DE1671432A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Reinigungsgas - Google Patents

Description

Epfittänng betrifft ein Verfatorem ttnä eine

Beseitigung von Reinigungsgasu

Ks ist bekannt, daß ein gaseinschließendes System, das Verunreinigungen enfcfeölt, gereinigt «irä_r damit diese Verunreinigungen lier aufgetrieben werden. Das Gas, das das Syst ent während der Reinigung vert8ßt fbier al» Reinignngegas bezeichnet), wird ie allgemeinen in die umgebende Atmosphäre abg·fUhrt.

Das Ableiten des Reinigungsgages in äim Atmosphäre ist »it Gefahren verbunden, wenn ä&ä Gaβ stark brennbare, explosionsfähig· oder toxische Gase enthält. Auoh aufgrund der dadurch

Paf «ntanweft· Dipl.-Ing. Mortln ticht, DIpl.-Wlrfidi.-lng. Axef Hdnimann, Dtpl-Phyi. Sebaitlan Herrmann

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hervorgerufenen Luftverunreinigung nnä der damit verbundenen öesundneitsschädigungen ist eine Ableitung des Reinigungsgases in die Atmosphäre selbst in den Fällen» in denen die Ableitung notwendig ist, unerwünscht und unmöglich. Das ist beispielsweise der Fall, wenn das zu reinigende Systee bei eines Druck gehalten wird^ der niedriger ist als der atmosphärische Druck, Bas zu reinigende Systemkann beispielsweise auch innerhalb eines größeren Systems liegen, se daß kein Zugang asu der ^:i Atmosphäre besteht.

Die bei solchen Systemen beispielsweise verwendeten Brennstoffelemente enthalten in bestimmten Abständen angeordnete Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind· Ein gasförmiger Brennstoff wie beispielsweise Wasserstoff wird kontinuierlich der einen Elektrode und ein gasförmiges Oxydationsmittel wie beispielsweise Sauerstoff wird in ähnlicher Weise kontinuierlich der anderen Elektrode zugeführt. Unter der Annahme, daß reiner Wasserstoff und reiner Sauerstoff verwendet werden, wird der gesamte Brennstoff und das gesamte Oxydationsmittel, die dew Brennstoffelement zugeführt werden, elektro— ehemisch an den Elektroden verbraucht, während Wasser als Reaktioneprodukt neben einer Elektrode gebildet wird. Da das als Reaktionsprodukt gebildete Wasser separat entfernt werden kann, ist eine Reinigung des Brennstoffelementes während des konstanten Arbeiten» in der Theorie nicht notwendig«

Jedoch sind beim praktischen Arbeiten Verunreinigungen im Brennstoff und im Oxydationsmittel vorhanden,.die nicht in wirksamer Weise an den Elektroden umgesetzt werden können. Wird

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also, ein Brennstoffelement über einen längeren Zeitraum mit einem Brennstoff und einem Oxydationsmittel betrieben, deren Zuleitungen an den entsprechenden Elektroden' ein.totes Ende ,besitzen, dann werden sich nicht reaktionsfähige Verunreinigungen an den Elektroden ansammeln, die Reaktionsteilnehmer verdünnen und somit einen Abfall der Brennstoffelementleistung,verursachen. Aus diesem Grunde sind die herkömmlichen Brennstoffelemente normalerweise an jeder Elektrode mit Ableitungen versehen, so daß geringe Mengen an Oxydationsmittel und Brennstoff kontinuierlich oder intermittierend abgeführt werden können. Dadurch wird eine Ansammlung von inerten Stoffen und ein Abfall der Brennstoffelementleistung verhindert.

Bei vielen Verwendungsarten macht das Ableiten des Reinigungsgases aus dem Brennstoffelement keine Schwierigkeiten. Die Reinigungsgase werden einfach in die umgebende Atmosphäre abgeführt. Ein Ableiten der Reinigungsgase in die Atmosphäre ist beispielsweise ungünstig, wenn der Druck der Reaktionsmittel unter dem atmosphärischen Druck gehalten wird,-damit die Explosions— und Feuergefahr vermindert wird, wenn an der Zelle Schäden entstehen. Das Brennstoffelement kann weiterhin in einer abgeschlossenen Umgebung verwendet werden, die von der Atmosphäre isoliert ist. In einem solchen Falle würde die Ableitung des Reinigungsgases die Atmosphäre innerhalb der abgeschlossenen Umgebung stark kontaminieren. Außerdem würde durch die Verwendung des Brennstoffelementes in einem geschlossenen System Über einen längeren Zeitraum durch* das Ableiten des Reinigungsgases eventuell ein Druckanstieg" ν'οϊΐ gefahr liehen Aus-

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maß entstehen. Werden Sauerstoff und Wasserstoff aus einem Brennstoffelement, das in einem verschlossenen System enthalten i;st, abgeleitet, dann würde der ganze leere Raum im System mit einem brennbaren oder explosiven Gemisch ausgefüllt werden. Die oben geschilderten Nachteile können insbesondere bei geschlossenen Systemen, in denen sich Menschen befinden, we beispielsweise bet Unterwasserfahrzeugen und bei liaumfahrzeugen nicht toleriert werden.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Brennstoffelemente zu entwickeln, bei denen die.ReI η■gungsgase sn- wirksamer Weise entfernt werden können.

