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Gasentwickelndes elektrolytisches Element für tragbare Vor-
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richtungen Die Erfindung bezieht sich auf ein gas entwickelndes elektrolytisches
Element für tragbare Vorrichtungen, das einen mit einer Scheidewand in einen Kathodenraum
und in einen Anodenraum aufgeteilten und in einem einen Elektrolyten enthaltenden
und mit einer Deckplatte versehenen Gefäß angeordneten Gasraum aufweist.
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Es ist bekannt, daß ein konstanter oder regulierbarer Volumendurchfluß
eines Gases von hoher Reinheit auf vielen technischen Gebieten, z.B. in der Gaschromatographie,
bei Laborreaktoren, bei Meßmonitoren für Luftverunreinigung usw. zur Vergügung stehen
soll. In Laboratorien werden im allgemeinen Gasflaschen angewendet, obwohl der Platz
für die Anwendung
und Lagerung der Flaschen aufgrund von Feuerschutz-und
anderen Vorschriften unter sehr strengen Bedingungen auszuwählen ist. Der Austausch
und die Neufüllung der Flaschen wirft weitere Probleme auf, und die in den Flaschen
gelagerten Gase bleiben über längere Zeit nicht in der erforderlichen Reinheit erhalten.
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Die die Anwendung von Gasflaschen begleitenden obenerwähnten Schwierigkeiten
können durch Ausnützung der Erkenntnis vermieden werden, daß einige Gase in reinem
Zustand sehr einfach durch Elektrolyse erzeugbar sind. In Flammendetektoren wird
Wasserstoffgas von hoher Reinheit benötigt, das aus Wasser durch Elektrolyse erzeugbar
ist. Zu diesem Zweck kann eine Art von gas entwickelnden elektrolytischen Elementen,
der sogenannte Hydrogengenerator, angewendet werden.
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Hydrogengeneratoren zeigen eine große Zuverlässigkeit und sind nicht
feuergefährlich. Diese Elemente erfordern nur die Zufuhr von elektrischer Energie
und zyklische Nachfüllung des Elektrolyten. Z.B. soll einmal in der Woche eine bestimmte
Wassermenge nachgefüllt werden. Der Volumendurchfluß des entwickelten Gases läßt
sich durch Einstellung des Stroms der Elektrolyse sehr einfach regulieren.
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Für die chromatographische Forschung wurden elektrolytische Hyiogengeneratoren
entwickelt, die auch bei Meßvorrichtungen zur Luftverunreinigungskontrolle anwendbar
sind. Beispielsweise ist ein solcher Generator im Monitor vom Typ "Fidas" der Firma
Hartmann & Braun eingebaut. Diese Generotoren können jedoch nur in feststehenden
Vorrichtungen und vorzugsweise in großen Maßstäben angewendet werden.
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Bei tragbaren Vorrichtungen wird zur Messung noch immer eine Gasflasche
benutzt. Z.B. dient in der Flammendetektorvorrichtung der Firma Perkin-Elmer sowie
in der ungarischen Vorrichtung vom Typ Carbiden eine Gasflasche als Wasserstoffquelle.
Die
Verwendung von Gasflaschen ist dadurch begründet, daß die bekannten gasentwickelnden
elektrolytischen Elemente sehr schüttelempfindlich sind, weil ihr alkalischer Elektrolyt
bei zufälligem Umstürzen des Elementes in die gasabführende öffnung fließt, was
zur Zerstörung des Elementes führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den obenerwähnten Nachteil
zu beseitigen und ein gasentwickelndes elektrolytisches Element zu schaffen, aus
dem der Elektrolyt bei zufälligem Umstürzen des Elementes nicht ausfließt, um auf
diese Weise die Gefahr der Zerstörung des Elementes zu vermeiden.
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Die gestellte Aufgabe wurde aufgrund der Erkenntnis gelöst, daß das
den Elektrolyten des Elementes enthaltende Gefäß mit gasabführenden Labyrinthkanälen
und die Labyrinthkanäle mit Kontakten zum Fühlen des Vorhandenseins des Elektrolyten
versehen werden können.
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Aufgrund dieser Erkenntnis wurde ein gasentwickelndes elektrolytisches
Element für tragbare Vorrichtungen geschaffen, das einen mit einer Scheidewand in
einen Kathodenraum und in einen Anodenraum aufgeteilten sowie in einem einen Elektrolyten
enthaltenden und mit einer Deckplatte versehenen Gefäß angeordneten Gasraum aufweist,
bei welchem erfindungsgemäß im oberen Teil des Gefäßes gasabführende Labyrinthkanäle
angeordnet und in den Labyrinthkanälen oder auf der auf der Seite des Gas raums
liegenden Oberfläche der Deckplatte Kontakte zum Fühlen des Elektrolyten eingebaut
sind.
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In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Elementes weisen
die Labyrinthkanäle Eingangs- und Ausgangs-Öffnungen an gegenüberliegenden Rändern
der Deckplatte auf,
und die Labyrinthkanäle sind in Form von sich
von der Eingangsöffnung bis zur Ausgangsöffnung erstreckenden waagrechten oder ansteigenden
Teilen ausgebildet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Elementes
ist die Eingangsöffnung der Labyrinthkanäle im Gasraum über dem Kathodenraum bzw.
über dem Anodenraum in der Nähe einer Ecke der Deckplatte angeordnet, und die in
die Umgebung geöffnete Ausgangsöffnung ist entsprechend über dem Anodenraum bzw.
über dem Kathodenraum in oder über der Deckplatte in der Nähe der zur Eingangsöffnung
gegenüberliegenden Ecke der Deckplatte angeordnet.
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Bei erfindungsgemäßer Anordnung der öffnungenwird der Elektrolyt bei
zufälligem Umstürzen des Elementes oder der das Element enthaltenden Vorrichtung
nur einen Teil der Labyrinthkanäle überfluten, jedoch kann er die Ausgangsöffnungen
nicht erreichen, wenn das Gefäß in stehender Position des Elementes mit dem Elektrolyten
nicht höher als zum durch den Platz der öffnungen bestimmten Niveau gefüllt wird.
Diese Bedingung ist in der Praxis immer erreichbar, weil die Elemente zwecks Herstellung
eines Gasraumes von entsprechender Größe im allgemeinen bis zur halben Höhe mit
dem Elektrolyt gefüllt sind. Dieser Gasraum, der aus einem Teil des Kathodenraums
und aus einem Teil des Anoden--raums besteht, wird zum Ausgleich eventueller Druckschwankungen
benötigt.
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Der Querschnitt und die Linienführung der die Eingangs-und Ausgangsöffnungen
verbindenden Labyrinthkanäle lassen sich sehr vielfältig auswählen. Zur Verbindung
der öffnungen können sowohl gerade als auch die Richtung mehrfach ändernde Rohrstrecken
verwendet werden, die mit Querschnitten von vielfultigen Formen ausgebildet werden
können. Die einzige
Forderung hinsichtlich der Labyrinthkanäle
ist die Notwendigkeit ihrer Ausbildung in solcher Form, daß der Elektrolyt, der
beim Umstürzen des Elementes in die Labyrinthkanäle einfließt, nach dem Zurückstellen
des Elementes zu dem ursprünglichen Niveau zurückkehren kann. Zu diesem Zweck sollen
die Labyrinthkanäle nicht nur waagerechte und/oder ansteigende Teile aufweisen,
sondern alle Innenmaße sollen zweckmäßig 3 mm, vorzugsweise 6 mm übersteigen. Bei
kleineren Innenmaßen kann der Elektrolyt wegen der Kapillarkräfte in Labyrinthkanälen
zurückgehalten werden.
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Die Labyrinthkanäle lassen sich in Form eines unter oder auf der Deckplatte
angeordneten Rohres ausbilden, jedoch ist es zweckmäßig, eine solche räumliche Anordnung
der Rohre zu wählen, die eine einfache elektrische Zuführung zu den Elektroden und
Kontakten ermöglicht.
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Beim Umstürzen des Elementes überflutet der Elektrolyt die in den
Labyrinthkanälen oder auf der auf der Seite des Gasraums liegenden Oberfläche der
Deckplatte ausgebildeten Kontakte. Infolgedessen wird ein äußerer Stromkreis geschlossen
und ein elektrisches Signal erzeugt, das zur automatischen Unterbrechung des Stroms
der Elektrolyse ausgenutzt werden kann. Diese Lösung sichert die Unterbrechung der
Elektrolyse und vermeidet die Gefahr, daß der Überdruck der entwickelten Gase zum
Herausdrücken des Elektrolytenaus dem Element führt.
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Das erfindungsgemäße gas entwickelnde elektrolytische Element ist
im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigen Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch das erfindungsgemäße
elektrolytische Element,
Fig. 2 einen waagrechten Längsschnitt durch
das in der Deckplatte des Elementes ausgebildete Labyrinthensystem, Fig. 3 die in
der Fig. 2 dargestellten Querschnitte des überfluteten Labyrinthensystems in zwei
umgestürzten Positionen des erfindungsgemäßen Elementes, Fig. 4 eine Seitenansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Labyrinthkanäle in Form von mit
der Deckplatte verbundenen Rohrleitungen ausgebildet sind, und Fig. 5 die Draufsicht
auf die der Fig. 4 entsprechenden Ausführung des erfindungsgemäßen Elementes.
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Das erfindungsgemäße elektrolytische Element (Fig. 1) weist ein bevorzugt
aus Kunststoff hergestelltes Gefäß 1 auf, das etwa bis zur Hälfte mit einem Elektrolyten
2 gefüllt und mit einer senkrechten Scheidewand 3 in einen Kathodenraum und einen
Anodenraum geteilt ist. Das Element weist eine Anode und eine Kathode 4 auf. Im
Gefäß 1 ist ein aus dem Anodenraum und aus dem Kathodenraum bestehender Gasraum
ausgebildet, der mit Labyrinthkanälen 6 zur Abführung der entwickelten Gase durch
eine Eingangsöffnung 8 verbunden ist. In den Labyrinthkanälen 6 sind Kontakte 7
in der Nähe der Eingangsöffnungen 8 eingebaut. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung
des erfindungsgemäßen Elementes bestehen die Labyrinthkanäle aus zwei Teilen zur
Abführung des entwickelten Sauerstoffes und Wasserstoffes. Diese Teile sind aus
zwei waagrechten und zwei senkrechten Rohrstrecken ausgebildet (Fig. 2), die in
einer Ausgangsöffnung 9 enden.
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Die in Fig. 3 dargestellten Querschnitte stellen das Element in umgestürzter
Position dar. Der Elektrolyt 2 kann
in dieser Position nur einen
der Labyrinthkanäle 6 überfluten und erreicht niemals die Höhe der Ausgangsöffnung
9'.
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Im Falle des Umstürzens ist ein elektrisches Signal durch Kontakte
7 geliefert worden, die in der Eingangsöffnung 8 eingebaut sind. Das durch die Kontakte
7 erzeugte elektrische Signal kann zum sofortigen Ausschalten des Stroms der Elektrolyse
ausgenutzt werden.
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Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen
sich auf eine Lösung des erfindungsgemäßen Elementes, bei der die Labyrinthkanäle
6 zur Abführung der entwickelten Gase in der Deckplatte des Gefäßes 1 angeordnet
sind. Die Labyrinthkanäle können jedoch auch in Form von zwei mit der Deckplatte
des Gefäßes 1 verbundenen Rohrleitungen ausgebildet werden (Fig. 4 und 5). Bei dieser
Ausführung besteht ein weiterer Unterschied darin, daß die beim Umstürzen des Elementes
den Elektrolyt 2 fühlenden Kontakte 7 nicht in den Labyrinthkanälen 6, sondern auf
der auf der Seite des Gasraums 5 liegenden Oberfläche der Deckplatte eingebaut sind.
In den Fig. 4 und 5 ist die Scheidewand zwischen dem Kathodenraum und dem Anodenraum
nicht sichtbar.
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Die Erfindung ist nicht nur auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt, sondern die Erfindungsidee kann auch in anderen weiteren Ausführungen
verwirklicht werden.
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Das erfindungsgemäße gas entwickelnde elektrolytische Element kann
sehr gut in tragbaren Vorrichtungen verwendet werden. Beim Umstürzen des erfindungsgemäßen
Elements wirkt der in die gasabführenden öffnungen einfließende Elektrolyt nicht
auf die Bestandteile der äußeren Vorrichtung, weil der Elektrolyt den inneren Raum
des Elementes nicht verlassen kann. Beim Umstürzen des Elementes kann weiter ein
entsprechendes Alarmsignal geliefert werden.
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Kurz umrissen, betrifft die Erfindung ein gasentwickelndes elektrolytisches
Element für tragbare Vorrichtungen. Das Wesen des erfindungsgemäßen Elementes liegt
darin, daß im oberen Teil des Gefäßes des Elementes gas abführende Labyrinthkanäle
ausgebildet und in den Labyrinthkanälen oder auf der Deckplatte des Gefäßes Kontakte
zum Fühlen des Elektrolyten eingebaut sind. Es ist zweckmäßig, die Eingangsöffnungen
und die Ausgangsöffnungen der Labyrinthkanäle in den gegenüberliegenden Ecken der
Deckplatte auszubilden. Bei dem erfindungsgemäßen Element wirkt der beim Umstürzen
des Elements in die gasabführenden Öffnungen einfließende Elektrolyt nicht auf die
Bestandteile der Vorrichtung, weil der Elektrolyt aus dem Element nicht abfließen
kann. Mit Hilfe der Kontakte kann ein elektrisches Signal zur Signalisierung des
eventuellen Umstürzens erzeugt werden.
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l e e r L e e r s e i t e i t e