DE2334647A1 - Wasserelektrolyseur - Google Patents
WasserelektrolyseurInfo
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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Description
Davy Powergas GmbH
5 Köln 41
Aachener Straße 958
5 Köln 41
Aachener Straße 958
Wasserelektrolyseur
Die Erfindung "betrifft einen Wasserelektrolyseur mit einer
Mehrzahl von filterpressenartig in einer Seihe angeordneten, Jeweils durch ein Mittelblech voneinander getrennten Elektrolysezellen,
in denen an beiden Seiten eines Diaphragmas mit dem Mittelblech metallisch leitend verbundene und an ihm "befestigte
Lochbleche angeordnet sind.
Wasserelektrolyseure bestehen heute überwiegend aus Bipolarzellen,
bei denen ein sogenanntes Mittelblech gegenüber der einen Zelle als Kathode und gegenüber der anderen Zelle als
Anode fungiert. Um den Stromweg in der Zelle möglichst kurz zu halten und die Schwächung der Stromleitung durch im
elektrischen Feld aufsteigende Gasblasen zu vermeiden, werden gas- und elektrolytdurchlässige Vorelektroden verwendet, die
ein Entweichen des abgeschiedenen Gases durch die Vorelektrode in die dahinter liegende Kammer ermöglichen. Als Material
für diese Vorelektroden können Lochbleche, Drahtnetze oder Sintermetallplatten verwendet werden (Ulimann, Band 18 (1967)
S. 524). Während das Drahtnetz gegenüber dem Lochblech den
Vorteil einer vergrößerten wirksamen Elektrodenfläche verbun-
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den mit geringerem Energieverbrauch hat, fehlt ihm alleine die für den Dauerbetrieb erforderliche mechanische Stabilität.
Es ist daher auch schon bekannt, das Drahtnetz, z. B. durch Punktschweißung mit einer Lochplatte zu verbinden (DT-PS
897 839). Das Aufschweißen dieser sehr feinmaschigen Netze erfordert ein hohes Maß an Geschick; trotzdem ist eine von
den Schweißpunkten ausgehende' Korrosion meistens nicht zu vermeiden.
Es ist auch schon bekannt, ein Edelmetalldrahtnetz mit einer hochporösen gesinterten Nickelplatte zu kombinieren,
um die Arbeitsspannung herabzusetzen (DT-OS 1 667 369). Sowohl
die Edelmetall-Drahtnetze als auch die Sintermetallplatten machen diesen Elektrolyseur außerordentlich kostspielig.
Außerdem ist die Standfestigkeit derart hochporöser Metall-
! sinterplatten nicht ausreichend, so daß diese noch durch besondere
Halteständer aus einem KunstStoffmaterial gestützt werden müssen. Trotz der hohen Porosität der Sintermetallplatte
ist der Elektrolyt- und Gasaustausch durch die Platte j schlecht, wodurch die sich aus der Verwendung des Edelmetall-Netzes
ergebende Erniedrigung der Betriebsspannung zum Teil ! wieder verloren geht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wasserelektrolyseurs, dessen Betriebsspannung durch die
konstruktive Ausbildung der Zellen wesentlich gesenkt wird, ohne.daß hierzu Edelmetall-Drahtnetze oder Edelmetall-Beschichtungen
an den Elektroden erforderlich sind. Insbesondere soll
! auch die Korrosion an den Elektroden vermieden werden und der
ί Elektrolyseur für die Elektrolyse unter Druck geeignet sein.
, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Kathode und die Anode als lose eingelegte Drahtnetze ausgebildet sind, die mit Hilfe der Lochbleche beidseitig gegen
das Diaphragma gepresst werden, und die Drahtnetzanode und das
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anodische Lochblech aus Nickel oder einem -vernickelten Metall
bestehen. Durch Gegeneinanderpressen der Lochplatten legen sich die Drahtnetze auf der einen Seite gleichmäßig
gegen die Lochplatte.und auf der anderen Seite gegen das Diaphragma. Das Anpressen des Drahtnetzes an die Lochplatte
bewirkt durch viele metallische Kontakte einen günstigen Stromübergang. Ferner, wird Korrosion vermieden, die bei
mechanischer Verbindung, z. B. Verschweißung, zwischen
Drahtnetz und Lochplatte eintreten würde. Durch die erfindungsgemäße Kombination der Lochplatte mit einem gegengepressten
Drahtnetz nutzt man die Vorteile einer Drahtnetzelektrode bezüglich niedrigerer Betriebsspannung der Zelle
durch geringere lokale Stromdichten aus. Dieser durch das Drahtnetz bedingte Effekt ist kombiniert mit der Funktion
der Lochplatte, die einen leichten Gas- und Elektrolytaustausch
zwischen der Drahtnetzelektrode und der hinter dem Lochblech befindlichen Elektrolytkammer gestattet. Die
Lochplatten haben beispielsweise eine Stärke von Λ bis 3 mm
und einen freien Querschnitt von mehr als 40 %, vorzugsweise
40 bis 70 %, Das Drahtnetz kann ein Drahtgewebe mit einer
Maschenweite von 0,3 mm bis 1,0 mm sein. Das Diaphragma besteht vorzugsweise aus einem Asbestfasergewebe einer
Dicke von weniger als 3 mm, vorzugsweise einer Dicke zwischen 0,5 und 2,0 mm. Das anodische Lochblech sowie die von diesem
gegen das Diaphragma gepreßte Drahtnetzanode bestehen aus Nickel oder vernickeltem preiswertem Metall (vorzugsweise
Eisen). Die anodische Korrosion wird durch Wahl des Nickels vermieden und insbesondere wird, auch die Überspannung herabgesetzt.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen das kathodische Lochblech sowie die von diesem gegen das
Diaphragma gepreßte Drahtnetzkathode aus Eisen. Das Mittelblech besteht aus vernickeltem Eisen, um insbesondere auf
der Anodenseite einen ausreichenden Korrosionsschutz zu gewähr 1 ei st en.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Lochbleche mit dem Mittelblech unter Zwischenlage von die Elektrolytkammerbreite bestimmenden Dichtungsrahmen und von
metallisch leitenden Abstandshaltern zu einer ersten Baueinheit verbunden, insbesondere verschraubt.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, daß die Lochbleche
und die Mittelbleche bis in den Rahmenbereich der Zellen reichend, insbesondere bis zur Außenseite des Zellenpaketes
durchgehend ausgebildet sind und durch Dichtungsrahmen mit einer den Abstandshaltern entsprechenden Dicke an den Außenkanten
gegeneinander abgedichtet sind, wodurch sich eine nach außen dichte Elektrolytkammer ergibt. Die Lochbleche,
die im Rahmenbereich keine Löcher aufweisen, haben somit im allgemeinen die gleichen Abmessungen wie die Mittelbleche
und sind durch die Dichtungsrahmen schon in der Baueinheit mit diesen längs des Umfanges verbunden, so daß Verbiegungen
des Plattenrandes beim Transport kaum noch möglich sind. Die Randeinspannung der Lochplatten gewährleistet ferner,
daß ein gleichmäßiger Andruck des Drahtnetzes insbesondere auch im Randbereich gewährleistet ist.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß das Diaphragma unter Bildung einer zweiten
Baueinheit in einen Diaphragmenrahmen derart eingesetzt ist, daß der Diaphragmenrahmen auf beiden Seiten des Diaphragmas
von dqr Diaphragmaoberfläche etwa um die Stärke eines Drahtnetzes vorsteht. Das Material des Diaphragmenrahmens ist
durch eine gewisse Nachgiebigkeit gekennzeichnet, so daß die Drahtnetζelektroden durch die Lochplatten gleichmäßig
gegen das Diaphragma gedruckt werden, wenn erfindungsgemäß abwechselnd erste und zweite Baueinheiten mit zwischen diesen
lose eingelegten Drahtnetzen zu einem Zellenpaket zusammengepreßt werden. Der Diaphragmenrahmen der Diaphragmaeinheit
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besteht zweckmäßigerweise aus drei Schichten, wobei die
mittlere Schicht einen größeren inneren Rahmendurchmesser aufweist als die beiden äußeren Schichten. Das Diaphragma
wird in den Diaphragmenrahmen zwischen den äußeren Schichten eingeklebt.
