WO2009007058A1 - Elektrochemische energiequelle zum unterwasserbetrieb mit integrierter elektromotorischer antriebseinrichtung - Google Patents

Elektrochemische energiequelle zum unterwasserbetrieb mit integrierter elektromotorischer antriebseinrichtung Download PDF

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WO2009007058A1
WO2009007058A1 PCT/EP2008/005453 EP2008005453W WO2009007058A1 WO 2009007058 A1 WO2009007058 A1 WO 2009007058A1 EP 2008005453 W EP2008005453 W EP 2008005453W WO 2009007058 A1 WO2009007058 A1 WO 2009007058A1
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electrochemical
electrochemical device
energy source
metal anode
drive
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Mark Fertman
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Neos International Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical energy source of the metal-air type, with an air or Sauerstoffkatode and a metal anode, in which flowing seawater serves as an electrolyte and which is designed for underwater use and provided.
  • US 4,822,698 discloses an energy cell / battery for use in seawater.
  • This battery operates according to the above-mentioned electrochemical reactions using magnesium or zinc as the anode material and an oxygen electrode as the cathode.
  • the oxygen supplied to the cathode is dissolved in the seawater.
  • This seawater battery consists of a cylindrical oxygen electrode cathode.
  • the structure has one or more anode rods containing magnesium or zinc.
  • the oxygen electrode is similar to those used in other batteries in many ways, for example, in US 6,372,371 Bl.
  • US Pat. No. 5,405,717 discloses a seawater cell with somewhat increased power compared to US Pat. No. 4,822,698. This increased power is due to the action of waves, which increases the flow of seawater through the cathode to provide oxygen.
  • US 5,225,291 discloses a seawater battery that can operate with or without dissolved oxygen due to the use of a hybrid cathode. The power of this cell is about 50 microamps / cm 2 and 1 - 1.35 volts with dissolved oxygen (about 10 g / m 3 ). The non-oxygen based cell responses are observed at cell voltages of about 0.5 volts. This seawater battery is a long-term low-output battery.
  • WO 2004/038828 A2 and the applicant's unpublished European patent application 06009317.6 propose metal-air batteries for submarine use, which are provided by special means for the supply of air or gaseous oxygen and whose performance can therefore be approximated to that of working under atmospheric conditions batteries of the same type.
  • a connection of the air cathode is proposed with an air or oxygen reservoir.
  • the invention is based on the object of providing an electrochemical energy source of the type mentioned above, which has improved and sufficient for a number of typical underwater applications performance parameters and is relatively inexpensive to manufacture and can be operated without problems and also offers improved applications.
  • the invention includes the essential idea of structurally connecting the actual energy source with an electromotive drive device for its movement.
  • the invention further includes the idea of providing an at least sectionally cylindrical main body for receiving the air cathode (s) and metal anode (s) and at least parts of the drive device provided. Further parts of the drive device can also be arranged outside of the battery main body, in particular on one or more extensions or in satellites thereof.
  • the proposed solution can be achieved on the one hand that the energy source in the water due to the proper motion flows through the electrolyte more effectively and thus can work for longer periods of higher energy yield, and on the other it allows - depending on the performance of the electrochemical cell (s) and the power of the propulsion unit made possible by this - the underwater transport of loads or the transportation support of divers etc.
  • the drive device has a low-voltage direct-current motor with an operating voltage adapted to the output voltage of the energy source.
  • a satisfactory implementation of the invention can be realized in a very simple manner, without additional power electronics components, solely by suitable selection of the motor in coordination with the output voltage of the specific cell configuration.
  • the proposed arrangement with a DC or AC motor and a DC-AC converter and / or voltage converter for generating a deviating from the output voltage of the power source operating voltage of the DC or AC motor can be equipped. This increases the degrees of freedom in the choice of the drive source, but is associated with additional expense of control and power electronics.
  • the electrochemical device for the use of oxygen dissolved in seawater is designed to operate the air cathode.
  • it may be equipped with a gas connection associated with the air cathode for the external supply of air or oxygen.
  • the gas connection is controlled closed such that the electrochemical device is switchable from a first mode using oxygen supplied externally in a second mode using dissolved oxygen in the seawater.
