DE3237784C2

DE3237784C2 -

Info

Publication number: DE3237784C2
Application number: DE3237784A
Authority: DE
Inventors: Walter Lee Royal Oak Mich. Us Fong; Henry A. Rochester Mich. Us Catherino; Richard John Mount Clemens Mich. Us Kotch
Original assignee: Energy Development Associates Inc
Current assignee: Energy Development Associates Inc
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1990-09-20
Also published as: JPH0574198B2; SE8205763D0; FR2514569A1; GB2109621A; AT389190B; IT1153231B; IT8223720A0; CA1191889A; DE3237784A1; SE8205763L; ATA374782A; US4385099A; FR2514569B1; GB2109621B; JPS5875783A

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichersystem für elektrische Energie sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Halogenhydrat in einem derartigen Speichersystem.

Es sind Speichersysteme für elektrische Energie (z. B. in Form eines Zinkchloridakkumulators bekannt, bei denen ein Halogenhydrat für die Reduktion an einer normalerweise positiven Elektrode und ein Metall zur Oxydation an einer normalerweise negativen Elektrode verwendet werden. Ein wäßriger Elektrolyt wird zum Auffüllen des Vorrats an Halogenkomponente verwendet, wenn es an der positiven Elektrode reduziert wurde. Der Elektrolyt enthält die aufgelösten Ionen des oxydierten Metalls und das reduzierte Halogen, und er zirkuliert zwischen dem Elektrodenbereich und einem Speicher, welcher Halogenhydrat enthält, das während einer normalen Entladung des Speichersystems abgebaut wird. Hierdurch wird zusätzliches elementares Halogen freigesetzt, um an der positiven Elektrode verbraucht zu werden.

Speichersysteme dieser Art sind z. B. in den US-PS 39 93 502, 40 01 036 und 41 46 680 beschrieben. Solche Systeme sind auch in von der Patentinhaberin veröffentlichten Berichten wie z. B. dem EPRI report EM-1051 vom April 1979 (hrsg. vom Electric Power Research Institute) beschrieben.

Im Zusammenhang mit dem Halogenhydraterzeuger bei Speichersystemen der beschriebenen Art hat es erhebliche Probleme gegeben. So traten häufig im Hydraterzeuger nach mehreren Stunden des Einsatzes Betriebsschwierigkeiten auf. Diese Betriebsschwierigkeiten wurden darauf zurückgeführt, daß die Einrichtung zum Umpumpen des Halogengases durch Hydrat verstopft oder blockiert wird, das infolge der Reaktion zwischen dem in die Pumpe eingeleiteten Halogengas und dem kalten Wasser gebildet wird. Der genauere Grund für die Verstopfung bzw. Blockierung des Speichersystems war unbekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speichersystem für elektrische Energie sowie ein Verfahren zum Erzeugen von Halogenhydrat in einem derartigen Speichersystem anzugeben, bei denen Betriebsschwierigkeiten im Hydraterzeuger vermieden werden.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Speichersystem unerwartet gute Ergebnisse, was die Hydraterzeugung anlangt, ergibt; insbesondere wird ein Verstopfen bzw. Blockieren des Hydraterzeugers vermieden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Theorie ist nicht vollkommen klar. Es wird jedoch vermutet, daß im Stand der Technik das Verstopfen durch Gasbläschen verursacht wurde, an denen sich bei dem bekannten Verfahren zur Hydraterzeugung ein Hydratüberzug bildet. Die Bläschen neigen dazu, bei Ansammlung zu großen festen Massen zu aglomerieren. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Speichersystem dagegen wird die Bildung solcher Gasbläschen dadurch vermieden, daß der Druckabfall in der Auslaßleitung verringert wird, um nicht die Hydratbildung im Bereich der Auslaßleitung in Nähe der Pumpe zu verstärken, und die vertikale Anordnung der Auslaßleitung läßt die Gasbläschen aufsteigen, die sich somit nicht an Innenflächen innerhalb der Leitung ansammeln können. Bei Ableitung der Entladung von der Auslaßleitung in den Gasraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Speicher wird außerdem eine Verkrustung vermieden.

Anhand der einzigen Figur, die in schematischer Weise ein Speichersystem in Form eines Zinkchloridakkumulators zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Zinkchloridakkumulator besteht aus einer Zelle 10. Für den Betrieb der Zelle 10 beim Laden sind Einrichtungen vorgesehen, die die gewünschte Strömung von Chlor, Elektrolyt, Wasser und Wärme bewerkstelligen. Die Elektrolytpumpe P-1 liefert Elektrolyt zu Taschen zwischen Paaren poröser Graphitchloridelektroden 12. Der Elektrolyt fließt durch die poröse Chlorelektrode und ergießt sich schließlich durch Kaskaden mit hohem Widerstand zurück in den Sumpf 14. Chlorgas wird von der zweiten Pumpe P-2 durch die Leitung 16 gepumpt. Ehe das Chlor in die Pumpe P-2 gelangt, wird es mit Kaltwasser vermischt, das durch die Leitung 18 fließt und vom Boden des Speichers 20 kommt. Chlor und Kaltwasser werden in der Gaspumpe P-2 vermischt, wodurch Chlorhydrat entsteht; das Chlorhydrat/Wasser-Gemisch wird durch die separate Leitung 23 im Speicher deponiert. Das Wasser in der Leitung 18 wird gekühlt, indem es durch einen Wärmetauscher HX-1 geleitet wird Glycol, das durch eine Kälteeinrichtung gekühlt wird, fließt durch die Leitung 24 in den Wärmetauscher HX-1. Es sind weitere Wärmetauscher vorgesehen, nämlich der Abbau-Wärmetauscher HX-2 und der Sumpf-Wärmetauscher HX-3. Die in der Zeichnung gezeigten Ventile sind das Einlaß/Auslaß-Ventil V-1, das Abbau-Ventil V-2, das Druckentlastungsventil V-3, das Kühler-Ventil V-4 und das Sumpftemperatursteuerventil V-5.

