DE1163932B - Wasserstoff-Zirkulationssystem fuer ein bei erhoehter Temperatur arbeitendes Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol m

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21b-14/01

N 19472 VIb/21b
24. Januar 1961
27. Februar 1964

Die Erfindung betrifft Wasserstoffzirkulationssysteme für ein bei erhöhter Temperatur arbeitendes Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement, in welchem der Wasserstoff durch Druckdifferenz in Umlauf gesetzt wird, wobei das gebildete Wasser aus dem Brennstoffelement entfernt wird.

Um bei den bekannten Wasserstoffzirkulationssystemen dieser Art den Wasserstoffumlauf aufrechtzuerhalten, ist in den Wasserstoffkreislauf eine Pumpe eingeschaltet, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Um eine Stopfbuchse mit der durch sie verursachten Reibung und Leckgefahr bei der Pumpe zu vermeiden, wird die Pumpe von dem Elektromotor über eine elektromagnetische Kupplung angetrieben. Solche elektromagnetischen Kupplungen arbeiten aber wenig zufriedenstellend.

Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Die Erfindung besteht darin, daß als Quelle für die Druckdifferenz ein wasserbetriebener Injektor verwendet wird. Die durch den Injektor erzeugte Druckdifferenz ermöglicht ein schnelles Zirkulieren des Wasserstoffes in der erforderlichen Weise, und das Mischen des warmen Wasserstoffes von dem Element her mit dem kalten Wasserstrahl von dem Injektor führt zu einer wirksamen Kondensation des von dem Wasserstoff mitgeführten Wasserdampfes. Für das Inumlaufsetzen des Wassers kann jede normale Pumpe verwendet werden. Da sie nicht direkt den Wasserstoff pumpt, braucht sie nicht stopfbüchsenlos zu sein.

Gemäß weiterer Erfindung soll das Zirkulationssystem einen Kondensator enthalten, welcher den Strahl von dem Injektor und das kondensierte Wasser aus dem in Umlauf gesetzten Wasserstoff aufnimmt und der mit der Saugseite der den Injektor versorgenden Pumpe verbunden ist. Die Pumpe arbeitet auf diese Weise in einem geschlossenen Kreislauf.

Zum Herabsetzen der Wassertemperatur soll die Verbindungsleitung der Pumpe mit dem Injektor ferner eine Wasserkühlvorrichtung enthalten.

Der Wasserstoff braucht nicht ständig in Umlauf gesetzt zu werden, seine Zirkulation soll aber in an sich bekannter Weise durch ein Magnetspulventil gesteuert werden, welches entsprechend dem Differentialdruck zwischen dem Wasserlauf und dem Elektrolyten in dem Element betätigt wird.

Beim Fehlen einer Wasserstoffzirkulation sammelt sich Wasserdampf in dem Element an. Auf diese Weise wird das Volumen des Elektrolyten vergrößert und dadurch etwas Wasserstoff aus den Poren der porösen Elektrode herausgedrückt. Dadurch verringert sich die Druckdifferenz zwischen dem Wasser-Wasserstoff-Zirkulationssystem für ein bei
erhöhter Temperatur arbeitendes Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement

Anmelder:

National Research Development Corporation,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Begrich, Patentanwalt,
Regensburg, Lessingstr. 10

Als Erfinder benannt:
Henry John Young, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. Januar 1960 (Nr. 2644)

stoff und dem Elektrolyten, und diese Verringerung an Druckdifferenz dient dazu, das Magnetspulventil zu betätigen und den Kreislauf des Wasserstoffes zu starten. Dadurch wird Wasserdampf abgeführt und das Volumen des Elektrolyten verringert. Dadurch vergrößert sich wiederum die Druckdifferenz, bis das Magnetspulventil zum Abbremsen der Zirkulation wiederum betätigt wird. Auf diese Weise wird Wasserdampf aus dem Element in dem gleichen Verhältnis, wie er erzeugt wird, entfernt.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Eine Batterie 1 enthält eine Anzahl von in Reihe geschalteten Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelementen, von der Einzelheiten nicht dargestellt sind. Der Wasserstoff verläßt die Brennstoffbatterie durch eine Leitung 2 und kehrt nach Durchlaufen eines geschlossenen Kreislaufes, der einen Wasserinjektor 3 enthält, zu der Batterie 1 durch eine Leitung 4 zurück. Der Wasserinjektor 3 wird von einer Wasserpumpe 5 versorgt, in deren Kreislauf ferner ein Doppelfilter 6 eine Kühlvorrichtung 7 und ein Magnetspulventil 8 liegen. Sowohl der Wasserstoff als auch das Wasser laufen infolgedessen durch getrennte geschlossene Kreise. Das Wasser von den Düsen 12 des Injektors wird bei 13 in einen feinen Strahl übergeführt. Durch den reduzierten Druck in der Zwischenkammer 14 wird die Zirkulation des Wasserstoffes in den Leitungen 2 und 4 hervorgerufen. Der aus der Leitung 2 nach unten gesaugte

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Wasserstoff vermischt sich mit dem Wasserstrahl aus der Düse 12 und wird dadurch gekühlt, wobei der von dem Wasserstoff mitgeführte Wasserdampf kondensiert wird und sich mit dem Strahl vermischt.

