DE1965232A1

DE1965232A1 - Schutzeinrichtung fuer Fluessigkeiten oder Gase enthaltende Gefaesse

Info

Publication number: DE1965232A1
Application number: DE19691965232
Authority: DE
Inventors: Plank Robert Edward
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-01-02
Filing date: 1969-12-29
Publication date: 1970-07-23
Also published as: FR2027672A1; US3615846A; GB1260738A; SE366429B

Description

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1346

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N. Y. / USA

Schutzeinrichtung für Flüssigkeiten oder Gase enthaltende Gefäße

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Elemente zum Schutz und zur Abdichtung von Geräten die eine Flüssigkeit enthalten, und insbesondere auf Vorrichtungen zur Verhinderung von Beschädigungen, die durch die Ausdehnung der Flüssigkeit in diesen Geräten auftreten können.

Es sind viele Geräte bekannt, in denen sich Flüssigkeiten mit darin gelösten Gasen befinden, und die in zerbrechlichen Elementen untergebracht sind. Ein großer Prozentsatz dieser Anordnungen ist elektrochemischer Natur, wobei die Flüssigkeit ein Elektrolyt ist und das zerbrechliche Element eine Elektrode, ein Katalysator oder eine halbdurchlässige Membran. Das Flüssigkeitsgefäß ist allgemein innerhalb der Anordnung durch eine feste Umhüllung abgedichtet. Die Anwendung

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der Geräte unter Umgebungsbedingungen jedoch, wie sie unter dem Meeresspiegel, innerhalb der oberen Atmosphäre oder des äußeren Raumes auftreten, wirft, wegen der großen Druck- und Temperaturänderungen erhebliche Probleme auf, die berücksich tigt werden müssen. Insbesondere die Temperatur- und Druckänderungen, die eine Freigabe der Gase aus der Flüssigkeit oder eine Ausdehnung der Flüssigkeit verursachen, können erhebliche Belastungen erzeugen, die auf die zerbrechlichen Elemente, welche die Flüssigkeit umschließen, wirken, und möglicherweise ihre Beschädigung verursachen. Dadurch werden diese Geräte für die genannten Anwendungszwecke unbrauchbar.

Demzufolge liegt der Erfindung die kuZga.*· zugrunde, eine Vorrichtung zum Schutz zerbrechlicher Elemente für eine Anordnung zu schaffen, in der eine Flüssigkeit eingeschlossen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Vorrichtungen vorzuschlagen, die sich der Ausdehnung eines Strömungsmittels in einem geschlossenen Flüssigkeitsbehälter anpassen, wobei zusätzliche Flüssigkeitsdichtungen vorgesehen sind.

Die genannten Aufgaben werden dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung eine dünne ausdehnbare Blase als eine Dichtung um das Gefäß für die Flüssigkeit, in der ein Gas gelöst ist, vorgesehen ist, wobei sich ein zerbrechliches Element daneben befindet. Wenn aus der Flüssigkeit Gas abgegeben wird, oder die Flüssigkeit sich ausdehnt, verschiebt sich die Blase, so daß irgendein auf die anderen Elemente wirkender Flüssigkeitsdruck, die das Flüssigkeitsgefäß umschließen, entspannt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

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Figur 1 eine Seitenschnittansicht eines Meßfühlers unter Verwendung vorliegender Erfindung; und

Figur 2 eine Seitenschnittansicht einer Zweischichtenblase gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Sauerstoffmeßfühler im Querschnitt gezeigt, in dem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthalten ist.

Der Meßfühler ist in einem kreisförmigen Zylindergehäuse 1 untergebracht. Das größere Durchmesserende des Gehäuses 1 besitzt einen darin fest verschraubten ringförmigen Metallbehälter 2.

Ein Kunststoffisoliereinsatz 3 schließt das untere offene Ende des Gehäuses 1 ab. Der Einsatz 3 besteht im wesentlichen aus zwei Vorsprüngen, die durch einen gemeinsamen Dichtungsfuß verbunden sind, welcher stuf einer ausdehnbaren Blase 4 ruht, die weiter unten genauer beschrieben wird. Der größere Vorsprung des Einsatzes 3 ist verschraubt, so daß er durch eine Dichtung 5 und eine Gewindemutter 6 festgehalten wird. Eine mit einem Gewinde versehene Füllöffnung in der Mitte des Einsatzes 3, in die eine Kunststoffschraube 7 eingesetzt ist, ermöglicht die Einfüllung eines flüssigen Elektrolyten in den Körper des Meßfühlers, so daß ein Flüssigkeitsgefäß vorhanden ist. Der Vorsprung des Einsatzes mit dem kleineren Durchmesser erstreckt sich in die zylindrische poröse Anode 9, die aus einem geeigneten Material wie etwa Kupfer, Kadmium oder Silber hergestellt sein kann.

