Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider, insbesondere einen Flüssigkeitsabscheider für ein Brennstoffzellensystem, sowie ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einem derartigen Flüssigkeitsabscheider.

Unter einer Brennstoffzelle wird sowohl eine einzelne Brennstoffzelle (kurz: Einzelzelle) als auch eine Hintereinanderschaltung von zwei oder mehr Einzelzellen zu einem Brennstoffzellenstapel (kurz: Stack) verstanden.

Üblicherweise wird in einer Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie anoden- eingangsseitig Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas als Brennstoff und kathoden- seitig Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas wie zum Beispiel Umgebungsluft als Oxidationsmittel zugeführt. Die Elektroden der Brennstoffzelle sind durch eine lonen- austauschmembran (z.B. Polymer-Elektrolyt-Membran) voneinander getrennt.

Die anodeneingangsseitig zugeführten Wasserstoffmoleküle reagieren an einem im Anodenbereich vorhandenen Anodenkatalysator nach der Gleichung

H ₂ → 2 H ⁺ + 2 e ^'

und geben dabei unter Bildung von positiv geladenen Wasserstoffionen (Protonen) Elektronen an die Elektrode ab. Die so im Anodenbereich gebildeten Protonen diffundieren anschließend durch die lonenaustauschmembran zum Kathodenbereich. Dort reagieren sie an einem Kathodenkatalysator mit dem kathodenseitig zugeführten Sauerstoff sowie den über einen äußeren Stromkreis zugeleiteten Elektronen nach der Gleichung

O ₂ + 4-H ⁺ + 4 e ^" → 2 H ₂ O zu Wasser.

In dem Brennstoffzellensystem wird somit als Reaktionsprodukt der elektrochemischen Prozesse in der Brennstoffzelle Wasser gebildet. Darüber hinaus wird häufig gemeinsam mit den dem Anodenbereich bzw. dem Kathodenbereich zugeführten Reaktanden zusätzliches Wasser in das Brennstoffzellensystem eingetragen. Beispielsweise kann in den Anodengasen oder in der Umgebungsluft Feuchtigkeit enthalten sein.

Flüssiges Wasser kann jedoch in dem Brennstoffzellensystem, insbesondere im Bereich der Brennstoffzelle vorgesehene Strömungskanäle blockieren und so eine gleichmäßige Verteilung der gasförmigen Reaktanden in dem System bzw. in der Brennstoffzelle beeinträchtigen. Dies kann sich negativ auf den Umsetzungsgrad der Reaktanden in der Brennstoffzelle und damit auf den Wirkungsgrad des Systems auswirken. Weiter kann in dem Brennstoffzellensystem vorhandenes flüssiges Wasser bei tiefen Temperaturen gefrieren, was zu Beschädigungen der Systemkomponenten und Blockaden von Strömungskanälen führen kann. Bei einer mobilen Anwendung der Brennstoffzelle, zum Beispiel für einen Antrieb eines Fahrzeugs, ist es außerdem notwendig, eine Emission von flüssigem Wasser zu vermeiden, da dieses bei tiefen Außentemperaturen zu einer Eisbildung auf einer Fahrbahn und somit zu einer Verkehrsgefährdung führen könnte.

Deshalb enthalten Brennstoffzellensysteme üblicherweise mehrere Flüssigkeitsabscheider, die an verschiedenen Stellen in dem System angeordnet sind, um flüssiges Wasser aus den Gasströmen bzw. dem System zu entfernen.

Der Aufbau eines herkömmlichen Brennstoffzellensystems, wie es beispielsweise in der DE 10 2004 056 952 A1 beschrieben ist, ist in Fig. 3 veranschaulicht.

Das in Fig. 3 beispielhaft dargestellte Brennstoffzellensystem enthält eine Brennstoffzelle 10 mit einem Anodenbereich 12 und einem Kathodenbereich 14, die durch eine lonen- austauschmembran 16 voneinander getrennt sind. Das Brennstoffzellensystem umfasst üblicherweise eine Vielzahl solcher Brennstoffzellen 10, die zur Bildung eines Stacks hintereinander angeordnet bzw. übereinander gestapelt sind.