Bei Entladung wird das Ventil V-2 geöffnet, wodurch ein warmer Elektrolytstrom durch den Wärmetauscher HX-2 im Speicher fließt. Chlor wird durch Abbau von Chlorhydrat im Speicher 20 gebildet. Wenn der erforderliche Druck im Speicher erreicht ist, öffnet das Ventil V-1 in der Leitung 26, und Chlor gelangt in die Leitung 28 auf der Hochdruckseite der Elektrolytpumpe P-1. Das Chlor löst sich im Elektrolyten, der dann den porösen Graphitchloridelektroden zugeführt wird. Der Batteriestapel 30 kann nun entladen werden, wobei an der Zinkelektrode Zink elektrisch gelöst wird, an der Chlorelektrode das gelöste Chlor reduziert wird, Leistung an den (nicht gezeigten) Batterieklemmen ansteht und Zinkchlorid im Elektrolyten gebildet wird.

Die von der Pumpe P-2 wegführende Auslaßleitung 23 verläuft im wesentlichen vertikal nach oben und erstreckt sich gerade bis zu einem Punkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 25 des Speichers 20, wobei die Austrittsöffnung des Rohres 23 sich im Gasraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Speichers 20 bei 27 befindet. Überraschenderweise lieferte diese Bauweise zur Durchführung der Hydratbildung unerwartet gute Ergebnisse, was die Hydraterzeugung anlangt, ohne daß der Hydraterzeuger verstopft oder blockiert wird.

Die Betriebsbedingungen, unter denen Hydrat bei Verwendung des beschriebenen Verfahrens zur Hydraterzeugung gebildet wird, sind:

Chlordurchsatz
1,46 Mol/min
Kaltwasserdurchsatz	11,5 l/min
Kaltwassertemperatur	7,9°C
Pumpeneinlaßdruck	0,138-0,345 bar
Pumpenauslaßdruck	0,551-0,758 bar
Speichergasraumdruck	0,482-0,620 bar
Betriebszeit	6,6 Stunden
Wassermenge im Speicher	409 Liter
Durchschnittliche Hydratspeicherdichte bei Ladung	0,1 g Cl₂/ml.

Wie oben beschrieben, sollte die Auslaßleitung 23 im wesentlichen vertikal von dem Auslaß der Pumpe P-2 nach oben verlaufen. Obwohl dies die bevorzugte Ausrichtung ist, wurde festgestellt, daß das Rohr auch bei anderen Ausrichtungen der Pumpe durch Verwendung von Knien im Leitungssystem des Hydraterzeugers funktioniert. In diesem Fall sollte jedoch sichergestellt werden, daß in den Knien die Turbulenz maximiert ist und daß keine stillen Bereiche erzeugt werden. Es wurde festgestellt, daß z. B. ein Innendurchmesser der Auslaßleitung 23 von 2,2 cm für den Betrieb geeignet ist. Größere Durchmesser von bis zu 15 cm sollten gleich gut funktionieren. Kleinere Innendurchmesser könnten eine erhöhte Möglichkeit zu Stopfenbildung oder Blockierung der Auslaßleitung zur Folge haben. Bei glatten Rohren könnte man angemessene und gute Leistung bei Rohren mit einem Innendurchmesser von 1,27 cm erwarten. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht durch die angegebenen Dimensionen unangemessen eingeschränkt werden.

Claims

1. Speichersystem für elektrische Energie, gekennzeichnet durch mindestens eine Zelle (10), die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist, die durch einen wäßrigen Elektrolyten getrennt sind, der das Metall und Halogen enthält, einen Speicher (20), in dem Halogenhydrat gebildet und als Teil einer wäßrigen Substanz gespeichert wird, deren Flüssigkeitsspiegel (25) im oberen Teil des Speichers (20) liegt, eine Einrichtung (28) die den Elektrolyten in der Zelle (10) umwälzt, eine Leitung (16), die in der Zelle (10) gebildetes Halogengas zu einem mit dem Speicher (20) verbundenen Hydraterzeuger (P 2, 23) führen, der eine Pumpe (P 2) aufweist, in die Mengen von Halogengas und relativ kaltem Wasser geleitet werden, die daraufhin reagieren und Halogenhydrat bilden, wobei die Pumpe (P 2) im Speicher (20) angeordnet ist, sowie eine im wesentlichen gerade und im allgemeinen vertikal angeordnete Auslaßleitung (23), die sich von der Pumpe (P 2) wegerstreckt und eine Austrittsöffnung (27) im Gasraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (25) in der Speichereinrichtung (20) aufweist.

2. Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zinkchloridakkumulator ist.

3. Verfahren zur Erzeugung von Halogenhydrat in einem Speichersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Pumpe in dem Speicher unter dessen Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist, gekennzeichnet durch Einleiten von Halogengas und Kaltwasser in die Pumpe zur Herbeiführung einer Reaktion, wodurch während der Bewegung durch die Pumpe und die Auslaßleitung Halogenhydrat erzeugt wird, Gewinnung des Halogenhydrats an der Austrittsöffnung und Speicherung im Speicher.