DE2447459C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Aktivierung einer geschlossenen, aus
galvanischen, einen festen hygroskopischen Elektrolyten enthaltenden Füllelementen bestehenden Batterie.
Eine Aktivierung großer Batterien dieser Art ist mit
großen Schwierigkeiten verbunden. In der Regel wird die Batterie zu diesem Zweck geöffnet und ein
aktivierendes Mittel, beispielsweise Wasser, zugegeben. Die dabei freiwerdende große Wärmemenge führt zu
einer ungleichmäßigen Aktivierung der Füllelemente. Auch dauert eine solche Aktivierung sehr lange. Wegen
der vorhandenen Poren gelangt das Wasser nur schwierig an alle Stellen des zu aktivierenden
Elektrolyten. Der Aktivierungsprozeß und der Batteriebetrieb werden weiterhin durch das in den Poren des
Elektrolyten vorhandene Gas nachteilig beeinflußt. Dieser Nachteil besteht auch bei der bekannten
Aktivierung durch Einführung von Wasserdampf, der außerdem eine die Aktivierung erschwerende Schichtung
in der Batterie verursacht. Schwierigkeiten bereitet schließlich auch die Aktivierung einer installierten und
von außen nicht zugänglichen Batterie.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Aktivierung der Batterie zu verbessern,
insbesondere in einer kürzeren Zeitspanne eine gleichmäßigere Aktivierung in allen Bereichen der
Füllelemente zu gewährleisten. Weiterhin soll die Aktivierung auch für geschlossene Batterien geeignet
sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Innere der Batterie auf einen unter Atmosphärendruck
liegenden Druck evakuiert und danach bei diesen niedrigen Druckverhältnissen durch Wasserzuführung
Wasserdampf gebildet und aufrechterhalten wird, bis wenigstens ein die Batterie aktivierender Teil
des Elektrolyten aufgelöst ist.
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß durch das Evakuieren der Batterie uner-'
wünschte gasförmige Bestandteile, wie Edelgase, Sauerstoff od. dgl, aus der Batterie entfernt werden, so
daß das danach eingeführte Aktivierungsmittel ungehindert auf den Elektrolyten einwirken kann. Das
vorhandene Vakuum dient weiterhin aber auch der
ίο Bildung und Zuführung des Aktivierungsmittels im
folgenden Verfahrensschritt, da hierdurch einerseits durch die herrschenden Druckverhältnisse eine erhöhte
Wasserdampfbildung ohne Schichtungseffekt erreicht wird und der Wasserdampf der Lösung des Elektrolyten
'■> dient. Ein solcher Aktivierungsprozeß läuft rasch,
einfach und wirksam ab und stellt die volle Betriebsbereitschaft der Batterie bei einer verbesserten Nutzung
sicher.
Durch Erwärmung des zugeführten Wassers inner-
■W halb oder außerhalb der Batterie läßt sich die
Wasserdampfbildung beschleunigen. Eine innerhalb der Batterie stattfindende Erwärmung erfolgt durch die bei
der Aktivierung freiwerdende Wärmeenergie, während eine zusätzliche Erwärmung außerhalb der Batterie
J"> durch eine geeignete Wasscraufheizung geschehen
kann. Eine weitere Beschleunigung der Aktivierung kann erfindungsgemäß durch eine Umwälzung des
Wasserdarrpfes herbeigeführt werden. Soll die Temperatur in der Batterie insbesondere wegen der beim
i<> Auflösen des Elektrolyten freiwerdenden Wärmemenge stabilisiert werden, so kann nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung der Wasserdampf abgekühlt werden.
Die zur Durchführung des Verfahrens benötigte
'" Einrichtung ist von besonders einfachem Aufbau. Die Batterie ist mit einer Vakuumeinrichtung, einem
beheizbaren, mit Einrichtungen zum Zuleiten von Wasser ausgerüsteten Wasserbehälter, einem Umwälzgebläse
und einer Kühleinrichtung versehen. Diese
4(1 Bauteile lassen sich der Batterie so zuordnen, daß auch
im installierten Zustand an unzulänglichem Ort eine Aktivierung möglich ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, welche eine Batterie in
1' einer schematischen, teilweise aufgeschnittenen Ansicht
zeigt.
Die Batterie 10 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen, hohlen Gehäuse oder Behälter 12 mit
einem dicht schließenden, abnehmbaren Deckel 14. Der
w Behälter 12 enthält mehrere aufeinander gestapelte
Füllelemente 16. Jedes Füllelement 16 enthält zwei Elektroden (nicht dargestellt) und einen Elektrolyten
(nicht dargestellt), der durch Wasser oder Wasserdampf aktiviert werden kann. Die Füllelemente 16 sind auf
y> einen senkrecht stehenden zentralen Kern 18 übereinander
gestapelt. Dabei weisen sie einen Abstand zur Seitenwand 20 des Behälters 12 auf, so daß ein Raum 22
an der Peripherie für die Zirkulation des Aktivierungsmittels gebildet wird.
"0 Der zentrale Kern 18 besitzt Strömungskanäle (nicht
dargestellt), und im Bereich oberhalb des Stapels der Füllelemente 16 der Batterie 10 sind Einrichtungen
vorgesehen, welche der Zirkulation und Kühlung des Aktivierungsmittels dienen. Diese Einrichtungen bestehen
aus einem Umwälzgebläse 24, das von einem Motor 26, der etwa elektrisch oder auf ähnliche Weise
betrieben wird, betätigt wird. In der Nähe des Umwälzgebläses 24 befindet sich die Kühleinrichtung
28, die mit durch die Wand 20 hindurchführende Zu- und Ableitungen 30 verbunden ist. Der Motor 26 ist
vorzugsweise von der übrigen Batterie durch eine Wand 32 dicht abgeschlossen, durch welche eine das
Umwälzgebläse24 antreibende Motorwelle 34 ragt.
Der Stapel der Füllelemente wird abnehmbar auf dem zentralen Kern 18 durch eine Bodenplatte 36, eine
Deckplatte 38 und einen Gewindebolzen 40 gehalten. Der Bolzen 40 verläuft durch den Kern 18 und die
Deckplatte und ist lösbar mit der Bodenplatte 36 verbunden. Die Deckplatte 38 sitzt lösbar auf dem
Stapel der Füllelemente. Sie wird durch eine Mutter 42 auf dem Bolzen 40 gehalten. Die Bodenplatte 36 besitzt
einen Fuß 44, welcher den Stapel von den Elementen oberhalb der Bodenfläche 46 des Behälters 12 hält.
Eine Vakuumleitung 48 und eine Vakuumpumpe 50 sind mit dem Innenraum der Batterie 10 zur
Reduzierung des Drucks verbunden. Außerdem sind Einrichtungen zum Zuführen von Wasserdampf in die
Batterie vorgesehen. Obwohl solche Einrichtungen aus einer Wasserdampfzuführungsleitung (nicht dargestellt)
bestehen können, ist in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ein auf der Bodenfläche
46 der Batterie angebrachter Verdampfertrog 52 vorgesehen, welcher über öffnungen 54 in der
Bodenfläche 46 mit dem Raum 22 verbunden ist. An den Verdampfertrog 52 ist eine Wasserzuführungsleitung 56
angeschlossen, die mit einem Ventil 58 versehen ist. Außerhalb der Batterie, aber in der Nähe des
Verdampfertroges 52, sind Einrichtungen zum Erwärmen des Wassers im Verdarnpfertrog 52 vorgesehen,
um die Verdampfung zu erleichtern. Diese bestehen aus einer Heizung 60, die mit Elektrizität über Leitungen 62
versorgt wird.
Der Elektrolyt (nicht dargestellt) für die Elemente 16 ist stark hygroskopisch und kann beispielsweise aus
Kaliumhydroxid, gemischt mit Zinkteilchen (Anodenmaterial) od. dgl., bestehen. Das Gemisch kann zu
Brennstoffbarren für die Elemente gepreßt sein. Die Kathoden der Elemente können aus Nickel, Zink,
Kupfer od. dgl. bestehen. Einzelheiten des Aufbaus der Elemente können unterschiedlich sein.
Der Behälter 12 kann aus irgendeinem geeigneten Material, etwa Metall od. dgl., bestehen. Das gleiche gilt
für das Gebläse, den Kühlkern, den zentralen Stapelkern, den Verdampfertrog usw.
Die verwendeten Materialien in der Batterie sollten beständig gegen Korrosionswirkung von Wasserdampf
und festen und aufgelösten Elektrolyten sein. Beispielsweise kann der Behälter 12 aus korrosionsbeständigem
Stahl od. dgl. bestehen. Gleiches gilt für das Gebläse.
Zur Aktivierung der Batterie 10 wird der Behälter 12 auf einen Druck unter etwa 1 mm Hg evakuiert, und
zwar mit Hilfe der Vakuumleitung 48 und der Pumpe 50. Dann wird Wasser, beispielsweise mit Zimmertemperatur,
durch die Wasserzuführungsleitung 56 bei geöffnetem Ventil 58 in den Verdampfertrog 52 geleitet.
Gleichzeitig kann in mäßigem Umfang Wärme über die Heizung 60 dem Verdampfertrog 52 se zugeführt
werden, daß die in einem geeigneten Zeitabschnitt zur vollen Aktivierung des Elektrolyten in den Elementen
16 der Batterie 10 erforderliche Wassermenge verdampft wird. Ein geeigneter Zeitabschnitt dauert
beispielsweise 2 Stunden oder weniger.
Da« Umwäizgebläse 24 wird vorzugsweise vom Motor 26 über die Welle 34 angetrieben, so daß der an
Ort und Stelle erzeugte Wasserdampf in der Batterie JO gleichmäßig über den peripheren Raum 22 und die
zentralen Wege in alle Elemente des Stapels gefördert wird. Die Kühleinrichtung 28 kann auch zur Temperaturbegrenzung
in der Batterie verwendet werden. Während die Verdampfung von Wasser zu Wasserdampf
die Zuführung von etwa 586 Kcal pro kg Wasser erfordert, wird bei der Kondensation von Wasserdampf
am Elektrolyten die gleiche Energie, nämüch 586 Kcal pro kg Wasser, wieder frei. Ferner wird bei der
Auflösung des Elektrolyten Wärme frei. Besteht der Elektrolyt aus Kaliumhydroxid, dann werden etwa
231 Kcal pro kg aufgelösten Elektrolyt frei. Eine Regulierung der Temperatur der Füllelemente während
des Aktivierungsprozesses ist wünschenswert, um eine optimale, aber nicht zu hohe Umgebungstemperatur
sicherzustellen.
Wird das Wasser im Verdampfertrog 52 etwa durch die Heizung 60 nicht erhitzt, dann ist die erforderliche
Zeit für die Aktivierung des Brennstoffs in der Batterie 10 größer als bei Erwärmung des Wassers im
Verdampfertrog auf beispielsweise etwa 65°C. Je schneller der Wasserdampf erzeugt wird, um so
schneller läuft der Prozeß ab. Wird jedoch Wärme in die Batterie durch Erwärmung des Wassers gebracht, um
dieses schneller zu verdampfen, dann ist es notwendig, einen Teil dieser Wärme über die Kühleinrichtung
wieder abzuführen, um ein Wärmegleichgewicht zu erlangen. Zur Erreichung eines bestmöglichen Wirkungsgrades
beim Aktivierungsprozeß ist es wichtig, den Wasserdampf zwangsweise mit Hilfe des Umwälzgebläses
24 zirkulieren zu lassen, um eine gleichmäßige Sättigung des Elektrolyten und eine gleichmäßige
Temperatur in den Füllelementen während aller Aktivierungsphasen zu erreichen.
Ist all das zur vollen Aktiv icrung aller Füllelemente 16
in der Batterie 10 benötigte Was* ;r verdampft, dann
kann die Heizung 60 abgeschaltet und die Batterie 10 voll aktiviert und dann auf Raumtemperatur abgekühlt
werden. Sie ist dann betriebsbereit, wenn wieder normaler Druck in ihr hergestellt worden ist. Wenn es
gewünscht wird, kann das Vakuum in der Batterie 10 während des Betriebs aufrechterhalten werden.
Es wurde gefunden, daß die beschriebene Batterie mit
voller Energie arbeitet, wenn sie entsprechend dem dieser Erfindung entsprechenden Verfahren aktiviert
worden ist. Das Verfahren ist auf verschiedene geschlossene, aus mehreren Füllelementen bestehende
Batterien, etwa Metall-Luft-Batterien und andere Typen, anwendbar. Es erweist sich als schnell,
wirtschaftlich und hochwirksam für den beabsichtigten Zweck.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Aktivierung einer geschlossenen, aus galvanischen, einen festen hygroskopischen
Elektrolyten enthaltenden Füllelementen bestehenden Batterie durch Wasserzugabe, dadurch
gekennzeichnet, daß das Innere der Batterie (10) auf einen unter Atmosphärendruck liegenden
Druck evakuiert und danach bei diesen niedrigen Druckverhältnissen durch Wasserzuführung Wasserdampf
gebildet und aufrechterhalten wird, bis wenigstens ein die Batterie aktivierender Anteil des
Elektrolyten aufgelöst ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Wasser zur Wasserdampfbildung
innerhalb der Batterie erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Wasser außerhalb
der Batterie erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf in
der Batterie umgewälzt und zur Temperatursteuerung abgekühlt wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Batterie mit einer Vakuumeinrichtung (48, 50), einem beheizbaren, mit Einrichtungen zum
Zuleiten von Wasser ausgerüsteten Wasserbehälter (52), einem Umwälzgebläse (24) und einer Kühleinrichtung
(28) versehen ist.
Applications Claiming Priority (1)
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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