DE1671966C - Vorrichtung zur Kühlung flüssiger Elektrolyte in Brennstoffelementen - Google Patents

Description

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Teil der Elektrolytflüssigkeit auf die Siedetemperatur des Wassers zu bringen.

Die Figur zeigt schematisch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung. Der Elektrolyt ist mit 1 bezeichnet, der Elektrolytraum ist durch den Deckel 2 verschlossen. Der durch den Deckel geführte Kühlkörper setzt sich zusammen aus der äußeren Wandung 3, dem porösen Körper 4 und dem Hohlraum 5. Die Wandungsoberfläche ist durch die Kühlbleche 6 und 7 in den Wärmeübertragungsbereichen vergrößert; das flüssige Kühlmittel befindet sich in dem unteren Teil des Hohlraums 5 und des porösen Körpers 4. Am oberen Ende des Kühlkörpers befindet sich der Druckbehälter 8.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zur Einstellung einer gewünschten Elektrolyttemperatur erforderliche Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit entsprechend der Konzentration des Elektrolyten der Brennstoffbatterie und der Kühlvorrichtung ausgewählt, gegebenenfalls durch eine. geeignete Mi-

schung mehrerer Kühlflüssigkeiten eingestellt. Die Siedetemperatur liegt zweckmäßigerweise in der Nähe der gewünschten Elektrolyttemperatur. Die Differenz zwischen der gewünschten Elektrolyttemperatur und der Siedetemperatur des Kühlmittels ist dabei abhän-

gig von der Verlustleistung der Brennstoffbatterie, von dem Elektrolytvolumen, von der Menge des verwendeten Kühlmittels und von der Leistungsfähigkeit des Kühlers zur Verflüssigung des Kühlmitteldampfes. Die zulässige Temperaturdifferenz wird außerdem

durch die Abweichung der Elektrolyttemperatur vom kritischen Betriebstemperaturbereich bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι 2

   lyten in Berührung stehenden Teil flüssiges Kühl-Patentansprüche: mittel enthält, während sein oberer Teil mit einem

   zweiten Kühlmittel, vorzugsweise Luft, in Berührung 1. Vorrichtung zur Kühlung flüssiger Elektro- steht.

   lyte von Brennstoffelementen mit Hilfe einer 5 Diese Kühlvorrichtung hat somit einen das flüssige wärmeübertragenden Flüssigkeit, deren Siede- Kühlmittel enthaltenden Behälter, bei dem der Innentemperatur im Bereich der Betriebstemperatur des raum teilweise durch ein poröses, als Schwamm für Brennstoffelements liegt, wobei der verdampfte das flüssige Kühlmittel wirkendes Material ausgefüllt Anteil kondensiert und der erneuten Wärme- ist. Der restliche Teil des Innenraums dient als Transaufnahme zugeführt wird, gekennzeichnet io portraum für die verdampfte Kühlmittelflüssigkeit. durch einen in den Elektrolyten (I) eintauchen- Ein Ende dieses als zylindrischer oder rechteckiger den, aus ihm herausragenden Behälter (3), dessen Körper ausgeführten Behälters ragt in die Elektrolyt-Innenraum zum Teil durch einen porösen Körper flüssigkeit hinein, wobei die elektrolytseitige Oberin von guter Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt ist fläche der als Wärmeaustauscher geeigneten Behälterund in seinem unteren mit dem Elektrolyten in i₅ wand durch Kühlvorsprünge zusätzlich vergrößert Berührung stehenden Teil flüssiges Kühlmittel ist. Die Kühlmittelflüssigkeit in diesem Teil des poröenthält, während sein oberer Teil mit einem zwei- sen Körpers beginnt durch die vom Elektrolyten abten Kühlmittel, vorzugsweise Luft, in Berührung gegebene Wärme zu verdampfen. Der Dampf steigt steht. in den oberen Teil des Behälters auf. Die Außen-

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 wandung in diesem Teil des Kühlers ist ebenfalls zum kennzeichnet, daß an der Außenwand des Kühl- besseren Wärmeaustausch mit dem zweiten Kühlmittelbehälters (3) unten und oben Kühlvor- mittel durch Vorsprünge vergrößert. Als Kondensprünge (6, 7) angebracht sind. sationsfläche für den Dampf stehen bei dieser Aus-

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- führung auch die Poren des porösen Körpers zur durch gekennzeichnet, daß der Deckel des Kühl- 35 Verfügung; der verflüssigte Dampf wird durch die mittelbehälters (3) mit einem Druckschalter (8) Kapillaren des porösen Körpers abgesaugt. Als Mateversehen ist. rial für den porösen Körper verwendet man zweckmäßigerweise ein gut wärmeleitendes Material; der Körper kann beispielsweise aus zusammengesinter-

   30 tem, gegenüber dem Kühlmittel indifferenten Metallpulver bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfin-

   Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur dungsgemäßsn Vorrichtung ist der Deckel des Kühl-

   Kühlung flüssiger Elektrolyte von Brennstoffelemen- mittelbehälters mit einem Druckschalter versehen,

   ten, bei der vom Elektrolyten Wärme mit Hilfe einer 35 Dieser Schalter kann dafür verwendet werden, ein

   Flüssigkeit übertragen wird. Fördermittel einzuschalten, welches das zweite Kühl-

   Es ist aus der britischen Patentschrift 1 046 466 mittel in verstärktem Maße am Kühlbereich vorbei-

   bereits bekannt, von einer Flüssigkeit Wärme auf eine führt, beispielsweise einen Ventilator bei Verwendung

   andere Flüssigkeit, deren Siedepunkt im Bereich einer von Luft oder ein Ventil zur stärkeren Zufuhr von

   gewünschten Temperatur liegt, zu übertragen, den 40 Kühlwasser oder einer Kühlwasserpumpe,

   verdampften Anteil zu kondensieren und zur erneu- Die Kühlvorrichtung kann bei Brennstoffelementen

   ten Wärmeaufnahme zurückzuführen. und Brennstoffelementbatterien mit sehr unterschied-

   Aus der britischen Patentschrift 1 046 466, der liehen Betriebstemperaturen angewendet werden,

   französischen Patentschrift 1 409 429 und der deut- wenn man unter den vielen bekannten Flüssigkeiten

   sehen Patentschrift 855 241 sind auch Vorrichtungen 45 ein Kühlmittel mit einer geeigneten Siedetemperatur

   bekannt, die im Kreislauf an einer Stelle Wärme zur auswählt bzw. eine Mischung aus mehreren Kühl-

   Verdampfung der Kühlflüssigkeit aufnehmen, an mitteln zur Erzielung einer bestimmten Kühlwirkung

   einer anderen Stelle durch Kondensation diese Wärme herstellt.

   nach außen abgeben und unter dem Einfluß der Die Vorrichtung ist gleichermaßen vorteilhaft für

   Gravitationskraft die kondensierte Kühlflüssigkeit zu- 50 die Elektrolytkühlung von Brennstoffelementen und

   rückführen. Brennstoffelementbatterien, bei denen keine zusätz-

   Es ergab sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur liehen Maßnahmen zur Bewegung des Elektrolyten Kühlung flüssiger Elektrolyte zu entwickeln, die in vorgesehen sind. In diesem Falle muß lediglich geeiner einfachen, gegen äußere Einflüsse, insbesondere währleistet sein, daß die entstehende Reaktionswärme Gravitationseinflüsse, relativ unempfindlichen und 55 rasch genug an den Kühlmittelbehälter gelangt, um betriebssicheren Ausführung hergestellt werden kann. örtliche Uberhitzungen zu vermeiden.

   Zur Lösung dieser Aufgabe verwendet man erfin- Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vordungsgemäß eine Vorrichtung zur Kühlung flüssiger richtung für Brennstoffelemente oder -batterien, bei Elektrolyte von Brennstoffelementen mit Hilfe einer denen ein äußerer Elektrolytkreislauf vorhanden ist. wärmeübertragenden Flüssigkeit, deren Siedetempe- 60 Sie bringt insbesondere bei diesen Systemen den Vorratur im Bereich der Betriebstemperatur des Brenn- teil, daß die Kühlung der Elektrolytflüssigkeit im Stoffelementes liegt, wobei der verdampfte Anteil Gegensatz zu den bekannten, auf der Verdunstung kondensiert und der erneuten Wärmeaufnahme zu- des Reaktionswassers beruhenden Vorrichtungen völgeführt wird, die gekennzeichnet ist durch einen in |i_g unabhängig ist von der Menge des auszubringenden Elektrolyten eintauchenden, aus ihm heraus- 65 den Reaktionswassers. Es ist daher nicht erforderlich, ragenden Behälter, dessen Innenraum zum Teil durch bei starker Kühlung das zuviel ausgebrachte Wasser einen porösen Körper von guter Wärmeleitfähigkeit in den Elektrolyten zurückzuführen bzw. zusätzliche ausgefüllt ist und in seinem unteren mit dem Elektro- Wärmeenergie in das System einzuspeisen, um einen