DE1168515B - Brennstoffelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIm

Deutsche KL: 21 b -14/01

Nummer: 1168 515

Aktenzeichen: C 26096 VI b / 21 b

Anmeldetag: 27. Januar 1962

Auslegetag: 23. April 1964

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffelement zur Erzeugung eines Gleichstromes wechselnder Stärke mit einem flüssigen Elektrolyten und je einer mit gasförmigen Mitteln betriebenen positiven und negativen Elektrode, die aus kreisförmigen, im Abstand voneinander stehenden, um eine gemeinsame Achse drehbaren Platten bestehen, wobei ein Teil der Elektroden in den Elektrolyten eintaucht und sich der übrige Teil im Gasraum befindet.

Bei einem bekannten Brennstoffelement, das mit einem flüssigen Elektrolyten arbeitet und mit Elektroden versehen ist, denen Gas zugeführt wird, sind die Elektroden kreisförmig ausgebildet und werden mit Hilfe eines Hilfsmotors in Drehbewegung versetzt. Jeder Punkt der Elektrode wird dadurch während der Hälfte der Zeit in den flüssigen Elektrolyten eingetaucht, der sich normalerweise im unteren Teil des Brennstoffelementes befindet, und während der anderen Zeithälfte wird er dem Gas ausgesetzt, das in den oberen Teil des Brennstoffelementes eingeleitet wird. Diese Anordnung erhöht bekanntlich die Leistung des Brennstoffelementes, weil sie es gestattet, daß Gas an dem relativ trockenen Teil der Elektrode adsorbiert wird, der dann das adsorbierte Gas in den flüssigen Elektrolyten mitnimmt und dabei die chemische Reaktion, die den elektrischen Strom liefert, intensiviert.

Brennstoffelemente mit Drehelektroden dieser Art liefern jedoch Gleichstrom, ebenso wie Elemente mit unbeweglichen Elektroden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Brennstoffelementes mit Drehelektroden, das einen Strom mit periodisch zwischen einem Maximum und einem Minimum, z. B. Null, wechselnder Stärke liefert, was die Verwendung von Transformatoren durch Spannungserhöhung zwecks Transport der elektrischen Energie gestattet und für gewisse Anwendungen wichtige Vorteile bietet.

Ziel der Erfindung ist ferner, ein Brennstoffelement zu schaffen, das robust und einfach gebaut ist und das eine relativ große Leistung in Form von Wechselstromspannung abgibt.

Gemäß der Erfindung ist ein Brennstoffelement dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte wenigstens einen elektrisch leitenden porösen Sektor, der sich über einen Winkel von höchstens 180° erstreckt und die eigentliche Elektrode bildet, und eine gleiche Anzahl von isolierenden Sektoren, die mit den elektrisch leitenden Sektoren abwechseln, aufweist, wobei die Elektroden entgegengesetzter Polarität die gleiche Winkelstellung auf der Welle haben.

Die Erfindung wird durch die Beschreibung an Brennstoffelement

Anmelder:

Compagnie G6nerale de Telegraphie sans FiI,
Paris

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bare und Dipl.-Ing. H. Gralfs,
ίο Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:
Harry Huber,
Raymond Ie Bihan, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 27. Januar 1961 (850 917)

Hand der Zeichnung, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigt, erläutert.

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Brennstoffelementes mit Elektroden, die gemäß der Erfindung konstruiert sind, wobei der Querschnitt entlang der Linie I-I von Fig. 2 liegt;

F i g. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie H-II von Fig. 1;

F i g. 3 ist ein Diagramm, das die mit einem Brennstoffelement, welches mit der Elektrodenstruktur nach Fig. 4 ausgerüstet ist, erzielbare Leistung zeigt;

F i g. 4 zeigt schematisch im Aufriß eine abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode für Brennstoffelemente;

F i g. 5 ist ein Diagramm, das die mit einem Brennstoffelement, das mit einer Elektrode nach F i g. 4 ausgerüstet ist, erzielbare Leistung zeigt;

F i g. 6 ist ein schematischer Aufriß einer anderen abgeänderten Ausführungsform einer Elektrodenkonstruktion für ein Brennstoffelement gemäß der Erfindung, und

F i g. 7 ist ein Diagramm, das die mit der Elektrodenkonstruktion von F i g. 6 erzielbare Leistung zeigt.

Nach der Erfindung ist ein Brennstoffelement mit Drehelektroden durch die folgenden Merkmale einzein oder in Kombination gekennzeichnet:

1. Jedes Element der Batterie weist zwei kreisförmige Platten auf, die um eine gemeinsame

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Achse drehbar sind und jede wenigstens eine Elektrode in Form eines über einen Winkel von höchstens 180° reichenden Sektors und eine gleiche Zahl von Sektoren aus Isoliermaterial aufweist, wobei diese Elektroden auf einer der Platten sämtlich positiv und auf der anderen negativ sind.

2. Die mit Gas beschickten Elektroden sind porös, wobei die Poren vorzugsweise gerade und regelmäßig sind.

3. Das Abziehen der Gase geschieht mit einem niedrigeren Druck als ihre Zuleitung.

Im nachfolgenden seien die Zeichnungen erläutert. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten zur Bezeichnung entsprechender Teile verwendet worden.

Wie aus F i g. 1 und 2 hervorgeht, bezieht sich die Bezugszahl 1 auf ein metallisches, dichtes Gehäuse, dessen obere Wandung einen Halbzylinder bildet. Zwei Platten 2 und 3, die innerhalb des Gehäuses 1 vorgesehen sind und durch einen sehr engen Spalt von der benachbarten zylindrischen Wandung getrennt sind, sitzen auf einer beweglichen Welle 4, die aus Isoliermaterial hergestellt ist.

Die beiden Platten 2 und 3 haben jeweils eine aktive Hälfte 2' und 3', die die Elektrode bildet und aus porösem Material hergestellt ist, und eine inaktive Hälfte 2" und 3", die aus Isoliermaterial hergestellt ist. Der Teil 2' der Elektrode liegt ständig genau dem Teil 3' der Elektrode gegenüber, und die Poren dieser Teile sind vorzugsweise gerade und regelmäßig.

Die Welle 4 durchquert die Wandungen des Gehäuses 1, indem sie durch das Innere der Metallmuffen 5 und 6 führt, die jeweils an den Elektroden 2' und 3' befestigt und von dem Metall des Gehäuses 1 mit Hilfe von Isolierstücken 7 isoliert sind.

Die untere Hälfte des Gehäuses 1 ist mit einem flüssigen Elektrolyten 8 gefüllt, während im oberen Teil des Gehäuses 1 zwei Gaskammern 10 und 11 vorgesehen sind, die voneinander durch eine Trennwand 9 getrennt sind. Die erste Kammer ist mit einem gasförmigen Brennstoff und die zweite Kammer mit einem oxydierenden Gas gefüllt.

Die Kammern 10 und 11 sind mit Zu- und Ableitungen für die Gase versehen, nämlich mit der Zu- und Ableitung 12 und 13 für die erste Kammer 10 und mit der Zu- und Ableitung 14 und 15 für die zweite Kammer 11. Ähnliche Zu- und Ableitungen (nicht dargestellt) sind für den Elektrolyten 8 vorgesehen.

Ferner bilden feststehende Bürsten 16 und 17, die in gleitendem Eingriff mit den beweglichen Zylindern 5 und 6 stehen, die beiden Pole + und — der Elemente.

Arbeitsweise

Während des Betriebes nimmt die Welle 4, die von einem Hilfsmotor irgendeiner geeigneten Konstruktion (nicht dargestellt) angetrieben wird, in ihrer Drehbewegung die porösen Elektroden 2' und 3' mit. Dementsprechend gelangen die porösen Elektroden 2' und 3' abwechselnd durch die mit Gas gefüllten Kammern und den Elektrolyten. Da an die Seite, an der die Gase abgezogen werden, ein niedrigerer Druck angelegt ist als an die Seite, an der die Gase zugeführt werden, können die Gase durch alle Poren der Elektroden hindurchtreten, was eine Trocknung der von dem Elektrolyten befeuchteten Poren und die Adsorption der Gase auf der Oberfläche der Poren zur Folge hat. Die an d;n Elektroden adsorbierten Gase werden in dem Elektrolyten mitgenommen, und durch den Kontakt des Elektrolyten mit den eingetauchten Elektroden werden Reaktionen hervorgerufen, nämlich die Oxydation der positiven Elektrode und die Reduktion der negativen Elektrode. Der Elektrolyt vereinigt die positiven und negativen Ionen wieder, die auf den beiden Elektroden gebildet wurden, und ein Strom fließt, wenn der äußere Stromkreis geschlossen wird, indem zwischen die positiven und negativen Anschlüsse eine Last geschaltet wird.

Die Intensität des erzeugten Stromes variiert mit der eingetauchten Fläche der Elektroden, und Fig. 3 zeigt den Umriß der Kurve / (r). die die Stromstärke / als Funktion der Zeit t für Elektroden wiedergibt, die einen Bogen von 180° beschreiben, wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt.

Wie man sieht, variiert die Stromstärke periodisch zwischen Null und einem Maximumwert während der entsprechenden Periode für eine vollständige Drehung der Elektroden oder der Welle 4 um die dazugehörige Achse.

Die in Fig. 4 dargestellte abgeänderte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß auf der Welle Platten angeordnet sind, die je zwei Elektroden 22 und 23 des gleichen Typs aufweisen, wobei zwischen diesen Elektroden isolierende Sektoren 24 und 25 vorgesehen sind.

Jedes Element umfaßt zwei Platten mit zwei positiven Elektroden auf einer Platte und zwei negativen Elektroden auf der anderen Platte, und zwar sind die Elektroden entgegengesetzter Polarität einander genau zugewandt. Dadurch werden zwei Wechselstromquellen erhalten, die gegeneinander um eine Halbperiode verschoben sind, wobei die Abnahme des Stromes mit Hilfe von metallischen Segmenten 26 und 27 erfolgt, die an den Elektroden befestigt sind.

F i g. 5 veranschaulicht den Verlauf der Stromänderungen bei dieser Ausführungsform; die beiden erhaltenen Ströme sind in ausgezogener und in gestrichelter Linie dargestellt.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist jede Platte in drei Elektroden 31. 32 und 33 derselben Polarität unterteilt, wobei jeder Sektor von den anderen durch Isoliersektoren 34, 35 und 36 getrennt ist. Zwei so konstruierte Platten ergeben somit in ein und demselben Element drei Stromquellen, die voneinander durch eine Drittelperiode getrennt sind, unter der Bedingung natürlich, daß die Elektroden entgegengesetzter Polarität so angeordnet sind, daß sie sich auf den beiden Platten exakt gegenüberstehen.

Der Strom wird mit Hilfe von Metallsegmenten 37, 38 und 39 abgenommen, und Fig. 7 zeigt in ausgezogener, gestrichelter und gepunkteter Linie die drei dadurch erzeugten Ströme.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und erläuterten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann man die Gestalt und Konstruktion der Elektroden so wählen, daß die Stromkurven mehr oder weniger sinusförmige Gestalt annehmen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennstoffelement zur Erzeugung eines Gleichstromes wechselnder Stärke, mit einem

flüssigen Elektrolyten und je einer mit gasförmigen Mitteln betriebenen positiven und negativen Elektrode, die aus kreisförmigen, im Abstand voneinander stehenden, um eine gemeinsame Achse drehbaren Platten bestehen, wobei ein Tel 5 der Elektroden in den Elektrolyten eintaucht und sich der übrige Teil im Gasraum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (2, 3) wenigstens einen elektrisch leitenden porösen Sektor (2', 3'), der sich über einen Winkel von höchstens 180° erstreckt und die eigentliche Elektrode bildet, und eine gleiche Anzahl von isolierenden Sektoren (2", 3"), die mit den elektrisch leitenden Sektoren (2', 3') abwechseln, aufweist, wobei die Elektroden entgegengesetzter Polarität die gleiche Winkelstellung auf der Welle (4) haben.

2. Brennstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in an sich bekannter Weise an der Zuleitungsseite des jeder Platte zugeführten Gases höherer Druck herrscht als an der Entnahmeseite.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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