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Katalytische Einrichtung fUr eine Batterie, die einen wässrigen Elektrolyten
enthält Die Erfindung bezieht sich auf eine katalytische Einrichtung zur Rüekumwandlung
von Sauerstoff- und Wasserstoffgasen, die während der Oberladungbeispielsweise einer
Batterie erzeugt werden, zu Wasser durch chemisches Kombinieren der Case.
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Wenn eine Batterie, deren Elektrolyt eine wässrige Lo~sung aufweist,
überladen wird, wird das Wasser elektrolysiert,und an der Kathode wird Sauerstoffgas,
und an der Anode Wasserstoffgas erzeugt, und die Menge des Elektrolyten wird allmählich
verringert. Wenn die Batterie dann weiter verwendet wird, so wie sie ist, erhöht
sich die Konzentration des Elektrolyten. Außerdem' erhöht sich das Ausmaß der Selbstentladung,
und
Korrosion der Elektrodenplatten wird beschleunigt,bis die Elektrodenplaten aus dem
Elektrolyten herausragen bzw. freiliegen. Insgesamt wird dadurch die Lebensdauer
der Batterie verkürzt. Demgemäß ist es notwendig, der Batterie periodisch Wasser
zuzugeben, was einen umständlichen und zeitraubenden Vorgang darstellt, wenn eine
große Anzahl von Batterien vorhanden ist, oder wenn die Batterien in einer Kammer
oder einem Abteil angeordnet sind. Um die Wartung der Batterie zu erleichtern, wird
eine Batterie mit einer katalytischen Einrichtung als eine stationäre Batterie für
eine Notenergiequelle oder Hilfsenergiequelle verwendet. Die Einrichtung arbeitet
dahingehend, von der Batterie bei Oberladung erzeugte Gase chemisch wieder zu vereinigen
oder zu kombinieren, und zwar mittels eines Katalysators. Hierbei werden die Gase
zu Wasser umgewandelt, so daß das Wasser in dem Elektrolyten verbleibt bzw. wieder
in diesen zurückgeführt wird. Jedoch besteht bei einer solchen bekannten katalytischen
Einrichtung das Problem, daß eine ausreichende Anpassung an den Betriebs-oder Arbeitszustand
der Batterie unmöglich ist, weil die katalytische Einrichtung derart ausgeführt
ist, daß die gesamten erzeugten Mengen an Sauerstoffgas und Wassers##Cf gas miteinander
reagieren gelassen werden. Da die Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn Sauerstoffgas
und Wasserstoffgas miteinander reagieren, um Wasser zu bilden, verhältnismäßig groß
ist, brennt die katalytische Einrichtung aus, und die Batterie wird durch den durch
die Wärmeerzeugung hervorgerufenen Temperaturanstieg beschädigt, wenn die gebildete
Gasmenge groß ist, das heißt, wenn der Oberladestrom hoch ist. Wenn der Temperaturanstieg
groß ist, nähert sich die Temperatur des Katalysators etwa 350 OC und es tritt eine
Sinterung in dem Katalysator auf. Hierdurch wird die katalytische Aktivität verringert,
so daß
die Funktion der katalytischen Einrichtung zerstört wird.
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Weiterhin muß eine vollständige Kondensierung des erzeugten Dampfes
durch den Wärmeverlust durch Strahlung ermöglicht werden. Jedoch steigt die Temperatur
des äußeren Gefäßes oder Behältes, das bzw. der eine Kühlfläche darstellt, zufolge
der großen Wärmemenge. Demgemäß ist Kühlung unmöglich, und ein Teil des überhitzten
Dampfes entweicht durch eine Austrittsöffnung als ein Oberflüß oder Überlauf, und
es ist demgemäß schwierig, die Batterie mit der katalytischen Einrichtung innerhalb
der Kammer oder des Abteils anzuordnen. Einer der Gründe besteht darin, daß die
Betriebs- oder Verwendungsformen bei Batterien das Gebiet umfassen von üblichen
Stahlgestellen bis zu Ausführungen, bei denen die Batterien in kompakter Form eingebaut
sind, beispielsweise in einer Kammer oder einem Abteil, bei welchem die Batterien
in einer Kammer oder einem Abteil oder dgl. angeordnet sind, in welcher bzw. in
welchem die Batterien und die Ladevorrichtung einheitlich oder zusammen aufgenommen
sind.
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Als Ergebnis besteht das Bestreben, daß die Batterien unter Temperaturwirkungen
leiden, wobei der Ladestrom das Bestreben hat, sich zufolge des Temperaturanstiegs
unnormal zu erhöhen. Dies ergibt sich auch beispielsweise als Folge des Versagens
oder von Fehlern der Ladevorrichtung. Weiterhin erhalten Batterien eine periodisch
ausgleichende Ladung, bei welcher die Möglichkeit des Auftretens großen Ladestroms
und einer Oberladung vorhanden ist, was zu den gleichen Ergebnissen führt.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine katalytische Einrichtung
zu schaffen, die durch berladestrom nicht beeinträchtigt wird, selbst wenn der Oberladestrom
groß wird.
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Die Erfindung bezweckt weiterhin, den maximalen Wert der Gas reaktion
zu steuern durch Einführen einer das Ausmaß oder die Geschwindigkeit der Gasreaktion
überwachenden Steuerung derart, daß die Temperatur zufolge des Auftretens von Wärme
aus der Gasreaktion nicht steigt.
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Das Gleichgewicht von Gas erzeugung und Gas reaktion kann wie folgt
ausgedrückt werden: Menge erzeugten Gases = Reaktionsgasmenge + Menge des entwichenen
Gases, welches nicht reagiert hat.
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Der maximale Wert der Reaktionsgasmenge kann gesteuert werden, indem
die Reaktionsgasmenge und die Menge der Kondensation von erzeugtem Dampf gieichgemacht
werden, so daß die Kondensationsmenge konstant wird. Der Zweck der Erfindung wird
dadurch erreicht, daß ein Katalysator in einer Katalysatoreinrichtung aufgenommen
ist, wobei der andere als der untere Teil des Katalysators, der als ein Gasstromeintritt
dient, von einem Dampfkondensationsgefäß oder -behälter überdeckt oder abgedeckt
ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
erläutert: Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer katalytischen Einrichtung gemäß
der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer katalytischen
Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen andere Ausführungsformen von katalytischen
Einrichtungen gemäß der Erfindung.
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Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen dem Oberladestrom und der Temperatur
der katalytischen Einrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer üblichen katalytischen Einrichtung.
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Fig. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht einer katalytischen Einrichtung
gemäß der Erfindung, die einen Halteteil 1 aufweist zum Anbringen der Einrichtung
an einer Einfüllöffnung der Batterie, wobei der Halteteil 1 mit Gewinde versehen
ist. Die Einrichtung weist weiterhin eine Dichtung oder Packung 2 auf, die aus elastischem
Material, wie Chloroprenkautschuk oder dgl ,gebildet ist.
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Die Dichtung 2 dient dazu, den Halteteil oder je Halterung 1 luft-
und wasserdicht zu halten. Die Einrichtung weist weiterhin einen äußeren Behälter
3 auf, der beispielsweise aus einem säurebeständigen und alkalibestandigen Polypropylenharz
gebildet ist. Mit 4 ist ein Gasdurchgang bezeichnet, durch welchen hindurch ein
Gasüberschuß in Form nicht reagierten Gases hindurchtreten kann, wenn eine große
Gasmenge in die katalytische Einrichtung eingeführt wird. Die Einrichtung umfaßt
weiterhin einen Kondensationsbehälter 5, der sich nur nach unten öffnet und beispielsweise
aus säurebeständigem und alkalibeständigem Polypropylenharz gebildet ist.
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In dem Kondensationsbehälter 5 ist ein Katalysatorbehälter 6 angeordnet.
Der Katalysatorbehälter 6 ist gasdurchlässig, und er ist gebildet durch Sintern
von wärmebeständigen und unbrennbaren Kornpartikeln, beispielsweise aus Tonerdekornmaterial.
In dem Katalysatorbehälter 6 befindet sich. ein Katalysator 7, der hergestellt ist
durch Imprägnieren eines Elements der Platinfamilie, beispielsweise Palladium, zu
Körnern, die durch Sintern erhalten sind und beispielsweise aktive Tonerde bzw.
aktives Aluminiumoxyd bilden. Mit 8 ist ein Filter bezeichnet, der dazu dient, einen
Feuerrückschlag zu verhindern, und der aus dem gleichen Material wie der Katalysatorbehälter
6 gebildet ist. Mit 9 ist eine Austrittsöffnung zum Vrhindern kontinuierlicher Verbrennung
bezeichnet. Mit lo ist
ein vorragender Aufnahmesitz bezeichnet,
der den Katalysatorbehälter 6 von unten hält, und der aus einem Material gebildet
ist, welches einen Wärmewiderstand von 150°C oder mehr hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können der äußere Behälter 3 und
der Kondensationsbehälter 5 gemäß Fig. 1 integriert oder zusammengefaßt werden,
wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
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Weiterhin kann gemäß der Erfindung die katalytische Einrichtung auch
so gebildet werden, daß, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, eine Mehrzahl von
grundsätzlichen Kombinationen von Kondensationsbehälter 5 gemäß Fig. 1 und dem in
diesem Behälter enthaltenen Katalysator 7 in Reihe mit oder parallel zu dem Gasstrom
angeordnet werden. Bei der Reihenanordnung gemäß Fig. 3 ist es möglich, den Grad
der Wirksamkeit der Umwandlung erzeugten Gases zu Wasser zu erhöhen, und bei der
Parallelanordnung gemäß Fig. 4 kann der Überladestrombereich, der Wartung ausschließt,
erhöht werden. Weiterhin kann die Einrichtung gemäß der Erfindung auch innerhalb
der Batterie angeordnet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. In den Figuren
3, 4 und 5 sind für die der Figur 1 entsprechenden Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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In Figur 7 ist eine übliche katalytische Einrichtung dargestellt,
bei denen die mit 1", 2??, 3??, 6??, 7 und 9" bezeichneten TEile den mit gleichen
Bezugszeichen ( Jedoch ohne ") bezeichneten TEilen der Ausführungsform gemäß Fig.
1 entsprechen. Mit lo r ist ein zylindrischer elastischer Körper bezeichnet, der
beispielsweise aus Kautschuk bestehen kann, und der unter Druck an einem Teil des
Katalysatorbehälters 6 derart befestigt ist, daß das gesamte erzeugte Gas durch
die Innenseite des Katalysatorbehälters 7" geht. Mit li ist eine Luftentlüftung
bezeichnet, die vorgesehen ist, um einen Pruch der Batterie zufolge des Anstiegs
des Innendrucks zu verhindern,
wenn in der Batterie eine große Gasmenge
erzeugt wird.
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Bei dieser Ausführung strömen alle erzeugten Gase in den Katalysatorkörper
7", und zwar durch den Katalysatorbehälter 6", und sie werden einem katalytischen
Vorgang unterworfen, während welchem sie zu Wasser umgewandelt werden und während
welchem Wärme erzeugt wird.
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Nachstehend wird anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 die Arbeitsweise
einer katalytischen Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. In der Batterie
durch Uberladung erzeugter Sauerstoff und erzeugter Wasserstoff werden von dem Halte-
oder Anbringungsteil 1 zum inneren Teil geführt. Wenn die erzeugte Gasmenge klein
ist, wie es der Fall ist, wenn die Batterie sich in schwebendem oder schwimmendem
Zustand befindet, tritt das von dem unteren Teil des Kondensationsbehälters 5 in
das Innere eintretende Gas mit dem Katalys atorkörper 7 durch die winzigen Poren
in dem Katalysatorbehälter 6 hindurch in Berührung und wird durch chemische Reaktion
zu Dampf umgewandelt. Gleichzeitig wird Wärme erzeugt.
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Der gebildete Dampf wird bei Inberührungtreten mit der Innenfläche
des Kondensatonsbehälters 5 zu Wassertropfen kondensiert, wodurch das Volumen verringert
wird und er aufs Neue Gas mitführt. Diese Arbeitsvorgänge finden kontinuierlich
statt. Wenn andererseits ein nicht normaler großer Überladestrom durch die Batterie
fließt und eine große Menge an Gas erzeugt wird, wird ein Gleichgewicht erreicht
an einer Stelle, an der die Menge oder das Ausmaß der Kondensation des erzeugten
Dampfes die bzw. das durch die Küh-lkapazität des Kondensationsbehälters 5 vorbestimmt
ist, und die aufs Neue eingeführte Gasmenge gleich sind. Ein Überschuß an Gas strömt
in den unteren Teil des Gasdurchganges 4s der an dem Umfang des Kondensationsbehälters
5 vorgesehen ist, strömt in diesem unteren Teil nach oben und über einen Spalt in
dem
Aufnahmesitz lo durch den einen Feuerrückschlag verhindernden Filter 8 und tritt
schließlich durch die Austrittsöffnung 9 hindurch zur Atmosphäre aus, wobei, wie
gesagt, die oeffnung 9 dazu dient, kontinuierliche Verbrennung zu verhindern.
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Die katalytische Einrichtung gemäß der Erfindung wird zufolge der
Intensität des Überladestroms der Batterie nicht wärmebeeinflußt oder durch Wärme
beeinträchtigt, so daß die Einrichtung sich ausreichend an die Betriebs- oder Arbeitsbedingungen
der Batterie anpassen kann. Selbst wenn ein übernormal großer Überladestrom durch
die Batterie fließt und eine große Gas menge zufolge eines Temperaturanstiegs der
Batterie oder eines Versagens der Ladevorrichtung erzeugt wird, wird die katalytische
Einrichtung nicht durch Wärme zerstört,und sie kann in stabiler Weise und in stabilem
Zustand verwendet werden. Demgemäß ist die katalytische Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung für Batterien geeignet und wirksam, insbesondere für wartungsfreie Batterien
derjenigen Art, bei welcher eine Kammer oder ein Abteil oder dgl. dazu verwendet
wird, die Batterien kompakt aufzunehmen.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Austrittsöffnung
9 einen Teil in Gestalt eines umgekehrten Bechers auf, der in einem Teil seiner
Seitenwand oder Seitenfläche so ausgebildet ist, daß eine Austrittsöffnung oder
mehrere Austrittsöffnungen gebildet sind.
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Ein Teil des oberen Teiles des becherförmigen Kondensationsbehälters
5 und ein Teil des oberen Teiles des äußeren Behälters 3 sind abnehmbar gebildet.
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Die maximale Menge von Reaktionsgas der katalytischen Einrichtung
kann durch Vorsehen von Schrauben gesteuert werden, die an der unteren Fläche des
Bodens des äußeren Behälters 3 und an der oberen Fläche des Kondensationsbehälters
5 vorgesehen sind, so daß beide Teile miteinander in Eingriff treten können, jedoch-abnehmbar
und nach oben und unten frei bewegbar bleiben.
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Weiterhin kann eine Antiexplosionseinrichtung an der katalytischen
Einrichtung vorgesehen sein, die eine Austrittsöffnung 9 für den Austritt von Casüberschuß
aufweist und durch einen Filter 8 abgedeckt ist, der kleine Poren aufweist. Die
Poren, welche durch den Filter abgedeckt sind, sind im Boden des äußeren Behälters
3 angebracht, wobei der Abdeckteil 9 eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen in seiner
äußeren Umfangswandung aufweist, so daß überschüssiges Gas (welches nicht reagiert
hat) austritt. Sogar wenn das Gas, welches nicht reagiert hat, im Deckel bzw. Abdeckbereich
sich entzündet, besteht keine Gefahr, daß der Abdeckteil selbst zerstört wird, weil
die Explosionsenergie klein ist und eine Flamme ausgeblasen wird. Außerdem kann
nur der untere Teil des kleine Poren aufweisenden Behälters 6, der den Katalysatorkörper
7 aufnimmt, derart abgeschirmt sein, daß das Gas nicht in direkte Berührung mit
dem unteren Teil des kleine Poren aufweisenden Behälters gelangt. Durch Absperren
der unteren Fläche des Kondensationsbehälters oder durch Anordnen von Absperrplatten
oder einer Abspe#rrplatte, und zwar so, daß der Boden nicht direkt dem Gas ausgesetzt
wird, tritt Gas, welches nicht reagiert hat, gleichförmig durch die Umfangswand
des Katalysatorbehälters hindurch, so
daß die untere Fläche des
Katalysatorbehälters nicht örtlich überhitzt wird. Gas, welches nicht reagiert hat
und in der Batterie erzeugt wird, tritt in den Kondensationsbehälter 5 durch offene
Bohrungen oder Löcher am unteren Teil des äußeren BehXlters 3 ein. Wenn die Menge
von Gas, welches nicht reagiert hat, über die Durchsatzmenge des katalytischen Verfahrens
hinaus sich erhöht, strömt Gas vom unteren Bereich des Kondensationsbehälters 5
in den Durchang 4 ein, steigt dort an und geht durch den Filter 7 hindurch nach
außen.
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Der Körper lo, wie in Fig. 1 gezeigt, braucht nicht zylindrische
Form zu haben, sondern kann auch durch plattenförmige Teile ersetzt werden, die
in radialer Richtung angeordnet sind. Entsprechend tritt das Gas nicht immer durch
den Bodenteil des Behälters 6 in die katalytische Einrichtung ein.