DE1540010C

DE1540010C - Adjustable liquid resistance, high current carrying capacity

Info

Publication number: DE1540010C
Application number: DE19621540010
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Unger, Gerhard R , Dipl Phys, 4788 Warstein
Priority date: 1962-10-17
Filing date: 1962-10-17
Publication date: 1973-06-07

Description

Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Flüssigkeitswiderstand großer Strombelastbarkeit mit an zu steuernde Stromkreise angeschlossenen Elektroden und mit mehr als zwei im Abstand in einem Gefäß nebeneinander angeordneten, aus Trennwänden gebildeten feststehenden Kammern, in denen der Flüssigkeitsspiegel eines Elektrolyten veränderbar ist.The invention relates to an adjustable liquid resistance with a large current carrying capacity with on electrodes connected to control circuits and with more than two spaced apart in a vessel fixed chambers arranged next to one another and formed from partition walls, in which the liquid level of an electrolyte is changeable.

Ein Widerstandselement mit einer nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie und großer Schwelfenspannung, das mit Starkstrom belastet werden kann, ist mit einem Flüssigkeitswiderstand erstellbar, bei dem zwischen den an den zu steuernden Stromkreis angeschlossenen Elektroden mehrere in einem Gefäß im Abstand nebeneinander angeordnete, aus Trennwänden gebildete, feststehende Kammern elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ein solcher Flüssigkeitswiderstand, ist in der deutschen Patentschrift 490 503 beschrieben, bei dem die Größe des jeweiligen Widerstandes durch Verändern des Flüssigkeitsspiegels eines Elektrolyten einstellbar ist.A resistance element with a nonlinear one Current-voltage characteristic and high threshold voltage that can be loaded with heavy current, can be created with a fluid resistance in which between the circuit to be controlled connected electrodes several spaced apart in a vessel, made of partition walls formed, fixed chambers are electrically connected in series. Such fluid resistance is described in German Patent 490 503, in which the size of the respective resistance is adjustable by changing the liquid level of an electrolyte.

Es liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem einstellbaren Flüssigkeitswiderstand großer Strombelastbarkeit mit an zu steuernde Stromkreise angeschlossenen Elektroden und mit mehr als zwei im Abstand in einem Gefäß nebeneinander angeordneten, aus Trennwänden gebildeten feststehenden Kammern, in denen der Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten veränderbar ist, unter Ausnutzung der Polarisationsspannung die Steigung der Strom-Spannungs-Kennlinie des Flüssigkeitswiderstands zu beeinflussen.The invention is now based on the object, with an adjustable fluid resistance, greater Current carrying capacity with electrodes connected to the circuits to be controlled and with more than two im Fixed chambers formed from partition walls and arranged side by side in a vessel, in which the liquid level of the electrolyte can be changed, using the polarization voltage, the slope of the current-voltage characteristic to influence the fluid resistance.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Flüssigkeitswiderstand der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die zwischen den Elektroden in Stromrichtung liegenden Trennwände der Kammern aus dem gleichen Metall wie die Elektroden bestehen. Flüssigkeitswiderstände gemäß der Erfindung mit einstellbarer Strom-Spannungs-Kennlinie sind beispielsweise als gesteuerte nichtlineare Widerstandselemente in Stromkreisen mit Elektromotoren verwendbar. According to the invention, this object is achieved with a fluid resistance of the type mentioned at the beginning solved by the fact that the dividing walls of the chambers located between the electrodes in the direction of flow consist of the same metal as the electrodes. Liquid resistances according to the invention with adjustable current-voltage characteristics are, for example, controlled non-linear resistance elements Can be used in circuits with electric motors.

ίο Eine spezielle Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß durch eine Höhenänderung des Flüssigkeitsspiegels des Elektrolyten in einer einzigen Kammer der Bahnwiderstand der Gesamtzahl der Kammern gesondert eingestellt wird.ίο There is a special development of the invention in that by changing the height of the electrolyte liquid level in a single chamber the resistance of the total number of chambers is set separately.

