DE2050683B2

DE2050683B2 - Vorrichtung zur Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff in einem geschlossenen Akkumulator, der eine Katalysatorvorrichtung, bestehend aus einem Träger und einem Katalysator, enthält

Info

Publication number: DE2050683B2
Application number: DE2050683A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard L. Wayland Kreidl; Douglas Winchester Shooter
Original assignee: Oldham Crompton Batteries Ltd
Current assignee: Oldham Crompton Batteries Ltd
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2065988A5; ZA706916B; DE2050683A1; CH567805A5; JPS5034733B1; CA946590A; DK129884B; SE376514B; GB1315022A; DE2050683C3; DK129884C; NO135888B; AU2087770A; AT308866B; US3630778A; NO135888C

Description

3 4

mögen, welches die Rekombination von Gasen in mäßig die Temperatur der Außenoberfläche des einer sehr positiven Weise einleiten kann und für Katalysatormaterials so gesteuert, daß sie diese ooere kumulative Erwärmung des äußeren Körpers, der Grenze nicht überschreitet. Ein geeigneter Weg, die aus einem Katalysatormaterial von schwacher Akti- Höchsttemperaturgrenze festzusetzen, besteht dan vität besteht, sorgen kann. Durch Erhöhung der 5 die Temperatur zu bestimmen, die nicht uberscnriuen Temperatur des schwachaktiven Katalysatormaterials wird, wenn das Katalysatormaterial plötzlich etwa wird dieses befähigt, sogleich die Rekombination 4 Atmosphären stöchiometrischem Wasserstott una eines wesentlichen Teils der Gase, zumindest der Gase Sauerstoff ausgesetzt wird, wie hier irn weiteren unter an seinen äußeren Oberflächen, wirksam und sicherer Verweisung auf F i g. 10 dargelegt, einzuleiten und fortzuführen, als es durch den Kern io Die Erfindung und ihre weiteren Ausgestaltungen selbst erfolgen könnte, wenn er sich in direktem werden im folgenden an Hand der Zeichnung verKontakt mit der Hauptmasse der reaktionsfähigen anschaulicht. Es zeigt

Gase befände. Auf diese Weise sind der Kern und das F i g. 1 ein Schemabild eines Akkumulatorsystems,

äußere Katalysatormaterial in derart enger Ver- welches betrieben und periodisch wieder aufgeladen

bindung zueinander angeordnet, daß sie bei der 15 werden kann, gemäß dem Rekombinationsverfahren

sicheren und wirksamen Ausführung der Gasrekombi- dieser Erfindung,

nation in wünschenswerter Weise zusammenarbeiten F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Akkumulator

können. des allgemeinen, in F i g. 1 gezeigten Typs,

In einer anderen zweckdienlichen Art kann das F i g. 3 einen Seitenaufriß des Akkumulators mit

Konzept einer Katalysatorvorrichtung ausgeführt 20 weggebrochenen Teilen, um eine Katalysatorvorrich-

wcrden in Form einer Vielzahl von schwachaktiven tung für die Gasrekombination im Akku zu zeigen,

Katalysatorkörpern, die in geeigneter Weise in einer F i g. 4 eine weitere vertikale Querschnittansicht

Schicht oder Masse zu einem Bett angeordnet sind, des in F i g. 2 und 3 gezeigten Akkus,

in welchem es frei liegende äußere Oberflächen und F i g. 5 eine Teil-Schnittzeichnung einer Vorncn-

einen umschlossenen Kern von Katalysatorober- 25 tung nach der Erfindung,

flächen gibt, auf denen die Gase einleitend innerhalb F i g. 6 einen Aufriß, der fragmentarisch ein

einer thermisch günstigen Umeebung reagieren kön- Akkuladegerät darstellt, mit dem der Akku der

nen, um eine kumulative Erwärmung des Kerns und F i g. 2 bis 4 gemäß dieser Erfindung aufgeladen

eine spätere Freigabe der Wärme an die frei liegenden werden kann, .

Oberflächen herbeizuführen. 30 F i g. 7 eine Teilvergrößerung der in F 1 g. 2 bis 5

Es wurde weiter festgestellt, daß bei Verwendung dargestellten Katalysatorvorrichtung mit selbstbrem-

einer Vorrichtung der beschriebenen Art in einem senden Temperatureffekt, die aus einem Akku her-

Akkumulator, in dem Wasserstoff- und Sauerstoff- ausgenommen und auf einem Abschirmteil des Akkus

drücke zunehmen, eine zunehmende Hitzefreigabe liegend gezeigt ist, . , , auf dem Wege der Strahlung, Übertragung und Fort- 35 F i g. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 der

pflanzung von den äußeren Katalysatoroberflächen F i g. 7,

stattfindet, bis diese Hitzefreigabe der exothermisch F i g. 9 ein Schemabild der Bestandteile der vorerzeugten Wärme in den frei liegenden Katalysator- richtung, auseinandergenommen, oberflächen entspricht oder sie übersteigt und die F i g. 10 ein Schemabild, das in grafischer form Temperaturen der Oberflächen nicht weiter ansteigen. 40 die Temperaturbegrenzungseigenschaften des Kataiy-

Bei Anwendung der oberen Temperaturgrenzen sators der F i g. 7 bis einschließlich 9 zeigt,

von etwa 40O⁰C bis etwa 600⁰C sollte klar sein, daß F i g. 11 bis 13 zeigen abgewandelte Formen der

die Explosionstemoeratur-Grenzen unter praktischen Vorrichtung der F i g. 7 bis einschließlich 9, una

Bedingungen außeVdem von anderen Faktoren ab- F i g. 14 bis 20 sind zeichnerische Darstellungen hängen können, wie beispielsweise den Oberflächen- 45 weiterer Formen der Vorrichtung nach der brnnaung.

eigenschaften der explosive Gemische enthaltenden Eine bevorzugte Form einer Vorrichtung C ist in

Stoffe usw. Demzufolge müssen die tatsächlichen einem Akku E in den F i g. 2 bis 5 gezeigt, in pen

Explosionsgrenzen jeweils entsprechend den vor- F i g. 7 bis 9 haben wir diese bevorzugte Form einer

liegenden Verhältnissen festgesetzt werden. Katalysatorvorrichtung C aus dem Akku neraus-So ist wegen des korrosiven Charakters der Akku- 50 genommen gezeigt. Die übrigen Figu^re"^z^gf^{n and}^

mulatoren und der vielfach harten Einsatzbedingungen Formen der Vorrichtung nach J« ^Ert™™8· ^

die Verwendung von Kautschuken und Preßstoffen weiter unten in dieser Beschreibung besprochen

üblich geworden, wobei Hartgummi in letzter Zeit werden.

häufig durch Kunstharze, wie Polypropylene, Poly- Allgemein umfaßt die Vorrichtung C einen porösen carbonate, Acryle usw., ersetzt wird. Wenn man auch 55 Körper, der frei liegende Katalysatoroberflachen von

in der Konstruktion keramische Einfassungen ver- relativ schwacher Gasrekombinationsfahigkeit und

wendet hat, ist es häufig wünschenswert, hierfür eben- einen Kern von umschlossenem K^ataly^sa^^m.^a ™

falls Kunststoffstrukturen zu verwenden. Es wird aufweist, welches die Gase erst ^™™™™"™™

daher vorgezogen, Katalysatorvorrichtungen zu ent- kann, wenn sie durch die äußeren K^ataly^sa^°™°^er" werfen, welchefeine obere Temperaturgrenze haben, 60 flächen hindurchgetreten smd^ Die auf den umhüllten

die beträchtlich unter der Grenze liegt, die vom Katalysatoroberflächen des Kerns e.ns^zendeReak-

Gesichtspunkt der reinen Explosionsgefahr her wün- tion der Gase findet in ^J^^^S

sehenswert ist. Man hat festgestellt, daß schwachaktive Umgebung statt, wodurch ^eine^^um^_r ^e _h ^E7_m ^arir^

Katalysatorstoffe gegenüber Elektrolyt-Sprühnebel des Kerns eintreten kann. Die dadurch 1 m Kern empfindlich sind, so daß da die Verwendung von 65 gebildete Warme kann danach frei gemacht werden,

Kunststoffen zu begrüben ist. Da für moderne hoch- um die Temperatur der freifegenden Katalysa^oter-

temperaturfeste Kunststoffe 250° C ungefähr die obere flächen von geringer Rea^¹⁰"^^'^'^"™^^.

