DE2148209A1 - PROCEDURE FOR OPERATING A FUEL BATTERY - Google Patents
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Description
2 i Sep. 19712 i Sep. 1971
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, denSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, the
Berlin und München Werner-von-Siemens-Str,50Berlin and Munich Werner-von-Siemens-Str, 50
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Unser Zeichen: YPA 71/7578 Bh/KoeOur reference: YPA 71/7578 Bh / Koe
Verfahren zum Betrieb einer BrennstoffbatterieMethod for operating a fuel battery
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem die Batterie durchströmenden, insbesondere im Kreislauf geführten Elektrolyten.The invention relates to a method for operating a fuel battery with an electrolyte flowing through the battery, in particular in a circuit.
Brennstoffbatterien, bestehend aus einer Anzahl von Brennstoffelementen, werden im allgemeinen bei Temperaturen betrieben, die über der Umgebungstemperatur liegen. Ist die Betriebstemperatur noch nicht erreicht, so kann nicht die volle Leistung entnommen werden. Bei der Inbetriebnahme einer Brennstoffbatterie soll aber die Energie möglichst schnell verfügbar sein, d.h. ea ist notwendig, die Betriebstemperatur schnell und ohne großen Aufwand an zusätzlicher Energie zu erreichen. Da während der Anfahrzeit, d.h. solange die Betriebstemperatur noch nicht erreicht worden ist, die Batterie noch nicht voll leistungsfähig ist, ist man allgemein bestrebt, die Anfahrzeit zu verkürzen, um der Batterie möglichst frühzeitig Energie entnehmen zu können.Fuel batteries, consisting of a number of fuel elements, are generally operated at temperatures which are above ambient temperature. Is the If the operating temperature has not yet been reached, the full power cannot be drawn. When commissioning a However, the energy should be available as quickly as possible from the fuel battery, i.e. it is necessary to maintain the operating temperature can be reached quickly and without a great deal of additional energy. Since during the start-up time, i.e. as long as the operating temperature has not yet been achieved, the battery is not yet fully efficient, one is general endeavors to shorten the start-up time in order to be able to draw energy from the battery as early as possible.
Auf die eben beschriebene Eigenschaft von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien wird beispielsweise auch in der Zeitschrift »Atom und Strom", 16. Jahrg. (1970), Heft 5, Seite bis 80, hingewiesen, wo unter anderem als eine Eigenschaft von Brennstoffelementen die Tatsache genannt ist, daß die thermische Trägheit Anwärmzeiten von etwa 20 Minuten erfordert. The property of fuel elements just described and fuel batteries is also described, for example, in the magazine "Atom und Strom", 16th year (1970), issue 5, page to 80, where the fact that the thermal inertia requires warm-up times of about 20 minutes.
Im Tagungsbericht II der "Jarnees Internationales d'Etude des Piles a Combustible", Brüssel 1965, Seite 16 bis 21, ist ausgeführt, daß sich bei Brennstoffelementen und Batterien unter anderem Probleme thermischer Art ergeben. Es wird festgestellt, daß beim Anfahren einer kalten Batterie die Verlustwärme und die·sonst nach außen abzugebende Energie zumIn the conference report II of the "Jarnees Internationales d'Etude des Piles a Combustible ", Brussels 1965, pages 16 to 21, it is stated that fuel elements and batteries problems of a thermal nature arise, among other things. It is found that when starting a cold battery, the heat loss and the energy otherwise to be emitted to the outside
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Erwärmen notwendig ist. Darüber hinaus müssen, wie dort weiter ausgeführt wird, größere Einheiten mit Einrichtungen zum Heizen wie auch zum Kühlen versehen sein.Heating is necessary. In addition, as is further explained there, larger units with facilities be provided for heating as well as for cooling.
Zur Erwärmung von Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien kann man beispielsweise die Batterie mit der jeweils zur Verfügung stehenden Leistung auf eine Heizung im Elektrolytkreislauf wirken lassen. Man kann ferner die Elektrolytflüssigkeit, innerhalb oder außerhalb der Batterie, auch unter Verwendung von Fremdstrom aufheizen. Bei diesen Verfahren wird nach außen erst dann Nutzleistung abgegeben, wenn die Betriebstemperatur erreicht, ist. In vielen Fällen wäre es jedoch vorteilhaft, wenn die Batterie sofort nach dem Ein-A schalten Nutzleistung, wenn auch vermindert, abgeben könnte, ohne daß dabei die Anfahrzeit wesentlich verlängert wird.To heat fuel elements and fuel batteries, for example, you can use the battery with the respective for Available power on a heater in the electrolyte circuit let it work. You can also use the electrolyte, inside or outside the battery, under Use external power to heat up. With these procedures, useful power is only released to the outside when the Operating temperature is reached. In many cases, however, it would be advantageous to have the battery immediately after the on-A switch useful power, albeit reduced, could deliver without the start-up time being significantly extended.
Wird eine Brennstoffbatterie unterhalb der Nennleistung belastet, so reicht im allgemeinen ab einer unteren Grenze die erzeugte Reaktionswärme nicht mehr aus, um die Wärmeverluste des gesamten Systems zu decken, so daß die Temperatur absinkt. Bei einer plötzlichen Lasterhöhung dauert es dann eine längere Zeit bis die Betriebstemperatur wieder erreicht ist und die Batterie voll belastet werden kann. Man ist deshalb bestrebt, die Betriebstemperatur wegen des besseren Gasumsetzungsgrades und der unmittelbaren Vollastbereitschaft auch bei einer Erniedrigung der Belastung aufrecht zu erhalten.If a fuel battery is loaded below the nominal output, then this is generally sufficient from a lower limit The heat of reaction generated is no longer sufficient to cover the heat losses of the entire system, so that the temperature drops. In the event of a sudden increase in load, it then takes a longer time until the operating temperature is reached again and the Battery can be fully charged. The aim is therefore to keep the operating temperature because of the better degree of gas conversion and to maintain the immediate full load readiness even when the load is reduced.
Wird eine Brennstoffbatterie überlastet, so muß aus der Batterie eine größere Menge an Reaktionswärme abgeführt werden, da eine Maximaltemperatur nicht überschritten werden darf, um Wärmeschäden, insbesondere am Katalysatormaterial und am Rahmenmaterial der Batterie, zu vermeiden. Auch' bei einem derartigen Betriebszustand soll die Brennstoffbatterie ohne Leistungsverminderung betrieben werden können.If a fuel battery is overloaded, a larger amount of reaction heat must be dissipated from the battery, because a maximum temperature must not be exceeded in order to Avoid heat damage, especially to the catalyst material and the frame material of the battery. Even 'with such a In the operating state, the fuel battery should be able to be operated without a reduction in output.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem die Batterie durchströmenden, insbesondere im Kreislauf geführten Elektrolyten anzugeben, das die genannten Schwierigkeiten beseitigt. Insbesondere soll erreicht werden, daß die Batterie kurze Zeit nach der Inbe-The object of the invention is to provide a method for operating a fuel battery with a battery flowing through Specify in particular circulated electrolytes that eliminate the difficulties mentioned. In particular, should can be achieved that the battery is a short time after
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triebnahme ihre volle Leistung erreicht. Darüber hinaus soll erreicht werden, daß die volle Leistungsfähigkeit der Batterie auch bei einem Betrieb unterhalb der Nennleistung und auch bei Überlastung gewährleistet ist.operation has reached its full capacity. In addition, the aim is to achieve the full capacity of the battery is guaranteed even with operation below the nominal power and also in the event of overload.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie in Abhängigkeit von der Elektrolyttemperatur gesteuert oder geregelt wird.This is achieved according to the invention in that the electrolyte flow is controlled or regulated by the battery depending on the electrolyte temperature.
Der Elektrolytdurchfluß kann vorteilhaft in der Weise gesteuert oder geregelt werden, daß bei Inbetriebnahme der Batterie die Betriebstemperatur durch vollständigen oder nahezu vollständigen Stillstand der Elektrolytzirkulation rasch erreicht wird und daß die Betriebstemperatur während des Betriebes bei wechselnder Belastung der Batterie durch Änderung der Elektrolytdurchflußgeschwindigkeit wenigstens annähernd konstant gehalten wird.The electrolyte flow can advantageously be controlled or regulated in such a way that when the battery is started up, the Operating temperature is reached quickly by complete or almost complete standstill of the electrolyte circulation and that the operating temperature during operation with changing load on the battery by changing the electrolyte flow rate is kept at least approximately constant.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läuft der Elektrolyt bei kalter Batterie nicht oder fast nicht um. Außerdem wird im Elektrolytkreislauf keine Heizung vorgesehen, so daß die gesamte Batterieleistung als Nutzlris ung verwendet werden kann. Die in der Batterie entwickelte Reaktionswärme, die bei kalter Batterie größer ist als im Betriebszustand, heizt nur die Elektroden und den Batterieblock auf. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Wärme verbraucht für das Aufheizen der außerhalb des Batterieblockes in den Leitungen und dem Vorratsgefäß befindlichen Elektrolytmenge sowie für das Aufheizen von Leitungen und Wärmetauschern und für deren Wärmeableitung und Wärmeabstrahlung. Nähert sich die Batterietemperatur der Betriebstemperatur, so wird der Elektrolytumlauf langsam erhöht, wobei die außerhalb der Batterie angeordneten Bauteile langsam aufgeheizt werden. Die Erhöhung des Elektrolytumlaufes wird in der Weise geregelt, daß die Batterietemperatur nicht absinkt, sondern stetig bis zur Betriebstemperatur ansteigt. Auf diese Weise kann man eine maximal mögliche Nutzleistung bei kurzer Anfahrzeit erreichen.According to the method according to the invention, the electrolyte does not or hardly circulates when the battery is cold. In addition, the Electrolyte circuit no heating provided so that the entire battery power can be used as Nutzlris ung. In the The heat of reaction developed by the battery, which is greater when the battery is cold than when it is operating, only heats the electrodes and the battery pack. In addition, when the invention The process does not consume any heat for heating up the amount of electrolyte located outside the battery block in the lines and the storage vessel, as well as for heating up Lines and heat exchangers and for their heat dissipation and heat radiation. If the battery temperature approaches the operating temperature, in this way, the electrolyte circulation is slowly increased, with the components arranged outside the battery slowly be heated. The increase in the electrolyte circulation is shown in regulated in such a way that the battery temperature does not fall, but rises steadily up to the operating temperature. To this In this way, you can achieve the maximum possible useful power with a short start-up time.
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Wird während des Betriebes die Belastung der Brennstoffbatterie erniedrigt, so sinkt, wie bereits ausgeführt wurde, ab einer bestimmten Grenze die Elektrolyttemperatur ab. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird aber schon bei geringem Temperaturrückgang der Elektrolytumlauf gedrosselt, so daß die durch den Elektrolyten aus der Batterie abgeführte Wärmemenge vermindert und die WärmeVerluste im Elektrolytkreislauf erniedrigt werden. Auf eine zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur - bei Belastung unterhalb der Nennleistung · unter Umständen erforderliche Zusatzheizung braucht deshalb erst bei einem weiteren Rückgang der Belastung und somit bei weiterem Absinken der Elektrolyttemperatur zurückgegriffen zu werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach die untere Belastungsgrenze, bei der die Betriebstemperatur absinkt, ohne zusätzlichen Energieaufwand gesenkt, so daß die Aufrechterhaltung des Betriebszustandes, eine gute Ausnutzung der Reaktionsgase und die Vollastbereitschaft über einen längeren Zeitraum gewährleistet werden können.·If the load on the fuel battery is reduced during operation, it decreases, as has already been stated, from a certain limit the electrolyte temperature. In the method according to the invention, however, is already at a low level Decrease in temperature of the electrolyte circulation is throttled, so that the amount of heat dissipated by the electrolyte from the battery and the heat losses in the electrolyte circuit to be humiliated. To maintain the operating temperature - when the load is below the rated output additional heating that may be required therefore only needs when the load drops further and thus with to be resorted to further lowering of the electrolyte temperature. According to the method according to the invention, the lower load limit, at which the operating temperature drops, lowered without additional expenditure of energy, so that the Maintaining the operating condition, good utilization the reaction gases and full load readiness can be guaranteed over a longer period of time.
