CH638908A5

CH638908A5 - Method for filling an expansion system, especially a membrane system

Info

Publication number: CH638908A5
Application number: CH1219378A
Authority: CH
Inventors: Sabri Savaskan
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1978-11-29
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1983-10-14

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTAN SPRÜCHE
1. Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems, insbesondere eines Membransystems, mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel, dadurch gekennzeichnet. dass stöchiometrisch abgestimmte Mengen von je mindestens einer in Festkörperform vorliegenden, bei der Neutralisationsreaktion eine Gasphase bildenden Säure und Base, zusammen mit einem ebenfalls festen Regulator, in ein Ausdehnungssystem gegeben werden.

- dieses Ausdehnungssystem gasdicht verschlossen, und mittels thermischer Behandlung die Reaktion zwischen Säure und Base durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Säuren, welche kationische Komponenten der Antriebsmittel enthalten, eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Säuren Ammonium- oder Aminsalze, insbesondere Methylaminsalze, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Säuren Chloride, Bromide, Nitrate, Sulfate, Perchlorate und/oder Carboxylate eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Basen Alkali- und/oder Erdalkalisalze, vorzugsweise Hydroxide, Oxide bzw. Alkoholate, eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Basen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kalziumhydroxid, Strontiumhydroxid, Bariumhydroxid, Lithiumoxid, Natriumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Natriummethylat und/oder Natriumäthylat eingesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass als Regulator Molekularsiebe, Bentonite, Natriumsulfat oder Silikagel eingesetzt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus zwei Hälften bestehende Ausdehnungssystem durch Schweissen, Verlöten oder Verkleben gasdicht verschlossen wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Edukte im gasdicht verschlossenen Ausdehnungssystem zur Bildung des Antriebsmittels während 1060 Min. bei 30100 " einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

10. Gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 mit bei Arbeitstemperatur gasförmigem Antriebsmittel gefülltes Ausdehnungssystem.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems, insbesondere eines Membransystems, mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel und auf ein nach diesem Verfahren gefülltes Ausdehnungssystem.

Als Ausdehnungssysteme ausgebildete thermische Regler und Stellantriebe sind weit verbreitet. Die gefässartig ausgebildeten Vorrichtungen bestehen mindestens teilweise aus senkrecht zur Gefässwand flexiblen Folien oder Dünnbändern, wobei eine unter Wärmeeinfluss das Volumen verändernde Füllung, die in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegt, als Antriebsmittel für Kontakte, Ventile oder dgl.

dient. Die flexiblen Folien oder Dünnbänder sind beispielsweise als Bälge oder Membranen ausgebildet.

Bei Raumtemperatur mit einer dampfförmigen Füllung als Antriebsmittel arbeitende thermische Regler und deren Nachteile werden in der Beschreibungseinleitung der DE-AS 25 33 823 beschrieben. Diese DE-AS beansprucht ihrerseits ein Verfahren zur Füllung eines Membransystems, bei welchem das im Arbeitsbereich dampfförmige Antriebsmittel nach einer irreversiblen Ligandenaustauschreaktion freigesetzt wird. Zu diesem Zweck wird vorerst eine abgemessene Menge je einer aus einem Zentralatom und Liganden bestehenden festen Koordinationsverbindung und einem flüssigen, mehrzähligen, zur Chelatbildung fähigen Liganden in das nicht verschlossene Membransystem gegeben.

Das Verfahren der DE-AS 25 33 823 erlaubt, die Abfüllvorgänge für die Antriebsmittel bzw. deren Edukte, die wegen physikalischen Eigenschaften wie z.B. Brennbarkeit, Geruch oder tiefem Siedepunkt bei Raumtemperatur nur schwierig zu handhaben sind, zu vereinfachen. Dagegen tritt mit der Einführung der festen Koordinationsverbindung mit einem Schwermetall als Zentralatom ein neues Problem auf: Die Rückstände können toxisch sein, z.B. beim Einsatz von Kobaltsalzen, was bei Defekten gefährlich ist. Da bei Raumtemperatur eine bestimmte, wenn auch verhältnismässige kleine Menge des flüssigen Liganden verdampft oder mit der Koordinationsverbindung reagiert, bilden sich im Bereich der Schweissstelle Kondensate von Ligand und Antriebsmittel.

Bei der Verschweissung verbrennen diese organischen Substanzen, was zu einem höheren Kohlenstoffgehalt an der Schweissstelle führt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Membransysteme undicht oder mangelhaft verschweisst sein und verhältnismässig früh Defekte aufweisen können.

Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel, bei welchem ausschliesslich bei Raumtemperatur feste Edukte ohne Schwermetalle bzw. Schwermetallsalze eingesetzt werden, zu schaffen, wobei das gewünschte Antriebsmittel durch eine Festkörperreaktion freigesetzt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass - stöchiometrisch abgestimmte Mengen von je mindestens einer in Festkörperform vorliegenden, bei der Neutralisationsreaktion eine Gasphase bildenden Säure und Base, zusammen mit einem ebenfalls festen Regulator, in ein Ausdehnungssystem gegeben werden, - dieser Ausdehnungssystem gasdicht verschlossen, und - mittels thermischer Behandlung die Reaktion zwischen Säure und Base durchgeführt wird.

Als feste Säuren werden Salze der gewünschten Antriebsmittel, welche die kationische Komponente bilden, eingesetzt.

Die Salze sind bevorzugt Chloride, Bromide, Nitrate, Sulfate, Perchlorate und/oder Carboxylate. Die anionischen Komponenten der Säuren werden in Funktion der Arbeitstemperatur des Ausdehnungssystems ausgewählt. Liegt die Arbeitstemperatur unterhalb 0 C, wird bevorzugt ein Ammoniumsalz eingesetzt. Bei Arbeitstemperaturen oberhalb 0 C haben sich Aminsalze, insbesondere Methylaminsalze, als sehr gut geeignet herausgestellt.

Als feste Basen werden Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen verwendet, beispielsweise Hydroxide von Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Strontium und/ oder Barium; Oxide von Lithium, Natrium, Magnesium, Kalzium, Strontium und/oder Barium; sowie Alkoholate, wie Natriummethylat und oder Phenolate.

Da sowohl die Säure als auch die Base in fester Form vorliegen, können sie in stöchiometrisch abgestimmten bzw.

äquimolaren Mengen exakt eingewogen werden, so dass die beiden Edukte bei einer thermischen Behandlung vollständig miteinander reagieren können. Die Rückstände der Neutralisationsreaktion, Alkali- oder Erdalkalisalze, sind gesundheitlich völlig unbedenklich. Die Festkörperreaktion zwischen den Säuren und Basen verlaufen bei Erwärmung meistens sehr spontan und sind stark exotherm. Zu ihrer Kontrolle wird deshalb schon zu Beginn ein Regulator eingesetzt, der vorzugsweise aus bekannten Molekularsieben, Bentoniten, Natriumsulfat oder Silikagel besteht.

Je nach den gewählten Edukten kann die Reaktion von reversiblem oder irreversiblem Charakter sein.

Säure, Base und Regulator werden in das verschliessbare A usdehnungssystem eingefüllt, und dieses gasdicht verschlossen. Da alle eingesetzten Edukte in fester Form vorliegen und bei Raumtemperatur weder sublimieren noch miteinander reagieren, ist ein einwandfreies Verschliessen gewährleistet.

Die gemischten Edukte sind unbeschränkt lagerbar.

Weiter bereiten die festen Edukte in der Handhabung keinerlei Schwierigkeiten, was den Arbeitsaufwand beim Abwägen bzw. Dosieren derart vereinfacht, dass dieser problemlos automatisiert werden kann. Dabei liegen Apparaturenbeschaffung und -steuerung im Vergleich zu bekannten Verfahren weitgehend günstiger.

Die Reaktion kann bei der Wahl einer entsprechenden kationischen Säurekomponente reversibel geführt werden, was bei thermischen Stellantrieben. die im allg. bei erhöhten Temperaturen arbeiten. nutzbringend angewendet werden.

Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit der Arbeitstemperatur gasförmigem Antriebsmittel gefüllte Ausdehnungssystem besteht vorzugsweise aus zwei gerillten, ineinanderpassenden Membranen, welche nach dem Einfüllen der Edukte in ihrem Randbereich miteinander verschweisst, verlötet oder verklebt werden.

Wenn ein grösseres Kapselvolumen benötigt wird, können auch mehrere Membranen kommunizierend miteinander verbunden werden. Je nach Verwendungszweck kann auch eine Kapillare in den Kapselraum, d.h. zwischen die Membranen geführt werden.

Das Ausdehnungssystem kann insbesondere für thermische Regler, insbesondere Gebrauchswassermischer, Radiatorregler, Raumthermostaten und Fernwärmefühler, sowie Stellantriebe verwendet werden.

