DE1771642A1

DE1771642A1 - Dichtung fuer ein Gehaeuse zur Aufnahme eines Elektrolyten

Info

Publication number: DE1771642A1
Application number: DE19681771642
Authority: DE
Inventors: Novack Robert Lee
Original assignee: Prototech Inc
Current assignee: Prototech Inc
Priority date: 1967-06-20
Filing date: 1968-06-20
Publication date: 1972-04-13
Also published as: FR1572647A; GB1216879A; NL6808610A; US3514333A

Description

Prototech Company 50 Moulton Street Cambridge, Massachusetts/USA

Dichtung für ein Gehäuse zur Aufnahme eines Elektrolyten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für ein Gehäuse zur Aufnahme eines korrodierenden, fast wasserfreien geschmolzenen Elektrolyten hoher Temperatur, beispielsweise zur Anwendung bei Brennstoffzellen.

Das Diohtungsproblem hat die Technik in Anbetracht dessen, dass selbst hochtemperaturbeständige keramische Stoffe, Kunststoffe, Legierungen und andere Materialien nicht geeignet waren, auf längere Zeit den korrodierenden Hinfiüssen von Elektrolyten bei abgekapseltem Gehäuse und holmr Betriebstemperatur zu widerstehen, geraume Zeit beschäftigt.Frühere Dichtungen zeigten ohne Ausnahme hei Dauerbetrieb Sprunge und Undichtigkeiten oder wurden

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schädlich korrodierend angegriffen und erforderten häufigen Ersatz und Reparatur,

Obwohl lange angenommen wurde, Aluminium werde leicht in wässrigen Lösungen alkalisoher Hydroxyde unter Bildung von Ausfällen oder Aluminaten angegriffen, ist es gelungen die Verwendung von Aluminium, ohne dass es Korrosionsschädigungen zeigt, beim Halten von Alkalihydroxyden und -karbonaten zu ermöglichen. Gleicherweise ist die vollständige Auflösung von Aluminium in heissen konzentrierten Alkalikarbonatlösungen seit langem bekannt, so dass die Faohwelt das Aluminium für ein höchst unzureichendes Verwendungen material für den Einsatz bei Anordnungen gehalten hat, die in Berührung mit Alkalihydroxyden oder -karbonaten kommen. Für das Gebiet der alkalischen Elektrolyt-Brennstoffzellen z,B, ist es ebenfalls bekannt, dass Aluminium nioht in der Lage ist, dem Elektrolyten insbesondere bei höheren Temperaturen standzuhalten.

Aluminium, vorzugsweise angenähert reines Aluminium, kann jedoch in direktem und ständigem Kontakt mit den geschmolzenen korrodierenden Alkalihydroxyden und -karbonaten gebracht werden, ohne wahrnehmbare Korrosion zu erleiden, selbst wenn die geschmolzenen Elektrolyten

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auf Temperaturen zwischen 30O⁰C und 500°C gehalten werden. Dies gilt, obwohl für Aluminium mit einigen Zusätzen und Legierungen davon festgestellt wurde, dass einige der beschriebenen Beständigkeitsmerkmale aufgehoben werden. Zusammenfassend ist gefunden worden, dass insbesondere bei korrodierenden auf die oben erwähnte Temperatur gehaltenen Elektrolyten dünne Aluminiunistreifen, die unter starkem Druck und weiteren Bedingungen eine Erweichung und andere Eigenheiten aufweisen, den Gebrauch von Aluminium für ungenannt viele Dichtzwecke ausreichend, ohne Korrosionserscheinungen oder Fehler zu zeigen, erweitern können.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Gehäuse- und Dichtungsanordnung für Elektrolyse hoher Temperatur, insbesondere eine Dichtung aus Aluminium, vorzuschlagen. Die Erfindung betrifft demzufolge eine Dichtung für ein Gehäuse zur Aufnahme eines korrodierenden, fast wasserfreien geschmolzenen Elektrolyten hoher Temperatur.

Erfindungsgemäss ist eine dünne Aluminiumdichtung zwischen aufliegenden äusseren Rändern der Gehäusewand einerseits und einer beweglichen, das Gehäuse verschliessenden Abdeckung andererseits angeordnet, wobei die Temperatur in einem Bereich liegt, der das Aluminium

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erweicht, ohne es zu schmelzen, und den Elektrolyten in geschmolzenem nahezu wasserfreiem Zustand hält, wobei die Ränder mit einem gleichmässig verteilten Druck gegeneinander gepresst werden,

'eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in isometrischer Darstellung eine Teilansicht einer bevorzugten Anwendungsform der Erfindung bei Brennstoffzellen-Gehäusen.

Mit 1 ist eine Brennstoffzelle oder ähnliches Gehäuse bezeichnet, die einen den Elektrolyten enthaltenden inneren Raum 3 hat. Im Falle von alkalisch hydroxyden Substanzen kann der Elektrolyt z.B. aus einem Gemisch von Kalzium- und Natriumhydroxyd bestehen, das durch eine an sich bekannte Temperatureinrichtung, angedeutet durch einen Temperaturnfeil "t", bei der oben erläuterten Temperatur in geschmolzenem und im wesentlichen wasserfreien Zustand gehalten wird.

