PL69505B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 23.11.1967 Wielka Brytania Opublikowano: 08.05.1974 1 69505 KI. 421,4/16 MKP GOln 27/30 1 CZYTELN lAJ 1 Urzed* Paiertn^eom I 1 Polsklif tecr ' L 1 Wspóltwórcy wynalazku: Robert George Hamilton-Record, Haydn Wilson, Derek Austen Rudd Wlasciciel patentu: George Kent Limited, Luton (Wielka Brytania) Zespól metalowych elektrod do stosowania w wysokich temperaturach zwlaszcza w miernikach zawartosci tlenu Przedmiotem wynalazku jest zespól metalowych elektrod przeznaczony do stosowania w wysokich temperaturach. Zespól elektrod wedlug wynalazku stosowany jest zwlaszcza na przyklad w mierniku elektrochemicznym, zawartosci tlenu nazywanym równiez normalnym ogniwem tlenowym.Tego rodzaju miernik stosuje sie na przyklad do kontroli skladu atmosfery podczas wyzarzania me¬ tali, gdzie czynnosc ta jest niezbedna dla zapobie¬ zenia utleniania metalu. W innym zastosowaniu, bezposredni pomiar zawartosci tlenu w plomieniu podczas kontroli procesów spalania umozliwia znacznie dokladniejsza regulacje tych procesów, niz ma to miejsce przy stosowaniu odmiennych spo¬ sobów pomiaru skladu zawartosci gazów odloto¬ wych.Znane tego typu zespoly elektrod zawieraja rur¬ ke z ogniotrwalego materialu z zamknietym jednym koncem, przy czym same elektrody sa przylozone do przeciwleglych powierzchni rurki w tym zamk¬ nietym koncu i najczesciej sa wykonane w postaci warstw platyny lub innego podobnego metalu na¬ lozonego na warstwe ogniotrwalego materialu rurki na jej zewnetrznej i wewnetrznej sciance. Do elek¬ trod dolaczone sa metalowe przewody doprowadza¬ jace polaczone z aparatura pomiarowa.Rurka z elektrodami jest osadzona w otworze w sciance komory z analizowanym medium. Zamk¬ niety koniec rurki wystaje do wnetrza komory tak, ze jest poddawany dzialaniu zawartosci tej 15 25 30 2 komory a we wnetrzu rurki znajduje sie gaz od¬ niesienia.Przy stosowaniu opisanego wyzej zespolu elek¬ trod w temperaturach 600—1300°C i wyzszej, ob¬ serwuje sie parowanie platyny i jednoczesne w wy¬ niku dzialania redukujacego w wysokich tempera¬ turach naruszenie polaczenia platyny z materia¬ lem ogniotrwalym. Ponadto obecnosc par metali, na przyklad w piecu do wyzarzania, powoduje two¬ rzenie sie stopów tych metali z platyna, a co za tym idzie, wzrost kruchosci warstwy platynowej i sklonnosc elektrod do uszkodzen.Celem wynalazku jest zmniejszenie powyzszych niedogodnosci, a zadanie techniczne polega na zastosowaniu takiego pokrycia elektrody, które zwiekszy jej zywotnosc bez pogorszenia sprawnosci dzialania zespolu. Zadanie to rozwiazane zostalo przez zastosowanie warstwy ochronnej dla przy¬ najmniej jednej z elektrod, przy czym warstwa ta jest porowata i moze pokrywac (ale nie musi) cala elektrode, albo nieporowata i wtedy przynajmniej czesc, korzystnie czesc brzegowa elektrody, jest odslonieta.Zespól metalowych elektrod wedlug wynalazku sklada sie z warstwy podstawowej z materialu ogniotrwalego oraz nalozonych na powierzchnie materialu ogniotrwalego warstw metalu stanowia¬ cych wlasciwe elektrody oraz nakladki z materialu ogniotrwalego nalozonej przynajmniej na czesc przynajmniej