DE4400056C1 - Elektrolyseapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung ist anwendbar bei stofftransportgehemmten Reaktionen und/oder beim Auf­ treten von Ablagerungen an den Elektroden, wie z. B. Metallabscheidung sowie bei gasent­ wickelnden Elektrodenreaktionen.

Rotierende Elektroden, wie Scheiben oder Zylinder, sind seit langem bekannt und wer­ den besonders bei stofftransportgehemmten Elektrolyseprozessen in den unterschiedlich­ sten Bauformen eingesetzt. Rotierende Scheiben haben den Vorteil, daß sie in einem Stapel auf einer Welle befestigt werden können und damit auf kleinem Raum eine große Elektro­ denfläche bereitgestellt wird. Außerdem haben diese Zellen in der Regel einen kleinen Elek­ trodenabstand wodurch im Elektrolytspalt ein geringer Spannungsabfall zu verzeichnen ist. Für Metallabscheidungsprozesse ist diese Konstruktion jedoch nur bedingt einsetzbar, da es durch die Metallabscheidung in kurzer Zeit zu Elektrodenkurzschlüssen kommt. Für die Realisierung des Gedankens, das abgeschiedene Metall im laufenden Zellenbetrieb von den Kathoden abzuschaben, existiert besonders für schnellrotierende Elektroden keine Kon­ struktion die alle Ansprüche an eine sichere Funktion erfüllt und eine ausreichend lange, störungsfreie Betriebszeit garantiert.

Bei rotierenden Elektroden ergibt sich ein zusätzliches Problem. So werden durch die Zen­ trifugalbeschleunigung im Elektrodenspalt die Flüssigkeit stärker als die an den Elektro­ den entstehenden Gasblasen beschleunigt. Unterhalb einer kritischen Stromdichte für die Gasentwicklung ist dies ohne Bedeutung, da die Gasblasen im Flüssigkeitsstrom mitgeris­ sen werden, jedoch kommt es oberhalb dieser Stromdichte an der Rotationsachse zu einem Gasstau. Damit wird die Elektrolytförderung unterbrochen, die wirksame Elektrodenfläche verringert und es kommt zu einem unruhigen Lauf des Elektrodenstapels. Außerdem kann sich in der Zelle in gefährlicher Menge ein explosives Gasgemisch bilden, da häufig an den Elektroden Sauerstoff und Wasserstoff entladen wird.

In der Praxis werden besonders für die Beschleunigung des Stofftransportes an den Elektroden eine Vielzahl von Möglichkeiten realisiert.

Häufig verwendet man als Elektroden rotierende Scheiben. Für ein einfaches Elektrodensystem wurde bereits in der DE-PS 8 97 697 ein Rührkopf vorgestellt, der sowohl den Antrieb als auch den Stromanschluß einer rotierenden Elektrode ermöglicht.

Für die Erzielung einer hohen Elektrodenfläche verwendet man häufig einen Stapel hinterein­ andergeschalteter Elektroden. Bei Verwendung bipolarer Elektroden vereinfacht sich oft das Problem der elektrischen Verbindung dieser. Dafür seien als Beispiele die DE-OS 24 29 035 und die US-PS 42 03 818 genannt. Jedoch sind in beiden Beispielen weder Abstreifelemente auf den Elektroden noch eine Absaugvorrichtung für an den Elektroden entladene Gase vorhanden. Dies trifft sowohl für das in der DE-PS 35 30 010 für die Anwendung in einer Brennstoffzelle vorgestellte rotierende Elektrodenpaket, als auch für eine in der GB-PS 12 26 036 vorgestellte Konstruktion mit feststehenden Anoden und in ein Quecksilberbad ragenden, rotierenden Ka­ thodenscheiben zu.

