HU209837B

HU209837B - Bridging switching element

Info

Publication number: HU209837B
Application number: HU914065A
Authority: HU
Inventors: Pierluigi Attilio Vit Borrione; Maurizio Marzupio; Gregory Jean Eldon Morris
Original assignee: Permelec Spa Nora
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1994-11-28
Also published as: CA2058008A1; AU8825191A; JPH04301090A; IT1246987B; ZA919566B; IT9022510A0; IL100265A0; PT99890A; HUT59967A; CS398791A3; BR9105476A; RU2076908C1; IL100265A; IT9022510A1; MX9102715A; PL292897A1; ATE145255T1; FI915926A; FI915926A0; PL167716B1

Description

A leírás terjedelme: 12 oldal (ezen belül 6 lap ábra)Description: 12 pages (including 6 pages)

HU 209 837 ΒHU 209 837 Β

A találmány tárgya áthidaló kapcsolóelem villamos tápegységgel sorosan kapcsolt elektrolizáló berendezések, különösen pedig vizes oldatok elektrolízisénél alkalmazott monopolárisan elrendezett elektrolitikus cellákból álló elektrolizáló berendezések bármelyikének áthidalására.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a bridging coupling for bridging any electrolytic device in series connected to an electric power supply, in particular a monopolar electrolytic cell used in electrolysis of aqueous solutions.

Az olyan elektrolizáló berendezéseknél például, mint a klóralkáli szűrőpréses típusú membrán elektrolizáló berendezések, amelyeket nátriumklorid oldat elektrolízisénél lehet használni, az eljárás során könynyen megsérülhet a berendezés akkor, ha a sorosan kapcsolt elektrolizáló berendezések valamelyikét kikapcsoljuk. Ilyen károsodás lehet például az, hogy az áthidalandó elektrolizáló berendezés katódfelületén az elektrokatalitikusan aktív réteg a fellépő visszirányú áram hatására megsérülhet. Károsodás következhet be akkor is, ha túl nagy áram folyik az áthidalandó elektrolizáló berendezés előtti és utáni elektrolizáló berendezéseken keresztül. Ez a jelenség azért következik be, mert az áthidalás során az árameloszlás a kapcsolás helyén aszimmetrikus lesz.For example, electrolyzers, such as membrane electrolyzers of the chlor-alkali filter press type, which can be used in the electrolysis of sodium chloride solution, can be easily damaged by switching off one of the serially connected electrolysers. Such damage may be, for example, that the electrocatalytically active layer on the cathode surface of the electrolyzer to be bridged may be damaged by the reverse current. Damage can also occur if too much current flows through the electrolysis equipment before and after the electrolyzer to be bridged. This phenomenon occurs because the current distribution at the junction will be asymmetric during the jumper.

Ismeretes, hogy azoknál az elektrokémiai eljárásoknál, ahol az elektrolizáló berendezésekben hidrogént és oxigént a víz elektrolízisével állítják elő, vagy ahol nátriumklorid oldat elektrolízisével klórt és szódát állítanak elő, az elektrolizáló berendezések elektrokémiai cellákból állnak. Maguk az elektrolizáló berendezések olyan elemi cellák sorozatából vannak kiképezve, amelyek lehetnek bipoláros vagy monopoláros elrendezésűek. Az utóbbi esetben, amikor egyetlen elektrolizáló berendezés igen nagy számú villamosán párhuzamosan kapcsolt elemi cellát tartalmaz, különösen nagy áramok folynak. A DE OS 2 834 570 számú szabadalmi leírásban elektrolizáló berendezés van ismertetve, amely olyan áthidaló kapcsolóelemet tartalmaz, amely egyetlen elektrokémiai cella áthidalására szolgál sorosan kapcsolt elektrokémiai cellák esetében. Amikor egy cellát ki kell iktatni szervizelésre vagy kezelésre, ezt a cellát át kell hidalni vagyis le kell söntölni. Amikor az itt ismertetett áthidaló kapcsolóelem zár, az áram átfolyik a kapcsolóelemen. Ekkor iktatható ki a már áthidalt elektrolizáló berendezés. A visszirányú áram akkor lép fel, amikor a kiiktatott elektrolizáló berendezés ismét a helyére kerül.It is known that in electrochemical processes where hydrogen and oxygen are produced by electrolysis of water in electrolysis plants or where chlorine and soda are produced by electrolysis of a sodium chloride solution, the electrolysis plants consist of electrochemical cells. The electrolysers themselves are made up of a series of elementary cells which may be bipolar or monopolar. In the latter case, when a single electrolysis device contains a very large number of electrically parallel-connected element cells, particularly high currents occur. DE OS 2,834,570 discloses an electrolysis device comprising a jumper for bridging a single electrochemical cell in a series of electrochemically connected cells. When a cell needs to be disassembled for service or treatment, this cell must be bridged, i.e. shunted. When the bridging member described herein closes, current flows through the member. This will eliminate the already bridged electrolysis device. The reverse current occurs when the electrolyzer that has been bypassed is replaced.

További ismert megoldások vannak az US 4 561 949 és az US 4 589 966 számú szabadalmi leírásokban ismertetve. Mindkét leírás rövidrezáró, áthidaló elemet ismertet, amely az áthidalandó elektrolizáló részen folyó áramnak legalább egy részét az elektrolizáló berendezés körül folyatja. Mindkét szabadalomban ismertetett megoldás arra vonatkozik, hogy az áramot úgy vezetik az elektrolizáló berendezés körül, hogy az áthidalandó elektrolizáló résznél visszirányú áram ne jöjjön létre.Other known solutions are described in U.S. Patent Nos. 4,561,949 and 4,589,966. Both descriptions describe a short-circuiting, bridging element that flows at least a portion of the current flowing through the electrolyzer portion to be bridged around the electrolyzer. The solution described in both patents is that the current is conducted around the electrolyzer so that no reverse current is generated at the electrolyzer portion to be bridged.

