DE2128537B2

DE2128537B2 - DEVICE FOR SEPARATING THE REACTION WATER FROM THE ELECTROLYTE FROM FUEL ELEMENTS AND FUEL BATTERIES

Info

Publication number: DE2128537B2
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: 1978-02-09
Also published as: FR2140500B2; FR2140500A2; GB1396157A; DE2128537A1; DE2128537C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien nach dem Diffusions-Kondensations-Prinzip mit einer wenigstens einen Kondensationsraum mit nicht poröser Kondensationsfläche aufweisenden Wasserabreicherungseinheit und einer damit verbundenen Schleuse zur Ausbringung des Kondensats mittels Wasserstoff.The invention relates to a device for separating the water of reaction from the electrolyte Fuel elements and fuel batteries based on the diffusion-condensation principle with at least one a condensation space with a non-porous condensation surface having a water depletion unit and a lock connected to it for discharging the condensate using hydrogen.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Entfernung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien bekannt geworden. Beispielsweise kann dazu ein im Kreislauf geführtes Reaktionsgas innerhalb des Brennstoffelementes mit dem aus dem Elektrolyten durch die Elektroden ausdampfenden Wasser beladen und dieses außerhalb des Brennstoffelementes in einem Kondensator wieder ausgeschieden werden (vgl. US-PS 62 308). Um eine bessere Wasserdampfsättigung des Reaktionsgases zu erreichen, ist auch schon ein Vorschlag bekannt geworden, sie außerhalb des Brennstoffelements vorzunehmen und den Elektrolyten in einen Konzentrator zu leiten, wo das Reaktionswasser von einem Trägergas in Dampfform aufgenommen wird (DT-OS 14 96 230).There are already various methods and devices for removing the water of reaction from the Electrolytes of fuel elements and fuel batteries have become known. For example, you can do this a circulating reaction gas within the fuel element with that from the electrolyte loaded by the electrodes evaporating water and this outside of the fuel element in one Capacitor to be eliminated again (see. US-PS 62 308). In order to achieve a better water vapor saturation of the To achieve reaction gas, a proposal has already become known to use them outside of the Make fuel element and direct the electrolyte into a concentrator, where the water of reaction is absorbed by a carrier gas in vapor form (DT-OS 14 96 230).

Bei der Methode nach der US-PS 34 62 308 bzw. der entsprechenden GB-PS 10 30 981 werden die in Brennstoffelementen bei der elektrochemischen Reaktion gebildeten Reaktionsprodukte, wie Wasser, das durch die porösen Elektroden in die Gasräume diffundiert, über einen Gaskreislauf entfernt. Dazu wird die Gasversorgungsleitung vor dem Brennstoffelement mit einem Injektor versehen, dem das aus dem Gasraum des Brennstoffelementes austretende Gas zugeführt wird. In der Leitung zwischen Gasraum und Injektor sind Mittel zur Reinigung des Gases, d. !i. zur Entfernung der Reaktionsprodukte, angeordnet, wie Kondensationseinrichtungen und Flüssigkeitsreservoire. Ferner ist diese Leitung noch mit einem Ventil versehen, um aus dem Gaskreislauf Gas und darin angereicherte Inertgasanteile entfernen zu können. Bei dieser Vorrichtung sind somit die Kondensationseinrichtungen an die Gasräume angeschlossen, d. h. an die Ableitungen des Brennstoffelementes. Dem Injektor wird deshalb ausschließlich aus dem Brennstoffelement austretendes Gas zugeführt. Der Spülgasstrom muß sich bei dieser Vorrichtung demnach nach den Erfordernissen bezüglich der Wasserausbringung richten und nicht nach dem Verbrauch an Reaktionsgas. Auf der Wasserstoffseite ist es deshalb erforderlich, daß die durch den Gasraum zirkulierende Menge an Wasserstoff etwa zehnmal größer ist als die Menge, die an der Anode verbraucht wird, um eine ausreichende Menge an Wasserdampf entfernen zu können.In the method according to US-PS 34 62 308 or the corresponding GB-PS 10 30 981 are used in fuel elements in the electrochemical reaction reaction products formed, such as water, which pass through the porous electrodes into the gas spaces diffused, removed via a gas cycle. For this purpose, the gas supply line is upstream of the fuel element provided with an injector to which the gas emerging from the gas space of the fuel element is fed will. In the line between the gas space and the injector there are means for cleaning the gas, i. ! i. to the Removal of the reaction products, arranged such as condensation devices and liquid reservoirs. Furthermore, this line is also provided with a valve to allow gas out of the gas cycle and into it to be able to remove enriched inert gas components. In this device there are thus the condensation devices connected to the gas compartments, d. H. to the discharges of the fuel element. The injector therefore only gas emerging from the fuel element is supplied. The purge gas flow must be with this device, therefore, according to the requirements with regard to the application of water and not after the consumption of reaction gas. On the hydrogen side, it is therefore necessary that the The amount of hydrogen circulating through the gas space is about ten times greater than the amount that circulates in the Anode is consumed to remove a sufficient amount of water vapor can.

