DE10324201A1 - Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell - Google Patents

Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell Download PDF

Info

Publication number
DE10324201A1
DE10324201A1 DE2003124201 DE10324201A DE10324201A1 DE 10324201 A1 DE10324201 A1 DE 10324201A1 DE 2003124201 DE2003124201 DE 2003124201 DE 10324201 A DE10324201 A DE 10324201A DE 10324201 A1 DE10324201 A1 DE 10324201A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
fuel cell
oxidant
tank
valve device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE2003124201
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Buttkewitz
Detlef Foge
Andreas Schmuhl
Paul Jeroschewski
Gerhard Körner
Herbert Seus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AMT Analysenmeßtechnik GmbH
AMT ANALYSENMESTECHNIK GmbH
Ati Kueste GmbH
ENITECH ENERGIETECHNIK ELEKTRO
ENITECH ENERGIETECHNIK-ELEKTRONIK GmbH
Herbert Seus & Co Kaeltet GmbH
Herbert Seus & Co Kaltetechnik KG GmbH
Original Assignee
AMT Analysenmeßtechnik GmbH
AMT ANALYSENMESTECHNIK GmbH
ATI KUESTE GmbH
ENITECH ENERGIETECHNIK ELEKTRO
ENITECH ENERGIETECHNIK-ELEKTRONIK GmbH
Herbert Seus & Co Kaeltet GmbH
Herbert Seus & Co Kaltetechnik KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AMT Analysenmeßtechnik GmbH, AMT ANALYSENMESTECHNIK GmbH, ATI KUESTE GmbH, ENITECH ENERGIETECHNIK ELEKTRO, ENITECH ENERGIETECHNIK-ELEKTRONIK GmbH, Herbert Seus & Co Kaeltet GmbH, Herbert Seus & Co Kaltetechnik KG GmbH filed Critical AMT Analysenmeßtechnik GmbH
Priority to DE2003124201 priority Critical patent/DE10324201A1/en
Publication of DE10324201A1 publication Critical patent/DE10324201A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Fuel cell system comprises a fuel tank (1) from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system (2) to the anode side (3) of the fuel cell (4) where the fuel is electrochemically converted on an electrode membrane unit (5) in the presence of a catalyst and fed back into the fuel tank via a second fuel conveying system.

Description

Die Erfindung betrifft Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen sowie flüssigen Oxidanzien.The The invention relates to fuel cells for underwater use gaseous or liquid fuels as well as liquid Oxidants.

Die derzeit bekannten Ausführungen von Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz verwenden in der Regel Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidanz. Der Wasserstoff bzw. der Sauerstoff wird der Brennstoffzelle gasförmig mit atmosphärischem Druck bzw. leichtem Überdruck (einige 100 mbar bis ca. 3 bar) zugeführt. Die Gase werden im tiefkalten flüssigen oder gasförmigen Zustand gelagert. Das Brennstoffzellensystem, bestehend aus Brennstoffzelle und Behälter für die flüssigen oder gasförmigen Gase, ist in einem druckfesten hermetischen Gehäuse integriert, dass entsprechend dem am Einsatzort herrschenden Aussendruck ausgelegt wird.The currently known designs of fuel cells for underwater use generally use hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant. The hydrogen or the oxygen the fuel cell becomes gaseous with atmospheric Pressure or slight overpressure (some 100 mbar to about 3 bar). The gases become cryogenic liquid or gaseous Condition stored. The fuel cell system, consisting of a fuel cell and containers for the liquid or gaseous Gases, is integrated in a pressure-resistant hermetic housing that accordingly the external pressure prevailing at the place of use is designed.

Ein wesentlicher Nachteil der oben aufgeführten Anordnungen bestehen darin, dass das Brennstoffzellensystem sehr aufwendig und kostenintensiv in ein außendruckfestes Gehäuse integriert werden muss. Durch dieses relativ schweren und voluminösen Gehäuse werden die Leistungs- und Energiedichten des Brennstoffzellensystems stark reduziert.On there is a major disadvantage of the arrangements listed above in that the fuel cell system is very complex and costly in an external pressure resistant casing needs to be integrated. Due to this relatively heavy and voluminous housing the power and energy densities of the fuel cell system are strong reduced.

