DE2128537C3

DE2128537C3 - Device for separating the water of reaction from the electrolyte of fuel elements and fuel batteries

Info

Publication number: DE2128537C3
Application number: DE2128537A
Authority: DE
Inventors: Burghard Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Grave; Heinrich Dr. 8551 Roettenbach Gutbier; Karl Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Strasser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2128537B2; FR2140500A2; FR2140500B2; DE2128537A1; GB1396157A

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(DE-OS14 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, they outside of the Make fuel element and direct the electrolyte into a concentrator, where the reaction water is absorbed by a carrier gas in vapor form is (DE-OS14 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, dasIn the method according to US-PS 34 62 308 or the corresponding GB-PS 10 30 981, the in Fuel elements in the electrochemical reaction formed reaction products, such as water, the 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.h. zur Entfernung der Reaktionsprodukte, angeordnet, wie Kondensationseinrichtungen und Flüssigkeitsresei voidiffused through the porous electrodes into the gas spaces, removed via a gas circuit the gas supply line is provided with an injector upstream of the fuel element, which is taken from the gas space the gas escaping from the fuel element is supplied. In the line between the gas space and the injector means for cleaning the gas, i.e. for removing the reaction products, are arranged, such as Condensation facilities and liquid reserve voi re. 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 diere. Furthermore, this line is still with a valve provided in order to be able to remove gas and inert gas components enriched therein from the gas cycle. at of this device the condensation devices are thus connected to the gas spaces, i. H. to the 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 nichtDerivatives of the fuel element. The injector is therefore made exclusively from the fuel element escaping gas supplied. In this device, the flushing gas flow must therefore be geared to the requirements relating to the discharge of water and not 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 Mengeafter 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 by a sufficient amount an Wasserdampf entfernen zu können.to be able to remove water vapor.

Aus der DE-AS 11 63 932 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zur Reaktionswasserentfernung für ein bei erhöhter Temperatur arbeitendes Wasserstoff/ Sauerstoff-Brennstoffelement ein WasserstoffzirkulaFrom DE-AS 11 63 932 a device is known in which the reaction water removal for a hydrogen / oxygen fuel element operating at elevated temperature is a hydrogen circuit 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 Antriebtion system is used This system shows the generation the pressure difference for the hydrogen circulation on a water-powered injector. Such a device has the additional disadvantage that it is a Water pump is required to drive them elektrische Energie benötigt wird.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 derAnother 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 hindurchdiffundierende Wasserdampf an einer gekühlten Kondensationsfläche abgeschieden, wobei der hydrostatische Druck des Elektrolyten im Diaphragma entweder durch Gasdruck oder Kapillardepressionsdruck kompensiert wird. Die Reaktionswasserabtren-Diffusing water vapor deposited on a cooled condensation surface, the hydrostatic pressure of the electrolyte in the diaphragm is compensated either by gas pressure or by capillary pressure. The reaction water separation nung nach diesem Diffusions-Kondensations-Prinzip hat sich im praktischen Einsatz gut bewährt. Nach der entsprechenden AT-PS 2 77 341 kann die Kondensationsfläche ganz oder teilweise aus einem porösen Material bestehen. Dabei wird der aus dem Elektrolytention according to this diffusion-condensation principle has proven itself in practical use. After corresponding AT-PS 2 77 341, the condensation surface can be made entirely or partially of a porous Material. This is made from the electrolyte durch das poröse Diaphragma und einen anschließenden Casraum hindurchdiffundierte Wasserdampf an der gekühlten Kondensationsfläche kondensiert und mittels eines Druckgases unmittelbar durch die Poren der Kondensationsfläche in das Kühlmittel gedrückt. DerWater vapor diffused through the porous diaphragm and an adjoining Casraum at the cooled condensation surface and condensed by means of a pressurized gas directly through the pores of the Condensation surface pressed into the coolant. Of the 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 VorrichtungThe gas space can 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 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 (DE-PS 12 73 644).can be a lock for the automatic continuous removal of the water of reaction into which the Condensate is transported. A porous disk through which the separated water of reaction emerges is arranged in the lock (DE-PS 12 73 644).

