DE10031241A1 - Circulation system for the separation of dissolved and / or co-transported carbon dioxide - Google Patents
Circulation system for the separation of dissolved and / or co-transported carbon dioxideInfo
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Abstract
Ein Kreislaufsystem dient zum Abscheiden von gelöstem und/oder mittransportiertem CO¶2¶ aus einem Kühlmittel/Brennstoff-Volumenstrom in einem Anodenkreislauf einer Direkt-Methanol-Brennstoffzellenanlage, wobei der Anodenkreislauf zumindest einen Anodenraum der Brennstoffzellenanlage und wenigstens eine Pumpe umfaßt. Der Anodenkreislauf weist eine Entgasungseinrichtung auf, welche zwischen dem Anodenraum und der Pumpe in Strömungsrichtung des Volumenstroms vor der Pumpe angeordnet ist und wenigstens eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist. Die Entgasungseinrichtung weist in Strömungsrichtung des Volumenstroms nach der Eintrittsöffnung eine Zerstäubungseinrichtung (Sprühdüse) und einen Bereich (Gasableitungsbereich) mit einer Querschnittserweiterung auf. An den Bereich der Querschnittserweiterung schließt sich eine turbulente Strömungsanzeige an, welche in Strömungsrichtung vor der Austrittsöffnung angeordnet ist. Der Bereich der Querschnittserweiterung weist eine Ableitung für gasförmige Bestandteile des Volumenstroms auf. Die Ableitung führt durch einen Kühl-Wärmetauscher zu einer Trenneinrichtung und von der Trenneinrichtung führt ein Leitungselement für flüssige Bestandteile des Volumenstroms zu dem Bereich der Austrittsöffnung.A circulation system is used to separate dissolved and / or transported CO¶2¶ from a coolant / fuel volume flow in an anode circuit of a direct methanol fuel cell system, the anode circuit comprising at least one anode compartment of the fuel cell system and at least one pump. The anode circuit has a degassing device which is arranged between the anode space and the pump in the flow direction of the volume flow in front of the pump and has at least one inlet opening and one outlet opening. The degassing device has an atomizing device (spray nozzle) and an area (gas discharge area) with a cross-sectional widening in the flow direction of the volume flow after the inlet opening. A turbulent flow indicator adjoins the area of the cross-sectional widening, which is arranged in the flow direction in front of the outlet opening. The area of the cross-sectional expansion has a derivation for gaseous components of the volume flow. The discharge leads through a cooling heat exchanger to a separating device and from the separating device a pipe element for liquid components of the volume flow leads to the area of the outlet opening.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kreislaufsystem zum Ab scheiden von gelöstem und/oder mittransportiertem Koh lendioxid nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a circulatory system for Ab separate from dissolved and / or transported koh Lendioxid according to the preamble of claim 1 closer defined art.
Bei der Erzeugung von elektrischem Strom mittels einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle wird aus einem zusam men mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, in einem Anodenkreislauf zirkulierendem Brennstoff, übli cherweise Methanol, Strom erzeugt. Direkt proportional zu der dabei erfolgenden Oxidation des Methanols ent steht gasförmiges Kohlendioxid. In einem Anodenraum der Brennstoffzellenanlage wird das Gemisch aus Metha nol (CH3OH) und Wasser (H2O) in Protonen (H+), Elektro nen (e-) und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt. Gemäß den Gesetzen der Löslichkeit von Gasen in Wasser kann da bei ein exakt definierter Teil, jeweils in Abhängig keit von dem im Anodenkreislauf vorliegendem Druck- und Temperaturniveau, des Kohlendioxidgases in Wasser gelöst werden. Dieses in Wasser gelöste Kohlendioxid bildet dann Kohlensäure, welche die Aggressivität des ohnehin schon sehr aggressiven in dem Kreislauf zirku lierenden Wasser/Methanol-Gemischs weiter erhöht.In the generation of electrical current by means of a direct methanol fuel cell, electricity is generated from a fuel circulating in an anode circuit together with a coolant, for example water. Gaseous carbon dioxide is directly proportional to the oxidation of the methanol. In an anode compartment of the fuel cell system, the mixture of methanol (CH 3 OH) and water (H 2 O) is converted into protons (H + ), electrons (e - ) and carbon dioxide (CO 2 ). According to the laws of the solubility of gases in water, a precisely defined part of the carbon dioxide gas can be dissolved in water, depending on the pressure and temperature level in the anode circuit. This carbon dioxide dissolved in water then forms carbonic acid, which further increases the aggressiveness of the already very aggressive circulating water / methanol mixture.
Unter den üblichen Betriebsbedingungen des Anoden kreislaufs entsteht außerdem mehr Kohlendioxid als in dem flüssigen Wasser/Methanol-Gemisch gelöst werden kann. In dem Anodenkreislauf der Direkt-Methanol- Brennstoffzellenanlage entsteht damit eine Zweiphasen strömung, welche Wasser/Methanol/Kohlensäure und gas förmiges Kohlendioxid enthält. Da das Wasser in dem Anodenkreislauf umgepumpt wird, muß einerseits das zu elektrischer Energie verstromte Methanol ersetzt wer den, andererseits wird das verbrauchte Wasser auf der Kathodenseite der Brennstoffzellenanlage auskonden siert und in den Anodenkreislauf zurückgeführt.Under the normal operating conditions of the anode cycle also creates more carbon dioxide than in be dissolved in the liquid water / methanol mixture can. In the anode circuit of the direct methanol The fuel cell system is thus a two-phase process flow, which water / methanol / carbonic acid and gas contains shaped carbon dioxide. Because the water in the Pumped around the anode circuit, this must on the one hand who replaced electricity with electricity from electricity the, on the other hand, the used water on the Condense out the cathode side of the fuel cell system and fed back into the anode circuit.
Um einen Druckanstieg in dem Kreislauf zu vermeiden, muß außerdem sowohl das gasförmige Kohlendioxid als auch das in der Flüssigkeit des Anodenkreislaufs gelö ste Kohlendioxid aus dem Volumenstrom des Kreislaufsy stems abgeschieden werden.To avoid an increase in pressure in the circuit, must also both the gaseous carbon dioxide also dissolved in the liquid of the anode circuit carbon dioxide from the volume flow of the circulatory system be separated out.
