DE180230C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Messung des elektrischen Stromes durch Elektrolyse. Es sind bereits Meßinstrumente bekannt, welche auf den Beziehungen zwischen der Stromstärke und der zersetzten Menge des Elektrolyten beruhen. Man nennt sie Voltameter, und bei den sogenannten Wasservoltametern wird die Stromstärke durch Messung derjenigen Gasmenge

ίο festgestellt, welche der Strom aus leitend gemachtem Wasser entwickelt.

Eine andere Meßmethode besteht darin, daß man das entstandene Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff durch Zündung mittels elektrischen Funkens oder einer glühenden Metallspirale zur Verbindung miteinander bringt und die gebildete Wassermenge mißt. Falls aus dem Elektrolyten nur Wasserstoff entwickelt wird, hat man vorgeschlagen, diesen Wasserstoff an einer aus Platinschwamm bestehenden Zündpille zur Entzündung zu bringen, ein Verfahren, welches auch bei Wasservoltametern angewendet werden kann, wo das gebildete Gas aus einem Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff besteht.

Die Voltameter der letzten Art sind unter dem Namen »Knallgasvoltameter« bekannt, und sie haben sämtlich den Nachteil, daß sich dieselben nicht für Messungen im Betriebe, bei welchen die augenblicklich vorhandene Stromstärke angegeben werden soll, eignen, denn bei solchen Voltametern kann ja das Resultat der Messungen erst nach Beendigung der jeweiligen Stromarbeit festgestellt werden.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Wasservoltameter zu schaffen, welches genau so wie die bekannten Elektrizitätszähler von selbst die jeweilig geleistete elektrische Arbeit registriert.

Das Verfahren, auf welchem diese neue Meßmethode basiert, ist ähnlich den Vorgängen, welche sich in einem Knallgasvoltameter abspielen. Ein prinzipieller Unterschied zwischen beiden besteht aber darin, daß gemäß der vorliegenden Erfindung das Gemisch von Wasserstoff und 'Sauerstoff nicht durch Explosion oder durch Zündung, sondern auf katalytischem Wege zur Vereinigung gebracht wird, und zwar findet die Vereinigung der beiden Gase fortdauernd ,^d. h. solange der Strom eine Arbeit leistet, statt, und das gebildete Wasser kann gemessen oder gewogen werden, um aus dem Volumen oder dem Gewichte die Stromarbeit festzustellen. Am zweckmäßigsten wird dieses aus Wasserstoff und Sauerstoff gebildete Wasser in die elektrolytische Zelle zurückgebracht, und es wird im Verlaufe dieser Beschreibung gezeigt werden, wie dies auf automatischem Wege geschieht.

Als katalytisch wirkende Stoffe verwendet man am zweckmäßigsten Platin- oder Palladiumschwarz, und man muß dafür sorgen, daß durch geeignete Maßnahmen die Gase bei der Berührung mit diesem Katalysator nicht zur Explosion gebracht werden. Diese Maßnahmen bestehen darin, daß man für die Ableitung der bei der Berührung dieser Gase mit dem Katalysator gebildeten Wärme sorgt und vermeidet, daß sich das Platin- bezw. Palladiumschwarz stark erhitzt und glühend wird.

Man erreicht dies dadurch, daß man den Katalysator auf einer möglichst großen Fläche verteilt und durch Anordnung von die Wärme gut leitenden Stoffen für Erniedrigung der Tem- -peratur, auf welche sich der Katalysator erhitzt, Sorge trägt. Dadurch wird erreicht, daß die Temperatur nie so hoch steigt, daß die Gase zur Entzündung und Explosion gebracht werden können, und daß lediglich nur diejenige Gasmenge, welche gerade mit dem Katalysator in Berührung tritt, zur Wasserbildung gezwungen wird.

In demjenigen Raum, in welchem der Katalysator untergebracht ist, spielt sich somit ein fortdauernder, ohne Zündung und Explosion verlaufender Wasserbildungsprozeß ab, und das gebildete Wasser wird in einem an jenen Behälter angeschlossenen Gefäße gesammelt und in noch nachstehend zu beschreibender Weise zur Messung der elektrischen Arbeit verwendet.

An Hand der in den hier beiliegenden Zeichnungen in zwei Ausführungsformen veranschaulichten Vorrichtung soll das oben in großen Zügen geschilderte Verfahren des näheren erläutert werden.

In Fig. i ist im senkrechten Schnitt ein Voltameter dargestellt. Dieses besteht aus der elektrolytischen Zelle A, deren Wandungen die eine Elektrode bilden und deshalb aus Metall bestehen; B ist die zweite Elektrode. Sie besteht im vorliegenden Falle aus einem Metallring, welcher vom Boden des Behälters A durch einen Ring aus Isoliermaterial C, C isoliert ist. Diese Elektrode B erhält ihre Zuleitung von der Klemme E₁ die wiederum von dem metallenen Deckel des Behälters A durch die aus nichtleitendem Material bestehenden Platten F, F' isoliert ist. Damit beide Seiten der Elektrode B ausgenutzt werden, findet noch ein aus Metall bestehender Ring D Verwendung, welcher mit dem Behälter A in leitender Verbindung steht.

Oberhalb des Behälters A ist ein zweiter Behälter G angeordnet, welcher mit einem Standglas H und einer Skala / versehen ist. Dieser Behälter G weist mit dem Behälter A zwei Verbindungen auf: eine Verbindung durch das mittels eines Gewichtes K ausbalancierte und am Boden des Behälters G angeordnete Ventil / und die andere Verbindung mittels einer Rohrleitung L, welche von dem Deckel des Behälters A in den oberen Teil des Behälters G führt und mit Auslaßöffnungen L' versehen ist.

Um den oberen Teil dieses Rohres L ist der Katalysator, z. B. Platinschwamm2V,,in großer Verteilung mit beliebigen Stoffen verdünnt oder aber von einem Metallgewebe aufgenommen angeordnet. Am besten vermischt man diesen Katalysator mit Glaswolle u. dgl. und , hält das Gemisch in einer aus Metallgaze o. dgl.

bestehenden, den oberen Teil des Rohres L umgebenden Kammer M. Diese Kammer M wird von dem den Behälter G oben abschließenden Schraubendeckel O festgehalten und kann durch das Abschrauben des Deckels samt diesem zwecks Reinigung, Erneuerung o. dgl. entfernt werden.

Die Zelle A wird mit leitend gemachtem Wasser, z. B. mit einer schwachen Lösung von 70 · kohlensaurem Natrium, gefüllt, und zwar füllt man den Behälter^ mit so viel Wasser, daß die Elektroden B und D auch dann noch von dem Wasser bedeckt sind, wenn auch der Behälter G vollständig gefüllt ist. Das den Behalter G füllende Wasser wird nämlich katalytisch gebildet durch Vereinigung derjenigen Wasserstoff- und Sauerstoffmengen, welche der elektrische Strom aus den den Behälter A füllenden Elektrolyten entwickelte.

Sobald nun der elektrische Stromkreis geschlossen wird, findet in dem Behälter A . eine Entwickelung von Wasserstoff und Sauerstoff statt. Diese Gase steigen durch die Leitung L in den oberen Teil des Behälters G, treten durch die öffnungen U aus und kommen mit dem den oberen Teil der Leitung L umgebenden Katalysator in Berührung. Durch katalytische Wirkung wird aus diesen Gasen Wasser gebildet, und dieses sammelt sich im unteren Teil des Behälters G an. Dieses Wasser steigt in dem Maße, als es ,den Behälter füllt, in dem mit demselben verbundenen Standglase H, und seine Menge, kann an der. Skala I abgelesen werden.

Diese Skala kann auf empirischem Wege derart eingeteilt werden, daß man von derselben die Amperestunden direkt abliest. Sobald nun nach einer gewissen Zeit die Ablesung erfolgt, kann durch Anheben des Gewichtes K das Ventil/ geöffnet werden, so daß das in dem Behälter G vorhandene Wasser in den Behälter A zurückgeleitet wird.

Die Leitung L weist noch in der Ebene des obersten Teilstriches der Skala/ eine kleine Öffnung L^x auf, durch welche das Wasser, falls abzulesen vergessen und der Behälter G bis zur Ebene der Öffnung L^x gefüllt wurde, durch die Leitung L in den Behälter A zurückgelangen kann.

In den Fig. 2 und 3 ist eine andere Ausführungsform des nach dem vorstehend gekennzeichneten Prinzip messenden Apparates veranschaulicht. . Fig. 2 ist ein Längsschnitt, Fig. 3 dagegen ein senkrechter Querschnitt durch Fig. 2, während Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2 veranschaulicht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß dieser Meßapparat automatisch das gebildete Wasser, von dem Meßgefäß in die elektrolytische Zelle zurückführt und die Amperestunden auf dem Zählwerk, wie dies

bei den bekannten Elektrizitätszählern der Fall ist, registriert. .

