DE2128537A1

DE2128537A1 - Method and device for separating the water of reaction from the electrolyte from fuel elements and fuel batteries

Info

Publication number: DE2128537A1
Application number: DE19712128537
Authority: DE
Inventors: Burghard Dipl.-Ing. 8520 Erlangen; Gutbier Heinrich Dr. 8551 Röttenbach; Straßer Karl Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Grave
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1972-12-28
Also published as: DE2128537C3; DE2128537B2; FR2140500B2; GB1396157A; FR2140500A2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und BrennstoffbatterienMethod and device for separating the water of reaction from the electrolyte from fuel elements and fuel batteries

Zusatz zu PatentAddendum to patent

(Anmeldung P 16 71 879-9, VPA 67/1004)(Registration P 16 71 879-9, VPA 67/1004)

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Entfernung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien bekannt geworden. Beispielsweise hat man ein im Kreislauf geführtes Reaktionsgas innerhalb des Brennstoffelementes mit dem aus dem Elektrolyten durch die Elektroden ausdampfenden Wassers beladen und dieses außerhalb des Brennstoffelementes in einem Kondensator wieder ausgeschieden (vgl. die US-Patentschrift 3 462 308). Um eine bessere Wasserdampfsättigung des Reaktionsgases zu erreichen, ist auch schon ein Vorschlag bekannt geworden, sie außerhalb des Brennstoffelementes vorzunehmen und den Elektrolyten in einen Konzentrator zu leiten, wo das Reaktionswasser von einem Trägergas in Dampfform aufgenommen wird (deutsche Offenlegungsschrift 1 496 230).There are already various methods of removing the water of reaction from the electrolyte of fuel elements and fuel batteries became known. For example, you have a circulating reaction gas within the The fuel element is loaded with the water evaporating from the electrolyte through the electrodes and this outside of the fuel element in a condenser (cf. US Pat. No. 3,462,308). To a better one To achieve water vapor saturation of the reaction gas, a proposal has already become known, it outside of the fuel element undertake and to lead the electrolyte into a concentrator, where the reaction water from a carrier gas is absorbed in vapor form (German Offenlegungsschrift 1 496 230).

Im Hauptpatent ist ein anderer Weg zur Abtrennung des Reaktionswassers beschrieben worden. Man bringt den Elektrolyten mit einem Diaphragma in Berührung und scheidet den hindurchdiffundierenden Wasserdampf an einer gekühlten Kondensationsfläche ab, wobei der hydrostatische Druck des Elektrolyten im Diaphragma entweder durch Gasdruck oder Kapillardepressionsdruck kompensiert wird. Die Reaktionswasserabtrennung nach diesem Diffusions-Kondensations-Prinzip hat sich im praktischen Einsatz gut bewährt. Nach der entsprechenden österreichischen Patentschrift 277 341 kann die Kondensationsfläche ganz oder teilweise aus einem porösen Material bestehen. Dabei wird der aus dem Elektrolyten durch das poröse Diaphragma und einen anschließenden Gasraurn hiridurchdiffundierte Wasserdampf an der gekühlten KondensationsfLüche kondensiert und mittels eines Druckgases unmittelbar dur^h die Poren der Kondensationsfläche in das Kühlmittel ge-Another way of separating off the water of reaction is in the main patent has been described. The electrolyte is brought into contact with a diaphragm and the one that diffuses through is separated Water vapor on a cooled condensation surface, the hydrostatic pressure of the electrolyte in the Diaphragm is compensated by either gas pressure or capillary depression pressure. The separation of the water of reaction after this The diffusion-condensation principle has proven itself in practical use. According to the corresponding Austrian patent specification 277 341, the condensation surface can consist entirely or partially of a porous material. This is made from the electrolyte Water vapor diffused through the porous diaphragm and a subsequent gas space on the cooled condensation surface condensed and by means of a pressurized gas directly through the pores of the condensation surface into the coolant.

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■ drückt. Der Gasraum kann aber auch eine gekühlte, nicht poröse Kondensat!onsflache aufweisen. In diesem Fall ist der Gasraum, der auch als 'Kondensationsraum bezeichnet werden kann, mit einer Vorrichtung zur Entfernung des Kondensationswassers versehen. Diese Vorrichtung kann eine Schleuse zur selbsttätigen kontinuierlichen Entfernung des Reaktionswassers sein, in die das Kondensat transportiert wird. In der Schleuse ist eine poröse Scheibe angeordnet, durch die das abgeschiedene Reaktionswasser austritt (deutsche Patentschrift 1 273 644).■ presses. The gas space can also be a cooled, non-porous one Have a condensation surface. In this case the gas space is which can also be referred to as' condensation room, provided with a device for removing the condensation water. This device can be a lock for the automatic continuous removal of the water of reaction into which the condensate is transported. In the lock a porous disk is arranged through which the separated reaction water exit (German patent specification 1 273 644).

