhte Strömungsge schwindigkeit im zentralen Strömungsbereich 13 erzielt werden kann, wodurch sich ein verstärkter Unterdrück im Bereich der Membran 34 erzielen lässt. Somit erhöht sich das Druckgefälle vom zentralen Strömungsbereich 13 zum Innen raum 12 des Zwischenspeichers. Somit wird mittels der erhöhten Druckdifferenz, wobei insbesondere ein hohes Druckniveau im Strömungsbereich 13 im Ver gleich zum niedrigen Druckniveau im Innenraum 12 besteht, ein Abscheiden des hh vom restlichen sich im Innenraum 12 des Behälters 6 befindlichen Mediums herbeigeführt und/oder unterstützt. Die Wandung 36 ist dabei zumindest teilweise als Membran 34 ausgebildet. Durch das in Strömungsrichtung II durch den Strö mungsbereich 13 der ersten Strahlpumpe 10 strömende gasförmige Medium wird ein erhöhtes Druckgefälle zwischen dem Innenraum 12 und dem Strömungsbe reich 13 erzeugt, insbesondere aufgrund der zumindest teilweisen pneumati schen und/oder fluidischen Trennung, wodurch ein Hindurchdiffundieren des H2 durch die Membran 34 begünstigt wird und somit der Anteil an H2 im Innenraum 12 schneller abnimmt und/oder eine größere Menge an H2 aus dem Innenraum 12 zurück in den Anodenkreislauf 25 gelangen kann, insbesondere über den Strömungsbereich. Weiterhin ist in Fig. 3 gezeigt, dass die Brennstoffzelle 30 den Anodenbereich 31 und den Kathodenbereich 32 aufweist. Dem Kathodenbe reich 32 wird mittels über den Kathodenkreislauf 29 in der Strömungsrichtung IV Luft, insbesondere O2 _, zugeführt.

In Fig. 3 ist zudem dargestellt, dass das Medium, wobei es sich insbesondere um das Rezirkulationsmedium aus dem Anodenbereich 31 der Brennstoffzelle 30 handelt, aus dem Anodenbereich 31 in Strömungsrichtung II über die Verbin- dungsleitung 4 und/oder die Abzweigleitung 7 an den Gas- Flüssigkeitsabschei der 2 geleitet, insbesondere in den Innenraum 12 des Behälters 6. Dabei kann das vom Anodenbereich 31 kommende gasförmige Medium entweder über die Verbindungsleitung 4 zu der Rezirkulations-Pumpe 9 strömen oder alternativ über die Abzweigleitung 7 von der Verbindungsleitung 4 vor der Rezirkulations-

Pumpe 9 abgezweigt und über das Absperrventil 23 zum Gas- Flüssigkeitsab scheider 2 geleitet werden. Der Gas- Flüssigkeitsabscheider 2 und die Rezirkula tions-Pumpe 9 sind dabei im Anodenkreislauf 25 vom Leitungssystem parallelge schaltet und die jeweilige Leitung, wie beispielsweise die von dem Gas-Flüssig- keitsabscheider 2 kommende Abströmleitung 5, werden jeweils an einem Knoten

14 wieder zusammengeführt. Vom Knoten 14 strömt das vermischte gasförmige Medium dann in Strömungsrichtung II über die Zuströmleitung 3 in den Anoden bereich 31 der Brennstoffzelle 30. 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.