Des Weiteren benötigen die derzeitigen Brennstoffzellen eine relativ hohe Arbeitstemperatur (> 40 °C).Of Need more the current fuel cells have a relatively high working temperature (> 40 ° C).

Es besteht auch die Gefahr der Bildung von explosiven Gemischen aus Sauerstoff und Wasserstoff in dem Gehäuse.It there is also a risk of explosive mixtures forming Oxygen and hydrogen in the housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem zu realisieren, dass unter Wasser unabhängig von der Wassertiefe druckneutral betrieben werden kann, so dass kein druckfestes Gehäuse für das gesamte Brennstoffzellensystem notwendig ist außer evtl. für einige periphere Komponenten (z. B. Pumpen).The The invention has for its object a fuel cell system to realize that underwater regardless of the water depth pressure-neutral can be operated, so that no pressure-resistant housing for the whole Fuel cell system is necessary except for some peripheral components (e.g. pumps).

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass als Brennstoff und Oxidanz für das Brennstoffzellensystem Flüssigkeiten bzw. Gase, die mittels eines druckneutralen Gasgenerators (z. B. Kippschen Apparat) erzeugt werden, zum Einsatz kommen.Is solved this task in that as fuel and oxidant for the fuel cell system liquids or gases that are generated using a pressure-neutral gas generator (e.g. Kippschen apparatus) can be used.

Als flüssige Brennstoffe kommen in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol) , organische Säuren (z. B. Ameisensäure), Aldehyde (z. B. Formaldehyd) jeweils mit und ohne weitere Stoffzusätze (z. B. Säuren, Laugen) in Betracht. Als Oxidanzien sollen in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid), angewendet werden. Wird als Brennstoff Wasserstoff verwendet, so wird dieser nach dem Prinzip des Kippschen Apparates durch Hydrolyse von Hydriden und/oder Alkalimetallen unter Verwendung des Wassers des Einsatzgebietes hergestellt und der Brennstoffzelle zugeführt. Damit hat dieser Wasserstoff auch stets den Außendruck des Wassers im Einsatzgebiet.As liquid Fuels come in liquids dissolved Peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide), alcohols (e.g. Methanol, ethanol), organic acids (e.g. formic acid), aldehydes (e.g. formaldehyde) with and without additional substances (e.g. B. acids, Alkalis). Peroxide compounds dissolved in liquids are said to be oxidants (e.g. hydrogen peroxide). Used as fuel If hydrogen is used, it is used according to the Kipp principle Apparatus by hydrolysis of hydrides and / or alkali metals under Using the water produced in the area of application and the fuel cell fed. This means that this hydrogen always has the external pressure of the water in the area of use.

Der Druckausgleich des Brennstoffzellensystems zu dem hohen Außendruck des umgebenden Wassers wird mittels flexiblen Schläuchen der Fließstecken, flexiblen Tanks für die Brennstoffe, Oxidanzien und ggf. Zusatzstoffe sowie ggf. mit Membranen realisiert.The Pressure equalization of the fuel cell system to the high outside pressure of the surrounding water is by means of flexible hoses the flow sticks, flexible tanks for the fuels, oxidants and possibly additives as well as with membranes if necessary realized.

Beim Einsatz von Alkoholen (z. B. Methanol, Ethanol), organische Säuren (z. B. Ameisensäure) und Aldehyden (z. B. Formaldehyd) als Brennstoff entsteht Kohlendioxid. Ab einer Wassertiefe von ca. 400 m geht Kohlendioxid in den flüssigen Aggregatzustand über, so dass dann eine Separierung vom Brennstoff mittels eines Separators vorgenommen werden muss. Das flüssige Kohlendioxid wird in das umgebende Wasser oder in ein Speichergefäß gegeben. Bei Wassertiefen kleiner als ca. 400 m ist das Kohlendioxid gasförmig und kann relativ unkompliziert über eine Ventileinrichtung an das umgebende Wasser abgegeben werden.At the Use of alcohols (e.g. methanol, ethanol), organic acids (e.g. B. formic acid) and Aldehydes (e.g. formaldehyde) as fuel produce carbon dioxide. From a water depth of approx. 400 m, carbon dioxide changes to the liquid state, so that then a separation from the fuel by means of a separator must be made. The liquid Carbon dioxide is placed in the surrounding water or in a storage vessel. At water depths of less than approx. 400 m, the carbon dioxide is gaseous and can be relatively straightforward about a valve device are released to the surrounding water.

