DE2050951A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ruckge winnen evtl Elektrolytverluste in einer Brennstoffzelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Ruckge winnen evtl Elektrolytverluste in einer BrennstoffzelleInfo
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Description
INSTITUT PRANCAIS DU PETROLE DES CARBURANTS ET LUBRICANTS
RUEIL-MALMAISON / PRANKREICH
Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen evtl. Elektrolytverluste
in einer Brennstoffzelle."
Die Erfindung bezieht eich auf ein Verfahren zum Rückgewinnen evtl. Elektrolytverluste in einer Brennstoffzelle
bzw. einem Brennstoffelement sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Solche Verluste können die Folge eines Elektrolytdurchgangs
in ein oder mehrere Kammern der Zelle sein, wo das
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oxydierende Gas (beispielsweise Luft) strömt baer \r>
ein mehrere Kammern der vom reduzierenden Gas (be1$pl*lsw6
Wasserstoff) durchströmten Zelle, wobei dieser !Durchgang aue der oft minimalen Perforierung der für den Elektrolyten
dichten Schicht, die jede Elektrode abdeckt, oder aus einer defekten Abdichtung In Höhe der Ränder , wenigstens eiaer
der Elektroden resultieren kann oder auch aus einer Elektrolyt perfus ion durch ein oder mehrere Elektroden, die auf
irgendein anderes Phänomen zurückzuführen ist,, resultieren kann.
Hieraus resultieren entweder Elektrolytverliiste der Zelle
in dem Fall, wo Einrichtungen zum Abziehen dieser Elektrolytverluste von der Zelle nach außen vorgesehen sind oder eine
defekte Speisung der Elektroden mit Gas durch Ansammlung des Elektrolyten in den Elektrodenzv/ischenabatänden zur Speisung
mit reduzierendem oder oxydierendem Gas, wenn keine Einrichtungen zum Abziehen dieser Elektrolytverluste von der
Brennstoffzelle nach außen vorgesehen sind.
Erfindungsgemäß sollen diese Nachteile fortfallen und der kontinuierliche und autonome Betrieb einer Brennstoffzelle
sichergestellt werden, indem es ihr ermöglicht wird, mit der gleichen Menge Elektrolyt Über eine η unbegrenzten Zeitraum
betrieben zu werden und den Elektrolyten rückzugewinnen, der in den Gaskreisen der Brennstoffzelle ausströmen konnte,
indem während dieser Wfedergewinnung jeder Verlust oder jedes
Gemisch aus oxydierenden und reduzierenden Oasen vermieden wird.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum
Rückgewinnen evtl. Elektrolytverluste In den Kammern einer
Brennstoffzelle, in denen die oxydierenden und reduzierenden Gase zirkulieren, daß sich dadurch auszeichnet, daß man an
jedem der Kreise für die oxydierenden und reduzierenden Gase
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getrennt eine Wiedergewinnung den Elektrolyten, der in jeden
dieser Kreise ausströmen kann, vornimmt; daß man die so wiedergewonnenen Elektrolytntengen ausgehend von jedem flieser
Kreise Bammelt, indem man, ohne die Möglichkeit einer Vermischung,
die oxydierenden und reduzierenden Gase getrennt hält; und daß man den so gesammelten Elektrolyten im Kreislauf
in die Brennstoffzelle zurückführt, indem man ihn dem Elektrolythauptkreis
zunetzt.
Ρίο Erflürtunf; noil nun euilut xd dk:r "beiiiogenden Zeichnungen
".'•ihev erliiu'cert werden., ir. denen
Fi&„ 1 schematisch eine erste Ausführungsfonn einer Vorrichtung
nach der Erfindung zeigti
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung.
In diesen Figuren sind die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen
gleicher Elemente verwendet worden,
Mit 1 ist die Brennstoffael3.e bezeichnet, der man Über die
Leitung 2 Luft zuführt, die aus den Luftkammern der Zelle über die Leitung 3 tritt, wobei diese Luft gegebenenfalls, wenigstens
zum Teil, mit einem Zusatz an Irischgas rezykliert werden kann.
Bei 4 tritt Wasserstoff ein, der aus den Wasserstoffkammern der Zelle über die Leitung 5 geführt und dann nach der Kühlung
im Kreislauf rückgeführt wird, während ein Elektrolyt, beispielsweise eine KaiLumlösung (KOII) in die Brennstoffzelle
über die Leitung 6 eintritt und aus der Zelle bei 7 austritt.
Am Austritt aus der Brennstoffzelle strömt der Elektrolyt über
die Leitung θ quer durch eine Kühlvorrichtung 9» bevor er im
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BAD
Behälter 10, gesammelt wird, wo er in die Brennstoffzelle
durch irgendein zweckmäßiges Mittel, beispielsweise eine mit einem Rückschlagventil 12 versehene Pumpe P rezykllert
wird, wobei diese Rezyklierung über die mit dem Rohr 6 verbundene Leitung 11 vorgenommen wird.
