DE1183563B - Zur Kuehlung dienendes Wasserstoff-Zirkulationssystem fuer ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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

Als Erfinder benannt:
Francis Thomas Bacon;
John Creigh Frost, London

Beanspruchte Priorität:
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

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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)

Patentansprüche:

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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