DE3011421A1 - Rekombinationsvorrichtung - Google Patents

Description

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VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51

Rekombi näti onsv. orri chtung

Die Erfindung betrifft eine Rekombinationsvorrichtung zur katalytischen Oxidation von Wasserstoff in Akkumulatorgasen, die auf den Akkumulatro aufgesetzt und mit diesem durch eine Gaszuführung verbunden ist.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise der in der DE-OS 2 442 465 beschriebene Verschlußstopfen für Bleiakkumulatoren.

Zur vollständigen katalytischen Oxidation müssen die Elektrolysegase Wasserstoff und Sauerstoff in einem Mengenverhältnis 2 : 1 zugegen sein, wie es der Stöchiometrie des Wassers entspricht. Beim Akkumulatorbetrieb werden jedoch nur im Zustande der Dauerüberladung beide Gase annähernd in dem genannten Verhältnis entwickelt. Während der meisten anderen Betriebsphasen ist die Gasung nichtstöchiometrisch, gewöhnlich sauerstoffreicher beim Aufladen, dagegen wasserstoffreicher beim Entladen und evtl. während Standzeiten. So kommt es, daß insbesondere während des Entladens viel überschüssiger Wasserstoff anfällt, der wegen eines fehlenden Sauerstoffäquivalents mit bisher bekannten Rekombinatoren nicht umgesetzt werden kann. Verluste an Elektrolytflüssigkeit sind die Folge.

Zwar ist das Innere des Rekombinators über eine AustrittsÖffnung mit der Umgebungsluft verbunden, jedoch ist diese Öffnung stets als Strömungswiderstand ausgelegt, um ein Ausströmen des gebildeten Wasserdampfes zu verhindern. Umgekehrt kann auch nur wenig Luft über diesen Strömungswiderstand in den Rekombinator strömen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rekombinationsvorrichtung für Wasserstoff und ggfls. auch für andere brennbare Gase

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verfügbar zu machen, die auch bei einem unzureichenden, von den Brenngasen mitgeführten Sauerstoffangebot dennoch in der Lage ist, eine vollständige Umsetzung aller brennbaren Gasbestandteile zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gaszuführungsleitung dem durchströmenden Brenngas durch eine öffnung zur Umgebung die selbsttätige Ansaugung und Mitführung von Umgebungsluft erlaubt.

Anhand der Figuren 1 und 2 wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert.

Figur 1 zeigt die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht 1a auf den Deckel und in einem Aufriß Ib längs der den Deckel als Spur A-A durchschneidenden Ebene.

Figur 2 zeigt schematisch die Verwendung der Vorrichtung in einem dual en Rekombinationssystem.

Gemäß Figur 1 setzt sich die Gaszuführungsleitung, welche den Rekombinator 1 mit dem Einfüllstutzen 2 einer Akkumulatorenzelle verbindet, aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren, dem inneren Gaseinleitungsrohr 3 und dem äußeren Obergangsrohr ί·, zusammen.

Durch die Löcher 5 im Übergangsrohr 4 besitzt die Gaszuführungsleitung eine Öffnung zur Umgebung, welche es dem im Gaseinleitungsrohr 3 aufströmenden Brenngas gestattet, Verbrennungsluft anszusaugen und in den Rekombinator mitzuführen. Hierbei findet das Funktionsprinzip des bekannten Bunsenbrenners Anwendung. Bei diesem entströmt Leuchtgas einer im Fuße des Brenners angebrachten Düse und saugt dabei durch regulierbare Öffnungen selbsttätig Luft an. So entsteht im Innern des über der Düse befindlichen Brennerrohres ("Schornstein") ein Luft-Leuchtgas-Gemisch, das beim Entzünden in einer auf dem oberen Rand des Brennerrohres aufsitzenden Flamme verbrennt.

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Der vereinigte Gasstrom passiert das Gaslabyrinth 6 und trifft auf den Katalysatorträger 7, wobei der Trichter 8 für eine gleichmäßige Verteilung der Gase über die Oberfläche des Katalysatorträgers, welcher z.B. eine hydrophobierte Asbestfasermatte sein kann, sorgt.

