DE1571736A1

DE1571736A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kurzschlussanzeige von Zellen in Elektrolyseanlagen

Info

Publication number: DE1571736A1
Application number: DE19661571736
Authority: DE
Inventors: Dr Rolf Schaefer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1966-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1971-01-14
Also published as: SE332162B; DE1571736B2; NL6710922A; GB1199982A; DE1571736C3; NO117537B; BE702848A; US3559199A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

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Vorrichtung und Verfahren zur Kurzschlußanzeige von Zellen

in Elektrolyseanlagen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kurzschlußanzeige von Zellen in Elektrolyseanlagen, bei denen die einzelnen Zellen bzw. Anoden an Stromzuführungen angeschlossen sind.

Beim Betrieb von Elektrolyseanlagen ist man an einer möglichst niedrigen Zellenspannung interessiert. Dabei ist ein wesentlicher Paktor der Spannungsverlust im Elektrolyten, der durch geringe Elektrodenabetände möglichst klein gehalten wird« Geringer Elektrodenabstand birgt aber das vermehrte Auftreten von Kurzschlüssen in sich, besonders bei Elektrolysezellen, wo keine der Elektroden eine unveränderliche fläche darstellt. Das trifft z.B. für die Chloralkalielektrolyse nach dem QueckeiIberverfahren zu. Die Quecksilberkathode ist Änderungen unterworfen durch Verschmutzungen des Zellenbodens, die Graphitanode wird verbraucht und muß laufend nachreguliert werden.

Ohne besondere Sicherheitsmaßnahmen bemerkt man einen Kurzschluß erst, wenn die Anode und ihre Zuleitung durchT'die Strom-Vi'irr· 3 «ο heiß werden« defl Rauch entwicklung eintet st. In &?m

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meisten Fällen ist die Anode dann bereits beschädigt. Die Schutzparaffinierung des Anodenstabes tritt teilweise aus oder der Graphitstab platzt. Die Einlötung des Kupferstabes in den Anodenstab kann unbrauchbar werden, die Deckeldichtung oder gar der Zellenboden kann beschädigt werden. In jedem Fall ist solch eine Anode für ihre ganze Lebensdauer schwer nachzustellen. Damit sich die Kurzschlüsse nicht zu sehr häufen, muß man Zellen ohne KurzschlußPicherungen mit relativ hoher Spannung betreiben.

In Chloralkalielektrolyeeanlagen sind deshalb schon sogenannte .Auslötsicherungen eingesetzt worden. In das Zuleitungsband jeder einzelnen Anode wird eine Lötverbindung eingebaut, die beim Überschreiten der Schmelztemperatur des Lotee durch Federkraft getrennt wird und den Strom unterbricht. Diese Auslötsicherungen sind nicht frei von Nachteilen. Die Auelötvorrichtung muß auf die Zellenbelastung abgestimmt sein. Sie darf nicht zu früh ansprechen, weil sonst unnötig viel Arbeitsaufwand zum Auswechseln und Instandsetzen der Schmelzelemente erforderlich ist und die Gefahr einer Kettenreaktion zu groß wird. Bei zu trägem Ansprechen kann die Anode bereits beschädigt sein, bevor der Strom unterbrochen wird. Muß eine Anlage mit wechselnder Belastung gefahren werden, ad ist nur in einem bestimmten Lastbereich eine optimale Anpassung möglich. Der Investitionsaufwand für Auslötvorrichtungen ist beträchtlich, da eine Chloralkalizeito größenordirnngsBäSig hundert Anoden hat. Auch der Arbeitsaufwand

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ist erheblich, alle Sicherungen, die angesprochen habeny müssen ausgewechselt und instandgesetzt werden. Zum Wiederanschrauben der Zuleitungen muß die Zelle gegebenenfalls ausgeschaltet werden, was zu Produktionsausfällen führt.