Egyik szabadalom sem ismertet azonban olyan megoldást, amely lehetővé teszi, hogy az áram a cellasorban mind az áthidalandó és lekapcsolandó elektrolizáló berendezés előtt, mind pedig utána egyenletes eloszlású legyen.However, no patent provides a solution that allows the current in the cell line to be uniformly distributed both before and after the electrolysis device to be bridged and switched off.

A fent említett megoldás hiányosságai a következők:The disadvantages of the above solution are:

Ha az áthidaló kapcsolóelemnek, ahogyan az idézett US 4 561 949 és az US 4 589 966 számú szabadalmi leírásokban ismertetve van, csak két leágazása vagy áramvezető sínje van, azok az áthidalandó elektrolizáló berendezést közvetlenül megelőző és közvetlenül utána lévő elektrolizáló berendezések oldalsó érintkezőivel tudnak csak kapcsolódni, ahogyan ez a találmányunk leírásának 1. ábráján, mint az ismert megoldásokat bemutató rajz, van ismertetve. Látható tehát, hogy monopoláros elrendezésű elektrolizáló berendezések esetében, amelyek nagyszámú cellasorból állnak, az árameloszlás az áthidalandó elektrolizáló berendezést közvetlenül megelőző és közvetlenül utána lévő elektrolizáló berendezések szélső celláit veszélyes mértékben túlterheli. Ezt is bemutatjuk a leírásunk 2. ábráján. Ez a veszély némiképp csökken a DE OS 2 834 570 számú szabadalmi leírásban ismertetett áthidaló kapcsolóelemnél, amely az elektrolizáló berendezések alatt van elhelyezve, és a két leágazás az áthidalandó elektrolizáló berendezést közvetlenül megelőző és közvetlenül utána lévő elektrolizáló berendezések középső sínjeihez csatlakoztatható.If the jumper switch as described in U.S. Patent Nos. 4,561,949 and 4,589,966, cited above, has only two taps or conductor rails, they can only connect to the side contacts of the electrolysers immediately before and immediately after the electrolytic device to be bridged. 1, as shown in Figure 1 of the present invention, as a drawing showing known solutions. Thus, it can be seen that, in the case of electrolysers with a monopolar array, consisting of a plurality of cell lines, the current distribution overloads the extreme cells of the electrolysers immediately before and immediately after the electrolyzer to be bridged. This is also illustrated in Figure 2 of this specification. This danger is somewhat reduced by the jumper coupling described in DE OS 2 834 570, which is located below the electrolysers, and the two branches can be connected to the middle rails of the electrolysers immediately before and immediately after the electrolyser.

Hasonlóan van az US 3 930 978 sz. szabadalmi leírásban ismertetett megoldás is megvalósítva. A leágazások - itt több van - itt is az elektrolizáló berendezések alatt vannak elhelyezve.Similarly, U.S. Pat. No. 3,930,978. The solution described in U.S. Pat. The junctions - there are more here - are also located below the electrolysers.

Mindkét megoldás hátránya, hogy a cellákat költséges szerkezetekkel kell felemelt helyzetbe helyezni, azaz a különböző tartó és kiegészítő elemek ipari körülmények közötti alkalmazásukat nehézkessé teszi.The disadvantage of both solutions is that the cells have to be raised with expensive structures, which makes it difficult to use the various supporting and auxiliary elements in industrial conditions.

Ha az áthidaló kapcsolóelemek nem az elektrolizáló berendezések alatt vannak elhelyezve, mint DE OS 2 834 570 és az US 3 930 978 számú szabadalmi leírásokban ismertetett áthidaló kapcsoló elemek, hanem az elektrolizáló berendezésekből képezett sorok mellett oldalt, úgy problémát jelent az áthidalt elektrolizáló berendezés eltávolítása. Ehhez ugyanis különleges és költséges emelőszerkezetekre van szükség, aminek működtetése, éppen a cellák jellege miatt veszélyes is lehet, ugyanakkor azokat a csarnokokat, ahol ilyen berendezések vannak a szokásosnál magasabbra kell építeni, ami szintén költséges.If the bridging couplings are not located underneath the electrolysers, such as the bridging couplings described in DE OS 2,834,570 and US 3,930,978, but side by side with rows of electrolysers, it is a problem to remove the bridged electrolyser. This requires the use of special and expensive lifting equipment, which can be dangerous due to the nature of the cells, but the halls with such equipment must be built higher than usual, which is also expensive.

További hiányossága az ismert megoldásoknak, hogy az itt alkalmazott áthidaló kapcsolóelemek érintkezőinek az élettartama az átkapcsoláskor keletkező ívben disszipálódó energia miatt korlátozott. Ezen hátrányt hivatott kiküszöbölni a DE OS 2 834 570 számú szabadalmi leírásban ismertetett áthidaló kapcsolóelem, amely számos kapcsolót tartalmaz, amelyek egymástól szigetelt leágazásokhoz vannak csatlakoztatva. Az áthidaló kapcsolóelem az elektrolizáló berendezéssor mellett van elhelyezve, amely azonban a már említett hátránnyal jár. Ennél az elrendezésnél a leágazások számát az határozza meg, hogy az egyes kapcsolók kontaktusain mekkora lehet a terhelés.A further disadvantage of the known solutions is that the lifetime of the contacts of the jumper switches used herein is limited due to the energy dissipated in the arc generated during the switching. This drawback is to be overcome by the bridging coupling described in DE OS 2 834 570, which includes a plurality of switches connected to insulated terminals. The bridging coupling is located adjacent to the electrolyzer line, which however has the disadvantage mentioned above. In this arrangement, the number of branches is determined by the load that can be applied to the contacts of each switch.

Mindegyik előbb idézett megoldásnál az áthidalt elektrolizáló berendezésen visszirányú áram folyik, amely az elektródokat károsíthatja. AZ US 4 589 966 számú szabadalmi leírásban ismertetett megoldás olyan kapcsolósort alkalmaz, amelyek mindegyike megfelelő ellenállással is össze van kapcsolva. Megfe2In each of the foregoing embodiments, the bridged electrolysis device carries a reverse current that can damage the electrodes. The solution disclosed in US 4,589,966 employs a series of switches, each of which is coupled to a suitable resistor. Megfe2

HU 209 837 Β lelő kapcsolási sorrend esetén ezekkel a kacsolókkal elérhető, hogy az áthidalandó elektrolizáló berendezésen az áram fokozatosan nullára csökkenjen az átkapcsolás végére. Ilymódon a visszirányú áram megakadályozható vagy legalábbis nagymértékben csökkenthető. Egyik szabadalom sem ismertet azonban olyan megoldást, amely lehetővé teszi, hogy az áram a cellasorban mind az áthidalandó és lekapcsolandó elektrolizáló berendezés előtt, mind pedig utána egyenletes legyen.In the case of a switching sequence, these switches are used to gradually reduce the current in the electrolyzer to be bridged to the end of the switching. In this way the reverse current can be prevented or at least greatly reduced. However, none of the patents discloses a solution that allows the current in the cell line to be uniform before and after the electrolyser to be bridged and switched off.

A találmánnyal célul tűztük ki egy olyan berendezés kidolgozását, amely az ismert megoldások hiányosságait kiküszöböli, egyenletes árameloszlást biztosít a monopoláros elektrolizáló berendezések elem celláiba, továbbá feleslegessé teszi a megfelelő kontaktusok létrehozásához a csavaros kötés alkalmazását az elektrolizáló berendezés érintkezői és a kapcsolóelem leágazásai között, valamint könnyen hozzáférhetővé teszi az egyes cellákat áthidalás során is.The object of the present invention is to provide a device which eliminates the drawbacks of the known solutions, provides a uniform distribution of current in the cells of the monopolar electrolysers, and eliminates the need for screw connections between the contacts of the electrolyser and makes each cell accessible during bridging.

Felismertük ugyanis, hogy ha felülről helyezzük el az áthidaló kapcsolóelemet, úgy a cellák számával megegyező számú leágazás segítségével könnyen valósítható meg a kapcsolat a leágazások és cellák között, továbbá az áthidaló kapcsolóelem alatt szerelhető az áthidalt elektrolizáló berendezés, mitöbb egyszerű guruló eszközzel el is szállítható, és alkalmas a tápfeszültségre sorosan kapcsolt elektrolizáló berendezések közül bármelyiknek a lekapcsolására. Előnyösen pedig a találmány szerinti megoldás vizes oldatok elektrolíziséhez használt monopoláros elektrolitikus elektrolizáló berendezésekben alkalmazható úgy, hogy megakadályozza a lekapcsolandó elektrolizáló berendezés előtti és utáni elektrolizáló berendezés celláiban az áram aszimmetriáját, és megakadályozza, hogy visszirányú áram folyjon az elektrolizáló berendezésbe.It has been discovered that by placing the jumper on top, the number of taps allows the connection between the taps and cells to be easily accomplished, and the bridged electrolyzer can be mounted underneath the jumper, and capable of switching off any of the electrolysers connected in series to the power supply. Advantageously, the present invention is applicable to monopolar electrolytic electrolyzers used for electrolysis of aqueous solutions by preventing current asymmetry in the cells of the electrolyzer before and after the electrolyzer to be disconnected and preventing backflow into the electrolyzer.

A találmány tehát áthidaló kapcsolóelem elektrolizáló berendezés áthidalására, ahol az elektrolizáló berendezések sorozata van sorosan az elektrolízis áramot létrehozó tápegységre csatlakoztatva, és az elektrolizáló berendezések egyedi, monopolárosan elrendezett elektrolízis cellákból állnak, amelyek mindegyikének azonos oldalon elrendezett anódkivezetése és katódkivezetése (14) van, és az áthidaló kapcsolóelem el van látva az áthidalandó elektrolizáló berendezést közvetlenül megelőző elektrolizáló berendezéshez és az áthidalandó elektrolizáló berendezés utáni elektrolizáló berendezéshez csatlakozó leágazásokkal.The present invention thus provides a bridging coupling element for bridging an electrolysis device, wherein a series of electrolysis devices are connected in series to the electrolytic current generating power supply, and the electrolysis devices consist of unique monopolarly arranged electrolysis cells having the bridging coupling being provided with branches for the electrolysis device immediately preceding the electrolysis device to be bridged and the electrolyzing device after the electrolyzing device to be bridged.

A találmány lényege abban van, hogy az áthidaló kapcsolóelem az elektrolizáló berendezések fölött van elhelyezve, és egy sor első leágazása az áthidalandó elektrolizáló berendezést megelőző elektrolizáló berendezés minden egyes cellájának az anódkivezetésére, egy sor második leágazása az áthidalandó elektrolizáló berendezést követő elektrolizáló berendezés minden egyes cellájának a katódkivezetésére van kapcsolva, és az első és a második leágazások az áthidaló kapcsolóelemben egy, az áthidalást egyenletes árameloszlással megvalósító belső áramkörrel vannak összekapcsolva.SUMMARY OF THE INVENTION The bridging coupling is positioned above the electrolysers, and a first row of rows for the anode terminal of each cell of the electrolyser preceding the electrolyzer to be bridged, and a second row of runners for each cell of the electrolyzer after the bridging device. is connected to its cathode terminal and the first and second branches in the jumper are connected to an internal circuit which provides a uniform current distribution of the jumper.

