DE2520417A1

DE2520417A1 - Elektrochemische zelle

Info

Publication number: DE2520417A1
Application number: DE19752520417
Authority: DE
Inventors: James Gerard Connery; George Richard Moreland; Victor Stanley Underkoffler
Original assignee: Leeds and Northrup Co
Current assignee: Leeds and Northrup Co
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS50153697A; CH594250A5; US3917524A

Description

(Priorität: 10. Mai 1974, USA, Nr. 469 H1)

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Zelle, insbesondere zur Durchführung elektrochemischer Messungen.

Es wurden bereits vielerlei Versuche zur Herstellung besserer Zellen zur Durchführung elektrochemischer Messungen unternommen, die eine Elektrodenkammer mit geringem Volumen aufweisen sollen, und bei denen die Verweilzeit des Fluids in der Zelle gering sein soll, die durch die Gegenwart von Blasen im Fluidstrora, den Durchsatz und Änderungen der Umgebungstemperatur möglichst unbeeinflußt bleiben. Beispiele für solche Zellen sind in den US-PSen 3 776 832, 3 755 124 und 3 434 045 beschrieben. Aus der US-PS 3 623 960 ist weiter eine elektrochemische Zelle mit einer halbdurchlässigen Membran bekannt. Die Zelle ist in einem mit einem Mantel versehenen Behälter untergebracht, durch den ein Fluid mit konstanter Temperatur zirkuliert, um innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs Messungen durchzuführen.

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Pur manche Anwendungsfälle, beispielsweise bei Anordnungen zur genaueren Bestimmung der G-lukose durch Messung von Wasserstoffperoxid mittels Strommessung ist eine Zelle mit noch besseren Leistungs- und Betriebseigenschaften erforderlich.

Durch die Erfindung wird ein Zellenaufbau vorgeschlagen, der zu einer Zelle mit schnellem Ansprechvermögen und guter Linearität führt, die im wesentlichen frei ist von Einwirkungen durch Gasbläschen oder Diskontinuitäten der FluidstrÖmung durch die Zelle, die eine sehr genaue Temperatursteuerung und -überwachung des in die Elektrodenkammer eintretenden Fluids und der Temperatur der Elektroden, des Kammerinhalts und der angrenzenden Kammerwände ermöglicht, und deren elektrisches Ausgangssignal auf Änderungen des Fluiddurchsatzes durch die Zelle bei Durchsätzen von mehr als etwa 2 cnr/min wenig empfindlich ist.

Durch die Erfindung wird eine elektrochemische Zelle mit mehreren Elektroden mit ebenen Oberflächen und getrennten Einrichtungen vorgeschlagen, die den aktiven Bereich wenigstens einer der Elektroden bilden oder begrenzen. Genauer, es wird eine fluiddicht bezüglich der ebenen Oberfläche einer Elektrode befestigte Maske verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine elektrochemische Zelle mit mehreren Elektroden mit ebenen Oberflächen und mit den Elektroden zusammenwirkenden Einrichtungen zur Bildung eines umschlossenen Raums für die Aufnahme eines Fluids in Berührung mit den Elektroden. Wenigstens ein Teil einer der Elektroden bildet eine Wand des umschlossenen Raums. Eine Heizeinrichtung dient zur Erhitzung der Elektrode und der Wand.

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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine elektrochemische Zelle bestehend aus einem Körper- oder Gehäuseaufbau mit einen Elektrodenhohlraum begrenzenden Wandteilen und einen angrenzend an den Hohlraum befindlichen Kanal begrenzenden Wandteilen für den Fluidstrom in den Hohlraum, wobei eine erste Heizeinrichtung in Wärmeübertragungsbeziehung mit wenigstens einem der Wandteile angeordnet ist, die den Elektrodenraum begrenzen, zur Steuerung der Temperatur einer der Elektroden und damit des Inhalts des Hohlraums. Eine zweite Heizeinrichtung ist in Wärmeübertragungsbeziehung zu wenigstens einem der Wandteile des Kanals angeordnet, um die Temperatur des Fluids im Kanal zu steuern, damit dieses mit einer vorherbe-. stimmten Temperatur in den Hohlraum gelangt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrochemische Zelle bestehend aus einem Stapel von Elementen, die fluiddicht aneinander befestigt sind, wobei ein erstes Element mit einer Ausnehmung versehen ist, die mit einem durch ein zweites Element gebildeten Verschluß zusammenwirkt und einen Hohlraum zur Aufnahme einer Zwischenflüssigkeit bildet. Das erste Element enthält zusätzlich eine ein poröses Material enthaltende Ausnehmung, das zusammen mit dem zweiten Element fluiddicht in der Ausnehmung befestigt ist. Ein Kanal im ersten Element leitet die Zwischenflüssigkeit aus dem Hohlraum zu einer Oberfläche aus porösem Material. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um ein Fluid bezüglich des porösen Materials so zu leiten, daß sich eine elektrische Verbindung zwischen dem Fluid und einer im Hohlraum angeordneten Bezugselektrode bildet, und zwar über das poröse Material und die Zwischenflüssigkeit.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine elektrochemische Zelle bestehend aus einem Stapel aus Elementen, die fluiddicht aneinander befestigt sind, wobei ein erstes Element eine erste Elektrode und ein zweites Element eine zweite Elektrode trägt, wobei ein drittes Element mit einem Ausschnitt versehen ist, der einen Teil des Wandaufbaues für einen Hohlraum zur Aufnahme von Fluid bildet, das die

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Elektroden berühren soll. Das erste, die erste Elektrode tragende Element ist an einer Seite des'dritten Elements angeordnet, so daß die erste Elektrode einen Teil des Wandaufbaues des Hohlraums bildet. Das zweite, die zweite -Elektrode tragende Element ist an der anderen Seite des dritten Elements so angeordnet, daß die zweite Elektrode einen Teil des Wandaufbaus des Hohlraums bildet. Durch eines der Elemente verläuft ein Kanal, durch den Fluid in den Hohlraum strömt.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen

elektrochemischen Zelle;
Fig. 2 die auseinandergezogene, perspektivische Darstellung

der Elemente des Elementstapeis der Zelle der Fig. 1; Fig. 3 die Draufsicht auf die Rückseite der Zelle der Fig. 1 ; Fig. 4 die Draufsicht auf die Oberseite der Zelle der Fig. 1; Fig. 5 die Draufsicht auf das in Fig. 1 linke Ende der Zelle; Fig. 6 den Schnitt 6-6 der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab; Fig. 7 die vergrößerte Darstellung eines Teils des Elements 26 der Fig. 2 mit der Darstellung der Teile an Ort und Stelle;

Fig. 8 den oberen Teil des. Elements 26 der Fig. 2 von hinten; Fig. 9 den Teilschnitt 9-9 der Fig. 1; und Fig. 10 den Teilschnitt 10-10 der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Zelle 10 mit einem Einlaßstutzen 11 und einem Auslaßstutzen 12, die je mit einer Verdickung versehen sind, über die Verbindungsschläuche befestigt werden können, durch die das Fluid zur Zelle zu- bzw. von dieser abgeleitet wird. Schraubklemmen 13» 14 und 15 dienen zum elektrischen Anschluß an eine Indikatorelektrode, eine Gegenelektrode bzw. eine Bezugselektrode, die in der Zelle angeordnet sind. Ein Kabelkanal 16 verläuft längs der Seite

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der Zelle und dient zur Aufnahme elektrischer Leitungen zum Anschluß an die Klemmen 13, H und 15, über die die Zelle an eine nichtgezeigte Meßeinrichtung angeschlossen wird. Der Kabelkanal 16 nimmt zusätzlich Paare von Leitungen 38 _f 39, 40 und 41 auf, die an in der Zelle befindliche Temperaturfühleinrichtungen angeschlossen sind. Aus dem unteren Ende der Zelle, d. h., demjenigen Ende, das in Fig. 1 unten und rechts liegt, treten Leitungen 17 und 18 aus, die zum Anschluß in der Zelle enthaltener Heizelemente an eine Spannungsquelle dienen.

Die Zelle ist schichtweise aufgebaut und enthält in einem Stapel einen Block 20, eine Dichtung 21, eine Befestigungsplatte 22 für eine Gegenelektrode, eine Dichtung 23, eine Platte 24, die einen ausgeschnittenen Strömungskanal und eine Zellenkammer enthält, eine Dichtung 25, eine Befestigungsplatte 26 zur Halterung einer Indikatorelektrode und von Heizelementen, eine dicke Dichtung 27 aus wärmeisolierendem Material, z. B. Kork, und eine dicke, starre Klemmplatte 28. Diese Elemente sind nicht maßstäblich gezeigt, insbesondere nicht die Dichtungen 21, 23 und 25, die mit dem Mehrfachen ihrer tatsächlichen Stärke dargestellt sind, um sie sichtbar zu machen. Die Elemente 20 bis 26 weiten als Untergruppe mittels in Fig. 1 nichtgezeigter Schrauben zusammengehalten. Die Elemente 27 und 28 werden als Untergruppe mittels Schrauben 30 zusammengehalten. Die Schraubklemme 14 ist mittels Schrauben 31 (auch Nieten können verwendet werden) an einer Anschlußfahne einer Gegenelektrode und der Befestigungsplatte 22 befestigt, die die Gegenelektrode trägt.

Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung die Zelle 10 der Fig. 1 , wobei die dicke Dichtung 27 und die Klemmplatte 28 weggelassen sind. In Fig. 2 ist ganz links <äer Block 20 der Zelle 10 dargestellt. Fig. 2 zeigt die Draufsicht des Reservoirblocks 20, der vorzugsweise aus einem maschinell bearbeitbaren oder form- bzw. gießbaren Kunststoff besteht, der gegenüber den durch die Zelle geleiteten und/oder im Reservoir gespeicherten Fluiden inert ist.

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^b . 2520A17

Der Einlaßstutzen 11 ist in eine Gewindebohrung 2OJ geschraubt. Die Gewindebohrung 2OJ ist über ein Blindloch 2ON mit einem Kanal 2OM verbunden, der durch ein unter einem rechten Winkel hierzu verlaufenden Loch gebildet wird, so daß der Strömungsweg vom Einlaß fortgesetzt und ein Teil des Fluidströmungsweges durch die elektrochemische Zelle gebildet wird. Ein O-Ring 2OL dient zur Abdichtung gegenüber dem nächsten Element 21 des Elementstapels, die, aneinander befestigt, eine Zellen-Untergruppe bilden. Mehrere blinde Senklöcher 2OP dienen-zur Aufnahme von Flach- bzw. Senkkopfschrauben 35, mit denen die Elemente 20 bis 26 in einem Stapel aneinander befestigt sind. Lediglich eine der Schrauben ist in der Nähe des unteren Endes der Fig. 3 gezeigt.

Gemäß Fig. 2 enthält der Reservoirblock 20 eine dreieckige Ausnehmung 20A in der Nähe seines oberen Endes, die, wenn sie durch das Element 21 verschlossen ist, als'Reservoir für eine geeignete Salzlösung dient, die eine Bezugselektrode elektrisch mit dem durch die elektrochemische Zelle hindurchtretenden Fluid verbindet, und zwar über eine Zwischenflüssigkeitsverbindung mit einer Leckanordnung in Form eines ringröhren- oder ringplattenförmigen Teils aus porösem Material, beispielsweise poröser Keramik, das in einer Gegenbohrung 2OF angeordnet ist. Das ringplattenförmige Teil aus porösem Material für die Zwischenflüssigkeits- oder Salzbrückenverbindung ist in Fig. 2 selbst nicht gezeigt. Die Verwendung eines solchen Teils ist jedoch klar. Ein Loch durch die Mitte des Teils aus porösem Material fluchtet mit dem schmaleren Ende eines verjüngten Loches 2OG und bildet einen Teil des Strömungskanals des durch die Zelle strömenden Fluids, wie in Fig. 6 am besten gezeigt, in der von links nach rechts eine Scheibe 42 aus federndem Material, beispielsweise Kautschuk, ein ringplattenförmiger Teil oder eine Ringscheibe 34 aus poröser Keramik und eine weitere Scheibe 44 aus federndem Material gezeigt sind.

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Gemäß Fig. 2 oben ist der Re servo ir block 20 mit einer Gewindebohrung 20C versehen, deren Verlängerung 2OC in das Reservoir 2OA mündet. Gemäß Fig. 1,3,4 und 5 ist das untere Ende eines Rohrs 20Έ in die Gewindebohrung 2OC geschraubt. In das Reservoir 2OA kann eine ■ Salz- oder Zwischenlösung durch dieses Rohr eingeleitet werden, das zusätzlich zur Entlüftung des Reservoirs dient. Gemäß Fig. 1, 3 und 4 verläuft das Rohr 2OB in ausreichendem Abstand oberhalb der angrenzenden Bezugselektrodenklemme 15, um einen Kurzschluß der Bezugselektrode durch Verschütten der Salzlösung zu vermeiden. Gemäß Fig. 2 ist eine zweite Gewindebohrung 2OD über einen Kanal 20D¹ mit dem Reservoir 2OA verbunden. Diese Gewindebohrung dient zur Befestigung einer Bezugselektrode 15A (Fig. 4). Im vertikalen Teil der Schraubklemme 15 befindet sich ein Gewindeloch zu Aufnahme einer Schraube zur Befestigung eines Anscklußdrahtes an die Klemme. Ein flacher, scheibenförmiger, im rechten Winkel hierzu angeordneter Teil ist mit einem Mittelloch versehen, in das der Leitungsdraht der Bezugselektrode 1 5A eingedichtet bzw. eingelötet ist, die beispielsweise aus Silber-Silberchlorid besteht. In der Bohrung 2OD sitzt zunächst eine Scheibe 45 aus federMem Material, darauf die Klemme 15 mit der daran befestigten Elektrode, und darauf ein Schraubstopfen 15B, der fest angezogen ist, um ein Lecken zu verhindern. Um zur Erzielung einer möglichst guten Übersichtlichkeit möglichst wenige gestrichelte Linien in der Zeichnung zu verwenden, sind die meisten Schraublöcher und viele veitere Teile a.us den Figuren der Zeichnung weggelassen, wo sie als unnötig erscheinen. Die gestrichelte Darstellung ist lediglich dort verwendet, wo sie zum Verständnis der Teile im Zusammenhang mit der Beschreibung als notwendig erscheint. Gemäß Fig. 3 ist gemäß der Darstellung der Fig. 2 auf der Rückseite des Reservoirblocks 20 eine Bohrung 2OE mittels eines Stopfens 32 verschlossen unä mittels eines O-Ringes 33 abgedichtet. Wie aus Fig. 6 am besten ersichtlich, dient die Bohrung 2OE als Reinigungsbohrung und ermöglicht den Zugang bei der Herstellung des verjüngten Loches 2OS, das ein Element des Strömungskanals der Zelle darstellt und mit dem Auslaßstutzen 12 der Zelle über die Bohrung 2OE verbunden ist, sowie als Zugang

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zu einem loch 20H¹ (Fig. 6) und zu einem Loch 2OH (Pig. 2). Ein loch oder Kanal 2OS (Fig. 2) bildet einen Kanal für die Salzlösung vom Reservoir 2OA zur Bohrung 2OF, die den ringplattenförmigen Teil 34 aus keramischem Material enthält.

Weiter ist gemäß Fig. 2 eine Ausnehmung 2OT im Reservoirblock 20 (auf der linken Seite) mit dem Kabelkanal 16 verbunden und bildet zusammen mit Schlitzen 21T und 22T in den Elementen 21 und 22 und dem durch das Fehlen eines Schlitzes im Element 23 bewirkten Verschluß eine Tasche zur Aufnahme von Temperaturfühleinrichtungen 48 und 49 im Bereich einer Fluidtemperatur-Stabilisierungssäule 24M (Fig. 4, 10). Gemäß Fig. 2 bildet eine Ausnehmung 20U einen Kanal für die Schraubklemme ΐ3 zum Kabelkanal 16. Ein Senkloch 2OX dient zur Aufnahme einer Schraube der Klemme 13 zu deren Befestigung am Reservoirblock 20. Eine Ausnehmung 20V bildet eine Öffnung zur Aufnahme der Klemme 14 angrenzend an den Kabelkanal 16. Eine Bohrung 2OY dient zur Aufnahme der überschüssigen Länge der Schraube der Fig. 14. Eine Ausnehmung 20W bildet zusammen mit Schlitzen 21W, 22W, 23W, 24W und 25W in den Elementen 21 bis 25 einen Kanal für die Anschlußleitungen 40 und 41 zu Temperaturfühleinrichtungen und 47, die in einer Tasche 2OB" der Befestigungsplatte 26 untergebracht sind (Fig. 9) und zur Erfassung der Temperatur angrenzend an eine Indikatorelektrode 13A dienen. Die die Temperaturfühleinrichtungen enthaltenden Hohlräume sind fest mit Materialien gefüllt, die einen guten Wärmeübergang zwischen den Temperaturfühleinrichtungen und den angrenzenden Wänden bewirken.

Wie gezeigt, werden in jedem Hohlraum zwei Temperaturfühleinrichtungen verwendet. Als ein Temperaturfühler kann in jedem Hohlraum ein Thermoelement verwendet werden. Sie sind zur Überwachung der Temperatur im Bereich jedes Hohlraums an ein Temperatur-Anzeigegerät angeschlossen, das der Bedienungsperson die herrschende Temperatur anzeigt. Der andere Temperaturfühler in jedem Hohlraum, kann beispielsweise aus einem Thermistor bestehen, der in eine

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Regelschaltung mit Heizeinrichtung geschaltet ist, durch die die Bereiche angrenzend an die Temperaturfühleinrichtungen auf einer Temperatur gehalten werden, die durch die von d er Bedienungsperson gewählten Einstellungen der Steuereinrichtungen bestimmt wird. Die Temperaturfühleinrichtungen sind angrenzend an die Zellenanordnung vorgesehen und nicht direkt in den Fluidweg getaucht, um einen unerwünschten Temperaturanstieg zu verhindern, falls die durch die Zelle strömende Flüssigkeit abgesperrt und durch ruhende Luft ersetzt wird, die langsamer die Temperatur der Umgebungswände erreicht.

