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Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie, umfassend wenigstens eine Zelle bestehend aus zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Elektrolyten durchströmbaren Filz- oder Vlies-Elektrode, die über eine Membran getrennt sind, wobei jede Halbzelle einen Elektrodenrahmen umfasst, der eine die Elektrode aufnehmenden Durchbrechung sowie einen Zuführkanal zum Zuführen des Elektrolyten zur Elektrode und einen Abführkanal zum Abführen des Elektrolyten nach Durchströmen der Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegend jeweils randseitig und zur Durchbrechung hin offen angeordnet sind.
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Eine Redox-Flow-Batterie ist ein Akkumulator, wobei die elektrische Energie in zwei die Reaktionspartner enthaltenen Elektrolyten gespeichert wird. Die extern zur eigentlichen Reaktionszelle vorhandenen Elektrolyte zirkulieren in zwei getrennten Kreisläufen durch jeweils eine Halbzelle der Batterie, wobei die Halbzellen mittels einer Membran voneinander getrennt sind, welche Membran einen Ionenaustausch ermöglicht. Um diese Zirkulation zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Elektrolyte, die in Tanks extern zur eigentlichen Zelle aufbewahrt sind, mittels geeigneter Pumpen durch die porösen Filz- oder Vlieselektroden zu pumpen, an welchen Elektroden die chemische Reaktion stattfindet. Dabei sollte für einen guten Wirkungsgrad das Vlies möglichst gleichmäßig durchströmt werden, um eine lokale Verarmung der Reaktionsspezies aufgrund zu langer Verweilzeiten in der Elektrode zu vermeiden. Ein Überschreiten des Verweilzeitmaximums würde zu einer Minimierung der Stromdichte über die Elektrodenfläche führen und damit zu einer Minderung der Leistungsperformance und der Effizienz der Batterie. Das Lösungsmittel, in dem die Elektrolyte gelöst sind, ist entweder eine anorganische oder organische Säure, z. B. Schwefelsäure. Als Redoxpaare sind Verbindungen aus Vanadium, Eisen, Chrom, Zink, Brom oder Titan bekannt, wobei übliche Paarungen, z. B. V/V, Fe/Cr oder Zn/Br sind.
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Aufgrund der Viskosität des säurebasierten Elektrolyten ist ein nicht zu unterschätzender Pumpaufwand nötig, um den Elektrolyten durch die poröse Filz- oder Vlieselektrode zu pumpen. Um den Strömungswiderstand zu minimieren ist ein möglichst homogener Fluss mit im Optimalfall minimaler Strömungsgeschwindigkeit bei gerade maximaler Verweilzeit des Elektrolyten durch die Elektrode wünschenswert. Für gewöhnlich wird jedoch im Betrieb eine um ein Vielfaches höhere Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, um durch Überschreitung der maximalen Verweilzeit Inomogenitäten in der Durchströmung zu vermeiden. Die Einstellung eines homogenen Strömungsprofils ist jedoch bei bekannten Batterien, insbesondere bei relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit, kaum möglich. Dies resultiert aus der Ausgestaltung der Zuführ- und Abführkanäle, also der Einlässe und Auslässe, über die der Elektrolyt der Elektrode zu- respektive von der Elektrode abgeführt wird. Hier kommt es für gewöhnlich aufgrund von Druckgradienten zu unterschiedlichen Strömungsverteilungen und Geschwindigkeiten innerhalb der Elektrode und zu ungewünschten Bypassströmungen.
