DE1910286A1 - Elektrochemische Zelle - Google Patents

Description

Elektrochemische Zelle Zusatz zu DP (Patentanmeldung P 16 71 Λ63.9)

Das HauptpBtent betrifft ein Verfahren und eine hiefür geeignete Vorrichtung für elektrochemische Reaktionen, wobei zumindest eine der Elektroden eine sogenannte Wirbelschicht-Elektrode ist. Die Wirbelschicht oder das Fließbett ist aus leitenden und/oder halbleitenden Teilchen aufgebaut und als fluidisierendes Medium oder als Träger dient ein Elektrolyt und/oder der oder die Reaktionspartner. Einer oder mehrere Reaktionspartner können sich in Form der fluidisierten Teilchen im System befinden. Die Teilchen können z.B. Kupferkugeln, kupferüberzogene Glas- oder Polystyrolkugeln sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der elektrochemischen Zelle weist konzentrisch zueinander angeordnete Elektroden auf, wobei eine oder beide eine Wirbelschicht-Elektrode sein können.

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Bei der elektrochemischen Zelle nach dem Hauptpatent ist die Elektrodenkammer, also der Raum,in der sich die Wirbelschicht-Elektrode befindet,unten durch eine poröse Platte begrenzt, durch die das fluidisierende Medium mit ausreichendem Druck für die Pluidisierung aufwärts strömt. Pur eine gleichmäßige Fluidisierung, also für eine homogene Wirbelschicht ist eine sehr gleichmäßige Verteilung des durch die poröse

fc Platte einströmenden Elektrolyt bzw. fluidisierenden Trägers erforderlich. Zu einer einwandfreien Arbeitsweise einer elektrochemischen Reaktionszelle ist jedoch ein homogenes Bett über die gesamte horizontale Querschnittsfläche der Elektrodenkammer Voraussetzung. Durch die poröse Platte oder einen anderen Verteiler für das fluidisierende Medium, insbesondere den Elektrolyt, werden im Ruhezustand der Anlage die die Wirbelschicht bildenden Teilchen innerhalb der Elektrodenkammer gehalten. Es zeigte sich jedoch in vielen Fällen, daß Schwebstoffe, die meist als Verunreinigungen zu bezeichnen sind,innerhalb des flüssigen Trägermediums zu einem Verstopfen der Verteiler oder Düsenplatten führen. Damit wird die gleichmäßige Verteilung des Trägermediums über die Kammerbreite beeinträchtigt

w und damit auch das einwandfreie Funktionieren des elektrochemischen Verfahrens infrage gestellt.

Die Erfindung bringt nun eine Konstruktion einer Zelle für elektrochemische Reaktionen, deren Elektrodenkammer oder -kammern, die mit feinporigen Verteilern für das fluidisierende Medium zusammenhängenden Schwierigkeiten nicht besitzt, weil Verteiler oder poröse Platten für das fluidisierende Medium oder den Elektrolyt nicht erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Zelle weist nun eine Elektrodenkamraer auf, deren unterer Teil sich zu einem engen Schlitz verjüngt ₉ durch den das fluidisierende Medium bei Betrieb der Elektrode eintritt. „ 3 „

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Der erfindungsgemäße untere Teil der Elektrodenkammer kann keilförmig sein, wobei sich der schmale Eintrittsschlitz über die ganze Kammerbreite erstreckt. Das Trägermedium wird nun über diesen länglichen Schlitz somit über die ganze Kammerbreite eingeführt, Die keilförmige Ausbildung des Kammerbodens hat so zu erfolgen, daß das fluidisierende Medium die erforderliche Austrittsgeschwindigkeit erhält, um die Teilchen in fluidisiertem Zustand zu erhalten. Die Schlitzbreite ist vorzugsweise so gering, daß keine Teilchen oder zumindest der Hauptteil der Teilchen nicht durchtreten kann, wenn die Elektrode ausser Betrieb ist.