Bei der Reaktionswasserabtrennung mit Hilfe eines Kondensationsraumes mit nicht poröser Kondensationsfläche und nachfolgender Schleuse wird für den Kondensattransport ein unter Druck stehendes Hilfsgas benutzt, meistens Wasserstoff, der dem Brennstoffelement oder der Brennstoffbatterie entnommen wird. Dieses Hilfsgas tritt im Anschluß an die Schleuse in die Umgebung aus, was einen nicht unbeträchtlichen Gasverbrauch bedeutet. Darüber hinaus müssen bei der Verwendung von Wasserstoff als) Hilfsgas . Maßnahmen getroffen werden, um die Entstehung explosibler Wasserstoff/Luft-Gemische zu verhindern.When separating the water of reaction with the aid of a condensation space with a non-porous condensation surface and the following Lock, a pressurized auxiliary gas is used to transport the condensate, usually hydrogen, which is the fuel element or removed from the fuel battery. This auxiliary gas escapes into the environment after the lock, which means a not inconsiderable gas consumption. In addition, when using hydrogen as) auxiliary gas. Measures are taken to prevent the formation of explosive hydrogen / air mixtures to prevent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien nach dem Diffusions-Kondensätions-Prinzip gemäß dem Hauptpatent die Nachteile und Gefahren, die mit der Ableitung des Hilfsgases an die Umgebung verbunden sind, zu vermeiden und einen wirtschaftlichen Kondensattransport sicherzustellen.The invention is based on the object of a method for separating the water of reaction from the electrolyte Fuel elements and fuel batteries based on the diffusion-condensation principle according to the main patent, the disadvantages and dangers associated with the discharge of the auxiliary gas to the environment are connected to avoid and an economical condensate transport to ensure.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht., daß durch eine Strahlpumpe in einer GaBversorgungsleitung des Brennstoffelementes oder der Brennstoffbatterie eine Druckdifferenz zwischen Kondensationsraum;und Schleuse zum Transport des Kondensats erzeugt und das mit dem Kondensat mitströmende Hilfsgas in-die Strahlpumpe zurückgeführt wird. ■This is achieved according to the invention. That by a Jet pump in a gas supply line of the fuel element or the fuel battery, a pressure difference between Condensation chamber and lock for transporting the condensate generated and the auxiliary gas flowing with the condensate into the Jet pump is returned. ■

Ist das Brennstoffelement oder die Brennstoffbatterie in Betrieb, so wird Gas (Brennstoff und/oder Oxidationsmittel) verbraucht. Der Gasstrom erzeugt dabei in der in der Gasversorgungsleitung ' angeordneten Strahlpumpe, die eine Düse aufweist, einen Unterdruck. Die Differenz zwischen dem Druck des Gase« vor EintrittIf the fuel element or the fuel battery is in operation, this is how gas (fuel and / or oxidizing agent) is consumed. The gas flow is generated in the gas supply line 'arranged jet pump, which has a nozzle, a negative pressure. The difference between the pressure of the gas «before entry

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in die Düse der Strahlpumpe und dem erzeugten niederen Druck nach dem Austritt aus der Düse wird zum Transport des Kondensats aus dem Kondensationsraum in die Schleuse benutzt. Das mit dem Kondensat mitströmende Hilfsgas wird in den Niederdruckanschluß der Strahlpumpe zurückgeführt, d.h. in-den der Düse benachbarten Teil der Strahlpumpe, in welchem beim Betrieb Unterdruck herrscht.into the nozzle of the jet pump and the low pressure generated after exiting the nozzle is used to transport the condensate out the condensation room used in the lock. The auxiliary gas flowing with the condensate is fed into the low-pressure connection of the jet pump, i.e. into the one adjacent to the nozzle Part of the jet pump in which there is negative pressure during operation.

Als Hilfsgas kann vorteilhaft ein Reaktionsgas des Brennstoffelementes oder der Brennstoffbatterie verwendet werden, da in diesem Fall kein zusätzliches Gas vorhanden sein muß. Wird das Brennstoffelement oder die Brennstoffbatterie mit Wasserstoff als Brennstoff betrieben, so wird dieser vorzugsweise als Hilfsgas verwendet.A reaction gas from the fuel element can advantageously be used as the auxiliary gas or the fuel battery, as in this case there is no need for additional gas. It will Fuel element or the fuel battery operated with hydrogen as fuel, this is preferably used as an auxiliary gas used.