Ferner kann die Erfindung in der Weise zur Schaffung und Ausnutzung von Nebenschlußwiderständen in bezug auf die Kammern ausgestaltet werden, daß die Variationsbreite der Einstellung von vorgesehenen Nebenschlußwiderständen der Kammern durch die Abstände zwischen dem Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten und den Oberkanten von vollständig eingetauchten Trennwänden vorgegeben ist.Furthermore, the invention can be used in the manner of creating and exploiting shunt resistors in be designed with respect to the chambers that the range of variation of the setting provided Shunt resistances of the chambers due to the distances between the liquid level of the electrolyte and the upper edges of completely submerged partitions is given.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 4 gekennzeichnet.Another advantageous embodiment of the invention is characterized in claim 4.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend erläutert. In den Figuren der Zeichnung haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen.
F i g. 1 zeigt die nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie eines polarisierbaren Flüssigkeitswiderstandes, bei dem sich zwischen zwei Elektroden ein Elektrolyt befindet. Seine Schwellenspannung U_P ist die EMK des durch Polarisation unter Stromfluß entstandenen Gegenelements. Bei großen Stromstärken und Stromdichten stellt sich auf den Elektroden eine Konzentrationspolarisation zusätzlich ein, die einen Anstieg der Kennlinie über den Sättigungswert i₃ hinaus verhindert. Die Bezeichnung Schwellenspannung wird im folgenden durch die Bezeichnung Polarisationsspannung ersetzt.The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown schematically in the drawing. In the figures of the drawing, the same elements have the same reference symbols.
F i g. 1 shows the non-linear current-voltage characteristic of a polarizable liquid resistor in which an electrolyte is located between two electrodes. Its threshold voltage U _P is the EMF of the counter-element created by polarization under current flow. In the case of high currents and current densities, a concentration polarization also sets in on the electrodes, which prevents the characteristic curve from rising above the saturation value i _3. The term threshold voltage is replaced in the following by the term polarization voltage.

Die F i g. 2, 3, 4, 9 und 11 zeigen nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinien von polarisierbaren Flüssigkeitswiderständen, bei denen zwischen zwei Elektroden mehrere Trennwände mit Abstand nebeneinanderangeordnet sind und Kammern bilden, die mit einem Elektrolyt gefüllt sind. Bei einem solchen Flüssigkeitswiderstand bilden η — 1 Trennwände zusammen mit den beiden Außenelektroden η Kammern. Dessen Kennlinie hat nach F i g. 1 eine Polarisa-So tionsspannung«C/„ und einen Bahnwiderstand nRß. Die Kennlinie nach der F i g. 3 zeigt eine von den Kennlinien nach F i g. 1 und 2 abweichende Form. Die Polarisationsspannung stimmt mit der Polarisationsspannung U_v einer einzigen Kammer mit zwei Elektroden überein. Oberhalb von U₉ verläuft die Kennlinie entsprechend der Größe eines im Flüssigkeitswiderstand absichtlich belassenen Nebenschlußwiderstandes Rg. Die Kennlinie nach F i g. 3 geht etwa bei nU_v ungefähr in den Verlauf der Kennlinie nach F i g. 2 über.The F i g. 2, 3, 4, 9 and 11 show non-linear current-voltage characteristics of polarizable liquid resistances in which several separating walls are arranged at a distance between two electrodes and form chambers which are filled with an electrolyte. With such a fluid resistance, η - 1 form dividing walls together with the two external electrodes η chambers. According to FIG. 1 a polarization voltage "C /" and a rail resistance nRß. The characteristic curve according to FIG. 3 shows one of the characteristic curves according to FIG. 1 and 2 different form. The polarization voltage corresponds to the polarization voltage U _{v of} a single chamber with two electrodes. Above U ₉ , the characteristic curve runs according to the size of a shunt resistance Rg that is intentionally left in the liquid resistance. The characteristic curve according to FIG. 3 goes roughly in the course of the characteristic curve according to FIG. _{3 at nU v.} 2 over.

Die Kennlinie nach F i g. 4 schließlich weicht von denen nach F i g. 1 bis 3 ab. Bei ihr entsteht die Polarisationsspannung mU_P durch das Vorhandensein von m nebenschlußfreien Kammern. Oberhalb von mU_v verläuft die Kennlinie entsprechend eines mit der an den Widerstand angelegten Spannung zunehmenden Nebenschlußstromes, der an den restlichen n-m Kammern vorbeifließt. Erst bei der Polarisations-The characteristic curve according to FIG. 4 finally differs from those according to FIG. 1 to 3 from. With it, the polarization voltage mU _P arises from the presence of m chambers free of shunts. Above mU _v , the characteristic curve runs according to a shunt current which increases with the voltage applied to the resistor and which flows past the remaining nm chambers. Only when the polarization