Wird die Brennstoffbatterie während des Betriebes überlastet, so wird mehr Reaktionswärme gebildet;, die durch die Elektrolytflüssigkeit aus der Batterie ausgebracht werden muß. Erfindungsgemäß kann dies dadurch erreicht werden, daß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie erhöht wird. Auf diese Weise kann die Wärme ohne Absenken der Elektrolyteingangstemperatür, d.h. bei der ursprünglichen Temperaturdifferenz zwischen Elektrolyteingangs- und Elektrolytausgangstemperatur, aus der Batterie abgeführt werden. Nachteile, die sich bei einem Absenken der Eingangstemperatür des Elektrolyten in die Batterie ergeben würden, werden deshalb vermieden. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit der Batterie gesteigert und die Batterie stärker überlastet werden. Die genannten Nachteile würden sich dadurch ergeben, daß - bei konstantem Elektrolytdurchfluß durch die Batterie - zur Abführung der erhöhten Wärmemenge mittels der Elektrolytflüssigkeit zwischen der Eintrittstemperatur des Elektrolyten in die Batterie und der Austrittstemperatur des Elektrolyten aus der Batterie eine größere Temperaturdifferenz erforderlich wäre. Da aber, wie bereits erläutert, eine Maximaltemperatur nicht überschritten werden darf, müßteIf the fuel battery is overloaded during operation, more heat of reaction is generated, which is caused by the electrolyte liquid must be removed from the battery. According to the invention, this can be achieved in that the electrolyte flow is increased by the battery. In this way, the heat can be released without lowering the electrolyte inlet temperature, i.e. at the original temperature difference between Electrolyte inlet and electrolyte outlet temperature, are removed from the battery. Disadvantages of lowering the entry temperature of the electrolyte into the battery would therefore be avoided. This can increase the performance of the battery and the battery become more overloaded. The disadvantages mentioned would result from the fact that - with constant electrolyte flow through the battery - to dissipate the increased amount of heat by means of the electrolyte fluid between the inlet temperature of the electrolyte in the battery and the exit temperature of the electrolyte from the battery have a greater temperature difference would be required. But since, as already explained, a maximum temperature must not be exceeded, would have to
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dabei die Elektrolyteingangstemperatur abgesenkt werden. Dies hätte aber ein Abkühlen zumindest eines Teiles der Elektroden am Eingang der Batterie zur Folge, wodurch eine Leistungsverminderung auftreten würde.the electrolyte inlet temperature can be lowered. However, this would mean cooling at least some of the electrodes at the input of the battery, which would result in a reduction in performance.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere bei Brennstoffbatterien mit einem im Kreislauf geführten Elektrolyten Verwendung. Es kann aber auch bei Brennstoffbatterien verwendet werden, bei denen der Elektrolyt nicht im Kreislauf geführt wird, sondern die Batterie nur durchströmt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Elektrolytflüssigkeit nach dem Durchfließen der Batterie gesondert aufbewahrt, einem anderen Verwendungszweck zugeführt oder verworfen wird.The method according to the invention applies in particular to fuel batteries using a circulating electrolyte. But it can also be used with fuel batteries in which the electrolyte is not circulated, but only flows through the battery. this is the case, for example, when the electrolyte liquid is stored separately after flowing through the battery, used for another purpose or discarded.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann zur Elektrolytzirkulation, d.h. zum Umwälzen der Elektrolytflüssigkeit, vorteilhaft eine Pumpe verwendet werden, deren Antrieb in einem Drehzahlregelkreis angeordnet wird, auf den die Elektrolyttemperatur als Führungsgröße wirkt.In the method according to the invention, for electrolyte circulation, i.e. to circulate the electrolyte liquid, it is advantageous to use a pump whose drive is in a speed control loop is arranged, on which the electrolyte temperature acts as a reference variable.
Der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie kann aber auch vorteilhaft in der Weise gesteuert werden, daß im Elektrolytkreislauf ein Drosselventil angeordnet wird, dessen Öffnungsgrad von einem Temperaturfühler geregelt wird. The electrolyte flow through the battery can, however, also advantageously be controlled in such a way that in the electrolyte circuit a throttle valve is arranged, the degree of opening is controlled by a temperature sensor.
Die Elektrolyttemperatur kann vorteilhaft mit einem Temperaturfühler, insbesondere einem Thermistor, ermittelt werden. So kann zur Ermittlung der Elektrolyttemperatur beispielsweise ein Heißleiter verwendet werden. Als Temperaturfühler kann v beispielsweise aber auch ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer Verwendung finden.The electrolyte temperature can advantageously be determined with a temperature sensor, in particular a thermistor. For example, a thermistor can be used to determine the electrolyte temperature. The temperature sensor can v but for example, a thermocouple or resistance thermometer used.