Die in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) neigen zur parasitären chemischen Zersetzung wobei Sauerstoff freigesetzt wird. Ebenfalls wird Sauerstoff bei der Oxidation der Peroxidverbindungen, wie es beim Einsatz als Brennstoff der Fall ist, freigesetzt. Der Sauerstoff muss dann mittels einer Ventileinrichtung an das umgebende Wasser abgegeben werden.The in liquids dissolved Peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) tend to be parasitic chemical Decomposition, releasing oxygen. Oxygen also becomes in the oxidation of the peroxide compounds, as when used as Fuel is released. The oxygen must then a valve device are released to the surrounding water.

Um ggf. die Reaktionsabläufe zu verbessern werden den Brennstoffen und Oxidanzien aus Zusatztanks Zusätze (Säuren oder Laugen oder Stabilisatoren für die eingesetzten Brennstoffe und Oxidanzien) beigemischt.Around if necessary the reaction processes to improve the fuels and oxidants from additional tanks additions (acids or alkalis or stabilizers for the fuels used and oxidants) are added.

Beim Einsatz von in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) als Brennstoff und Oxidanz mit gleicher Konzentration und ohne Zusatzstoffe, wird nur ein Tank und nur ein Fördersystem für Brennstoff und Oxidanz benötigt.At the Use of in liquids dissolved peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) as fuel and oxidant with the same Concentration and without additives, only one tank and only one conveyor system for fuel and oxidance needed.

Die wesentlichen Vorteile dieses Brennstoffzellensystems bestehen darin, dass deren Komponenten kein druckfestes hermetisches Gehäuse benötigen, sondern direkt der Wassertiefe bzw. des dort herrschenden Drucks ausgesetzt werden können. Somit können maximal möglichen Energie- und Leistungsdichten erzielt werden. Es sind auch für das Brennstoffzellensystem keine aufwendigen Kühlsysteme notwendig, weil es ohne zusätzlichem Gehäuse direkt dem umgebenden Wasser ausgesetzt ist. Die sich dann ergebende niedrige Betriebstemperatur (In großen Wasserstiefen herrschen Temperaturen um ca. 4 °C) stellt kein Hindernis dar, denn speziell beim Einsatz von Ameisensäure und Wasserstoffperoxid sind sehr kleine Betriebstemperaturen (ca. 0 °C) ohne wesentliche Leistungseinbußen möglich.The main advantages of this fuel cell system are that its components do not require a pressure-resistant hermetic housing, but can be directly exposed to the water depth or the pressure prevailing there. Thus, maximum possible energy and leis density can be achieved. No complex cooling systems are necessary for the fuel cell system either, because it is directly exposed to the surrounding water without an additional housing. The resulting low operating temperature (temperatures of around 4 ° C prevail in large water depths) is not an obstacle, because especially when using formic acid and hydrogen peroxide, very low operating temperatures (approx. 0 ° C) are possible without significant performance losses.

Die Sicherheit des Brennstoffzellensystems ist ebenfalls wesentlich höher als bei den üblichen Wasserstoff -Sauerstoff- oder Methanol-Sauerstoff-Brennstoffzellensystemen, denn es kommt weder Wasserstoff noch Sauerstoff direkt zum Einsatz.The Safety of the fuel cell system is also essential higher than with the usual hydrogen -Oxygen or methanol-oxygen fuel cell systems because it comes neither hydrogen nor oxygen are used directly.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.The The invention is explained in more detail with reference to the following exemplary embodiment.

