DE2533823B1 - Verfahren zur fuellung eines membransystems mit einem im arbeitsbereich dampffoermigen antriebsmittel, nach dem verfahren gefuelltes membransystem und dessen verwendung - Google Patents
Verfahren zur fuellung eines membransystems mit einem im arbeitsbereich dampffoermigen antriebsmittel, nach dem verfahren gefuelltes membransystem und dessen verwendungInfo
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Description
[M(L)Jxn,
verwendet wird, wobei das Zentralatom M aus der Gruppe der Übergangsmetalle Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu
oder Zn, als Ligand L eine Verbindung mit einer Aminogruppe, π und m eine ganze Zahl und χ ein
Anion, wie Halogen, Sulfat, Nitrat, Perchlorat oder Oxalat bedeutet.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Membransysteme,
die zwischen —10° C und +20° C verwendet werden,
der Ligand L aus Ammoniak besteht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Membransysteme,
die zwischen 0°C und +300C verwendet werden, der Ligand L aus Methylamin besteht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Membransysteme,
die zwischen +20° C und +70° C verwendet werden, der Ligand L aus Aethylamin besteht.
6. Verfahren nach dem Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
mehrzähliger flüssiger, zur Chelatbildung fähiger Ligand eine aliphatische Verbindung mit mehr als
einer Aminogruppe verwendet wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrzähliger
flüssiger zur Chelatbildung fähiger Ligand Äthylendiamin verwendet wird.
8. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligandenaustausch durch
Erhitzen des dampfdicht verschlossenen Membransystems bei 50° bis 100° C während 30 bis 60 Minuten
vorgenommen wird.
9. Gemäß dem Verfahren nach dem Anspruch 1 mit dampfförmigem Antriebsmittel gefülltes Membransystem.
10. Membransystem nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei gerillten
Membranen mit hochgezogenen Rändern hergestellt ist.
11. Membransystem nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine
mit dem Innenraum in Verbindung stehende Kapillare und einen mit dieser in Verbindung
stehenden Dampfdruckfühler aufweist.
12. Verwendung des Membransystems nach dem Anspruch 9 für thermische Regler.
13. Verwendung des Membransystems nach den
Ansprüchen 4,8 und 12 in einem Raumthermostaten
oder in einem Radiatorregler.
14. Verwendung des Membransystems nach den Ansprüchen 11 und 12 in einem Fernwärmefühler.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Füllung eines Membransystems mit einem im Arbeitsbereich
dampfförmigen Antriebsmittel, auf ein nach dem Verfahren gefülltes Membransystem und dessen Verwendung
für thermische Regler.
Thermische Regler und Stellantriebe haben eine weite Verbreitung gefunden. Solche Einrichtungen
bestehen aus einem mindestens stellenweise nachgiebige Wände, wie Bälge oder Membranen aufweisenden
Gefäß, wobei eine unter dem Einfluß der Wärme ausdehnbare Füllung in fester, flüssiger oder dampfförmiger
Form als Antriebsmittel für Kontakte, Ventile oder ähnliches dient. Für im Bereich der Raumtemperatur
arbeitende Regler ist eine dampfförmige Füllung als Antriebsmittel die Regel. Dabei stellt sich das Problem,
eine genau dosierte Einfüllung des Antriebsmittels zu verwirklichen.