jednej elektrody. Jezeli nakladka po- 69 50569 505 krywa cala elektrode jest wykonana z porowa¬ tego materialu. Jezeli nakladka pokrywa tylko czesc elektrody, moze byc wykonana z materialu nieporowatego. Normalnie do warstwy podstawo¬ wej przymocowuje sie pare elektrod. Nakladka 5 z materialu ogniotrwalego moze byc nalozona za¬ równo na jedna elektrode jak i na obie.Korzystnie zespól posiada warstwy metalowe tworzace dwie oddzielne elektrody, a umieszczone na obu powierzchniach warstwy podstawowej dwa 10 doprowadzenia, kazde polaczone elektrycznie z od¬ powiednia elektroda. Dla zapewnienia styku z otaczajacymi elektrode gazami, zarówno elektroda" jak i nakladka ogniotrwala moga byc wykonane jako nieciagle. Szczególne zalety przedstawia 15 niniejszy wynalazek wtedy, , kiedy elektrody sa przeznaczone do zastosowania w bardzo ciezkich warunkach pracy spowodowanych wysoka tempe¬ ratura lub korodujacymi gazami lecz jest równiez uzyteczny dla elektrod umieszczonych na materiale 20 ogniotrwalym z przeznaczeniem dla ogólnych za¬ stosowan.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój zespolu elektrod, fig. 2 — wi- M dok z boku i czesciowy przekrój innego przykladu zespolu elektrod, fig. 3 — jeszcze inny przyklad wykonania zespolu elektrod w przekroju i widoku z boku, fig. 4 — dalszy przyklad wykonania ze¬ spolu elektrod w przekroju jak fig. 1, a fig. 5 — 30 przekrój jeszcze dalszego przykladu wykonania zespolu elektrod.Zespól elektrod przedstawiony na fig. 1 jest przeznaczony dla pracujacego w wysokich tempe¬ raturach elektrochemicznego miernika zawartosci 35 tlenu w mieszaninie gazów. Zespól elektrod sta¬ nowi rure 1 wykonana z nieprzepuszczalnego ma¬ terialu ogniotrwalego, na przyklad ze stabilizowa¬ nego wapnem tlenku cyrkonu lub tlenku toru sta¬ bilizowanego itrem, posiadajaca zamkniety koniec. 40 Koniec ten tworzy warstwe podstawowa zespolu elektrod, na której nalozona jest elektroda we¬ wnetrzna 2 i elektroda zewnetrzna 3. Obie elektro¬ dy sa cienkimi warstwami platyny lub innego od¬ powiedniego do danego celu metalu. Do elektrody 45 wewnetrznej i zewnetrznej dolaczone sa doprowa¬ dzenia 4 i 5 z drutu metalowego, zapewniajace po¬ laczenie elektryczne z oddalonym od elektrod urza¬ dzeniem pomiarowym.Zamkniety koniec rury 1 znajduje sie w miesza- 50 ninie gazów, a wewnatrz rury znajduje sie gaz wzorcowy. W pewnych okolicznosciach jest to na przyklad powietrze. Zespól taki dziala jak tlenowe ogniwo stezeniowe, którego napiecie wyjsciowe miedzy elektrodami 2 i 3 jest funkcja stosunku 55 cisnien czastkowych tlenu w rurze i na zewnatrz rury. W celu ochrony elektrod przed parowaniem i przed szkodliwym dzialaniem gazów na elektrode zewnetrzna 3 nalozona jest nakladka 6 z materialu ogniotrwalego tak, ze cala elektroda jest przez nia 60 pokryta. Poniewaz jednak analizowany gaz musi stykac sie z elektroda zewnetrzna 3, stawia to wy¬ maganie przepuszczalnosci warstwy 6 na powierz¬ chni zewnetrznej rury 1. Szybkosc reakcji miernika na zmiany stezenia gazu zalezy od przepuszczal- s5 3 nosci tych warstw. W temperaturach wyzszych od 600—700°C obecnosc warstwy 6 nie ma praktycznie wplywu na szybkosc