DE69202992T2 - Elektrolytischer Spender. - Google Patents
Elektrolytischer Spender.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrolytische Abgabevorrichtungen und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Abgeben einer Flüssigkeit gemäß der Menge an Gas, die durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch eine elektrolytische Zelle erzeugt wird. Elektrolytische Abgabevorrichtungen dieses Typs sind z.B. in unserem US-Patent Nr. 5 062 834 beschrieben.
- Solche elektrolytischen Abgabevorrichtungen haben ein Gehäuse, welches ein verlagerbares Teil enthält, das das Innere des Gehäuses in eine erste kontraktierbare Kammer zum Aufnehmen einer abzugebenden Flüssigkeit und in eine zweite kontraktierbare Kammer zum Aufnehmen eines Gases zum Steuern der Geschwindigkeit der Abgabe der Flüssigkeit aus der ersten Kammer unterteilt; und eine elektrolytische Zelle, die einen Elektrolyten und ein Paar Elektroden enthält, welche mit einer Quelle elektrischen Stroms verbindbar sind, um ein Gas zu erzeugen und um das Gas der zweiten Kammer gemäß dem elektrischen Strom zuzuführen, der über die Elektroden durch den Elektrolyten hindurchgeleitet wird.
- Es hat sich gezeigt, daß die Gase, die durch den Elektrolyten erzeugt werden, eine gefährliche Mischung bilden können. Zum Beispiel, ein üblicher Elektrolyt, der für diesen Zweck benutzt wird, ist eine wässerige Lösung eines Salzes oder eine Säure, die an der Anode Sauerstoff und an der Katode Wasserstoff erzeugt. Eine Mischung dieser beiden Gase könnte unter extremen Bedingungen zu einer Explosion führen.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrolytische Abgabevorrichtung zu schaffen, die diese Gefahr vermeidet.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrolytische Abgabevorrichtung der oben angegebenen Art geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die elektrolytische Zelle eine Trennwand aus einem ionendurchlässigen, aber gasundurchlässigen Material enthält, die die beiden Elektroden trennt und bewirkt, daß Gas, welches an einer der Elektroden erzeugt wird, der zweiten Kammer zugeführt wird, und daß aus der zweiten Kammer Gas, das an der anderen Elektrode erzeugt wird, blockiert wird.
- Eine elektrolytische Abgabevorrichtung, die gemäß den vorgenannten Merkmalen aufgebaut ist, bietet dadurch Schutz gegen die oben erwähnte Gefahr.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die unten beschrieben ist, ist die ionendurchlässige, gasundurchlässige Trennwand eine Membran eines halogenierten Ethylenpolymers.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
- Die Erfindung wird hier lediglich beispielshalber und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen: die Fig. 1-3 Querschnittansichten sind, welche drei elektrolytische Abgabevorrichtungen veranschaulichen, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
- Die in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung hat ein starres Gehäuse 2 mit einem verlagerbaren Teil in Form einer flexiblen Membran 4, welche das Innere des Gehäuses in eine erste kontraktierbare Kammer C&sub1; und in eine zweite kontraktierbare Kammer C&sub2; unterteilt. Die Kammer C&sub1; ist dafür vorgesehen, eine Flüssigkeit zu empfangen, die über einen Auslaß 6 abgegeben werden soll, der beispielsweise an eine Infusionseinheit über einen Schlauch 8 anschließbar ist. Die Kammer C&sub2; ist dafür ausgebildet, ein Gas aus einer elektrolytischen Zelle 10 zu empfangen, um die Geschwindigkeit der Abgabe der Flüssigkeit aus der Kammer C&sub1; zu steuern.
- Die elektrolytische Zelle 10 enthält eine Anode 12, eine Katode 14 und einen Elektrolyten 16 aus einem Material, das elektrischen Strom zwischen den Elektroden leitet und ein Gas gemäß dem durch den Elektrolyten hindurchgeleiteten elektrischen Strom erzeugt. Die Elektroden 12, 14 sind vorzugsweise Netze oder Gitter aus rostfreiem Stahl. Vorzugsweise werden Wasserlösungen von verschiedenen Salzen oder Säuren als Elektrolyt 16 benutzt. Beispiele von geeigneten Materialien sind: Backpulver (Natriumbicarbonat), Ätznatron, Magnesiumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumsulfat, Kaliumnitrat, Kaliumbicarbonat, Borsäure, Essigsäure, Ameisensäure oder Kohlensäure, vorzugsweise in Konzentrationen von 2-20 Gew.% Lösung der Salze oder Säuren. Besonders gute Ergebnisse sind erzielt worden, wenn der Elektrolyt eine 8%-Lösung von Backpulver (Natriumbicarbonat) ist. Solche wässerigen Lösungen setzen an der Anode 12 Sauerstoff und an der Katode 14 Wasserstoff frei.