Aus der DT-AS 11 63 932 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zur Reaktionswasserentfernung für ein bei erhöhter Temperatur arbeitendes Wasserstoff/ Sauerstoff-Brennstoffelement ein Wasserstoffzirkula-From DT-AS 11 63 932 a device is known in which to remove water of reaction for a hydrogen / oxygen fuel element working at elevated temperature a hydrogen circula-

jo tionssystem dient. Dieses System weist zur Erzeugung der Druckdifferenz für die Wasserstoffzirkulation einen wasserbetriebenen Injektor auf. Eine derartige Vorrichtung hat den zusätzlichen Nachteil, daß dabei eine Wasserpumpe erforderlich ist, zu deren Antriebjo tion system is used. This system points to generation the pressure difference for the hydrogen circulation on a water-powered injector. Such a device has the additional disadvantage that it requires a water pump to drive it

J5 elektrische Energie benötigt wird.J5 electrical energy is required.

Im Hauptpatent ist ein anderer Weg zur Abtrennung des Reaktionswassers beschrieben worden. Dabei wird der Elektrolyt in einer Wasserabreicherungseinheit mit einem Diaphragma in Berührung gebracht und der hindurchdiffundierende Wasserdampf an einer gekühlten Kondensationsfläche abgeschieden, 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 OF-PS 2 77 3Ί1 kann die Kondensationsfläche ganz oder teilweise aus einem porösen Material bestehen. Dabei wird der aus dem Elektrolyten durch das poröse Diaphragma und einen anschließenden Gasraum hindurchdiffundierte Wasserdampf an der gtkühlten Kondensationsfläche kondensiert und mittels eines Druckgases unmittelbar durch die Poren der Kondensationsfläche in das Kühlmittel gedrückt. Der Gasraum kann aber auch eine gekühlte, nicht poröse Kondensationsfläche aufweisen. In diesem Fall ist der Gasraum, der auch als Kondensationsraum bezeichnet wird, mit einer Vorrichtung zur Entfernung des Kondensationswassers verbunden. Diese VorrichtungAnother way of separating off the water of reaction has been described in the main patent. It will the electrolyte is brought into contact with a diaphragm in a water depletion unit and the Diffusing water vapor deposited on a cooled condensation surface, the hydrostatic pressure of the electrolyte in the diaphragm either through gas pressure or capillary pressure is compensated. The separation of the water of reaction according to this diffusion-condensation principle has proven itself well in practical use. According to the corresponding OF-PS 2 77 3Ί1, the condensation surface consist entirely or partially of a porous material. This is made from the electrolyte water vapor diffused through the porous diaphragm and an adjoining gas space at the Cooled condensation surface condenses and by means of a pressurized gas directly through the pores of the Condensation surface pressed into the coolant. The gas space can, however, also be a cooled, non-porous one Have condensation surface. In this case, the gas space, which is also referred to as the condensation space is connected to a device for removing the condensation water. This device

bo 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 (DT-PS 12 73 644).bo can be a lock for the automatic continuous removal of the water of reaction into which the Condensate is transported. A porous disc is arranged in the sluice through which the deposited Water of reaction emerges (DT-PS 12 73 644).