Durch die Reaktionswärme erfahren die nunmehr aus Wasserdampf und Luft bzw. Stickstoff bestehenden Reaktionsgase eine starke Dichteänderung und infolgedessen einen starken Auftrieb, wobei ihnen die Austritts-Öffnungen 10 des Rekombinatordeckels 9 einen Abzug nach oben gewähren. Das auf diese Weise vom Katalysatorträger abströmende heiße Gas verursacht im Obergangsrohr 4 einen Sog, der durch die Löcher 5 ständig Umgebungsluft nachströmen läßt.

Zumindest ein Teil des gebildeten Wasserdampfes wird an der Rekombinator-Innenwand 11 kondensiert. Das Kondenswasser fließt durch die öffnung 12 und das Obergangsrohr 4 in die Zelle zurück. Damit es durch die Löcher 5 nicht nach draußen gelangen kann, besitzen diese eine Innenwulst 13. Unterhalb der Löcher 5 ist der zwischen Gaseinleitungsrohr 3 und Übergangsrohr 4 vorhandene Ringspalt durch einen porösen Körper 14 ausgefüllt. Dadurch werden die Druckverhältnisse so eingestellt, daß der Flüssigkeitsdruck im porösen Körper 14 stets höher ist als im Gaseinleitungsrohr 3. Das Gas wird daher gezwungen, nur durch dieses Rohr zu strömen.

Um das Rekombinationswasser so vollständig wie nur möglich zurückzugewinnen, können auf die Austrittsöffnungen 10 im Rekombinatordeckel beispielsweise Rohrkühler (nicht dargestellt) aufgesetzt werden, aus denen am Ende nur der vorhandene Luftüberschuß,mit Stickstoff vermischt, entweicht.

Der Rekombinator wird überlastsicher durch Anbringen eines Strömungswiderstandes. Der Strömungswiderstand ist bei Nennleistung vernachlässigbar und nimmt bei höherem Gasangebot stark zu. Diese Charakteristik wird erreicht durch geeignete Wahl des Innendurchmessers des· Gaseinleitungsrohres 3, der z.B. 2 mm beträgt,und durch Anbringen

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einer Platte oberhalb des Rohrendes. Diese Platte kann z.B. der erste Umlenksteg des Gaslabyrinthes 6 sein. Der Abstand Rohrende zu Platte von z.B. 4 mm und der Durchmesser des Rohres müssen exakt aufeinander abgestimmt sein. Damit wird erreicht, daß bei Nennleistung das Gas in den Rekombinator strömt, jedoch bei überlast der größte Teil bereits vor dem Gaslabyrinth zurückschlägt und durch die Löcher 5 abbläst. Die Luftansauglöcher 5 übernehmen damit zugleich eine Ventil funktion.

Diese Anordnung zur Erzielung des gewünschten Strömungswiderstandes, soweit sie sich auf das Gaseinleitungsrohr 3 und den ersten Umlenksteg des Gaslabyrinths 6 erstreckt, kann nach dem aus der DE-OS 2 621 413 bekannten Wirkungsprinzip auch als Säureabscheider dienen. Gemäß dieser Druckschrift strömen die Zellengase durch eine Düse in den Rekombinator und werden dabei durch ein dicht vor der Düsenöffnung befindliches Prallplättchen umgelenkt. Die trägheitsbehafteten, im Gasstrom mitgeführten Flüssigkeitströpfchen folgen der Umlenkung nicht und werden auf dem Prallplättchen niedergeschlagen.

Die Flüssigkeitsabscheidung läßt sich über die Wahl des Abstandes zwischen Plättchen und Düsenöffnung sowie des Durchmessers der Düse optimieren. Als sehr günstige Werte für den Innendurchmesser der Düse haben sich 0,5 rnn> und für den Abstand zwischen Düsenöffnung und Plättchen 2 mm erwiesen. Größere Düsendurchmesser schmälern infolge der geringeren Gasdurchtrittsgeschwindigkeit den Trägheitseffekt der Flüssigkeitströpfchen und sind deshalb weniger geeignet.

In der Praxid wird man den Durchmesser des Gaseinleitungsrohres 3 und den Abstand des Rohrendes zum ersten Umlenksteg bei der anmeldungsgemäßen Rekombinationsvorrichtung so dimensionieren, daß sich für beide Belange, nämlich geringer Strömungswiderstand bei Nennleistung und effiziente Säureabscheidung, eine optimale Kompromißlösung ergibt.

Dadurch, daß mit der angesaugten Luft ein erheblicher Stickstoffballast in den erfindungsgemäßen Rekombinator gelangtest sein Wirkungsgrad zwangsläufig geringer als bei einem herkömmlichen Rekombinator, der die rekombinierbaren Gase zu 100% umsetzen kann, sofern nicht ein öberange-

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bot von beispielsweise Wasserstoff vorhanden ist. In diesem Fall läßt sich ein herkömmlicher Rekombinator von vorzugsweise größerer Dimensionierung vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Rekombinator zu einem dual en Rekombinationssystem ergänzen.

Ein solches ist in Figur 2 schematisch angedeutet. Bei diesem wird der Gaseingang des erfindungsgemäßen Rekombinators 1 an den Gasausgang eines größeren Reaktors oder Rekombinators 15 von bekannter Bauart, d.h.ohne Luftansaugung, angeschlossen. Der größere Rekombinator ist so dimensioniert, daß er selbst die in Spitzenlastzeiten angebotene Wasserstoff-' menge, die beim Laden und überladen anfällt, allein umsetzen kann. Begrenzend wirkt lediglich der in der in den Ladegasen als Oxidans mitgeführte Sauerstoff. Ist diesar aifgezehrt, verläßt der überschüssige Wasserstoff den Rekombinator 15 und strömt über dessen Gasausgang in den Reaktor 1 mit Luftansaugung. Dort wird seine Oxidation mit dem Luftsauerstoff zu Ende geführt. Der kondensierte Wasserdampf fließt zurück in den großen Reaktor 15 oder auch in die Zelle.

Das duale Rekombinationssystem ist somit beosnders geeignet, dem oft sehr unterschiedlichen Mengenverhältnis von Brenngas und Sauerstoff - der Wasserstoff anteil an der Zellengasung kann, zwischen 95 VoI % und 30 Vol% schwanken - dadurch Rechnung zu tragen, daß nur der überschüssige Wasserstoff mit schlechterem Wirkungsgrad in dem erfindungsgemäßen Rekombinator oxidiert wird. Im Hinblick auf die Gesamtanlage erzeilt man durch diese Arbeitsweise wiederum eine Verbesserung des Wirkungsgrades.

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Claims (5)

1. Reg.-Nr. 6 FP 352-DT 6233 Kelkheim, den 12.03.80

   EAP-Dr.Ns/sd

   VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 2t, Am Leineufer 51

   Patentansprüche

   Rekombinationsvorrichtung zur katalytischen Oxidation von Wasserstoff in Akkumulatorgasen, die auf den Akkumulator aufgesetzt und mit diesem durch eine Gaszuführung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungsleitung dem durchströmenden Brenngas durch eine öffnung zur Umgebung die selbsttätige Ansaugung und Mitführung von Umgebungsluft erlaubt.
2. 2. Rekombinationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung aus einem Gaseinleitungsrohr (3) und einem mit Löchern (5) versehenen Übergangsrohr (4) größeren Durchmessers in konzentrischer Anordnung besteht.
3. 3. Reko.Tibi nations Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Deckel (9) Austrittsöffnungen (10) besitzt.
4. 4. Rekombinationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Gaseinleitungsrohr 3 und dem Übergangsrohr 4 gebildete Ringspalt in dem unterhalb der Löcher 5 befindlichen Bereich durch einen porösen Körper 14 ausgefüllt ist.
5. 5. Rekombinationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung mit dem Gasaustritt einer weiteren vorgeschalteten Rekombinationsanordnung verbunden ist.

   130040/0543 ORIGINAL INSPECTED