DE1671927C3

DE1671927C3 - Method and device for interrupting short-circuit currents in fuel batteries

Info

Publication number: DE1671927C3
Application number: DE19671671927
Authority: DE
Inventors: Ferdinand v Dr Nischik Herbert Marchetto Manfredo Dr 8520 Erlangen Sturm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-06-30
Filing date: 1967-06-30
Publication date: 1977-08-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterbrechung der Kurzschlußströme in Brennstoffbatterien mit wenigstens zwei elektrisch in Serie geschalteten Brennstoffelementen und einem die Brennstoffelemente parallel durchströmenden Elektrolyten, der gegebenenfalls einen oder mehrere Reaktanten enthält, wobei der Elektrolyt in an sich bekannter W«;ise in ein Niveaugefäß gepumpt, aus dem Niveaugefäß in einen Verteiler geleitet und aus dem Verteiler parallel in die einzelnen Brennstoffelemente hineingeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for interrupting the short-circuit currents in fuel batteries at least two fuel elements electrically connected in series and one the fuel elements parallel flowing electrolyte, which optionally contains one or more reactants, wherein the Electrolyte of a known type is pumped into a level vessel, from the level vessel into one Manifold and is fed from the manifold in parallel into the individual fuel elements, as well as a device for carrying out the method.

In den bisher bekannten Brennstoffbatterien und Aggregaten der obengenannten Art wird der Elektrolyt meistens mittels einer Pumpe im Kreislauf geführt, wobei aus Zweckmäßigkeitsgründen die Elektrolyträume sämtlicher Brennstoffelemente in einen einzigen Kreislauf gelegt werden. Dies hat zur Folge, daß alle Brennstoffelemente untereinander über den Elektrolyten verbunden sind, so daß über die äußeren Elektrolytleitungen unerwünschte Kurzschlußströme entstehen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Umwandlung chemischer in elektrische Energie erheblich herabgesetzt, was sich in einer Erhöhung der Verlustenergie sowie eventuell in einer — infolge der eintretenden Elektrolyse — unerwünschten Gasbildung an den Elektroden bemerkbar macht.In the previously known fuel batteries and units of the type mentioned above, the electrolyte mostly circulated by means of a pump, with the electrolyte chambers for reasons of convenience all fuel elements are placed in a single circuit. As a result, all Fuel elements are connected to one another via the electrolyte, so that via the outer Electrolyte lines produce undesirable short-circuit currents. This will increase the efficiency of the Conversion of chemical into electrical energy is significantly reduced, resulting in an increase in Loss of energy and possibly - as a result of the electrolysis that occurs - undesirable gas formation noticeable on the electrodes.

Es hat sich ferner gezeigt, daß bei der diskontinuierlichen Zirkulation des Elektrolyten durch selbstsperrende Einwegventile, beispielsweise Klappen-, Kugel- und Lippenventile, die leitenden Verbindungen zwischen den Brennstoffelementen in der Ruhepause zwar weitgehend unterbrochen und die Kurzschlußströme verringert werden können, die Kurzschlußströme können jedoch auf diese Weise nicht vollständig beseitigt werden. In Brennstoffbatterien, die als Notstromaggregate vorgesehen sind und im einsatzbereiten Zustand lange Zeit unbelastet stehen, können aber auch derart herabgesetzte Kurzschlußströme noch zu hoch sein. Das gleiche trifft für Brennstoffbatterien zu, die wartungsfrei über einen längeren Zeitraum mit kleinen Belastungen betrieben werden sollen. Weitere Nachteile der selbstsperrenden Ventile werden darin gesehen, daß sie während der Spülperiode in ihrer Funktion leicht gestört werden können und daß die Steuerung der periodischen Spülung nicht ohne Energieaufwand bewerkstelligt werden kann.It has also been shown that in the discontinuous circulation of the electrolyte by self-locking One-way valves, such as flap, ball and lip valves, the conductive connections between the fuel elements are largely interrupted during the rest period and the short-circuit currents can be reduced, but the short-circuit currents cannot be completely reduced in this way be eliminated. In fuel batteries, which are intended as emergency power generators and are ready for use State unloaded for a long time, but short-circuit currents reduced in this way can still be used be too high. The same applies to fuel batteries that are maintenance-free over a longer period of time small loads are to be operated. Further disadvantages of the self-locking valves are therein seen that they can easily be disturbed in their function during the flushing period and that the Control of the periodic flushing cannot be done without using energy.