A ist bei dieser Ausführungsform die elektrolytische Zelle, deren Wandungen wiederum aus Metall bestehen und die eine Elektrode bilden; B ist die zweite Elektrode, welche ihre Zuleitung vermittels einer Stange C von der Klemme D erhält, wobei letztere durch zwei Isolationsplatten E, E von dem metallischen

ίο Deckel der Zelle A isoliert ist.

Oberhalb des Behälters A ist eine Kammer N angeordnet, welche mit dem Behälter A durch eine Leitung O in Verbindung steht. In dem Behälter N ist nun eine aus porösem Material, z.B. aus Metallgeflecht o.dgl., bestehende Kammer vorgesehen, welche mit dem Katalysator Q in ähnlicher Weise, wie in Fig. 1. erwähnt, gefüllt ist und zwischen am besten aus spiralförmig gewundenem Drahtgeflecht R, R bestehenden, diese Kammern von den Wänden des Behälters trennenden Trägern gehalten wird. An ihrem anderen Ende ist diese Kammer N vermittels Flansch- oder anderer Verbindung mit einem Meßgefäß V dicht verbunden, welches seinerseits mittels Heberrohres W mit dem Behälter A bei X in Verbindung steht. In ihrer Lage wird die Kammer N durch die Bolzen U, U festgehalten.
Das Meßgefäß V ist mit einer Skala Y versehen, welche ebenfalls zweckmäßig empirisch festgestellt ist und direkt die Amperestunden angibt. Die in der Zelle A durch den elektrischen Strom entwickelten Gase, nämlich ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff, gelangen durch das Rohr O in die Kammer N, treten hier in Berührung mit dem Katalysator Q und werden in Wasser verwandelt. Der Katalysator Q kann hierbei eine Entzündung des Gasgemisches nicht herbeiführen, da die Wärme durch das spiralförmig gewundene Metallgewebe R wirksam abgeleitet wird.

Das gebildete Wasser gelangt in das Meßgefäß V und kann hier gemessen werden. Sobald dieses Wasser das Meßgefäß bis zum obersten Teilstrich bei Z anfüllt, setzt die Heberwirkung des Rohres W ein, so daß unter dem Einflüsse derselben das Meßgerät V vollständig entleert . und für neue Mengen des in der Kammer N sich fortdauernd bildenden Wassers aufnahmefähig wird.

I-j Das durch den Heber entfernte Wasser ge-■ langt nun bei X nicht direkt in den Behälter A, sondern in einen zweiten, innerhalb dieses Behälters A, und zwar dicht unter dem Deckel und unter der Mündung von X in dem Behälter A angeordneten kleinen und ausschwingbaren gelagerten Behälter H. Dieser wird von einem doppelarmigen Hebel F getragen, und dieser Hebel ist um eine den Behälter A luftdicht durchdringende Achse G drehbar und an dem einen Ende mit einem Gewicht / derart belastet, daß, sobald der Behälter H mit Wasser gefüllt ist, derselbe ein Übergewicht erhält und zum Ausschwingen gebracht wird. Das Ausschwingen ist durch einen an dem Behälter A befestigten Anschlag M begrenzt. Dieser Behälter ist an seinem Boden mit einer kleinen öffnung/ versehen, durch welche die Entleerung der Flüssigkeit in. die Zelle A stattfindet. Schwingt aber der Behälter J? aus, so wird der an dem Hebel F angelenkte Hebel K mit in ■ .-die Höhe gedrückt. Er bewegt dadurch einen Kurbelarm K', der mit einem Zählwerk L in Verbindung steht und dort jede Entleerung des Behälters H registriert. Auch diese Skala kann empirisch sein und direkt die Ampere- , .·■ stunden angeben. ,

Sobald der Behälter H entleert ist, wird er unter dem Einfluß des Gewichtes / in seine urspründliche Lage zurückgebracht, und dieser Vorgang wiederholt sich so oft, als das Meß- ■■ gerät V unter der Wirkung des Hebers W entleert wird.

Angenommen, daß das Meßgerät V so viel Fassungsraum hat, daß derselbe 20 Einheiten entspricht, so wird natürlich das erste Rad des Zählwerks L stets nur die Vielheit von je 20 Einheiten anzeigen.

