DE1571736C3 - Vorrichtung zur Kurzschlußmeldung für Zellen in Elektrolyseanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kurzschlußmeldung 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 Faktor der Spannungsverlust im Elektrolyten, der durch geringe Elektrodenabstände 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 Quecksilberverfahren 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 durch die Stromwärme so heiß werden, daß Rauchentwicklung einsetzt. In den 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 haufen, muß man Zellen ohne Kurzschlußsicherungen mit relativ hoher Spannung betrieben.

In Chloralkalielektrolyseanlagen sind deshalb schon sogenannte Auslötsicherungen eingesetzt worden. In das Zuleitungsband jeder einzelnen Anode wird eine Lötverbindung eingebaut, die beim Überschreiten der Schmelztemperatur des Lotes durch Federkraft getrennt wird, und den Strom unterbricht. Diese Auslötsicherungen" sind nicht frei von Nachteilen. Die Auslötvorrichtung 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, so ist nur in einem bestimmten Lastbereich eine optimale Anpassung möglich. Der Investitionsaufwand für Auslötvorrichtungen ist beträchtlich, da eine Chloralicalizelle größen-

ao ordnungsmäßig hundert Anoden hat. Auch der Arbeitsaufwand ist erheblich, alle Sicherungen, die angesprochen haben, müssen ausgewechselt und instand gesetzt werden. Zum Wiederanschrauben der Zuleitungen muß die Zelle gegebenenfalls ausgeschaltet werden, was zu Produktionsausfällen führt.

Es ist bereits bekannt, einen Kurzschlußarm 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 Meßinstrumente 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 Ausschlag. Auch dieses Verfahren hat einen prinzipiellen Nachteil. Da eine Zelle etwa 100 Anoden hat, muß die Kurzschlußanode erst gesucht werden. Damit vergeht so viel Zeit, daß die Anode in den meisten Fällen schon 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 elastischen Rückstellelementen versehene ferromagnetische Anker 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 Kurzschlusses in 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 chrakteristische Schließstellung eingenommen hat Fs hat sich sogar gezeigt, daß bei der Anordnung ties Ankers an dicht nebeneinanderliegenden Strom:<:uführungcn. sich bei entsprechend ela-

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stischer 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 Ankers in Abhängigkeit von der Bauart des Elektrolyseanlage mit einer minimalen Anzahl auszukommen, ohne die beabsichtigte Wirksamkeit herabzusetzen. Selbstverständlich ist es von Vorteil, die erfindungsgemäße Vorrichtung des weiteren so auszubilden, daß sie gleichzeitig als Alarmanlage dient. Nach der Erfindung geschieht dies, indem der ferromagnetische Anker den Schalter eines mit einer Alarmvorrichtung versehenen Kontrollstromkreises darstellt. In besonders vorteilhafter Weise wird dies erreicht, indem neben 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 Kontrollstromkreis betätigt. In vorteilhafter Weise sind die ferromagnetischen Anker mindestens teilweise auf ihren den Stromzuführungen zugewandten Seiten mit korrosionsfreiem Material, vorzugsweise Graphit, abgedeckt, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten, da beispielsweise ferromagnetisches Metall wegen der anwesenden Dämpfe korrodieren würde. Ebenso können die Kontaktpunkte der Stromschienen mit korrosionsfestem Material belegt sein. Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das elastische Rückstellglied gleichzeitig der Halter für den Anker und besteht aus einer mechanischen Feder. Es ist elektrisch leitfähig und stellt einen Teil des Kontrollstromkreises dar.

Nach dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird von dem sich bei Kurzschluß aufbauenden magnetischen Feld der als Schalter ausgebildete Anker betätigt, durch den ein Kontrollstromkreis geschlossen und

ίο eine Alarmanlage ausgelöst wird.

Nach einem alternativen Vorgehen 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 Ausführungsbeispiel schematisch erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 zwei mit elastischen Rückstellelementen versehene ferromagnetische Anker, die als Schalter ausgebildet sind, und
F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild für die Alarmanlagen auschnittsweise für zwei Zellen.

In F i g. 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 ferromagnetischen Anker 5 tra~ gen, in den Bohrungen 6 eingespannt und mit der elektrischen Leitung 7 verbunden, die zum nicht dargestellten Zellenboden führt.

In F i g. 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 ist, welcher über die Leitung 14 mit dem Relais 15 verbunden ist und wobei die Leitung 14 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kurzschlußmeldung für Zellen in Elektrolyseanlagen, bei denen die einzelnen Zellen oder Anoden an Stromzuführungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Stromzuführungen (12, 12') mit elastischen Rückstellgliedern (3) versehene ferromagnetische Anker (5) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker (5) als Schalter (13) in einem mit Meldevorrichtungen (19, 20) zwischen Stromzuführung (1, 12, 12') und Boden (17, 17') der Zelle (10, 10') geschlossenen Kontrollstromkreises angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) an der der Stromzuführung (1, 12, 12') für die Anoden (8, 8', 9, 9') zugewandten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht (4) aus korrosionsfestem Material belegt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollstromkreis ein Relais (15, 15') für einen Hilfsstromkreis mit den Meldevorrichtungen (19,19', 20) aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückstellglied (3) elektrisch leitfähig ist und einen Teil des Kontrollstromkreises darstellt.