JP4511725B2 - 蓄電池内で発生する水素及び酸素を水へと再結合する再結合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、蓄電池内で発生する水素及び酸素を水へと再結合する再結合装置に関する。
【０００２】
蓄電池用の再結合装置は、２５年以前から従来技術である。そのような装置は、ドイツ特許明細書第２００８８２１８号に記載されている。触媒は、ドイツ特許明細書第２２１３２１９号に、吸収体は、ドイツ特許第２２３７９５０ Ｃ３号及びドイツ特許第２２６５７０１Ｃ３号に開示されている。
【０００３】
この基本構造は、今日まで基本的に変わっていない。再結合装置の主要部は、触媒をコーティングした棒、例えば銅、酸化アルミニウム又は同等物から成る棒である。触媒としては、とりわけ白金金属が、特にパラジウムが知られている。触媒棒は、多孔材料から、例えばガス透過性セラミック管から成る導管内へ中心に装入されており、導管内に残存する自由空間は、吸収材料で充填されている。これについては、酸化鉛、硝酸銀、酸化鉄、酸化銅及び同等物が知られている。導管は、支えなしで気密容器、好適にはプラスチック容器内に取り付けられるとともに、端面側で閉じられている。容器は、ガス供給及び水排出のために蓄電池への接続管を有する。
【０００４】
蓄電池動作時の発生ガスである酸素及び水素、すなわち爆嗚気は、接続管を介して容器内へ導かれ、多孔導管及び吸収体を通って、触媒のところで水に再結合される。この反応は発熱性であり、水は、水蒸気として容器壁に析出し、凝縮し、そして接続管を介して蓄電池内へ還流する。
【０００５】
上記刊行物において、容器は、直接成形された接続管とともに一体で、例えばプラスチック射出成形部品として形成されているとともに、開口部を有し、この開口部内へ、上記触媒ユニットが気密装入されている。爆嗚気の漏れは防止されている。
【０００６】
従来技術においては、接続管及び容器が別々に製作され、触媒ユニットの装入後に保持要素を用いて組み立てられ、そして例えば溶接によって互いに接続される構造形態も公知である。
【０００７】
公知の再結合装置類は、一連の欠点を有する。個別要素類の製作は、プラスチック部品類であれば簡単ではあるが、しかしながらその組立は労力がかかり自動化には適さない。発熱反応のためには、高価値耐熱プラスチックから成る全体的に高価な保持要素が製作されねばならない。現時代に即した廃棄処理のための材料分別、あるいはさらに個別部品類のリサイクリングは、大きな手間をかけないと不可能である。容器の大きさは、使用条件によって限定されており、触媒ユニットの寸法は、通常使用条件下で予想されるべきガス量に合わせられている。しかしながら、過負荷や一層大きな充電電流などの場合に一層多量のガス量が発生すると、容器は水蒸気によって満たされ、容器内圧が上昇する。この内圧は、ガスがさらに流入するのを妨げる。触媒ユニットの完全な機能は、もはや保証されていない。しかしながら、制御されない爆嗚気の漏れは防止されていなければならない。また過負荷の場合の触媒ユニットの効率が大幅に低下することも明らかになった。その理由は、容器内へ流れる爆嗚気が、もはや確実かつ制御自在に触媒表面に達しないからである。
【０００８】
周囲雰囲気への爆嗚気の容易な排出は、着火の危険性を意味するし、着火が起これば、その結果、炎は蓄電池内にまで続くことになるであろう。
生産、組立並びに廃棄処理もしくはリサイクリングに関する経済的欠点のほかに、過負荷時の安全性欠点は大変重要である。再結合装置は、好適には予備蓄電池、非常用電流ユニット及び同等物において使用され、殆どメンテナンスフリーでかつまた長期間にわたって確実な機能を保証しなければならない。
【０００９】
上記従来技術から出発して、本発明の課題は、過負荷の場合にもガス漏れによる危険性が回避されるように上記種類の再結合装置を改良することである。さらに過負荷の場合に、触媒ユニットの効率が低下しないようにすべきである。全体的にこの装置は、わずかな経済的コストで製作自在であり、簡単に組立自在であり、かつメンテナンスフリーであるように形成されるべきである。
