DE1811309A1 - Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Ableitung eines elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Ableitung eines elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids, wobei einFluidstrom zu einer Empfängerzone hin und von dieser weggepumpt wird, eine Zelle den zur Empfängerzone hinaufströmenden und von ihr herabströmenden Fluidstrom überbrückt, wobei eine Elektrode sioh in Eontakt mit dem 3?luidstrom, der zur Empfängerzone hinströmt und eine zweite Elektrode sich in Kontakt mit dem von der Empfängerzone abfliessenden Fluidstrom befindet. Die Elektroden sind durch einen Elektrolyten infolge Ionenleitung miteinander verbunden.

Die Empfängerzone kann den Pluidstrom sowohl erwärmen als auch abkühlen. Ein elektrochemisch verbrauohbares und regenerieroares fluid, das im Fluidstrom enthalten ist, kann

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in Kontakt mit dem , Fluid - strom von einer Elektrode zur anderen transportiert und dabei abgeleitet werden» G-emäss einer Ausführungsform kann ein elektrischer Strom durch eine elektrische Ladung, die über die Elektroden verbunden, ist, aufrecht erhalten werden. Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann ein elektrisches Potential über die Elektroden aufgedrückt werden, um den elektrochemischen Verbrauch und die !Regenerierung des zu transportierenden Fluids zu erleichtern.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann die Empfängerzone eine chemisch Reaktionszone sein. Das an den Elektroden elektrochemisch verbrauchbare und regenerierbare Fluid kann entweder von der Reaktionszone abgeleitet oder durch die Reaktionszone rezirkuliert werden, was von der Auswahl der Polarität des elektrischen Potentials zwischen den Elektroden abhängt»

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann die Empfangerzone efc selektiv permeables Hindernis zur physikalischen Trennung des einen Fluids vom Fluid - strom aufweisen«, Eine örtliche Verschiebung zwischen den Elektroden kann dazu verwendet werden_s die Konzentration des physikalisch abzutrennenden Fluids das eine Seite des Hindernisses berührt₉ zu verändern«

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform kann die Empfängerzone die Reaktionskammer einer Brennstoffzelleneinheit sein,, Die örtliehe Verschiebung zwischen den Elektroden kann in diesem Fall dazu verwendet werden, ein ■ elektrochemisch reaktives Fluid aus dem die Reaktionskammer verlassenden gereinigten Fluid wieder zu erlangen. Gemäss einer weiteren Ausführungsform können die Elektroden vergiftende Stoffe von dem Brennstoffzellen-Hin= strom durch örtliche Verlagerung zwischen den Elektroden abgeleitet werden«, Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Richtung der örtlichen Verlagerung zwischen den Fluid - strömen, die in die Reaktionskammer einfliessen und diese verlassen, periodisch gemäss einem vorbestimmten, zwischen den Elektroden herrschenden Potential umgekehrt werden. Die Polaritätsumkehr kann

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über eine "bestimmte Zeitlang und/oder für eine "bestimmte Fluidmenge oder so lange fortgesetzt werden, bis die Brennstoffzelle einen vorbestimmten Grad an Polarisation aufweist. Gemäss einer Ausführungsform wird die Polaritätsumkehr der Elektroden durch die Polarisation der Elektroden unter Betätigung eines Relais in Gang gesetzt. Wenn die Brennstoffzelle die Kraftquelle -für die örtliche Verlagerung ist, erfolgt die Polaritätsumkehr der Verbindung zwischen der Brennstoffzelleneinheit und den pumpenden Elektroden, wobei die Richtung der Pumpbewegung umgedreht wird. Um das System, das in der Brennstoffzelleneinheit enthalten ist, in Gang zu setzen, wird zunächst eine handbetriebene Pumpe verwendet, um die Brennstoffzelleneinheit zu spülen und den Flüssigkeitsstrom in Kontakt mit den Elektroden zu bringen. Wenn der Elektrolyt der Brennstoffzelleneinheit etwas Wasser enthält, kann die Ingangsetzung des Spül ens dadurch bewirkt werden, dass man. die Brennstoffzelleneinheit mit einer Gleichstromquelle verbindet, um Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse zum Spülen zu erzeugen.

Wenn die Brennstoffzelleneinheit aus einer Brennstoffzellen-Batterie besteht, wird sie vorzugsweise aus einem solchen Elektrolytelement gebildet sein, das einen Teil der das Fluid begrenzenden Struktur bezüglich der Reaktionskammer bildet und das mit einer Mehrzahl an Elektroden ausgestattet ist, die innerhalb der Reaktionskammer auf dem Elektrolytelement angeordnet sind, wobei ferner eine Mehrzahl von Gegenelektroden auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Elektrolytelements sich befinden. Die Elektroden sind in Reihenschaltung miteinander elektrisch leitend verbunden, um aus der Brennstoff-Batter ie einen hohen Spannungsausgang zu gewährleisten.

Vorliegende Erfindung bezieht sich also einmal auf ein Verfahren zur Ableitung und zur Zurückleitung eine, s ausgewählten Fluids

das elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar ist, zu einem Fluid - strom, der sich aus einer Mehrzahl von Fluid

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zusammensetzt. Zumindest ein Seil des ' Fluid -stroms wird durch eine Empfängerzone zirkuliert. Bae elektrochemisch verbrauchbare und regenerierbare KLuId* ist zwischen eiaem Segment des fluid - istroms, der stromauf der Empfang er zone und einem Segment des Fluid - ströme, der stromab der Empfäugerzone angeordnet ist, örtlich verändert. Bas fluid wird an einer Elektrode, die sich in Kontakt mit einem Fluid - stromsegment befindlich angeordnet ist, verbraucht» Diese verbrauchende Elektrode befindet sich in elektrisch leitender Verbindung mit einer zweiten Elektrode, die sich in Kontakt mit dem verbleibenden Fluid - strom-Segment befindet, an dem das Fluid elektrochemisch regeneriert wird.

Die Stufe des Erwärmens oder Abkühlens des Fluid - Stroms kann in der Empfängerzone durchgeführt werden» Zusätzlich oder alternativ kann zumindest-ein Teil des Fluid - -Stroms in der Empfängerzone entfernt werden. Dies kann, durch chemische oder elektrochemische Eeaktion in der Empfangerzone bewirkt werden* Man kann auch zumindest, einen Teil des Fluids bezüglich des aufströmenden Fluid - stroms physikalisch vom Fluid -■ strom innerhalb der Empfängerzone abtrennen. In jedem Fall kann das verbrauchbare und regenerierbare Fluid von dem Aufstromsegment zum Herabstromsegment oder umgekehrt örtlich verändert werden.

Gemäss einer bevorzugten Anwendungsweise wird das verbrauchbare und regenerierbare . Fluid in der Empfängerzone, die die Eeaktionskammer der Brennstoffzelle sein kann, teilweise elektrochemisch verbraucht. Das verbrauchbare Fluid , das im Herabstromsegment des Fluid - stroms verbleibt, wird normalerweise zwischen den Elektroden zum Auf stromsegment örtlich verlagert bzw. transportiert. Wenn sich zwischen den Elektroden eine vorbestimmte Polarisation entwickelt, kann die Richtung dieser örtlichen Verlagerung umgedreht werden. Die örtliche Verlagerung in der umgekehrten Richtung kann so lange bezüglich eines bestimmten

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Fluid - Volumens über eine bestimmte Zeitspanne hinweg fortgesetzt werden, oder auch so lange, bis die Polarisation der Brennstoffzellen-Elektrode in der Reaktionskammer stattfindet.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein solches System, bei dem ein Fluid - strom zirkuliert werden kann, der sich aus einer Mehrzahl von Fluids zusammensetzt, wobei zumindest eine von ihnen elektrochemisch in eine ionisierte Form überführbar und elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar ist. Hierbei ist sowohl ein Fluid - empfänger als auch, transportmittel vorhanden, die zumindest einen Teil des Fluid - Stroms zum Fluidempfanger hin und von diesem wegtransportieren; es ist ferner eine Brennstoffzelleneinheit eingeschlossen. Die Brennstoffzelleneinheit besitzt eine erste und eine zweite Elektrode, die fähig sind, das eine Fluid elektrochemisch zu verbrauchen und zu regenerieren. Die erste und zweite Elektrode liegen in Fluid - .verbindung mit dem Fluid - aufstrom bzw. dem Fluid - herabstrom des Fluid - empfängers. Dabei sorgt ein Elektrolyt für die ionisch leitende Verbindung zwischen der ersten und zweiten Elektrode infolge Ionentransports zwischen den Elektroden. Es ist ferner eine elektronisch leitende Verbindung zwischen der ersten und zweiten Elektrode vorhanden, um den Ionentransport zwischen den Elektroden zu gewährleisten.

Der Empfänger ist so ausgestattet, dass er die Erwärmung oder die Abkühlung zumindest eines Teils des Fluid - Stroms bewirken kann. Gemäss einer Ausführungsform kann die Zelleneinheit als Erhitzer dienen. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann der Empfänger so ausgebildet sein, dass eine physikalische Abtrennung eines Teils des Fluid - stroms stattfindet, beispielsweise durch Anwendung eines nicht porösen, wasserstoff durchlässigen Metallelements oder einer selektiv permeablen-Membran.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Empfänger die Reaktionskammer einer zweiten Zelleneinheit, wobei zumindest eine Elektrode sich in der Reaktxonskammer in Verbindung mit dem Fluid

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^ — strom befindet. Die zweit© Zelle ist vorzugsweise in Reihe mit der ersten oder' mit der BrennstoffZeileneinheit elektrisch verbunden, so dass daa - Fluid _# innerhalb der ersten Zelleneinheit örtlich verlagert wird« Kormalerweise wird das Fluid

'von dem . Fluid - strom, der von der zweiten, Zelleneinheit herabströmt, zum Fluid - .-strom,der zur zweiten Zelleneinheit heraufströmt, örtlich verlagert. Es können hierbei Anordnungen* getroffen sein, um die Polarität der Verbindung zwischen den Zelleneinheiten periodisch umzukehren, um das Fluid ' bezüglich der ersten Zeileneinheit in umgekehrter Sichtung örtlich zu ver-' lagern bzw» zu transportieren. Diese ümschaltvorrichtungen können Mittel beinhalten, 'um die. Polaritätsumkehr innerhalb eines .vorbastimmbaren Zeitintervalls so lange aufrecht zu erhalten, bis @iae fc vorbestimmte Fluid - menge örtlich verlagert ist oder so lange bis die zweite Zelleneinheit polarisiert ist» Die zweite Zelleneinheit besteht vorzugsweise aus einer Brennstoffzelle oder einer Batterie·

Das Wesen vorliegender Erfindung ■ wird mm anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert»

Figur 1 ist ein teilweise schematisches Diagramm, bei dem die Brennstoffzelleneinheit im Schnitt gezeigt ist; dieses Diagramm entspricht einer Ausführungsform gemäss vorliegender Erfindung«,

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform in Gestalt eines teil- ' weise schematischen Diagramms, wobei der Empfänger im Schnitt gezeichnet ist. ·'■'■"

Figur 3 ist ein teilweise schematisches Diagramm einer gegenüber der Ausführungsform der Figur 2 abgeänderten Ausbildung.

Figur 4- zeigt ein teilweise schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform mit einer zweiten Zelleneinheit im Schnitt.

Figur 5 ist ein teilweise^ schematisches Diagramm einer gegenüber

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der Darstellung der Figur 4 abgeänderten Ausführungsform.

Figur 6 ist ein teilweise schematisch.es Diagramm einer gegenüber der Darstellung der Figur 4 abgeänderten Ausführungsform mit einer im Schnitt gezeigten Ventil einheit.

Figur 7 ist ein teilweise schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform des Systems gemäss Figur 4.

Figur 8 ist ein teilweise schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Brennstoffzellen-Batterie im Schnitt gezeichnet.

Figur 9 ist ein teilweise schematisches Diagramm eines alternie- i renden Systems mit einer im Schnitt gezeichneten Brennstoffzelle.

