DE2806364A1

DE2806364A1 - Verfahren und vorrichtung zum einleiten von teilchen in wenigstens eine reaktorfluessigkeit

Info

Publication number: DE2806364A1
Application number: DE19782806364
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1978-08-17
Also published as: ES468974A1; BE863968A; FR2380815B1; DE2806364C2; AU515526B2; FR2380815A1; CH634233A5; IT7867311A0; NL7801670A; SE7801752L; ES466944A1; AU3331378A; BR7800940A; IT1156445B; CA1081319A; JPS53103134A; GB1601881A

Description

15. Februar 1978 MICHELIN & CIE.

(Compagnie Generale des Etablissements MICHELIN) Clermont - Ferrand / Frankreich

Unser Zeichen: M 1418

Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten von Teilchen in wenigstens eine Reaktorflüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf chemische und/oder elektrochemische Verfahren sowie auf Reaktoren zur Durchführung dieser Verfahren. Die Erfindung betrifft insbesondere Reaktoren, in welchen eine Reaktorflüssigkeit benutzt wird, in der sich feste Teilchen befinden.

Wenn der Reaktor ein elektrochemischer Reaktor ist, versorgt die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit einen Anoden- oder Katodenraum, in welchem wenigstens eine elektrochemische Reaktion abläuft. Diese Reaktion drückt sich durch Elektronenaustauschvorgänge aus, wobei die im Verlauf der elektrochemischen Reaktion freigesetzten oder für diese Reaktion erforderlichen

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elektrischen Ladungen durch einen elektrisch leitenden Elektronensamraler oder -kollektor gesammelt oder abgegeben werden, der sich in dem elektrochemischen Raum befindet. Die Elektronenaustauschvorgänge können einerseits die Flüssigkeit (oder ein durch die Flüssigkeit in Lösungs-r oder Emulsionsform transportiertes Produkt) beeinflussen, da die festen Teilchen beispielsweise Katalysatorteilchen sind. Die Elektronenaustauschvorgänge können andererseits die Teilchen beeinflussen, da die Flüssigkeit beispielsweise ein Elektrolyt ist und die Teilchen beispielsweise in ihrer Gesamtheit oder teilweise aus einem aktiven Stoff bestehen, der manchmal als "Brennstoff" bezeichnet wird, wenn der Reaktor ein elektrochemischer Stromerzeuger ist.

Zur Erzielung eines optimalen Betriebes dieser chemischen oder elektrochemischen Reaktoren ist es erforderlich, in diesen Reaktoren die Flüssigkeits- bzw. Teilchenverhältnisse in genauen Grenzen zu halten, wobei der Abstand zwischen diesen Grenzen im allgemeinen schmal ist, wenn die anderen Betriebsparameter festgelegt worden sind. Zwei Verfahren zur Lösung dieses Problems sind bereits vorgeschlagen worden.

Einerseits ist vorgeschlagen worden, trockene Teilchen zu benutzen, die in die Flüssigkeit eingeführt werden. Dieses Verfahren erfordert das Lagern und die Handhabung von trokkenen Teilchen, was schwierig und manchmal gefährlich ist, wenn die Teilchen mit Luft reagieren. Außerdem benetzt die Flüssigkeit die verschiedenen Teile der Versorgungsvorrichtung, was diese Versorgung stört.

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Andererseits ist vorgeschlagen worden, einen konzentrierten Brei der Teilchen in einer Trägerflüssigkeit herzustellen und diesen Brei in die Reaktorflüssigkeit einzuleiten, wobei die Trägerflüssigkeit entweder die gleiche Flüssigkeit wie die Reaktorflüssigkeit oder mit dieser Flüssigkeit kompatibel ist. Die Erfahrung zeigt in diesem Fall, daß das Absetzen der Teilchen in dem Brei sehr schwierig zu verhindern ist, so daß ein Umrühren vor dem Einleiten in den Reaktor erforderlich ist, wodurch wegen der hohen Viskosität des Breies viel Energie verbraucht wird. Andererseits kann eine längere Berührung der Teilchen mit der Trägerflüssigkeit dazu führen, daß die Teilchen angegriffen werden, d. h. daß es zu einem Produktverlust kommt, wobei dieser Angriff evtl. Gase freisetzt, die das Lagern und das Einführen der Teilchen stören und überdies ernste Sicherheitsprobleme mit sich bringen können.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

Demgemäß ist das Verfahren nach der Erfindung, bei welchem Teilchen in wenigstens eine Reaktorflüssigkeit eingeleitet werden,die in wenigstens einem chemischen und/oder elektrochemischen Reaktor benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine im wesentlichen feste Versorgungsmasse, die Primärteilchen und eine geringe Menge wenigstens einer Verfestigungsflüssigkeit enthält, die mit diesen Primärteilchen wenig oder nicht chemisch reagiert, abgetragen wird, um diese Masse in Sekundärteilchen zu zerlegen, die mit Hilfe wenigstens einer Trägerflüssigkeit in die Reaktorflüssigkeit mitgenommen werden.