  • an embodiment with an additional power source for the initial power supply of the drive device is preferred.
  • This ensures a fast and efficient start-up of the operation of the arrangement.
  • it has a capacitive buffer energy store or accumulator which has an internal charging line connection with the or each air or oxygen cathode and the or each metal anode and in particular additionally an external charging connection.
  • Such a buffer energy storage - advantageously realized as a so-called supercapacitor - can also serve to smooth the voltage delivered by the power source and to bridge short interruptions of the self-sufficient power supply, as they can occur during operation in moving open sea.
  • the additional charging port is optional over an internal charging-wiring connection, but may be particularly advantageous for energy sources that are intended for sporadic use (such as for rescue purposes) and where regular internal charging of the energy storage during operation of the power source is not guaranteed.
  • the mechanical structure of the arrangement it is expediently designed with a view to easy and rapid replacement of the metal anode (s) (serving as "fuel”) and unproblematic handling in underwater use on the one hand.
  • the energy source has a substantially cylindrical Lucaskatode and a cylindrical surrounding this, replaceable metal anode.
  • this has an elongated shape, wherein in the longitudinal direction a plurality of electrochemical cells with an air cathode and an associated anode and a support and insulating member for holding and electrically insulating the individual cells is strung together.
  • the number of individual cells arranged in rows can then be easily adapted to the specific performance requirements, with possibly graduated-capacity degassing devices being installed as a function of the number of cells.
  • each metal anode which is adjacent to the holding and insulating in the assembled state, distributed over the circumference openings for promoting the passage of seawater between the air cathode and the metal anode provided.
  • These openings serve to avoid irregularities in the flow path between the air cathode and the metal anode, as might otherwise be caused by local gas accumulation.
  • Fig. 1 is an external view of a power source according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of this energy source.
  • FIG. 1 and 2 show an underwater drive 1 with integrated seawater battery 3, to which a (here only schematically illustrated) drive head 5 is mounted with a propeller 6.
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view along the sectional plane B-B in FIG. 1, with some further functional units being shown in sketchy form as hatched blocks in addition to the drive head 5.
  • the battery component 3 comprises as main components in each case two substantially cylindrical air or oxygen cathodes 7.1 and 7.2 and these, forming an annular gap Rl or R2 therebetween, likewise cylindrical metal anodes 9.1 or 9.2. These components are held by support and insulating rings 11.1 and 11.2 or a bottom and cover plate 13.1, 13.2, which together with the metal anode 9.1, 9.2 and the said supporting and insulating rings form a housing of the battery part 3.
  • inlet and outlet openings 15 are provided in the anodes 9.1, 9.2 near the support and insulating ring 11.1.
  • the known hydrophobic outer surfaces of the air cathodes 7.1, 7.2 limit an anhydrous interior I of the battery part 3, in which a control electronics 17 and a capacitive energy storage (supercapacitor) 19 are housed. Their general functions are explained above and will not be described in more detail here, since they do not belong to the invention.
  • the control electronics 17 will expediently be designed such that a distribution of the energy delivered by the electrochemical cells between the conveying device 23 and the drive motor will take place which equates to the respective operating phase.
  • the available energy possibly also stored in the supercapacitor 19
  • the oxygen-producing conveyor whereas after the continuous operation of the electrochemical device has been established, a distribution of the energy supplied by it between the conveyor and drive device is largely achieved Need for drive power, possibly also manually controlled, can take place.
  • the embodiment of the invention is not limited to the examples and highlighted aspects explained here, but also in a variety of modifications are possible, which are within the scope of technical action.

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Abstract

Elektrochemische Energiequelle vom Metall-Luft-Typ, mit einer Luft- bzw. Sauerstoffkatode und einer Metallanode, zum Unterwasserbetrieb, wobei hindurchströmendes Meerwasser als Elektrolyt genutzt wird, mit einem mindestens abschnittsweise zylindrischen Grundkörper zur Aufnahme der Luftkatode(n) und Metallanode(n) sowie mindestens von Teilen einer elektromotorischen Antriebseinrichtung zur Fortbewegung der elektrochemischen Energiequelle.

Description

Elektrochemische Energiequelle zum Unterwasserbetrieb mit integrierter elektromotorischer Antriebseinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiequelle vom Metall-Luft-Typ, mit einer Luft- bzw. Sauerstoffkatode und einer Metallanode, bei der hindurchströmendes Meerwasser als Elektrolyt dient und die zum Unterwassereinsatz ausgebildet und vorgesehen ist.
Derartige Energiequellen sind seit längerem bekannt, werden aber kaum genutzt.
Die US 4,822,698 offenbart eine Energiezelle/Batterie zum Einsatz in Meerwasser. Diese Batterie arbeitet gemäß den oben genannten elektrochemischen Reaktionen, wobei Magnesium oder Zink als Anodenmaterial und eine Sauerstoffelektrode als Kathode eingesetzt wird. Der der Kathode zugeführte Sauerstoff ist in dem Meerwasser gelöst. Diese Meerwasserbatterie besteht aus einer zylindrischen Sauerstoffelektrodenkathode. Der Aufbau weist einzelne oder mehrere Anodenstäbe auf, die Magnesium oder Zink beinhalten. Die Sauerstoffelektrode ist denen ähnlich, die in anderen Batterien in vielerlei Arten verwandt werden, beispielsweise in der US 6,372,371 Bl.
In der US 5,405,717 ist eine Meerwasserzelle mit gegenüber der US 4,822,698 etwas erhöhter Leistung offenbart. Diese erhöhte Leistung ist bedingt durch die Wirkung von Wellen, die den Strom des Meerwassers durch die Kathode erhöht, um Sauerstoff zu liefern. Die US 5,225,291 offenbart eine Meerwasserbatterie, die wegen des Einsatzes einer Hybridkathode mit oder ohne gelöstem Sauerstoff arbeiten kann. Die Leistung dieser Zelle ist ca. 50 Mikroampere/cm2 und 1 - 1,35 Volt bei gelöstem Sauerstoff (ca. 10 g/m3). Die nicht-sauerstoffbasierenden Zellreaktionen werden bei Zellspannungen von ca. 0,5 Volt beobachtet. Diese Meerwasserbatterie ist eine Langzeitbatterie mit geringer Ausgangsleistung.
Im Hinblick auf die unbefriedigend geringen absoluten Ausgangsleistungen und vor allem masse- und volumenbezogenen Leistungsdichten dieser Batterien werden in der WO 2004/038828 A2 sowie in der unveröffentlichten europäischen Patentanmeldung 06009317.6 der Anmelderin Metall-Luft-Batterien für den submarinen Einsatz vorgeschlagen, die über spezielle Mittel zur Zuführung von Luft bzw. gasförmigem Sauerstoff verfügen und deren Leistung daher grundsätzlich derjenigen von unter atmosphärischen Bedingungen arbeitenden Batterien des gleichen Typs angenähert werden kann. In der letztgenannten Patentanmeldung wird auch eine Verbindung der Luftkatode mit einem Luft- bzw. Sauerstoffreservoir vorgeschlagen.
Aus der US 4,262,482 ist es auch bekannt, eine Energiequelle der in Rede stehenden Art (Meerwasserbatterie) in einer für den submarinen Einsatz geeigneten Weise konstruktiv mit einem Verbraucher, nämlich einer Unterwasserlampe, zu vereinigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Bereitstellung einer elektrochemischen Energiequelle der oben genannten Art zugrunde, die verbesserte und für eine Reihe typischer Unterwasser-Anwendungen ausreichende Leistungsparameter aufweist und relativ kostengünstig herstellbar und unproblematisch betreibbar ist und auch verbesserte Einsatzmöglichkeiten bietet.
Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, die eigentliche Energiequelle mit einer elektromotorischen Antriebseinrichtung zu ihrer Fortbewegung konstruktiv zu verbinden. Weiter gehört zur Erfindung der Gedanke, hierzu einen mindestens abschnittsweise zylindrischen Grundkörper zur Aufnahme der Luftkato- de(n) und Metallanode(n) sowie mindestens von Teilen der Antriebseinrichtung vorzusehen. Weitere Teile der Antriebseinrichtung können auch außerhalb des Batterie-Grundkörpers angeordnet sein, insbesondere an einem oder mehreren Fortsätzen oder in Satelliten desselben.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann zum einen erreicht werden, dass die Energiequelle im Wasser aufgrund der Eigenbewegung wirksamer vom Elektrolyten durchströmt wird und hierdurch über längere Zeiträume mit höherer Energieausbeute arbeiten kann, und zum anderen ermöglicht sie - je nach Leistungsfähigkeit der elektrochemischen Zelle(n) und der hierdurch ermöglichten Leistung der Antriebseinrichtung - den Unterwassertransport von Lasten bzw. die Fortbewegungs- Unterstützung von Tauchern etc.
In einer ersten zweckmäßigen Ausführung weist die Antriebseinrichtung einen Niederspannungs-Gleichstrommotor mit an die Ausgangsspannung der Energiequelle angepasster Betriebsspannung auf. Hierdurch lässt sich in sehr einfacher Weise, ohne zusätzliche Leistungselektronik-Komponenten, allein durch geeignete Wahl des Motors in Abstimmung auf die Ausgangsspannung der konkreten Zellenkonfiguration, eine befriedigende Umsetzung der Erfindung realisieren. Alternativ kann die vorgeschlagene Anordnung mit einem Gleich- oder Wechselspannungsmotor und einem Gleich-Wechselspannungs-Wandler und/oder Spannungswandler zur Erzeugung einer von der Ausgangsspannung der Energiequelle abweichenden Betriebsspannung des Gleich- oder Wechselspannungsmotors ausgestattet sein. Dies erhöht die Freiheitsgrade bei der Wahl der Antriebsquelle, ist aber mit zusätzlichem Aufwand an Steuer- und Leistungselektronik verbunden.
Bei Umsetzung der Erfindung können an sich bekannte und bewährte Antriebskonzepte angewandt werden; so kann sie in einer ersten Ausführung einen Antriebspropeller und in einer zweiten Ausführung eine Strahlpumpe zur Erzeugung eines Antriebs-Wasserstrahls aufweisen. Wie oben allgemein angemerkt, können diese Antriebsmittel im wesentlichen in den Batterie-Grundkörper integriert oder aber in geeigneten Fortsätzen oder Satelliten desselben untergebracht sein. Die Antriebskonzepte können, ggf. unter Einschluss einer Bewegungsrichtungs-Steuerung, auch nach dem Vorbild an sich bekannter Unterwasserantriebe miteinander kombiniert sein. In einer weiteren Ausführung ist die elektrochemische Einrichtung zur Nutzung von im Meerwasser gelöstem Sauerstoff zum Betrieb der Luftkatode ausgebildet. Alternativ hierzu oder auch in Kombination hiermit kann sie mit einem der Luftkatode zugeordneten Gasanschluss zur externen Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr ausgerüstet sein. In einer Ausgestaltung ist der Gasanschluss gesteuert verschließbar derart, dass die elektrochemische Einrichtung von einer ersten Betriebsart unter Nutzung von extern zugeführtem Sauerstoff in eine zweite Betriebsart unter Nutzung von im Meerwasser gelöstem Sauerstoff umschaltbar ist.
Hierdurch soll die Brauchbarkeit der Energiequelle für sporadische Einsätze oder unter schwierigen Einsatzbedingungen erhöht werden. Es ist bei dieser Ausführung etwa denkbar, die Energiequelle kurzzeitig mit einer Sauerstoffflasche eines Tauchers zu verbinden, um einen schnellen und effizienten Anlauf ihres Betriebes zu gewährleisten, um sie anschließend autark zu betreiben.
Im Hinblick darauf, dass zu Beginn des Betriebes der elektrochemischen Einrichtung praktisch noch kaum selbst erzeugte Energie verfügbar ist, ist eine Ausführung mit einer zusätzlichen Stromquelle zur anfänglichen Stromversorgung der Antriebseinrichtung bevorzugt. Diese sichert einen schnellen und effizienten Anlauf des Betriebes der Anordnung. Sie weist insbesondere einen kapazitiven Puffer- Energiespeicher oder Akku auf, der eine interne Lade-Leitungsverbindung mit der oder jeder Luft- bzw. Sauerstoffkatode und der oder jeder Metallanode und insbesondere zusätzlich einen externen Ladeanschluss auf. Ein solcher Puffer-Energiespeicher - vorteilhaft realisiert als sogenannter Supercapacitor - kann auch zur Glättung der durch die Energiequelle abgegebenen Spannung und zur Überbrückung kurzzeitiger Unterbrechungen der autarken Spannungsversorgung dienen, wie sie beim Betrieb im bewegten offenen Meer auftreten können. Der zusätzliche Ladeanschluss ist gegenüber einer internen Lade-Leitungsverbindung optional, kann aber speziell bei Energiequellen vorteilhaft sein, die für einen sporadischen Einsatz (etwa für Rettungszwecke) bestimmt sind und bei denen eine regelmäßige interne Aufladung des Energiespeichers im laufenden Betrieb der Energiequelle nicht gewährleistet ist. Was den mechanischen Aufbau der Anordnung angeht, so ist dieser zweckmäßigerweise im Hinblick auf eine leichte und schnelle Auswechslung der (als "Brennstoff" dienenden) Metallanode(n) einerseits und eine unproblematische Handhabung im Unterwassereinsatz andererseits ausgelegt. In einer unter beiden Aspekten vorteilhaften Ausführung hat die Energiequelle eine im wesentlichen zylindrische Luftkatode und eine diese zylindrisch umgebende, auswechselbare Metallanode. Während das entsprechende Austauschteil bei dieser Ausführung also zylindrisch ist und relativ viel Platz benötigt, ist auch eine Ausführung möglich, bei der mehrere streifen- oder zylinderabschnittsförmige Metallanoden zusammen einen Zylindermantel um die Luftkatode bilden. Die Austauschteile benötigen dann weniger Verpackungs- und Transportraum, der Austausch geht aber nicht ganz so leicht und schnell von statten wie bei einer einstückigen Anode.
Im Hinblick auf die Realisierung verschiedener Ausführungen mit abgestuften Ausgangsspannungen und Leistungen ist eine modulare Bauform der Energiequelle von Vorteil. In einer bevorzugten Ausführung hat diese eine langgestreckte Bauform, wobei in Längsrichtung eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen mit einer Luftkatode und einer zugeordneten Anode und einem Träger- und Isolierelement zum Halten und elektrischen Isolieren der einzelnen Zellen aneinandergereiht ist. Die Anzahl der gereihten einzelnen Zellen kann dann an die konkreten Leistungsanforderungen leicht angepasst werden, wobei ggf. Entgasungseinrichtungen mit abgestufter Leistung in Abhängigkeit von der Anzahl der Zellen einzubauen sind.
Zur Optimierung des Durchströmverhaltens der einzelnen Zellen sind bei dieser Ausführung sinnvollerweise nahe einem Ende jeder Metallanode, welches im montierten Zustand dem Halte- und Isolierelement benachbart ist, über den Umfang verteilt Durchbrüche zur Förderung des Hindurchströmens von Meerwasser zwischen der Luftkatode und der Metallanode vorgesehen. Diese Öffnungen dienen zur Vermeidung von Unregelmäßigkeiten im Strömungsverlauf zwischen der Luftkatode und der Metallanode, wie sie ansonsten durch lokale Gasansammlungen entstehen könnten. Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachfolgenden skizzenartigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine Außenansicht einer Energiequelle gemäß einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung dieser Energiequelle.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Unterwasserantrieb 1 mit integrierter Meerwasserbatterie 3, an die ein (hier nur schematisch dargestellter) Antriebskopf 5 mit einem Propeller 6 montiert ist. Fig. 2 zeigt hierbei eine Längsschnittdarstellung längs der Schnittebene B-B in Fig. 1, wobei neben dem Antriebskopf 5 auch einige weitere Funktionseinheiten lediglich skizzenhaft als schraffierte Blöcke dargestellt sind.
Die Batterie-Komponente 3 umfasst als Hauptbestandteile jeweils zwei im wesentlichen zylindrische Luft- bzw. Sauerstoffkatoden 7.1 und 7.2 und diese unter Bildung eines Ringspaltes Rl bzw. R2 dazwischen umgebende, ebenfalls zylindrische Metallanoden 9.1 bzw. 9.2. Gehalten werden diese Komponenten durch Trag- und Isolierringe 11.1 bzw. 11.2 bzw. eine Boden- und Deckplatte 13.1, 13.2, die zusammen mit den Metallanoden 9.1, 9.2 und den besagten Trag- und Isolierringen ein Gehäuse des Batterie-Teiles 3 bilden.
Der konstruktive Aufbau und die materialtechnische Zusammensetzung der Luftkatoden 7.1, 7.2 und der Anoden 9.1, 9.2 sind an sich bekannt, so dass hier keine genauere Beschreibung gegeben wird. Die hier beschriebene Anordnung ermöglicht ein leichtes und schnelles Auswechseln der Anodenteile, sobald diese im wesentlichen verbraucht sind, und ihre gleichzeitige Nutzung als Gehäusewandung spart Gewicht und Kosten.
Um eine turbolenzarme und effiziente Durchströmung mit umgebendem Meerwasser der Ringspalte Rl und R2 zu gewährleisten, sind in den Anoden 9.1, 9.2 nahe dem Trag- und Isolierring 11.1 Ein- bzw. Ausströmöffnungen 15 vorgesehen. Die bekanntermaßen hydrophoben Außenoberflächen der Luftkatoden 7.1, 7.2 begrenzen einen wasserfreien Innenraum I des Batterie-Teiles 3, in dem eine Steuerelektronik 17 und ein kapazitiver Energiespeicher (Supercapacitor) 19 untergebracht sind. Deren allgemeine Funktionen sind weiter oben erläutert und werden hier nicht weiter detaillierter beschrieben, da sie nicht zur Erfindung gehören.
An dem dem Antriebs-Teil 5 abgewandten Ende des Batterie-Teiles 3 ist ein als zylindrische Verlängerung des Batteriegehäuses ausgestalteter Gehäusefortsatz 21 vorgesehen, der eine Saugpumpen-Motor-Einheit 23 aufnimmt und dessen freies Ende mit einer halbkugelig vorgeformten - als solche ebenfalls bekannten - Separatormembran 25 zur Abtrennung von Sauerstoff aus dem umgebenden Meerwasser verschlossen ist. Ein Innenraum I* des Fortsatzes 21 ist ebenso wie der Innenraum I des eigentlichen Batterie-Teiles 3 wasserfrei und enthält eine Sauerstoffatmosphäre, die durch die Saugpumpen-Motor-Einheit 23 im Zusammenwirken mit der Separatormembran 25 erzeugt wird. Er steht durch (hier nicht zu erkennende) Überströmöffnungen in Gasverbindung mit dem Innenraum I und somit der Innenoberfläche der Luftkatoden 7.1, 7.2, die auf diese Weise mit aus dem Meerwasser extrahiertem gasförmigem Sauerstoff versorgt werden.
Wie weiter oben angemerkt, kann als Motor zum Antrieb des Propellers 6 in Abstimmung auf die Einsatzanforderungen ein geeigneter Gleich- oder Wechselspannungsmotor eingebaut sein. Die Steuerelektronik 17 wird zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, dass eine der jeweiligen Betriebsphase gerecht werdende Verteilung der durch die elektrochemischen Zellen gelieferten Energie zwischen der Fördereinrichtung 23 und dem Antriebsmotor erfolgt. So wird in einer Anfangsphase des Betriebes der Anordnung die verfügbare (ggf. auch im Supercapacitor 19 gespeicherte) Energie vorzugsweise der Fördereinrichtung zur Sauerstoffgewinnung zugeführt werden, während nach Etablierung des Dauerbetriebes der elektrochemischen Einrichtung eine Aufteilung der von ihr gelieferten Energie zwischen Förderund Antriebseinrichtung weitgehend gemäß dem Bedarf an Antriebsleistung, ggf. auch manuell gesteuert, erfolgen kann. Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier erläuterten Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemische Energiequelle vom Metall-Luft-Typ, mit einer Luft- bzw. Sauerstoffkatode und einer Metallanode, zum Unterwasserbetrieb, wobei hindurchströmendes Meerwasser als Elektrolyt genutzt wird, mit einem mindestens abschnittsweise zylindrischen Grundkörper zur Aufnahme der Luft- katode(n) und Metallanode(n) sowie mindestens von Teilen einer elektromotorischen Antriebseinrichtung zur Fortbewegung der elektrochemischen Energiequelle.
2. Elektrochemische Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung einen Niederspannungs-Gleichstrommotor mit an die Ausgangsspannung der Energiequelle angepasster Betriebsspannung aufweist.
3. Elektrochemische Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Gleich- oder Wechselspannungsmotor und einem Gleich-Wechselspannungs-Wandler und/oder Spannungswandler zur Erzeugung einer von der Ausgangsspannung der Energiequelle abweichenden Betriebsspannung des Gleich- oder Wechselspannungsmotors.
4. Elektrochemische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung einen Antriebspropeller aufweist.
5. Elektrochemische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung eine Strahlpumpe zur Erzeugung eines Antriebs-Wasserstrahls aufweist.
6. Elektrochemische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der oder ein Propeller bzw. die Strahlpumpe in den zylindrischen Grundkörper integriert ist.
7. Elektrochemische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Propeller oder die Strahlpumpe in einem Fortsatz oder Satelliten des Grundkörpers angeordnet ist.
8. Elektrochemische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche zur Nutzung von im Meerwasser gelöstem Sauerstoff zum Betrieb der Luftkatode ausgebildet ist.
9. Elektrochemische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem der Luftkatode zugeordneten Gasanschluss zur externen Luftbzw. Sauerstoffzufuhr.
10. Elektrochemische Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der Gasanschluss gesteuert verschließbar ist derart, dass die elektrochemische Einrichtung von einer ersten Betriebsart unter Nutzung von extern zugeführtem Sauerstoff in eine zweite Betriebsart unter Nutzung von im Meerwasser gelöstem Sauerstoff umschaltbar ist.
11. Elektrochemische Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem kapazitiven Puffer-Energiespeicher oder Akku, der eine interne Lade-Leitungsverbindung mit der oder jeder Luftkatode einerseits und der oder jeder Metallanode andererseits aufweist.
12. Elektrochemische Energiequelle nach Anspruch 11, wobei dem kapazitiven Puffer-Energiespeicher oder Akku ein externer Ladeanschluss zum Anlegen eines Ladestromes von außerhalb der Energiequelle zugeordnet ist.
13. Elektrochemische Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der kapazitive Puffer-Energiespeicher oder Akku in einem Satelliten des Grundkörpers angeordnet ist.
14. Elektrochemische Energiequelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der kapazitive Puffer-Energiespeicher vom Typ des Supercapacitors ist und eine Antriebsenergie-Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche diesen der Antriebseinrichtung zur Glättung eines zugeführten Betriebsstromes oder zur Überbrückung einer Betriebsunterbrechung der elektrochemischen Einrichtung oder als Booster zuschalten kann.
15. Elektrochemische Energiequelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer im wesentlichen zylindrischen Luftkatode und einer diese zylindrisch umgebenden, auswechselbaren Metallanode oder mehreren die Luftkatode auf einem Zylindermantel umgebenden, zylinderabschnittsförmigen Metallanoden.
16. Elektrochemische Energiequelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer langgestreckten Bauform, wobei in Längsrichtung eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen mit einer Luftkatode und einer zugeordneten Anode und einem Träger- und Isolierelement zum Halten und elektrischen Isolieren der einzelnen Zellen aneinandergereiht ist.
17. Elektrochemische Energiequelle nach Anspruch 15 und 16, wobei nahe einem Ende der Metallanoden, welches im montierten Zustand dem Halte- und Isolierelement benachbart ist, über den Umfang verteilt Durchbrüche zur Förderung des Hindurchströmens von Meerwasser zwischen der Luftkatode und der Metallanode vorgesehen sind.
PCT/EP2008/005453 2007-07-12 2008-07-03 Elektrochemische energiequelle zum unterwasserbetrieb mit integrierter elektromotorischer antriebseinrichtung WO2009007058A1 (de)

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