Das Ziel dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Elektrolyseapparates, der sich auszeichnet durch

• - einen intensiven Stoffübergang an den Elektroden,
• - einen Abtrag von Ablagerungen von den Elektroden,
• - eine Förderung des Elektrolyten,
• - eine Absaugung der Elektrolysegase aus dem Elektrodenzwischenraum,
• - eine Sicherheitsschaltung des Elektrolysestromes gegen Trockenlauf der Zelle.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem aus mindestens einer rotie­ renden Elektrode und feststehenden Gegenelektrode bestehenden Elektrolyseapparat auf den rotierenden oder feststehenden Elektroden Abstreifelemente angebracht sind, sich am Ausgang der Zelle eine Flüssigkeitsstrahlpumpe befindet und vom inneren Raum der rotie­ renden Elektroden ein Kanal in den Düsenraum der Strahlpumpe führt. Der Kontakt eines am Düsenraum der Strahlpumpe angebrachten Unterdruckschalters ist mit einer Freigabe­ schaltung für den Elektrolysestrom verbunden.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht in der Einhaltung eines vorgegebenen Elek­ trodenabstandes auch bei Metallabscheidungsprozessen durch Abschaben des abgeschiede­ nen Metalls von der Kathode und Austragen des Metalls als Pulver mit dem Elektrolyt­ strom und durch die Verhinderung eines Gasstaues im Inneren des rotierenden Elektroden­ stapels indem durch den Unterdruck im Düsenraum einer am Zellenausgang befindlichen Flüssigkeitsstrahlpumpe diese Gase abgesaugt werden. Durch den Unterdruck wird gleich­ zeitig der Elektrolysestrom freigegeben, und bei Aussetzen der Elektrolytförderung wieder unterbrochen.

Die Abstreifelemente sind aus einem verschleißfesten, elektrisch isolierendem Material oder mit einem elektrisch isolierendem Überzug versehen. Dadurch wird das Entstehen von Kurzschlüssen verhindert, die zu einem Elektrodenabbrand, zu unkontrollierbaren chemi­ schen Reaktionen und zur Entzündung des Produktes oder der Elektrolysegase führen können.

Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist in einer Zeichnung erläutert. Hier ist eine Konstruktion mit zwei rotierenden Anoden, auf denen radial ausgerichtete Abstreif­ elemente angebracht sind und drei feststehende Kathoden dargestellt. Der Elektrolyt wird im Inneren des Elektrodenstapels zu- und am Umfang abgeführt. Es ist zweckmäßig, für die rotierenden Elektroden gelochte, geschlitzte oder ähnlich durchbrochene Bleche zu verwenden. Die Funktion der Gasabsaugung aus dem Elektrodenraum ist erkennbar.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Elektrolyseapparates bestehen in seiner breiten An­ wendung sowohl für Metallabscheidungs- als auch für stark gasentwickelnde Elektrolyse­ prozesse. Durch den hohen Stoffübergang an den Elektroden sind niedrige Depolarisator­ konzentrationen bei hohen Stromausbeuten möglich, und es kommt durch die intensive Elektrodenbewegung besonders in Elektrodennähe nur zu geringen pH-Wert-Änderungen. Die am Zellenausgang angebrachte Flüssigkeitsstrahlpumpe ermöglicht eine Absaugung des Gaspolsters im Innenraum des Elektrodenstapels sowie mittels eines Unterdruckschalters die Freigabe des Elektrolysestromes bei ordnungsgemäßer Elektrolytförderung.

Claims (4)

1. Elektrolyseapparat mit mindestens einer rotierenden, monopolaren Elektrode (1) und mindestens einer feststehenden Gegenelektrode (3), dadurch gekennzeichnet daß auf den rotierenden oder den festste­ henden Elektroden Abstreifelemente (2) angeordnet sind und daß sich am Ausgang der Zelle eine Flüssigkeitsstrahlpumpe (4) befindet, deren Düsenraum über einen Kanal (5) mit dem Innenraum der rotierenden Elek­ trode oder des rotierenden Elektrodenstapels verbunden ist, wobei sich an der Einmündung des Kanals in den Düsenraum ein Unterdruckschalter zur Freigabe des Elektrolysestroms befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die rotierenden Elek­ troden von zentralsymmetrischer, vorzugsweise kreisförmiger oder vieleckiger Form sind und aus einem gelochten, geschlitzten oder andersartig durchbrochenen Material bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung des Elek­ trolyten am inneren Teil der rotierenden Elektroden erfolgt und der Elektrolyt am Umfang der rotierenden Elektroden abgeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abstreifelemente aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen oder mit einem elektrisch nichtlei­ tendem Überzug versehen sind und auf den Elektroden oder Gegenelektroden gerad­ linig oder gekrümmt von einem inneren zu einem äußeren Abstand von der Rotations­ achse ausgerichtet sind und der äußere Abstand von der Rotationsachse mindestens dem äußeren Radius der rotierenden Elektroden entspricht.