CN101084159A - 再化合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种再化合装置(1)，用于催化地再化合在蓄能器或换能器中产生的氢。为了提供一种可选地用于不同工作条件的蓄能器或换能器系统并有助于消除局部功能失效的再化合装置(1)，本发明提出一种再化合装置(1)，该装置由能以模块方式相互组合的各个再化合件(2)构成，这些再化合件(2)各自具有至少一个催化体(12)。

Description

再化合装置

技术领域

本发明涉及一种再化合装置，用于催化地再化合在蓄能器或换能器内出现的氢。

背景技术

所称类型的再化合装置从现有技术中早已公知，因此在这里无需进行文字上的单独说明。

公知再化合装置具有催化体。作为催化体公知的首先是铂族金属，特别是钯，它以薄层的方式涂覆在例如可以由铜、氧化铝或者这类材料制成的载体棒上。按照这种方式构成的催化体棒同心地装入由例如透气陶瓷管的透气材料制成的管内，其中，管内处于催化体棒与管内表面之间的自由环形间隙内填充吸收材料。氧化铅、氧化银、氧化铁、氧化铜、氧化铝、氧化锰或者这类材料特别适合作为吸收材料。容纳催化体棒和吸收材料的管在任何情况下均以自支撑的方式设置在一个最好是塑料容器的气密容器内部，该容器端面封闭。该容器具有连接于蓄电池的连接管，一方面用于输送气体并且另一方面用于排水。

在蓄电池工作时，特别是在充电期间产生的气体氢和氧通过容器的连接管输送到容器内，在那里通过透气管和吸收材料并然后在催化体上再化合成水。再化合反应放热，因此在催化体上再化合的水首先以水蒸汽的方式存在。催化体上产生的水蒸汽然后凝结在容器内壁上，冷凝并通过为此设置的连接管流回到蓄电池内。

采用上述类型再化合带来的优点显而易见。蓄电池工作时释放的气体氢和氧通过再化合装置再化合成水，这些水没有损失，而是返回到蓄电池的电解液内。因此不需要向蓄电池的电解液内补充蒸馏水。就此而言，事实证明，根据蓄电池的大小设有一个或者多个再化合器的蓄电池不需要维护。

虽然实践证明上述类型的再化合器或再化合装置是有效的，但它们也存在缺陷。

再化合器的再化合效率必须依据蓄电池容量设计，也就是说依据蓄电池工作时所释放的氢和氧量设计。这样做的后果是，再化合器的再化合效率必须匹配蓄电池容量。结果必须为不同的蓄电池规格提供不同的再化合器，从而使再化合器的生产变得复杂和昂贵。此外，上述再化合单元具有如下缺点：吸收材料被催化体上产生的水蒸汽在不可预见的部位上浸透，从而会导致这些部位上至少有时功能失效。由此再化合器的再化合效率受到不利影响。

发明内容

从上述现有技术出发，本发明的目的在于，在避免上述缺陷的情况下提供一种再化合装置，该装置可选地用于不同工作条件的蓄能器系统或换能器系统并有助于消除局部功能失效。

该目的通过本发明提供的一种再化合装置得以实现，该装置用于催化地再化合在蓄能器或换能器中产生的氢，该装置由能以模块方式相互组合的各个再化合件构成，这些再化合件各自具有至少一个催化体。

本发明意义上的蓄能器或换能器是指蓄电池，例如镍镉蓄电池、铅蓄电池或者类似蓄电池以及其他系统，例如像燃料电池或者类似电池。

与现有技术的区别在于，本发明的核心目的是再化合单元不是作为只能按其标定结构使用的那种再化合单元构成，而是相反提供彼此结构相同或者结构不同的再化合件，它们根据所要求的再化合效率可以相互组合成一个共用的再化合单元。根据所使用的再化合件数量，再化合于是多级进行并由此更加有效。

