DE2604094C3 - Verfahren zum Anlaufenlassen eines Elektrolysegerätes und Elektrolysegerat zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlaufenlassen eines Elektrolysegerätes und ein Elektrolysegerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

Elektrolysegeräte bestehen aus -einem Stapel von Zellen, von denen jede in zwei Kammern durch ein Diaphragma geteilt ist, das dazu dient, den mit Wasserstoffblasen durchsetzten Elektrolyten von dem mit Sauerstoffblasen durchsetzten Elektrolyten zu trennen. In den Rohrleitungen des Gerätes inbesondere beim Anlaufen und beim Stillsetzen muß jegliches Mischen und jegliche Verunreinigung des einen Gases durch das andere sorgfältigst vermieden werden, da anderenfalls Explosionsgefahr bestehen würde.

Hierzu werden insbesondere beim Anlaufenlassen gewisse Vorkehrungen getroffen. Insbesondere werden bekannte Elektrolysegeräte zum Anlaufenlassen oder Anlassen mittels Stickstoff unter einen Druck von etwa 5 bar gesetzt, wonach ein Strom von etwa einem Sechstel des Nennstromes so lang eingestellt wird, bis der Druck auf etwa 15 bar angestiegen ist und anschließend der Nennstrom eingestellt wird.

Jedes Verfahren besitzt einige Nachteile, dessen hauptsächlicher darin besteht, daß man den Druck sehr langsam ansteigen läßt, was bedeutet, daß der Anlaß Vorgang sehr lang dauert.

Darüber hinaus ist bekannt, daß die Reinheit der Gase umgekehrt proportional zur Stromdichte in einem Wasserelektrolysegerät, das unter Druck arbeitet, ist, so daß der Umstand, daß während einer sehr langen Zeit mit geringer Stromdichte gearbeitet wird, die Gefahr in sich birgt, nur zu Reinheitsgraden zu kommen, die die Schwelle der Explosibilität überschreiten können; hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, mit Stickstoff zu arbeiten.

Darüber hinaus arbeiten die Druck- und die Niveauregulierung bei einer sechsmal geringeren Gaserzeugung schlecht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anlaufenlassen eines: Elektrolysegerätes sowie ein Elektrolysegerät zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem der Strom stets auf seinem unter Berücksichtigung des Druckes optimalen Wert gehalten wird, so daß das Elektrolysegerät sehr rasch auf seine maximale Leistung gebracht wird, ohne daß es notwendig ist, mit Stickstoff zu arbeiten und ohne daß das Risiko einer beträchtlichen Verunreinigung des einen Elektrolysegases duich das andere besteht.

Die erfinderische Lösung dieser Aufgabe wurde eo aufgrund folgender Überlegungen gefunden.

Das ordnungsgemäße Arbeiten eines unter Druck stehenden Elektrolysegerätes hängt davon ab, daß in jedem Augenblick das von den Gasblasen in der Zelle eingenommene Volumen niemals das Volumen des b·; Elektrolyten übersteigt.

Dies bedingt, daß für jeden Druck der volumenmäßiee Durchsatz an Gas auf der Wasserstoffseite kleiner als die Hälfte des Katholytdurchsatzes ist. Dieser Wert ist aus Sicherheitsgründen so festgelegt

Es wurden Versuche mit einem wasserstoffseitigen Gasdurchsatz, der gleich dem Katholytdurchsatz ist gefahren, bei denen der Anlauf unter günstigen Bedingungen erfolgte, jedoch war dann die thermische Dissipation erheblich und es erschien aus diesem Grund vorteilhafter, mit solchen Stromwerten zu arbeiten, daß der wasserstoffseitige Gasdurchsatz geringer als der vorstehend genannte Wert bleibt.

Es liegen also zwei gegensätzliche Bedingungen vor: Auf der einen Seite muß die Stromstärke erhöht werden, um die Verunreinigung zu verringern und auf der anderen Seite muß die Stromstärke begrenzt werden, um das Gasvolumen nicht zu steigern.

Um diese Bedingungen in Einklang zu bringen, muß der Druck so rasch als möglich ansteigen; nun ist aber dieser Druckanstieg umgekehrt proportional zum Verhältnis der Gasvolumina im Entgaser zur gelieferten Wasserstoffmenge.

Da es schwierig ist auf das Volumen im Entgaser Einfluß zu nehmen, wird zur Verminderung dieses Verhältnisses angestrebt, den Wasserstoffdurchfluß, d. h. die Stromstärke auf ein Maximum zu erhöhen, ohne jedoch in irgendeinem Zeitpunkt den maximal zulässigen Wert des Verhältnisses von Gasvolumina zu Elektrolytvolumen im Inneren der Zellen zu überschreiten, welches- Wert — wie oben gezeigt — kleiner als eins bleiben soll.

Der Elektrolyt wird den Zellen mit konstantem Durchfluß zugeführt. Geht man von den Durchflüssen aus, so ergibt sich für das Verhältnis der vorstehend genannten Volumina, wenn man mit q den volumenmäßigen Durchfluß von Gas in einer Zelle und mit D den Elektrolytdurchfluß bezeichnet, daß q < D, wobei im allgemeinen

gilt, um eine übermäßige Erhitzung zu vermeiden.

Dieser volumenmäßige Gasdurchfluß ist proportional zur Stromstärke und umgekehrt proportional zum Druck, was zu folgender Beziehung führt:

q = K -ip. = y, [vergleiche (I)] (2)

hierin ist !(,) die Stromstärke im betrachteten Zeitpunkt und K ein Koeffizient.

Andererseits ist der im Inneren des Elektrolysegerätes aufgrund seiner verschiedenen Leitungen herrschende Druck P gleich dem vor dem Anlassen herrschenden Anfangsdruck Po vermehrt um einen Anteil der (bei als konstant angenommener Temperatur) proportional zur durch die Elektroylse erzeugten Gasmenge ist, die ihrerseits direkt abhängig von der Elektrizitätsmenge ist, die das Elektrolysegerät durchläuft, was wie folgt geschrieben werden kann:

P= P₀ + L

dt,

(3)

wobei L ein Koeffizient ist.
Aus den Gleichungen (2) und (3) erhält man

P =

= P₀ + L

nach Differenziation ergibt sich
2 K d/_(Il

dies fuhrt zu

J = M · e*

hierin sind M und N Koeffizienten. ι ο

Mit anderen Worten muß zur Konstanthaltung des Verhältnisses von Gasvolumina zum Elektrolytvolumen die Stromstärke exponentiell erhöht werden.

Daher ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Strom nach einer Exponentialfunktion gesteigert wird.

Das Elektrolysegerät zur Durchführung dieses Verfahrens weist einen elektrischen Speisestromkreis mit einer Stromregelschaltung auf, die den Strcn exponentiell anwachsen !äöt

Die Stromstärke beim Anlauf und die Basis der Exponentialfunktion hängen von den konstruktiven Merkmalen des Elektrolysegerätes ab.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schema eines Elektrolysegerätes in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform und

Fig.2 ein Diagramm des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit

F i g. 1 zeigt ein Elektrolysegerät 1, das über eine Thyristorbrückenschaltung 2 versorgt wird, deren Steuerelektroden über eine Steuerschaltung 3 angesteuert werden, die ihrerseits Impulse von einem Vergleicher 4 erhält Der Vergleicher liefert diese Impulse in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis zwischen einer dem das Elektrolysegerät durchfließenden Strom proportionalen, von einem Amperemeter 5 gelieferten Spannung und der von einem Exponentialpotentiometer, das aus einer beliebigen, konstanten Spannungsquelle gespeist ist stammenden Spannung. Dieses Potentiometer 6 wird von einem Uhrwerk oder einem Kurzzeitgeber 7 gesteuert

Die Stromwerte zu Beginn und die Basis und/oder der Exponent der Exponentialfunktion legen die Anfangseinstellungen der Steuerschaltungen und den Ablauf des Uhrwerks fest

Selbstverständlich kann auch jede andere bekannte Schaltung zur Erzielung einer exponentiellen Steuerung der Stromstärke des das Elektrolysegerät durchfließenden Stromes verwendet werden.

Bei einem 10 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde (bezogen auf Normalbedingungen) erzeugenden und im Normalbetrieb mit 40 bar arbeitenden Gerät wurde die Stromstärke exponentiell in Abhängigkeit von der Zeit gesteigert wie dies durch die Kurve in Fig.2 angegeben ist. Unter diesen Umständen erfolgte der Druckanstieg von Atmosphärendruck bis auf 40 bar in 7 Minuten, wobei der Anstieg von 5 bar auf 40 bar in 6,5 Minuten erfolgte.

Es ergibt sich daraus, daß dieses Verfahren ein direktes Anlassen von Atmosphärendruck aus gestattet und daß es überflüssig ist, mit Stickstoff zu arbeiten, um einen Anfangsdruck von einigen bar zu erzielen.

Die Reinheit des im Verlauf dieser Versuche erhaltenen Wasserstoffs betrug stets mehr als 98%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Anlaufenlassen eines Elektrolysegerätes, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom nach einer Exponentialfunktion gesteigert wird.

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