重组器

摘要

本发明提供一种用于在能量转换器、尤其是蓄电池中生成的氢气和氧气的催化再化合以生成水的重组器(1)，包括外壳(3)，在外壳(3)中形成体积空间(15)，气体可通过开口流入外壳(3)并且在外壳(3)中设置再化合设备(2)，再化合设备(2)包括用于催化剂材料的部分和用于吸收材料的部分，其中待再化合的气体的流动路径穿过包括吸收材料的部分延伸到包括催化剂材料的部分内，其中距离空间(20)形成在包括吸收材料的部分和包括催化剂材料的部分之间，其中催化剂材料构造为催化条(10)，催化条(10)设置在第一透气管(11)中并且距离空间(20)形成在第一透气管(11)的内壁和催化条(10)的外壁之间的间隙空间中。

权利要求

1.一种重组器(1)，用于能量转换器中生成的氢气和氧气的催化再化合以形成水，包括：外壳(3)，在所述外壳(3)中形成体积空间(15)，气体能够通过开口流入所述体积空间(15)并且在所述体积空间(15)中布置再化合设备(2)，所述再化合设备(2)包括用于包含催化剂材料的部分和用于包含吸收材料的部分，其中待再化合的气体的流动路径穿过包含吸收材料的部分延伸到包含催化材料的部分内，其中距离空间(20)形成在包括吸收材料的部分和包括催化材料的部分之间，其特征在于，催化材料构造成催化条(10)，所述催化条(10)设置在第一透气管(11)中并且所述距离空间(20)形成在所述第一透气管(11)的内壁和所述催化条(10)的外壁之间的间隙空间中；所述催化条（10）上方设置有冷凝顶（14），所述冷凝顶（14）构造成第一透气管（11）的顶部保持件。

2.根据权利要求1所述的重组器(1)，其特征在于，由所述催化条(10)、所述距离空间(20)和所述第一透气管(11)形成的模块由另一个第二透气管(16)环绕，同时所述模块和所述第二透气管之间留有间隙空间(17)，所述间隙空间(17)容纳有吸收材料。

3.根据权利要求2所述的重组器(1)，其特征在于，所述第一透气管(11)和所述第二透气管(16)由多孔陶瓷制成。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的重组器(1)，其特征在于，容纳有吸收材料的所述间隙空间(17)构造为中空的圆柱体状并且在两个端部边缘处密封。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的重组器(1)，其特征在于，所述第二透气管(16)的壁厚大于所述第一透气管(11)的壁厚。

6.根据权利要求4所述的重组器(1)，其特征在于，所述第二透气管(16)的壁厚大于所述第一透气管(11)的壁厚。

7.根据权利要求2或3中任一项所述的重组器(1)，其特征在于，用于接收所述再化合设备(2)的保持件(8)在所述再化合设备(2)一端的侧面上。

8.根据权利要求7所述的重组器(1)，其特征在于，所述保持件(8)为管座。

说明书

重组器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在能量转换器、尤其是蓄电池中生成的氢和氧的催化剂再化合(recombination)以形成水的重组器(recombinator)，包括：外壳，在外壳中形成体积空间，气体可通过开口流入该空间并且在该空间中设置再化合设备，该设备包括用于催化材料的部分和用于吸收材料的部分，其中待再化合的气体的流动路径穿过包括吸收材料的部分延伸到包括催化材料的部分内，其中在包括吸收材料的部分和包括催化材料的部分之间形成距离空间。

背景技术

[0002] 重组器以及再化合设备从现有技术中广泛已知，例如从EP1807191B1号、EP1780826B1号以及EP1674424B1号专利文献。

[0003] 进一步此外地，从GB1405980A号专利文献已知一种再化合设备，该再化合设备包括封闭的中空外壳，净化单元和催化单元设置在外壳中。这两个单元通过第一管道和第二管道与蓄电池的内部空间流体连通。在此，净化单元的作用为净化已经引入外壳中的气体并且将有毒组分从气体中移除，其中尤其是一氧化碳、砷化氢和锑化氢将被吸收。