Beispiel
In ein offenes Membransystem aus zwei rostfreien Schalen werden bei Raumtemperatur die berechnete Menge eines festen Salzes der Antriebsmittel (Säure), die äquimolare Menge fester Base und ein Molekularsieb gegeben, und die beiden Schalen gasdicht miteinander verschweisst. Das gasdicht verschlossene Membransystem wird während 10-60 Min. bei 30-100 C einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei nach den folgenden Reaktionsgleichungen gasförmiges Antriebsmittel erzeugt wird.

Reaktionsgleichungen:
1) (CH3)3N0+Xe +NaOH +Sil. (CH3)3N +NaDXe +Sil./H20 2) NH4oXe + NaOH + Sil. NH3 + Naexe + Sil./H2O 3) 2CH3N03H3Xe + CaO + Sil. 2CH3NH2 + Ca2fDXs2 + Sil./H2O
Fest Fest Fest Gas Fest Fest XO = Chlorid, Bromid, Nitrat, Sulfat, Perchlorat oder Carboxylat Sil. = Silikagel
Das gemäss dem Verfahren mit gasförmigem Antriebs mittel gefüllte Membransystem wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen schematisch:
Fig. 1 je eine äussere und innere Membranschale
Fig. 2 die mit den festen Edukten gefüllte äussere Mem branschale
Fig. 3 das aus den verschweissten Schalen gebildete Mem bransystem
Fig. 4 das Membransystem nach der Wärmebehandlung.

Fig. 1 zeigt eine äussere und eine innere Membranschale 10. 12, die scheibenförmig ausgebildet sind und aus rostfreiem
Stahl, Buntmetallen, insbesondere Kupfer oder Aluminium, oder Kunststoff bestehen. Beide Schalen 10, 12 sind derart gerillt, dass die innere Schale in die äussere gestellt werden kann. Weiter haben beide Schalen 10, 12 hochgezogene Ränder.

In Fig. 2 ist das Zentrum der äusseren Schale 10 mit den aus Säure, Base und Regulator bestehenden festen Edukten 14 gefüllt.

In Fig. 3 sind die ineinandergestellten Schalen 10, 12 mit den festen Edukten 14 im Innern mittels Schweissnähten 16 gasdicht miteinander verbunden und bilden so ein Membransystem 18.

Fig. 4 zeigt das Membransystem 18 nach der thermischen Behandlung, das Antriebsmittel 20 hat das Membransystem 18 aufgebläht. In der untern Schale 10 verbleibt der feste Rückstand 22.

Claims

PATENTAN SPRÜCHE 1. Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems, insbesondere eines Membransystems, mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel, dadurch gekennzeichnet. dass stöchiometrisch abgestimmte Mengen von je mindestens einer in Festkörperform vorliegenden, bei der Neutralisationsreaktion eine Gasphase bildenden Säure und Base, zusammen mit einem ebenfalls festen Regulator, in ein Ausdehnungssystem gegeben werden.

- dieses Ausdehnungssystem gasdicht verschlossen, und mittels thermischer Behandlung die Reaktion zwischen Säure und Base durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Säuren, welche kationische Komponenten der Antriebsmittel enthalten, eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Säuren Ammonium- oder Aminsalze, insbesondere Methylaminsalze, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass als Säuren Chloride, Bromide, Nitrate, Sulfate, Perchlorate und/oder Carboxylate eingesetzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Basen Alkali- und/oder Erdalkalisalze, vorzugsweise Hydroxide, Oxide bzw. Alkoholate, eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Basen Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kalziumhydroxid, Strontiumhydroxid, Bariumhydroxid, Lithiumoxid, Natriumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Natriummethylat und/oder Natriumäthylat eingesetzt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass als Regulator Molekularsiebe, Bentonite, Natriumsulfat oder Silikagel eingesetzt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus zwei Hälften bestehende Ausdehnungssystem durch Schweissen, Verlöten oder Verkleben gasdicht verschlossen wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Edukte im gasdicht verschlossenen Ausdehnungssystem zur Bildung des Antriebsmittels während 1060 Min. bei 30100 " einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
10. Gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 mit bei Arbeitstemperatur gasförmigem Antriebsmittel gefülltes Ausdehnungssystem.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems, insbesondere eines Membransystems, mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel und auf ein nach diesem Verfahren gefülltes Ausdehnungssystem.

Als Ausdehnungssysteme ausgebildete thermische Regler und Stellantriebe sind weit verbreitet. Die gefässartig ausgebildeten Vorrichtungen bestehen mindestens teilweise aus senkrecht zur Gefässwand flexiblen Folien oder Dünnbändern, wobei eine unter Wärmeeinfluss das Volumen verändernde Füllung, die in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegt, als Antriebsmittel für Kontakte, Ventile oder dgl.

dient. Die flexiblen Folien oder Dünnbänder sind beispielsweise als Bälge oder Membranen ausgebildet.