Der Ausdruck "Brennstoffzelleneinheit" bzw. "Zelleneinheit" soll sowohl Einheiten, die aus einer einzigen Zelle, als auch solche, die aus einer Zellenbatterie bestehen, umfassen. Weiterhin soll der Ausdruck "Brennstoffzelle" bei vorliegender Erfindung generell eine solche Zelle bedeuten, die Elektroden und einen Elektrolyten besitzt, welche während des Betriebs chemisch unverändert bleiben. Solche Zellen besitzen Elektroden, die die elektrochemischen Reaktionen katalysieren, bei denen Fluids in Ionen und/oder Ionen in Fluide umgewandelt werden, ohne dass die Elektroden oder der Elektrolyt beim Betrieb verbraucht werden. Zellen dieses Typs werden am häufigsten zur Erzeugung von Elektri- ' zität verwendet, wobei ein elektrochemisch oxydationsfähiges

Fluid der einen Elektrode und ein elektrochemisch reduzierbares Fluid der Gegenelektrode zugeführt werden. In strukturell gleichen Ausführungsformen solcher Zellen kann Elektrizität auch dadurch erzeugt werden, dass man ein elektrochemisch verbrauchbareaund regenerierbares Fluid einer Elektrode in höherer Konzentration, bei höherem Druck oder bei höherer Temperatur zuführt, als der Gegenelektrode. Ferner kann man bei gleicher äusserer Form der Zelle diese auch dazu verwenden, um ein

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elektrochemisch verbrauchteres und regenerierbares Fluid zwischen den Elektroden örtlich zu verschieben, wobei eine Pot.entialdifferenz zwischen den Elektroden· aufgedrückt wird,, Während bei den Brennstoffzellen bezüglich jeder dieser Anwendungsweisen die charakteristische Invarianz von Elektrode und Elektrolyt beibehalten wird, kann in gewisser Hinsicht eine strukturmassige Abänderung angezeigt sein, um die Zellen besser den jeweiligen Druckverhältnissen, der Feuchtigkeit und dem thermischen Gleichgewicht, die bei der jeweiligen Anwendung vorliegen,- anzupassen. Der Ausdruck "Brennstoffzelle" soll in erster Linie eine eng umgrenzte Klasse an Z eil strukturen kennzeichnen und erst in zweiter Linie eine bestimmte Verwendung, der eine oder mehrere solcher Zellen zugeführt wird. -

Der hier verwendete Ausdruck "elektrochemisch verbrauchbares und regenerierbares' Fluid " bezieht sich auf ein solches· Fluid , das man entweder oxydieren oder reduzieren kann, und zwar durch Umwandlung in eine ionisierte Form oder durch Reaktion mit Ionen mit anschliessender Regenerierung in die ursprüngliche Form infolge Reduktion bzw. Oxydation an einer Brennstoffzellenelektrode. Wasserstoff ist ein Beispiel eines Fluids , das elektrochemisch oxydierbar ist, wobei Protonen, d.h. Wasserstoff ionen, entstehen. Die Protonen können leicht elektrochemisch reduziert werden, wobei Wasserstoffgas erzeugt wird. Aus ' Gründen des Vergleichs ist festzustellen, dass Methan an der } Anode einer Brennstoffzelle elektrochemisch oxydierbar ist. Jedoch kann solchermassen verbrauchtes Methan nicht elektrochemisch in seine ursprüngliche Form an der Gegenelektrode der Brennstoffzelle regeneriert werden. Zur Illustration eines Oxydationsmittels sei festgestellt, dass man Sauerstoff oder Halogen leicht an einer Brennstoffzellenkathode reduzieren kann, wobei man die Regeneration zur ursprünglichen Form infolge elektrochemischer Oxydation an der Gegenelektrode der Brennstoffzelle leicht durchführen kann. Im Gegensatz dazu können Peroxyde, die man leicht ■ an einer Brennstoffzellenkathode reduzieren kann, nicht an der Gegenelektrode regenerieren.

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Figur 1 erläutert eine Anordnung 100, die den schematisch dargestellten Fluid - empfänger 102 enthält. Ein I Fluid - .strom, der dem Empfänger zugeleitet wird, ist durch die die Strömung darstellenden Pfeile 104 gekennzeichnet; der Fluid - strom wird vom Empfänger weiter in Richtung der Strömungspfeile 106 zirkuliert. Die Strömungspfeile 104 illustrieren schematisch das

Fluid - stromsegment, das dem Empfänger zugeführt wird und das bezüglich dem Empfänger als Hinauf strom anzusehen ist, während dem die Strömungspfeile 106 schematisch das Segment des Fluid - stroms illustrieren, das "bezüglich des Empfängers als Herabstrom zu bezeichnen ist. Der Pluid - istrom wird vorzugsweise in nicht gezeichneten Leitungen geführt. Diese Leitungen und die Brennstoffzelleneinheit 108 stellen zusammen die Transportmittel für den Fluid -strom zum Empfänger und von diesem weg dar. Aus Gründen der Einfachheit ist die Brennstoffzelle 108 schematisch gezeichnet; sie besteht aus einem Elektrolytelement 110 mit im Abstand gehaltenen Elektroden 112 und 114, die mit dem Elektrolyt in Berührung sind. Ein Gehäuseteil 116 ist an die Elektrode 112 angrenzend angeordnet und besitzt eine Zuführung 118, sowie eine Ableitung 120, durch welche Leitungen das herausströmende

Fluid - segment passieren kann. In entsprechender Weise ist ein Gehäuseteil 122 angrenzend an die Elektrode 114 «angeordnet und besitzt eine Zuführung 124 und eine Ableitung 126, durch welche das herabströmende Fluid - segment passieren kann. Zwischen den Elektroden sind elektrische Leitungen 150 und ein Elektronenleiter 128, die schematisch gezeichnet sind, angeordnet, die den Elektronenfliessweg zwischen den Elektroden vervollständigen.

Zur Erläuterung einer speziellen Anwendungsweise der Anordnung unter Erzeugung elektrischer Energie soll der Empfänger 102 die Fähigkeit besitzen, den Fluid - strom abzukühlen. Bei dieser Ausführungsweise hat das Flmiietrom - .segment, das zum Empfänger hinaufströmt und das durch die Strömungspfeile 104 gekennzeichnet ist, ursprünglich eine Temperatur, die oberhalb der Temperatur des Fluid - ,stromsegments liegt, das vom Empfänger

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herunter strömt und das durch die Strömungspfeile 106 gekennze lehnet ist. Es besteht daher eine Temper atrur differ ens zwischen d@n ' Elektroden 112 und 114 der Brennstoffzelleneinheit 108,

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann der Fluid - strom ursprünglich gasförmiges Jod in einem inerten (Trägergas, beispielsweise Stickstoff, enthalten; das Elektrolytelement 110 besteht aus Silberiodid, die Elektroden 112 und 114 sind porös© Elektroden mit der Fähigkeit, Jod zu oxydieren und zu reduziereng heisses gasförmiges Jod„ das in dem zu dem ,Empfänger hinaufströmenden Fluid - strom enthalten ist, wird zu Jodionen an der Elektrode 112 reduziert und die Jodionen durch das Elektrolyt·» " element transportiert» An der Elektrode 114 werden sodann die Jodionen oxydiert und Jodgas zurückgebildet«, Die Elektroden,, die bei der Oxydation der Jodionen zu gasförmigem Jod freigesetzt werden, werden bei der Reduktion des Jodgases an der Gegenelektrode verbraucht« Es werden also: Elektronen zwischen den Elektroden durch die elektrischen Leitungen IJO und" 128, die'in diesem Fall auch aus einer Vorrichtung, die Elektrizität verbraucht, bestehen können, transportiert«, Es wird hierbei nicht nur Elektrizität erzeugt, sondern, auch Jodgas vom Empfänger abgeleitet.

Bei der Betrachtung der entgegengesetzten "Situation, bei der der Empfänger 102 in der Lage ist, den Fluid - · strom zu erwärmen, \ ist zu betonen, dass die Richtung der örtlichen Verlagerung des Jods zwischen den Elektroden der Brennstoffzelleneinheit ebenso umgekehrt wird wie die Richtung, in der der elektrische Strom durch die Leitung 128 läuft," die ein Elektrizitätsverbraucher ist. Hierbei wird, anstelle einer Ableitung des Jods, vom Empfänger vor allem der Fluid - strom, der den Empfänger zugeführt wird, ständig mit Jod angereichert, das zwischen den Elektroden transportiert wird. Neben der Erzeugung brauchbarer Mengen an Elektrizität ist also zu ersehen, dass die Anordnung 100 auch dazu verwendbar ist, den " Fluid strom, der die Ableitung 126 des Ge-. haus es 122 verlässt, bezüglich des Jods reinzuwaschen»

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Gemäss einer abgeänderten Ausfünrungsform der Anordnung 100 kann sich im Empfänger auch eine chemische Reaktion abspielen. Wenn der Empfänger den Fluidstrom kühlt, kann eine endotherme Reaktion ablaufen, die eine Temperaturdifferenz zwischen den hereinströmen-* den und herausströmenden Segmenten des Fluidstroms erzeugt. In diesem Fall kann die Ableitung des Jods vom Empfänger wünschenswertermassen dem weiteren brauchbaren Zweck dienen, zu verhindern, dass Jod den Empfänger erreicht. Ferner kann es von Vorteil sein, dass dann, wenn der Empfänger den Fluidstrom anheizt, eine exotherme Reaktion im Empfänger stattfinden kann. Hierbei ist leicht einzusehen, dass eine ausgesprochene Brauchbarkeit darin besteht, dass die Wirksamkeit, mit der das ionisierbare und regenerierbare Fluid exotherm im Empfänger verbraucht wird, verbessert wird. i

Wenn es nicht gewünscht ist, dass die Brennstoffzelleneinheit 108 Elektrizität erzeugt, sondern dass die Brennstoffzelleneinheit dazu benutzt wird, ein elektrochemisch verbrauchbares und regenerierbares Fluid abzuleiten, kann die elektronisch leitfähige Anordnung 128 eine Gleichstromquelle sein. Wenn in diesem Fall der Empfänger 102 die Stelle des Ablaufs einer endothermen oder exothermen chemischen Reaktion, .wie oben beschrieben, ist, kann das ionisierbare und regenerierbare Fluid infolge der Wirkung der Brennstoffzelleneinheit örtlich verlagert werden, sodass man eine Ableitung von der Stelle der chemischen Reaktion weg oder zu dieser Stelle hin erreicht. In diesem Fall ist die Richtung der örtlichen Verlagerung zwischen den Elektroden 112 und 114 nicht durch die Temperaturdifferenz bestimmt, sondern wird durch die Polarität des Gleichstrompotentials, das auf die Elektroden aufgedrückt wird, gesteuert. Es ist ferner klar, dass dann, wenn ein Gleichstrompotential zwischen den Elektroden aufgedrückt wird, die Anordnung 100 zur Ableitung von pumpbarem Fluid verwendbar ist, und zwar ungeachtet der Tatsache, ob eine merkliche Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeitsstromsegmenten, die den Empfänger betreten bzw. diesen verlassen, besteht; d.h. wenn im Empfänger eine chemische Reaktion stattfindet, kann vorliegende Erfindung mit exothermen, endothermen oder isothermen chemischen

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Reaktionen durchgeführt werden, die im Empfänger stattfinden. Es ist ferner zu betonen, dass die Gleichstromquelle dazu verwendbar ist, die verbräuchbare und regenerierbare Flüssigkeit zwischen den Elektroden verschiedener Temperaturen in eine Richtung zu transportieren, die der Richtung entgegengesetzt ist, in welche das Fluid von sich aus transportiert würde, wenn die Elektroden über einen Elektrizitätsverbraucher elektronisch verbunden wären. Bei einer Lage, bei der die Gleichstromquelle an die Brennstoffzelleneinheit 108 angelegt wird, ist es augenscheinlich, dass die verbrauchbare und regenerierbare Flüssigkeit sowohl von der Stelle der chemischen Reaktion abgezogen als auch zu ihr hingeleitet werden kann, und zwar unabhängig von jeder spontanen Antriebskraft, die dazu neigt, die Flüssigkeit zu pumpen. Es ist. natür- W lieh zu betonen, dass ein thermischer Gradient, der zwischen den Elektroden der Brennstoffzelleneinheit herrscht, nur eine Art einer Vielzahl von denkbaren Arten spontaner Antriebskräfte ist. Unterschiede in den Partialdrucken eines verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids, die sich in Berührung mit entgegengesetzten Elektroden einer Brennstoffzelleneinheit befinden, können Anlass für eine spontane Triebkraft ebenso sein, wie Unterschiede in der Konzentration des örtlich verlagerungsfähigen Fluids, das sich in Kontakt mit den entgegengesetzten Elektroden einer Brennstoffzelleneinheit befindet.

Eine sehr brauchbare Anwendungsweise der Anordnung 100 besteht ) darin, dass diese eine bestimmte Menge an verbrauchbarer und regenerierbarer Flüssigkeit zum herabfliessenden Segment des Fluidstroms ausmisst. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass der Empfänger die Stelle einer chemischen Reaktion ist, die die verbrauchbare und regenerierbare Flüssigkeit vollständig vom hereinkommenden Fluidstrom entfernt, wird es dem Flüssigkeitsstrom, der den Empfänger verlässt, vollständig an verbrauchbarem und regenerierbarem Fluid ermangeln. Wenn man im Flüssigkeitsstrom, der die Anordnung verlässt, eine gegebene Menge an verbrauchbarem und regenerierbarem Fluid wünscht, so kann man dies dadurch erreichen,

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dass man eine Gleichstromquelle zwischen den Elektroden der Brennstoffzelleneinheit 108 in leitender Verbindung mit diesen anordnet. Durch Steuerung der Coulomb-Menge, die durch den äusseren elektronischen Leitungsweg strömt, kann wiederum der Transport der Ionen durch.den Elektrolyt kontrolliert und die gewünschte Menge an verbrauchbarem und regenerierbarem Fluid dem Flüssigkeitsstrom, der die vorgenannte Anordnung verlässt, zur Verfügung gestellt werden.