Dem Kathodenbereich 14 der Brennstoffzelle 10 wird durch einen Kompressor 18 über eine Kathodengaszufuhrleitung 20 Luft bzw. ein sauerstoffreiches Gas zugeführt. Zur Ableitung der in der Brennstoffzelle 10 entstehenden Kathodenabgase ist der Kathodenbereich der Brennstoffzelle 10 mit einer Kathodenabgasabfuhrleitung 22 verbunden.

Um für die Wasserstoffionen leitfähig zu sein, muss die lonenaustauschmembran 16 der Brennstoffzelle 10 ständig befeuchtet werden. Zu diesem Zweck ist in der Kathodengas- zufuhrleitung 20 ein Befeuchtungssystem 24 angeordnet, das die kathodenseitig zugeführte Luft mit Wasser befeuchtet. Das Befeuchtungssystem 24 steht vorzugsweise auch mit der Kathodenabgasabfuhrleitung 22 in Verbindung und ist als Gas-Gas - Membran- befeuchter ausgebildet.

Der Anodenbereich 12 der Brennstoffzelle 10 steht mit einer Anodengaszufuhrleitung 26 in Verbindung, durch welche dem Anodenbereich 12 Wasserstoff zugeführt wird. Zur Dosierung der Wasserstoffzufuhr in den Anodenbereich 12 ist in dieser Anodengaszufuhrleitung 26 ein erstes Ventil 28 angeordnet. Eine Anodenabgasabfuhrleitung 30 ist als Rezirkulationsleitung ausgebildet, in der ein Rezirkulationsgebläse 32 angeordnet ist, um aus dem Anodenbereich 12 der Brennstoffzelle 10 austretende Anodenabgase im Kreislauf zu führen. In der Anodenabgasabfuhrleitung 30 sind vorzugsweise Sensoren 34, 36 vorgesehen, um den Druck, die Temperatur und die relative Feuchte der Anodenabgase sowie die Wasserstoffkonzentration in den Anodenabgasen zu messen.

Ferner steht die Anodenabgasabfuhrleitung 30 vorzugsweise auch über ein zweites Ventil 38 mit einer Spülleitung 40 in Verbindung. Nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems kann das zweite Ventil 38 geöffnet werden, um den Anodenbereich 12 der Brennstoffzelle 10 mit einem durch die Spülleitung 40 zugeführten Spülgas wie beispielsweise Luft zu spülen.

Aus den oben dargelegten Gründen sind vorzugsweise in der Kathodengaszufuhrleitung 20 ein erster Flüssigkeitsabscheider 42, in der Anodengaszufuhrleitung 26 ein zweiter Flüssigkeitsabscheider 44 und in der Anodenabgasabfuhrleitung 30 ein weiterer Flüssigkeitsabscheider 46 angeordnet. Jeder dieser Flüssigkeitsabscheider 42, 44, 46 enthält im Allgemeinen einen Sammelbehälter 48 und einen Pegelsensor 50 zum Erfassen des Flüssigkeitspegels in dem Sammelbehälter 48. Ein Flüssigkeitsauslass jedes Sammelbehälters 48 ist mit einer Wasserablaufleitung 52 verbunden, in der jeweils ein Ablassventil 54 angeordnet ist. Wenn ein Pegelsensor 50 anzeigt, dass der Wasserpegel im Sammelbehälter 48 des zugehörigen Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird das entsprechende Ablassventil 54 geöffnet, sodass das im Sammelbehälter 48 gesammelte Wasser durch den Flüssigkeitsauslass und die jeweilige Wasserablaufleitung 52 aus dem Brennstoffzellensystem abgeführt werden kann.

In Zusammenhang mit den beschriebenen Flüssigkeitsabscheidern 42, 44, 46 besteht insbesondere nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems das Problem, dass das in den Sammelbehältern 48 sowie in den Wasserablaufleitungen 52 bis zu den Ablassventilen 54 gesammelte flüssige Wasser bei niedrigen Außentemperaturen gefrieren kann, sodass sich in den Sammelbehältern 48, den Wasserablaufleitungen 52 und den Ablassventilen 54 Eisblöcke bilden können, die einen Wasserablauf verhindern. Wird das Brennstoffzellensystem bei sehr niedrigen Temperaturen gestartet (so genannter Gefrierstart), so müssen die Sammelbehälter 48, die Wasserablaufleitungen 52 und die Ablassventile 54 der vorhandenen Flüssigkeitsabscheider 42, 44, 46 des Systems erwärmt werden, um die dort existierenden Eisblöcke zu schmelzen und die Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitsabscheider 42, 44, 46 nach dem Betriebsstart möglichst schnell herzustellen. Im Stand der Technik werden hierzu entsprechende Heizelemente eingesetzt.

