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Vorrichtung zur Wasserelektrolyse Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur elektrolytischen Darstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus leitend gemachtem
Wasser, die ein Arbeiten und eine Gewinnung der elektrolytisch dargestellten Gase
unter hohem Druck mit der erforderlichen Sicherheit ermöglicht.
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Es ist bekannt, daß die Elektrolyse unter hohem Druck in zweifacher
Weise beträchtliche Einsparungen ermöglicht. Wird nämlich der Elektrolyt unter hohen.
Druck gesetzt, so gehen die Stromverluste erheblich zurück, so daß die Stromausbeute
mit hoher Annäherung gleich der theoretischen Ausbeute gemacht werden kann. Außerdem
«-erden die Gase Wasserstoff und Sauerstoff unter hohem Druck gewonnen, so daß sie
unmittelbar in Vorratslyehä,lter abgefüllt werden können, wobei die Zwischenverdichtung,
die normalerweise erforderlich ist, entbehrlich wird. Trotz dieser bekannten Vorteile
der Hochdruckelektrolyse ist es bisher nicht gelungen, völlig betriebssichere Einrichtungen
hierfür zu schaffen, so daß man in der Praxis die Elektrolyse immer noch mit normalem
Druck durchführt und die Gase zum Abfüllen in Druckflaschen nachträglich verdichtet.
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Die Anwendungsgebiete für die hochverdichteten Gase sind vielfältig
und werden sich durch die Verbilligung der Herstellung noch weiter ausdehnen lassen.
So wird durch dieHochdruckelektrolyse erst der Antrieb von Verbrennungsmotoren odier
Gasturbinen wirtschaftlich ermöglicht. Die Verwendung von Wasserstoffgas in der
chemischen Industrie, beispielsweise zur Hydrierung von Fetten aller Art, läßt sieh
weiter verbilligen, ebenso das autogene Schweißen und Schneiden.
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Erfindungsgemäß werden, die zur Entwicklung der Gase verwendeten Elektroden
als senkrecht
stehende Fächerelektroden ausgebildet, deren untere
Enden abgebogen und gegeneinandergerichtet sind.
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Weitenhin ist zwischen den senkrechten Teilen der Fächernelektroden
aus Sicherheitsgrüh.den eine Trennwand angeordnet, die zweckmäßig mit einer Kühleinrichtung,
beispielsweise mit inneren Rohrschlangen für die Führung eines Kühlmittels, ausgestattet
ist.
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Die günstigsten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn: der kleinste
gegenseitige Abstand der Fächerelektrode etwa doppelt so groß gewählt ist, wie die
Dicke der Trennwand.
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Um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen, ist es zweckmäßig,
eine sich selbsttätig regulierende Wasserzufuhr vorzusehen, die mit Rückschlagventilen
ausgestattet ist, die ein Zur(ü@cklaufen des, zur Erzielung -der.- Leitfähigkeit
mit Säure versetzten Wassers verhindern.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, auch eine selbsttätig wirkende Si,äiurezufuhr
zum Elektrolyseraum vorzusehen, die allerdings nur in begrenztem Umfang wirksam
wird, da der Säureverbrauch bei der Elektrolyse theoretisch gleich Null ist. Sowohl
für die Wasser- als auch für die Säurezufuhr werden beim Gegenstand der vorliegenden
Erfindung elektromagnetisoh betätigte und unter Federvorspannung stehende Ventile
verwenidet.
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Für die Wasserzufuhr sind zu diesem Zweck Steuerelektroden im.oberen
Teil der Elektrolysekammer vorgesehen, die die Betätigung der Ventile in Abhängigkeit
vom Wasserstand selbsttätig ermöglichen.
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Für die selbsttätige Säurezufuhr ist es zweckmäßig, ein Strom- oder
widerstandsabhängiges Relais vorzusehen, das in Abhängigkeit vom inneren Widerstand.
der Elektrolysekammer bzw. vom Stromabfall beim Ansteigen des," inneren Widerstandes
das oder die Ventile für die Säurezufuhr kurzzeitig freigibt.
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Die entwickelten Gase werden getrennt in geeigneten Vorratsbehältern
unter Druck gesammelt, wobei ein Druckausgleich zwischen den: Behältern vorgesehen
ist. Zu diesem Zweck sind die Behälter teilweise mit Fllüls,siglceit, beispielsweise
Wasser oder Ammoniakwasser, gefüllt und eine Druckausgleichsleitung vorgesehen,
die in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in den Behältern einen verschiedenen
Flüssigkeitsstand' ermöglicht. Weiterhin kann in diese Druckausgleichsleitung ein
Ausgleichsbehälter eingeschaltet sein, der ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt
ist.