reakcji ze wzgledu na duza szybkosc dyfuzji czasteczek gazu przez obie war¬ stwy. Tam jednak gdzie jest wymagany krótki czas reakcji, nakladanie warstwy 6 przeprowadza sie pokrywajac koniec rury pasta z drobno sproszko¬ wanego materialu ogniotrwalego, na przyklad z tlenku cyrkonu oraz gliceryny sluzacej jako lepiszcze. Podczas wyzarzania tak pokrytego konca rury w temperaturze wyzszej od 1750°C gliceryna ulega wypaleniu, pozostawiajac porowata warstwe tlenku cyrkonu.Mozliwe jest równiez nakladanie warstwy meto¬ da natryskiwania plomieniowego, co pozwala na uzyskanie warstw bardziej przylegajacych i mniej porowatych. Elektrode metalowa 3 naklada sie badz to metoda wypalania pasty, badz tez metoda natryskiwania plomieniowego. Doprowadzenie 5 do elektrody jest do niej wprowadzone albo przez za¬ nurzenie w zgrubieniu warstwy pasty przed wypa¬ laniem, albo przez umieszczenie go w odpowiednim miejscu na koncu rury przed nalozeniem pokrycia metalowego metoda natryskiwania plomieniowego.Przedstawiony na fig. 2 inny przyklad wykona¬ nia zespolu elektrod szybciej reaguje niz zespól elektrod z fig. 1. Zespól z fig. 2 przypomina zespól z fig. 1 z ta tylko róznica, ze w elektrodzie 3 i war¬ stwie 6 jest wykonane wyciecie 7 dzieki czemu brzeg 8 powierzchni miedzy elektroda a tlenkiem cyrkonu jest wystawiony na bezposrednie oddzialy¬ wanie mierzonego gazu. To wykonanie otrzymuje sie, zakrywajac koniec rury 1 podczas nakladania elektrody i zewnetrznej warstwy ogniotrwalej, lub tez zeszlifowujac niepozadane czesci juz po pokry¬ ciu calej powierzchni.Pokazany na fig. 3 jeszcze inny przyklad wyko¬ nania zespolu elektrod rózni sie od poprzednio omówionych obecnoscia okraglego otworu 9, wyko¬ nanego w zewnetrznej warstwie ogniotrwalej 6 i w elektrodzie 3. Mozliwe jest wykonanie wiecej niz jednego otworu 9. Zespól elektrod przedsta¬ wiony na fig. 3 wykonuje sie w sposób podobny, jak zespól elektrod z fig. 2. Poniewaz w zespolach elektrod z fig. 2 i 3 elektrody stykaja sie bezpo¬ srednio z dzialaniem gazu, material zewnetrznej warstwy ogniotrwalej nie musi byc porowaty.Przyklad wykonania zespolu elektrod przedsta¬ wiony na fig. 4 rózni sie od wykonania z fig. 1 tylko tym, ze w srodku elektrody 3 znajduje sie otwór 10 lecz zewnetrzna porowata warstwa 6 jest nienaruszona. Poniewaz gaz musi oczywiscie dy- fundowac przez porowata warstwe 6, wykonanie zespolu elektrod przedstawionego na fig. 4 daje niewielkie polepszenie czasu reakcji w stosunku do wykonania z fig. 1, znacznie mniejsze niz wykona¬ nie z fig. 2 i" 3, lecz zapewnia za to calkowita ochrone elektrody 3.Z zasady stosowania wynalazku wynika, ze ksztalty zewnetrznej elektrody i zewnetrznej war¬ stwy ogniotrwalej nie musza byc jednakowe, jed¬ nak nie zaleca sie wystawiania znacznej czesci ele¬ ktrody zewnetrznej na dzialanie badanego gazu.Ksztalty warstwy zewnetrznej i elektrody moga byc rózne lecz najkorzystniej gdy elektrody sa Wy-"69 505 6 konane jako niedzielone gdyz unika sie wtedy ko¬ niecznosci wykonywania wiekszej ilosci doprowa¬ dzen do elektrod.Pokazany na fig. 5 przyklad wykonania zespolu elektrod stanowiacego czesc elektrochemicznego miernika zawartosci