Zum Beispiel ist aus der DE 10 2007 051 811 A1 ein über einen geteilten Solenoiden beheizbares Ablassventil zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem bekannt.

Weiter offenbart die DE 100 13 687 B4 ein Brennstoffzellensystem, bei dem zumindest teilweise beheizbare Medienleitungen vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsabscheider für ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, der bei einem so genannten Gefrierstart schnell funktionsfähig ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flüssigkeitsabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Flüssigkeitsabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Sammelbehälter, der einen Gaseinlass, einen Gasauslass und einen Wasserauslass aufweist, eine Wasserablaufleitung, die mit dem Wasserauslass verbunden ist, und ein Ablassventil, das in der Wasserablaufleitung angeordnet ist, auf. Zusätzlich ist in dem Sammelbehälter wenigstens ein beheizbares Strukturelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es beim Beheizen in einem Eisblock in dem Sammelbehälter wenigstens einen mit dem Wasserauslass verbundenen Kanal erzeugt.

Mit dem beheizbaren Strukturelement im Sammelbehälter werden gezielt für die Funktion des Sammelbehälters benötigte Bereiche, nämlich jene zur Bildung von Kanälen für einen Ablauf flüssigen Wassers zum Wasserauslass in die Wasserablaufleitung erwärmt. Dies führt zur schnellen Herstellung der Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders, ohne den gesamten Eisblock schmelzen zu müssen, wie dies bei herkömmlichen Flüssigkeits- abscheidem der Fall ist. Durch die Eingrenzung der zu erwärmenden Bereiche im Sammelbehälter kann die Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders bei einem so genannten Gefrierstart nicht nur sehr schnell, sondern auch mit einem nur geringen Energieaufwand gewährleistet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine beheizbare Strukturelement aus einem Material gebildet ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als ein Material des Sammelbehälters. Hierdurch wird die Wärme noch gezielter in den Sammelbehälter eingeleitet, indem der Wärmeeintragbereich noch weiter beschränkt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das wenigstens eine beheizbare Strukturelement unter Verwendung der Wärmeenergie einer Brennstoffzelle, eines Startheizers oder eines Betriebsmediums, vorzugsweise eines Kühlmediums, des Brennstoffzellensystems erwärmt werden. Da zum Auftauen des Flüssigkeitsabscheiders ohnehin vorhandene Wärmequellen des Brennstoffzellensystems genutzt werden, ist der Energieaufwand für den Wärmeeintrag in den Sammelbehälter des Flüssigkeitsabscheiders sehr gering.

Alternativ oder zusätzlich kann das wenigstens eine beheizbare Strukturelement auch unter Verwendung eines elektrischen Heizelements oder einer Wasserstoffverbrennung im Flüssigkeitsabscheider selbst erwärmt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine beheizbare Strukturelement ein in den Sammelbehälter ragendes Rippenelement auf.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine beheizbare Strukturelement ein mit dem Wasserauslass verbundenes Rohrelement mit Durchbrechungen in der Rohrwand auf. In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auch das Ablassventil und/oder die Wasserablaufleitung zumindest teilweise beheizbar.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle mit einem Anodenbereich und einem Kathodenbereich, eine Kathoden- gaszufuhrleitung, eine Kathodenabgasabfuhrleitung, eine Anodengaszufuhrleitung, eine Anodenabgasabfuhrleitung und wenigstens einen oben beschriebenen Flüssigkeitsabscheider.

Bei dem Flüssigkeitsabscheider des Brennstoffzellensystems, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, handelt es sich zum Beispiel um einen Flüssigkeitsabscheider in der Kathodengaszufuhrleitung, einen Flüssigkeitsabscheider in der Anodengaszufuhrleitung und/oder einen Flüssigkeitsabscheider in der Anodenabgasabfuhrleitung des Brennstoffzellensystems.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Flüssigkeitsabscheiders der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Teilperspektivansicht, teilweise im Schnitt, eines Flüssigkeitsabscheiders gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems, bei dem der Flüssigkeitsabscheider der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann.