Die Erfindung betrefft daher ein Verfahren zur Beseitigung von Reinigungsgasen, das dadurch gekennzeιeimet ist, daß eine erste und eine zweite Brenristof {"elemente! ektrode elektronisch und elektrolytisch verbunden werden, die eine Elektrode mit einem oxydierbaren Gas und die andere Elektrode mit einem reduzierbaren Gas in Kontakt gebracht werden und die gasförmigen Verunreinigungen, die mindestens in einem der Gase vorhanden sind, zur gleichen Zeit kondensiert werden.

Die Erf indung be tr i f f t vn i. terh i η emc Zolle zur Beseitigung der Re inigungsgase, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite in einem bestimmten Abstand angeordnete Bronnstoff elektrode, eine Vorrichtung zur elektrolytischen Verbindung der Elektroden; eine Vorrichtung zur elektronischen Verbindung der Elektroden, e*ne Vorrichtung für die Zuführung von oxydierbaren und reduzicrbaren Gasen zum indes tens/oiiier dor Elektroden und eine Vorrichtung für die Kondenti ι eiung einer im Gas " entho I tenon gasförmigen Verunreinigung.

BÄR ORIGINAL

Die 13 rfiiidung feetrifft ebenfalls ein System zur Durchführung des Verfahrens, nach der Erfindüngigekennzeichnet durch :ίϊη Brennstoff element j. eine Vorrichtung für die Zuführung von oxydierbaren und reduzierbareh Gasen zu dem Brennstoffelement, eine Zelle zur Beseitigung der ßeinigungsgase und- eine Vorrichtung für die Zuführung eines Gases vom Brennstoffelement zu der Zelle für die Beseitigung der Reinigungsgase*

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand ||

der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 ist eixi senkrechter Schnitt durch eine Zelle zur Beseitigung der Reihiguhgsgase,

Fig. 2 ist ein Aufriß eines Systems, das aus einem Brennstoffelement und einer Zelle zur Beseitigung der Beinigungsgase besteht.

Bei einer bevorzugten ÄUsEühruhgsform der Erfindung sind dre erste und. die zweite ßreimstoffeiementelektrode elektrolytisch und elektronisch verbunden. Die elektroIytische Verbindung

wird durch einen Brennst of {.'elemente iektrolyten wie beispielsweise durch eine Kationen- oder" ArUonen-Austausclierittembrau, einer in einer kapillaren Matrix enthaltenen saueren oder alkalischen Lösung oder einem freien Körper aus einer saueren oder alkalischen Lösung hergestellt. Die elektronische Verbindung zwischen den Elektroden'wird durch irgendeinen herkörnml i chen e lekfcr-i sehen Vorb indungs tei I herges te 1 It. Der elektrische Verbindimgstei1 soll vorzugsweise eine Vorrichtung zur Begrenzung des elektrischen Stromflusses wie beispielsweise einen Widerstand, einer Stromsteueranordnung und dgl. enthalten.

Ein elektrochemisch reduzierbares Gas wird der einen Elektrode und ein elektrochemisch oxydierbares Gas der anderen Elektrode" zugeführt. Das eine Gas oder auch beide Gase können iie tniäüngsgase seih, die gasförmige Verunreinigungen enthalten. Ist nur das eine der Gase e>n tleinigungsgas, dann wird das andere Gas nur zugeführt* damit das Ueiniaungsgas beseitigt bzw.- verbraucht wird» Bei vielen Anwendungsarten wird das . zweite Gas aus dem Sauerstoff der Atmosphäre zugeführt, so (Xali es nicht notwendig ist, das zu dem Reinigungsgas zusätzlich ein weiteres Gas zugeführt werden muß.

