DE1767444A1 - Druckempfindlicher Steuerkreis fuer einen mit Elektrolyse arbeitenden Wasserstofferzeuger - Google Patents

Description

Druckempfindlicher Steuerkreis für einen mit Elektrolyse arbeitenden Wasserstofferzeuger

Dl· Erfindung betrifft Wasserstofferzeuger und insbesondere einen neuen elektronischen Schaltkreis zur Kontrolle der Orösse de· Strom* der den Elektroden eines derartigen Generators* abhängig vom erzeugten Gasdruck· zugeführt wird«

Wasserstofferzeuger, weicht mit Elektrolyse arbeiten, sind wohl bekannt und erfordern In allgemeinen dem Druchtrltt eines elektrischen Stroms zwischen in einer wässrigen Lösung angeordnet «α Elektroden. Der Strom ionisiert die Wassermole«· küle, wobei die positiv geladenen Wasseretoffionen zur negativen Hektrode oder Kathode wandern, während ei oh die negativ geladenen Sauerstoff ionen an der positiven Elektrode oder

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Anode sammeln. Die WasserstoffIonen erleiden bei der Kathode eine Reduktion» Indem sie Elektronen aufnehmen und dabei ihre positive Ladung neutralisieren; dabei bilden sie WasserstoffgasblSschen,die zur Oberfläche der Flüssigkeit steigen, von welcher sie gesammelt und abgeführt werden können.

Wenn derartige Generatoren verwendet werden» um Wasserstoff einem Flammendetektor zuzuführen« beispielsweise in einem Suchsystea für Verunreinigungen, so hängt der Wasserstofftadarf des Suchsystems von einer Anzahl veränderlicher Paktoren, einsohliessllch der Umgebungstemperatur, ab· Bisher hat man vorgeschlagen, den Wasserstoffgeneratorausgang, abhängig vom Verbrauch des Systems dadurch zu regulieren, dass der Wasserst off druck In der Ausgangsleitung des (Jenerat ors genessen wurde, der direkt proportional zum Verbrauch schwankt, und dass der Im Generator vorhandene Strom abhängig von diesem Druck gesteuert wurde. Bei der Einführung einer derartigen Anordnung sind jedoch viele Probleme aufgetreten, da die bekannten Druckabtastgeräte zu unempfindlich sind vnd die Steuereinrichtung für den Strom zuviel Trägheit oder Ausgangsversdgerung aufwies. Infolgedessen hat der /vagangedruck die Neigung zu pendeln oder um den gewünschten Wert über einen gefährlich weiten Bereich zu schwingen, wodurch es oftmals zu einem Weglaufen und Zusammenbruch dee Systems kam»

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Die vorliegende Erfindung löst die vorausgehend genannten Probiene dadurch« dass ein neuer Steuerkreis fUr einen Wasserstofferzeuger geschaffen wird, welcher durch ein photoelektrisch abgelesenes Flüssigkeitsmanometer gekennzeichnet ist, sowie durch einen mit Transistoren bestückten Relaiskreis, welcher auf die Photozelle des Nanometers anspricht, und c. eine Stromsteuerung, die vom Relaiskreis kontrolliert wird, um den den Elektroden des Wasserstofferzetigers zugeführten Strom zu steuernο Die Gesamtanordnung ist einfach in ihrem Aufbau, verhältnismässig frei von beweglichen Teilen und gestattet eine einfache Einstellung des gewünschten Wasserstoff ■ ausgangsdrucks, der aufrechterhalten werden soll. Experimentalle Ergebnisse zeigen, dass der erfindungsgeraKsse Steuerkreis den Ausgangedruck Innerhalb von + 0,033 mn Wassersäule (0,015 Zoll) aufrechterhält, während die grösste Genauigkeit, die mit bekannten Anordnungen erreicht werden konnte,, bei ψ 0,89 mm Wassersäule (0,35 Zoll) lag.

Die einzige Figur der Zeichnungen stellt ein scheme.tisoh«s Schaltbild des erfindungs^emUssen elektronischen Eteuerkreis*£ dar·

Es wird anschliessend auf die Zeichnungen Bezug genommen« Wasserstoff wird in einem mit Elektrolyse arbeitenden Generator ID

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erzeugt, welcher einen Behälter 12 zur Aufnahme von Flüssigkeit, eine ringförmige Anode 14, die geschnitten dargestellt ist, eine stabförmige Kathode 16, eine Hilfskathode 18 und einen trichterförmigen Wassertetoffsammler 20 aufweist· Wasser wird dem Behälter bei 22 zugeführt und steigt bis zum Niveau des Überlaufs 24. Der dargestellte Generator 10 bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung, da jeder beliebige, mit Elektrolyse arbeitende, bekannte Generator verwendet werden könnte. Sauerstoff wird vom oberen Abschnitt des Behälters bei 26 abgeführt und der erzeugte Wasserstoff wird über die Augangsleitung 28 abgezogen, die zu einem Verbraucher, in diesem Falle einem Flammendetektorj. führt,. Eine Zweigleitung in der Ausgangeleitung 28 steht mit einem U-Rohr eines Druckmessers 30 in Verbindlang, das mit geeigneter Flüssigkeit ?2, wie etwa Wasser, gefüllt ist. Der Flüssigkeitsspiegel in einem Arm des U-Rohrs wird mit Hilfe einer Lampe 34, die mit einer Photozelle 36 zusammenarbeitet, gemessene Das Gehäuse, das die Lampe und dia Fhotvozelle enthält, ist längs des Arms des U-Bohres auf und ab beweglich, um eine Einstellung des Wnssserstoffdruckniveaus in einer später Im einzelnen bosehriebenen Welse zu ermöglichen.

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Dem System wird von einer Spannungsquell^ von 115 Volt und 60 Hz-Leistung zugeführt, die zur Prlmär?iitdung 38 eines Leistungstransformators 40 gelangt, und zwar Über eine Lei» tungjdie eine Schmelzsicherung 42, einen Schalter 44, einen Relaisschalter 46, entweder Potentiometer 48 oder Relaisschalter 50,und einen Wählerschalter 52 aufweist. Die getrennten Sekundärwlndungen 54 des Transformators 40 sind mit der Anode 14 des Wasserst off generators 10 über «in Amperemeter 56 v»r~ bunden, das in geeigneter Heise gleicht sein kam» - um eine sofortige Anzeige der Menge des erzeugten Wasserstoffes in ml pro Minute zu liefern. Eine der Sakunciärwlndimg«in ':;4 Ist über die Diodengleiehriehttir 58 direkt mit der Kathode« 3.5 verbunden, wShrend die andere Sekundärwindung 54 über eine Relaisspule 60, eine Stromöteuerlarapis 62 und Diodengl^icL· rlohter 64 mlfc der Hilfskathode l8 verbunden sind*

Im normalen Betrieb, wobai der Schalter 44 geschlossen ist, wird die Anzeigelampe 66 Ubsr den Widerstand 63 er-regh, Fall» der Wasserzufluss unterbrochen ist und dßs Niveau im lieb al- ter 12 unterhalb der Hllfskathode l8 abmit, so wird die Relaisspule Co atronbs und der ihr zugeordnete Schalter 46 gelangt an seinen oberen Kontakt, wodurch die Ana«igeχam09 •rlisoht und Über Widerstand 72 ein Warnlicht 70 elnschai·»

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tet, um auf diese Welse dem Bedienungspersonal den niedrigen Wasserstand anzuzeigen. Eine Luftpumpe Jk 1st ebenfalls an 4er Wechselstromquelle angeschlossen, um Luftproben in das Verunreinigungs-Suchgerät einzuführen. Ein Transformator 76 liegt parallel zur Luftpumpe, um ein Speichersignal zu liefern, durch welches die Lampe 34 am Manometer mit Strom versorgt wird» Eine Kontrolle des Wasserstofferzeugers 10 von Hand kann dadurch erzielt werden, dass der Wählerachalter 42 von seiner Stellung für automatischen Betrieb auf die Stellung für Handbetrieb umgeschaltet mid der Transformator 78 eingestellt wird.

Die Widerstände 80, 82, 84 und 86 sowie der Kondensator 88 und die Diode 90 stellen einen öleichstromerzeugsr für den mit Transistoren bestückten Relaiskontrollkrefe dar, welcher ein Potentiometer 92, einen Vorwidftr3tand 94, ßinen npn-Transistor 96, eine Relaisspule 98 und einen Kondensator 100 aufweist.

Nimmt man an, dass während des Betriebs der Bedarf des Flernmendetektors vorübergehend ansteigt, so wird ein gröaserss Volumen Wasserstoff abgezogen und damit der Wasserstoff druck verringert. Der FlUeslgkelteetand im Manometerrohr fällt infolgedessen und die Photozelle 36 wird durch die Lichtquelle 34 beleuchtet. Damit wird der Widerstand der Photozelle

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auf den Rilo-Obm-Bereich verringert, wodurch die positive Vorspannung an der Basis des Transistors 96 erhellt wird, so dass der Transistor leitend wird· Die Relaisspule 98 wird damit erregt und schaltet den zugehörigen Schaltarm 50 in seine geschlossene Stellung« Dadurch wird das Pot ent lone* ter 48 kurzgeschlossen, wodurch der Strom durch die Pri~ oHriclndung des Transformators 40 ansteigt und einen ent-

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sprechend grusseren Stromfluss in den SekundMrwindimgen erzeugt, die zu den Elektroden l4_; 16 und 18 des Wasserstoff erzeugtes führen« Me Wasserstofflieferung des Generators steigt damit anο Der Wasserstoffdruck erhöht ₍sich und die Flüssigkeit 32 in ffanometerrohr steigt wiederum soweit an, um die Photozelle 36 von der Lichtquelle asu trennen·

Der Kreis schwingt aun in umgekehrter Richtung- %robei der Widerstand der fhotozelle sich zum Megt>-Olim Bereich erhöht „ um dadurch die Vorspanramg an Trtmnlatcj* 96 zu. ^rrlftgsrn und diesen nichtleitend zu machen· Die Bslaisapule 98 :*irö etroalos, wodurch der Schalters 50 in die offere Stellung gelangt und das Potentiometer 48 wirrt v-ieder in öen Schaltkreis eingeschaltet, um den Strca durch den 'fr&nsfornator 40 zu verringern und schliesslich die Honge dee erzeugten Wasserstoffs.

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Der Sehaltkreis schwingt ständig in der vorausgehend beschriebenen Weise Über einen Bereich von 0,076 mm Wassersäule, was ftir die meisten Anwendungen gut innerhalb der zulässigen Grenzen liegt» Selbstverständlich wäre es möglich, im Schaltkreis Dämpfungsmittel oder Mengenmessgeräte anzuordnen, desgleichen Integrations- oder RUckstelleinrichtungen, um damit eine Anlage zu schaffen, in welcher der Wasserstoff druck genau dem Verbrauch folgt» wie dies in automatischen Steuerungen wohlbekannt ist und die Anordnung derartiger iiusätzlicher Einrichtungen liegt innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindungο

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Claims (1)

1. ^v 10. Mai 1968

   ^a t β η t a η s ρ r ti c h e

   i. Druckempfindlicher Steu«rkreis für einen rait Elektrolyse arbeitenden Wasserstoffgenerator, der eine Anode und Kathode und Einrichtungen zum Sammeln von erzeugtem Wasserstoff und Speisung desselben on eine Ausgangsleitung aufweist;, mit einer elektrischen Leistungsteil« und einer Uraformeinrichtung zur Verbindung der Lodstungsquolle snlt den Elektroden,, geksnnzeioimefc durch ein phot ο elektrisch abgetastetes Iruckmanometer, das mit der Ausgangsleitung des Generators verbunden ist, einen transistorgfisfcmierfcen !Relais» schaltkreis, dar auf ciii phot α elektrisch» Abt aat Vorrichtung des Druckir3sse|»3 anspricht« und durch eins von der !Relaisschaltung seatauerte Eisarichtungi, die zwischen der I-eisfcungsquell« und der iJmwanölungseinrichtung angeoränttt ist,» um den den Elektroden dfc& *Jaasei*a'iorrKeii^Aiiafeoi*ü zi^gefOhvten Strom zu r^gull^ren* x-mi*il tier Genera;Di⁴StXOm abhlingig vom Wasser st off ausgoß gadruclc n-mt euer'; wirde

   2a SteufHckrela nach Ansprii-jh 1, dridvröh y;tk&Dnz«Lehnet, dass der photoselektrisch abgatfisfcet^ Drucfcuesser ein mit Flüssigkeit gefüllte8 U-Bohy-Manomeier aufweist» dessen eines

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   Ende mit dir Ausgangsleitung des tfenerators verbunden ist, mit einer Lichtquelle, die an einer Seite eines Arms des UoRohrs lidgtj, mit einer Phot öse 11* an der anderen Seite • des einen genannten Arms dea U-Rohr3* der der Lichtquelle entgegengesetzt liegt, und mit einer Einrichtung, um Lichtquelle und Photozelle zusammen längs des Arms des U~Rohrs nach oben oder unten zu verschieben«,

   3· Steuerkreis nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die Lalstmgsqualle aus alner Weehselatromleistungsqualle besteht und ferner ein Leistungsabgabe-Netzwerk aufweist, dass zwischen dar Lelstimgsquelle und dem ilelaiakrais zur Lieferung gesteuerter Oieichstromleistung an den Ilelaiskrais Liegt» und das» der Relalskrein einen Transistor und eine Relaisspul3 aufweist, die in Keihe liegen, und die photoelektrische Abtasteinrichtung ües Dru6kmese«irs mit der Basis das Transistors verbunden let.

   * Bteuerkrela nach Anopruch 1 bi.a 3? dadurch ß dass der paofcoiiiektrisch abgefcasfctite D?uakü«asers ein mit Flüssigkeit: gefülltes U--Manometer rohr aufweist, dessen eines 2nd» nit de.r Ausgargalfeltung des Generators

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   verbunden 1st und dass die Lichtquelle an einer Seite eines Arms dee Ü-Rohrs liegt und eine Photo2elle an der anderen Seite des genannten einen Arms des U-Rohrs ge» genüber der Lichtquelle liegte

   5· Steuerkreis nach Anspruch 1 oder 4_? dadurch gekennzeichnet, dass die vo» Relai akreis gesteuerte Einrichtung ein Potentiometer aufweist» mit welchem ein von Einern Relais gesteuert r Schalter pfimllel li§gt_e

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