Aus der US-PS 8 52 464 ist ein Akkumulator bekannt, bei dem durch geeignete Maßnahmen die durch die elektrochemischen Reaktionen hervorgerufenen Konzentrationsverschiebungen am Reaktionsort ausgeglichen werden, d. h. es wird dafür Sorge getragen, daß die Konzentration des Elektrolyten in den Poren derFrom US-PS 8 52 464 an accumulator is known in which by suitable measures the through the Concentration shifts caused by electrochemical reactions are balanced out at the reaction site be, d. H. Care is taken that the concentration of the electrolyte in the pores of the

Elek.roden sowohl beim Laden als auch beim Entladen praktisch konsiant gehalten wird. Dazu wird der Elektrolyt beispielsweise vom Akkumulator aus in ein Niveaugefäß gepumpt, aus dem Niveaugdäß in einen Verteiler - in Form einer gemeinsamen Leitung — geführt und von dort den einzelnen Elektroden parallel zugeleitet. Der Elektrolyt tritt dann durch die Elektroden hindurch und schafft auf diese Weise den gewünschten Konzentrationsausgleich. Aus dieser Patentschrift ist aber kein Verfahren bzw. keine Vorrichlung zur Unterbrechung von Kurzschlußströmen in galvanischen Elementen bekannt. Vielmehr treten bei dem aus dieser Patentschrift bekannten Akkumulator derartige Kurzschlußströme dann auf, wenn eine elektrische Serienschaltung vorliegt, weil sich nämlich die Flüssigkeitssäule von den Elektroden über die Zuführungsleitung bis in das Vorratsgefäß hin erstrekkensoll. Elek.roden is kept practically in consistency both during charging and discharging. For this purpose, the electrolyte is pumped from the accumulator, for example, from a level in vessel from which Niveaugdäß in a distributor - ge leads and fed from there to the individual electrodes parallel - in the form of a common line. The electrolyte then passes through the electrodes and in this way creates the desired concentration balance. However, no method or device for interrupting short-circuit currents in galvanic elements is known from this patent specification. Rather, in the accumulator known from this patent, such short-circuit currents occur when there is an electrical series connection, because the liquid column should extend from the electrodes via the supply line into the storage vessel.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Kurzschlußströme in Brennstoffbatterien — mit wenigstens zwei elektrisch in Serie geschalteten Brennstoffelementen und einem die Brennstoffelemente parallel durchströmenden Elektrolyten — der eingangs genannten Art, wobei ein Niveaugefäß und ein Verteiler verwendet wird, zu finden, bei denen keine mechanisch bewegten Teile eingesetzt und die vorstehend aufgezeigten Nachteile vermieden werden.The object of the invention is to provide a method and a device for interrupting the short-circuit currents in fuel batteries - with at least two fuel elements electrically connected in series and an electrolyte flowing through the fuel elements in parallel - of the type mentioned at the beginning, using a level vessel and a distributor to find where none are mechanically moved Parts used and the disadvantages shown above are avoided.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Elektrolyt kontinuierlich oder diskontinuierlich aus jo einem Vorratsbehälter in das Niveaugefäß gepumpt wird, aus dem er diskontinuierlich in den in Kammern unterteilten Verteiler fließt, wobei jede Kammer mit je einem Elektrolytraum der Brennstoffelemente der Brennstoffbatterie separat verbunden ist, und daß der Elektrolyt nach Durchfluß, vorzugsweise von unten nach oben, durch die Elektrolyträume über ein Sammelgefäß in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei die während eines Spülvorganges im Verteiler und im Sammelgefäß zwischen den einzelnen Brennstoffelementen der Brennstoffbatterie hergestellten Elektrolytvcrbindungen nach Beendigung des Spülvorganges durch Abfluß des Elektrolyten aus dem Sammelgefäß aufgehoben werden.This is achieved according to the invention in that the electrolyte is continuously or discontinuously from jo a reservoir is pumped into the level vessel, from which it is discontinuously in the chambers subdivided distributor flows, each chamber with an electrolyte space for the fuel elements Fuel battery is connected separately, and that the electrolyte after flow, preferably from below upwards, returned through the electrolyte chambers via a collecting vessel into the storage container is, the during a rinsing process in the distributor and in the collecting vessel between the individual Electrolyte connections made after the completion of the fuel cells of the fuel battery Rinsing process can be canceled by draining the electrolyte from the collecting vessel.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können, wie nachfolgend noch gezeigt wird, Kurzschlußströme in Brennstoffbatterien der vorstehend beschriebenen Art periodisch ausgeschaltet werden, wodurch der Umwandlungsgrad von chemischer Energie in elektrische Energie beträchtlich erhöht wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich ferner überraschenderweise gezeigt, daß nicht nur die Kurzschlußströme periodisch beseitigt werden, sondern daß darüber hinaus bei der Spülung auch eine Verminderung der Konzentrationspolarisation in den Gasdiffusionselektroden erreicht wird. Nach der Elektrolytspülung war nämlich an den Elektroden jeweils ein Spannungsanstieg zu beobachten, der sich innerhalb der Spülpause langsam wieder verringerte. Es blieb aber am Ende der spülfreien Zeit ein Spannungsgewinn gegenüber dem Gleichgewichtsniveau bestehen.With the aid of the method according to the invention, as will be shown below, short-circuit currents can be achieved are periodically switched off in fuel batteries of the type described above, whereby the Degree of conversion of chemical energy into electrical energy is increased considerably. In the Implementation of the method according to the invention has also surprisingly shown that not only the short-circuit currents are periodically eliminated, but that in addition, a Reduction of the concentration polarization in the gas diffusion electrodes is achieved. After the electrolyte flush namely, a voltage increase was observed at the electrodes, which was within the Rinse pause slowly decreased again. But at the end of the flushing-free time there was a gain in tension pass the equilibrium level.

Die beobachtete Verminderung der Konzentrationspolarisation wird damit erklärt, daß während der Spülperiode der Druck innerhalb der Elektrolyträume ansteigt, wobei sich der Differenzdruck zwischen Gas- und Elektrolytraum verringert und die Dreiphasengrenze innerhalb der Elektrodenporen in Richtung auf die einräume verschoben wird. Bei dieser^ Zyklus werden die gebildeten Reaktionsprodukte und angesammelte Inertgaspolster aus den aktiven Bereichen der Elektroden entfsrnt. Durch die Verschiebung der Dreiphasengrenze werden die Flüssigkeitsfilme im gasgefüllten Teil der Poren erneuert und die Inertgaspolster durch das Einsaugen des Elektrolyten aus den Elektroden verdrängt. Konzentrationsunterschiede im elektrolytgefüllten Teil der Poren werden hierbei ausgeglichen. The observed decrease in concentration polarization is explained by the fact that the pressure inside the electrolyte chambers increases during the flushing period, the differential pressure between the gas and electrolyte chambers being reduced and the three-phase boundary within the electrode pores being shifted in the direction of the chambers. During this cycle, the reaction products formed and accumulated inert gas cushions are removed from the active areas of the electrodes. By shifting the three-phase boundary, the liquid films in the gas-filled part of the pores are renewed and the inert gas cushions are displaced from the electrodes by drawing in the electrolyte. Differences in concentration in the electrolyte-filled part of the pores are compensated for.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungfgemäßen Verfahrens weist eine wenigstens zwei elektrisch in Serie geschaltete Brennstoffelemente enthaltende Brennstoffbatterie sowie ein Elektrolytzirkulationssystern mit einem Niveaugefäß und einem mit dem Niveaugefäß in Verbindung stehenden Verteiler für den Elektrolyten auf und ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Der Verteiler weist eine Gasaustrittsleitung auf und ist durch eine oder mehrere Trennwände in Kammern unierteilt, die während des Spülvorganges über den Elektrolyten miteinander verbunden sind: jede Kammer ist über ein Abflußrohr mit je einem der Elektrolyträume der Brennstoffelemente der Brennstoffbatterie verbunden; die Elektrolyträume sind über Zuflußrohre mit einem Sammelgefäß verbunden, das wenigstens eine Gasaustrittsleitung aufweist und durch wenigstens ein Abflußrohr für den Elektrolyten mit einem Vorratsbehälter in Verbindung steht; die Zuflußrohre sind im Sammelgefäß derart angeordnet, daß ihre Mündungen zwischen den oberen Kanten der Trennwände und dem Boden des Verteilers liegen; die Mündungen der Zuflußrohre im Sammelgefäß sind oberhalb der Elektrolyträume angeordnet; das Abflußrohr befindet sich unterhalb der Mündungen der Zuflußrohre im Sammelgefäß; das Vorratsgefäß, das Niveaugefäß, der Verteiler und das Sammelgefäß sind zum Druckausgleich über Gasaustrittsleitungen miteinander verbunden.The device for carrying out the method according to the invention has a fuel battery containing at least two fuel elements connected electrically in series and an electrolyte circulation system with a level vessel and a distributor for the electrolyte connected to the level vessel and is characterized by the following features: The distributor has a gas outlet line and is divided into chambers by one or more partition walls, which are connected to one another via the electrolyte during the flushing process: each chamber is connected to one of the electrolyte chambers of the fuel elements of the fuel battery via a drain pipe; the electrolyte chambers are connected via supply pipes to a collecting vessel which has at least one gas outlet line and is connected to a storage container through at least one discharge pipe for the electrolyte; the feed pipes are arranged in the collecting vessel so that their mouths lie between the upper edges of the partition walls and the bottom of the distributor; the mouths of the feed pipes in the collecting vessel are arranged above the electrolyte chambers; the drain pipe is located below the mouths of the inlet pipes in the collecting vessel; the storage vessel, the level vessel, the distributor and the collecting vessel are connected to one another via gas outlet lines for pressure equalization.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with the aid of a few figures and exemplary embodiments.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterbrechung von Kurzschlußströmen wird der Elektrolyt aus einem Elcktrolytgcfäß 1 kontinuierlich oder diskontinuierlich in ein Niveaugefäß 2 gepumpt. Zur Förderung des Elektrolyten kann eine mit einem elektrischen Motor angetriebene Förderpumpe 3 verwendet werden, beispielsweise eine Zahnradpumpe, die über einen Zeitrcgler auch diskontinuierlich betrieben werden kann. Das Niveaugefäß 2 ist vorteilhaft mit einem Siphon verschen, so daß der Elektrolyt aus dem Niveaugefäß nur diskontinuierlich abfließt. Die über den Siphon zu Beginn der Spülperiode ausfließende Elektrolytmenge tritt zunächst in einen Verteiler 4 ein, der in F i g. 1 a noch genauer dargestellt ist und fließt von dort in die E^:.lektrolyträume der Brennstoffbatterie 19 ab.In the embodiment of the device according to the invention for interrupting short-circuit currents shown in FIG. 1, the electrolyte is pumped continuously or discontinuously from an electrolyte vessel 1 into a level vessel 2. A feed pump 3 driven by an electric motor can be used to feed the electrolyte, for example a gear pump which can also be operated discontinuously via a timer. The level vessel 2 is advantageously given away with a siphon so that the electrolyte flows out of the level vessel only discontinuously. The amount of electrolyte flowing out via the siphon at the beginning of the flushing period first enters a distributor 4, which is shown in FIG. 1 a is shown in more detail and flows from there into the E ^: electrolyte spaces of the fuel battery 19.

Gemäß Fig. la fließt der Elektrolyt durch eine Leitung 5 in den Verteiler 4 und füllt die Trennkammern 6, 7, 8, 9, 10 und 11. Die Elektrolytmenge muß so bemessen sein, daß während des Spülvorganges die Kammern über die Elektrolytflüssigkeit miteinander verbunden sind, der Elektrolyt also beispielsweise bis zu der mit 12 bezeichneten Höhe im Steigrohr 35 gestiegen ist (Fig. 1). Der bei der Füllung des Verteilers 4 gleichzeitig beginnende Abfluß des Elektrolyten aus den Trennkammern 6 bis 11 in die Elektrolyträume 13, 14, 15, 16, 17 und 18 der Brennstoffbatterie 19 erfolgt über Rohre 20, 21, 22, 23, 24 und 25. Der dabei aus den F.lektrolyträumen 13 bis 18 verdrängte Elektrolyt steigtAccording to FIG. 1 a, the electrolyte flows through a line 5 into the distributor 4 and fills the separation chambers 6, 7, 8, 9, 10 and 11. The amount of electrolyte must be such that the Chambers are connected to one another via the electrolyte liquid, so the electrolyte, for example, up to the height designated by 12 in the riser pipe 35 has increased (Fig. 1). When filling the distributor 4 simultaneously beginning outflow of the electrolyte from the separation chambers 6 to 11 into the electrolyte chambers 13, 14, 15, 16, 17 and 18 of the fuel battery 19 takes place via tubes 20, 21, 22, 23, 24 and 25. The thereby from the F. electrolyte spaces 13 to 18 displaced electrolyte rises

in ein Sammelgefäß 26 hoch, aus dem er über ein Abflußrohr 27 in das Vorratsgefäß 1 zurückfließen kann. Der Sammler 26 besteht gemäß Fig. Ib aus einem Behälter, der mit einem Abflußrohr 28 versehen ist und über Rohre 29, 30, 31, 32, 33 und 34 mit den Brennstoffelementen der Brennstoffbatterie 19 verbunden ist.into a collecting vessel 26, from which it can flow back into the storage vessel 1 via a drain pipe 27. According to FIG. Ib, the collector 26 consists of a container which is provided with a drain pipe 28 and Connected to the fuel elements of the fuel battery 19 via pipes 29, 30, 31, 32, 33 and 34 is.

Ein wesentlicher Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß während der Spülperiode Verteiler und Sammler soweit mit Elektrolyt gefüllt sind, daß sämtliche Brennstoffelemente der Brennstoffbatterie über die Elektrolytlcitungen miteinander verbunden sind, und daß nach der Beendigung der Spülperiode diese Elektrolytverbindungen wieder aufgehoben werden. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei der Anordnung des Verteilers und des Sammlers eine bestimmte Höhendifferenz eingehalten wird, wobei die Rohre 29 bis 34 im Sammelgefäß 26 so hoch angeordnet sind, daß ihre Mündungen zwischen den oberen Kanten der Trennwände und dem Boden des Verteilers 4 liegen. Um ein Abfließen des Elektrolyten aus der Brennstoffbatterie zu verhindern, ist es weiterhin notwendig, daß die Mündungen der Rohre 29 bis 34 im Sammclgcfäß 26 auch oberhalb der Elcktrolyträume der Brennstoffbatterie 19 liegen.An essential feature of the invention The method consists in that during the flushing period the manifold and collector are filled with electrolyte to the extent that that all fuel elements of the fuel battery are connected to one another via the electrolyte lines are, and that these electrolyte connections are broken again after the end of the flushing period. This is achieved according to the invention in that in the arrangement of the distributor and the collector a certain height difference is maintained, the tubes 29 to 34 in the collecting vessel 26 so high are arranged so that their mouths between the upper edges of the partitions and the bottom of the Distributor 4 lie. To prevent the electrolyte from draining from the fuel battery, it is furthermore necessary that the mouths of the tubes 29 to 34 in the collecting vessel 26 also above the Electrolyte spaces in the fuel battery 19 are located.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Höhendifferenz zwischen Verteiler und Sammler so eingestellt, daß bei nicht strömendem Elektrolyten ein Restbetrag an Elektrolyt in den Trennkammern des Verteilers bleibt und somit die im Vergleich zu den Trennkammern einen engen Querschnitt aufweisenden Verbindungsrohre 20 bis 25 stets mit Elektrolyt gefüllt sind. Auf diese Weise wird beim Hinströmen des Elektrolyten zu Beginn der Spülperiode ein Einschließen von Gasblasen in den Rohren 20 bis 25 vermieden. Eingeschlossene Gasblasen würden den Strömungswiderstand in dem betreffenden Rohr erhöhen und eine ungleichmäßige Strömung in den einzelnen Brennstoffelementen verursachen. Das Eindringen von Gasblasen in die zwischen den Elektroden liegenden Elcklrolytriuime wird vorteilhafterweise auch deshalb unterbunden, weil dadurch eine Erhöhung des inneren Widerstandes vermieden werden kann.According to a preferred embodiment, the height difference between the distributor and collector is so set that with non-flowing electrolyte a residual amount of electrolyte in the separation chambers of the Distributor remains and thus compared to the separation chambers having a narrow cross-section Connecting pipes 20 to 25 are always filled with electrolyte. In this way, as the Electrolytes, at the beginning of the flushing period, avoid entrapping gas bubbles in the tubes 20 to 25. Trapped gas bubbles would increase the flow resistance in the pipe in question and a cause uneven flow in the individual fuel elements. The penetration of gas bubbles into the Elcklrolytriuime lying between the electrodes is advantageously prevented because it increases the internal resistance can be avoided.

Vorratsgefäll 1, Niveaugefiiß 2, Verteiler 4 und Sammclgefäß 26 sind bei der erfindiiii_t'sgcmilßen Vorrichtung zwecks Druckausgleich über l.eiiungen 35, beispielsweise Steigrohre, miteinander verbunden und /weckmiiUigerweise über ein Absorptionsgefäß Jb mil der Außcnatmosphttrc. Die Füllung des Absorpiionsge· filßes 36 wird diibci jeweils auf den verwendeten Elektrolyten eingestellt. Hei Verwendung von Kaliumhydroxid wird das Absorptionsgefttß zwcckmaßigerwei· se mit gekörntem KOH oder Natronasbest gefüllt, um eine Cnrbonatisierung der Lauge zu verhindern..Vorratsgefäll 1, Niveaugefiiß 2, distributor 4 and 26 are in the Sammclgefäß erfindiiii _t 'sgcmilßen device for pressure equalization via l.eiiungen 35, such as riser tubes, connected to each other and / weckmiiUigerweise an absorption vessel Jb mil of Außcnatmosphttrc. The filling of the absorption vessel 36 is adjusted in each case to the electrolyte used. Hei use of potassium hydroxide is the Absorptionsgefttß zwcckmaßigerwei · se with granular KOH or soda asbestos filled to prevent Cnrbonatisierung the lye ..

Zur Vermeidung von Kricehsirömen bestehen die Oberkanten der Trcnnwündc der Kammern 6 bis U im Verteiler 4 und/oder die Mündungen der Zuflußrohre 29 bis 34 im Sammclgcfl\ß 26 vorteilhaft aus hydrophobem Material, d. h. sie sind hydrophobicrt, oder sie sind mit Manschetten aus hydrophobem Material versehen, beispielsweise mit Manschellen aus Polytotrafluorlithy· lenodcr Polytllhylcn.The upper edges of the door walls of the chambers 6 to U are made in order to avoid kricehsirömen Distributor 4 and / or the mouths of the supply pipes 29 up to 34 in the collection 26 advantageously made of hydrophobic Material, d. H. they are hydrophobicrt, or they are with Cuffs made of hydrophobic material, for example with cuffs made of polytotrafluorolithy len or polythene.

Als Werkstoffe für Verteiler und Sammler sind solche Materialien geeigncl, die gegenüber dem Elektrolyten im Bereich der Betriebstemperaturen bestündig sind. IUm Verwendung von 6 η KOH als Elektrolyt sind beispielsweise u.a. Nickel, Polymethylmclhaerylat. Po-Ivllthylcn und Glas μιιΐ geeignetSuitable materials for distributors and collectors are those that are opposite to the electrolyte are stable in the operating temperature range. IUm using 6 η KOH as electrolyte e.g. nickel, polymethyl methacrylate, among others. Po-Ethylcn and glass μιιΐ suitable

Im nachstehenden Ausführungsbeispiel sind die Ruhespannungen zweier mit Wasserstoff und Sauerstoff betriebener Brennstoffbatterien mit 17 Brennstoffelementen, wobei die Brennstoffelemente elektrisch in Serie geschaltet waren und vom Elektrolyten parallel durchströmt wurden, miteinander verglichen, und zwar wurde die Batterie A gemäß Fig. 1 diskontinuierlich mit dem Elektrolyten gespült, während die Batterie B in an sich bekannter Weise kontinuierlich vom Elektrolyten ίο durchströmt wurde. Die Batterie A wurde in Abständen von 120 Minuten bei Zimmertemperatur jeweils mit 2 1 6 η KOH gespült, wobei die Spüldaucr 6 Minuten betrug.In the exemplary embodiment below, the open circuit voltages of two hydrogen and oxygen-operated fuel batteries with 17 fuel elements, the fuel elements being connected electrically in series and flowed through by the electrolyte in parallel, are compared with one another, namely the battery A according to FIG. 1 was rinsed discontinuously with the electrolyte , while the battery B was continuously flowed through by the electrolyte ίο in a manner known per se. The battery A was rinsed with 2 1 6 η KOH at intervals of 120 minutes at room temperature, the rinsing duration being 6 minutes.

Wie der Fig.2 entnommen werden kann, lag zu Beobachtungsbeginn die Ruhespannung der Batterie A 0,8 V höher als die Ruhespannung der Batterie B. Die maximal erzielte Spannung von 18,4 V in der Batterie A entspricht mit 1,082 V pro Brennstoffelement einem Wert, wie er bei Einzelelementen in etwa erreicht wird, und läßt somit auf die vollständige Ausschaltung der Elekirolytkurzschlußströme schließen. Während der Spülungen sinkt infolge der dabei hergestellten Elektrolytverbindungcn im Verteiler und Sammler die Ruhespannung der Batterie A jeweils auf 17,84 V ab und steigt nach Beendigung des Spülvorganges wieder auf den ursprünglichen Wert von 18,4 V an. In der kontinuierlich gespülten Batterie B stellt sich hingegen ein konstanter Wert von 17,b V ein. Dieser Versuch soll nur demonstrieren, daß die Kurzschlußströme in der erfindungsgemäßen Vorrichtung tatsächlich unierbun den werden. Die Spannungsschwankungen sind bei Beginn der Spülung in einer belasteten Batterie wegen der geringen Steilheit der Strom-Spannungskurve bei praktisch ausgewerteten Stromdichten geringer.
Der Gegenstand der Erfindung ist selbstverständlich auf Brennstoffbatterie!! mit strömendem Elektrolyten beschränkt, beispielsweise wäßrige alkalische oder saure Lösungen. Er ist jedoch nicht auf Gasdiffusionselektrode!) beschränkt, sondern umfaßt auch aktive /weiphasenelektroden, bei denen ein Reakiani oder mehl ere Keaktanten im Elektrolyten vorgegeben sind. In d.csent Fall wird das Elekirolyt-Reakianlen-Gemisch mil Hilfe der beschriebenen Anordnung umgewäl/i. Im allgemeinen wird wegen der beschränkten Selektivität _4S der Katalysatoren entweder der Brennstoff oder das Oxidationsmittel im Elektrolyten enthalten sein.As can be seen from FIG. 2, at the beginning of the observation the open-circuit voltage of battery A was 0.8 V higher than the open-circuit voltage of battery B. The maximum voltage of 18.4 V achieved in battery A corresponds to 1.082 V per fuel element as it is approximately achieved with individual elements, and thus suggests the complete elimination of the elecirolyte short-circuit currents. During the flushing process, the open-circuit voltage of battery A falls to 17.84 V as a result of the electrolyte connections established in the distributor and collector, and increases again to the original value of 18.4 V after the flushing process is complete. In the continuously flushed battery B , on the other hand, a constant value of 17, b V is established. This experiment is only intended to demonstrate that the short-circuit currents in the device according to the invention are actually unierbun. The voltage fluctuations are lower at the start of flushing in a loaded battery because of the low steepness of the current-voltage curve with practically evaluated current densities.
The subject of the invention is of course on fuel battery !! limited with flowing electrolyte, for example aqueous alkaline or acidic solutions. However, it is not restricted to gas diffusion electrodes!), But also includes active / white-phase electrodes in which a reaction or more frequent reactants are specified in the electrolyte. In this case, the electrolyte-reactant mixture is circulated with the aid of the arrangement described. In general, because of the limited _4S selectivity of the catalysts, either the fuel or the oxidant will be included in the electrolyte.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muli es weiterhin als erwähnenswert bezeichnet werden, dall durch die periodische Ulektrolytspülung im Elektrolytraum angesammelte Gasblasen entfernt werden. Eine Ansammlung von Gasblasen kann durch ÜbcrsUiiigunt und Undichtigkeit erklüri werden, wodurch Jeweils dei innere elektrische Widerstand höher wird,In the case of the method according to the invention, it should also be mentioned as worth mentioning by periodic electrolyte rinsing in the electrolyte compartment any accumulated gas bubbles are removed. An accumulation of gas bubbles can be caused by excess and leakage are explained, whereby each of the internal electrical resistance becomes higher,

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders füi solche Brennstoffbatterie!) geeignet, die über lange ZeiThe method according to the invention is particularly suitable for such fuel batteries!) Which last for a long time

mil kleinen bis mittleren Stromstärken betriebe!Operate with small to medium currents!

werden sollen, denn in diesen Brennstoffbatterie!! is ohne entsprechende Maßnahmen das Verhältnis vot Kurzschlußsirom zu Nennsirom besonders hoch. Bo diesen Brcnnsioffbaltcrien werden zudem keine hohei Ansprüche an die Elektrolytzirkulaiion gestellt, da bcshould be, because in this fuel battery !! is without appropriate measures the ratio of short-circuit sirom to nominal sirom is particularly high. Bo In addition, these fuels will not be high Requirements placed on the electrolyte circulation, since bc

ihnen die Abführung der Verlusiwllrmc unproblemayou the transfer of the Verlusiwllrmc unproblema

tisch ist und man auf die Absicherung der Reaktion»table and one on the safeguarding of the reaction »

produkte im allgemeinen verzichten kann.products can generally do without.

Auch für Notstromaggregate ist die beschriebenThis is also described for emergency power generators

diskontinuierliche Elcktrolyläpülung gut geeignet, dendiscontinuous Elcktrolyläpülung well suited to the

wtlhrend der Standzeiten ist das Verhältnis Ktir/schlulJ strom/Nennsirom unendlich groß. Da andererseits btDuring the service life, the ratio Ktir / SchlulJstrom / Nominal sirom is infinitely large. Since, on the other hand, bt

Anwendung des erfindungsgeinäßen Verfahrens in den Standzeiten noch vernachlässigbare Änderungen derApplication of the method according to the invention in the Downtimes still negligible changes in

f niektrolytkonzenlration nur durch die Reaktion diffundierender Gase auftreten, können die Zeilen /wischenThe electrolyte concentration only diffuses through the reaction Gases occur can wipe the lines /

ι den einzelnen Spülungen sehr groß gewählt werden.ι very large selections for the individual rinses.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for interrupting the short-circuit currents in fuel batteries with at least two fuel elements connected electrically in series and one the fuel elements in parallel flowing through electrolyte, which optionally contains one or more reactants, wherein the Electrolyte is pumped into a level vessel in a manner known per se, from the level vessel in routed through a distributor and fed from the distributor in parallel into the individual fuel elements is, characterized in that the electrolyte is continuous or discontinuous is pumped from a storage container (1) into the level vessel (2), from which it is discontinuously in the manifold (4) divided into chambers (6 to 11) flows, each chamber (6 to 11) with one Electrolyte space (13 to 18) of the fuel elements of the fuel battery (19) is connected separately, and that the electrolyte after flowing, preferably from bottom to top, through the electrolyte chambers (13 to 18) is returned to the storage container (1) via a collecting vessel (26), the during a flushing process in the distributor (4) and in the collecting vessel (26) between the individual Fuel elements of the fuel battery (19) produced electrolyte connections after completion the flushing process can be canceled by draining the electrolyte from the collecting vessel (26).

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, with at least two Fuel battery containing electrically connected fuel elements in series and an electrolyte circulation system with a level vessel and a distributor connected to the level vessel for the electrolyte, thereby characterized in that the distributor (4) has a gas outlet line (35) and through one or several partitions is divided into chambers (6 to 11), which are over during the flushing process the electrolytes are connected to each other that each chamber (6 to 11) via a drain pipe (20 to 25) each with one of the electrolyte chambers (13 to 18) of the fuel elements of the fuel battery (19) is connected that the electrolyte chambers (13 to 18) via supply pipes (29 to 34) with a collecting vessel (26) are connected, which has at least one gas outlet line (35) and through at least one Drain pipe (27) for the electrolyte with a storage container (1) is in communication that the Inflow pipes (29 to 34) are arranged in the collecting vessel (26) such that their mouths between the upper edges of the partitions and the bottom of the distributor (4) are that the mouths of the Inlet pipes (29 to 34) arranged in the collecting vessel (26) above the electrolyte chambers (13 to 18) are that the drain pipe (27) below the mouths of the inlet pipes (29 to 34) in the The collecting vessel (26) is located and that the storage vessel (1), the level vessel (2), the distributor (4) and the Collecting vessel (26) connected to one another for pressure equalization via the gas outlet lines (35) are.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the upper edges of the Partition walls in the distributor (4) made of hydrophobic

Consist of material or with sleeves made of hydrophobic material, such as polytetrafluoroethylene or polyethylene.

4, device according to claim 2 or 3, characterized in that the mouths of the feed pipes (29 to 34) in the collecting vessel (26) consist of hydrophobic material or with sleeves hydrophobic material, such as polytetrafluoroethylene or polyethylene, are provided.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the level vessel (2) is provided with a siphon.