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Die Elektrode ist meist in einem geschlossenen Elektrodenrahmen eingeschlossen, der hierzu eine entsprechende, üblicherweise recht- oder viereckige Durchbrechung aufweist, in die die Elektrode eingesetzt ist. Stirnseitig an den Rahmeninnenrändern sind, aneinander gegenüberliegend, im einfachsten Fall je ein zentraler Zuführkanal und ein zentraler Abführkanal in Form einfacher Bohrungen vorgesehen, die von dort zu entsprechend weiterführenden Kanalabschnitten führen. Hier wird also quasi, bezogen auf die Längsseite der Elektrode, der Elektrolyt punktuell zugeführt respektive abgeführt, sodass sich ein stark inhomogenes Druck- bzw. Geschwindigkeitsprofil, mithin also ein inhomogenes Strömungsprofil ergibt. Eine Verbesserung wird dadurch erreicht, dass, gesehen über die Länger der Rahmeninnenseite, verteilt mehrerer solcher Bohrungen, also punktueller Zuführ- und Abführkanäle ausgebildet werden, gegebenenfalls in Verbindung mit aufgesetzten Gittern oder ähnlichem, um auf diese Weise einen künstlichen Strömungswiderstand aufzubauen, der größer als der der Filz- oder Vlieselektrode ist. Damit baut sich ein einigermaßen gleichmäßiger Druck im Zuführkanal und innerhalb der Elektrode vor dem Abführkanal auf. Der Strömungsdurchfluss wird nicht durch die Elektrode dominiert, sondern durch den Druckaufbau des künstlich eingebrachten Strömungswiderstands. Um eine möglichst homogene Durchströmung zu gewährleisten ist jedoch eine Variation der Größe von Zuführ- und Abführkanälen, also der Öffnungen, entlang der Rahmeninnenseiten erforderlich, wie auch eine möglichst hohe Öffnungsanzahl, was die Fertigung sehr aufwendig macht. Nur bei einer hohen Anzahl von im Querschnitt unterschiedlichen Kanalöffnungen ist eine Homogenität zumindest näherungsweise erreichbar.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Redox-Flow-Batterie anzugeben, die einfach aufgebaut respektive herstellbar ist und ein weitgehend homogenes Strömungsprofil des Elektrolyten über die Elektrode ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Redox-Flow-Batterie der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Zuführkanal längs der Durchbrechung erstreckt und sich sein Strömungsquerschnitt vom einen zum anderen Ende hin kontinuierlich verringert.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der entlang der Rahmeninnenseite über seine gesamte Länge hin offene Zuführkanal durch einen über seine Länge kontinuierlich abnehmenden Strömungsquerschnitt aus. Das heißt, er verläuft nicht geradlinig und parallel zur Rahmeninnenkante, sondern, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, schräg oder gegebenenfalls auch längs einer leichten Bogenlinie. Unabhängig von der konkreten Geometrie ergibt sich jedoch eine permanente Verringerung des Strömungsquerschnitts, also eine Verringerung bzw. Verschmälerung des Einlasskanals. Im Idealfall bildet diese Veränderung des Strömungsquerschnitts den Volumenverlust durch Übertritt des Elektrolyten in das Vlies für eine homogene Durchströmung ab. Die Vlieselektrode stellt einen Strömungswiderstand dar, wobei sich durch diese Querschnittsverringerung in Verbindung mit dem gegebenen Strömungswiderstand die Druckvereinheitlichung erreichen lässt. Das heißt, dass sich durch eine Anpassung der Kanalgeometrie letztlich die sich aus der nur an einem Ende erfolgenden Zuströmung in den längs der Innenkante des Rahmens verlaufenden Kanal ergebenden Druckunterschiede weitestgehend ausgeglichen werden könne, sodass sich, gesehen über die gesamte Kanallänge und damit auch die gesamte, stirnkantenseitige Einströmfläche in die Filz- oder Vlieselektrode eine homogene Strömungsverteilung respektive Durchströmung mit nahezu isobarem Einströmdruck ergibt. Aus der Querschnittsvariation respektive letztlich dem Schmälerwerden des Zuströmkanals mit zunehmender Kanallänge wird der mit zunehmender Kanallänge absinkende Druck des einströmenden Elektrolyts lokal erhöht, worüber die Druckhomogenisierung erreicht wird, sodass der Elektrolyt über die gesamte Kanallänge nahezu isobar in die Elektrode eintritt.
