Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie Die Hauptmasse der Erdoberfläche ist von den Ozea nen bedeckt. Obwohl Schiffe von Zeit zu Zeit auch die entferntesten Teile der Meere durchqueren, sind unsere Kenntnisse über die Gezeiten, die Strömung, das Wetter und die Ekologie der Meere, verglichen mit unseren Kenntnissen von den Kontinenten verhältnismässig ge ring.
Unsere Kenntnisse der Meere könnten wesentlich ver bessert werden, wenn eine grössere Anzahl kleiner, un bemannter, nur geringe Wartung erfordender Messstatio- nen in den Meeren verteilt werden könnten. Diese könn ten die Form von schwimmenden oder getauchten Bojen besitzen, welches mit Messgeräten ausgerüstet sind, und vorzugsweise mit Einrichtungen, welche periodisch die gemessenen Werte an ein vorüberfahrendes Schiff oder ein Flugzeug oder einen Satelliten übertragen. Wenn der Anteil menschlicher Arbeit am Sammeln und Speichern und Rückgewinnen dieser Daten auf einen Minimalwert reduziert werden kann, können auch die Betriebskosten auf einen annehmbaren Wert gesenkt werden.
Ausserdem könnten die Daten wirkungsvoller und in einem weiteren Bereich der Umgebungsbedingungen gesammelt werden, als dieses mit bemannten Schiffen möglich ist.
Ein wichtiger ökonomischer Grund, der die Verwen dung solcher unbemannter Stationen bisher erschwert hat, liegt darin, dass elektrische Stromquellen mit einer ausreichend hohen Leistungsdichte nicht zu einem ver tretbar niedrigen Preis erhältlich waren. Die handelsüb lichen Batterien galten bisher immer noch als die besten Stromquellen. Ihr hohes Verhältnis von Gewicht zu Leistung hat aber deren Verwendung für solche Aufga ben eingeschränkt, bei denen entweder nur ein geringer Leistungsverbrauch auftrat, oder welche eine verhältnis- mässig hohe Leistung während verhältnismässig kurzer Zeitdauer benötigen.
Für die Mehrzahl der Anwendun gen schliesst die erste der genannten Begrenzungen die für die Datenübertragung notwendige Leistungsabgabe aus, während die letztere, wenn eine kontinuierliche Sammlung von Daten erwünscht ist, die mögliche Ver wendungszeit unter einen ökonomisch vertretbaren Wert vermindert.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie die gekennzeichnet ist durch eine Brennstoffzelle, einen Kipp'schen Apparat zur Erzeugung des einen, zum Betrieb der Brennstoffzelle benötigten Gases, Mittel um den Kipp'schen Apparat in Betrieb zu setzen, eine Einrichtung zur Erzeugung oder Speicherung des anderen, zum Betrieb der Brennstoff zelle benötigten Gases, eine erste und eine zweite Leitung für die Zuleitung des Gases vom Kipp'schen Apparat bzw.
von der Einrichtung an die Brennstoffzelle, einen Differentialdruckbegrenzer zur Begrenzung der Druck differenz zwischen den beiden Gasen und eine zur Ab leitung der Reaktionsprodukte der Brennstoffzelle in den Kipp'schen Apparat vorgesehene Leitung.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an eini gen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine bevor zugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin dung.
Fig. 2 zeigt einen Stromkreis für die Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine an dere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin dung.
Fig.4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch noch mals eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.
Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine wei tere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin dung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 100 gezeigt, welche zum Erzeugen der elektrischen Leistung für eine unbe mannte Messstation zum Sammeln von Daten und/oder zu deren Übertragung verwendet werden kann.
Die Vorrichtung 100 enthält ein Gehäuse, das aus einer zylindrischen Hülle 102 und einer zylindrischen inne ren Hülle 104 und einer oberen Wand 106 und einer Bo denwand 108 bestehen. Eine Trennwand 110 wirkt mit der inneren Hülle zusammen, um eine untere innere Kammer 112 und eine obere innere Kammer 114 zu bilden. Die un tere Kammer enthält ein Schutzgehäuse 116, das mit der Bodenwand abgedichtet verbunden ist. Eine ringförmige Wand 118 erstreckt sich zwischen der inneren und der äusseren Hülle und begrenzt eine untere äussere Kam mer 120 und eine obere äussere Kammer 122. Der Ein fachheit der Darstellung wegen sind die Teile des Gehäu ses so gezeichnet, als ob sie aus einem Stück hergestellt wären.
Dabei versteht sich aber, dass die Teile des Ge häuses auch aus getrennten Elementen gebildet sein kön nen, welche nach bekannten Verfahren dicht miteinan der verbunden sind.
In der oberen inneren Kammer der Vorrichtung ist eine Brennstoffzelle 124 angeordnet. Dazu sei bemerkt, dass für bestimmte Verwendungen anstelle der in den Figuren gezeigten Brennstoffzellen auch eine Mehrzahl von elektrisch in Serie oder parallel geschalteter Brenn stoffzellen verwendet werden können.
In dem Schutzgehäuse 116 ist ein elektrischer Akku mulator 126 angeordnet. Der Akkumulator kann eine nachladbare Zelle oder eine Batterie sein. Der Brenn stoffzelle benachbart ist ein Gehäuse 128 für eine elek trische Steuervorrichtung angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden. Die Steuereinrichtung ist auch durch die isolierten elektrischen Leitungen 130 und 132 mit dem Akkumulator verbunden.
In der oberen äusseren Kammer der Vorrichtung ist eine Mehrzahl von Segmenten aus einem thermisch zer- setzbaren Material 134 angeordnet. Ein solches Material ist beispielsweise Natriumchlorat, welches bei der Zer setzung Sauerstoff bildet. In jedem Segment aus diesem Material ist eine Auslöseeinrichtung 136 eingebettet, wel che mit der elektrischen Steuereinrichtung durch die iso lierten elektrischen Leitungen 138 und 140 verbunden ist. Über den Segmenten ist ein poröses, ringförmiges Bauteil 142 angeordnet, um feste Stoffe, welche von dem erzeugten Sauerstoff mitgeführt werden, zurückzuhalten.
Als poröser, filterförmiger Bauteil kann auch ein Filter verwendet werden, welcher chemische Verunreinigungen in dem Sauerstoff zurückhält.
Die untere äussere Kammer ist mit voneinander ge trennt angeordneten, ringförmigen Elementen 144 und 146. welche dem Bauteil 142 ähnlich sind, versehen. Zwi schen diesen porösen Elementen ist ein Körper 148 aus einem Feststoff, welcher bei einer chemischen Reaktion Wasserstoff abgibt, angeordnet. Für diesen Zweck brauch bare Materialien sind beispielsweise Magnesium, Alkali- metallhydride und Alkalimetall-Aluminium-Hydride. We gen seiner geringen Kosten und der vergleichsweise ein fachen Verwendungsart ist Natrium-Aluminium-Hydrid als bevorzugtes Hydrid anzusehen.
Weil Hydride, schon wenn sie mit Luft, welche Wasserdampf enthält, Was serstoff erzeugen, ist für den Körper aus dem Feststoff eine Aluminiumhülle 150 vorgesehen. In der unteren in neren Kammer ist eine wässrige, alkalische Lösung, vor zugsweise die Lösung eines Alkalihydroxydes, und be sonders bevorzugt eine eutektische Lösung von Kalium hydroxyd und Wasser untergebracht. Die Aluminium schicht verhindert eine Aktivierung des Körpers 158 durch Wasserdampf, während die wässrige alkalische Lö sung imstande ist, das Aluminium anzugreifen, und eine Reaktion zwischen der Lösung und dem Körper einzu leiten. Im allgemeinen ist eine dünne Schicht von 0,025 mm Dicke oder weniger ausreichend, um zu ver hindern, dass der Körper von Wasserdampf angegriffen wird.
Wenn der Körper aus Magnesium besteht, ist im allgemeinen keine Schutzschicht notwendig. Auch wenn anstelle einer wässrigen, alkalischen Lösung Wasser als Reaktionsmittel verwendet wird, kann die Schutzschicht weggelassen werden. Um eine steuerbare Reaktion zwischen dem flüssigen Reaktionsmittel und dem festen Reaktionsmittel zur Bil dung von Wasserstoff zu ermöglichen, ist in der zylin drischen äusseren Hülle eine Öffnung 154 vorgesehen. Ein dehnbarer Balgen 156 ist am Umfang der Öffnung dicht mit der Hülle und an seinem gegenüberliegenden Ende ebenfalls dicht mit einer Scheibe 158 verbunden. Eine Stossstange 160 ist an ihrem einen Ende mit dieser Scheibe und am gegenüberliegenden Ende mit einer Ven tilplatte 162 befestigt.
Die Stossstange verläuft durch eine Öffnung 164 in die innere zylindrische Hülle. Ein O-Ring 166 liegt um die Öffnung und bildet eine Abdichtung zwischen der Ventilplatte und der inneren zylindrischen Hülle. Weiter ist eine Feder 168 zwischen der inneren Hülle und der Platte angeordnet, welche die Ventilplatte normalerweise in ihrer geschlossenen Position hält.
Eine Wasserstoffleitung 170 erstreckt sich von der unteren ringförmigen Kammer, von einer Stelle ober halb dem porösen ringförmigen Teil 144 bis zur oberen Wand. Ein Abzweig 172 der Leitung führt zur Brenn stoffzelle. Das Ende der Leitung erstreckt sich durch die obere Wand und ist gewöhnlich von einem Stopfen 174 verschlossen. Ein Ventil 186 trennt normalerweise die Brennstoffzelle von der unteren äusseren Kammer.
Eine zweite Leitung 176 erstreckt sich von der unte ren ringförmigen Kammer und in der Nachbarschaft der Wasserstoffleitung zu einem Druckregler 178. Der Druck regler ist mit einer Einlassleitung 180, welche mit der oberen ringförmigen Kammer in Verbindung steht und einer Auslassleitung 182, welche mit der oberen inneren Kammer in Verbindung steht, ausgerüstet. Zur weiteren Regelung der Oxydationsmittelmenge in der oberen inne ren Kammer ist in der oberen Wand ein Stopfen 184 vor gesehen.
Die Trennwand ist mit einer Öffnung 188 versehen, welche gewöhnlich durch einen Deckel 190 verschlossen ist. Ein mit einer Feder vorgespanntes Scharnier 192 gibt dem Deckel eine Vorspannung in seine geöffnete Lage, während eine wahlweise betätigbare Sperrklinke 194 den Deckel in seiner geschlossenen Lage hält. Die Sperrklinke kann durch einen Schlag oder durch hydrostatischen Druck betätigt werden, um den Deckel freizugeben. Es kann aber auch irgend ein anderes der vielen bekannten Mittel verwendet werden, welches direkt oder indirekt betätigbar ist, um die Sperrklinke zu ersetzen. Von der Brennstoffzelle erstreckt sich eine Leitung 196 nach unten in der Richtung der Öffnung der Trennwand.
Diese Lei tung erlaubt das Abführen der Reaktionsprodukte aus der Brennstoffzelle und ist durch eine katalytische Trenn schicht 198 welche die Öffnung 188 von der oberen inne ren Kammer 114 führt, getrennt. Die katalytische Trenn schicht enthält irgend einen Katalysator, welcher imstande ist, Wasserstoff und ein Oxydationsmittel, wie beispiels weise Sauerstoff, zu vereinigen.
Obwohl eine siebartige Trennschicht gezeigt ist, ver steht sich doch, dass irgend ein poröses Trägermaterial für den Katalysator verwendet werden kann.
Fig. 2 zeigt einen elektrischen Stromkreis 200, wel cher mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendet werden kann. Dieser enthält eine Brennstoffzelle 202 und einen nachladbaren Akkumulator 204, beispielsweise eine nachladbare Batterie. Die Anschlussklemmen 206 und 208 der Brennstoffzelle bzw. des Akkumulators, haben die gleiche Polarität und sind durch einen ersten Leiter 210 miteinander verbunden. Die Anschlussklemmen 212 und 214 der Brennstoffzelle bzw. des Akkumulators ha ben ebenfalls gleiche Polarität und sind durch einen zwei- ten Leiter<B>216</B> miteinander verbunden.
In dem zweiten Leiter ist eine Steuereinrichtung<B>218</B> und eine auf einen Strom ansprechende Steuereinheit 220 eingeschaltet. Eine auf die Spannung ansprechende Steuereinheit 222 ist mit den Anschlussklemmen des Akkumulators verbunden.
Wenn anstelle der gezeigten Brennstoffzelle eine Mehr zahl von in Serie geschalteten Brennstoffzellen verwen det werden, können diese auch mit einem Mittelabgriff 224 versehen sein, Ein elektrischer Leiter 228 führt von der Brennstoffzellenklemme 224 an die Anschlussklem- men 226, während ein elektrischer Leiter 210 von der Anschlussklemme 206 zur Anschlussklemme 230 führt. Der elektrische Leiter 228 enthält eine Steuereinrichtung 232. Weiter ist eine auf die Spannung ansprechende Steuereinheit 234 mit den Anschlussklemmen 226 und 230 verbunden.
Um die Verwendung des Stromkreises zu zeigen, ist eine elektrische Last 236 mit Hilfe der Leitungen 238 und 240 mit den Anschlussklemmen 226 und 230 ver bunden. Eine andere elektrische Last 242 ist mit Hilfe der elektrischen Leitungen 248 und 250 mit den An schlussklemmen 244 und 246 verbunden. In die elektri sche Leitung 248 ist ein Schalter 252 eingebaut.
Jede der gezeigten Steuereinrichtungen enthält einen Leistungstransistor 254, dessen Emitter und Kollektor mit den Leitungen 216 und 228 verbunden sind. Die Basis des Leistungstransistors ist über einen Widerstand 256 mit dem Kollektor eines ersten Steuertransistors 258 verbunden, dessen Basis mit dem Kollektor eines zwei ten Steuertransistors 260 verbunden ist. Der Kollektor eines dritten Steuertransistors 263 ist mit der Basis des zweiten Steuertransistors verbunden.
Die Basis des drit ten Steuertransistors in der Steuereinrichtung 218 ist mit Hilfe der Leitung 264 mit einem Punkt zwischen der An- schlussklemme 244 und der auf die Spannung ansprechen den Steuereinheit 222 verbunden, und bei der Steuerein richtung 232 ist die Basis des dritten Steuertransistors durch die Leitung 268 mit einem Punkt zwischen der auf die Spannung ansprechenden Steuereinheit 234 und der Anschlussklemme 226 verbunden. Der Emitter jedes Steuertransistors ist durch die Leitung 268 mit der Lei tung 210 verbunden. Zwischen den zweiten und dritten Transistor jeder Steuereinrichtung und der Leitung 216 für die Steuereinrichtung 218 bzw. der Leitung 228 für die Steuereinrichtung 232 ist ein Widerstand 270 geschal tet.
Die auf den Strom ansprechende Steuereinheit 220 weist in der gezeigten Form einen Widerstand auf, des sen Enden mit der Basis und dem Kollektor eines Tran sistors 274 verbunden sind. Der Emitter dieses Transi stors ist mit dem elektrischen Leiter 264 verbunden.
Um die Zersetzung der den Sauerstoff erzeugenden Segmente 134 selektiv einzuleiten, ist ein elektrischer Lei ter 276 mit der Anschlussklemme 246 verbunden und führt die gleiche Spannung wie die Anschlussklemme 206 der Brennstoffzelle und die Anschlussklemme 208 des Akkumulators. Weiter ist ein elektrischer Leiter 278 mit der Anschlussklemme 244 verbunden und führt die glei che Spannung wie die Anschlussklemme 214 des nach- ladbaren Akkumulators, Ein anderer elektrischer Leiter 280 ist mit der Anschlussklemme 212 der Brennstoffzelle verbunden.
Weiter ist eine erste Steuereinrichtung 282, die auf den Druck in der oberen ringförmigen Kammer anspricht, vorgesehen. Die auf den Druck ansprechende Steuerein richtung wird in einen Zustand hoher Impedanz geschal tet, sobald der Druck einen grösseren als einen vorher eingestellten Wert annimmt. In dem Leiter 278 ist in Serie mit der ersten Steuereinrichtung eine zweite Steuereinrichtung 284 angeordnet. Die zweite Steuerein richtung kann auf einen Schlag bestimmter Stärke oder auf einen von ausserhalb der Einheit wirkenden hydro statischen Druck der einen bestimmten Wert übersteigt, ansprechen. Die zweite Steuereinrichtung ist am Anfang in einen Zustand hoher Impedanz geschaltet und nimmt, wenn sie betätigt wird, einen Zustand geringer Impedanz an.
Der Leiter 280 enthält noch eine dritte Steuereinrich tung 286, welche sich ursprünglich in einem Zustand ho her Impedanz befindet und schaltet, wenn sie durch einen Druck innerhalb der oberen ringförmigen Kam mer betätigt wird, in einen Zustand geringer Impedanz um. Die dritte Steuereinrichtung wird vorzugsweise durch einen Druck betätigt, welcher höher als der für die erste Steuereinrichtung benötigte Druck ist. Wenn die dritte Steuereinrichtung einmal betätigt wurde, verbleibt sie im Zustand der geringen Impedanz. Die erste und die dritte Steuereinrichtung können in einer einzigen Einheit, wel che zugleich die beiden Einrichtungen auslöst, zusam- mengefasst sein.
In der Leitung 280 ist ausserdem, in Serie mit der dritten Steuereinrichtung, noch eine Span nungsquelle 288 vorgesehen.
Das Segment, das als erstes zersetzt werden soll, ist mit einem Mittel 290 ausgerüstet, welches mit den elek trischen Leitern 276 und 278 verbunden ist und einen elektrischen Widerstand 292 und eine damit in Serie ge schaltete Schmelzsicherung 294 enthält. Die Zersetzung des zweiten Segments wird durch ein zweites Mittel 296, welches einen zweiten Widerstand 292 und eine Schmelz sicherung 294 enthält, eingeleitet. Mit der Schmelzsiche rung und dem Widerstand sind der Kollektor und Emit- ter eines Transistors 298 in Serie geschaltet und bilden einen Teil des zweiten Mittels. Die Basis dieses Transi stors ist über einen Widerstand 300 mit dem Leiter 280 verbunden.
Das dritte und vierte Mittel 302 und 204 ha ben den gleichen Aufbau wie das zweite Mittel mit der Ausnahme, dass sie ausserdem noch eine Einrichtung 306 zur Ableitung von Überspannung enthalten, welche mit dem Widerstand 300 in Serie geschaltet ist. Der Überspannungsleiter besteht aus einem Widerstand 308 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 310. Es wird vorausgesetzt, dass irgend eine Anzahl von Seg menten in der oberen ringförmigen Kammer unterge bracht sein kann. Dabei benötigt jedes zusätzliche Seg ment ein zusätzliches Mittel der beschriebenen Art.
Zwi schen dem Transistor und der Schmelzsicherung des zweiten Mittels und dem Basiswiderstand 300 und dem Überspannungsleiter des dritten Mittels liegt eine Diode <B>312.</B> Das dritte und vierte Mittel sind in ähnlicher Weise wie alle weiteren noch vorgesehenen Mittel geschaltet.
Die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung 100 ist auf vielerlei Arten möglich. Entsprechend einer als Beispiel angegebenen Verwendung sei angenommen, dass die Vorrichtung dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau besitzt und mit einem der Fig. 2 entsprechenden elektrischen Stromkreis ausgerüstet ist. Um ihre Wirkungsweise zu erproben, werden die Brennstoffzelle und der Akkumu lator und die Spannungsquelle, vorzugsweise bevor sie verwendet werden, ganz geprüft. Die Spannungsquelle 288 kann geprüft werden, indem in Fig. 2 nicht gezeigte, zusätzliche elektrische Verbindungen über ihre An- schlussklemmen vorgesehen sind, welche zu entsprechen den, an der Steuereinrichtung vorgesehenen Klemmen führen.
Die Brennstoffzelle kann geprüft werden, indem der Stopfen 184 entfernt wird, und ein Oxydationsmittel in die obere innere Kammer eingeführt und zur gleichen Zeit der Stopfen 174 entfernt und Wasserstoff in die Wasserstoffleitung 170 eingeleitet wird. Das Ventil 186 verhindert den Rückfluss von Wasserstoff in die untere ringförmige Kammer. Die Brennstoffzelle kann dann elektrisch durch eine Verbindung der Anschlussklemmen 226 und 230, die in der Steuereinrichtung angeordnet sind, geprüft werden. Der Akkumulator wird durch eine Ver bindung zwischen den Anschlussklemmen 244 und 246 geprüft. Es können, wenn dieses wünschenswert ist, auch noch Prüfungen anderer Art durchgeführt werden.
Dabei kann jede Anzahl von Prüfleitungen mit in dem Prüf gehäuse vorgesehenen Prüfklemmen verbunden werden, was eine Prüfung jeder gewünschten elektrischen Kom ponente oder Untereinheit erlaubt. Auch die zum Ein leiten der Zersetzung der Segmente vorgesehenen Mit tel können mit geringerem Strom auf ihre Beständigkeit geprüft werden, ohne dadurch die thermische Zersetzung der Segmente einzuleiten.
Bei einer spezifischen Verwendung der Vorrichtung 100 im Meerwasser wird die Vorrichtung mit einer elek trischen Leistung benötigenden, nicht gezeigten Einrich tung verbunden, und bildet zusammen mit dieser minde stens einen Teil einer Boje oder eines ähnlichen Gerätes. Das Gerät wird dann vom Deck eines Schiffes oder von einem niedrig fliegenden Flugzeug abgeworfen, so dass es mit einem merklichen Schlag auf die .Oberfläche des Wassers auftrifft. Beim Aufschlag gibt der selektiv be- tätigbare Sperriegel 194 den Deckel 190 frei, wobei das von der Feder vorgespannte Scharnier den Deckel in eine Position dreht, in der die Öffnung 188 geöffnet ist.
Zur gleichen Zeit wird das Ventil 186 durch den Aufschlag in seine Offenstellung gedreht. Das Ventil schützt in sei ner ursprünglichen, geschlossenen Stellung die Brennstoff zelle vor einer nichtgewollten Einwirkung des Körpers 148, welche das Austrocknen der Brennstoffzelle oder eine vorzeitige Erzeugung von Wasserstoff bewirken könnte.
Wenn die Öffnung 154 eine bestimmte Tiefe unter halb der Wasseroberfläche erreicht hat, wird der hydro statische Druck, der auf den Balgen 156 einwirkt, die Feder 168 zusammendrücken und auf den Druckstab 160 einwirken, um den Ventilkopf 162 in eine Lage zu bewegen, in der dieser die Öffnung 164 nicht mehr ver- schliesst. Auf diese Weise werden die untere innere Kam mer und die untere ringförmige Kammer miteinander in Verbindung gebracht und die wässrige, alkalische Lö sung kann in die untere ringförmige Kammer eindringen. Die alkalische Lösung greift zuerst die dünne Aluminium schicht 150 an, wobei Wasserstoff entsteht und kommt dann zur Einwirkung auf das von der Aluminiumschicht eingeschlossene Hydrid.
Der erzeugte Wasserstoff wird durch die Leitung 170 und deren Abzweig 172 der Brenn stoffzelle zugeleitet. Wenn das Ventil 186 ein mit einer Feder vorgespanntes Absperrventil und kein durch Schlag betätigtes Ventil ist, wird dieses durch den sich ausbildenden Druck in der unteren ringförmigen Kam mer geöffnet werden. Die bei der Erzeugung des Wasser stoffs entstehende Hitze wird durch die äussere Hülle an das umgebende flüssige Medium abgeleitet.
Wenn die Brennstoffzelle mit einem alkalischen oder Anionenaustauschelektrolyten ausgerüstet ist, führt die Leitung 196, welche das als Reaktionsprodukt der Brenn stoffzelle gebildete Wasser ableitet, zur Wasserstoffseite der Brennstoffzelle.
Dabei wird auch ein Teil des der Brennstoffzelle zu geleiteten Wasserstoffs durch die Leitung 196 wieder ab- geleitet. Dieser Wasserstoff wird rasch in das Oxydations mittel oder die Luft, welche anfänglich die leeren Räume in den inneren Kammern ausfüllt, eindiffundieren und katalytisch an der katalytischen Trennschicht 198 zur Reaktion gebracht.
Dabei ist vorausgesetzt, dass die Kapazität der Lei tung 196 in einem solchen Verhältnis zu den Leitungen 170 und 172 steht, dass sich in der Leitung 196 ein Was serstoffüberdruck aufbaut.
Vorzugsweise wird eine Brennstoffzelle verwendet, welche mit einem sauren oder Kationenaustauschelektro- lyten ausgerüstet ist. Wenn eine solche Brennstoffzelle verwendet wird, gelangt der in der Brennstoffzelle ge führte Wasserstoff in eine tote Leitung d.h. der Wasser stoff kann die Brennstoffzelle nicht verlassen, es sei denn durch Reaktion. Dementsprechend wird wiederum ein Rückdruck in der Leitung 170 aufgebaut.
Die untere ringförmige Kammer und die untere in nere Kammer bilden zusammen einen Kipp'schen Appa rat. Der Ausdruck Kipp'scher Apparat ist eine wohlbe- kannte Bezeichnung für einen Gasgenerator, in dem ein flüssiges und ein festes Reaktionsmittel zusammenge bracht werden; das feste Reaktionsmittel ist in einem nach unten offenen Behälter enthalten, dessen Öffnung in das flüssige Reaktionsmittel eintaucht. An dem obe ren Teil des Behälters ist eine Gasleitung angebracht, so dass, wenn dem Behälter Gas entnommen wird, das flüs sige Reaktionsmittel mit dem festen Reaktionsmittel in Kontakt kommt.
Auf diese Weise wird das Gas erzeugt und dieses Gas treibt das flüssige Reaktionsmittel wieder nach unten, so dass es nicht mehr mit dem festen Reak tionsmittel in Berührung kommt. Auf diese Weise wird die Reaktion unterbrochen, bis mehr Gas aus dem Be hälter entnommen ist. Kipp'sche Apparate werden in grossem Umfang in Laboratorien verwendet, um be stimmte Gase, beispielsweise Schwefelwasserstoff herzu stellen. In dieser Beschreibung wird der Ausdruck < cKipp'sche Apparat ganz allgemein zur Bezeichnung von Gasgeneratoren, welche in der oben beschriebenen Art funktionieren, verwendet.
Bei dem beschriebenen Kipp'schen Apparat bewirkt, wenn mehr Wasserstoff erzeugt als von der Brennstoff zelle verbraucht wird, der sich in der Leitung 170 auf bauende Rückdruck, dass sich der Wasserstoff in der unteren ringformigen Kammer ansammelt und die wäss- rige alkalische Lösung nach unten in die untere ring förmige Kammer und von dort in die untere innere Kam mer verdrängt. Auf diese Weise wird die Kontaktfläche zwischen dem Körper 148 und der wässrigen Lösung und dementsprechend auch die Erzeugung von Wasserstoff verringert.
Wenn die wässrige alkalische Lösung zum ersten Mal in die untere ringförmige Kammer eintritt, besteht eine Neigung zur Überschussbildung von Wasser stoff, so dass der Wasserstoff nicht nur die wässrige Lö sung aus der ringförmigen Kammer austreibt, sondern durch die Öffnung 164 auch in die untere innere Kam mer eintritt. Dieser Wasserstoff bildet sich durch die wässrige alkalische Lösung nach oben bewegende Blasen und tritt durch die Öffnung 188 aus der unteren inneren Kammer aus. Er wird dann mit dem Oxydationsmittel an der katalytischen Trennschicht katalytisch verbunden.
Nach der anfänglichen Übererzeugung von Wasserstoff regelt sich der Kipp'sche Apparat in kurzer Zeit ein, wobei nur noch soviel Wasserstoff erzeugt wird, wie von der Brennstoffzelle verbraucht wird, und das Ein treten von Wasserstoff in die untere innere Kammer hört auf. Die Verwendung der katalytischen Trennschicht ist gegenüber dem bekannten Kipp'schen Apparaten eine besondere Verbesserung.
Beim Aufschlag oder durch die Einwirkung eines vorherbestimmten hydrostatischen Druckes leitet die elek trische Steuereinrichtung 128 die Zersetzung eines er sten Segmentes 134 ein, wobei Sauerstoff erzeugt wird. Wenn das Segment aus Natriumchlorat besteht, kann die Zersetzung durch das Erwärmen des Mittels 136 auf eine vorherbestimmte Temperatur, welche für das Einleiten einer spontanen Zersetzung ausreichend ist, eingeleitet werden. Um die gleichzeitige Zersetzung eines benach barten Segmentes zu vermeiden, können nichtgezeigte Wärmeisolationen zwischen benachbarten Segmenten vor gesehen sein. Ein Teil der bei der Zersetzung erzeugten Wärme wird durch die äussere Hülle an das die Vorrich tung umgebende flüssige Medium abgeleitet. Die Seg mente sind vorzugsweise gegenüber der inneren Hülle wärmeisoliert.
Das poröse ringförmige Element 142 ver hindert, dass der Oxydationsmittelstrom Festkörperteil chen mit sich führt.
Um die Brennstoffzelle gegen Schäden durch die Ent wicklung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Differentialdruk- kes in der Zelle zu schützen, ist ein Regler 178 vorge sehen. Der Regler misst den Druck des durch die Lei tung 176 zugeführten Wasserstoffs und vergleicht diesen mit dem Druck des durch die Einlassleitung 180 in die obere ringförmige Kammer geleiteten Sauerstoffs. Der Sauerstoff wird durch eine Auslassleitung 182 in so gros sen Mengen abgeleitet, dass ein bestimmtes Druckver. hältnis zwischen dem der Brennstoffzelle zugeleiteten Wasserstoff und Sauerstoff aufrecht erhalten wird.
Wie gezeigt wurde, gelangt der Sauerstoff nicht direkt in die Brennstoffzelle, sondern in überwiegendem Masse zur oberen inneren Kammer. Die Brennstoffzelle kann dann mit einer geeigneten Einlassöffnung für die Aufnahme von Sauerstoff aus der oberen inneren Kammer versehen sein oder die Sauerstoffseite der Zelle (oder Zellen) kann gegen die Atmosphäre in der inneren oberen Kammer offen sein, ähnlich wie es von Wasserstoff-Luft-Brenn- stoffzellen her bekannt ist. Natürlich kann, wenn dieses erwünscht ist, der Sauerstoff auch direkt von dem Druck regler an die Brennstoffzelle geliefert werden.
