CH201612A - Elektrolytischer Apparat, insbesondere Wasserzersetzer mit Einrichtung zum Umwälzen des Elektrolyts. - Google Patents

Description

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 Elektrolytischer Apparat, insbesondere Wasserzersetzer mit Einrichtung zum Umwälzen des Elektrolyts. Bei elektrolytischen Apparaten, insbesondere bei denen für die Wasserzersetzung, treten während der Elektrolyse im Elektrolyten Konzentrationsunterschiede auf, welche die Beständigkeit des Elektrodenmaterials und die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyts wesentlich vermindern. Der vergrösserte Elektrodenverschleiss, 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 Elektrolyts ist es bekannt, 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 gewor-    dene   und eventuell zu hohe Temperatur aufweisende Elektrolyt aus dem elektrolytischen Apparat abgeleitet, 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    Flüssigkeitsbewegungen   können während der Elektrolyse dauernd oder auch in gewissen Zeitabständen vorgenommen werden. Mit solchen Massnahmen sind jedoch einige Nachteile verbunden, die bei    Zersetzern,   die unter erhöhtem Druck arbeiten, besonders beachtlich sind. 



  So müssen zum Beispiel bei der Verwendung von Pumpen bei    Wasserzersetzern   in den Umlaufleitungen für den Elektrolyten besondere    Gasabscheidegefässe   vorgesehen 

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 werden, in denen das mitgerissene Gas aus der Flüssigkeit entfernt wird. Diese Leitungen und Behälter führen, wie im praktischen Betrieb festgestellt wurde, zu Druckunterschieden, 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 vergrö- ssert. 



  Eine für die selbsttätige Elektrolytnachfüllung verwendete bekannte Einrichtung besteht aus einem Elektrolytbehälter, der mittels zweier Leitungen mit dem eigentlichen elektrolytischen Apparat verbunden ist. Die eine Leitung mit einem besonders ausgebildeten Ansatzstück taucht nur wenig in den Elektrolyten des Zellengefässes ein und gibt beim Absinken des Elektrolytspiegels dem Gas den Zutritt in den oberhalb des elektrolytischen Apparates angeordneten Behälter frei. Die zweite Leitung führt den Ergänzungselektrolyten beine Ansprechen der Einrichtung in das Zellengefäss. 



  Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Apparat, insbesondere    Wasserzerset-      zer,   bei dem die vorgenannten Nachteile dadurch vermieden sind, dass eine Flüssigkeitsumlaufleitung angeordnet ist, die mit einem Elektrolytnaehfüllgefäss in Verbindung steht, derart, dass der Ergänzungselektrolyt    über   diese Umlaufleitung in den elektrolytischen Apparat fliesst. Die Umlaufleitung kann dabei innerhalb oder ausserhalb des elektrolytischen Apparates angeordnet sein. 



  Die Fig. 1 bis 3 stellen im Aufriss Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. 



  Es zeigt die Fig. 1 ein erstes Beispiel des Apparates. 



  In Fig. 2 ist schematisch eine Einrichtung zur Verteilung des ausströmenden Elektrolyten in einem einzelnen Kathoden- oder Anodenraum einer Zelle dargestellt. 



  Fig. 3 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung, bei der aus einem Elektrolytnachfüllgefäss Flüssigkeit in die Umlauflei-    tung   strömt und durch Verringerung des spezifischen Gewichtes in diesem eine Aufwärtsbewegung erzeugt. 



  In Fig. 1 ist das Zellengefäss mit a, der Zellenkörper mit b bezeichnet: c und d sind die beiden Leitungen, durch die das Elektrolytergänzungsgefäss e mit dem Gefäss a in Verbindung steht. In die Leitung d ist ein Absperrorgan feingebaut, das geschlossen wird, wenn in das Gefäss e durch die Leitung    g   frischer Elektrolyt eingefüllt wird. 



  In Fig. 2 ist mit lt der Zuführungskanal der Flüssigkeit zu der betreffenden Zelle bezeichnet. i sind die darin angeordneten Stäbe, die dem Flüssigkeitsstrom die gewünschte Richtung geben. 



  Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Flüssigkeitsumlaufleitung c, d angeordnet, die mit einem Elektrolytnachfüllgefäss c in Verbindung steht, derart, dass der Ergänzungselektrolyt über diese Umlaufleitung in den    elektrolytiselien   Apparat fliesst. Die Leitung c taucht mit einem in    bekannter   Weise    #   -    nis   9    eführten,      unten      offenen      Ansatz      c'      in      den   Elektrolyten. Die beiden flüssigkeitsgefüllten Leitungen c und d halten sich statisch    das   Gleichgewicht.

   Die    Eintauchtiefe   von c' ist sehr gering. so    da.ss   beim Absinken des    Elektrolytspiegels   das Tiber 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 Gleichgewieht mit der Leitung d    gestört.   Bei diesem Vorgang strömt durch die Leitung c Gas in das Gefäss e und füllt den durch die abfliessende Flüssigkeit freiwerdenden Raum aus. Die verkürzte    Flüssigkeitssäule   in der Leitung c wird durch das entstandene Übergewicht der Säule in d in das    Nachfüllgefäss   e gezogen.

   Aus dem    Nachfüllgefäss   e fliesst der Elektrolyt durch d so lange in das Zellengefäss, bis der ursprüngliche Flüssigkeitsstand wieder erreicht ist, das heisst das Ansatzstück c' wieder eintaucht. und die Leitung c abschliesst. Darnach steigt die Flüs- 

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    sigkeit   in der Leitung c hoch und stellt den Gleichgewichtszustand mit der Flüssigkeitssäule in der Leitung d wieder her. 



  Das Hochziehen der Flüssigkeit in c wird zu einem Elektrolytumlauf ausgenutzt, indem das Volumen der Leitung c so gross gemacht wurde, dass eine für einen ausreichenden Umlauf genügende Elektrolytmenge in das Nachfüllgefäss e einströmt. Ein äquivalenter Teil von dessen Füllung strömt gleichzeitig durch d aus, so dass ein direkter Austausch stattfindet. Die Vergrösserung des Volumens von c wird durch Vergrösserung ihrer Länge oder ihres Querschnittes erreicht. So oft die Nachfülleinrichtung zum Zwecke der Elektrolytergänzung im Zellengefäss anspricht, wird auch der    erwünschte      Elektrolytumlauf   auf die beschriebene Weise 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, sind die Windungen der Leitung c so angeordnet, dass ihre Ebenen mit der Senkrechten einen Winkel l von weniger als 90  bilden, das heisst also nach einer Seite geneigt sind. Diese Windungen können zweckmässigerweise zur Kühlung des    Elektrolyts   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 7c, vorgesehen sein. 



  Zur Verteilung des aus dem Gefäss e in den elektrolytischen Apparat einströmenden Elektrolyts sind 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 Zellengefäss einströmenden Elektrolyten mit dem    darin      enthaltenen   weitgehend zu vermischen, ist die Elektrolytzu- bezw. -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   d in diesen Raum zufliessende Elektrolyt beim Ansprechen der Elektrolytumlaufeinrichtung durch die Leitung c    unvermischt   wieder abgeführt werden kann. 



  In der    Fig.   ss ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ebenfalls eine Flüssigkeitsumlaufleitung angeordnet ist, die mit einem    Elektrolytnachfüllgefäss   in Verbindung steht, derart,    dass   der Ergänzungselektrolyt über diese Umlaufleitung in den elektrolytischen Apparat fliesst. Das Zellengefäss ist mit a, der Zellenkörper mit b bezeichnet; c ist die    herausgeführte      Flüssigkeitsumlauf-      leitung,   in die    beispielsweise   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 f eingeführt werden. 