Die gasförmige Verunreinigung im Reinigungsgas kann in verschiedenen Konzentrationen vorhanden sein. Ist das Reinigungsgas ein reduzierbares Gas_rdann ist die gasförmige Verunreinigung vorzugsweise ein inertes oder ein weniger leicht reduzierbares Gas. Ist das iieinigungsgas ein oxydierbares Gas, dann ist die gasförmige Verunreinigung vorzugsweise ein inertes oder ein weniger leicht oxydierbares Gas. Ist das Reinigungsgas ein reduzierbares oder ein oxydierbares Gas und ist eine gasförmige Verunreinigung vorhanden, die oxydierbar oder reduzierbär ist, dann wird ein Teil des Heinigungsgases und der gasförmigen Verunreinigung spontan auf der Oberfläche der Elektrode kombiniert werden. Geringe Mengen einer reaktionsfähigen Verunreinigung sind nicht hindert ich. Sind jedoch größere Mengen einer reaktionsfähigen Verunreinigung vorhanden, dann kann die verwendete Voriichtung durch überhitzung nachteilig beeinflußt werden oder eine Explosionsgefahr entstehen.

BABORiGiNAL

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können dori. in besonders vorteilhafter Weise verwendet werden, wo ein Heiniiiunicsgas beseitigt werden soll, das einen größeren Te=I aus einem oxydierbaren und einem reduzierbaren Gas und einen übrigbleibenden kleineren Teil einer gasförmigen Vermireiiugiui? enthält, die entweder inert ist oder weniger in ιΐοl· Lüge ist. eineOxydations- oder ileduktionsreaktion einzugehen. .Unter diuscu-Bedingungen, vird der größere Teil des Gases, das beseitigl werden soll, durch die Reaktion ander Brennstoff- jQj c 1 einentelektrode im Volumen reduziert, wobei ein nicht gasförmiges -teakl. ionsprodukt gebildet wird. Reagieren beispielsweise Sauerstoff oder Wasserstoff, als Reinigungsgas elektrochemisch an einer Elektrode, während Wasserstoff oder Sauerstoff zu der anderen Elektrode in elektronischer und elektrolytischer Verbindung stehen, wird das U«-inigungsgas aus der Gasphase in Wasser umgewandelt, wobei eine große Verminderung des Verdrängimgsvolumens eintritt. In den meisten Fällen wird das iieiiiiffungssas in wirksamer weise beseitigt, da die Volumenverdränguna; des V/assers ..im Vergleich zu der Volumenverdrängung des Gases als vcrriachlässigbar anzusehen ist.

Wird das iie inigungsgas in dieser Art und Welse über einen längeren Zeitraum beseitigt, dann sammeln sich die gasförmigen Verunreinigungen, die ehemisch inert sind odex· langsamer reagieren, neben der Elektrode an. Wenn die gasförmigen Vorunrein i gunsen nach einem längeren Ze i'.Lraum allein gelassen werden, dann verdünnen sie das Re inigungsgas bis zu einem Grad, bei dem die Verbrauelisrate an der Bronns to f f c 1emehte? ektrode

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BAO

nachteilig beeinflußt wird. Um diesen Nachteil ,zu beseitigen, wird mindestens ein Teil der im Reinigungsgas vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen vorzugsweise selektiv kondensiert. Dies wird dadurch erreicht, daß neben der Elektrode ein geeignetes chemisches Material angeordnet wird, das die zu entfernende gasförmige Verunreinigung selektiv kondensiert. Das chemische Material auß eine entsprechende Affinität besitzen, um mit der Verunreinigung zu reagieren. Entsprechend einer anderen Kondensierungstechnik kann die gasförmige Verunreinigung selektiv adsorbiert werden. Es können auch andere selektive Kondensierungsverfahren verwendet werden.

Einer Brennstoffelementelektrode kann beispielsweise Wasserstoff als Reinigungsgas zugeführt werden, das geringe Mengen gasförmiger Kohlenwasserstoffe enthält. Die andere in elektronischer und elektrolytischer Verbindung befindliche Elektrode kann mit Luft als Oxydationsmittel beliefert werden. Der Wasserstoff und der Sauerstoff reagieren elektrochemisch und bilden Wasser. Die üeaktionsrate wird durch einen Widerstand kontrolliert und gesteuert, der in der elektronischen Verbindung zwischen den Elektroden eingebaut ist. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe werden ebenfalls an der Elektrode reagieren, jedoch in einer bedeutend geringeren Kate als der Wasserstoff, so daß die Konzentration neben der Elektrode ansteigt und die Elektrodenreaktion verlangsamt. Um dies zu verhindern, wird eine Kondensierungsvorrichtung wie beispielsweise em-Kohlenstoffkörper neben der ElelcLrode angebracht. Der Kohlenstoff— körper bestellt vorzugsweise aus aktivierter Kokosnuß-Holzkohle.

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^JA®9®&OAa. ^BAD ORfQfNAL

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Ber Kshlepstoff feesit&t eine feed-euteiid !©here rafce gegenüber Ko^enwasserstevfferi als gegefflü&er tfessersteff und acfescirtoi er ft daher selektiv die gasförmige Buren dieses Verfahren· wird usm Eelnigtstigsgas iib ganz aus (ieitt gssförffiigen Zmsianä_v der eiE großes eittütimrat, in einen feartdeftsiertea 2Itistaü;d: ÜfeerJfMtrt_f <äer ein relativ treraaettlässigteres Ttyltwöe» eitißiffiiftt* Sittä Spätrer!

anderer VertnireiwigtingeiTi ytsrliaadetr, die öie&t art der Ele&trotie oder auf deifl Eo Ii J east ο ff feoBdeusierbar sind, darm feoiiiien diese gasförmigeii ¥er«iireiBigiMEfcg:er* »efeea der Elektrode gespeieiierfe werden* Isfc diese Köö^eßtrati©ü g:eriitg_t äarm ist ilnr Macli«· tei ί ger Veirdtimitmgsef feitt w&d datier midi iltre Eimwirfemig auf den fesserstöffveriiretK&fe ^βΐ".ΐϊί,.ίξν Sind geringe KengeH; einer

Verwiireinigttng wie tteisip-ielswe-tse Sauerstoff int gs enthalten, dann können diese direkt mit lasserauf der Elektrode köiTibiniert Xv'erden* Bei einer besonderen Änsfiiiirungsforiß der Vörrietotung nach der KrfindiiKg wird das iEeinigwngsgas von etneni Breiiiistoffelement XTigeführt, das aas einer einzelne» lirennsfcoffelenienteinheit ader aus.einer Brennstoffeleiftentbatterie, dk& steh aus einer Mehr ζ a h I vr on Brenn s t α ί £e 1 emen t en zws ammen s e-t ζ t _? fee S t eh fc . Da s Eeinigungsgas wird dem Brennstoffelement in der Form eines gasförmigen;. Reaktionsmi tfeeis^^xugeführt und zwar in einer Menge, die größer ist als die tatsächliche Verforauehsrate des Brennstoffe!ementes, Während die gasförmigen Verunreinigungen in dem Eeinigwngsgas zunäohst vernaehiEäsisigt werde» können, wird die Menge der vorhandenen gasförmige« Verunreinigungen dttreh den

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JMeA der an der teeydiations— otter RecMct i &άβ~

SaWe iÄerEs fib des BreranstöWe^em?en't%?si ^:i 'ⁱ' wesentlich erhöhvt* Enden die' äeffifcerättsfcöffeleinfe^ ßase in einer to>tere Leittitig,, u_rh*te&ttnem die das Breiiii & feelfei etBera t "aieiitt verlassera arid i beseitigt werileit_r fJariri sammeln; sich efi'e

im Brewiistof felenteiit an tiricl erßiediri^eii flereiiT Energ te erzeitgericle Kapaziiat/ Bei eriier Meilen ©der ißterfflltfcieretoden Äfoleitang des it&i — wie bereits #&ew beseferieben - farin eiHüreriiEsfco?JTFe!eiweaii fcößtiniüälerlieb· ittit eiiier kor&eh'Leistung betrieben, weirdteis daß (lie olaee amgefifftrten Seiiwierigfeeiteri! auiftrefeen;^ ^{v :} ' ^; '

Im Fig. 1 ist eine Zelle 10 zur Beseitigungvcm Reinigungs— gasen dargestellt,, die eine Elefctraden-Eiektralytanö^nuHig IZ mit einer lanenatistaitschraembran lh und Elektroden i6 und 18 enthält. Identische Stromsamraler 2ö und 22 Sind neben den Elektroden 16 und 18 angeordnet. Die Stromsammler sindaus W einem¹ k©rosionsfesten elektrisch leitfähigen ^faterial herge-

steilt«, BIe Stronisamittler besitzen eine Mehrzahl zentral atige— braehter Öffnunsgen_r die einen Zutritt des Gases zö den Elektroden eräitögl leiten» Bie elektrisch liei tfäht <ien Teile neben der Elektrode zwischen Üen Öffnitir»;en sammeln den elektrische« Strom, Ein korosi ons festes Gitter 2h ist zwischen der Elektrode 16 utrd dem Stromsammler 20 angebracht« Ein ähnliches Gitter befindet sich zwisehe« der Elektrode 18 nnd dein Stromsammler 22« Um einen Gasverltist zu verhtnderii,ist eine Zwiseheitlage 26 ttnr die Peripherie des Gitters angebracht* In den meisten Fällen ist das