[0004] JPH1194992A1号专利文献公开了一种烟气排放的设置，包括催化剂和碘过滤器。在此，碘过滤器的作用为最小化由碘导致的催化剂的性能损失，碘同时还导致反应容器中的混配造成可燃气体浓度降低的后果。

[0005] 最初提到的类型的重组器包括再化合设备和外壳。在最后的组装条件下，再化合设备设置在外壳内部，也就是由外壳提供的体积空间容纳再化合设备。

[0006] 通常，外壳设计为气密的，使得流入重组器内的气体不会以不希望的方式泄露到重组器周围的大气中。

[0007] 在最后的组装条件下由重组器的外壳接收的再化合设备包括作为核心部分的催化剂。全部的铂金属已知为催化剂，尤其是以在承载杆上的薄层的形式的钯，承载杆例如由铜、氧化铝或类似的材料制成。以此种方式形成的催化剂对中地插入由可渗透材料制成的管内，例如透气陶瓷管，其中在催化条和管的内表面之间保持的活动环形空间填充有吸收材料。铅氧化物、银氧化物、铁氧化物、铜氧化物、铝氧化物、锰氧化物等被讨论作为吸收材料。接收催化条和吸收材料的管通常以分离的方式设置在气密外壳内部，其中外壳通常包括用于连接至能量转换器(例如蓄电池)的连接件，连接件一方面用于气体供应并且另一方面用于排水。

[0008] 在例如装配有重组器的蓄电池的正常操作期间、特别是在排放操作期间生成的氢气和氧气将通过重组器的连接件被引入到外壳内部(也就是由外壳提供的体积空间)、将流经可渗透管和吸收材料并且随后将在催化剂处被再化合为水。再化合反应为放热的，出于该原因在催化剂处已经再化合的水以水蒸气的形式存在。在催化剂处生成的水蒸气随后在外壳的内壁上沉积、冷凝并且通过出于该目的提供的连接件流回蓄电池。

[0009] 涉及如上描述类型的重组器的使用的益处是清楚的。在蓄电池的操作期间释放的氢气和氧气通过重组器再化合为水，对于蓄电池水不会损失，而是会流回蓄电池的电解液中。因此不需将蒸馏水重新填充到蓄电池的电解液中。在这个程度，取决于尺寸装配有一个或多个重组器的蓄电池被证明不需维修。

[0010] 取决于蓄电池的结构形式和尺寸、或依靠可用的空间，重组器可设计为相对于蓄电池的顶边垂直地或水平地定向。

[0011] 尽管如上描述的结构形式的重组器已经证明在日常实践使用中获得成功，仍存在改进的需要。因此，已经发现，即使恰当地操作蓄电池，能够生成大量的氢气和氧气从而再化合设备可由于大量待再化合的气体在重组器中的再化合而过热。在最糟糕的情况下，这样的过热可导致再化合设备的损坏。

[0012] 然而即使如果再化合设备的各个组件相对彼此尺寸设置成使得由于排除了过高的再化合能量在这个程度上获得过载保护，可能的是，假如过多气体流入由再化合设备将被加热的外壳提供的体积空间内，从而环绕催化条的吸收材料将以不可弥补的方式损坏。假如重组器、特别是吸收件(也就是环绕催化条的吸收材料)的热应力接近消失，由于吸收件具有由于过热负载而损失的疏水性质，从而吸收件将损失其旨在的目的，导致再化合设备在最糟糕的情况下无法使用(取决于热损坏)。

[0013] 用于解决该问题的一个新的提议是提供分隔设备，分隔设备将外壳提供的体积空间划分为第一隔间和第二隔间，第一隔间与第二隔间流体连接，其中第一隔间至少部分地接收再化合设备。再化合设备的该额外外壳的益处在于，流体连接至彼此的两部分的体积在外壳提供的体积空间内部形成，从而在操作的情况下，将确保在再化合设备处释放的水蒸气和流入外壳内的气体之间的动态平衡。在实践中已经发现，该结构是复杂且昂贵的。