Es ist bereits bekannt_t einen Kurzschlußalarm durch Messung der Zellenspannung auszulösen. Bei einem Kurzschluß sinkt die Zellenspannung bekanntlich ab. Bei Zellen jedoch, die mit hoher Stromdichte betrieben werden, ist der Spannungseinbruch erfahrungsgemäß sehr gering, so daß sehr empfindliche Keßinstrumente eingesetzt werden müssen. Außerdem ist die Zellenspannung von der Belastung abhängig. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, über Kreuzspulvoltmeter eine automatische Kompensation von Zellenspannung und BelastungsSchwankung vorzunehmen, so daß alle Voltmeter normalerweise in Nullstellung stehen. Nur das Voltmeter der Zelle, die einen Kurzschluß hat, gibt einen Aueschlag. Auch dieses Verfahren hat einen prinzipiellen Nachteil. Ba eine Zelle etwa 100 Anoden hat, muß die Kurzschlußanode erst gesucht werden. Damit vergeht soviel Zeit, daß die Anode in den meisten Fällen, βchon beschädigt sein wird, bevor sie festgestellt worden ist.

Es wurde nun gefunden, daß durch Ausnutzung des bei Kurzschluß von Zellen im Bereich der Stromzuführungen auftretenden magnetischen Feldes eine sicher wirkende Anzeigevorrichtung gegeben ist, indem erfindungsgemäß nahe an den Stromzuführungen mit elaetischen Rückstellelementen versehene ferromagnetische Anker

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angeordnet sind. Es ist eine Frage des Aufwands und des Nutzens, ob derartige Anzeigevorrichtungen nur für Anodengruppen oder für jede Anode angeordnet werden. Baut sich infolge eines Kurzschlussesin einer Zelle um die zugehörige Stromzuführung ein stärkeres Magnetfeld auf, so wird der von dem elastischen Rückstellglied in der Schwebe gehaltene ferromagnetische Anker an die Stromschiene > angezogen. Da durch den gleichmäßigen Aufbau derartiger Elektrolyseanlagen auch die Anzeigevorrichtungen über die Anlage gleichmäßig und übersichtlich auf die entsprechenden Stellen verteilt sind, so kann beim visuellen Absuchen der Anlage schnell festgestellt werden, wo ein Anker die für Kurzschluß charakteristische Schließstellung eingenommen hat. Es hat sich sogar gezeigt, daß bei der Anordnung des Ankers an dicht nebeneinanderliegenden · Stromzuführungen, sich bei entsprechend elastischer Aufhängung des Ankers dieser auch seitlich zu denjenigen Stromzuführungen hinbiegt, bei deren zugehörigen Anoden der Kurzschluß aufgetreten ist. Es ist also möglich, bei sinnvoller Anordnung des Ankere in Abhängigkeit von der Bauart der Elektrolyseanlage alt einer minimalen Anzahl auszukommen, ohne die beabsichtigte Wirksamkeit herabzusetzen. Selbstverständlich ist es von Vorteil, die erfindungsgemäße Vorrichtung desweiteren so auszubilden, daß sie gleichzeitig als Alarmanlage dient. Nach der Erfindung geschieht dies, indem der ferromagnetische Anker den Schalter eines mit einer Alarmvorrichtung versehenen KontrollstromkreiseB darstellt. In besondere vorteilhafter Weise wird dies erreicht, inde« neben

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dem ferromagnetischen, elektrisch leitfähigen Anker, auch das elastische Rückstellelement als elektrischer Leiter ausgebildet und an eine elektrische Leitung angeschlossen ist, welche mit dem Zellenboden in Verbindung steht, wobei in den Stromkreis eine Alarmanlage, z.B. eine Warnlampe und/oder eine Hupe eingeschaltet ist. In vorteilhafter Weise wird bei dieser Gestaltung also die Zellenspannung zum Betätigen der Alarmvorrichtung herangezogen. Selbstverständlich kann aber auch ein besonderer Stromkreis installiert werden. Es ist natürlich nicht erforderlich, für jede Zelle einen akustischen Alarm vorzusehen; es genügt durchaus, wenn für die gesamte Anlage oder, falls diese zu groß sein sollte, für Zellengruppen übersichtlicher Größe Jeweils ein akustischer Alarm ausgelöst wird. Nur der optische Alarm wird zweckmäßig an jeder Zelle separat installiert. Dazu ist in den primären, gegebenenfalls abgesicherten und an den Zellen anliegenden Stromkreisen lediglich ein Relais eingeschaltet, das die mit den Alarmanlagen versehenen sekundären Kontrollstromkreise betätigt. In vorteil- haftar Weise sind die ferromagnetischen Anker mindestens teilweise auf ihren den Stromzuführungen zugewandten Seiten mit Xerroeions- freiem Material, vorzugsweise Graphit, abgedeckt, um einen guten el·ktriechen Kontakt zu gewährleisten, da beispielsweise ferroaagnetisohes Metall wegen der anwesenden Dämpfe korrodieren würde. Ibenso könntη die Kontaktpunkte der Stromschienen mit korroeioneft*t«B Material belegt sein. Nach einer besonderen Ausführung*form der erfindungegeaäStn Vorrichtung ist das elastische Htiskstellglied