Es zeigt:It shows:

1 Brennstoffzellensystem für den Unterwassereinsatz 1 Fuel cell system for underwater use

In der 1 wird ein Brennstoffzellensystem für den Unterwassereinsatz dargestellt. Aus dem Brennstofftank 1 wird ein Brennstoff mittels des ersten Brennstoff-Fördersystems 2, bestehend aus Pumpen und Ventilen, zur Anodenseite 3 der Brennstoffzelle 4 gefördert. Dort wird der Brennstoff (z.B. Ameisensäure) an einem Katalysator auf der Elektrodenmembraneinheit 5 entsprechend der Gleichung HCOOH → CO2 + 2 H+ + 2 e– elektrochemisch oxidiert.In the 1 a fuel cell system for underwater use is shown. From the fuel tank 1 becomes a fuel by means of the first fuel delivery system 2 , consisting of pumps and valves, on the anode side 3 the fuel cell 4 promoted. There the fuel (eg formic acid) is on a catalyst on the electrode membrane unit 5 according to the equation HCOOH → CO 2 + 2 H + + 2 e - electrochemically oxidized.

Um eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit von z. B. 1 ml/s bis 10 ml/s aufrechtzuerhalten, ist eine Rück führung des Brennstoffes mittels des zweiten Brennstoff-Fördersystems 6 in den Brennstofftank 1 notwendig. Bei Wassertiefen kleiner als ca. 400 m ist das bei der Reaktion entstehende Kohlendioxid 7 gasförmig und kann ohne Probleme in das umgebende Wasser über die Separator-Ventileinrichtung 8 abgeführt werden. Ab einer Wassertiefe von ca. 400 m geht Kohlendioxid 7 in den flüssigen Aggregatzustand über, so dass dann eine Separierung vom Brennstoff in der Separator-Ventileinrichtung 8 vorgenommen werden muss. Das flüssige Kohlendioxid 7 wird in das umgebende Wasser oder in ein Speichergefäß abgeführt.In order to have a sufficient flow rate of e.g. B. 1 ml / s to maintain 10 ml / s is a return management of the fuel by means of the second fuel delivery system 6 in the fuel tank 1 necessary. At water depths less than approx. 400 m, the carbon dioxide generated during the reaction is 7 Gaseous and can easily enter the surrounding water through the separator valve device 8th be dissipated. Carbon dioxide is emitted from a water depth of approx. 400 m 7 in the liquid state, so that then a separation from the fuel in the separator valve device 8th must be made. The liquid carbon dioxide 7 is discharged into the surrounding water or into a storage vessel.

Aus dem Oxidanztank 9 wird das Oxidanz mittels des ersten Oxidanz-Fördersystems 10, bestehend aus Pumpen und Ventilen, zur Katodenseite 11 der Brennstoffzelle 4 gefördert. Dort wird das Oxidanz (z.B. Wasserstoffperoxid) an einem Katalysator auf der Elektrodenmembraneinheit 5 entsprechend der Gleichung H2O2 + 2 H+ + 2 e– → 2 H2O elektrochemisch reduziert.From the oxidant tank 9 becomes the oxidant by means of the first oxidant conveyor system 10 , consisting of pumps and valves, to the cathode side 11 the fuel cell 4 promoted. There, the oxidance (eg hydrogen peroxide) on a catalyst on the electrode membrane unit 5 according to the equation H 2 O 2 + 2 H + + 2 e - → 2 H 2 O electrochemically reduced.

Um hier auch eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit von ca. 1 ml/s bis 10 ml/s aufrechtzuerhalten, ist eine Rückführung der Oxidanz mittels des zweiten Oxidanz-Fördersystems 12 in den Oxidanztank 9 notwendig.In order to maintain a sufficient flow rate of approximately 1 ml / s to 10 ml / s here, the oxidant must be returned by means of the second oxidant delivery system 12 in the oxidant tank 9 necessary.

Der ggf. durch parasitäre chemische Zersetzung des Wasserstoffperoxids entstehende Sauerstoff 13 wird über die Brennstoffzellen-Ventileinrichtung 14 und Oxidanztank-Ventileinrichtung 15 in das umgebende Wasser abgeführt.The oxygen which may arise from parasitic chemical decomposition of the hydrogen peroxide 13 is via the fuel cell valve device 14 and oxidant tank valve device 15 discharged into the surrounding water.