Die Mischung aus Kondensat und Wasserstrahl 5 sammelt sich in einer Aufnahmevorrichtung und einem Kondensator 15, an den die Saugseite der Pumpe 5 angeschlossen ist. Das durch den Wasserstoff erwärmte Wasser des Kondensators 15 wird in der Kühlvorrichtung 7 gekühlt. Das Kondensat wird aus dem Kondensator 15 mit Hilfe eines periodisch durch ein von einer Kapazitätssonde 17 betriebenen Magnetspulventils 16 entfernt, wenn der Wasserstand eine bestimmte Höhe erreicht hat. Der Kondensator 15 ist durch eine Siebwand 9 in zwei Abteilungen unterteilt. Die Abteilung auf der linken Seite von dieser Wand nimmt den Strahl auf, während die kleinere Abteilung, welche nicht dem Wirbel in der größeren Abteilung ausgesetzt ist, einen beständigen Wasserstand hat, in der die Kapazitätssonde wirkt.

Das Magnetspulventil 8 wird von dem Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten in der Brennstoffbatterie 1 gesteuert. Zu diesem Zweck zweigt aus der Leitung 2 eine Leitung 18 ab, wodurch der Wasserstoffdruck auf die Unterseite einer Membran 19 wirkt. Die obere Seite der Membran ist mit dem Elektrolyten durch eine Leitung 20 verbunden, wobei der Überdruck des Wasserstoffes durch eine leichte Feder 21 ausgeglichen ist. Wenn der Differentialdruck fällt, so wird die Membran 19 nach unten gedrückt, und ein mit der Membran verbundener Schaft 22 schließt ein Kontaktpaar 23, welches in der Zuführung zu dem Magnetspulventil 8 liegt. Dadurch öffnet sich das Magnetspulventil 8, und es kann Wasser zu dem Injektor 3 fließen, wodurch der Kreislauf des Wasserstoffes beginnt. Wenn Wasserdampf aus dem Element entfernt wird, so steigt der Differentialdruck an, die Membran 19 wird nach oben bewegt, und die Kontakte 23 werden geöffnet und damit das Magnetspulventil 8 geschlossen.

Das von der Pumpe 5 in Umlauf gesetzte Wasser kann auch noch für andere Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann das Wasser durch ein Ventil 25 abgezapft und in das Element in der Nähe der Sauerstoffelektroden zurückgeführt werden, um die ursprüngliche Konzentration des Elektrolyten wiederherzustellen, welche durch das Arbeiten des Elementes verändert wird. Eine weitere Ableitung kann durch ein Ventil 26 zur Betätigung einer automatischen Steuervorrichtung vorgenommen werden. Schließlich kann noch Wasser durch ein Ventil 27 abgezapft werden, welches durch einen mit strichpunktierten Linien dargestellten Nachkühler 28 läuft. Dieses Wasser wird dann zu der Saugseite der Pumpe 5 durch eine nicht dargestellte Verbindung zurückgeführt. Der Nachkühler 28 bewirkt außerdem eine zusätzliche Kühlung des Wasserstoffes, bevor er wieder in das Element eintritt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wasserstoffzirkulationssystem für ein bei erhöhter Temperatur arbeitendes Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffelement, in welchem der Wasserstoff durch Druckdifferenz in Umlauf gesetzt wird, wobei das gebildete Wasser aus dem Brennstoffelement entfernt wird, gekennzeichnet durch einen wasserbetriebenen Injektor (3) als Quelle für die Druckdifferenz.

2. Zirkulationssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kondensator (15), welcher den Strahl von dem Injektor (3) und das kondensierte Wasser aus dem in Umlauf gesetzten Wasserstoff aufnimmt und der mit der Saugseite der den Injektor (3) versorgenden Pumpe (5) verbunden ist.

3. Zirkulationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung der Pumpe (5) mit dem Injektor (3) eine Wasserkühlvorrichtung (7) enthält.

4. Zirkulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation des Wasserstoffes in an sich bekannter Weise durch ein Magnetspulventil (8) gesteuert wird, welches entsprechend dem Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten in dem Element betätigt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 067 490;
britische Patentschriften Nr. 667 298, 822 086.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 510/146 2.64 © Bundesdruckerei Berlin