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Der Kanal selbst ist vorzugsweise als längslaufende Nut ausgeführt, die nicht parallel zur Rahmeninnenseite oder Innenkante verläuft. Diese über die gesamte Kanallänge laufende Nut kann auf einfache Weise in den Rahmen, der vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, eingebracht werden. Sie weist einen runden oder rechteckigen Querschnitt auf, je nachdem, wie die Nut nun konkret hergestellt wird. Eine Alternative ist es, sie mittels eines von einer äußeren Rahmenstirnseite her eingeführten Bohrers auszubohren, wobei durch entsprechende winklige Anstellung des Bohrers der Kanalwinkel eingestellt wird. In diesem Fall bildet sich eine im Querschnitt gerundete Nut aus. Denkbar ist es aber auch, nachdem insbesondere bei größeren Rahmen mit Seitenlängen von mehreren 10 cm bis hin zu ca. 80–100 cm eine hinreichend große, die Elektrode aufnehmende Durchbrechung gegeben ist, die Nut mittels eines Stirnfräsers unmittelbar innenkantenseitig auszufräsen, sodass sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt. Der Rahmen selbst ist wie beschrieben vorzugsweise aus Kunststoff, wobei hierfür jeder säurebeständige und nicht leitende Kunststoff verwendet werden kann. Lediglich exemplarisch sei PVC genannt.
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Wie beschrieben variiert der Zuführkanal im Strömungsquerschnitt, er nimmt kontinuierlich von einem Ende zum anderen hin ab. Ist der Kanal als längslaufende, über die gesamte Länge hin offene Nut ausgeführt, so steigt folglich der Nutboden von einem Ende zum anderen Ende hin etwas an, verläuft also unter einem Winkel. Dabei kann die Nut geradlinig unter einem gleichbleibenden Winkel verlaufen, das heißt, dass sich eine lineare Querschnittsverringerung ergibt. Der Nutgrund verläuft also nicht parallel zur Innenkantenebene, jedoch geradlinig. Alternativ ist es auch möglich, die Nut unter einem sich über die Nutlänge ändernden Winkel auszuführen. Dies ermöglicht es, den Nutgrund gemäß einer leichten Bogenbahn mit sich änderndem Winkel auszuführen, also beispielsweise von einem kleineren Winkel im Bereich des Kanaleingangs zu einem größeren Winkel zum Ende hin auszugestalten. Hierüber kann wiederum eine gezielte Beeinflussung des Druckprofils und damit auch des Strömungsprofils erreicht werden.
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Ganz grundsätzlich sollte der Winkel ≤ 5° sein. Je nach Ausgestaltung der Nut weist er einen innerhalb dieses Intervalls liegenden konstanten Winkel auf, oder er variiert innerhalb des Intervalls zwischen 0°–5°. Bevorzugt sollte der Winkel zwischen 0,1°–3° liegen.
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Da zum Ende des Zuführkanals hin der Druck am stärksten absinkt, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Strömungsquerschnitt am Kanalende innerhalb eines verglichen mit der Kanallänge kurzen, maximal 10% der Kanallänge betragenen Kanalstücks ausläuft. Das heißt, dass sich hier der Kanalquerschnitt deutlich stärker ändert, verglichen mit der wesentlichen Kanallänge. Er läuft letztlich auf einen Strömungsquerschnitt von 0 aus, das heißt, dass die Nut in die Ebene der Rahmeninnenkante läuft.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den Anschluss für eine Zuführ- respektive Abführleitung des jeweiligen Elektrolyten, also die Verbindungselemente zum Zuführ- respektive Abführkanal in geradliniger Verlängerung des jeweiligen Kanals vorzusehen. Zweckmäßig ist es jedoch, diese an den Flachseiten des Elektrodenrahmens anzubringen. Zu diesem Zweck kann ein an der Flachseite des Elektrodenrahmens mündender, senkrecht in den Zuführkanal und/oder Abführkanal laufender Kanalabschnitt vorgesehen sein. Das heißt, dass letztlich rahmenseitig eine Querbohrung vorgesehen ist, die von der Flachseite aus in den Zuführ- respektive Abführkanal läuft.