Bei Raumtemperatur mit einer dampfförmigen Füllung als Antriebsmittel arbeitende thermische Regler und deren Nachteile werden in der Beschreibungseinleitung der DE-AS 25 33 823 beschrieben. Diese DE-AS beansprucht ihrerseits ein Verfahren zur Füllung eines Membransystems, bei welchem das im Arbeitsbereich dampfförmige Antriebsmittel nach einer irreversiblen Ligandenaustauschreaktion freigesetzt wird. Zu diesem Zweck wird vorerst eine abgemessene Menge je einer aus einem Zentralatom und Liganden bestehenden festen Koordinationsverbindung und einem flüssigen, mehrzähligen, zur Chelatbildung fähigen Liganden in das nicht verschlossene Membransystem gegeben.

Das Verfahren der DE-AS 25 33 823 erlaubt, die Abfüllvorgänge für die Antriebsmittel bzw. deren Edukte, die wegen physikalischen Eigenschaften wie z.B. Brennbarkeit, Geruch oder tiefem Siedepunkt bei Raumtemperatur nur schwierig zu handhaben sind, zu vereinfachen. Dagegen tritt mit der Einführung der festen Koordinationsverbindung mit einem Schwermetall als Zentralatom ein neues Problem auf: Die Rückstände können toxisch sein, z.B. beim Einsatz von Kobaltsalzen, was bei Defekten gefährlich ist. Da bei Raumtemperatur eine bestimmte, wenn auch verhältnismässige kleine Menge des flüssigen Liganden verdampft oder mit der Koordinationsverbindung reagiert, bilden sich im Bereich der Schweissstelle Kondensate von Ligand und Antriebsmittel.

Bei der Verschweissung verbrennen diese organischen Substanzen, was zu einem höheren Kohlenstoffgehalt an der Schweissstelle führt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Membransysteme undicht oder mangelhaft verschweisst sein und verhältnismässig früh Defekte aufweisen können.

Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Füllung eines dicht verschliessbaren Ausdehnungssystems mit einem bei Arbeitstemperatur gasförmigen Antriebsmittel, bei welchem ausschliesslich bei Raumtemperatur feste Edukte ohne Schwermetalle bzw. Schwermetallsalze eingesetzt werden, zu schaffen, wobei das gewünschte Antriebsmittel durch eine Festkörperreaktion freigesetzt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass - stöchiometrisch abgestimmte Mengen von je mindestens einer in Festkörperform vorliegenden, bei der Neutralisationsreaktion eine Gasphase bildenden Säure und Base, zusammen mit einem ebenfalls festen Regulator, in ein Ausdehnungssystem gegeben werden, - dieser Ausdehnungssystem gasdicht verschlossen, und - mittels thermischer Behandlung die Reaktion zwischen Säure und Base durchgeführt wird.

Als feste Säuren werden Salze der gewünschten Antriebsmittel, welche die kationische Komponente bilden, eingesetzt.

Die Salze sind bevorzugt Chloride, Bromide, Nitrate, Sulfate, Perchlorate und/oder Carboxylate. Die anionischen Komponenten der Säuren werden in Funktion der Arbeitstemperatur des Ausdehnungssystems ausgewählt. Liegt die Arbeitstemperatur unterhalb 0 C, wird bevorzugt ein Ammoniumsalz eingesetzt. Bei Arbeitstemperaturen oberhalb 0 C haben sich Aminsalze, insbesondere Methylaminsalze, als sehr gut geeignet herausgestellt.

Als feste Basen werden Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen verwendet, beispielsweise Hydroxide von Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Strontium und/ oder Barium; Oxide von Lithium, Natrium, Magnesium, Kalzium, Strontium und/oder Barium; sowie Alkoholate, wie Natriummethylat und oder Phenolate.

Da sowohl die Säure als auch die Base in fester Form vorliegen, können sie in stöchiometrisch abgestimmten bzw.

äquimolaren Mengen exakt eingewogen werden, so dass die beiden Edukte bei einer thermischen Behandlung vollständig miteinander reagieren können. Die Rückstände der Neutralisationsreaktion, Alkali- oder Erdalkalisalze, sind gesundheitlich völlig unbedenklich. Die Festkörperreaktion zwischen den Säuren und Basen verlaufen bei Erwärmung meistens **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.