Die dünne Dichtung 21 dient als lecksicherer Verschluß des Reservoirs 2OA und der ringscheibenförmigen Leckanordnung 34 (Fig. 6). Die Dichtung enthält mehrere Ausschnitte, die mit Teilen des Reservoirblocks 20 fluchten. Sie enthält mehrere mit den Schraublöchern 2OP fluchtende Löcher 21P, in der Nähe der Unterseite ein mit dem Kanal 2OM fluchtendes Loch 21M, in der Nähe der Oberseite ein Loch 21G-, das mit dem Loch in der Mitte der Ringscheibe 34 aus porösem Material fluchtet, die im vollständig zusammengebauten Zustand in der Ausnehmung 2OF liegt, und mit den Schlitzen 2OT bis 2OW fluchtende Schlitze 21T, 21U, 21V und 21W.

Die Befestigungsplatte 22 besteht aus isolierendem Material, wie es für die Karten gedruckter Schaltungen verwendet wird, oder ähnlichem, das gegenüber dem durch die Zelle geleiteten Fluid inert ist. Sie trägt die Gegenelektrode 14A, die als dünne Folie aus geeignetem Metall bestehen und beispielsweise mittels eines geeigneten Klebstoffs an der Befestigungsplatte 22 befestigt sein kann. Gemäß Fig. 1 und 2 besteht die Klemme 14 aus einer Winkelplatte, deren längerer Teil einen verlängerten Teil der Elektrode 14A überlappt und gemäß Fig. 1 an der Befestigungsplatte 22 mit Hilfe der Schrauben 31 befestigt ist. Die Klemmenfahne 14 verläuft durch einen Schlitz 22A, so daß sich die KLemEe angrenzend an den Kabelkanal 16 befindet. Die Befestigungsplatte 22 enthält mehrere Löcher 22P zum Durchtritt der Schrauben, die die Untergruppe

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zusammenhalten, ein Loch 22M, das einen Teil des Eintrittskanals der Zelle darstellt und ein Loch 22G, das einen Teil des Austrittskanals des Fluids aus der Zelle darstellt. Zusätzlich sind Schlitze 22T, 22TJ und 22W vorgesehen, die mit den passenden Schlitzen des Reservoirblocks 20 und der Dichtung 21 zusammenwirken.

Die dünne Dichtung 23 enthält eine rechteckige öffnung die zusammen mit einer Öffnung 24M^f in der Platte 24 und einer entsprechenden rechteckigen Öffnung 25M¹ in der Dichtung 25 als Maske zur Abgrenzung der aktiven oder teilnehmenden Bereiche der Elektroden 1 3A und 14A der Zelle dient. Die Öffnungen können, wie dargestellt, gleich oder ähnlich ausgeführt sein. Gewünschtenfalls können sie sich aber auch hinsichtlich Größe und Form unterscheiden, um die elektrischen Eigenschaften der Zelle zu ändern. Die Dichtung 23 enthält zusätzlich mehrere Löcher 23P zur Aufnahme der Verbindungsschrauben, eine Ausnehmung 23U für die Schraubklemme 13, eine Ausnehmung 2JV zur Bildung eines Spaltes für die Schraubklemme 14, eine Ausnehmung 23W, die die Wand des Kanals für die Leiter der Temperaturfühleinrichtungen bildet, die in der Ausnehmung 26B" der Befestigungsplatte 26 angeordnet sind, ein Loch 23M, das einen Teil des Einlaßkanals bildet und ein Loch 23G, das einen Teil des Auslaßkanal's bildet.

Die rechteckige Platte 24 ist mit einem Ausschnitt 24M versehen. Ein Teil dieses Ausschnittes ist als gewundene Bahn ausgebildet, die bei 24M" beginnt und in einen erweiterten Bereich 24M¹ führt, der bei 24E endet. Im zusammengebauten Zustand und dicht mit den Dichtungen 23 und 25 verbunden, die beide Seiten des Ausschnittes 24M in der Platte 24 verschließen, bildet sich so eine Säule, durch die das Fluid strömen kann und die in Reihe mit einem Hohlraum zur Aufnahme eines Fluids liegt, das die Elektroden 13A und 14A berührt, welche auf jeder Seite der Platte 24 einander zugekehrt •angeordnet sind. Die aktiven Flächender Elektroden werden durch

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die . rechteckigen Öffnungen 23M¹ in den Dichtungen 23 und 25 begrenzt. Gemäß Fig. 1, 2,3» 4 und 6 verläuft die Strömung durch die Zelle folgendermaßen: Durch den Einlaßstutzen 11, die Kanäle 2ON und 2OM, die Löcher 21M, 22I-I und 23M, die mit dem unteren Ende 24M" des Ausschnittes 24M fluchten, durch den Ausschnitt 24M (der durch die aus den Dichtungen 23 und 25 bestehenden Seitenwände zu einem Durchgang und einer Kammer wird), durch das obere Ende 24G des Ausschnittes 24M, durch die fluchtenden Löcher 23G, -22G, 21G, durch die Löcher in den Scheiben 42, 34 und 44 (Pig. 6), den konischen Kanal 20G, die Senkbohrung 20E, den Kanal 20H^r, den Kanal 2OH und durch den Auslaßstutzen 12. Die Platte 24 enthält zusätzlich mehrere Löcher 24P zur Aufnahme der " SpannsQhrauben zur Verbindung der Elemente 20 bis 26 als Untergruppe. Die Platte 24 enthält weiterhin Einschnitte oder Ausnehmungen 24U, 24V und 24W, die mit den bereits beschriebenen Ausschnitten zur Aufnahme der Klemmen 13 und 14 zusammenwirken und einen Kanal für die Drähte von den Temperaturfühlelementen zum Kabelkanal 16 im Reservoirblock 20 bilden.

Die Dichtung 25 ist identisch mit der Dichtung 23, mit der Ausnahme, daß den Löchern 23M und 23G entsprechende Löcher weggelassen sind. Im übrigen dürfte die Dichtungsfunktion der Dichtung 25 zwischen den Elementen 24 und 26 aus Pig. 2 deutlich hervorgehen.

Die Befestigungsplatte 26 besteht aus einem Block mit beträchtlicher Stärke mit einer Ausnehmung 26A auf der Vorderseite gemäß der Darstellung der Pig. 2. Diese Ausnehmung bildet eine Tasche zur Aufnahme eines Heizelements 36 und zweier Leitungen 18 zum Anschluß des Heizelements an eine Spannungsquelle. Zwei Nuten 26A¹ am unteren Ende des Blocks dienen zur Herausführung der Anschlußleitungen der Heizeinrichtung aus der Zelle. Die Heizeinrichtung 36 kann beliebiger bekannter Art sein. Vorzugsweise besteht sie aus einem starken Folienwiderstand. Derartige Heizeinrichtungen bestehen aus einer Keramikbasis mit einem darauf abgeschiedenen Widerstand. Hierdurch

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ergibt sich eine Heizeinrichtung mit beträchtlicher Heizfläche. Da derartige Heizeinrichtungen als solche bekannt und im Handel erhältlich sind, dürfte sich eine nähere Beschreibung erübrigen. Die vordere Fläche der Befestigungsplatte 26 enthält zusätzlich eine rechteckige Ausnehmung 26B zur Aufnahme der Elektrode 13A, die aus einer rechteckigen flachen Platte aus geeignetem Elektrodenmaterial besteht. Die Ausnehmung 26B enthält einen zusätzlichen Hohlraum 26B¹ , der eine Verlängerung des Hohlraums zur Aufnahme der Klemme 13 bildet, wobei eine Feder 13B zur elektrischen Verbindung mit der Elektrode 13A dient,und einem Hohlraumteil 26B" zur Aufnahme der Temperaturfühleinrichtungen in enger Verbindung mit der Elektrode 13A und dem Hohlraumteil 24M¹, der bereits beschrieben wurde. Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Befestigungsplatte 26, aus der die Stellung der Temperaturfühleinrichtungen 46 und 47 und der elektrischen Leitungen 40 und 41 für dieselben ersichtlich ist.

Gemäß Fig. 2 enthält die Befestigungsplatte 26 zusätzlich mehrere Löcher 26P, die an der Rückseite der Befestigungsplatte 26 zur Aufnahme der Spannschrauben 35 angesenkt ist, von denen in Fig. 3 eine gezeigt ist. Eine Ausnehmung 26V in der Befestigungsplatte 26 dient zur Aiihahme eines Teils der Schraubklemme 14.

Auf der Rückseite der Befestigungsplatte 26 gemäß der Darstellung der Fig. 2 und 8 ist eine Ausnehmung 26C vorgesehen, die zur Aufnahme eines zweiten Heizelements 37 und seiner Leitungen 17 dient. Diese Leitungen sind an der Seite der Heizeinrichtung im Hohlraum 26C geführt und verlaufen durch Öffnungen 26D, die mit der Ausnehmung 26A auf der gegenüberliegenden Seite der Befestigungsplatte 26 verbinden, wo die Leitungen nach unten, rings um das Heizelement 36 und aus den Hüten 26A herausgeführt sind.

