AT156800B - Einrichtung und Verfahren zum Elektrolytumlauf in elektrolytischen Apparaten, insbesondere in Wasserzersetzern. - Google Patents

Description

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  Einrichtung und Verfahren zum Elektrolytumlauf in elektrolytischen Apparaten, insbesondere in
Wasserzersetzern. 



   Bei elektrolytischen Apparaten, insbesondere bei denen für die Wasserzersetzung, treten während der Elektrolyse im Elektrolyten   Konzentrationsuntersehiede   auf, welche die Beständigkeit des Elektrodenmaterials und die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten wesentlich vermindern. Der ver-   grösserte.     Elektrodenverscleiss   sowie der vermehrte Energieaufwand können die Wirtschaftlichkeit des elektrolytischen Prozesses sehr ungünstig beeinflussen. 



   Zur Vermeidung dieser nachteiligen Wirkungen der Konzentrationsunterschiede und zum Zwecke einer eventuell erforderlichen   Kühlung   des Elektrolyten ist es bekannt, Massnahmen vorzusehen, die geeignet sind, z. B. den Elektrolyten in einen möglichst ununterbrochenen Umlauf zu setzen, um durch Vermischung des Anolyten mit dem Katholyten die Konzentrationsunterschiede auszugleichen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der durch die Elektrolyse inhomogen gewordene 
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 durchgerührt und wieder in diesen   zurückgeführt   werden. Auch ist es möglich, den Anolyten in den Kathodenraum und gleichzeitig den Katholyten in den Anodenraum zu überführen, nachdem man diese Elektrolytanteile durch besondere Leitung ausserhalb des Zersetzers mit Hilfe einer Pumpe in Umlauf gebracht hat.

   Diese   Fliissigkeitsbewrgungrn   können während der Elektrolyse dauernd oder auch in gewissen Zeitabständen vorgenommen werden. Mit solchen Massnahmen sind jedoch einige 
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   So müssen z. B. bei Wasserzersetzern in den Umlaufleitungen für den Elektrolyten besondere Gasabscheidegefässe vorgesehen werden, in denen das mitgerissene Gas aus der Flüssigkeit entfernt wird. Diese Leitungen und Behälter führen, wie im praktischen Betrieb festgestellt wurde, zu Druckuntersehieden, die eine erhebliche Erschwerung der Überwachung der Zersetzeranlage zur Folge haben. Weiterhin wird die Gefahr des Auftretens von   Undichtheiten   durch die für den Elektrolytumlauf notwendigen Gefässe, Leitungen, Armaturen und Kontroll-und Pumpeinrichtungen weitgehend vergrössert. 



   Schliesslich wurden auch Einrichtungen vorgeschlagen, bei welchen die durch die Elektrolyse entstehenden Gase eine grössere oder kleinere Menge Elektrolyt mitreissen und so eine gewisse Bewegung des Elektrolyten bewirken. Die Flüssigkeitsmengen, welche auf diese Weise mitgeführt werden, sind aber durchaus nicht proportional den vorgegebenen Gasmengen, sondern von verschiedenen Umständen, die sich der Beeinflussung durch die Bedienung der Anlage entziehen, abhängig. 



   Bilden sich durch Auswahl eines besonderen Elektrodenmaterials grosse Gasblasen, so werden diese hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Flüssigkeiten zu transportieren, anders in Erscheinung treten, als kleine Gasblasen, wie sie in   nichtsehäumenden   Flüssigkeiten entstehen. 



   Der vorliegende Erfindungsgedanke bringt dadurch dem bekannten gegenüber einen wertvollen technischen Fortschritt, dass es auf die angegebene Weise mit einfachen Mitteln möglich ist,   den Elektrolytumlauf,   die Wasserzufuhr und die Elektrolyttemperatur in für die Praxis völlig hinreichendem Masse zu regeln. 



   Erfindungsgemäss werden die Nachteile der verschiedenen bekannten Verfahren dadurch vermieden, dass zur Herbeiführung eines   Elektrolytumlaufes   in elektrolytischen Apparaten ein Elektrolyt- 

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   nachfüllgefäss   mit einer innerhalb oder ausserhalb des elektrolytischen Apparates angeordneten Flüssig-   keitsumkufleitung   in Verbindung steht, derart,   dp B   der   Ergänzungselektrolyt   über diese Umlaufleitung in den elektrolytischen Apparat fliesst. 
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 Leitungen, durch die das   Elektrolytergänzungsgefäss   e mit dem Gefäss a in Verbindung steht. In die Leitung   cl   ist ein Absperrorgan f eingebaut, das geschlossen wird, wenn in das Gefäss e durch die Leitung g frischer Elektrolyt eingefüllt wird. 



