DE3832471A1 - Ausbringung von gasen aus dem elektrolytbehaelter von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)/o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-brennstoffzellenbatterien - Google Patents
Ausbringung von gasen aus dem elektrolytbehaelter von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)/o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-brennstoffzellenbatterienInfo
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- B64G1/423—Fuel cells
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausbringung von
Gasen aus dem Elektrolytbehälter von im schwerelosen Raum be
triebenen H2/O2-Brennstoffzellenbatterien mit frei beweglichem
Elektrolyten.
Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenbatterien mit einem frei
beweglichen, im Kreislauf geführten Elektrolyten, beispiels
weise einem alkalischen Elektrolyten wie Kalilauge, benötigen
einen Elektrolytbehälter (Elektrolyttank). Über die Niveauhöhe
der Flüssigkeit im Elektrolytbehälter kann dabei das Volumen
des Elektrolyten bestimmt werden.
Bei Brennstoffzellen und Brennstoffzellenbatterien, die mit
Wasserstoff (als Brennstoff) und Luft bzw. Sauerstoff (als Oxi
dationsmittel) betrieben werden, entsteht als Reaktionsprodukt
Wasser, das den Elektrolyten verdünnt. Die Niveauhöhe der Flüs
sigkeit im Elektrolytbehälter ist somit ein Maß für die durch
das Reaktionswasser erfolgende Verdünnung.
Das Reaktionswasser wird in einem sogenannten Elektrolytrege
nerator aus dem Elektrolyten entfernt. Das abgetrennte Wasser
wird dann - je nach Niveauhöhe im Elektrolytbehälter - nach
außen abgeführt oder zum Teil wieder dem Elektrolyten im Elek
trolytbehälter zugesetzt. Um eine derartige Regelung auch in
der Schwerelosigkeit durchführen zu können, ist die Ausbildung
einer definierten Oberfläche erforderlich. Dazu kann der Elek
trolytbehälter eine Membran oder eine Blase aufweisen, die mit
Gasdruck beaufschlagt ist (siehe dazu die deutschen Patentan
meldungen Akt.Z. P 37 32 212.5 und P 37 32 213.3). Ein Volu
mensensor registriert dabei die Ausdehnung der Membran bzw.
Blase.
Bei Brennstoffzellen und Brennstoffzellenbatterien, die mit
gasförmigen Reaktanten, wie Wasserstoff und Sauerstoff, und mit
einem flüssigen, frei beweglichen Elektrolyten betrieben wer
den, gelangen diese Reaktanten - aufgrund von Diffusionsvor
gängen und Undichtigkeiten - in den Elektrolyten bzw. in den
Elektrolytkreislauf. Bei einem "normalen" Betrieb der Batterien
erfolgt dann im Elektrolytbehälter - aufgrund der Schwerkraft
bzw. der Auftriebskraft - eine Trennung von Gas und Flüssig
keit, so daß die im Elektrolyten gelösten Reaktanten relativ
einfach entfernt werden können.
Bei einem Betrieb im schwerelosen Raum, beispielsweise bei An
wendungen in der Raumfahrt, ist dies aber nicht der Fall. Hier
verbleiben die Gase vielmehr im Elektrolyten. Dieser schäumt
dabei auf, womit eine Volumenvergrößerung verbunden ist, welche
die vorstehend erläuterte Regelung erschwert. Dabei kommt noch
hinzu, daß in der Start- und Landephase sowie bei Steueraktio
nen Beschleunigungen auftreten, die ein gerichtetes Kraftfeld
erzeugen. Damit besteht dann die Gefahr, daß sich im Elektro
lyten vorhandene Gasblasen - unter dem Einfluß dieser Beschleu
nigungskräfte - an bestimmten Stellen im Elektrolytbehälter an
reichern. Dies muß aber zuverlässig vermieden werden, um einen
verfälschenden Einfluß auf den Regelmechanismus zu verhindern.