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Wenn sämtliche Elemente der Fig. 2 mittels mehrerer Schrauben, wie in Fig. 3 gezeigt, zu einem Block verschraubt sind, und wenn die Wärmeisolationsdichtung 27 und die Klemmplatte 28 mit Hilfe der Schrauben 30 befestigt sind, ergibt sich eine elektrochemische Zelle, die robust ist und sich zur Anwendung in Industrie und Labor eignet. Es wurden bereits erfindungsgemäße Zellen gebaut und näher untersucht. Eine solche Zelle hatte eine Gesamthche von etwa 19 cm (7 1/2 inch), eine Breite von etwa 5 cm (2 inch) und eine Stärke vor, etwa 6,2 cm (1 3/16 inch). Die Platten 22, 24 und 26 bestanden aus dem Kunststoff lucite. Die Dichtungen 21, 23 und 25 waren 0,05 mc; stark und bestanden· aus dem Kunststoff MyJLar der Firma Dupont. Die Befestigungsplatte 22 bestand aus Glasfaserkarton G-10 der Firma General Electric. Seine Stärke betrug etwa 0,8 mm (1/32 inch). Die Maximalbreite des Ausschnittes betrug etwa 4,8 mm (3/16 inch) und die Gesamtlänge in der Elektrodenhohlraumf lache betrug etwa 4,9 mm (1 29/31 inch). Die Strömungskanäle durch die Zelle, zum und vom Elektrodenhohlraum hatten einen nominellen Durchmesser von etwa 1,6 mm (1/16 inch). Die Elektrode 13A besirand aus glasartigem Kohlenstoff und die Elektrode 14A aus nichtrostendem Stahl 316. Die Öffnungen 23M¹ und 25M¹ waren etwa 4,8 mm (3/16 inch) breit und etwa 25,4 mm (1 inch) lang. Die Heizeinrichtungen bestanden aus Dickfilmwiderständen.

Die Zellen wurden zur Messung von HpOp unter Verwendung elektrischer Schaltungen und Bauteile verwendet, wie sie in der US-Patentanmeldung 383 855 näher beschrieben sind. Es zeigte sich, daß die Zellen eine ungewöhnlich kurze Ansprechzeit haben und die Kennlinie HpOp - Ausgangssignal fast linear ist. Auch wurden die Zellen von Gasbläschen und Strömungsdiskontinuitäten nicht beeinflußt.

Bei Verwendung geformter und gelochter Teile können die Zellen sehr billig hergestellt werden.

Die gegebenen Beispiele sind hinsichtlich Abmessungen und Materialien nicht beschränkend zu verstehen.

Patentansprüche 509847/1067

Claims

PATENTANSPRÜCHE '

Ί. ) Elektrochemische Zelle mit mehreren Elektroden mit ebenfen Oberflächen, gekennzeichnet durch Trenneinrichtungen (23, 25) zur Begrenzung der aktiven Oberfläche einer der Elektroden (I3A bzw.

2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η -zeichnet , daß die Einrichtung zur Begrenzung der aktiven Fläche aus einer Maske (23, 23M') besteht, die fluiddicht mit der Elektrode (14A) verbunden ist und nur einen Teil der ebenen Oberfläche freigibt.

3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (13A, HA) mittels EaI--terungselementen (22, 26) in einander zugewandter Weise mit Einrichtungen gehaltert sind, die die aktive Fläche begrenzen und fluiddicht mit einer derselben verbunden sind, und daß Einrichtungen (23M¹, 24M¹, 25M·) zur Bildung eines Hohlraums zur Aufnahme von Fluid zwischen den Elektroden vorge sehen sind.

4. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die einen Hohlraum bildende Einrichtung ein Element (24) mit ebenen Oberflächen mit einem Ausschnitt (24M¹) enthält, der die Ausnehmung bildet, sowie Einrichtungen zur gegenseitigen Befestigung der Elemente (23, 24, 25) in

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fluiddichter Beziehung zueinander, zur Bildung der Zelle, und
einen Kanal (24M) zur Einleitung des Fluids in den Hohlraum.

5. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Kanals Teil des Ausschnittes des Elements (24) mit ebenen Oberflächen ist.

6. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 4 oder 5, gekenn-, zeichnet durch eine Heizeinrichtung (37), die in Wärmeübertragungsbeziehung angrenzend an eine (13A) der Elektroden
im wesentlichen über die ganze Oberfläche ihrer ebenen Fläche
zur Steuerung der Temperatur der Elektrode und des Hohlraums
(24M¹) angeordnet ist.

7. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 5» gekennzeich-

in
net durch eine/Wärmeübertragungsbeziehung angrenzend an den Teil des Kanals (24K) angeordnete Heizeinrichtung (36) zur Steuerung der Temperatur des in den Hohlraum (24M¹) geleiteten
Fluids.

8. Elektrochemische Zelle mit mehreren Elektroden mit ebenen Oberflächen gekennzeichnet durch mit den Elektroden zusammenwirkende Einrichtungen zur Bildung eines geschlossenen Raums zur Aufnahme eines zwei der Elektroden (13A, 14A) berührenden Fluids, wobei wenigstens ein Teil der Elektroden eine

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Wand des geschlossenen Hohl-raums bildet, und durch eine Heizeinrichtung (37), die in Wärmeübertragungsbeziehung zu einer der Elektroden (13A) zur Steuerung der Temperatur derselben und damit der Wand der Zelle angeordnet ist.