Um ggf. die Reaktionsabläufe zu verbessern werden den Brennstoffen und Oxidanzien aus den Brennstoff-Zusatztanks 16 und Oxidanz-Zusatztank 17 über das Brennstoffzusatz-Fördersystem 18 und das Oxidanzzusatz-Fördersystem 19 Zusätze (Säuren oder Laugen oder Stabi lisatoren für die eingesetzten Brennstoffe und Oxidanzien) beigemischt.In order to improve the reaction processes if necessary, the fuels and oxidants from the additional fuel tanks 16 and additional oxidant tank 17 via the fuel additive delivery system 18 and the oxidant additive delivery system 19 Additives (acids or alkalis or stabilizers for the fuels and oxidants used) are added.

Kommt als Brennstoff und Oxidanz in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) zum Einsatz, so wird das Wasserstoffperoxid an einem Katalysator auf der Elektrodenmembraneinheit 5 entsprechend den Gleichungen H2O2 → O2 + 2 H+ + 2 e– (sauer) HO2 – + OH– → O2 + H2O + 2 e– (alkalisch) elektrochemisch oxidiert. In diesem Fall entsteht naturgemäß im ganzen Brennstoffzellensystem kein Kohlendioxid 7 und es kann die Separator-Ventileinrichtung 8 entfallen. Zusätzlich ist jedoch eine Ventileinrichtung anlog der Brennstoffzellen-Ventileinrichtung 14 an den Anodenraum 3 der Brennstoffzelle 4 anzuschließen, um den Sauerstoff aus der Reaktion entsprechend obiger Gleichungen ins umgebende Wasser abzuführen. Ebenfalls benötigt der Brennstofftank 1 eine Ventileinrichtung anlog der Oxidanztank-Ventileinrichtung 15 des Oxidanztanks 9, um ggf. Sauerstoff 13 durch parasitäre chemische Zersetzung des Wasserstoffperoxids an das umgebende Wasser abführen zu können.If peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) are used as fuel and oxidant in liquids, the hydrogen peroxide is used on a catalyst on the electrode membrane unit 5 according to the equations H 2 O 2 → O 2 + 2 H + + 2 e - (acidic) HO 2 - + OH - → O 2 + H 2 O + 2 e - (alkaline) electrochemically oxidized. In this case, naturally no carbon dioxide is generated in the entire fuel cell system 7 and it can be the separator valve device 8th omitted. In addition, however, a valve device is analogous to the fuel cell valve device 14 to the anode compartment 3 the fuel cell 4 connect to discharge the oxygen from the reaction into the surrounding water according to the above equations. The fuel tank is also required 1 a valve device analogous to the oxidant tank valve device 15 of the oxidant tank 9 to oxygen if necessary 13 to be dissipated to the surrounding water by parasitic chemical decomposition of the hydrogen peroxide.

Werden keine Zusatzstoffe eingesetzt und als Brennstoff und Oxidanz in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) mit gleicher Konzentration eingesetzt, so wird auch nur ein Tank für Brennstoff und Oxidanz benötigt.Become no additives used and as fuel and oxidant in liquids dissolved peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) with the same concentration, so even a tank for Fuel and oxidant needed.

Der Druckausgleich des Brennstoffzellensystems zu dem hohen Außendruck des umgebenden Wassers wird dadurch erreicht, dass die Tanks bzw. Zusatztanks 1, 9, 16 und 17 aus flexiblen Materialien (z. B. Polyethylen) bestehen und die Verbindungen zwischen allen Komponenten mittels flexiblen Schläuchen ausgeführt werden.The pressure compensation of the fuel cell system to the high external pressure of the surrounding water is achieved in that the tanks or additional tanks 1 . 9 . 16 and 17 consist of flexible materials (e.g. polyethylene) and the connections between all components by means of flexible len hoses.

Kommt Wasserstoff als Brennstoff zum Einsatz, so wird dieser mittels eines Gasgenerators nach dem Prinzip des Kippschen Apparates durch Hydrolyse von Hydriden und/oder Alkalimetallen erzeugt und hat damit stets den gleichen Druck wie das umgebende Wasser. Beim Einsatz von Wasserstoff können die Komponenten 1, 2, 6, 16 und 18 entfallen, denn die Brennstoffbereitstellung erfolgt über den oben erwähnten Gasgenerator. Es entsteht dann auch kein Kohlendioxid 7, so dass die Separator-Ventileinrichtung 8 entfallen kann.If hydrogen is used as fuel, it is generated by means of a gas generator based on the principle of the Kipp apparatus by hydrolysis of hydrides and / or alkali metals and is therefore always at the same pressure as the surrounding water. When using hydrogen, the components 1 . 2 . 6 . 16 and 18 omitted, because the fuel is provided via the gas generator mentioned above. Then no carbon dioxide is generated 7 so that the separator valve device 8th can be omitted.