Die DE 197 45 774 A1 beschreibt dazu eine Brennstoff zelle mit einer Entgasungseinrichtung. Die Brennstoff zelle weist eine Entgasungseinrichtung für den Brenn stoff, der der Brennstoffzelle zugeführt wird, auf. Die Gase werden aus dem flüssigen Brennstoff herausge löst und entsorgt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die unter einem Druck befindliche Flüs sigkeit schlagartig entspannt wird, was beispielsweise mit Hilfe einer Ultraschallquelle erreicht wird. DE 197 45 774 A1 describes a fuel for this purpose cell with a degassing device. The fuel cell has a degassing device for the furnace substance that is supplied to the fuel cell. The gases are extracted from the liquid fuel dissolves and disposed of. This can be done, for example take place that the pressurized rivers is suddenly relaxed, for example is achieved with the help of an ultrasound source.
Eine derartige Ultraschallquelle zum Herauslösen des gelösten Kohlendioxids im Anodenkreislauf einer Di rekt-Methanol-Brennstoffzelle weist den Nachteil auf, daß diese einen sehr hohen apparativen Aufwand an Elektronik benötigt.Such an ultrasound source for removing the dissolved carbon dioxide in the anode circuit of a Di rect-methanol fuel cell has the disadvantage that this involves a very high expenditure on equipment Electronics needed.
Außerdem liegt die Einsatztemperatur aller derzeit bekannten Ultraschallköpfe unter der üblichen Betrieb stemperatur einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle. Dies bedeutet, daß der Ultraschallkopf zusätzlich ge kühlt werden müßte, was den konstruktiven und appara tiven Aufwand sowie die dadurch erzeugten Wärmeverlu ste weiter erhöht.In addition, the operating temperature of all is currently known ultrasound heads under normal operation temperature of a direct methanol fuel cell. This means that the ultrasound head is additionally ge should be cooled, what the constructive and appara tive effort and the heat loss generated thereby ste further increased.
Aus anderen Bereichen der Technik sind Systeme be kannt, welche zur Entgasung von Flüssigkeiten einge setzt werden können. So kennt man beispielsweise in der Getränkemittelindustrie Verfahren, in welchen eine Geschmacksbeeinflussung und/oder Haltbarkeitsmachung von Getränken dadurch realisiert wird, daß zuerst Koh lendioxid herausgelöst und dann definiert wieder zuge geben wird. Die Herauslösung des Kohlendioxid aus dem Getränk, beispielsweise aus Mineralwasser und derglei chen, erfolgt dabei über eine Bedruckung der Kohlendi oxidhaltigen Flüssigkeit über eine entsprechend lange Verweilzeit.Systems are from other areas of technology knows which is used for degassing liquids can be set. For example, one knows in the beverage industry processes in which a Influencing taste and / or preservation of drinks is realized by first Koh dissolved out and then added again will give. The removal of the carbon dioxide from the Beverage, for example from mineral water and the like Chen, this is done by printing the Kohlendi oxide-containing liquid over a correspondingly long time Dwell time.
Genau diese Verweilzeit ist jedoch der Nachteil bei der Anwendung eines derartigen Verfahrens in einem kontinuierlich arbeitenden System, welches entspre chend hohe Anforderungen an einen dynamischen Betrieb stellt, wie dies beispielsweise bei einer Direkt- Methanol-Brennstoffzelle, insbesondere beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug, der Fall ist. Um nämlich mittels eines oben beschriebenen Verfahrensablaufs eine annä hernd vollständige Kohlendioxid-Ausgasung zu errei chen, müßte ein Raum mit einer entsprechend hohen Tem peratur bei entsprechend geringem Umgebungsdruck be reitgestellt werden, in dem das Kohlendioxid- Flüssigkeitsgemisch über eine vergleichsweise lange Verweilzeit verbleiben müßte. Beim Einsatz in einem entsprechenden Kreislaufsystem würde dies bedeuten, daß der erforderliche Raum sehr groß wird, da entspre chend der großen Verweilzeit eine große Leitungslänge in einer Entgasungseinrichtung erforderlich wäre.However, exactly this dwell time is the disadvantage of the application of such a method in one continuously operating system, which corresponds high demands on dynamic operation as is the case with a direct Methanol fuel cell, especially when used in a motor vehicle that is the case. To namely by means of of a procedure described above an approx to achieve full carbon dioxide outgassing a room with a correspondingly high temperature temperature at a correspondingly low ambient pressure be provided in which the carbon dioxide Liquid mixture over a comparatively long time Residence time should remain. When used in one appropriate circulatory system this would mean that the required space becomes very large, According to the long dwell time, a long line length would be required in a degassing facility.
Des weiteren zeigt die EP 0 558 577 B1 einen Sprühent gaser, wobei in einem Kessel ein Sprühraum angeordnet ist, welcher einen Radial-Zerstäuber aufweist, der die Flüssigkeit in einem oberhalb einer in dem Kessel ste henden Flüssigkeit befindlichen Bereich zerstäubt, um eine Entgasung zu erreichen.Furthermore, EP 0 558 577 B1 shows a spray duck gas, with a spray chamber arranged in a boiler which has a radial atomizer which Liquid in one above one in the kettle liquid area atomized to to achieve degassing.
Es ist hier von besonderem Nachteil, daß bei einer entsprechenden Sprühentgasung durch die starke Durch mischung von gasförmigen und flüssigen Bestandteilen, insbesondere wenn dies bei einer entsprechend hohen Temperatur erfolgt, sehr viele der flüssigen Bestand teile von dem Gasstrom mittransportiert werden, so daß hier ein sehr feuchtes Gas abgeleitet wird, welches dem Volumenstrom neben dem Gas selbst auch gasförmige Bestandteile der Flüssigkeit entzieht. Außerdem kann in diesem Verfahren das in der Flüssigkeit gelöste Gas nur unzureichend entfernt werden.It is of particular disadvantage here that with one corresponding spray degassing through the strong through mixing of gaseous and liquid components, especially if this is at a correspondingly high level Temperature takes place, very many of the liquid inventory parts of the gas stream are transported, so that a very moist gas is discharged here, which the volume flow in addition to the gas itself also gaseous Extracts components of the liquid. Besides, can in this process the gas dissolved in the liquid are insufficiently removed.
Eine weitere Ausführung dazu zeigt die DE 195 13 204 A1, in welcher ein Apparat zur Aufwärmung und Entga sung von Wasser vorgeschlagen wird. Dazu wird unterkühltes Wasser über ein Sprühventil aus einer Wasser zufuhrleitung in einen Mischraum eingesprüht. In dem Mischraum, in dem sich außerdem eine Kolonnenanordnung befindet, wird im Gegenstrom zu dem eingesprühten Was ser Heizdampf geführt, welcher einerseits für eine Aufwärmung und andererseits für eine Entgasung des Wassers sorgt.Another version of this is shown in DE 195 13 204 A1, in which an apparatus for warming up and venting solution of water is proposed. This is supercooled Water through a spray valve from a water supply line sprayed into a mixing room. By doing Mixing room, in which there is also a column arrangement is in countercurrent to the sprayed-in what led heating steam, which on the one hand for a Warming up and on the other hand for degassing the Water.