Der Temperaturfühler kann im Elektrolytkreislauf vorteilhaft an der Stelle höchster Temperatur angeordnet werden. Im allgemeinen wird der Temperatutfühler innerhalb der Batterie an deren Ende oder außerhalb der Batterie unmittelbar am Batterieausgang angeordnet werden.The temperature sensor can advantageously be arranged in the electrolyte circuit at the point of highest temperature. In general the temperature sensor inside the battery is activated the end of which or outside the battery are arranged directly at the battery outlet.
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Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigtBased on some figures and exemplary embodiments, the Invention will be explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine "bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 eine Regelkennlinie für den Elektrolytdurchfluß durch eine Brennstoffbatterie.Fig. 1 shows a "preferred embodiment of a device for Implementation of the method according to the invention and FIG. 2 shows a control characteristic for the electrolyte flow a fuel battery.
Bei der beispielhaften Ausführungsform nach Fig. 1 sind in einem Elektrolytkreislauf 1 eine Brennstoffbatterie 2, eine Abreicherungseinheit 3 für Reaktionswasser und Verlustwärme, ein Elektrolytvorratsgefäß 4 und eine Elektrolytpumpe 5 angeordnet. Die Batterie 2, beispielsweise eine Ho/Op-Brennstoff- ^ batterie, ist aus mehreren Brennstoffelementen aufgebaut, deren Elektrolyträume von der Elektrolytflüssigkeit parallel durchströmt werden, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Die Batterie enthält beispielsweise 50 Brennstoffelemente mit gestützten Elektroden der Art, wie sie aus den US-Patentschriften 3 471 336, 3 480 538 und 3 554 812 bekannt ist. Die gestützten Elektroden der Brennstoffelemente enthalten beispielsweise pulverförmiges Raney-Nickel als Anodenmaterial und pulverförmiges Raney-Silber als Kathorlenmaterial. Als Elektrolytflüssigkeit dient wäßrige Kalilauge mit einer Konzentration etwa im Bereich von 6 Mol KOH/l. Als Brenngas wird Wasserstoff verwendet, Sauerstoff dient als gasförmiges Oxidationsmittel; die Leitungen für die Reaktionsgase sind in Fig. 1 übersichtlichkeitshalber weggelassen worden.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a fuel battery 2, a Depletion unit 3 for reaction water and heat loss, an electrolyte storage vessel 4 and an electrolyte pump 5 are arranged. The battery 2, for example a Ho / Op fuel ^ battery, is made up of several fuel elements, the electrolyte chambers of which are parallel to the electrolyte liquid flow through, as indicated in FIG. 1. The battery contains, for example, 50 fuel elements with supported Electrodes of the type described in US patents 3,471,336, 3,480,538, and 3,554,812 are known. The supported electrodes of the fuel elements contain, for example powdered Raney nickel as anode material and powdered Raney silver as cathode material. As an electrolyte liquid Aqueous potassium hydroxide solution is used with a concentration approximately in the range of 6 mol KOH / l. Hydrogen is used as fuel gas, Oxygen serves as a gaseous oxidizing agent; the lines for the reaction gases are shown in FIG. 1 for the sake of clarity been omitted.
In der Wärme/Wasser-Abreicherungseinheit 3 werden aus der Elektrolytflüssigkeit das bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffbatterie entstandene Wasser, das den Elektrolyten verdünnt, und gleichzeitig auch die bei dieser Reaktion gebildete Verlustwärme entfernt, die zu einer Aufheizung der Elektrolytflüssigkeit führt. Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der österreichischen Patentschrift 277 341 bekannt.In the heat / water depletion unit 3 are from the Electrolyte fluid the water that is created during the electrochemical reaction in the fuel battery, which is the electrolyte diluted, and at the same time also removed the heat loss formed in this reaction, which leads to heating of the Electrolyte liquid leads. A corresponding device is known from Austrian patent specification 277,341.
Die Elektrolytzirkulation wird mit der Pumpe 5 vorgenommen, die gleichzeitig auch als Steuerelement für den Elektrolytdurchfluß durch die Batterie dient. Als Pumpe 5 findet beispielsweise eine drehzahlgeregelte SpaLtrohrpumpe Verwendung,The electrolyte circulation is carried out with the pump 5, which also serves as a control element for the electrolyte flow through the battery. As a pump 5 takes place, for example use of a speed-controlled pipe pump,
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die mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor 6 angetrieben wird. Eine derartige Pumpe ist in der "Siemens-Zeitschrift", 44. Jahrg. (1970), Heft 6, Seite 392 bis 395, beschrieben. Sie "hat eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer.which are driven by a brushless DC motor 6 will. Such a pump is described in "Siemens-Zeitschrift", 44th year (1970), No. 6, pages 392 to 395. she "has a high level of reliability and a long service life.
Zur Regelung des Elektrolytdurchflusses durch die Brennstoffbatterie 2 ist im Elektrolytkreislauf 1 unmittelbar am Ausgang der Batterie ein Temperaturfühler 7, beispielsweise ein Heißleiter, angeordnet. Die durch den Temperaturfühler ermittelte Elektrolyttemperatur wirkt als Führungsgröße auf einen Drehzahlregelkreis, in dem außer einer Spannungsquelle, die eine Gleichspannung von etwa 24 V zum Antrieb des Motors liefert, der Motor 6 und ein Regelgerät 8 zur Drehzahlregelung angeordnet sind.To regulate the electrolyte flow through the fuel battery 2, a temperature sensor 7, for example a thermistor, is in the electrolyte circuit 1 directly at the output of the battery, arranged. The electrolyte temperature determined by the temperature sensor acts as a reference variable on a speed control loop, in which besides a voltage source that supplies a direct voltage of about 24 V to drive the motor, the motor 6 and a control device 8 for speed control are arranged.
Der Elektrolytdurchfluß wird bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entsprechend einer Regelkennlinie durch eine elektronische Schaltung mit Hilfe des Regelgerätes verwirklicht. Der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie kann aber auch durch ein über den Temperaturfühler 7 mechanisch betätigtes Drosselventil geregelt werden. In diesem Fall dient zum Umwälzen der Elektrolytflüssigkeit eine Pumpe mit konstanter Drehzahl.The electrolyte flow rate is that shown in FIG Embodiment realized according to a control characteristic by an electronic circuit with the help of the control device. The electrolyte flow through the battery can, however, also be controlled by a throttle valve that is mechanically operated via the temperature sensor 7 be managed. In this case, a constant speed pump is used to circulate the electrolyte fluid.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Regelkennlinie für den Elektrolytdurchfluß graphisch dargestellt, wobei auf der Ordinate die Durchflußmenge in Liter/h und auf der Abszisse die Elektrolyttemperatur in 0C aufgetragen ist. Beispielhafte Werte der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie sind folgende:In FIG. 2, an exemplary control characteristic for the Elektrolytdurchfluß is shown graphically, wherein the ordinate indicates the flow rate in liters h and the abscissa is the electrolyte temperature is plotted in 0 C /. Exemplary values of the characteristic curve shown in Fig. 2 are as follows:
Elektrolyttemperatur in 0C 25 50 60 70 75 80 81 Durchfluß in l/h ' 0,6 0,6 5 35 75 240 330 .Electrolyte temperature in 0 C 25 50 60 70 75 80 81 Flow in l / h '0.6 0.6 5 35 75 240 330.
Die Nenleistung einer aus 50 Brennstoffelementen bestehenden Batterie beträgt beispielsweise 1,9 kW, bei einer Betriebstemperatur von etwa 8O0C. Der Elektrolytdurchfluß bei der Nennleistung beträgt, entsprechend der Kennlinie nach Fig. 2, etwa 240 l/h, d.h. 4 l/min. Die Steuerung des Elektrolytdurchflusses beim Anfahren der Batterie erfolgt in der Weise, daß bei Batterietemperaturen unterhalb etwa 500C der Durchfluß durch die Batterie nur etwa 10 cm /min, d.h. 0,6 l/h, beträgt. Die untereThe Nenleistung one consisting of 50 fuel elements battery is, for example 1,9 kW, at an operating temperature of about 8O 0 C. The Elektrolytdurchfluß at the rated power is, according to the characteristic of FIG. 2, about 240 l / h, that is, 4 l / min . The electrolyte flow is controlled when the battery is started up in such a way that, at battery temperatures below about 50 ° C., the flow through the battery is only about 10 cm / min, ie 0.6 l / h. The lower one
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Grenze für den Elektrolytdurchfluß, die durchaus unter 10 cnr/min liegen kann, wird jeweils so eingestellt, daß der verwendete Temperaturfühler auch bei derart niedrigen Werten für den Durchfluß die richtige Elektrolyttemperatur anzeigt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Temperaturfühler nicht an der äelle der höchsten Temperatur angeordnet wird. Ab einer Temperatur von etwa 5O0C wird der Durchfluß erhöht und er erreicht bei etwa 8O0C, der Arbeitstemperatur bei Nennlast, den Wert für den Durchfluß während des Betriebszustandes (ca. 240 l/h).The limit for the electrolyte flow, which may well be below 10 cnr / min, is set in such a way that the temperature sensor used shows the correct electrolyte temperature even with such low values for the flow. This is particularly advantageous when the temperature sensor is not arranged at the location of the highest temperature. From a temperature of about 5O 0 C, the flow rate is increased, and it reaches at about 8O 0 C, the operating temperature at nominal load, the value for the flow rate during the operating state (about 240 l / h).