Die Zellen werden demnach praktisch nur durch drei vorgefertigte Teile gebildet, nämlich die beiden Baueinheiten
sowie die Drahtnetze. Durch die Vorfertigung dieser Baueinheiten kann die Montage des Elektrolyseurs beschleunigt
und eine Kostensenkung erzielt werden. Typen mit unterschiedlicher Anzahl von Zellen lassen sich mit Hilfe dieser Baueinheiten
leicht realisieren.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß im Rahmenbereich der Baueinheiten Aussparungen angeordnet sind, die beim
Zusammenpressen zu einem Paket Elektrolyt zufuhr- und Gasabführkanäle
bilden, und daß in diese Kanäle den Kanalwandungen anliegende Hülsenstücke und Singe aus Elektroisolierwerkstoff
eingesetzt sind. Die Anordnung der genannten Kanäle im Rahmenbereich des Paketes vermeidet die Speise- und
Überlaufrohre an jeder Zelle. Im Vergleich zu innerhalb
des Kammerbereiches angeordneten Kanälen ergibt sich ein vergrößertes Betriebsvolumen der Zelle und damit eine verbesserte
Betriebsleistung. Durch die in die Kanäle eingesetzten Hülsenstücke und Ringe sowie bis zur Hülseninnenseite
vorgezogene Diaphragmenrahmen wird vermieden, daß der zu- und ablaufende Elektrolyt bereits in den Kanälen mit den
durch den Rahmenbereich reichenden Mittelblechen und Lochblechen in Kontakt kommt und dabei Wasserstoff und Sauerstoff ungetrennt freisetzt, woraus eine entsprechende Verunreinigung
der in den Zellen entwickelten Gase resultieren würde.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher
beschrieben, in der das rechte Ende des erfindungegemäßen
Vasserelektrolyseurs im Schnitt schematisch dargestellt
ist, wobei nur zwei Elektrolysezellen eingezeichnet sind.
Der als Endelektrode dienende Druckrahmen 1 zeigt eine Elektrolytzufuhrleitung 14, aber nur eine der beiden hintereinanderliegenden Gasabführleitungen 17· Es sind ferner zwei
Mittelbleche θ dargestellt, an denen mittels der Schrauben 15 nlt den Abstandshülsen 16 Lochbleche 2 (kathodisch) und
3 (anodisch) angebracht sind. In gleicher Weise ist auch an dem Druckrahmen 1 ein Lochblech 3 angebracht. Im Rahmenbereich
sind zwischen den Lochblechen 2,3 einerseits und den Hittelblechen 8 bzw. dem Druckrahmen 1 andererseits Dichtungsrahmen
10 angeordnet, wodurch die Änodenkammem 4 und die Kathodenkammern 5 nach außen hin abgeschlossen sind. Im Bereich
der Dichtungsrahmen 10 weisen die Lochbleche 2,3 keine Löcher auf.
Die Diaphragmen 7 sind in Diaphragmenrahmen 9 eingeklebt, die
aus drei übereinanderliegenden Schichten eines nachgiebigen Werkstoffs bestehen. Die mittlere Schicht des Diaphragmenrahmens hat eine größere innere lichte Weite als die beiden
äußeren Schichten, so daß die letzteren den Rand des Diaphragmas 7 übergreifen und eine sichere Halterung des Diaphragmas
in dem Diaphragmenrahmen gegeben ist. Zwischen den Diaphragmen 7 einerseits und den benachbarten Lochblechen 2 bzw. 3 andererseits ist je ein Drahtnetz 6 (kathodisch) und 6 a (anodisch)
angeordnet, das in seiner Längserstreckung bis an den .Diaphragmenrahmen 9 reicht und in seiner Dicke der Stärke der
äußeren Schichten des Diaphragmenrahmens 9 entspricht. Die Diaphragmenrahmen 9 reichen ebenso wie die Hittelbleche 8,
die Lochbleche 2,3 und die Diohtungerahmen 10 bis zur Außen-
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seite des durch den Zusammenbau sich ergebenden Zellenpaketes.
Die Iiochbleche 3 wie auch die Drahtnetze 6 a bestehen aus
Nickel oder vernickeltem Metall (vorzugsweise Eisen). Die Mittelbleche 8 bestehen aus vernickeltem Eisen, die
Lochbleche 2 und die Drahtnetze 6 aus Eisen. Die Diaphragmenrahmen 9 und die Dichtungsrahmen 10 bestehen aus Spezialdi
chtungsmaterial, die Diaphragmen aus Asbestgewebe.
Die Bleche 2, 3, die Mittelbleche 8 sowie die Diaphragmen- und Dichtungsrahmen 9» 10 haben im Rahmenbereich drei Aussparungen
, die beim Zusammensetzen zu einem Paket drei Kanäle ergeben, und zwar einen Elektrolytzufuhrkanal 11 im unteren
Rahmenteil des Paketes und zwei Gasabführkanäle für Wasserstoff bzw. Sauerstoff im oberen Rahmenteil des Paketes.
