DE1183563B - Zur Kuehlung dienendes Wasserstoff-Zirkulationssystem fuer ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffelement - Google Patents
Zur Kuehlung dienendes Wasserstoff-Zirkulationssystem fuer ein Sauerstoff-Wasserstoff-BrennstoffelementInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: HOIm
Deutsche KL: 21b-14/01
Nummer: 1183 563
Aktenzeichen: N 20616 VI b/21 b
Anmeldetag: 30. September 1961
Auslegetag: 17. Dezember 1964
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserstoff-Zirkulationssystem für ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffelement
mit einem von den auf den Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten in dem Element ansprechenden Mitteln
gesteuerten Ventil, um zu dem Element alles Wasser zurückzuführen, welches als Dampf aus dem Element
durch den zirkulierenden Wasserstoff im Überschuß zu dem in dem Element gebildeten entfernt war.
Bei den bekannten Wasserstoff-Zirkulationssystemen dieser Art wurde das Zirkulieren des Wasserstoffes
lediglich durch den Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten hervorgerufen,
so daß also das Zirkulieren des Wasserstoffes nur absatzweise erfolgte, wenn sich der Differentialdruck
infolge Zunahme des Elektrolytenvolumens durch das gebildete Wasser entsprechend verringerte.
Ein solches Zirkulieren des Wasserstoffes reicht aber zur Kühlung des Elementes nicht aus, bei
dessen Arbeiten eine ganz beträchtliche Wärme erzeugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Element während des Arbeitens mit einfachen Mitteln
zu kühlen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine auf die Temperatur des Elementes
ansprechende Vorrichtung zur Steuerung der Mittel zum Zirkulieren des Wasserstoffes vorgesehen
ist. Dadurch wird der Wasserstoff jedesmal dann in Zirkulation versetzt, wenn die Temperatur in dem
Brennstoffelement eine bestimmte Höhe erreicht hat. Durch dieses häufigere Zirkulieren erfolgt eine ausreichende
Kühlung, jedoch wird dadurch mehr Wasserdampf aus dem Element entfernt, als in ihm unter
normalen Arbeitsverhältnissen gebildet wird. Dieses zuviel entführte Wasser wird jedoch dem Elektrolyten
durch eine bekannte, auf Differentialdruck ansprechende Vorrichtung wieder zugeführt.
Gemäß weiterer Erfindung soll ein den Wasserstoff in Kreislauf versetzendes Gebläse vorhanden
sein, welches von einem Elektromotor angetrieben ist, wobei dieser durch ein Thermoelement über ein Relais
entsprechend der Temperatur des Brennstoffelementes gesteuert wird.
In der Zeichnung ist ein Kreislaufsystem entsprechend der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
Eine Anzahl von Brennstoffzellen ist in Reihe geschaltet, und eine Batterie solcher Zellen ist mit 1
bezeichnet. Im allgemeinen arbeiten alle Zellen bei im wesentlichen gleicher Temperatur, und es ist ein
Thermoelement 2 zum Messen der Temperatur einer einzelnen Zelle eingeschaltet. Dieses arbeitet über ein
Zur Kühlung dienendes Wasserstoff-Zirkulationssystem für ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffelement
Anmelder:
National Research Development Corporation,
London
ίο Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Begrich, Patentanwalt,
Regensburg 3, Lessingstr. 10
Regensburg 3, Lessingstr. 10
Als Erfinder benannt:
Francis Thomas Bacon;
John Creigh Frost, London
Francis Thomas Bacon;
John Creigh Frost, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 17. Oktober 1960
(35 552)
Großbritannien vom 17. Oktober 1960
(35 552)
Relais 3 und einen Starter 4 zur Steuerung eines elektrischen Motors 5 (dessen Anschluß nicht dargestellt
ist), um ein Gebläse 6 anzutreiben, welches den Wasserstoff in Kreislauf versetzt. Das Relais 3 ist so eingestellt,
daß der Motor 5 anläuft, wenn eine obere Temperaturgrenze erreicht ist, und wiederum anhält,
wenn die Temperatur auf eine untere Grenze fällt. Wasserstoff wird dem System bei 7 zugeführt, und
der Kreislauf für den zirkulierenden Wasserstoff verläuft von der Batterie 1 entlang einer Leitung 8 zu
einem Kühler 9, wo der Wasserstoff gekühlt und der mitgeführte Wasserdampf kondensiert wird. Der ankommende
Wasserstoff fließt in den Kühler 9, und der Kreislauf geht weiter durch ein Rohr 10 und das
Gebläse 6 zurück zu der Batterie 1. Sauerstoff wird der Batterie durch einen Einlaß 15 und ein Rohr 16
zugeführt.
Eine Leitung 18 führt von der Wasserstoffleitung 8 zu einer Seite einer Membran 19, zu deren anderer
Seite der Elektrolyt durch eine Leitung 20 geführt wird.
Der Druck des Elektrolyten wird durch eine kleine Feder 23 erhöht, um sicherzustellen, daß unter
Gleichgewichtsverhältnissen der Druck des Elektrolyten etwas geringer als der des Wasserstoffes ist.