Die Antriebsmittel für bei Raumtemperatur arbeitenden thermischen Reglern bestehen aus bei atmosphärischem
Druck tiefsiedenden Flüssigkeiten oder deren Gemischen, z. B. Propan, Butan, Methylchlorid, Methylamin,
Fluoralkanen usw. Die Abfüllung solcher Medien in die im Arbeitszustand geschlossenen Systeme ist
aufwendig und zudem oft unangenehm oder sogar gefährlich. Es sind zu diesem Zwecke verschiedene
Verfahren bekannt. Beispielsweise werden die geschlossenen Systeme evakuiert und bei vorgeschriebener
Temperatur mit dem Sattdampf gefüllt. Solche Systeme müssen mit Nippel und Kapillaren versehen sein, die
nach der Füllung zusammengequetscht, verschweißt oder verlötet und gegebenenfalls entfernt werden
müssen. Das Antriebsmittel kann auch in Form von gekühltem Flüssiggas in einem schwammartigen Körper
absorbiert sein, der in das offene Membransystem eingebracht wird und wobei das System anschließend
gasdicht verschlossen wird (DT-Gbm 19 25 402). Ferner kann auch die erforderliche Menge des gekühlten
Flüssiggases in Ampullen aus Glas oder Kunststoff (US-PS 24 94 197) oder in Säckchen aus Kunststoff
(DGM 19 25 402) in das Membransystem eingebracht werden und nach dessen Verschweißung oder Verlötung
durch Erhitzen über den Schmelzpunkt des Kunststoffs hinaus oder durch mechanische Einwirkung,
die zur Zerstörung der Ampulle führt, freigesetzt werden, wobei das Antriebsmittel bei der Arbeitstemperatur
dampfförmig wird. Insbesondere bei Automatisierung der Abfüllvorgänge sind diese bekannten Abfüllarten
aber arbeitsaufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Füllung eines Membransystems mit
einem im Arbeitsbereich dampfförmigen Antriebsmittel zu schaffen, das einfach und sicher in bezug auf eine
genaue Dosierung ist und mit Hilfe von einfachen Vorrichtungen automatisiert werden kann, so daß die
betriebsbereiten Membransysteme sehr wirtschaftlich herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum nicht
verschlossenen Membransystem eine abgemessene Menge je einer aus einem Zentralatom M und Liganden
L bestehenden festen Koordinationsverbindung und
von einem bei Raumtemperatur flüssigen mehrzähligen,
zur Chelatbildung fähigen Liganden zugefügt, das Membransystem dampfdicht verschlossen und das
dampfförmige Antriebsmittel durch Wärmebehandlung irreversibel durch Ligandenaustausch freigesetzt wird.
Die Erfindung umfaßt gleicherweise ein gemäß diesem Verfahren mit dampfförmigem Antriebsmittel
gefülltes Membransystem und dessen Verwendung für thermische Regler.
Die zur Füllung des Membransystems vorgesehenen festen Koordinationsverbindungen lassen sich durch
Abwägen und die flüssigen mehrwertigen Liganden durch Pipettieren sehr leicht genau dosieren. Dieser
Vorgang und die Verschweißung der Kapseln samt der nachfolgenden Wärmebehandlung lassen sich ohne
Schwierigkeiten automatisieren, wobei die Apparaturen leicht zu beschaffen und zu steuern sind und im
Vergleich zu den für die bisher bekannten Verfahren notwendigen wirtschaftlich bedeutend günstiger liegen.
Das Prinzip kann ferner bei Wahl geeigneter Komponenten auch auf thermische Stellantriebe übertragen
werden, welche im allgemeinen bei höheren Temperaturen arbeiten.
Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens bedient sich einer festen Koordinationsverbindung der
allgemeinen Formel
[M(L)Jxn
wobei das Zentralatom M aus der Gruppe der Übergangsmetalle Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu oder Zn, der
Ligand L eine Verbindung mit einer Aminogruppe, η und m eine ganze Zahl und χ ein Anion, wie Halogen,
Sulfat, Nitrat, Perchlorat oder Oxalat bedeutet, und von Äthylendiamin als flüssigem mehrwertigem Chelatliganden.
Der Ligand L kann für Membransysteme, die zwischen —10° C und +200C verwendet werden, aus
Ammoniak bestehen, für Membransysteme mit einem Arbeitsbereich von 0°C und +30° C (Raumtemperatur)
aus Methylamin und für den Arbeitsbereich zwischen +20° C und + 70° C aus Äthylamin.
Ausführungsbeispiele
In ein aus zwei gerillten kreisrunden Membranen aus rostfreiem Stahlblech mit ineinanderpassenden, hochgezogenen
nach oben gerichteten Rändern bestehendes offenes System wird eine berechnete, abgewogene
Menge einer festen Koordinationsverbindung
[Ni(CH3NH2Je]++
und von flüssigem Äthylendiamin bei Raumtemperatur gegeben. Die beiden Membranschalen werden in dieser
Stellung ineinandergeschoben und die Ränder verschweißt. Darauf wird das nunmehr dampfdichte
Membransystem bei 50° bis 100° C während 30 bis 60 Minuten einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch
wird in der Kapsel des Membransystems der Ligand L Methylamin freigesetzt, der bei Raumtemperatur
dampfförmig ist. Dieser wirkt nun als Antriebsmittel für das Membransystem, das beispielsweise für die Schließung
von Kontakten bei einer bestimmten Raumtemperatur im Bereich von 0°C bis etwa +30° C verwendet
werden kann. Dabei kann gegebenenfalls durch bekannte Gestaltung der Kapsel oder der zugehörigen
Teile für eine Schnappbewegung gesorgt werden. Ein solches System ist deshalb besonders für Raumthermostaten
oder Radiatorregler geeignet.
Das Membransystem kann dabei aus nur zwei scheibenförmigen Membranen oder aus weiteren, mit
einer Zentralöffnung versehenen Membranen bestehen, wenn ein größeres Kapselvolumen benötigt wird.
Ferner kann es für Fernwärmefühler mit einer mit dem Kapsel-Innenraum in Verbindung stehenden Kapillare
und einem damit in Verbindung stehenden Dampfdruckfühler versehen sein.
Es ist bekannt, daß die Stabilität von Koordinationsverbindungen durch deren Bildungskonstante K, oder ß,-bestimmt
wird, wobei K, die individuelle Bildungs- oder Dissoziationskonstante und β j die Bruttobildungs- oder
Dissoziationskonstante ist.
Für den im Beispiel gezeigten Fall gelten folgende Bruttodissoziationskonstanten:
für [Ni(CH3NH2)6] + + ß6 = 109·12 I3 πιοΓ3
für [Ni(NH2CH2CH2NH2)3] + + ß3 = IO20·05 I3 mol"3
Bei den Bedingungen nach dem Beispiel ist deshalb bei der Reaktion
T Äthylendiamin Methylamin
[Ni(CH3NH2),;] - + + 3 NH2CH2CH2NH2 6 CH3NH2 + [Ni(NH2CH2CH2NH2)3]"
wobei t die Zeit bedeutet, das Gleichgewicht eindeutig
nach rechts verschoben. Es findet also ein Ligandenaustausch statt. Es verbleiben deshalb in der Kapsel nach
der Wärmebehandlung bei Raumtemperatur dampfförmiges Methylamin und die feste inerte Chelatverbindung
des Nickels mit dem Äthylendiamin und dem benutzten Anion. Das dampfförmige Methylamin wirkt
60 somit im vorgesehenen Wirkungsbereich als Antriebsmittel
für das Membransystem.
Es wirken nicht alle Übergangsmetalle in der Chelatverbindung gleich günstig. Doch lassen sich die
optimalen Verbindungen für den vorgesehenen Temperaturbereich leicht durch Versuche feststellen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Füllung eines Membransystems mit einem im Arbeitsbereich dampfförmigen Antriebsmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß zum nicht verschlossenen Membransystem eine abgemessene Menge je einer aus einem Zentralatom
M und Liganden L bestehenden festen Koordinationsverbindung und von einem bei Raumtemperatür
flüssigem mehrzähligen, zur Chelatbildung fähigen liganden zugefügt, das Membransystem
dampfdicht verschlossen und das dampfförmige Antriebsmittel durch Wärmebehandlung irreversibel
durch Ligandenaustausch freigesetzt wird.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feste Koordinationsverbindung
eine Verbindung der allgemeinen Formel
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CH846075 | 1975-06-30 | ||
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DE2533823C2 DE2533823C2 (de) | 1977-07-28 |
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