   Fig. 2 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Verteilung des zuströmenden Elektrolyten in 
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 zu der betreffenden Zelle bezeichnet. i sind die darin angeordneten Stäbe, die dem   Flüssigkeitsstrom   die gewünschte Richtung geben. 
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 sich statisch das Gleichgewicht. Die Eintauchtiefe von c'ist sehr gering, so dass beim Absinken des Elektrolytspiegels das über diesem stehende Gas in den Ansatz c'eintreten kann. Auf Grund der Ausbildung des Ansatzes c'wird dann Elektrolyt aus diesem ausfliessen. Damit wird die Flüssigkeitssäule in der Leitung c verkürzt und dadurch das Gleichgewicht mit der Leitung d gestört. Bei diesem Vorgang strömt durch die Leitung c Gas in des Gefäss e und füllt den durch die abfliessende   Flüssigkeit   
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 wieder her. 



   Das Hochziehen der Flüssigkeit in c wird gemäss der Erfindung zu einem Elektrolytumlauf 
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   Umlauf genügende Elektrolytmenge   in das   Naehfüllgefäss   e einströmt. Ein äquivalenter Teil von dessen Füllung strömt gleichzeitig durch d aus, so dass ein direkter Austausch stattfindet. Die Ver-   grösserung   des Volumens von c wird durch Vergrösserung ihrer Länge oder ihres Querschnittes erreicht. 
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 erreichten Umfang eintreten. 



   Die Vergrösserung des Volumens der Leitung c ist im dargestellten Beispiel durch die Anordnung von Rohrwindungen vollzogen. Um das Einströmen von Gas in die Leitung c nicht zu schnell vor sich gehen zu lassen und um zu vermeiden, dass das Gas durch die Flüssigkeitssäule hindurchgeht, ohne dass diese möglichst vollständig in das Gefäss e gelangt, werden nach der Erfindung die Windungen der Leitung c so angeordnet, dass ihre Ebenen mit der Senkrechten einen Winkel l von weniger      Is   90'bilden,   d. h. also nach einer Seite geneigt sind.   Diese Windungen können zweckmässigerweise   zur Kühlung des Elektrolyten durch Luft verwendet werden oder in ein Kühlgefäss eingebaut sein. Für den gleichen Zweck der Kühlung kann auch am   Nachfüllgefäss   e eine   Kühlvorrichtung,   z.

   B. der Kühlmantel k, vorgesehen sein. 



   Zur Verteilung des aus dem Gefäss e in den   elektrolytisehen   Apparat einströmenden Elektrolyts werden unterhalb der Zellen Kanäle h (Fig. 2) angeordnet, die mit den Zellenräumen in Verbindung stehen. In den Zellen sind Stäbe   i   angebracht, zwischen denen der Elektrolyt geführt wird und sich im Gesamtvolumen zweckmässig verteilt. Zu demselben Zweck, den aus dem Gefäss e in das Zellen- 
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 Elektrolytzu- bzw. -rückleitung d von unten in den   Zellengefässraum   zugeführt oder in hinreichender Entfernung vom Gaszuführungsrohr c angeordnet.

   Damit ist es praktisch ausgeschlossen, dass der durch die Leitung   cl   in diesen Raum zufliessende Elektrolyt beim Ansprechen der Elektrolytumlauf-   einriehtung   durch die Leitung c unvermischt wieder abgeführt werden kann. 
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 lytischen Apparaten, insbesondere bei Durckzersetzern, besteht darin, dass ein   Elektrolytnachfiill-   gefäss mit einer aus dem Zellengefäss herausgeführten   Flüssigkeitsumlaufleitung   derart in   Verbindung   steht, dass der Ergänzungselektrolyt über die Umlaufleitung in den Elektrolytraum des Apparates fliesst, wobei durch den Zufluss des Ergänzungselektrolyts in der Leitung eine Verringerung des 
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 eintritt. 



   In der Fig. 3 ist ein   Ausführungsbeispiel   dargestellt, bei dem das Zellengefäss mit   a,   der Zellen- 
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 eine Verbreiterung d eingebaut sein kann. An die Leitung c ist durch die Verbindungsleitung e ein   Nachfüllgefäss f angeschlossen,   das den   Ergänzungselektrolyten,   z. B. destilliertes Wasser, enthält. 



  Dieser kann durch die Leitung g eventuell unter Druck in das Gefäss t eingeführt werden. 



   Die   erfindungsgrmässe     Einrichtung abeitet   in folgender Weise : 

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Sinkt in dem Zellengefäss a der Elektrolytspiegel infolge Elektrolytverbrauches ab, so fliesst durch den hydrostatischen Überdruck aus dem Nachfüllgefäss f Ergänzungselektrolyt in die Umlaufleitung. Dieser Elektrolyt mischt sieh mit dem aus dem Zellengefäss abgezweigten Elektrolytanteil in der Umlaufleitung   c   bzw. in deren Verbreiterung, mit dem das Gefäss t durch die Leitung verbunden ist. Der Abfluss des Elektrolyts aus t entsprechend dem Verbrauch wird dadurch   ermöglicht, dass   das Gefäss durch die Leitung h mit einer Gasleitung in Verbindung steht und die Leitung k in den Ergänzungselektrolyten eintaucht.

   Zweckmässig wird die Leitung h direkt an eine der beiden Gasableitungen   i   des elektrolytischen Apparates angeschlossen. Aus dem Gasraum bzw. der Gasleitung 
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 ein. Da das Gemisch im Rohr d leichter ist als die entsprechende Säule im Zersetzergefäss a. tritt ein Umlauf im Sinne einer Aufwärtsbewegung im Rohr d ein. Der aus dem Unterteil des Zellengefässes abgezweigte Elektrolyt wird sich in der Richtung nach der   Zu fluss stelle e   bewegen, von dort   durch   ein Mischrohr gemeinsam mit dem zugesetzten Elektrolyten   nach   oben und mit diesem in den Elektrolytraum des elektrolytischen Apparates   zurückfliessen. Dadurch   wird ein weitgehender   Elektrolytumlanf   erreicht.

   Der Zufluss des Ergänzungselektrolyts ist dem Verbrauch in dem elektrolytischen Apparat angepasst, so dass also ein dauernder Zulauf und damit ein ununterbrochener Elektrolytumlauf erzielt wird. In die   Elektrolytumlaufleitung     c   können zur Regulierung bzw. Absperrung entsprechende Organe eingebaut sein, ebenso kann eine zusätzliche Kühleinrichtung k vorgesehen werden. 



   Die Fig. 4 zeigt die erfindungsgemässe Einrichtung in einer weiteren Ausbildung. Sie besteht 
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 mit einer Flüssigkeitsumlauf- und -rückleitung mittels eines EinsatzstÜckes verbunden ist, dessen   seitliche Ansatzöffnung   nahe über dem Flüssigkeitsspiegel liegt, derart, dass die durch das abströmende Gas mitbewegte oder sieh daraus   abseheidende Flüssigkeit   in die Flüssigkeitsumlauf- und -rückleitung strömt. 



   In der Fig. 4 stellt a den Behälter dar, in den der   gaserzeugende   Zellenkörper b in bekannter 
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 gesehenen, nicht mit Flüssigkeit gefüllten Raum d des Behälters   ( (strömt.   Aus diesem Raum wird durch eine   Gasabführungsleitung   e der erzeugte Wasserstoff in der Weise abgeführt, dass unter Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung die Gasabführungsleitung mit einer Elektrolytumlanfleitung t verbunden ist, wobei, hervorgerufen durch das abströmende Gas, Flüssigkeit in diese   Um-   und Rücklaufleitung einströmt bzw. der aus dem Gas abgeschiedene Elektrolyt darin in den Zellenkörper   zurückfliesst.   Das die Gasableitung e und die Flüssigkeitsrückleitung f verbindende Zwischen- 
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 nahe über der Oberfläche des Elektrolytspiegels angeordnet (Fig.

   4). Das entwickelte Gas entweicht durch diesen Einlaufstutzen des   Zwischenstückes   g und befördert durch   seine Ausströmenergie Elektrolyt   mit in diese Einrichtung. Der Elektrolyt fliesst, wenn er den geringen Widerstand des nach unten gebogenen Ansatzrohres überwunden hat, in der Um- und Rücklaufleitung f zum gaserzeugenden Zellenkörper zurück. Auch der innerhalb der Gasableitung e sich aus dem Gefäss   abseheidende Elektrolyt   gelangt auf dem gleichen Wege wieder in die Zellen.