Oberhalb des Flüssigkeitsgefäßes ist eine poröse Scheibenkathode 12 vorgesehen, die an ihrer unteren Seite eine Goldoder Platinmetallschicht besitzt, und die kombiniert als Elektrode und Katalysator wirkt. Die poröse Scheibe 12 besteht aus einem gesinterten Metallmaterial, das sehr spröde

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ist. Um die poröse Scheibe 12 wird eine Flüssigkeitsdichtung durch den oberen Teil der Blase 4 bewirkt, der gegen die obere Oberfläche der Scheibe 12 durch eine Dichtung 13 gepreßt wird, welche ihrerseits durch eine Halterung 2 gegen die Blase gedrückt wird.

Die isolierten Leiter IO und 11, die in den Durchführungen innerhalb des Einsatzes 3 abgedichtet sind, sind entsprechend mit der Anode 9 und Kathode 12 an einem Ende verbunden. Die anderen Enden der Leiter 10 und 11 sind mit einer Last verknüpft, die durch einen Widerstand 14 dargestellt ist, der in Abhängigkeit von der Verwendung des Meßfühlers eine Meßspule, die Spule eines geeigneten Relais oder eines ähnlichen Instrumentes sein kann. Eine Nylonfilzdichtung 15, die mit dem Elektrolyten 8 gesättigt ist, dient dazu die Kathode 12 von der Anode 9 elektrisch zu isolieren.

Eine gasdurchlässige Barriere 16 aus Kunststoff von gleichem Durchmesser wie die katalytische Kathode 12 befindet sich zwischen ihr und der Dichtung 13 um die Geschwindigkeit des Sauerstoffzuflusses zur Kathode zu steuern.

Während des Betriebes gelangt der durch die Barriere 16 diffundierende Sauerstoff durch die Kathode 12 wo er sich mit dem Wasser des Elektrolyten 8 verbindet, Elektronen aus der Kathode 12 abzieht und Hydroxylionen bildet. Das Material der Anode 9 (z.B. Kupfer) gibt Elektronen ab, die durch den Leiter 10 der Last 14, dem Leiter 11 zur Kathode 12 fließen. Das Kupfer verbindet sich mit den Hydroxylionen aus dem Elektrolyten 8 und bildet Kupferdioxyd und Wasser. Da alle diese Reaktionen nach den Gesetzen der Elektrolyse stöchiometrisch verlaufen, stellt der Strom durch die Last 14 ein Maß für den an die Fläche der Elektrode 12 gelangenden Sauerstoff dar und demzufolge den Partialdruck des Sauerstoffs an der freien Seite der Barriere 16.

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Die Verwendung einer ausdehnbaren Blase 4, die im wesentlichen eine zylindrische Form hat und die das Elektrolytgefäß umgibt, .verhindert eine Beschädigung der zerbrechlichen Elemente wie beispielsweise die gesinterte Scheibe 12 und die poröse Kupferanode 9 aufgrund des Entweichens von Gasen aus der Flüssigkeit oder der Ausdehnung der Flüssigkeit. Wenn eine Expansion der Flüssigkeit oder eine Gasabgabe aus der Flüssigkeit vorkommt, verschiebt sich die ausdehnbare Blase 4 aufgrund des Flüssigkeitsdruckes, der von der Flüssigkeit oder den Gasen ausgeübt wird, radial nach außen. Eine Flüssigkeit, die zwischen der äußeren Oberfläche der Blase 4 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 abgeschie-, den wurde, kann durch die Auslaßöffnung 17 in dem Gehäuse abgelassen werden, wenn die Blase sich radial nach außen verschiebt. Die oberen und unteren Enden der Blase 4 sind zwischen den Elementen des Meßfühlers festgeklemmt, so daß dadurch eine Flüssigkeitsdichtung bewirkt wird.

Damit eine richtige Betriebsweise erreicht wird, muß sich die Blase 4 genügend ausdehnen können, so daß sie leicht verschoben werden kann und sich einer Flüssigkeitsausdehnung schnell anpaßt, um so einen Flüssigkeitsdruck, der zur Beschädigung der zerbrechlichen Elemente führen kann, die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen, zu verhindern. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, daß die Blase elastisch ist, so daß sie sich strecken kann, um sich der expandierten Flüssigkeit anzupassen. Die ausdehnbare Blase kann z.B. aus einem gewellten Teil bestehen, das sich verschiebt um sich der Flüssigkeitsexpansion anzupassen, ohne das dies auf die Elastizität des Blasenmaterials beruht. Natürlich muß die Welligkeit genügend flexibel sein, um eine Verschiebung des gewellten Teiles zu erlauben. Die Blase muß auch aus einem Material bestehen, das durch die Flüssigkeiten innerhalb der Anordnung nicht angegriffen werden kann und das feste oder flüssige Verschmutzungen von der Strömung durch die Blase in das Flüssigkeitsgefäß verhindert. Demzufolge kann

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die Blase aus einer einzigen Schicht, aus vielen Schichten oder aus einer beschichteten Konstruktion bestehen, die in ihrer bevorzugten Ausführungsform Kunststoffe, synthetische Stoffe oder natürliches Gummi verwendet. Die in Figur 1 gezeigte Blase besteht aus einer einzigen Schicht einer Neoprenkonstruktion. Die Figur 2 gibt eine Zweischichten-Konstruktion, mit Neopren auf der Innenseite und Butyl-Gummi auf der Außenseite wieder. Das Neopren ist für den Elektrolyten 8 innerhalb des Meßfühlers undurchlässig und der Butyl-Gummi verhindert, daß Sauerstoff durch die Blase in den Elektrolyten 8 gelangt.

Die Erfindung kann auch bei vielen andren Geräten wie beispielsweise ein Wasserstoffmeßfühler, eine Brennstoffzelle und Batterien Anwendung finden, wo immer ein zerbrechliches Element neben einem Flüssigkeitsgefäß angeordnet ist, wobei die Anordnung großen Druck- und Temperaturänderungen unterworfen ist. Einige weitere zerbrechliche Elemente, die geschützt werden können, sind hoch poröse spröde Elemente, dünne Membranen, die stark gestreckt werden, und sehr dünne Diaphragmaelemente wie dünne Stahl- oder Aluminiumdiaphragmen. Die Schutzvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird bei normalen Umgebungsbedingungen nicht benötigt. Sie ist jedoch notwendig, wenn ein Gerät einem großen Temperatur- und Druckbereich unterworfen ist. Aus diesen Gründen eignet sich die Erfindung besonders gut für die Anwendung unter Bedingungen wie sie unter dem Meeresspiegel, der oberen Atmosphäre, des äußeren Raumes oder in Raumkammern herrschen, wo sich der Druck oder die Temperatur von den normalen atmosphärischen Bedingungen wesentlich unterscheidet, und auch an gewissen Orten der Erdoberfläche, wo extreme Temperaturen oder Drucke vorherrschen, wie beispielsweise in tropischen, arktischen und antarktischen Gebieten, und in großen Höhen.

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Durch die Erfindung wird daher ein preiswertes und einfaches Gerät zum Schutz zerbrechlicher Elemente vor Flüssigkeitsdruckkräften geschaffen, das in Geräten eingebaut werden kann, und das mit eventuell kleinen Abänderungen zusätzlich als Flüssigkeitsdichtung dient.

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Claims

Patentansprüche;

(,1. Schutzeinrichtung für Flüssigkeiten oder Gase enthaltende ^ —^Gefäße, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausdehnbare Blase einen dichten Abschluß um das Flüssigkeitsgefäß bildet, wobei die Blase derartig ausgestaltet ist, daß sie sich den aus dem Flüssigkeitsgefäß entweichenden Gasen und der thermischen Ausdehnung des Flüssigkeitsgefäßes anpassen kann, um zu verhindern, daß Flüssigkeitsdruckkräfte auf die Kammer wirken.
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichne t , daß die Blase elastisch ist.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennze lehnet , daß die Blase eine fast zylindrische Form aufweist, und sich in radialer Richtung ausdehnen kann.
4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase für die Flüssigkeit in dem Gefäß undurchlässig und nahezu gasdicht ist.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennze ichne t , daß die Blase mindestens teilweise aus Neopren besteht.
6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichne t , daß die Blase aus mehreren Schichten besteht.
7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase aus einer Neopren- und einer Butylgummischicht besteht.

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