DE2205294B2 - Vorrichtung für die Zuführung bzw. für die Ableitung einer Flüssigkeit entlang eines Randes einer dünnen Platte eines diese Flüssigkeit verarbeitenden Gerätes - Google Patents
Vorrichtung für die Zuführung bzw. für die Ableitung einer Flüssigkeit entlang eines Randes einer dünnen Platte eines diese Flüssigkeit verarbeitenden GerätesInfo
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Description
btiw. Ableitungskanäle von der öffnung her zum Rand
der dünnen Platte auseinanderlaufen.
Darüber hinaus weist diese vorzugsweise zumindest eines der folgenden Kriterien auf: die Mündungen der
feinen Kanäle am Rand der dünnen Platte sind von einem Ende des Randes bis zum anderen Ende jeweils
gleichweit voneinander entfernt; der isolierende Rahmen der dünnen Platte umfaßt einen Streifen mit
gleichmäßig verteilten und zwischen dem Rand der dünnen Platte und den Mündungen der feinen Kanäle ι ο
angeordneten Vorsprüngen; die Vorsprünge dieses Streifens sind nach Art der Fünf auf dem Würfel
angeordnet; die Vorsprünge dieses Streifens sind auf einer planen Grundfläche in Höhe des tiefsten Punktes
der feinen Kanäle angeordnet; die Vorsprünge dieses Sixeifens liegen in der Verlängerung sämtlicher Kanäle;
diese Vorsprünge sind zylinderförmig ausgebildet; die dünne Platte ist mit einem Einführungsrand am Rahmen
auf der Seite der Zuführungs- und Abführungsöffnungen für die Flüssigkeit ausgerüstet, der sich unter dem
Streifen befindet und dessen Breite im Höchstfall der des Streifens entspricht; die feinen Kanäle, die mit einer
nicht angrenzenden öffnung an einem seit-'cnen Rand verbunden sind, verlaufen symmetrisch gegenüber der
Symmetrieachse der öffnung, d. h. senkrecht zum Rand
der dünnen Platte; die geradlinig verlaufenden Abschnitte der feinen Kanäle verhalten sich proportional
zu ihrer Länge; bei der Verarbeitungsvorrichtung für die Flüssigkeit handelt es sich um eine Brennstoffzelle, die
Flüssigkeit ist ein Elektrolyt dieser Zelle und die dünne Platte wird durch eine nicht poröse Elektrode gebildet
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Zusammenhang mit den Zeichnungen auf eine erfindungsgemäße
aufgebaute Vorrichtung für die Zuführung und Abführung eines Elektrolyts auf eine Fläche J5
eimer Elektrode eines Brennstoffelements. Es zeigt
F i g. 1 eine Gesamtdarstellung der in ihrem isolierenden
Rahmen befestigten Elektrode;
F i g. 2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt des mit Vorsprüngen bzw. Zapfen ausgerüsteten Streifens,
wobei letz'.sre zwischen den Mündungen der feinen Kanäle und dem Rand der eigentlichen Elektrode liegen.
In der Darstellung der Fig. 1 ist die Elektrode 1 in
einen isolierenden Rahmen 2 aus Kunststoff eingegossen. Dieser Rahmen besitzt rechteckige öffnungen 3,4,
S, 6 uswn die sich an einem seiner Ränder befinden, während die öffnungen 13, K, 15, 16 usw. am
entgegengesetzten Rand liegen. Durch Übereinanderlagerung
bilden diese Öffnungen mit den entsprechenden Öffnungen von Isolierrahmen halbdurchlässiger Mem- r>
<> branen und von angrenzenden Elektroden Zuführungsund Abführungskanäle für das mit Reagens versetzte
Elektrolyt. Im dargestellten Beispiel dienen die öffnungen
4, 6 usw. zur Förderung des mit einer Reagens (Sauerstofflieferant bzw. Reduktionsmittel) versetzten
Elektrolyts entlang der sichtbaren ElcktrodenPäche und die Öffnungen 13, 15 usw. zur Abführung des
Elektrolyts, das mit Zerfallsprodukten der Reagens angereichert ist. Die öffnungen 3, 5 usw. dienen zur
Förderung des Elektrolyts, das mit einer anderen bo
Reagens versetzt ist, entlang der entgegengesetzten Seite der Elektrode und die öffnungen 14, 16 usw. zur
Abführung des Elektrolyts, das über nicht dargestellte, feine Kanäle entlang dieser entgegengesetzten Seite
umgelaufen ist. br>
Die Zufiihrungsöffnung 4 ist mit dem Rand der
Elektrode über sich fächerförmig ausbreitende feine Kanäle 20 und die ölf. <ing 6 über die feinen Kanäle 21
verbunden. Diese feinen Kanäle münden in regelmäßigen Abständen auf einen Streifen 40, der mit
Plastikzapfen versehen ist, die nach der Art der Fünf auf dem Würfel angeordnet und dazu bestimmt sind, jede
Verformung der benachbarten, halbdurchlässigen Membran zu verhindern.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Plastikrahmens ist die Abführungsöffnung 13 mit dem Rand der
Elektrode über die sich ebenfalls fächerförmig ausbreitenden, feinen Kanäle 30 und die öffnung 15 über die
feinen Kanäle 31 verbunden. Hierbei ist zu bemerken, daß die Abführungsöffnungen im Gegensatz zu einer
Zuführungsöffnung mit einer größeren Zahl von feinen Kanälen ausgerüstet sind. Dieser Umstand ist auf den
Fall zurückzuführen, in dem die Reagens im gelösten Zustand eingebracht wird und ein oder mehrere
gasförmige Zerfallsprodukte (z. B. Stickstoff bei einem Reduktionsmittel, Hydrazin oder Aoimoniak) vorliegen,
so daß eine Flüssigkeits- und Gas-Emulsion abzuführen ist, die größere Durchgangsquerschnitte erfordert.
Die feinen Kanäle 30, 31 usw. münden in regelmäßigen
Abständen auf einen Streifen 41, der mit Ptastikzapfen ausgerüstet ist, die nach der Art der Fünf
auf dem Würfel angeordnet sind und ebenfalls dazu dienen, eine Verformung der angrenzenden, halbdurchlässigen
Membran zu verhindern.
Die Elektrode 1 wird über flache Ränder unter den Streifen 40 und 41 eingeführt, die sich in der Breite
entsprechen, jedoch gegenüber den Einführungsrändern an den Seitenflächen schmäler sind.
Die Elektrode ihrerseits wird durch eine geformte Metallfolie gebildet, auf deren zwei Seiten ein Lack mit
einem geeigneten Katalysator aufgebracht ist, wobei die Reliefbildungen in parallel verlaufenden, erhabenen
Streifen 42, 43, 44 usw. angeordnet sind, die beispielsweise 23° gegenüber den Rändern der Elektrode
geneigt sind, wodurch eine Zickzack-Linie entsteht. Eine in dieser Form aufgebaute Elektrode kann mit einer
Stärke von nicht mehr als etwa 400 Mikron hergestellt werden, während die bisher bekannten Dünnschicht-Elektroden
eine Stärke von etwa 1000 Mikron besitzen.
!n der Darstellung der F i g. 2 ist die öffnung 15 zur
Abführung des Elektrolyts mit dem Streifen 41 der Kunststoffzapfen über die fächerförmig angeordneten
Leitungen 30Λ bis 3OG verbunden, die symmetrisch zur
Symmetrieachse, d. h. senkrecht zum Rand der Elektrode verlaufen. Die geradlinig verlaufenden Abschnitte
der feinen Kanäle 30Λ bis 3OG bzw. ihre Breiten mit konstanter Tiefe ändern sich praktisch proportional zu
ihrem Längen, wobei die außenliegenden Kanäle 3OA und 3OG am breitesten und der mittlere Kanal 3OD am
schmälsten ausgeführt sind, um hier durch eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyt-Durchsatzes zu
gewährleisten.
Die Kunststoffzapfen 45, 46 usw. des Flußregelstreifens
41 sind zylinderförmig und nach der Art de,- Fünf auf dem Würfel angeordnet, wobei einige dieser Zapfen
in der Verlängerung der feinen Kanäle liegen, um sich jeder stärkeren Flußrichtung des Elektrolyts in der
Achse eines Kan; Is entgegenzustellen.
Davon abgesehen, daß es sich bei den dargestellten Beispielen um vorzugsweise gewählte Ausfiihrungsformen
handelt, gilt es als selbstverständlich, daß zahlreiche Änderungen an den beschriebenen Elektrolyt-Zuführungs-
bzw. -abfühoingsvorrichtungen vorgenommen werden kennen; insbesondere kann hierbei ein
abweichendes Elektrodenprofil gewählt werden. Auch können die Zuführungsöffnungen eine andere Form
aufweisen und somit beispielsweise kreisförmig, oval
usw. ausgebildet sein.
Die Kunststoffzapfen der Flußregelstreifen können eine andere Form erhalten, z. B. eine Prismaform mit
quadratischer Grundfläche.
Claims (10)
1. Vorrichtung für die Zuführung bzw. für die Ableitung einer Flüssigkeit entlang eines Randes
einer dünnen Platte eines diese Flüssigkeit physikalisch, chemisch oder elektrochemisch verarbeitenden
Geräts, wobei im Rahmen dieser dünnen Platte feine Zuleitungs- und Ableitungs-Kanäle vorgesehen
sind, die am Rand dieser letzteren mit Öffnungen dieses Rahmens in Verbindung stehen, wobei diese
Öffnungen durch Obereinanderstapelung mit den entsprechenden Öffnungen der Rahmen der benachbarten
Platten relativ weite Flüssigkeitszuleitungs- bzw. Ableitungskanäle bilden, dadurch ge- ι?
kennzeichnet, daß die feinen Zuleitungs- bzw. Ableitungskanäle (20,21,30,31) von der Öffnung (4,
6, 13, 15) her zum Rand der dünnen Platte (1) auseinanderlaufen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,ci
jß die Mündungen der feinen Zuleitungsbzw. Ableitungs-Kanäle (28,2i, 30,31) am Rand der
dünnen Platte (1) von einem Ende des Rands bis zum anderen Ende jeweils gleichweit voneinander
entfernt sind. .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen der dünnen Platte einen Streifen (40,41) mit gleichmäßig verteilten und
zwischen dem Rand der dünnen Platte (1) und den Mündungen der feinen Zuleitungs- bzw. Ableitungs-Kanäle
angeordneten Vorsprüngen (45,46) umfaßt
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorsprünge (45, 46) des Streifens (40, 41) in der Art der Fünf auf einem Würfel
angeordnet sind. «
5. Vorrichtung nach Ansprum 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (45, 46) des Streifens (40, 41) auf einer planen Grundfläche in
Höhe des tiefsten Punktes der feinen Zuleitungsbzw. Ableitungs-Kanäle (30,31) angeordnet sind. ■">
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (45,
46) des Streifens (40, 41) in der Verlängerung d»;r Zuleitungs bzw. Ableitungs-Kanäle (30,31) liegen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, «
dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorsprünge (45, 46) zylinderförmig ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Platte (1) mit
einem Einführungsrand am Rahmen auf der Seite r»°
der Zuleitungs- und Ableitungsöffnungen für die Flüssigkeit ausgerüstet ist, der sich unter dem
Streifen befindet und dessen Breite im Höchstfall der des Streifens (40,41) entspricht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, r>5
dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Zuleitungsbzw. Ableitungs-Kanäle, die mit einer nicht an einen
seitlichen Rand angrenzenden Öffnung verbunden sind, symmetrisch gegenüber der Symmetrieachse
der Öffnung verlaufen, d. h. senkrecht zum Rand der ·>"
dünnen Platte.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsquerschnitte der feinen Zuleitungs- bzw. Ableitungs-Kanäle
sich proportional zu ihrer Länge verhalten. Μ
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Zuführung bzw, für die Ableitung einer Flüssigkeit
entlang eines Randes einer dünnen Platte eines diese Flüssigkeit physikalisch, chemisch oder elektrochemisch
verarbeitenden Geräts, wobei im Rahmen dieser dünnen Platte feine Zuleitungs- und Ableitungs-Kanäle
vorgesehen sind, die am Rand dieser letzteren mit Öffnungen dieses Rahmens in Verbindung stehen und
die durch Übereinanderstapelung mit den entsprechenden Öffnungen der Rahmen der benachbarten Platten
relativ weite Flüssigkeitszuleitungs- bzw. -ableitungskanäle bilden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit
einer Vorrichtung für die Zuführung b2w. für die Abführung eines mit einer Reagens versetzten Elektrolyts
entlang eines Randes einer dünnen, nicht porösen Elektrode eines Brennstoffelements, wobei im isolierenden
Rahmen der Elektrode feine Kanäle vorgesehen sind, die am Rand dieser letzleren mit Öffnungen im
Rahmen verbunden sind und die durch Übereinanderlagerung mit den entsprechenden Öffnungen der Rahmen
der Membranen und benachbarten Elektroden Elektroiytzüieittiiigs-
bzw. - abieiiungskanäie bilden.
Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auf die Flüssigkeitszu- und -ableitung in elektrochemischen
Akkumulatoren, Filtern, Dialysegeräten und Wärmetauschern.
In der französischen Patentanmeldung 15 64 864 vom 12. März 1968 wurden bereits Anordnungen zur
Zuführung und Abführung eines Elektrolyts in einem Brennstoffelement mit dünnen, nicht porösen Elektroden
vorgeschlafen, die mit feinen Kanälen im isolierenden Rahmen der Elektrode versehen sind,
wobei jede Öffnung dieses Rahmens mit dem Rand der Elektrode über einen feinen Sammelkanal oder über
mehrere, parallelverlaufende, feine Kanäle verbunden ist, die senkrecht am Rand der Elektrode einmünden.
Diese Anordnung besitzt jedoch den Nachteil, daß die Elektrolytverteilung der Elektrode nicht gleichmäßig
erfolgt, was sich wiederum auf die Betriebsweise nachteilig auswirkt. Darüber hin,.u^ tritt infolge der
unvermeidlichen Nebenströme der Elektroden durch das Elektrolyt eine Elektrolyse der Metallionen des
Elektrolyts auf, die sich am Rand auf der negativen Elektrodenfläche ablagern. Diese Metallauflagen erreichen
nach und nach die feinen Kanäle und setzen diese zu. Außerdem kommt es an den Elektrodenzonen in
Nähe der feinen Kanäle zu einer Oxydbildung auf der positiven Fläche, wodurch wiederum Durchdringungen
auftreten können.
In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Beseitigung der obengenannten und ihrer Art nach
gleichen Nachteile, die an anderen Vorrichtungen zjr physikalischen, chemischen oder elektrochemischen
Verarbeitung von Flüssigkeiten auftreten. Die Erfindung bezweckt hierbei insbesondere eine praktisch
gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über die gesamte Oberfläche der dünnen Platte und zwar von den
Einführungs- bzw. Austritts-Rändern der Flüssigkeit aus; weiterhin sollen bei elektrochemischen Verarbeitungsgeräten
Metallauflagen in den feinen Kanälen vermieden und die Oxydbildung in Nähe der Ränder der
Elektrode stark herabgesetzt werden, wozu schließlich noch die Verhinderung von heißen Stellen auf der
Oberfläche gehört, um somit eine längere Betriebsdau ;r
zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung für die Zuführung bzw. für die Ableitung einer Flüssigkeit ist
dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Zuleitungs-
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
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