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Sind mehr als zwei Zellen vorgesehen, so besteht die Möglichkeit, durch geeignete Ausgestaltung der Elektrodenrahmen den Elektrolytfluss quasi mäanderförmig durch die einzelnen Halbzellen zirkulieren zu lassen. Zu diesem Zweck ist bei einer Batterie vorgesehen, dass, wenn sie aus mehr als zwei Zellen besteht, an jedem Elektrodenrahmen wenigstens eine beidseits in den Flachseiten mündende Kanaldurchbrechung ausgebildet ist, die mit entsprechenden Kanalabschnitten des benachbarten Elektrodenrahmens kommuniziert, derart, dass ein von einem Abführkanal und dem anschließenden Kanalabschnitt abgeführter Elektrolyt in die anschließende Kanaldurchbrechung des benachbarten Elektrodenrahmens und von dort in den Kanalabschnitt, der in den Zuführkanal des wiederum benachbarten Elektrodenrahmens mündet, strömt. Das heißt, dass letztlich der Elektrolyt durch die mehreren, die einzelnen Zellen respektive Halbzellen bildenden Elektrodenrahmen geführt wird und von einem Abführkanal über die Kanaldurchbrechung des nächsten Elektrodenrahmens, der die Halbzelle enthält, durch die der andere Elektrolyt zirkuliert, in die wiederum benachbarte Halbzelle der nächsten Zelle geführt wird und dort über den Zuführkanal einströmt. Da Zuführkanal und Abführkanal einander gegenüberliegend sind, ergibt sich folglich eine Art mäandernder Elektrolytstrom durch den Zellenstapel, der entsprechend groß und eine Vielzahl von Zellen enthaltend ausgelegt werden kann.
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Alternativ zu der Ausgestaltung, den Elektrolytstrom quasi durch die Rahmen zu führen, besteht die Möglichkeit, die Zuführ- und Abführkanäle in den Stirnseiten der Elektrodenrahmen münden zu lassen. Dies ermöglicht es, stirnseitig an den Elektrodenrahmen Leitungen anzuschließen, über die der Elektrolyt von Zelle zu Zelle geführt wird.
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Um einen möglichst kompakten Rahmenstapel ausbilden zu können kann jede Halbzelle eine stromdichte Platte aufweisen, wobei jeder Halterahmen an jeder Flachseite eine die Durchbrechung umlaufende Aufnahmevertiefung zur Aufnahme der Platte aufweist. Zwei solche Vertiefungen benachbarter Halterahmen ergänzen sich und entsprechen letztlich der Dicke der stromdichten Platte, die darin quasi formschlüssig aufgenommen ist. Die Halterahmen liegen flächig aufeinander, sodass sich, wenn die Ausgestaltung vorsieht, den Elektrolyten durch die Rahmen zu führen, auch die benötigte Dichtheit ergibt, wobei selbstverständlich entsprechende Dichtungen zwischen den Rahmen gesetzt werden können, sofern erforderlich. Die stromdichte Platte ist beispielsweis aus Graphit oder Eisen.
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Sämtliche Ausführungen hinsichtlich der Ausgestaltung des Zuführkanals respektive der Kanalgeometrie gelten gleichermaßen auch für den Abführkanal, denn es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, auch den Abführkanal in entsprechender Weise mit sich von einem Kanalende zum anderen Kanalende verringerndem Strömungsquerschnitt auszugestalten, wobei jedoch die Querschnittsverringerung in umgekehrter Richtung wie die des Zuführkanals verläuft.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie,
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2 eine Prinzipdarstellung eines Elektrodenrahmens mit schrägverlaufenden Zuführ- und Abführkanälen,
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3, 4 eine Prinzipschnittdarstellung durch den Zuführkanal im Bereich des Kanaleintritts zur Filz- oder Vlieselektrode (3) sowie im Bereich des Kanalendes (4) zur Darstellung der Veränderung des Strömungsquerschnitts,
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5 eine Perspektivansicht eines Rahmenteils aus 2, und
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6 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie zur Darstellung der unterschiedlichen Elektrolytströme.
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1 zeigt in Form einer Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie 1, hier umfassend zwei Zellen 2, die jeweils aus zwei Halbzellen 3, 4 bestehen. Jede Halbzelle 3, 4 umfasst einen Elektrodenrahmen 5, 6, die jeweils eine zentrale Durchbrechung 7, 8 aufweisen, in die jeweils eine Filz- oder Vlieselektrode 9, 10 die Durchbrechung 7, 8 quasi vollständig ausfüllend eingesetzt wird. Die Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 sind jeweils rückseitig von einer stromdichten Platten 11, 12 übergriffen und gegengelagert. In der Explosionsansicht sind die Filz- oder Vlieselektroden 9 nicht sichtbar jeweils hinter der entsprechenden stromdichten Platte 11, wobei die stromdichte Platte, die zwischen den Halbzellen 4 und 3 im Übergang von der einen Zellen 2 zur anderen Zelle 2 angeordnet ist, eine Doppelfunktion hat. An ihr liegt sowohl die Filz- oder Vlieselektrode 10 der Halbzelle 4 der ersten, links gezeigten Zelle 2 auf, wie an der Rückseite die Filz- oder Vlieselektrode 9 der Halbzelle 3 der zweiten, rechts gezeigten Zelle 2.
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Zwischen jeweils zwei Halterahmen 5, 6, zwei Halbzellen 3, 4 trennend, ist jeweils eine permeabel Membran 13 angeordnet, die die beiden Halbzellen 3, 4 voneinander trennt, jedoch für sich durch Reaktion eines Elektrolyten, der die Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 durchströmt, bildende Reaktionsprodukte, also Ionen, permeabel ist. Die Membran verhindert jedoch eine Vermischung der beiden Elektrolyte.
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An die jeweils außenliegenden stromdichten Platten 11, 12 schließt sich jeweils eine Kupferelektrode 14, 15 an, die außenseitig wiederum von einem Halterahmen 16, 17 abgestützt ist. Zur Kompaktierung der Batterie 1 weisen sämtliche Rahmen 5, 6, 16, 17 entsprechende Bohrungen 18 auf, durch die entsprechende Gewindestangen geführt werden, die sodann außenseitig über Muttern verspannt werden.
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Das Funktionsprinzip einer solchen Redox-Flow-Batterie beruht darauf, dass durch die Halbzellen jeweils unterschiedliche Elektrolyte strömen, wobei es an der Filz- oder Vlieselektrode zu einer Reaktion kommt. Über die jeweilige Membran erfolgt sodann der Ionenaustausch. Wesentlich für den Wirkungsgrad respektive die Performance der Batterie ist die Durchströmung der jeweiligen Halbzelle. Diese soll möglichst homogen sein, sodass eine lokale Verarmung der Reaktionsspezies vermieden wird.
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Um dies zu erreichen ist bei den erfindungsgemäßen verwendeten Elektrodenrahmen zumindest der Zuführkanal in besonderer Weise ausgestaltet, gegebenenfalls aber auch der Abführkanal, wie sich aus den 2 und 3 ergibt.
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2 zeigt exemplarisch einen Elektrodenrahmen 5, gleichermaßen aufgebaut ist natürlich der Elektrodenrahmen 6. Er besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, ist also als Kunststoffspritzgussbauteil ausgeführt, beispielsweise aus PVC, wobei dies lediglich exemplarisch ist. Vielmehr kann jedweder säurebeständige und nicht leitende Kunststoff verwendet werden. Wie ausgeführt ist rahmenmittig die Durchbrechung 7 realisiert, in welcher hier die Filz- oder Vlieselektrode 9 angeordnet ist. 2 zeigt letztlich eine Schnittansicht durch den Elektrodenrahmen 5 zur Darstellung der Position und insbesondere Geometrie der Zuführ- und Abführkanäle.
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Wie 2 zu entnehmen ist, befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der Zuführkanal 19 an der rechten Innenseite 21a des Halterahmens, der Abführkanal 20 befindet sich an der gegenüberliegenden linken Innenseite 21b des Halterahmens 5. Jeder Kanal ist zum Inneren der Durchbrechung 7 hin offen, mithin also zur Filz- oder Vlieselektrode 9, die unmittelbar mit ihrer Seitenkante 22a am Zuführkanal 19 respektive 22b am Abführkanal 20 anschließt. Sie bildet, was die Seitenkante 21a respektive den Zuführkanal 19 angeht, einen Strömungswiderstand.
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Um nun sicherzustellen, dass sich der über den Zuführkanal 19, wie durch den Pfeil P1 angedeutet, zugeführte Elektrolyt gleichmäßig, also mit homogener Verteilung und mit homogenem Druck über die Stirnkante 22a in die Filz- oder Vlieselektrode einströmt und diese durchströmt (siehe die gestrichelten Pfeile P2) nimmt der Querschnitt des Zuführkanals 19 vom Eintrittsende zum gegenüberliegenden Ende hin ab. Dies ergibt sich anschaulich anhand der 3, 4, wo zwei Schnittansichten durch den Zuführkanal 19 gezeigt sind, die an unterschiedlichen Kanallängspositionen liegen. Wie aus diesen Schnittansichten zu entnehmen ist, ist jeder Zuführkanal 19 mittels einer Nut 23 gebildet, die in die Innenseite 21a des Rahmens 5 eingebracht ist. Diese kann von der Seite her (also entsprechend der Richtung des Pfeils P1) eingebohrt sein, unter Verwendung eines entsprechend langen Bohrers, der so geführt wird, dass sich die zur Durchbrechung 7 hin offene Nutgestaltung ergibt. Sie kann alternativ auch mittels eines Stirnfräsers, der von der Innenseite 21a her, also von Seiten der Durchbrechung 7 kommend, aufgesetzt wird, erzeugt werden.
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3 zeigt eine Nutgeometrie mit einem runden Nutgrund 24. Ersichtlich ist der Nutverlauf über die Kanallänge nicht konstant, das heißt, die Nut 23 verläuft nicht parallel zur Innenseite 21a des Rahmens, sondern unter einem Winkel hierzu.
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Dieser Winkel α ist in 2 gezeigt. Das heißt, dass im gezeigten Beispiel der Bohrer zur Bildung des Zuführkanals 19 leicht gewinkelt angesetzt wird, sodass also schräg eingebohrt wird.
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Dies führt dazu, dass sich ersichtlich der Strömungsquerschnitt des Kanals über die Kanallänge hin ändert. Wie 3 zeigt, ist im Bereich des vorderen Kanalendes, wo also der Elektrolytzufluss erfolgt, ein größerer Strömungsquerschnitt Q1 gegeben, als im Bereich des hinteren Endes, wie 4 mit dem Strömungsquerschnitt Q2 zeigt. Das auslaufende Ende des Zuführkanals 19 ist im hinteren Kanalabschnitt 40 stark schräg ansteigenden ausgeführt, es mündet an der benachbarten Rahmeninnenseite 21a.
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Über diese schräg verlaufende Ausrichtung des Nutgrunds 24 respektive die Variation des Kanalquerschnitts und damit Strömungsquerschnitts wird nun erreicht, dass der sich ergebende Druckverlust, den der Elektrolyt beim Durchströmen über die Kanallänge erfährt, kompensiert wird. Durch die winkelige Führung respektive den Winkel α wird der mit steigender Kanallänge absinkende Druck des Elektrolyts lokal erhöht, wodurch der Elektrolyt über die gesamte Länge des Zuführkanals 19 nahezu isobar in die Filz- oder Vlieselektrode 9 eintritt. Durch eine entsprechende Wahl des Winkels und letztlich natürlich auch der Tiefe der Nut 23 kann folglich eine Veränderung des freien Strömungsquerschnitts erreicht werden, die den Volumenverlust durch den Über- bzw. Austritt des Elektrolyten in die Filz- oder Vlieselektrode 9 für eine homogene Durchströmung abbildet.
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Wenngleich in den 2, 3 und 4 die Querschnittsreduzierung linear erfolgt, da die Nut 23 eine geradlinig verlaufende Nut ist, ist es denkbar diese auch leicht gebogen auszuführen, dass sich folglich die Querschnittsverringerung vom Kanalanfang zum Kanalende hin etwas vergrößert, wenn dies aus strömungsmechanischen Gründen erforderlich ist. In diesem Fall wäre es erforderlich, die Nut zu fräsen.
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Wie ausgeführt und nachfolgend noch bezüglich 6 beschrieben, ist es erforderlich, den jeweiligen Elektrolyten von einer Halbzelle zur zugehörigen nächsten Halbzelle zu führen, wenn die Batterie aus einer Vielzahl hintereinander geschalteter Zellen 2 besteht. Um dies zu ermöglichen sind an den einzelnen Halterahmen 5, 6 entsprechende Vorkehrungen getroffen, um den Elektrolyten zu leiten.
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5 zeigt eine Perspektivansicht wiederum beispielsweise des Halterahmens 5. Gezeigt ist der Zuführkanal 19 sowie der Abführkanal 20. Wie 5 zeigt, laufen beiden Kanäle 19, 20 um jeweils ein kurzes Stück als Kanalbohrung 25, 26 durch das Material des Halterahmens 5 und münden sodann in jeweils eine Kanaldurchbrechung 27, 28, die an der jeweiligen Flachseite 29, 30 des Halterahmens 5 mündet. Das heißt, dass ein Zustrom des jeweiligen Elektrolyten respektive Abstrom in einer Richtung senkrecht zur Durchströmungsrichtung der hier nicht gezeigten Filz- oder Vlieselektrode 9 möglich ist.
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Da der beispielsweise über den Abführkanal 20 abgezogene Elektrolyt nicht unmittelbar in der nächsten Halbzelle wieder einzuspeisen ist, sondern erst in der übernächsten, der benachbarten Zelle 2 zugeordneten Halbzelle, ist es erforderlich, den Elektrolyten quasi um die unmittelbar benachbarte Halbzelle herumzuführen und der übernächsten Halbzelle zuzuführen. Zu diesem Zweck ist an jedem Halterahmen 5 (gleiches gilt bezüglich des Halterahmens 6) eine ihn durchsetzende Kanaldurchbrechung 31 vorgesehen. Diese kommuniziert in der Montagestellung mit einem an der einen Seite und einem an der anderen Seite befindlichen Halterahmen (im vorliegenden Fall einem Halterahmen 6), wobei sie in einem Fall mit einem Kanalabschnitt 28 und im anderen Fall mit einem Kanalabschnitt 27 kommuniziert. Über den Kanalabschnitt 28 strömt der von der benachbarten Halbzelle abgezogene Elektrolyt in die Kanaldurchbrechung 31 und über diese in den Kanalabschnitt 27 des Zuführkanals 19 des wiederum benachbarten Halterahmens. Auf diese Weise ist es also möglich über jeweils einen Halterahmen die Halbzelle zu überbrücken, um den hier nicht erforderlichen Elektrolyten zur benachbarten Halbzelle zu führen.
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Dieser mäandernde Elektrolytfluss ist exemplarisch in 6 gezeigt. Gezeigt sind hier insgesamt vier Zellen 2, jeweils bestehend aus einer Halbzelle 3 und einer Halbzelle 4 umfassend jeweils einen Elektrodenrahmen 5, 6 nebst Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 und einer stromdichten Platte 11, 12, der Aufbau entspricht also dem wie in 1 gezeigt.
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Endseitig sind zwei Halterahmen 16, 17 vorgesehen, die auch als Endplatten ausgeführt sein können und den Batterieblock abschließen. Nicht näher gezeigt sind die Verbindungsstangen nebst Schrauben etc.
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Lediglich exemplarisch sind an den endständigen Halterahmen 16, 17 entsprechende Anschlussmittel 32, 33 bzw. 34, 35 vorgesehen, die dem Anschluss entsprechender zu- und abführender Leitungen dienen, über die der benötigte Elektrolyt zugeführt wird. Gezeigt ist ferner ein erster Tank 36, in dem der Elektrolyt E1 aufgenommen ist, sowie ein zweiter Tank 37, in dem der Elektrolyt E2 aufgenommen ist. Der Tank 36 ist mit dem Anschluss 32 verbunden. Am gegenüberliegenden Batterieende ist am Anschluss 35 die Rückführleitung 38 angeschlossen, die den hier den Batterieblock verlassenden Elektrolyten wieder zum Tank 36 zurückführt.
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In entsprechender Weise ist am Anschluss 34 der Tank 37 mit dem Elektrolyten E2 angeschlossen. Am gegenüberliegenden Anschluss 33 ist in entsprechender Weise eine Rückführleitung 39 angeschlossen, die den hier abgezogenen Elektrolyten E2 wieder zurückführt. Nicht gezeigt sind entsprechende Pumpen, die den Elektrolyten E1, E2 fördern und sicherstellen, dass der Elektrolyt auch mit der hinreichenden Strömungsgeschwindigkeit respektive dem hinreichenden Druck zugeführt wird.
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Die unterschiedlichen Elektrolytströme sind in 5 einerseits für den Elektrolyten E1 mit der durchgezogenen Linie und für den Elektrolyten E2 mit der gestrichelten Linie dargestellt. Der Elektrolyt E1 strömt zunächst in respektive durch die endseitigen Halterahmen 16 und tritt über einen Kanalabschnitt 27 in den Zuführkanal 19 des Halterahmens 5 der ersten Halbzelle 3 der links gezeigten Zelle 2 ein. Er durchströmt die Filz- oder Vlieselektrode und wird über den Abführkanal 20 abgezogen. Über den Kanalabschnitt 28 strömt er in die Kanaldurchbrechung 31 des benachbarten Elektrodenrahmens 6 der Halbzelle 4 der linken Zelle 2. Er strömt durch diesen Halterahmen 6 und tritt in den Kanalabschnitt 27 des Elektrodenrahmens 5 der Halbzelle 3 der zweiten Zelle 2 ein und von dort in den Zuführkanal 19. Nach durchströmen des Filz- oder Vlieselektrode tritt er in den Abführkanal 20 dieses Halterahmens 5 ein und über den dort vorgesehen Kanalabschnitt 28 in die Kanaldurchbrechung 31 der wiederum benachbarten Halterahmen 6 der Halbzelle 4 der zweiten Zelle 2, usw. Insgesamt ergibt sich so ein quasi mäandernder Fluss des Elektrolyten E1.
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In entsprechend umgekehrter Weise ist der Strom des Elektrolyten E2. Dieser tritt zunächst durch den endseitigen Halterahmen 17 und von dort in den entsprechenden Kanalabschnitt 27 des Halterahmens 6 der Halbzelle 4 der rechten Zelle 2. Er strömt in den Zuführkanal 19, durchströmt die Elektrode und tritt über den Zuführkanal 20 wieder aus. Über den Kanalabschnitt 28 gelangt er sodann in die Kanaldurchbrechung 31 des Elektrodenrahmens 5 der Halbzelle 3 der rechten Zelle 2 und tritt durch diesen Halterahmen 5 hindurch in den Kanalabschnitt 27 des wiederum benachbarten Halterahmens 6 der Halbzelle 4 der zweiten Zelle 2, gesehen von rechts. Ersichtlich ergibt sich auch hier ein insgesamt mäandernder Elektrolytstrom durch sämtliche Zellen, wobei auch hier der Elektrolyt E2 nur durch die Halbzellen strömt, durch die er strömen muss, nämlich hier die Halbzellen 4, während er um die Halbzellen 3 herumgeschleust wird. In entsprechender Weise strömt der Elektrolyt E1 nur durch die Halbzellen 3, während er um die Halbzellen 4 herumgeschleust wird.
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Wie beschrieben, kann eine Batterie 1 eine beliebige Vielzahl von solchen Zellen 2 besitzen, die auch in ihrer Größe variieren können. So sind Elektrodengrößen von 10 × 10 cm wie aber auch Elektrodengrößen von 80 × 80 cm denkbar.
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Wenngleich in 2 auch der Abführkanal 20 die entsprechende Kanalgeometrie wie der Zuführkanal 19 aufweist, ist es jedoch nicht erforderlich, auch den Abführkanal 20 so auszugestalten. Vielmehr ist es dort denkbar, eine gerade, ihren Strömungsquerschnitt nicht verändernde Nut zur Bildung des Abführkanals 20 vorzusehen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.