b^r> Bei der Reaktionswasserabtrennung mit Hilfe eines Kondensationsraumes mit nicht poröser Kondensationsfläche und nachfolgender Schleuse wird für den Kondensattransport ein unter Druck stehenden Hilfsgasb ^r > When the water of reaction is separated off with the aid of a condensation space with a non-porous condensation surface and a downstream sluice, a pressurized auxiliary gas is used to transport the condensate

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 Hilfsgas Maßnahmen getroffen werden, um die Entstehung explosibler Wasserstoff/Luft-Gemische zu verhindern.used, mostly hydrogen, which is the fuel element or taken from the fuel battery. This auxiliary gas occurs in connection with the lock in the Environment, which means a not inconsiderable gas consumption Use of hydrogen as an auxiliary gas measures are taken to make the emergence more explosive To prevent hydrogen / air mixtures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterie» nach dem Diffusions-Kondensations-Prinzip mit einer einen Kondensationsraum enthaltenden Wasserabreicherungseinheit 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 »according to the diffusion-condensation principle with a water removal unit containing a condensation space 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 Kondensationsraum 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 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 benutzt. Das mit dem Kondensat mitströmende Hilfsgas, der Wasserstoff, wird in den Niederdruckanschluß der Strahlpumpe zurückgeführt, d. h. in den der <to 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 Kondensationsraumi in die Schleuse.Is the fuel element or the fuel battery in operation, gas, d. H. Fuel, used up. The gas flow is generated in the hydrogen supply line arranged jet pump, which has a nozzle, a negative pressure. The difference between the pressure of the gas before it enters the nozzle of the jet pump and the low pressure generated After exiting the nozzle, the condensate is transported from the condensation chamber into the Lock used. The auxiliary gas, hydrogen, which flows with the condensate, is fed into the low-pressure connection returned to the jet pump, d. H. in the part of the jet pump adjacent to the <to nozzle, in which there is negative pressure during operation. Since the condensation space is connected to the gas supply line of the Fuel element or the fuel battery is connected, while the lock with the jet pump connected, the jet pump is only used to transport the condensate out of the condensation chamber into the lock.

Vorteilhafte Asisführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprü- chen.Advantageous forms of implementation of the device according to the invention are the subject of subclaims chen.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren, die — schematisch — beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen, soll 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, 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; ω 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 S gepumpt. In der Wasserabreicherungseinheit kann sowohl die TemDeratur 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 U schließt sich der Elektrolytkreislauf zurück zum Vorratsgefäß 3 über eine Leitung 20.In Fig. 1, a battery of fuel elements is denoted by 1; the individual fuel elements of the Batteries are not shown in the drawing. The fuel battery 1 is on line 2 with under Pressurized hydrogen supplied as fuel; ω the source of supply and the gas pipes in the Batteries are not shown. The electrolyte is drawn from a storage vessel 3 with the aid of an electrolyte pump 4 through the fuel battery 1, in which he h> the individual fuel elements in the indicated manner in parallel flows through, and a water removal unit S is pumped. In the water depletion unit can Both the temperature and the concentration of the electrolyte can 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 wholly or partially porous diaphragms 7, for example in the form of Asbestos membranes, limited. The electrolyte chambers 6 are followed by condensation chambers 8 that are not porous condensation surfaces 9, for example nickel sheets or plastic films, 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 meter U 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 Flüssigkeiisraum 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, gedruckt 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 21 in die Strahlpumpe 14 zurückgeführt und zwar in deren Niederdruckanschluß 22. In die Leitung 21 ist ein Rückschlagventil 23 eingeschaltet.In the gas supply line 2 of the fuel battery 1, the jet pump 14 is arranged. Before the jet pump 14, the line 2 becomes hydrogen removed and fed through a line 15 to the water depletion unit 5. There the flows through Hydrogen parallel the condensation chambers 8. The electrolyte flowing through the electrolyte chambers 6 Water vapor diffused through the diaphragms 7 condenses on the non-porous condensation surfaces 9 down and the condensate collects in the lower part of the condensation chambers 8. To transport the Condensate in the lock 13 together with that located in the condensation chambers 8 as an auxiliary gas A collecting line is used for hydrogen due to the pressure difference maintained by the jet pump 14 16, which leads into a gas space 17 of the lock 13. The gas space 17 is advantageously porous Membrane 18, for example an asbestos membrane, separated from a liquid space 19. 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, printed 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 21 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.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird die Batterie hochgefahren, wobei sie elektrisch belastet wird, die Kühlung in der Wasserabreicherungseinheii aber noch nicht eingeschaltet ist, so kommt es zu einer reinen Wasserstoffströmung über die Leitung 15, die Kondensationsräume 8 der Wasserabreicherungsein-The device works as follows: The battery is started up, whereby it is electrically loaded is, but the cooling in the Wasserabreichungseinheii is not yet switched on, it comes to a pure hydrogen flow via line 15, the condensation spaces 8 of the water depletion

