DE202014101423U1

DE202014101423U1 - Elektrolysezelle zur Gastrennung

Info

Publication number: DE202014101423U1
Application number: DE202014101423.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2024-03-27

Abstract

Elektrolysezelle zur Gastrennung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren Kammern (4; 5) mit durchströmbaren Elektroden (2; 3) besteht, wobei die Separation von Sauerstoff und Wasserstoff durch Abtransport der Gase über die Elektroden (2; 3) und die Rückführung von Sauerstoff/Ozongemisch der Anode (2) über ein Ozongenerator erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzellige Elektrolysevorrichtung mit Elektroden aus elektrisch leitendem Material, das offenporig strukturiert ist. Die offenporige Struktur dient zur effizienten Trennung der bei der Elektrolyse entstehenden Gase H₂ und O₂. Die Gase werden entweder gemeinsam zur Energiegewinnung in Brennstoffzellen oder der Sauerstoff zur Wasserbehandlung verwendet.
Es ist seit langem bekannt, für die Wasserelektrolyse flüssige oder Festbettelektrolyte zu verwenden. Diese bestehen aus leitfähigem Polymer, das die Wasserstoffionen transportiert, um die Elektrolyseprodukte physikalisch zu trennen. Die Elektroden weisen eine poröse Struktur auf, um von Wasser und den Elektrolyseprodukten gut durchströmt werden zu können.
So findet sich bereits in EP 0 417 647 A1 ein Vorschlag für eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff durch elektrolytische Spaltung von Wasser. Elektrolysezellen zum Erzeugen von Ozon bzw. Sauerstoff oder Ozon-Sauerstoffgemisch finden sich in den Patentschriften DE 196 06 606 C2 und DE 196 53 034 C2 ; in DE 196 19 333 C1 wird hierfür eine mehrschichtige Elektrode für die Elektrolysezelle vorgestellt.
Legt man an eine Elektrolysezelle eine Gleichspannung an, die höher ist als die Zersetzungsspannung des Wassers (ca. U ≥ 2V), fließt an den Elektroden ein elektrischer Strom, der in etwa proportional zur angelegten Spannung ist. An den Elektroden bilden sich Gasblasen, Sauerstoff an der Anode A(+) und Wasserstoff an der Kathode K(–). Die erzeugte Gasmenge ist dem fließenden Strom direkt proportional. Um den Strompfad möglichst kurz zu halten, sind die Platten dicht gepackt, meist 200 µm ... 3 mm. In diesem engen Spalt findet die Gaserzeugung statt und entsprechend eine starke Vermischung der Gase.
Aufgabe der Erfindung ist die Trennung der Gase, um eine Rückreaktion der Gase zu Wasser zu verhindern bzw. unerwünschte chemische Reaktionen zu unterbinden, da ansonsten bei ungenügender Trennung der Gase der Wirkungsgrad der Elektrolyse sich stark verringert.
Nach Maßgabe der Erfindung wird für die Trennung der Gase die Elektrolyseeinheit mehrzellig aufgebaut. In der mittleren Zelle wird frisches Wasser auf die Elektroden geleitet. Die Elektroden bestehen erfindungsgemäß aus offenporigem Metallschaum mit einer Porengröße in der Größenordnung von 10 µm ... 1 mm. Durch die an die Anode und Kathode anschließenden Kammern wird mittels Venturidüsen ein Unterdruck des vorbeiströmenden Fluids erzeugt. Das an der Anode erzeugte Sauerstoffgas wird direkt als Oxidationsmittel in das Fluid eingesaugt und zur Oxidation von Schadstoffen eingesetzt. Derart lassen sich der CSB (chemische Sauerstoffbedarf) und BSB (biologische Sauerstoffbedarf) von Abwasser senken. CSB und BSB sind entscheidende Kenngrößen für die Gebühren zur Einleitung in die Kanalisation.
Niedermolekulare Oxidationsmittel auf Basis von Peroxverbindungen, insbesondere Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale, gehören zu den am häufigsten verwendeten Verbindungen in der Wasserbehandlung. Wegen der hohen oxidativen Wirkung eignen sich diese Verbindungen hervorragend für die Zersetzung organischer Verunreinigungen und Entkeimung in wässrigen Systemen. CSB und BSB von Abwässern oder Desinfektion von Wasser in Vorrattanks (Schiffe) können ohne großen apparativen Aufwand durchgeführt werden.
Es kann vorgesehen sein, die Elektrolyse zur Dissoziation von Wasser mittels Solarzellen oder andere regenerative Energiequellen, wie Windenergie, zu betreiben. Somit kann Wasserstoff und Sauerstoff mit hohem Wirkungsgrad getrennt und separat gespeichert werden. Energiespeicher zum Zwecke der Energierückgewinnung können Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegende Figur näher erläutert:
Der Elektrolysezelle zur Gastrennung wird über den Anschluss 1 reines Wasser zugeführt und durch die Elektroden 2 und 3 in die Nebenkammern 4 und 5 geleitet. An der Anode 2 wird die Ozonbildung durch eine UV-Lampe (nicht dargestellt) verstärkt. Das in der Nebenkammer 5 sauerstoffangereicherte Gasgemisch wird zusätzlich über einen Ozongenerator geführt, dessen Ozonausbeute deutlich erhöht wird, da Sauerstoff in höherer Konzentration zugeführt wird. Vorteil dieser Anordnung ist die Verwendung von üblichem Leitungswasser zur Elektrolyse. Die Zuführung der erzeugten Sauerstoffderivate wie Peroxide und Hydroxylradikale zur Wasserbehandlung erfolgt in einem separaten Behälter oder in der Kammer 5. Dadurch werden die Elektroden nicht durch das Prozesswasser verschmutzt. Eine aufwendige Wasserbehandlung durch Vorfilter entfällt. Das durchströmende Wasser kühlt zudem die Elektroden und erfordert ebenfalls keine weiteren Maßnahmen. In der Kammer 4 wird das Wasserstoffgas abgesaugt und somit die Rückreaktion mit Sauerstoff unterbunden.
Die Elektroden sind in Form von Scheiben ausgebildet und drehbar gelagert. Durch die zusätzliche Bewegung wird ein Zusetzten der Elektroden mit Spaltprodukten reduziert. Durch Verändern der Drehgeschwindigkeit ist eine kontinuierliche Reinigung der Elektroden gegeben. Rotierende poröse Materialien zeigen einen Effekt, wie er bei Radiallüftern auftritt, d. h., die rotierende Elektrode fördert zudem die erzeugten Gase in separate Kammern 4/5. Hohe selektive Gasausbeuten sind somit möglich, da die Rotation zusätzlich die Elektroden kühlt.
Bezugszeichenliste

1: Anschluss
2: Elektrode/Anode
3: Elektrode/Kathode
4: Nebenkammer
5: Nebenkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0417647 A1 [0003]
DE 19606606 C2 [0003]
DE 19653034 C2 [0003]
DE 19619333 C1 [0003]

Claims

Elektrolysezelle zur Gastrennung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren Kammern (4; 5) mit durchströmbaren Elektroden (2; 3) besteht, wobei die Separation von Sauerstoff und Wasserstoff durch Abtransport der Gase über die Elektroden (2; 3) und die Rückführung von Sauerstoff/Ozongemisch der Anode (2) über ein Ozongenerator erfolgt.
Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2; 3) aus offenporigem Metallschaum bestehen.
Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße des Metallschaums 10 µm bis 1 mm beträgt.
Elektrolysezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2; 3) drehbar gelagert sind.
Elektrolysezelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (2) mit UV-Licht beschienen ist.