Die Anordnung 100 ist also in den vorstehenden Ausführungen bezüglich gewisser bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, wobei der Empfänger 102 sowohl als Erhitzer, als Kühler oder auch als die Stelle des Ablaufs chemischer Reaktionen, wobei gegebenenfalls zusätzlich erhitzt oder abgekühlt wird, fungieren kann. Es ist klar, dass der Empfänger in vielerlei Hinsicht variiert werden kann. Für die Zwecke vorliegender Erfindung ist es lediglich notwendig, dass der Empfänger ein herauf strömendes Segment des Flüssigkeitsstroms empfängt und zumindest einen Teil an Flüssigkeitsstrom abgibt, zum Zwecke der Schaffung eines herabströmenden Flüssigkeitssegments.

Die Figuren 2 bis 4 dienen zur Erläuterung der möglichen Ableitungen durch den Empfänger.

Die durch Figur 2 gezeigte Anordnung 200 besteht aus einer Brennstoffzelleneinheit 208 mit den Elektroden 212 und 214, einem Elektrolyten 210, den Gehäuseteilen 216 und 222, sowie Zuleitungen und Ableitungen 218, 220, 224 und 226. Die Brennstoffzelleneinheit 208 kann mit der Brennstoffzelleneinheit 108 identisch sein. Wie in der Zeichnung dargestellt, unterscheidet sich die Brennstoffzelleneinheit 208 dadurch, dass ein Ventil 232 vorgesehen ist, das die Ableitung aus dem Gehäuseteil 222 kontrolliert. Elektrische Leitungen 230 verbinden die Elektroden über eine elektronisch gleitende Anordnung 228, die in diesem Fall eine Gleichstromquelle ist.

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Der Empfänger 202 ist mit einer Trennwand 234 ausgerüstet« Ein erster Gehäuseteil 236, der peripher gegen die benachbarte Trennwand 254 abgedichtet ist, weist eine Zuleitung 238 für den Empfang des heraufströmenden Segments 204- des Flüssigkeitsstroms und eine Ableitung 240 zum Ausströmen des herabströmenden Segments 206 des Fluids auf. Es ist ferner ein zweiter Gehäuseteil 242 vorhanden, der peripher gegen die gegenüberliegende Oberfläche der Trennwand abgedichtet ist und der mit einem Auslass 244 ausgestattet ist.

Die Trennwand 234 kann eine an sich bekannte Trennwand sein, die die selektive physikalische Trennung eines Fluids von einem anderen bewirkt. In den USA-Patentschriften 2 824 620 und 3 332 216 sind solche Trennwände beschrieben» Wenn man beispielsweise annimmt, dass das heraufströmende Segment 204 des Flüssigkeitsstroms aus unreinem Wasserstoff, beispielsweise aus solchem, der Stickstoff oder Kohlendioxyd enthält, besteht, ist die Trennwand aus einer Metallfolie gebildet, die selektiv permeabel bezüglich Wasserstoff ist 5 eine solche Folie besteht beispielsweise aus Palladium, Wickel oder aus einer Palladium-Silber-Legierung; da im Gehäuseteil 236 ein höherer Druck herrscht als im Gehäuseteil 242 kann man einen reinen Wasser stoff strom aus dem Auslass 244 des zweiten Gehäuseteils erhalten., Das Flüssigkeitsstromseg™ ment 206, das den Empfänger 202 verlässt, kann noch unerwünscht grosse Mengen an Wasserstoff enthalten. Durch Verbindung einer Gleichstromquelle 228 mit den Elektroden 212 und 214 der Brennstoffzelleneinheit 208 kann Wasserstoff vom herabströmenden Segment des Flüssigkeitsstroms zurück zum heraufströmenden Segment transportiert werden, wobei die Gehäuseteile 216 und 222 einen Teil der Transportmittel für den Flüssigkeitsstrom zu dem Empfänger und von diesem weg darstellen. Auf diese Weise kann der Verlust an Wasserstoff dann, wenn ein Teil des Flüssigkeitsstroms die Anordnung durch die Ableitung 226 verlässt, wesentlich verringert oder verhindert werden·

Figur 2 ist im wesentlichen in Form eines Diagramms gehalten; bei den meisten Anwendungsweisen ist die Brennstoffzelle klein im

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Vergleich mit dem Empfänger. Gemäss weiteren Ausführungsformen kann der Empfänger 202 anstelle mit der einen dargestellten Trennwand auch mit einer Mehrzahl von Trennwänden ausgestattet sein, die hintereinander und/oder parallel angeordnet sind. Wenn der Anteil an Verunreinigung in dem elektrochemisch verbrauch!)aren und regenerierbaren Fluid, der an der Trennwand physikalisch abgetrennt wird, in dem in die Anordnung einströmenden Flüssigkeitsstrom ursprünglich niedrig ist, kann das Ventil 232 zunächst geschlossen sein. Die relativ geringen Volumanteile flüssiger Verunreinigungen sammeln sich dann im Gehäuseteil 222 und können periodisch durch manuelles oder auf sonstige Weise erfolgendes öffnen und Schliessen des Ventils von der Anordnung abgezogen werden. Ferner kann der Gehäuseteil 222 ein grosses Volumen aufweisen, so dass es in der Lage ist, alle Verunreinigungen, die sich gegebenenfalls ansammeln, aufzunehmen. Während die obige Beschreibung die selektive physikalische Trennung von Wasserstoff erläutert, ist zu betonen, dass diese Anordnung ebenfalls zur selektiven Abtrennung anderer verbrauchbarer und regenerierbarer Fluids, wie zum Beispiel von Halogenen und Sauerstoff dienen kann. Ferner kann eine Vielzahl von flüssigen Verunreinigungen in Mengen, die zwischen grösseren Mengen und Spuren schwanken können, in den chemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids vorhanden sein.

Ferner kann das zwischen den Elektroden der Brennstoffzelle angelegte Gleichstrompotential andererseits so geschaltet sein, dass das elektrochemisch verbrauchbare und regenerierbare Fluid, das im hereinkommenden Flüssigkeitsstrom enthalten ist, nicht zur Trennwand rezirkuliert, sondern von einer anderen Trennwand abgeleitet wird. Um hier ein spezielles Beispiel anzugeben, ist anzunehmen, dass der Flüssigkeitsstrom, der die Anordnung betritt, eich aus einer Mischung von Wasserstoff und Helium besteht; die Trennwand kann in diesem Fall aus einer linearen Fluorkohlenstoff-Trennwand bestehen, wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 332 216 beschrieben ist, und die selektiv permeabel bezüglich Helium ist. In einem richtig angeordneten System ist

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entweder die Brennstoffzelleneinheit 208 oder die Trennwand 234 fähig, Wasserstoff und Helium völlig voneinander zu trennen, ohne dass unter den normalen Umständen weitere Hilfsmassnahmen benötigt werden. Bei Verwendung einer solchen Anordnung, bei der sowohl die Brennstoffzelleneinheit als auch die Trennwand fähig ist, Helium und Wasserstoff voneinander zu trennen, wird die Trennung zuverlässiger bewirkt, wobei die Anordnung in der Lage ist, selbst dann wirksam zu arbeiten, wenn die Trennwand der Brennstoffzelleneinheit ausfällt, wie dies beispielsweise dadurch geschehen kann, dass entweder die Trennwand oder das Elektrolytelement einen Riss oder ein kleines Loch bekommt. Um eine Rückdiffusion von der Brennstoffzelleneinheit zur Trennwand zu verhindern, ist vorzugsweise zwischen dem Empfängerauslass und dem Brennstoffzelleneinlass 224- ein Kontrollventil angeordnet. Wiederum herrscht eine Druckdifferenz bezüglich der beiden Seiten der Trennwand 234,um eine Triebkraft für den Durchtritt des Heliums durch die Trennwand zu erzeugen.

In Figur 3 ist die Anordnung 300 dargestellt, die eine Variante der Anordnung 200 ist. Die gleichen Elemente, die sich in der Anordnung 200 befinden, sind in der Anordnung 300 mit einem um die Zahl 100 erhöhten Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Hauptabänderung der Anordnung 300 besteht in der Einschaltung einer zweiten Brennstoffzelleneinheit 350 mit den Elektroden 352 und 354, zwischen denen sich der Elektrolyt 356 befindet. Die zweite Brennstoffzelleneinheit ist mit einem Gehäuseteil versehen, das der Elektrode 352 benachbart angeordnet ist und einen Ausgang 360 besitzt. Ein zweites Gehäuseteil 362 ist in Nachbarschaft der Elektrode 354 angeordnet und besitzt eine Zuführung 364 und einen Ausgang 366. Der Ausgang wird durch ein Ventil 368 kontrolliert. Über elektrische Leiteranordnungen 372 und 374 ist eine Gleichstromquelle 370 mit den Elektroden 314 und 352 verbunden. Die Elektroden 312 und 354 sind über eine elektrische Leitung 376 miteinander verbunden.

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Gemäss einer speziellen Anwendungsweise wird ein Fluidstrom, der ursprünglich ein verbrauchbares und regenerierbares Fluid und ein elektrochemisch nicht reaktives Fluid enthält, beispielsweise eine Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff, dem Empfänger 302 zugeführt, in welchem der Wasserstoff durch Hindurchtritt durch die Trennwand 334 physikalisch abgetrennt wird. Jeglicher Wasserstoff, der in dem Fluidstrom verbleibt, der den Empfänger verlässt, kann durch elektrochemischen Verbrauch an der Elektrode 314 abgetrennt und an der Elektrode 312 regeneriert werden. Auf diese Weise arbeitet die Brennstoffzelle unter Verbesserung der Wirksamkeit der Wasserstoffabtrennung durch die Trennwand infolge Herausnahme des Wasserstoffs aus dem Fluidstrom, wenn dieser die Anordnung verlässt und durch den Transport des Wasserstoffs, sodass dieser zur Trennwand rezirkuliert wird. In dieser Hinsicht ist die Operation der Anordnung 300 identisch zu derjenigen der Anordnung 200. Da ebenso wie bei der Anordnung 200 ein höherer Wasserstoffdruck im Gehäuseteil 336 herrscht als im Gehäuseteil 342, ist eine Triebkraft vorhanden.

Die Verbesserung liegt bei der Anordnung 300 in dem Umstand begründet, dass die Möglichkeit berücksichtigt wurde, dass die Trennwand 334 nicht vollständig wirksam ist bezüglich der Trennung von Wasserstoff und Stickstoff. Beispielsweise kann die Trennwand aus einem Material bestehen, das nicht total selektiv ist bezüglich der Permeation des Wasserstoffs} die Trennwand kann sich auch in negativer Weise bezüglich ihrer Verwendbarkeit derart verändern, dass sie einen physikalischen Durchtritt von Stickstoff zulässt. Die zweite Brennstoffzelle 350 dient dazu, sicherzustellen, dass gereinigter Wasserstoff von der Anordnung durch den Auslass 360 geliefert wird, da die zweite Brennstoffzelleneinheit ebenso fähig ist, unter den gewöhnlichen Arbeitsbedingungen Wasserstoff selektiv abzutrennen. Das Ventil 368 ist vorgesehen, um eine periodische Reinigung bzw. Entleerung des zweiten Gehäuseteils 362 zu ermöglichen, in dem Fall, dass sich Stickstoff hierin angesammelt hat.

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Die in Figur 4 dargestellte Anordnung 400 unterscheidet sich dadurch von den Anordnungen 100 und 200, dass der Empfänger 402 selbst eine Brennstoffzelleneinheit ist. Aus Gründen der Einfachheit ist die Brennstoffzelleneinheit 402 in Figur 4 als einfache Brennstoffzelle mit einem Elektrolyt 450 und einer ersten und zweiten Elektrode 452 bzw. 454, die den Elektrolyten eingrenzen und einander gegenüberliegen, gezeichnet. Ein erster Gehäuseteil 436 ist peripher gegen die erste Elektrode abgedichtet und mit einer Zuführung 438 und einem Auslass 440 ausgestattet. Ein zweiter Gehäuseteil 442 ist peripher gegen eine zweite Elektrode abgedichtet und mit einer Zuführung 456, sowie einem Auslass 444 ausgerüstet. Die Brennstoffzelleneinheit 408 stimmt überein mit der Brennstoffzelleneinheit 208, mit der Abänderung, dass die Auslassleitung 226 weggelassen wurde. Entsprechende Elemente bei den Anordnungen 200 und 400 sind bei der Anordnung 400 mit einem Bezugszeichen versehen, das um die Zahl 200 erhöht ist.

Die elektrische Verbindung der Brennstoffzelleneinheiten 408 und 402 erfolgt durch die elektrische Leitung 458, die die Elektroden 412 und 452 der Brennstoffzelleneinheiten verbindet. Die elektrische Leitung 460 verbindet die Elektrode 454 mit dem Elektrizität sverbraucher 462; die elektrische Leitung 464 verbindet den Elektrizitätsverbraucher mit der Elektrode 414, wodurch der Kreis geschlossen ist.