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.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 FKissigkeitsspiegels gegeben und im Vergleich zur reinen Gasströmung verhältnismäßig gering. Bei zunehmender Kondensatmenge erhält man als GrenzlaÜ 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 Kissigkeitsspiegel given and compared to pure gas flow is relatively low. With an increasing amount of condensate, a limit is obtained 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 Fliissigkeitsspiegels 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 aufrechterhältIf 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 Fuel supply is omitted, 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 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 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 After flowing through the water depletion unit and the lock, the auxiliary gas arrives via the jet pump exclusively 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 Konstruktionsvereinfachung sowie eine Gewichtserspamis ergibt Schließlich kann bei dieser kompakten Bauweise w> bei Brennstoffbatterien mit großer Leistung eine einfache Parallelschaltung mehrerer Schleusen erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vor allem deshalb vorteilhaft bei derartigen kompakten Baueinheiten angewendet, weil sich dabei das Flüssig- 6S keitsniveau 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.A particularly preferred one is schematically shown in FIG Embodiment of a device for performing the method according to the invention is shown. at In this embodiment, the sluice and water drainage unit are flanged to the fuel battery, d. H. connected directly to this. On the one hand, this has the advantage that it is a compact one Assembly is obtained in which the lines that are in separate arrangement of the items between them are required, are omitted. With a compact In addition, part of the end plates is no longer required as a structural unit, which simplifies the construction as well as weight savings. Finally, with this compact design, w> A simple parallel connection of several sluices can be achieved in the case of fuel batteries with high performance will. The device according to the invention is therefore particularly advantageous in such compact ones Structural units used because the liquid 6S level in the lock above the lower ends of the diaphragms in the water depletion unit is located, which could lead to the difficulties already described. If the Individual parts can avoid the difficulties that the lock is arranged lower than the water depletion 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 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 31 aus und in eine Umlenkzelle 36 der Wasserabreicherungseinheii 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. Anschließend tritt der Elektrolyt durch eine Leitung 38 aus der Endplatte 39 der kompakten Baueinheit aus Brennstoffbatterie, Wasserabreicherungseirheit und Schleuse aus und wird schließlich in das Elektrolytvorratsgefäß zurückgeführt. Im Elektrolytkreislauf kann, wie in F i g. 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 60 from below into the fuel battery 31, flows through all of them in parallel, as is indicated in the figure 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 59 and then flows through - from bottom to top - in 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 assembly consisting of the fuel battery, water depletion unit and lock and is finally returned to the electrolyte reservoir. In the electrolyte circuit, as shown in FIG. 1 is shown, a concentration measuring device can be arranged. 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 elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffbatterie 31 nicht umgesetzte Reaktant verläßt die Batterie durch die Leitung 42. Aus der Versorgungsleitung 40 für den gasförmigen Reaktanten wird durch eine Leitung 43 vor der Strahlpumpe 41 Wasserstoff als Hilfsgas entnommer 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 der nicht porösen Kondensationsflächen 46 der Kühlräume 47 gebildet hat tritt das Hilfsgas durch die Sammelleitung 48 in zwei Gasräume 49 der Schleuse 50 über. Da; Hilfsgas tritt oben aus den Gasräumen 49 aus und wire durch eine gemeinsame Leitung 51, in der eir Rückschlagventil 52 angeordnet ist, dem Niederdruck anschluß 53 der Strahlpumpe 4t zugeführt Das durcl den Unterdruck mittels der Strahlpumpe 41 in dii Gasräume 49 der Schleuse 50 transportierte Kondensa tritt durch Membranen 54, die die Gasräume 4! begrenzen, in einen Flüssigkeitsraum 55 über und wir< aus diesem über die Leitung 56 entfernt Dies erfolg vorteilhaft im oberen Teil der Batterie, da dadurch eh Austrocknen der Membranen verhindert wird. Da Kondensat, d. h. das Wasser, kann über diese Leitung 5( und ein Dreiwegeventil, wie in Fig. 1 dargestellt isi entweder abgeführt oder in den Elektrolytvorratsbehäl ter zurückgeführt werden. Das Kühlmedium für dii Wasserabreicherungseinheit beispielsweise WasseiThe fuel battery 31 is taken from a storage container (not shown) through a line 40 Hydrogen under pressure, for example hydrogen at a pressure of 1.5 bar, is supplied to the A jet pump 41 is arranged on the supply line 40. The jet pump can, for example, be made of glass exist. The inside diameter is, for example, about 6 mm, the nozzle and the subsequent taper have, for example, an inside diameter of about 0.7 mm. The one in the electrochemical Reaction Reactant not reacted in the fuel battery 31 leaves the battery through line 42. Off the supply line 40 for the gaseous reactants is through a line 43 before the Jet pump 41 removes hydrogen as an auxiliary gas and the condensation chambers 44 of the water removal unit 35 supplied. Together with the condensate in the condensation spaces 44, which is through 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 non-porous condensation surfaces 46 of the cooling spaces 47 has formed, the auxiliary gas passes through the collecting line 48 into two gas spaces 49 of the lock 50. There; Auxiliary gas emerges from the gas chambers 49 at the top and is fed through a common line 51 in which eir Check valve 52 is arranged, the low pressure port 53 of the jet pump 4t fed The durcl the negative pressure by means of the jet pump 41 in the gas chambers 49 of the lock 50 transported condensate passes through membranes 54, which the gas spaces 4! limit, in a liquid space 55 over and we < removed from this via the line 56. This is advantageously done in the upper part of the battery, since this anyway Drying out of the membranes is prevented. Since condensate, i.e. H. the water can be via this line 5 ( and a three-way valve as shown in Fig. 1 isi either discharged or returned to the electrolyte reservoir. The cooling medium for dii Water depletion unit, for example Wassei

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. Kondensationsraurn und Schleuse in einer kompakten Baueinheit vereinigt sein.In the device according to the invention, water depletion units or condensation rooms 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 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 gesamten Batterie erhöht wird.Tests have shown that even with battery cables in the order of 100 watts for the 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 is fed back into the gas supply line of the battery no gas losses occur when the condensate is discharged, so that the efficiency of the entire Battery is increased.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vorrichtung zur Abtrennung des Reaktionswassers aus dem Elektrolyten von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien nach dem Diffusions-Kondensations-Prinzip gemäß Patent 16 71 879 mit einer wenigstens einen Kondensationsraum mit nicht poröser Kondensationsfläche aufweisenden Wasserabreicherungseinheit und einer damit verbundenen Schleuse zur Ausbringung des Kondensats mittels Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsraum 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 Wasserstoffs an die Strahlpumpe angeschlossen ist1. 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 connected thereto Sluice 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 for returning the hydrogen is connected to the jet pump

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Kondensationsraumes an die Wasserstoffversorgungsleitung vor der Strahlpumpe vorgesehen ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the connection of the condensation space to the hydrogen supply line before Jet pump is provided.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schleuse und Strahlpumpe ein Rückschlagventil angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a check valve is arranged between the lock and the jet pump.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse an den Kondensationsraum angeflanscht ist und gegebenenfalls zusammen mit diesem an die Brennstoffbatterie.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lock to the Condensation chamber is flanged and possibly together with this to the fuel battery.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse mit einer porösen Asbestmembran versehen ist.5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Lock is provided with a porous asbestos membrane.