9. Elektrochemische Zelle mit zwei Elektroden mit ebenen Oberflächen, die einander zugewandt gelagert sind, gekennzeichnet durch einen Gehäuseaufbau mit Wandteilen, die mit den Elektroden zur Bildung eines Fluidhohlraums zusammenwirken, wobei das Gehäuse Wandteile aufweist, die einen zu dem Hohlraum führenden Kanal (24M) bilden, durch den das Fluid in den Hohlraum strömt, durch eine erste Heizeinrichtung (37), die in inniger Wärmeübertragungsbeziehung mit wenigstens einer den Hohlraum begrenzenden Elektrode (13A) zur Steuerung der Temperatur der Elektrode und des Inhalts des Hohlraums angeordnet ist, und durch eine zweite Heizeinrichtung (36), die in inniger Wärmeübertragungsbeziehung mit wenigstens einem der Wandteile des Kanals steht, zur Steuerung der Temperatur des Fluids im Kanal, so daß das Fluid mit einer vorherbestimmten Temperatur durch den Hohlraum fließt.

10. Elektrochemische Zelle, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse einen Stapel von Elementen enthält, die fluiddicht aneinander befestigt sind, mit zwei einander zugewandten Elektroden, die zusammen mit Wandteilen des Gehäuses einen Fluidhohlraum bilden, mit einem ersten Element (20) mit einer Aus-

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nehmung (20A), die zusammen mit einem durch ein zweites Element (21) gebildeten Verschluß einen zweiten Hohlraum zur Aufnahme einer Zwischenflüssigkeit bildet, wobei das erste Element zusätzlich eine poröses Material (34) enthaltende Ausnehmung (20F) enthält, das zusammenwirkend mit dem zweiten Element fluiddicht in der Ausnehmung befestigt ist, einem Kanal (20S) in dem ersten Element zur leitung der Zwischenflüssigkeit aus dem Hohlraum auf eine Oberfläche des porösen Materials, und Einrichtungen zur Leitung des Fluids aus dem Hohlraum zu dem porösen Material derart, daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Fluid und einer iia Hohlraum angeordneten Bezugselektrode (15A) durch das poröse Material und die Zwischenflüssigkeit gebildet wird.

. Elektrochemische Zelle, gekennzeichnet durch einen Stapel von aneinander fluiddicht befestigten Elementen, mit einem eine erste Elektrode (13A) tragenden ersten Element (26), einem eine zweite Elektrode (14A) tragenden zweiten Element (22), einem mit einem Ausschnitt (24M¹) versehenen dritten Element (24), wobei der Ausschnitt einen Teil der Wand eines Hohlraums zur Aufnahme von die Elektroden berührendem Fluid bildet, wobei das erste, die erste Elektrode tragende Element an einer Seite des dritten Elements derart angeordnet ist, daß die erste Elektrode einen Teil der Wand des Hohlraums bildet und das zweite, die zweite Elektrode tragende Element an der anderen Seite des dritten Elements- angeordnet ist, so daß die zweite Elektrode einen Teil der Wand des Hohlraums

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bildet, und einen durch eines der Elemente verlaufenden Kanal (24M) zur Zuleitung von .Fluid in den Hohlraum.

12. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 11, gekenn ζ e i cnnet durch Heizeinrichtungen (37), die sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer der Elektroden (13A) erstrecken und angrenzend an dieselbe angeordnet sind, so daß die Temperatur derselben auf einem gewünschten Viert gehalten -worden kann.

13· Elektrochemische Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Element (24) eine Verlängerung (24M) des Ausschnittes (24M')^venthält, der mit dem ersten und zweiten Element (22, 26) derart zusammenwirkt, daß er die Wand eines gewundenen Strömungspfades bildet, der in Reihe mit dem Hohlraum liegt, daß angrenzend an eine Seite des gewundenen Strömungspfades eine Heizeinrichtung (36) angeordnet ist, die sich im wesentlichen über dessen gesamte Ausdehnung erstreckt, so daß die Temperatur der Viand auf einem vorherbestimmten Viert gehalten wird, und daß durch eines der Elemente (22) ein Kanal (22G-) zur Ableitung des Fluids aus dem Hohlraum vorgesehen ist, so daß sich eine Fluidströmung durch die elektrochemische Zelle ergibt und die Temperatur des Inhalts des Hohlraums auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

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14. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 11, gekennzeich net durch eine in einem Element (20) des Stapels gelagerte Bezugselektrode (15A), und durch ein eine elektrische Verbindung zwischen der Bezugselektrode und der ersten oder zweiten Elektrode (13A, HA) bildendes Fluid.

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