hi Bei der Reaktionswasserabtrennung mit Hilfe eines Kondensationsraumes mit nicht poröser Kondensationsfläche und nachfolgender Schleuse wird für den Kondensattransport ein unter Druck stehenden Hilfsgashi When separating off the water of reaction with the aid of a Condensation space with a non-porous condensation surface and a subsequent lock is used for the Condensate transport a pressurized auxiliary gas

benutzt, meistens Wasserstoff, der dem Brennstoffelement bzw. 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 füllgas Maßnahmen getroffen werden, um die Entstehung explosibler Wasserstoff/Luft-Gemische zu verhindern.used, mostly hydrogen, which is taken from the fuel element or the fuel battery. This auxiliary gas escapes into the environment after the lock, which is not inconsiderable Gas consumption means. In addition, measures must be taken when using hydrogen as a filler gas taken to prevent the formation of explosive hydrogen / air mixtures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien nach dem Diffusions-Kondensations-Prinzip mit einer einen Kondensaiionsraum enthaltenden Wasserabreic'heiungseinheit und einer Schleuse — gemäß dem Hauptpatent — die Nachteile und Gefahren zu vermeiden, die mit der Ableitung des Hilfgases Wasserstoff an die Umgebung verbunden sind, und einen wirtschaftlichen Kondensattransport sicherzustellen. The invention is based on the object of a device for separating off the water of reaction the electrolyte of fuel elements and fuel batteries based on the diffusion-condensation principle with a water separation unit containing a condensation room and a lock - according to the main patent - to avoid the disadvantages and dangers associated with the discharge of the auxiliary gas Hydrogen are connected to the environment, and to ensure an economical condensate transport.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kondensationsraurn an die Wasserstoffversorgungsleitung des Brennstoffelementes bzw. der Brennstoffbatterie angeschlossen ist, daß in der Wasserstoffversorgungsleitung eine Strahlpumpe zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen Kondensationsraum und Schleuse zum Transport des Kondensats angeordnet ist und daß die Schleuse zur Zurückführung des Wasserstoffes an die Strahlpumpe angeschlossen ist.This is achieved according to the invention in that the condensation space is connected to the hydrogen supply line of the fuel element or the fuel battery is connected that in the hydrogen supply line a jet pump for generating a pressure difference between the condensation chamber and Lock is arranged for the transport of the condensate and that the lock for returning the hydrogen is connected to the jet pump.

Ist das Brennstoffelement bzw. die Brennstoffbatterie in Betrieb, so wird Gas, d. h. Brennstoff, verbraucht. Der ω Gasstrom erzeugt dabei in der in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordneten Strahlpumpe, die eine Düse aufweist, einen Unterdruck. Die Differenz zwischen dem Druck des Gases vor Eintritt in die Düse der Strahlpumpe und dem erzeugten niedrigen Druck nach dem Austritt aus der Düse wird zum Transport des Kondensats aus dem Kondensationsraum in die Schleuse benum. Das mit dem Kondensat mitströmende Hilfsgas, der Wasserstoff, wird in den Niederdruckanschluß der Strahlpumpe zurückgeführt, d. h. in den der «> Düse benachbarten Teil der Strahlpumpe, in welchem beim Betrieb Unterdruck herrscht. Da hierbei also der Kondensationsraum an die Gasversorgungsleitung des Brennstoffelementes bzw. der Brennstoffbatterie angeschlossen ist, während die Schleuse mit der Strahlpumpe verbunden ist, dient die Strahlpumpe ausschließlich zum Transport des Kondensats aus dem Kondensationsraum in die Schleuse.If the fuel element or the fuel battery is in operation, gas, d. H. Fuel, used up. The ω Gas flow is generated in the jet pump arranged in the hydrogen supply line, which has a Has nozzle, a negative pressure. The difference between the pressure of the gas before entering the nozzle the jet pump and the low pressure generated after exiting the nozzle is used to transport the Condensate from the condensation chamber into the sluice benum. The one flowing with the condensate Auxiliary gas, the hydrogen, is fed back into the low-pressure connection of the jet pump, i. H. in which the «> Part of the jet pump adjacent to the nozzle, in which there is negative pressure during operation. Since this is the Condensation chamber connected to the gas supply line of the fuel element or the fuel battery is, while the lock is connected to the jet pump, the jet pump is used exclusively for Transport of the condensate from the condensation room into the lock.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprü- 5U chen.Advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject of subclaims 5U chen.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren, die — schematisch — beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen, so!! die Erfindung noch näher erläutert werden.On the basis of some exemplary embodiments and figures which - schematically - exemplary embodiments show the device according to the invention so !! the invention will be explained in more detail.