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Die Erfindung betrifft außerdem Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

die Fig. 1 bis 3 schematisch im Schnitt eine Vorrichtung nach der Erfindung, die das Herstellen einerVersorgungsmasse gestattet,

Fig. 4 schematisch im Schnitt eine Vorrich

tung nach der Erfindung, die das Abtragen einer Versorgungsmasse gestattet,

Fig. 5 schematisch im Schnitt eine Versor

gungsvorrichtung nach der Erfindung, die die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung enthält,

Fig. 6 schematisch im Schnitt einen elek

trochemischen Generator, bei welchem eine Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung benutzt wird,

Fig. 7 eine elektrische Schaltung, die ge

stattet, den Betrieb einer Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung der

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Stärke des durch einen elektrochemischen Generator gelieferten Stroms nachzuregeln,

Fig. 8 schematisch im Schnitt eine weitere

Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung ,

Fig. 9 eine elektrische Schaltung, die ge

stattet, den Betrieb einer Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung der durch einen elektrochemischen Generator abgegebenen Elektrizitätsmenge nachzuregeln, und

Fig. 10 schematisch im Schnitt noch eine wei

tere Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung zur Herstellung einer Versorgungsmasse.

Die Verdichtungs- oder Verfestigungsvorrichtung 1 enthält einen rotationssymmetrischen Verfestigungszylinder 10, der in seinem unteren Teil mit einer öffnung 101 versehen ist, in die ein herausziehbares Teil 11 eingeführt wird. Das herausziehbare Teil 11 hat einen Fuß 111, der den unteren Teil 102 des Zylinders 10 aufnimmt, und eine zylindrische und vertikale Stange 112, die im wesentlichen in der Achse

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XX' des Zylinders 10 angeordnet ist. Ein beweglicher Kolben 12 verschiebt sich längs der Stange 112. Die Achse XX¹ ist die Rotationssymmetrieachse der Vorrichtung 1, d. h. des Zylinders 10, des herausziehbaren Teils 11 und des Kolbens 12, wobei der Durchmesser der Stange 112 im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Öffnung 101 ist.

Der untere Teil 121 des Kolbens 12 bildet einen erhabenen Kegelstumpf, dessen Erweiterung nach oben gewandt ist. In den Zylinder 10 werden wenigstens eine Verfestigungsflüssigkeit und Primärteilchen 31 geschüttet, wobei die Flüssigkeit 2 und die Teilchen 31 wenig oder nicht chemisch miteinander reagieren. Die Teilchen 31, deren Dichte größer ist als die der Flüssigkeit 2, setzen sich ab und bilden einen Bodensatz 3, der eine große Menge der Flüssigkeit 2 enthält. Der Kolben 12 wird zu dem unteren Teil 102 des Zylinders 10 hin in der Richtung des Pfeils F12 (Fig. 2) verschoben, so daß der Bodensatz 3 verfestigt und aus diesem Bodensatz der größte Teil der Flüssigkeit 2 entfernt wird.

Dieses Ergebnis kann beispielsweise erzielt werden, indem zwischen dem Kolben 12 und der Innenwand 103 des Zylinders 10 ein Spalt 104 vorgesehen wird, dessen Breite kleiner ist als der mittlere Durchmesser der Teilchen 31. Dieser Spalt ist in den Fig. 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber beträchtlich vergrößert dargestellt. Die Flüssigkeit 2, die frei von Teilchen 31 ist, sammelt sich auf diese Weise während der Verdichtung des Bodensatzes 3 oberhalb des Kolbens 12 an (Fig. 2). Die Flüssigkeit 2, die sich über dem Kolben 12 angesammelt hat, wird abgeführt und der Kolben 12 und

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das herausziehbare Teil 11 werden entfernt. Es bleibt dann der Zylinder 10 übrig, in dessen Innern sich die verfestigte Versorgungsmasse 30 befindet, die eine geringe Menge der Flüssigkeit 2 enthält und in ihrer Mitte eine Öffnung 301 aufweist, die der öffnung 101 des Zylinders 10 entspricht und mit dieser öffnung in Verbindung steht (Fig. 3).

Wegen der geringen Menge an Flüssigkeit 2 in der Versorgungsmasse 30 kann die Versorgungsmasse für eine lange Zeitspanne gelagert werden, selbst wenn die Flüssigkeit 2 und die Teilchen 31 geringfügig miteinander reagieren, wobei die Masse 30 während der Lagerung in dem Zylinder 10 bleiben oder zum Lagern aus dem Zylinder 10 entfernt werden kann, weil die Verfestigung der Versorgungsmasse im allgemeinen gestattet, ihre Form zu bewahren. Der Verdichtungsvorgang kann ohne vorheriges Absetzen der Teilchen 31 ausgeführt werden, wobei sich der Kolben 12 dann in einer Suspension von Teilchen 31 in der Flüssigkeit 2 verschiebt.Ein vorheriges Absetzen ist aber vorzuziehen, um die Trennung der Teilchen von dem größten Teil der Flüssigkeit 2 zu erleichtern.

Fig. 4 zeigt eine Versorgungsvorrichtung 4, die gestattet, die Versorgungsmasse 30 in wenigstens einen chemischen oder elektrochemischen Reaktor (nicht dargestellt) einzuleiten. Die Vorrichtung 4 enthält einen Versorgungszylinder, beispielsweise den bereits in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Zylinder 10, in welchem sich die Versorgungsmasse 30 befindet. Ein Abtragungskopf 40 trägt Messer 41 und eine Stange 42, die diesem Kopf 40 einerseits eine Drehung um die Achse XX¹, welche mit der in Fig. 1 dargestellten Achse XX¹ identisch ist,

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wobei diese Drehung symbolisch durch den Pfeil F4.1 dargestellt ist, und andererseits zu der Achse XX' parallele Längsverschiebungen, die durch die Pfeile F4.2 und F'4« 2 dargestellt sind, gestattet.