Der Flüssigkeitsabscheider der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise in einem Brennstoffzellensystem eingesetzt werden, wie es in Fig. 3 beispielhaft veranschaulicht ist und bereits oben erläutert worden ist. Die Erfindung ist aber selbstverständlich nicht nur auf diese Anwendung, insbesondere nicht nur auf ein derart aufgebautes Brennstoffzellensystem beschränkt. Außerdem ist die vorliegende Erfindung sowohl bei mobilen als auch bei stationären Anwendungen vorteilhaft einsetzbar. In dem in Fig. 3 dargestellten Brennstoffzellensystem, dessen Beschreibung hier nicht nochmals wiederholt werden soll, können der Flüssigkeitsabscheider 42 in der Kathoden- gaszufuhrleitung 20, der Flüssigkeitsabscheider 44 in der Anodengaszufuhrleitung 26 und/oder der Flüssigkeitsabscheider 46 in der Anodenabgasabfuhrleitung 30 als ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsabscheider ausgestaltet sein.

Das Grundprinzip und die Funktionsweise eines Flüssigkeitsabscheiders der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf Fig. 1 näher erläutert.

Der Flüssigkeitsabscheider 42, 44, 46 hat ein Gehäuse 60, in dem der Sammelbehälter 48 angeordnet ist, der häufig trichterförmig ausgebildet ist, wie in Fig. 1 angedeutet. Im oberen Bereich des Sammelbehälters 48 sind ein Gaseinlass 62 und ein Gasauslass 64 vorgesehen. Durch den Gaseinlass 62 strömt ein Gas zusammen mit darin enthaltenem flüssigem Wasser in den Sammelbehälter, das flüssige Wasser wird im Bodenbereich des Sammelbehälters 48 gesammelt, und das entfeuchtete Gas verlässt den Sammelbehälter 64 durch den Gasauslass.

Im Bodenbereich des Sammelbehälters 48 befindet sich ein Wasserauslass 66, der mit einer Wasserablaufleitung 52 verbunden ist. In dieser Wasserablaufleitung 52 ist ein Ablassventil 54 angeordnet, um den Strömungsweg durch die Wasserablaufleitung 52 zu öffnen und zu sperren. Ein Sensor (nicht dargestellt in Fig. 1) erfasst den Pegel des flüssigen Wassers in dem Sammelbehälter. Bei einem vorbestimmten Pegelwert wird dann das Ablassventil 54 geöffnet, um das flüssige Wasser aus dem Sammelbehälter 48 zum Beispiel an die Umgebung, an einen weiteren Wasserabscheider, an eine Medienleitung des Brennstoffzellensystems oder an die Kathodengaszufuhrleitung in die Brennstoffzelle sein.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht, kann es bei sehr niedrigen Außentemperaturen dazu kommen, dass das flüssige Wasser im Sammelbehälter 48 gefriert und sich im unteren Bereich des Sammelbehälters 48 ein Eisblock 68 bildet, der dann den Wasserauslass 66 blockiert. Ebenso können bei niedrigen Außentemperaturen das Ablassventil 54 und die Wasserablaufleitung 52 stromauf des Ablassventils 54 durch gefrorenes Wasser blockiert werden. Die Gefahr dieser Eisbildung besteht natürlich insbesondere bei abgeschaltetem Brennstoffzellensystem, da dann die Strömungswege durch den Flüssigkeitsabscheider 42, 44, 46 nicht mehr durchströmt werden, insbesondere nicht mehr mit einem Medium durchströmt werden, dessen Temperatur ausreichend hoch ist, um ein Gefrieren des Wassers zu verhindern.

