DE1496283A1

DE1496283A1 - Waermeisolierendes Gehaeuse fuer eine aus mehreren Brennstoffzellen bestehende Einheit

Info

Publication number: DE1496283A1
Application number: DE19631496283
Authority: DE
Inventors: Horrocks Rex Albert; Dixon Robert William
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1962-02-28
Filing date: 1963-02-27
Publication date: 1969-05-29
Also published as: US3269866A; GB1020876A

Description

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom '2(j»|· Februar 1963 vA. Name d.Anm. United Aircraft Corporation,

400 Mi Stt

400 Main Street,

East Hartford, Conn., U.S.A.

Pt Τ—.-]

Die Erfindung betrifft eine Wärmeisolation und insbesondere eine geringe Wärmeverluste aufweisende Halterung für eine Brennstoffzelle.

Beim. Betrieb einer Brennstoffzelle auf einem niedrigen Leistungspegel können die auftretenden Wärmeverluste der Zelle deren Betrieb nachteilig beeinflussen, insbesondere wenn es sich um eine mit hoher ™ Temperatur arbeitende Zelle handelt.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine Anordnung zum Herabsetzen des Wärmeüberganges von dem Brennstoffzellen-Behälter auf dessen Halterung. Allgemeiner betrachtet, betrifft die Erfindung

er
eine Wärmedämmung in einer Behälterhai 1?üng, um den Wärmeübergang zwischen dem Behälter und der Halterung herabzusetzen. Ein Merkmal vorliegender Erfindung besteht weiter in der Anwendung einer Kühlflüssigkeit zur Aufnahme der zwischen dem Behälter und der Halte- μ rung übergehenden Wärme, wobei die von der Kühlflüssigkeit aufge- ' ■ riommene Wärme, nachdem diese ihrej^ Kühlwirkung erfüllt hat, verwefr- i det wird. _w /·

Bei Verwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einer Brennstoff-

•. ι zelle wird die in der Wärmeisolation aufgewärmte Kühlflüssigkeit anschließend unmittelbar zum Betrieb der Brennstoffzelle verwendet, so daß die von der Kühlflüssigkeit aufgenommene Wärme an die Brenn-

u. s. 176,507 L,

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stoffzelle zur Aufrechterhaltung von deren Temperatur abgegeben wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, mit der nun unter Bezug auf die Zeichnungen eine Ausführung erläutert wird. In den Zeichnungen ist:

Pig. 1 ein Schnitt durch eine Brennstoffzelle,

Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 2 - 2 in Fig. 1.

Die Erfindung wird an einer Brennstoffzellen-Einheit 2 erläutert, die sich aus mehreren übereinanderliegenden Brennstoff-Zellen 4 zusammensetzt. Jede Zelle enthält zwei auseinanderliegende Elektroden 6 und 8, die eine Kammer 10 zur Aufnahme des Elektrolyten bilden. Jede Elektrode ist hohl ausgebildet. Die Elektrode 6 bildet einen Raum 12 für Brennstoff und die andere Elektrode 8 einen Raum 14 für ein Oxydationsmittel. Die mit dem Elektrolyten in Berührung stehenden Wände der Elektroden sind porös und ermöglichen damit einen Kontakt zwischen dem Elektrolyten, dem Brennstoff und dem Oxydationsmittel innerhalb der porösen Wände.

An den Elektroden 6 und 8 sind Scheiben l6 und 18 befestigt, an deren Umfang Ringe 20 und 22 angebracht sind. Diese Ringe 20 und 22 sind gegenüber den einzelnen Zellen auf den Außenseiten der Scheiben 16 und 18 befestigt. Zwischen den Scheiben 16 und 18 liegt eine Dichtung 24, die mit den Ringen 20 und 22 in einer Flucht liegt und den Elektrodenraum 10 nach außen abschließt.

Wie Fig. 1 zeigt, liegen sämtliche Ringe 20 und 22 sowie die Dich-

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tungen-24 übereinander, so daß ein in axialer Richtung auf die gesamte Anordnung ausgeübter Druck die einzelnen Teile flüssigkeitsfest zusammenschließt. Man erkennt, daß der Ring 22 einer Zelle und der Ring 20 der benachbarten Zelle solche Abmessungen haben, daß die Elektrode 8 der ersten Zelle und die benachbarte Elektrode 6 der nächsten Zelle bei aufeinanderliegenden Ringen 20 und 22 in richtigem gegenseitigem Abstand gehalten werden.

Der aus den einzelnen Brennstoffzellen bestehende Stapel liegt zwischen einer Grundplatte 26 und einer Klemmplatte 28, wobei die oben % liegende Klemmplatte 28 mit einer Verschlußplatte 29 in Eingriff steht. Die Verschlußplatte 29 weist einen Umfangsring 30 auf, auf dem von der Klemmplatte 28 ausgehende Vorsprünge 31 aufstehen. Ein Kranz von Zugstangen 32 umgibt diesen aus den Brennstoffzellen gebildeten Stapele Die Zugstangen 32 verlaufen zwischen der Grundplatte 26 und der Klemmplatte 28, so daß durch Anziehen der Zugstangen der notwendige Klemmdruck auf die Ringe 20 und 22 und die Abdichtringe 24 ausgeübt wird.

Die gesamte oben beschriebene Anordnung liegt in einem doppelwandigen Behälter 34 mit eineS Innenwand 36, die mit ihrem unteren Rand auf der Grundplatte 26 befestigt ist, und mit einer die Wand 36 mit Abstand umgebenden Außenwand, die über die Grundplatte 26 übersteht und in einem nach außen vorkragenden Plansch 40 ausläuft. Eine zwischen den Wänden 36 und 38 liegende Isolation 42 setzt den Wärmeübergang auf die bzw. von der in dem Behälter eingeschlossenen Anordnung auf ein Minimum herab, An die Grundplatte 26 ist eine nach unten gerichtete Hülse 44 angeformt, die unter einem Abstand innerhalb der Außenwand 38 liegt und eine Verlängerung der Innenwand 36

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bildet. Die Hülse 44 endet in einem nach innen ragenden Flansch 48, an dem eine das untere Ende der gesamten Vorrichtung verschließende Kappe 50 befestigt ist.

Am unteren Rand der Hülse 44 ist weiter noch eine nach unten zeigende Hülse 52 befestigt, die in einem nach außen vorspringenden '" Plansch 54 endet. Auf dem Plansch 54 steht der Plansch 40 auf. Die beiden Plansche dienen gemeinsam zur Befestigung des Behälters an einer Halterung oder an einer zugehörigen Einrichtung, von der ein P Gehäuseteil 56 gezeigt ist.

Obgleich die Isolation einen Wärmeübergang auf die ader von den Planschen 40 oder 54 auf ein Minimum herabsetzt, weist die Hülse 44 einen in Umfangsrichtung umlaufenden und einen Kanal 60 bildenden Plansch 58 auf. Der Kanal βθ beschreibt einen vollständigen Kreisbogen und weist einen Einlaß- und Auslaßanschluß 62 bzw. 64 auf. Der der Brennstoffzelle aus der Speiseleitung 66 zugeführte Brennstoff wird in den Einlaßanschluß 62 und von dem Auslaß 64 einem Steigrohr 68 zugeleitet, aus dem die einzelnen Brennstoffelektroden über geeignete, nicht gezeigte, Verbindungen versorgt werden.

Bei einem Betrieb der Brennstoffzellen mit geringer Leistung können die WärmeVerluste, wie oben angegeben, ausreichen, um einen Leistungsäbfall der Zelle hervorzurufen. Bei der gezeigten Anordnung nimmt der der Zelle über den Kühlkanal 60 zugeführte Brennstoff beim Vorbeilauf an der Hülse 44 Wärme auf und gibt diese unter Erhöhung von derenTemperatur an die Brennstoffzelle ab. Während nach der Beschreibung der Brennstoff das Kühlmittel bildet,

kann in bestimmten Fällen auch das der einzelnen Zelle zugeführte

Kühl Oxydationsmittel an Stelle des Brennstoffes als mittel

eingesetzt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die gleiche Anordnung zum Herabsetzen des Wärmeüberganges von den Planschen 40 und 54 auf die in dem Behälter eingeschlossene Anordnung verwendet werden kann, wenn die Vorrichtung in einer Umgebung verwendet wird, in der das Gehäuseteil 56 selbst eine höhere Temperatur als die Soll-Temperatur in dem Behälter J34 aufweist.

Patentansprüche :

Claims

Patentansprüo he

Gehäuse zur Halterung und Isolierung von einer oder mehreren in einem Behälter liegenden Brennstoffzellen, der auf einer mit dem Gehäuse verbundenen Plattform befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Durchtritt einer Flüssigkeit bestimmter Kanal (6o) in Berührung mit der Gehäusewandung unterhalb der Halteplattform (26) vorgesehen ist und eine Flüssigkeit unter Bildung eines Wärmedammes an dem Gehäuse durch den Kanal (60) durchgeleitet wird zum Herabsetzen des Wärmeverlustes der Brennstoffzellen an das Gehäuse .

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2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es doppelwandig ist und zwischen seinen Wänden (36, 38) eine Isolation (42) aufweist.
j5. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (60) in Umfangsrichtung verläuft und mit der Innenwand (36, 44) in Berührung steht.
4. Gehäuse nach irgendeinem der Ansprüche 1 - j5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kanal (60) durchgeführte Flüssigkeit den Brennstoffzellen zur Erhöhung von deren Temperatur zugeführt wird.

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5· Gehäuse nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennstoffzellen über den Kanal (6o) zugeführte Flüssigkeit einer der Betriebssteioffe der Brennstoffzellen ist.
6. Gehäuse nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsstoff Wasserstoff ist, der zur Absorption von Wärme zwecks Übertragung an die Brennstoffzellen durch
den Kanal (6o) geleitet wird.

Jo Gehäuse nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Bodenverschlußkappe (50) aufweist, die mit den Gehäuseseitenwänden (36, 38, 44) unterhalb des
Kanales (60) inBsrührung steht und daß der Betriebsstoff durch die
Kappe (50) in den Kanal (60) geleitet wird.

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