DE2050951A1

DE2050951A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ruckge winnen evtl Elektrolytverluste in einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE2050951A1
Application number: DE19702050951
Authority: DE
Inventors: Jacques Versailles Cheron (Frank reich)
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1969-10-17
Filing date: 1970-10-16
Publication date: 1971-05-06
Also published as: DE2050951B2; JPS5040693B1; FR2104636A1; FR2104636B1; CA952182A; DE2050951C3; GB1279903A; NL7014818A; BE756768A

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 V^randungen 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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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 Bsmmelt_r 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

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Patentansprüche

Verfahren 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 Elektrolyten

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versehen 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.

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θ. 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.

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