Bei einem Start des Brennstoffzellensystems aus dem in Fig. 1 gezeigten Zustand heraus, d.h. bei einem so genannten Gefrierstart, bei dem im Sammelbehälter 48 des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 üblicherweise ein Eisblock 68 vorhanden ist, der den Wasserauslass 66 blockiert, muss nun möglichst rasch die Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 gewährleistet werden. Mit anderen Worten muss möglichst schnell erreicht werden, dass flüssiges Wasser aus dem Sammelbehälter 48 in die Wasserablaufleitung 52 abfließen kann.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen wird zu diesem Zweck nicht der komplette Eisblock 68 geschmolzen, wozu ein relativ hoher Energieaufwand benötigt wird. Statt dessen ist in dem Sammelbehälter 48, insbesondere in seinem unteren Bereich, wo sich üblicherweise der Eisblock 68 bildet, wenigstens ein Strukturelement 70 angeordnet bzw. ausgebildet, welches beheizbar ist und welches durch seine erwärmte Struktur in dem Eisblock wenigstens einen Kanal bildet, durch den flüssiges Wasser aus dem Sammelbehälter 48 über den Wasserauslass 66 in die Wasserablaufleitung 52 fließen kann. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann es vorteilhaft sein, mehrere, voneinander unabhängige Kanäle durch das wenigstens eine Strukturelement 70 zu erzeugen.

D.h. zum Erzielen der Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 muss nicht der gesamte Eisblock 68 geschmolzen werden, sondern es genügt ein kleiner Teilbereich davon. Aus diesem Grund ist auch nur ein geringerer Energieaufwand notwendig, um das Ablaufen flüssigen Wassers zu ermöglichen.

Eine weitere Begrenzung des Wärmeeintragbereichs und damit des benötigten Energieaufwandes kann erreicht werden, indem das wenigstens eine Strukturelement 70 aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit (z.B. Aluminium, Kupfer) ausgeführt ist, während die übrigen (Wand-)Bereiche des Sammelbehälters 48 aus einem Material mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit (z.B. Kunststoff) bestehen. Dieser Effekt kann durch spezielle Beschichtungen ein Wärmeübergang an den Eisblock 68 oder den Sammelbehälter 48 verringert werden.

Das Strukturelement 70 im Sammelbehälter 48 sowie die Wasserablaufleitung 54 einschließlich des Ablassventils 52 innerhalb des Gehäuses können auf verschiedene Weisen beheizt werden. Zum Beispiel kann die gewünschte Erwärmung unter Ver- wendung der Wärmeenergie der Brennstoffzelle, eines Startheizers oder eines Betriebsmediums, vorzugsweise eines Kühlmediums, des Brennstoffzellensystems erzielt werden. Da hierbei zum Auftauen des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 ohnehin vorhandene Wärmequellen des Brennstoffzellensystems genutzt werden, ist der Energieaufwand für den Wärmeeintrag in den Sammelbehälter des Flüssigkeitsabscheiders sehr gering. Alternativ oder zusätzlich können das wenigstens eine beheizbare Strukturelement 70, das Ablassventil 54 und die Wasserablaufleitung 52 innerhalb des Gehäuses 60 auch unter Verwendung eines elektrischen Heizelements oder einer Wasserstoffverbrennung im Flüssigkeitsabscheider selbst erwärmt werden.

Der Bereich der Wasserablaufleitung 52 außerhalb des Gehäuses 60 des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 ist vorzugsweise ebenfalls beheizbar, zum Beispiel durch ein elektrisches Heizelement 72.

Das beheizbare Strukturelement 70 kann beispielsweise durch Rippenstrukturen an der Innenwand des Sammelbehälters 48 in seinem Bodenbereich gebildet sein. Werden die Rippenstrukturen beheizt, so bilden sich sehr schnell Kanäle in den Vertiefungen zwischen den Rippen der Rippenstrukturen.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des wenigstens einen Strukturelements 70 wird nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 2 genauer beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist das beheizbare Strukturelement 70 im Sammelbehälter 48 aus einem Rohrelement gebildet, das mit dem Wasserauslass 66 und der Wasserablaufleitung 52 verbunden ist und in das Innere des Sammelbehälters 48 ragt. Die Höhe des Rohrelements 70 in den Sammelbehälter 48 ist dabei so bemessen, dass sie größer als die Höhe eines zu erwartenden Eisblocks 68 ist. Beispielsweise entspricht sie dem Wasserpegel, bei welchem der Sensor 50 im Betrieb des Brennstoffzellensystems das Ablassventil 54 betätigt, um das flüssige Wasser aus dem Sammelbehälter 48 ablaufen zu lassen.

