DE3316258A1

DE3316258A1 - Elektrochemischer druckwandler

Info

Publication number: DE3316258A1
Application number: DE19833316258
Authority: DE
Inventors: Harald Dr.phil.nat. 6246 Glashütten Böhm; Robert Dr.rer.nat. 8752 Laufach Fleischmann; Reinhard Dipl.-Ing. 6054 Rodgau Seyer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Elster Kromschroeder GmbH
Priority date: 1983-05-04
Filing date: 1983-05-04
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3316258C2

Description

Elektrochemischer Druckwandler Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Druckwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Herkömmlich elektrisch gesteuerte Heizkörperventile bewirken eine Änderung der Ventilstellung durch die Ausdehnung eines elektrisch geheizten Ausdehnungskörpers. Das bedeutet, daß für die Aufrechterhaltung des aktiven Zustands stetig Energie zugeführt werden muß, um durch eine gezielte Übertemperatur die gewünschte Ausdehnung zu erreichen.
Wird die elektrische Heizung des Ausdehnungskörpers abgeschaltet, so bewirkt die Abkühlung, daß sich der Körper zusammenzieht, und damit das Ventil in den passiven Schaltzustand übergeht. In welchem der beiden Zustände das Ventil schließt bzw. öffnet, wird durch den konstruktiven Aufbau der Anordnung bestimmt.
Dem Vorteil, daß die Verstellung einfach, verschleißarm und damit zuverlässig sowie wartungsfrei durchgeführt werden kann, steht als Nachteil gegenüber, daß zur Aufrechterhaltung des aktiven Zustandes ständig elektrische Energie zugeführt werden muß.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Ventilstellung durch einen Elektromotor in Verbindung mi einem Getriebe vdrzunehmen. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß es keine Halteenergie benötigt. Durch die Vielzahl der bewegten Teile können bei häufigem Wechsel des Ventilzustandes Verschleißerscheinungen auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied zu schaffen, das in seinem Aufbau einfach ist und keine Halteenergie benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gekennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung ist mit Vorteil als Ersatz für Ausdehnungsregler, Stellmotore und Positioniereinrichtungen usw. anwendbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Schnittansicht des elektrochemischen Druckwandlers, Fig. 2 die genauere Ausbildung des elektrochemischen Systems des Druckwandlers, Fig. 3 eine andere Ausbildung des elektrochemischen Systems des Druckwandlers, Fig. 4 eine weitere Ausbildung des elektrochemischen Systems des Druckwandlers.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, kann der Druckwandler 10 durch einen zylindrischen Ausdehnungskörper 1 gebildet werden, in dessen Innenraum 6 Luft dicht eingeschlossen ist. Die Stirnseite 5 dieses Ausdehnungskzrpers 1 ist durch einen Festkörperelektrolyten 2 gebildet, der in der Lage ist, beispielsweise den Sauerstoff der Luft zu ionisieren und mit Hilfe eines angelegten Stromes I als Ion in den Elektrolyten 2 zu befördern. Die Oberflächen des Elektrolyten 2 sind mit je einer luftdurchlässigen Elektrode 3 beschichtet. In Abhängigkeit von der Stromrichtung wandert der Sauerstoff in den abgeschlossenen Innenraum 6 des Körpers 1. Er bewirkt damit eine Druckzunahme und eine Ausdehnung des Körpers 1. Die Dehnung bewirkt beispielsweise eine Verstellung eines vom Druckwandler 10 zu betätigenden Stößels 4 auf ein Ventil 7.
Wird der Strom I abgeschaltet, bleibt der Druck und somit die Ventilstellung auch ohne weitere Energiezufuhr erhalten. Kehrt man die Stromrichtung um, so werden die Sauerstoffmoleküle in entgegengesetzter Richtung aus dem Innenraum 6 des Körpers 1 herausbefördert und der Überdruck im Innern abgebaut. Der Körper 1 zieht sich wieder zusammen und das Ventil 7 wechselt damit seinen Schaltzustand.