Die Gehausewände sind aus Nickel oder einem ähnlichen Material, das einer Korrosionsgefahr durch den bei so hoher Temperatur geschmolzenen Elektrolyten widersteht, und

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sie werden durch einen Aufsatz I¹" oder einen Deckel aus dem gleichen Material abgeschlossen. Der Aufsatz Ii weist Einfüllstutzen h und 2 für den Brennstoff und das Oxydationsmaterial sowie einen Entliifterstutzen 10 auf. Jeder Einfüllstutzen hat eingelassene Speiserohre k* und 2¹ zur Zuführung von Urennstoff bzw. Luft für den Elektrolyten. Als Brenn-, stoff kommt z.B. Wasserstoff rein oder mit Beimengungen inirage oder ein Kohlenwasserstoff, der in einer Anodenkammer 6 auf an sich bekannte Veise in Wasserstoff (vergleiche z.B. USA-Patent 3 206 33*0 überführt wird. Die \nodenkammer 6 ist mit einem palladiumhaltigen Anodenbelag 8 auf der einen (der rechten) Seite und vorzugsweise mit einem gleichartigen parallel angeordneten De lag auf der anderen Seite (der linken, im einzelnen nicht naher dargestellt) bekleidet. Es kann auch ein anderer »,ass^rstof fdurchliissiger, in anderer ¥eise nicht poröser Hein» Verwendung finden* Die durch die Speiseröhre 2' eingeführte Luft bewirkt, eine Umwiilzbewegung, die eine entsprechende Per- oder Superoxydierung an den Kathodenteil en der Zelle, wirksam durch die Nickelwände des Gehäuses unterstutzt, sicherstellt. Auf weitere, an sich bekannte Einzelheiten wurde in der Zeichnung zur Vanning der l'hets loh 11 ichkeit verzichtet»

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Zur Lösung der Aufgabe, den Aufsatz l'¹ mit einer bei hohen Temperaturen nicht korrosionsanfälligen, nicht reissenden und lecksicheren Dichtung auszustatten, ist eine dünne Aluminiumrahmendiohtung vorgesehen. Sie wird von einem seitlichen Flansch 1', der sich von der Ebene der Seitenwand des Gehäuses 1 nach aussen erstreckt, gehalten und kann durch versohraubte oder in anderer Weise in entsprechenden Öffnungen 7' des Aufsatzes i¹¹ befestigte Hefestigungsbolzen 7 angepasst werden. Letztere sind so verteilt, dass sie einen gleichmässig verteilten, dichtenden Druck auf die äussere Leiste des Flansches I¹ und die Unterseite des Randes des Aufsatzes 1'' auf die dünne und schmale Aluminiumrahmendichtung 5 ausüben.

Es ist festgestellt worden, dass die dünne und schmale Aluminiumrahmendichtung 5, die ebenfalls durch eine Drahtschleife gleicher Abmessungen dargestellt werden kann, bei Temperaturen von etwa 40O⁰C bis 600°C, die geeignet sind, den Elektrolyten in wasserfreiem geschmolzenem Zustand zu halten, zwar erweicht aber nicht schmilzt, wenn sie eine Strirke von etwa 0,25 - 1,25mm nicht unterschreitet. Wird die Hahmendichtung schmal, vorzugsweise etwa "),.! mm, gehalten, kann sie einem gleichmässi" verteilten Druck von etwa 70 bis 350 kg/cm- <ιιΐί>» nue tz t worden, ι.Λ hat s ich, begründet durch den grösseren

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Ausdehnungskoeffizienten der Aluminiumdichtung gegenüber dem der Nickelgehäusewände und der Abdeckung, gezeigt, dass derartige Drucke, Temperaturen und weitere, oben erläuterte bauliche Umstände die Aluminiumrahmendichtung 5 in die Lage versetzen, eine hervorragende Abdichtung über mehrere tausend Stunden bei hoher Temperatur und geschlossenem Gehäuse zu gewährleisten, ohne eine Leckoder Korrosionsgefahr.

Etwaige Änderungen bezüglich abweichender Brennstoffe, an deren Zellenaufbaus, anderer Elektrolyten und anderer Apparaturen werden als dem Fachmann nahegelegt und in die Lehre und in den Anwendungsbereich der Erfindung fallend erachtet.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1, Dichtung für ein Gehäuse zur Aufnahme eines korrodierenden, fast wasserfreien geschmolzenen Elektrolyten hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass eine dünne Aluminiumdichtung zwischen aufliegenden äusseren Rändern der Gehiiusewand einerseits und einer beweglichen, das Gehäuse verschliessenden Abdeckung andererseits angeordnet ist und die Temperatur in einem Rereich liegt, der das Aluminium erweicht, ohne es zu schmelzen, und den Elektrolyten in geschmolzenem nahezu wasserfreiem Zustand hält, wobei die Ränder mit einem gleichm'ässig verteilten Druck gegeneinander gepresst werden.

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2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand und die Abdeckung aus einem Material besteht, das vom Elektrolyten nicht angegriffen wird.

5· Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand und die Abdeckung einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als Aluminium haben,

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt aus einem geschmolzenen Alkalihydroxyd besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Elektrolyten zwisohen 400⁰C und 600°C gehalten wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5_f dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zwisohen etwa 400⁰C und 600°C und der Anpressdruck über etwa 70 kg/cm gehalten werden.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewande und die Abdeckung aus Nickel bestehen.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserand von einem Plansch dargestellt wird, der

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sioh von der Ebene der Gehäusewand eeitlioh naoh aussen erstreckt,

9, Anordnung naoh Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung auf dem Flansoh aufliegt·

10, Anordnung nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Stärke zwisohen 0,25 und 1,25 ■■ hat.

11. Anordnung naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Raheenfora hat.

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