Dieser energetisch sehr aufwendige Aufbau ist dabei lediglich in großtechnischen Anwendungen realisierbar, da die dort beschriebene Anordnung wegen der Gegen stromführung des Dampfs und der Zerstäubung des unter kühlten Wassers einen entsprechenden hohen Aufwand an Bauraum und Energie benötigt, welcher ihre Anwendung prinzipiell auf großtechnische Verfahren einschränkt.This energetically very complex structure is included only feasible in large-scale applications, because the arrangement described there because of the counter Conduction of steam and atomization of the under chilled water a correspondingly high effort Construction space and energy required, which is their application principally restricted to industrial processes.
Zum allgemeinen Stand der Technik sei außerdem auf die DE 196 26 516 A1 verwiesen, welche eine Vorrichtung zum On-Line-Entgasen von Wärmeträger- und Isolierflüs sigkeiten zeigt. Diese bedient sich einer zweckent sprechenden Anordnung von mittels Pumpe druckbeauf schlagtem und somit gasuntersättigtem Teil auf der Druckseite und Vakuum-Entgasungsgefäß mit vakuumbeauf schlagtem Sammelgefäß auf der Saugseite der Pumpe.The general state of the art is also on DE 196 26 516 A1, which a device for online degassing of heat transfer and insulating flows candy shows. This uses a purposeful speaking arrangement of pressurized by means of a pump struck and thus gas-unsaturated part on the Pressure side and vacuum degassing vessel with vacuum the collecting vessel on the suction side of the pump.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Kreislaufsystem zum Abscheiden von gelöstem und/oder mittransportier tem Kohlendioxid in einem Kühlmittel/Brennstoff volumenstrom in einem Anodenkreislauf einer Direkt- Methanol-Brennstoffzelienanlage zu schaffen, welches mittels eines kompakten Bauraums und unabhängig von der Temperatur der das Kreislaufsystem durchströmenden Flüssigkeit eine Abscheidung von gelöstem und/oder mittransportiertem Kohlendioxid als trockenes Kohlendioxidgas zu erreichen vermag.It is an object of the invention to provide a circulatory system for separating loosened and / or transported carbon dioxide in a coolant / fuel volume flow in an anode circuit of a direct To create methanol fuel cell plant which by means of a compact installation space and independent of the temperature of the circulating system Liquid separation of dissolved and / or co-transported carbon dioxide as dry carbon dioxide gas able to achieve.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this task is characterized by the drawing part of claim 1 mentioned features solved.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Kreislaufsy stems kann ein besonderer Vorteil bezüglich der den Volumenstrom in dem Anodenkreislauf umwälzenden Pumpe erreicht werden. Durch die Anordnung der Entgasungs einrichtung zwischen dem Anodenraum, in welchem das Kohlendioxid nach den eingangs erwähnten Abläufen ent steht, und der Pumpe wird erreicht, daß keine gasför migen Bestandteile und praktisch kein in dem flüssigen Anteil des Volumenstroms gelöstes Gas in den Bereich der Pumpe gelangt. Das Auftreten von Kavitation im Bereich der Pumpe kann damit weitgehend vermieden wer den.Due to the structure of the circulatory system according to the invention stems can be a particular advantage in terms of Volume flow in the anode circuit circulating pump can be achieved. By arranging the degassing device between the anode space in which the Carbon dioxide ent according to the procedures mentioned above stands, and the pump is achieved that no gas Ingredients and practically none in the liquid Proportion of the volume flow of dissolved gas in the area the pump arrives. The appearance of cavitation in the The area of the pump can thus be largely avoided the.
Andererseits wird durch die Querschnittserweiterung, entsprechend den strömungstechnischen Formulierungen von Bernoulli, in dem Anodenkreislauf eine Umwandlung der durch die Pumpe aufgebrachten Druckenergie in Strömungsenergie erzielt. Dies kann in einer sehr gün stigen und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beispielsweise über Zerstäubungseinheiten erfolgen.On the other hand, by expanding the cross-section, according to the fluidic formulations by Bernoulli, in the anode circuit a transformation the pressure energy in Flow energy achieved. This can be done in a very good way Stigen and advantageous development of the invention for example via atomization units.
Durch die Querschnittserweiterung wird außerdem die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt und somit die Verweilzeit in dem Bereich bei gleicher durchströmter Länge erhöht. Es kann also eine effiziente und durch die Erhöhung der Verweilzeit fast vollständige Ab scheidung der gasförmig in dem Zweiphasen-Volumenstrom vorliegenden Stoffe ermöglicht werden. The cross-sectional expansion also means that Flow rate reduced and thus the Dwell time in the area with the same flow Length increased. So it can be efficient and through the increase in dwell time is almost complete separation of the gaseous in the two-phase volume flow existing substances are made possible.
Anschließend an diesen Bereich ist eine turbulente Strömungszone ausgebildet. In dieser turbulenten Strö mungszone, durch welche eine flüssiger Anteil des Vo lumenstroms strömt, kommt es aufgrund entsprechender Einbauten, dies können gemäß sehr vorteilhaften Wei terbildungen der Erfindung beispielsweise Drahtge stricke, Spananhäufungen, statische Mischer oder der gleichen sein, zu einer sehr turbulenten Strömung des Volumenstroms. Dabei gilt, je turbulenter die Strömung in diesem Bereich ausgeführt werden kann, desto klei ner kann die Verweilzeit des Volumenstroms in diesem Bereich gewählt werden.Following this area is a turbulent one Flow zone formed. In this turbulent stream zone through which a liquid portion of the Vo lumen flow flows, it occurs due to corresponding Internals, this can be done according to very advantageous Wei Further developments of the invention, for example, wire knitting, chip accumulation, static mixer or the be the same, to a very turbulent flow of the Volume flow. The more turbulent the flow applies can run in this area, the smaller ner the residence time of the volume flow in this Range can be selected.