   Zum Zwecke des   gleichmässigen   Zuströmens des 
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 etwas über den Elektrolytflächen in dem Wasserstoff-und Sauerstoffraum des Gaserzeugers liegt, wird durch das Nachfüllgefäss l auf gleicher Höhe gehalten, wobei das Gaszuführungsrohr bei Verwendung eines   Ausgleichsgefässes t   in dieses geführt ist. Auch kann gegebenenfalls die Um-und   Rücklaufleitung   für den Elektrolyten in diesem Gefäss angeordnet sein bzw. mit ihm in Verbindung stehen. Die Verbindung des   Elektrolytausgleichgefässes   i mit dem Elektrolyten im Zellengefäss wird 
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 Teil g der Fig. 4 in Verbindung mit einer   Flüssigkeitsbremse/t   in vergrössertem Massstabe wieder. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Elektrolytumlauf in elektrolytischen Apparaten, insbesondere in Wasserzersetzern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrolytnachfüllgefäss mit einer innerhalb oder ausserhalb des elektrolytischen Apparates angeordneten Flüssigkeitsumlaufleitung in Verbindung steht, derart, dass   der Ergänzungselektrolyt entsprechend   der Belastung der Zelle   zugeführt   bzw. in Umlauf gesetzt wird. 
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Claims (1)

1. rohres einer an sieh bekannten Elektrolytnachfülleinrichtung im Verhältnis zum Elektrolytvolumen des elektrolytischen Apparates so bemessen wird, dass durch die beim Ansprechen der Nachfüllein- EMI4.4 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuführungs- rohr für das Elektrolytnachfüllgefäss als Schlange ausgebildet ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen des Gaszu- führungsrohres mit der Senkrechten einen Winkel bilden, der kleiner als 90 ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein EIektrolytnaehfüHgefäss mit einer ans dem elektrolytischen Apparat herausgeführten Flüssigkeitsumlaufleitung derart in Verbindung steht, dass der Ergänznngselektrolyt über die Umlaufleitung in den Elektrolyt-bzw. Zellenraum fliesst, wobei durch den Zufluss des Ergänzungselektrolyts in der Leitung eine Verringerung EMI4.5 selben eintritt.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabführungsleitung des elektrolytischen Apparates mit einer Flüssigkeitsumlauf- und -rückleitung mittels eines Einsatz- EMI4.6 Flüssigkeitsumlauf-und-rückleitungströmt.

   7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Ver- teilung der Unilaufflüssigkeit innerhalb der Zellen Kammern vorgesehen sind. in die der Elektrolyt einströmt bzw. durch sie hindurchfliesst.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht stehende Stäbe die Kammern innerhalb der Zellen bilden. EMI4.7 Elektrolytumlauf- bzw. -zu- bzw. -rückleitung zum elektrolytischen Apparat zum Zwecke der besseren Elektrolytmischung von unten in den Elektrolyt- bzw. Zellenraum zugeführt und/oder in hinreichender Entfernung vom Gaszuführungsrohr angeordnet ist.

   10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die aus dem elektrolytischen Apparat herausgeführte Flüssigkeitsumlaufleitung eine Verbreiterung eingebaut ist.

   11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfiillgefäss so hoch angeordnet ist, dass das Einfliessen in die Umlaufleitung durch hydrostatischen Druck erfolgt.

   12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytumlaufleitung mit einer Kühleinrichtung versehen ist.

   13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytnachfüllgefäss mit einer der Gasableitungen des elektrolytischen Apparates in Verbindung steht.

   14. Einrichtung nach den Ansprüchen l und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum gleichmässigen Abfluss des Gases und der Flüssigkeit durch ein Einsatzstück vor der Abflussöffnung der Elektrolyt- umlauf-bzw.-rückleitung ein als Fliissigkeitsbremse ausgebildetes Gefäss angebracht ist.

   15. Verfahren zur Erzielung eines Elektrolytumlaufes unter Anwendung der Einrichtungen nach den Ansprüchen 1, 6 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Druck0 oder Flüssigkeits- EMI4.8 <Desc/Clms Page number 5> gleich mit dem Gleichgewichtsstand der Flüssigkeit im Elektrolyt-bzw. Zellenraum oder im Ausgleiehsgefäss dauernd erhöht wird.

   16. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytumlauf-bzw.-zuleitung zum elektrolytischen Apparat zum Zwecke der Elektrolytmischung von oben in den Elektrolyt-bzw. Zellenraum zugefuhrt und in hinreichender Entfernung vom Ableitungsanschluss dieser Leitung angeordnet ist.

   17. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 6 und 14 sowie 15, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern Flüssigkeitsumlauf-und-rückleitungen in verschiedenen Gasräumen vorgesehen sind, ein mit dem Elektrolyten des elektrolytischen Apparates kommunizierendes Elektrolytausgleichsgefäss angeordnet ist. EMI5.1