【００１０】
この課題の技術的解決のために、本発明によって提案される再結合装置は、この装置を蓄電池に気密接続する接続ソケットと、周囲雰囲気に対して気密され内部に再結合要素を配置した容器と、接続ソケットから容器への気密ガス流入用及び反対方向での水排出用の連絡流路とを備えている。その際に連絡流路の隣に容積領域が形成され、この容積領域は、周囲雰囲気に対して開放されているが、しかし着火防止要素によって画定されている。さらに連絡流路は、連絡開口部を介して容積領域と接続されている。
【００１１】
本発明による形態に基づいて、ガスは、蓄電池から連絡流路を介して容器内へ流れる。その際に必要ならば、ガスは、連絡開口部を介して、連絡流路の隣に配置された容積領域内へ逃げることが可能であり、場合によっては着火防止要素を通って周囲雰囲気へ排出可能である。容積領域は、好適には、連絡流路の側方に配置されこれから突出する補助管である。連絡流路自体は、管要素であってもよく、好適には水排出を好都合にする漏斗形である。連絡流路の壁には、これに対して実質的に鉛直に立つ短管部が成形されている。本提案によれば、着火防止要素は、焼結材料から成るフリットである。これに適しているのは、例えば焼結されたポリプロピレン又はポリエチレンである。連絡開口部は、連絡流路の壁の孔であり、その直径は、連絡流路の直径並びに容積領域の直径に対して著しく縮小されている。したがって連絡開口部は非常に小さい。例えば連絡開口部の直径は約１ｍｍであり、一方で連絡流路又は容積領域の直径は約２〜４ｃｍである。それによって、通常動作条件下では周囲雰囲気へのガス排出が防止されている。しかしながら過負荷条件時にガスが排出される場合には、フリットが、爆発の波及を妨げる。本発明に従った着火抑止によって、再結合装置は、安全性の見地において簡単な方法で大幅に改良される。
【００１２】
起こり得る着火に関するさらなる安全性の改良は、本発明の他の観点から明らかになる。一般的に脱ガスシステムは、その大きさに関して蓄電池における容量もしくは充電電流に応じて予想されるべきガス量に合わせられているので、着火の場合には、フリットを通ったガスの短時間燃え尽きが起こる。しかしながら予想量を超える多量のガス量が発生すれば、炎には常にガスが補給される。この炎は、短時間でフリットをも破壊するので、もはや着火防止は行われず、周知の結果となる。すなわち、この場合には着火フラッシュバックが起こるのである。例えば、充電電流２０Ａ用の蓄電池が設けられているならば、脱ガスシステムは、その場合に予想されるべきガス量に合わせて設計されている。今日の蓄電池は、電気技術的容量に基づいて課題に対し容易に使用又は変更可能であり、その際には、より高い充電電流が得られるようになっているか又は要求される。より高い充電電流が生ずる場合、又は蓄電池が、ほぼ同じ大きさで一層高い充電電流のために設計されるべき場合には、生成ガス量は大幅に増加し、着火防止は上記理由からもはや保証されない。再結合装置は、設計上予想されるガス量よりもかなり多くのガス量が生ずる場合にも着火フラッシュバックの起こらないようにされているべきである。その際には所定の構造形態及び構造大きさは、基本的に変更すべきではない。したがって本発明の他の観点に従って提案されるのは、ガス流れ方向で着火防止要素の後ろに、ガス排出流路に対して大幅に小さくされた貫流横断面を有する少なくとも１つのガス排出開口部を備えたガス排出流路を形成することである。驚異的に明らかになったのは、本発明による形態によって、脱ガスシステムへの多量ガス供給の場合でさえも、着火防止要素及び周囲雰囲気間の領域への爆発時のガス供給が、少なくとも着火後に形成炎へガス補給されず炎が消滅するように大幅に抑えられるようになるということである。したがって着火防止要素が破壊されることはない。これは、おそらく、ガス排出流路に対して大幅に小さくされた貫流横断面を有する少なくとも１つのガス排出開口部を備えるとともにガス流れ方向で着火防止要素の後ろに形成されたガス排出流路によって、圧力室が形成されることに起因するものである。