Von den letzteren ist in der Figur nur der Kanal 20 für die Sauerstoffabführung dargestellt.
Die Diaphragmenrahmen 9 reichen von allen Seiten um ein gewisses Stück in die Kanäle 11, 20. An den Mittelblechen 8 sind oben
auf beiden Seiten, jedoch entsprechend den 02- und H2- Abführkanälen
versetzt Rippen 21 angebracht, welche gleich weit wie die Diaphragmenrahmen 9 und parallel zu diesen in die Gasabführkanäle
ragen. In ähnlicher Weise sind an den Mittelblechen 8 unten auf beiden Seiten an der gleichen, dem Elektrolytzufuhrkanal
entsprechenden Stelle Rippen 22 aufgesetzt, die gleich weit wie die Diaphragmenrahmen 9 und parallel zu diesen
in den Elektrolytzufuhrkanal ragen. Beim Zusammenbau werden zwischen den Diaphragmenrahmen 9 und den Rippen 21 kurze
Hülsenstücke 18 und Ringe 19 sowie zwischen den Diaphragmenrahmen 9 und den Rippen 22 Ringe 13 eingesetzt. Ferner sind
noch zwischen den Hülsenstücken 18 bzw. den Ringen 13 einerseits und den Ringen 19 bzw. 13 andererseits Bügelstücke 23
bzw. 24 angeordnet.
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Die vorgezogenen Diaphragmenrahmen 9 in Verbindung mit den Hülsenstücken 18 und den Ringen 19 oben bzw. in Verbindung
mit den Ringen 13 unten verhindern den Kontakt zwischen an- · und abströmendem Elektrolyt einerseits und den bis zur Außenseite
des Paketes durchgehenden Lochblechen 2, 3 in den Kanälen 11, 20 andererseits und damit die ungetrennte Freisetzung
von Wasserstoff und Sauerstoff. Die Rippen 21 bzw. bilden zwischen sich Kanäle für die Gasabführung aus und die
Elektrolytzuführung zu der Elektrolysekammer und gewährleisten, daß beim Zusammenpressen des Paketes diese Zu- und Abführkanäle
nicht zugedrückt werden können.
Beim Zusammenpressen des Zellenpaketes werden die Drahtnetze 6, 6 a durch die anliegenden Lochplatten 2, 3 infolge der Nachgiebigkeit
der Diaphragmarahmen 9 gleichmäßig gegen das Diaphragma 7 gepreßt, so daß sich einerseits ein minimaler
Stromweg zwischen den Netzen 6 und 6 a ergibt und andererseits ein guter metallischer Kontakt zwischen Lochplatte 2 bzw.
3 und Drahtnetz 6 bzw. 6 a gewährleistet ist.
In einem erfindungsgemäßen Versuchs elektro Iy s eur mit 10 Zellen
wurde eine 25 %-ige KOH-Lösung bei verschiedenen Stromdic-hten
elektrolysiert. Der Elektrolyseur hatte Lochplatten mit einer
Dicke von 2 mm und einem freien Lochquerschnitt von 48 %.
Die anodische Lochplatte bestand aus vernickeltem Eisen, die kathodische Lochplatte aus Eisen. Das Diaphragma war eine
2,0 mm dicke Asbestfaserschicht. Zwischen den Lochplatten und
der Asbestfaserschicht befand sich je eine Drahtnetz elektrode
mit 0,5 mm Drahtstärke und einer lichten Maschenweite von 0,7 mm. Die Anode bestand aus Nickeldrahtnets, die Kathode
aus Eisendrahtnetz. Der wirksame Zellenquerschnitt betrug 0,109 m2.