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Gitter dünn genug, so daß keine Unterlage notwendig ist, um eine, itandabdichtung zwischen dem Stromsammler und der lonenaustauschmerabran zu erreichen»

Neben dem Stromsammler 22 ist eine gaseinschließende
Vorrichtung 28 angeordnet, die eine erste Öffnung 50 und eine zweite Öffnung 32 für die Zirkulation des Gases besitzt. Die Öffnungen können mit Leitungen ausgerüstet sein, die Gas zu und von der gaseinschließenden Vorrichtung leiten. Wenn da» IJ der Elektrode 18 zugeführte Gas aus Luft oder aus einem Gas besteht, das die Atmosphäre in einem geschlossenen System
in dem die Zelle ζμτ Beseitigung der Reinigungsgase eingeschlossen ist, bildet, dann kann die gaseiiischließende Vorrichtung vollständig weggelassen werden oder die Öffnungen können zur Atmosphäre hin offen bleiben. Bei einer anderen Aiisführungsform kann eine der Öffnungen wegge-lassen werden.

Neben dem Stromsammler 20 ist eine Behandlungskammer 3^ angebracht. Die Behandlungskammer besteht aus einem Gehäuse j 36 mit Leitungen 58 und 40 und ist mit einem Körper aus besonders adsorptionsfähigem Material 42 versehen. Um das Adsorptionsmaterial in der Behandlungskammer in der richtigen Lage zu halten, sind neben den Leitungen poröse kohärent«
Platten 44 und 46 angebracht. Eine ähnliche Platte 48 befindet sich zwischen dem Behandlungskammergehäuse und dem
Stromsammler 20. Die Platten können falls erwünscht aus einem adsorptionsfähigen Material gebildet sein, um die Wirkung des besonderen adsorptionsfähigem Materials zu unterstützen,obgleich

dies nicht notwendig ist.

Die Zelle 10 wird durch isolierendeBefestigungsbolzen-Anordnungen 50, die um die Peripherie der Elektroden angebracht sind, zusammengehalten. Die Stromsammler und somit die Elektroden sind elektronisch durch eine elektrisch leitende Vo-rrich-tung .52 zusammengehalten, die eine strombegrenzende Vorrichtung 5^λι wie beispielsweise einen Widerstand enthält.

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle 10 zur Beseitigung der tteinigungs.gas.e- stellt nur eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung dar. Die Zelle kann in der verschiedensten Weise modifiziert werden. Sollen ein oxydierbares und ein reduzier-

bares Iteinigungsgas simultan entfernt werden, dann kann eine zweite Behändlungskammer J>k anstelle der gaseinsehließenden Vorrichtung 28 angebracht werden. Die gaseinsehlielieiide Vorrichtung 28 kann vollständig weggelassen werden, wenn Luft das iteaktionstnittel an der Elektrode 18 bildet. Das dargestellte Brennstoffelement verwendet eine Ionenaustauschermembran als Elektrolytvorrichtung. Es können auch andere herkömmliche Elelctrolytyorrichtungen verwendet werden, beispielsweise ein ilahra.en zur Begrenzung eines rein wässrigen Elektrolyten. Eben— falls kann eine kapillare Matrix eingesetzt werden, die einen umbeweglich gemachten flüssigen Elektrolyten festhält. Die Stromsammler und das Gitter sind nicht wesentlich. Die elektrische Lei timesvorrichtung 52 kann direkt mit den Elektroden verbunden werden. Die Befestigungst ο Ixen-Anordnung ist ebenfalls nicht wesentlich, da die Einheit durch Klebemittel oder durch andere herkömmlich mechanisch verbindende Vorrichtungen zu-

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saiinmiengehalten werden kann;* Ausstelle "der Eletetralyt&HsöireBräimgen ketonen sueM itteiirer Iytanordnungen an den Wänden U&r BehsknalmmgMUßmm&T amgeteaeirlr sein». Bas Adsorptionsmaterial Jeanen in; einem porösen; Körper ztisamntengeiiaiBt seiw tiftdi die "Begreitzeiidleti Platieri können- wegsei as sea werolen« Bi e Fl at ten kferieti fefestigl oclei" beweglieit sein. Bei aatleren Anwtaaeliuaigsarteii kammeias dii© Platten befestigt odie# weggelasssen werden tttieü dler K©r|ieir 4W%ti^^{nUl15 !i}' ^:i: adisoirptio^sfaiiigem Mat&rial käiiiti; "eMenfallsi w^ggeflasseii "W&rcife^« iiei andierens ¥®rrie&tmig&n; teana e® woifcwemdiii-g werten,.' tlie ife— tüandiitinigakaiftitter sa seit löödiiJTiÄJie'ifen,, diali sie erBteblleite Mengen eines fliüssigeii HeaRti©nispro;diUikt©s s.j»ei&h^;eräi kaitn^ bei spiels ■«»"""" Ti&ise ita&ser» diasi an d!er Elekbrodle 1& gefeildiet worden ist ' until van d'ieser Tfeggei'ÄJffc werden soil», Sei einer "ancieirenAiits— fltnrEingsforTni kann^in Böeöit in diie lekandllBngskamiiter ei-ngebaitt werd:en_K um die an der Eliekfcrode* 16 geteilidete Plüssigkeit 'au entfernen (siehe iKS^Paifcenbanmieldttng Serial! No* 229 679)* IteL einer einzelnen Behändiungskammer soEJlte däer Elektrolyt im allgemeinen vorzugsweise so gGV\fählt werden, daBs die lieaktions prodixkte neben der Etekfcrede 18 und niohb neben der Elektrode i(y gebildet w&rden*