その結果、爆発的なガス着火によって生ずる圧力によって、少なくとも短時間にさらなるガス供給が、したがって炎の補給が阻止されるのである。好適な方法では、ガス排出開口部が、ガス排出流路の遮断壁の孔であることが提案される。こうして本発明によれば、ガス流れ方向でフリットの後ろに容積領域がさらに導かれ、非常に小さな開口部に至るまで周囲雰囲気に対して閉じられる。本発明の好適な提案によれば、ガス排出流路は、１つの室を形成する。この室は、好適には一側で着火防止要素によって限定され、反対側で実質的にガス流れ方向に対して垂直に配置されガス排出開口部を備えた壁によって限定されている。ここで室とは、ガス排出流路がその横断面に関して非常に短く形成されるのみであり、その結果、室が得られるというように理解されるべきである。主要な機能的観点は、十分に小さな寸法の開口部を備えた分離部の形成によるフリット及び周囲雰囲気間の圧力室の形成である。この開口部寸法は、通常の方法でガス排出を阻止しないことを保証し、しかも着火時には適切な圧力形成を可能にするものでなければならない。これに関して述べられるのは、ガス排出流路のガス排出開口部に対する貫流横断面の比が約１００：１の範囲にあることである。これは、およその寸法例を紹介するものに過ぎない。
【００１３】
製作、組立並びに廃棄処理もしくはリサイクリングに関する再結合装置の経済性の改良のために提案されるのは、この装置が、モジュール構造を有するとともに、少なくとも個別アセンブリ類として、容器側担持ユニットを備えた接続管要素と、支持基部を備えた再結合要素と、容器とを包含することである。接続管要素は、本発明の提案によれば、接続ソケットと、連絡流路と、連絡流路内の容器側端部で流路壁に支持リブによって支持された担持ユニットと、容積領域と、着火防止要素とを包含する。当然ながら連絡開口部は形成されている。選択的には圧力室ユニットが配置されていてもよいが、この圧力室ユニットは、独立したアセンブリであってもよい。接続管要素は、一方端で蓄電池の開口部へ接続する接続部品を有する。この接続部品は、使用の場合に応じて、固定要素類、ねじ、バヨネット接続用突起部並びにシール手段用の、例えばＯリング用の受容領域を備えていてもよい。これに続くのは、好適には、補助管の形をしてフリットによって閉じられた側方容積領域を具備する漏斗形連絡流路である。その際に連絡流路及び容積領域間の適切な壁には小さな開口部が配置されている。他方端領域は、容器の組立のために適した構造になっている。本発明の本質的な方法によって、シールリング用受容溝並びに容器下縁端の対応ラッチ突起部とのラッチ止め用ラッチ溝が設けられている。代替的に溝と突起部は、逆に配置されていてもよい。他の接続要素類も使用可能である。好適には、連絡流路内に担持体が配置されている。丸板の形をした担持体は、側方で周囲流れが可能であるように、壁と接続されたリブによって中央に保持されている。接続管要素は触媒ユニットと直接接続されていないので、プラスチック射出成形部品として一体形成可能である。その際にフリットは、当然ながら例外である。
【００１４】
本発明の他の好適な提案によれば、再結合要素は、接続管要素の担持ユニットと接続自在の基部を包含する。この基部上には、パラジウムコーティングされた触媒棒が、突出して中央に配置され、好適にはさらにこの触媒棒を同心状に囲み自由端で閉じられるとともに吸収材料で充填された多孔材料製導管が配置されている。導管及び吸収体は、従来技術に従って形成されている。導管の自由端は、好適には水ガラスによって閉じられている。基部は、耐熱性プラスチックから成っている。この基部は、一方側へ向かってポット形になっており、その際に２つの同心ポットが形成されている。内側ポットには触媒棒が装入され、外側ポットには導管が装入される。底部は、接続管要素の担持板上のラッチ突起部を受容するのに用いられるラッチ溝を有する。したがって触媒ユニットの前組立後に、触媒ユニットは接続管要素上へ容易に載置可能であり、そこでラッチ止め自在である。各種要素類をさらに接続するためには、超音波溶接法を用いてもよい。
【００１５】
容器は、好適には、実質的に円筒状かつ一側で閉じられ、しかも開放端部でシールリングを使用して気密であるように接続管要素上へ載置自在に形成されている。そのためにさらに提案されるのは、容器が、開放端部に軸方向で延在する切れ目を有することである。これらの切れ目には、接続管要素に形成された突起部が係合可能であるので、容器は回らないように固定されている。容器下縁の内方突出突起部は、接続管要素の外周のラッチ溝に係合する。本発明によるリングは、下方容器環部にかぶせて装着可能であるので、容器は、傾斜に対しても固定されている。
【００１６】
特別な利点によって提案されるのは、容器のガス流入横断面の領域に、すなわちほぼ連絡流路から容器への移行領域に、ガス流れ内で実質的に横方向に配置され流入横断面を縮小する平らな流れ障壁が配置されていることである。この流れ障壁は、触媒要素へのガス流れに作用し充電電流の高い場合にも高効率を保証する簡単な過負荷防止手段である。流れ障壁は、好適には基部要素に配置されたリングによって形成されている。流入ガスは、連絡流路から容器への流れ経路の中央領域に配置されたこのリングの周囲を必然的に流れる。その後に、この流入ガスは、水蒸気雰囲気に悪影響を与えることなく、リングを越えた側で流れ方向に配置された触媒要素の表面へ十分に当たる。
【００１７】
再結合装置は、本発明によって簡単な措置で効果的かつ経済的に改良される。連絡流路の開口部は、過剰ガスを排出するために用いられ、これに続いたフリットは、着火防止に用いられる。そこに形成自在の圧力室は、着火フラッシュバックを阻止することができる。モジュール構造は、個々の要素類についても製作、組立、メンテナンス並びに廃棄処理もしくはリサイクリングに関して装置を経済的にする。追加的な流れ障壁は、効果的な過負荷防止手段である。個々の措置は、各々それ自体が本発明に本質的なものであり、それぞれ他から独立しても有効に使用可能であり、個々の発明を成すことができる。
【００１８】
他の諸利点及び諸特徴は、図を用いた次の説明から明らかになる：
各図において、同じ参照符号は同じ部品を示す。図１は、本発明による再結合装置１の実施例を概略図で表している。この再結合装置は、接続ソケット２と、接続管要素３と、容器４と、ロックリング５と、フリット７によって閉じられた接続流路６とを備えている。接続ソケット２には、図示しない蓄電池の単電池開口部にバヨネット接続体の方法で再結合装置を配置するために突起部８が成形されている。突起部８上方に残っているシールリング領域９は、図示しないシールリングを受容するために用いられる。
【００１９】
図２及び３は、容器４の詳細を示す。この容器は、実質的に、開放端部１１と閉鎖端部１２とを備えた薄壁プラスチック円筒１０から成っている。開放端部１１には、垂直に延在する切れ目１３が形成され、すなわち切り取られているので、タング１５が形成される。これによって容器４は、開放端部１１でフレキシブルである。したがって容器は、例えば図示しないシールリングを受容して対応縁上へ応力によって載置自在である。個々のタング１５は、図３に示すように、環状領域を固定係合するためにラッチ突起部１６を有する。さらに、開口端部には切欠き部１４が形成されている。これらの切欠き部は、対応突起部の受容に用いられるので、回転止めが形成される。
【００２０】
図４〜図７は、説明の実施例による接続管要素３の詳細を示す。フリット７に至るまで一体形成されたこのプラスチック要素は、プラスチック短管１７を包含する。フリット７は、ポリプロピレン又はポリエチレンから成る焼結要素であり、接着、溶接又は同等方法によって接続管要素３に固定されている。短管１７は、下端に、バヨネット突起部８及びシールリング領域９を備えた接続ソケット２を有する。これに続いて、蓄電池上への載置時に組立ストッパを形成する受けフランジ１８が設けられている。その上方には、側方成形された容積領域６を備えた連絡流路１９が配置されている。連絡流路１９上方の上部領域には、装置の組立時に容器の切欠き部１４にはまり込むラッチ突起部２５を備えたラッチリング２０が配置されている。その上方には、締付け溝２１及び締付けリング２２が配置されている。容器４に形成されたラッチ突起部１６は、締付けリング２２に下方係合し、締付け溝２１内へはまり込む。さらにその上方には、シール溝２４及び終端シールフランジ２３が配置されている。シール溝には、図示しないシールリング、いわゆるＯリングが装入されてもよい。このようにして容器は、簡単なラッチ止めによって接続管要素と気密されかつ回らないように接続可能である。図１に示したロックリング５は、その場合に上方から押しかぶせ可能であるので、タング１５のラッチ突起部１６は、ラッチ溝２１内で保持される。これによって容器は、傾斜しないようにされる。
【００２１】
連絡流路１９の内部には、担持板２６を支持する支持リブ２７が成形されている。ガスは、リブ間かつ担持板の周りを流れる。担持板２６上には、ラッチ突起部２８が形成されており、図示の実施例では３つの突起部が１２０度間隔で形成されている。さらに連絡流路１９の壁には、連絡流路１９を成形容積領域と連絡する開口部３１が形成されている。この開口部の寸法は非常に小さく、それ相応の圧力になった場合に過剰ガスの排出を可能にするに過ぎない。図７は、特殊実施態様を示す。この態様では、フリット７によって仕切られた容積領域６に、ガス排出流路２９が成形され、壁３０によって閉じられている。この壁には、小さな寸法のガス排出開口部３２が配置されている。図示の実施例では、追加領域が成形されているが、しかし壁及び開口部を備えたガス排出流路は、分離アセンブリとして形成されていてもよい。
【００２２】
図８〜図１５は、触媒要素４２の詳細を示す。この触媒要素は、触媒アセンブリ３３及び基部３４を包含する。図９〜図１１によれば、触媒アセンブリは、吸収材料３６を介在させて多孔導管３６内に同心状に装入される触媒棒３５から成っている。組立は、基部３４を使用して行われる。この基部は、図１２〜図１５に詳しく示されている。これは、触媒との直接接触及び発熱再結合過程のために耐熱プラスチックから成るプラスチック部品である。
【００２３】
基部は、外側ポット３９と、同心状に内側ポット４０とを包含する。内側ポット４０には触媒棒３５が装入され、外側ポット３９には多孔導管３６が装入される。この多孔導管は、リブ４３上に立てられ、かつ図８に示すように自由端部４４で例えば水ガラスによって閉じられる。ポットの底には、組立時に担持板２６上の突起部２８と協働する穴４１が形成されている。ポットは、外壁に環状フランジ３８を有する。この環状フランジは、組立状態で中心流れ障壁を形成する。
【００２４】
ここで述べた実施例は、説明のために用いたものであり、限定されていない。特にモジュールアセンブリ、すなわち接続管要素、容器及び触媒要素は変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 再結合装置の実施例の図を示す。
【図２】 容器の図を示す。
【図３】 容器側止めタングの詳細図を示す。
【図４】 接続管要素の図を示す。
【図５】 図４による接続管要素の上面図を示す。
【図６】 図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図を示す。
【図７】 接続管要素の他の実施例の断面詳細図を示す。
【図８】 触媒要素の図を示す。
【図９】 触媒棒の図を示す。
【図１０】 多孔導管の図を示す。
【図１１】 開いた触媒アセンブリの上面図を示す。
【図１２】 基部の上面図を示す。
【図１３】 図１２による基部の側面図を示す。
【図１４】 図１２による基部の下面図を示す。
【図１５】 図１２による基部の断面図を示す。
【符号の説明】
１…再結合装置、２…接続ソケット、３…接続管要素、４…容器、５…ロックリング、６…容積領域、７…フリット、８…突起部、９…シールリング受容領域、１０…プラスチック円筒、１１…開放端部、１２…閉鎖端部、１３…垂直切れ目、１４…切欠き部、１５…タング、１６…ラッチ突起部、１７…プラスチック短管、１８…受けフランジ、１９…連絡流路、２０…ラッチリング、２１…締付け溝、２２…締付けリング、２３…シールフランジ、２４…シール溝、２５…ラッチ突起部、２６…担持板、２７…支持リブ、２８…ラッチ突起部、２９…ガス排出流路、３０…壁、３１…開口部、３２…開口部、３３…触媒アセンブリ、３４…基部、３５…触媒棒、３６…導管、３７…吸収体、３８…環状フランジ、３９…ポット、４０…内側ポット、４１…穴、４２…触媒要素、４３…リブ、４４…閉鎖端部。

Claims (10)

1. 蓄電池内で発生する水素及び酸素を水へと再結合する再結合装置（１）であって、前記再結合装置（１）は、モジュール構造を有し、かつ
   蓄電池に前記再結合装置（１）を気密接続する接続ソケット（２）と、
   周囲雰囲気に対して気密され内部に触媒要素（４２）を配置した容器（４）と、
   前記接続ソケット（２）と前記容器（４）とを接続するための接続管要素（３）であって、前記接続ソケット（２）から前記容器（４）への気密ガス流入用及び反対方向での水排出用の連絡流路（１９）を含む接続管要素（３）と、
   を備え、
   前記接続管要素（３）は、周囲雰囲気に対して開放されているがフリット（７）によって画定されている容積領域（６）を前記連絡流路（１９）の隣に更に備え、
   前記連絡流路（１９）は、連絡開口部（３１）を介して前記容積領域（６）と接続されており、
   前記接続管要素（３）は前記容器（４）側に前記触媒要素（４２）を支持する担持ユニット（２６）を更に備え、かつ前記触媒要素（４２）は前記担持ユニット（２６）と接続自在の基部（３４）を含み、
   前記容器（４）は、円筒状であり、かつ一方の端部で閉じられるとともに他方の開放端部でシールリングを用いて気密であるように前記接続管要素（３）上へ載置自在に形成されていることを特徴とする再結合装置（１）。
2. 前記容積領域（６）は、側方で前記連絡流路（１９）に配置され、該連絡流路（１９）から突出する補助管であることを特徴とする請求項１に記載の再結合装置（１）。
3. 前記フリット（７）は、焼結材料から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の再結合装置（１）。
4. ガス流れ方向で前記フリット（７）の後ろに、ガス排出流路（２９）が更に設けられており、前記ガス排出流路（２９）は、同ガス排出流路（２９）のガス流れ方向に対する横断面よりも小さい横断面を有する少なくとも１つのガス排出開口部（３２）を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
5. 前記担持ユニット（２６）は、前記連絡流路（１９）の壁部と接続された支持リブ（２７）によって保持されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
6. 前記触媒要素（４２）の基部（３４）上には、中央で突出してパラジウムコーティングされた触媒棒（３５）と、該触媒棒（３５）を同心状に囲み自由端で閉じられるとともに吸収材料が充填された多孔材料製導管（３６）とが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
7. 前記基部（３４）は、超音波溶接によって前記担持ユニット（２６）と接続自在であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
8. 前記容器（４）は、開放端部に軸方向で延在する切れ目（１３）を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
9. 前記容器（４）のガス流入横断面の領域に、ガス流れ内で横方向に配置され流入横断面を縮小する平らな流れ障壁が配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の再結合装置（１）。
10. 前記流れ障壁は、前記基部（３４）に配置された環状フランジ（３８）によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の再結合装置（１）。

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