Grenze für lange Lebensdauer darstellen, wird zweck- zu erhöhen auf Temperaturen, bei denen sie reaktions

freudiger sind. Gase, wie Wasserstoff und Sauerstoff, die in Kontakt mit den auf diese Weise erwärmten frei liegenden Oberflächen kommen, beginnen dann mit der Rekombination und setzen diese Reaktion weiter gleichmäßig fort, wobei die frei liegenden Katalysatoroberflächen in einem begrenzten Temperaturbereich gehalten werden.

Ein wichtiges, hervorstechendes Merkmal dieser Art von Rekombination ist, daß die frei liegenden, schwachaktiven Katalysatoroberflächen, obwohl sie zur Erhöhung ihrer Aktivität auf einen für die Einleitung und Unterhaltung der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff brauchbaren Punkt erwärmt werden können, nichtsdestoweniger in Gegenwart zunehmenden Drucks in dem Akku einem Temperaturanstieg infolge exothermischer Rekombinationswärme über bestimmbare Grenzen hinaus, die beträchtlich unter den Temperaturen liegen, bei denen es zu einer explosiven Rekombination der Gase kommen kann, widerstehen werden.
' Die Bedeutung dieser Eigenschaft der Selbstbremsung ist besonders groß für den Betrieb von Akkumulatoren über ausgedehnte Perioden, und zwar besonders bei dem ausgedehnten Betrieb eines geschlossenen Akkumulators. Die über die stöchiometrischen Mengen hinausgehenden Mengen auftretender Wasserstoff- und Sauerstoffgase sind als Restgase bezeichnet, und diese während aufeinanderfolgender Lade- und Entladevorgänge z. B. in einer Grubenlampenzelle entwickelten Restgase werden innerhalb vorbestimmter Grenzen in einem geschlossenen Gasraum festgehalten und über eine Zeit gespeichert, während der sich ständig die Drücke ändern, bei denen Restgas, welches den stöchiometrischen Überschuß der einen Gaskomponente während bestimmter Betriebsperioden darstellt, mit Restgas, das den stöchiometrischen Überschuß der zweiten Gaskomponente während anderer Betriebsperioden darstellt, rekombiniert, so daß auf diese Weise ein gleichbleibendes Elektrolyt-Niveau und eine gleichmäßige Elektrolyt-Konzentration gewahrt bleibt.

Nachstehend sind als Beispiel Einzelheiten über Konstruktion und Betrieb eines Grubenlampenakkumulators angegeben, denn ein solcher ist besonders typisch für einen Akkumulator, bei dem eine hohe Betriebssicherheit und sorgfältige Wartung und dauernder Einsatz erforderlich sind. Es ist klar, daß zwei abwechselnde Grundvorgänge erforderlich sind. Während des einen Vorgangs muß der Akkumulator auf Entladen, nämlich während des Betriebs bzw. bei der Arbeit, und bei einem anderen Vorgang muß der Akkumulator, während er nicht gebraucht wird, auf Laden gesetzt werden. Aufbau, spezifische Betriebsweise und das übliche Gasentwicklungsverhalten eines Grubenlampen-Akkumulators sind nachstehend aufgezeigt, um ausführlicher die Voraussetzungen zu begründen, bei denen ein gesteuerter Gasrekombinationsgrad bei einer Katalysatorvorrichtung erreicht wird.

Ein üblicher Grubenlampen-Sammler hat eine Nennleistung von 4VoIt aus in Serie geschalteten Zellen. Bei einer zehnstündigen Entladung beträgt seine Kapazität 12 Ah, er hat eine positive Röhrenplatte und zwei pastierte negative Platten pro Zelle und elektrolytadsorbierende Scheider, die, zusammen mit den Platten, fast 20 ml der 170 ml Elektrolyt in jeder Zelle enthalten.

In jeder Zelle befindet sich über den Platten ein etwa 75 ml großer Gasraum, und außerdem ist ein ständig offener, jedoch labyrinthartiger Entlüftungsgang von jeder Zelle nach außen vorhanden. Solch ein typischer Akkumulator entlädt sich täglich in 10 Stunden bei einer Lampe mit einer Nennleistung von 1,0 A bei 4,0 V und wird in 14 Stunden täglich mittels eines Ladegeräts mit einer Abgabe von 4,4 V und 1,2 A zu Anfang und 5,1 V und 0,09 A

ίο am Schluß des Ladevorganges aufgeladen.

Das Gasungsverhalten während der Aufladezeit bei solchen Akkumulatoren in einem solchen Entlade-Lade-Zyklus ist sehr unterschiedlich, wie die in Tabelle 1 aufgezeigten Ergebnisse von Akkumulator-Gasungsmessungen erkennen lassen. Diese Tabelle 1 basiert auf Messungen, die während des Ladeabschnitts etwa jedes 3. Zyklus nach einer unten angegebenen Anzahl von vorausgegangenen Konditionierungszyklen vorgenommen wurden.

Tabelle 1

Akkumulator-Nr. 112 13

Anzahl der vorangegangenen
Konditionierungszyklen vor
den Gasungsmessungen

Anzahl der Aufladungen, als die Gesamtmenge (Wasserstoff
+ Sauerstoff) pro Zelle sich im Bereich bewegte von ml:
200 bis 300

400

500

600

700

800

900

300 bis

400 bis

500 bis

600 bis

700 bis

800 bis
1000 bis 1100
1100 bis 1200
1200 bis 1300
1300 bis 1400
1400 bis 1500
1500 bis 1600

176

10 7 7 6 3 2

Insgesamt (bei 2 Zellen) 26 | 54 \ 10

Wie aus den Daten der Tabelle 1 hervorgeht, übersteigt die während des Ladens entwickelte Gasmenge das Gasraum-Volumen in jeder Zelle um ein Mehrfaches, was bedeutet, daß während eines einzelnen Ladeabschnittes sich ein Druck von mindestens einigen Atmosphären entwickeln würde, wenn die Gase in den Zellen eingeschlossen wären und in keinei Weise rekombiniert würden. (Die während des Entladens sich entwickelnde Gasmenge beläuft sich, wi< festgestellt wurde, auf durchschnittlich 5% de während des Aufladens sich durchschnittlich ent wickelnden Gasmenge.) Die Daten zeigen weitei daß die während einer Ladeperiode gebildete Gas menge weitgehend differieren kann, und zwar vo: 200 rnl bis 1600 ml pro Zelle, obschon, wie aus de Daten der Tabelle hervorgeht, der Schwerpunkt ii Bereich von 400 bis 600 ml liegt.

Die vorstehend beschriebenen typischen Grubei lampen-Akkumulatoren weisen nicht nur eine groO

Variationsbreite der während jeder einzelnen aus einer Reihe von Ladeperioden entwickelten Gesamtmengen auf, sie zeigen auch eine große Variationsbreite bei den während jeder einzelnen einer Reihe von Ladeperioden sich entwickelnden relativen Wasserstoff- und Sauerstoffmenge, wie aus der nachstehenden Tabelle 2 hervorgeht. Tabelle 2 zeigt das Wasserstoff-Sauerstoff-Mengen-Verhältnis für den gleichen Akkumulator und während der meisten der Ladeperioden, die auch in Tabelle 1 erfaßt sind.

Tabelle 2

	AkI 1 pro Zelle	aimulator 2 pro Zelle	-Nr. 3 pro Zelle
Anzahl der Aufladungen, als sich das Wasserstoff- Sauerstoff-Verhältnis des entwickelten Gases im Bereich bewegte von: 0,2 bis 0,6	6 2 6	3 2 1 8
0 6 bis 1,0	10 1 1	9 4 2 1 1 1
1 0 bis 1,4 ..	26	32
1,4 bis 1,8	6
1,8 bis 2,2	2 1
2,2 bis 2,6
2,6 bis 3,0	1
3 0 bis 3,4
3,4 bis 3,8
3,8 bis 4,2
4,2 bis 4,6
4,6 bis 5 0 .
5,0 bis 5 4 .	10
5,4 bis 5,8
5,8 bis 6,2
Insgesamt ...

Die Daten in Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die großen Unterschiede, die sich beim Gasungs-Volumen und bei der Gas-Zusammensetzung in Akkumulatoren, unabhängig des deren Alter, ergeben können. Die Grundkonzeption des Verfahrens der langfristigen stöchiometrischen Rekombination basiert auf der Feststellung, daß bei Betrieb eines konventionellen Akkumulators mit einem, wie beschrieben, nicht stöchiometrischen Gasungsverhalten in einem geschlossenen System, durch luftdichten Abschluß desselben und dadurch, daß im wesentlichen das Entweichen von Gas verhindert wird, das langfristige Verhalten stöchiometrisch gemacht werden kann. Um Nutzen daraus ra ziehen, ist es notwendig, und das ist ein bedeutender Aspekt der vorliegenden Erfindung, mittels einer geeigneten Rekombinationseinrichtung von dem entwickelten Gas soviel als möglich zu rekombinieren, d. h. möglichst viel von jener Menge im Gasraum über dem Elektrolyten, welche (stöchiometrisch) reagieren und Wärme bilden kann und nur überschüssige Restgase in diesem Raum zurückläßt. Es ist klar, daß für diesen Zweck eine Vorrichtung von größtmöglicher Betriebssicherheit erwünscht ist.

Der in F i g. 1 gezeigte Apparat stellt schematisch ein einfaches geschlossenes System dar, mittels welchem die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung verwendet und das langfristig stöchiometrische Rekombinationskonzept verwirklicht werden kann. Dieses Akkumulator-System kann betrieben werden mit periodischem Entladen und Aufladen gemäß dem vorliegenden Verfahren, in dessen Verlauf es zu Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung kommt und stöchiometrische Mengen Gase rekombiniert werden, während Restgase während einer Anzahl von Ladezyklen gespeichert sind und eventuell mittels langfristiger stöchiometrischer Rekombination rekombiniert werden. F i g. 1 zeigt weiter eine einfache Druckanzeigevorrichtung, die für das Arbeitsverfahren nicht unbedingt erforderlich ist, die aber, wo dies erwünscht ist, zur Überwachung der Akkumulatorbedingungen verwendet werden kann.

Was nochmals F i g. 1 betrifft, so hat das dort gezeigte Akkumulator-System einen Akkumulator E, in welchem die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung eingebaut ist, und es ist klar, daß die Gasrekombination äußerst wichtig wird, wenn der Akkumulator E

xo an das in den F i g. 1 und 6 gezeigte Akkumulatorladegerät angeschlossen wird. In diesen Figuren bezeichnet die 204 ein Akkumulatorenladegerät der Art, wie sie gewöhnlich von Bergleuten nach Beendigung des Arbeitstages zum Aufladen des Sammlers

as verwendet werden. Das Akkumulatorgehäuse ist mit 202 bezeichnet und ist in weiteren Einzelheiten in den F i g. 2 bis 5 dargestellt; Einzelheiten des Ladegeräts 204 sind auch in F i g. 6 zu sehen. Die Vorrichtung C ist mit gestrichelter Linie im Gehäuse 202 der F i g. 1 angedeutet.

In dem Apparat sind entsprechend angezeigte Hilfsmittel vorgesehen, die es einem Bedienungsmann ermöglichen, den Akkumulator im Entladestadium zu benutzen und in einfacher Weise vom Akkumulatorentladevorgang zum Akkumulatorladevorgang überzuwechseln. Wenn man z. B. den Akkumulator E auf Entladen setzt, wird ein Stromkreis von der positiven Seite des Akkumulators E durch eine Lampe 206 und zurück zur negativen Seite des Akkumulators hergestellt, indem man die Hebelumschalterpole 208 und 210 in Kontakt mit den entsprechenden Schalterkontakten 212a und 214a bringt. So wird in dem Akkumulator Strom in der üblichen Weise erzeugt und der Lampe 206 Strom zugeführt. Dieser Akkumulator-Entlade-Vorgang soll stellvertretend für die tägliche Verwendung des Akkumulators durch einen Bergmann stehen.

Wenn der Akkumulator neu aufgeladen werden soll, wird er an das Ladegerät 204 angeschlossen. Die Schalterpole 208 und 210 werden dann in Kontakt mit den Akkumulator-Ladeschaltern 212 und 214 gebracht. Dadurch wird die Lampe 206 abgeschaltet und vom Ladegerät 204 durch den Akkumulator E ein Stromkreis geschlossen, so daß das Aufladen erfolgen kann. Dieser Akkumulator-Ladevorgang soll demonstrieren, was erfolgt, wenn ein Bergmann seine Akkumulator E in einem Ladegestell 204, wie in F i g. 6 angedeutet, anbringt. Während des Aufladens entwickelt der Akkumulator Gase, die, gemäß dieser Erfindung, mittels geeigneter Abdichtungsmittel in dem geschlossenen Akkumulator E zusammengedrängt werden und veränderliche Drucke ausüben. Diese über einen Umwandler 218 wirkenden Drücke können Signale liefern zur Betätigung eines elek-

irischen Aufzeichnungssystems 220 (wie in F i g. 1 rechts unten gezeigt), wo auch Anordnungen zur Überwachung von Volt und Ampere während des Ladens angegeben sind.

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9 10

Bei näherer Betrachtung der in F i g. 2 bis 5 ge- Wasserdampf stattfindet. Dieser Wasserdampf wird

zeigten Akkumulator-Anordnung sieht man, daß das dem Elektrolyten des Akkumulators in irgendeiner

Akkumulatorgehäuse 202 ans einem Gefäß von geeigneten Weise wieder zugeführt. Zum Beispiel

geeigneter Stärke besteht, das außerdem mit einem steigt der Wasserdampf in dem in F i g. 5 gezeigten

dichtschließenden Deckel 202a ausgerüstet ist. In 5 Gefüge infolge der durch Katalysatorwärme ver-

diesem Gefäß ist eine Zellenscheidewand, die den ursachten Konvektion hoch und kondensiert an einer

Akkumulator in zwei Zellen teilt. konisch verlaufenden Innenfläche im oberen Kataly-

Angenommen, daß der Akkumulator eine Nenn- satorkammerraum.

leistung hat, die der des früher beschriebenen 4-V- Die Kegelfläche 264 ist so konstruiert, daß das

Grubenlampenakkumulators vergleichbar ist, dann io Kondenswasser nicht auf den Katalysator tropfen

besteht der Akkumulatorbehälter oder das -gehäuse kann. Wenn der Wasserdampf jedoch abkühlt, wird

aus einem Material genügender Festigkeit, um vorher- er schwerer und tropft in die Kondensationskammer

bestimmten Drücken widerstehen zu können. Um die 266a und 2666. Das entstandene Wasser läuft durch

erforderliche Festigkeit zu erzielen, kann man z. B. die Kondenswasser-Durchlässe 268c/ und 2686 ab

ein Polycarbonat verwenden. Polycarbonate können 15 und weiter in die jeweiligen Zellen durch die öffnung

als Polymerverbindungen bifunktioneller Phenole oder 27Oo und 2706. Die Rohrstücke haben weiterhin

Biphenole, verbunden durch ein Karbonat, beschrieben Hohlräume 272α, 2726, die dank ihrer Anordnung

werden. Elektrolyttropfen auffangen können, falls der Akku-

Bei Verwendung eines Kunststoffes wie Poly- mulator auf den Kopf gestellt wird. Die Ablenkteile karbonat wurde z.B. festgestellt, daß der Akku- 20 274 a und 2746 sind in dem allgemeinen Durchgang 262 mulator für Drücke von 0 bis 5 Atmosphären kon- so angeordnet, daß sie zum Katalysator hin fließende struiert werden kann. Darüber hinaus hängt die Wassertröpfchen abfangen können, wenn der Akku-Gesamtgröße des Akkumulators von der spezifischen mulator auf dem Kopf steht.

Plattenkonstruktion und der verwendeten Elektrolyt- Bei näherer Betrachtung der Vorrichtung C dürfte

menge ab. 25 verständlich sein, daß es bei der Rekombination von

In der betreffenden Zelle sind positive Platten 232, Gasen mittels dieser Vorrichtung für zweckmäßig Separatoren 234, negative Platten 236, Elektrolyt gehalten wird, die Vorrichtung C auf verschiedene 238 und Nichtleiter 240 enthalten. Man benötigt Weise durch eine Einfassung geschützt in einem Akku-210 ml Elektrolyt, damit die Plattenoberkanten be- mulatorgehäuse zu lagern, und die in den Zeichdeckt werden. Direkt über dem Elektrolyten sind die 30 nungen gezeigte Anordnung zeigt einen Schirm C", Räume A und D mit einem spezifischen Volumen von befestigt im Teil 248 mit einer Vorrichtung C. Dies 300 ml, welche, dicht abschließbar, die während des soll nur ein Beispiel von mehreren möglichen ver-Akkumulatorbetriebs entwickelten Gase, aufnehmen schiedenen Anordnungen sein. Gleichermaßen können können. Es sind die üblichen elektrischen Leitungen die nachstehend im einzelnen beschriebenen spezi- und Anschlußklemmen, wie in F i g. 3 gezeigt, vor- 35 fischen Katalysator-Komponenten in vieler Hinsicht gesehen. variiert und für verschiedene andere Katalysator-Wenn auch in Betracht gezogen wird, daß es für funktionen verwendet werden.

gewisse Akkumulatorsysteme vorteilhaft sein mag, In der in den F i g. 2 bis 5 dargestellten und in den einen völlig abgeschlossenen Gasraum zu haben, ist F i g. 7 bis 9 noch mehr im Detail gezeigten Anordes bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser 40 nungen haben wir eine einzelne Vorrichtung C geErfindung vorteilhaft, ein Überdruckventil zu haben, zeigt. Wie schon früher erwähnt, sollte klar sein, daß welches entsprechend einem vorher bestimmbaren nach Bedarf eine Vielzahl von Vorrichtungen nach der Druckänderungsbereich eingestellt werden kann, um Erfindung, die auf verschiedene Weise angeordnet den Gasdruck innerhalb vorherbestimmter Grenzen sein können, wie beispielsweise auf dem Schirm C zu halten. Die genannten Grenzen sollen unterhalb der 45 oder anderen Trägerteilen, verwendet werden könmaximalen Druckfestigkeit des Akkus liegen, bei- nen, um verschiedenen Anforderungen gerecht zu spielsweise zwischen 4,22 kg pro Quadratzentimeter werden.

bis 4,92 kg pro Quadratzentimeter. Ein für diesen Es wird besonders auf den in den F i g. 7 bis 9

Zweck geeignetes Überdruckventil V kann im Akku- gezeigten Katalysator aufmerksam gemacht, der einen

mulator-Oberteil so angebracht werden, daß es mit 50 Kern N aus hochaktivem Katalysatormaterial hat.

dem Gasraum Verbindung hat, wie F i g. 3 zeigt. der die Rekombination von Gasen wie Wasserstoff

In einem oberen Abschnitt des Akkus hat die und Sauerstoff in äußerst positiver Weise beeinflusser

Scheidewand 230 einen Kammereinbau 244 erhalten, kann. Um diesen Kern N wird ein äußerer, ihn um

der das Gehäuse für die Vorrichtung C enthält. Dieses hüllender Körper eines Katalysatormaterials M gelegt

Gehäuse 244 hat, wie es am besten in F i g. 5 gezeigt 55 das relativ geringe Aktivität besitzt, jedoch zu größere

ist, eine obere Kammer 246, in der die Vorrichtung C Aktivität angeregt werden kann, wenn es durch dei

in zweckmäßiger Weise, z. B. mittels eines Schirmes C" Kern erhitzt wird und welches danach die Rekombi

abgestützt, untergebracht ist. nation von Gasen an seiner äußeren Oberfläch

Das Gehäuse 244 ist mit einem Paar Rohrstücken wirksamer und sicherer aufrechterhalten und durcr

eingerichtet, die abwärts führen und an ihren unteren 60 führen kann, als dies durch den Kern selbst geta

Enden offen sind, wo sie in Verbindung mit den werden könnte. F i g. 9 zeigt den Kern N und d£

Räumen A und D stehen. äußere katalytische Material M, jedes für sich.

Die Rohrstücke sind für die Aufnahme der ent- In einer bevorzugten Form kann der Kern JV eine

wickelten Gase eingerichtet und führen sie nach oben zylindrisch geformten Körper enthalten, der ai

durch einen gemeinsamen Durchlaß 262, durch 63 einem porösen Substrat eines Stoffs wie z. B. poröse

welchen von beiden Zellen Gase nach oben zur Vor- Aluminiumoxid besteht, das mit Palladium geträn'

richtung C steigen können, wo die Rekombination oder überzogen ist. In diesem hochaktiven Körp

stöchiometrischer Gasmengen unter Bildung von kann die Palladiumkonzentration beispielsweise 0,5 G

:. _-ΤΓτ.

'£?> ■ st-J 2, ' .

11 12

wichtsprozent Pd auf einer porösen Substratfläche mit tischen Metall auf einem ähnlichen Träger ist eine

einem Innenflächeninhalt von etwa 90 cm²/g betragen. neuartige Wänneleitkennlinie, welche beobachtet

Der äußere Körper aus Katalysatormaterial M wurde, wenn Drücke von zunehmenden Restgaskann ebenfalls aus einem porösen mit Palladium mengen innerhalb der geschlossenen Akkumulatorüberzogenen oder getränkten Aluminiumoxydträger 5 hülle auftraten. Man hat festgestellt, daß bei zunehmenbestehen, um Katalysatoroberflächen von niedriger dem Restgasdruck die Wärmeleitfähigkeit des Gases Aktivität zu schaffen, und in diesem Falle kann die zunimmt und deshalb die Temperatur der Kataly-Palladium-Menge z. B. 0,01 Gewichtsprozent Palla- satorvorrichtung nicht weiter in direktem Verhältnis dium auf einem porösen Träger mit einem Innen- zu dem Partialdruckanstieg der entzündbaren Gase flächeninhalt von weniger als 1 m²/g betragen. io ansteigt, und somit die dank des Katalysators er-

Wie in den F i g. 7 bis 9 gezeigt, kann das äußere reichte Reaktionsgeschwindigkeit nicht direkt ent-

Katalysatormaterial M Röhrenform haben und mit sprechend dem Partialdruck anwächst. Im Gegenteil

einer Mittenöffnung O versehen sein, die den Kern N kann die Temperatur und die Rekombinationsge-

aufnehmen kann; die Öffnung O wird an den gegen- schwindigkeit des Katalysators bei jeder gegebenen

überliegenden Enden des Materials M mit gas- 15 Hitzeübertragungsbedingung gleichbleiben oder sogar

undurchlässigen Stöpseln P₁ und P₂ verschlossen. absinken, trotz erhöhter Zufuhr entzündbarer Gase.

Es versteht sich, daß nach Bedarf andere Kataly- Zur Veranschaulichung typischer Beispiele des

satormetalle, z. B. Edelmetalle, wie Platin, Rhodium, beschriebenen selbstbremsenden Wärmeeffekts wurden

Iridium, Osmium u. ä., verwendet werden können, eine Reihe Experimente unter simulierten Akku-

und es soll gesagt werden, daß die Form des Kerns /V 20 Betriebsbedingungen durchgeführt, deren Ergebnisse

und der äußere Körper M auch anders gestaltet sein in Fig. 10 grafisch dargestellt sind. Um das Ver-

können, z. B. elliptisch, kastenförmig usw. Die Re- halten der Katalysatoren unter unterschiedlichen

kombinationsfähigkeiten können ohne weiteres zu Bedingungen, wie sie bei verschiedenen Akkusystemen

denen der üblichen Palladiumkatalysatoren gebracht anzutreffen sind, zu untersuchen, haben wir einen

werden, indem man sie bei unterschiedlichen Graden 25 Akku-Simulator konstruiert, in dem stöchiometrische

der stöchiometrischen Wasserstoff- und Sauerstoff- Mengen Wasserstoff und Sauerstoff im voraus-

versorgung testet. berechneten Verhältnis durch Elektrolysierung eines

Bei der beschriebenen Anordnung der Kompo- Elektrolyten, wie z. B. der in Akkus verwendeten nenten kommen die Gase in Kontakt mit Katalysator- Schwefelsäure, hergestellt werden können, oberflächen des Körpers M, der in unerhitztem Zu- 3<> Der Eleklrolyseur, der ein geeigneter Behälter mit stand nicht ausreichend aktiv sein kann, um die zwei Platin-Elektroden und Anschlußleitern zu einer GasreKombination in Gang zu bringen. Die Gase Energiequelle sein kann, wird in einer hermetisch können jedoch leicht das Material des Körpers M verschließbaren Kammer plaziert, so daß die Katalydurchdringen, und sobald sie in Kontakt mit den satoren und die Katalysatorvorrichtungen mit Gehochaktiven Oberflächen des Kerns kommen, be- 35 häuse usw. unter beliebigen Druckbedingungen bis ginnen sie zu rekombinieren und Wasser zu bilden. etwa 4 Atmosphären getestet werden können. Die

Da die so eingeleitete Reaktion eine exotherme luftdicht verschlossene Kammer ist an einen Druck-Reaktion ist, wird im Kern kumulative Wärme er- messer zur Ablesung oder Registrierung von Druckzeugt. Wenn es zu ausreichender Wärmeentwicklung änderungen angeschlossen und mit thermoelektrischen gekommen ist, wird Wärme vom Kern durch den 40 Meßanschlußleitern, die durch die Kammerwand Körper M freigegeben. Dadurch steigt die Wärme an gehen, versehen, damit die Katalysatoren-Temperatur den schwachaktiven Katalysatoroberflächen auf einen während der Versuche gemessen werden kann. Bei Wert an, bei dem diese die Rekombination eines den Versuchen, die die Werte für die in Fig. 10 aufbedeutenden Teils der Gase in Gang bringen und gezeichneten Kurven lieferten, hatte die Vorrichtung weiterführen können, die danach in Kontakt mit den 45 einen Kern von etwa 5 Gewichtsprozent Palladium äußeren Katalysatoroberflächen kommen. auf einem Aluminiumoxid-Träger mit einem Innen-

Rekombinationswasser in Form von Wasserdampf flächeninhalt von etwa 90 m^z/g und einen äußerer

wird an den Oberflächen der äußeren Umhüllung schwachaktiven Katalysator-Ringkörper von etwa

abgegeben, und dieser Dampf kann dann auf dem 0,01 Gewichtsprozent Palladium mit einem Innen-

Elektrolyten wie auch auf einer geeigneten Auffang- 50 flächeninhalt von etwa 0,3 m²/g. Die allgemeine An

fläche, wie die Flächen des Teils 244, kondensieren, Ordnung war ähnlich der in F i g. 7 und 8 gezeigten

von wo er dann durch die Schwerkraft nach unten in Der Kern bestand in einem Zylinder von 3 mm Durch

den Hauptteil des Elektrolyten getragen wird. messer und 3 mm Höhe. Der äußere, schwachaktivi

Man wird feststellen können, daß infolge der Ab- Katalysatorring von großer Porosität hatte einei

dichtung der gegenüberliegenden Enden des Körpers M 55 Innendurchmesser von etwa 4 mm, einen Außenrlurch

mit den gasdichten Stöpseln P₁ und P₂, der Kern nur messer von etwa 9 nun und eine Achsenlänge voi

mit Gas in Berührung kommt, welches durch die etwa 9 mm. Die Enden des Ringes waren mit einen

porösen Wandteile von M dringt, und sobald die Epoxykitt überzogen, um den Kern festzuhalter

Gase an den Oberflächen des Körpers M rekombiniert Diese Mischkörperstruktur wurde im Simulator s

worden sind, braucht der Kern nicht mehr zu arbeiten 60 angebracht, daß sie in dem Gasraum der luftdicl·

und kann sich nicht übermäßig erhitzen oder wird verschlossenen Kammer aufgehängt war. Ein angt

seine Wärme über die größere Oberfläche der um- brachtes Ablenkteil schützte den Katalysator vor der

gebenden schwachaktiven Katalysatoren auf einem Elektrolyt-Sprühregen. Die Kammer war hermetisc

sicheren Temperaturniveau ableiten. verschlossen bei atmosphärischem Druck der in il

Ein überraschendes und nicht erwartetes Ergebnis 65 enthaltenen Luft, und der Katalysator wurde steigei

einer solchen Vereinigung eines hochreaktiven kataly- den Vergasungsgeschwindigkeiten durch Änderun

tischen Metalls auf einem porösen Träger mit einem des elektrolysierenden Stromes ausgesetzt. Temperati

äußeren Körper aus einem schwachaktiven kataly- und Druck, die bei dem jeweils verwendeten Stro

erreicht wurden, wurden registriert. F i g. 10 zeigt eine Kurve, in der Strom gegen Druck, und eine weitere, in der Temperatur gegen Druck aufgetragen sind. Diese Kurven veranschaulichen, daß zwar zunächst Strom, Druck und Temperatur gemeinsam ansteigen, dann aber ein Punkt erreicht wird, wo bei ansteigendem Druck die Temperatur abzusinken beginnt, und bald ein Punkt erreicht wird, wo der Druck schnell mit dem Strom ansteigt, wie der Katalysator die steigenden Mengen reaktionsfähiger Gase nicht aufbrauchen kann. Der Temperaturabfall ist auf das erhöhte Wärmeleitvermögen der Gase infolge der erhöhten Druckwerte zurückzuführen.
Zwecks Untersuchung der Sicherheits- und Starter-

Katalysator

Bemerkungen

Vorrichtung nach
der Erfindung

raumtemperatur
ohne Kern

Ring vorgeheizt

auf lOO'C

Kern ohne Ring
a)

b)

2,0	12
2,5 3,0 4,0	12 14 16
bis 4,0	Keine Reak tion
3,0	33
1,0	0,7
1,0	Explo sion

Keine sichtbare Wärmestrahlung

desgl.

In 30 Minuten

Körper bzw.

eigenschaften wurden in den folgenden Versuchen 15 schwachaktiver Vergleiche durchgeführt mit Kernkörpern, die jedoch Ring, Kapselkeinen Ringkörper hatten, auf der einen Seite, und mit schwachaktiven Kappenringen, ohne die Kernkörper, auf der anderen Seite. Der zu untersuchende Katalysator wird in eine Reaktionskammer von etwa so 110 cm³ Rauminhalt gebracht. Diese Kammer wird dann luftleer gemacht und mit Wasserstoff bis zu dem für den Versuch gewünschten partiellen Wasserstoffdruck gefüllt. In ein größeres Gefäß wird Sauerstoff bei einem Druck eingefüllt, der dem für die endgültige stöchiometrische Mischung im Reaktionsgefäß gewünschten Druck entspricht. Diese größere Sauerstoffkammer hat eine Ventilverbindung zum Reaktionsgefäß.

Um die P.eaktion zu bewirken, wird das Ventil zwischen den beiden Kammern für kurze Zeit geöffnet. Auf diese Weise kann schnell p^:ie genügend große Annäherung an stöchiometrische Wasserstoff-Sauerstoff-Mischungen bei einem vorausbestimmten

Druck hergestellt werden. Wenn man z. B. eine zn- 35 mittels einer Katalysatorvorrichtung, die auf Grund nähernd stöchiometrische Mischung von Wasserstoff eingeschränkter Katalysatorenaktivität wärmeabge- und Sauerstoff bei 2 Atmosphären erhalten will, wird
die Reaktionskammer mit 1 ¹J₃ Atmosphären Wasserstoff beladen. Die Sauerstoff kammer wird mit 2 Atmosphären Sauerstoff beladen. Bei plötzlichem Öffnen 40
des Ventils wird der entstehende Druck gerade knapp
unter 2 Atmosphären liegen, da die Sauerstoffkammer
um ein Vielfaches größer als die Reaktionskammer ist.
Durch schnelles Schließen des Ventils kann eine

größere Rückdiffusion des Wasserstoffs verhindert 45 Aktivität und kumulative Wärmeentwicklung ent- und auf diese Weise die für den Test wünschenswerte sprechend eingestellt werden, um entsprechende stöchiometrische Genauigkeit noch sichergestellt wer- Katalysatortemperaturen zu liefern,
den. Nach Schließen des Vent<ls wird die Zeit, inner- So wurde z. B. ein weiterer Sicherheitstest in der

halb welcher der Druck auf die Hälfte des Ursprung- vorbeschriebenen Simulatoranlage durchgeführt, bei liehen Wertes sinkt, ermittelt (Halbwert) als Kenn- 50 dem diesmal ein Bett von Katalysatoren verwendet zeichen der Reaktionsgeschwindigkeit. Explosion oder wurde, und zwar mit denselben Abmessungen wie die Zündung wird auf Grund optischer und akustischer obigen Kerne, jedoch schwach imprägniert, nämlich Wahrnehmungen registriert. Nachstehende Tabelle 0,01 Gewichtsprozent Palladium auf einem porösen zeigt einige typische Ergebnisse. Aluminiumoxydträger mit etwa 0,3 m²/g Innenfläche.

Dieses Experiment zeigt deutlich, daß die Kataly- 55 Bei Verwendung von fünf Körpern der Mindestsatorvorrichtungen nach der Erfindung leicht starten menge, die ein thermisch günstiges Milieu ergibt, und sich bei begrenzter Geschwindigkeit ohne Über- konnte der Anlauf erreicht werden, und bei 2,81 kg/ hitzung oder sichtbare Wärmestrahlung, selbst bei cm² absolutem stöchiometrischem Druck wurden 4 Atmosphären, verbrauchen. Der schwachaktive Halbwerte von etwa 20 Minuten erreicht. Fünf Kerne Katalysalorkörper startet nicht, wenn er kalt ist, 60 (mit 0,5 Gewichtsprozent Palladium), wie oben bereagiert jedoch langsam, wenn er erhitzt ist. Der schrieben, explodierten innerhalb 30 Sekunden bei Katalysatorkern begann in dem einen Fall zu glühen einem Druck von etwa 1 Atmosphäre,
und explodierte in dem anderen Fall bei nur einer Bei einem weiteren Experiment in der obenerwähnten

Atmosphäre. In dem Falle, wo keine Explosion ein- Simulatoranlage wurde ein Katalysator, wieder mit trat, wird man bemerken, daß der Halbwert bedeutend 65 denselben Abmessungen wie der obenerwähnte Kern, kleiner war als bei der Katalysatorvorrichtung, ein aber dieses Mal mit einer schwachen Imprägnation weiteres Anzeichen für die schnelle, unkontrollierte von 0,1 Gewichtsprozent Palladium auf einem porösen Reaktionsgeschwindigkeit. Aluminiumoxidträger mit einem Innenflächeninhalt

Kontaktkörper

glüht,

keine Zündung

Verzögerte

Aktivierung,

plötzliche

Explosion nach

1,5 Minuten

Die obenerwähnten Experimente demonstrieren auch deutlich, daß die Katalysatortemperaturen, die

bende Eigenschaften besitzt, gesteuert werden, reguliert werden können, um die Katalysatortemperaturen innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten.

Unter dem weitesten Aspekt kann die Erfindung zur Steuerung der wärmeabgebenden Eigenschaften eines Katalysators auch auf die Verwendung eines Bettes von Kontaktkörpern oder andere Katalysatorvorrichtungen ausgedehnt werden, deren katalytische

15 16

von etwa 0,3 m²/g verwerdet. Ein einzelnes im Gas- verwiesen. Im einzelnen zeigt F i g. 11 eine modi-

raum aufgehängtes Kügelchen startete nicht. Dann fizierte Form einer Katalysatorvorrichtung, in der eine

wurden 17 g Kügelchen in eine Haltevorrichtung Vielzahl von hochaktiven Katalysatorkörpern Nl in

getan. Bei einer Vergasungsgeschwindigkeit ent- einem sie umschließenden katalytischen Material Ml

sprechend 1 Ampere stieg die Temperatur nur auf 5 vGn schwacher Aktivität aufgenommen sind, und

20° C über Raumtemperatur. Die Katalysatoren diese Hülle wird durch Stöpsel Pl und Pl verschlossen,

starteten innerhalb 10 Minuten nach Beginn der Mit einer solchen Anordnung kann eine erhöhte

Vergasung und zeigten den Effekt der Schaffung einer Rekombinationsleistung erreicht werden, wie auch

thermisch günstigen Umgebung. eine schnellere Anfangsrekombination bewirkt wird.

Bezüglich der Verwendung von schwachaktiven io In F i g. 12 haben wir eine weitere erfindungsstückigen Katalysatoren haben wir festgestellt, daß gemäße Vorrichtung dargestellt, bei der eine Vielzahl solche Katalysatoren nicht unbedingt inaktiv sind, von hochaktiven Kontaktkörpern bzw. Kernen Nl sondern eher nicht genügend Wärme erzeugen, um die aneinanderhaften und von äußeren schwachaktiven Rekombination wirksam in Gang zu bringen. Ob- Körpern Ml umschlossen sind. In diesem Falle verschon die genauen Zusammenhänge nicht vollständig 15 leihen die Zwischenräume zwischen den Körpern Ml geklärt sind, glauben wir, daß die Erwärmung in der dem Katalysator poröse Eigenschaften, so daß er im unten angedeuteten Weise vor sich geht, jedoch ist wesentlichen in derselben Weise wie der in F i g. 7 die erwähnte Erklärung nicht als entsprechende bis 9 dargestellte Katalysator funktioniert.
Einschränkung der Erfindung anzusehen. In F i g. 13 ist ein Kern N3 umschlossen von einem

So haben wir beobachtet, daß dann, wenn solche 20 inneren Teil eines ganzen Körpers aus porösein Katalysatoren, wie palladium-imprä^nierte Alumi- Material, wie Aluminiumoxid, der relativ hohes niumoxidkörper in einer von reaktionsfähigen Gasen Reaktionsvermögen aufweist, und einem äußeren freien Umgebung gehalten werden, es vorkommt, Körper von geringerer Aktivität, Diese Struktur soll daß die Katalysatoren nicht sofort beginnen, ihre als Beispiel für eine Stufenimprägnierung mit Pallavolle Katalysatoraktivität zu entfalten, wenn sie 25 dium oder anderem Katalysator-Material dienen,
später solchen Gasen ausgesetzt sind. Zum Beispiel In Fig. 14 bis einschließlich 19 ist eine weitere ist festzustellen, daß im Handel erhältliche Kataly- modifizierte Form eines Bettes von Kontaktkörpern satoren aus hochaktivem Material, z. B. aus 0,5 Ge- illustriert, die auch verwendet werden kann, um die wichtsprozent Palladium und etwa 90 m²/g Flächen- Zweistufen-Erwärmungsweise der vorliegenden Erinhalt, die frei von reaktiven Gasen gehalten sind, 30 findung durchzuführen.

darn, wenn sie später Gasen ausgesetzt sind, 30 bis In Fig. 14 und 15 ist ein Kern N4 in einem Bett 45 Minuten benötigen, ehe sie voll aktiv werden. aus schwachaktiven Körpern M4 eingeschlossen, das Diese Katalysatoren sind nicht vollständig inaktiv, wiederum von einem perforierten Gehäuse H umehe die vollständige Reaktionsfähigkeit einsetzt. schlossen ist. Damit hat man einen in einem Behälter Wenn jedoch ein Bett solcher Katalysatorkörper 35 gefaßten Kontaktkörper, der für gewisse Akkumulatorunverzüglich reaktionsfähigen Gasen ausgesetzt wird, Anwendungsbereiche zweckdienlich ist.
stellt man fest, daß die Reaktivität sehr schnell inner- In Fig. 16 und 17 ist ein Kern N5 umgeben von halb von Minuten anläuft. einem zweiten Kern N6 von schwächerer Aktivität,

Wir glauben, daß sich dies mit der Tatsache er- der wiederum von einer perforierten Scheidevorrich-

klären läßt, daß zeitweilige Inaktivität infolge einen 40 tung J umschlossen ist, und um das Teil J herum ist

Film bildender, dünner Schichten absorbierten Wassers, ein äußerer Körper aus schwachaktiven Kontakt-

deren Stärke vielleicht nur wenige Moleküle beträgt, körpern M in einem Gehäuse Hl angebracht. Diese

entsteht und daß daher Reaktionsvermögen durch die Anordnung gewährleistet den Effekt einer progres-

Diffusion durch diese Filme eingeschränkt ist. Erst siven Kernerhitzung, die in einigen Fällen zweck-

wenn genügend reaktionsfähiges Gas anwesend ist, 45 dienlich ist.

um die Filme zu durchdringen, wird die erzeugte In Fig. 18 und 19 ist eine Variation der F i g. 16 exotherme Wärme ausreichen, um die Filme abzu- und 17 dargestellt, bei der eine Vielzahl von hochlösen und die volle Reaktivität wirksam werden zu aktiven Kontaktkörpern Nl in einem Abscheider Jl lassen. enthalten sind, der wiederum von schwachaktiven

Wenn z. B. schwachaktive Sicherheitskatalysatoren 50 Kontaktkörpern M6 umgeben ist.
verwendet werden, wie Kontaktkörper mit etwa In Fig. 20 ist eine Vorrichtung dargestellt, be-0,1 % Palladium oder weniger auf weniger als 1 m²/g stehend aus einer Vielzahl von Kontaktkörpern in Aluminiumoxidträger, können sie unfähig sein, ge- einem Bett, die alle eine schwache Aktivität besitzen nügend Wärme zu erzeugen, um die erwähnten und gemäß der Erfindung hinsichtlich der wärme-Wasserschichten abzustreifen. Wenn jedoch eine Lage 55 abgebenden Eigenschaften reguliert sind, so daß eine solcher Körper ein Zentrum oder einen Kern enthält, begrenzte Erhitzung erreicht und die Temperatur des der von den umgebenden Katalysatoren thermisch Katalysators unter 25O⁰C gehalten wird.
isoliert ist, wird die von all diesen Körpern erzeugte Generell ist festzustellen, daß es bei Verwendung schwache Wärme die kumulative Erwärmung in der von Aluminiumoxid als Trägermaterial, wie es bei Kernzone beschleunigen und so das Zentrum voll 60 Palladiumkatalysatoren üblich ist, wünschenswert ist, aktiv machen. Die kumulativ im Zentrum gebildete als katalytisches Kernmaterial Aluminiumoxidunter-Hitze wird dann fortschreitend auf die Peripherie lagen zu nehmen, deren Tnnenfiächeninhalt größer als der Masse übertragen, und auf diese Weise werden 50 m² pro Gramm ist, mit einer Palladiuin-Oberdie äußeren, schwachaktiven Kontaktkörper ent- flächenladung von mindestens 0,2 Gewichtsprozent, sprechend reaktionsfähig gemacht. 65 bezogen auf das Trägergewicht in dem erwähnten

Für die nähere Betrachtung spezifischer Beispiele Kern. Ferner wurde festgestellt, daß für das außen

von Katalysatoren in Form von Kontaktkörperbetten frei liegende Katalysator-Material des Körpers am

oder -lagen wird auf die Zeichnungen F i g. 11 bis 20 besten ein Träger mit nicht mehr als 1 m²/g Innen-

flächeninhalt und mit einer Palladiumladung von weniger als 0,05% Palladium, bezogen auf das Gewicht des Trägers, zu nehmen ist

Es ist klar, daß das Rekombinieren mit einer Katalysatorvorrichtung nach der Erfindung sich für die Anwendung in einem weiten Bereich katalytisch eingeleiteter Reaktionen bei einer breiten Auswahl von Akkutypen verschiedenster Größe und unter Verwendung verschiedener Elektrolyten eignet. In diesen verschiedenen Zusammenhängen kann die Methode der Verwendung einer Vielzahl von Kontaktkörpern, die einen Kern bilden, auf verschiedene andere Weise angewandt werden.

Ferner wird man erkennen, daß eine einzigartige kooperative Beziehung besteht zwischen gemeinsam verwendetem katalytischem Material unterschiedlicher Aktivität und daß die Anordnung der gemeinlvtischen Materialien auf versam verwendeten kata y _abgewandelt werden

schiedene Arten rnoS^h hingewiesen, daß,

_kann. Als Beg el J^ ^ _{die Aktlvltat eines}

während ein Kern u. _Körpers zu erhohen, der äußeren, ihn umgeben f_ndrP_rt ^ ^ _daß

umgebende Korper so aog ^ _{verzögert und} _er den Fluß der Gase zu Temperaturreguliert inn «jwaUej^üb _{überfließen info]ge} ££iSS unter Kontrolle

Katalysatorvorrichtung mit _Katai_ysat_Oren

abgebenden E.gensch^en a _{Anwendungsbereichen} igffi dÄSatorenbereichs eingesetzt wer-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patent « Vh · zündbare Gase durch den Akkumulator gebildet rdienia prucne. werden, und zwar im Anschluß an einen Zeitraum,

1. Vorrichtung zur Vereinigung von Wasserstoff in dem nicht entzündbare Gase gebildet worden sind, und Sauerstoff in einem geschlossenen Akkumu- In diesem Fall kann es einige Zeit dauern, ehe der lator, der eine Katalysatorvorrichtung, bestehend 5 Katalysator volle Aktivität erreicht. Während dieser aus einem Träger und einem Katalysator, enthält, ausgedehnten Aktivierungszeit kann sich die vordadurch gekennzeichnet, daß die handene Menge reaktionsfähiger Gase vergrößern Katalysatorvorrichtung im wesentlichen aus zwei und dadurch also den Gasdruck erhöhen. Bei einer Teilen besteht, nämlich einem Kern mit Kataly- entsprechend großen Erhöhung kann es beim Katalysatoroberflächen von relativ hohem Gasrekombi- io sator, wenn er plötzlich aktiviert wird, zu einer Übernationsvermögen und einem porösen äußeren . hitzung kommen, selbst wenn sich der Grad der Gas-Körper, der Katalysatoroberflächen mit relativ entwicklung durch die Elektrolyse innerhalb der schwachem Rekombinationsvermögen aufweist und Sicherheitsgrenzen hält.

durch welchen die Gase bei einer verzögerten Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte

Durchströmungsgeschwindigkeit in Kontakt mit 15 Vorrichtung zum Betrieb eines Akkumulators zu

dem Kern treten, in welchem die exothermisch liefern, wobei die Rekombination von Wasserstoff

erzeugte Rekombinationswärme kumulativ zurück- und Sauerstoff in Gegenwart eines zuverlässigen und

gehalten und zur Erhöhung der Temperatur und wirksamen Katalysators innerhalb sicherer Grenzen

zur Einleitung der Rekombination der Gase an gesteuert wird, welche einen betriebswirksamen Zu-

die Katalysatoroberflächen des äußeren Körpers 20 stand des Katalysators gewährleisten und gleichzeitig

abgegeben wird. eine Erhitzung des Katalysators auf Explosionstempe-

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch ge- raturen ausschließen. Ferner soll diese Vorrichtung kennzeichnet, daß die Katalysatoroberflächen des eine Beziehung zwischen ihrer Rekombinationsgeäußeren Körpers zur Rekombination von Gasen schwindigkeit und Wärmeentwicklung und ihrem nur in einem erwärmten Zustand fähig sind. 25 Wärmeverlust in der Art aufweisen, daß ein Anstieg

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- der Katalysatortemperatur infolge exothermisch entkennzeichnet, daß der äußere poröse Körper und wickelter Wärme innerhalb sicherer Grenzen für jede seine Katalysatoroberflächen derart beschaffen gegebene Akkumulatoranordnung gehalten werden und angeordnet sind, daß exothermisch erzeugte kann und die Katalysatoroberflächen trotzdem die Wärme bei einem Temperaturanstieg während der 30 Einleitung und die Aufrechterhaltung der Gasrekom-Gaskombination adsorbiert wird, und wenn sie bination bei einer Geschwindigkeit sicherstellen, steigenden Gasdrucken ausgesetzt sind, Wärme welche eine übermäßige Druckbildung infolge unterin einer vorausberechneten Menge abgibt, welche schiedlicher Mengen Wasserstoff und Sauerstoff, die der exothermisch erzeugten Wärme dieser Ober- während längerer Zeiträume des Akkubetriebs geflächen entspricht oder sie übersteigt. 35 bildet werden, verhindert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- Als Ergebnis von ausgedehnten Versuchen ist festkennzeichnet, daß die Temperatur der Kataly- gestellt worden, daß die spezifische Rekombinationssatoroberflächen des äußeren Körpers zwischen leistungsfähigkeit eines Katalysators begrenzt werden 400 und 600°C liegt. kann in der Form, daß der exothermisch beeinflußte

40 Anstieg der Katalysatortemperaturen so eingeschränkt wird, daß er über einen bestimmten Temperaturbereich

nicht hinausgeht, dessen obere Grenzen, wie festgestellt worden ist, zwischen etwa 400° C und etwa 600° C liegen. Eine Begrenzung des Rekombinations-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 45 leistungsvermögens eines Katalysators, um diese zur Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff in Temperaturgrenzen zu erreichen, kann bis zu einem einem geschlossenen Akkumulator, der eine Kataly- gewissen Grade die Fähigkeit des Katalysators, eine satorvorrichtung, bestehend aus einem Träger und Reaktion der Gase einzuleiten oder auszulösen, eineinem Katalysator, enthält. schränken; der langsame Anlauf wird jedoch durch

Es ist bekannt, daß sich besonders in einem ge- 5° Erwärmung des Katalysators beschleunigt,
schlossenen Akkumulatorsystem Probleme ergeben Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die bei dem Versuch, Wasserstoff und Sauerstoff unter Katalysatorvorrichtung im wesentlichen aus zwei Druck zu halten und die Gase sicher zur Rekombi- Teilen besteht, nämlich einem Kern mit Katalysatornation zu bringen. Außerdem ist es zur Ausschaltung oberflächen von relativ hohem Gasrekombinationsvon Überdruckgefahren sehr wichtig, daß das Rekom- 55 vermögen und einem porösen äußeren Körper, der binationsleistungsvermögen des Katalysators pro Katalysatoroberflächen mit relativ schwachem Re-Flächeninhalteinheit des Katalysators ständig aus- kombinationsvermögen aufweist und durch welchen reichend hoch gehalten wird, um stöchiometrische die Gase bei einer verzögerten Durchströmungsge-Mengen an Gasen jederzeit wirksam rekombinieren schwindigkeit in Kontakt mit dem Kern treten, in zu können. Eine grundsätzliche Schwierigkeit, der ° welchem die exothermisch erzeugte Rekombinationsman sich gegenübersieht, ist die Gefahr einer Gas- wärme kumulativ zurückgehalten und zur Erhöhung kombination, derart, daß die Gase sich entzünden, der Temperatur und zur Einleitung der Rekombiwobei ein hohes Explosionsrisiko besteht. Selbst wenn nation der Gase an die Katalysatoroberflächen des der Druck gering ist, kann dies eintreten, falls die äußeren Körpers abgegeben wird.
Rekombinationsgeschwindigkeit zu groß ist und dabei ^6s In einer einfachen Form kann das Konzept einer die Temperatur des Katalysators so hoch ansteigen Vorrichtung dieser Art ausgeführt werden durch die läßt, daß eine Entzündung stattfinden kann. Zusammensetzung eines Kerns aus einem Katalysator-Dieses weitere Risiko kann sich ergeben, wenn ent- material mit relativ hohem Gasrekombinationsver-