J>as Verfahren nach der Erfindung wird anhand der ZeLIe lü Aur Beseitigung der ttein igungsgase im foligenden Beispiet be-,schrieben: Es wird ein Wassers tof ί'-lteinigungsgas verwendet, das eine sfilekfciv adsorbierbare gasförmige Vetunreinigu'rig enthalt, die beset tti^t werden muß. ΰϊα Elektrode 18 wird durcrti ei ίο- 6 ffri ttnir.tam JO und J2 der Atmosphäre ausgebe b'At. Vor dee

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wird die. Zelle ΐί> vorrzworstfeüse mit e Eraem wesent E

©as gereimtgii,, tou- eventuell in tier

bef urwiiileiie_ Litlfc kb eKtferRPii», fer feTasserstoif i' würti d äuiteh dlife Leifcramg JB eingeleitet tmd unrch die LeitiMie; ^Jiü> afegefiattiirt.« N.aseh AtofifiEurttrag· (ä&s inerten Gases wir«! diie Lei 4O^; drorcfe eitifö Vörrietefeiaiini» \siie beispielsweise ein Vtmtil seil las sein*

Ums, Reirtigiiiitiigsgais; wird ditir&tii die Lei ta-ng; 38 zti^efIttort ► tessers.t©£i" reagiert elekfcroehemiseh an der Elektrode Ib

üer SasiEerstaff a»s eier LMf t »ti -der Elektrode 18 Einige— setzt Mirtli,, I^ie i^^iEtiaiftiiirate wird dntreli d^:ie StrostnibiegrenztiEigsvOirriciliifeiiiiii« 3^l:h ieaatrslliert ittitf gesteuert* Bie iieakt ionsrate wird vorzingsweise_t ©bgleiett nietiit WOt,wendig,, auf einem niedrigen· rfert geiialten, damit das Brennstoffelement nicht, ttüerhitzt wird* T£enn eine Kationen-AHstauscnenftentbran wie bevorzugt verwendet wird'» dann- wird das lleafetiorasprodiitfet .in F^rm vöiü Wasser ader Waisserdamipf iieftea der Eliektrade 18 gebildet.. BMe aidsorbiierbaire \rerMinMnigU!ng_r die sieh im Keinigungsgas befindei^ wird an; den P^astten oder im= Körper, 42 adserbiert. Andere Amwendttngsarten der \:&triefetitng naeii der Erfindung können der ckbugen^Be^etoreifeang, entnomitteiii werden»

In Fig*..2 ist ein System JiOö mreft der Erfimhmg durgestelil fc „ das. ans einer .^eIIe 10 zur Beseitigung des Reinigungsgases, einemi B»rennsbo;ifelement 102 nnd einer Itiiekdi Cfusions-Begrenzungs- vovr tebiLiing 1Ö4 , besteht.. Mti Zelle tC) Ist. ahnlieh der Zelte, die

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in Pig. 1 dargestellt ist. Die Leitung 38 ist mit tier Rückdi(fusions—Begrenzimgsvoirichtung verbunden und die Leitung ^;i0 ist mit einer Yentilvorriclitung 106 versehen.

Das Brennstoffelement wird aus mehreren Elektroden-Elektro-Iy tanordmingen 1OS, 110, 112, .1Ih und 116 gebildet. Neben den Anordnungen sind in bestimmten Abständen Rahmen 118, 120, und 124 angebracht. Die Endverschlußteile 126 und 128 sind neben den äußeren Anordnungen angebracht. Der Endversehlußtei1 12b und die iiahmen 120 und 12^;i sind durch die erste Ueaktionsmittelleitungsvorriehtimg-130 in Serie geschaltet, die den letzten ttahmen 12-'j mit der Rückdixfusions-Begrenzungsvorrichtung JO'i in Serie ve-rbindeL. Die Leitungsvorri ■ htungen 132 sollen ein zweites iieaktionsmi Ltel durch den Endverschlußteil 128 und »lurch die Uahcien IIS und 122 zirkulieren.

