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Dichte Sekundärzelle mit Rekombinationskammer
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Kammer ein Volumen aufweist, das bei einer im Inneren der Kammer auftretenden Explosion die Zerstörung der Kammerwände hintanhält und die Drosselplatte dicht angeordnete Löcher aufweist, durch welche Gase, die durch die Röhrchen strömen, in die innere Kammer zur Rekombination gelangen.
Zum genauen Verständnis der Erfindung sollen nun beispielsweise und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein schematischer Querschnitt einer Bleizelle mit einer erfindungsgemässen Rekombinationsvorrichtung ; Fig. 2 bis 6 sind Querschnitte ähnlicher Art wie Fig. 1 von abgewandelten Konstruktionen ; Fig. 7 ist ein Grundriss eines Teiles einer Alternativform einer druckstossdämpfenden Drosselplatte ; Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII von Fig. 7 ; Fig. 9 ist ein Grundriss einer andern Alternativform einer druckstossdämpfenden Drosselplatte ; Fig. 10 ist ein Schnitt nach der Linie X-X von Fig. 9 ;
Fig. 11 ist ein Grundriss einer weiteren Alternativform einer druckstossdämpfenden Drosselplatte, und Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie MI-XI von Fig. ll.
Die Rekombinationsvorrichtung ist im Gebrauch über einer Zelle oder einem Zellenbecher montiert ; besteht eine Batterie aus einer Anzahl von Zellen, so ist für jede Zelle eine Rekombinationsvorrichtung vorhanden, da es wichtig ist, das durch Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff einer bestimmten Zelle gebildete Wasser wieder in die gleiche Zelle zurückkehren zu lassen, um den Elektrolytspiegel im wesentlichen konstant zu halten.
Gemäss Fig. 1 weist die Rekombinationsvorrichtung ein druckfestes Gehäuse--l-auf, dessen eines Ende sich z. B. mittels Schrauben --3-- oben an einem Zellenbecher-2-anschliessen lässt,
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Rekombinationskammer, und ein weiter unten beschriebener Katalysator ruht in einer inneren Kammer - -10--, deren Volumen so gewählt ist, dass die maximale Kraft jeder eventuell in der Innenkammer vorkommenden Explosion unterhalb jener Kraft liegt, die notwendig wäre, um irgendeinen Teil der Wände der Innenkammer zu zerreissen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Innenkammer von der Rekombinationskammer durch eine perforierte druckstossdämpfende
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aufweisen, 36 solcher Löcher finden auf einem Quadratzentimeter der Oberfläche der Drosselplatte Platz. In der Innenkammer --10-- ruht ein Rekombinationselement --12-- und hat einen Katalysator zugeordnet, der die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff chemisch beschleunigen kann. Das auf einem Zentralträger --13-- ruhende Rekombinatioselement --12-- besteht aus einem Block aus perforiertem keramischen Material, z. B. gesinterter Tonerde, mit einem Überzug eines Katalysators, wie z. B. Palladium, Platin oder irgendein anderes geeignetes, bekanntes Material, wie z. B.
Vanadiumpentoxyd, das im Stande ist, die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu beschleunigen. Das keramische Material ist besonders nützlich, da es gegen die Gase und das aus ihnen gebildete Wasser chemisch inert und sehr wärmefest ist. Der Block --12-- besitzt Löcher --12a--, die den Löchern --9a-- in der Platte --9-- vergleichbar sind und als Gaskanäle wirken. Eine Heizvorrichtung --14-- ist vorzugsweise unterhalb des Blockes --12-- vorgesehen, um die Aufwärtsströmug von Gasen durch die Kanäle zu begünstigen und die Oberfläche des Katalysators trocken zu halten.
Der Katalysator kann am Block --12-- und im Inneren der Kanäle-12a-in irgendeiner üblichen Weise aufgetragen werden, beispielsweise durch einen Tauchprozess, wobei die Oberfläche der Tonerde rauh, aber nicht absorbierend ist, so dass sich der Katalysator an den Flächen verankert und dadurch eine sehr grosse Kontaktfläche für die Gase bildet. Ausserdem nähert die Heizvorrichtung - die Gastemperatur mehr der Rekombinationstemperatur an, ohne sie bis auf einen Entflammungspunkt anzuheben.
Von der Abschlussplatte-8-hängt ein Zylinder --4-- herab und gestattet durch Öffnungen --5-- das Eintreten von Wasserstoff-und Sauerstoffgas, das von der Zelle-2abgegeben wird, in den Zylinder, verhindert jedoch den Zutritt von Elektrolyt in denselben.
Röhrchen - -6, 7-- stellen die Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders --4-- und der unteren
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Kammer --11-- her, und zumindest die Röhrchen-6-erstrecken sich über die Innenseite der Abschlussplatte-8-hinaus, um von der Zelle abgegebenes Wasserstoff-und Sauerstoffgas in die untere Kammer --11-- eintreten zu lassen und zu verhindern, dass Wasser, das an der Abschlussplatte - -8-- herunterfliesst, um durch das Röhrchen --7-- in die Zelle zurückzukehren, in die Röhrchen --6-- eindringt.
Im Betrieb treten Wasserstoff-und Sauerstoffgase, die in der Zelle --2-- freigesetzt werden, in den Zylinder --4-- ein und strömen dann durch die Röhrchen --6-- in die untere Kammer Aus der unteren Kammer --11-- wandern die Gase durch die Kanäle -9a-- in die innere Kammer-10--, die, wie bereits erwähnt, ein relativ kleines Volumen aufweist, das so gewählt ist, dass die innere Kammer stets nur eine so geringe Menge von Wasserstoff-und Sauerstoffgas enthalten kann, dass eine eventuell eintretende spontane Verbrennung nicht genug Kraft entwickelt, um die Kammer zu zerstören. Die druckstossdämpfende Drosselplatte dämpft jeden Druckstoss ab, wenn
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der inneren Kammer befindet, können ihn die reagierenden Gase von allen Seiten ungehindert umströmen.
Kommen die in der inneren Kammer --10-- gemischten Wasserstoff- und Sauerstoffgase mit dem am Kombinationselement --12-- befindlichen Katalysator in Berührung, so fmdet die Rekombination zu Wasser statt und der heisse Wasserdampf steigt durch die Kanäle-12a--auf und kondensiert am kühlen gehäuse --1--. Die Konvektionsströmung durch das Element --12-- zieht kühle und unkombinierte Gase zwecks Rekombination in das Element-12- ; ist die Heizung - vorhanden, so verstärkt sie die Aufwärtsströmung der Gase und hält gleichzeitig die Oberflächen des Katalysators trocken.
Eine zwischen der druckstossdämpfenden Drosselplatte --9-- und der Abdeckplatte-8angeordnete schlüsselförmige Lenkwand-15-leitet das im Gehäuse gebildete Wasser auf die Abdeckplatte --8-- und schützt die Röhrchen --6-- gegen Eintropfen von Wasser von der Drosselplatte --9-- her. Das an der Innenseite des Gehäuses--l-kondensierende Wasser fliesst an der Innenwand des Gehäuses --1-- entlang herunter auf den Umfangsabschnitt der Drosselplatte - -9--, doch kann auch etwas Wasser vom Element --12-- her auf die Drosselplatte-9tropfen ;
dieses Wasser fliesst durch die Löcher-9a-auf den Teil--15--, der den grössten Teil davon sammelt und es durch ein Zentralloch --16-- dem Röhrchen --7-- zuleitet. Das durch den Umfangsabschnitt der platte --9-- tretende Wasser tropft auf die Abdeckplatte --8-- und fliesst um die Röhrchen --6-- herum, die die Platte --8-- durchqueren, hinunter in das Röhrchen
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Jede der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten abgeänderten Formen der Vorrichtung besitzt eine druckstossdämpfende Drosselplatte --17-- ähnlich der oben beschriebenen Drosselplatte--9-sowie ein Rekombinationselement --18-- ähnlich dem oben beschriebenen Element-12-. Bei diesen Ausführungsformen jedoch ist das Element --18-- mit der platte --17-- ein stückig ausgebildet, und das Element --18-- bildet eine mittig angeordnete Nabe, die von der Drosselplatte - -17-- vorragt ; nur diese vorragende Nabe ist mit dem Katalysatormaterial überzogen. Auch bei diesen Ausführungsformen befindet sich die Heizung --14-- unterhalb der Drosselplatte --17-- in der zentralen Zone derselben.
Jede dieser Ausführungsformen besitzt eine sich nach oben verjüngende kegelstumpfförmige Leitwand-19--, die nicht nur das Wasser von den Röhrchen-6-fernhält, sondern auch die in der unteren Kammer --11-- aufsteigenden Gase zum Element-18hinlenkt.
Jede der abgewandelten Ausführungsformen von Fig. 3 und 4 enthält ein wasserablenkendes Element, das über dem Rekombinationselement --18-- angeordnet ist und verhindert, dass Wasser mit dem Katalysator in Berührung kommt. In Fig. 3 besteht dieses Element aus einer konischen
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hinunterläuft und von ihrem Rand weg auf den Umfangsabschnitt der Drosselplatte --9-- abseits des Rekombinationselementes--18--tropft.
In Fig. 4 hat eine zentrale Halterung --21-- oberhalb des Rekombinationselementes-18-
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Verbindung und ist daher heiss genug, um sicherzustellen, dass kein Wasserdampf an ihr kondensiert.
Wenn gewünscht, kann der Katalysator, anstatt ein Element-12 oder 18-- zu überziehen, auf einem Draht aus Katalysatormaterial bestehen, beispielsweise Draht aus metallischem Palladium oder
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zu vermitteln. Als andere Möglichkeit kann der Katalysator aus Kontaktkörpern, beispielsweise aus Tonerde, bestehen, die mit dem Katalysatormaterial überzogen sind und sich in einer in der Innenkammer --10-- gelagerten Schale mit Öffnungen in ihrem Boden befinden. Wenn gewünscht, kann man jedoch die Kontaktkörper auch in Form eines Blockes zusammenkleben, der oben an der Drosselplatte-9 oder 17-angebracht wird.
Die heizvorrichtung --14-- kann von jeder geeigneten Art sein ; beispielsweise kann sie aus einem elektrischen Widerstandselement bestehen, das mit dem Gleichstrom der Batterie gespeist wird, wobei die Heizung an den Batterieklemmen angeschlossen ist.
Das Gehäuse ist vollständig dicht und aus einem Material hergestellt, das dem im Gehäuse
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Ein (nicht eingezeichnetes) Sicherheitsventil kann vorgesehen werden, das im Falle des Ansteigens des Druckes in der oberen Kammer --10-- auf eine gefährliche Höhe öffnet und den Druck herabsetzt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die innere Kammer als Rohr-22ausgebildet, das mit Hilfe von vier Beinen --23-- in einem Abstand zur Abdeckplatte --8-- auf letzterer montiert ist. Das Rohr --22-- steht im Gehäuse --1-- aufrecht, und der Katalysator sitzt im Rohr --22-- zwischen druckstossdämpfenden Elementen-24, 25-, deren jedes eine Vielzahl
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--9a-- aufweist.Kanäle --12a-- aufgetragen, wie oben beschrieben. Das untere Element --24-- ruht auf einem Steg-27-am unteren Ende des Rohres--22--, und das obere Element --25-- ist vorzugsweise am oberen Ende des Rohres --22-- befestigt.
Gase aus der Zelle --2-- treten in die Rekombinationskammer zwischen den Beinen --23-- durch und durch die Kanäle-9a-der Elemente-24, 25- in die innere Kammer ein.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform hat das Gehäuse --1-- im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und weist einen Oberteil --28-- auf ; wie in Fig. 6 zu erkennen, wird die innere Kammer --10-- teilweise von angrenzenden Wänden des Gehäuses-l--und des Oberteiles --28-- und teilweise von innerhalb des Gehäuses --1-- angeordneten Wänden --29-- gebildet.
Mindestens eine der Wände --29-- besitzt eine Vielzahl enger Kanäle --9a-- in einem druckstossdämpfenden Element-30-. Der Katalysator ist auf Kontaktkörpern --31-aufgetragen, die auf einer Halterung --32-- in der inneren Kammer --10-- ruhen ; die Halterung --32-- kann elektrich geheizt werden, wie durch Drähte-33-schematisch angedeutet. Bei dieser Ausführungsform kann man ein im Normalzustand von einer Feder --35-- geschlossenes Ventil --34-- vorsehen, das beim Laden der Zelle geöffnet wird, wie in Fig. 6 dargestellt, damit Gase aus der Zelle --2-- durch die öffnung --36-- in der Abschlussplatte --8-- in die Rekombinationskammer eintreten können.
In der inneren Kammer --10-- gebildeter Wasserdampf entweicht durch die Kanäle --9a-- aus der inneren Kammer in die Rekombinationskammer, wo er kondensiert und das Kondenswasser über die Abdeckplatte --8-- durch die Öffnung --36-- in die Zelle--2--fliesst.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Alternativform eines druckstossdämpfenden Elementes, das aus keramischem Material hergestellt und mit einer Vielzahl von engen Kanälen-9a-versehen ist. Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen ein druckstossdämpfendes Element, bei welchem die engen Kanäle von einer Anzahl dünner platten --37-- gebildet werden, die von eingeschnittenen Teilen --38-- auf Distanz gehalten werden.
Die Fig. ll und 12 zeigen ein druckstossdämpfendes Element mit Glasperlen --39--, die von gewebten Kunststoffbahnen--40--eingeschlossen und in einem U-förmigen Rahmen --41-- angeordnet sind, der einen Deckel-42-besitzt, der nach dem Einsetzen der Bahnen --40-- und der Perlen --39-- in den Rahmen an letzterem festgeklebt wird. Die engen Kanäle werden von den Zwischenräumen der Glasperlen gebildet.
Da bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen die Rekombinationsvorrichtung vollkommen dicht ist, werden die Wasserstoff-und Sauerstoffgase zur Gänze rekombiniert und gehen nicht an die Atmosphäre verloren, sondern kehren als Wasser zurück, um den Elektrolytspiegel im wesentlichen
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