In Fig. 1 ist eine Batterie aus Brennstoffelementen mit 1 bezeichnet; die einzelnen Brennstoffelemente der Batterie sind nicht zeichnerisch dargestellt. Die Brennstoffbatterie 1 wird über die Leitung 2 mit unter Druck stehendem Wasserstoff als Brennstoff versorgt; im 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 h> durchströmt, und eine Wasserabreicherungseinheit 5 gepumpt. In der Wasserabreicherungseinheit kann sowohl die Temperatur als auch die Konzentration des Elektrolyten geregelt werden. Die Wasstrrabreicherungseinheit 5 enthält zwei Elektrolyträume 6, die von der Elektrolytflüssigkeit parallel durchströmt werden. Die Elekirolyträume 6 sind ganz oder teilweise vor porcsen Diaphragmen 7, beispielsweise in Form von Asbesimembranen, 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.In Fig. 1 is a battery of fuel elements denoted by 1; the individual fuel elements of the battery are not shown in the drawing. the Fuel battery 1 is supplied with pressurized hydrogen as fuel via line 2; in the the supply source and the gas lines in the battery are not shown. The electrolyte is running out a storage vessel 3 with the help of an electrolyte pump 4 through the fuel battery 1, in which he the individual Fuel elements in the manner indicated parallel h> flows through, and a water removal unit 5 is pumped. In the water depletion unit can both the temperature and the concentration of the electrolyte can be controlled. The water removal unit 5 contains two electrolyte chambers 6 through which the electrolyte fluid flows in parallel. The Elekirolyträume 6 are wholly or partially in front of porous diaphragms 7, for example in the form of Asbesi membranes, limited. Condensation chambers 8 adjoin the electrolyte chambers 6, but those of not porous condensation surfaces 9, for example, nickel sheets or plastic foils, are limited. the Condensation surfaces 9 simultaneously form partitions to the adjoining cooling spaces 10, which from Cooling medium, for example water, flows through lines 26 and 27 in the manner indicated will. The water depletion unit can, however, also have a simpler structure and, for example, only each have an electrolyte, condensation and cooling space. The electrolyte and cold rooms can with Nets, for example made of polypropylene, be designed. The temperature control of the electrolyte in the Water depletion unit can be controlled by appropriately controlled cooling with a cooling liquid, such as Water. 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 one removed from the lock 13 is removed Depending on the electrolyte concentration, water either through a line 25 into the storage vessel 3 returned or diverted to the outside through a line 24. From the concentration measuring device 11 closes the electrolyte circuit goes back to the storage vessel 3 via 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 15 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, ausgelegt 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 außen abgeführt oder durch die Leitung 25 in das Elektrolytvorratsgefäß 3 zurückgegeben. Das Hilfsgas wird schließlich aus dem Gasraum 17 durch die Leitung 2i in die Strahlpumpe 14 zurückgeführt und zwar in deren Niederdruckanschluß 22. In die Leitung 21 ist ein Rückschlagventil 23 eingeschaltet.The jet pump 14 is arranged in the gas supply line 2 of the fuel battery 1. Before the Jet pump 14 is taken from line 2 and hydrogen through a line 15 of the water removal unit 5 supplied. There the hydrogen flows through the condensation spaces 8 in parallel the electrolyte flowing through the electrolyte chambers 6 through the diaphragms 7 diffused water vapor precipitates on the non-porous condensation surfaces 9 and the condensate collects in the lower Part of the condensation chambers 8. To transport the condensate into the lock 13 together with the in Hydrogen present as auxiliary gas in the condensation spaces 8 due to the hydrogen from the jet pump 14 The pressure difference that is maintained is used by a collecting line 16 which enters a gas space 17 of the lock 13 leads. The gas space 17 is advantageously made of a porous membrane 18, for example an asbestos membrane a liquid space 19 separated. The liquid space can be made with a network, for example Polypropylene. The condensate that collects in the gas space 17 is passed through the membrane 18 in the liquid space 19, which is approximately at atmospheric pressure, pressed and from there with the help of Valve 12 either discharged to the outside or through line 25 into the electrolyte storage vessel 3 returned. The auxiliary gas is finally from the gas space 17 through the line 2i into the jet pump 14 fed back into the low-pressure connection 22 thereof. A check valve 23 is in the line 21 switched on.

Hie Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird die Batterie hochgefahren, wobei sie elektrisch belastet wird, die Kühlung in der Wasserabreicherungseinheit aber noch nicht eingeschaltet ir.t, so kommt es zu einer reinen Wassersioffstrnmung über die Leitung 15, dio Kondensationsräume 8 der WasserabreicherunEsein-The device works as follows: The battery is started up, whereby it is electrically loaded If the cooling in the water depletion unit is not yet switched on, a pure water flow via line 15, dio Condensation chambers 8 of the water removal unit

heit 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.means 5, the line 16, the gas space 17 of the lock 13, the line 21 and the check valve 23 to Jet pump 14. The flow speed is set due to the flow resistance.

Wird nun die Wasserabreicherungseinheit durch Einschalten der Kühlung in Betrieb genommen, so kommt es bei geringen Kondensatmengen 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 Zweiphasentransport 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 Kondensationsräumen 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.If the water depletion unit is now put into operation by switching on the cooling, so With small amounts of condensate in the condensation spaces 8, a gas / liquid flow occurs into the lock 13, where a corresponding liquid level is established. The flow rate of the hydrogen is in this case essentially due to the two-phase transport in the Line 16 to lock 13 and the maintenance of the liquid level given and compared to pure gas flow is relatively low. With an increasing amount of condensate, one obtains a borderline case pure liquid flow from the condensation chambers into the lock. The pressure drop through the The jet pump then only serves to maintain the liquid level in the lock. One receives thereby 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, a liquid level is usually reached in the lock 13 to be available. Would then the pressure difference generated by the jet pump 14 by interrupting the No fuel supply is required, so it could compensate for the liquid level between the condensation chambers and the sluice and possibly to a contact of the condensate with the diaphragms of the Electrolyte chambers come in the water depletion unit. The condensate would then partially be in the Electrolyte circuit pushed back. This is prevented by the check valve 23, the negative pressure maintains.

Zweigt die Leitung 15 für das Hilfsgas vor der Strahlpumpe 14 von der Gasversorgungsleitung 2 ab, so gelangt das Hilfsgas nach Durchströmen der Wasserabreicherungseinheit und der Schleuse über die Strahl- -to pumpe 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 Wasserabreicherungseinheit und die Schleuse.If the line 15 for the auxiliary gas branches off from the gas supply line 2 upstream of the jet pump 14, so the auxiliary gas arrives after flowing through the water removal unit and the lock via the jet -to pump only into the battery. If, on the other hand, the line 15 is connected downstream of the jet pump, so the auxiliary gas arrives after flowing through the water depletion unit and the lock via the Jet pump both in the battery and in turn in the water depletion unit and the sluice.