Durch die starken Turbulenzen wird dabei das in dem Volumenstrom gelöste Kohlendioxid-Gas aus dem Volumen strom ausgetrieben. Zusätzlich wird dieser Effekt ge mäß der Erfindung dadurch verstärkt, daß der Quer schnitt bzw. der Strömungsquerschnitt im Bereich der turbulenten Strömungszone wieder verringert wird, wäh rend er im Bereich nach der turbulenten Strömungszone, also in einem Bereich, in dem sich die die turbulente Strömungszone durchströmende Flüssigkeit nochmals sam melt ehe sie in den Bereich der Austrittsöffnung ge langt, wieder erweitert. Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der turbulenten Strömungszone eine vergleichs weise hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, welche sich danach entsprechend dem Kontinuitätsgesetz in dem Bereich einer erneuten Querschnittserweiterung wieder verringert. Dadurch läßt sich ebenfalls eine sehr hohe Verweilzeit des zuvor die turbulente Strö mungszone durchströmenden Volumenstroms erreichen, in welchem dieser erneut Zeit hat, bis zum Abschluß der durch die turbulente Strömungszone zuvor initiierten Ausgasungseffekte zu verweilen.Due to the strong turbulence, the Volume flow of dissolved carbon dioxide gas from the volume electricity driven out. In addition, this effect is ge amplified according to the invention in that the cross cut or the flow cross section in the area of turbulent flow zone is reduced again rend in the area after the turbulent flow zone, So in an area where the turbulent Liquid flowing through the flow zone again sam melt it in the area of the outlet opening reaches, expanded again. This ensures that in Comparative area of the turbulent flow zone wise high flow velocity is achieved which then changes according to the continuity law in the area of another cross-sectional expansion decreased again. This can also be a very high dwell time of the previously turbulent flow flow volume flow in, which he has again time to complete the previously initiated by the turbulent flow zone Lingering outgassing effects.
Durch diese Kombination aus Querschnittserweiterung und turbulenter Strömungszone kann also sowohl das mittransportierte als auch das gelöste Kohlendioxid- Gas aus dem Volumenstrom ausgetrieben werden. Bei ent sprechender Ausgestaltung, also einer großen Quer schnittserweiterung und einer eine sehr turbulente Strömung erzeugenden turbulenten Strömungszone, kann dies bei sehr kleinem Bauraum der Entgasungseinrich tung geschehen.Through this combination of cross-sectional expansion and turbulent flow zone can do both co-transported as well as the dissolved carbon dioxide Gas can be driven out of the volume flow. With ent speaking design, so a large cross cut expansion and a very turbulent Flow generating turbulent flow zone, can this with a very small installation space for the degassing device tion happen.
Wird die Entgasungseinrichtung gemäß der Erfindung in den Anodenkreislauf eingebaut, kann diese durch das in ihr vorhandene Volumen gleichzeitig als Volumen- Ausgleichsbehälter für die Kompensation von Wärmeaus dehnungen der Flüssigkeit in dem Anodenkreislauf ge nutzt werden.If the degassing device according to the invention in built in the anode circuit, this can be done in your existing volume at the same time as volume Expansion tank for the compensation of heat expansions of the liquid in the anode circuit be used.
Weiterhin zeigt das erfindungsgemäße Kreislaufsystem eine Ableitung von gasförmigen Bestandteilen aus dem Bereich der Querschnittserweiterung. Diese Ableitung führt über einen Kühlwärmetauscher zu einer Trennein richtung. In diesem Kühlwärmetauscher werden die gas förmigen Bestandteile, welche in der Entgasungsvor richtung aus dem flüssigen Volumenstrom abgeschieden werden, und welche sich nachdem sie in der turbulenten Strömungszone ausgetrieben wurden im Bereich der Quer schnittserweiterung sammeln, abgekühlt. Durch diese Abkühlung kommt es zu einer Kondensation von in den gasförmigen Anteilen enthaltenen Bestandteilen an Kühlmittel und/oder Brennstoff. In der Trenneinrich tung werden dann diese flüssigen Bestandteile nach dem Auskondensieren in dem Kühlwärmetauscher aus diesem Teil des Volumenstroms abgetrennt und über Leitungs elemente wieder dem Bereich der Austrittsöffnung der Entgasungseinrichtung zugeführt.Furthermore, the circulatory system according to the invention shows a derivation of gaseous components from the Area of cross-sectional expansion. This derivative leads to a separation via a cooling heat exchanger direction. In this cooling heat exchanger, the gas shaped components, which in the degassing direction separated from the liquid volume flow will be, and which after being in the turbulent Flow zone were expelled in the area of the cross collect cut extension, cooled. Through this Cooling leads to condensation in the gaseous components Coolant and / or fuel. In the separator then these liquid components after the Condense in the cooling heat exchanger from this Part of the volume flow separated and via line elements again the area of the outlet opening of the Degassing device supplied.
Aus dem Bereich der Trenneinrichtung kann dann das gasförmige Kohlendioxid in die Umgebung abgelassen werden. Das Kohlendioxid ist dabei annähernd trocken, so daß keine Bestandteile des in dem Anodenkreislauf befindlichen Brennstoffs in die Umgebung gelangen kön nen, was bezüglich der Umwelt außerordentlich kritisch wäre.This can then be done from the area of the separating device Gaseous carbon dioxide released into the environment become. The carbon dioxide is almost dry, so that no components of the in the anode circuit fuel can get into the environment nen, which is extremely critical of the environment would.
Außerdem entsteht hier ein weiterer technischer Vor teil, da durch das Ablassen des bereits trockenen Koh lendioxids Wasserverluste in dem Anodenkreislauf ver mieden werden, welche ansonsten gegebenenfalls durch ein unerwünschtes Nachtanken ausgeglichen werden müß ten.In addition, another technical front is created here partly because by draining the already dry Koh loss of water in the anode circuit be avoided, which may otherwise be avoided an unwanted refueling must be compensated th.
Das erfindungsgemäße Kreislaufsystem kann also das Abscheiden des Kohlendioxids in einem sehr einfachen Aufbau sehr effizient, d. h. mit einem sehr guten Wir kungsgrad, erreichen.The circulatory system according to the invention can do that Capture carbon dioxide in a very simple way Construction very efficient, d. H. with a very good we degree of efficiency.
Außerdem weist das erfindungsgemäße Kreislaufsystem zusätzlich den Vorteil auf, daß es weitgehend unabhän gig von der Temperatur des zu entgasenden Volumen stroms betrieben werden kann, so daß hier keinerlei Kühleinrichtungen vorgesehen werden müssen, welche für den Betrieb der Brennstoffzellenanlage nicht ohnehin erforderlich wären und lediglich dem reibungslosen Betrieb der Entgasungseinrichtung dienen sollen.In addition, the circulatory system according to the invention additionally the advantage that it is largely independent gig of the temperature of the volume to be degassed Electricity can be operated, so that none here Cooling devices must be provided, which for the operation of the fuel cell system anyway would be necessary and only the smooth Operation of the degassing device should serve.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungs beispiel.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the the drawing execution shown in principle example.
Die einzige beigefügte Figur zeigt ein erfindungsgemä ßes Kreislaufsystem in einem Anodenkreislauf einer Direkt-Methanol-Brennstoffzellenanlage in einer prin zipiellen Darstellung.The only attached figure shows an inventive circulatory system in an anode circuit Direct methanol fuel cell system in a prin zipiell representation.
Darin ist eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle 1 bzw. ein Direkt-Methanol-Brennstoffzellenstack 1 darge stellt. Dieser wird, wie im allgemeinen üblich, im nachfolgenden mit der Bezeichnung DMFC 1, welche sich aus dem englichen direct-methanol-fuel cell herleitet, abgekürzt.It is a direct methanol fuel cell 1 or a direct methanol fuel cell stack 1 Darge. As is generally the case, this is hereinafter abbreviated to DMFC 1 , which is derived from the narrow direct-methanol fuel cell.
Die DMFC 1 weist einen Kathodenraum 2 auf, welcher in nicht dargestellter Weise von einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise von Luft durchströmt wird. Über eine protonenleitende Membran 3 ist dieser Kathoden raum 2 von einem Anodenraum 4 getrennt. Der Anodenraum 4 ist dabei Bestandteil eines Anodenkreislaufs 5, wel cher neben dem Anodenraum 4 eine Pumpe 6 und ein Kreislaufsystem 7 zum Abscheiden von gelöstem und/oder mittranspörtiertem Kohlendioxid aus dem Kühlmit tel/Brennstoff-Volumenstrom, hier einem Was ser/Methanol-Volumenstrom des Anodenkreislaufs 5 auf weist. Außerdem kann der Anodenkreislauf 5 weitere nicht dargestellte Elemente aufweisen, wie beispiels weise eine Vorrichtung zum Einbringen des in der DMFC 1 verstromten Methanols, eine Vorrichtung zur Rückfüh rung des durch die protonenleitende Membran 3 während des Betriebs der DMFC 1 hindurchtretenden Wassers aus dem Kathodenraum 2 in den Anodenkreislauf 5, eine Kühleinrichtung für den Kühlmittel/Brennstoff- Volumenstrom oder dergleichen.The DMFC 1 has a cathode space 2 , through which an oxygen-containing gas, for example air, flows, in a manner not shown. Via a proton-conducting membrane 3 , this cathode space 2 is separated from an anode space 4 . The anode compartment 4 is part of an anode circuit 5 , which wel cher in addition to the anode compartment 4, a pump 6 and a circulation system 7 for separating dissolved and / or co-transposed carbon dioxide from the coolant tel / fuel volume flow, here a water / methanol volume flow Anode circuit 5 has. In addition, the anode circuit 5 may have further elements, not shown, such as a device for introducing the methanol converted into the DMFC 1 , a device for recycling the water passing through the proton-conducting membrane 3 during operation of the DMFC 1 from the cathode chamber 2 in the anode circuit 5 , a cooling device for the coolant / fuel volume flow or the like.
Das Kreislaufsystem 7 zum Abscheiden von gelöstem und/oder mittransportiertem Kohlendioxid (CO2) umfaßt dabei zumindest eine Entgasungseinrichtung 8, eine Ableitung 9, welche gasförmige Bestandteile aus der Entgasungseinrichtung 8 zu einer Trenneinrichtung 10 leitet, sowie Leitungselemente 11 zwischen der Trenneinrichtung 10 und dem saugseitigen Bereich der Pumpe 6 des Anodenkreislaufs 5.The circulation system 7 for separating dissolved and / or co-transported carbon dioxide (CO 2 ) comprises at least one degassing device 8 , a discharge line 9 , which conducts gaseous components from the degassing device 8 to a separation device 10 , and line elements 11 between the separation device 10 and the suction side Area of the pump 6 of the anode circuit 5 .
Außerdem kann das Kreislaufsystem 7 einen optionalen Entgasungskreislauf 12 mit einer Fördereinrichtung 13, beispielsweise einer Hochdruckpumpe 13, umfassen.In addition, the circuit system 7 can comprise an optional degassing circuit 12 with a conveying device 13 , for example a high-pressure pump 13 .
Der in dem Anodenkreislauf 5 in Strömungsrichtung A umgewälzte Wasser/Methanol-Volumenstrom gelangt nach dem Durchströmen des Anodenraums 4 der DMFC 1 in die Entgasungseinrichtung 8 bevor er zur Pumpe 6 fließt. Durch diesen Aufbau kann erreicht werden, daß in der Entgasungseinrichtung 8 mittransportierte und gelöste gasförmige Bestandteile des Wasser/Methanol-Volumen stroms bereits aus diesem entfernt wurden, so daß es anschließend in der Pumpe 6 zu keinen Problemen auf grund von Kavitation kommen kann.The water / methanol volume flow circulated in the anode circuit 5 in the direction of flow A reaches the degassing device 8 after flowing through the anode space 4 of the DMFC 1 before it flows to the pump 6 . With this structure it can be achieved that in the degassing device 8 co- transported and dissolved gaseous components of the water / methanol volume stream have already been removed from it, so that there can then be no problems in the pump 6 due to cavitation.
Bei den gasförmigen Bestandteilen in dem Was ser/Methanol-Volumenstrom des Anodenkreislaufs 5 han delt es sich wie eingangs erwähnt praktisch aus schließlich um im Bereich des Anodenraums 4 entstehen des CO2. Dieses CO2 ist teilweise in dem flüssigen Vo lumenstrom gelöst, teilweise wird es als gasförmiges CO2 in dem Volumenstrom mitgeführt. Zusätzlich zu dem CO2 kann der Volumenstrom gasförmige Anteile an Wasser und an Methanol enthalten, da die üblicherweise vor liegende Betriebstemperatur der DMFC 1 bei ca. 120°C liegt. Der überwiegend größte Teil des Volumenstroms ist jedoch auch bei diesen Temperaturen flüssig, da der Anodenkreislauf 5 unter einem gegenüber dem Umge bungsdruck erhöhten Druck steht.The gaseous constituents in the water / methanol volume flow of the anode circuit 5 , as mentioned at the outset, are practically exclusively produced in the area of the anode space 4 of the CO 2 . This CO 2 is partly dissolved in the liquid volume flow, partly it is carried as gaseous CO 2 in the volume flow. In addition to the CO 2 , the volume flow can contain gaseous proportions of water and methanol, since the usual operating temperature of the DMFC 1 is approximately 120 ° C. The majority of the volume flow, however, is also liquid at these temperatures, since the anode circuit 5 is under an increased pressure compared to the ambient pressure.