Die Schlitzbreite braucht nicht größer als der Durchmesser der Teilchen zu sein, da die untersten Teilchen sich im allgemeinen zu einer Schüttung mit Brückenbildung absetzen, und somit die weiter oben liegenden Teilchen stützen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der eingezogene Teil der Elektrodenkammer unten verschlossen.Zumindest ein Teil der Leitungen für die Einspeisung des Elektrolyten soll sich seitlich des Schlitzes erstrecken, so daß eine Fläche gebildet wird, die im Abstand von jedoch quer zu dem Schlitz liegt und auf diese Weise das sich verjüngende Ende der Elektrodenkammer abgeschlossen wird. Zumindest ein Teil dieses Stücks ist vorzugsweise so ausgebildet, daß eine leichte Änderung der Querschnittsfläche der Speiseleitung vom Eintritt der Flüssigkeit bis zu dem Punkt vorliegt, an dem diese den gesamten Querschnitt des Einführungsschlitzes erreicht hat. Damit wird übermäßige Turbulenz des Trägermediums am Eintritt in die Elektrodenkammer weitgehend vermieden. Wird beim Absinken der Teilchen nur schwerlich die erforderliche Brückenbildung erreicht, so wird in diesem Fall eine Ablagerung der Teilchen zuerst an dieser Querfläche stattfinden, wodurch ein Abschluß des Schlitzes der Kammer erfolgt und die restlichen Teilchen innerhalb der Elektrodenkammer verbleiben. ' „ Zf. _

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Es ist jedoch auch möglich, daß die Speiseleitung sich seitlich von einem Punkt über jedoch in der Nähe des geschlossenen Endes des eingezogenen Elektrodenkammerteils sich erstreckt. Die niedersinkenden Teilchen sammeln sich an diesem Boden des keilförmigen Teils an und verschließen den Zugang für den Träger. Da das Eintrittsende zumindest der Speiseleitung schmal genug sein kann, so wird nur ein sehr geringer Anteil der Teilchen in die Leitung gelangen. In jedem Fall werden jedoch in die Leitung abgesetzte Teilchen sofort in die Kammer zurückgedrängt, wenn die Zuführung des Trägermediums wieder aufgenommen wird.

Die Erfindung wird an beiliegenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Zelle, wobei beide Elektroden Wirbelschicht-Elektroden sind.

Fig. 2 ist ein Schnitt über II - II der Fig. 1.

Die in den Figuren gezeigte elektrochemische Zelle weist 2 identische,rechteckige Hälften 1,2 auf, die plane Flächen 3 am Umfang besitzen, in denen sich Nuten für die Aufnahme von Dichtungsringen k befinden. Die beiden Hälften 1,2 werden nach Zwischenlegen eines Diaphragmas 5 zusammengeklemmt. Es bilden sich damit die Elektrodenkammern 6, 7 an den beiden Seiten des Diaphragmas.

Der untere Teil der Elektrodenkammern ist keilförmig eingezogen bis zum Einlaßschlitz 8, 9 über die gesamte Kammerbreite, in welchen die schmalen Schlitze 10, 11 aus den Speiseleitungen 12, 13 für das Trägermedium oder den Elektrolyten münden. Den engen Schlitze 10, 11 haben vorzugsweise nach innen gekrümmte Seitenwände bis zum Übergang in das

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Speiserohr 12 bzw. 13. Bei dieser Ausführungsform breitet sich die Strömung der über die Speiserohre 12, 13 eintretende Flüssigkeit allmählich bis auf die gesamte Querschnittsfläche der engen Schlitze 10,11 aus, ohne daß es zu einer abrupten Querschnittsänderung kommt, wie dies der Fall wäre, wenn die engen Schlitze 10,11 bereits die volle Breite bei dem Übergang aus den Rohren 12, 13 haben würden.

Die Elektrodenkammern weisen auf ihrem oberen Ende Austragleitungen 1^,15 für den Elektrolyt auf, deren Abzweigung vorzugsweise mit einem Netz 16,17 z.B. aus Nylon versehen ist, um einen Ausblasverlust der Teilchen aus der Wirbelschicht zu verhindern. Im allgemeinen wild die Oberfläche der Wirbelschicht nicht höher als in Figur 1 gezeigt gehalten. Es kann jedoch durch übermäßige Elektrolyt-Einspei sung zu einer Anhebung der Wirbelschicht kommen. Dabei werden jedoch die Teilchen der Wirbelschicht an den Netzen 16,17 zurückgehalten und keine Verluste eintreten. In jeder Elektrodenkammer befinden sich' Stromanschlüsse 18, 19 z.B. aus korrosionsbeständigen Drahtnetzen. Diese sind über Anschlüsse durch die Wände der Elektrodenkammern mit den Stromquellen verbunden. Die Art des Anschlusses der elektrochemischen Zelle ist ohne Bedeutung. In die Zelle kann eine Sonde 20 zur Überwachung der Elektrodenpotentiale und der Stromverhältnisse in der Zelle eingeführt sein. Diese Sonde ist vorzugsweise auf die Oberfläche des Stromanschlusses 19 gerichtet.

Zur Einführung der, die Wirbelschicht bildenden Teilchen können in dem oberen Teil der Elektrodenkammern Öffnungen vorgesehen sein. Als Beispiele für die pimensionierung der Elektrolytzuleitung und des eingezogenen Teils der Elektrodenkammern kann folgende Angabe gemacht werden. Die Speiseleitungen 12, 13 haben z.B. einen Durchmesser von 9,5mm, die Schlitze 10, 11 sind 1,6 mm breit.

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Elektrochemische Zellen mit solchen Elektrolysekammern wurden mit die Wirbelschicht aufbauenden Teilchen mit einer Größe von 250 bis 500/^u und gegebenenfalls größer betrieben. Es findet eine Brückenbildung der Teilchen quer über die Schlitze 10, 11 und 8,9 auch dann statt, wenn die Teilchengröße wesentlich kleiner ist.

Wird die Einspeisung des Trägermediums in die Zelle mit fc Hilfe einer Pumpe vorgenommen, so sollte zwischen Pumpe und Zelle ein Ventil vorgesehen werden, um ein Rückschlagen der Flüssigkeit bei Abstellen der Pumpe und damit einen Austrag der Teilchen der Wirbelschicht aus der Zelle zu vermeiden.

Beim Anfahren der Zelle wird der Elektrolytstrom in die Elektrodenkammer langsam vergrößert, die in den Schlitzen 8,9 lagernden Teilchen werden in die Kammern gedrückt, in dem verjüngten Bereich der Kammer ist die Strömungsgeschwindigkeit größer als in dem oberen Teil der Wirbelschicht, so daß während des Betriebes die meisten wenn nicht überhaupt alle Teilchen von dem Eintritt ferngehalten werden.

* Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des unteren Teil

der Elektrodenkammemist es nicht wesentlich, daß diese schlitzförmig sind, noch ist es wesentlich, daß die Elektrodenkammern selbst rechteckig sind. Die Kammern können z.B. halbzylindrisch und die eingezogenen Bereiche teilkonis.cn sein. Mit anderen Worten ist die geometrische Form des Querschnitts der breiten Zone und der eingezogenen Zone der Elektrodenkammer nicht kritisch.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Zelle zur Durchführung elektrochemischer Reaktionen in der zumindest eine der Elektroden eine Wirbelschicht-Elektrode mit leitenden und/oder halbleitenden Teilchen und

   einem flüssigen Trägermedium ist nach Patent

   (P 16 71 463.9), dadurch gekennzei chnet, daß die Elektrodenkammern(6,7)einen unten sich verjüngenden Einlaßteil(8,9)für die Zuführung des Trägermediums aufweisen.

   2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzei eh. net, daß der sich verjüngende Teil der Elektrodenkammer keilförmig ausgebildet ist.

   3.

   Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Teil nur einen Teil der in der Elektrodenkammer bei Betrieb der Zelle vorliegenden Wirbelschicht ausmacht.

   4. Zelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß(8,9)ein Schlitz, der sich über die ganze Kammerbreite erstreckt, ist.

   5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Speiseleitungen(12, 13) zur Zuführung des flüssigen Trägermediüms zu den Einlässen(8,9) sich seitlich von diesen befinden.

   6-ψ Zelle nach Anspruch 1 bis 5_f dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Teil der Elektrodenkammer unten verschlossen ist.

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   7. Zelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen (12, 13) zumindest einen Teil aufweisen, der sich seitlich von dem sich verjüngenden Teil der Elektrodenkammer befindet, welcher als Abschluß für den sich verjüngenden Teil dient.

   8. Zelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zei chnet, daß der sich verjüngende Teil der Elektrodenkammer unten abgeschlossen ist und sich zwischen den Zuführungs. leitungen (12, 13) und dem unteren Teil der sich verjüngenden Elektrodenkammer sich ein Schlitz (10, 11) befindet, dessen Breite der Breite des Einlasses (8, 9) entspricht und sich seitlich von diesem nahe jedoch etwas über dessen Abschluß erstreckt.

   9. Zelle nach Ansprucht 8, dadurch gekennzei chnet, daß die Seltenwände der Schlitze(10, 11) so gekrümmt sind, daß ein allmählicher Übergang von der Konfiguration der Speiseleitungen (12, 13) zu dem Einlaß (8, 9) erfolgt.

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