DE2008218C3 - Device for catalytic! Recombination of the hydrogen and oxygen gases produced during the operation of electrical accumulators to form water - Google Patents

Description

Beim Betrieb von elektrischen Akkumulatoren wird bekanntlich durch teilweise Aufspaltung des Elektrolyten Wasserstoff- und Sauerstoffgas abgeschieden. Dadurch wird von Zeit zu Zeit eine Nachfüllung von destilliertem Wasser erforderlich. Damit solche Nachfüllungen ganz unterbleiben können oder allenfalls nur nach sehr langen Betriebszeiten nötig sind, hat man bereits vorgeschlagen, die abgeschiedenen Wasserstoff- und Sauerstoffgase katalytisch zu rekombinieren und das anfallende Wasser wieder in den Akkumulator zurückzuleiten. So sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das aus dem Elektrolyten von Akkumulatoren kommende Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff durch eine nach außen offene Kapsel strömt, die in einem Einsatz den Katalysator enthält. Bei anderen Vorrichtungen hat der Mantel der Kapsel Öffnungen, durch die sauerstoffhaltige Luft an den in einem Einsatz befindlichen Katalysator gelangt. Nachteilig ist hierbei, daß der unter der Wärmeentwicklung bei der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff an der Katalysatoroberfläche entstehende Wasserdampf durch die Öffnungen entweichen kann, so daß die Menge des zurückgewinnbaren Wassers nicht unerheblich vermindert wird. Die Menge des zurückgewinnbaren Wassers wird noch weiter dadurch verringert, daß ein Teil des Gemisches aus Wasserstoff und Sauerstoff unter Umgehung des Katalysators durch die Öffnungen den Weg ins Freie findet. Auch Wasser kann durch Verdunsten aus dem Elektrolyten durch die Öffnungen leicht entweichen, und zwar vor allem dann, wenn das durch die exotherme Reaktion am Katalysator dampfförmig entstandene, an Kondensorflächen verflüssigte, aber in der Regel im Vergleich zum Elektrolyten wärmere Wasser durch Rücklauf zu einer Temperaturerhöhung des Elektrolyten führt.When operating electrical accumulators, it is known that hydrogen and oxygen gas are separated out by partial splitting of the electrolyte. This means that it may be necessary to top up with distilled water from time to time. So that such refills can be omitted altogether or are only necessary after very long periods of operation, it has already been proposed that the separated hydrogen and oxygen gases be catalytically recombined and the water that accumulates back into the accumulator. Devices are known in which the gas mixture of hydrogen and oxygen coming from the electrolyte of accumulators flows through an outwardly open capsule which contains the catalyst in one insert. In other devices, the shell of the capsule has openings through which oxygen-containing air can reach the catalyst in an insert. The disadvantage here is that the water vapor generated on the catalyst surface as a result of the generation of heat during the recombination of hydrogen and oxygen can escape through the openings, so that the amount of water that can be recovered is not insignificantly reduced. The amount of recoverable water is further reduced by the fact that part of the mixture of hydrogen and oxygen finds its way into the open air through the openings, bypassing the catalyst. Water can also easily escape through the openings through evaporation from the electrolyte, especially when the water, which was formed in vapor form as a result of the exothermic reaction on the catalyst and liquefied on the condenser surfaces, but is usually warmer than the electrolyte, due to reflux leading to a temperature increase of the electrolyte.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und für eine möglichst verlustlose Rückführung des aus dem abgeschiedenen Wasserstoff und Sauerstoff wieder gebildeten Wassers in den Akkumulator zu sorgen und die Verluste von Elektrolytwasser durch Verdunstung möglichst geringzuhalten.The aim of the present invention is to avoid the disadvantages described and to ensure that the water formed again from the separated hydrogen and oxygen is returned to the accumulator with as little loss as possible and to keep the losses of electrolyte water through evaporation as low as possible.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vorrichtung zur katalytischen Rekombination des Wasserstoffs und des Sauerstoffs zu Wasser und zur Rückführung desselben in den Akkumulator aus einem mit dem Innenraum des Akkumulators verbundenen gasdichten Gehäuse mit einem darin angeordneten porösen Katalysatorbehälter besteht, der an eine ins Freie führende, durch einen porösen Körper von hohem Strömungswiderstand verschlossene Gehäuseöffnung angeschlossen ist.According to the invention this is achieved in that the device for the catalytic recombination of the hydrogen and the oxygen to water and for the return of the same to the accumulator consists of a gas-tight housing connected to the interior of the accumulator with a porous catalyst container arranged in it, which is connected to an open air , is connected by a porous body of high flow resistance closed housing opening.

Eine beispielsweise Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt die Zeichnung, und zwar zeigtAn example embodiment of the device according to the invention shows the drawing, namely shows

Fig. 1 einen Längsschnitt der Vorrichtung undFig. 1 is a longitudinal section of the device and

Fig. 2 einen Querschnitt etwa in der Mitte derselben.Fig. 2 shows a cross section approximately in the middle of the same.

Die Vorrichtung hat ein Gehäuse 1, das aus einem wärmebeständigen und gasundurchlässigen Material, wie z. B. aus einem Thermoplast, aus einem Duromer, aus einem Elastomer, aus einer keramischen Masse oder aus einem Metall oder aus Kombinationen der genannten Materialien gefertigt ist. Das Gehäuse hat zweckmäßig die dargestellte halbzylindrische Form mit einem von den Seiten zu einer unteren Mittelöffnung 2 hin geneigten Boden. Gegebenenfalls kann das Gehäuse auch einen rechteckigen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt haben. Weiterhin hat das Gehäuse 1 eine seitliche Öffnung 3 zur Durchführung des Katalysatorbehälters 4, der sich in eingebautem Zustand mit seinem einen Ende an die Öffnung 3 anschließt. Ein Abschlußkörper 5 paßt in die Öffnung 3, und die Abdichtung des Abschlußkörpers 5 kann in bekannter Weise, z. B. durch eine Dichtung 7, erfolgen. Der im Gehäuse 1 befindliche Katalysatorbehälter 4 und der die Öffnung 3 verschließende Körper 5 bestehen aus einem gasdurchlässigen Material, vorzugsweise aus einer keramischen Masse. Beispielsweise können auch poröses Glas, poröse Kunststoffe oder ähnliche Stoffe verwendet werden, wobei der Katalysatorbehälter 4 und der Abschlußkörper 5 jeweils auch aus unterschiedlichem Material hergestellt sein können. Beide Teile können in bekannter Weise, z. B. mit einem Silikonharz, hydrophobiert sein. Der Katalysatorbehälter 4 und der Abschlußkörper 5 haben in der bevorzugten Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt, doch kann dieser gegebenenfalls auch eine andere, z. B. eine rechteckige oder elliptische Form haben.The device has a housing 1 made of a heat-resistant and gas-impermeable material, such as. B. made of a thermoplastic, a duromer, an elastomer, a ceramic mass or a metal or combinations of the materials mentioned. The housing expediently has the semi-cylindrical shape shown with a bottom inclined from the sides towards a lower central opening 2. If necessary, the housing can also have a rectangular, circular or elliptical cross section. Furthermore, the housing 1 has a lateral opening 3 for the passage of the catalyst container 4, which, in the installed state, adjoins the opening 3 at one end. A closure body 5 fits into the opening 3, and the sealing of the closure body 5 can in a known manner, for. B. by a seal 7, take place. The catalyst container 4 located in the housing 1 and the body 5 closing the opening 3 consist of a gas-permeable material, preferably a ceramic mass. For example, porous glass, porous plastics or similar substances can also be used, it being possible for the catalyst container 4 and the closing body 5 to be made of different materials. Both parts can be used in a known manner, for. B. be made hydrophobic with a silicone resin. The catalyst container 4 and the closing body 5 have a circular cross-section in the preferred embodiment, but this can optionally also be a different one, e.g. B. have a rectangular or elliptical shape.

Im Inneren des Katalysatorbehälters 4 befindet sich der vorzugsweise auf Trägermaterialien aufgebrachte Katalysator 6 aus der Reihe der Platinmetalle. Die Herstellung derartiger Katalysatoren auf Trägern ist bekannt.In the interior of the catalyst container 4 there is the catalyst 6 from the series of platinum metals, which is preferably applied to support materials. The production of such catalysts on supports is known.

Verbindet man die Öffnung 2 der beschriebenen Vorrichtung, z. B. durch Einstecken oder Einschrauben des sie verlängernden Stutzens in die Deckelöffnung einer Zelle einer Akkumulatorenbatterie, mit deren Innenraum, so strömt das Mischgas aus Wasserstoff und Sauerstoff, das z. B. beim Laden des Akkumulators entsteht, durch die Öffnung 2 in das Innere des Gehäuses 1. Das Gasgemisch gelangt durch die Wand des gasdurchlässigen Katalysatorbehälters 4 zu dem Katalysator 6, an dem die bekannte exotherme Reaktion der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser abläuft. Das entstehende Wasser ist infolge der genannten exothermen Reaktion dampfförmig und verhält sich wie ein Gas, das aus dem Katalysatorbehälter 4 bevorzugt in den freien Raum des Gehäuses 1 strömt. Der Abschlußkörper 5, der dicht in der Öffnung 3 sitzt, setzt einen höheren Strömungswiderstand entgegen als die Wand desIf you connect the opening 2 of the device described, for. B. by inserting or screwing the lengthening nozzle into the cover opening of a cell of a storage battery, with the interior, so flows the mixed gas of hydrogen and oxygen, the z. B. arises when charging the battery, through the opening 2 in the interior of the housing 1. The gas mixture passes through the wall of the gas-permeable catalyst container 4 to the catalyst 6, where the known exothermic reaction of the recombination of hydrogen and oxygen to water takes place. As a result of the exothermic reaction mentioned, the water formed is in vapor form and behaves like a gas that preferably flows from the catalyst container 4 into the free space of the housing 1. The closure body 5, which sits tightly in the opening 3, opposes a higher flow resistance than the wall of the

Katalysatorbehälters 4. Der Strömungswiderstand des Abschlußkörpers 5 ist dabei so gewählt, daß im Inneren des Gehäuses 1 und des damit verbundenen Akkumulators bei anhaltender Zufuhr von Mischgas aus Wasserstoff und Sauerstoff, hervorgerufen z. B. durch Überladung, ein begrenzter Überdruck entsteht.Catalyst container 4. The flow resistance of the closing body 5 is chosen so that inside the housing 1 and the associated accumulator with continued supply of mixed gas of hydrogen and oxygen, caused z. B. by overcharging, a limited overpressure is created.

In dem beschriebenen Beispiel bestehen der Katalysatorbehälter 4 und der Abschlußkörper 5 aus demselben porösen, keramischen Material. Einen größeren Strömungswiderstand des Abschlußkörpers 5 gegen Gase kann man jedoch z. B. durch entsprechende Bemessung des Flächenquerschnitts oder der Stärke des Abschlußkörpers 5 erreichen.In the example described, the catalyst container 4 and the closing body 5 consist of the same porous, ceramic material. A greater flow resistance of the closure body 5 against gases can, however, for. B. achieve by appropriate dimensioning of the surface cross-section or the thickness of the closing body 5.

Weitere Möglichkeiten zur Erhöhung des Strömungswiderstandes in dem Abschlußkörper 5 gegenüber der Wand des Katalysatorbehälters 4 bestehen darin, die Porendurchmesser zu verkleinern oder die Zahl der Poren im Abschlußkörper 5 zu verringern. Man kann aber auch zu dem gleichen Zweck den Abschlußkörper 5 und den Katalysatorbehälter 6 aus unterschiedlichen porösen Materialien mit verschiedenem Strömungswiderstand herstellen.Further possibilities for increasing the flow resistance in the closing body 5 with respect to the wall of the catalyst container 4 consist in reducing the pore diameter or reducing the number of pores in the closing body 5. However, for the same purpose, the closing body 5 and the catalyst container 6 can also be produced from different porous materials with different flow resistance.

Der bei der Rekombinationsreaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff entstehende Wasserdampf strömt infolge des höheren Strömungswiderstandes des Körpers 5 mit nur geringen Verlusten in den freien Raum des Gehäuses 1 und wird an den Innenseiten des Gehäuses 1 kondensiert. Das entstandene Wasser fließt infolge der Formgebung des Gehäuses 1 leicht durch die Öffnung 2 in den Elektrolyten des Akkumulators zurück. Ein Entweichen des Mischgases nach außen ohne Passieren des Katalysators wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäuses 1, des Katalysatorbehälters 4 und des Abschlußkörpers 5 praktisch verhindert. Dadurch hat die Vorrichtung einen guten Wirkungsgrad. Auch Verdunstungsverluste von Elektrolytwasser werden sowohl während des Betriebes des Akkumulators als auch im Ruhezustande desselben besonders durch den Abschlußkörper 5 mit dem beschriebenen erhöhten Strömungswiderstand erheblich verringert.The water vapor produced in the recombination reaction of hydrogen and oxygen flows into the free space of the housing 1 with only minor losses due to the higher flow resistance of the body 5 and is condensed on the inside of the housing 1. Due to the shape of the housing 1, the resulting water easily flows back through the opening 2 into the electrolyte of the accumulator. An escape of the mixed gas to the outside without passing through the catalyst is practically prevented by the inventive design of the housing 1, the catalyst container 4 and the closing body 5. As a result, the device has a good efficiency. Evaporation losses of electrolyte water are also considerably reduced both during the operation of the accumulator and in its idle state, particularly by the closure body 5 with the increased flow resistance described.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht das Gehäuse der Vorrichtung aus dem Gehäuse des Gasraumes des Akkumulators.According to a particular embodiment of the invention, the housing of the device consists of the housing of the gas space of the accumulator.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur katalytischen Rekombination der beim Betrieb von elektrischen Akkumulatoren entstehenden Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu Wasser und zur Rückführung desselben in den Akkumulator mit einem mit dem Innenraum des Akkumulators verbundenen gasdichten Gehäuse, das den Katalysator enthält, gekennzeichnet durch einen in dem Gehäuse (1) befindlichen porösen Katalysatorbehälter (4), der an eine ins Freie führende, durch einen porösen Körper (5) von gegenüber dem porösen Behälter (4) höherem Strömungswiderstand verschlossene Gehäuseöffnung angeschlossen ist.1. Device for the catalytic recombination of the hydrogen and oxygen gases produced during the operation of electrical accumulators to form water and for the return of the same to the accumulator with a gas-tight housing connected to the interior of the accumulator and containing the catalyst, characterized by an in the housing (1 ) located porous catalyst container (4), which is connected to a housing opening which leads to the open and is closed by a porous body (5) with a higher flow resistance than the porous container (4). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus dem oberen Teil des Zellengefäßes des Akkumulators besteht.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the housing (1) consists of the upper part of the cell vessel of the accumulator.