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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.
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Electrolytic apparatus, in particular water decomposers with a device for circulating the electrolyte. In electrolytic apparatuses, especially those for the decomposition of water, differences in concentration occur in the electrolyte during electrolysis, which significantly reduce the resistance of the electrode material and the electrical conductivity of the electrolyte. The increased electrode wear and the increased energy expenditure can have a very unfavorable effect on the economic efficiency of the electrolytic process.
In order to avoid these adverse effects of the concentration differences and for the purpose of any necessary cooling of the electrolyte, it is known to set the electrolyte in as uninterrupted a cycle as possible in order to compensate for the concentration differences by mixing the anolyte with the catholyte. For this purpose, for example, the electrolyte which has become inhomogeneous as a result of the electrolysis and which may have too high a temperature can be diverted from the electrolytic apparatus, stirred through and returned to it again.
It is also possible to transfer the anolyte into the cathode compartment and at the same time the catholyte into the anode compartment, after these electrolyte components have been circulated through a special line outside the decomposer with the aid of a pump. These fluid movements can be carried out continuously or at certain time intervals during the electrolysis. However, there are some disadvantages associated with such measures, which are particularly noticeable in the case of decomposers that work under increased pressure.
For example, when pumps are used with water decomposers, special gas separation vessels must be provided in the circulation lines for the electrolyte
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in which the entrained gas is removed from the liquid. As has been found in practical operation, these lines and containers lead to pressure differences which make monitoring the decomposition system considerably more difficult. Furthermore, the risk of leaks occurring due to the vessels, lines, fittings and control and pumping devices required for the electrolyte circulation is largely increased.
A known device used for the automatic electrolyte refilling consists of an electrolyte container which is connected to the actual electrolytic apparatus by means of two lines. One line with a specially designed extension piece is only slightly immersed in the electrolyte of the cell vessel and, when the electrolyte level drops, allows the gas to enter the container arranged above the electrolytic apparatus. The second line leads the supplementary electrolyte into the cell vessel when the device is activated.
The invention relates to an electrolytic apparatus, in particular Wasserzerset- zer, in which the aforementioned disadvantages are avoided in that a liquid circulation line is arranged, which is connected to an electrolyte filling vessel, such that the supplementary electrolyte flows through this circulation line into the electrolytic apparatus. The circulation line can be arranged inside or outside the electrolytic apparatus.
FIGS. 1 to 3 show exemplary embodiments of the invention in elevation.
1 shows a first example of the apparatus.
In Fig. 2 a device for distributing the outflowing electrolyte in a single cathode or anode compartment of a cell is shown schematically.
3 shows a device according to the invention, in which liquid flows from an electrolyte refill vessel into the circulation line and, by reducing the specific weight, generates an upward movement therein.
In FIG. 1, the cell vessel is denoted by a, the cell body by b: c and d are the two lines through which the electrolyte replenishment vessel e is connected to the vessel a. A shut-off element is finely built into line d and is closed when fresh electrolyte is poured into vessel e through line g.
In FIG. 2, lt denotes the supply channel for the liquid to the cell in question. i are the rods arranged in it, which give the flow of liquid the desired direction.
As can be seen from FIG. 1, a liquid circulation line c, d is arranged which is connected to an electrolyte refill vessel c in such a way that the supplementary electrolyte flows into the electrolytic apparatus via this circulation line. The line c dips into the electrolyte with an approach c 'which is open at the bottom and is carried out in a known manner. The two liquid-filled lines c and d are statically balanced.
The immersion depth of c 'is very small. so that when the electrolyte level drops, the gas standing above this can enter approach c '. Due to the formation of the approach c ', electrolyte will then flow out of this. This shortens the liquid column in the line c and thereby disturbs the equilibrium with the line d. During this process, gas flows through the line c into the vessel e and fills the space freed by the outflowing liquid. The shortened liquid column in line c is drawn into refill vessel e due to the excess weight of the column in d.
The electrolyte flows from the refill vessel e through d into the cell vessel until the original liquid level is reached again, that is, the extension piece c 'is immersed again. and terminates line c. Then the river rises
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fluid in line c and restores the equilibrium with the column of fluid in line d.
The drawing up of the liquid in c is used for an electrolyte circulation by making the volume of the line c so large that a sufficient amount of electrolyte for a sufficient circulation flows into the refill vessel e. An equivalent part of its filling flows out through d at the same time, so that a direct exchange takes place. The increase in the volume of c is achieved by increasing its length or its cross-section. As often as the refilling device responds for the purpose of replenishing electrolyte in the cell vessel, the desired electrolyte circulation will also occur in the manner described.
The increase in the volume of the line c is accomplished in the example shown by the arrangement of pipe windings. In order not to let the gas flow into the line c too quickly and to avoid that the gas passes through the liquid column without it reaching the vessel e as completely as possible, the turns of the line c are arranged in such a way that that their planes form an angle l of less than 90 with the vertical, that is to say they are inclined to one side. These windings can expediently be used to cool the electrolyte with air, or they can be built into a cooling vessel. For the same purpose of cooling, a cooling device, e.g. B. the cooling jacket 7c may be provided.
In order to distribute the electrolyte flowing into the electrolytic apparatus from the vessel e, channels h (FIG. 2) are arranged below the cells and are in communication with the cell spaces. In the cells there are bars i, between which the electrolyte is guided and is appropriately distributed in the total volume. For the same purpose of largely mixing the electrolyte flowing into the cell container with the electrolyte contained therein, the electrolyte is to be added or. - Return line d fed from below into the cell vessel space or arranged at a sufficient distance from the gas feed pipe c.
It is thus practically impossible that the electrolyte flowing into this space through the line d can be discharged again unmixed through the line c when the electrolyte circulation device responds.
In the Fig. Ss an embodiment is shown in which a liquid circulation line is also arranged, which is in connection with an electrolyte refill vessel in such a way that the supplementary electrolyte flows through this circulation line into the electrolytic apparatus. The cell vessel is designated with a, the cell body with b; c is the outgoing liquid circulation line, in which, for example, a widening d can be built. A refill vessel f is connected to the line c through the connecting line e, which contains the supplementary electrolyte, e.g. B. distilled water contains.
This can be introduced into the vessel f through the line g, possibly under pressure.
The above-mentioned device works in the following way: If the electrolyte level in the cell vessel a drops as a result of electrolyte consumption, the hydrostatic overpressure causes supplemental electrolyte to flow out of the refill vessel f into the circulation line. This electrolyte mixes with the electrolyte portion branched off from the cell vessel in the circulation line c respectively. in their widening, with which the vessel f is connected by the line e.
The outflow of the electrolyte from f corresponding to the consumption is made possible by the fact that the vessel is connected to a gas line through the line h and the line h is immersed in the supplementary electrolyte. The line h is expediently connected directly to one of the two gas discharge lines i of the electrolytic apparatus. From the gas room
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respectively The gas line then flows into the vessel f according to the amount of liquid flowing out of the container f. Since the mixture in tube d is lighter than the corresponding column in the decomposition vessel a, it circulates in the sense of an upward movement in tube d.
The electrolyte branched off from the lower part of the cell vessel will move in the direction of the inflow point e, from there through a mixing tube together with the added electrolyte and flow back with it into the electrolyte dream of the electrolytic apparatus. As a result, an extensive electrolyte circulation is achieved. The inflow of the supplementary electrolyte is adapted to the consumption in the electrolytic apparatus, so that a continuous inflow and thus an uninterrupted electrolyte circulation is achieved. In the electrolyte circulation line c can BEZW for regulation. Appropriate shut-off organs can be installed; an additional cooling device k can also be provided.