DE2535983A1

DE2535983A1 - Vorrichtung zur feststellung von veraenderungen von elektrischen stromwerten und zur entsprechenden einstellung von anoden bei elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2535983A1
Application number: DE19752535983
Authority: DE
Inventors: Michel Raymond Barrault
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1976-04-01
Also published as: AU8367575A; FR2356150A1; CA1045208A; AU499035B2; US4030998A; BE832421A; FI752293A; FR2356150B1; GB1513138A; IT1041845B; JPS5144970A; BR7505246A; ZA754978B; ES440264A1; NL7509535A

Description

TATENTANWXLTE

DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

Patentanwalt· Dr. Find» · Bohr · Staeger · I München S · MOIIerttrafie

β MÖNCHEN B, Moileritraße 31 Fernruf; (Q89)'266060 Telegramme: Claim« München Telex t 523903 claim d

12. August 1975

Mapp.No.23819 - Dr.F/hö

Bitte in der Antwort angeben

Case MD27222

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London - Großbritannien

nachträglich geändert

νυ*

Sh-OUtwerfe«

&*^r

Wh

Htj VO* A*ocfe«

PRIORITÄT: 16. August 197¹I - Großbritannien

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Peststellung von Veränderungen des Stromes in direkten Leitern, insbesondere auf Veränderungen von einem normalen Stromwert, und zwar entweder hinsichtlich größer oder kleiner werdender Stromwerte in einer Netzwerkschaltung von direkten Stromleitern.

609814/1057

Bankverbindung ■ Bayer. Vereinsbank MOndien, Konto 620 404 ■ PoittoSedckonto. München 270 44-802

-2-

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Feststellung von elektrischen Kurzschlüssen in Elektrolysezellen und auf Einrichtungen zum Einstellen der Lage von Anoden bei der Feststellung solcher Kurzschlüsse.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die Graphitstangen, welche lange dazu benutzt worden sind, den Elektrolysestrom durch den Zellendeckel den Anoden in Quecksilberkathodenzellen zum Elektrolysieren von Salzsole durch Metallstangen zuzuführen, zu ersetzen, insbesondere in dem Fall, wo die Anode selbst einen im wesentlichen metallischen Aufbau besitzt, d.h. aus einer durchlöcherten Titanstruktur besteht, welche einen elektrokatalytischen Belag aufweist. Die metallische Stromzuführungsstange, welche auch die Anode in der Zelle trägt, ist besonders zweckmäßig aus Kupfer oder Aluminium hergestellt und gegenüber Korrosion durch eine Umhüllung aus Porzellan, Ebonit oder einem korrosionsbeständigen Metall, wie Titan, geschützt. Ein biegsames Ende der Stange, welche den Strom der Anode zuführt, ist mit der Stromeinführungsstange an oder in der Nähe des oberen Endes verbunden und eine metallische Aufhängestange erstreckt sich von einem Träger, der fest an dem Zellendeckel angebracht ist und stützt das obere Ende der Zuführungsstange ab, so daß die Anode in einem bestimmten Abstand von der Quecksilberkathode angebracht werden kann.

Elektrische Kurzschlüsse sind hauptsächlich auf Fluktuationen der Quecksilberoberfläche innerhalb der Zelle zurückzuführen, jedoch gleichgültig, was die Ursache derartiger Kurzschlüsse ist, so bewirken diese, daß durch die Anode eine höhere Stromspannung geleitet wird. Abgesehen von der hierdurch auftretenden Beeinflussung der Elektrolyse kann ein derartiger Kurzschluß die Anode rasch beschädigen.

609814/1057

Es wurde nun eine zuverlässige Einrichtung zur Feststellung von Kurzschlüssen gefunden, welche auf der Anwendung eines bis zur Sättigung steuerbaren Resonanzkreises beruht, um hierdurch Stromanderungen festzustellen.

Gemäß der Erfindung wird also eine Einrichtung zur Feststellung von Veränderungen eines bestimmten Stromwertes, der in irgendeinem eines Satzes von elektrischen Leitern besteht, vorgeschlagen, welcher aus einer Mehrzahl von bis zur Sättigung steuerbaren Resonanzkreisen besteht, die in einer Netzwerkschaltung angeordnet sind und wobei jede Vorrichtung einem Leiter zugeordnet ist, und die Netzwerkschaltung mit einer Vorrichtung zur Messung von Änderungen der Resonanzfrequenz von einer oder mehrerer dieser Vorrichtungen verbunden ist.

Jede Resonanzkreisvorrichtung besteht aus einem festen Kondensator und einer Induktionsspule, welche aus einer Windung besteht, die um einen ferromagnetischen Kern herumgewickelt ist. Wenn die Sättigung der Wicklung erreicht wird, wird die Permeabilität des ferromagnetischen Materials durch die Stärke des Magnetfeldes geregelt, und zwar in Abhängigkeit von dem Strom, der durch den Leiter geführt wird. Wenn die Stärke des äußeren Magnetfeldes einen Wert erreicht, welcher den ferromagnetischen Kern sättigt, so ändert sich die Resonanzfrequenz dieses Resonanzkreises rascher mit größer werdendem Feld. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz eines jeden der Resonanzkreise zu einer Funktion des Stromes gemacht, welcher durch die ihr zugeordneten Leiter geführt wird. Dieser Strom wird in der vorliegenden Beschreibung mit Ic bezeichnet.

6098U/1Q57

Die Resonanzkreisvorrichtungen können In verschiedener Welse angeordnet werden, um die Netzwerkschaltung zu bilden einschließlich (1) Parallelresonanzvorrichtungen in Serien verbunden, (2) Serienresonanzvorrichtungen parallel verbunden und (3) Re s on an ζ Vorrichtungen verbunden in "^f "- oder "T"-Kettenleiternetzwerkanordnung.

Der Erfindungsgegenstand ist zur Feststellung von Stromänderungen anwendbar, wie sie in den Zuführungsleitungen zu irgendeiner elektrischen Apparatur auftreten, bei der eine große Anzahl von Strömen überwacht werden muß. Geeignete Anwendungen sind elektrische Apparate zur Verteilung von Gleichstromenergie (beispielsweise die Verteilung von Gleichstromenergie für Heizzwecke oder durch Kraft angetriebene Maschinen) und weitere Anwendungen schließen eine große Anzahl von elektrolytischen Apparaturen ein, beispielsweise Aluminiumzellen, Elektroplattierungseinrichtungen und Diaphragma- oder Quecksilberelektrolysezellen. Der Erfindungsgegenstand ist besonders anwendbar zur Feststellung von Kurzschlüssen in Elektrolysezellen, welche eine strömende Quecksilberkathode besitzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird in Kombination mit einer Elektrolysezelle, die eine im wesentlichen waagerecht fließende Quecksilberkathode und Metallanoden aufweist, welche an Stromführungsstangen aufgehängt sind, die senkrecht einstellbar durch den Zellendeckel hindurchragen, eine Apparatur vorgeschlagen zur Feststellung eines elektrischen Kurzschlusses der Anode und der Quecksilberkathode durch Feststellung der Veränderung von einem vorherbestimmten Wert des Stromes, welcher durch irgendeine der Stromzuführungsstangen fließt, und welcher eine Anzahl von bis zur Sättigung steuerbarer Resonanzkreise aufweist, welche in einer Netzwerkschaltung angeordnet sind und wobei jede Vorrichtung

6098U/10B7

an oder in der Nähe einer Stromzuführungsstange angebracht ist und die Netzwerkschaltung mit einer Vorrichtung verbunden ist zum Messen von Veränderungen der Resonanzfrequenz von einer oder mehrerer dieser Vorrichtungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Peststellung eines elektrischen Kurzschlusses der Anode und der Quecksilberkathode mit einer Vorrichtung zum Zurückziehen einer Anode entsprechend den erwähnten Veränderungen der Stromverhältnisse in der Stromzuführungsstange kombiniert, welche während des Kurzschlusses auftreten.

Das Ausgangssignal der Vorrichtung zur Peststellung des elektrischen Kurzschlusses kann dazu verwendet werden, die Vorrichtungen zum Zurückziehen der Anoden zu betätigen und zwar unter Verwendung eines üblichen Relais oder eines Thyristor-Leistungsverstärkers.

Die Vorrichtung zum Zurückziehen der Anoden besteht zweckmäßig aus einem mechanischen Zusammenbau, welcher durch eine lineare Betätigungsvorrichtung gehoben oder gesenkt wird, die durch einen Wechselstrommotor angetrieben wird.

Der Erfindungsgegenstand ist besonders geeignet zur Anwendung in Quecksilberkathodenzellen zur Herstellung von Chlor und einem Alkalimetallhydroxyd durch Elektrolyse einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallchlorids, beispielsweise zur Herstellung von Chlor und Natriumhydroxyd durch Elektrolyse einer Natriumchloridsole.

Eine Aus führungs form der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Eine Anzahl von Detektoren, welche parallele Resonanzstromkreise bilden, sind in Serien ver-

609814/1057

bunden und sie werden durch ein Signal gespeist, welches von einem spannungsgesteuerten Oszillator geliefert wird. Die Osζillatorausgangsspannung V_H„ bestreicht einen entsprechenden Frequenzbereich und wenn die verschiedenen Detektoren ansprechen, so treten in der Amplitude von V„2 Spitzen auf. Die Frequenz, bei der ein Detektor anspricht, ist eine Funktion des Stromes, welcher durch den ihm zugeordneten Leiter geleitet wird, d.h. je höher der Strom ist, umso höher ist auch die Resonanzfrequenz. Der Spannungswert V_RJ der von dem Sägezahngenerator geliefert wird ist direkt proportional der Frequenz von V„2· Dieses wird mit einer Bezugsspannung V_R ~ verglichen, welche ein vorher festgelegtes Alarmniveau für die Ströme in den Leitern darstellt. Wenn ein Spitzenwert in der Oszillatorspannung V„„ auftritt, d.h. wenn V_R größer wird als V_Reft, so wird das "And"-Gatter betätigt und ein Alarmsignal wird gegeben und/oder eine Rückzugvorrichtung wird betätigt.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen weiter erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein.

BEISPIEL 1

Zur Erläuterung dieser Vorrichtung als Einzeleinheit wurde ein Resonanzstromkreis bestehend aus einem festen Kondensator (0,068 Mikrofarad) parallel mit einer Induktionsspule verbunden, die um einen ferromagnetischen Kern herumgewickelt war und an einem stromführenden Leiter angebracht, welcher aus einer zylindrischen Kupferstange von 38 mm Durchmesser bestand, durch die ein veränderbarer Strom geleitet werden konnte. Die Frequenz, bei der eine Resonanz auftrat wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, als Funktion des Stromes aufgezeichnet. Es ist zu bemerken,

609814/1057

daß bei den Arbeitsströmen von beispielsweise 1000-1300 Ampere für eine Stange dieses Querschnittes kaum eine Resonanzfrequenz auftritt. Bei jedoch etwa dem Doppelten des Normalstromwertes erhöht sich das Ausmaß der Frequenzänderung der Resonanz mit dem Stromwert sehr rasch und eine Resonanzfrequenz von 175 kHz ist bei einem Stromwert von etwa 2100 Ampere festzustellen.

BEISPIEL 2

Bei einer Abteilung einer Quecksilberkathodenzelle zur Herstellung von Chlor durch Elektrolyse von Natriumchloridsole bestehend aus einer Gruppe von l6 Titananoden wurde jede Zuführungsstange aus Kupfer (eine je Anode) mit einem Resonanzkreis ausgestattet,wie er in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Vorrichtungen wurden mit Bezug auf einen Signalgenerator, der eine sinusförmige Spannung von 175 kHz liefert in Serie geschaltet, Zum Zwecke der Demonstration wurden einzelne Anoden von Hand verstellt und die kritischen Ströme wurden aufgezeichnet, bei denen die Resonanzfrequenzen der entsprechenden Vorrichtung innerhalb des Stromkreises den festgesetzten Wert von 175 kHz erreichten. Diese Ströme lagen sämtlich innerhalb des Bereiches von 2ΟΟΟ-3ΟΟΟ Ampere. Somit können die Resonanzfrequenzvorrichtungen, wenn sie wie in Fig. 1 dargestellt verbunden werden, ein Signal liefern, das dazu verwendet werden kann, eine Notrückführung der Anoden einzuleiten und/oder eine Alarmvorrichtung bei einer Stromhöhe zu betätigen, welche oberhalb des normalen Arbeitsstromes liegt, jedoch gut unterhalb eines' Stromwertes, bei dem die Anodenstruktur beschädigt werden könnte.

609814/1057

Claims

PATENTANSPRÜCHE

!./Vorrichtung zur Feststellung der Veränderung von einem vorherbestimmten Stromwert, der in irgendeinem eines Satzes von elektrischen Leitern strömt, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in einer Netzwerkschaltung angeordneten, bis zur Sättigung steuerbarer Resonanzkreise, wobei jede Vorrichtung einem Leiter zugeordnet ist und die Netzwerkschaltung mit einer Einrichtung zum Messen der Resonanzfrequenz von einer oder mehrerer dieser Vorrichtungen verbunden ist.

Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bei einer Elektrolysezelle mit einer im wesentlichen waagerecht fließenden Quecksilberkathode und Metallanoden, welche an Stromführungsstangen angehängt sind, welche senkrecht einstellbar durch den Zellendeckel hindurchragen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Peststellen eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der Anode und der Quecksilberkathode durch Feststellung der Veränderung von einem vorherbestimmten Stromwert des durch einen der Stromzuführungsstangen fließenden Stromes und weiter gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von bis zur Sättigung steuerbaren Resonanzkreisen, die in der Netzwerkschaltung angeordnet sind und an der Stromzuführungsstange selbst oder in der Nähe derselben angebracht sind, wobei die Netzwerkschaltung mit einer Vorrichtung zur Messung von Änderungen der Resonanzfrequenz von einer oder mehrerer dieser Vorrichtungen verbunden ist.

609814/1057

3« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkreisvorrichtungen aus einem fester. Kondensator und einem zu sättigenden Induktor bestehen, der selbst aus einer Windung auf einem ferromagnetischen Kern besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß» die Netzwerkschaltung aus (1) in Serien verbundenen parallel angeordneten Resonanzvorrichtungen, (2) aus Serien von parallel verbundenen Resonanzvorrichtungen oder (3) aus Resonanzvorrichtungen besteht, die in '"/P'- oder "T"-Kettenleiternetzwerkanordnung vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in Kombination mit Einrichtungen zum Zurückziehen einer Anode in einer Quecksilberkathodenzelle in Abhängigkeit von Veränderungen der Resonanzfrequenz von einer oder mehrerer der genannten Vorrichtungen, die bei einem elektrischen Kurzschluß der Anode und der Quecksilberkathode auftreten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal die Einrichtungen zum Zurückziehen der Anode betätigt und zwar unter Verwendung eines Relais oder Thyristor-Leistungsverstärkers.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zurückziehen der Anoden aus einem mechanischen Zusammenbau bestehen, welcher durch eine mittels einer linearen Kraft betätigten Steuervorrichtung gehoben oder gesenkt wird.

609814/1057