- Die elektrolytische Zelle 10 enthält weiter eine Trennwand 18, welche das Innere der Zelle in zwei Abschnitte unterteilt: einen Abschnitt 10a, der die Anode 12 enthält, und einen Abschnitt 10b, der die Katode 14 enthält. Die Trennwand 18 besteht aus einem ionendurchlässigen, aber gasundurchlässigen Material. Besonders gute Ergebnisse sind erzielt worden, wenn eine Ionenaustauschmembran benutzt worden ist, die aus einem Tetrafluorethylen- oder Monochlortrifluorethylenpolymer wie Teflon (eingetragenes Warenzeichen) und Permion 1000 (eingetragenes Warenzeichen) besteht.
- Der Teil der Gehäusewand, der den Abschnitt 10a der elektrolytischen Zelle von der Gaskammer C&sub2; trennt, umfaßt eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran 20 zum Einleiten des Gases aus dem Abschnitt 10a in die Gaskammer C&sub2; Der Teil der Gehäusewand, der den Abschnitt 10b der elektrolytischen Zelle von der Atmosphäre trennt, umfaßt eine ähnliche gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran 22 zum Ablassen des in dem Abschnitt 10b erzeugten Gases in die Atmosphäre. Vorzugsweise bestehen diese Membranen aus einem hydrophoben Material wie Nylon Acrodisc (eingetragenes Warenzeichen), das Durchgangslöcher von etwa 2 Zoll hat.
- Der Teil des Gehäuses 2, der die Gaskammer C&sub2; von der Atmosphäre trennt, ist mit einem Absperrventil versehen, das schematisch bei 24 gezeigt ist und geöffnet werden kann, um das Gas aus der Kammer C&sub2; in die Atmosphäre abzulassen.
- Die Abgabevorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet folgendermaßen: Die beiden Elektroden 12, 14 sind mit einer Quelle elektrischen Stroms (z.B. einer Batterie, nicht dargestellt) verbunden, um elektrischen Strom durch den Elektrolyten 16 hindurchfließen zu lassen, welcher die beiden Elektroden trennt. Infolge dieses elektrischen Stroms wird an der Anode 12 in dem Zellenabschnitt 10a Sauerstoff erzeugt, und an der Katode in dem Zellenabschnitt 10b wird Wasserstoff erzeugt. Die ionendurchlässige Trennwand 18 gestattet den Strom von Ionen durch die Trennwand, blockiert aber den Strom von Gas durch diese hindurch. Infolgedessen wird dem in dem Zellenabschnitt 10a erzeugten Sauerstoff gestattet, über die gasdurchlässige Membran 20 in die Gaskammer C&sub2; zu gelangen, um Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer C&sub1; über den Auslaß 6 gemäß der erzeugten Gasmenge abzugeben. Der Wasserstoff, der in dem Zellenabschnitt 10b erzeugt wird, wird jedoch durch die Trennwand 18 daran gehindert, über den Zellenabschnitt 10a in die Gaskammer C&sub2; zu strömen. Dieser Wasserstoff kann deshalb nur über die gasdurchlässige Membran 22 in die Atmosphäre strömen.
- Demgemäß wird die Abgabevorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, eine Flüssigkeit aus der Kammer C&sub1; gemäß der Menge an elektrischem Strom abgeben, die durch den Elektrolyten 16 hindurchgeleitet wird, wird aber den an der Katode 14 erzeugten Wasserstoff daran hindern, sich mit dem Sauerstoff zu vermischen, der an der Anode 12 erzeugt wird, und wird dadurch die Gefahr vermeiden, daß eine explosive Mischung dieser Gase erzeugt wird.
- Fig. 2 veranschaulicht eine Abgabevorrichtung ähnlichen Aufbaus wie in Fig. 1, die dieselben Bezugszahlen wie die entsprechenden Teile in Fig. 1 trägt, um das Verständnis zu erleichtern. Der Hauptunterschied bei der Vorrichtung nach Fig. 2 gegenüber der nach Fig. 1 ist der Aufbau der beiden gasdurchlässigen, flüssigkeitsundurchlässigen Membranen 20, 22.
- Während bei der Vorrichtung nach Fig. 1 die gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran 20 in der Wand des Gehäuses angeordnet ist, welche den Zellenabschnitt 10a von der Gaskammer C&sub2; trennt, bildet bei dem Aufbau nach Fig. 2 diese Membran, die mit 120 bezeichnet ist, die vollständige Wand des Abschnitts 10a der elektrolytischen Zelle. Ebenso, während bei dem Aufbau nach Fig. 1 die gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran 22 in der Wand zwischen dem Abschnitt 10b der elektrolytischen Zelle und der Atmosphäre angeordnet ist, bildet bei dem Aufbau nach Fig. 2 diese Membran, die mit 122 bezeichnet ist, die vollständige Wand zwischen dem Abschnitt 10b der elektrolytischen Zelle und der Atmosphäre.
- Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist der Abschnitt 10b der elektrolytischen Zelle, der die Katode 14 enthält, unter dem Abschnitt 10a der elektrolytischen Zelle, der die Anode 12 enthält, angeordnet. Darüber hinaus sind die beiden Elektroden 12, 14 durch die Seitenwand des Gehäuses 2 statt durch dessen Bodenwand hindurchgeführt. In jeder anderen Hinsicht ist die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Arbeitsweise im wesentlichen dieselbe wie die mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene.
- Bei den beiden Konstruktionen nach den Fig. 1 und 2 kann der Elektrolyt 16 eine fließfähige Masse sein, z.B. eine der oben erwähnten wässerigen Lösungen. Alternativ kann ein solcher Elektrolyt auch eine nichtfließfähige Masse sein, z.B. in Form eines Gels oder einer Tränkmasse eines mikroporösen Kunststoff- oder Gummikörpers.
- Fig. 3 veranschaulicht einen Aufbau, der insbesondere dann brauchbar ist, wenn der Elektrolyt, der mit 216 bezeichnet ist, in Form einer der letztgenannten nichtfließfähigen Massen vorliegt. In diesem Fall steht der Abschnitt 210a der elektrolytischen Zelle, der durch die Trennwand 218 gebildet wird, direkt mit der Gaskammer C&sub2; in Verbindung und ist tatsächlich in derselben angeordnet und erfordert deshalb nicht eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran, wie sie bei 20 in Fig. 1 oder 120 in Fig. 2 gezeigt ist. Der Abschnitt 210b der elektrolytischen Zelle steht jedoch mit der Atmosphäre über eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran in Verbindung, wie sie bei 222 in Fig. 3 gezeigt ist. In jeder anderen Hinsicht ist die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Arbeitsweise im wesentlichen dieselbe wie die oben mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebene.
- Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden, es dürfte jedoch klar sein, daß diese lediglich beispielshalber angegeben worden sind und daß viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendungen der Erfindung möglich sind.
Claims (10)
1. Elektrolytische Abgabevorrichtung mit:
einem Gehäuse (2), das ein verlagerbares Teil (4) enthält,
welches das Innere des Gehäuses in eine erste kontraktierbare
Kammer (C&sub1;) zum Empfangen einer abzugebenden Flüssigkeit und in
eine zweite kontraktierbare Kammer (C&sub2;) zum Empfangen eines
Gases zum Steuern der Geschwindigkeit der Abgabe der Flüssigkeit
aus der ersten Kammer unterteilt; und
einer elektrolytischen Zelle (10), die einen Elektrolyten (16)
und ein Paar Elektroden (12 und 14) enthält, die mit einer
Quelle elektrischen Stroms zum Erzeugen eines Gases und zum
Abgeben des Gases an die zweite Kammer gemäß dem elektrischen
Strom, der über die Elektroden durch den Elektrolyten
hindurchgeleitet wird, enthält;
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Zelle eine
Trennwand (18) aus einem ionendurchlässigen, aber
gasundurchlässigen Material enthält, das die beiden Elektroden trennt und
bewirkt, daß Gas, welches an einer der Elektroden (12) erzeugt
wird, in die zweite Kammer (C&sub2;) abgegeben wird und daß aus der
zweiten Kammer Gas, welches an der anderen Elektrode (14)
erzeugt wird, blockiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trennwand (18) eine
Ionenaustauschmembran ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ionendurchlässige,
gasundurchlässige Membran (18) ein halogeniertes Ethylenpolymer
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die
elektrolytische Zelle eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige
Membran (20,120) zum Abgeben des an der einen Elektrode (12)
erzeugten Gases an die zweite Kammer enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die elektrolytische Zelle
eine zweite gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Membran
(22,122) zum Ablassen des an der anderen Elektrode (14)
erzeugten Gases in die Atmosphäre enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die ionendurchlässige
Trennwand (18) die elektrolytische Zelle in einen ersten
Abschnitt (10a) unterteilt, der die eine Elektrode (12) enthält
und eine erste Wand (120) hat, welche den ersten Abschnitt von
der zweiten Kammer trennt, und in einen zweiten Abschnitt (10b),
der die andere Elektrode (14) enthält und eine zweite Wand (122)
hat, der den zweiten Abschnitt von der Atmosphäre trennt; wobei
die erstgenannte gasdurchlässige Membran durch die erste Wand
gehaltert ist und wobei die zweite gasdurchlässige Membran durch
die zweite Wand gehaltert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste und zweite Wand
(120 und 122) aus den gasdurchlässigen Membranen bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der
Elektrolyt eine nichtfließfähige Masse (216) ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das
verlagerbare Teil (4) eine flexible Membran ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Gase,
die in der elektrolytischen Zelle erzeugt werden, Sauerstoff und
Wasserstoff sind und wobei die ionendurchlässige,
gasundurchlässige Trennwand (18) den Strom des Wasserstoffes in die zweite
Kammer blockiert.
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