Auch zur Erhaltung dieses Zustandes wird keine elektrische Energie mehr benötigt.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Verwendung als elektrisch gesteuerter Antrieb für Lüftungsklappen, Ventile in anderen System und Positioniereinrichtungen.
Die Erfindung ist auch auf Wasserstoffreaktionen, Flüssigkeit/Gas- und Festkörper/Gasumsetzungen anwendbar.
Eine Festkörperreaktion geht von der reversiblen Zersetzung verschiedener Metalloxide aus, wie sie beispielsweise bei sekundären Zn/Luft-Zellen angewendet wird, wie eine derartige in Fig. 2 dargestellt ist.
In einem geschlossenen System ist eine Metallhydroxidelektrode 22 über einen alkalischen Matrixelektrolyten 24 einer Sauerstoffelektrode 25, 26 gegenübergestellt Der Ladevorgang Gesamtreaktion: erzeugt einen erhöhten Gasdruck, der eine Kraft auf eine Federstahlmembran 27 ausübt. Die Umkehrung der Reaktion führt wieder zum Druckabbau und zur Rückstellung der fedetstahimembran 27. Das Kunststoffgehäuse 21 und die Federstahlmembran 27 sind durch die Dichtung 23 so miteinander verbunden, daß sich ein gasdichter Raum 28 ergibt.
Nickeloxidhydrat- und Wasserzersetzung sind die Grundreaktionen einer reversiblen Wasserstoffzelle, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
Seim Ladevorgang Gesamtreaktion: entsteht ein Wasserstoffdruck, der ebenfalls über eine Federstahlmembran 31, 37 eine Ventilschaltung durchführen kann. Zweckmäßig wird die Innenseite des Federstahis 31 mit Schwarznickel und einer kunststoffgebundenen Aktivkohleschicht 33 beschichtet; ferner sind vorgesehen ein teilweise festgelegter alkalischer Elektrolyt 34 und eine Nickelhydroxidgegenelektrode 35 auf einer stabilen Kunststoffgrundplatte 36. Zwischen den Membranen 31, 37 ist eine Dichtung 32 angeordnet.
Fig. 4 zeigt ein System mit einer WL-Elektrode und einem SPE-Elektrolyten. Das System ist eingeschlossen zwischen einer Federstahlmembran 47 und einer Kunststoffplatte 41, die mittels einer Dichtung 43 verbunden sind; mit 42 ist die elektrische Ableitung der 02-Elektrode 44 bezeichnet; die Kunststoffplatte 41 ist mit einem Luftdruckausgleich 48 versehen.
Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung ergeben sich in einem System, in dem eine Wolframcarbidelektrode 46 über einem SPE-Elektrolyten 45 (Solid Polymer-Electrolyte) mit einer Kohle/Pt-Luftelektrode 44 gekoppelt ist: WC Kohle/Pt: Hier können beide Gasräume hermetisch verschlossen oder der Sauerstoffgasraum zur Atmosphäre hin geöffnet sein.
Die reversible Wasserzersetzung ist verantwortlich für uie Schaltdruckänderungen.

Claims

Elektrochemischer Druckwandler Patentansprüche 1 Ç Elektrochemischer Druckwandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck durch eine reversible elektrochemische Gasentwicklung in einem abgeschlossenen Gasraum auf-oder abgebaut wird und in eine Bewegung und/oder eine Kraft umgesetzt wird.
2. Elektrochemischer Druckwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von einem elektrochemischen System beeinflußten Ausdehnungskörper (1; 21, 27; 31, 37; 41, 47) und ein diesem zugeordnetes elektrochemisches System mit zwei Elektroden (3, 9; 22, 27; 31, 37; 44, 47), zwischen denen ein Elektrolyt angeordnet ist.
3. Elektrochemischer Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Gasraum (28) in Verbindung stehende Festkörperelektrode (22) reversibel zersetzt wird.
4. Elektrochemischer Druckwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden als Federstahlmembran (31) ausgebildet ist, die gasraumseitig mit einem katalytisch aktiven Material (33) beschichtet ist.
5. Elektrochemischer Druckwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden als Sauerstoffelektrode (44) ausgebildet ist, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht.