<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein gasentwickelndes elektrolytisches Element rechteckigen Querschnitts für tragbare Vorrichtungen, insbesondere Messvorrichtungen für die Luftverunreinigung oder Flammendetektoren, das einen durch eine Trennwand in einen Kathodenraum und in einen Anodenraum aufgeteilten Gasraum, ein Flüssigkeitsniveau erfassende elektrische Kontakte und Gasleitungen zur Abführung der im Kathoden- und dem Anodenraum gebildeten Gase aufweist, wobei der Gasraum in einem einen Elektrolyten enthaltenden und mit einer Deckplatte versehenen Gefäss angeordnet ist.
Es ist bekannt, dass ein konstanter oder regulierbarer Volumendurchfluss eines Gases von hoher Reinheit in vielen technischen Gebieten (z. B. in der Gaschromatographie, bei LaboratoriumsReaktoren, bei Messmonitoren zur Luftverunreinigung usw.) zur Verfügung stehen soll. In Laboratorien werden im allgemeinen Gasflaschen angewendet, obwohl der Platz der Anwendung und der Lagerung der Flaschen auf Grund der Feuerschutz- und anderer Vorschriften unter sehr harten Bedingungen ausgewählt werden soll. Der Austausch und die Neufüllung der Flaschen wirft weitere Probleme auf, und die in den Flaschen gelagerten Gase können längere Zeit hindurch nicht in der benötigten Reinheit bleiben.
Die die Anwendung von Gasflaschen begleitenden obenerwähnten Schwierigkeiten können durch Ausnutzung der Erkenntnis vermieden werden, dass einige Gase durch Elektrolyse in reinem Zustand sehr einfach erzeugbar sind. In den Flammendetektoren wird Wasserstoffgas von hoher Reinheit benötigt, das aus Wasser durch Elektrolyse erzeugbar ist. Zu diesem Zweck kann eine Sorte der gasentwickelnden elektrolytischen Elemente, der sogenannte Wasserstoffgenerator angewendet werden. Die Wasserstoffgeneratoren zeigen eine grosse Zuverlässigkeit, und sind nicht feuergefährlich. Diese Elemente erfordern nur die Zufuhr von elektrischer Energie und zyklische Nachfüllung des Elektrolyts (z. B. soll einmal in der Woche eine bestimmte Wassermenge nachgespeist werden).
Der Volumendurchfluss des entwickelten Gases lässt sich durch Einstellung des Stroms der Elektrolyse sehr einfach regulieren.
Für chromatographische Forschungen wurden elektrolytische Wasserstoffgeneratoren entwickelt, die auch bei Messvorrichtungen zur Luftverunreinigungskontrolle anwendbar sind ; so ist z. B. ein solcher Generator im Monitor vom"Fidas"-Typ der Firma Hartmann-Braun eingebaut. Diese Generatotoren können jedoch nur in stationären Vorrichtungen und vorzugsweise bei grossen Massstäben angewendet werden. Bei tragbaren Vorrichtungen wird zur Messung noch immer eine Gasflasche benutzt.
So dient z. B. in der Flammendetektorvorrichtung der Firma Perkin-Elmer sowie in der ungarischen Vorrichtung vom"Carbidet"Typ eine Gasflasche als Wasserstoffquelle. Die Anwendung der Gasflaschen ist dadurch begründet, dass die bekannten gasentwickelnden elektrolytischen Elemente sehr schüttelempfindlich sind, weil ihr alkalischer Elektrolyt bei zufälligem Umstürzen des Elementes in die gasabführende Öffnung einfliesst, was zur Zerstörung des Elementes führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den obenerwähnten Nachteil zu beseitigen und ein gasentwickelndes elektrolytisches Element zu schaffen. aus welchem der Elektrolyt bei zufälligem Umstürzen des Elementes nicht ausfliesst bzw. bei dem der Elektrolysestrom unterbrochen oder zumindest ein Warnsignal ausgelöst wird, um auf diese Weise die Gefahr der Zerstörung des Elementes zu vermeiden.
Die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass die gasabführenden Gasleitungen einander diagonal gegenüberliegende und mit dem Kathoden- bzw. dem Anodenraum kommunizierende Eintritts- öffnungen und diagonal gegenüber den Eintrittsöffnungen in oder über der Deckplatte liegende Austrittsöffnungen aufweisen, dass die Gasleitungen von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung aus vorwiegend waagrechten und senkrecht nach oben ausgerichteten Abschnitten gebildet sind, und dass die elektrischen Kontakte in den Gasleitungen oder auf der dem Gasraum zugekehrten Seite der Deckplatte vorgesehen sind.
Auf diese Weise ist es möglich, Kontakte mit sehr einfachem Aufbau für die Erfassung des allfälligen Vorhandenseins einer Flüssigkeit in den Gasleitungen zu verwenden, wobei eine Benetzung der Kontakte zur Auslösung eines Warnsignals oder zur Abschaltung des Elektrolysestromes dienen kann, und durch die spezielle Anordnung der Gasleitungen ein Ausfliessen des Elektrolyten im gekippten Zustand des Elementes sicher verhindert ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung der Gasleitungen im Gasraum über dem Kathodenraum bzw. über dem Anodenraum im Eckbereich der
<Desc/Clms Page number 2>
Deckplatte angeordnet ist, wogegen sich die Austrittsöffnung der Gasleitungen über dem Anoden-bzw. dem Kathodenraum in dem der zugeordneten Eintrittsöffnung diagonal gegenüberliegenden Eckbereich in oder über der Deckplatte befindet, wobei vorzugsweise sämtliche Innendurchmesser des von dem Elektrolyten überflutbaren Teils der Gasleitungen grösser als 3 mm, vorzugsweise grösser als 6 mm sind, wodurch eine Kapillarwirkung sicher vermieden wird.
Bei erfindungsgemässer Anordnung der Öffnungen wird der Elektrolyt bei zufälligem Umstürzen des Elementes (oder der das Element enthaltenden Vorrichtung) nur einen Teil der Gasleitung überfluten, jedoch kann er nicht die Ausgangsöffnungen erreichen, wenn das Gefäss in stehender Position (also normaler Betriebslage) des Elementes mit dem Elektrolyt nicht höher gefüllt ist, als sich durch den Platz der Öffnungen ergibt. Diese Bedingung ist in der Praxis immer erreichbar, weil die Elemente zwecks Herstellung eines Gasraumes von entsprechender Grösse im allgemeinen bis zur halben Höhe mit dem Elektrolyt gefüllt sind. Dieser Gasraum, der aus einem Teil des Kathodenraums und aus einem Teil des Anodenraums besteht, wird zum Ausgleich eventueller Druckschwankungen benötigt.
Der Durchmesser und die Linienführung der die Eingangs- und Ausgangsöffnungen verbindenden Gasleitungen lassen sich sehr vielfältig auswählen. Zur Verbindung der Öffnungen können sowohl gerade, als auch die Richtung mehrfach ändernde Rohrstrecken angewendet werden, die mit Durchmessern von vielfältigen Formen ausgebildet werden können. Die einzige Forderung hinsichtlich der Gasleitungen ist die Notwendigkeit ihrer Ausbildung in solcher Form, dass der Elektrolyt, der beim Umstürzen des Elementes um 900 teilweise in das Leitungssystem einfliesst, nach Wiederaufstellung des Elementes in die normale Betriebslage zum ursprünglichen Niveau zurückkehren könne.
Zu diesem Zweck sollen die Gasleitungen nicht nur vorwiegend waagrecht und/oder senkrecht nach oben ausgerichtete Teile aufweisen, sondern alle inneren Durchmesser sollen vorzugsweise 3 mm, zweckmässig 6 mm überschreiten. Bei kleineren inneren Durchmessern kann der Elektrolyt wegen der Kapillarkräfte in den Gasleitungen zurückgehalten werden.
Die Gasleitungen lassen sich in Form einer unter oder auf der Deckplatte angeordneten Röhre ausbilden, jedoch ist es zweckmässig, eine solche räumliche Anordnung der Röhren zu wählen, die eine einfache elektrische Zuführung der Elektroden und der Kontakte ermöglicht.
Beim Umstürzen des Elementes überflutet der Elektrolyt die in den Gasleitungen oder auf der dem Gasraum zugekehrten Seite der Deckplatte ausgebildeten Kontakte, infolgedessen wird ein äusserer Stromkreis geschlossen und damit ein elektrisches Signal erzeugt, das zur automatischen Unterbrechung des Stroms der Elektrolyse ausgenutzt werden kann. Diese Lösung sichert die Unterbrechung der Elektrolyse und die Vermeidung der Gefahr, dass der Überdruck der entwickelten Gase zum Herausdrücken des Elektrolyts aus dem Element führt.
Das erfindungsgemässe gasentwickelnde elektrolytische Element wird nachstehend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen detailliert erklärt. In den Zeichnungen zeigt die Fig. l einen senkrechten Längsschnitt des erfindungsgemässen elektrolytischen Elementes ; die Fig. 2 einen waagrechten Längsschnitt der in der Deckplatte des Elementes ausgebildeten Gasleitungen ; die Fig. 3 die auf der Fig. 2 gezeichneten Querschnitte des überfluteten Gasleitungssystems in zwei umgestürzten Positionen des erfindungsgemässen Elementes ; die Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Gasleitungen in Form mit der Deckplatte gebundener Rohrleitungen ausgebildet sind ; und die Fig. 5 die Aufsicht der der Fig. 4 entsprechenden Ausführung des erfindungsgemässen Elementes.
Das erfindungsgemässe elektrolytische Element gemäss Fig. l weist ein vorzugsweise aus Kunst-
EMI2.1
--1-- auf,- ausgefüllt und mit einer senkrechten Scheidewand --3-- in einen Kathodenraum und in einen Anodenraum aufgeteilt ist. Das Element weist eine Anode und eine Kathode --4-- auf. Im Gefäss-l- sind zwei aus je einem Anodenraum und einem Kathodenraum bestehende Gasräume ausgebildet, die mit einer Gasleitung --6-- zur Abführung der entwickelten Gase durch eine Eintrittsöffnung - verbunden sind.
In der Gasleitung --6-- sind elektrische Kontakte --7-- in der Nähe der Ein- trittsöffnungen --8-- eingebaut. In der in Fig. l dargestellten Ausführung des erfindungsgemässen Elementes bestehen die Gasleitungen aus zwei Teilen, je einem zur Abführung des entwickelten Sauerstoffes und Wasserstoffes. Diese Teile sind aus zwei waagrechten und zwei senkrechten Rohr-
<Desc/Clms Page number 3>
strecken ausgebildet (Fig. 2) die in eine Austrittsöffnung --9-- enden.
Die in Fig. 3 sichtbaren Querschnitte stellen das Element in um 90o umgestürzter Position dar. Der Elektrolyt --2-- kann in dieser Position nur teilweise eine der Gasleitungen --6-- überfluten, und erreicht niemals die Höhe der Ausgangsöffnung --9--. Im Falle des Umstürzens ist ein elektrisches Signal durch Kontakte --7-- geliefert worden, die in der Eingangsöffnung --8-eingebaut sind. Das durch die Kontakte --7-- erzeugte elektrische Signal kann zum sofortigen Ausschalten des Stroms der Elektrolyse ausgenutzt werden.
Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Lösung des erfindungsgemässen Elementes, bei der die Gasleitungen --6-- zur Abführung der entwickelten Gase in der Deckplatte des Gefässes-l-angeordnet sind. Die Gasleitungen --6-- können jedoch auch in Form von zwei mit der Deckplatte des Gefässes-l-verbundenen Rohrleitungen ausgebildet werden (Fig. 4 und 5).
Bei dieser Ausführung besteht ein weiterer Unterschied darin, dass die beim Umstürzen des Elementes den Elektrolyt --2-- fühlenden Kontakte --7-- nicht in den Gasleitungen --6--, sondern auf der dem Gasraum --5-- zugekehrten Oberfläche der Deckplatte eingebaut sind. (In den Fig. 4 und 5 ist die Scheidewand zwischen dem Kathodenraum und dem Anodenraum nicht sichtbar.)
Das erfindungsgemässe gasentwickelnde elektrolytische Element kann in tragbaren Vorrichtungen mit gutem Erfolg angewendet werden. Beim Umstürzen des erfindungsgemässen Elementes wirkt der in die gasabführenden Öffnungen einfliessende Elektrolyt nicht auf die Bestandteile der äusseren Vorrichtung, weil der Elektrolyt den inneren Raum des Elementes nicht verlassen kann. Beim Umstürzen des Elementes kann weiters ein entsprechendes Alarmsignal geliefert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gasentwickelndes elektrolytisches Element rechteckigen Querschnitts für tragbare Vorrichtungen, insbesondere Messvorrichtungen für die Luftverunreinigung oder Flammendetektoren, das einen durch eine Trennwand in einen Kathodenraum und in einen Anodenraum aufgeteilten Gasraum, ein Flüssigkeitsniveau erfassende elektrische Kontakte und Gasleitungen zur Abführung der im Kathodenund dem Anodenraum gebildeten Gase aufweist, wobei der Gasraum in einem einen Elektrolyten enthaltenden und mit einer Deckplatte versehenen Gefäss angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gasabführenden Gasleitungen (6) einander diagonal gegenüberliegende und mit dem Kathoden-bzw.
dem Anodenraum kommunizierende Eintrittsöffnungen (8) und diagonal gegenüber den Eintrittsöffnungen (8) in oder über der Deckplatte liegende Austrittsöffnungen (9) aufweisen, dass die Gasleitungen (6) von der Eintrittsöffnung (8) bis zur Austrittsöffnung (9) aus vorwiegend waagrechten und senkrecht nach oben ausgerichteten Abschnitten gebildet sind, und dass die elektrischen Kontakte (7) in den Gasleitungen (6) oder auf der dem Gasraum (5) zugekehrten Seite der Deckplatte vorgesehen sind.