Die Strahlpumpe liegt in der Gasversorgungsleitung des Brennstoffelementes oder der Brennstoffbatterie. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Kondensationsraum an die Gasversorgungsleitung des Brennstoffelementes oder der Brennstoffbatterie angeschlossen sein, während die Schleuse mit der Strahlpumpe verbunden ist. In diesem Fall dient die Strahlpumpe ausschließlich zum Transport des Kondensats aus dem Kondensationsraum in die Schleuse. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Kondensationsraum an die Leitung für den Gasaustritt aus dem Brennstoffelement oder der Brennstoffbatterie und die Schleuse an die Strahlpumpe angeschlossen sein. In diesem Fall dienen Strahlpumpe und Gas sowohl zur Spülung des Brennstoffelementes oder der -batterie als auch - nach Austritt des Gases aus dem Brennstoffelement bzw, der -batterie - zur Spülung des Kondensationsraumes und der Schleuse.The jet pump is located in the gas supply line of the fuel element or the fuel battery. In a preferred embodiment of a device for performing the According to the method according to the invention, the condensation space can be connected to the gas supply line of the fuel element or the fuel battery be connected while the lock is connected to the jet pump. In this case the jet pump is used exclusively for transporting the condensate from the condensation chamber into the lock. In another embodiment can the condensation chamber to the line for the gas outlet from the fuel element or the fuel battery and the Lock must be connected to the jet pump. In this case, the jet pump and the gas both serve to flush the fuel element or the battery as well as - after the gas has escaped from the fuel element or battery - to flush the Condensation room and the lock.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren so.ll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt *On the basis of some exemplary embodiments and figures, so.ll the invention will be explained in more detail. It shows *

Fig. 1 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung 7,\)T Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. ? liowie Fig. 3 weitere beispielhafte Ausführungsformen.Fig. 1 shows schematically an exemplary embodiment of an apparatus 7, \) T carrying out the method according to the invention and Fig.? liowie Fig. 3 further exemplary embodiments.

-Fig. 1 \nt eine Batterie aus Brennstoffelementen mit 1 be nbmit; die einzelnen Brennstoffelemente der Batterie sind-Fig. 1 \ nt a battery of fuel elements with 1 be nbmit; are the individual fuel elements of the battery

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nicht zeichnerisch dargestellt. Die Brennstoffbatterie 1 wird über die Leitung 2 mit unter Druck stehendem Wasserstoff als Brennstoff versorgt; die Versorgungsquelle und die Gasleitungen in der Batterie sind nicht dargestellt. Der Elektrolyt wird aus einem Vorratsgefäß 3 mit Hilfe einer Elektrolytpumpe 4 durch die Brennstoffbatterie 1, in der er die einzelnen Brennstoffelemente in der angedeuteten Weise parallel durchströmt, und eine Wasserabreicherungseinheit 5 gepumpt. In der Wasserabreicherungseinheit kann sowohl die Temperatur als auch die Konzentration des Elektrolyten geregelt werden. Die Wasserabreicherungseinheit 5 enthält zwei Elektrolyträume 6, die von der Elektrolytflüssigkeit parallel durchströmt werden. Die Elektrolyträume 6 sind ganz oder teilweise von porösen Diaphragmen 7, beispielsweise in Form von Asbestmembranen, begrenzt. An die Elektrolyträume 6 schließen sich Kondensationsräume 8 an, die von nicht porösen Kondensationsflächen 9» beispielsweise -Nickelblechen oder Kunststoffolien, begrenzt sind. Die Kondensationsflächen 9 bilden gleichzeitig Trennwände zu den angrenzenden Kühlräumen 10, die vom Kühlmedium, beispielsweise Wasser, in der angedeuteten Weise durch die Leitungen 26' und 27 durchströmt werden. Die Wasserabreicherungseinheit kann aber auch einfacher aufgebaut sein und beispielsweise nur je einen Elektrolyt-, Kondensations- und Kühlraum aufweisen. Die Elektrolyt- und Kühlräume können mit Netzen, beispielsweise aus Polypropylen, ausgelegt sein. Die Temperaturregelung des Elektrolyten in der Wasserabreicherungseinheit kann durch entsprechend gesteuerte Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, erfolgen. Zur Konzentrationsregelung der Elektrolytflüssigkeit dient ein Konzentrationsmeßgerät 11, das auf ein Dreiwegeventil 12 wirkt. Mit diesem Ventil wird das aus der Schleuse 13 entnommene Wasser in Abhängigkeit von der Elektrolytkonzentration entweder durch eine Leitung 25 in das Vorratsgefäß 3 zurückgeführt oder durch eine Leitung 24 nach außen abgeleitet. Vom Konzentrationsmeßgerät 11 schließt sich der Elektrolytkreislauf zurück zum Vorratsgefäß 3 über eine Leitung 20.not shown in the drawing. The fuel battery 1 is via line 2 with pressurized hydrogen as Fuel supplies; the supply source and the gas lines in the battery are not shown. The electrolyte is from a storage vessel 3 with the help of an electrolyte pump 4 through the fuel battery 1, in which he the individual Flows through fuel elements in parallel in the manner indicated, and a water depletion unit 5 is pumped. In the water depletion unit, both the temperature and the concentration of the electrolyte can also be regulated. The water depletion unit 5 contains two electrolyte chambers 6, through which the electrolyte fluid flows in parallel. The electrolyte chambers 6 are completely or partially porous Diaphragms 7, for example in the form of asbestos membranes, limited. Condensation chambers close to the electrolyte chambers 6 8, bounded by non-porous condensation surfaces 9 », for example, nickel sheets or plastic foils are. The condensation surfaces 9 at the same time form partitions to the adjoining cooling spaces 10, which are separated from the cooling medium, for example water, flowed through in the manner indicated through the lines 26 'and 27. The water depletion unit but can also be constructed more simply and, for example, only one electrolyte, one condensation and one Have cold room. The electrolyte and cooling spaces can be laid out with nets, for example made of polypropylene. the Temperature regulation of the electrolyte in the water depletion unit can be controlled by appropriately controlled cooling with a Cooling liquid, such as water, take place. A concentration measuring device is used to regulate the concentration of the electrolyte liquid 11, which acts on a three-way valve 12. With this valve, the water withdrawn from the lock 13 is dependent of the electrolyte concentration is either returned to the storage vessel 3 through a line 25 or through a line 24 diverted to the outside. From the concentration measuring device 11, the electrolyte circuit closes back to the storage vessel 3 a line 20.