Das Rohrelement 70 ist in Fig. 2 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt dargestellt. Es sind aber ebenso andere Querschnittsformen für das Rohrelement denkbar, zum Beispiel elliptisch, quadratisch, rechteckig, polygonal. Wie weiter in Fig. 2 erkennbar, ist das Rohrelement 70 mit einer Vielzahl von Durchbrechungen 76 in Form von Bohrungen, Langlöchern, Schlitzen oder dergleichen versehen. Unterhalb des Sammelbehälters 48 ist ein Heizkörper 78 angeordnet. Dieser Heizkörper 78 steht mit dem Rohrelement 70 im Sammelbehälter 48 in sehr gutem Wärmekontakt, er ist zum Beispiel einstückig mit diesem aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind in dem Heizkörper 78 Kanäle 80 für ein Heizmedium ausgebildet. Dieses Heizmedium ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Kühlmedium des Brennstoffzellensystems, welches sich beim Betrieb der Brennstoffzelle 10 erwärmt. Wie oben erläutert, kann der Heizkörper 78 aber auch auf andere Weise geheizt werden, um das Rohrelement 70 zu erwärmen.

Hat sich in dem Sammelbehälter 48 nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems ein Eisblock 68 gebildet und soll das System aus diesem Zustand heraus wieder gestartet werden (Gefrierstart), so werden der Heizkörper 78 unterhalb des Sammelbehälters 48 und damit auch das Rohrelement 70 im Innenraum des Sammelbehälters 48 erwärmt (zum Beispiel mit Hilfe des Kühlmediums des Brennstoffzellensystems). Durch die Erwärmung des Rohrelements 70 schmilzt der Eisblock 68 zunächst in unmittelbarer Nähe des Rohrelements 70 sowie im Innern des Rohrelements 70. So bilden sich zunächst mehrere Kanäle in dem Eisblock 68, durch welche flüssiges Wasser, das im Sammelbehälter 48 oberhalb des Eisblocks 68 neu gesammelt wird, zum Wasserauslass 66 des Sammelbehälters 48 und weiter durch die Wasserablaufleitung 52 abfließen können. Im Laufe der Zeit wird natürlich auch hier der gesamte Eisblock 68 geschmolzen.

Da der Eisblock 68 sehr gezielt nur in einem kleinen Teilvolumen direkt innerhalb des Rohrelements 70 und um dieses herum geschmolzen wird, genügt ein relativ geringer Energieaufwand. Außerdem kann der kleine Volumenanteil des Eisblockes 68 sehr schnell geschmolzen werden, sodass die Funktionsfähigkeit des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 bei einem Gefrierstart sehr rasch hergestellt werden kann.

Während in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 nur ein Rohrelement 70 in dem Sammelbehälter vorhanden ist, ist es auch möglich, mehrere Rohrelemente oder ein verzweigtes Rohrelementsystem vorzusehen oder ein oder mehrere Rohrelemente mit den oben erwähnten Rippenstrukturen zu kombinieren.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Wasserablaufleitung 52 im Anschluss an den Wasserauslass 66 des Sammelbehälters 48, d.h. stromauf des Ablassventils 54, mit einem elektrischen Heizelement 74 ausgebildet, welches die Wasserablaufleitung 52 bei einem Gefrierstart und auch beim Betrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen erwärmt und so Eis in der Leitung auftaut bzw. eine Eisbildung verhindert. In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann die Wasserablaufleitung 52 im Gehäuse 60 des Flüssigkeitsabscheiders 42, 44, 46 aber wie das Strukturelement 70 bzw. dessen Heizkörper 78 ebenfalls durch das Kühlmedium des Brennstoffzellensystems beheizt werden.

Die Beheizung des Strukturelements 70, der Wasserablaufleitung 52 und des Ablassventils 54 wird vorzugsweise nur bei niedrigen Umgebungstemperaturen durchgeführt, bei denen davon ausgegangen werden muss, dass eine Eisbildung in diesen Komponenten stattgefunden hat. Zu diesem Zweck sind ein oder mehrere Temperatursensoren (nicht dargestellt) vorgesehen.