Das Einleiten der Masse 30 in den Generator geht folgendermaßen vor sieh. Der Kopf 40 wird in Richtung des Pfeils F4o2 derart verschoben, daß die Messer 41 im wesentlichen tangential zu dem Kegelstumpf 302 sind, der in der Tiefe der Einprägung des Kolbens 12 in der Masse 30 entspricht, d„ h. der oberen Fläche der Masse 30» Die Drehung des Kopfes 40 gestattet dann die Abtragung der Masse 30 durch die Messer 41, wobei die Masse 30 dann Sekundärteilchen 32 ergibt, die im wesentlichen die gleichen wie die voneinander getrennten Teilchen 31 sind, außer wenn die Sekundärteilchen 32 durch Fragmentation oder durch Agglomeration der Primärteilchen 31 gebildet werden.

Der Kopf 40 bewegt sich in der Richtung des Pfeils F4.2 entsprechend dem Fortschritt der Abtragung zu dem Boden 105 des Zylinders 10 hin. In den Zylinder 10 wird oberhalb des Kopfes 40 wenigstens eine Trägerflüssigkeit in Richtung des Pfeils F4.3 eingeleitet, der zu dem Boden 105 des Zylinders 10 gerichtet ist. Die Trägerflüssigkeit fließt durch einen Spalt 404, der zwischen dem Kopf 40 und der Innenwand 103 des Zylinders 10 gebildet ist, zu der Masse 30, und zwar vorzugsweise in einer Menge, die ausreicht, um die gesamte Masse zu bedecken, wobei die Breite des Spalts vorzugsweise kleiner ist als der mittlere Durchmesser der Primärteilchen 31 und der Sekundärteilchen 32. Der Spalt 404 ist der Übersichtlich-

809833/1083 ⁰^ZiKAL hm?.*--.-.

- ie- 7806364

keit der Zeichnung halber in Fig. 4 beträchtlich vergrößert dargestellt.

Die Trägerflüssigkeit nimmt die Sekundärteilchen 32 durch die Öffnungen 301 und 101 hindurch in Richtung des Pfeils F4.4 zu wenigstens einer Reaktorflüssigkeit (nicht dargestellt) mit, wobei die kegelstumpfförraige Vertiefung der Masse 30 diese Mitnahme erleichtert. Das Abtragen der Masse 30, d. h. insbesondere das Trennen der verdichteten Teilchen 31 voneinander wird dadurch erleichtert, daß im Innern der Masse 30 die Verfestigungsflüssigkeit 2 vorhanden ist, die die Teilchen 31 schmiert. Wenn die Masse 30 vollkommen abgetragen worden ist, wird der Kopf 40 in Richtung des Pfeils F'4.2 zurückgezogen, um den Zylinder 10 erneut für die Herstellung einer neuen Versorgungsmasse 30 benutzen zu können.

Fig. 5 zeigt eine Versorgungsvorrichtung 5, die die vorstehend beschriebene Vorrichtung 4 enthält. Ein Motor 50 versetzt zwei Getriebe in Drehung, und zwar das aus einem Zahnräderpaar 51, 52 gebildete Getriebe und das aus einem Zahnräderpaar 53, 54 gebildete Getriebe, wobei das Zahnrad 53 durch den Motor 50 über eine Kupplung 55 angetrieben wird. Die Untersetzungsverhältnisse dieser Getriebe sind etwas verschieden. Das Zahnrad 52 ist mit einer Schraubenspindel 56 fest verbunden, die in eine Mutter 421 eingeschraubt ist, welche durch die Innenwand der mit dem Zahnrad 54 fest verbundenen Stange 42 gebildet ist, wobei die Drehachse des Zahnrades 54 alt der des Kopfes 40 zusammenfällt, d. h. mit der Achse XX*. Die Translationsgeschwindigkeit F4.2 der Stange 42 ist des-

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- ι? - 2906364

halb proportional zu der Differenz der Drehwinkelgeschwindigkeiten der Zahnräder 52 und 54 und zu der Steigung des aus der Schraubenspindel 56 und der Mutter 421 bestehenden Systems.

Diese Translationsbewegung ergibt sich durch eine Verschiebung der Zähne 541 des Zahnrades 54 längs der Zähne 531 des Zahnrades 53. Die Zähne 531 und 541 sind zu der Achse XX¹ parallel, die ihrerseits zu der Drehachse YY' des Zahnrades 53 parallel ist. Dieses kinematische System ist insgesamt in einem dichten Gehäuse 57 untergebracht, das an den Zylinder 10 über eine Ringdichtung 59 dicht angeschlossen ist, wobei eine Ringdichtung 58 für die Dichtigkeit zwischen der Stange 42 und dem Gehäuse 57 sorgt.

Das Volumen der Versorgungsmasse 30 wird so festgelegt, daß eine bestimmte Autonomie des Reaktors erzielt wird.

Wenn der Zylinder 10 keine Teilchen mehr enthält, wird die Abwärtsbewegung des Kopfes 40 durch einen nicht dargestellten Endschalter gestoppt. Die Kupplung 55 wird dann ausgerückt, wodurch das Getriebe 53 gestoppt und infolgedessen der Kopf 40 durch Drehung der Schraubenspindel 56 schnell wieder in Richtung des Pfeils F'4.2 nach oben bewegt wird. Der leere Zylinder 10 kann dam durch einen anderen Zylinder 10 ersetzt werden, der eine andere Versorgungsmasse 30 enthält, um eine neue Operation auszuführen.