In der Gasversorgungsleitung.2 der Brennstoffbatterie 1 ist die Strahlpumpe 14"angeordnet. Vor der Strahlpumpe 14 wird aus der Leitung 2 Wasserstoff entnommen und durch eine Leitung 15In the gas supply line.2 of the fuel battery 1 is the jet pump 14 ″ is arranged. In front of the jet pump 14, the hydrogen is withdrawn from line 2 and through a line 15

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der Wasserabreicherungseinheit 5 zugeführt. Dort durchströmt der Wasserstoff parallel die Kondensationsräume 8. Der aus dem durch die Elektrolyträume 6 fließenden Elektrolyten durch die Diaphragmen 7 diffundierte Wasserdampf schlägt sich an den nicht porösen Kondensationsflächen 9 nieder und das Kondensat sammelt sich im unteren Teil der Kondensationsräume 8. Zum Transport des Kondensats in die Schleuse 13 zusammen mit dem in den Kondensationsräumen 8 als Hilfsgas befindlichen Wasserstoff aufgrund der von der Strahlpumpe 14 aufrecht erhaltenen Druckdifferenz dient eine Sammelleitung 16, die in einen Gasraum 17 der Schleuse 13 führt. Der Gasraum 17 ist.vorteilhaft durch eine poröse Membran 18, beispielsweise eine Asbestmembran, von einem Flüssigkeitsraum 19 getrennt. Der Flüssigkeitsraum kann mit einem Netz, beispielsweise aus Polypropylen, ausge- \ 'legt sein. Das sich im Gasraum 17 ansammelnde Kondensat wird durch die Membran 18 in den Flüssigkeitsraum 19, der sich etwa auf Atmosphärendruck befindet,' gedrückt und von dort mit Hilfe des Ventils 12 entweder nach außer abgeführt oder durch die Leitung 25 in das Elektrolytvorratsgefäß 3 zurückgegeben. Das Hilfsgas wird schließlich aus dem Gasraum 17 durch die Leitung 21 in die Strahlpumpe 14 zurückgeführt und zwar in deren Niederdruckanschluß 22. In die Leitung 21 ist ein Rückschlagventil eingeschaltet.the water depletion unit 5 supplied. There the hydrogen flows through the condensation chambers 8 in parallel. The water vapor diffused from the electrolyte flowing through the electrolyte chambers 6 through the diaphragms 7 is deposited on the non-porous condensation surfaces 9 and the condensate collects in the lower part of the condensation chambers 8. To transport the condensate in the lock 13 together with the hydrogen present as auxiliary gas in the condensation chambers 8 due to the pressure difference maintained by the jet pump 14, a collecting line 16 is used, which leads into a gas chamber 17 of the lock 13. The gas space 17 is advantageously separated from a liquid space 19 by a porous membrane 18, for example an asbestos membrane. The liquid space can with a network, such as polypropylene, excluded \ 'places to be. The condensate accumulating in the gas space 17 is pressed through the membrane 18 into the liquid space 19, which is approximately at atmospheric pressure, and from there with the aid of the valve 12 either discharged to the outside or returned through the line 25 into the electrolyte reservoir 3. The auxiliary gas is finally returned from the gas space 17 through the line 21 to the jet pump 14, specifically into its low-pressure connection 22. A check valve is switched into the line 21.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird die Batterie hochgefahren, wobei sie elektrisch belastet wird, die Kühlung in der Wasserabreicherungseinheit aber noch nicht eingeschaltet \ ist, so kommt es zu einer reinen Wasserstoffströmung über die Leitung 15» die Kondensationsräume 8 der Wasserabreicherungseinheit 5, die Leitung 16, den Gasraum 17 der Schleuse 13, die Leitung 21 und das Rückschlagventil 23 zur Strahlpumpe 14. Die Strömungsgeschwindigkeit stellt sich aufgrund der Strömungswiderstände ein. The device operates as follows: When powered up, the battery, where it is electrically charged, the cooling is \ but is not turned on in the Wasserabreicherungseinheit, so it comes to a pure hydrogen flow through the line 15 ', the condensation spaces 8 of the Wasserabreicherungseinheit 5, line 16 , the gas space 17 of the lock 13, the line 21 and the check valve 23 to the jet pump 14. The flow rate is set due to the flow resistances.

Wird nun die Wasserabreicherungseinheit durch Einschalten der Kühlung in Betrieb genommen, so kommt es bei geringen Konden- - satmengen in den Kondensationsräumen 8 zu einer Gas/Flüssigkeits-Strömung in die Schleuse 13, wo sich ein entsprechender Flüssigkeitsspiegel einstellt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs ist in diesem Fall im wesentlichen durch den Zweiphasen-If the water depletion unit is now put into operation by switching on the cooling, then with low condensation - sat quantities in the condensation chambers 8 to a gas / liquid flow in the lock 13, where there is a corresponding liquid level adjusts. The flow rate of the hydrogen in this case is essentially determined by the two-phase

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transport in der Leitung 16 zur Schleuse 13 und die Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels gegeben und im Vergleich zur . reinen Gasströmung verhältnismäßig gering. Bei zunehmender Kondensatmenge erhält man als Grenzfall eine reine Flüssigkeitsströmung von den Kondensat!onsräumen in die Schleuse. Die Druckabsenkung durch die Strahlpumpe dient dann nur zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsniveaus in der Schleuse. Man erhält dabei das höchste Flüssigkeitsniveau in der Schleuse und zugleich den maximal möglichen Transportstrom des Kondensats.transport in line 16 to lock 13 and the maintenance given the liquid level and compared to. pure gas flow relatively low. With increasing As a borderline case, the amount of condensate is a pure liquid flow from the condensation rooms into the lock. The pressure drop the jet pump then only serves to maintain the liquid level in the lock. You get the highest liquid level in the lock and at the same time the maximum possible transport flow of the condensate.

Wird die Batterie abgeschaltet, so wird in der Schleuse 13 in der Regel ein Flüssigkeitsniveau vorhanden sein. Würde dann die . durch die Strahlpumpe 14 erzeugte Druckdifferenz durch Unterbrechung der Brennstoffzufuhr entfallen, so könnte es zum Ausgleich des Flüssigkeitsspiegels zwischen den Kondensationsräumen und der Schleuse und möglicherweise zu einem Kontakt des Kondensats mit den Diaphragmen der Elektrolyträume in der Wasserabreicherungseinheit kommen. Das Kondensat würde dann teilweise in den Elektrolytkreislauf zurückgedrückt. Dies wird durch das Rückschlagventil 23 verhindert, das den Unterdruck aufrechterhält.If the battery is switched off, then in the lock 13 in usually there should be a liquid level. Then would the. pressure difference generated by the jet pump 14 by interruption the fuel supply is omitted, it could compensate for the liquid level between the condensation chambers and the lock and possibly to a contact of the condensate with the diaphragms of the electrolyte chambers in the Water depletion unit come. Some of the condensate would then be pushed back into the electrolyte circuit. this will prevented by the check valve 23, which maintains the negative pressure.

Zweigt die Leitung 15 für das Hilfsgas vor der Strahlpumpe von der Gasversorgungsleitung 2 ab, so gelangt das Hilfsgas nach Durchströmen der Wasserabreicherungseinheit und der Schleuse über.die Strahlpumpe ausschließlich in die Batterie. Erfolgt der Anschluß der Leitung 15 dagegen nach der Strahlpumpe, so gelangt das Hilfsgas nach Durchströmen der Wasserabreicherungseinheit und der Schleuse über die Strahlpumpe sowohl in die Batterie als auch wiederum in die Y/asserabreicherungseinheit und die Schleuse.If the line 15 for the auxiliary gas branches off from the gas supply line 2 upstream of the jet pump, the auxiliary gas follows Flows through the water depletion unit and the sluice via the jet pump exclusively into the battery. He follows the connection of the line 15, however, after the jet pump, see above the auxiliary gas arrives after flowing through the water depletion unit and the lock via the jet pump both into the battery and, in turn, into the water depletion unit and the lock.

In Fig. 2 ist schematisch eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind Schleuse und Wasserabreicherungseinheit an die Brennstoffbatterie angeflanscht, d.h. direkt mit dieser verbunden. Dies hat einerseits den Vorteil, daß dadurch eine kompakte Baueinheit erhalten wird, bei der die Leitungen, die bei getrennter Anordnung der Einzelteile zwischen diesen erforderlich sind, entfallen. Bei einer kompakten Baueinheit ist darüber hinaus ein Teil der EndplattenIn Fig. 2 is a particularly preferred embodiment of a device for carrying out the invention is schematically Procedure shown. In this embodiment, the sluice and water depletion unit are flanged to the fuel battery, i.e. directly connected to this. On the one hand, this has the advantage that a compact structural unit is obtained. in which the lines, which are required between these when the individual parts are arranged separately, are omitted. At a compact unit is also part of the end plates