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Loohplatten, Drahtnetze und Diaphragmen wurden mit einer
Kraft von etwa 75 kg/em^ zusammengepreßt· Dann wurde an die
Endelektroden eine Gleichspannung angelegt und die Kalilauge elektrolysiert. Die Betriebstemperatur lag in dem Bereich
von 35 "bis 40 0C. Die Stromdichte wurde stufenweise variiert
und die zugehörige Betriebsspannung gemessen· Dabei ergab sich die nachstehend tabellarisch wiedergegebene Abhängigkeit
zwischen Stromdichte und Betriebsspannung·
Stromdichte | Temperatur | 7iA ι ι PTiRTim^TypTip· |
Vcm2 | ° G | Volt |
1,0 | 40" | 2,88 |
0,9 | 35 | 2,84 |
0,8 | 37 | 2,66 |
0,7 | 37 | 2,56 |
0,6 | 36 | 2,48 |
0,5 | 35 | 2,36 |
0,4 | 35 | 2,24 |
0,3 | 36 | 2,10 |
0,25 | 35 | 2,04 |
0,2 | 35 | 1,9$ |
Durch Vergleich der ermittelten Zahlenwerte «it denen der
DT-OS 1 667 369, die unter günstigeren Bedingungen er
mittelt wurden (dünneres Diaphragma), ergibt eich, daß auch ohne Verwendung τοη Platinmetall in Torrn τοη letsen
oder Platinschwarz eine wesentliche Reduzierung der Betriebespannung und damit ein wesentlich niedrigerer Energieverbrauch bei zugleich vermindertem Inveatitionsaufwand
erreicht wird·
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Claims (1)
- Davy Powergas GmbH K ö 1 ή 41 Aachener Straße 958Patentansprüchefty Vasserelektrolyeeur alt einer Mehrzahl von filterpreseenartig in einer Reihe angeordneten, jeweils durch ein Mittelblech voneinander getrennten Elektrolysezellen, in denen an beiden Seiten eines Diaphragmas mit dem Mittelblech metallisch leitend verbundene und an ihm befestigte Lochbleche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und die Anode als lose eingelegte Drahtnetze (6, 6a) ausgebildet sind, die mit Hilfe der Lochblech· (2,3) beidseitig gegen das Diaphragma (7) gepreßt werden, und die Drahtnetzanode (6 a) und das anodische Lochblech (3) ens Nickel oder einem verniolcelten Metall bestehen.2. Vasserelektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kathodlsohe Lochblech (2) und die Drahtnetskathode (6) aus Ilsen besteh·*·3· Vaaserelektrolyseur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kathodisehe und anodisch« (3) Lochblech (2,3) mit dem Hittelblech (8) unter Zwischenlage von die Slektrolytkeemerbreite bestimmenden Dichtamcsrahmen (10) und Abstandshaltern (16) zu einer ersten Baueinheit verbunden sind·- 2 -409885/0585kkM-, Wasserelektrolyse^ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochbleche (2,3) und die Mittelbleche (8) bis in den Rahmenbereich der Zellen reichend, insbesondere bis zur Außenseite des Zellenpaketes durchgehend ausgebildet sind.5. Wasserelektrolyse^ nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (7) unter Bildung einer zweiten Baueinheit in einen Diaphragmarahmen (9) derart eingesetzt ist, daß der Diaphragmarahmen auf beiden Seiten des Diaphragmas von der Diaphragmaoberfläche um die Stärke eines Drahtnetzes (6, 6 a) vorsteht.6. Wasserelektrolyseur nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd erste und zweite Baueinheiten (2, 3, 8, 10, 15, 16 bzw. 7, 9) mit zwischen diesen lose eingelegten Drahtnetzen (6, 6a) zu einen Zellenpaket zusammengepreßt sind.7. Wasserelektrolyeeur nach einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Betriebsdruck zwischen 20 bis 150 ata liegt.409885/0585Leerseite
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732334647 DE2334647C3 (de) | 1973-07-07 | Wasserelektrolyseur |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732334647 DE2334647C3 (de) | 1973-07-07 | Wasserelektrolyseur |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2334647A1 true DE2334647A1 (de) | 1975-01-30 |
DE2334647B2 DE2334647B2 (de) | 1976-12-09 |
DE2334647C3 DE2334647C3 (de) | 1977-08-11 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4770756A (en) * | 1987-07-27 | 1988-09-13 | Olin Corporation | Electrolytic cell apparatus |
EP0776994A1 (de) * | 1995-11-30 | 1997-06-04 | DORNIER GmbH | Elektrolyseur mit flüssigem Elektrolyten |
WO1999002761A1 (de) * | 1997-07-09 | 1999-01-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrolysevorrichtung |
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WO1999002761A1 (de) * | 1997-07-09 | 1999-01-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrolysevorrichtung |
USRE38066E1 (en) | 1997-07-09 | 2003-04-08 | Framatome Anp Gmb | Electrolysis apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2334647B2 (de) | 1976-12-09 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |