DE2050951C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen flüssiger Elektrolytverluste aus den Gaskammern einer Brennstoffzelle - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen flüssiger Elektrolytverluste aus den Gaskammern einer BrennstoffzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückgewinnen flüssiger Elektrolytverluste aus den Gaskammern
einer Brennstoffzelle mit zwei Gaskreisläufen und einem Elektrolytkreislauf.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Rückgewinnen der flüssigen Elektrolytverluste aus
den Gaskammern für oxydierendes sowie reduzierendes Gas einer Brennstoffzelle mit Gaskreisläufen und einem
Elektrolytkreislauf, mit einer Elektrolytspeisung und einer Elektrolytrückführung am Austritt aus der Zelle.
Bekannt ist nach der DE-OS 14 96 103 die Konzentration
des flüssigen Elektrolyten einerseits dadurch konstant zu halten, daß man seine Verdünnung durch
eine Ansammlung von Wasser, die sich während der chemischen Reaktion gebildet hat, dadurch verhindert,
daß die Verdampfung des Elektrolytwassers kompensiert wird, indem der Elektrolytkammer durch Kondensation
rückgewonnenes Wasser zugeführt wird, das aus der chemischen Reaktion stammt, die sich in der
Brennstoffzelle selbst abspielt
Eiektrolytverluste bei diesem Verfahren bleiben unvermeidlich. Abgesehen von einer möglichen Verstopfung
der Speisekanäle durch Elektrolyten kann es auch zu einem Abfall des Elektrolytniveaus in der
ίο Elektrolytkammer führen, das durch einen Niveaudetektor
unvermeidlicherweise durch die Einführung reinen Wassers kompensiert wird. Dies andererseits
bedeutet eine Elektrolytverdünnung, die, je stärker die Verluste sind, umso größer wird.
Die US-PS 32 87 167 schlägt ebenfalls vor, durch Kondensation bei der chemischen Reaktion erzeugte
Wasser rückzugewinnen. Auch hier ist eine Verdünnung des Elektrolyten in Kauf zu nehmen.
Demgegenüber Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkeitsverluste des Elektrolyten vor
der Kondensation des Wasserdampfs aufgrund der chemischen Elektrolytreaktion rückzugewinnen und
diese dann in die Elektrolytkammer derart einzuführen, daß die Gesamtkonzentration dieses Elektrolyten nicht
modifiziert wird. Die in der Elektrolytzusammensetzung auftretende Wassermenge kann in üblicher Weise
konstant gehalten werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß vor jeder Behandlung der aus der Zelle austretenden
Gase in jedem der Kreise, für die oxydierenden und reduzierenden Gase getrennt, der flüssige Elektrolyt,
der infolge der Schwerkraft in jedem dieser Kreise an die Basis der Zelle geflossen ist, gesammelt wird und daß
die aus dem einen und dem anderen dieser Kreise gewonnenen Elektrolytmengen ohne die Möglichkeit
eines Mischens des oxydierenden und des reduzierenden Gases getrennt aufgegangen und die so gesammelten
Elektrolyte in den Elektrolytkreislauf zurückgeführt werden.
Vorzugsweise wird mit einer Vorrichtung gearbeitet, die sich auszeichnet durch Kammern zur Rückgewinnung
des flüssigen Elektrolyten, die auf einem Niveau, das niedriger als das des Zellenblocks ist, angeordnet
und jeweils mit der Basis dieser Gaskammern -verbunden sind, wobei diese Kammern in ihrem unteren
Bereich mit den Kreislaufrückführeinrichtungen für den Elektrolyt verbunden sind und jeweils Einrichtungen
umfassen, die jeden Austritt des in den Kammern enthaltenen Gases in den Elektrolytkreislauf vermeiden.
Es wird somit möglich, über einen unbegrenzten Zeitraum die Brennstoffbatterie mit dem Elektrolyten
zu betreiben; der Elektrolyt wird rückgewonnen, jedes Gemisch aus oxydierenden und reduzierenden Gasen
vermieden.
Die Zeichnungen erläutern die Erfindung, ohne sie zu begrenzen. Diese zeigt in
F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung;
F i g. 2 eine zweite Ausführungsform.
F i g. 2 eine zweite Ausführungsform.
In die Brennstoffbatterie 1 führt man über die Leitung
2 Luft ein, die aus den Luftkammern der Batterie über die Leitung 3 austritt. Die Luft kann gegebenenfalls,
wenigstens zum Teil, mit einem Zusatz an Frischgas rückgeführt werden.
M Die Zuführung von Wasserstoff, der aus den
Wasserstoffkammern der Batterie über die Leitung 5 geführt wird, und dann nach Kühlung im Kreislauf
rückgeführt wird, erfolgt bei 4, während ein Elektrolyt,
beispielsweise ein Kaliumhydroxid (KOH) in die Brennstoffbatterie über die Leitung 6 eintritt und bei 7
die Batterie verläßt
Am Austritt aus der Brennstoffzelle wird der
Elektrolyt über die Leitung 8 quer durch eine Kühlvorrichtung 9 geführt, bevor er im Behälter 10
gesammelt wird, wo er in die Brennstoffzelle, beispielsweise durch eine mit Rückschlagventil 12 versehene
Pumpe P über die mit Rohr 6 verbundene Leitung 11
rückgeführt wird.
Der aus der Brennstoffzelle über die Leitung 5 austretende Wasserstoff kann etwas Elektrolyt mitreißen,
welcher in der Vorrichtung nach der Erfindung bei Durchgang in einer Kammer 13 rückgewonnen wird, wo
dieser Elektrolyt infolge Schwerkraft sich vom Wasserstoff trennt, wobei letzterer anschließend in die
Brennstoffzelle über das Rohr wieder eingeführt wird.
Der wiedergewonnene Elektrolyt sammelt sich am Boden der Kammer 13.
In analoger Weise kann die die Brennstoffzelle durchsetzende Luft Elektrolyt mitreißen,- aufgrund der
Anordnung nach der gewählten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Luft die Brennstoffzelle von unten
nach oben durchströmt, rieselt der in die Luftkammer eingetretene Elektrolyt längs der Wandungen des
Rohres 2 nach unten und kann im Behälter 14 aufgefangen werden, der mit der Leitung 2 in seinem
oberen Teil verbunden und mit einem Lufteintrittsrohr 15 versehen ist
Eine Luftzirkulation von oben nach unten ist möglich.
Der im Behälter 14 aufgefangene Elektrolyt fließt über die Leitung 16 in die Kammer 17, die gegen die
Atmosphäre bei 18 in ihrem oberen Teil offen sein kann, und sammelt sich im unteren Teil der Kammer 17.
Der in den Kammern 13 und 17 rückgewonnene Elektrolyt kann über die öffnungen 19 und 20 an der
Basis dieser beiden Kammern jeweils über die Leitungen 23a und 236 ausfließen, die alle beide in einer
einzigen Leitung 23 zur Rückführung zum Elektrolytbehälter 10 münden.
Die öffnungen 19 und 20 sind über Ventile 21 und 22 gesteuert, welche Schwimmer bilden, die durch den
Elektrolyten angehoben werden und es diesem so ermöglichen, zur Leitung 23 zu fließen. Die in den
Kammern 13 und 17 enthaltenen Gase können nicht über die öffnungen 19 und 20 entweichen, die durch die
Schwimmer 21 und 23 verschlossen werden, wenn die Kammern 13 und 17 sich leeren, wobei die Schwimmer,
die von der Flüssigkeit nicht mehr angehoben sind, die öffnungen 19 und 20 verschließen.
Diese Vorrichtung ermöglicht es, die Elektrolytverluste infolge Mitreißens durch Gase in Fortfall kommen
zu lassen.
Auf diese Weise hat die Brennstoffzelle keinen Elektrolytverlust, was sie autonom macht und ihr
ermöglicht, unbegrenzt mit einer konstanten Elektrolytmenge betrieben zu werden.
Nach der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Speicher 13 und 17 ersetzt durch einen
einzigen Speicher 24, den vertikale Trennwände 25 und 26 in drei Kammern 27, 28 und 29 unterteilen, wobei
diese Trennwände eine Verbindung zwischen den drei Kammern an ihrer Unterseite belassen.
ίο Die Kammern 27 und 29 haben am Kopf öffnungen
30 bzw. 31. Die Leitungen 5 und 16 münden an der oberen Wandung der seitlichen Kammern 27 bzw. 28
des Speichers 24; der rückgewonnene, aus diesen Leitungen stammende Elektrolyt steigt in jeder der
Kammern des Speichers 24 auf Niveaus, die eine Funktion des Druckes des Gases in Kontakt mit dem
Elektrolyt am oberen Teil jeder dieser Kammern des Speichers sind.
Die zentrale Kammer 29 des Speichers, in der sich der rückgewonnene Elektrolyt sammelt ist mit einer
Überlauföffnung 32 versehen, über die der Elektrolyt in den Elektrolytbehälter 10 über die Leitung 33 ausfließt.