Die Brennstoffzelleneinheit 402 wird ausser der Versorgung mit dem ersten Fluidstrom, der durch die Strömungspfeile 404 und 406 gekennzeichnet ist, auch noch mit einem zweiten Fluidstrom, der durch die Strömungspfeile 466 und 468 dargestellt wird, gespeist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anordnung 400 dazu verwendet, elektrische Kraft zu erzeugen und mit diesen den Elektrizitätsverbraucher 462 zu speisen. Die Brennstoffzelleneinheit 402 kann dazu verwendet werden, elektrische Kraft durch Zuführung eines Oxydans, beispielsweise von Sauerstoff oder Luft, zur Elektrode 454 zu erzeugen, wie dies beispielsweise durch die Strömungspfeile 466 und 468 angezeigt wird. Gemäss einer Ausführungsform

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kann der Gehäuseteil 442 weggelassen und die Umgebungsluft als Oxydans verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Elektrode 452 der Brennstoffzelleneinheit 402 mit Wasserstoff versorgt werden, der geringe Mengen an elektrochemisch relativ inerten Verunreinigungen, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxyd usw. enthält. Das Fluidstromsegment, das zur Elektrode 452 transportiert wird, wird durch den Strömungspfeil 404 gekennzeichnet, während der Anteil an Fluidstrom, der an der Elektrode 452 nicht verbraucht wird, durch den Strömungspfeil bezeichnet ist.

Die Brennstoffzelleneinheit 408 erfüllt eine sinnvolle Funktion der Herausnahme verbliebenen Wasserstoffs aus dem Fluidstromsegment 3O6, das die Elektrode 452 verlässt. Es ist festzustellen, dass der Fluidstrom beim Transport zur Elektrode 452 in Fluid-Berührung mit der Elektrode 412 kommt. Der Fluidstrom, der die Brennstoffzelleneinheit 402 verlässt, wird im Gehäuseteil 422 der Brennstoffzelleneinheit 408 gesammelt. Es kann Fluid kontinuierlich durch eine nicht gezeigte Ableitung oder auch periodisch durch die zusätzliche Anordnung eines Ventils, wie beispielsweise nach der Art des Ventils 232 der Figur 2, abgezapft werden. In der gezeigten Ausfuhrungsform der Einheit können inerte Stoffe einfach in dem Gehäuseteil angesammelt werden, wobei keine Massnahme zu deren Abzapfung erforderlich ist. Diese Anordnung kann verwendet werden, wenn das durch das Gehäuseteil 422 bestimmte Volumen relativ gross und/oder ein kleiner Anteil an nichtreaktiven Stoffen im Fluidstrom vorhanden ist. Eine Brennstoffzelleneinheit, die für diesen Zweck beispielsweise geeignet ist, ist in der Patentschrift (USA-Patentanmeldung Serial No. 548 788 vom 9. Mai 1966),auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben.

Es ist davon auszugehen, dass die Brennstoffzelleneinheit 402 eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ist und die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 452 und 454 etwa 1,0 bis 0,5

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Volt "beträgt, was jeweils von dem Strom, der dem Elektrizitätsverbraucher 464 zugeführt wird, abhängt. Da Wasserstoff in Verbindung mit beiden Elektroden 412 und 414 zugegen ist, beobachtet man eine sehr kleine Potentialdifferenz in der Grössenordnung von 0,1 Volt zwischen diesen Elektroden. Es ist dann augenscheinlich, dass die Brennstoffzelleneinheit 402 tatsächlich Wasserstoff zwischen den Elektroden der Brennstoffzelleneinheit 408 transportiert und zusätzliche Mengen an elektrischer Kraft produziert, die sinnvoll durch den Elektrizitätsverbraucher 462 aufgezehrt wird.

Während die Anordnung 400 unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform der Herausnahme des Wasserstoffs beschrieben wurde, ist zu betonen, dass diese Anordnung ebenso gut dazu verwendet werden kann, ein Oxydans aus einem unreinen Oxydansstrom, der die Elektrode 452 verlässt, herauszunehmen. Bei einer solchen Anwendungsweise zeigen die Strömungspfeile 468 und 470 natürlich den Weg des Brennstoff--Flusses an, der gegenüber der bevorzugten Ausführungsform umgekehrt ist.

In Figur 5 ist die Anordnung 500 als Variation der Anordnung 400 gezeigt, wobei sowohl der Oxydans- als auch der Brennstoff-Strom "gereinigt" und die unverbrauchten Teile an Brennstoff und Oxydans in den hereinfliessenden Eeaktantenstrom zurückgeleitet werden. Die Brennstoffzelleneinheit 502 erzeugt elektrische Kraft, die dem Elektrizitätsverbraucher 504 zugeleitet wird. Eine Brennstoffzelleneinheit 502 wird mit einer Brennstoffelektrode 506 und einer Oxydans-Elektrode 508, die an gegenüberliegenden Seiten des Elektrolyten 510 angeordnet sind, ausgestattet. Sowohl der Brennstoff als auch das Oxydans bestehen in diesem Falle aus Fluids,die elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar sind. Beispielsweise kann der Brennstoffstrom, der durch den Strömungspfeil 512 dargestellt wird, aus unreinem Wasserstoff bestehen, während der Oxydansstrom, der durch den Strömungspfeil 514 dargestellt wird, aus unreinem Sauerstoff bestehen kann. Die Brennstoffzelleneinheit 502 weist eine Brennstoffzuführung 516, eine Oxydanszuführung 518,

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eine Brennstoff ableitung 520 und eine Oxydansableitung 522 auf.

Die Brennstoffzelleneinheiten 524 und 526, die einen Teil der das Fluid transportierenden Anordnung darstellen, nehmen den Wasserstoff bzw. den Sauerstoff aus den erschöpften Strömen, die die Brennstoffzelleneinheit 502 verlassen, heraus. Die Brennstoffzelleneinheiten 524 und 526 können im Aufbau und in der Funktion den Brennstoffzelleneinheiten 108, 208 und 408, die weiter oben beschrieben sind, gleichen. Es ist zu betonen, dass der Elektrizitätsverbraucher elektrisch mit der Elektrode 506 der Brennstoff zelleneinheit 502 durch die elektrische Leitung 528, die Elektrode 530, an welcher der gereinigte Wasserstoff verbraucht wird, den Elektrolyten 532, der ein Jonenleiter ist, die Elektrode 534, die regenerierten Wasserstoff an den Fluidstrom und schliesslich durch die elektrische Leitung 536 elektrisch verbunden ist. In gleicher Weise ist der Elektrizitätsverbraucher mit der Oxydanselektrode 508 durch die elektrische Leitung 538» die Elektrode 540, an der der gereinigte Sauerstoff verbraucht wird, den Elektrolyten 542, die Elektrode 544, die zur Abgabe von regeneriertem Sauerstoff an den Oxydansstrom dient und schliesslich durch die elektrische Leitung 546 verbunden. Bei dieser speziellen Anwendungsweise sind die parasitären Kraftverluste die von den Brennstoffzelleneinheiten 524 und 526 herrühren, lediglich ein Bruchteil des Kraftausstosses der Brennstoffzelle 502, die dem Elektrizitätsverbraucher zugeführt werden, wenn die Einheit 502 lediglich aus einer einzigen Brennstoffzelle besteht. Es ist demzufolge vorzuziehen, eine Brennstoffzellen-Batterie als Einheit 502 bei dieser Anordnung zu verwenden.

Um die wichtigen Charakteristika der Anordnungen gemäss Figuren 1 bis 5 und die damit zusammenhängenden Prozesse kurz gefasst darzustellen, wurden diese bezüglich der Anwendung gewisser beispielhafter elektrochemisch verbrauchbarer und regenerierbarer Fluids und gewisser beispielhafter Fluidmischungen beschrieben, wobei zu betonen ist, dass in der Praxis ein ganzes Spektrum an

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Fluids und Fluidkombinationen gemäss vorliegender Erfindung verwendbar sind. Ferner können die Brennstoffzelleneinheiten und die Empfänger von den bildlich dargestellten Ausführungsformen in weiten Grenzen abweichen bzw· variiert werden. Soweit die Zelleneinheiten, die Empfänger und die elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids, sowie ihre Eigenschaften per se dem Stand der Technik bekannt sind, ist die Auswahl spezieller Fluids und Strukturen im Licht vorliegender Erfindung dem Durchschnittsfachmann gegeben.

Wenn beispielsweise das Jodgas durch die Brennstoffzelleneinheit 108 infolge eines thermischen Gradienten gepumpt wird, kann die Brennstoffzelle gemäss USA-Patentschrift 2 890 259 beschaffen sein; die strukturellen Modifikationen und die Weglassung hohler Isolierwände, sowie die Anordnung von Zuführungen und Abführungen für die Gehäuseteile im Hinblick auf die Verwendung der Brennstoffzelle gemäss USA-Patentschrift 2 890 259 in Verbindung mit der Lehre vorliegender Erfindung ist dem Durchschnittsfachmann gegeben. Halogengase, die analoge elektrochemische Eigenschaften besitzen, können dabei erfindungsgemäss ebenso gepumpt werden, was für Chlor und Brom zutrifft*

Wenn das Fluid, das an einer Elektrode verbraucht und an der Gegenelektrode regeneriert wird, aus Wasserstoff oder Sauerstoff besteht, so sind spezifische Zellaufbauten und spezielle Beispiele dieses Mechanismus des Verbrauchs und der Hegeneration in dem

Patent (USA-Patentanmeldung Ser.No. 385 925 vom

29· Juli 1964-) beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Wie aus der eben genannten Lehre zu entnehmen ist, kann die örtliche Veränderung bzw. der Transport von elektrochemisch verbrauchbarem und regenerierbarem Fluid entweder durch physikalisches Pumpen des Fluids in ionisierter Form durch den Elektrolyten oder durch einfache örtliche Veränderung, bei der die Fluidatome, die verbraucht werden, nicht notwendigerweise die Fluidatome, die regeneriert werden, sind, bewirkt werden. Beide

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Mechanismen können als örtliche Veränderung "bzw. als Transport von Fluid angesehen werden, insoweit für eine gegebene Menge an elektrochemisch an einer Elektrode verbrauchtem Fluid eine gleich grpsse Menge dieses Fluids an der Gegenelektrode erscheint.

Um die direkte Pumpmethode zu illustrieren, sei angenommen, dass eine Brennstoffzelleneinheit mit einem sauren oder einem Kationenaustauscherelektrolyten ausgestattet ist, wobei der Transport des Wasserstoffs gemäss folgender Elektrodenreaktionen stattfindet :

An der Anode

H₂ } 2H⁺ + 2e~

an der Kathode

2H⁺ + 2e

Wenn es dagegen gewünscht ist, Sauerstoff und einen alkalischen oder Anionenaustauscherelektrolyten zu verwenden, so erfolgt der Transport des Sauerstoffs gemäss folgender Elektrodenreaktionen:

an der Kathode

O₂ + 2H₂O + 4e" ^ 40H"

an der Anode

4OH" > O₂ + 2H₂O + 4e"

Zur Illustrierung einer örtlichen Verlagerung, bei der die Atome nicht physikalisch durch den Elektrolyten transportiert werden, wird die örtliche Verlagerung von Wasserstoff durch einen alkalischen oder Anionenaustauscherelektrolyten gemäss folgender Elektrodenreaktionen bewirkt:

an der Anode

+ 2OH" »■ 2H₂O + 2e"

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an der Kathode

2H₂O + 2e~ —■> H₂ + 20H~

In ähnlicher Weise findet der Transport von Sauerstoff in einem sauren oder Kationenaustauscherelektrolyt gemäss folgenden Elektrodengleichungen stattj

an der Kathode

1/2 O₂ + 2H⁺ + 2e" > H₃O

an der Anode

H₂O ^ 1/2 O₂ + 2H⁺ + 2e~

w Es ist zu betonen, dass die Elektrodenreaktionen dann, wenn das örtlich veränderte Fluid nicht in ionisierter Form durch den Elektrolyt gepumpt wird, sich in der Hinsicht unterscheiden, dass das elektrochemisch zu verbrauchende und zu regenerierende Fluid mit Wasser an allen Elektroden eine Zwischenreaktion eingeht.

In dem vorerwähnten Patent (USA-Patentanmeldung

Ser.No· 385 925) sind verschiedene Verfahrensweisen zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Feuchtigkeitsgleichgewichts an den Elektroden beschrieben. Beim Gegenstand vorliegender Erfindung kann die Feuchtigkeit einfach gegebenenfalls dem Fluidstrom zugeführt werden. Während das vorerwähnte Patent

(USA-Patentanmeldung Ser.No. 385 925) auf Verbesserungen in Ver-

k bindung mit der Verwendung von Ionenaustauschermaterialien ge-. richtet ist, ist es nun durch den Stand der Technik anerkannt, dass Brennstoffzelleneinheiten, die konventionelle saure oder alkalische Elektrolyte enthalten, nutzvoll verwendbar sind, wobei wässrige Elektrolyten insbesondere dann bevorzugt werden, wenn elektrochemisch verbrauchbares und regenerierbares Fluid nicht physikalisch durch den Elektrolyt in ionisierter Form transportiert wird. Wenn der Empfänger als Erhitzer oder Kühler fungieren soll und ein grosser thermischer Gradient zwischen den Elektroden in Betracht gezogen wird, ist es vorteilhaft, ein anorganisches Ionenaustauschermaterial, wie beispielsweise Zirkoniumphosphat,

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als Elektrolyten zu verwenden, der beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 276 910 besenrieben ist.