再化合装置的核心部分是催化体。催化体可以由例如采用过渡族特别是铂金属涂层的载体件构成。再化合装置由多个单个的再化合件构成，其中再化合件能够以模块方式相互组合。本发明意义上的“以模块方式”是指再化合件的形状、规格、再化合效率等不同并且它们能够根据整体所要产生的再化合装置可选地相互组合。这样可以有利的方式将标准化的再化合件用于构成极其不同的再化合装置。因此与从现有技术中公知的再化合装置的区别在于，使同一装置的制造简化并也更加物美价廉地构成，因为并不进一步要求根据以后应用、也就是说根据与蓄电池容量配合提供相应构成的再化合装置，因为相应的再化合装置可以通过不同再化合件的组合可选地进行组装。

为了构成依据本发明的再化合装置，必须重叠设置多个单个的再化合件，最好在垂直方向上重叠设置。在这里可以想到两种可选择的构成方式。

依据第一构成方式，每个再化合件的催化体由透气材料的外壳包围。如果将多个再化合件沿垂直方向重叠设置，那么形成一种棒状结构的再化合装置，它一方面由催化体并且另一方面由透气材料的外壳构成。在此方面依据本发明的另一建议，设置在垂直方向上最上面的再化合件具有封闭件。这种封闭件可以按照盖的形式构成并同样由透气材料例如陶瓷制成。设置在垂直方向上最下面的再化合件下面设置有吸收体，该吸收体可以由公知的氧化铅、氧化银、氧化铁、氧化铜、氧化铝、氧化锰或者这类吸收材料制成。

依据本发明可选的第二构成方式，再化合件沿垂直方向重叠设置在一端封闭的例如陶瓷的透气材料制成的管内，其中，管的内径基本上相当于再化合件的外径。与所述第一选择的区别在于，并非每个再化合件本身均具有透气材料的外壳，确切地说，各个再化合件由透气材料制成的共用管容纳。结果产生这样一种由透气材料管构成的再化合装置，该管容纳多个沿垂直方向重叠设置的再化合件。管的内部另一端设置有吸收材料制成的吸收体，其中吸收体的外径基本上相当于管的内径。

上述两种构成方式的共同之处在于，再化合装置的催化体不是像现有技术中公知的那样完全由吸收材料包围。确切地说，由吸收材料构成的吸收体相对于再化合装置的垂直方向设置在催化体的下面。本发明这种特殊构成的优点是，吸收体的浸透性特别是在充电电流很低时可以尽可能地得到抑制。从蓄电池排出的气体氢和氧在它们进入再化合器的体积空间之前，首先经过设置在再化合装置催化体下面的吸收体。进入再化合器内的气体按照这种方式得到净化并且特别是释放氢化物。吸收体就此而言起到过滤体的作用。净化的气体氢和氧然后进入由再化合器包围的体积空间并在催化体上再化合成水。催化体上由于再化合产生的水蒸汽凝结在它所要冷凝的再化合器的容器内表面上。

因为吸收体考虑到再化合装置的垂直延伸处于催化体的下面，而且不是像从现有技术中公知的再化合装置中那样直接设置在催化体附近，所以明显降低吸收体的浸透，因为催化体上产生的水蒸汽不经过该吸收体。特别是在充电电流较低时这种设置具有优点，因为如果仅存在小充电电流，放热作用在再化合时作用比较小。过去这一点通常导致直接设置在催化体旁边的吸收材料浸透，因为该材料在放热作用比较小的情况下只能非常缓慢地干透。为解决这个问题，产生了吸收材料借助于附加的加热元件进行干燥的方案。再化合器由此产生的高花费和复杂结构在使用依据本发明的再化合装置情况下可以得到避免。因为依据本发明的这种实施方式吸收体不直接设置在催化体的附近，明显减少吸收体的浸透，从而在很小的充电过程中释放出的热量也足够干燥吸收体，也就是吸收材料。这样以有利的方式避免吸收体的局部功能失效。

依据本发明的构成可以进行多级再化合过程。在气体氢和氧在催化体上有效再化合成水之前，气体经过设置在催化体下面的吸收体，因此气体得到净化。被净化的气体然后进行有效的再化合过程。这种多级方法的实施产生上述优点。此外，本身的再化合过程也根据所使用的再化合件进行，从而提高再化合效率。