tlenu jest wyposazony w ele¬ ktrody 12 i 13, które sa przymocowane od wewnatrz i z zewnatrz ogniotrwalej rury 11, tworzacej pod¬ stawe. Rura umieszczoLu jest w przeznaczonym dla niej malym piecu, stanowiacym czesc laborato¬ ryjnego urzadzenia do kontroli gazu. Badany gaz przeplywa wokól zewnetrznej scianki rury 11, na¬ tomiast gaz wzorcowy znajduje sie wewnatrz w ru¬ rze, uklad ten moze byc jednak odwrotny. Tempe¬ ratury w których pracuja elektrody 12 i 13 sa tu nizsze a ponadto badany gaz moze byc filtrowany w celu usuniecia niebezpiecznych dla elektrody par metali i innych skladników, mimo tego jednak po¬ niewaz trwalosc takiego urzadzenia jest uzalez¬ niona przez warunki jego pracy, to zgodnie z pod¬ stawowa cecha niniejszego wynalazku, elektrody 12, 13 sa zakryte ogniotrwalymi warstwami ochron¬ nymi w postaci nakladek 16 i 17. Przez nakladki 16 i 17 przechodza doprowadzenia 14 i 15, laczace elektrode z reszta urzadzenia pomiarowego.W przykladzie wykonania zespolu elektrod z fig. 5 musi byc pokryta materialem ogniotrwa¬ lym tylko jedna z elektrod, ta, która styka sie z badanym gazem i powierzchnia elektrody nie musi byc ciagla, a jedna, a nawet obie elektrody nie musza stanowic warstwy kompletnej. Wykona¬ nie elektrod 12 i 13 oraz nakladek 16 i 17 jest przeprowadzane tak samo jak to opisano wyzej.Jesli wymagana jest wieksza szybkosc reakcji, w elektrodach 12 i 13 oraz nakladkach 16 i 17 sa wykonane równiez otwory w taki sposób jak dla rozwiazan z fig. 2, 3 i 4. PL PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 5 1. Zespól metalowych elektrod do stosowania w wysokich temperaturach, zwlaszcza w mierni¬ kach zawartosci tlenu, zawierajacy warstwe niepo- rowatego materialu ogniotrwalego, stanowiaca pod- 10 loze dla warstw metalu na kazdej parze przeciw¬ leglych powierzchni warstwy podloza a stanowia¬ cych elektrody oraz przewody metalowe, polaczone elektrycznie z warstwami elektrodowymi, znamien¬ ny tym, ze przynajmniej czesc przynajmniej jed- 15 nej z warstw elektrodowych (2, 3, 12, 13), jest po¬ kryta warstwa ochronna (6, 16, 17) ze stalego ma¬ terialu ogniotrwalego.

2. Zespól wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze warstwa ochronna (6, 16, 17) z materialu ognio- 20 trwalego jest porowata.

3. Zespól wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze warstwa ochronna (6, 16, 17) pokryta calkowicie warstwa elektrodowa (2, 3, 12, 13).

4. Zespól wedlug zastrz. 2 lub 3, znamienny tym, 25 ze warstwa elektrodowa (3) jest dziurkowana.

5. Zespól wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze warstwa ochronna (6) z materialu ogniotrwalego jest nieporowata i odslania czesc warstwy elektro¬ dowej (3). 30

6. Zespól wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze odslonieta czesc warstwy elektrodowej (3) jest jej brzegiem (8).

7. Zespól wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze warstwa elektrodowa (3) i warstwa ochronna (6) 35 maja wyciecie (7) lub otwory (9).KI. 421,4/16 69 505 MKP GOln 27/30 FIG. I s FIG.2 FIG.3 FIG.4 - F,G5. i .fr\^CSfrVhfthd^^ 12 17 , , j«^|^\\\viw^<^K"vk ^^VMs^V^\^yy,V: 14 Cena 10 zl RZG — 1973/73 120 egz A4 PL PL