3 43 4

pannungni/j, von η Kammern beginnt der steilere Nebenschlußwiderstände R_s und Bahnwiderstände R_B voltageni / j, the steeper shunt resistances R _s and rail resistances _{R B} begin from η chambers

jtromanstieg entsprechend der Summe der Leit- möglich. Je nachdem, wie weit die Oberkanten der injtrincrease possible according to the sum of the leading. Depending on how far the upper edges of the in

verte 1/R_S und llnR_B. Der Bahnwiderstand R_B ist den Elektrolyt eingetauchten Trennwände unter demverte 1 / R _S and llnR _B. The bulk resistance R _B is the partition walls immersed under the electrolyte

lurch die Eintauchfläche und den gegenseitigen Ab- Flüssigkeitsspiegel S liegen, ergeben sich Neben-Due to the immersion surface and the mutual downward liquid level S , secondary

.tand der Trennwände gegeben. 5 schlußwiderstände R_s entsprechender Größe. Diese.tand the partition walls given. 5 terminal resistances R _{s of the} corresponding size. This

Die F i g. 5a und 5b zeigen schematisch den Aufbau lassen sich in einfacher Weise durch Heben oderThe F i g. 5a and 5b show schematically the structure can be easily lifted or

;ines Flüssigkeitswiderstandes, welcher eine Kenn- Senken des Elektrolytspiegels S verändern und ein-; ines fluid resistance, which changes a characteristic lowering of the electrolyte level S and a

inie nach F i g. 2 aufweist, bei dem alle zwischen stellen. Ein großer Abstand zwischen S und Oberkanteline according to FIG. 2, in which all places between. A large distance between the S and the top edge

iwei Elektroden A_x und A₂ paketartig nebeneinander der eingetauchten Trennwände P ergibt einen kleineniwei electrodes A _x and A ₂ next to each other like a packet next to the submerged partitions P results in a small one

ingeordnete Trennwände P, welche Kammern bilden, io Widerstand R_s, ein kleiner Abstand zwischen S undinternal partition walls P, which form chambers, io resistance R _s , a small distance between S and

lus dem Elektrolyt E herausragen. Selbstverständlich Oberkante ergibt einen großen Widerstand R₈. Dem-stick out from the electrolyte E. Of course, the upper edge results in a large resistance R ₈ . To the-

missen die Trennwände genügend weit über den entsprechend ergibt sich der Anstieg des mittlerenIf the partition walls are sufficiently far above the corresponding, there is an increase in the mean

Flüssigkeitsspiegel »S desselben herausragen, damit der Kennlinienteiles von F i g. 4. Damit nach F i g. 4 einThe liquid level »S of the same protrude so that the part of the characteristic curve from FIG. 4. So that according to FIG. 4 a

durch die Gasentwicklung aufquellende Elektrolyt Nebenschlußstrom bei der Spannung mU_v zu fließendue to the electrolyte swelling due to the evolution of gas, shunt current to flow at the voltage mU _v

licht über die Trennwände steigen kann und dadurch 15 beginnt, können die Oberkanten der Trennwändelight can rise over the partitions and thereby begins 15, the upper edges of the partitions

einen Nebenschluß erzeugt. In den F i g. 5a und 5b der m nebenschlußfreien Kammern in beliebigercreates a shunt. In the F i g. 5a and 5b of the m shunt-free chambers in any

(letztere stellt einen Querschnitt B-C der F i g. 5a dar) Reihenfolge aus dem Elektrolyt herausragen.(the latter represents a cross section BC of FIG. 5a) sequence protruding from the electrolyte.

ist angedeutet, daß die beispielsweise als Nickel- Die F i g. 8 zeigt mögliche Ausführungsformen vonit is indicated that, for example, as a nickel die F i g. 8 shows possible embodiments of