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In: Abhängigkeit von der verschiedenen Standhöhe werden gemäß der
weiteren Erfindung elektrische Steuermittel betätigt, die eine Vergrößerung der
Druckdifferenz verhindern, und zwar entweder das Zapfventil mit zu geringem Druck
schließen oder an .dem Behälter, der einen zu hohen Druck aufweist, ein Auslaßventil
öffnen.
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Außerdem kann bei Auftreten der zu hohen Druckdifferenz auch der iElektrolysestrom
selbsttätig abgeschaltet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
schematisch 'dargestellt, das die Gesamtanlage ohne-Rücksicht auf die relativen
Größenverhältnisse und die praktisch-technische Durchbildung erkennen läßt.
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Mit i - ist ein -Vorratsbehälter für Wasser bezeichnet,- von dem das
Wasser über eine selbstregulierende Förderpumpe 2 und ein Handventil 3 zum Absperren
der Wasserzufuhr sowie ein elektromagnetisch, betätigtes Absperrventil q. und einstellbare--Düsen
5 in das, Innere der Elektrolysekammer 8, 9 gefördert wird. Mit 7 ist eine wassergekühlte
Trennwandbezeichnety die dieWasser.stoffelektrodenkammer 8 von der Sauerstoffelektrodenkammer
9 trennt die jedoch nicht bis zum Boden. der Kammer reicht.
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Die negative Elektrode in Form einer nach unten umgebogenen Fächerelektrode
isst mit io bezeichnet, die. entsprechende positive Elektrode mit z i.
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12 ist die negative Steuerelektrode und 13 die positive -Steuerelektrode,
die zur Einleitung bzw. Beschleunigung der Wasserzufuhr dient.
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Die positive Steuerelektrode 1q., die über der. Elektrode 13 angeordnet
ist, dient zur Absperrung der Wasserzufuhr. Im Stromkreis der Elektrode 13 liegt
ein Relais 15, durch das das Ventil 17 zur Verstärkung der Wasgerzufuhr betätigt
wird. Im Stromkreis der Elektrode, 14 liegt ein Relais 16, das das Ventil q. betätigt.
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Für die Säurezufuhr ist ein Strom- oder Widerstandsrelais 18 vorgesehen;
das, über ein ElektTosteuerventil ig einen Druck auf den Kolben 21 auszdü(ben gestattet,
der innerhalb des Säurebehälters 2o verschiebIlch gelagert ist. ;Auf diese Weise
ist es möglich, das Ventil z9 als normales Wasserventil auszubilden und den bereits
vorhandenen hohen Druck in der Wasserzufuhrleitung für die Säurezufuhr auszunutzen.
Die Säure gelangt vom .Dehiälter 2-o über säurefeste Rückschlagventile in die Elektrolysekammer.
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Mit 22 ist das negative Hauptstromzuführungskabel und mit 23 das positive
Kabel bezeichnet. Mit 2q. sind die Auslaßventile für die entwickelten Gase, die
ebenfalls als Rückschlagventile ausgebildet sind, bezeichnet.
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Mit 25 ist der Vorrats- und Reinigungsbehälter für das Wasserstoffgas
und mit 26 der Vorrats- und Reinigungsbehälter für das Sauerstoffgas bezeichnet.
In den beiden Behältern. ist ein gewisser Flüssigkeitsstand vorhanden, so daß die
von unten in die Behälter eingeleiteten Gase die Reinigungsflüssigkeit und hydraulische
Reinigungsfilter durchlaufen müssen. Zwischen den Behältern ist ein Druckausgleichsbehällter
z8 vorgesehen; der ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt ist und: über Leitungen 29
mit denn Vorratsbehältern 25 und 26 in Verbindung steht.
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30 sind die einstellbaren Rückscblagventile zum Abzapfen der
entwickelten Gase, die über Druckregler 32 in die Entnahmeleitungen 40 gelangen
und in dort unmittelbar angeschlossene Flaschen gefüllt werden; können..
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Innerhalb der Vorratsbehälter 25 und 26 sind elektrische Widerstände
od. ä. Steuereinrichtungen 31 vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem
Flüssigkeitsstand
in den Behältern die Sperrung der zugehörigen Entnahmeventile 32 dürchfüihren können.
Andererseits kann aber auch durch einten zu hohen Flüssigkeitsstand, beispielsweise
im Behälter 25, ein Ablaßventil am Behälter 26 betätigt «erden. Mit 33 ist die Stromquelle
bezeichnet.
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Zur Überwachung der Gasentwicklung ist eine Kontrollelektrode 35 vorgesehen,
die eine Kontrolllampe 34 betätigt, sobald Störungen an der Gasbildung auftreten.
36 und 37 sind die Zuleitungen für die Elektrosteuerung. Mit 38 ist ein Wasserkühler
und mit 39 eine Wasserpumpe bezeichnet, die das Kühlwasser für die Trennwand
7 und/ode-r die Wandungen,der Elektrolysekammer 8, g fördert bzw. umwälzt.