Durch die Anwendung eines sich stetig steigernden Elektrolytdurchflusses wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Anfahr-■t zeit einer Batterie beträchtlich reduziert. Während bei der beschriebenen Batterie beispielsweise bei bisher üblichem Betrieb, d.h. konstantem Elektrolytumlauf, die Anfahrzeit etwa 22 Minuten beträgt, kann sie mit Hilfe des sich steigernden Elektrolytumlaufes nach der Erfindung auf etwa 14 Minuten herabgesetzt werden. Die Zeitspanne, innerhalb der die Batterie voll betriebsbereit ist, kann demnach um1 mehr als 35 f° vermindert werden.By using a steadily increasing electrolyte flow, the start-up time of a battery is reduced considerably in the method according to the invention. While the start-up time is about 22 minutes in the case of the battery described, for example with normal operation, ie constant electrolyte circulation, it can be reduced to about 14 minutes with the aid of the increasing electrolyte circulation according to the invention. The time span within which the battery is fully operational can therefore be reduced by 1 more than 35 °.
Wird die Brennstoffbatterie überlastet, so wird erfindungsgemäß der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie über den Wert für den Betriebszustand bei der Nennleistung hinaus erhöht. Beim Anstieg der Elektrolyttemperatur um etwa 10C (beispielsweise von 8O0C auf 810C), festgestellt durch den Temperaturfühler im Elektrolytkreislauf, nimmt der Elektrolytdurchfluß auf etwa 5,5 l/min, d.h. 330 l/h, zu, wobei bei der-gleichen Temperaturdifferenz zwischen Elektrolyteingangs- und Elektrolytaustrittstemperatur wie beim Betriebszustand bei der Nennleistung von 1,9 kW, nämlich 60C, die Reaktionswärme für eine Nutzleistung von 2,3 kW abgeführt wird. Die Wärme/Wasser-Abreicherungseinheit ist deshalb, beispielsweise.durch den Einbau von Wärmetauschern, so ausgelegt, daß die maximal mögliche Verlustwärme abgeführt werden kann.If the fuel battery is overloaded, according to the invention the electrolyte flow through the battery is increased beyond the value for the operating state at the nominal power. When increase in the electrolyte temperature by around 1 0 C (for example, from 8O 0 C to 81 0 C), detected by the temperature sensor in the electrolyte circuit, the Elektrolytdurchfluß decreases to about 5.5 l / min, that is, 330 l / h to, wherein in the same temperature difference between the electrolyte inlet and electrolyte outlet temperature as in the operating state at the nominal power of 1.9 kW, namely 6 0 C, the heat of reaction for a useful power of 2.3 kW is dissipated. The heat / water depletion unit is therefore designed, for example by installing heat exchangers, so that the maximum possible heat loss can be dissipated.
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"" 9 " . 2U8209"" 9 ". 2U8209
Wird die Batterie unterhalb der Nennleistung belastet, wobei die Elektrolyttemperatur absinkt, so wird die in Fig. 2 dargestellte Kennlinie in umgekehrter Richtung durchlaufen, d.h. der Elektrolytdurchfluß durch die Batterie wird vermindert.If the battery is loaded below the nominal capacity, whereby If the electrolyte temperature drops, the characteristic curve shown in Fig. 2 is traversed in the opposite direction, i.e. the electrolyte flow through the battery is reduced.
6 Patentansprüche
2 Figuren6 claims
2 figures
3098U/04453098U / 0445
- io -- io -
Claims (6)
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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