Bei der Erzeugung elektrischer Energie werden in der Brennstoffzelle Sauerstoff und Wasserstoff elektro chemisch zur Reaktion gebracht, wobei Wasser entsteht. Das erzeugte Wasser wird durch die Leitung 196 aus der Brennstoffzelle abgeleitet und gelangt durch die Öff nung 188 in die untere innere Kammer. Auf diese Weise wird das Wasser, das bei der Reaktion der wässrigen, al kalischen Lösung mit dem Körper 188 verbraucht wird, nachgeliefert.
Wenn eine Brennstoffzelle mit einem sau ren oder Kationenaustauschelektrolyten verwendet wird, besteht ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen der Menge des zur Erzeugung von Wasserstoff verbrauchten Wassers und der Menge des bei der Reaktion des Wasser stoffs gebildeten Wassers, so dass bei konstanten Arbeits bedingungen die gleiche Menge Wasser verbraucht und erzeugt wird. Dieses ist ausserordentlich vorteilhaft, weil es auf diese Weise nicht notwendig ist, die Vorrichtung mit einer grossen Menge einer wässrigen, alkalischen Lö sung zu versehen.
Wenn eine Brennstoffzelle mit einem alkalischen oder Ionenaustauschelektrolyten verwendet wird, werden etwas grössere Mengen Wasser erzeugt als verbraucht, weshalb die Vorrichtung einen genügend grossen Speicherraum aufweisen muss, um dieses über schüssige Wasser in der unteren inneren Kammer zu speichern. Im folgenden soll die elektrische Funktion der Vor richtung mit Hilfe des in Fig. 2 gezeigten Stromkreises 200 erläutert werden. Beim Aufschlag der Oberfläche auf das Wasser oder bei Vorhandensein eines bestimmten hydrostatischen Druckes ausserhalb der Vorrichtung wird die Steuereinrichtung 284 vom Zustand hoher Impedanz in einen Zustand niedriger Impedanz geschaltet.
Da der Druck in der oberen ringförmigen Kammer, in welcher die erste und die dritte Steuereinrichtung 282 und 286 angeordnet sind, anfänglich gering ist, befindet sich die erste Steuereinrichtung anfänglich im Zustand geringer Impedanz, während sich die dritte Steuereinrichtung im Zustand hoher Impedanz befindet. Das zweite und alle folgenden Mittel zum Einleiten der Zersetzung der Seg mente (296, 302, 304 usw.) führen ursprünglich keinen elektrischen Strom, weil kein diese Leitfähigkeit bewir kender Strom durch die Basis der darin enthaltenen Tran sistoren fliesst. Die Umschaltung der zweiten Steuerein richtung in ihrem Zustand niedriger Impedanz bewirkt dann, dass ein elektrischer Strom, der von dem Akku mulator geliefert wird, durch die Schmelzsicherung 294 und den Widerstand 295 des ersten Mittels fliesst.
Der Widerstand weist einen solchen Wert auf, dass der Strom das erste Segment 134 bis zu seiner Zersetzungstempera tur erwärmt.. Diese erhöhte Temperatur schmilzt dann die Schmelzsicherung 294, wodurch der Stromkreis durch das erste Mittel geöffnet wird. Sobald die Zersetzung eines Segmentes eingeleitet ist, setzt sich diese von allein fort.
Der bei der Zersetzung des ersten Segments erzeugte Sauerstoff bewirkt zuerst das Umschalten der ersten Steuereinrichtung in einem Zustand hoher Impedanz und danach das Umschalten der dritten Steuereinrichtung in den Zustand niederer Impedanz. Dieses Umschalten kann praktisch gleichzeitig erfolgen, indem die erste und die dritte Steuereinrichtung zusammengebaut sind. Der Druck in der oberen ringförmigen Kammer bleibt genügend hoch, um die erste Steuereinrichtung im Zustand hoher Impedanz zu halten, bis sich das erste Segment praktisch vollkommen zersetzt hat, und der von diesem gelieferte Sauerstoff von der Brennstoffzelle verbraucht ist.
Wenn der Druck auf einen vorherbestimmten niederen Wert abgesunken ist, wird die Steuereinrichtung wieder in den Zustand geringer Impedanz zurückgeschaltet. Die ser Zustand erlaubt, dass ein merklicher elektrischer Strom durch die elektrische Leitung 278 fliesst. Dieser Strom fliesst bevorzugt durch das zweite, und nur mit einem vernachlässigbaren Anteil durch das dritte, vierte oder jedes weitere Mittel. Der Grund dafür ist, dass der Transistor im zweiten Mittel durch den zwischen der Ba sis und dem Emitter fliessenden Strom leitfähig ist.
Die Transistoren in dem dritten, vierten und den weiteren Mitteln erhalten keinen aktivierenden Strom an ihrer Basis, weil der Strom zwischen den Leitern 280 und 276 durch die Gleichrichter 312 abgeleitet wird. Diese Gleichrichter verhindern, dass der elektrische Strom, der zwischen den Leitungen 278 und 276 durch das zweite Mittel fliesst, zur Basis des Transistors des dritten Mit tels geleitet wird.
Die Schmelzsicherung und der Widerstand haben im zweiten Segment die gleiche Wirkung wie im ersten. Der vom zweiten Segment aufgebaute Druck schaltet die erste Steuereinrichtung in den Zustand hoher Impedanz. So bald aber der grössere Teil des Sauerstoffs verbraucht ist, geht die erste Steuereinrichtung wieder in den Zu stand geringer Impedanz über. In diesem Falle fliesst dann der elektrische Strom durch das dritte Mittel, nachdem das erste und das zweite Mittel, welche vorher in Be- trieb waren, nunmehr offene Stromkreise darstellen, weil ihre Sicherung durchgeschmolzen ist, und weil das vierte und alle weiteren Mittel den Strom, der der Basis ihrer l'ransistoren zugeleitet wird, durch die Gleichrichter ab leiten.
Für das dritte Mittel ist kein solcher geshuntener Stromweg vorgesehen, weil die Sicherung im zweiten Mit tel durchgeschmolzen ist. Die Auslösung des vierten und aller weiteren Segmente geschieht genau analog zum oben Beschriebenen.
Wenn die Brennstoffzelle zuerst mit der Last 236 ver bunden ist, ermöglicht die Strommesseinrichtung 232, dass elektrischer Strom durch den elektrischen Leiter 228 fliesst. Dies wird durch einen kleinen Steuerstrom er reicht, der durch den Widerstand 270 und durch die Ba sis und den Emitter des zweiten Steuertransistors fliesst. Dadurch wird möglich, dass ein elektrischer Strom durch den ersten Steuertransistor 258 und durch den Widerstand 256 und durch den Leistungstransistor 254 fliesst. Auf diese Weise werden der erste und der zweite Steuertran sistor und der Leistungstransistor in den leitfähigen Zu stand geschaltet.
Die auf Spannung ansprechende Steuereinheit 234, welche beispielsweise eine Zenerdiode sein kann, ver hindert anfänglich den Stromfluss zwischen den An- schlussklemmen 226 und 230. Wenn jedoch zwischen die sen Anschlussklemmen eine Spannung entwickelt wird, welche grösser als erwähnt ist, ermöglicht die auf die Spannung ansprechende Stromeinheit, dass geringer Strom zwischen diesen Klemmen fliesst. Ein Teil dieses Stromes fliesst zur Basis des dritten Steuertransistors 262 und schaltet diesen in den leitfähigen Zustand.
Auf diese Weise wird für den durch den Widerstand 270 fliessen- den Strom ein neuer Leitungsweg geringer Impedanz durch den dritten Steuertransistor freigegeben, so dass der an den ersten und zweiten Steuertransistor und den Leistungstransistor geführte Strom wirkungsvoll unter brochen wird, wodurch diese wieder in den nichtleitenden Zustand übergehen. Die Änderung des Stromflusses durch den Leistungstransistor beeinflusst die Spannungsdiffe renz zwischen den Anschlussklemmen 226 und 230 und bewirkt eine neue Erregung der auf die Spannung an sprechenden Steuereinheit. Die Steuereinrichtung und Steuereinheit bewirken, zusammen, eine kontinuierliche Regelung der Spannung über der Last.
Wenn die von der Brennstoffzelle abgegebene Spannung unter die Referenz spannung absinkt, ist natürlich keine weitere Regelung der Spannung notwendig, und die Steuereinrichtung bleibt während der folgenden Zeit in ihrem leitenden Zustand.
Gleichzeitig mit der Lieferung von elektrischer Ener gie an die Last 236 ladet die Brennstoffzelle den Akku mulator 204 periodisch nach. Die im Akkumulator ge speicherte Energie wird periodisch durch das Schliessen des Schalters 252 durch die elektrische Last 242 entladen. Damit die Last 242 wiederholt durch den Stromkreis mit Strom versorgt werden kann, ist es notwendig, dass der Akkumulator periodisch nachgeladen wird. Wenn der Akkumulator beispielsweise eine nachladbare Batterie ist, ist es wünschenswert, dass das Nachladen mit einem Strom, welcher unterhalb einem bestimmten Wert und einer bestimmten Spannung bleibt, ausgeführt wird. Diese Faktoren können in gewissem Umfang durch geeignete Auswahl der elektrischen Eigenschaften der Brennstoff zelle gesteuert werden.
Wie in dem Schema gezeigt ist, werden diese Funktionen durch die Steuereinrichtung 2l8, die auf Spannung ansprechende Steuereinheit 221 und die auf den Strom ansprechende Steuereinheit 220 be wirkt. Die Steuereinrichtung<B>218</B> und die auf die Spannung ansprechende Steuereinheit 220 wirken zusammen um die Spannungsdifferenz an den Klemmen des Akku mulators in ähnlicher Weise zu regeln, wie es bereits für die Steuereinrichtung 232 und die Steuereinheit 234 vor stehend beschrieben ist. Um den Ladestrom zu steuern, ist ein Widerstand 272 vorgesehen, der mit dem Kollek tor und der Basis des Transistors 274 verbunden ist.
So bald der durch den Widerstand fliessende Strom ein be stimmtes; erwünschtes Maximum erreicht, ist die Span nungsdifferenz über dem Widerstand ausreichend, um den Transistor zwischen dem Kollektor und Emitter in den leitfähigen Zustand zu schalten. Der Strom vom Emitter des Transistors 274 bewirkt, dass der dritte Steuertransistor der Steuereinrichtung 218 in der gleichen Weise leitfähig wird, wie der Strom von der auf Span nung ansprechenden Steuereinheit 222 geliefert wird. Auf diese Weise werden sowohl der Ladestrom als auch die Gesamtladung des Akkumulators gesteuert.
Der in Fig. 2 gezeigte elektrische Stromkreis ist ledig lich ein Beispiel, das bei der praktischen Verwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Für den Fachmann kann dieser Stromkreis auf fast beliebig viele Arten abgewandelt werden. Beispielsweise können die Steuereinrichtung 232 und die auf Strom ansprechende Steuereinheit 220, zusammen mit den ihnen übertragenen Funktionen, weggelassen werden. Die besondere Aus wahl der Steuereinrichtungen kann ebenfalls geändert werden. Im gesamten Stromkreis können anstelle der Transistoren gesteuerte Siliziumgleichrichter oder Tri oden verwendet werden. Auch die Dioden können durch Gleichrichter ersetzt werden.
Die Verwendung von drei Transistoren ist nicht besonders wichtig, es können auch mehr als drei oder nur ein Steuertransistor für jede Steuereinrichtung verwendet werden. Weiter muss die Last 236 nicht mit einem Mittelabgriff der Brennstoff zelle, sondern kann ebenso gut mit der Anschlussklemme 212 verbunden sein.
Dagegen wird in jedem Falle die Anschlussklemme 212 verwendet werden, unabhängig davon, ob die Brenn stoffzelle aus einer einzigen Zelle oder aus einer Mehr zahl von Brennstoffzellen, welche elektrisch parallel ge schaltet sind, besteht.
Weitere Änderungen, insbesondere die Erzeugung der Reaktionsmittel für die Brennstoffzelle betreffende Ände rungen, sind in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt.
Die Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 301, welche mit einem Gehäuse 303 versehen ist, das ähnlich, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, eine obere Wand und eine Bodenwand und eine zylindrische innere Hülle aufweist. Die ring förmige Wand 305 unterscheidet sich von der ringförmi gen Wand 118 lediglich in ihrer Form. Die äussere zylin drische Hülle 307 unterscheidet sich von der entsprechen den Hülle in Fig. 1 durch die Öffnungen 309, welche das Äussere der Vorrichtung mit der oberen ringförmigen Kammer verbindet. Die Öffnungen 309 sind am Anfang durch Stopfen 311 geschlossen, welche bei Schlag zerbre chen, oder bei einem vorherbestimmten hydrostatischen Druck nach innen verschoben werden, oder Wasserlös lich sind, oder eine Kombination dieser Eigenschaften aufweisen.
Ein ähnlicher Stopfen 313 verschliesst eine Öffnung 315, welche der Öffnung 154 entspricht. Dage gen ist kein der Trennwand 110 analoges Bauelement in dem Gehäuse vorgesehen. Der Akkumulator, das Schutz gehäuse, die Brennstoffzelle, die elektrischen Steuergeräte und der Druckregler haben im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion, wie die entsprechenden in Fig. 1 gezeigten Elemente, und sollen nicht weiter er läutert werden.
Mit der Leitung 319 der Brennstoffzelle und der zy lindrischen inneren Hülle wirkt eine katalytische Trenn wand zusammen, um den Raum innerhalb der inneren Hülle in eine untere innere Kammer und eine obere in nere Kammer zu teilen. Im Gegensatz zur Vorrichtung 100 enthält die untere innere Kammer der Vorrichtung 301 am Anfang kein Reaktionsmittel.
Es ist ein Ventil 321 vorgesehen, um Wasser von aus- serhalb der Vorrichtung in die untere innere Kammer einzuleiten und den Durchfluss des eingeleiteten Wassers aus der unteren inneren Kammer in die untere ringför mige Kammer zu steuern. Das Ventil enthält ein Gehäuse 323, welches mit der zylindrischen äusseren Hülle und der Bodenwand und der zylindrischen inneren Hülle ver bunden ist. Dieses Gehäuse weist eine Öffnung 325 auf, die in die untere ringförmige Kammer führt, und eine Öffnung 327, die in die untere innere Kammer führt. Eine Leitung 328 erstreckt sich von einem oberen Teil der unteren ringförmigen Kammer zu diesem Gehäuse, während eine zweite Leitung 329 von dem Gehäuse zur Brennstoffzelle führt.
In dem Gehäuse ist ein rohrförmiges Führungsstück 331 angeordnet, dessen eines Ende mit dem Gehäuse zwi schen der Öffnung 327 und der Leitung 328 dicht ver bunden ist. In dem Gehäuse ist zwischen den Leitungen 328 und 329 eine zerbrechliche Trennwand 335, und es ist ein Schlagkolben 337 gleitbar und dicht im Führungs rohr . angeordnet, welcher in seiner normalen Lage die Öffnung 333 verschliesst. Weiter ist ein gleitbares Ventil 339 auf dem Führungsrohr und im Gehäuse vorgesehen.
In der unteren ringförmigen Kammer und einem Kör per 345, welcher dem Körper 348 ähnlich ist, benach bart, sind Elemente 341 und 343, welche den Elementen 144 und 146 ähnlich sind, angeordnet. Es sei bemerkt, dass die wahlweise verwendete Aluminiumschicht bei die ser Ausführungsform nicht verwendet ist, weil keine alka lische Lösung als Reaktionsmittel verwendet wird.
In der oberen ringförmigen Kammer befindet sich ein Körper 347 aus einem Material, welches bei der Reaktion mit Wasser Sauerstoff erzeugt. Ein geeignetes und vor zugsweise verwendetes Material dieser Art ist Kalium superoxyd. In der Nachbarschaft dieses Körpers sind poröse, ringförmige Elemente 349 und 351 angeordnet.
Um eine andere mögliche Änderung zu zeigen, ist eine Leitung 353 dargestellt, welche sich zwischen dem Druckregler und der Brennstoffzelle erstreckt, und nicht wie im Falle der Fig. 1 zur unteren ringförmigen Kam mer führt.
Um die Vorrichtung 301 in Betrieb zu nehmen, wer den die Stopfen<B>311</B> und 313 durch einen Schlag oder hydrostatischen Druck oder Auflösen etwa gleichzeitig entfernt. Das umgebende Wasser kann durch das Ventil dann in die untere innere Kammer eindringen, wobei es, wenn es in das Führungsrohr gelangt und den Schlagbol zen gegen den zerbrechlichen Stopfen 335 verschiebt, die Verbindung zwischen den Leitungen 328 und 329 öffnet. Diese Verschiebung öffnet auch die Öffnung 333 und ermöglicht, dass Wasser durch die Öffnung 327 in die untere innere Kammer fliesst. Nachdem eine wünschens werte Menge Wasser in die untere innere Kammer einge drungen ist, wird durch den hydrostatischen Druck das verschiebbare Ventil 339 verschoben und schliesst die Öffnung 333 und bringt zugleich die Öffnungen 325 und 327 miteinander in Verbindung.
Auf diese Weise kann das Wasser, das ursprünglich in die untere innere Kam- mer eingedrungen ist, auch in die untere ringförmige Kam mer fliessen, wobei durch den Kontakt des Wassers mit dem Körper 345 die Entwicklung von Wasserstoff einge leitet wird. Die Verzögerung bei der Betätigung des gleit- baren Ventils 339 kann durch die Reibung zwischen die sem und dem Gehäuse oder durch entsprechende Ab messungen der Oberfläche an jedem Ende des gleitbaren Ventils, auf welche der Druck einwirkt, gesteuert wer den.
Die Erzeugung von Sauerstoff wird gleichzeitig ein geleitet, indem Wasser durch die Öffnung 309 in die obere ringförmige Kammer eindringt. Sobald das Wasser mit dem Körper 347 in Kontakt kommt, entsteht Sauerstoff. Der bei der Entstehung des Sauerstoffs in der oberen Kammer gebildete Rückdruck treibt das Wasser aus der Vorrichtung wieder hinaus. Wenn durch den anfänglichen Kontakt des Körpers 347 mit dem Wasser ein Überschuss an Sauerstoff gebildet wurde, kann der überschüssige Sauerstoff durch die Öffnung 309 aus der Einheit her ausgeperlt werden. Wie daraus zu ersehen ist, wirkt die obere ringförmige Kammer und das darin enthaltene Reaktionsmittel in der gleichen Art wie ein Kipp'scher Apparat.
Da sowohl der den Wasserstoff erzeugende als auch der den Sauerstoff erzeugende Teil der Vorrichtung die Arbeitsweise eines Kipp'schen Apparates aufweisen, versteht sich, dass auch das den Sauerstoff erzeugende Reaktionsmittel für den Körper 345 und das den Was serstoff erzeugende Reaktionsmittel für den Körper 347 verwendet werden kann.
Der elektrische Stromkreis, der zum Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung verwendet wird, kann dem anhand der Fig. 2 beschriebenen Stromkreis entsprechen, wobei jedoch der Teil, der zum Inbetriebsetzen der Seg mente 134 verwendet wird, weggelassen ist.
Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 400, welche ein Ge häuse 402 enthält, das aus einer oberen Wand 404, einer Bodenwand 406, einer zylindrischen äusseren Hülle 408, einem mit der äusseren Hülle dicht verbundenen Gehäuse einsatz 410, einer oberen Trennwand 412, einer unteren Trennwand 414 und einer zylindrischen inneren Hülle 416 besteht. Die untere Trennwand, die Bodenwand und die zylindrische Hülle bilden zusammen eine untere innere Kammer 420. Die obere und die untere Trennwand und die äussere Hülle bilden zusammen eine mittlere Kam mer 422, während die obere Wand und die äussere Hülle zusammen eine obere Kammer 424 bilden.
Die ringförmige Kammer ist mit einem Körper 426 aus einem Reaktionsmittel gefüllt, welches bei Kontakt mit Wasser oder einer alkalischen Lösung Wasserstoff entwickelt. Der Körper wird von einem porösen, ringför migen Bauteil 428 getragen. Unter dem ringförmigen Bauteil ist ein Ventil 430 vorgesehen, um eine Wasser menge 432 oder eine alkalische Lösung, die von Anfang an in der unteren inneren Kammer enthalten ist, mit der ringförmigen Kammer in Verbindung zu bringen. Das Ventil umfasst ein Gehäuse 434, in dem ein Kolben 436 gleitbar und an den Gehäusewänden anliegend angeord net und anfänglich durch einen Scherbolzen 438 in einer festen Lage gehalten ist.
Eine Stossstange 440 erstreckt sich von dem Kolben zu einem Ventilkopf 442, welcher anfänglich eine Öffnung 444 in der inneren zylindrischen Hülle verschliesst. Weiter ist eine Öffnung 446 vorgese hen, welche das Innere des Gehäuses mit dem Äusseren der Einheit verbindet.
In der mittleren Kammer ist eine Brennstoffzelle 450 angeordnet. Eine Wasserstoffleitung 452 verläuft von der ringförmigen Kammer zur Brennstoffzelle und weist eine Steuereinrichtung 454 auf. Diese Steuereinrichtung ist dicht mit einer Öffnung 456 in der äusseren Hülle ver bunden, wodurch die Steuereinrichtung einen Durch fiuss des Wasserstoffs in Abhängigkeit von einem be stimmten hydrostatischen Druck ausserhalb der Einheit ermöglicht.
Von der Wasserstoffleitung erstreckt sich eine Zweig leitung 458 zu einem Druckregler 460. Der Druckregler ist mit einem Sauerstoffeinlass 462 und einer Sauer stoffleitung 464, die zur Brennstoffzelle führt, versehen.
Weitere Bauteile, wie beispielsweise die Abflusslei- tung 4(6, die katalytische Trennwand 468, die Sperrklinke 470, der Deckel 472, das durch eine Feder vorgespannte Scharnier 474 und die Öffnung 476 entsprechen den in der Fig. 1 gezeigten Bauteilen und sollen nicht weiter erläutert werden.
