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Batterie.
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Die Erfindung bezieht sich auf automatische Wasserfüllvorrichtungen
fur Batterien, und insbesondere aus eine Art einer solchen Vorrichtung, bei welcher
der normale Flüssigkeitsspiegel des Elekt;rolyten durch die#Verwendung des Innendrucks
der Batterie automatisch aufrechterhalten werden kann und irgendeine Möglichkeit
der Explosion von Gasen, die in der Batterie erzeugt werden, durch Verwendung eines
explosionsverhindernden Filters beseitig werden kann.
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Es ist gewöhnliche P£-#is, daß, wenn der Spiegel des Elektrolyten
in der Batterie unter seinen normalen Spiegel sinkt, eine Auffüllung mit destilliertem
Wasser erfolgt.
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Jedoch ist die Wasserzugabe bei üblichen Batterien sehr umständlich,
obwohl sie nicht schwierig ist.
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Für die Vereinfachung der Wasserzugabe in Batterien und für das richtige
Ausführen dieser Zugabe sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden.
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Bei einer solchen Vorrichtung wird Wasser unter Druck in die Batterie
geführt, und zwar unter Verwendung eines Druckkopfes oder einer Pumpe, und der normale
Flüssigkeitsspiegel des Elekt;rolyten wird mittels eines Schwimmerventils
aufrechterhalten,
welches in jeder Batterie vorgesehen ist. Bei einem anderen Beispiel ist die Vorrichtung
so ausgeführt, daß am oberen Teil des Batteriedeckels eine Wasserergänzungskammer
vorgesehen ist, deren oberer Teil mit einer Druckwasserquelle in Verbindung steht,
wobei eine Wasserzufuhröffnung kleinen Durchmessers und ein einenFlüssigkeitsspiegel
bestimmendes Rohr durch die Bodenwand der Kammer hindurch vorgesehen sind, die den
Deckel der Batterie bildet, wobei das untere Offnungsende des den Flüssigkeitsspiegel
bestimmenden Rohres mit dem normalen Flüssigkeitsspiegel in der Batterie ausgerichtet
ist. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Batterie höher als der normale Spiegel
ist, ist ein Weg durch das Rohr zum Auslassen von Luft aus der Batterie blockiert,
so daß der Druck der im oberen Teil der Batterie eingeschlossenen Luft zunimmt und
die Wasserzufuhr zu einem Zeitpunkt aufhört, zu welchem der Wasserdruck bzw. die
Wasserhöhe in dem den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohr durch den Druck im oberen
Teil der Batterie plus die Oberflächenspannung an der Wasserzufuhröffnung ausgeglichen
ist.
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Jedoch ist bei dem ersten Beispiel der Ventilmechanismus kompliziert
zusätzlich dazu, daß ein Problem hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit hervorgerufen
ist, und bei dem zweiten Beispiel kann, insbesondere wenn die Wasserzufuhrkammern
für eine Anzahl von Batterien über Rohrstücke mit einer Druckwasserquelle verbunden
sind, der Druck der Quelle nicht höher sein als der Wert, der durch die Höhe der
Wasserzufuhrkammer oder Wasserergänzungskammer bestimmt ist. In anderen Worten ausgedrückt,
muß der Wasserspiegel in der Wasserzufubrquelle zwischen dem oberen Ende und der
unteren Fläche der Wasserzufuhrkammer bestimmt sein. Aus diesem Grunde ist das Arbeiten
der Wasserzufuhrvorrichtung oder Wasserergänzungsvorrichtung schwierig gemacht,
und es kann keine Wasserergänzung oder Wasserzufuhr in kurzer Zeit erreicht werden.
Weiterhin kann, wenn ein Flüssigkeitsspiegelunterschied zwischen den einzelnen Batterien
besteht,
wie es der Fall ist, wenn ein mit Batterien versehenes
Elektrofahrzeug auf einer Steigung steht, ein Teil der Batterien nicht richtig mit
Wasser versorgt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben genannten
Nachteile üblicher Wasserfüllvorrichtungen oder Wassernachfüllvorrichtungen zu überwinden,
und die Erfindung bezweckt, eine Wass erzufuhr-Was serergänzungs-oder Wasserfüllvorrichtung
(nachstehend der Einfachheit halber Wasserfüllvorrichtung genannt) zu schaffen,
mittels welcher Wasser einzelnen Batterien richtig zugeführt werden kann, selbst
wenn eine Mehrzahl von Batterien in Verbindung miteinander verwendet wird und die
einzelnen Batterien auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Weiter bezweckt
die Erfindung, eine Wasserfüllvorrichtung zu schaffen, mit welcher Wasser in die
Batterien mit konstanter Fließgeschwindigkeit zugeführt werden kann. Schließlich
bezweckt die Erfindung noch, eine solche Vorrichtung so auszuführen, daß die zum
Nachfüllen von Wasser erforderliche Zeit kurz ist.
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Die genannten Zwecke sowie weitere Zwecke der Erfindung werden durch
eine Wasserfüllvorrichtung für J3ftterien erfüllt, die eine Wasserzufuhrkammer aufweist,
die am oberen Teil jeder Batterie vorgesehen ist. Die Wasserzufuhrkammer hat eine
Wasserzufuhröffnung und eine Wasseraustristsöftnung sowie eine Wasserfüllöffnung
durch die Bodenwand der Kammer zwecks Verbindung der Kammer mit dem Inneren der
batterie wobei ein den Flüssigkeitsspiegel bestimmendes Rohr durch die Bodenwand
der Kammer derart hindurchgeht, daß das obere Ende des Rohres oder Röhrchens sich
in der Zufuhrkammer vollständig umschlossen öffnet mit der Ausnahme der oeffnungen
und des Rohres, und wobei das untere Ende des Rohres oder Röhrchens sich an einer
Stelle entsprechend dem normalen Spiegel des Elektrolyten befindet. Weiterhin ist
an einem Ende der Wasseraustrittsöffnung ein explosionsverhindernder Filter vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig. 1A ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer
Monoblockbatterie, die mit einer Wasserfülivorrichtung gemäß der Erfindung versehen
ist.
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Fig. 1B ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Draufsicht der Monoblockbatterie
gemäß Fig. 1A.
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Fig. 2A bis 2D sind schematische Ansichten zum Erläutern des Wasserfüllmechanismus
für Batterien der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht der Ausführung der explosionssicheren
Wasserfüllvorrichtung gemäß der Erfindung.
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In den Fig. 1A und 1B ist eine Monoblockbatterie dargestellt, die
mit einer Wasserfüllvorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist. Die Ausführung
weist einen einheitlich geformten Batteriebehälter 5 au tit einer Mehrzahl von rennwänden
5', um auf diese Weise eine entsprechende Anzahl von Räumen oder Abteilen für die
Aufnahme von Elektrodenteilen 8 der einzelnen Batterien zu bilden.
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Am Oberende des Batteriebehälters 5 ist ein Deckel 6 vorgesehen,
und an der oberen Seite des Deckels 6 ist ein Wasserfüllmechanismus 61 für jede
der Einzelbatterien vorgesehen. In dem Wasserfüllmechanismus 61 ist ein den Flüssigkeitsspiegel
bestimmendes Rohr 1 vorgesehen, und das untere Ende dieses Rohres 1 öffnet sich
bzw. endet an einer Stelle entsprechend dem normalen Spiegel oder der normalen Höhe
des in jedem der Räume des Batteriegefäßes 5 enthaltenen Elektrolyten. Das obere
Ende jedes Rohres 1 öffnet sich nahe der Oberwand des Wasserfüllmechanismus 61.
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Weiterhin ist eine Wasserfüllöffnung oder Wassereinfüllöffnung 2
durch die Bodenwand oder Unterwand des Wasserfüllmechanismus 61 gebohrt, und die
Öffnung 2 hat eine Größe im Bereich eines Durchmessers von 1 bis 5 mm, so daß ein
Austausch von Luft und Wasser, die durch die Öffnung 2 strömen oder
fließen,
in der Öffnung 2 zufolge--der Oberflächenspannung nicht auStritt. Ba- ist zu bemerken,
daß die Wasserzufuhröffnung 2 beim gewöhnlichen Arbeiten der Batterie als Austrittsöffnung
für Gase (Sauerstoff und Wasserstoff) wirkt, die in der Batterie erzeugt sind, und
daß die Gase durch die Wasserfüllöffnung 2, die Wasserzufuhrkammer und über nachstehend
beschriebene Rohre zur Außenseite austritt, wenn der Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten
tiefer liegt als die untere Öffnung des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohres
1. In diesem Fall wirkt auch das Rohr 1 als Austrittsrohr für Gase. Das Innere des
Batteriebehälters 5 ist gegenüber der Außenseite hermetisch abgeschlossen mit der
Ausnahme, daß-das Innere über das den Flüssigkeitsspiegel bestimmende Rohr 1 und
die Wasserfüllöffnung oder Wassereinfüllöffnung 2 mit der Wasserzufuhrkammer verbunden
ist.
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Bei dem, dargestellten Beispiel ist jeder der Wassereinfüllmechanismen
61 rechteckig gebildet, wie es aus Fig. 13 ersichtlich ist, und jeder Wasserzufuhrmeclianismus
ist durch seine eigenen Wände von dem benachbarten Mechanismus 61 getrennt. Diese
Trennwände sind teilweise ausgeschnitten, wie es in der Zeichnung dargestellt ist,
und Verbindungsdurchgänge 7 sind durch sie hindurch vorgesehen.
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Das obere Ende des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohres 1,
welches nahe der Oberwand des Wassereinfüllmechanismus 61 angeordnet ist, ist von
einer ringförmigen nach unten stehenden Wand umgeben, die an der Innenfläche der
Oberwand vorgesehen ist, und eine Luftkammer 3 ist durch die ringförmige nach unten
stehende Wand und die Oberwand gebildete Die Luftkammer 3 ist vorgesehen, um das
Eintreten von Wasser in die Kammer 3 zu verhindern, wenn das Innere der Wassereinfüllmechanismen
61 im wesentlichen mit reinem Wasser gefüllt ist, selbst für den Fall, daß die Monoblockbatterie
schräg angeordnet ist. Durch diese Arbeitsweise und Ausführung ist immer verhindert,
daß das obere Ende des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohres 1 in Wasser eingetaucht
ist.
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In Fig. 1A ist mit 4 die Wasserzufuhröffnung für die Monoblockbatterie
bezeichnet, und diese Öffnung 4 kann mit einer äußeren Rohrleitung verbunden werden.
Durch die Rohrleitung und die Öffnung 4 wird reines Wasser in den ersten Einfüllmechanismus
61 geführt und dann zu den nachfolgenden Mechanismen oder Vorrichtungen 61, und
zwar über die dazwischen vorgesehenen Verbindungsdurchgänge 7. In ähnlicher Weise
ist am gegenüberliegenden Ende der Monoblockbatterie eine Wasseraustrittsöffnung
vorgesehen, obwohl sie in den Fig. 1A und 1B nicht dargestellt ist. Die Wasseraustrittsöffnung
ist mit einer äußeren Rohrleitung verbunden wie die Wasserzufuhröffnung 4, so daß
die äußere Rohrleitung danach mit anderen Monoblockbatterien oder mit der Atmosphäre
verbunden sein kann.
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Die Arbeitsweise der Wassereinfüllvorrichtung gemäß der Erfindung
wird nachstehend an Hand der Fig. 2A bis 2D beschrieben. Obwohl die Batterien in
Form eines einzigen Batterietyps dargestellt sind, ist ersichtlich, daß alle Batterien
gleiche Ausführung haben, wie sie in den Fig. 1A und 13 dargestellt ist.
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In allen Batterien sind Elektrodenplatten zusammen mit den zugehörigen
Teilen und Elektrolyt in den Batteriegefäßen 11 enthalten, und der Flüssigkeitsspiegel
des Elektrolyten ist mit 21 bezeichnet. Der obere Teil des Batteriegefäßes 11 ist
mit einem Deckel 24 abgedeckt, und eine Wasserzufuhröffnung 16 und ein den Flüssigkeitsspiegel
bestimmendes Rohr 15 sind durch den Deckel 24 hindurch gebildet. Das untere und
das obere Ende des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohres 15 sind offen, und
das untere Ende 19 des Rohres 15 ist an einer Stelle oder Höhe entsprechend dem
normalen Spiegel des Elektrolyten angeordnet. Die obere Öffnung 20 des Rohres 15
ist an einer Stelle nahe der Oberwand 12 der Wasserfüllvorrichtung angeordnet. Von
der Innenfläche der Oberwand 12 steht eine ringförmige Wand 13 nach unten, so daß
eine Luftkammer 14 gebildet ist. Das
obere Ende 20 des den Flüssigkeitsspiegel
bestimmenden Rohres 15 ist auf der Innenseite mit der ringförmigen Wand 13 und damit
im Inneren der Luftkammer 14 angeordnet.
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Eine Wasserzufuhröffnung 17 und eine Wasseraustrittsöffnung 18 sind
in der ebenfalls mit 12 bezenchneten umgebenden Wand der Wasserfüllvorrichtung vorgesehen,
und die Öffnung 17 ist mit einem Rohr 23 verbunden, wodurch sie mit einem Wasserzufuhrtank
22 verbunden ist. Wenn es gewünscht wird, kann ein nicht dargestelltes Ventil in
dem Rohr 23 vorgesehen sein, um das der Wasserfüllvorrichtung zugeführte Wasser
zu steuern. Die Wasseraustrittsöffnung 18 ist über ein Rohrstück mit der Wasserzufuhröffnung
der nachfolgenden Batterie verbunden, und die Wasseraustrittsöffnung der letzten
Batterie ist zur Atmosphäre offen.
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Fig. 2A zeigt einen Zustand kurz vor dem Einleiten des Wassereinfüllens.
Fig. 2B zeigt einen Ubergan$ssustand kurz nach Einleiten des Wassereinfüllens. Sigv
2a zeigt einen stationären Zustand während des Wassereinfüllens, und Fig. 2D zeigt
einen Zustand nach Beendigung des Wassereinfüllens.
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In allen diesen Figuren stellt PO den Atmosphärendrucks P einen Wasserzufuhrdruck
(=s oh) Ho eine Wasserhöhe der Wasserzufuhr, H1 die Länge des den Flüssigkeftsspiegel
bestimmenden Rohres 15 in der Luftkammer, H2 die Länge von dem Deckel zu dem normalen
Flüssigkeitsspiegel, H3 die Länge des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden Rohres,
h die Höhe von der Wassersufuhröffnung zu dem Wasserspiegel in dem Wasserzufuhrtank,
9 die Dichte des reinen Wassers, und die Dichte des Elektrolyten dar.
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In dem in Fig. 2A wiedergegebenen Zustand sind die Drücke in der
Luftkammer 14 und in dem Raum am oberen Teil des Batteriegefäßes gleich dem Atmosphärendruck
PO, weil das stromabwärtsseitige Ende der Wassereinfüllvorrichtung zur Atmosphäre
geöffnet ist.
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Wenn in diesem Zustand Wasser mit einem Druck (5 O . h) von der Wasserzufuhrquelle
22 über das Rohr 23 zugeführt wird, wird das durch die Wasserzufuhröffnung 17 in
die Wasserfüllvorrichtung
eintretende Wasser durch die Wassereinfüllöffnung
16 in die Batterie gegossen. Gleichzeitig wird das in die Luftkammer eingetretene
Wasser teilweise durch das den Flüssigkeitsspiegel bestimmende Rohr 15 in die Batterie
eingeführt. In diesem Zustand ist die Luft am oberen Teil der Luftkammer 14 zeitweise
gegenüber der Atmosphäre abgesperrt.
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Insbesondere wird gemäß Fig. 2B ein Wasserdruck P- so-h durch die
Wasserzufuhröffnung 17 hindurch zugeführt, und der Druck in der Luftkammer 14 und
der Druck in dem oberen Raum im Batteriegefäß sind gleich, weil diese beiden Teile
über das den Flüssigkeitsspiegel bestimmende Rohr 15 vergleichsweise großen Durchmessers
miteinander verbunden sind. Als Ergebnis wird Wasser in die Batterie eingefüllt,
und zwar durch die Wassereinfüllöffnung 16 hindurch und bei einem Druck P + goHo,
und durch das Rohr 15 hindurch bei einem Druck von P - #oH1. In der Zwischenzeit
erhöht sich der Druck im oberen Teil des Batteriegefäßes und demgemäß erhöht sich
der Druck in der Luftkammer 14.
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Wenn dieser Wert einen Druck von P - 5 H, erreicht, endet die Zufuhr
von Wasser durch das den Flüssigkeitsspiegel bestimmende Rohr 15. Zu diesem Zeitpunkt
erfolgt die Wasserzufuhr nur durch die Wasserzufuhröffnung 16 unter der Wirkung
einer Druckdifferenz (P + 9 oHo) ~ (P p 50E1) Y R. + #oH1. Wenn die Wasserzufuhr
durch die Wasserzufubröffnung 16 fortschreitet, werden die Drücke im oberen Raum
des Batteriegefäßes und in der Luftkammer 14 weiter erhöht und der Flüssigkeitsspiegel
in der Kammer 14 sinkt.
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In dem in Fig. 2C wiedergegebenen Zustand wird, da weiterhin Wasser
in die Batterie durch die Wassereinfüllöffnung hindurch eingefüllt wird, ein Teil
der in der Luftkammer 14 umgrenzenden Luft von der unteren Kante der Luftkammer
14 in die Austrittsöffnung 18 in Form von Blasen freigegeben oder abgegeben. Auf
diese Weise kann der Druck
in der Luftkammer 14 zu diesem Zeitpunkt
als P ausgedrückt werden, und die Wasserzufuhr erfolgt durch die Wassereinfüllöffnung
16 unter einem Druck von CI 0HO.
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Dieser Druck wird nachstehend als Wasserzufuhrdruck bezeichnet.
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Da dieser Wasserzufuhrdruck von dem Druck P der Wasserquelle unabhängig
ist, kann die Wasserzufuhrgeschwindigkeit v durch die Wassereinfüllöffnung oder
Wasser zufuhröffnung 16 hindurch in diesem stationären Zustand konstant aufrechterhalten
werden, und zwar unabhängig von dem Druck P der Wasserzufuhrquelle.
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In dem in Fig. 2D wiedergegebenen Zustand erreicht der Flüssigkeitsspiegel
des Elektrolyten den normalen Wert, und die im oberen Raum des Batteriegefäßes enthaltene
Luft wird weiter komprimiert, bis ein Teil des Elektrolyten in dem den Flüssigkeitsspiegel
bestimmenden Rohr 15 um eine Höhe H emporgeschoben wird, und der Druck in diesem
Raum kann als s H ausgedrückt werden. Unter diesem Druck wird die Zufuhr von Wasser
durch die Wassereinfüllöffnung 16 hindurch angehalten, und dieser ausgeglichene
Druckzustand wird danach aufrechterhalten.
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Bei Erreichen des oben beschriebenen ausgeglichenen Druckzustandes
in allen miteinander verbundenen Batterien kann die die Wasserquelle mit der ersten
Batterie verbindende Rohrleitung abgetrennt werden, und das in den Wasserfüllworw
richtungen in diesen Batterien belas;JEne Wasser kann » geworfen werden.
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Sowohl bei Monoblockbatterien als auch bei Batterien mit Einzeleinheiten
können die Batterien luftdicht ausgeführt werden mit der Ausnahme der Wasserzufuhröffnung
und der Wasseraustrittsöffnung, die an den beiden Enden der Batterie gruppe angeordnet
sind, da die dazwischen liegenden Batterien durch geeignete Rohre od. dgl. dicht
miteinander verbunden werden können. Aus diesem Grunde kann die oben erwähnte Explosionssicherheit
der Batterien erhalten werden, wenn an einem Ende oder beiden Enden der Batteriegruppe
der
explosionsverhindernde Mechanismus vorgesehen ist. Durch dieses
Verfahren können die Kosten der explosionssicheren Ausrüstung beträchtlich verringert
werden im Vergleich zu Fällen, bei denen die explosionsverhindernden Mechanismen
für alle Einzelbatterien vorgesehen sind. Weiterhin kann, wenn es gewünscht wird,
ein Explosionen verhindernder Mechanismus durch eine geeignete Rohrlänge geschaffen
sein, die mit der Austrittsöffnung der letzten Batterie einer Batteriegruppe verbunden
ist, so daß die Anordnung des eine Explosion verhindernden Mechanismus in geeigneter
Weise ausgewählt werden kann und die Sicherheit der Installation weiter vergrößert
ist.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Installation, bei welcher
Batterien 31, 32 und 33, die mit Wasserfüllvorrichtungen 101, 102 bzw. 103 von einer
Ausführung, die der oben beschriebenen Ausführung im wesentlichen ähnlich ist, versehen
sind, über Rohrstücke 35 und 36 miteinander verbunden sind. Die Wasserzufuhröffnung
der ersten Batterie 31 ist über ein Rohr 34 mit einem Wasserzufuhrtank 40 verbunden,
und die Wasseraustrittsöffnung 37 der letzten Batterie 33 ist über ein langes Rohr
38 mit einem Explosionen verhindernden Mechanismus 39 verbunden. Das Rohr 38 ist
vorzugsweise aus biegsamem Materialgebildet.
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Der Explosionen verhindernde Mechanismus ist aus einem fein perforierten
Filter gebildet, der mit Tonerdepulver od. dgl. gefüllt ist, und der Explosionen
verhindernde Mechanismus, der auf diese Weise gebildet oder zusammengesetzt ist,
ist in geeigneter Weise an einem Ende des Rohres 38 angebracht.
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Wenn Wasser aus dem Wasserzufuhrtank 40 mit geeignetem Druck zugeführt
wird, fließt es durch die Wasserfüllvorrichtungen der Batterien zu der Wasseraustrittsöffnung
37 der letzten Batterie 33 und tritt dann über den Explosionen verhindernden Mechanismus
nach außen aus. Wenn in diesem Fall der Explosionen verhindernde Mechanismus 39
auf höhere
Höhe als der Wasserspiegel in dem ank 40 zum Zeitpunkt
der Beendigung der Wasserzufuhr angeordnet ist, kann die Beendigung der Zufuhr auf
der Seite des Explosionen verhindernden Mechanismus 39 erkannt werden durch Feststellen
der Tatsaches daß der Wasserspiegel im Rohr 38 auf eine vorbestimmte Höhe gestiegen
istv Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist vorzugsweise das obere Ende des
den Pliissigkeitsspiegel bestinuzienden Rohres 1 bzw. 15, welches sich in die Wasserzufuhrkainmer
öffnet, an einer Stelle angeordnet, dithöher als die Stelle liegt, an der die Wasserzufuhröffnung
17 und die Wasseraustrittsöffnung 27 bzw. 37, die sich durch die Seitenwand der
Wasserzufuhrkammer erstrecken, in letztere münden, Außerdem ist die Ausführung so
getroffen, daß das untere Ende der ringförmigen Wand 3 bzw. 13 in der Wasserzufuhrkammer
auf einer niedrigeren Höhe als das obere Ende des den Flüssigkeitsspiegel bestimmenden
Rohres 1 bzw. 15 liegt.