Előnyös a találmány azon kiviteli alakja, ahol az első és második leágazások az anódkivezetésekhez illetőleg a katódkivezetésekhez súrlódással rögzített csatlakozással vannak kapcsolva.It is a preferred embodiment of the invention in which the first and second branches are connected to the anode terminals and to the cathode terminals by frictional connection.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol első és a második leágazások rugalmas elemek.A further embodiment of the invention is provided wherein the first and second branches are resilient elements.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol az első és a második leágazások merev elemek.Another embodiment of the invention wherein the first and second branches are rigid elements is preferred.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol az áthidaló kapcsolóelem súrlódással rögzített csatlakozások rugós csipesszerű elemek.Another embodiment of the present invention wherein the bridging coupling frictional joints are spring-like clips.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol a súrlódással rögzített csatlakozások az áthidaló kapcsolóelem súlyának a hatására záródó elemként vannak kiképezve.Another preferred embodiment of the invention is that the friction-locked connections are designed to be closed by the weight of the bridging coupling.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol a belső áramkör el van látva legalább egy, az első leágazásokat összekapcsoló első gyűjtősínnel, és legalább egy, a második leágazásokat összekapcsoló második gyűjtősínnel és a gyűjtősínek legalább egy kapcsolóval vannak össszekapcsolva.Another preferred embodiment of the invention is wherein the internal circuit is provided with at least one first busbar connecting the first plugs and at least one second busbar connecting the second plugs and at least one switch busbar.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol az összes első leágazás egy első gyűjtősínnel és az összes második leágazás egy második gyűjtősínnel van összekapcsolva.A further preferred embodiment of the invention is where all the first branches are connected to a first busbar and all the second branches are connected to a second busbar.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol minden egyes első leágazás és minden egyes második leágazás egy-egy első gyűjtősínnel, egy első kapcsolóval és egy-egy második gyűjtősínnel van egymással összekapcsolva.Another preferred embodiment of the invention is where each first branch and each second branch are interconnected with a first busbar, a first switch and a second busbar.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol a második gyűjtősínek és a kapcsoló közé sorosan egy további, ellenállással áthidalt kapcsoló van iktatva.Another preferred embodiment of the invention is a further resistor-bridged switch in series between the second busbars and the switch.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol az összes első leágazás egyetlen első gyűjtősínnel, az összes második leágazás egyetlen második gyűjtősínnel van összekapcsolva, és a gyűjtősínek egy kapcsoló valamint egy ellenállással áthidalt kapcsoló soros kapcsolásával vannak összekötve.A further preferred embodiment of the invention is where all the first branches are connected to a single first busbar, all of the second branches are connected to a single second busbar, and the busbars are connected by a serial connection of a switch and a resistor bridged switch.

Előnyös továbbá a találmány azon kiviteli alakja, ahol minden egyes első leágazás és minden egyes második leágazás egy-egy kapcsolóból és kapcsolóval áthidalt ellenállásból álló soros áramkörrel vannak öszszekapcsolva.A further preferred embodiment of the present invention is that each of the first branches and each of the second branches are connected by a series circuit consisting of a switch and a resistor bridged by a switch.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakja segítségével a mellékelt ábrákon mutatjuk be részletesebben. AzThe invention will now be illustrated in more detail with reference to an exemplary embodiment in the accompanying drawings. The

1. és 2. ábrán az önmagában ismert áthidaló kapcsolóelemek egy-egy kiviteli alakja látható, aFigures 1 and 2 show one embodiment of the bridging couplings known per se;

3., 4. és 5. ábrán a találmány egy példakénti kiviteli alakjának felülnézete, elölnézete és oldalnézete látható, aFigures 3, 4 and 5 are top, front and side views of an exemplary embodiment of the invention, respectively.

6. ábrán a 3., 4. és 5. ábrákon látható kiviteli alak térbeli elrendezése látható, aFigure 6 is a spatial arrangement of the embodiment shown in Figures 3, 4 and 5, a

7. ábrán a találmány egy további példakénti kiviteli alakja látható vázlatosan, aFig. 7 is a schematic diagram of a further embodiment of the invention, a

8., 9. és 10. ábrán pedig a találmány szerinti kapcsolóelem részletesebb kiviteli alakjai láthatók.8, 9 and 10 show more detailed embodiments of the coupling according to the invention.

Visszatérve az ábrákra, az 1. és 2. ábrákon látható egy önmagában ismert 8 áthidaló kapcsolóelem, amelynek segítségével egy 2 elektrolizáló berendezés, amely 4 és 5 cellákat tartalmazó 1 és 3 elektrolizáló berendezések kö3Referring now to the figures, Figures 1 and 2 show a bridging coupling element 8 known per se, by means of which an electrolyser 2, which comprises cells 1 and 3 containing cells 4 and 5,

HU 209 837 Β zött van, a 8 áthidaló kapcsolóelemmel áthidalható. A e áthidaló kapcsolóelem az 1 és 3 elektrolizáló berendezésekhez csatlakoztatott 6 és 7 gyűjtősínnel van összekapcsolva. A 2. ábrán a szaggatott vonal azt az i áramot mutatja, amely az 1 és 3 elektrolizáló berendezések felé folyik akkor, ha a 8 áthidaló kapcsolóelemet zárjuk. A szaggatott vonallal jelölt i áram azt az áramnövekedést jelzi, amely azokban az 1 és 3 elektrolizáló berendezésekben, amelyek a 8 áthidaló kapcsolóelemhez legközelebb vannak, fellép.GB 209 837 Β can be bridged by the 8 jumper switches. The jumper e is connected to a busbar 6 and 7 connected to the electrolysers 1 and 3. In Figure 2, the dashed line shows the current i to the electrolysers 1 and 3 when the jumper 8 is closed. The dashed current i indicates the current increase in the electrolysers 1 and 3 closest to the jumper 8.