  Die    vorgenannte      Einrichtung   arbeitet in folgender Weise: Sinkt in dem Zellengefäss a der    Elektro-      lytspiegel   infolge    Elektrolytverbrauches   ab, so fliesst durch den hydrostatischen Überdruck aus dem    Nachfüllgefäss      f   Ergänzungselektrolyt in die    Umlaufleitung.   Dieser Elektrolyt mischt sich mit dem aus dem Zellengefäss abgezweigten    Elektrolytanteil   in der Umlaufleitung c    bezw.   in deren Verbreiterung, mit der    das   Gefäss f durch die    Leitung   e verbunden ist.

   Der    Abfluss      des   Elektrolyts aus f entsprechend ,dem Verbrauch wird dadurch ermöglicht, dass das Gefäss durch die Leitung h mit einer    Gasleitung   in Verbindung steht und die Leitung h in den Ergänzungselektrolyten eintaucht. Zweckmässig wird die Leitung h direkt an eine der beiden Gasableitungen i des    elektrolytischen   Apparates angeschlossen. Aus dem Gasraum 

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 bezw. der Gasleitung strömt dann Gas entsprechend der aus dem Behälter f ausflie- ssenden Flüssigkeitsmenge in das Gefäss f ein. Da das Gemisch im Rohr d leichter ist als die entsprechende Säule im    Zersetzer-      gefäss   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 Zuflussstelle e bewegen, von dort durch ein Mischrohr gemeinsam mit dem zugesetzten Elektrolyten nach oben und mit diesem in den Elektroly traum des elektrolytischen    Apparates   zurückfliessen. Dadurch wird ein weitgehender Elektrolytumlauf 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 bezw. Absperrung entsprechende Organe eingebaut sein, ebenso kann eine zusätzliche Kühleinrichtung k vorgesehen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektrolytischer Apparat, insbesondere Wasserzersetzer, mit Einrichtung zum Umwälzen des Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitsumlaufleitung angeordnet ist, die mit einem Elektrolytnachfüllgefäss in Verbindung steht, derart, dass der Ergänzungselektrolyt über diese Umlaufleitung in den elektrolytischen Apparat fliesst. UNTERANSPRÜCHE: 1. Apparat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsumlaufleitung innerhalb des elektrolytischen Apparates angeordnet ist. 2. Apparat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsumlaufleitung ausserhalb des elektrolytischen Apparates angeordnet ist. 3. Apparat nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr zur Leitung des Elektro- lyts vom Zellengefäss in das Elektrolytnachfüllgefäss als Rohrschlange ausgebildet ist. 4.

   Apparat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen des als Schlange ausgebildeten Rohres mit der Senkrechten einen Winkel bilden, der kleiner als 90 ist. 5. Apparat nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Elektrolytnachfüllgefäss kommende Leitung in die Flüssigkeitsumlaufleitung mündet, so dass durch den Zufluss des Ergänzungselektrolyts in der Umlaufleitung eine Verringerung des spezifischen Gewichtes und damit eine Aufwärtsbewegung desselben eintritt. 6. Apparat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet. dass zur Verteilung der Umlaufflüssigkeit innerhalb der Zellen Kammern vorgesehen sind, in die der Elektrolyt einströmt. 7.

   Apparat nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht stehende Stäbe die Kaminern innerhalb der Zellen bilden. B. Apparat nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytumlauf- leitung zum Zwecke der besseren Elek- trolytmischung von unten in das Zellengefäss zugeführt ist. 9. Apparat nach Patentanspruch und den Unteranspriichen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, da.ss in die Flüssigkeitsumlaufleitung eine Verbreiterung eingebaut ist. 10.

   Apparat nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfüllgefäss so hoch angeordnet ist, dass das Einfliessen in die Umlaufleitung durch hydrostatischen Druck erfolgt. 11. Apparat nach Patentanspruch und den Unteranspriichen 2, 5, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyt- <Desc/Clms Page number 5> umlaufleitung mit einer Kühleinrichtung versehen ist. 12. Apparat nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2, 5 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektro- lytnachfüllgefäss mit einer der Gasableitungen des elektrolytischen Apparates in Verbindung steht. 13.

   Apparat nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2, 5 und 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytumlaufleitung zum Zwecke der Elek- trolytmischung von oben in den Elektro- lytraum zugeführt ist.