DE202006020536U1 - Elektrochemischer Gasgenerator für brennbare Gase - Google Patents
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Abstract
Elektrochemischer
Gasgenerator mit
– einer Elektrolysezelle (1) mit einem Gehäuse, welches durch eine gasdurchlässige Membran (2) für den Austritt des Prüf- oder Kalibriergases verschlossen ist,
– einer Kathode (5) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht,
– einer Anode (4) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht, wobei im Elektrolyten (7) ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz entweder der Essigsäure oder einer Dicarbonsäure enthalten ist,
– einer auch als Stromquelle dienenden Steuereinheit (6), welche mit den Elektroden (4, 5) verbunden ist.
– einer Elektrolysezelle (1) mit einem Gehäuse, welches durch eine gasdurchlässige Membran (2) für den Austritt des Prüf- oder Kalibriergases verschlossen ist,
– einer Kathode (5) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht,
– einer Anode (4) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7) steht, wobei im Elektrolyten (7) ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz entweder der Essigsäure oder einer Dicarbonsäure enthalten ist,
– einer auch als Stromquelle dienenden Steuereinheit (6), welche mit den Elektroden (4, 5) verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Gasgenerator für Ethan.
- Zur Funktionsüberprüfung bzw. Kalibrierung von Gassensoren werden diese im Allgemeinen in zeitlich festgelegten Zeitintervallen mit dem zu detektierenden Messgas oder einem geeignet erscheinenden Ersatzgas beaufschlagt. Hierzu kann man entweder Prüfgas in Druckgasbehältern zusammen mit geeigneten Begasungseinrichtungen, beispielsweise mit Druckminderern, verwenden oder das Prüfgas direkt erzeugen und durch geeignete Begasungsvorrichtungen an den Sensor applizieren. Die Verwendung von Druckbehältern mit entsprechenden Einrichtungen ist aufwändig und erfordert eine entsprechende Logistik und Handhabung. Insbesondere bei der Kalibrierung von Detektoren für brennbare Gase im explosiven Bereich kommt hierbei erschwerend hinzu, daß potentiell explosive Gasgemische innerhalb explosionsgeschützter Bereiche gehandhabt werden müssen.
- Für die Funktionsüberprüfung von Sensoren für brennbare und explosive Gase, wie z. B. von Pellistoren oder IR-Sensoren, ist es daher von Vorteil das Prüfgas in der für die Prüfung ausreichenden Menge in direkter Nachbarschaft zum Sensor zu erzeugen. Hierzu kann z. B. die Freisetzung von Gas durch Aufheizen geeigneter Speichermaterialien (
US20050262924 ) benutzt werden, die aber ein zusätzliches Heizelement benötigt, das in einem explosionsgeschützten Bereich eine zusätzliche Gefahrenquelle darstellt. Elektrochemische Gasgeneratoren bieten demgegenüber den intrinsischen Vorteil der Eigensicherheit. - Bei Verwendung elektrochemischer Gasgeneratoren liegt es nahe, auf eine Ersatzgas-Kalibrierung mit Wasserstoff (H2) auszuweichen, da dieses Gas einfach durch Elektrolyse protischer Elektrolyte zu gewinnen ist. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass kein direkter Aufschluss über die Sensitivität des zu überprüfenden Gassensors gegenüber dem primären Analyten möglich ist, weil die Umsetzung von H2 an einem teilweise vergifteten und damit an sich nicht mehr messtauglichem Katalysatormaterial eines entsprechenden Gassensors sehr wohl gelingen kann, während dasselbe Katalysatormaterial brennbare Kohlenwasserstoffe wie z. B. Alkane oder Alkene nicht mehr umsetzt, das heißt, die Kalibrierung ist unzureichend und fehlerhaft.
- Es besteht also Bedarf für die Breitstellung eines möglichst langzeitstabilen, elektrochemischen Gasgenerators für brennbare Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise Alkane oder Alkene.
- Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausbildungen des elektrochemischen Gasgenerators nach Anspruch 1 an.
- Es wurde gefunden, dass durch geeignete Elektrolyse von Carbonsäuresalzen und insbesondere von Acetatlösungen durch Decarboxylierung, also nach dem Mechanismus der Kolbe-Elektrolyse, Ethan an der Anode eines Gasgenerators hergestellt und zur Kalibrierung eines Sensors verwendet werden kann. Das gleichzeitig entstehende CO2 ist im Falle des zu prüfenden Sensors nicht störend, weil es in dieser Beziehung keine Querempfindlichkeit gibt. In analoger Reaktion kann aus Bersteinsäuresalzen wie z. B. Dinatriumsuccinat gasförmiges Ethen neben CO2 gewonnen werden.
- Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Ethan produzierenden Gasgenerator mit Hilfe von
1 erläutert, die schematisch einen elektrochemischen Gasgenerator mit den wichtigsten Bauelementen darstellt. Ein alternativer Aufbau eines Gasgenerators für dasselbe Prüfgas ist in2 widergegeben. Zur Erzeugung des Prüfgases Ethen werden vollständig analog aufgebaute Generatoren mit Bernsteinsäuresalzen anstelle der Acetate verwendet. - In einer Elektrolysezelle
1 mit einem Gehäuse, das durch eine für Gas permeable Membran2 verschlossen ist, wird ein Pressling3 aus Kaliumacetat mit Hilfe eines als Anode4 geschalteten Platinnetzes elektrochemisch umgesetzt. Als Kathode5 dient ebenfalls vorzugsweise eine Elektrode aus Platin. Die Elektroden4 ,5 sind an eine Steuereinheit6 angeschlossen die als Potentiostat geschaltet sein kann, bevorzugt aber als Stromquelle dient. Wird nun eine Elektrolyse durchgeführt, so laufen an der Anode4 folgende Reaktionen ab:Anode: 2H3C-COO– → 2H3C-COO. + 2e– 2H3C-COO. → 2H3C. + 2CO2↑ 2H3C. → H3C-CH3↑ - Bei Verwendung wäßriger Elektrolytsysteme kommt es kathodisch zur Wasserstoffentwicklung.
Kathode: 2H2O + 2e– → H2↑ + 2OH– - Das an der Anode
4 gebildete Ethan/CO2-Gemisch tritt durch die permeable Membran2 aus dem Gehäuse der Elektrolysezelle1 aus und kann als Prüf- oder Kalibriergas für Gassensoren verwendet werden, die in Verbindung mit dem Prüf- oder Kalibriergas stehen. -
2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Bauform des Gasgenerators für Ethan. Hier ist zusätzlich eine Referenzelektrode8 in die Elektrolysezelle in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten eingebracht und ebenfalls mit der Steuereinheit6 verbunden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - US 20050262924 [0003]
Claims (14)
- Elektrochemischer Gasgenerator mit – einer Elektrolysezelle (
1 ) mit einem Gehäuse, welches durch eine gasdurchlässige Membran (2 ) für den Austritt des Prüf- oder Kalibriergases verschlossen ist, – einer Kathode (5 ) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7 ) steht, – einer Anode (4 ) aus einem Edelmetall, einem Gemisch aus Edelmetallen oder aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material, welche in direktem Kontakt mit einem Elektrolyten (7 ) steht, wobei im Elektrolyten (7 ) ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz entweder der Essigsäure oder einer Dicarbonsäure enthalten ist, – einer auch als Stromquelle dienenden Steuereinheit (6 ), welche mit den Elektroden (4 ,5 ) verbunden ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Referenzelektrode (
8 ) in Kontakt mit dem Elektrolyten (7 ) in der Elektrolysezelle (1 ) enthalten ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, der eine einen Potentiostaten enthaltende Steuereinheit (
6 ) enthält. - Elektrochemischer Gasgenerator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Kathode (
5 ) als auch Anode (4 ) aus Platin bestehen und die Anode (4 ) als Netz ausgebildet ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten (
7 ) Kaliumacetat enthalten ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten (
7 ) das Natriumsalz der Bersteinsäure, Natriumsuccinat, enthalten ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Anode (
4 ) umgesetzte Substanz vorzugsweise in Form eines auf die Anode (4 ) aufgebrachten Presslings (3 ) oder in Form eines um die Anode (4 ) herum zusammengepressten Gefüges eingesetzt wird. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolyt (
7 ) verwendet wird, in dem die verwendete Carbonsäureverbindung schwer löslich ist. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein organischer Elektrolyt (
7 ) verwendet wird, welcher vorzugsweise aus einer Mischung aus Propylen- und Ethylencarbonat besteht. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei Raumtemperatur flüssiges Salz als Elektrolyt (
7 ) verwendet wird, welcher vorzugsweise aus einem Imidazoliumsalz besteht. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüf- oder Kalibriergas Ethan durch Decarboxylierung aus einer Carbonsäureverbindung an der Anode (
4 ) entsteht. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (
3 ) mit dem als Anode (4 ) geschalteten kontaktierenden Platinnetz unmittelbar an die Membran (2 ) angrenzt. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhegehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Elektrolytzelle (
1 ) aus einem chemisch inerten Polymer, vorzugsweise aus Polyethylen und/oder Polypropylen besteht. - Elektrochemischer Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (
2 ) aus einem mikroporösen perfluorierten Polymer besteht.
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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