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nicht mehr- erforderlich, wodurch sich Konstruktionsvereinfachung und Gewichtsersparnis ergeben. Schließlich kann bei dieser kompakten Bauweise bei Brennstoffbatterien mit großer Leistung eine einfache Parallelschaltung mehrerer Schleusen erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vor allem deshalb vorteilhaft bei derartigen kompakten Baueinheiten angewendet, weil sich dabei das Flüssigkeitsniveau in der Schleuse oberhalb der'unteren Enden der Diaphragmen in der Wasserabreicherungseinheit befindet, was zu den bereits geschilderten Schwierigkeiten führen könnte. Bei getrennter Anordnung der Einzelteile können die Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß die Schleuse tiefer angeordnet wird als die Wasserabreicherungseinheit. ,no longer required, which simplifies the construction and weight savings. Finally, with this compact design, fuel batteries with large Performance a simple parallel connection of several locks can be achieved. The inventive method is before mainly because it is used advantageously in such compact structural units, because the liquid level is located in the lock above the lower ends of the diaphragms in the water depletion unit, which has already led to the difficulties described. If the individual parts are arranged separately, the difficulties can arise be avoided that the lock is arranged lower than the water depletion unit. ,

Das Elektrolytvorratsgefäß samt den zugehörigen· Leitungen und I die Elektrolytpumpe sind in Fig. 2 nicht dargestellt. Die Elektrolytflüssigkeit, beispielsweise 6 η KOH, tritt durch eine Leitung 32 in der Endplatte 60 von unten in die Brennstoffbatterie 31 ein, durchströmt, wie in.der Figur angedeutet ist, parallel sämtliche Brennstoffelemente der Batterie, die nicht dargestellt sind, und tritt durch eine Leitung 33 in einer Trennplatte 34 zwischen der Batterie 31 und der angeflanschten Wasserabreicherungseinheit 35 oben aus der Brennstoffbatterie ;51 aus und in eine Umlenkzelle 36 der Wasserabreicherungseinheit 35 ein. Durch diese Zelle 36 wird der Elektrolyt umgelenkt, tritt in die .Leitung 59 ein und durchfließt dann - von unten nach oben - in paralleler Richtung die Elektrolyträume 37 der Wasserabreicherungseinheit 35. An- f schließend tritt der Elektrolyt durch eine Leitung 38 aus der Endplatte 39 der kompakten Baueinheit aus Brennstoffbatterie, Wasserabreicherungseinheit und Schleuse aus und wird schließlich in das Elektrolytvorratsgefäß zurückgeführt..Im Elektrolytkreislauf kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Konzentrationsmeßgerät angeordnet sein. In der Umlenkzelle 36 kann vorteilhaft bereits eine Wasserabreicherung erfolgen.The electrolyte storage vessel with the associated lines and I. the electrolyte pumps are not shown in FIG. The electrolyte liquid, for example 6 η KOH, passes through a line 32 in the end plate 60 flows from below into the fuel battery 31, as indicated in the figure is, in parallel all the fuel elements of the battery, which are not shown, and passes through a line 33 in FIG a partition plate 34 between the battery 31 and the flanged Water depletion unit 35 from the top of the fuel battery; 51 from and into a deflection cell 36 of the water depletion unit 35 a. The electrolyte is deflected by this cell 36, enters the line 59 and flows through it then - from bottom to top - the electrolyte chambers 37 of the water depletion unit 35 in a parallel direction the electrolyte then passes through a line 38 from the end plate 39 of the compact assembly of the fuel battery, Water depletion unit and sluice and is finally returned to the electrolyte storage vessel. In the electrolyte circuit can, as shown in Fig. 1, a concentration measuring device can be arranged. In the deflection cell 36 can a water depletion already advantageously take place.

Durch eine Leitung 40 wird der Brennstoffbatterie 31 von einem, nicht dargestellten Vorratsbehälter ein unter Druck stehender gasförmiger Reaktant, beispielsweise Wasserstoff mit einemThrough a line 40, the fuel battery 31 is supplied by a storage container, not shown, a pressurized gaseous reactant, for example hydrogen with a