Der Kreislauf des Wasserstoffes unter der Steuerung der Batterietemperatur entfernt überschüssigen
409 758/152
Wasserdampf aus der Batterie und veranlaßt ein Steigen des Differentialdruckes zwischen dem Wasserstoff
und dem Elektrolyten. Dieser wirkt sich auf die Membran 19 aus, die einen Schalter 25 und einen
Differentialdruckmesser 26 betätigt. Wenn der Differentialdruck eine voreingestellte obere Grenze erreicht,
betätigt der Schalter 25 ein Auswählrelais 27 mit einem Umschaltkontakt 28, 28'. In der voll ausgezogenen
Lage dieses Kontaktes 28 wird ein Stromkreis zu einem Wicklungsventil 29 geschlossen, welches
die Freigabe des Kondensats zur Atmosphäre aus einem Aufnehmer 30 steuert, in welchen das
Kondensat aus dem Kondensationsapparat 9 durch eine Leitung 31 fließt. Der Aufnehmer 30 ist mit
einem Höhenanzeiger in Form einer Kapazitätssonde
32 ausgerüstet, die mit einem Regler 33 verbunden ist. Wenn die Höhe in dem Aufnehmer 30 eine voreingestellte
obere Grenze erreicht, schließt der Regler
33 einen Stromkreis von einem Pol 34 einer elektrischen Zuführung durch das Auswählrelais 27 und
bei dem Umschaltkontakt in der voll ausgezeichneten Lage durch das Wicklungsventil 29 zurück zu dem
anderen Pol der Zuleitung bei 35. Dadurch wird das Wicklungsventil 29 zum Freigeben von Kondensat
zur Atmosphäre geöffnet, bis die Höhe auf einen Punkt fällt, bei welchem der Regler 33 den Stromkreis
wiederum öffnet, um das Ventil 29 zu schließen.
Wenn jedoch der Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten ausreicht, um den
Kontakt 28 in die mit gestrichelten Linien gezeichnete Stellung bei 28' umzuschalten, so besteht die
Arbeitsweise des Reglers 33 darin, den Kreis durch ein zweites Wicklungsventil 36 zu schließen, damit
Kondensat aus dem Aufnehmer 30 durch eine Leitung 37, das Ventil 36 und dann durch eine weitere
Leitung 38 in die Leitung 20 fließen kann, die einen Teil des Elektrolytkreises darstellt. Auf diese Weise
wird der Elektrolyt verdünnt und sein Volumen erhöht, so daß der Differentialdruck reduziert wird.
Wenn der Differentialdruck zu seiner unteren Grenze zurückkehrt, während der Regler 33 den Stromkreis
geschlossen hält, schaltet sich das Auswählrelais 27 um und schließt das Ventil 36 und öffnet das Ventil
29. Dadurch kann sich der Rest des Kondensats zur Atmosphäre entladen. Eine Leitung 39 liegt zwischen
der Leitung 10 und dem Aufnehmer 30, so daß der Wasserstoffdruck auf das Kondensat in dem Aufnehmer
30 einwirkt und es nach oben durch das Ventil 36 drückt, wenn es offen ist.
Wenn sich die Batterie bei Abschaltung abkühlt, zieht sich der Elektrolyt zusammen, und es muß eine
beträchtliche Wassermenge hinzugefügt werden, um diese Zusammenziehung auszugleichen. Der Aufnehmer
30 muß deshalb für diesen Zweck groß genug sein, und es muß darüber hinaus während des Kühlens
notwendig sein, den Stromkreis zu dem Regler zu öffnen, damit der Kondensatsstand unter das
normale Minimum fallen kann. Als weitere Vorsichtsmaßnahme kann der Stromkreis zu dem Wicklungsventil 29 geöffnet werden, um sicherzustellen, daß
kein Kondensat zur Atmosphäre abströmen kann.
Claims (2)
1. Zur Kühlung dienendes Wasserstoff-Zirkulationssystem
für ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffelement mit einem von den auf den
Differentialdruck zwischen dem Wasserstoff und dem Elektrolyten in dem Element ansprechenden
Mitteln gesteuerten Ventil, um zu dem Element alles Wasser zurückzuführen, welches als Dampf
aus dem Element durch den zirkulierenden Wasserstoff im Überschuß zu dem in dem Element
gebildeten entfernt war, dadurch gekennzeichnet,
daß eine auf die Temperatur des Elementes ansprechende Vorrichtung zur Steuerung
der Mittel zum Zirkulieren des Wasserstoffes vorgesehen ist.
2. Wasserstoffzirkulitionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dea
Wasserstoff in Kreislauf versetzendes Gebläse (6) vorhanden ist, welches von einem Elektromotor
(5) angetrieben ist, wobei dieser durch ein Thermoelement (2) über ein Relais (3) entsprechend
der Temperatur des Brennstoffelementes gesteuert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 067 490.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 067 490.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 758/152 12.64 © Bundesdruckerei Berlin
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