Der aus der Brennstoffzelle über die Leitung 5 auetretende
Wasserstoff kann etwas Elektrolyt mitreißen, welcher in der Vorrichtung nach der Erfindung bei Durchgang in einer
Kammer 13 rückgewonnen wird, wo dieser Elektrolyt in Folge
Schwerkraft sich vom Wasserstoff trennt, wobei letzterer anschließend in die Brennstoffzelle über das Rohr wieder
eingeführt wird.
Der wiedergewonnene Elektrolyt sammelt sich am Boden der
Kammer 13.
In analoger Weise kann die die Brennstoffzelle durchsetzende Luft Elektrolyt mitreißen; aufgrund der Anordnung nach
der gewählten Ausführungsform der Erfindung, wo die Luft
die Brennstoffzelle von unten nach oben durchströmt, rieselt
der in die Luftkammer eingetretene Elektrolyt längs der Vrandungen des Rohres 2 nach unten und kann im Behälter
14 aufgefangen werden, der mit der Leitung 2 in seinem oberen Teil verbunden und mit einem Lufteintrittsrohr 15 versehen
ist.
Selbstverständlich kann man im Rahmen der Erfindung auch eine Luftzirkulation von oben nach unten herstellen.
Der im Behälter H aufgefangene Elektrolyt fließt über die
Leitung 16 bis in die Kammer 17» die gegen die Atmosphäre
bei 18 in ihrem oberen Teil offen sein kann und Bammelt sich im unteren Teil der Kammer 17.
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Der in den Kammern 13 und 17 riickgewonnene Elektrolyt kann
über die öffnungen 19 und 20 an der Basis dieser "beiden
Kammern jeweils über die Leitungen 23a und 23b ausfließen, die alle beide in einer einzigen Leitung 23 zur Rückführung
zum Elektrodenbehälter 10 münden.
Das Öffnen der öffnungen 19 und 20 wird Über Ventile 21
und 22 gesteuert, welche Schwimmer bilden, die durch den Elektrolyten angehoben werden und es diesem so ermöglichen,
zur Leitung 23 zu fließen, Die in den Kammern 13 und 17
enthaltenen Gase können Über die Öffnungen 19 und 20 nicht entweichen, welche durch die Schwimmer 21 und 23 verschlossen
werden, wenn die Kammern 13 und 17 sich leeren, wobei die Schwimmer, die von der Flüosigkeit nicht mehr
angehoben sind, die Öffnungen 19 und 20 verschließen.
Diese Torrichtung ermöglicht es, die Elektrolytverluste
infolge Mitreißens durch Gase in Portfall kommen zu lassen.
Auf diese Weise hat die Brennstoffzelle keinen Elektrolytverlust, was sie autonom macht und ihr ermöglicht„ unbegrenzt
mit einer konstanten Elektrolytmenge betrieben zu werden.
Nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die
beiden Speicher 13 und 17 ersetzt durch einen einzigen Speichert , den vertikale Trennwände 25 und 26 in drei
Kammern 27, 28 und 29 unterteilen* wobei diese Trennwände
eine Verbindung zwischen den drei Kammern an ihrer Unterseite belassen.
Die Kammern 27 und 29 öffnen sich am Kopf über die Öffnungen
30 bzw. 31.
Die Leitungen 5 und 16 münden an der oberen Wandung der
seitlichen Kammern 27 bzw. 28 des Speichers 24 und der rückge-
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··· O ■"
wonnene aus diesen Leitungen stammende Elektrolyt steigt
in jeder der Kammern des Speichers 24 über Niveaus*
,, die eine Punktion des Druckes des Gases in Kontakt
mi L der Elektrode am oberen Teil jeder dieser Kammern des
Speichere sind, jeweils hoch.
Die zentrale Kammer 29 des Speichers, in der sich der rückgewonnene
Elektrolyt Bsmmeltr ist mit einer Überlauföffnung
32 versehen, über die der Elektrolyt in den Elektrolytbehälter
10 Ubor die Leitung 33-nusfließt, Man stellt fest,
daß in der durch i'ig* 2 dargeyfcallten Ausfilhrungsform ea
der Elektrolyt selbst ist., der flir die Trennung zwischen
den gasförmigen in den drei. Kammern deo Speichers 24 enthaltenen
Phasen sorgt«
"Die beiden in den Pig. 1 und 2 dargestellten RUckgewinnungseinrichtungen
für die Elektrolytverluate bieten den Vorteil, daß kein Energieverbrauch erforderlich ist, um diese
Rückgewinnung zu bewerkstelligen. Tatsächlich sind die Kammern 13 und 17 (Pig* 1) sowie die Kammern. 24 (Pig. 2)
auf einem Niveau tiefer als das der Brennstoffzelle 1 und höher als das des Elektrolytbehälters 10 angeordnet, wodurch
der Elektrolyt einfach durch Schwerkraft in die Leitungen ausströmen kann*
Eine solche Anordnung, obwohl sie vorteiltet ist, ist jedoch
durchaus nicht zwingend und es wäre genauso möglich» den Behälter auf dem gleichen Niveau wie die Rückgewinnungskammern oder sogar oberhalb von diesen anzuordnen,, indem
an der Leitung 23 (Fig. 1) oder an der Leitung 33 (Pig. 2) eine Pumpe angeordnet wird, deren Energieverbrauch gering
wäre, wenn man die geringe Menge an ElektrolytverluBten, die rückgewonnen wird, in Betracht zieht.