A 3., 4. és 5. ábrákon a találmány egy kiviteli alakja látható felülnézetben, elölnézetben, a felülnézet X-X vonal mentén vett metszetében, és oldalnézetben. A 3., 4. és 5. ábrákon látható kiviteli alaknál három 1, 2 és 3 elektrolizáló berendezés van sorba kötve, és az 1 elektrolizáló berendezés egymással szomszédosán elhelyezett elektrolitikus 4 cellákat, a 3 elektrolizáló berendezés pedig elektrolitikus 5 cellákat tartalmaz. Az áthidalandó 2 elektrolizáló berendezés fölött van a 8 áthidaló kapcsolóelem elhelyezve, amellyel a 2 elektrolizáló berendezést az áramkörből kizárjuk. A 8 áthidaló kapcsolóelem 9 és 10 tartóelemekkel van megfogva, és rögzítve az 1 és 3 elektrolizáló berendezésekhez, villamosán pedig az egyes monopolárosan elrendezett 4 cellák 11 anódkivezetéseihez van első 12 leágazásokkal csatlakoztatva. A 8 áthidaló kapcsolóelem az egyes monopolárosan elrendezett 5 cellák 14 katódkivezetéseihez második 13 leágazásokon keresztül vannak csatlakoztatva. Annak érdekében, hogy a megfelelő kis ellenállású kapcsolást tudjuk létrehozni, az első 12 leágazások és a 11 anódkivezetések, valamint a második 13 leágazások és a 14 katódki vezetések közötti csatolás lehet merev vagy rugalmas, de mindenképpen rugózó megfogású kell legyen az alsó végük. Ezek a rugózó vagy rugóval terhelt befogóelemek a 11 anódkivezetéseknek és 14 katódki vezetéseknek a szalagszerű részét a 8 áthidaló kapcsolóelem súlyával szorítják. Maga a 8 áthidaló kapcsolóelem utólag is rugóra csatlakoztatható, amely lehetővé teszi, hogy a 8 áthidaló kapcsolóelemet az adott termen belül mindig ahhoz az 1, 2 vagy 3 elektrolizáló berendezéshez vigyük, amelyet a sorba kapcsolt 1, 2 vagy 3 elektrolizáló berendezések közül rövidre kell zárni.Figures 3, 4 and 5 show a top view, a front view, a sectional view of the top view taken along the X-X line, and a side view of an embodiment of the invention. In the embodiment shown in Figures 3, 4 and 5, three electrolysers 1, 2 and 3 are connected in series and the electrolyser 1 comprises electrolytic cells 4 adjacent to each other and the electrolyzer 3 comprises electrolytic cells 5. Above the electrolyser device 2 to be bridged is a bridging switch element 8, which excludes the electrolyser device 2 from the circuit. The bridging coupling 8 is secured to the electrolysers 1 and 3 by means of brackets 9 and 10 and is electrically connected to the anode terminals 11 of each of the monopolarly arranged cells 4. The bridging coupling 8 is connected to the cathode terminals 14 of each of the monopolarly arranged cells 5 via second junctions 13. In order to provide the appropriate low resistance coupling, the coupling between the first branches 12 and the anode terminals 11 as well as the second branches 13 and the cathode leads 14 may be rigid or flexible, but their lower end must be spring-loaded. These spring-loaded or spring-loaded clamps clamp the ribbon-like portion of the anode terminals 11 and cathode leads 14 by the weight of the bridging coupling 8. The bridging coupling 8 itself can be retrofitted to a spring, which allows the bridging coupling 8 to be transported, within a given room, to the electrolyser 1, 2 or 3 to be short-circuited of the electrolysers 1, 2 or 3 connected in series. .

A 6. ábrán látható az 1, 2 és 3 elektrolizáló berendezések sorozatából álló elektrolizáló elrendezés, amelynél a 3., 4. és 5. ábrákon látható kiviteli alakot alkalmaztuk.Fig. 6 shows an electrolysis arrangement consisting of a series of electrolysers 1, 2 and 3 in which the embodiment shown in Figures 3, 4 and 5 is applied.

A 7. ábrán egy hasonló elrendezés látható, itt azonban a 8 áthidaló kapcsolóelem nem az 1, 2, 3 elektrolizáló berendezések fölött, hanem azok alatt van elhelyezve, és az elektrolizáló tér alatt mozgatott sínen továbbítható.Fig. 7 shows a similar arrangement, but here the bridging coupling 8 is not placed above but underneath the electrolysers 1, 2, 3 and can be conveyed on a rail moved under the electrolysis space.

A villamos áram az elektrolitikus 4 cellák, amelyek az áthidalandó 2 elektrolizáló berendezést megelőző 1 elektrolizáló berendezésben vannak, 11 anódkivezetésein keresztül jut a 8 áthidaló kapcsolóelem első 12 leágazásaihoz, majd innen a 8 áthidaló kapcsolóelemben lévő 19 ellenálláson keresztül a második 13 leágazásokra, innen pedig a 14 katódkivezetésekre, amely 14 katódkivezetések az áthidalandó 2 elektrolizáló berendezés utáni 3 elektrolizáló berendezéshez tartoznak. Az áram az elektrolitikus 4 cellák felől haladva fokozatosan csökken és egyenletesen elosztva jut el az elektrolitikus 5 cellákhoz. Ily módon a bevezetőben említett és a technika állásánál jelentkező árameloszlási aszimmetria kialakulása teljes mértékben kiküszöbölhető.The electricity flows through the anode terminals 11 of the electrolytic cells 4 contained in the electrolyser 1 preceding the electrolysis device 2 to be bridged, to the first terminals 12 of the bridging switch element 8, then through the resistor 19 in the bridging switch element 8 to the second terminals 13. Cathode terminals 14, which cathode terminals 14 belong to the electrolyser 3 after the electrolysis device 2 to be bridged. The current from the electrolytic cells 4 gradually decreases and is distributed evenly to the electrolytic cells 5. In this way, the development of current distribution asymmetry mentioned in the introduction and occurring in the prior art can be completely eliminated.