Die elektrische Energie steht an den elektrischen Anschlüssen 20 zur Verfügung.The electrical energy is at the electrical connections 20 to disposal.

11
Brennstofftankfuel tank
22
erstes Brennstoff-Fördersystemfirst Fuel delivery system
33
Anodenseiteanode side
44
Brennstoffzellefuel cell
55
ElektrodenmembraneinheitElectrode membrane unit
66
zweites Brennstoff-Fördersystemsecond Fuel delivery system
77
Kohlendioxidcarbon dioxide
88th
Separator-VentileinrichtungSeparator valve means
99
OxidanztankOxidanztank
1010
erstes Oxidanz-Fördersystemfirst Oxidant delivery system
1111
Katodenseitecathode
1212
zweites Oxidanz-Fördersystemsecond Oxidant delivery system
1313
Sauerstoffoxygen
1414
Brennstoffzellen-VentileinrichtungFuel cell valve means
1515
Oxidanztank-VentileinrichtungOxidanztank valve means
1616
Brennstoff-ZusatztanksFuel auxiliary tanks
1717
Oxidanz-ZusatztankOxidant additive tank
1818
Brennstoffzusatz-FördersystemThe fuel additive conveyor system
1919
Oxidanzzusatz-FördersystemOxidanzzusatz conveyor system
2020
elektrische Anschlüsseelectrical connections

Claims (9)

Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff und Oxidanz für das Brennstoffzellensystem Flüssigkeiten bzw. Gase, die mittels eines druckneutralen Gasgenerators erzeugt werden, zum Einsatz kommen und für die flüssigen Brennstoffe in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol) , organische Säuren (z. B. Ameisensäure), Aldehyde (z. B. Formaldehyd) jeweils mit und ohne weitere Stoffzusätze (z. B. Säuren, Laugen) sowie für die Oxidanzien in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid), angewendet werden und der Druckausgleich des Brennstoffzellensystems zu dem hohen Außendruck des umgebenden Wassers mittels flexiblen Schläuchen der Fließstecken, flexiblen Tanks (1), (9), (16), (17) für die Brennstoffe, Oxidanzien und ggf. Zusatzstoffe sowie ggf. mit Membranen realisiert wird.Fuel cells for underwater use characterized in that liquids or gases which are generated by means of a pressure-neutral gas generator are used as fuel and oxidant for the fuel cell system and for the peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) dissolved in liquids for the liquid fuels, alcohols ( e.g. methanol, ethanol), organic acids (e.g. formic acid), aldehydes (e.g. formaldehyde) with and without additional substances (e.g. acids, alkalis) and peroxide compounds dissolved in liquids for the oxidants (e.g. hydrogen peroxide), and the pressure compensation of the fuel cell system to the high external pressure of the surrounding water by means of flexible hoses of the flow plugs, flexible tanks ( 1 ), ( 9 ), ( 16 ), ( 17 ) for the fuels, oxidants and possibly additives as well as possibly with membranes. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Brennstofftank (1) der Brennstoff mittels des ersten Brennstoff-Fördersystems (2), zur Anodenseite (3) der Brennstoffzelle (4) gefördert und dort an einem Katalysators auf der Elektrodenmembraneinheit (5) elektrochemisch umgesetzt sowie mittels des zweiten Brennstoff-Fördersystems (6) in den Brennstofftank (1) zurückgefördert wird.Fuel cells for underwater use according to claim 1, characterized in that from the fuel tank ( 1 ) the fuel by means of the first fuel delivery system ( 2 ), to the anode side ( 3 ) the fuel cell ( 4 ) promoted and there on a catalyst on the electrode membrane unit ( 5 ) implemented electrochemically and by means of the second fuel delivery system ( 6 ) in the fuel tank ( 1 ) is promoted. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Oxidanztank (9) das Oxidanz mittels des erstes Oxidanz- Fördersystems (10), zur Katodenseite (11) der Brennstoffzelle (4) gefördert und dort an einem Katalysator auf der Elektrodenmembraneinheit (5) elektrochemisch umgesetzt sowie mittels des zweiten Oxidanz-Fördersystems (12) in den Oxidanztank (9) zurückgefördert wird.Fuel cells for underwater use according to claim 1, characterized in that from the oxidizing tank ( 9 ) the oxidant using the first oxidant conveyor system ( 10 ), to the cathode side ( 11 ) the fuel cell ( 4 ) promoted and there on a catalyst on the electrode membrane unit ( 5 ) implemented electrochemically and by means of the second oxidant delivery system ( 12 ) in the oxidant tank ( 9 ) is promoted. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Brennstoffen und Oxidanzien Zusätze (Säuren oder Laugen oder Stabilisatoren für die eingesetzten Brennstoffe und Oxidanzien) beigemischt werden können.Fuel cells for underwater use Claim 1, characterized in that the fuels and oxidants additions (acids or alkalis or stabilizers for the fuels used and oxidants) can be added. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff Wasserstoff mittels eines Gasgenerators nach dem Prinzip des Kippschen Apparates durch Hydrolyse von Hydriden und/oder Alkalimetallen unter Verwendung des Wassers des Einsatzgebietes hergestellt und der Brennstoffzelle zugeführt wird.Fuel cells for underwater use Claim 1, characterized in that the fuel is hydrogen by means of a gas generator based on the principle of the Kipp apparatus by hydrolysis of hydrides and / or alkali metals using the water of the area of use and the fuel cell supplied becomes. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Alkoholen (z. B. Methanol, Ethanol) , organische Säuren (z. B. Ameisensäure) und Aldehyden (z. B. Formaldehyd) als Brennstoff das entstehende Kohlendioxid (7) mittels einer Separator-Ventileinrichtung (8) an das umgebende Wasser oder in ein Speichergefäß abgeführt wird.Fuel cells for underwater use according to claim 1, characterized in that when using alcohols (e.g. methanol, ethanol), organic acids (e.g. formic acid) and aldehydes (e.g. formaldehyde) as fuel the resulting carbon dioxide ( 7 ) using a separator valve device ( 8th ) is discharged into the surrounding water or into a storage vessel. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ggf. parasitär entstehende Sauerstoff (13) mittels der Brennstoffzellen-Ventileinrichtung (14) aus der Katodenseite (11) der Brennstoffzelle (4) und aus dem Oxidanztank (9) mittels der Oxidanztank-Ventileinrichtung (15) an das umgebende Wasser abgeführt wird.Fuel cells for underwater use according to claim 1, 5 and 6, characterized in that the possibly parasitic oxygen ( 13 ) by means of the fuel cell valve device ( 14 ) from the cathode side ( 11 ) the fuel cell ( 4 ) and from the oxidant tank ( 9 ) by means of the oxidant tank valve device ( 15 ) is discharged to the surrounding water. Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) als Brennstoff und Oxidanz keine Separator-Ventileinrichtung (8) zur Separierung des Kohlendioxids (7) notwendig ist, jedoch eine zusätzliche Ventileinrichtung am Anodenraum (3) der Brennstoffzelle (4) zur Abgabe des Sauerstoffs (13) aus der Reaktion im Anodenraum (3) sowie eine weitere zusätzliche Ventileinrichtung am Brennstofftank (1) zur Abgabe von ggf. parasitär entstehendem Sauerstoff (13).Fuel cells for underwater use according to claim 1, characterized in that when using peroxide compounds dissolved in liquids (e.g. hydrogen peroxide) as fuel and oxidant, no separator valve device ( 8th ) for the separation of carbon dioxide ( 7 ) is necessary, however, an additional valve device on the anode compartment ( 3 ) the fuel cell ( 4 ) to release the oxygen ( 13 ) from the reaction in the anode compartment ( 3 ) and another additional valve device on the fuel tank ( 1 ) for the release of possibly parasitic oxygen ( 13 ). Brennstoffzellen für den Unterwassereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von in Flüssigkeiten gelöste Peroxidverbindungen (z. B. Wasserstoffperoxid) als Brennstoff und Oxidanz mit gleicher Konzentration und ohne Zusatzstoffe, nur ein Tank und nur ein Fördersystem für Brennstoff und Oxidanz benötigt wird.Fuel cells for underwater use Claim 1, characterized in that when using in liquids dissolved Peroxide compounds (e.g. hydrogen peroxide) as fuel and Oxidation with the same concentration and without additives, only one Tank and only one conveyor system for fuel and oxidance needed becomes.
DE2003124201 2003-05-28 2003-05-28 Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell Ceased DE10324201A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003124201 DE10324201A1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003124201 DE10324201A1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10324201A1 true DE10324201A1 (en) 2004-12-30