[ni folgenden soll die Verwendung-des Systems nach der Erfindung beschrieben werden: Ein ersr.es iieakl. ionsniittel mit einer annehmbaren Reinheit wird dem Endverschlußteil 12b zugeführt. Ein Teil des iieaktionsmi ttels wird durch die Anordnung 108 verbraucht, wodurch die Menge der vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen erhöht wird. Das erste Reaktionsmittel wird dann zu dem Rahmen 120 geführt, wo ein Teil jeweils durch die Anordnungen 110 und 112 umgesetzt wird. Schließlich wird das erste Reaktionsmittel zu dem Rahmen 12Λ geführt, wo ein Teil Jeweils von den Anordnungen Il4 und 11b umgesetzt wird. Zu dieser Zeit enthält das vom Rahmen VIh kommende Gas eine wesentliche Menge an gasförmigen'"Verunreinigungen¹-. Dieses Menge

ist nicht hoch genug um die Leistung der Anordnungen in nachteiliger Weise zu beeinflussen. Enden die Leitungen jedoch in den Rahmen 124 in ein totes Ende, dann reichen die im Gas angesammelten Verunreinigungen aus, um die elektrische Energieerzeugenden Kapazitäten der Anordnungen in nachteiliger Weise zu beeinflussen. Dabei werden zunächst die Anordnungen 114 und 116 aber auch die Anordnungen iÖS,

»und 112 in einem geringeren Grade nachteilig beeinflußt.

Um eine gute Leistungsfähigkeit der Anordnungen sieherzustellen, müssen diese kontinuierlich oder intermittierend gereinigt werden. Das in Fig. 2 dargestellte System ist für ein kontinuierliches Beinigen vorgesehen. Unter der Annahme, daß der Durchmesser der Leitungen 130 und iJS ähnlich ist wie die übrigen Leitungen des Brennstoffeleinenies, dann würde die Geschwindigkeit des ßeinigungsgases vom Brennstoffelement und die Geschwindigkeit des Reinigungsgases vom Brennstoffelement zu der Zelle 10 zur Beseitigung des ßeinigungsgases

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^w so niedrig sein, daß wesentliche Mengen an gasförmigen Verunreinigungen die der Zelle 10 zugefühlt werden sollen, in das Brennstoffelement zurückdiffundieren könnten. Eine Ruckdiffusions-Begrenzungsvorrichtung 104 soll dieses Zurück— diffundieren verhindern. In einer bevorzugten Form besteht diese Vorrichtung aus einer Röhre von einem vergleichsmäßig geringen Durchmesser. Aufgrund der geringen Quersohnittsflache der Röhre ist die Geschwindigkeit der Gase darin verhäVltnismäßig hoch. Die hohe Geschwindigkeit der Gase verhindert in (fen meisten Fällen eine Rückdiffusion,

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Das Brennstoffelement 102 stellt lediglich eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Brennstoffelements, das im System nach der Erfindung verwendet werden kann, dar. Es können alle herkömmlichen Brennstoffelemente oder Brennstoffelementbatterien verwendet werden. Die Reaktionsmittel werden vorzugsweise in Serie durch die Elemente der Brennstoffbatterie durchgeführt, dies ist jedoch nicht notwendig. Die Verbindungen zwischen den Leitungsvorriehtungen 132 für die Zuführung des zweiten Reaktionsmittels sind nicht dargestellt, da sie unwesentlich sind und in Serie oder parallel geschaltet werden können. Ebenfalls sind die elektrischen Leitungen in der Zeichnung weggelassen worden. Das dargestellte System eignet sich insbesondere für ein kontinuierliches Reinigen. Ss kann aber auch für ein intermittierendes Reinigen verwendet werden, wenn die Rückdiffusions-Begrenzungsvorriohtung durch eine Ventilvorrichtung ersetzt wird oder die elektrisch leitende Vorrichtung 52 geöffnet wird oder durch die Verwendung einer Kombination von beiden.

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Claims (1)

1. P A T E N TA M W Ά L TE Dipt-lng. MARTIN LICHT

   PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMA-JiIlKI. HERKMANN Dr. R E I N H O L D SCHMIDT

   MÖNCHEN 2 · THERESHEiNSTiRASSiE 33 _n. , »ι/-_»__1. ι A ve ι u A li c kt α κι ki

   Dipl.-Wirtsch.-Sng. AXEL HANSMANN

   GENERAL ELECTRIC COMPANY DipL-Phys. S EBASTI AN HERRMANN

   SCHENECTADS" 5,~ Ν.Ϊ./V.St.A.

   RIVER ROAD 1 München,den 8.Mai 1967

   JtQ Ihr Zeichen Unser Zeichen

   Pa tent anmeldiratg: Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung

   van. Reinigungsgas.

   1. Verfahren zur Beseitigung von Reinigungsgasen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Brennstoffelementelektrode elektronisch und elektrolytisch, verbunden werden, die eine Elektrode mit einem oxydierbaren Gas und die andere Elektrode mit einem reduzierbaren Gas in Kontakt gebracht werden und die gasförmigen Verunreinigungen, die mindestens in einem der Gase vorhanden sind, zur gleichen Zeit kondensiert werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Gase, das gasfämige Verunreinigungen enthält, vom Brennstoffelement als ein Reinigungsgas geliefert wird.

   3. Verfahren mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzieribare Gas aus Wasserstoff besteht und von einem Brennstoffelement mit einem saueren Elektrolyten als UeInigungs gas geliefert wird und die darin enthaltenen gasförmigen Ver-

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   Patentanwälte Dip1.-;Ing. Martin licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, DipL-Phys. Sebastian Herrmann

   8 MDNCHEN2, THERESIfNSTRASSE 33 · Telefon: 292102 - Telegramm-Adresse: UpalH/Möndien *·.■**-*„,.* ,. Bankverbindungen $ 'Deutsche :Bar.k AG, Filiale München,. Dep.-Kasse Viktuaiienniafitt, Konlo-Nr. 70:30638 " - *».%ii^r|^|?|hsban1t München, Zweigst. Osknr-von-Miller-Ring, Klo.-Nr. 882495 · PaslsdiecMCcnfo; München Nr. 1S339?

   - ^!ί"^:- :^ίί , . . OppenauerBOro: PATENTANWALT DR. REINHOlO SCHMIDT

   -Jg- - 167H32

   unreinigungen auf Kohlenstoff adsorbiert werden.

   ^!i* Zelle zur Beseitigung von Reinigungsgasen und zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite in einem bestimmten Abstand angeordnete Brennstoffelektrode, eine Vorrichtung zur elektrolytIschen Verbindung der Elektroden, eine Vorrichtung zur elektronischen Verbindung der Elektroden, eine Vorrichtung für die Zuführung von oxydierbaren und reduzierbären Gasen zumiiröestetts/eiiier der Elektroden und eine Vorrichtung für di# Konöensierung einer im Gas enthaltenen gasförmigen Iferunieinigung*

   5* Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzelehnet, daß die die Elektroden elektrolytisfeh verbindende Vorrichtung eineti Elektrolyten enthält _t die Gas liefernde Vorrichtung ein oxydierbares <*as zu einer der Elektroden liefert, eine Ivondensieruiigsvorrichtung mit dem oxydierbaren Gas verbunden ist und die andere Elektrode so angebracht ist, daß sie mit dem reduzierbaren Gas in Kontakt kommt»

   6* Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kondensierung einer gasförmigen Verunreinigung einen Körper aus Kohlenstoff enthalt, der in der Zulieferungsvorrichtung angebracht ist.

   7. System zur Durchführung dee Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3_t gekennzelehnet durch ein Brennstoffelement, eine Vorrichtung für die Zuführung von oxydierbaren und reduzierbaren Gasen zn dem Brennstoffelement, eine Zelle zur Beseitigunit der

   109837/1221

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   Reinigungsgase und eine Vorrichtung für die Zuführung eines Gases ' vom Brennstoffelement zu der Zelle fur die Beseitigung der Reinigungsgase.

   8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle zur Beseitigung der Reinigungsgase eine erste jmd eine zweite in Abständen angeordnete Elektrode, eine Vorrichtung φ zum elektrolytischen Verbinden dieser Elektroden, eise Vorrichtung zum elektronischen Verbinden dieser Elektroden und eine Behändlungskammer enthält, die das vom Brennstoffelement zügeführte Gas aufnimmt.

   9* System nach Anspruch 8, dadurch- gekennzeichnet, daß das der Zelle zugefiihrte Gas aus 1tesserstaff--ßeinigurtgsgas besteht und die Behandlungskammer eine Vösrriehtuitg zur der gasfttrmigen Veruttreittigungen enth&lt*

   10. System nach Anspruch ?, dadureh gekeöÄteiofinet, daß die Gas liefernde Vorrichtung eine leitung enthält, die eine Vorrichtung besitzt, die die Rtickdiffusion der gasförmigen Verunreinigungen zum Brennstoffeleötent begrenzii.

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