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Zelle für die elektrochemische Energieumsetzung, insbesondere
Brennstoffelement
Bei den meisten Zellen für die elektrochemische Energieumsetzung hängen Leistung und Wirkungs- grad empfindlich von der genauen Einhaltung einer optimalen Betriebstemperatur ab. Dies gilt sowohl für Prozesse, bei denen elektrische Energie verbraucht wird, wie beispielsweise die Elektrolyse, als auch für die galvanischen Brennstoffelemente, bei denen chemische Energie unmittelbar in elektrische Ener- gie umgesetzt wird. Da eine Reihe von Zellentypen oberhalb der Zimmertemperatur betrieben wird, ist es erforderlich, sie durch geeignete Heizanlagen auf die Betriebstemperatur zu bringen.
In manchen Fäl- len wird durch die im Betrieb entstehende Strom wärme nach Abschaltung der Fremdheizung die Betriebstemperatur überschritten, so dass während des Betriebes eine Kühlung der Zelle erforderlich ist.
Um einen Überblick über diese Verhältnisse zu geben, seien zunächst drei der bekanntesten Typen von galvanischen Brennstoffelementen besprochen, die auf der elektrochemischen Verblennung von Wasserstoff und Sauerstoff beruhen (sogenannte Knallgaselemente).
Das Knallgaselement von F. T. Bacon benutzt für die Aktivierung sowohl des Wasserstoffs als auch des Sauerstoffs poröse Diffusionselektroden, die aus Carbonylnickelpulver gesintert werden. Solches Nikkel ist trotz aktivierender Zusätze von Nickelsalzen katalytisch so wenig aktiv, dass die Elektroden unterhalb einer Temperatur von etwa 1600 C kaum Spannung abgeben. Erst von 2000 C an sinkt die Polarisation der Elektroden soweit ab, dass man bei noch ausreichenden Klemmenspannungen von etwa 0,6 V erhebliche Stromdichten von etwa 650 mA/cm2 erzielt.
Man könnte zwar durch weiteres Erhöhen der Temperatur bis 2500 C die Grenzstromdichte noch steigern (beispielsweise auf 1100 lDA/cm2 bei 0,6 V), doch steigt dann der Dampfdruck des Elektrolyten (KOH) zu stark an, und es setzt eine gefährliche Korrosion der Elektroden ein. Es ergibt sich also die praktische Forderung, bei der Inbetriebnahme die Zelle zunächst soweit anzuheizen (z. B. auf 1600 C), dass sie sich anschliessend durch ihre eigene Verlustleistung auf die Betriebstemperatur aufheizen kann. Mittel hiezu sind elektrische Heizwicklungen, die an Fremdstromquellen angeschlossen sind, oder mit dem Brenngas gespeiste Gasbrenner. Infolge der relativ hohen Stromwärmeverluste ist im Betrieb insbesondere grösserer Batterien darauf zu achten, dass eine Aufheizung auf Übertemperaturen vermieden wird.
Bei der Baconzelle spielt dieses Problem insofern keine so grosse Rolle, da sie infolge der an sich hohen Betriebstemperatur beträchtliche Wärmemengen abstrahlt, was besonders bei der Verwendung in verdünnter Atmosphäre (z. B. bei Satelliten) günstig ist.
Das Niederdruckknallgaselement nach Justi und Winsel arbeitet dank seiner hochaktiven Doppelskelettkatalysator (DSK)-Elektroden (vgl. deutsche Patentschrift Nr. 1019361) schon bei Umgebungstemperatur. Beispielsweise beträgt die Grenzstromdichte einer DSK-Wasserstoffelektrode bei 200 C 190 mA/cm2, steigt bei 400 C auf 470 und bei 85 C auf 770 mA/cm2, um dann annähernd konstant zu bleiben. Die Polarisation nimmt bei steigender Temperautr exponentiell ab, z. B. bei einer Stromdichte von 250 mA/cm2 von 0,22 V bei 400 C auf 0,138 V bei 800 C.
Bei dieser Zelle sollen Temperaturen oberhalb 1000 C vermieden werden, da sonst der verwendete Elektrolyt nicht mehr bei Atmosphärendruck ar-
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beitet und die Aktivität der DSK-Elektroden irreversibel beeinträchtigt werden könnte. Ähnlich besitzen auch die Niederdruckknallgaselemente nach K. Kordesch einen optimalen Betriebstemperaturbereich von zirka 60 bis 900 C.
Ein weiteres bekanntes Knallgaselement benutzt statt eines flüssigen Elektrolyten eine feste Ionenaustauschermembran. Um den beträchtlichen ohmschen Widerstand einer solchen Membran zu verringern, sind erhöhte Temperaturen erforderlich, die. jedoch wieder einen Grenzwert nicht überschreiten dürfen, um mechanische Schäden, insbesondere Lochbildung, zu vermeiden. Die Betriebstemperatur
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Absinken der Polarisation bei steigender Temperatur nicht ausgenutzt werden kann. Bei solchen Zellen spielt nach der anfänglichen Aufheizung auf 400 C die betriebsmässige Abführung der verhältnismässig grossen Stromwärme eine wichtige Rolle. Dabei stösst man auf erhebliche Schwierigkeiten, da die Tem- peratur der Batterie nur wenig über der Umgebungstemperatur liegt und somit die Wärmeabstrahlung sehr klein ist.
Ähnliche Erwägungen gelten auch für eine Reihe anderer Brennstoffelemente und sonstiger Zellen für die elektrochemische Energieumsetzung. Die zur Aufheizung bzw. Kühlung erforderlichen bekannten
Mittel bedingen hohe Investitionskosten und haben den Nachteil grossen Raum - und Energiebedarfs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaftere Lösung für die Temperierung von elektrochemischen Zellen anzugeben, die den konstruktiven und betriebsmässigen Gegebenheiten solcher
Zellen angepasst ist. Vor allem soll die für die Temperierung benötigte Energie so gering wie möglich gehalten werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Thermoelemente, die auf dem Peltiereffekt beruhen, eine besonders günstige Kombination mit elektrochemischen Zellen für den vorliegenden Zweck er- möglichen. Sie haben gegenüber elektrischen Heizeinrichtungen, die nur auf der Ausnutzung der Strom- wärme beruhen, den Vorzug, ein erheblich höheres elektrisches Wärmeäquivalent als 860 kcal/kWh lie- fern zu können, und sind durch Kommutierung der Gleichstromspeisung von Wärme- auf Kälteleistung umschaltbar.
Die Eigenschaften solcher Thermoelemente wurden bisher in der Technik relativ wenig ausgenutzt, da in den erkennbaren Anwendungsgebieten ungünstige Einsatzbedingungen vorlagen. Vor allem benötigt man statt des normalerweise vorhandenen Wechselstroms Gleichstrom, der erst gesondert erzeugt werden muss. Ferner erfordern Heiz- und Kühlanlagen für allgemeine technische Anwendung zu hohe Kapitalinvestitionen pro kWh Heiz- oder Kälteleistung an thermoelektrischem Werkstoff.
Diese Anwendungshindernisse fallen jedoch bei der Kombination mit elektrochemischen Zellen von vornherein weg. Ebenso wie Thermoelemente arbeiten auch alle elektrochemischen Zellen bei niedrigen Gleichspannungen und grossen Stromstärken, so dass der Zellenstrom zur Speisung der Thermoelemente herangezogen werden kann. Anderseits sind zur Temperierung der Zellen nur Bruchteile der in den Zellen umgesetzten Leistung (in der Grössenordnung von etwa 10%) erforderlich, so dass auch der Aufwand an thermoelektrischem Werkstoff relativ gering ist.
Die erfindungsgemässe Lösung des eingangs umrissenen Problems ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Betriebstemperatur Thermoelemente vorgesehen sind, die in thermischem Kontkat mit der Zelle stehen und von deren Strom durchflossen sind.
Man kann dabei den Zellenstrom voll und ausschliesslich zur Speisung der Thermoelemente heranziehen oder nur einen Teil des Zellenstroms für diesen Zweck verwenden. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, zusätzlich zum Zellenstrom noch einen von fremden Quellen gelieferten Strom den Thermoelementen zuzuführen. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn während Betriebspausen der Zelle die Temperatur auf dem günstigsten Wert gehalten werden soll, um nach Wiederaufnahme des Betriebs sofort im optimalen Bereich zu arbeiten. Die Einzelheiten der Stromversorgung der Thermoelemente hängen von den thermischen und elektrischen Daten der Zelle ab, jedoch wird normalerweise der Hauptanteil des Thermoelementstromes vom Strom der Zelle herrühren.
Für die Thermoelemente können grundsätzlich alle zu diesem Zweck bekannten Materialien verwendet werden. Besonders günstige Ergebnisse erzielt man mit halbleitenden Thermoelektrika, die eine hohe Effektivität z = d. o/K aufweisen, wobei oc die absolute Thermokraft, 0 die elektrische Leitfähigkeit und K die Wärmeleitfähigkeit bedeuten. Moderne elektrische Halbleiterwerkstoffe erreichen Effektivitäten von etwa 0,002 bis 0, 0035/ , die eine Grössenordnung über den Effektivitäten der thermoelektrischen Metallegierungen liegen. Die Effektivität spielt, wie im folgenden noch näher erläutert, beim Erfindungsgegenstand eine ausschlaggebende Rolle.
Bei der Heizung durch Peltierwärme fliesst die Hälfte der im Thermoelement entstehenden Stromwär-
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me an die kalte, die andere Hälfte an die wärme Lötstelle. Infolgedessen ist die Heizung durch Peltier- wärme derjenigen durch Stromwärme erst dann überlegen, wenn sie mehr liefert als die halbe Stromwär- me. Man kann einen Wirkungsgrad der erfindungsgemässen elektrothermischenHeizung durch das Verhält- nis der Summe von Peltierwärme und halber Stromwärme zur gesamten Stromwärme definieren, wobei die durch die elektrothermische Heizung bewirkte Temperaturerhöhung die Variable und die Effektivität z der Parameter ist. In der nachstehenden Tabelle sind die Wirkungsgrade, ausgehend von einer Tempe- ratur von 27 C = 300 K, für verschiedene Temperaturdifferenzen und Effektivitäten angegeben.
Optimaler Wirkungsgrad der elektrothermischen Heizung als Funktion der Temperaturdifferenz
T-3000 K und Effektivität z.
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<tb>
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Temperaturdifferenz <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 150 <SEP> 200 <SEP> 300 <SEP> 400'500 <SEP>
<tb> Effektivität <SEP> z=0,002 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 4,0 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 1,65 <SEP> 1,45 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> ! <SEP> 1 <SEP>
<tb> Effektivität <SEP> z=0, <SEP> 025 <SEP> 8,3 <SEP> 4,6 <SEP> 3,1 <SEP> 2,6 <SEP> 1,8 <SEP> 1,6 <SEP> 1,45
<tb> Effektivität <SEP> z=0,003 <SEP> 9,7 <SEP> 5,2 <SEP> 3,7 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 2,15 <SEP> 1,8 <SEP> 1,6
<tb> Effektivität <SEP> z=0,004 <SEP> 11. <SEP> 6 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> 4,4 <SEP> 3,6 <SEP> 2,5 <SEP> 2,1 <SEP> 1, <SEP> 85
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Wenn diese Tabelle auch nur ein Beispiel für die hier vorliegenden Verhältnisse ist, so erkennt man doch aus ihr, dass die elektrothermische Aufheizung gemäss der Erfindung ihre beste Wirkung bei geringen
Temperaturerhöhungen gegenüber der Umgebungstemperatur erreicht.
Verwendet man beispielsweise
Thermoelemente mit der Effektivität z=0,003, so ergibt sich bei einer Erwärmung von 270 C auf 320 C eine 9,7 mal grössere Wärmeentwicklung als dem idealen Wärmeäquivalent von 860 kcal/kWh entsprechen würde. Bei einer Aufheizung auf 420 C, der optimalen Betriebstemperatur einer Knallgaszelle mit lonenaustauschermembran, beträgt der Wirkungsgrad das 3, 7fache, bei der Aufheizung auf 770 C, der optimalen Betriebstemperatur der Knallgaszelle mit DSK-Elektroden, noch das 1, 6fache. Nähert man sich dem optimalen Betriebstemperaturbereich einer Zelle, nimmt die Stromdichte beschleunigt zu, so dass die im Brennstoffelement selbst entstehende Stromwärme die nachlassende Peltierwärme ergänzt und ein rasches Erreichen der Endtemperatur unterstützt.
Für die konstruktive Ausbildung von Zellen nach der Erfindung besteht grundsätzlich die Möglichkeit, eine oder mehrere der bekannten Peltierelementbatterien, wie sie auf dem Markt erhältlich sind, an das Gehäuse der Zelle anzusetzen. Eine solche Batterie enthält beispielsweise 18 Peltierelemente, die mit Kunststoff zu einer selbsttragenden Platte verpresst sind. Die eine Seite der Platte vereinigt alle kalten, die andere alle warmen Lötstellen. Die Betriebsspannung beträgt zirka 1, 2 V bei einer Stromstärke von 20 bis 22 A. Versieht man die freie Seitenfläche der an das Gehäuse angelegten Batterie mit geeigneten Wärmeübergangsflächen, so kann man nach Wunsch eine Aufheizung oder durch Wechsel der Stromrichtung eine Abkühlung der Zelle erreichen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Thermoelemente mit den Elektroden elektrisch und thermisch leitend zu verbinden. Im Interesse eines möglichst geringen Temperaturunterschiedes zwischen heisser und kalter Lötstelle und damit eines hohen Wirkungsgrades kann man in bekannter Weise mehrere Thermoelemente in Kaskade schalten. Man kann durch Vereinigung von Elektroden mit einem a ufgesetzten Thermoschenkel, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Kontaktstückes als Stromzuführung, Elektrodenaggregate aufbauen, die grundsätzlich in analoger Weise in die Zellen einzusetzen sind wie normale Elektroden.
Nähere Einzelheiten und Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes sollen an Hand von Ausführungbeispielen näher erläutert werden, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Die Ausführungs- beispiele beziehen sich auf Knallgasbrennsioffelemente, sind jedoch grundsätzlich auch für beliebige andere Zellen zur elektrochemischen Energieumsetzung abwandelbar.
Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung mehrerer in Reihe geschalteter Zellen einer Batterie mit zur Aufheizung dienenden Thermoelementen ; Fig. 2 eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 mit zur Kühlung dienenden Thermoelementen ; Fig. 3 ein Diagramm mit der Temperaturdifferenz AT gegenüber
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rial gleichen Leitfähigkeitstyps zugeordnet sind, während die Verbindungsbrücken zwischen benachbarten Zellen Thermoelektrika des andern Leitfähigkeitstyps besitzen.
In Fig. 1 sind mehrere in Reihe geschaltete Zellen einer Batterie dargestellt, die mit je einer positiven Sauerstoff- bzw. Luftelektrode 1 und einer negativen Wasserstoff- bzw. Brenngaselektrode 4 ausgerüstet sind. Einzelheiten der Zelle, insbesondere Elektrolyt, Gaszufuhr, Drucküberwachung u. dgl. sind zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Unter Zwischenschaltung je eines Kontaktstückes 2,5 aus leitendem Material sind auf die Elektroden Thermoschenkel 3 bzw. 6 aufgesetzt. Dabei ist den positiven Elektroden ein negativ lialbleitendes Ther-
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Tegangsflächen 8 versehen, die so gross bemessen sein sollen, dass kein wesentlicher Temperaturunterschied gegenüber der Umgebungstemperatur besteht. Die Wärmeübergangszahl kann für ruhende Luft mit 1-3, bei künstlich bewegter Luft mit 5-10 kcal/ m2h angenommen werden.
Schliesst man an die mit + und - bezeichneten Klemmen der Batterie einen Verbraucher an, so fliesst durch die Thermoschenkel Strom. Die kalten Lötstellen an den Brücken 7 entziehen über die Wärme- übergangsflächen der Umgebung Wärme und transportieren sie nach Art einer Wärmepumpe an die warmen Lötstellen an den Kontaktstücken 2 und 5, von wo die Wärme in die Elektroden 1 und 4 strömt.
Zur Einstellung der Betriebstemperatur ist es in der Regel erforderlich, die Anheizung nach einiger Zeit ganz oder teilweise zu unterbrechen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Thermoschenkel mit Hilfe eines Kontaktthermometers kurzgeschlossen werden. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Bimetallrelais handeln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in thermischem Kontakt mit der Zelle einen beliebigen Temperaturfühler bekannter Ausbildung anzuordnen, der über geeignete Schaltrelais das Kurzschliessen bewirkt. Für den bereits erwähnten Fall, dass auch im Leerlauf der Zelle die Betriebstemperatur aufrechterhalten werden soll, kann man die leerlaufenden Klemmen + und-mit Hilfe eines Schalters überbrücken, wobei in den so gebildeten Hilfsstromkreis Widerstände zur Strombegrenzung eingeschaltet werden können.
Diese Überbrückung kann in Schaltabhängigkeit von der Einund Ausschaltung des Verbrauchers stehen.
Da ein Thermoelement sowohl zur Aufheizung als auch nach Stromumkehr zur Kühlung geeignet ist, lässt sich der Aufbau nach Fig. 1 nach Kommutierung der Thermoelemente auch zur Kühlung benutzen.
Dies ist in Fig. 2 schematisch dargestellt, wobei die Bezugszeichen aus Fig. 1 übernommen worden sind.
Man erkennt, dass nunmehr den positiven Elektroden p-leitende Thermoelektrika und den negativen Elek - troden n-leitende Thermoelektrika zugeordnet sind. Die im Zusammenhang mit der Heizung besprochenen Schaltmassnahmen könen sinngemäss auch hier Anwendung finden.
Während bei der Aufheizung im Interesse eines hohen Wirkungsgrades nur ein möglichst geringer Temperaturunterschied zwischen warmer und kalter Lötstelle angestrebt wird, spielen bei der Kühlung noch andere Gesichtspunkte eine wesentliche Rolle. Die vom Betriebsstrom J in den Thermoelementen hervorgerufene, dem Quadrat des Stromes proportionale Stromwärme führt nämlich bei hohen Werten von J zur Überkompensation der dem Strom J nur proportionalen Peltierkälteleistung. Dies sei an Hand des Diagramms der Fig. 3 näher betrachtet, das die Temperaturdifferenz AT gegenüber der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von der Stromstärke zeigt. Die mit K bezeichnete Kennlinie stellt die Abküh- lung, die mit W bezeichnete Kennlinie die Erwärmung durch Stromwärme dar.
Es ergibt sich gemäss der Summenkennlinie S bei kleinen Stromstärken eine wachsende Abkühlung bis zur kritischen Abkühlung AT die unter Voraussetzung optimaler geometrischer Dimensionierung der Thermoschenkel aus der Formel
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berechenbar ist. Hiezu ein Zahlenbeispiel :
Bei der Betriebstemperatur eines Knallgaselementes von 77 C = 3500 K und einer Effektivität z=0, 003 wird die grösstmögliche Abkühlung ATk. gerechnet von den Wärmeübergangsflächen 8 aus, gleich 1840 C. Die Wärmeübergangsflächen haben dann die elektrothermisch mögliche Höchsttemperatur von 77 + 184 = 2610 C. Hiezu gehört die sogenannte Maximalstromstärke Jma, von der ab die Temperaturdifferenz wieder abzunehmen beginnt. Im Grenzfall ist die Kälteleistung Null.
Je geringer man
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J mit demstungsziffer E nicht grösser als 0,18 werden. Es wird also pro kWh im Peltierelement verbrauchter Gleich- siromenergie dem Brennstoffelement nur 0,18. 860 = 155 kcal/h Wärme bei 770 C entzogen und bei einer Temperatur von 2150 C an die Umgebung durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung abgegeben. Bei einer Ausnutzung der Kälteleistung zu 50to, also einer Temperaturdifferenz von 920 C und einer Tempe- @atur der Wärmeaustauschflächen von 169 C, erreicht man eine Leistungsziffer #=0, 5, also 430 kcal/kWh bei einer Stromstärke von 0, 5 Jmax'
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von 1230 C benötigt das Thermoelement 1 kW, um der Elektrode bei 770 C 1290 kcal/h zu entziehen und bei 1230 C an die Umgebung zu dissipieren.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen lässt sich also für die vorteilhafte Bemessungderelektrothermi- schen Kühlung gemäss der Erfindung folgende Richtlinie geben :
Da bei vorhandenen Zellen die Stromstärke festliegt, sind die Thermoelemente so zu dimensionieren, dass diese Stromstärke weniger als ein Drittel, beispielsweise ein Viertel der Maximalstromstärke Jmax gemäss Fig. 3 beträgt. Man nutzt also die maximale Kühlfähigkeit zu höchstens einem Drittel aus.
In Anwendung auf das obengenannte Zahlenbeispiel, wobei eine Stromdichte von 50 mA/cm2, eine Klemmenspannung von 0,99 V, eine Elektrodenfläche von 1770 cm2 und damit 800 W Nutzleistung und
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m4 ist.stungsziffere=l, 5, d. h. es wird eine Leistung von 133 W benötigt, um die Verlustwärme abzupumpen und auf die Temperatur von 1230 C zu heben. Somit sind insgesamt 333 W an Jie Umgebung abzugeben.
Unter der Annahme, dass der Zellenstrom voll und ausschliesslich zur Speisung der Thermoelemente herangezogen wird, kann man zur Berechnung der für die elektrothermische Kühlung verbrauchten Leistung den Spannungsabfall am Peltierelement in Beziehung zur Klemmenspannung der Zelle setzen, da beide vom gleichen Strom durchflossen sind.
Der Spannungsabfall am Peltierelement wird im Optimalfall durch die Gleichung
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angegeben, wobei M = Vl+z. T bedeutet.
Tm ist die mittlere Temperatur des Thermoelements in K. Setzt man die Effektivität z = 0, 003, Tm gemäss dem Zahlenbeispiel zu 730, so wird M = 2,12 und mit cx = 350u V/ erhält man
Uopt = 0, 0954 V. Bei der Klemmenspannung von 0,99 V wird also 9, 6% der Nutzleistung des Brennstoffelementes für die elektrothermische Kühlung verbraucht. Bei dieser Berechnung ist der Spannungsabfall im Elektrolyten der Zelle vernachlässigt, was bei hohen Betriebstemperaturen und geringen Dicken der Elektrolytschicht zulässig ist.
Der Leistungsverbrauch von etwa 100/0 ist durchaus konkurrenzfähig mit dem für mechanische Kühlungsmittel, wie Ventilatoren oder Umwälzpumpen, erforderlichen Leistungsaufwand. Die Verhältnisse verbessern sich noch infolge der Tatsache, dass die reversible Urspannung und damit der Wirkungsgrad von Knallgaszellen mit steigender Temperatur um etwa 2501l V/0 abnimmt. Senkt man demnach die
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erforderlich.nu anderer Weise realisieren. Insbesondere ist sie nicht nur bei Knallgaselementen, sondern auch bei andern Typen elektrochemischer Zellen anwendbar. Hier sei beispielsweise auf Brennstoffelemente verwiesen, bei denen ein flüssiger Brennstoff im Elektrolyten gelöst und von der Anode dehydriert wird.
Benutzt man beispielsweise Methanol oder Äthylenglykol als Brennstoff, so ist es zweckmässig, die Betriebstemperatur über 700 C zu steigern, damit mehr als eine Oxydationsstufe elektrochemisch ausgenutzt wird. Für diese und ähnliche Anwendungsfälle, insbesondere im Temperaturbereich bis 2500 C, ergibt sich durch die Erfindung eine erhebliche Einsparung an Investitions- und Betriebskosten gegenüber den bekannten Temperiermitteln.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zelle für die elektrochemische Energieumsetzung, insbesondere Brennstoffelement, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Betriebstemperatur Thermoelemente (3,6) vorgesehen sind, die in thermischem Kontakt mit der Zelle stehen und von deren Strom durchflossen sind.