DE2443015B2

DE2443015B2 - Batterie mit metall-gaselementen

Info

Publication number: DE2443015B2
Application number: DE19742443015
Authority: DE
Inventors: Edward S Waterford Conn Dennison (VStA)
Original assignee: Yardney Electric Corp
Current assignee: Yardney Technical Products Inc
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1977-10-13
Also published as: DE2443015C3; FR2243530A1; GB1477181A; CA1013420A; JPS5846831B2; US3834944A; DE2443015A1; JPS5054837A; SE7411348L; SE406667B

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit Metall-Gaselementen, bestehend aus einem Behälter mit mehreren in Reihe geschalteten und mit Elektrolyt versehenen Elementen sowie Einrichtungen zur Gasumwälzung.

Große elektrische Batterien, welche aus einer Vielzahl in Reihe geschalteter galvanischer Elemente bestehen, erzeugen während des Betriebes beträchtliche Wärmemengen und bedürfen daher einer Kühlung und Temperaturregelung. Neben einer häufig nicht ausreichenden Außenkühlung sind auch Kühleinrichtungen bekannt, bei denen ein Kühlmittel innerhalb der Batteri zirkuliert, wobei die Kühlwirkung jedoch relati ungleichmäßig erfolgt und die Einrichtungen seh aufwendig sind. Andererseits ist aus der US-P; 3160 528 eine Brennstoffzelle bekannt, bei welche atmosphärische Luft mittels eines motorisch angetrie benen Gebläses angesaugt wird. Dieses Gebläse teilt di Luft in zwei Ströme, von denen der Hauptstrom durc die Brennstoffzellen gedrückt wird, um den Kathode! (positiven Elektroden) Sauerstoff zuzuführen, und dabc mit dem Elektrolyt in Kontakt kommt. Eine Kühlung erfolgt nur durch einen elektrochemisch nicht wirksa men Teilstrom, der die mit Kühlrippen versehend Zellengehäuse von außen umströmt. Die Innentempera tür wird allein durch thermostatisch gesteuerte Ventil reguliert, indem warme Luft nach außen abgeleitet wire Nach dieser Veröffentlichung soll das Elektrolyt-Volu men in den Zellen und damit die Elektrolyt-Konzentra tion reguliert werden. Um ein konstantes Elektrolyt-Ni veau zu halten, muß das bei der Zellenreaktior entstehende Wasser durch Verdampfung in dei Luftstrom wieder entfernt werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabi zugrunde, eine Batterie der gattungsgemäßen Art mi einer in sich geschlossenen Kühleinrichtung zu verse hen, welche bei einer wirksamen Kühlung unc Temperaturregelung der Elemente einen einfacher Aufbau der Batterie und eine anfängliche Aktivierung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Elemente mit Abstand in übereinandei gestapelten Rahmen angeordnet sind, die mit ihrerr Umfang einen Ringkanal begrenzen und einen zentri sehen Kanal bilden, und das ein Umwälzgebläse unc eine Kühleinrichtung derart angeordnet sind, daß da: Gas über den Ringkanal den zwischen den Elementen gebildeten Zwischenräumen, den zentrischen Kanal unc die Kühleinrichtung kreisförmig umgewälzt wird.

Diese neuartige Ausgestaltung hat den wesentlichen Vorteil, daß durch die stapelartige Ausbildung der Rahmen und Elemente ein für eine Umwälzung besonders geeignetes Kanalsystem gebildet ist, durch welches das Gas mittels eines Umwälzgebläses zwangläufig geführt wird, wobei es über eine Kühleinrichtung gelangt. Daher läßt sich nicht nur die bei der Zellenreaktion freiwerdende Wärme abführen, sondern auch auf einfache Art und Weise eine günstige Reaktionstemperatur einhalten.

Vorzugsweise bildet jeder Rahmen wenigstens eine Tasche, welche ein aus anodischer (negativer) Masse und festen Elektrolyt bestehendes Brennstoffmaterial, eine auf der einen Seite den Anodenanschluß bildende Metallfolie und eine auf der anderen Seite von einem Metallgitter bedeckte Kathodenmatte enthält und mit Vorsprüngen versehen ist, auf denen der Rahmen eines darüberliegenden Elements unter Bildung querverlaufender Strömungskanäle aufliegt. Durch diesen Aufbau ist jeder Elektrode eine Kathode zugeordnet, so daß eine höchstmögliche Spannung erzielt wird. Das offene Metallgitter stellt nicht nur die Reihenverbindung der Elemente her, sondern erlaubt dem Reaktionsgas auch einen ungehinderten Zugang zu den Elementen. Vor allem aber gibt es die Wärme an das Gas ab und ist damit Bestandteil des Kühlsystems.

in einer bevorzugten Ausführung besteht der den Elementen zugeordnete Rahmen aus konzentrischen, räumlich getrennten Ringen, welche durch Stege verbunden sind und mehrere Taschen sowie einen

zentrischen Kanal senkrecht zur Ebene des Rahmens bilden, wobei die aufeinandergestapelten Elemente durch ein einen Kanal bildendes zentrisches Rohr verbunden sind. Die auf diese Art und Weise ausgebildeten Rahmen sind zur Stapelung besonders s geeignet. In kompakter Bauweise enthalten sie die Bauteile der Elemente. Die einzelnen Elemente brauchen bei der Montage lediglich auf das Rohr aufgesteckt zu werden. Jedes Element besitzt die Form einer kreisrunden Scheibe, während das Roh» zentrisch im Gehäuse gelagert ist und nach außen gerichtete Stege hat. Dieses Rohr dient nicht nur der Stapelung der Elemente, sondern gewährleistet auch die Bildung und Aufrechterhaltung des Ringkanals zwischen dem Batteriegehäuse und den gestapelten Elementen. Weiterhin bildet das Rohr vertikale Kanäle, in die das Gas von den Elementen her einströmt und welche das Gas in das Umwälzgebläse leiten. Die Elemente können zu Kontroll- und Wartungszwecken leicht herausgenommen und durch neue Elemente ersetzt werden.

Die Einrichtungen zur Umwälzung und Kühlung des Gases können je nach den baulichen Erfordernissen außerhalb oder innerhalb des Batteriebehälters angeordnet sein. Bei einer besonders kompakten Bauweise sind das Umwälzgebläse und dessen Antriebsmotor im Behälter angeordnet. Dabei kann die Kühleinrichtung aus im Behälter angeordneten, von einem Kühlmittel durchflossenen Kühlschlangen bestehen, welche von dem zu kühlenden Gas beaufschlagt werden.

Die Batterie kann zur Erzielung eines bestmöglichen Wirkungsgrades dicht abgeschlossen sein und unter Druck betrieben werden.

Weitere Merkmale der Erfindung enthält die folgende Beschreibung der anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. 1 einen mittleren Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Teil eines Elements in einem größeren Maßstab,

Fig.3 den Gegenstand der Fig.2 in einem Schnitt nach Linie 3-3,

Fig.4 einen mittleren Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform und

F i g. 5 ein Wassertauchfahrzeug mit zwei Batteriebehältern.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Batterie 10 besteht aus einem Behälter 12, mit einer im wesentlichen zylindrischen Außenwand 14, einem Boden 16 und einem nach außen gewölbten, abnehmbaren Deckel 18. Der Boden 16 kann von der Außenwand 14 abnehmbar sein oder eine Einheit mit ihr bilden. Das obere Ende der Außenwand 14 besitzt einen nach außen ragenden, rundumlaufenden Flansch 20, auf den ein gleichartiger Flansch 22 des Deckels 18 paßt Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführung ist der Behälter 12 dicht geschlossen und kann unter Druck gesetzt werden.

Der Behälter 12 und seine Teile können auch irgendeine andere geeignete Form haben, z. B. kann der Behälter 12 eine quadratische, rechteckige oder andere Form besitzen. Er kann aus verschiedenartigem Material bestehen, etwa Holz, Metall, Kunststoff, synthetischem Harz od. dgl. Wie F i g. 1 zeigt, weist der Behälter 12 einen hohlen Innenraum 24 auf, in welchem sich mehrere aufeinandergestapelte Elemente 26 befinden.

Den F i g. 2 und 3 ist zu einnehmen, daß jedes Element 26 die Gestalt einer kreisrunden flachen Scheibe besitzt. Es besteht aus einem Rahmen 28, der wiederum aus einem äußeren Ring 10 und aus einem inneren Ring 32 gebildet wird. Die Ringe sind durch mehrere radiale Stege 34 miteinander verbanden. Der Rahmen 28 besteht aus elektrisch nichtleitendem Material, vorzugsweise aus einem leichten, hitzebeständigen, synthetischen Kunststoff od. dgl.

Jeder Rahmen 28 wird im Innenraum 24 des Behälters 12 so angeordnet, daß zwischen der Seitenwand 14 des Behälters 12 und der Randfläch«· 38 des äußeren Ringes 30 ein Ringkanal 36 entsteht. Dies geschieht, wie im einzelnen in F i g. 2 dargestellt ist, mit Hilfe eines Rohres 40, welches in der Längsachse des Behälters 12 verläuft. Das Rohr 40 besteht zweckmäßigerweise aus leichtem, elektrisch nichtleitendem, dauerhaftem Material, etwa Kunststoff od. dgl. und umfaßt ein zentrales Rohrstück 42, an dem mehrere radial nach außen weisende Stege 44 angebracht sind.

Die äußeren Enden 46 der Stege 44 liegen an der Innenfläche 48 des inneren Ringes 32 eines jeden Rahmens 28 an, wodurch die Rahmen 28 im Stapel ausgerichtet werden. Das zentrale Rohrstück 42 des Rohres 40 besitzt eine Bohrung 50, welche Einrichtungen zum Ausrichten und Befestigen aufnehmen kann. Vorzugsweise ist die Säule so lang, daß alle Elemente 26 in der Batterie 10 ausgerichtet werden können. Dementsprechend verlaufen das Rohrstück 42 und die Bohrung 50 über die ganze Länge des Rohres 40; ebenso auch die Stege 44.

Aufgrund dieses Aufbaues des Rahmens 28, mit dem inneren und äußeren Ring 32 und 30 und den Stegen 34, werden in jedem Rahmen mehrere Taschen 52 gebildet, in welchen Brennstoffmaterial 54 passend eingelagert ist. Der Brennstoff besteht aus einer Mischung eines festen Elektrolyts, z. B. Kaliumhydroxid od. dgl., anodischem Material, z. B. Zink oder anderen Metallteilchen, z. B. Aluminium. Außerdem können Quecksilberoxid und/oder andere Wirkstoffe in der Mischung enthalten sein, so wie es für die richtige Arbeitsweise jedes Elementes 26 erforderlich ist. Jedes Brennstoffmaterial 54 kann nach Größe und Form jeder Tasche 52, in der sie untergebracht ist, angepaßt sein.

Das Brennstoffmaterial 54 liegt auf einer Metallfolie 56 auf, welche am Rahmen 28 anliegt oder mit diesem verbunden ist. Die Metallfolie 56 ist am Rahmen 2Ϊ durch eine Ringdichtung 58 abgedichtet. Jede Metallfolie 56 erstreckt sich zwischen dem inneren Ring 32 unc dem äußeren Ring 30 eines Rahmens an desser Unterseite. Sie kann aus leichtem, dünnem, folienarti gern Metall, etwa Kupfer, Nickel od. dgl. bestehen. Die Metallfolie 56 dient als Anodenanschluß des Element! 26 und auch als Träger für das Brennstoffmaterial 54 ir den Taschen 52 der Rahmen 28.

Eine Kathodenmatte 60, wie sie üblicherweise ii Metall-Luft-Elementen verwendet wird, befindet sich ai der Oberseite des Brennstoffmaterials 54 und erstreck sich zwischen dem inneren und dem äußeren Ring de Rahmens 28. Die Kathodenmatte 60 kann beispielsweisi abscheidende, katalytisch wirkende und wasserabsto ßende Schichten enthalten. Hierfür können die Schich ten beispielsweise aus Nylon, Kohlenstoff und Tefloi bestehen, welche von einem Leichtmetallschirm, etw aus Nickel, Kupfer od. dgl. getragen werden. Di Kathodenmatte 60 ist mit dem Rahmen 28 wasserdich verbunden, beispielsweise durch einen Epoxyd-Kunst stoff und kann mit dem Rahmen 28 verschweißt oder au andere Weise mit ihm zu einer Einheit verbunden sein.

Die freien Oberflächen 62 der Ringe 32 und 30 sin mit unterbrochenen Vorsprüngen 64, welche ein

geeignete Höhe von etwa 1,6 mm oder mehr aufweisen, versehen. Auf diesen Erhebungen liegt die Metallfolie 56 des nächsten darüberliegenden Elements 26 im Stapel. Durch diese Anordnung entstehen Strömungskanäle 66 für das Gas, welche zwischen benachbarten Elementen 26 vom Außenumfang des Ringes 30 zum Innenumfang dieses Ringes 32 verlaufen. Die Strömungskanäle 66 stehen mit dem Ringkanal 36 und mit den Kanälen 68 zwischen den Stegen 44 des Rohres 40 in Verbindung, so daß das Gas vollkommen frei zwischen und um die Elemente 26 im Stapel herum, d. h. im Behälter, zirkulieren kann.

Der Kanal 66 enthält ein durchlässiges Metallgitter 70 gefüllt, welches aus einem offenen, elektrisch leitenden Drahtgitter oder einer Metallfolie, z.B. aus Nickel, Kupfer od. dgl. besteht. Das Metallgitter 70 stellt Kontakt zwischen der Kathodenmatte 60 und der Metallfolie 56, welche den Anodenanschluß des nächsten Elements 26 bildet, her. Dementsprechend sind die Elemente 26 im Stapel in Reihe geschaltet. Das Metallgitter 70 erlaubt dem Gas die Strömungskanäle 66 frei zu durchströmen, so daß ein sauerstoffhaltiges Gas od. dgl. jedes Element 26 zur Unterhaltung der elektrochemischen Reaktion versorgen kann. Die Strömungskanäle 66 dienen außerdem der zwangsweisen Umwälzung des Sauerstoffs oder eines anderen, der Kühlung dienenden Fluids in jedem Element 26, um die Temperatur der Elemente 26 im Stapel zu regulieren. Durch die Strömungskanäle 66 kann außerdem ein aktivierendes Fluid, z. B. Wasser oder Wasserdampf, zugeführt werden, um den festen Elektrolyten in jeder Tasche 52 aufzulösen und damit die Reaktion im Element in Gang zu setzen. Das Metallgitter 70 unterstützt die Kühlung jedes Elements, weil sein Kontakt mit der darüberliegenden Metallfolie 56 an vielen Punkten einen leichten Wärmeübergang ermöglicht und es direkt im Kühlstrom der Strömungskanäle 66 liegt.

Aus F i g. 1 und 2 geht hervor, daß die Elemente 26 auf dem Rohr 40 senkrecht aufeinandergestapelt sind, wobei das untere Ende der Säule mit einer waagerechten Grundplatte 72 verbunden ist, welche mittels eines Ansatzes 74 in einen Sockel 76 des Bodens 16 ragt. Das Rohr 40 richtet die Elemente 26 des Stapels aus und der Stapel ist durch eine Deckplatte 78, die auf dem obersten Element 26 des Stapels liegt, abgeschlossen. Die Deckplatte 78 ragt teilweise in die Kanäle 68 hinein (nicht dargestellt) und wird durch eine Mutter 80 auf den Stapel gedrückt. Diese Mutter 80 sitzt lösbar auf einem Bolzen 83, der durch die Bohrung 50 verläuft und lösbar mit der Grundplatte 72 verbunden ist. Dementsprechend ist der Stapel aus Elementen 26 aneinanderliegend aber lösbar verbunden. Das Rohr 40 ragt über die Deckplatte 78 hinaus und endet an der Eintrittsöffnung 82 eines Umwälzgebläses 84, das mit einem Antricbsmotor 86 verbunden ist. Alle diese Bauteile befinden sich im oberen Teil des Behälters 12. Das Umwälzgebläse 84 ist mit dem Rohr 40 verbunden und enthält einen oder mehrere radiale Austrittsöffnungen 88, welche das Gas zwingen, nach unten durch eine Kühleinrichtung hindurchzuströmen, Die Kühleinrichtung 90 befindet sich ebenfalls im Behälter 12. Von der Kühleinrichtung wird das Gas in den Ringkanal 36 und dann durch die zwischen den Elementen 26 befindlichen Strömungskanälc 66 gedrückt. Das Gas strömt aus den Strömungska- <>s nälcn 66 in die Kanäle 68 und in ihnen nach oben in die Eintrittsöffnung 82, wo es erneut, so wie beschrieben, umgewälzt wird. Es besteht also ein Strömungsweg für

das Gas, das den Stapel belüftet.

Die Kühleinrichtung 90 kann mehrere Kühlschlangen 92 enthalten, in welchen ein Kühlmittel, etwa Wasser, zirkuliert, so daß überschüssige, in der Batterie während des Betriebes erzeugte Wärme indirekt abgeführt wird. Wird die Batterie unter voller Last und kontinuierlich betrieben, dann kann es notwendig sein, überschüssige Wärme fortgesetzt abzuführen, um eine Überhitzung der Elemente zu vermeiden. Der Antriebsmotor 86 für das Umwälzgebläse 84 sollte explosionsgeschützt sein und mit nichtbrennbarem Schmiermittel laufen. Dieser Antriebsmotor (mit Ausnahme der Rotorwelle) befindet sich vorzugsweise in einer eigenen oberen Kammer 94 im Deckel 18 des Behälters 12, so wie in F i g. 1 gezeigt, um hierdurch jede Entzündung des Sauerstoffs in dem durch die Batterie strömenden Gas auszuschließen. Die Rotorwelle zwischen Motor und Gebläse ist mit einer Magnet-Fluid-Dichlung abgedichtet, so daß absolute Sicherheit gegenüber einem Ausströmen von Sauerstoff besteht. Das Umwälzgebläse 84 kann durch Streben 95 od. dgl. mit der Kammer 94 verbunden sein, so daß beim Abheben des Deckels 18 der Motor, das Umwälzgebläse und die Kühleinrichtung als Einheit abgehoben werden können.

Durch die Zuführungs- und Abführungsleitungen % kann Kühlmittel, z. B. Wasser oder ein anderes Kühlmedium, durch die Kühleinrichtung geleitet werden. Eine oder mehrere Leitungen 98 sind für die Zuführung von Fluida zur Aktivierung und Aufrechterhaltung der Reaktion in den Elementen vorgesehen. Zur Aktivierung des Elements kann beispielsweise Wasserdampf zugeführt werden. Für die Unterhaltung der Reaktionen in den Elementen kann Sauerstoff oder Luft benutzt werden. Es ist zweckmäßig, daß der Behälter 12 hermetisch abgedichtet ist. Sauerstoff oder Luft kann von einer äußeren Quelle (kryogen od. dgl.) in den Behälter 12 geleitet werden, um einen geeigneten Arbeitsdruck, beispielsweise etwa 7 kg/cm², herzustellen. Elektrische Leitungen 100, welche an der Oberseite und der Unterseite des Stapels angeschlossen sind, bilden den elektrischen Ausgang der Batterie. Außerdem können elektrische Leitungen (nicht dargestellt) für den Betrieb des Antriebsmotors 86 vorgesehen sein.

Soll ein Stapel aufgebrauchter Elemente ersetzt werden, so wird zunächst der Deckel in der oben beschriebenen Weise abgenommen, so daß der Stapel 10 und seine elektrischen Leitungen 100 freiliegen. Nach dem Abtrennen der Leitungen 100 kann der Stapel bestehend aus den Elementen und der Säule zwischen der oberen und unteren Deckplatte, herausgehober werden. Dies geschieht durch Ankoppeln eines Gewin dezapfcns am oberen Ende des zentralen Bolzens 83 mi einem nicht dargestellten Hebezeug, wobei der Stape aus dem Behälter herausgehoben wird.

Dann kann ein neuer Stapel Elemente eingesetzt un< aktiviert werden. Der verbrauchte Stapel wird anschlie ßend zerlegt und die nicht verbrauchten Teile un< Materialien werden für eine erneute Benutzuni verfügbar gemacht.

Ein weiterer Vorteil der dieser Erfindung cntsprc chcndcn Batterie 10 besteht darin, daß sie vor de Benutzung nicht aktiviert zu werden braucht. Ein solche Batterie besitzt mit den beschriebenen Elcmcr ten im nicht aktivierten Zustand eine nahezu unbegrcna te l.ugerfllhigkcit. Die Elemente können zu vollständ gen Stapeln zusammengesetzt und in wasserdichte Verpackung aus Kunststoff od. dgl. gelagert werde bevor man sie aktiviert. Solche Stapel können in diesel

Zustand transportiert werden und bedarfsweise in einen Behälter gesetzt und aktiviert werden. Die Aktivierung geschieht ganz einfach durch Zuführung einer bestimmten Menge von Wasserdampf oder Wasser in den abgedichteten Behälter, in welchem sich der Stapel befindet. Es ist ferner möglich, die Elemente durch die Verwendung von wasserhaltigen Komponenten in den Brennstoffmassen vorzuaktivieren. Solche wasserhaltigen Komponenten werden während der Herstellung der Elemente hinzugefügt. Die Elemente sind damit zu jeder Zeit einsalzbereit, obgleich ein gewisser Kapazitätsverlust auftreten kann. Ein solches wasserhaltiges Material kann ein Gel od. dgl. sein, beispielsweise Natriumcarboxymethylzellulose, wasserlösliche copolymere Harze aus Äthylenmaleinsäureanhydrid, Guar-Mehl u. dgl., welche im Handel erhältlich sind.

Bei der in F i g. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ähnelt die Batterie 102 stark der Batterie 10 gemäß Fig. 1 bis 3. Die mit der Fig. 1 bis 3 identischen Teile haben in Fig.4 die gleichen Bezugszahlen mit dem Buchstaben »a« erhalten.

Aus Fig.4 geht hervor, daß die Batterie 102 aus einem Behälter 12a und aus mehreren Elementen 26a auf einem zentrischen Rohr 40a mit einer Deckplatte 78a besteht. Ferner erhält die Batterie 102 einen Deckel 18a. Die Batterie 102 enthält jedoch kein Motorgebläse oder Kühlsystem in ihrem Inneren.

Statt dessen führt eine Leitung 98a für Sauerstoff oder ein anderes Gas über ein Ventilsystem zu einem Kompressor 104 und zu seiner Sauerstoffqucüe 105 oder ein anderes Gas außerhalb des Behälters 12a. Die Leitung 98a führt außerdem zu einer Verteilerdüse 106 im oberen Teil des Behälters 12a. Die Düse 106 verteilt Sauerstoff oder ein anderes Fluid über eine Auslaßöffnung 108 direkt in den Ringkanal 36a zwischen dem Stapel-Element 26a und der Außenwand 114a des Behälters 12a. Querverlaufendc Kanäle (nicht dargestellt) zwischen benachbarten Elementen 26a ermöglichen den Durchfluß von Gas durch die Elemente. Sauerstoff oder ein anderes Gas, das durch das zentrische Rohr 40a zur Düse 106 zurückkehrt, wird zur Leitung 110 geführt, welche aus dem Behälter 12a heraus zu einem indirekt arbeitenden Wärmetauscher

112 läuft. Der Wärmetauscher 112 wird mit Kühlwasser od. dgl. aus einer primären Wärmcregulierungsquelle

113 über eine Leitung 114 und eine Pumpe 116 versorgt. Das Gas in der Leitung 110 wird gekühlt! und dann über den Kompressor 104 in die Leitung 98a befördert. Dann strömt das Fluid erneut in die Batterie 102, wie oben beschrieben. Ein solches Gas in den Elementen 26a der Batterie 102 dient sowohl als Kühlmittel als auch der Aufrcchtcrhnltiing der Reaktion in den Elementen, weil es Sauerstoff mit sich führt.

Die Batterie 102 hat im wesentlichen die gleichen Funktionen und Vorteile wie die Batterie 10, untcrschcidet sich aber im Aufbau von der Batterie 10 sehr stark, weil bei ihr eine externe Kühlung und kein internes Molorgcbläsc vorgesehen ist. Nur ein Teil des zirkulierenden Gases fließt durch den externen Lcitiingswcg, wo es gekühlt und komprimiert wird. Der zurückkehrende Gasstrom treibt eine Düse, eine bekannte fluid-dynamischc einrichtung; zum Pumpen eines Gasstromes. Auf diese Weise wird bewirkt, daß Luft oder Sauerstoff durch die Batterie zirkuliert.

Die Bauhöhc der Batterie ist bei dieser Konstruktion etwas reduziert, was für manche Anwendungsfällc von Vorteil sein kann. Ferner ist die Wartung der Batterie etwas einfacher. Zusätzlicher Raum wird jedoch für die erwähnten Hilfsgeräte benötigt.

Die der vorliegenden Erfindung entsprechenden Batterien eignen sich sehr gut für die Energieversorgung kleiner, tauchfähiger Wasserfahrzeuge u.dgl. S Sollen solche Fahrzeuge mit herkömmlichen Batterien betrieben werden, so erweisen sich diese Batterien als relativ groß und schwer. Verwendung finden beispielsweise Blei-Säure- oder Silber-Zink-Batterien, welche gewöhnlich in Leichtmetallbehältern untergebracht

ίο sind. Diese Behälter sind mit öl gefüllt und direkt dem Wasserdruck ausgesetzt. Sie werden im allgemeinen unterhalb der Mittellinie des Fahrzeuges in tiefer Position angebracht. Der Raum oberhalb der Behälter wird von leichteren Komponenten, beispielsweise Auftriebmaterial eingenommen, um das große Gewicht der Batterien zu kompensieren. Solche herkömmlichen Batterien sind schwer zugänglich, sie erfordern aber trotzdem eine regelmäßige Inspektion und Wartung.

Im Gegensatz dazu wiegen die der vorliegenden Erfindung entsprechenden Batterien nur halb soviel wie herkömmliche Silber-Zink-Batterien. Sie sind nicht dafür gedacht, dem Wasserdruck ausgesetzt zu werden. Statt dessen werden sie im Druckkörper des Wasserfahrzeuges zusammen mit den Hilfseinrichtungen untergebracht und stellen ein nutzbares neutrales oder positives Auftriebsmaterial dar. Der Massenschwerpunkt der Batterie liegt in der Mitte oder unterhalb der Mittellinie. Die Ausführungsform von F i g. 4 ist in einem typischen Anwcndungsfall in F i g. 5 dargestellt. Dort befindet sich die Batterie im Inneren eines tauchfähigen Wasserfahrzeuges 118. Zwei Behälter 12a für Batterien 102 befinden sich in einem Behälter 120, der auch die Hilfseinrichtungen, so wie sie in Fig.4 gezeigt sind, beinhaltet. Die Deckel 18a der Behälter 12a sind von der Außenseite des Rumpfes 118 des Wasserfahrzeuges zugänglich. Ein Ersatz der Batterie 102 und/oder ihres Stapels der Elemente 26a, eine Reparatur und eine Inspektion sind sehr leicht durchführbar. Die Ausführungsform gemäß F i g. 1 kann bedarfsweise an die Stelle der Ausführungsform gemäß F i g. 4 treten.

Dem Element 26a (oder 26) kann Sauerstoff aus der Sauerstoffquelle 105 in F i g. 4 zugeführt werden. Durch den Wärmetauscher 112 und die Wärmeregelungsquellc 113 kann Vcrlustwärme ohne Schwierigkeit abgeführt

werden. Über geeignete Ventile kann die abgeführte Wärme beispielsweise zur Heizung des Mannschaftsraumes verwendet oder durch den Rumpf in das umgebende Wasser abgeführt werden. Alle Leitunger zu den Batterien 102 können so angelegt werden, daß sie sich leicht abtrennen lassen, wodurch die Battcrier leicht zu entfernen sind, wenn dies gewünscht wird.

Vergleicht man die der vorliegenden Erfindung entsprechende Batterie im Zusammenhang mit tauchfähigen Wasserfahrzeugen mit einer Silbcr-Zink-Battcric welche für solche Zwecke die Säurc-Blci-Battcric weitgehend verdrängt hat, dann ist festzustellen, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Batterie bei glcichci vorgegebener Kapazität nur ein Drittel des Gewicht! aufweist. Außerdem ist die hier beschriebene Biitterit

<>o ausdauernder und billiger und erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb des Wasserfahrzeugs. Vergleicht man die dieser Erfindung zugrunde liegende Batterie mi Wasscrstoff-Saucrstoff-Brcnnstoffclcmcntcn, danr kann gesagt werden, daß sie weniger gefährlich ist

i'.s einfacher versorgt werden kann und geringere Kostcr verursacht, als irgendein bekannte:

Wasscrstoff-Sauerstoff-Brcnnstoffclcmcnt. Ferner bc sitzt sie einen höheren Wirkungsgrad als irgendein!

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Wärmemaschine und ist weniger anfällig für mechanische Defekte und einfacher und billiger. Der mechanische Austausch bei einer dieser Erfindung entsprechenden Batterie erfordert weniger aJs zwei Stunden, während die Aufladezeit einer Silber-Zink-Batterie 10 Stunden erfordert. Es ergeben sich daher Einsparungen bei der Betriebszeit des Fahrzeuges und der Arbeitszeit der Mannschaft und des Wartungspersonals.

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Claims

Patentansprüche:

1. Batterie mit Metall-Gaselementen, bestehend aus einem Behälter mit mehreren in Reihe geschalteten und mit Elektrolyt versehenen Elementen sowie Einrichtungen zur Gasumwälzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (26) mit Abstand in übereinandergestapelten Rahmen (28) angeordnet sind, die mit ihrem Umfang einen Ringkanal (36) begrenzen und einen zentrisehen Kanal (68) bilden, und daß ein Umwälzgebläse (84) und eine Kühleinrichtung (90) derart angeordnet sind, daß das Gas über den Ringkanal, den zwischen den Elementen gebildeten Zwischenräumen (66), den zemrischen Kanal und die Kühleinirichtung kreisförmig umgewälzt wird.

2. Batterie nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen (28) wenigstens eine Tasche (52) bildet, welche ein aus negativer Masse und festem Elektrolyt bestehendes Brennstoffmaterial (54) eine auf der einen Seite den negativen Anschluß bildenden Metallfolie (56) und eine auf der anderen Seite von einem Metallgitter (70) bedeckte Matte (60) enthält und mit Vorsprüngen (64) versehen ist, auf denen der Rahmen (26) eines darüberliegenden Elementes (26) unter Bildung querverlaufender Strömungskanäle (66) aufliegt.

3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (28) aus; konzentrischen, räumlich getrennten Ringen (30,32) besteht, welche durch Stege (34) miteinander verbunden sind und mehrere Taschen (52) sowie einen zentrischen Kanal (68) senkrecht zur Ebene des Rahmens bilden, wobei die aufeinandergestapelten Elemente (26) durch ein einen Kanal bildendes zentrisches Rohr (40) verbunden sind.

4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (26) die Form einer kreisrunden Scheibe besitzt und das Rohr (40) zentrisch im Behälter (12) gelagert ist und radial nach außen gerichtete Stege (44) besitzt.

5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwälzgebläse (84) und dessen Antriebsmotor (86) im Behälter (12) angeordnet sind.

6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (9ö) aus im Behälter (12) angeordneten, von einem Kühlmittel durchflossenen Kühlschlangen (92) besteht.

7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein abnehmbarer Deckel (18) und Anschlüsse zur Zu- und Ableitung des Gases vorgesehen sind und der Stapel herausnehmbar auf dem Boden des Behälters auf einer Grundplatte (72) sitzt.

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