Die Figuren 6 bis 10 einschliesslich beschreiben eine Reihe von Anordnungen, die weitere Ausbildungen bzw. Verbesserungen der Anordnung 4-00 darstellen, wobei hauptsächlich Mittel zur periodischen und automatischen Reinigung des Herabstrom-Gehäuseteils der Brennstoffzelleneinheit beschrieben werden, unter Rezirkulierung eines elektrochemisch verbrauchbaren Fluids an die Elektrode einer Brennstoffzelleneinheit mit dem· Erfolg der Schaffung elektrischer Kraft. G-emäss einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Anordnungen mit einem solchen elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, betrieben, der geringere Mengen an elektrochemisch verhältnismässig inerten Stoffen enthält. Die Brennstoffzelleneinheit, die den Brennstoff regeneriert, dient dazu, die Wirksamkeit des Brennstoffverbrauchs in der Anordnung dadurch zu erhöhen, dass der Brennstoff zu der die elektrische Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheit rezirkuliert wird. Wenn sich ein vorbestimmtes, elektrisches Potential zwischen der verbrauchenden und regenerierten Elektrode der Rezirkulierungsbrennstoffzelleneinheit aufgebaut hat, wird die Ableitung aus dem Herabströmungsgehäuseteil geöffnet und die relativ inerten Stoffe, die sich in diesem Gehäuseteil angesammelt haben, aus der Anordnung entfernt.

Jede der Reinigungsanordnung en der Figuren 6 bis 10 besitzt bestimmte Vorteile gegenüber den Reinigungsanordnungen von Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheiten des Standes der Technik. Um die Möglichkeit eines Wasserstoffverlustes aus der sich in Betrieb befindlichen Brennstoffzelle zu vermeiden, wird es im allgemeinen bevorzugt, dass die Brennstoffzelleneinheit mit einer Brennstoffzufuhr unterhalb des normalen Atmosphärendrucks betrieben wird. Um Jedoch die Reinigungsoperation durchzuführen, war es bisher notwendig gewesen, auf Brennstoffdrucke oberhalb des Atmosphärendrucks umzuschalten. Demgegenüber ist es bei der erfin-

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dungsgemässen Anordnung nicht nötig, dass die Kraft erzeugende Brennstoffzelleneinheit während des Betriebs oder während der Reinigung mit oberhalb des Atmosphärendrucks liegendem Brennstoffdruck versorgt wird, wenngleich gegebenenfalls auch eine solche Massnahme möglich ist. Ein anderer Nachteil der konventionellen Anordnungen bzw. Systeme besteht darin, dass es notwendig war, einen relativ grossen Lagerraum in den Brennstoffzellen in Nachbarschaft der Elektroden, an denen das reagierende Fluid verbraucht wird, für dieses zur Verfügung zu stellen. Dies kommt noch zur Tatsache hinzu, dass relativ inerte Fluids, die im Brennstoff zugegen sind, gewöhnlich in der Brennstoffzelleneinheit aufbewahrt werden, bevor die Reinigung bzw. Läuterung erfolgt. Man muss daher ein beträchtliches Volumen für den Reaktant sicherstellen, um das relativ inerte Fluid zu verdünnen, damit man eine beträchtliche Accumulierung dulden konnte, ohne dass eine Polarisation der benachbarten Elektrode bzw. Elektroden erfolgte„

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Anordnungen bzw. Systeme gemäss vorliegender Erfindung nicht die ersten sind, die eine automatische Reinigung bzw. Läuterung der Kraft erzeugenden Brennstoffzellen bewirken. Solche Anordnungen bzw. Systeme sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 317 3^8 und 3 256 116 beschrieben. Diese Systeme erfordern jedoch die Polarisation von zumindest der letzten Zelle einer Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheit, um die Reinigung durchführen zu können. Demgegenüber ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass es nicht notwendig ist, dass die Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheiten überhaupt polarisiert werden müssen, um die Reinigung in Gang zu setzen, wenngleich dies als ein Kriterium für die Beendigung der Reinigung in zumindest einer Ausführungsform sein kann. In der folgenden ins Einzelne gehenden Beschreibung sind Elemente, die denjenigen der Anordnung 400 entsprechend sind, mit den gleichen Bezugs ζ eichen wie in Figur 4 gekennzeichnet und aus Gründen der Ökonomie nicht nochmals im einzelnen beschrieben.

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Figur 6 erläutert eine Anordnung bzw. ein System 600, das sich von der Anordnung 400 dadurch unterscheidet, dass eine Ableitung 602 vorhanden, ist, die von einem Ventil 604 gesteuert wird, das durch ein Solenoid 606 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung bewegt wird. Das Ventilelement befindet sich normalerweise in der geschlossenen Position, wenn kein elektrischer Strom durch die Windung des Solenoids läuft. Die Solenoidwindung ist parallel mit der Brennstoffzelleneinheit 408 geschaltet, wie dies durch die elektrischen Leitungen 608 und 610 angezeigt wird.

Beim Betrieb der Anordnung 600 kann beispielsweise unreiner Wasserstoff durch den Gehäuseteil 416 der Brennstoffzelleneinheit 408 dem Gehäuseteil 456 der Brennstoffzelleneinheit 402 zugeführt werden. Der grösste Teil des Wasserstoffs wird im Gehäuseteil 436 verbraucht. Der Fluidstrom, der das Gehäuseteil 422 herabströmend von der Brennstoffzelleneinheit 402 betritt, wird in den meisten Fällen erhöhte Anteile von relativ nichtreaktiven Verunreinigungen und einen geringeren Anteil an Wasserstoff enthalten. Der verbliebene Wasserstoff wird zwischen den Elektroden 414 und 412 durch die Triebkraft der Brennstoffzelleneinheit 402, wie dies in Verbindung mit der Anordnung 400 beschrieben wurde, örtlich verlagert.

Zu Beginn ist das Potential der Elektroden 412 und 414 fast völlig gleich, wobei die herrschende Potentialdifferenz lediglich ein Mass für die Irreversibilität der Elektroden ist. Wenn sich dann Verunreinigungen in der Nachbarschaft der Elektrode 414 ansammeln, polarisiert diese Elektrode allmählich, womit sich eine wesentliche Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 412 und 414 entwickelt. Wenn dies erfolgt, wird ein grösserer Anteil des Stroms der den Elektrizitätsverbraucher 462 durchströmt, infolge Nebenschlusses abgeleitet, und zwar infolge des ursprünglich relativ hohen Widerstandswegs, der durch die elektrischen Leitungen 608 und 610, sowie durch die Hagnetschalterwicklung 606 dargestellt wird. Bei einem vorbestimmten Stromniveau, der mit einem vorbe-

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stimmten Potential zwischen den Elektroden 412 und 414 in Wechselbeziehung stehen kann, Öffnet die Spule das Ventil 604, womit die Reinigung des Gehäuseteils 422 von Inertstoffen erfolgt. Wenn der Brennstoff ursprünglich "bei einem Drück oberhalb Atmosphärendruck zugeführt, wurde, können die Inertstoffe in die Atmosphäre · ausströmen. Wenn die Brennstoffzufuhr bei einem Druck erfolgte, der unterhalb des Umgebungsdruckes liegt, ist die Ableitung naturgemäss mit einem Fluid-Re servo ir verbunden, das ebenfalls einen Druck unterhalb Umgebungsdruck aufweist» Wenn der Anteil an Inertstoffen im Gehäuseteil.422'verringert wird, so dass die Elektrode 414 depolarisiert wird, verringert sich der Stromfluss durch die Spule genügend, um sicherzustellen, dass das Ventil wieder in seine normale geschlossene Position zurückgeht.

Die Figur 7 zeigt eine Anordnung 700, die sich dadurch von der Anordnung 600 unterscheidet, dass die Reinigung über eine bestimmte Zeitspanne hinweg erfolgt«, Wie bei der Anordnung 600 wird die Ableitung 702 des Gehäuse teils 422 durch ein Ventilelement 70**· kontrolliert, das normalerweise die Leitung verschlossen hält. Dieses Ventil wird wiederum durch die Spule 706 gesteuert. Die Elektroden 414 und 454 sind in der gleichen Weise elektrisch verbunden wie bei den Anordnungen 400 und 600, jedoch sind die Elektroden 412 und 452 über einen Widerstand 708 durch die elektrische Leitung 458 miteinander verbunden» Eine elektrische Parallelschaltung zwischen den Elektroden 412 und 452 geht durch die elektrische Leitung. 710 in Verbindung zwischen der elektrischen Leitung 458 und einem feststehenden Kontakt 712, der aus Gründen der einfachen Illustration als von der Auslassleitung 702 getragen gezeichnet ist. Ein elektrischer Kontakt 714, der mit dem Ventilelement 704 beweglich ist und von diesem abhängt, ist durch die elektrische Leitung 716 mit der Elektrode 452 verbunden. Die elektrische Leitung 7I8 verbindet ein Ende der Magnetschalterwicklung mit dem Elektrizitätsverbraucher 462 ähnlich wie bei Anordnung 600 gezeigt. Die elektrische Leitung 720, die am anderen Ende der Magnet Schalterwicklung sich befindet, ist mit dem feststehenden Kontakt 722 verbunden. Ein beweg™

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licher Kontakt 724 wird durch einen Bimetallstreifen 726 getragen. Der Kontakt 724 ist mit der Elektrode 452 verbunden, wodurch ein dritter Parallelschaltungsweg geschaffen ist.

Beim Betrieb der Anordnung 700 erzeugt die Brennstoffzelle normalerweise elektrische Kraft, die den Elektrizitätsverbraucher 462 versorgtj es wird ferner hierbei die Brennstoffzelleneinheit 408 veranlasst, Wasserstoff oder jedes andere gewünschte elektrochemisch verbrauchbare und regenerierbare Fluid zwischen den Elektroden 412 und 414 örtlich zu verlagern. Angesichts des Widerstands 708 fliesst der Strom, der sich zwischen den Elektroden 412 und 452 bewegt, zunächst durch die elektrische Leitung 716, die Kontakte 712 und 714 und die elektrische Leitung 710. Da die Elektroden 412 und 414 ursprünglich fast genau das gleiche Potentialniveau besitzen, läuft nur sehr wenig Strom durch die Windung 7O6, der nicht ausreicht, den Magnetschalter bzw. das Ventil zu betätigen. Wenn die Ansammlung von inertem Fluid die Elektrode 414 auf ein vorbestimmtes Potentialvineau polarisiert hat, wird genügend Strom durch die Magnetschalterwicklung im Nebenschluss abgeleitet, so dass nunmehr das Ventilelement 704 betätigt werden kann. Dieses wiederum öffnet die elektrischen Kontakte 712 und 714, die normalerweise geschlossen sind. Ein wesentlicher Teil des elektrischen Stroms zwischen den Brennstoffzelleneinheiten wird unter diesen Umständen durch den Widerstand 708 geleitet. Die hierdurch erzeugte Wärme verursacht, dass sich der Bimetallstreifen genügend deformiert, um die elektrischen Kontakte 722 und 724 zu öffnen. Wenn diese Kontakte geöffnet sind, kann kein Strom durch die Magnet schalt erwicklung fliessenj das Ventilelement 704 schliesst sich wieder und versperrt die Leitung 702 mit der entsprechenden Wirkung auf die Kontakte 712 und 714. Wenn sich der Bimetallstreifen genügend abgekühlt hat und dabei die Kontakte 722 und 724 wieder in Betrieb sind, wird die Anordnung in ihre ursprüngliche Lage zurückversetzt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht hierbei darin, dass die Reinigung für ein bestimmtes Zeitintervall sichergestellt ist, das erforderlich ist, um den Bimetallstreifen anzuheizen. Dies kann durch die Nähe des Streifens

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'am Widerstand, die Stärke des Widerstands und durch die Auswahl der Birnetallstreifeakonstruktion kontrolliert werden, sodass eine ■beträchtliche Variation der läng© der Zeitintervalle bezüglich des Reinigung^ effekte auswählbar ist«,

Figur 8 zeigt eine weitere bevorzugte Anordnung 800. 'Eine Brennstoff zellen-Batterie 802 "besitzt hierbei einen Elektrolyten 804, der diesmal vorzugsweise aus einer Jonenaustauschermembran oder einer porösen Matrix bestehty in der der Elektrolyt.festgehalten ist» Eine Mehrzahl von Elektroden 806a, 806b, 806c, 8'06'd und 806e ist in Nachbarschaft einer grosser en Oberfläche des Elektrolyten angeordnet. Ferner ist eine Mehrzahl "von Elektroden 808a, 808b, 808c, 808d und 808e gegenüberliegend in Nachbarschaft einer grösserenOberfläche des Elektrolyten angeordnet, wobei sich die beiden Elektrodenkategorien mit 'ihren Oberflächen direkt gegenüber-" liegen. Ein erster Gehäuseteil 810 ist peripher abgedichtet in Nachbarschaftsposition aum grÖsseren Oberfiächenteil des Elektrolytelements. Dieses,Gehäuseteil ist mit einer Zuleitung 812 und einer Ableitung 814 ausgestattet, durch die das reagierende Fluid eintritt bzw« die Brennstoffzellen-Batterie verlässt, wie durch die Strömungspfeile 816 und 818 angegeben ist» Der zweite Gehäuseteil 820 ist in analoger Meise bezüglich des Elektrolyten angeordnet und mit einer Zuleitung 822 und einer Ableitung 824 -ausgestattet. Die Brennstoffzellen-Batterie 802 ist nur schematisch dargestellt, da solche Batterie per se nicht Gegenstand vorliegender Erfindung sind. Gegebenenfalls können solche Brennstoffzellen-Batterien nach der Vorschrift des Patents ...··..··.·..·....·... (USA-Patentanmeldung Serial No. 563 501 vom ?. Juli 1966), auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, hergestellt werden«, Während die Anordnung vorzugsweise in Kombination mit einer Kraft erzeugenden Brennstoffzellen-Batterie verwendet wird, kann sie auch auf eine Kraft erzeugende Brennstoffzelle angewendet werden.