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gleichzeitig der Halter für den Anker und besteht aus einer mechanischen Feder. Ss ist elektrisch leitfähig und stellt einen Teil des Kontrolletromkreises dar.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von dem sich bei Kurzschluß aufbauenden magnetischen PeId der als Schalter auegebildete Anker betätigt, durch den ein Kontrollstromkreis ftschlossen und eine Alarmanlage ausgelöst wird.

Nach einem alternativen Verfahren wird von dem sich bei Kurzschluß aufbauenden magnetischen Feld durch Änderung der Stellung des mit einem elastischen Rückstellglied versehenen Ankers die Kurzschlußanode angezeigt und der Alarm in an sich bekannter Weise über Spannungsmeßgeräte ausgelöst.

In einer Zeichnung sei nun das Wesen der Erfindung an einem Aueführungsbeispiel schematisch erläutert und zwar zeigen:

Figur 1 zwei mit elastischen Rücketellelementeji versehen·

ferromagnetische Anker, die als Schalter ausgebildet sind und

Figur 2 ein elektrisches Schaltbild für die Alarmanlagen aus* echnitteweise für zwei Zellen.

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In Figur 1 ist in der Nähe der Stromführungsschiene 1 eine Platte 2 aus Isolierstoff befestigt. In ihr sind die Biegefedern 3, die die mit Graphitauflage 4 versehenen ferromagne^ tischen Anker 5 tragen, in den Bohrungen 6 eingespannt und mit der elektrischen Leitung 7 verbunden, die zum nicht dargestellten Zellenboden führt.

In Figur 2 sind die Anoden 8 und 9 an der Zelle 10 an die von der Stromschiene 11 abgezweigte Schiene 12 angeschlossen, über der der Schalter 13 angeordnet 1st, welcher über die Leitung mit dem Relais 15 verbunden ist und wobei die Leitung H über die Sicherung 16 zum Zellenboden 17 führt. Von der Kathode 18 führt die Stromschiene 11· an die Zelle 10', die sich im Aufbau nicht von der Zelle 10 unterscheidet. Die beiden Relais 15 und 15' sind an zwei sekundäre Stromkreise angeschlossen, von denen der eine für jede. Zelle eine Warnlampe 19 bzw. 19' aufweist und der andere für alle Zellen gemeinsam eine Hupe 20 besitzt.

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kurzschlußanzeige von Zellen in Elektrolyseanlagen, bei denen die einzelnen Zellen bzw. Anoden an Stromzuführungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß nahe an den Stromzuführungen (12, 12') mit elastischen Rückstellgliedern (3) versehene ferromagnetische Anker (5) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) den Schalter (13) eines mit einer Alarmvorrichtung (19, 20) versehenen Kontrollstromkreises darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) den Schalter (13) eines Stromkreises darstellt, der ein fielais (15, 15') für einen sekundären, mit einer Alarmanlage (19, 19', 20) versehenen Stromkreis aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) aß der der Stromzuführung (1, 12, für die Anoden (8, 8', 9, 9') zugewandten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht (4) aus korrosionsfestem Material belegt ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Hückstellglied (3) elektrisch

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leitfähig ist und einen Teil des Kontrollstromkreiaea darstellt, der über den Boden (17, 17') der Zelle (10, 10') geschlossen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückstellglied (3) aus einer Feder besteht.

7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß von dem sich bei Kurzschluß aufbauenden magnetischen Feld ein Schalter betätigt wird, durch den ein Kontrollstromkreia geschlossen und ein Alarmzeichen ausgelöst wird.

8. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß von dem sich bei Kurzschluß aufbauenden magnetischen Feld durch Änderung der Stellung des mit einem elastischen Rückatellglied versehenen ferromagnetiachen Anker der Kureaohluflort in der Zeil· angezeigt wird und der Alarm in an eich bekann ter Weise über Spannungsmeßgeräte ausgelöst wird.

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