DE19632465A1

DE19632465A1 - Verfahren zur Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen

Info

Publication number: DE19632465A1
Application number: DE1996132465
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Uschner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1997-01-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen, wobei die Elektrolyseanlage wenigstens einen Zellenblock, bestehend aus wenigstens zwei Einzelzellen, umfaßt.

Im Elektrolysebetrieb bestimmt der in den Zellenblock geleitete elektrische Strom die Menge der produzierten Gase, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff. Die am Zellenblock angelegte Spannung teilt sich im Normalfall gleichmäßig auf die Einzelzellen des Zellenblocks auf. Aufgrund des Innenwiderstandes der Zellen wird sich die Spannung an den Zellen entsprechend der eingestellten Stromstärke verändern. Auch andere Betriebsbedingungen, wie z. B. Temperatur, Druck, Laugekonzentration, etc., tragen zu einer Änderung der Zellenspannung bei.

Bei Störfällen kommt es zu einer Änderung des Zelleninnenwiderstandes. Es können zwei grundsätzliche Störfälle angenommen werden. Dies ist zum einen das sogenannte "Leerlaufen" der Zelle. Dieses Leerlaufen einer Zelle tritt dann ein, wenn der Zufluß neuer Lauge in eine Zelle behindert bzw. unmöglich ist. In diesem Fall wird die zwischen den Elektroden befindliche Lauge nach einer gewissen Zeit durch die innerhalb der Zelle produzierten Gase verdrängt. Bei einer bestimmten Gaskonzentration kann es dann zu einer Knallgasbildung und damit zu einer Zerstörung von Zelle(n) bzw. der Elektrolyseanlage kommen. Beim Leerlaufen einer Zelle erhöht sich der elektrische Innenwiderstand. Als Folge davon wird an der Zelle eine ansteigende Spannung gemessen.

Zum anderen kann es in der Zelle zu einem Kurzschluß kommen. Dies kann unter Umständen zur Folge haben, daß es an der Kurzschlußstelle aufgrund einer hohen Stromdichte zu einer partiellen Temperaturerhöhung kommt. Somit kann sich an der Kurzschlußstelle eine Zündquelle ausbilden. Die möglichen Folgen sind ähnlich denjenigen, wie sie beim Leerlaufen einer Zelle auftreten. Als Folge eines Kurzschlusses in der Elektrolysezelle kommt es zu einer Verringerung der Zellenspannung.

Generell lassen sich durch Erfassen der Zellenspannungen der einzelnen Zellen Störungen in den Zellen dedektieren. Da die absolute Zellenspannung jedoch von der Betriebsweise abhängig ist, kann ohne die genaue Kenntnis aller Betriebsdaten und -umstände kein exakter Spannungsschwellenwert für eine Störung definiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur wirksamen Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen anzugeben.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

a) die Spannung jeder Einzelzelle erfaßt,
b) aus den erfaßten Spannungen der Einzelzellen ein Spannungsmittelwert ermittelt,
c) der ermittelte Spannungsmittelwert mit den Spannungen der Einzelzellen verglichen und
d) im Falle einer signifikanten Abweichung eines Spannungswertes einer Einzelzelle von dem ermittelten Spannungsmittelwert ein Warnsignal generiert oder ein Abschalten der Elektrolyseanlage vorgenommen wird.

Gemäß der Erfindung wird aus den erfaßten Spannungen der Einzelzellen ein Spannungsmittelwert gebildet. Im Regelfall stellen sich im Elektrolysebetrieb an den einzelnen Zellen in etwa gleiche Spannungen, die im wesentlichen diesem Spannungsmittelwert entsprechen, ein. Die Zellenspannung einer gestörten bzw. defekten Zelle weicht von diesem Spannungsmittelwert jedoch signifikant ab. Tritt eine derartige Abweichung eines Spannungswertes einer Einzelzelle von dem ermittelten Spannungsmittelwert ein, so wird entweder ein Warnsignal generiert oder, dies gilt insbesondere für den automatischen Betrieb einer Elektrolyseanlage, ein Abschalten der Elektrolyseanlage oder eines Teiles der Anlage vorgenommen.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen ist dadurch gekennzeichnet, daß dann ein Warnsignal generiert oder ein Abschalten der Elektrolyseanlage vorgenommen wird, wenn die Abweichung der Spannung wenigstens einer der Einzelzellen von dem aus den erfaßten Spannungen der Einzelzellen ermittelten Spannungsmittelwert mehr als 20%, insbesondere mehr als 10%, beträgt.

Die Einzelzellenspannung beträgt im Normalbetrieb zwischen ca. 1,4 und 2,0 Volt; die Spannung ist jedoch, wie eingangs bereits erwähnt von zusätzlichen Parametern abhängig. Weicht die Spannung wenigstens einer der Einzelzellen von dem aus den erfaßten Spannungen der Einzelzellen ermittelten Spannungsmittelwert um mehr als 20%, insbesondere mehr als 10%, ab, so deutet dies auf einen technischen Defekt in der betreffenden Zelle bzw. in deren Umfeld (Laugenzuführung, etc.) hin.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen, wobei die Elektrolyseanlage wenigstens einen Zellenblock, bestehend aus wenigstens zwei Einzelzellen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

2. Verfahren zur Überwachung der Zellenspannung bei Elektrolyseanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann ein Warnsignal generiert oder ein Abschalten der Elektrolyseanlage vorgenommen wird, wenn die Abweichung der Spannung wenigstens einer der Einzelzellen von dem aus den erfaßten Spannungen der Einzelzellen ermittelten Spannungsmittelwert mehr als 20%, insbesondere mehr als 10%, beträgt.