Platten ausgebildeten Trennwände P an drei Rändern Flüssigkeitswiderständen, wobei nur die AnordnungPanels formed partition walls P on three edges fluid resistance, with only the arrangement

in Wände Wl bis W3 eingelassen sind. Diese Wände 20 der Trennwände P im Elektrolyt E dargestellt ist. Dieare embedded in walls Wl to W3. These walls 20 of the partition walls P in the electrolyte E is shown. the

können z. B. aus einem Niederdruckharz bestehen, F i g. 9 zeigt die für jede Anordnung nach der F i g. 8can e.g. B. consist of a low pressure resin, F i g. 9 shows the for each arrangement according to FIG. 8th

das bekanntlich ohne Abspaltung flüchtiger Stoffe sich ergebende Strom-Spannungs-Kennlinie des Wi-the current-voltage characteristic curve of the Wi-

bei der Polymerisation nicht wieder erweichbar aus- derstandes. Es ist hierbei angenommen, daß derduring the polymerization it cannot be softened again. It is assumed here that the

härtet. Die Ränder der Trennwände P können in das Elektrolytspiegel S bei allen Anordnungen gleichhardens. The edges of the partition walls P can be the same in the electrolyte level S in all arrangements

Gießharz so dicht eingebettet werden, daß keine 25 hoch ist. Bei der Anordnung nach der F i g. 8 a ragenCast resin are embedded so tightly that no 25 is high. In the arrangement according to FIG. 8 a tower

Ionen im Nebenschluß der Kammern wandern. Die alle Oberkanten der Trennwände aus dem ElektrolytIons migrate in the bypass of the chambers. The all top edges of the partitions from the electrolyte

Anordnung ist also elektrisch vollkommen neben- heraus. Es ergibt sich die Kennlinie α nach F i g. 9.The electrical arrangement is therefore completely next to one another. The result is the characteristic curve α according to FIG. 9.

schlußfrei. Bei der Anordnung nach F i g. 8 b ist eine Trennwandno conclusion. In the arrangement according to FIG. 8 b is a partition

Besonders vorteilhaft hat sich das polarisierbare in den Elektrolyt voll eingetaucht. Es ergibt sich die System Ni — 1« NaOH-Ni als Flüssigkeitswider- 30 Kennlinie b nach Fig. 9. Bei den weiteren Anordstand erwiesen, da es frei von chemischen Reaktionen nungen nach den F i g. 8 c bis 8e ist jeweils eine weitere an den Elektroden und Trennwänden ist und eine Trennwand in den Elektrolyt voll eingetaucht, und es hohe kritische Stromdichte zuläßt. Diese beträgt bei ergeben sich die Kennlinien c bis e nach F i g. 9; einem Trennwandabstand von etwa 1,3 mm und bei Mit einer festen Anordnung von η bis 1 nebeneinquadratischen Trennwandflächen etwa 20 A/cm². In- 35 ander angeordneten unterschiedlich hohen Trennfolge der Wasserzersetzung bildet sich ein H₂-O₂-Ge- wänden bei einem Elektrolytwiderstand lassen sich genelement mit einer Polarisationsspannung U„ von auch durch Überbrücken einzelner Kammern sowie 1,7 V aus. durch Veränderung des Flüssigkeitsspiegeis S desThe polarizable is particularly advantageously fully immersed in the electrolyte. The result is the system Ni - 1 «NaOH-Ni as fluid resistance curve b according to FIG. 8c to 8e is a further one on the electrodes and partition walls and one partition wall is fully immersed in the electrolyte, and it allows high critical current density. This amounts to the characteristic curves c to e according to FIG. 9; a partition wall distance of about 1.3 mm and with a fixed arrangement of η to 1 adjacent one-square partition wall areas about 20 A / cm ² . An H ₂ -O ₂ wall is formed in the case of an electrolyte resistance, a counter element with a polarization voltage U " of 1.7 V by bridging individual chambers as well. by changing the liquid level S des