Die Entgasungseinrichtung 8 ist in einem Behälter 14 angeordnet, welcher wenigstens eine Eintrittsöffnung 15 und wenigstens eine Austrittsöffnung 16 aufweist.The degassing device 8 is arranged in a container 14 which has at least one inlet opening 15 and at least one outlet opening 16 .
Grundsätzlich weist der Behälter 14 der Entgasungsein richtung 8 einen Gasableitungsbereich 17 und einen Ausgasungsbereich 18 auf. Aus dem Bereich der Ein trittsöffnung 15 strömt der Volumenstrom dabei über eine Sprühdüse 19 in den Behälter 14. Der Volumenstrom ist zu diesem Zeitpunkt ein Zweiphasenstrom aus Was ser/Methanol/Kohlensäure und gasförmigen Kohlendioxid.Basically, the container 14 of the Entgasungsein device 8 has a gas discharge area 17 and a degassing area 18 . From the area of an opening 15 , the volume flow flows through a spray nozzle 19 into the container 14th The volume flow at this time is a two-phase flow from water / methanol / carbonic acid and gaseous carbon dioxide.
In dem Gasableitungsbereich 17 wird nun dieses gasför mige Kohlendioxid aus dem Zweiphasenstrom abgeleitet. In dem Ausgasungsbereich 18 wird danach die Ausgasung des gelösten Kohlendioxids, also der Kohlensäure, aus dem flüssigen Volumenstrom ermöglicht.In the gas discharge area 17 , this gaseous carbon dioxide is now derived from the two-phase stream. In the outgassing region 18 , the outgassing of the dissolved carbon dioxide, that is to say the carbonic acid, from the liquid volume flow is then made possible.
Da der Eintritt des Gemischs in die Entgasungseinrich tung 8 dabei über eine Sprühdüse 19 erfolgt, wird die von der Pumpe 6 aufgebrachte Förderdruckenergie des Volumenstroms gemäß der Bernoulli-Gleichung in Strö mungsenergie umgewandelt. Damit wird der Druck in dem Volumenstrom, im Bereich unmittelbar nach der Sprühdü se 19 herabgesetzt. Die Löslichkeit von Gasen in Flüs sigkeiten hängt stark vom Druck ab, weshalb hier bereits ein Teil des in der Flüssigkeit gelösten Kohlen dioxids aus dem Volumenstrom ausgetrieben wird. Da an die Sprühdüse 19 bezüglich ihrer Zerstäubung und der gleichen keine allzu hohen Anforderungen zu setzen sind, kann diese insbesondere strömungstechnisch opti miert werden, so daß die Sprühdüse 19 nur vergleichs weise geringe Druckverluste in dem Anodenkreislauf 5 erzeugt.Since the entry of the mixture into the Entgasungseinrich device 8 takes place via a spray nozzle 19 , the delivery pressure energy of the volume flow applied by the pump 6 is converted into flow energy according to the Bernoulli equation. Thus, the pressure in the volume flow is reduced in the area immediately after the spray nozzle 19 . The solubility of gases in liquids depends strongly on the pressure, which is why some of the carbon dioxide dissolved in the liquid is already expelled from the volume flow. Since the spray nozzle 19 with respect to their atomization and the same are not too high requirements, this can be optimized in particular fluidic so that the spray nozzle 19 generates only comparatively low pressure losses in the anode circuit 5 .
In diesem Gasableitungsbereich 17 der Entgasungsein richtung 8 wird nun der Volumenstrom geführt. Dabei wird über die Querschnittserweiterung bzw. Strömungs querschnittserweiterung, welche im dargestellten Aus führungsbeispiel außerdem noch einen Strömungskegel 20 enthält, die Strömungsgeschwindigkeit des Volumen stroms herabgesetzt, so daß sich eine ausreichende Verweilzeit des Volumenstroms in dem Gasableitungsbe reich 17 ergibt, welche die Effizienz der Gasabschei dung/Ausgasung erhöht, ohne dabei, wie dies beispiels weise bei Rohrschlangen oder dergleichen der Fall wä re, einen sehr großen Bauraum zu benötigen. Durch das Aufprallen der Flüssigkeit auf den Strömungskegel 20 wird der Effekt der Gasableitung weiter verstärkt.In this gas discharge area 17 of the Entgasungsein device 8 , the volume flow is now performed. In this case, the cross-sectional expansion or flow cross-sectional expansion, which also contains a flow cone 20 in the exemplary embodiment shown, reduces the flow velocity of the volume flow, so that there is a sufficient dwell time for the volume flow in the gas discharge line 17 , which increases the efficiency of the gas separation / Outgassing increases without requiring a very large installation space, as would be the case, for example, with coils or the like. The effect of the gas discharge is further enhanced by the impact of the liquid on the flow cone 20 .
An den Gasableitungsbereich 17 schließt sich der Aus gasungsbereich 18 der Entgasungseinrichtung 8 an. Kern dieses Ausgasungsbereichs 18 ist eine turbulente Strö mungszone bzw. ein Turbulator 21. Durch diese turbu lente Strömungszone wird das Wasser/Methanol-Gemisch, das noch mit Kohlensäure angereichert ist, geleitet, wobei hier eine der zu erzielenden Turbulenz direkt proportionale Ausgasung des Kohlendioxids erreicht wird. To the gas discharge portion 17 to the off gassing of the degassing device 8 includes at 18th The core of this outgassing region 18 is a turbulent flow zone or a turbulator 21 . Through this turbu lent flow zone, the water / methanol mixture, which is still enriched with carbon dioxide, is passed, with one of the turbulence to be achieved being directly proportional to the outgassing of carbon dioxide.