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Druck von 0,15 N/mm , zugeführt. In dieser Versorgungsleitung 40 ist eine Strahlpumpe 41 angeordnet. Die Strahlpumpe kann beispielsweise aus Glas bestehen. Der Innendurchmesser beträgt beispielsweise etwa 6 mm, die Düse und die darauffolgende Verjüngung weisen beispielsweise einen Innendurchmesser von etwa 0,7 mm auf. Der bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffbatterie 31 nicht umgesetzte Reaktant verläßt die Batterie durch die Leitung 42. Aus der Versorgungsleitung 40 für den Reaktanten wird durch eine Leitung 43 vor der Strahlpumpe 41 gasförmiger Reaktant als Hilfsgas entnommen und den Kondensationsräumen 44 der Wasserabreicherungseinheit 35 zugeführt. Zusammen mit dem Kondensat in den Kondensationsräumen 44, das sich durch Diffusion des Wasserdampfes aus der Elektrolytflüssigkeit in den Elektrolyträumen 37 und der Umlenkzelle 36 durch die Diaphragmen 45 und Kondensation an den nicht porösen Kondensationsflächen 46 der Kühlräume 47 gebildet hat, tritt das Hilfsgas durch die Sammelleitung 48 in zwei G-asräumePressure of 0.15 N / mm. In this supply line 40 a jet pump 41 is arranged. The jet pump can for example consist of glass. The inside diameter is for example about 6 mm, the nozzle and the following one Tapers have, for example, an inside diameter of about 0.7 mm. The one in the electrochemical reaction in the Fuel battery 31 unreacted reactant leaves the battery through line 42. From supply line 40 for the reactants, gaseous reactant is withdrawn as auxiliary gas through a line 43 upstream of the jet pump 41 and the Condensation chambers 44 supplied to the water removal unit 35. Together with the condensate in the condensation spaces 44, which is formed by diffusion of the water vapor from the electrolyte liquid in the electrolyte chambers 37 and the deflection cell 36 through the diaphragms 45 and condensation on the not has formed porous condensation surfaces 46 of the cooling spaces 47, the auxiliary gas passes through the collecting line 48 into two gas spaces

49 der Schleuse 50 über. Das Hilfsgas tritt oben aus den Gasräumen 49 aus und wird durch eine gemeinsame Leitung 51 , in der ein Rückschlagventil 52 angeordnet ist, dem Niederdruckanschluß 53 der Strahlpumpe 41 zugeführt. Das durch den Unterdruck mittels der Strahlpumpe 41 in die GasräumfeM-S—der Schleuse49 of the lock 50 over. The auxiliary gas emerges from the gas chambers 49 at the top and is conveyed through a common line 51, in which a check valve 52 is arranged, fed to the low-pressure connection 53 of the jet pump 41. That through the negative pressure by means of the jet pump 41 into the GasräumfeM-S — the lock

50 transportierte Kondensat tritt durch Membranen 54y die die Gasräume 49 begrenzen, in einen Flüssigkeitsraum 55 über und wird aus diesem über die Leitung 56 entfernt. Dies erfolgt vorteilhaft im oberen Teil.der Batterie, da dadurch ein Austrocknen der Membranen verhindert wird. Das Kondensat, d.h. das Wasser, kann über diese Leitung 56 und ein Dreiwegeventil, wie in Fig. 1 dargestellt'ist, entweder abgeführt oder in den Elektrolytvorratsbehälter zurückgeführt werden. Das Kühlmedium für die Wasserabreicherungseinheit, beispielsweise Wasser, tritt durch eine Leitung 57 durch die Endplatte 39 von unten in die Wasserabreicherungseinheit 35 ein, durchströmt die Kühlräume 47 in. paralleler Richtung von unten nach oben und vsrläßt die kompakte Baueinheit durch eine Sammelleitung 58 in der Endplatte 39.50 transported condensate passes through the membranes 54y Limit gas spaces 49, into a liquid space 55 and is removed therefrom via line 56. this happens advantageous in the upper part of the battery, as it will dry out of the membranes is prevented. The condensate, i.e. the water, can be discharged via this line 56 and a three-way valve, as shown in Fig. 1, either discharged or into the Electrolyte reservoirs are returned. The cooling medium for the water depletion unit, for example water, enters the water depletion unit 35 from below through a line 57 through the end plate 39, through which it flows Cooling spaces 47 in a parallel direction from bottom to top and the compact structural unit leaves through a collecting line 58 in the end plate 39.

In Fig. 3 ist schematisch in .vereinfachter Form eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der einerseits Wasser-In Fig. 3 is a schematic. Simplified form of an embodiment a device for performing the method according to the invention is shown in which on the one hand water

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abreicherurigseinheit bzw. Koridensationsraum und Schleuse in einer kompakten Baueinheit vereinigt sind, und bei der der Kondensationsraum an die Gasaustrittsleitung der Brennstoffbatterie angeschlossen ist. Der Elektrolytkreislauf samt Elektrolytvorratsgefäß und Elektrolytpumpe sowie das Vorratsgefäß für den gasförmigen Reaktanten sind der Einfachheit halber weggelassen. Der gasförmige Reaktant strömt durch die Leitung 61 und die Strahlpumpe 62 in die Brennstoffbatterie 63, wo er die nicht dargestellten Brennstoffelemente in geeigneter Weise, beispielsweise parallel oder in Serie, durchströmt, und von dort durch die Leitung 66 in den Kondensationsraum 64 und durch die Leitung 67 in den Gasraum 68 der Schleuse .65· Der als Hilfsgas dienende Reaktant wird also unmittelbar vom Gasausgang der gegebenenfalls mit erhöhtem Gasdurchsatz betriebenen Batterie bezogen. Der Gasausgang der Schleuse 65 ist durch die Leitung 69 wieder direkt mit der Strahlpumpe 62 verbunden. Die Elektrolytflüssigkeit tritt durch eine Leitung 70 in die Batterie ein, durchströmt die einzelnen Brennstoffelemente, die nicht dargestellt sind, strömt durch eine Leitung 71 in den Elektrolytraum 72, der durch ein Diaphragma 73 vom Kondensationsraum 64 getrennt ist, und verläßt den Elektrolytraum durch die Leitung 74. Das Kühlmedium tritt durch die Leitung 75 in. den Kühlraum 76, der durch eine nicht poröse Kondensationsfläche 77 vom Kondensationsraum 64 getrennt ist, ein und verläßt den Kühlraum durch eine Leitung 78. Der Flüssigkeitsraum 79 der Schleuse 65 ist durch eine flüssigkeitsdurchlässige Membran 80 vom Gasraum 68 getrennt. Das sich im Flüssigkeitsraum ansammelnde Wasser wird durch eine Leitung 81 aus der Schleuse entfernt.Depletion unit or coridation room and lock in are combined in a compact structural unit, and in which the condensation space is connected to the gas outlet line of the fuel battery connected. The electrolyte circuit including the electrolyte storage vessel and electrolyte pump and the storage vessel for the gaseous reactants are simplicity omitted for the sake of The gaseous reactant flows through line 61 and jet pump 62 into the fuel battery 63, where it flows through the fuel elements, not shown, in a suitable manner, for example in parallel or in series, and from there through the line 66 into the condensation space 64 and through the line 67 into the gas space 68 of the lock .65 · The reactant serving as an auxiliary gas thus becomes immediate obtained from the gas outlet of the battery, which may be operated with increased gas throughput. The gas outlet of the lock 65 is again directly connected to the jet pump 62 by the line 69. The electrolyte fluid passes through a conduit 70 a into the battery, flows through the individual fuel elements, which are not shown, flows through a line 71 into the electrolyte space 72, which is separated from the condensation space 64 by a diaphragm 73, and leaves the electrolyte space through the line 74. The cooling medium passes through the line 75 into the cooling space 76, which is through a non-porous Condensation surface 77 is separated from condensation space 64, and leaves the cooling space through a line 78. The liquid space 79 of the lock 65 is permeable through a liquid The membrane 80 is separated from the gas space 68. The water that collects in the liquid space is discharged through a line 81 from the Lock removed.

Versuche haben ergeben, daß bereits bei Batterieleistungen in der Größenordnung von 100 Watt die für den Kondensattransport benötigte Druckdifferenz erzielbar ist. Bei höheren Batterieleistungen genügen schon einfache Strahlpumpen, insbesondere wenn in der Schleuse Membranen mit guter Durchlässigkeit (beispielsweise Lederasbest-Membranen von etwa 0,4 mm Stärke) verwendet werden. Da das zum Kondensattransport dienende Hilfsgas am Ausgang der Schleuse in die Gasversorgungsleitung der Batterie zurückgeführt wird, treten beim Ausbringen des Kondensats keinerlei Gasverluste auf, so daß der 'Wirkungsgrad der gesamtenTests have shown that even with battery capacities in the order of 100 watts, that for the condensate transport required pressure difference can be achieved. With higher battery capacities, simple jet pumps are sufficient, especially if membranes with good permeability (for example leather asbestos membranes of about 0.4 mm thickness) are used in the lock will. Since the auxiliary gas used to transport condensate is fed into the gas supply line of the battery at the exit of the lock is returned, nothing occurs when the condensate is discharged Gas losses on, so that the 'efficiency of the entire

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Batterie erhöht wird.Battery is increased.

6 Patentansprüche 3 Figuren6 claims 3 figures

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Claims

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Claims

[\ J Process for separating the reaction water from the electrolyte from fuel elements and fuel. Batteries according to the diffusion-condensation principle according to patent ... (Application P 16 71 879.9)> whereby the condensate is extracted from a condensation space with a non-porous condensation surface by means of an auxiliary gas is pressed into a sluice, characterized in that a jet pump in a gas supply line of the fuel element or the fuel battery generates a pressure difference between the condensation chamber and sluice for transporting the condensate and the auxiliary gas flowing with the condensate is returned to the jet pump.

2. The method according to claim 1, characterized in that a reaction gas of the fuel element or the auxiliary gas Fuel battery, particularly hydrogen, is used.

3. Apparatus for performing the method according to claim or 2, characterized in that the condensation on the gas supply line and the lock to the jet pump in the gas supply line of the fuel element or the Fuel battery is connected.

4. Apparatus for performing the method according to claim or 2, characterized in that the condensation space on the gas outlet line of the fuel element or the fuel battery and the lock to the jet pump in the Gas supply line of the fuel element or the fuel battery connected.

5. Apparatus to claim 3 or 4 »characterized in that that the lock is flanged to the condensate interior and possibly together with this to the fuel battery.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the lock with a porous asbestos membrane provided ipt.

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