A 8., 9. és 10. ábrákon a 8 áthidaló kapcsolóelem egy-egy példakénti kiviteli alakja látható. A 8. ábrán látható példakénti kiviteli alaknál az első 12 leágazások első 15 gyűjtősínhez, a második 13 leágazások második 16 gyűjtősínekhez vannak csatlakoztatva oly módon, hogy a 15 és 16 gyűjtősínek keresztmetszete lényegesen nagyobb, mint a korábbi ábrákon bemutatott 6 és 7 gyűjtősíneknek a keresztmetszete. A megfelelően méretezett keresztmetszet segítségével meg lehet akadályozni azt, hogy az áram a 2 elektrolizáló berendezésnek a cellái előtti és utáni 1 és 3 elektrolizáló berendezésekhez aszimmetrikusan jusson el. Az elsői 2 leágazás a 11 anódkivezetésekhez, a második 13 leágazás pedig a 14 katódkivezetésekhez van csatlakoztatva oly módon, hogy az első 15 gyűjtősín és egy 17 kapcsolósín, egy 18 kapcsolóval áthidalt 19 ellenálláson van a második 16 gyűjtősínhez csatolva. Az átkapcsolás során először a 17 kapcsolót zárjuk és a teljes áthidalandó áram a 19 ellenálláson folyik keresztül. A fennmaradó kicsi áram, amely még az áthidalandó 2 elektrolizáló berendezéshez folyik, lehetővé teszi, hogy a 2 elektrolizáló berendezésben olyan viszonyok alakuljanak ki, amely a visszirányú áramot megakadályozza. A 17 kapcsoló zárása után egy idő elteltével zárjuk a 18 kapcsolót is, és ekkor következik be tulajdonképpen a kiiktatandó 2 elektrolizáló berendezés teljes áthidalása, és mindez anélkül, hogy lényeges visszirányú áram haladt volna át magán a 2 elektrolizáló berendezésen.Figures 8, 9 and 10 show an exemplary embodiment of the bridging coupling 8. In the exemplary embodiment of Fig. 8, the first branches 12 are connected to a first busbar 15, the second branches 13 to a second busbar 16 such that the busbars 15 and 16 have a substantially larger cross section than the busbar 6 and 7 shown in the previous figures. An appropriately dimensioned cross-section prevents the current from being supplied asymmetrically to the electrolysers 1 and 3 before and after the cells. The first branch 2 is connected to the anode terminals 11 and the second branch 13 to the cathode terminals 14 such that the first busbar 15 and a switch rail 17 are connected to the second busbar 16 by a resistor bridged by a switch 18. During the switching, the switch 17 is first closed and the total current to be bridged flows through the resistor 19. The remaining small current flowing to the electrolyzer 2 to be bridged allows the electrolyzer 2 to develop conditions that prevent reverse current. After the switch 17 is closed, after a while the switch 18 is closed, and this is the time when the electrolyzer 2 to be bypassed is completely bypassed, without any significant reverse current passing through the electrolyzer 2 itself.

A 9. ábrán egy további kiviteli alak látható, ahol az első 12 kivezetések két 20 és 21 gyűjtősín alegységre vannak csatlakoztatva, és hasonló módon a 13 leágazások is két 22 és 23 gyűjtősín alegységre vannak csatlakoztatva. A 20 gyűjtősín alegység 27 kapcsolón és 28 kapcsolóval áthidalt 29 ellenálláson keresztül van a 22 gyűjtősín alegységhez csatlakoztatva, míg a 21 gyűjtősín alegység 24 kapcsolón és 25 kapcsolóval áthidalt 26 ellenálláson keresztül van a 23 gyűjtősín alegységre csatlakoztatva. Az egyes 20-23 gyűjtősín alegységek megfelelően szigetelve vannak egymástól.Figure 9 shows a further embodiment wherein the first terminals 12 are connected to two busbar subunits 20 and 21, and similarly, the branches 13 are connected to two busbar subunits 22 and 23. The busbar subunit 20 is connected to the busbar subunit 22 via switch 27 and switch 28, while the busbar subunit 21 is connected to the busbar subunit 23 via switch 24 and switch 25 bypassed resistor 26. Each busbar assembly 20-23 is suitably insulated from one another.

Azáltal, hogy az eredetileg egyetlen 15 illetőleg 16 gyűjtősínként szereplő egységet 20 és 21, illetőleg 22 és 23 gyűjtősín alegységekre osztottuk, lehetővé vált, hogy a fent említett áramaszimmetria kialakulását kiküszöböljük anélkül, hogy nagyon vastag 6 és 7 gyűjtősínre lenne szükség, ily módon tehát az áramköri elrendezésnek a költségei a korábbi megoldásokhoz képest kisebbek.By dividing the originally single busbar unit 15 and 16 into subunits 20 and 21 and 22 and 23, it was possible to eliminate the formation of the aforementioned flow symmetry without the need for a very thick busbar 6 and 7. Circuit layout costs are lower than previous solutions.

A 10. ábrán a 9. ábrán bemutatott áramkör azon kiviteli alakja látható, ahol minden egyes első 12 leágazás és minden egyes második 13 leágazás a saját kapcsolóegységen, amely 30 és 31 kapcsolókat és 32 ellenállást tartalmaz, keresztül vannak egymással összekapcsolva. Ennél a kiviteli alaknál természetesen bizto4FIG. 10 illustrates an embodiment of the circuit of FIG. 9, wherein each of the first terminals 12 and each of the second terminals 13 are interconnected via their own switching unit comprising switches 30 and 31 and resistors 32. Of course, this embodiment is safe4

HU 209 837 Β sítani kell azt, hogy a 30 illetőleg 31 kapcsolók szinkronban üzemeljenek. Ugyanúgy biztosítani kell természetesen a 9. ábrán látható kiviteli alaknál, hogy a 24 illetőleg 27, valamint a 25 illetőleg 28 kapcsolók szinkronban üzemeljenek.The switches 30 and 31 must be synchronized. Of course, in the embodiment shown in Fig. 9, of course, the switches 24, 27 and 25 and 28, respectively, must be synchronized.

A találmány jobb megértéséhez megemlítjük azt, hogy a fajlagos ellenállás egy olyan egyenáramú ellenállás, amely egy adott anyag párhuzamos és szembenálló oldalai között mérhető, amely anyagnak egységnyi a hossza és egységnyi a keresztmetszete. Az anyagnak a fajlagos ellenállása határozza meg az anyag által létrehozható ellenállást, és ez az ellenállás az alábbi képlet szerint határozható meg:For a better understanding of the invention, it is noted that the specific resistance is a DC resistance measured between the parallel and opposite sides of a material, which has a unit length and a uniform cross-section. The specific resistance of a material determines the resistance that the material can produce, and this resistance is given by the following formula:

R = pxL/A (1) aholR = pxL / A (1) where

R = az ellenállás értéke pohm-ban, p - a fajlagos ellenállás pohm/centiméterben,R = resistance value in µm, p - specific resistance in µm / cm,

L = a hossz centiméterben,L = length in cm,

A = a keresztmetszet cm²-ben.A = cross section in cm ² .