Je turbulenter die Strömung im Bereich dieses Turbula tors 21 ausgeführt werden kann, desto kleiner kann also die Verweilzeit in dem Ausgasungsbereich 18 der Entgasungseinrichtung 8 gewählt werden. Damit kann entsprechend auch das Bauvolumen der Entgasungsein richtung 8 verkleinert werden.The more turbulent the flow in the region of this turbulator 21 , the shorter the dwell time in the outgassing area 18 of the degassing device 8 can be selected. So that the volume of Entgasungsein device 8 can be reduced accordingly.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich in dem Ausgasungsbereich 18 in Strömungsrichtung des Volumenstroms nach dem Turbulator 21 eine in ihrem Querschnitt vergrößerte, durch ein Umlenkblech 22 ver längerte Strömungsstrecke in dem Behälter 14 der Ent gasungseinrichtung 8 an. Diese Strömungsstrecke zwi schen dem Turbulator 21 und der Austrittsöffnung 16 des Behälters 14 ist dabei prinzipiell zu ihrem über wiegend größten Teil mit flüssigen Bestandteilen des Volumenstroms gefüllt. Da es aufgrund von Wärmeausdeh nungseffekten in dem Wasser/Methanol-Gemisch zu ent sprechenden Volumenschwankungen kommen kann, kann der Behälter 14 insbesondere mit dem eben beschriebenen Bereich zwischen dem Turbulator 21 und der Austritts öffnung 16 gleichzeitig als Ausgleichsbehälter in dem Anodenkreislauf 5 genutzt werden. Damit können also weitere Bauteile eingespart werden, welche in dem ge samten Aufbau ansonsten weiteren Bauraum beanspruchen würden und welche außerdem mit ihrer Masse das Gesamt system unnötig schwer machen würden.In the illustrated embodiment, in the outgassing region 18 in the direction of flow of the volume flow downstream of the turbulator 21, a flow path in the container 14 of the degassing device 8 is enlarged in its cross section, which is lengthened by a deflection plate 22 . This flow path between the turbulator's 21 and the outlet opening 16 of the container 14 is principally for the most part filled with liquid components of the volume flow. Since there may be corresponding volume fluctuations due to thermal expansion effects in the water / methanol mixture, the container 14, in particular with the region just described, between the turbulator 21 and the outlet opening 16 can simultaneously be used as a compensating container in the anode circuit 5 . This means that additional components can be saved which would otherwise take up more installation space in the entire structure and which would also make the overall system unnecessarily difficult with their mass.
Der Turbulator 21 kann, wie eingangs bereits erwähnt, aus verschiedenartigen Elementen aufgebaut sein. Seine Aufgabe besteht lediglich darin, eine möglichst turbu lente Strömung des Volumenstroms zu erzielen. Hierfür sind beispielsweise Aufbauten aus Drahtgestricken, Spananhäufungen oder auch entsprechende, geeignete Einbauten, wie beispielsweise statische Mischer oder dergleichen, denkbar. Dabei ist es selbstverständlich besonders günstig, wenn die Erhöhung der Turbulenz mit einer nur sehr kleinen Erhöhung der Druckverluste er zielt werden kann.As already mentioned at the beginning, the turbulator 21 can be constructed from various types of elements. Its only task is to achieve a flow of the volume flow that is as turbulent as possible. For this purpose, structures made of wire mesh, chip accumulations or corresponding, suitable internals, such as static mixers or the like, are conceivable. It is of course particularly favorable if the increase in turbulence with a very small increase in pressure losses can be targeted.
Nach dem Turbulator 21, welcher eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit über einen vergleichs weise kleinen Strömungsquerschnitt erreicht, kommt es zu der Strömungsquerschnittserhöhung, welche wiederum die Strömungsgeschwindigkeit des Volumenstroms ernied rigt, um dem nunmehr herausgelösten CO2 Gelegenheit zu geben, sich in dem in Richtung der Gravitation oben liegenden Bereich des Ausgasungsbereichs 18 zu sam meln.After the turbulator 21 , which achieves a comparatively high flow velocity over a comparatively small flow cross-section, the flow cross-section increases, which in turn lowers the flow velocity of the volume flow in order to give the now released CO 2 the opportunity to move in the direction of gravity area above the outgassing area 18 to collect.
In diesem Bereich sind, wie auch in dem Bereich des Strömungskegels 20, prinzipmäßig angedeutete Gasablei tungsrohre 23 erkennbar, welche das in der Entgasungs einrichtung 8 aus dem Volumenstrom herausgelöste Koh lendioxid in dem in Richtung der Gravitation oberen Bereich des Gasableitungsbereichs 17 zusammenführen. Dort gelangt das gasförmige CO2, welches immer noch sehr große Anteile an gasförmigen Wasser und gasförmi gen Methanol mit sich führt, über die Ableitung 9 in einen Kühlwärmetauscher bzw. Kühler 24.In this area, as in the area of the flow cone 20 , gas pipes 23 indicated in principle, which bring the carbon dioxide dissolved in the degassing device 8 out of the volume flow into the upper region of the gas discharge area 17 in the direction of gravity, can be seen. There the gaseous CO 2 , which still carries very large proportions of gaseous water and gaseous methanol with it, passes via the discharge line 9 into a cooling heat exchanger or cooler 24 .
In dem Kühler 24 werden die gasförmigen Anteile an Wasser und Methanol auskondensiert und dann zusammen mit dem CO2-Gas der Trenneinrichtung 10 zugeführt. In dieser Trenneinrichtung 10 erfolgt dann eine Trennung der flüssigen Bestandteile von dem CO2-Gas.The gaseous fractions of water and methanol are condensed out in the cooler 24 and then fed to the separating device 10 together with the CO 2 gas. In this separator 10, a separation of the liquid components of the CO 2 gas then takes place.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es ich dabei um einen Zyklonabscheider, welcher als Trenneinrichtung 10 genutzt wird. Diese Zyklonabschei der haben den Vorteil bei entsprechend kleinem Bauraum einen sehr hohen Abscheidungsgrad zu erzielen. Prinzi piell wären hier jedoch auch andere Ausführungen denk bar, beispielsweise Tropfenfänger mit entsprechenden Einbauten, wie Drahtgestricke, Gaze oder dergleichen.In the exemplary embodiment shown here, I am dealing with a cyclone separator which is used as a separating device 10 . These cyclone separators have the advantage of achieving a very high degree of separation with a correspondingly small installation space. In principle, however, other designs would also be conceivable here, for example drip catchers with appropriate internals, such as wire mesh, gauze or the like.
Aus dem Zyklonabscheider kann dann das gasförmige trockene Kohlendioxid über eine Druckhalteventil 25 in die Umgebung abgelassen werden. Das Druckhalteventil 25 stellt dabei sicher, daß der in dem Anodenkreislauf 5 vorliegende Systemdruck aufrecht erhalten bleibt. Da das Kohlendioxidgas nach dem durchströmen des Kühlers 24 bzw. der Trenneinrichtung 10 nun ein trockenes Koh lendioxidgas ist, also keine für die Umwelt bedenkli chen gasförmigen Bestandteile des Methanols aufweist, kann dieses einfach in die Umwelt entlassen werden.The gaseous dry carbon dioxide can then be discharged from the cyclone separator into the environment via a pressure holding valve 25 . The pressure-maintaining valve 25 ensures that the system pressure present in the anode circuit 5 is maintained. Since the carbon dioxide gas after flowing through the cooler 24 or the separating device 10 is now a dry carbon dioxide gas, that is to say does not have any gaseous constituents of methanol which are harmful to the environment, this can simply be released into the environment.
Wenn sich in dem als Trenneinrichtung 10 dienenden Zyklonabscheider ausreichende, Mengen an Flüssigkeit gesammelt haben, so können diese über das Leitungsele ment 11, dessen Verbindung mit dem Zyklonabscheider in dem hier dargestellten ausgeführten Ausführungsbei spiel durch einen Schwimmerschalter 26 gesteuert wird, in den Bereich des eigentlichen Anodenkreislaufs 5 zurückgeführt werden. Diese Rückführung kann entweder in den Bereich der Austrittsöffnung 16 der Entgasungs einrichtung 8 oder direkt in den saugseitigen Bereich der Pumpe 6 erfolgen.If sufficient quantities of liquid have collected in the cyclone separator serving as separator 10 , then these can be controlled via the line element 11 , the connection of which to the cyclone separator is controlled by a float switch 26 in the exemplary embodiment shown here, in the area of the actual one Anode circuit 5 are returned. This return can either be in the area of the outlet opening 16 of the degassing device 8 or directly in the suction area of the pump 6 .
Auch der Bereich der Austrittsöffnung 16 der Entga sungseinrichtung, an welchem der hier noch sehr lang sam strömende Volumenstrom in der Entgasungseinrichtung ansteht, nachdem dieser den Turbulator 21 und die sich daran anschließende Strömungsstrecke durchströmt hat, ist saugseitig mit der Pumpe 6 verbunden.The area of the outlet opening 16 of the degassing device, at which the volume flow, which is still very slow here, is present in the degassing device after it has flowed through the turbulator 21 and the adjoining flow path is connected on the suction side to the pump 6 .
Sollte die bis dahin erläuterte, von der Temperatur des Volumenstroms vollkommen unabhängige Entgasungs einrichtung 8 mit der Trenneinrichtung 10 nicht aus reichend sein, die Gase im gewünschten Maße aus dem Volumenstrom herauszulösen und/oder abzuscheiden, kann zusätzlich der optionale Entgasungskreislauf 12 mit seiner Hochdruckpumpe 13 eingesetzt werden. Dieser Entgasungskreislauf 12 zieht Flüssigkeit aus dem Be reich der Austrittsöffnung 16 des Behälters 14 über ein Leitungselement 27 zu der Hockdruckpumpe 13. Von dort aus gelangt der flüssige Volumenstrom über ein weiteres Leitungselement 28 zu einer weiteren Sprühdü se 29, mittels welcher er in dem Gasableitungsbereich 17 der Entgasungseinrichtung zerstäubt werden kann.If the degassing device 8 with the separating device 10 , which was completely independent of the temperature of the volume flow, was not sufficient to separate and / or separate the gases from the volume flow to the desired extent, the optional degassing circuit 12 with its high-pressure pump 13 can also be used become. This degassing circuit 12 draws liquid from the loading area of the outlet opening 16 of the container 14 via a line element 27 to the high pressure pump 13 . From there, the liquid volume flow passes via a further line element 28 to a further spray nozzle 29 , by means of which it can be atomized in the gas discharge area 17 of the degassing device.
Da die hier über die Hochdruckpumpe 13 zusätzlich ein gebrachte Energie sich nicht direkt auf den Energiebe darf und auf den Systemdruck des Anodenkreislaufs 5 auswirkt, kann hier eine gegebenenfalls effektivere Sprühdüse 29 eingesetzt werden, deren Druckverluste leichter in Kauf zu nehmen sind, da diese durch die Hochdruckpumpe 13 ausgeglichen werden und lediglich dann auftreten, wenn entsprechende Betriebsbedingungen in dem Anodenkreislauf 5 den Einsatz des optionalen Entgasungskreislaufs 12 zur weiteren Steigerung der "Entgasungs-Leistung" erforderlich machen.Since the additional energy brought in via the high-pressure pump 13 must not directly affect the energy consumption and has an effect on the system pressure of the anode circuit 5 , an optionally more effective spray nozzle 29 can be used here, the pressure losses of which are easier to accept, since these are caused by the High-pressure pump 13 are compensated for and only occur when appropriate operating conditions in the anode circuit 5 make it necessary to use the optional degassing circuit 12 to further increase the "degassing performance".
Claims (13)
- 1. 1.1 der Anodenkreislauf (5) eine Entgasungsein richtung (8) aufweise, welche zwischen dem Anodenraum (4) und der Pumpe (6), in Strö mungsrichtung (A) des Volumenstroms vor der Pumpe (6), angeordnet ist, und wenigstens ei ne Eintrittsöffnung (15) und eine Austritts öffnung (16) aufweist;
- 2. 1.2 die Entgasungseinrichtung (8) in Strömungs richtung (A) des Volumenstroms nach der Ein trittsöffnung (15) eine Zerstäubungseinrich tung (Sprühdüse 19) und einen Bereich (Gasableitungsbereich 17) mit einer Quer schnittserweiterung aufweist;
- 3. 1.3 sich an den Bereich (17) mit der Quer schnittserweiterung eine turbulente Strömungszone (21) anschließt, welche in Strö mungsrichtung (A) vor der Austrittsöffnung (16) angeordnet ist;
- 4. 1.4 der Bereich (17) der Querschnittserweiterung eine Ableitung (9) für gasförmige Bestandtei le des Volumenstroms aufweist;
- 5. 1.5 die Ableitung (9) durch einen Kühl- Wärmetauscher (24) zu einer Trenneinrichtung (10) führt; und
- 6. 1.6 von der Trenneinrichtung (10) ein Leitungse lement (11) für flüssige Bestandteile des Vo lumenstroms zu dem Bereich der Austrittsöff nung (16) führt.
- 1.1 the anode circuit ( 5 ) has a Entgasungsein device ( 8 ), which is arranged between the anode compartment ( 4 ) and the pump ( 6 ), in the flow direction (A) of the volume flow in front of the pump ( 6 ), and at least egg ne inlet opening ( 15 ) and an outlet opening ( 16 );
- 2. 1.2 the degassing device ( 8 ) in the direction of flow (A) of the volume flow after the inlet opening ( 15 ) has an atomization device (spray nozzle 19 ) and an area (gas discharge area 17 ) with a cross-sectional extension;
- 3. 1.3 adjoins the area ( 17 ) with the cross-sectional expansion a turbulent flow zone ( 21 ), which is arranged in the flow direction (A) in front of the outlet opening ( 16 );
- 4. 1.4 the area ( 17 ) of the cross-sectional expansion has a derivative ( 9 ) for gaseous constituents of the volume flow;
- 5. 1.5 leads ( 9 ) through a cooling heat exchanger ( 24 ) to a separation device ( 10 ); and
- 6. 1.6 from the separating device ( 10 ) a line element ( 11 ) for liquid components of the volume flow to the area of the outlet opening ( 16 ) leads.
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