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Es wäre ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich, den Behälter iO in aer Ausführungsform der Pig. 2 fortfallen
zu lassen, Indem man die Rezyklierungsleitung 8 des Elektrolyten
direkt in die Kammer 29 münden läßt, wobei der gesamte Elektrolyt dann in der Zelle ausgehend von dieser Kammer
über die Pumpe P rezykliert wird, die dann mit dieser
Abteilung der Kammer 24 verbunden wäre.
Patentansprüche
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Claims (1)
- — ο —PatentansprücheVerfahren zum Rückgewinnen evtl. ElektrolytverlURte in den Kammern einer Brennstoffzelle, in denen die oxydierenden und reduzierenden Gase zirkulieren, dadurch gekennzeichnet, daß man in jedem der Kreise für die oxydierenden und reduzierenden Gase gesondert den Elektrolyten auffängt, der infolge Schwerkraft in jeden dieser Kreise an der Basis der Brennstoffzelle ausfließen konnte; daß man die so von jedem der Kreise rückgewonnenen Elektrolytmengen sammelt, indem man, ohne die Möglichkeit eines Vermischens, das oxydierende und reduzierende Gas getrennt hält, und daß man den so gesammelten Elektrolyten in die Brennstoffzelle rezykliert, indem man 1ha dem Elektrolythauptkreis zusetzt.2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines der Gase die Brennstoffzelle von unten nach oben durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß man im unteren Teil der Brennstoffzelle den Elektrolyt rtickgewlnnt., der infolge Schwerkraft in wenigstens eine der Kammern der Brennstoffzelle, aus der die Speisung mit diesem Gas vorgenommen wird, ausfließt.3. Vorrichtung zum Rezyklieren der Elektrolytverluste in einer Brennstoffzelle, mit mit einem oxydierenden Gas geppeinten Kammern, mit einem reduzierenden Gas gespeisten Kammern, Einrichtungen zum Speisen der Brennstoffzelle mit einem Elektrolyten und Einrichtungen zum Rezyklieren dieses Elektrolyten am Austritt aus der Zelle, gekennzeichnet, durch Kammern zur Rückgewinnung des Elektrolyten, die jeweils an die Basis dieser Kammern der mit oxydierendem Gas gespeisten Brennstoffzelle und an diese mit oxydierendem Gas geepeisten Kammern angeschlossen sind, wobei die Kammern in ihrem unteren Teil mit Einrichtungen zum Rezyklieren des Elektrolyten109819/ 1versehen sind, wobei jede dieser Einrichtungen jeden Abgang ofler jeden Verlust des in der Kammer enthaltenen Gases unterbindet.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kammer zur Elektrolytrückgewinnung aua dem oxydierenden Gas und eine Kammer zur Elektrolytrückgewinnung aus dem reduzierenden G-as, wobei die Kammern völlig voneinander getrennt sind.5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß iede dieser Kammern in ihrem unteren Teil eine Ausfließöffnung für den Elektrolyten aufweist, deren öffnen von einem einen Schwimmer bildende« Ventil gesteuert wird, der ^o ausgebildet ist, daß er vom Elektrolyten angehoöen wird.6« Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kammer zur Elektrolytrückgewinnung aus dem oxydierenden Gas und eine Kammer zur Elektrolytrtiekgewinnung aus dem reduzierenden Gas, wobei die beiden Kammern in ihrem unteren Teil mit einer Flussigkeitstrennkammern in Verbindung stehen, a ie mit einer Abzugsöffnung für den Elektrolyten auf einer Höhe höher als das Niveau versehen ist, auf dem diese Kammerabteilung mit den beiden Kammern in Verbindung steht.7. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Rezykllerungsbehälter auf einem Niveau niedriger als das dieser Rückgewinnungskammern zur Verbindung dieser Rückgewinnungskaminern mit den Rezyklierungeeinriohtungen für den Elektrolyten, derart, daß der rückgewonnene Elektrolyt einfach infolge Schwerkraft in den Rezyklierungsbehälter ausfließen kann.109819/1184θ. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese FLüssigkeits-trennkamaer direkt mit den Rezyklierungseinrichtungen für den Elektrolyten verbunden ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese PlÜBsigkeitskammer mit den Rezyklierungseinrichtungen für den Elektrolyten über einen Elektrolytbehälter verbunden ist, der auf einem Niveau tiefer ale das dieser Kammer angeordnet ipt und mit dem sie über ein überlaufrohr verbunden ist.109819/1 184Leerseite
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