发明内容

[0014] 基于如上描述的事实，本发明的目的在于改进最初提到类型的重组器，从而在大量供应气体的情况下同样能够保证可靠的再化合产量。

[0015] 为了达到该目标，本发明提出了一种重组器，其中：催化剂材料构造成催化条，催化条设置在第一透气管中并且在第一透气管的内壁和催化条的外壁之间的间隙空间中形成距离空间。

[0016] 由于根据现有技术吸收材料放置成直接包围催化剂，因此放热操作引起的催化剂区域中的升温直接影响吸收材料，从而也影响吸收材料的效率。根据本发明的重组器的构造，在包括吸收材料的部分和包含催化剂材料的部分之间形成距离空间。本发明因此提出将提供催化剂材料的催化剂和提供吸收材料的吸收件彼此分隔开，同时在二者之间留下距离空间的方式。与现有技术相比，没有紧密的填料，即没有提供催化剂材料和吸收材料的直接并置。

[0017] 这种纯气压填充的距离空间导致催化剂表面和吸收材料之间的分隔，使得温度升高在吸收材料上的影响将被高度限制。由于该间隔的设置，在旨在再化合的情况下，实现了对吸收件、即吸收材料的过强的热冲击的阻止。因此确保吸收材料的材料性能不会由于过度的热冲击而受到不利的影响，并且重组器的效率不会降低。

[0018] 有益地，催化剂材料构造成催化条并且本质上以对中的方式设置在透气管中。该第一透气管提供完全独立于其他截面的本质上圆柱体的内部空间。如果插入催化条，该内部空间形成没有填充吸收材料的中空的圆柱体间隙或环形空间。该间隙空间的截面取决于透气管(有益地由多孔陶瓷制成)的截面。

[0019] 在本发明中气体空间将被称为距离空间，这是因为它定义了催化剂材料和吸收材料之间的距离。

[0020] 催化条和第一透气管与在这两者之间形成的距离空间的组合表示第一模块，根据本发明的一个有益的提议，第二透气管至少在催化条和第一透气管彼此重叠的区域环绕第一模块。第二透气管的内径大于第一透气管的外径，从而在此形成间隙或环形空间。该间隙空间用于容纳吸收材料。

[0021] 在第二透气管的边缘区域中的间隙空间的顶部和底部开口处提供间隙空间的密封，使得间隙空间不会朝向外部环境打开。

[0022] 第一透气管的内径大于催化条的外径。这限定了没有填充吸收材料的距离空间。

[0023] 从本发明的意义上说，术语管和内径并不代表涉及圆形或圆柱形的几何体。也可以对催化条和管或是整体模块的各个元件使用有角的几何体。

[0024] 根据本发明的一个可替代实施例，催化剂还可形成为填充物。在该情况中，优选使用杆形状的套筒体，该套管体容纳填充物(例如，颗粒物等制成的)形式的催化剂材料。根据该实施例，催化条由填充有填充物的套筒体形成。在此，套筒主体由接收填充物形式的催化剂材料的第一透气管限定。该套筒体通过两侧的塞子封闭，使得催化剂材料填充物以位置稳固的方式容纳在套筒体内部。

[0025] 提供催化剂材料的填充物的颗粒尺寸可取决于应用情况而不同，直至粉末状颗粒。本发明提供的催化作用的填充物由颗粒形成，颗粒的核心由多孔球材料组成，颗粒的外表面喷涂有催化作用的材料，诸如钯。根据一个变化后的实施例，可假定催化颗粒的填充物与填充材料的填充物混合。以此种方式催化剂填充物由两种颗粒填充物组成，其中这两种颗粒填充物中只有一种具有催化效应。

[0026] 填充物形式的催化剂的构造具有依靠填充在填充物的各个颗粒之间形成的填充空隙的效应，填充物填充根据本发明的距离空间整体中形成的空隙。在此，距离空间的尺寸取决于填充物的颗粒尺寸。填充物颗粒尺寸越大，获得的距离空间越大，反之，填充物颗粒尺寸越小，距离空间越小。