Sowohl diese Ausführungsform als diejenige gemäß Fig. i können derart konstruiert werden, daß die einzelnen Behälter miteinander in luftdichter Verbindung stehen, und daß das Ganze in einem gegen unbefugte Handhabung gesicherten Behälter, wie dies bei Elektrizitätszählern üblich ist, untergebracht wird.

Insbesondere die Ausführungsform der Fig. 2 '.: kann die bekannten Elektrizitätszähler vollständig ersetzen, denn ohne jedes fremde Zutun findet dort auf automatischem Wege die Zählung der elektrischen Energie statt, und diese kann jederzeit an dem Zählwerk und an der an dem Meßgrät angeordneten Skala abgelesen werden.

Es ist selbstverständlich, daß man einen derartigen Zähler an die bekannten Selbst-Verkäufer anschließen kann, so daß durch den Zähler nur die dem jeweiligen Münzeinwurf entsprechenden Elektrizitätsmengen hindurchfließen können.

Es sind nun natürlich auch noch andere Ausführungsformen möglich, z. B. könnte das durch die Vereinigung von Sauerstoff und Wasserstoff gewonnene Wasser in einem ausschwingbar gelagerten Behälter gesammelt, werden, welcher, sobald er eine gewisse Menge je nach dem Gewicht oder dem Volumen des Wassers, aufgenommen hat, dieselbe automatisch in die Zelle entleert, und dabei in ähnlicher Weise, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ein Zählwerk o. dgl. in Tätigkeit setzt, sobald nur das in vorstehendem näher erläuterte Prinzip Anwendung .findet.

Claims (6)

1. Patent-An Sprüche:

   ι. Verfahren zur Messung elektrischer Ströme durch Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die elektrolytische Wirkung des elektrischen Stromes auf einen geeigneten Elektrolyten, z. B. Wasser, gebildeten Gase, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff, mit solchen Stoffen zusammengebracht werden, welche, wie z. B. Platinmoor o. dgl., durch Kontaktwirküng und ohne eine Entzündung oder Explosion der Gase hervorzurufen, die Vereinigung, jener Gase in dem Maße, als dieselben mit der Kontaktsubstanz in Berührung kommen, . z. B. zu Wasser herbeiführen, wobei die gebildeten Mengen des letzteren zur Messung der Stromenergie dienen.
2. 2. Eine Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den katalytischen Prozeß aus den durch den elektrischen Strom aus den Elektrolyten entwickelten Gasen gebildete Wasser in die elektrolytische Zelle zurückgeleitet wird.
3. 3. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch .1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch gebildete Wasser zunächst zum Zwecke, der Messung in einem geeigneten Meßgerät gesammelt, von diesem bei Erlangung einer bestimmten Füllhöhe automatisch in die Zersetzungszelle geleitet wird und dabei geeignete Registriervorrichtungen, z. B. ein Zählwerk, in Tätigkeit setzt.
4. 4. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer elektrolytischen Zelle (A), von welcher die durch die Stromwirkung aus

   ■ dem Elektrolyten entwickelten Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) vermittels einer Leitung (L) in den oberen Teil eines mit Standglas (H) und Skala (J) versehenen Meßgerätes geleitet und hierselbst mit einem die Austrittsöffnung (L') des Rohres (L) umgebenden Katalysator in Berührung gebracht werden, so daß die Menge des durch Kontaktwirkung gebildeten Wassers an der Skala (J) abgelesen und hierauf das Wasser aus dem Meßgerät (G)' entfernt oder in die Zelle (A) zurückgeleitet werden kann. .
5. 5. Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere mit Auslaß öffnungen (L') versehene Teil des Rohres (L) von einem doppelwandigen, aus Drahtgewebe o. dgl. für Gase durchlässigen Stoff bestehenden Zylinder usw. umgeben ist und der Zwischenraum zwischen den beiden Mänteln mit dem mit geeignetem Stoff, z. B. mit Glaswolle, vermischten Katalysator angefüllt ist, zum Zwecke, eine Entzündung des Gasgemisches.

   . zu vermeiden.
6. 6. Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Katalysator aufnehmende Zylinder bezw. daß die den Katalysator enthaltende Masse selbst mit Wärme gutleitenden Stoffen, z. B. mit aus Metall- ; gewebe o. dgl. bestehenden Spiralen umgeben wird, zum Zwecke, die durch die Kontaktwirkung eintretende Temperaturerhöhung der Kontaktmasse durch Ableitung der Wärme zu erniedrigen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.