Man stellt fest "iaß in der durch Fig.2 dargestellten
Ausführungsform es der Elektrolyt selbst ist der für die Trennung zwischen den gasförmigen in den drei
Kammern des Speichers 24 enthaltenen Phasen sorgt.
Die beiden in den F i g. 1 und 2 dargestellten Rückgewinnungseinrichtungen für die Elektrolytverluste
bieten den Vorteil, daß kein Energieverbrauch erforderlich ist um diese Rückgewinnung zu bewerkstelligen.
Tatsächlich sind die Kammern 13 und 17 (Fig. 1) sowie die Kammern 24 (Fig.2) auf einem
Niveau tiefer als das der Brennstoffzelle 1 und höher als das des Elektrolytbehälters 10 angeordnet, wodurch der
Elektrolyt einfach durch Schwerkraft in die Leitungen ausströmen kann.
Eine solche Anordnung ist zwar vorteilhaft, jedoch durchaus nicht zwingend; es wäre genauso möglich, den
Behälter auf dem gleichen Niveau wie die Rückgewinnungskammern oder sogar oberhalb von diesen
anzuordnen, indem in der Leitung 23 (Fig. 1) oder an
der Leitung 33 (F i g. 2) eine Pumpe angeordnet würde, deren Energieverbrauch gering wäre, wenn man die
geringe Menge an Elektrolytverlusten, die rückgewonnen wird, in Betracht zieht
Es wäre ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich, den Behälter 10 in der Ausführungsform der F i g. 2
fortfallen zu lassen, indem man die Rezyklierungsleitung 8 des Elektrolyten direkt in die Kammer 29 münden läßt,
wobei der gesamte Elektrolyt dann in der Zelle ausgehend von dieser Kammer über die Pumpe P
rezykliert wird, die dann mit dieser Abteilung der Kammer 24 verbunden wäre.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum Rückgewinnen flüssiger Elektrolytverluste aus den Gaskammern einer Brennstoffbatterie
mit zwei Gaskreisläufen und einem Elektrolytkreislauf, dadurch gekennzeichnet,
daß vor jeder Behandlung der aus der Batterie austretenden Gase in jedem der Kreise, für die
oxidierenden und reduzierenden Gase getrennt, der flüssige Elektrolyt, der infolge der Schwerkraft in
jedem dieser Kreise an die Basis der Zelle geflossen ist, gesammelt wird und daß die so aus dem einen und
dem anderen dieser Kreise gewonnenen Elektrolytmengen ohne die Möglichkeit eines Mischens des
oxydierenden und des reduzierenden Gases getrennt aufgefangen und die so gesammelten Elektrolyte in
den Elektrolytkreislauf zurückgeführt werden.
2. Vorrichtung zum Rückgewinnen der ftüssigen Eiektrolytverluste aus den Gaskammern für oxydierendes
sowie reduzierendes Gas einer Brennstoffbatterie mit Gaskreisläufen und einem Elektrolytkreislauf,
mit einer Elektrolytspeisung und einer Elektrolytrückführung am Austritt aus der Batterie,
gekennzeichnet durch Kammern (17; 13) zur Rückgewinnung des flüssigen Elektrolyten, die auf
einem Niveau, das niedriger als das des Zellenblocks (1) ist, angeordnet und jeweils mit der Basis dieser
Gaskammern verbunden sind, wobei diese Kammern in ihrem unteren Bereich mit den Kreislaufrückführeinrichtungen
(10; 12) für den Elektrolyt verbunden sind und jeweils Einrichtungen umfassen, die jeden Austritt des in den Kammern enthaltenen
Gases in den Elektrolytkreislauf vermeiden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Kammern (13; 17) in ihrem
unteren Teil eine Ausfließöffnung (19; 20) für den Elektrolyten aufweist, wobei diese Ausflußöffnungen
von einem von den Elektrolyten anhebbaren Schwimmerventil (21; 22) steuerbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Kammern (14; 28) zur Elektroiytrückgewinnung
aus dem oxydierenden Gas und eine Kammer (27) zur Elektrolytrückgewinnung aus dem reduzierenden
Gas, wobei die Kammern (28; 27) in ihrem unteren Teil mit einer Flüssigkeitstrennkammer (29)
in Verbindung stehen, die mit einer Abzugsöffnung (32) für den Elektrolyten auf einer Höhe versehen ist,
die über der, auf der die Kammern kommunizieren, sich befindet.
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