在本发明另一种可选择的实施方式中，再化合件各自具有至少一个由催化体和包围催化体的吸收材料构成的催化体组件。在此方面，吸收材料按照外壳的方式包围催化体。这样构成的再化合件也可以有利的方式按照模块方式相互组合成一个总再化合装置。

与本发明所述的第一构成方式的区别在于，由吸收材料制成的吸收体不是在催化体的下面，而是包围催化体构成，其中，再化合装置的每个再化合件具有相应的吸收材料。因为再化合装置由各个在垂直方向上重叠设置的再化合件构成，所以吸收材料局部不可控制的功能失效基本上可以得到避免，因为通过依据本发明的再化合装置产生的再化合由于再化合装置由多个单个再化合件构成这种情况而多级进行。也就是说，如果由于再化合使一个再化合件的吸收材料产生浸透，那么并不涉及再化合装置其他再化合件的吸收材料，结果是其他再化合件的吸收材料因此保持干燥。一个再化合件吸收材料的浸透因此以有利的方式不向其他再化合件的吸收材料扩散。因此在再化合范围内其中出现的吸收材料浸透可以控制，从而可以使整个再化合装置的再化合效率与在再化合装置的确定用途下出现的吸收材料浸透相应，通过与大量再化合件相应的组合确定尺寸。依据本发明的再化合装置因此与从现有技术中公知的再化合装置相比功能更加可靠。

为进一步提高依据本发明再化合装置的功能可靠性，依据本发明的一种特殊建议，可以选择再化合装置的各个再化合件在中间设置隔离件的情况下相互组合。隔离件最好由一种透气材料制成，该材料可以使气体氢和氧通过，但同时抑制水蒸汽从一个再化合件向另一个再化合件转移，从而由此可以实现制成隔离件的材料具有不同于包围再化合件的透气材料的密度。按照这种方式，附加支持利用依据本发明的再化合装置产生的多级再化合过程。在此方面，根据再化合装置的构成，不同厚度的隔离件既可以选择也可以组合使用。

依据本发明的另一特征，以上述方式具有催化组件的再化合件沿垂直方向重叠设置在一端封闭的由透气材料制成的管内，其中，管的内径基本上相当于再化合件的外径。依据本发明的这种构成方式，包围再化合件吸收材料的透气材料借助于管提供，其中，再化合件为了再化合装置确定构成的目的设置在该管的内部。为了构成根据本发明再化合装置，根据所要求的再化合效率，相应地将多个的再化合件插入上述类型相应长度构成的管内。如上所述，如果各个再化合件需要使用彼此分离的隔离件，那么提供相应加长的管。由再化合件、需要时隔离件和管构成的再化合装置然后可以适当地定位在由再化合器提供的容器内部。

依据本发明一种可选择的构成方式，每个再化合件的催化组件由透气材料的外壳包围。依据本发明这种可选择的构成方式不需要容纳再化合件的管。每个单个再化合件在它那方面具有包围吸收材料的透气材料外壳，从而为构成依据本发明的再化合装置仅需组合上述类型的再化合件。各个再化合件最好沿垂直方向重叠设置，其中设置在垂直方向上最上面的再化合件可以设有封闭件。封闭件在此方面可以按照盖的形式构成并由透气材料例如陶瓷制成。

为确保各个再化合件位置可靠地连接成一个共用的再化合装置，依据本发明的另一特征，各个再化合件的平面具有连接件。本发明的这种特殊构成既可以用于依据第一实施方式仅具有一个催化体的再化合件，也可以用于依据第二实施方式具有催化组件的再化合件。适用的连接件例如可以是卡式连接、插塞连接、缩紧连接或者这类连接。重要的仅在于，连接件的作用是将在垂直方向上重叠设置的再化合件或吸收体彼此位置可靠地定位并且彼此之间不会相对移动。但使用连接件纯粹是一种选择并且不是必须的。这样例如在再化合装置的各个再化合件如上所述设置在管内部的情况下，可以取消这种连接件的构成。在这种情况下，包围再化合件的管起到位置可靠保持各个再化合件的作用。作为对上述内容的补充需要注意的是，各个再化合件也可以通过粘接实现。