Als Teil des Transporteurs für ein zweites reagierendes Fluid zum zweiten Gehäuseteil der Brennstoffzellen-Batterie hin und von

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diesem weg ist eine Brennstoffzelleneinheit 826 vorgesehen, die aus dem Elektrolyten 828, den Elektroden 830 und 832, sowie den mitwirkenden Gehäuseteilen 83²J- und 836 besteht. Das Gehäuseteil 834» das mit der Elektrode 830 zusammenarbeitet, ist mit einer Zuführung 838 und einer Ableitung 840 versehen. Das Gehäuseteil 836, das mit der anderen Elelctrode der Einheit zusammenarbeitet, ist mit einer Zuführung 842 ausgestattet, die durch das Kontrollventil 844 gesteuert wird, sowie mit einer Ableitung 846, die durch das Kontrollventil 848 gesteuert wird.

Eine Pumpe 850 ist im Schnitt schematisch gezeigt. Das Pumpgehäuse 852 bildet einen Zylinder 854, in welchem ein Kolben 856 gleitbar und dichtend angeordnet ist. Der Kolben wird durch die Kolbenstange 858 bewegt. Ein Einlass 860 führt das Fluid in den Pumpenzylinder. Im Gehäuse befindet sich ferner eine öffnung 862, die den Ausgang aus dem Pumpenzylinder darstellt. Die öffnung wird durch ein Kontrollventil gesteuert, das aus einem Ventilgehäuse 864 besteht, das einstückig mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. Ein Ventilelement 866 kontrolliert den Durchgang des Fluids durch die öffnung in Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 868. Eine Druckfeder 870 drückt in der Grundstellung das Ventil gegen diesen Ventilsitz. Es ist ferner eine Ableitung 872 vorhanden, durch die das Fluid aus dem System ausströmen kann.

Das zweite reagierende Fluid, das aus einem elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluid besteht, wird dem zweiten Gehäuseteil der Brennstoffzellen-Batterie durch das Gehäuseteil 834 der Brennstoffzelleneinheit, wie durch die Strömungspfeile 874 angezeigt ist, geleitet. Der Fluidstrom, der die Brennstoffzellenbatterie verlässt, wird durch den Gehäuseteil 836 der Brennstoffzelleneinheit, sowie durch die Pumpe, wie durch die Strömungspfeile 876 gezeigt, abgeführt.

Diese Anordnung erzeugt brauchbare Mengen an Elektrizität für den Elektrizitätsverbraucher 878. Wenn die in Abstand gehaltenen einander gegenüberliegenden Elektrodenpaare auch einen gemeinsa-

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men Elektrolyten "berühren, so sind dies© zumindest das elektrische .Äquivalent getrennter Zellen» Wenn die Elektroden in Reihe, durch die elektrischen Leitungen 88Oa₉ I)₅ c und d geschaltet sind, erzeugen sie demgemäss ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden 806 a und 8Q8e, das demjenigen äquivalent ist, das durch fünf separate Brennstoffzellen erzeugt wird.-

Ber Elektrizitätsverbraucher ist über die elektrische Leitung 'mit der Elektrode-806a-verbunden. Der Elektrizitätsverbraucher ist normalerweise mit der Elektrode 832 der Brennstoffzelleneinheit durch einen normalerweise geschlossenen Kontakt 884 des Relais 886 verbunden» Eine elektrische Leitung 888 verbindet den Elektrizitätsverbraucher und den Relaiskontakt 884; eine· elektrisehe Leitung 890 ist schematisch dargestellt, die den Kontakt 884- mit der Elektrode 832 verbindet« Um den Kreis zwischen der Brennstoffzellen-Batterie und dem Elektrizitätsverbraucher zu schliessen, ist die Elektrode 808e der Brennstoffzellen-Batterie mit der Elektrode 8JO der Brennstoffzelleneinheit durch die elektrische Leitung 892, den normalerweise geschlossenen Kontakt des Relais und durch die elektrische Leitung 896" verbunden.

Um eine periodische Umkehr der Polarität der Verbindung zwischen. der Brennstoffzellenbatterie und der Brennstoffzelleneinheit zu gewährleisten, ist das Relais mit einer Spule 898 ausgestattet, die durch die elektrische Leitung 899 mit der Elektrode 806a verbunden ist. Die Spule ist mit der Elektrode 808e der Brennstoffzellenbatterie durch die elektrische Leitung 897 mit dem Kollektor 893 des Transistors 895 verbunden. Die Elektrode 891 des Transistors ist durch die Leitung 889 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 894 des Relais verbunden. Die elektrische Leitung 889 verbindet auch die Elektrode des Transistors mit dem Elektrizitätsverbraucher durch den normalerweise offenen Kontakt 887 des Relais, der ferner mit. der elektrischen Leitung 888 in Verbindung steht. Die Grundelektrode 885 des Transistors ist über den Widerstand 883 ndt der elektrischen Leitung 889 verbunden·

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Ferner ist die Grundelektrode über einen Widerstand 881 mit dem normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 884 verbunden, der seinerseits über den Elektrizitätsverbraucher mit der Elektrode 806a in Verbindung steht. Ferner ist die Grundelektrode über den Widerstand 881 mit dem normalerweise offenen Relaiskontakt 879 verbunden, der seinerseits mit der Elektrode 808e in Verbindung steht.

Um die Polarität der Verbindung zwischen der Brennstoffzellen-Batterie, und der umgekehrten Brennstoffzelleneinheit so lange aufrecht zu erhalten, bis die Polarisation der Elektrode 808e erfolgt, ist ein Transistor 877 mit einem Kollektor 875 ausgestattet, der über einen normalerweise offenen Relaiskontakt 873 mi* der Relaisspule in Verbindung steht. Die Transistorelektrode 871 ist durch die elektrische Leitung 869 mit der Elektrode 808e der Brennstoffzellenbatterie verbunden. Die Grundelektrode 867 des Transistors ist über einen Widerstand 865 mit der Elektrode 808e und über einen Widerstand 863 mit der Elektrode 806e verbunden.

Um die Anordnung 800 in Betrieb zu setzen, wird das erste reagierende Fluid durch die Zuführungsleitung 812 des ersten Gehäuseteils 810 zugespeist. Bei der beispielhaften Situation, bei der der erste Reaktant die Umgebungsluft ist, kann der erste Gehäuseteil dadurch mit Reaktant gefüllt werden, dass man die Leitungen 812 und 814 geöffnet mit der Atmosphäre in Berührung bringt. Wenn man davon ausgeht, dass das zweite reagierende Fluid nicht aus Luft besteht, ist es im allgemeinen wünschenswert, die Anordnung zu Beginn zu reinigen, das zweite reagierende Fluid durch das System zu bewegen und die Luft, die gegebenenfalls in den zweiten Gehäuseteil 820, sowie in die Gehäuseteile 834 und 836 der Brennstoffzelleneinheit hineindiffundiert ist, zu entfernen. Um dies zu bewirken, wird die Pumpe 852 dadurch in Betrieb gesetzt, dass die Kolbenstange 858 und der Kolben 856 im Zylinder 854 hin- und herbewegt wird. Hierdurch wird bewirkt, dass das zweite reagierende Fluid durch das Gehäuseteil 834 und in die Fluidleitung 822 gezogen wird, wie dies durch die Strö-

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mimgspfeile 87¹I* angedeutet ist. Das zifeite regierende"-Fluid wird durch den zweiten Gehäuseteil, die Auegangsleitung 824, das Eontrollventil 844, den Gehäuseteil 836 und das Steuerventil 848 gezogen» Dieser Strömungsweg wird durch die Strömungspfeile 876 angezeigt. Wenn sich die Bewegung des Kolbens im Pumpenzylinder umkehrt, wird das Fluid andererseits in den Zylinder gezogen und einem Druck ausgesetzt» Das Steuerventil 848 gestattet dem Fluid aus dem"Gehäuseteil 836 abgezogen zu werden, es verhindert οedoch die Rückkehr des Fluids auf eine komprimierende Bewegung des Kolbens hin» Gleichzeitig verhindert das Steuerventilelement 866₈ dass das Fluid durch die Leitung 872 in die Anordnung hineinströmt, erlaubt Jedoch, dass komprimiertes Fluid das System W durch die Leitung 872 verlässt® Die Kolbenstange kann hierbei auf jede konventionelle Weise "betätigt werdenj vorzugsweise erfolgt dies durch Handbetätigung«

Die Brennstoffzellenbatterie erzeugt elektrische Kraft für den Elektrizitätsverbraucher 878 durch die elektrische Leitung 882, verbunden.mit der Elektrode 806a und die elektrische Leitung 888 verbunden durch den normalerweise geschlossenen Beiais-Kontakt 884, die Brennstoffzelleneinheit 826, die elektrische Leitung· 896 _s den normalerweise geschlossenen Kontakt 894" umd die elektrische Leitung 892 zur Elektrode 808e· Es ist hieraus zu ersehen, dass die Brennstoffzelleneinheit in Reihenschaltimg mit dem Elektri= zitätsverbraucher verbunden ist. Der Fluidstrom, der aus dem zweiten Eeaktanten besteht, kommt, wie .dies'durch di© Stromungs·= pfeile 874 gezeigt ist, in-Kontakt mit der Elektrode 830 der Brennstoffzelleneiaheit durch. Hinaufströmen über die Zuführungs» leitung 822 der Brennstoffzellenbatterie·. Gleichzeitig kommt der Fluidstrom 876, der die Brennstoffzellenbatterie verlässt, mitder Elektrode 832 der Brennstoffzelleneinheit in Kontakt_D Der elektrochemisch verbrauchbare und regenerierbare Inhaltsstoff des Fluidstroms, der die· Brennstoffzellenbatterie verlässt, und durch die Brennstoffzellenbatterie nicht verbraucht ist, x-jird an der Elektrode 832 verbraucht"und an der Elektrode 830 regeneriert»

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Das regenerierte Fluid wird in den Fluidstrom eingespeist, der der BrennstoffZellenbatterie zugeführt wird, sodass dieser wiederum die Gelegenheit verlangt, an den Elektroden 808 verbraucht zu werden. Hierdurch wird ein höherer Leistungsgrad des elektrochemisch verbrauchbaren Fluids erreicht.

Wenn sich während dieser Operation relativ nicht verbrauchbare Fluidstrom-Inhaltsstoffe im zweiten Gehäuseteil 836 der Brennstoffzelleneinheit accumulieren, wird sich ein erhöhtes elektrisches Potential zwischen den Elektroden 830 und 832 infolge der Polarisation der Elektrode 832 einstellen. Hierdurch wird wiederum die Potentialdifferenz zwischen den Widerständen 881 und 883, die zwischen den Elektroden in Verbindung stehen, erhöht. Wenn sich eine Potentialdifferenz vorbestimmter Grosse bezüglich des Widerstands 883 entwickelt hat, entsteht ein Strom zwischen der Basiselektrode 885 und der Elektrode 891 des Transistors 895» wobei eine Stromleitung zwischen der Transistorelektrode und dem Kollektor 893 stattfindet. Hierdurch wird wiederum ein Strom durch die Spule 898 des Relais geführt, der ausreicht, um die normalerweise geschlossenen Kontakte 884 und 894 zu öffnen und die normalerweise offenen Kontakte 879» 887 und 873 zu schliessen. Der grundsätzliche Effekt liegt hierbei darin, dass die Polarität der Verbindung zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Brennstoffzellenbatterie umgekehrt wird. Anstelle einer örtlichen Verlagerung des elektrochemisch reduzierbaren Fluids von der Elektrode 832 zur Elektrode 830 wird dieses Fluid vom auf strömenden Fluidstrom 874- der Brennstoffzellenbatterie in den zweiten Gehäuseteil der Brennstoffzelleneinheit transportiert. Das Kontroll;-ventil 844 verhindert, dass dieses Fluid von der Brennstoffzellenbatterie abfliesst. Das transportierte Fluid wird durch die Auslassleitung 846, das Kontrollventil 848 und die Pumpe 850 nach aussen geführt. Die inerten Stoffe, die sich im zweiten Gehäuseteil der Brennstoffzelleneinheit angesammelt haben, werden zusammen mit dem örtlich verlagerten Fluid aus der Anlage entfernt, womit eine Reinigung erfolgt ist.

Um die Reinigung über eine gewünschte Zeitspanne hinweg zu unter-

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stützen, ist ein Transistor .877 -vorgesehen. Die Schliessung des Kontakts 873 bewirkt, dass ein Stromfluss zunächst durch den Kollektor 875 und die Transistorelektrode 871 fliesst, sodass der Strom zwischen den·Elektroden der Brennstoffzellenbatterie durch die Spule 898, den Kontakt 873 und den Transistor 877 fliesst. Der Transistor wird dadurch leitend gehalten, dass die Transistorelektrode über die Widerstände 863 und 865 mit der Elektrode 806a der Brennstoffzellenbatterie verbunden wird«, Solange eine vorbestimmte Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 806e und 808e aufrechterhalten wird, existiert eine Potentialdifferenz bezüglich des Widerstandes 865I die Basiselektrode 867 des Transistors ist im Vergleich zur Transistorelektrode auf einem konduktiven Potential gehalten. Wenn das zweite reagierende Fluid von der Brennstoffzellenbatterie abgeleitet und auch im Gehäuseteil 820 der Brennstoffzellenbatterie verbraucht wird, wird innerhalb kurzer Zeit die Elektrode 808e als Reaktant absterben und dabei polarisieren. Der Abfall der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 808e und 806e macht den Transistor 877 nicht leitend. Dies beendet den elektrischen Stromfluss durch die Relaisspule und erlaubt den Kontakten, in ihre ursprüngliche Lage zurückzugehen. Die Anlage reinigt sich hierdurch automatisch selbst und kehrt ohne Unterbrechung des Betriebs in ihre Ursprunglage zurück.

Man kann eine Anzahl von Variationen in der Anlage 800 durchführen, ohne den Umfang vorliegender Erfindung zu verlassen. Es ist ohne Bedeutung, ob die Brennstoffzelleneinheit 826 eine Brennstoffzelle oder eine Brennstoffzellenbatterie ist, wenngleich bei den meisten Anwendungsweisen eine Brennstoffzelle genügt. Die Brennstoffzelleneinheit 826 und die Brennstoffzellenbatterie 802 können in jeder dem Stand der Technik bekannten Form variiert sein. Anstelle einer Polarisationsauslösung an der Elektrode 808e allein kann die elektrische Leitung 888 auch mit den Elektroden 806d, c, b oder a mit Elektroden 808d, c, b und a verbunden sein, wobei in einem solchen Fall eine Teilnahme bei der Erzeugung des

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Polarisationssignals erfolgt, das den !Transistor 877 nicht leitend macht. Anstelle von Transistoren können bei diesen Anlagen auch Silikon-Stromrichter verwendet werden. Wenn der erste Reaktant aus der TJmge"bungsluft "besteht, kann man den ersten Gehäuseteil 810 völlig weglassen. Wenn das Oxydans, das der Brennstoffzellenbatterie zugespeist wird, kleine Hengen an Verunreinigungen enthalten, die eine Reinigung notwendig machen, kann anstelle der Reinigung des Brennstoffs auch das Oxydans gereinigt werden, was in den meisten Fällen zu bevorzugen ist. Wenn sowohl das Oxydans als auch der Brennstoff Verunreinigungen enthält, ist lediglich eine Doppelanwendung des erfindungsgemässen Systems notwendig, um sowohl den Brennstoff- als auch den Oxydans-Strom zu reinigen.

Die Figur 9 erläutert eine Ausführungsform 900, die aus einer schematisch gezeichneten Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheit 902 besteht. Die Elektrode 904 dieser Brennstoffzelleneinheit ist durch die Leitung 906 mit dem Elektrizitätsverbraucher 908 verbunden. Der Elektrizitätsverbraucher ist ferner durch die Leitungen 914 und 916, die über normalerweise geschlossene Kontakte 918 des Relais 920 verbunden sind, mit der Elektrode 910 der Brennstoffzelleneinheit 912 verbunden. Die Gegenelektrode 922 der Brennstoffzelleneinheit 912 ist elektrisch mit der Gegenelektrode 924· der Brennstoffzelleneinheit 902 durch die elektrische Leitung 926, durch die normalerweise geschlossenen Kontakte 928 des. Relais und durch die elektrische Leitung 930 verbunden.

Die Brennstoffzelleneinheit 912 unterscheidet sich von den weiter oben beschriebenen Einheiten lediglich durch die Tatsache, dass eine einzige Leitung 932 sowohl als Fluidzuführung als auch als Fluidableitung des ersten Gehäuseteils 934- dieser Brennstoffzelleneinheit dient. Wie in allen weiter oben beschriebenen Brennstoffzelleneinheiten empfängt ein zweiter Gehäuseteil 936 durch eine nicht gezeichnete Fluidleitung einen Fluidstrom 938 aus dem zweiten Gehäuseteil 940 der Brennstoffzelleneinheit 902 und führt den Fluidstrom durch eine separate Fluidleitung, die nicht gezeichnet ist, zu der Pumpe 94-2j der Fluidstrom 938 läuft

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durch, ein nicht gezeichnetes Steuerventil, das sich zwischen den Brermstoffzelleneinheiten 902 und 912 und zwischen der Einheit 912 und der Pumpe 9^2 in der ,gleichen Weise wie bei der Anlage "befindet. Die erste Gehäuseteil-Leitung verbindet den Gehäuseteil mit dem Steuerventil 3^6 über Balgen 944» ■

Die Balgen tragen einen Kontakt 948, während ein damit zusammenwirkender Kontakt 950 von einer Stange 952 getragen wird_s der eine Stoppschulter 954 an seinem einen Ende aufweist; diese Stange ■ 952 wird durch eine leder 956 gehalten₉ die normalerweise zwischen ' dem Stangenkontakt und einer feststehenden Wand 958 mit Öffnung 960 zusammengepresst ist. Der'Kontakt 948, der sich auf den Bälgen befindet, ist durch die elektrische Leitung 962 mit der Elektrode P 904 verbunden. Der Kontakt 950 ist mit einem normalerweise offenen Kontakt 964 des Heiais durch eine elektrische Leitung 966 verbunden«,

Ferner besitzt das Relais eine Spule 968, die über den Elektri.a.;.·= tätsverbraucher 908 durch einen normalerweise geschlossenen Kon«= takt 970 sowie einem normalerweise offenen Kontakt 964 mit des, Elektroden 924 und 904 verbunden ist» Zur -Bewirkung der Polaritätsumkehr der Verbindung zwischen den Brennst©ffZeileneinheiten ist ein normalerweise offener elektrischer Kontakt 972 vorgesehen, der mit den Elektroden 924 und 910 verbunden ist; es ist ferner ein normalerweise offener elektrischer Kontakt 974 angeordnet, der über den Elektrizitätsverbraucher 908 mit den Elektroden 904 und 922 in Verbindung steht.

Beim Betrieb wird der Fluidstrom zunächst über die Elektrode 904 der Kraft erzeugenden Brennstoffzelleneinheit 902 zirkuliert, wie dies durch die Strömungspfeile 976 angegeben ist«, Ein zweiter Fluidstrom, der ein elektrochemisch verbrauchbares und regenerierbares Fluid, sowie ein elektrochemisch relativ inertes Fluid enthält und über die Elektroden924 und 910 zirkuliert wird, ist durch die Strömungspfeile 958'gekennzeichnet.. Das Fluide kann am Anfang ■ mittels der Pumpe 942 durch das System gezogen werden«. Es- ist unwichtig, ob die Bälge 944 am Anfang aufgeblasen oder entleert

sind, da die Brennstoffzelleneinheit 912 vom Anfang an das Aufblasen der Bälge bewirkt.

Am Anfang wird das Potential zwischen den Elektroden 910 und klein sein, so dass der Potentialunterschied zur Spule 968 nicht genügt, um einen Betriebsstrom zu erzeugen. Da die relativ inerte Komponente im Fluidstrom sich im Gehäuseteil 936 jedoch ansammelt, wird ein Ansteigen des Stroms durch die Spule erfolgen, bis das Relais in Betrieb gesetzt wird und die normalerweise geschlossenen Kontakte geöffnet und die normalerweise geöffneten Kontakte geschlossen werden. Nach dem Umschalten wird die Stromzufuhr zur Relaisspule durch die normalerweise offenen Kontakte 964 und durch die zusammenwirkenden Kontakte 948 und 950 fortgesetzt.

Nachdem das Relais betätigt wurde, wird die Richtung der örtlichen Verlagerung des elektrochemisch verbrauchbaren und regenerierbaren Fluids umgedreht, sodass der Transport von der Elektrode 910 zur Elektrode 922 in einen Transport in der umgekehrten Richtung verändert wird. Da das Kontrollventil 946 verhindert, dass irgendwelches Fluid die Leitung 932 vom heraufströmenden Fluidstrom der Brennstoffzelleneinheit 902 betritt, wird das in den Bälgen 944 vorhandene Fluid fortschreitend abgeführt. Wenn ein bestimmtes Fluidvolumen transportiert ist, das einer vorbestimmten Coulomb-Anzahl, die der Brennstoffzelleneinheit 912 zugeführt wurden, entsprechen kann, werden die Kontakte 948 und 950 getrennt. Es ist zu betonen, dass die Trennung der Kontakte nicht von Anfang an erfolgt, da die Stange 952 eine gewisse Bewegungsfreiheit durch die Öffnung 960 im feststehenden Teil 958 besitzt. Die Feder 956 veranlasst die Stange mit den Bälgen sich zu bewegen, während die Stoppschulter 954- das Ausmass dieser Bewegung begrenzt. Das Fluidvolumen, das zu transportieren ist, bevor die usprüngliche Lage des Systems wieder hergestellt ist, kann sehr gut durch eine entsprechend genaue wahlweise Einstellung der Position der Stoppschulter kontrolliert werden. Wenn die Kontakte 948 und 950 getrennt sind, endet der

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durch die Spule 968 laufende Strom und verursacht, dass die Kontakte wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurückgehen«,

In den Anordnungen 800 und 900 wurde die Verwendung einer Pumpe zur anfänglichen Reinigung des Systems b e schrieben . Gemäss vorliegender Erfindung ist die Verwendung einer Pumpe zur ursprünglichen Reinigung dann nicht notwendig, wenn das elektrochemisch verbraucht»are und regenerierbare Fluid im Fluidstrom entweder Wasserstoff oder Sauerstoff enthält und wenn der Elektrolyt Wasser enthält, was bei sauren, wässrig alkalischen und Jonenaustauscherelektrolyten der Fall ist. Gemäss vorliegender Erfindung kann das System bei Ersetzung des Elektrizitätsverbrauchers im System durch eine Gleichstromquelle, die eine Potentialdifferenz oberhalb des Elektrolysepotentials von Wasser in der Grössenordnung von etwa 2,0 Volt aufweist, durch spontane Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff in den Gehäuseteilen der Brennstoffzelleneinheiten gereinigt werden. Der Wasserstoff wird in einem Gehäuseteil, der mit der Elektrode benachbar ist, in der doppelten Nenge erzeugt, als Sauerstoff in dem Gehäuseteil, der in der Nachbarschaft der Gegenelektrode angeordnet ist. Wenn man beispielsweise bei der Anordnung 800 davon ausgeht, dass der Fluidstrom, der den Gehäuseteilen 820 und 836 geliefert wird, aus unreinem Wasserstoff besteht, so kann das System leicht dadurch gereinigt werden, dass man von Anfang an den Elektrizitätsverbrauch 878 durch eine Gleichstromquelle ersetzt, deren negativer Pol mit der Elektrode 806a und deren positiver Pol mit der Elektrode 808e verbunden ist. Hierdurch wird die normale Polarität der Brennstoffzelleneinheiten 802 und 826 umgedreht, wodurch die Bildung von Wasserstoff infolge Elektrolyse in den Gehäuseteilen 820 und 836 in der doppelten Menge erfolgt wie die Bildung von Sauerstoff in den Gehäuseteilen 810 und 834. Wenn man eine solche Starttechnik im System 800 verwendet, muss naturgemäss ein Kontrollventil zwischen den Gehäuseteilen 820 und 834- angeordnet sein, um eine Vermischung von Wasserstoff und Sauerstoff infolge Diffusion nach der Elektrolyse zu vermeiden. ·

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Wenn das System dann einmal durch Elektrolyse gereinigt ist, kann die Operation in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden.