Family

ID=33482244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2003124201 Ceased DE10324201A1 (en) 2003-05-28 2003-05-28 Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10324201A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1993159A1 (en) * 2007-05-14 2008-11-19 Arkema France Fuel cells using an oxy-carbon fuel soluble in aqueous meduim
DE102007038052A1 (en) 2007-08-11 2009-02-19 Reinhard Caliebe Storage arrangement for the reversible storage of hydrogen and method for operating such a memory arrangement
US20230088777A1 (en) * 2021-09-23 2023-03-23 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pressure-Compensated Flow Battery for Submerged Use

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1993159A1 (en) * 2007-05-14 2008-11-19 Arkema France Fuel cells using an oxy-carbon fuel soluble in aqueous meduim
WO2008138940A1 (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Arkema France Fuel cells using an oxy-carbon fuel soluble in aqueous medium
DE102007038052A1 (en) 2007-08-11 2009-02-19 Reinhard Caliebe Storage arrangement for the reversible storage of hydrogen and method for operating such a memory arrangement
US20230088777A1 (en) * 2021-09-23 2023-03-23 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pressure-Compensated Flow Battery for Submerged Use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1194971B1 (en) Fuel cell system and fuel cell therefor
EP1908506B1 (en) Electrochemical oxygen pump for fuel stabilization unit
US6869716B2 (en) Flow through gas separator
JP6815415B2 (en) Regenerative fuel cell system and water electrolysis system
CN110323469B (en) Fuel gas injection device and fuel cell system
JP2007149360A (en) Fuel cell power generation system
DE102006059643B4 (en) Fuel cell assembly, vehicle with the fuel cell assembly and apparatus and method for removing hydrogen from a fuel cell cooling system
DE10324201A1 (en) Fuel cell system for underwater applications comprises a fuel tank from which fuel is conveyed via a first fuel conveying system to the anode side of the fuel cell
DE112020006756T5 (en) Method for controlling a fuel cell device
DE102011105054A1 (en) Fuel cell operating method for driving motor car, involves carrying out measure for amplification of convection and/or of turbulence within anode portion during starting procedure of fuel cell
WO2014131551A1 (en) Method for operating a fuel cell
DE102020101292A1 (en) Fuel cell system, method for operating a fuel cell system and motor vehicle
WO2022263064A1 (en) Method for regenerating an electrochemical cell unit
EP1936726B1 (en) Fuel cell assembly and method for operating a fuel cell
US7846603B2 (en) Coolant reservoir purge system for fuel cell systems and vehicles
DE112020006758T5 (en) FUEL CELL SYSTEM
DE10311785A1 (en) Providing reagent to be reduced to anode region of fuel cell, involves increasing pressure in anode region to discharge medium, reducing pressure to introduce oxidation medium into anode region
DE112020006737T5 (en) METHOD OF CONTROLLING A FUEL CELL DEVICE
US20240191376A1 (en) Electrochemical system
DE102020116712A1 (en) Method for parking a fuel cell device, fuel cell device and fuel cell vehicle
WO1999021240A1 (en) Fuel cell with a degassing device
JP2018037213A (en) Fuel cell system
DE19804880A1 (en) Fuel cell, e.g. a PEM fuel cell, is operated
DE19745774C2 (en) Method for operating a fuel cell with degassing device
EP3489388A1 (en) Intermediate gas storage, electrolysis assembly and method for proton exchange electrolysis

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection