DE3826591A1 - Neigungsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Neigungsgeber, insbesondere als Kontaktschalter für eine lageunabhängige Wasserausbringung bei Brennstoffzellenbatterien.

In Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenbatterien, d.h. elek­ trochemischen Anordnungen, in denen die freie Enthalpie der Oxidation eines konventionellen Brennstoffes direkt in elektri­ sche Energie umgewandelt wird, entsteht bei der Reaktion zwi­ schen dem wasserstoffhaltigen Brennstoff und dem Oxidationsmit­ tel, im allgemeinen Sauerstoff oder Luft, als Reaktionsprodukt Wasser, das abgeführt werden muß. Bei sogenannten SPE-Brennzellen (SPE = Solid Polymer Electrolyte), d. h. Brennstoffzellen mit einem H⁺-Ionen leitenden polymeren Festelektrolyten, fällt das Wasser praktisch ausschließlich an der Kathode an, d.h. auf der Sauerstoffseite, und muß, um eine einwandfreie Funktion der Elektroden zu gewährleisten, aus den Sauerstoff­ räumen entfernt werden, und zwar ohne größere Verzögerung. Bei Brennstoffzellenbatterien mit frei beweglichem Elektrolyten verdünnt das Reaktionswasser den Elektrolyten und muß deshalb daraus entfernt werden. Dies geschieht in einem sogenannten Spaltverdampfer, durch den der Elektrolyt im Kreislauf geführt wird.

Die Ausbringung des Reaktionswassers aus den Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenbatterien soll unter allen zulässigen Betriebsbedingungen gewährleistet sein, d.h. beispielsweise auch bei Vollast und insbesondere auch bei einer Schräglage der Batterie. Ein Betrieb von Batterien bei dauernder Schräglage war bisher aber noch nicht vorgesehen.

In der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung Akt. Z. .........,"Vorrichtung zur Wasserausbringung aus einer Brennstoffzellenbatterie" (VPA 88 P 8585 DE), ist eine Anord­ nung beschrieben, die eine lage- bzw. neigungsunabhängige Ent­ fernung des Reaktionswassers ermöglicht. Dazu ist im Bereich der vier unteren Eckpunkte der Batterie jeweils eine Austritts- Öffnung vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die vier Austrittsöffnungen durch Rohrleitungen mit einer zen­ tralen Schleuse verbunden, wobei jede Rohrleitung mit Hilfe eines Magnetventils gesperrt bzw. geöffnet werden kann.

Eine geeignete Steuerung sorgt dafür, daß jeweils nur eines der vier Magnetventile geöffnet ist. In dem Fall, daß die Brenn­ stoffzellenbatterie nicht waagrecht steht, d.h. eine Schräglage aufweist, ist dies die Leitung, welche jeweils von der am tief­ sten liegenden Austrittsöffnung ausgeht. Zur Ansteuerung der Magnetventile dienen Schaltsignale eines parallel zur Längs­ und Querachse der Batterie angeordneten Neigungsgebers (Inkli­ nometer), der jeweils das Ventil ansteuert, dessen Zuleitung am tiefsten liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Neigungsgeber derart auszu­ gestalten, daß er bei jeder beliebigen Neigung zuverlässig funktioniert und darüber hinaus einfach und kostengünstig her­ gestellt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einem im wesentlichen quader- oder würfelförmigen Behälter im Bereich der vier senkrechten Kanten jeweils zwei dünne Drähte in gerin­ gem Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Drähte durch Durchführungen von oben in den Behälter eingeführt sind und nahezu bis zum Behälterboden reichen, daß die aus dem Behälter ragenden Enden der Drähte an eine Spannungsversorgung bzw. an eine Steuereinheit anschließbar sind, und daß im Behälter ein flüssiges Kontaktmaterial vorhanden ist.

Der Neigungsgeber nach der Erfindung dient als potentialfreier vierpoliger Kontaktschalter für Steuerspannungen, wie z.B. 24 V (Gleichstrom). Dieser Neigungsgeber schließt bei jeder beliebi­ gen Neigung einen einzigen Kontakt und gibt dabei ein elektri­ sches Signal ab, das über eine geeignete Steuereinheit weiter­ verarbeitet wird. Der Neigungsgeber dient somit als Auslöser für bestimmte nachfolgende Schalthandlungen, beispielsweise bei der Wasserausbringung aus Brennstoffzellenbatterien, wo er da­ für sorgt, daß dasjenige Magnetventil geöffnet wird, durch das das gebildete Reaktionswasser abgeführt werden kann.

Der Behälterboden des Neigungsgebers nach der Erfindung weist in den vier Ecken, d.h. im Bereich der einzelnen Drahtpaare, vorteilhaft jeweils eine Vertiefung auf. Die Vertiefungen be­ wirken einen guten Kontakt zwischen den beiden Drähten und dem Kontaktmaterial. Die Vertiefungen sind relativ flach, so daß sich das Kontaktmaterial bereits bei einer Neigung von ca. 3% ablöst. Als Kontaktmaterial, dessen Menge im übrigen relativ gering ist, dient vorzugsweise Quecksilber.

Die Drähte, die metallischer Natur sind, sind vorzugsweise Werkstoffe auf der Basis von Ni-Fe- oder Ni-Fe-Co-haltigen Le­ gierungen. Die beiden Drähte eines Drahtpaares sind vorteilhaft jeweils im Abstand von ca. 2 mm voneinander angeordnet. Die Drähte selbst weisen im allgemeinen einen Durchmesser von ca. 1 mm auf.

Der Behälter des Neigungsgebers nach der Erfindung kann in der Bodenmitte und/oder an den Seitenmitten Erhebungen aufweisen. Diese Erhebungen, die nicht stark ausgeprägt zu sein brauchen, sorgen dafür, daß das Kontaktmaterial in jeder Neigungslage mit zwei Drähten in Berührung kommt. Das Behältermaterial ist im allgemeinen Glas.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und von zwei Figuren, in denen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Neigungsgebers dargestellt ist, soll der Aufbau und die Funk­ tion dieses Neigungsgebers noch näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt dabei den Neigungsgeber in schematischer Form, Fig. 2 ist ein Schnitt durch Fig. 1.

Ein im wesentlichen quaderförmiger Behälter 10 aus Glas weist beispielsweise etwa folgende Abmessungen auf: 44 mm×37 mm× 18 mm; die Wandstärke beträgt ca. 1 mm. Im Bereich der vier senkrechten Kanten weist der Behälter 10 jeweils zwei dünne Drähte 11 auf. Die Drähte 11 sind, wie aus den Figuren ersicht­ lich, durch Durchführungen von oben in den Behälter 10 einge­ führt und reichen nahe an den Behälterboden 12 heran. Im Be­ reich jedes Drahtpaares weist der Behälterboden jeweils eine Vertiefung 13 auf.

Die Drähte 11 besitzen einen Durchmesser von ca. 1 mm; die Drähte jedes Drahtpaares sind in einem Abstand von ca. 2 mm zueinander angeordnet. Die Drähte bestehen aus einer Ni-Fe­ bzw. Ni-Fe-Co-haltigen Einschmelzlegierung, die unter dem Namen Vacon im Handel erhältlich ist (Vacon^R ist ein Warenzeichen der Vacuumschmelze GmbH). Auf diese Weise wirken die Drähte (eines jeden Drahtpaares) als Kontaktgeber. Als Kontaktmaterial dient ein Quecksilbertropfen 14, der im Behälter 10 im wesentlichen frei beweglich ist.

Die aus dem Behälter 10 ragenden Enden der Drähte 11 sind über angelötete flexible Verbindungsdrähte 15 zur Verdrahtung auf eine Klemmleiste 16 geführt. Beim Betrieb des Neigungsgebers besteht dann, was in den Figuren nicht dargestellt ist, eine Verbindung von der Klemmleiste zu einer Spannungsversorgung, beispielsweise 24 V Gleichspannung, oder zu einer Steuerein­ heit, die die Spannungsversorgung mit einschließt.

Der Neigungsgeber nach der Erfindung gibt bei jeder beliebigen Neigung ein elektrisches Signal ab, d.h. je nach Neigungslage wird immer ein Kontakt geschlossen. Das erhaltene Signal wird einer Steuereinheit zugeführt und dort verarbeitet, beispiels­ weise um Magnetventile zu öffnen oder zu schließen, wie dies bei der Wasserausbringung aus Brennstoffzellenbatterien erfor­ derlich sein kann. In derartigen Fällen kann auch vorgesehen werden, daß ein Magnetventil mit Priorität beaufschlagt wird, und zwar für den Fall, daß zeitweilig keiner der vier Kontakte geschlossen ist, beispielsweise beim Übergang des Quecksilber­ tropfens von einem Kontakt zum anderen. Dies bedeutet, daß dann, wenn kein Kontakt des Neigungsgebers geschlossen ist, automatisch das mit Priorität behaftete Magnetventil öffnet.

Claims (8)

1. Neigungsgeber, insbesondere als Kontaktschalter für eine lageunabhängige Wasserausbringung bei Brennstoffzellenbatte­ rien, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im wesentlichen quader- oder würfelförmigen Behälter (10) im Bereich der vier senkrechten Kanten jeweils zwei dünne Drähte (11) in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Drähte (11) durch Durchführungen von oben in den Behäl­ ter (10) eingeführt sind und nahezu bis zum Behälterboden (12) reichen, daß die aus dem Behälter (10) ragenden Enden der Dräh­ te (11) an eine Spannungsversorgung bzw. an eine Steuereinheit anschließbar sind, und daß im Behälter (10) ein flüssiges Kon­ taktmaterial (14) vorhanden ist.

2. Neigungsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kontaktmaterial (14) Queck­ silber ist.

3. Neigungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterboden (12) im Bereich der vier Ecken jeweils eine Vertiefung (13) aufweist.

4. Neigungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Behälterbo­ den (12) in der Bodenmitte und/oder an den Seitenmitten Erhe­ bungen aufweist.

5. Neigungsgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11) aus Ni-Fe- oder Ni-Fe-Co-haltigen Legierungen be­ stehen.

6. Neigungsgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drähte (11) jeweils im Abstand von ca. 2 mm voneinander angeordnet sind.

7. Neigungsgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (11) einen Durchmesser von ca. 1 mm aufweisen.

8. Neigungsgeber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) aus Glas besteht.