A különböző fémeknek a fajlagos ellenállása a következő:The specific resistances of the various metals are as follows:

FÉM FAJLAGOS ELLENÁLLÁS (pohm/cm) alumínium 2,655 réz 1,673 öntöttvas 75-98 ólom 20,65 magnézium 4,46 nikkel 6,84 acél 11-45METAL SPECIFIC RESISTANCE (pm / cm) aluminum 2,655 copper 1,673 cast iron 75-98 lead 20.65 magnesium 4.46 nickel 6.84 steel 11-45

Az 1. és 2. ábrán látható kiviteli alaknál a feszültségugrás, illetőleg feszültségváltozás a 6 és 7 gyűjtősíneken úgy határozható meg, hogy:In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the voltage jump or the change in voltage on the busbars 6 and 7 can be determined by:

V = 0,5xR/I (2)V = 0.5xR / I (2)

R - az (1) képletben megadott egyenlet alapján határozható meg,R - is defined by the equation in formula (1),

I - pedig az az összáram, amely az elektrolizálón keresztül folyik.I - is the total current flowing through the electrolyzer.

Tegyük fel, hogy az összáram 60 000 A, az L hosszúság 200 cm, az A keresztmetszet pedig 100 cm², ekkor a gyűjtősínen a feszültségugrás értéke 0,1 V.Suppose the total current is 60,000 A, the length L is 200 cm, and the cross section A is 100 cm ² , in which case the voltage jump on the busbar is 0.1 V.

Ez egyúttal azt is jelenti, hogy ha az önmagában ismert rövidrezáró elemet használjuk a 6 és 7 gyűjtősíneknek az áthidalására, akkor az a 2. ábrán látható megoldásnál az áthidalt 2 elektrolizáló berendezés élőt ti és utáni 1 és 3 elektrolizáló berendezésben a 6 és 7 gyűjtősínen áramaszimmetria lép fel.This also means that if the short-circuiting element known per se is used to bridge the busbars 6 and 7, in the embodiment shown in Figure 2, the bridged electrolyzer 2 will live in and after the electrolyzer 1 and 3 on the busbars 6 and 7. step up.

Látható az is, hogy a villamos ellenállás minimalizálható akkor, ha csökkentjük az áram útvonalát vagy növeljük a 6 és 7 gyűjtősín keresztmetszetét, ez azonban gyakorlatilag valósítható meg nehezen.It can also be seen that the electrical resistance can be minimized by reducing the current path or increasing the cross-section of the busbars 6 and 7, but this is hardly practicable.

A találmány szerinti e áthidaló kapcsolóelemmel az áram egyenletesen vihető át teljesen függetlenül attól, hogy hány 4 illetve 5 cella van az egyes 1, 2, 3 elektrolizáló berendezésekben.By means of this jumper according to the invention, the current can be transferred evenly regardless of the number of cells 4 and 5 in each of the electrolysers 1, 2, 3, respectively.

A villamos áram közvetlenül van az 1 elektrolizáló berendezés egyes 4 celláiról az első 12 leágazásokon keresztül a találmány szerinti 8 áthidaló kapcsolóelemhez vezetve, anélkül, hogy áthaladna az áram azokon az ábrán külön nem jelölt gyűjtősíneken, amelyek az 1, és 3 elektrolizáló berendezés normál működése során a kapcsolatot létrehozzák. A 8 áthidaló kapcsolóelem belső felépítése úgy van kialakítva, hogy az összáramnak a részáramai, amelyek az egyes első 12 és második 13 leágazásokon folynak, egyenlőek legyenek. Ezt azáltal érjük el, hogy, ahogy a 8., 9. és 10. ábrákon is látható, az első 15 és a második 16 gyűjtősíneket túlméretezzük, és olyan alapon méretezzük, hogy rajtuk 50 mV-nál kisebb feszültségugrás lépjen föl.Electricity is supplied directly from the individual cells 4 of the electrolyser 1 through the first branches 12 to the jumper switch 8 according to the invention without passing through the busbars not shown in the figure which, during normal operation of the electrolyser 1 and 3 the connection is established. The internal structure of the bridging coupling element 8 is configured such that the partial currents of the total current flowing through each of the first and second branches 13 and 12 are equal. This is achieved by, as shown in Figures 8, 9 and 10, oversizing the first busbars 15 and the second busbars 16 and dimensioning them on a basis such that there is a voltage drop of less than 50 mV.

Adott esetben az első 15 és a második 16 gyűjtősíneket további 20-23 gyűjtősín alegységekre osztjuk, amelyek mindegyike el van látva 24-28 kapcsolóval illetőleg 26,29 ellenállással, és az egyes első 12 és második 13 leágazásoknál keletkező hőt szabályozni tudjuk.Optionally, the first busbar 15 and the second busbar 16 are subdivided into additional busbar subunits 20-23 each having switches 24-28 or resistors 26,29, respectively, and the heat generated at each of the first bushes 12 and 13 can be controlled.

Az önmagában ismert 8 áthidaló kapcsolóelemek esetében az áthidalt 2 elektrolizáló berendezést úgy kell eltávolítani, hogy azt fölemelik, ez pedig az ott dolgozó emberek számára komoly veszélyt is jelenthet. Az 1-3 elektrolizáló berendezések általában nehezek, mindig van benne valamennyi elektrolit, amely lehet adott esetben 32%-os maró vagy klóros sóoldat a klór-alkáli elektrolízis esetén, amelyből esetleg le is szivároghat vagy csöpöghet a dolgozókra. A 8 áthidaló kapcsolóelem lényegében lezárja az áthidalt 2 elektrolizáló berendezést és így sem hozzáférni, sem onnan elvezetni nem lehet semmit. Ha a 8 áthidaló kapcsolóelemet a találmány szerint az áthidalandó 2 elektrolizáló berendezés fölé helyezzük el, ez a probléma megoldódik, maga a 2 elektrolizáló berendezés talajszinten tartható, és villás targoncával vagy egyéb szállító berendezéssel mozgatható. Nincs semmiféle veszélye annak, hogy a 2 elektrolizáló berendezésből a munkásokra csöppen valami, illetőleg az elektrolizáló berendezés nyitott marad.In the case of the known bridging couplings 8, the bridged electrolyser 2 must be removed by lifting it, which may pose a serious danger to the people working there. Electrolysers 1-3 are generally heavy and always contain all electrolytes, which may be 32% caustic or chlorine in the case of chlor-alkali electrolysis, which may leak or drip onto workers. The bridging coupling 8 essentially closes the bridged electrolyzer 2, and thus nothing can be accessed or led from there. If the bridging coupling 8 is positioned above the electrolyzer 2 to be bridged according to the invention, this problem is solved by keeping the electrolyzer 2 itself on the ground and moving it with a forklift or other conveyor. There is no danger of something falling on the electrolyzer 2 and the electrolyzer remaining open.