In der Raumfahrt wurden zwar bereits H2/O2-Brennstoffzellen
batterien eingesetzt (siehe dazu: "Luftfahrttechnik - Raum
fahrttechnik", Bd. 16 (1970), Nr. 11/12, Seiten 300 bis 304,
sowie "Bild der Wissenschaft", 11. Jahrg. (1974), Heft 11,
Seiten 76 bis 87), Brennstoffzellenbatterien mit flüssigem,
frei beweglichem Elektrolyten gelangten bisher aber noch nicht
zur Anwendung. Deshalb hat sich das Problem der Ausbringung von
Gasen aus dem Elektrolytbehälter derartiger Batterien bislang
auch nicht gestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zu ergreifen, welche
die Ausbringung von Gasen aus dem Elektrolytbehälter von im
schwerelosen Raum betriebenen H2/O2-Brennstoffzellenbatterien
mit frei beweglichem Elektrolyten erlauben.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Elektrolyt
behälter ein Behälter mit variabler Oberfläche zur Aufnahme des
Elektrolyten angeordnet ist, daß im Elektrolytbehälter an des
sen Auslaßöffnung ein flexibler Schlauch angebracht ist, der
spiralförmig an der Innenwand des Behälters mit variabler Ober
fläche anliegt, und daß der Schlauch - über seine Länge ver
teilt - eine Reihe von Löchern aufweist.
Durch die vorstehend genannten Maßnahmen wird erreicht, daß der
Elektrolyt und darin vorhandene Gasblasen gleichmäßig aus dem
Elektrolytbehälter ausgebracht werden; die Elektrolytförderung
erfolgt dabei mit einer Pumpe, durch die der Elektrolyt aus dem
Elektrolytbehälter abgesaugt wird. Die Absaugung erfolgt hier
bei an den kritischen Stellen innerhalb des Behälters mit va
riabler Oberfläche, da der mit Löchern versehene Schlauch spi
ralförmig an dessen Innenwand anliegt. Im allgemeinen ist es
dabei ausreichend, daß der flexible Schlauch etwa 5 bis 10 Lö
cher aufweist, da der im Kreislauf geführte Elektrolyt mit
einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit (Volumenstrom ca.
400 l/h) in den Elektrolytbehälter eintritt, wodurch eine star
ke Durchwirbelung erfolgt.
Die zusammen mit dem Elektrolyten aus dem Elektrolytbehälter
ausgebrachten Gase, d.h. Wasserstoff bzw. Sauerstoff, können
beispielsweise in der Weise beseitigt werden, wie dies in den
beiden vorstehend genannten Patentanmeldungen vorgeschlagen
ist. Dazu wird im Elektrolytkreislauf der Brennstoffzellenbat
terie ein sogenannter Gasrekombinator angeordnet, der unter
anderem einen Katalysator zur Umsetzung von Wasserstoff mit
Sauerstoff aufweist.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung nimmt der Durchmesser
der Löcher, die über die Länge des Schlauches verteilt sind,
vorteilhaft mit zunehmender Entfernung von der Auslaßöffnung
des Elektrolytbehälters zu. Auf diese Weise wird gewährleistet,
daß auch am Schlauchende noch eine merkliche Absaugung erfolgt,
und daß der Druckverlust ausgeglichen wird. Ferner ist der Ge
samtquerschnitt der Löcher vorteilhaft größer als der Quer
schnitt der Auslaßöffnung, so daß keine zusätzliche Pumpenlei
stung erforderlich ist.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung besteht der Behälter mit
variabler Oberfläche, der vorzugsweise ein Faltenbalg ist, und/
oder der Schlauch, der flexibel sein muß, vorteilhaft aus
Kunststoff. Vorzugsweise dient als Kunststoffmaterial Poly
tetrafluorethylen (PTFE). PTFE weist den Vorteil auf, daß es
sowohl gegen alkalische als auch gegen saure Elektrolyten be
ständig ist.
Anhand einer Figur, in der eine bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Schnitt darge
stellt ist, soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
In einem Elektrolytbehälter 10, der beispielsweise aus Polysul
fon besteht, ist ein Faltenbalg 11 angeordnet, der einen Raum
12 zur Aufnahme des Elektrolyten begrenzt. Durch den Faltenbalg
11 ist der Elektrolytraum 12 von einem Raum 13 zur Aufnahme
eines unter Druck stehenden Gases getrennt. Im Gasraum 13 ist
ein Volumensensor 14 angeordnet, der am Faltenbalg 11 angreift.
Der Elektrolytbehälter 10 weist eine Auslaßöffnung 15 für den
Elektrolyten auf. Die Auslaßöffnung 15 ist, was in der Figur
nicht dargestellt ist, an eine Pumpe zur Förderung des Elektro
lyten angeschlossen, die in einem Elektrolytkreislauf angeord
net ist. Mittels dieser Pumpe wird der Elektrolyt durch einen
Gasrekombinator und durch die Brennstoffzellenbatterie geleitet
und dann zum Elektrolytbehälter 10 zurückgeführt, in den er
durch eine - in der Figur nicht dargestellte - Einlaßöffnung
eintritt.
Innerhalb des Elektrolytbehälters 10 bzw. innerhalb des Falten
balges 11 ist an der Auslaßöffnung 15 ein flexibler Schlauch
16 angebracht. Der Schlauch 16, der - ebenso wie der Faltenbalg
11 - vorzugsweise aus PTFE besteht, weist eine Reihe von Lö
chern 17 auf, die über die Länge des Schlauches 16 verteilt
sind. Der Schlauch 16 ist spiralförmig an der Innenwand des
Faltenbalges 11 befestigt, so daß die Löcher 17 an den kriti
schen Stellen am Rand des Faltenbalges zu liegen kommen.
Der Durchmesser der Löcher 17 im Schlauch 16 nimmt vorteilhaft
mit zunehmender Entfernung von der Auslaßöffnung 15 des Elek
trolytbehälters 10 zu. Ferner ist der Gesamtquerschnitt der Lö
cher 17 vorzugsweise größer als der Querschnitt der Auslaßöff
nung 15.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Ausbringung von Gasen aus dem Elektrolytbe
hälter von im schwerelosen Raum betriebenen H2/O2-Brennstoff
zellenbatterien mit frei beweglichem Elektrolyten, da
durch gekennzeichnet, daß im Elektrolyt
behälter (10) ein Behälter (11) mit variabler Oberfläche zur
Aufnahme des Elektrolyten angeordnet ist, daß im Elektrolytbe
hälter (10) an dessen Auslaßöffnung (15) ein flexibler Schlauch
(16) angebracht ist, der spiralförmig an der Innenwand des Be
hälters (11) mit variabler Oberfläche anliegt, und daß der
Schlauch (16) - über seine Länge verteilt - eine Reihe von Lö
chern (17) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (17) mit zu
nehmender Entfernung von der Auslaßöffnung (15) zunimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der Lö
cher (17) größer ist als der Querschnitt der Auslaßöffnung
(15).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Behälter
(11) mit variabler Oberfläche und/oder der Schlauch (16) aus
Kunststoff besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kunststoff Polytetrafluorethylen
ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Behäl
ter (11) mit variabler Oberfläche ein Faltenbalg ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3832471A DE3832471A1 (de) | 1988-09-23 | 1988-09-23 | Ausbringung von gasen aus dem elektrolytbehaelter von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)/o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-brennstoffzellenbatterien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3832471A DE3832471A1 (de) | 1988-09-23 | 1988-09-23 | Ausbringung von gasen aus dem elektrolytbehaelter von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)/o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-brennstoffzellenbatterien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3832471A1 true DE3832471A1 (de) | 1990-03-29 |
Family
ID=6363626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3832471A Withdrawn DE3832471A1 (de) | 1988-09-23 | 1988-09-23 | Ausbringung von gasen aus dem elektrolytbehaelter von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)/o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-brennstoffzellenbatterien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3832471A1 (de) |
Cited By (4)
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US6641084B1 (en) | 2002-06-21 | 2003-11-04 | The Boeing Company | Solid oxide fuel cell as auxiliary power source installation in transport aircraft |
-
1988
- 1988-09-23 DE DE3832471A patent/DE3832471A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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