система охлаждения топливного элемента

Формула изобретения

1. Система (13) охлаждения топливного элемента (1), по меньшей мере, с охладителем (14), термостатом (18), насосом (15) для транспортирования охлаждающего средства (17) в охлаждающем контуре (16) и с компенсирующей емкостью (20), причем для снижения электрической проводимости охлаждающего средства (17) предусмотрена деионизирующая смола (19), расположенная в компенсирующей емкости (20), соединенной, по меньшей мере, через одну магистраль (21) с охлаждающим контуром (16), отличающаяся тем, что деионизирующая смола (19) расположена в емкости (22) из проницаемого для охлаждающего средства (17) материала во внутреннем пространстве компенсирующей емкости (20) таким образом, что деионизирующая смола (19) погружена, по меньшей мере, частично в охлаждающее средство (17), а магистраль (21), соединяющая компенсирующую емкость (20) и охлаждающий контур (16), имеет свободный доступ, так что между компенсирующей емкостью (20) и охлаждающим контуром (16) имеется постоянная связь, благодаря чему деионизирующая смола (19) снижает электрическую проводимость охлаждающего средства (17) за счет диффузионных процессов между деионизирующей смолой (19) и охлаждающим средством (17).

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что магистраль (21) подключена на всасывающей стороне (29) насоса (15) охлаждающего контура (16).

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что емкость (22) закреплена посредством навинчивающейся крышки (25) загрузочного отверстия (23) компенсирующей емкости (20).

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что предусмотрена, по меньшей мере, одна магистраль (26) газоотвода, соединяющая охлаждающий контур (16) с компенсирующей емкостью (20).

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна магистраль (26) газоотвода соединяет охладитель (14) с компенсирующей емкостью (20).

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что одна магистраль (26) газоотвода вместе с магистралью (21) и компенсирующей емкостью (20) образует вторичный контур.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что компенсирующая емкость (20) оснащена устройством (27) предохранения от повышения давления или устройством продувания.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что устройство (27) предохранения от повышения давления выполнено в виде клапана избыточного давления.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что деионизирующая смола (19) состоит из базовых анионных смол и/или смесевых слойных смол.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что емкость (22) изготовлена из материала, стойкого к охлаждающему средству (17), в частности полипропилена или полиэтилена.

11. Система (13) охлаждения топливного элемента (1), по меньшей мере, с охладителем (14), термостатом (18), насосом (15) для транспортирования охлаждающего средства (17) в охлаждающем контуре (16) и с компенсирующей емкостью (20), причем для снижения электрической проводимости охлаждающего средства (17) предусмотрена деионизирующая смола (19), отличающаяся тем, что деионизирующая смола (19) расположена в выполненной соответствующей по форме линиям обтекания емкости (22), выполненной из проницаемого для охлаждающего средства (17) материала в приемной камере (30) в охлаждающем контуре (16), так что деионизирующая смола (19) снижает электрическую проводимость охлаждающего средства (17) за счет диффузионных процессов между деионизирующей смолой (19) и охлаждающим средством (17), причем емкость (22) закреплена, по меньшей мере, через одну растяжку (31) на приемной камере (30) таким образом, что охлаждающее средство (17) обтекает емкость (22).

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что емкость (22) расположена и закреплена в середине приемной камеры (30).

13. Система по п.11 или 12, отличающаяся тем, что приемная камера (3) выполнена контактирующей с емкостью (22).

14. Система по п.11, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна растяжка (31) имеет полое пространство, соединенное с внутренним пространством (32) емкости (22).

15. Система по п.11, отличающаяся тем, что предусмотрена, по меньшей мере, одна магистраль (26) газоотвода, соединяющая охлаждающий контур (16) с компенсирующей емкостью (20).

16. Система по п.15, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна магистраль (26) газоотвода соединяет охладитель (14) с компенсирующей емкостью (20).

17. Система по п.15 или 16, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна магистраль (26) газоотвода вместе с магистралью (21) и компенсирующей емкостью (20) образует вторичный контур.

18. Система по п.11, отличающаяся тем, что компенсирующая емкость (20) оснащена устройством (27) предохранения от повышения давления или устройством продувания.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что устройство (27) предохранения от повышения давления выполнено в виде клапана избыточного давления.

20. Система по п.11, отличающаяся тем, что деионизирующая смола (19) состоит из базовых анионных смол и/или смесевых слойных смол.

21. Система по п.11, отличающаяся тем, что емкость (22) изготовлена из материала, стойкого к охлаждающему средству (17), в частности полипропилена или полиэтилена.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается системы охлаждения топливного элемента, по меньшей мере, с охладителем, термостатом, насосом для транспортирования охлаждающего средства в охлаждающем контуре и с компенсирующей емкостью, причем для снижения электрической проводимости охлаждающего средства предусмотрена деионизирующая смола, которая расположена в компенсирующей емкости, соединенной, по меньшей мере, через одну магистраль с охлаждающим контуром.

Далее изобретение касается системы охлаждения топливного элемента, по меньшей мере, с охладителем, термостатом, насосом для транспортирования охлаждающего средства в охлаждающем контуре и с компенсирующей емкостью, причем для снижения электрической проводимости охлаждающего средства предусмотрена деионизирующая смола.

Изобретение относится к системе охлаждения топливного элемента, причем электрическая проводимость охлаждающего средства, находящегося в системе охлаждения, должна удерживаться возможно малой <50 мкСм/см (50 микросименс/см) для того, чтобы препятствовать побочным реакциям в охлаждающем контуре топливного элемента.

Из публикации DE 69925291 Т2 известна система охлаждения топливного элемента, содержащая жидкое охлаждающее средство. Используемое здесь охлаждающее средство имеет электрическую проводимость примерно менее 50 мкСм/см. Проводимость охлаждающих средств в топливных элементах должна быть сохранена возможно низкой для того, чтобы избежать нежелательных побочных реакций в системе охлаждения, таких как коррозия. Для получения предпочтительной проводимости менее чем 5 мкСм/см охлаждающее средство заменяется на соответственно коротких интервалах технического обслуживания или применяется средство для поддержания чистоты охлаждающего средства.

Предпочтительным средством для поддержания чистоты охлаждающего средства является блок с ионообменной смолой, содержащий деионизирующую смолу, который встроен в охлаждающий контур системы охлаждения, а именно таким образом, что охлаждающее средство продавливается через деионизирующую смолу в блоке с ионообменной смолой соответственно высокой производительностью насоса. Благодаря этому деионизирующая смола может удалять ионные продукты распада из охлаждающего средства, вследствие чего проводимость охлаждающего средства соответственно снижается.

Недостатком при этом является то, что блок с ионообменной смолой интегрируется в охлаждающий контур системы охлаждения, что вызывает потерю давления или сопротивление протеканию для охлаждающего средства. С целью компенсации высокого сопротивления протеканию следует повышать, например, производительность насоса, обеспечивающего циркуляцию охлаждающего средства в охлаждающем контуре. Таким образом, насос имеет повышенное энергопотребление, вследствие чего снижается коэффициент полезного действия системы топливного элемента. Точно также является недостатком, что блок с ионообменной смолой представляет собой дополнительный компонент в системе охлаждения, вследствие чего повышается число потенциальных мест негерметичности в системе охлаждения.

Следующий недостаток состоит в том, что для замены деионизирующей смолы в блоке с ионообменной смолой должно быть прервано охлаждение, а с ним и работа топливного элемента.

В публикации JP 2003-346845 А описывается система охлаждения топливного элемента, где деионизирующая смола расположена в компенсирующей емкости, вне охлаждающего контура, в обводной магистрали. Для транспортирования части охлаждающего средства через деионизирующую смолу размещены дополнительные насосы, снижающие общий коэффициент полезного действия системы топливного элемента.

В публикации JP 2003-346845 А описывается система топливного элемента, где при помощи дополнительных насосов осуществляется деионизация охлаждающего средства. И здесь дополнительные компоненты, необходимые для деионизации, снижают коэффициент полезного действия системы топливного элемента.

Поэтому задача изобретения состоит в создании системы охлаждения, у которой электрическая проводимость охлаждающего средства просто и малозатратно, непрерывно удерживается низкой.

Задача изобретения решается благодаря тому, что деионизирующая смола расположена в емкости, во внутреннем пространстве компенсирующей емкости так, что деионизирующая смола погружена, по меньшей мере, частично в охлаждающее средство, а магистраль, соединяющая компенсирующую емкость и охлаждающий контур, имеет свободный доступ. Преимущественным является при этом то, что посредством деионизирующей смолы в компенсирующей емкости предотвращаются дополнительная потеря давления или дополнительное сопротивление протеканию в охлаждающем контуре, не мешая действию деионизирующей смолы. Таким образом, необходима лишь малая производительность насоса, вследствие чего повышается коэффициент полезного действия системы топливного элемента, так как снижается собственное энергопотребление топливного элемента. Деионизация охлаждающего средства преимущественным образом достигается вследствие того, что благодаря деионизирующей смоле охлаждающее средство в компенсирующей емкости имеет существенно меньшую концентрацию проводящих ионов, чем охлаждающее средство в охлаждающем контуре. Из этого получается, что эта разница концентраций выравнивается диффузионными процессами, вследствие чего проводимость охлаждающего средства удерживается на требуемом уровне в течение существенного продолжительного промежутка времени. Точно также является преимуществом, что благодаря этому уходят, по меньшей мере, от одного дополнительного компонента для деионизации охлаждающего средства в охлаждающем контуре, при наличии которого возрастало бы число потенциальных негерметичных мест или мест протечек. Благодаря этой конструкции емкость деионизирующей смолы не оказывает негативное влияние на пропускаемый объем магистрали. Точно также, благодаря этой конструкции емкость или деионизирующая смола в емкости могут быть легко заменены во время работы топливного элемента без прерывания охлаждения и таким образом работы топливного элемента.

Если магистраль подсоединена на стороне всасывания насоса охлаждающего контура, то преимущественным образом достигается, что посредством малого, в сравнении со стороной нагнетания насоса, давления на стороне всасывания улучшается выравнивание разницы концентраций.

Если емкость закреплена посредством навинчивающейся крышки на загрузочном отверстии компенсирующей емкости, то емкость для смолы может быть сменена особенно быстро и просто.

Задача изобретения решается также благодаря тому, что деионизирующая смола расположена в емкости, в приемной камере, в охлаждающем контуре. Преимущественным является при этом то, что охлаждающее средство протекает равномерно через приемную камеру, вследствие чего сопротивление протеканию для охлаждающего средства в приемной камере, по существу, не имеет влияния на коэффициент полезного действия системы топливного элемента.

Преимущественным образом емкость закреплена, по меньшей мере, одной растяжкой на приемной камере так, что охлаждающее средство обтекает емкость.

При этом является преимуществом, если емкость расположена и закреплена в середине приемной камеры.

Если емкость выполнена соответствующей по форме линиям обтекания, то получается более малое сопротивление протеканию охлаждающего средства в приемной камере.

Если, по меньшей мере, одна растяжка имеет одно полое пространство, соединенное с внутренним пространством емкости, то емкость может быть наполнена деионизирующей смолой во время работы топливного элемента.

Согласно другому признаку изобретения предусмотрена, по меньшей мере, одна магистраль газоотвода, соединяющая охлаждающий контур с компенсирующей емкостью.

Эта, по меньшей мере, одна магистраль газоотвода образует вместе с магистралью и компенсирующей емкостью вторичный контур, вследствие чего ускоряется выравнивание разницы концентраций между охлаждающим средством в компенсирующей емкости и охлаждающим средством в охлаждающем контуре.

Через вторичный контур, образованный через магистраль газоотвода, часть потока охлаждающего средства транспортируется в компенсирующую емкость. Таким образом, вторичный контур дополнительно способствует диффузионным процессам смешивания охлаждающего средства в компенсирующей емкости, которое имеет очень низкую концентрацию проводящих ионов, с охлаждающим средством в охлаждающем контуре, которое имеет более высокую концентрацию проводящих ионов, вследствие чего достигается ускорение выравнивания разницы концентраций.

Через устройство предохранения от повышения давления или устройство продувания, предусмотренное в компенсирующей емкости, в частности клапан избыточного давления, могут быть отведены газы, доставленные по магистрали газоотвода из охлаждающего контура и накопленные в компенсирующей емкости. Точно также может быть выровнено избыточное давление в компенсирующей емкости, возникшее при расширении охлаждающего средства.

Преимущественным образом деионизирующая смола состоит из базовых анионных смол и/или смесевых слойных смол.

Емкость для деионизирующей смолы состоит предпочтительно из материала, проницаемого для охлаждающего средства, в частности из полипропилена или полиэтилена. Благодаря этому охлаждающее средство может непрерывно лишаться анионов и катионов, которые вызывают проводимость, и осуществляется непрерывная деионизация охлаждающего средства. Точно также емкость может быть гибко приспособлена по величине и форме к требованиям компенсирующей емкости или системы охлаждения.

Представляемое изобретение подробнее поясняется с помощью приложенных схематичных чертежей,

на фиг.1 - схематичное построение топливного элемента;

фиг.2 - схематичное построение топливного элемента с системой охлаждения согласно изобретению;

фиг.3 - схематичное построение топливного элемента с последующим вариантом системы охлаждения согласно изобретению;

фиг.4 - схематичное построение топливного элемента с третьим вариантом системы охлаждения согласно изобретению; и

фиг.5 - сечение по приемной камере.

При введении номеров позиций фиксируется, что одинаковые элементы примера исполнения снабжаются одинаковыми номерами позиций.

На фиг.1 изображен топливный элемент 1 для получения тока из водорода 2 и кислорода 3 или воздуха.

В целом, топливные элементы 1 являются электрохимическими генераторами тока, получающими электрический ток непосредственно в результате химической реакции. Это производится посредством обращения электролитического разложения воды, при котором посредством прохождения тока образуются водород 2 и кислород 3.

В топливном элементе 1, следовательно, водород 2 вступает в реакцию с кислородом 3, вследствие чего генерируется ток. Для этого на анод 4 подводится водород 2, а на катод 5 - кислород 3, причем анод 4 и катод 5 разделены посредством электролита 6. Кроме того, анод 4 и катод 5 со стороны электролита 6 покрыты катализатором 7, в большинстве случаев платиной. Благодаря этому водород 2 может вступать в реакцию с кислородом 3, причем это происходит в двух разделенных отдельных реакциях на обоих электродах - аноде 4 и катоде 5.

На анод подается водород 2, который реагирует на катализаторе 7, и каждая молекула расщепляется на два атома водорода. Атом водорода имеет два компонента - отрицательно заряженный электрон и положительно заряженный протон. Каждый атом водорода отдает свой электрон. Положительно заряженные протоны диффундируют к катоду 5 через электролит 6, который непроницаем для отрицательно заряженных электронов.

На катод 5 подается кислород 3 одновременно с подачей водорода 2 на анод 4. Молекулы кислорода вступают в реакцию на катализаторе 7 и делятся на два атома кислорода, которые осаждаются на катоде 5.

Таким образом, на катоде 5 осаждаются положительно заряженные протоны водорода 2, а также атомы кислорода, а на аноде 4 - отрицательно заряженные электроны водорода 2. Вследствие этого на катоде 5 преобладает так называемый недостаток электронов, а на аноде 4 - так называемый излишек электронов. Следовательно, из этого создается отрицательный заряд на аноде 4 и положительный заряд на катоде 5. Следовательно, анод 4 соответствует отрицательному полюсу (-), а катод 5 - положительному полюсу (+).

Если теперь анод 4 и катод 5 соединяют посредством электрического проводника 8, то электроны на основании разности потенциалов перемещаются по электрическому проводнику 8 от анода 4 к катоду 5. Следовательно, постоянный электрический ток течет через потребителя электроэнергии 9, подключенного к проводнику 8. Потребитель электроэнергии 9 может быть выполнен также, например, в виде аккумуляторной батареи, запасающей произведенный ток, или инвертором, который произведенный постоянный ток преобразует в переменный ток.

Два электрона, которые переместились по электрическому проводнику 8 от анода 4 к катоду 5, принимаются на катоде 5 соответственно одним атомом кислорода и становятся ионами кислорода с двукратным отрицательным зарядом. Эти ионы кислорода объединяются в воду 10 с положительно заряженными протонами водорода 2, которые диффундируют через электролит 6 от анода 4 на катод 5. Вода 10 выделяется на катоде 5 в виде так называемого конечного продукта реакции.

В одной секции 11 топливного элемента 1 водород 2 вступает в реакцию с кислородом 3, вследствие чего генерируется ток. Секция 11 образуется анодом 4, катодом 5, электролитом 6 и катализатором 7. Соединение нескольких секций 11 в последовательное подключение в цепь обозначается в целом как пакет 12.

Благодаря реакции водорода 2 с кислородом 3 в отдельной секции 11 пакета 12 возникает теплота, которая должна быть отведена. Это осуществляется через систему 13 охлаждения, состоящую в простейшем случае из охладителя 14, насоса 15 и охлаждающего контура 16. При этом насос 15 качает охлаждающее средство 17, находящееся в охлаждающем контуре 16, через пакет 12 топливного элемента 1, например, в направлении согласно стрелкам. Благодаря этому охлаждающее средство 17 лишает пакет 12 тепла, принимая тепло посредством охлаждающего средства 17. Охладитель 14 в охлаждающем контуре 16, в свою очередь, лишает охлаждающее средство 17 тепла и отдает его в окружающий воздух, так что охлаждающее средство 17 может снова лишать тепла пакет 12. Охлаждающий контур 16 также может быть настроен так, что охлаждающее средство 17 протекает через охладитель 14 только в том случае, если охлаждающее средство 17 имеет определенную температуру. Это регулирование настройки производится соответственно через термостат 18.

Так как система охлаждения 13 образует составную часть топливного элемента 1, то она использует напряжения, которые генерируются секциями 11. Таким образом, важно, что не возникает значительного прохождения тока между секциями 11 через охлаждающее средство 17. Поэтому в качестве охлаждающего средства 17 используется, например, полностью обессоленная вода (voll entsalztes Wasser - VE Wasser) или смесь из этиленгликоля и воды с низкой электрической проводимостью.

Электрическая проводимость охлаждающего средства 17 снижается посредством применения деионизирующей смолы 19, которая состоит, например, из базовой анионной смолы или из смесевой слойной смолы. Деионизирующая смола 19 способствует тому, что абсорбируются проводящие электричество ионы (анионы и катионы), отданные в охлаждающее средство 17 посредством различных процессов (коррозия, окисление, ). Таким образом, проводимость охлаждающего средства 17 может быть удержана ниже 5 мкСм/см, вследствие чего исключаются паразитные токи, из-за которых ухудшался бы коэффициент полезного действия, а также побочные реакции, вызывающие коррозию в системе 13 охлаждения.

Например, при этом деионизирующая смола 19, как известно из заявки DE 69926291 Т2, интегрируется в блок с ионообменной смолой, причем блок с ионообменной смолой пересекается потоком охлаждающего средства 17. При этом деионизирующей смолой 19 абсорбируются проводящие электричество ионы (анионы и катионы), принятые охлаждающим средством 17 из секций 11. Таким образом, может быть удержана проводимость охлаждающего средства 17 предпочтительно ниже 5 мкСм/см, вследствие чего исключаются паразитные токи, которые ухудшали бы коэффициент полезного действия, а также побочные реакции, вызывающие коррозию в системе 13 охлаждения.

Согласно изобретению предусмотрено, что деионизирующая смола 19 интегрирована в компенсирующую емкость 20. К тому же компенсирующая емкость 20 через магистраль 21 соединена с охлаждающим контуром 16. Таким образом, деионизирующая смола 19 не интегрирована непосредственно в охлаждающий контур 16, вследствие чего в нем также не создается высокое сопротивление протеканию охлаждающего средства 17, а также таким образом непрерывно удерживается низкой проводимость охлаждающего средства 17.

На фиг.2 изображена система 13 охлаждения согласно изобретению с компенсирующей емкостью 20. Согласно изобретению деионизирующая смола 19 находится в компенсирующей емкости 20, причем деионизирующая смола 19 загружена в емкость 22, соответственно в мешок или мешочек. Предпочтительно емкость 22 закреплена в компенсирующей емкости 20 таким образом, что емкость 22 вводится через загрузочное отверстие 23 компенсационной емкости 20 во внутреннее пространство 24 компенсирующей емкости 20. При этом емкость 22 имеет на своем конце выступ, посредством которого емкость 22 располагается на краю загрузочного отверстия 23. Таким образом, загрузочное отверстие 23 закрыто, например, емкостью 22. Но загрузочное отверстие 23 может быть закрыто и навинчивающейся крышкой 25. Если используется, например, подобная навинчивающаяся крышка 25, то конец емкости 22 с выступом может быть выполнен открытым, так что в данном случае деионизирующая смола 19 может быть простым образом заменена или дополнена.

Посредством подобного крепления емкости 22, которое также может быть обозначено как плавающее, обеспечено то, что соединение внутреннего пространства 24 компенсирующей емкости 20 с магистралью 21 всегда имеет свободный доступ, так что между компенсирующей емкостью 20 и охлаждающим контуром 16 имеется постоянное соединение. Точно также благодаря этому обеспечено, что деионизирующая смола 19, по меньшей мере, частично или полностью, постоянно погружена в охлаждающее средство 17, так что используется вся деионизирующая смола 19, находящаяся в емкости 22. К тому же величина компенсирующей емкости 20 соответственно приспособлена к тому, что и дополнительное изменение объема охлаждающего средства 17 в компенсирующей емкости 20 может быть компенсировано.

Емкость 22 согласно изобретению изготовлена из материалов, стойких к полностью обессоленной воде (VE Wasser) и стойких к охлаждающему средству, таких как полиэтилен (РЕ) или полипропилен (РР), которые проницаемы для охлаждающего средства 17. Например, материал образован тканью или плетенкой с соответствующей шириной петель, так что деионизирующая смола 19 не покидает емкость 22, а поток охлаждающего средства 17 может пересекать емкость 22. Точно также возможно, что емкость 22 имеет маленькие дырочки, через которые охлаждающее средство 17 попадает в емкость 22, причем деионизирующая смола 19 всегда остается в емкости 22. С помощью такой схемы построения деионизирующая смола 19 может быть просто, без больших затрат интегрирована в систему охлаждения 13, так как к емкости 22 не предъявлены высокие требования, как, например, способность выдерживать давление.

Таким образом, деионизирующая смола 19 абсорбирует проводящие электричество ионы охлаждающего средства 17, находящегося поблизости во внутреннем пространстве 24 емкости 22, так что охлаждающее средство имеет очень низкую концентрацию ионов, соответственно проводимость очень мала. Это происходит благодаря диффузионным процессам между деионизирующей смолой 19 и охлаждающим средством 17.

Напротив, охлаждающее средство 17 в охлаждающем контуре 16 имеет высокую концентрацию ионов, так как из секций 11 пакета 12 постоянно принимаются ионы, проводящие электричество. По существу, охлаждающее средство 17 в охлаждающем контуре 16 вряд ли попадает в компенсирующую емкость 20, так как она постоянно прокачивается насосом 15 в охлаждающем контуре 16. Также компенсирующая емкость 20 служит, разумеется, и для того, чтобы компенсировать соответственно повышенные объемы охлаждающего средства 17 при его нагревании. Если для этой цели недостаточно объема компенсирующей емкости 20, то компенсирующая емкость 20 имеет устройство 27 предохранения от повышения давления или устройство продувания, клапан избыточного давления или переливающегося потока. Благодаря большой разнице концентраций между охлаждающим средством 17 в компенсирующей емкости 20 и охлаждающим средством 17 в охлаждающем контуре 16 получаются диффузионные процессы. Они способствуют тому, что разницы концентраций выравниваются через магистраль 21 и таким образом проводимость охлаждающего средства 17 и в охлаждающем контуре 16 снижается до необходимой величины. Преимущественными диффузионные процессы становятся благодаря перепаду давления между напорной стороной 28 и всасывающей стороной 29 насоса 15, в то время как компенсирующая емкость 20 соединена по всасывающей стороне 29 с охлаждающим контуром 16. Таким образом, по всасывающей стороне 29 преобладает, по меньшей мере, незначительное разрежение, которое выравнивается охлаждающим средством 17 из компенсирующей емкости 20. Отсюда получается, что охлаждающее средство 17 с очень низкой концентрацией ионов из компенсирующей емкости 20 смешивается с охлаждающим средством 20 с высокой концентрацией ионов в охлаждающем контуре 16, вследствие чего улучшается тенденция снижения проводимости. При этом создается необходимый перепад давления благодаря потере давления в пакете 12.

Для снижения проводимости охлаждающего средства 17 протяженность, а также поперечное сечение магистрали 21 в большинстве случаев практического применения не имеют существенного влияния. Например, длина магистрали 21 составляет от 10 см до 50 см при диаметре в свету примерно от 10 мм до 20 мм.

Временной фактор, по существу, не имеет влияния на диффузионные процессы соответственно для выравнивания различия концентраций, так как если не загружается деионизирующая смола 19, то только примерно через месяц проводимость охлаждающего средства 17 превышает граничную величину (например, 50 мкС/см). Благодаря применению деионизирующей смолы проводимость охлаждающего средства 17 непрерывно удерживается низкой, а охлаждающее средство 17 необходимо заменять только после прошествия нескольких лет.

Выравнивание концентрации может быть усилено благодаря использованию магистрали газоотвода 26, как схематично изображено на фиг.3. Магистраль газоотвода 26 соединяет охладитель 14 с компенсирующей емкостью 20 и имеет задачу удалять реакционные газы, накопленные в охлаждающем контуре 16. Реакционные газы - водород 2 и кислород 3 попадают в охлаждающий контур 16, так как отсутствует абсолютная герметичность секций 11 или они образуются как продукт побочных реакций в охлаждающем контуре 16. Реакционные газы накапливаются предпочтительно на выходе охладителя 14, где они вместе с частью охлаждающего средства 17 из охлаждающего контура 16 транспортируются по магистрали 26 газоотвода во внутреннее пространство 24 компенсирующей емкости 20. Этот частный поток по магистрали 26 газоотвода в компенсирующую емкость 20 составляет примерно пять-десять процентов потока в охлаждающем контуре 16. Если при этом становятся большими объемы газа, накопленного в компенсирующей емкости 20, или становится большим давление реакционных газов, то реакционные газы выводятся из компенсирующей емкости 20 через устройство 27 предохранения от повышения давления или клапан избыточного давления или переливающегося потока.

Магистраль 26 газоотвода теперь усиливает настолько выравнивание концентрации между охлаждающим средством 17 в компенсирующей емкости 20 и охлаждающим средством 17 в охлаждающем контуре 16, что возникает так называемый вторичный контур. Этот вторичный контур образуется таким образом из магистрали газоотведения 26, компенсирующей емкости 20 с деионизирующей смолой 19 и магистрали 21. Через вторичный контур охлаждающее средство 17 из охлаждающего контура 16, имеющего высокую степень концентрации ионов, смешивается с охлаждающим средством 17 в компенсационной емкости 20, которое имеет низкую концентрацию ионов. Точно также теперь смешанное охлаждающее средство 17 в компенсирующей емкости 20 автоматически попадает по магистрали 21 в охлаждающий контур 16, так что осуществляется кругооборот и снижается проводимость. Таким образом, дополнительно к диффузионным процессам, в частности по магистрали 21, для выравнивания разницы концентрации смешивают охлаждающие средства 17 с различающимися концентрациями по магистрали газоотведения 26, что усиливает выравнивание концентраций. Так как вторичный контур является, по существу, независимым от охлаждающего контура 16, сопротивление протеканию в охлаждающем контуре не повышается. Отсюда следует, что для того чтобы обеспечить охлаждение пакета 12, производительность насоса 15 не должна быть повышена, вследствие чего сохраняется чистое энергопроизводство системы топливного элемента.

Чтобы коэффициент полезного действия и сопротивление протеканию через емкость 22 не ухудшались, важно также, чтобы емкость 22 из ткани или из плетенки являлась, по существу, гибкой. Благодаря этому емкость 22 может свободно перемещаться, по существу, во внутреннем пространстве 24 компенсирующей емкости 20, вследствие чего она не имеет никакого влияния или лишь несущественное влияние на сопротивление протеканию во вторичном контуре. Разумеется, при этом всегда обеспечено, что деионизирующая смола 19 полностью или, по меньшей мере, частично погружена в охлаждающее средство 17.

Согласно изобретению, емкость 22, содержащая деионизирующую смолу 19, может располагаться непосредственно в охлаждающем контуре 16, не влияя отрицательно на сопротивление протеканию и, таким образом, на коэффициент полезного действия системы топливного элемента. Это осуществляется, например, таким образом, что емкость 22 выполнена в соответствии с формой линий протекания согласно фиг.4 и 5. Соответственно этому, охлаждающий контур 16 имеет приемную камеру 30, в которой расположена емкость 22 с деионизирующей смолой 19. Емкость 22 может быть соединена с приемной камерой 30, например, через две растяжки 31. Разумеется, это может производиться также большим или меньшим количеством растяжек 31. Благодаря подобному закреплению и исполнению емкости 22, по существу, не требуется повышенная производительность насоса, так как сопротивление протеканию является в высшей степени минимальным, и охлаждающее средство 17 может протекать, обтекая емкость 22, согласно стрелкам, изображенным в приемной камере 30. Это поддерживается также преимущественным образом формой приемной камеры 30 согласно фиг.4 и тем, что она выполнена соответственно исполнению емкости 22, адаптированной к форме линий протекания, или контактирующей с емкостью 22.

Приемная камера 30 согласно изобретению интегрирована в охлаждающий контур 16. Предпочтительно она расположена на напорной стороне 28 насоса 15, вследствие чего охлаждающее средство 17 протекает через приемную камеру 30, по меньшей мере, с несколько повышенным давлением. Отсюда получается, что сопротивление протеканию через емкость 22 является пренебрежимо малым.

Для обмена деионизирующей смолы 19, находящейся в емкости, например, по меньшей мере, одна растяжка 31 может иметь полое пространство (не изображено), которое соединено с внутренним пространством 32 емкости 22. Предпочтительно две растяжки 31 имеют соответственно одно полое пространство, причем через одно полое пространство деионизирующая смола 19 может быть загружена во внутреннее пространство 32 емкости 22, а через другое полое пространство деионизирующая смола 19 может быть выпущена или отсосана из внутреннего пространства 32 емкости 22. Таким образом, и при этом для обмена деионизирующей смолы 19 не требуется прерывания работы топливного элемента 1, так как деионизирующая смола 19 может быть догружена снаружи. Точно также, благодаря этому обеспечивается непрерывная деионизация охлаждающего средства 17.

Деионизация охлаждающего средства 17 соответствует, по существу, уже описанной прежде функции, вследствие чего она подробнее не описывается. Точно также детализированное описание системы охлаждения 13 и ее компонентов, таких как емкость 22 и так далее, могут быть взяты из вышеприведенного текста. Таким образом, точно также возможно применение магистрали газоотвода 26.