[0027] 可替代地或补充地，可假定将以填充物形式提供的催化剂设置在第一透气管内部，同时留下环形的间隙空间。在该情况下，提供属于催化剂并且具有诸如接收催化剂填充物的透气管的形式的套筒形状主体。催化剂由第一透气管环绕，同时留下环形间隙空间。该第一透气管由第二透气管环绕，其中第一和第二透气管之间的环形空间由吸收材料填充。

[0028] 根据该实施例，根据本发明的距离空间一方面由催化剂和第一透气管之间的环形空间形成，并且另一方面，由填充物的各个颗粒之间的填充形成的间隙形成。

[0029] 根据本发明，通过气体可渗透元件(优选地，由多孔陶瓷制成的管)的套筒状插入，催化条的表面和吸收材料之间的分隔是必要的。这具有在催化剂表面上发生的放热过程不会在吸收材料上直接影响的作用。

[0030] 根据另一个有益的提议，透气管包括不同的壁厚。这些壁厚可取决于容量和待组合的气体的量规划和改变，其中每个透气管的壁厚相对于其他管可更大或更小。

[0031] 根据本发明的另一个特征，假定外壳包括用于在一边上接收再化合设备的保持件。优选地该保持件可为单侧接收再化合设备(优选地形状为杆)的管座。在此，保持件放置在外壳的基座上方，从而获得再化合设备的整体安全设置。

[0032] 根据本发明的另一个特征，接收再化合设备的管座可在一端处通过形成为有孔盘的屏关闭。根据该构造，再化合设备穿过作为屏的有孔盘的开口突出，其中有孔盘转而放置在接收再化合设备的管座上方。因此，确保了根据本发明的重组器的各个结构组件的位置安全构造和方向。

附图说明

[0033] 在附图的如下描述中，将示出本发明的其他特征和益处。在附图中：

[0034] 图1为根据本发明(根据第一实施例)的类型的重组器的示意图；

[0035] 图2为根据本发明(根据第二实施例)的类型的重组器的示意图；

[0036] 图3为根据第一优选实施例的重组器的剖切立体图以及

[0037] 图4为根据第二优选实施例的重组器的剖切立体图。

[0038] 附图标记

[0039] 1 重组器

[0040] 2 再化合设备

[0041] 3 外壳

[0042] 4 基座

[0043] 5 罩

[0044] 6 连接件

[0045] 7 气雾分隔器

[0046] 8 保持件

[0047] 9 屏

[0048] 10 催化剂

[0049] 11 第一透气管(陶瓷管)

[0050] 12 罩盖

[0051] 13 模块

[0052] 14 冷凝顶

[0053] 15 体积空间

[0054] 16 第二透气管

[0055] 17 间隙空间

[0056] 18 支撑套筒

[0057] 19 密封件

[0058] 20 距离空间

[0059] 21 保持件

[0060] 22 保持件

[0061] 23 罩壁

[0062] 24 颗粒

[0063] 25 塞子

[0064] 26 塞子

具体实施方式

[0065] 图1以所谓的竖直方向示出了根据本发明的重组器1的示意图，也就是具有竖立的再化合设备2。

[0066] 如已知的，重组器1本身包括再化合设备2和提供体积空间15并且容纳再化合设备2的气密外壳3。

[0067] 再化合设备2为杆形状的并且包括催化条10，催化条10设置在陶瓷管11内部。相对于根据图1的平面，催化条10由顶部保持件21和底部保持件22支撑，这两个保持件依次放置在陶瓷管11的内部边上。催化条10和陶瓷管11的内表面之间的活动间隙或环形空间20仅为气压填充的并且因此并不特别包括任何吸收材料。由于该空间的设置生成距离空间20。

[0068] 外壳3包括基座4和设置在基座4上的气密罩5。在最终的组装状态，罩5将由基座4支撑。

[0069] 在基座4的部分基座4提供连接件6以及气雾分隔器7。在此，连接件6的作用为用于将重组器1流体连接至不再进一步表示出的蓄电池。在预期的使用情况下，使用待再化合的气体能够通过连接件6从蓄电池传输到重组器1内或由于再化合已经生成的水能够从重组器1传输到蓄电池内。

[0070] 进一步此外地，基座4支撑形式为管座的保持件8，保持件8的作用为用于在一端边上接收再化合设备2。

[0071] 在示出的示范性实施例中，罩5设计为两件式组件并且一方面包括罩壁23，另一方面包括罩盖12。对于该实施例可替代地，还可提供罩5的单件式设计。

[0072] 进一步此外地，重组器1包括在示范性实施例中示出并且在再化合设备2和罩盖12之间形成的模块13，，模块13可以以本身已知的方式包括反向点火配置(ignition reverse arrangement)，例如以熔块和阀门配置的形式，阀门配置诸如可包括超压阀门和/或真空阀门，从而在需要压力补偿的情况下，通过环绕重组器1的气压可发生压力补偿。

[0073] 在示出的示范性实施例中，催化条10设置在第一透气管11内部。出于该目的，在示出的示范性实施例中，第一透气管11在基座4的区域中插入保持件8内。

[0074] 第二透气管16接收由催化条10和第一透气管11组成的模块，同时第二透气管16环绕该模块设置。相关于第一透气管11提供多个密封件19，密封件19设置在第一透气管11和第二透气管16之间。这些密封件19进一步限制在两个管之间形成的间隙或环形空间。在此，形成吸收件的该间隙空间17用于容纳吸收材料，也可以采用浇注的形式，因为密封件19用作防止掉落的屏障。

[0075] 以一种已知的方式，罩盖12包括本身已知的模块13。在示出的示范性实施例中，冷凝顶14放置在催化条10上方并且构造成第一透气管11的顶部保持件。

[0076] 最初通过连接件6流入体积空间15的气体经过第二透气管16，以接触间隙空间17中的吸收材料。随后，气体穿过第一透气管向催化条10继续流动。生成的水蒸气以相反的方向流动并且以冷凝的方式在罩5上沉积。在此，冷凝顶14作用为保护再化合设备2、尤其是催化条10免受由于已经在罩盖12上冷凝并且滴落下来的水导致的不希望的渗漏。通过再化合生成的水最终通过气雾分离器7留在重组器1。

[0077] 对于本发明本质上重要的是，通过将形成吸收件的吸收材料从插入陶瓷管11的催化条10间隔开提供距离空间20。由于该设计，确保催化条10和吸收件彼此不会热连接，从而避免在操作期间催化条10处生成的过强的热影响。这有益地导致吸收件的高寿命并且因此还导致再化合设备2的高寿命。

[0078] 图2示出了本发明的一个可替代实施例，其中该实施例考虑到所谓的横向配置，即代表再化合设备2的水平方向的配置。除此之外，在图2中示出的重组器1的结构和功能对应于根据图1的重组器1的结构和功能。

[0079] 在此，催化条10以及两个本质上同心的透气管11和16本质上平行于未示出的蓄电池或其他能量转换器的表面设置。在该情况中，支撑套筒18确保本质上水平的方向保持在原位。

[0080] 在根据图1的示范性实施例的情况下，再化合设备2本质上相对于蓄电池的表面垂直竖立，从而在此不必预期对应的移位。

[0081] 出于再化合设备2的水平定向的目的，支撑再化合设备2的保持件8由两部分制成，其中在再化合设备2的一端处提供第一部分并且在另一端处提供另一部分用于支撑再化合设备2。

[0082] 图3和图4分别示出了本发明的一个优选实施例，其中图3示出了所谓的竖直定向并且图4示出了所谓的水平定向。

[0083] 根据图3或图4的两个实施例相同点在于，催化剂10构造成填充物。在此，透气管11作用为用于接收催化剂填充物的套筒主体。在示出的示范性实施例中，催化剂填充物为由球状颗粒24组成的颗粒物，球状颗粒24被由管11封闭的内部空间容纳。为了在两端封闭管11，使用塞子25和26，在两端之间两个塞子25和26以及催化剂填充物以安全的位置方式设置。

[0084] 催化剂填充物的颗粒24彼此邻近，同时分别形成间隙，其中这些间隙一起提供距离空间20。可替代地或另外地，可假定填充物从透气管11间隔开，同时留下环形空间，在该情况下，随后通过在颗粒之间的间隙和通过环形空间形成距离空间20。