Während das Wesen vorliegender Erfindung hier bezüglich der Verwendung einer Brennstoffzelle oder einer Brennstoffzellenbatterie beschrieben wurde, ist zu betonen, dass die Erfindung auch in jeder anderen Kraft erzeugenden Zelle oder Batterie durchführbar ist, die zumindest eine Elektrode besitzt, di'e in der Lage ist, einen Fluidreaktanten zu verbrauchen. Solche Zellen sind an sich gut bekannt und können direkt der praktischen Anwendung vorliegender Erfindung unterworfen werden, sodass es hier in dieser Beschreibung nicht notwendig ist, alle Ausführungsformen darzulegen.

Um jedoch noch eine Illustration zu geben, sei betont, dass in Figur 4 die Elektrode 4-54- gegebenenfalls eine konventionelle primäre oder sekundäre Elektrode anstelle einer Pluid verbrauchenden Elektrode sein kann. Bei Betrachtung dieses speziellen Beispiels, bei dem die Elektrode 452 eine Sauerstoff- oder Luftelektrode ist, kann die Elektrode 454 vorzugsweise eine primäre Magnesium- oder Aluminium-Elektrode oder eine sekundäre oder primäre Zink- oder Cadmium-Elektrode sein, wie dies für den Durchschnittsfachmann klar ist. Es ist ferner zu betonen, dass die Verwendung konventioneller primärer oder sekundärer Elektroden auf solche Brennstoffzelleneinheiten begrenzt ist, deren Funktion in der Erzeugung elektrischer Kraft besteht; die Verwendung der vorgenannten Elektroden bezieht sich nicht auf Brennstoffzelleneinheiten, die dafür vorgesehen sind, elektrochemisch verbrauchbares "und regenerierbares Fluid zwischen den heraufströmenden und herabströmenden Segmenten eines Fluidstroms, der bezüglich des Empfängers zirkuliert wird, abzuleiten. In dieser Offenbarung ist unter einem Fluid ein strömungsfähiger bzw. strömender Stoff, vorzugsweise im gasförmigen Aggregatzustand, zu verstehen.

-42-/Patentansprüche: 909828/ 15 A4 . .

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) · Verfahren zur Ableitung und zur Zurückleitung eines ausgewählten !Fluids, das elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar ist, von bzw« zu einem Fluidstrom, der aus einer Mehrzahl an Fluids besteht, dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil des Fluidstroms durch eine Empfängerzone zirkulieren lässt, dass man das ausgewählte Fluid zwischen bezüglich der Empfangerzone heraufströmendem Fluidstromsegment und herabströmendem Fluidstromsegmeht örtlich verlagert, dass man das eine Fluid an einer ersten Elektrode fc in Kontakt mit einem Fluidstromsegment elektrochemisch verbraucht, dass man das eine Fluid an der ersten Elektrode mit einer zweiten Elektrode in Kontakt mit dem verbleibenden Fluidsegment elektrolytisch verbindet und dass man das eine Fluid .an der zweiten Elektrode elektrochemisch regenerierte

   2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass man zusätzlich zumindest einen Teil des Fluidstroms in der Empfängerzone erhitzt. .-._.. .

   3«) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, man zusätzlich zumindest einen Teil des Fluidstroms in der Empfängerzone .kühlt.

   4·.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil des Fluidstroms in.der Empfängerzone verbraucht.

   5.) Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil des Fluidstroms in der Etnpfängersone chemisch reagieren lässt»

   6.) Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass man ein Teil des Fluidstroms von dem Heraufstromsegment zum Herabstromsegment des Fluidstroms transportiert bzw. örtlich

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   verlagert.

   7·) Verfahren nach Anspruch 5> dadurch, gekennzeichnet, dass man einen Teil des Pluidstroms vom herabströmenden Segment zum heraufströmenden Segment des Pluidstroms örtlich verlagert "bzw. transportiert.

   8.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des Pluidstroms physikalisch in der Empfänger ζ one abtrennt.

   9.) Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Fluidstroms in der Empfängerzone elektrochemisch verbraucht wird.

   10.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Fluidstroms vom herabströmenden Segment zum heraufströmenden Segment des Pluidstroms örtlich verlagert wird.

   11.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Pluidstroms periodisch vom herauf strömend en
   Segment zum herabströmenden Segment des Pluidstroms transportiert wird.

   12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport vom heraufströmenden Segment zum herab strömenden Segment des Pluidstroms eine vorbestimmte Zeit lang
   durchgeführt wird.

   13.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die örtliche Verlagerung vom herauf strömenden Segment zum herabströmenden Segment des Pluidstroms so lange durchführt, bis ein bestimmtes Pluidvolumen transportiert ist.

   ) Verfahren nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zelle in Fluid-Verbindung mit der Empfängerzone ange-

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   ordnet ist, welche eine Elektrode besitzt, die fähig ist, das ausgewählte Fluid elektrochemisch zu verbrauchen, unter zusätzlicher örtlicher Veränderung "vom heraufströmenden Segment zwo. herabströmenden Segment des Fluidstroms, bis eine vorbestimmte Polarisation der Elektrode in Verbindung mit · der Empfänger zone erfolgt«,

   15·) Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet,· dass die Elektroden elektrolytisch durch einen Wasser enthaltenden Elektrolyten verbunden sind und dass das ausgewählte Fluid entweder aus Wasserstoff oder Sauerstoff besteht und dass die zusätzliche Stufe der anfänglichen Reinigung dadurch . durchgeführt wird, dass man eine Gleichstromquelle'an die W Elektroden unter Bewirkung einer Elektrolyse anschliesst.

   16.) Anordnung zum Zirkulieren eines Fluidstroms, der mehrere Fluids enthält, von denen zumindest eines elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Fluid-Empfanger, aus Transportmitteln für zumindest einen Teil des Fluidstroms zu dem Fluidempfänger und von diesem weg, sowie aus einer Brennstoffzelleneinheit besteht, die ihrerseits aus einer ersten und zweiten in Abstand voneinander gehaltenen Elektrode, aus einem Verbraucher-Regenerator für das elektrochemische Verbrauchen und Regenerieren des einen Fluids aufgebaut ist, wobei die erste und zweite Elektrode in Fluidverbindung mit dem zum Empfänger heraufströmenden und herabströmenden Fluidstrom steht und ein Elektrolyt vorhanden ist, der die Jonenleitung zwischen der ersten und zweiten Elektrode aufrecht erhält, sowie Mittel für die elektronische leitende Verbindung der ersten und zweiten Elektrode zur Bewirkung der örtlichen Verlagerung des einen Fluids zwischen den Elektroden zugegen ist.

   17.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger als Kühler für zumindest einen Teil des Fluidstroms ausgebildet ist..

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   - Blatt 45 -

   18.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der

   Empfänger als Erhitzer für zumindest einen Teil des S¹IuId-• stromes ausgebildet ist.

   19.) Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzer eine Zelleneinheit ist.

   20.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger aus physikalischen Trennmitteln für einen Teil des Fluidstroms besteht.

   21.) Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Trennmittel für einen Teil des Fluidstroms aus einem Wasserstoff durchlässigen, nicht porösen Metallelement bestehen.

   22.) Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur physikalischen Trennung eines Teils des Fluidstroms aus einer selektiv permeablen Membran bestehen.

   23.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger aus einer zweiten Zelleneinheit mit einer dritten und vierten in Abstand gehaltenen Elektrode, einem zweiten Elektrolyt, der die ionische Verbindung zwischen der dritten und vierten Elektrode aufrecht erhält und einem Fluidgehäuse in Nachbarschaft zur dritten Elektrode unter Bildung eines Teils besagter Transportmittel besteht.

   24.) Anordnung nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenleiter die Zelleneinheiten in Reihe verbinden und das Pumpen des einen Fluids vom Fluidstrom an der zweiten Elektrode zum Fluidstrom an der ersten Elektrode bewirken.

   25.) Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass * zusätzlich Mittel zur periodischen Umkehr der Polarität der Verbindung zwischen diesen Zelleneinheiten zugegen sind, um

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   das eine Fluid .vom Fluidstrom an der ersten Elektrode zum Fluidstrom an der zweiten Elektrode zu transportieren»

   26.) Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Mittel angeordnet sind, die die Polaritätsumkehr innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne aufrechterhalten«

   27·) Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Mittel vorhanden sind, um die Polaritätsumkehr so lange aufrecht zu erhalten, bis ein vorbestimmtes Volumen des einen Fluids von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode transportiert ist.

   28.) Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Mittel vorhanden sind, das Potential zwischen der dritten und vierten Elektrode zu überwachen und die Polarität sumkehr zu beenden, nachdem eine vorbestimmte Polarisation an der dritten Elektrode festgestellt ist»

   29·) Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zelleneinheit eine Brennstoffzelleneinheit isto

   30.) Anordnung nach Anspruch 2% dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zelleneinheit aus einer Brennstoffzellenbatterie besteht .

   31.) Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenbatterie normale Elektrolyte in einer Mehrzahl von Brennstoffzellen enthält.

   32.) Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Leiter die in Reihe angeordneten Zelleneinheiten verbinden, um die örtliche Verlagerung eines Fluids aus dem Fluidstrom an der zweiten Elektrode zum Fluidstrom an der ersten Elektrode zu bewirken und dass zusätzlich Mittel zugegen sind, um eine periodische Polaritätsumkehr

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   - Blatt 4-7 -

   der Verbindung zwischen diesen Zelleneinheiten zu "bewirken, unter örtlicher Verlagerung des einen Fluids vom Fluidstrom an der ersten Elektrode zum Fluidstrom an der zweiten Elektrode und dass ferner Mittel vorhanden sind, um das Potential zwischen der dritten und vierten Elektrode zu messen und die umgekehrte Polaritätsverbindung zu beenden.

   33·) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Mittel stromabwärts der zweiten Elektrode angeordnet sind, die dazu dienen, das am Anfang manuell der !Flüssigkeitsstrom, durch den Empfänger geführt und in Kontakt mit der zweiten Elektrode gebracht wird.

   34·.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zu- j sätzlich ein Kontrollventil zwischen der zweiten Elektrode und dem Empfänger angeordnet ist, der den Fluidstrom durch die Transportmittel vom Empfänger zu zweiten Elektrode steuert.

   35.) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel zusätzlich Fluidaufbewahrungsmittel beinhalten, wobei zumindest eine Elektrode in diesem Fluidaufbewahrungsraum liegen.

   36.) Anordnung, in der ein Fluidstrom zirkuliert wird, der aus einer Mehrzahl von Fluids besteht, von denen zumindest eines elektrochemisch verbrauchbar und regenerierbar ist, gekenn- ' zeichnet durch einen Fluidempfänger unter Einschluss einer Batterie mit Fluidreinigungsmitteln, die eine Zuführung und eine Ableitung aufweisen, wobei ferner ein erster Elektrolyt mit einer grÖsseren Oberfläche sich in Kontakt mit dem Fluidstrom und ein zweiter gegenüberliegender nicht in Kontakt mit dem Fluidstrom befindet, durch eine Mehrzahl an ersten Elektroden, die seitlich in Abständen zu der grösseren Oberfläche des ersten Elektrolyten angeordnet sind, durch eine Mehrzahl von zweiten Elektroden, die in seitlicher An-

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   Ordnung in Nachbarschaft zur zweiten grösseren Oberfläche des ersten Elektrolyts angeordnet sind, durch Heiniger, die Mittel aufweisen, um den Fluidstrom abschnittsweise zwischen den seitlich nebeneinander in Abstand angeordneten ersten Elektroden durchzuleiten, durch Transportmittel für zumindest einen Teil des Fluidstroms zum Empfänger und von diesem weg einschliesslich einer Zelleneinheit', die aus einer dritten und vierten Elektrode in Fluidverbindung mit dem bezüglich des Empfängers heraufströmenden und herabströmenden IPluidstrom liegen, durch einen zweiten Elektrolyten, der ionisch mit der dritten und vierten Elektrode in Verbindung steht, durch ein Kontrollventil, das einen gleichgerichteten Eluidstrom zwischen der ersten und vierten Elektrode sicherstellt, durch eine Pumpe, die am Anfang den Fluidstrom durch besagte Batterie.und durch die Brennstoffzelleneinheit drückt, durch Mittel zur elektrischen Verbindung der in Reihe angeordneten Elektrode, um zumindest einen Teil des Pluidstroms von der vierten Elektrode zur dritten Elektrode zu transportieren, durch Mittel zur Kontrolle der Potentialdifferenz zwischen der dritten und vierten Elektrode und zur selektiven Umkehr der Polarität der elektrischen Verbindung zwischen der Batterie und der Brennstoffzelleneinheit nach Messung .<einer vorbestimmten Potentialdifferenz und durch Mittel zur Feststellung der Polarisation der ersten Elektrode in Nachbarschaft zum Ausgang und zur Beendigung der Umkehr der verbindenden Polarität.

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