Die obere Kammer enthält eine Flüssigkeit, welche beim Zersetzen Sauerstoff bildet. Eine solche Flüssig keit ist beispielsweise Wasserstoffperoxyd. Eine Leitung 482 verbindet die obere und die mittlere Kammer. Die Leitung enthält eine Steuereinrichtung 484, welche den Durchfluss entsprechend einem vorgegebenen hydrostati schen Druck regelt. Die Leitung ist auch mit wärmeab leitenden Rippen 486 versehen, welche Wärme von der Leitung an das Wasser, das durch die Öffnungen 488 in die Vorrichtung eintritt, abgibt. Die Leitung weist, ihrer Öffnung in die mittlere Kammer benachbart, einen Zer setzungskatalysator 490 auf. Wenn Wasserstoffperoxyd verwendet wird, können vielerlei Arten von Material als Zersetzungskatalysator verwendet werden, beispielsweise feinzerteilte Metallspäne.
Eine zweite Leitung 494 er streckt sich von der mittleren zur oberen Kammer. Diese zweite Leitung enthält eine Steuereinrichtung 496, welche die Verbindung zwischen den Kammern herstellt, sobald der Druck, der in der mittleren Kammer gemessen wird, unter einem vorherbestimmten Wert liegt. In der oberen Wand ;st ein elektrischer Anschluss 498 vorgesehen, wel cher durch die obere Kammer und die obere Trennwand zur Brennstoffzelle geführt ist.
Im Betrieb wird der Deckel 472 beim Aufschlag auf das Wasser geöffnet. Sobald ein bestimmter hydrostati scher Druck erreicht ist, öffnen die Steuereinrichtungen 454 und 484 die Leitungen 452 und 482 für den Durch- fluss der Flüssigkeit. Zugleich wird der Scherbolzen 438 abgeschert und das Ventil 442 bewegt sich in eine Stel lung, in der die Öffnung 444 geöffnet ist. Das flüssige Reaktionsmittel 432 tritt dann durch diese Öffnung in die ringförmige Kammer und kommt mit dem Körper 426 in Berührung, wobei in ähnlicher Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 3 beschrieben wurde, Wasserstoff erzeugt wird.
Zur gleichen Zeit fliesst Wasserstoffperoxyd, oder ein ähnliches flüssiges Reaktionsmittel, durch die Leitung 482 und wird durch den Katalysator 490 zu Sauerstoff und Wasser zersetzt. Der Wasserstoff wird der Brenn stoffzelle durch die Leitung 452 zugeführt, während der Sauerstoff durch den Druckregler 460 und die Leitung 464 zur Brennstoffzelle geleitet wird. Um die Geschwin digkeit, mit der das Wasserstoffperoxyd zersetzt wird, zu steuern, schliesst sich die Steuereinrichtung 496, sobald in der mittleren Kammer ein Sauerstoffdruck gemessen wird, welcher einen bestimmten Wert übersteigt. Es sei bemerkt, dass in der Vorrichtung 400 kein Akkumulator vorgesehen ist, weshalb zum Betrieb dieser Vorrichtung auch kein komplizierter elektrischer Stromkreis notwen dig ist.
Die Brennstoffzelle kann durch ein Paar elektri scher Leiter mit dem elektrischen Anschluss 498 verbun- den sein und ihre elektrische Leistung an eine andere, damit verbundene Vorrichtung abgeben. Es versteht sich, dass wenn dieses wünschenswert ist, auch in dieser Vor richtung ein Akkumulator verwendet werden kann, und dass dann ein Stromkreis, ähnlich dem im Zusammen hang mit der Einheit<B>301</B> beschriebenen, verwendet wer den kann.
Die Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 500, welche ein Gehäuse 502 das aus einer Bodenwand 504, einer oberen Wand 506, einer inneren zylindrischen Hülle 508, einer äusseren zylindrischen Hülle 510 und einer Trennwand 512 besteht, enthält. Die Einheit wird dadurch in eine ringförmige Kammer 514, eine obere innere Kammer 516 und eine untere innere Kammer 518 unterteilt. Ein Schutzgehäuse 520 schliesst einen Akkumulator 522 und eine elektrische Steuereinrichtung 524 in der unteren inneren Kammer ein.
Die äussere Hülle ist mit einer Öffnung 526 versehen, welche von einem darin gleitbar angeordneten Kolben 528, der anfänglich durch einen Scherbolzen 530 gegen eine nach innen gerichtete Bewegung gesichert ist, abge dichtet ist. Ein Flansch 532 begrenzt die mögliche, nach innen gerichtete Verschiebung des Kolbens. Mit dem Kol ben ist eine Stossstange 534 verbunden, welche einen Ventilkopf 536 trägt, der mit einer Öffnung 538 in der inneren Hülle zusammenwirkt. Wenn der Scherbolzen durch einen bestimmten hydrostatischen Druck, der auf den Kolben wirkt, abgeschert wird, kann ein flüssiges Reaktionsmittel 540 durch die Öffnung 538 in die ring förmige Kammer einfliessen.
Das flüssige Reaktionsmit tel fliesst dann durch das poröse Element 542 nach oben und kann mit dem festen Reaktionsmittel 544 reagieren. Das feste Reaktionsmittel kann eine chemische Substanz sein, welche entweder Sauerstoff oder Wasserstoff vor zugsweise aber Sauerstoff freisetzt. Die untere innere Kammer und die ringförmige Kammer und die ringför mige Kammer wirken, wie bereits weiter oben beschrie ben wurde, als Kipp'scher Apparat. Das gebildete gas förniige Reaktionsmittel fliesst durch das poröse ring förmige Element 546, die Öffnung 548, den Druckregler 550 und die Leitung 552 nach oben zur Brennstoffzelle 554.
Das zweite Reaktionsmittel für die Brennstoffzelle kann in gasförmiger Form in einer getrennten Vorrich tung 556 gespeichert sein. Wie in der Figur gezeigt ist, erstreckt sich eine Leitung 558 durch die Bodenwand 560 der Vorrichtung 556 und die obere Wand der Vor richtung 500. Das zweite Reaktionsmittel wird auf diese Weise in die obere innere Kammer geführt. Wenn es wünschenswert ist, kann die getrennte Vorrichtung 556 vollkommen weggelassen werden, wenn die Vorrichtung 500 in der Nähe oder an der Oberfläche des Wassers ver wendet wird. Bei der Verwendung nahe der Oberfläche des Wassers kann der Vorrichtung durch eine Leitung 558 Luft zugeführt werden.
Bei einer weiteren Abänderung der Brennstoffzellen- einheit sind zwei Abflussleitungen 562 und 564 vorge sehen. Die Leitung 562 dient dazu die Reaktionsprodukte aus der Brennstoffzelle abzuleiten. Die Leitung 564 ist verhältnismässig sehr eng und ihre Funktion besteht darin, sicherzustellen, dass sich in der Brennstoffzelle keine inerten Stoffe ansammeln.
Wenn beispielsweise an genommen wird, dass in der ringförmigen Kammer Sauer stoff erzeugt wird und die Brennstoffzelle einen sauren oder Kationenaustauschelektrolyten enthält und eine Brennstoffzelle, ähnlich den in den Figuren 1, 3 oder 4 gezeigten, benutzt wird, bildet die Brennstoffzelle eine tote Leitung für den Wasserstoff, d.h. der Wasserstoff kann nur durch eine Reaktion entfernt werden. Über längere Zeitdauern werden sich jedoch Spuren von Ver unreinigungen in der Brennstoffzelle ansammeln, und deren Wirkungsgrad beeinträchtigen.
Indem eine zweite Abflussleitung vorgesehen wird, kann verhindert werden, dass sich solche Verunreinigungen im Innern der Zelle ansammeln. Anstatt dass diese an der katalytischen Trennwand zur Reaktion gebracht werden, diffundieren sie durch die obere innere Kammer, die Leitung 558 und die zweite Vorrichtung 556, wobei sie ausreichend ver dünnt werden, um nur noch eine vernachlässigbare Wir kung auszuüben. Wenn die Leitung 558 zur Oberfläche des Wassers führt, können inerte Gase ohne Schwierig keiten ganz aus der Vorrichtung entfernt werden.