附图说明

从参考附图的说明中可以得到本发明的其他优点和特征。其中：

图1示出依据本发明第一实施方式的再化合器及再化合装置；

图2示出依据图1剖切线II-II的再化合件的剖面侧视图；

图3示出依据本发明第二实施方式的再化合器及再化合装置；

图4示出再化合器的一种可选择的构成；

图5示出依据本发明一种可选择实施方式的再化合器及再化合装置；

图6示出依据图5剖切线VI-VI的再化合件的剖面侧视图；

图7示出依据一种可选择实施方式的再化合装置；

图8示出依据另一种可选择实施方式的再化合装置；以及

图9示出依据另一种可选择实施方式的再化合装置。

具体实施方式

图1以局部剖面侧视图示出再化合器17，它具有依据本发明的再化合装置1。再化合器17以本身公知的方式由连接管8、在垂直方向15处于连接管上面的连接管件6、不透气材料制成的容器4以及连接容器4与连接管件6的密封环7构成。连接管8上可以成型图中未示出的凸缘，以便以卡式连接的方式将再化合器17设置在图中未示出的蓄电池的电池口上。沿垂直方向15设置在连接管8上的安装凸缘9可以用于容纳图中未示出的密封圈。此外，再化合装置1可以具有例如熔料或者阀门形式的图中未示出的回火保险。这种回火保险可以是图中未示出的排气通道的组成部分。

在由容器4包围的体积空间10的内部设置有由连接管件6支承的底座3，该底座3可以按照套管的方式构成并用于容纳依据本发明的再化合装置1。

底座3、连接管件6、安装凸缘9和连接管8最好作为整体结构件构成并由塑料制成。最好同样由塑料制成的容器4在连接管件侧敞开构成并为了在连接管件侧连接到连接管件6可以具有相应的连接件和/或定位件。此外，密封环7用于将容器4可靠固定在连接管件6上。

依据本发明的再化合装置1如从图1可看到的那样以本身公知的方式构成为棒形。依据本发明，再化合装置1由各个在垂直方向15上重叠设置的再化合件2构成。设置在垂直方向15上最上面的再化合件2在此方面具有盖形式的封闭件16。再化合件2的详细结构可参阅图2。

图2所示的再化合件2一方面由催化体12和另一方面由包围催化体12的例如陶瓷的透气材料外壳14构成。催化体12可以传统方式构成并例如由外圆周面采用催化材料涂层的载体件构成。例如可以使用钯作为催化材料。特别是如从图1可看到的那样，催化体的载体件基本上分段构成并且例如可以由陶瓷、氧化铝或者这类材料构成。总体上优选高透气性、耐热和耐腐蚀的材料。

如借助于图2示例性的描述，为了构成依据本发明的再化合装置1，再化合件2沿垂直方向15重叠设置，其中，根据所要求的再化合装置1的再化合效率，可以按照模块方式组合相应多个再化合件2。为了位置可靠地设置再化合件2，这些再化合件可以在其平面上各自具有图中未示出的连接件。

特别是如从图2可看到的那样，再化合件2基本上构成为圆盘形，但不言而喻，也可以选择其他几何形状。

如图1所示，在设置在垂直方向15最下面的再化合件2的下面设置有吸收体19，该吸收体由吸收材料制成，例如像氧化铅、氧化银、氧化铁、氧化铜或者这类材料。

依据图1所示本发明的构成方式，气体氢和氧通过连接管8和连接管件6流动到由再化合器17提供的体积空间10内。它们通过吸收体19，其中它们所释放出的杂质特别是氢化物因此得到净化。得到净化的气体然后可以通过透气外壳14到达催化体12，在那里它们再化合成水。

图3示出再化合装置1的一种可选择的构成方式。与图1和2实施例的区别在于，包围催化体12的外壳14由管5构成，该管由透气材料例如陶瓷制成。与图1和2实施例的区别在于，没有单独包围催化体12的外壳14。图3所示和仅由催化体12构成的再化合件2为了构成依据本发明的再化合装置1沿垂直方向15重叠设置在管5的内部。该管5也如依据图1实施例的外壳14那样，由透气材料例如陶瓷制成。图3示例性所示再化合件2的数量根据需要取得的再化合装置1的再化合效率确定，其中，管5与重叠设置的再化合件2的高度相应构成并具有相应的长度。再化合件2与管5共同构成再化合装置1，其中，管5内部与管5的封闭端相对的端部上设置有吸收体19。正如前面已经借助于图1介绍的那样，气体氢和氧在它们进入由再化合器17包围的体积空间10的路径上，首先经过吸收体19，因此得到净化。然后，如上所述在催化体12上再化合成水。

图4示出再化合器17的一种可选择的构成方式。与上述实施例的区别在于，这里所示的再化合器17与连接管8横向，也就是说沿图中未示出的蓄电池盖定向。但再化合装置1的构成与已经借助于图3介绍的实施方式相应，其中，垂直方向15与再化合器17的定向相应，在图4的实施例中指向图平面的右侧。

图5和6示出本发明的一种可选择的构成方式。这里所示的再化合装置1一方面由再化合件2和另一方面由隔离件18构成，其中，在垂直方向15上彼此交替设置再化合件2和隔离件18。

与图1至4的实施例的区别在于，根据图5和6实施例的再化合件2具有催化组件13。特别是如从图6可看到的那样，催化组件13一方面由催化体12和另一方面由吸收材料11构成，该材料按照外壳的方式包围催化体。无论是催化体12还是吸收材料11均可以传统方式构成。每个再化合件2的催化组件13由透气材料的外壳14包围。将各个再化合件2彼此分离的隔离件18也由相同材料制成，如图5所示那样，隔离件构成在垂直方向15上重叠设置的每两个再化合件2之间。

隔离件18的意义和目的是，按如下所述促进再化合装置1的多级运行，即不让凝结在再化合件2的吸收材料11内的水蒸汽不受控制地转移到相邻再化合件2的吸收材料11上。由此可以尽可能有利地抑制吸收材料11不可控制的局部功能失效。

在图5和6所示实施方式的变型中，包括催化组件13的再化合件2也可以设置在由透气材料构成的管内部。依据这种可选择的构成方式，在管5内交替插入再化合件2和隔离件18。正如从上述实施例所看到的那样，隔离件可选地插入。不言而喻，隔离件因此也可以在图1至4的实施方式中使用。同样也可以省略依据图5和6实施方式的隔离件。

图7和8示出依据本发明再化合装置1的可选择的构成方式。

图7示出一种再化合装置1，如前面已经借助于此前附图介绍的那样，它由多个在垂直方向上重叠设置的再化合件2构成。这种再化合装置1的特殊之处在于，各个再化合件2的规格是不同的。如所看到的那样，再化合件2以锥形的方式重叠设置，其中，设置在最下面的再化合件2与其他再化合件2相比，根据锥形的构造具有最大或最小的底面。如从图7所看到的那样为阶梯状。

直至设置在最下面的再化合件2，再化合件2由吸收材料11包围。例如在上下文中，吸收材料11可以套筒形式构成，里面设置再化合件2。为了更清楚，图7未示出由透气材料制成的可能外壳。

图8示出图7所示再化合装置结构变型的一种可选择构成方式。依据该构成方式，各个再化合件2也可以以锥形的方式沿垂直方向重叠设置。但与图7实施例的区别在于不是阶梯状构成。在此方面，在本发明的意义上再化合件2也可以整体构成一个总单元。再化合过程依据本发明的多级性在此方面根据构成一个共同单元的再化合件2的锥形构成获得，因为锥形的横截面积在垂直方向上递减。这种沿垂直方向的横截面减小产生依据本发明的多级再化合过程。

图9示出再化合装置另一种可选择的构成方式。与图7构成方式的区别在于，在图9的构成方式中，在设置在最下面的再化合件2的下面，在最后设置的再化合件2与吸收材料11之间具有一个空间20。

不言而喻，图7至9所示的实施方式仅作为示例并且再化合装置1例如也可以这样构成，使设置在最下面的再化合件2具有所使用的所有再化合件2中最小的底面。

如图7至9示例性所示那样，吸收材料11可以任意构成。例如可以使用挤压的球体。吸收材料的功能最终仅在于一方面透水并使其消毒和另一方面起到气体缓冲的作用。

上述实施方式仅用于详细说明本发明并因此无限制性。所示的组件并未反映实际尺寸。此外，在本发明的框架内具有类型、规格、再化合效率等参数彼此不同的再化合件2。对于本发明重要的仅在于，再化合装置1由能以模块方式可选地相互组合的再化合件2构成，其中，各个再化合件2的每一个或者仅具有一个催化体，或者具有由催化体和吸收材料构成的催化组件。在所述的第一种情况下，沿垂直方向15设置在最下面的再化合件下面设置有由吸收材料单独构成的吸收体。隔离件18的使用可以选择而并非强求。附图所示相同附图标记表示相同部件。

就此而言，借助上述附图介绍的例子并不表示依据本发明的再化合装置仅局限于在蓄电池上使用。确切地说，再化合装置完全可以在与蓄能器或换能器的结合下普遍使用，例如也可以在燃料电池上使用。在本发明的意义上，在此方面蓄能器或换能器是那种至少释放氢的储存器或转换器。

附图标记

1   再化合装置

2   再化合件

3   底座

4   容器

5   管

6   连接管件

7   密封环

8   连接管

9   安装凸缘

10  体积空间

11  吸收材料

12  催化体

13  催化组件

14  外壳

15  垂直方向

16  封闭件

17  再化合器

18  隔离件

19  吸收体

20  空间

Claims (18)

1.一种再化合装置，用于催化地再化合在蓄能器或换能器中产生的氢，该装置由能以模块方式相互组合的各个再化合件(2)构成，所述再化合件(2)各自具有至少一个催化体(12)。

2.如权利要求1所述的再化合装置，其特征在于，每个再化合件(2)的催化体(12)由透气材料制成的外壳(14)包围。

3.如权利要求1或2所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)沿垂直方向(15)重叠设置。

4.如前述权利要求中任一项所述的再化合装置，其特征在于，沿垂直方向(15)设置在最上面的再化合件(2)设有封闭件(16)。

5.如前述权利要求中任一项所述的再化合装置，其特征在于，沿垂直方向(15)设置在最下面的再化合件(2)的下面设置有吸收体(19)。

6.如前述权利要求中任一项所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)和/或吸收体(19)的平面各自具有连接件。

7.如权利要求1所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)沿垂直方向(15)重叠设置在一端封闭的透气材料制成的管(5)内。

8.如权利要求7所述的再化合装置，其特征在于，在管(5)内部另一端设置有吸收体(19)，其中管(5)的内径基本上相当于该吸收体(19)的外径。

9.如权利要求1所述的再化合装置，其特征在于，每个再化合件(2)的催化体(12)由吸收材料(11)制成的外壳包围。

10.如前述权利要求中任一项所述的再化合装置，其特征在于，吸收材料(11)的成分和材料等级与吸收体(19)的材料相应。

11.如权利要求9所述的再化合装置，其特征在于，催化体(12)与包围该催化体的吸收材料(11)制成的外壳共同构成催化组件(13)。

12.如权利要求11所述的再化合装置，其特征在于，每个再化合件(2)的催化组件(13)由透气材料制成的外壳(14)包围。

13.如权利要求9至12中任一项所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)沿垂直方向(15)重叠设置。

14.如前述权利要求9至13中任一项所述的再化合装置，其特征在于，沿垂直方向(15)设置在最上面的再化合件(2)设有封闭件(16)。

15.如前述权利要求9至14中任一项所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)的平面各自具有连接件。

16.如前述权利要求9至11中任一项所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)沿垂直方向(15)重叠设置在一端封闭的透气材料制成的管(5)内，其中管(5)的内径基本上相当于再化合件(2)的外径。

17.如前述权利要求9至16中任一项所述的再化合装置，其特征在于，再化合件(2)沿垂直方向(15)在中间设置隔离件(18)的情况下重叠设置。

18.如权利要求17所述的再化合装置，其特征在于，隔离件(18)由透气材料构成，优选地由陶瓷构成。

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