Zwecks Variation der Kennlinie können Neben- Elektrolyts Kombinationen von η bis 1 Variationen Schlüsse zu den Kammern absichtlich geschaffen 40 und η Variationen der Kennlinie oder durch Verwerden, so daß sich bei einem Flüssigkeitswiderstand änderung von S allein nur η Variationen der Kennlinie mit η bis 1 Trennwänden (n Kammern) Kennlinien einstellen. Durch bestimmte Höhenunterschiede zwinach den F i g. 3 und 4 ergeben. Einen solchen sehen den Oberkanten der einzelnen Trennwände Widerstand zeigt schematisch die F i g. 6. Dieser läßt sich ein entsprechender Bereich für eine Variation weist einen Nebenschluß auf, der durch die Möglich- 45 des Nebenschlußwiderstandes (durch Veränderung keit der Wanderung der Ionen von der Elektrode A₁ des Flüssigkeitsspiegels des Elektrolyts) vorgeben, zur Elektrode A₂ unter Umgehung der η Kammern Der Bahnwiderstand einer derartigen Anordnung besteht, weil die Trennwände P im Elektrolyt E voll hängt außer vom Zustand des Elektrolyten im wesenteingetaucht sind. Selbstverständlich können auch liehen von der kleinsten Eintauchfläche aller Trennandere Nebenschlußwege in dem Widerstand ge- 50 wände ab. F i g. 10 zeigt ein Beispiel mit sechs Vaschaffen werden. riationen der Kennlinie, die bei einer festen An-In order to vary the characteristic, secondary electrolyte combinations of η to 1 variations, conclusions about the chambers can be intentionally created 40 and η variations of the characteristic curve or by using, so that with a liquid resistance change from S alone only η variations of the characteristic curve with η to 1 partition walls (n chambers) Set characteristic curves. Due to certain height differences between the F i g. 3 and 4 result. Such a see the upper edges of the individual partition walls resistance is shown schematically in FIG. 6. This can be a corresponding range for a variation has a shunt, which is given by the possibility of the shunt resistance (by changing the speed of the migration of the ions from the electrode A _{1 of} the liquid level of the electrolyte) to the electrode A ₂ bypassing of the η chambers The sheet resistance of such an arrangement exists because the partition walls P are completely immersed in the electrolyte E apart from the state of the electrolyte. Of course, other shunt paths in the resistor can also be borrowed from the smallest immersion area of all separators. F i g. 10 shows an example with six Vaschaffen. rations of the characteristic curve, which in the case of a fixed

Die F i g. 7 zeigt einen Flüssigkeitswiderstand mit Ordnung mit unterschiedlich hohen Trennwänden P einer Kennlinie nach F i g. 4. Bei diesem Widerstand bei unterschiedlichen Höhen 1 bis 6 des Flüssigkeitsragen zwei Trennwände aus dem Elektrolyt heraus, spiegeis S des Elektrolyts einstellbar sind. Je nach und drei Trennwände sind voll eingetaucht. Bei 55 Höhe von S sind bei dieser Anordnung mehr oder Flüssigkeitswiderständen mit η bis 1 Trennwänden weniger Trennwände P voll in den Elektrolyten einsind η Variationen der Strom-Spannungs-Kennlinie getaucht. Die Variationen der Kennlinie sind in durch Verändern der Anzahl herausragender Trenn- F i g. 11 dargestellt. Sie können bei einer in Betrieb wände bzw. der Anzahl m nebenschlußfreier Kammern befindlichen festen Anordnung durch Höhenänderung gegeben, ferner sind Variationen durch Verändern der 60 von S schaltfrei durchfahren werden.The F i g. 7 shows a fluid resistance with order with dividing walls P of different heights of a characteristic curve according to FIG. 4. With this resistance at different heights 1 to 6 of the liquid, two partition walls protrude from the electrolyte, mirror S of the electrolyte are adjustable. Depending on and three partitions are fully submerged. At 55 height of S , in this arrangement more or liquid resistances with η to 1 partition walls less partition walls P are fully immersed in the electrolyte η variations of the current-voltage characteristic. The variations of the characteristic curve are shown in by changing the number of outstanding separating F i g. 11 shown. They can be given by changing the height in the case of an in-use walls or the number m of shunt-free chambers, and variations can be passed through without switching by changing the 60 of S.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Adjustable liquid resistance of high current carrying capacity with electrodes connected to the circuits to be controlled and with more than two fixed chambers arranged side by side in a vessel and formed from partition walls, in which the liquid level of an electrolyte can be changed, characterized in that the between the electrodes ( A ₁ , A ₂ ) dividing walls (P) of the chambers lying in the direction of flow are made of the same metal as the electrodes.

2. Adjustable liquid resistance according to claim 1, characterized in that the sheet resistance (Rb) of the total number of chambers can be adjusted by changing the height of the liquid level (S) of the electrolyte (E) of a single chamber.

3. Adjustable liquid resistance according to claim 1, characterized in that the size of the provided shunt resistances (R ₃ ) to the chambers by the distances between the liquid level (S) of the electrolyte (E) and the upper edges of the completely submerged partitions (P) is adjustable .

4. Adjustable liquid resistance according to claim 1, characterized in that / to achieve a desired current-voltage curve, the dividing walls forming the chambers in selectable sequence individually or in groups have different heights of their upper edges and the height of the liquid level is adjustable.