Die Verfestigungsflüssigkeit und die Trägerflüssigkeit können

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gleich oder verschieden sein und gegebenenfalls aus der Reaktorflüssigkeit selbst bestehen.Die letztgenannte Lösung ist aus Vereinfachungsgründen vorzuziehen,außer wenn die Reaktorflüssigkeit mit den Teilchen schnell chemisch reagiert, in welchem Fall eine andere Verfestigungsflüssigkeit und gegebenenfalls eine andere Trägerflüssigkeit verwendet werden müssen,wobei die/m deren Flüssigkeiten vorzugsweise mischbar sind und chemisch nicht miteinander reagieren, um eine gute Mitnahme der Teilchen in den Reaktor zu begünstigen.

In den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 4 und 5 erfolgen das Abtragen der Masse 30 und das Einleiten der Trägerflüssigkeit in Abwärtsrichtung. Es ist klar, daß andere Richtungen für diese Abtragung und/oder diese Flüssigkeitseinleitung vorgesehen werden können, beispielsweise eine Richtung, die zu der beschriebenen entgegengesetzt ist, wobei die Abtragung der Masse 30 und/oder das Einleiten der Trägerflüssigkeit dann in Aufwärtsrichtung erfolgen. Es ist andererseits klar, daß mehrere getrennte Versorgungsmassen benutzt werden können, die in ein und demselben Versorgungszylinder angeordnet sind, was die Beschickung der Versorgungsvorrichtungen erleichtern kann. Fig. 10 zeigt eine solche Vorrichtung 4'. Die Vorrichtung 4¹ enthält einen Versorgungszylinder 10', in welchem übereinander vier gleiche Versorgungsmassen 30' angeordnet sind. Die Massen 30' haben jeweils eine untere Fläche 301' und eine obere Fläche 302', wobei diese unteren und oberen Flächen jeweils eine im wesentlichen gleiche Kegelform haben und wobei die Öffnung dieser Kegel mit dem Winkel α nach unten gerichtet ist, um das Übereinanderstapeln der Massen 30'

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zu ermöglichen. Die Beschickung mit den Massen 30' erfolgt über den oberen Teil 100' des Zylinders 10' parallel zu dem nach unten gerichteten Pfeil FlO. Der Abtragungskopf 40' ist am Anfang in dem unteren Teil 102' des Zylinders 10' so angeordnet, daß seine Messer 41' im wesentlichen tangential zu der unteren Kegelfläche 301' der Masse 30' sind, welche sich auf dem niedrigsten Niveau befindet. Der durch die Stange 42* angetriebene Kopf 40' dreht sich um die Achse (nicht dargestellt) der Stange 42' und bewegt sich längs dieser Achse parallel zu dem Pfeil F¹IO während der Abtragung der Masse 30*, mit der er in Berührung ist, aufwärts. Die Hohlstange 42', die den Kopf 40' durchquert, gestattet das Einleiten der Trägerflüssigkeit (nicht dargestellt) in Aufwärtsrichtung parallel zu dem Pfeil F¹IO. Die Trägerflüssigkeit kommt so mit der unteren Fläche 301' der abgetragenen Masse 30* in Berührung und nimmt die Sekundärteilchen 32' zwischen dem Kopf 40' und dem Zylinder 10' in Richtung des Pfeils FlO.1 nach unten mit, wobei dieses Abfließen beispielsweise dadurch ermöglicht wird, daß die Messer 41' über die Seitenfläche 43' des Kopfes 40' überstehen. Es ist auf diese Weise möglich, den Zylinder 10' mit Massen 30' während der Ausführung der Abtragungsoperation oder vor der vollständigen Abtragung der in dem Zylinder 10' enthaltenen Massen 30' zu beschicken. Die Massen 30' können beispielsweise durch Verdichtung mit einem Kolben in einem Zylinder hergestellt werden, dessen ohne eine Öffnung versehener Boden eine Kegelform hat, während die anderen Merkmale der Verdichtung den oben beschriebenen gleichen.

Fig. 6 zeigt die Verwendung einer Versorgungsvorrichtung nach der Erfindung in einem elektrochemischen Generator.

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Der Generator 6 enthält einen Katodenraum 60 und einen Anodenraum 61. Der Katodenraum 60 enthält eine Katode 601, bei welcher es sich beispielsweise um eine Luft- oder Sauerstoffdiffusionselektrode handelt, wobei der Gaseinlaß und der Gasauslaß schematisch durch Pfeile F60 bzw. F'60 dargestellt sind. Der Elektronensammler (nicht dargestellt) der Katode 601 ist mit der positiven Klemme P des Generators 6 verbunden. Der Anodenraum 61 enthält einen Elektronensammler 611, der gegenüber der Katode 601 angeordnet ist. Ein Elektrolyt (nicht dargestellt), der aktive anodische Teilchen 612 enthält, bewegt sich durch den Anodenraum 61 zwischen dem anodischen Elektronensammler 611 und der Katode 601. Der anodische Elektronensamraler 611 ist mit der negativen Klemme N des Generators 6 verbunden. Während der Entladung des Generators 6 werden die aktiven anodischen Teilchen 612 in dem Anodenraum 61 oxydiert und verlieren Elektronen, während der Sauerstoff, der aktive katodische Stoff, in der Katode 601 unter Einfangen einer äquivalenten Anzahl von Elektronen reduziert wird. Der Ausgang 614 des Anodenraums 61 ist mit dem Eingang 613 dieses Raums über einen außerhalb des Anodenrautns 61 gelegenen Weg 62 verbunden, der in Reihe eine Pumpe 622 und ein Elektrolyt-und Teilchenpufferreservoir 621 enthält. Eine Versorgungsvorrichtung 623, die das Einleiten der Teilchen 612 in den Elektrolyten gestattet, mündet in diesen Weg 62 und besteht beispielsweise aus der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung. Die aktiven anodischen Teilchen 612 bestehten beispielsweise insgesamt oder teilweise aus einem aktiven anodischen Metall, insbesondere aus Zink, während der Elektro-

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lyt beispielsweise ein alkalischer Elektrolyt ist. Für die Betriebsbedingungen kann gelten, ohne daß darunter eine Einschränkung zu verstehen ist:

- Elektrolyt (Reaktorflüssigkeit): 4 bis 12n wäßrige Kalilauge (4 bis 12 mol Kaliumhydroxid pro Liter),

- Verfestigungsflüssigkeit und Trägerflüssigkeit: Anfangszusammensetzung gleich der des Elektrolyten am Anfang der Entladung, also: im wesentlichen zinkatfreie 4 bis 12n wäßrige Kalilauge,

- Gewichtsprozentsatz an Zink in dem in den Anodenraum 61 eingeleiteten Elektrolyten: 20 bis 30 % des Gewichts des Elektrolyten,

- mittlere Abmessung der in die Verfestigungsflüssigkeit eingeleiteten Zinkteilchen vor der Herstellung der Versorgungsmasse 30: 10 bis 20 /um,

Tr u-1«. · Masse der Verfestigungsflüssigkeit . , „

- Verhältnis =τ—: =—^δ ^ö in der Ver-

Zmkmasse

sorgungsmasse 30: von 0,15 bis 0,35 wobei das Verhältnis beispielsweise gleich 0,22 ist, wenn die Verfestigungsflüssigkeit 6n Kalilauge ist,

- Drehgeschwindigkeit des Kopfes 40: von 12 bis 120 U/rnin,

- Translationsgeschwindigkeit des .Kopfes 40: von 0,12 bis 1,2 mm/min, wobei die Translationsbewegung in Richtung des Pfeils F4.2 ausgeführt wird, und

3

- Durchsatz der Trägerflüssigkeit: von 10 bis 20 cm /min/cm

des Innenquerschnitts des Zylinders 10.

Während der Entladung gibt der Generator 6 an den Entladungskreis (nicht dargestellt), welcher¹ zwischen den Klemmen P und N angeordnet ist, einen Strom ab, dessen Stärke sich zwischen 5 A bis 50 A ändert, bei einer Spannung von etwa 1 V, was einem

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Zinkverbrauch entspricht, der sich im wesentlichen von 0,108 bis 1,08 g/min ändert. Die oben angegebenen Maximal- und Minimalwerte für die Drehgeschwindigkeit und die Translationsgeschwindigkeit entsprechen dem maximalen bzw. minimalen Zinkverbrauch.

Die am Anfang vorliegenden Zinkteilchen sind bestrebt, in der Kalilauge zu agglomerieren, um größere Teilchen zu bilden, so daß die Primärteilchen 31, die sich in der Versorgungsmasse 30 befinden, oder die Sekundärteilchen 32, die sich in dem Elektrolyten befinden, eine mittlere Größe von 50 ,um bis 500 ,um haben, wobei diese Sekundärteilchen 32 die aktiven anodischen Teilchen 612 bilden.

Während der Entladung wird die Konzentration an oxydiertem Zink, das in dem Elektrolyten in Form von Kaliumzinkat gelöst ist, unter einem vorbestimmten Wert gehalten, der beispielsweise etwa gleich 120 g/l ist, wenn es sich bei dem Elektrolyten um 6n Kalilauge handelt, so daß die Zinkteilchen durch eine Ansammlung des Reaktionsprodukts an ihrer Oberfläche oder in der Nähe ihrer Oberfläche nicht inaktiv gemacht werden.

Dieses Ergebnis kann erzielt werden, indem entweder der zinkathaltige Elektrolyt durch d.ne frische, zinkatfreie Kalilaugelösung ersetzt wird, wenn seine Konzentration an gelöstem Zink zu groß wird, oder indem der zinkathaltige Elektrolyt in einer in Fig. 6 nicht dargestellten Anlage ständig regeneriert wird.

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Das Versorgungsverfahren nach der Erfindurg gestattet auf diese Weise, den Gewichtsprozentsatz an Zinkteilchen in dem Elektrolyten in genauen Grenzen zu halten, und zwar mit einem geringen Energieaufwand für die Abtragung der Versorgungsmasse 30, der in dem beschriebenen Beispiel kleiner als ein Hundertstel der durch den Generator 6 abgegebenen Energie ist. Die vorbestimmten Grenzen können sehr schmal sein, beispielsweise - 1% der gewählten mittleren Konzentration. Die Kalilauge reagiert schwach mit dem Zink, um Wasserstoff freizusetzen, aber die geringe Menge an Kalilauge in der Versorgungsmasse gestattet dieser, schnell in die Kaliumzinkatsättigung zu gelangen, so daß die Reaktion nicht weitergeht und diese Versorgungsmasse für sehr lange Zeitspannen gelagert werden kann, ohne daß die Gefahr eines längeren Angriffs des Zinks durch Kalilauge besteht. Das ist bei konzentrierten Breimassen aus Zinkteilchen und Kalilauge nicht der Fall. In

diesen Breimassen ist nämlich das Verhältnis ■■ ** —

Zinkmasse

im allgmeinen größer als 1. So ist beispielweise, wenn man Zinkteilchen in der 6n Kalilauge sich absetzen läßt, wobei diese Teilchen gleich den in dem Generator 6 benutzten Teilchen 612 sind, und wenn man die sich über diesem Bodensatz befindliche Kalilauge entfernt, das Verhältnis ^ö ' Zinkmasse

dem so erhaltenen Brei gleich 1,3. Diese großen Mengen an Kalilauge in den Breimassen führen dazu, daß bei der Lagerung das Zink stark angegriffen wird, mit allen sich daraus ergebenden Nachteilen, die oben beschrieben sind.

Andererseits schützt die Kalilauge, die im wesentlichen alle Hohlräume füllt, die durch die Teilchen in der Versorgungsmasse

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gelassen worden sind, diese Teilchen vor einem Angriff durch die Luft, so daß lediglich ein Angriff durch die Luft an der Oberfläche dieser Masse zu befürchten ist, der aber beispielsweise auf sehr einfache Art durch einen schützenden Kunststoff iIm verhindert werden kann.

Die Abtragungsvorrichtung 4, die zum Versorgen des Generators 6 benutzt wird, kann entweder im Dauerbetrieb oder im intermittierenden Betrieb arbeiten.

Im Dauerbetrieb dreht sich der Abtragungskopf 40 kontinuierlich, wenn der Generator 6 Strom abgibt, und die Menge an in den Generator eingeleiteten Sekundärteilchen 612 ist von der Stärke des durch den Generator abgegebenen Stroms abhängig. Die Abtragungsvorrichtung wird daher der Stärke des durch den Generator abgegebenen Stroms nachgeregelt. Fig. 7 zeigt eine solche elektrische Regelschaltung 7. Der Nebenwiderstand 71 gibt ein Signal ab, welches die Stromstärke I des durch den Generator 6 an die Entladungsschaltung 70, die eine Entladungsimpedanz 701, beispielsweise einen Elektromotor, enthält, abgegebenen Stroms darstellt. Dieses Signal wird durch einen Verstärker 72 verstärkt und gestattet, die feste Spannung U73 zu modifizieren, die an den Klemmen einer äußeren Gleichstromquelle 73 verfügbar ist. Die veränderliche Spannung U74, die so an der positiven und negativen Klemme eines Verstellers 74 erhalten wird, gestattet, beispielsweise den in Fig. 5 dargestellten Motor 50 zu speisen. Die Spannung U74 ändert sich in Abhängigkeit von der Stromstärke I des durch den Generator 6

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abgegebenen Stroms und infolgedessen ändern sich die Geschwindigkeiten VT und VR in Abhängigkeit von dieser Stromstärke, beispielsweise proportional zu dieser Stromstärke, wobei VT die Translationsgeschwindigkeit des Abtragungskopfes 40 ist, ausgedrückt beispielsweise in Millimeter/Minute, die durch den Pfeil F4.2 (Fig. 4) dargestellt ist, und wobei VR die Drehgeschwindigkeit dieses Kopfes ist, ausgedrückt beispielsweise in Umdrehungen pro Minute, die durch den Pfeil F4.1 (Fig. 4) dargestellt ist. In der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung ist das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten VT und VR für eine gegebene Steigung der Schraubenspindel 56 konstant, wenn die Verhältnisse zwischen der Zähnezahl der Getriebe 51, 52 einerseits und 53, 54 andererseits festgelegt worden sind, wobei die Werte der Drehgeschwindigkeit und der Translationsgeschwindigkeit, die oben als Beispiel für den Kopf 40 der Vorrichtung 623 angegeben worden sind, dieser Betriebsart entsprechen.

Diese Anordnung kann den Nachteil haben, daß sie nur eine relativ niedrige Drehgeschwindigkeit VR gestattet, wenn die Stromstärke I des durch den Generator 6 abgegebenen Stroms gering ist, so daß der Abtragungskopf 40 dann unter Umständen bei der Berührung der Versorgungsmasse 30 blockiert werden oder sich in Berührung mit dieser Masse drehen kann, ohne sie abzutragen. Das ist in der Vorrichtung 623, insbesondere dann der Fall, wenn die Drehgeschwindigkeit kleiner als 12 U/min wird. Unter diesen Bedingungen kann es vorteilhaft sein, zwei getrennte Motoren vorzusehen, wie in der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung 8. Die Vorrichtung 8 enthält

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einen Rotationsmotor 80 und einen Translationsmotor 81. Der Rotationstnotor 80 versetzt den Kopf 40 über das Getriebe, das aus dem Zahnräderpaar 53, 54 besteht, welches dem in Fig. 5 dargestellten Zahnräderpaar 53, 54 analog ist, in Drehung.

Die Drehgeschwindigkeit VR ist konstant und ihr Wert ist ausreichend hoch gewählt worden, um jegliches Blockieren des Kopfes 40 bei der Berührung der Masse 30 (die aus Vereinfachungsgründen in Fig.8 nicht dargestellt ist) sowie eine Drehung ohne Abtragung der Masse 30 zu verhindern. Der Translationsmotor 81 versetzt die Schraubenspindel 56 in Drehung, die sich in der Mutter 421 dreht, welche mit dem Zahnrad 54 und mit dem Kopf 40 fest verbunden ist, wobei die Winkeldrehdifferenz zwischen der Schraubenspindel 56 und der Mutter 421 die Translationsbewegung des Kopfes 40 hervorruft, wie in der Vorrichtung 5. Der Translationsmotor 81 kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der mit den Klemmen des Verstellers 74 verbunden ist und auf diese Weise an der Spannung U74 liegt, die in Abhängigkeit von der Stromstärke I des durch · den Generator 6 abgegebenen Stroms veränderlich ist, wobei dann die Translationsgeschwindigkeit VT beispielsweise proportional zu dieser Stromstärke ist, so daß die Menge an Sekundärteilchen 612, die in den Generator eingeleitet wird, ihrerseits zu dieser Stromstärke proportional ist. Eine Vorrichtung (nicht dargestellt) gestattet, den Abtragungskopf 40 nach oben zurückzuführen, wenn es keine Versorgungsmasse 30 mehr gibt.

Bei dem intermittieren Betrieb dreht sich der Abtragungskopf 40 während der gesamten Zeit, in der der Generator Strom abgibt,

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nicht. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, die Menge an Sekundärteilchen 612, die in den Generator 6 eingeleitet wird, in Abhängigkeit von der durch den Generator 6 gelieferten Elektrizitätsmenge zu verändern. Fig_o 9 zeigt eine solche elektrische Regelschaltung 9«. Das von dem Nebenwiderstand 71 abgegebene Signal wird zu einer Einrichtung 90 geleitet ₉ die die durch den Generator 6 abgegebene Elektrizitätsmenge mißt, wobei diese Elektrizitätsmenge beispielsweise in Amperestunden gezählt wird. Diese AmpereStundenzahl wird in einer Einrichtung 91 mit einem bestimmten Amperestundeninkrement verglichen, das schematisch durch das Rechteck 911 und den Pfeil F9 dargestellt ist. Wenn die von dem Generator 6 gelieferte Amperestundenzahl dem Inkrement entspricht, betätigt die Einrichtung 91 einen Schalter 92, so daß die Spannung U93 an den Klemmen eines Kontaktgebers 93 gleich oder proportional zu der konstanten Spannung U73 des Gleichstromgenerators 73 ist, je nach der Art des Stromkreises 94, der den Generator 73 mit dem Kontaktgeber 93 verbindet. Diese konstante Spannung U93 ist aufgrund des Schalters 92 während einer bestimmten konstanten Versorgungszeit Ta verfügbar. Während der Zeit Ta liegt die Spannung U93 beispielsweise an dem Motor 50 der Vorrichtung 5 an und dem Kopf 40 wird dann eine bestimmte und konstante Drehgeschwindigkeit VR und eine bestimmte und konstante Translationsgeschwindigkeit VT gegeben, die beispielsweise gleich den oben angegebenen Maximalwerten sind, d. h. 120 U/min bzw. 1,2 mm/min, wodurch sich eine Versorgung mit einer konstanten Menge an Sekundärteilchen 612 für eine durch den Generator 6 gelieferte bestimmte Elektrizitätsmenge ergibt, wobei die Periode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Versorgungen in Abhängigkeit von der Stärke des durch den Generator abgegebenen

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Stroms veränderlich ist. Dasselbe Prinzip kann bei der Vorrichtung 8 angewandt werden.

Es ist klar, daß die obigen Darlegungen auch dann gelten, wenn die Zinkteilchen in den Generator 6 mit einer anderen Versorgungsvorrichtung als den Vorrichtungen 5 und 8 eingeleitet werden, beispielsweise mit der weiter oben beschriebenen und in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung 4'. Diese Vorrichtung 4' kann dann in der gleichen Weise wie die Vorrichtung 4 in den Vorrichtungen 5 und 8 angetrieben werden, aber mit einer entgegengesetzten Ausrichtung, wobei der Abtragungskopf 40' dann nach oben gerichtet ist,statt wie in den Vorrichtungen 5 und 8 nach unten gerichtet zu sein. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, von denen ausgehend weitere Ausführungsarten und -formen im Rahmen der Erfindung vorgesehen werden können. Die Erfindung ist insbesondere in dem Fall anwendbar, in welchem der Reaktor ein sowohl chemischer als auch elektrochemischer Reaktor ist und die Sekundärteilchen beispielsweise dazu dienen, einen aktiven Stoff, der in dem Reaktor elektrochemisch reagiert," chemisch zu regenerieren.

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Claims

15. Februar 1978 MICHELIN & CIE

Unser Zeichen: M 1418

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Einleiten von Teilchen in wenigstens eine Reaktorflüssigkeit, die in wenigstens einem chemischen und/ oder elektrochemischen Reaktor benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine im wesentlichen feste Versorgungsmasse, die Primärteilchen und eine geringe Menge von wenigstens einer Verfestigungsflüssigkeit, welche wenig oder nicht mit diesen Primärteilchen chemisch reagiert, enthält, abgetragen wird, um diese Masse in Sekundärteilchen zu zerlegen, die mit Hilfe von wenigstens einer Trägerflüssigkeit in die Reaktorflüssigkeit mitgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Verfestigungsflüssigkeit, die Trägerflüssigkeit und die Reaktorflüssigkeit im wesentlichen die gleichen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_V dadurch gekennzeichnet,

daß die Primärteilchen und die Sekundärteilchen im wesentli= chen die gleichen sind.

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4. Vorrichtung zum Einleiten von Teilchen in wenigstens eine Reaktorflüssigkeit, die in wenigstens einem chemischen und/ oder elektrochemischen Reaktor benutzt wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abtragen von wenigstens einer im wesentlichen festen Versorgungsmasse, die Primärteilchen und eine geringe Menge von wenigstens einer Verfestigungsflüssigkeit, die wenig oder nicht mit diesen Primärteilchen chemisch reagiert, enthält, um diese Masse in Sekundärteilchen zu zerlegen, und durch Einrichtungen zum Einleiten wenigstens einer Trägerflüssigkeit in Berührung mit dieser Masse, um die Sekundärteilchen in die Reaktorflüssigkeit mitzunehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragungseinrichtungen einen Kopf enthalten, dem eine Drehbewegung und eine Translationsbewegung gegeben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf wenigstens ein Messer aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kopf in einem rotationssymetrischen Versorgungszylinder verschiebt, in welchem sich die Versorgungsmasse befindet, wobei die Drehung des Kopfes um eine Achse erfolgt, die außerdem die Translationsachse des Kopfes ist und im wesentlichen mit der Achse des Versorgungszylinders zusammenfällt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsmasse durch Verfestigung der Verfestigungs-

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flüssigkeit und der Primärteilchen in dem Versorgungszylinder oder in einem rotationssymmetrischen Verfestigungszylinder mit Hilfe eines Kolbens hergestellt wird, wobei der grössere Teil der Verfestigungsflüssigkeit während dieser Verfestigung aus der Masse entfernt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens diejenige Fläche der Versorgungsmasse, mit der der Kopf in Berührung gebracht wird, die Form einer kegelstumpfförmigen oder einer kegelförmigen Vertiefung hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf mit einem Ende einer Stange fest verbunden ist, deren Achse mit der Drehachse und der Translationsachse des Kopfes zusammenfällt, wobei diese Stange im Innern eine Mutter aufweist, deren Achse mit der Stange zusammenfällt und in der sich eine Schraubenspindel dreht, und wobei das andere Ende der Stange mit einem Zahnrad fest verbunden ist, dessen Drehachse mit der der Stange zusammenfällt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Stange fest verbundene Zahnrad und die Schraubenspindel in Drehung versetzt werden und daß die Tranlationsbewegung des Kopfes während der Abtragung der Masse aufgrund einer Drehwinkelgeschwindigkeitsdifferenz der Schraubenspindel und des mit der Stange fest verbundenen Zahnrades erhalten wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel und das mit der Stange fest verbundene

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Zahnrad durch denselben Motor angetrieben sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel und das mit der Stange fest verbundene Zahnrad durch zwei verschiedene Motoren angetrieben sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein elektrochemischer Generator ist, der einen elektrischen Strom erzeugt, und daß die Menge der in den Generator eingeleiteten Sekundärteilchen der Stärke des durch den Generator abgegebenen Stroms nachgeregelt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Elektromotor ist, der an einer Spannung liegt, die in Abhängigkeit von der Stärke des durch den Generator abgegebenen Stroms veränderlich ist, wobei die Drehgeschwindigkeit und die Translationsgeschwindigkeitdes Kopfes während der Abtragung der Masse im wesentlichen proportional zu dieser Stromstärke sind und wobei das Verhältnis zwischen diesen Geschwindigkeiten konstant ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor, der das mit der Stange fest verbundene Getriebe antreibt, den Kopf mit einer konstanten Geschwindigkeit in Drehung versetzt und daß die Schraubenspindel durch einen Elektromotor angetrieben ist, der an einer Spannung liegt, die in Abhängigkeit von der Stärke des durch den Generator abgegebenen Stroms veränderlich ist, wobei die Trans-

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lationsgeschwindigkeit des Kopfes während der Abtragung der Masse im wesentlichen proportional zu dieser Stromstärke ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein elektrochemischer Reaktor ist, der einen elektrischen Strom erzeugt, und daß die in den Generator eingeleitete Menge an Sekundärteilchen der durch den Generator gelieferten Elektrizitätsmenge nachgeregelt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß während ihres Betriebes der Kopf eine konstante Drehgeschwindigkeit und eine konstante Translationsgeschwindigkeit hat und daß die gleichzeitigen Dreh- und Translationsbewegungen des Kopfes während konstanter Versorgungszeiten intermittierend ausgeführt werden.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigungsflüssigkeit, die Trägerflüssigkeit und die Reaktorflüssigkeit im wesentlichen die gleichen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet,daß die Primärteilchen und die Sekundärteilchen im wesentlichen die gleichen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20„ dadurch gekennzeichnet_? daß die Translationsbewegung des Kopfes während der Abtragung der Masse von traten nach oben erfolgt.

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22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die TraraLationsbewegung des Kopfes während der Abtragung der Masse von oben nach unten erfolgt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Masse in dem unteren Teil des Zylinders befindet und daß dieser untere Teil und die Masse jeweils eine Öffnung aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen und als Achse im wesentlichen die Achse des Zylinders haben.

24. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kolben längs einer herausziehbaren Stange bewegt, deren Achse mit der des Zylinders, in welchem die Verfestigung erfolgt, zusammenfällt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Trägerflüssigkeitszulauf oberhalb des Kopfes aufweist und daß die Trägerflüssigkeit und die Sekundärteilchen die Vorrichtung durch die Öffnungen des unteren Teils des Zylinders und der Masse verlassen.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 25, in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf der Trägerflüssigkeit im Innern der Stange durch den Kopf hindurch erfolgt.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Abtragungseinrichtungen gestatten, mehrere übereinander angeordnete Versorgungsmassen nacheinander abzutragen.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,

daß sie Einrichtungen enthält, die gestatten, in diese Vorrichtung wenigstens eine Masse während des Betriebes der Abtragungseinrichtungen oder vor der vollständigen Abtragung der Massen einzuführen.

29. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 28 in einem chemischen und/oder elektrochemischen Reaktor.

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