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 Endplatten nicht mehr erforderlich, wodurch sich eine Konstruklionsvcrcinfachung sowie eine Gewichtsersparnis ergibt. Schließlich kann bei dieser kompakten Bauweise u\ bei Brennstoffbatterien mit großer Leistung eine einfache Parallelschaltung mehrerer Schleusen erreicht werd?n. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vor allem deshalb vorteilhaft bei derartigen kompakten Baueinheiten angewendet, weil sich dabei das Flüssig- w, kcilsniveau in der Schleuse oberhalb der linieren Enden der Diaphragmen in der Wasserabrciclierungscinhcil befindet, was /11 den bereiis geschilderten Schwierigkeiten führen könnte. Bei getrennter Anordnung dei Einzelteile können die Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß die Schleuse tiefer angeordnet wird als die Wasserabreicherungseinheit.In Fig. 2, a particularly preferred embodiment of a device for performing the method according to the invention is shown schematically. In this embodiment, the lock and water depletion unit are flanged to the fuel battery, ie connected directly to it. This has the advantage, on the one hand, that a compact structural unit is obtained in which the lines that are required between them when the individual parts are arranged separately are omitted. In the case of a compact structural unit, moreover, some of the end plates are no longer required, which results in a simplification of the construction and a saving in weight. Finally, with this compact design and with high-performance fuel batteries, a simple parallel connection of several locks can be achieved. The inventive device is mainly therefore advantageously applied to such a compact units, because thereby the liquid w, kcilsniveau is in the lock, Line above the ends of the diaphragms in the Wasserabrciclierungscinhcil, which could lead to 11 bereiis mentioned problems /. If the individual parts are arranged separately, the difficulties can be avoided in that the lock is arranged lower than the water removal unit.

Das Elektrolytvorratsgefäß samt den zugehörigen Leitungen und die Elektrolytpumpe sind in F i g. 2 nicht dargestellt. Die Elektrolytflüssigkeit, beispielsweise 6 n-KOH, tritt durch eine Leitung 32 in der Endplatte 6C von unten in die Brennstoffbatterie 31 ein, durchströmt wie in der Figur angedeutet ist, parallel sämtliche Brennstoffelemente der Batterie, die nicht dargestelll sind, und tritt durch eine Leitung 33 in einer Trennplatte 34 zwischen der Batterie 31 und der angeflanschter Wasserabreicherungseinheil 35 oben aus der Brennstoffbatterie 31 aus und in eine Umlenkzelle 36 der Wasserabreicherungseinheit 35 ein. Durch diese Zelle 36 wird der Elektrolyt umgelenkt, tritt in die Leitung 55 ein und durchfließt dann — von unten nach oben — ir paralleler Richtung die Elektrolyträume 37 der Wasser abreicherungseinheit 35. Anschließend tritt der Elektrolyt durch eine Leitung 38 aus der Endplatte 39 dei kompakten Baueinheit aus Brennstoffbatterie, Wasserabreicherungseinheit und Schleuse aus und wird schließlich in das Elektrolytvorratsgefäß zurückgeführt Im Elektrolytkreisiauf 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 including the associated lines and the electrolyte pump are shown in FIG. 2 not shown. The electrolyte liquid, for example 6N-KOH, passes through a conduit 32 in the end plate 6C from below into the fuel battery 31, flows through as indicated in the figure, all in parallel Fuel elements of the battery, which are not shown, and passes through a conduit 33 in a partition plate 34 between the battery 31 and the flanged water depletion unit 35 from the top of the fuel battery 31 from and into a deflection cell 36 of the water depletion unit 35. Through this cell 36 the electrolyte is deflected, enters the line 55 and then flows through - from bottom to top - ir the electrolyte chambers 37 of the water depletion unit 35 in a parallel direction. The electrolyte then enters through a line 38 from the end plate 39 of the compact structural unit consisting of the fuel battery, water depletion unit and lock and is finally returned to the electrolyte reservoir As shown in FIG. 1, a concentration measuring device can be arranged in the electrolyte circuit. In the Deflection cell 36 can advantageously already be depleted of water.

Durch eine Leitung 40 wird der Brennstoffbatterie 31 von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter unter Druck stehender Wasserstoff, beispielsweise Wasserstoff mit einem Druck von 1,5 bar, zugeführt. In der 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 elektrochemischer Reaktion in der Brennstoffbatterie 31 nicht umgesetzte Reaktant verläßt die Batterie durch die Leitung 42. Aus der Versorgungsleitung 40 für den gasförmiger Reaktanten wird durch eine Leitung 43 vor der Strahlpumpe 41 Wasserstoff 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 Gasräume 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 Gasräume 49 der Schleuse 50 transportierte Kondensat tritt durch Membranen 54, 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. I dargestellt ist, entweder abgeführt oder in den Elcktrolytvorratsbehiiltcr zurückgeführt werden. Das Kühlmedium für die Wasserabreicherungseinheit, beispielsweise Wasser,The fuel battery 31 is connected through a line 40 from a storage container, not shown, pressurized hydrogen, for example hydrogen at a pressure of 1.5 bar. A jet pump 41 is arranged in the supply line 40. The jet pump can for example consist of glass. The inside diameter is, for example about 6 mm, the nozzle and the subsequent taper, for example, have an inner diameter of about 0.7 mm. The one not converted in the electrochemical reaction in the fuel battery 31 Reactant leaves the battery through line 42. From supply line 40 for the gaseous Reactants is withdrawn through a line 43 upstream of the jet pump 41, hydrogen as an auxiliary gas and the condensation spaces 44 of the water depletion 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 spaces 37 and the deflection cell 36 through the diaphragms 45 and condensation on the has formed non-porous condensation surfaces 46 of the cooling spaces 47, the auxiliary gas passes through the collecting line 48 in two gas spaces 49 of the lock 50 over. The auxiliary gas emerges from the top of the gas spaces 49 and is through a common line 51 in which a check valve 52 is arranged, the low-pressure connection 53 of the jet pump 41 supplied. The by the negative pressure by means of the jet pump 41 in the Condensate transported to gas chambers 49 of lock 50 passes through membranes 54 which form gas chambers 49 limit, into a liquid space 55 and is removed from this via the line 56. this happens advantageous in the upper part of the battery, as this prevents the membranes from drying out. That Condensate, d. H. the water can via this line 56 and a three-way valve, as shown in Fig. I, either discharged or returned to the electrolyte storage tank. The cooling medium for the Water depletion unit, for example water,

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 verläßt die kompakte Baueinheit durch eine Sammelleitung 58 in der Endplatte 39.enters the water depletion unit 35 from below through a line 57 through the end plate 39, flows through the cooling spaces 47 in a parallel direction from bottom to top and leaves the compact Assembly through a manifold 58 in the end plate 39.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch Wasserabreicherungseinheit bzw. Kondensationsraum und Schleuse in einer kompakten Baueinheit vereinigt sein.In the device according to the invention, a water depletion unit or condensation chamber can also be used and lock can be combined in one compact unit.

Versuche haben ergeben, daß bereits bei Batterieleitungen in der Größenordnung von 100 Watt die für denTests have shown that even with battery cables in the order of 100 watts for the

Kondensattransport benötigte Druckdifferenz erzielbar ist. Bei höheren Batterieleistungen genügen schon einfache Strahlpumpen, insbesondere wenn in der Schleuse Membranen mil 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 am Ausgang der Schleuse in die Gasversorgungsleitung der Batterie zurückgeführt wird, treten beim Ausbringen des Kondensats keinerlei Gasverluste auf, so daß der Wirkungsgrad der gesamten Batterie erhöht wird.Condensate transport required pressure difference can be achieved. With higher battery capacities it is enough simple jet pumps, especially if the sluice has membranes with good permeability (for example Leather asbestos membranes about 0.4 mm thick) can be used. Since that for condensate transport serving auxiliary gas at the exit of the lock in the gas supply line of the battery at the exit the lock is returned to the gas supply line of the battery, occur when the Condensate does not cause any gas losses, so that the efficiency of the entire battery is increased.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for separating the water of reaction from the electrolyte of fuel elements and fuel batteries based on the diffusion-condensation principle according to patent 16 71 879 with a at least one condensation space with a non-porous condensation surface having a water depletion unit and a lock connected to it for discharging the condensate by means of hydrogen, characterized in that that the condensation space to the hydrogen supply line of the fuel element or the Fuel battery is connected that a jet pump in the hydrogen supply line to generate a pressure difference between the condensation chamber and the lock for transport of the condensate is arranged and that the lock is closed; · Return of the hydrogen to the jet pump connected.

2. Apparatus according to claim I _1, characterized in that the connection of the condensation space to the hydrogen supply line is provided in front of the jet pump.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that between the lock and jet pump a check valve is arranged.

4. Device according to one of claims I to 3, characterized in that the lock to the Condensation chamber is flanged and possibly together with this to the pulp battery.

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Lock is provided with a porous asbestos membrane.