A találmány szerinti 8 áthidaló kapcsolóelemmel 40% rézmegtakarítást értünk el a 6 és 7 gyűjtősínek esetében, mivel a 6 és 7 gyűjtősíneket, amelyek az 1,2 és 2, elektrolizáló berendezéseket összekapcsolják, úgy kell csak méretezni, hogy a szerepe csak az 1 és 2, illetve 2 és 3 elektrolizáló berendezések közötti áram átvitelében van, és nem kell figyelemmel lenni arra, ahogy a korábban ismert kapcsolóknál, hogy az egyedi celláknál a villamos áram aszimmetriáját minimalizáljuk. Mivel az összáram kis részáramokra van osztva az egyes első 12 és második 13 leágazásokban, az a feszültségugrás, amely fellép, elhanyagolható, így az első 12 és második 13 leágazások és a megfelelő 11 anódkivezetések illetőleg 14 katódkivezetések egyszerű súrlódással kapcsolhatók, vagy például egy rugós megfogóelemmel, nincs szükség tehát a technika állásánál ismertetett csavarkötés alkalmazására, ott ugyanis a teljes áram átfolyt a kapcsolóelemen. A technika állásánál ismertetett csavarral való rögzítés egyrészt időrabló művelet, másrészt pedig szükségessé teszi, hogy a dolgozók a működő 1,2,3 elektrolizáló berendezések között tartózkodjanak hosszabb ideig is, és ez adott esetben veszélyes is lehet. A találmány szerinti 8 áthidaló kapcsolóelem további előnye, hogy nincs semmiféle korlátja annak, hogy hány 4 illetőleg 5 cellából állhat az az 1,2 vagy 3 elektrolizáló berendezés, amit áthidalunk.The bridging coupling 8 of the present invention achieves 40% copper savings on the busbars 6 and 7, since the busbars 6 and 7 which connect the electrolysers 1,2 and 2 need only be dimensioned to function only on the busbars 1 and 2. , and between the electrolysers 2 and 3, and it is not necessary to observe, as in the prior art switches, to minimize the electrical asymmetry of the individual cells. Since the total current is divided into small partial currents in each of the first and second terminals 12 and 13, the voltage surge occurring is negligible, so that the first and second terminals 13 and the corresponding anode terminals 11 and 14 can be connected by simple friction so there is no need to use the screw connection described in the prior art, since all current flows through the coupling. Fixing with a screw described in the prior art is both a time consuming operation and necessitates a longer stay between the working 1,2,3 electrolysers and may be hazardous. A further advantage of the bridging coupling element 8 according to the invention is that there is no limit to the number of cells 4 or 5 that the electrolysis device 1,2 or 3 can be bridged.

Claims

PATENT CLAIMS

A bridging switch for bridging an electrolysis device, wherein a series of electrolysis devices (1, 2, 3) are connected in series to the electrolytic current generating power supply, and the electrolysis devices (1, 2, 3) are made from individual monopolarly arranged electrolysis cells (4, 5). ), each having an anode terminal (11) and a cathode terminal (14) arranged on the same side, and the bridging coupling (8) is provided with the electrolyzer (1) immediately preceding the bridging electrolyzer (2) and the bridging electrolyzer (1). 2) with branches (12, 13) connected to the post-electrolysis device (3), characterized in that the bridging coupling element (8) is located above the electrolyzing devices (1,2,3) and a series of first branches (12) each electrolysis device (1) preceding the apparatus (2) (4) is connected to the anode terminal (11), and a second row (13) of a series is connected to the cathode terminal (14) of each cell (5) of the electrolyzer (3) following the electrolysis device (2) to be bridged; 12) and the second junctions (13) in the jumper switching member (8) are connected to an internal circuit which provides a uniform current distribution of the jumper.

Bridging coupling according to Claim 1, characterized in that the first and second branches (12, 13) are connected to the anode terminals (11) and the cathode terminals (14) by frictional connection.

Bridging coupling according to Claim 1, characterized in that the first and second branches (12, 13) are flexible elements.

Bridging coupling according to Claim 1, characterized in that the first and second branches (12, 13) are rigid elements.

Bridging coupling according to Claim 2, characterized in that the frictional connections are spring-like clip-type elements.

Bridging coupling according to Claim 2, characterized in that the frictional connections are formed as closures by the weight of the connecting coupling (8).

The jumper switch according to claim 1, characterized in that the internal circuit is provided with at least one first busbar (15) for connecting the first branches (12) and at least one second busbar (16) for connecting the second branches (13). ), and the collecting rails (15, 16) are connected by at least one switch (17).

Bridging coupling according to Claim 7, characterized in that all the first branches (12) are connected to a first busbar (15) and all of the second branches (13) are connected to a second busbar (16).

Bridging coupling according to claim 7, characterized in that each first branch (12) and each second branch (13) are connected to each other by a first switch (30) and a second busbar.

Bridging coupling according to claim 7, characterized in that an additional coupling (18) bridged by a resistor (19) is arranged in series between the second busbars (16) and the coupling (17).

Bridging coupling according to Claim 10, characterized in that all the first branches (12) are connected to a single first busbar (15), all the second branches (13) are connected to a single second busbar (16), and the busbars (15) 16) are connected in series by a switch (17) and a bridge (18) bridged by a resistor (19).

The jumper switch according to claim 10, characterized in that each first branch (12) and each second branch (13) are provided with a series circuit consisting of a switch (30) and a resistor (32) bridged by the switch (31). linked.