SE420846B - Elektrolysapparat for soderdelning av vatten for bildande av knallgas - Google Patents

Description

,771a9s1-9 Det är av både ekonomiska och tekniska skäl därför bättre att koppla eller flertal celler i elektrisk serie med varandra.

Strömmen kommer dock att söka ta vilken som helst bana (shuntbanor) för att undvika att passera genom samtliga celler i tur och ordning.

I .en exempelvis genom den amerikanska patentskriften 3 957 618 känd apparat följer strömmen shuntbanor genom passager, som är avsedda för den regelbundna elektrolyttillförseln.

Ett stort gasutbyte är förenat med stora värmeförluster.

Elektrolyten utsättes därför för överhettning och kokning, varför lämplig avkylning måste garanteras om inte den frätande, kokande elektrolyten skall flöda över i gasutloppen. 7 Flytande elektrolyt mellan ett par elektroder utsättes för skumbildning, så snart som gas bildas i bubblor vid elektrodytorna.

N Dessa bubblor reducerar elektrolytens ledningsförmåga, varvid denna ökade resistans förorsakar större värmeförsluter. Vid ökande ström (för upprätthållande av gasproduktionen) blir cellen slutligen fylld med skum. Härvid erhålles potentiellt en situation, där skum- met kan explodera. För att förhindra detta är det väsentligt att flytande elektrolyt kontinuerligt påfylles i cellen.

En genom den tyska utläggningsskriften 23 46 839 känd elektrolysapparat har ett flertal parallella plattor, som är så anordnade, att en cell bildas mellan varje par av plattor. De tvâ yttersta elektrodplattorna är anslutna till en likströmskällas positiva och negativa pol. Cellerna är sålunda seriekopplade.

Ett inlopp för färsk elektrolyt är anordnat vid en ändcell, och cellerna är öppna vid sin övre del, så att bildad gas kan fylla den övre delen av ett hus, i vilket elektrodenheten och elektro- lyten inrymmes. Gasen avges via ett utlopp. Plattornas höjd ökar stegvis, så att under apparatens användning i varje cell bildat skum passerar till den närbelägna, kortare cellen över den mellan- liggande plattan. På detta sätt matas elektrolyt kontinuerligt till varje cell för att samtidigt upprätthålla gasbildning i samtliga celler. p Risken för spontan knallgasexplosion är extrem. Vid appara- ten enligt den tyska utläggníngsskriften 23 46 839 är den i huset befintliga knallgasvolymen stor. Om en explosion skulle inträffa, blir denna således mycket kraftig. Huset behöver därför vara mycket kraftigt. _ _ i Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas en elektrolys- apparat, som fungerar På liknande sätt. Cellerna är emellertid 7713931-9 tillslutna vid sin övre del (medelst en platta och en tätning), och endast små knallgasvolymer föreligger (vid de enskilda cellernas övre del). En explosion blir sålunda mindre kraftig, och appara- ten kräver mindre mekanisk förstärkning. Cellenheten är mekaniskt enkel och billig att konstruera. Den innefattar en serie i varandra anordnade, rörformiga elektroder, som är inspända mellan två plana tryckplattor. Ett inlopp för färsk elektrolyt sträcker sig genom bottenplattan in i en ändcell, och ett utlopp för gas sträcker sig in i den övre plattan från den andra ändcellen. Skum passerar till successiva celler via öppningar, som är utformade i de mellan- liggande elektroderna för matning av elektrolyt till samtliga celler och upprätthållande av erforderlig elektrolytmängd i dessa.

I övrigt är elektroderna operforerade. Det finns inget behov av att forma elektroderna i deras riktiga lägen. Cellenheten är kompakt och möjliggör enkel seriekoppling av ett flertal enheter i én elektrolytflödesbana.

I denna apparat regleras elektrolytnivån automatiskt genom att cellerna automatiskt kommer att ställa in elektrolytnivån till nivån för öppningarna i elektroderna. Gas kan passera genom dessa öppningar till gasutloppet men någon shuntbana för ström erhålles ej via dessa öppningar, eftersom de är fyllda med skum och icke med elektrolyt.

Flera apparater av detta slag kan kopplas i elektrisk serie med varandra. Apparaten behöver icke inrymmas i en trycktank, efter- som dess konstruktion med i varandra anordnade celler ger motstånds- kraft mot inre explosioner. Vid kända apparater krävs emellertid sådana trycktankar. Apparaten enligt uppfinningen är vidare så konstruerad, att de enskilda gasvolymerna endast är små, så att. om någon av dem exploderar, det uppbyggda trycket blir relativt lågt. Dessutom kan inte en liten explosion snabbt överföras till andra gasvolymer. Vid kända apparater erforderliga trycktankar är tunga och dyrbara.

Uppfinningen skall nu förklaras närmare under hänvisning till bifogade ritningar. Fig l är ett vertikalsnitt och visar en utföringsform av en apparat enligt uppfinningen. Fig 2 visar appa- raten enligt fig l i genomskärning längs linjen II-II. Fig 3 visar schematískt en modifierad utföringsform av apparaten enligt fig l och 2. Fig 4 visar schematiskt en annan modifierad utföringsform av apparaten enligt uppfinningen. Pig 5 visar schematiskt ett före- draget sätt att driva apparaten enligt uppfinningen. Fig 6 och 7 7713931-9 visar schematiskt och i perspektiv modifierade elektrodarrangemang för apparaten enligt uppfinningen. I Den i fig l och 2 visade utföringsformen 10 av uppfinningen innefattar ett flertal koncentriskt anordnade elektroder, vilka var och en utgöres av en stympad, ihålig kon. Fem elektroder ll-15 är anordnade i denna utföringsform, varvid den yttre elektroden, åtminstone då enheten skall användas nedsänkt i elektrolyt, är omgiven av en likadan elektriskt inaktiv_ avskärmningsdel 16. Elektro- dernas ll-15 och delens l6.ändar anligger mot fjädrande isolerings- och tätningsskikt 21, 22, som exempelvis är utformade av naturligt eller syntetiskt elastmaterial, som är applicerat på styva stöd- plattor 31, 32, som tryckes fjädrande mot varandra medelst en centrum- bult eller -pelare 4l och ett flertal perifera bultar eller pelare (av vilka endast tre visas vid 42a-c), vilka under sina fastspän- ningsmuttrar 43a-d vid sina övre ändar har en lämplig sats Belville- brickor eller andra fjäderbrickor 44a-c. _ Denna utföringsform av apparaten enligt uppfinningen är anordnad för nedsänkning i en elektrolyt 50 innehållande behållare.

I fig l visas endast denna behâllares botten 51, medan elektrolytens yta visas vid 52.

I var och en av de mellanliggande elektroderna l2-14 är vid den övre kanten utformad åtminstone en öppning. Sådana öppningar i elektroderna 12, 13 och 14 visas vid 60, 61, 62. När enheten nedsänkes i elektrolyten, strömmar denna in i utrymmet mellan elektroderna 15 och 14 via en inloppsöppning 33, som är utformad i den nedre stödplattan 31. När elektrolyten når nivån för öppningen 62, strömmar den in i utrymmet mellan elektroderna 14 och 13 osv, varvid utpressad luft strömmar ut genom en utloppsöppning 34, som är utformad i den övre stödpiarran 32. _ s Elektriska anslutningar till elektroderna ll och 15 åstad- kommes medelst ledningar 17 resp 18, vilka är isolerade och tätande sträcker sig genom den övre stödplattan 32 till en lämplig likspän- ningskälla 7fi med negativa och positiva anslutningsklämmor 71, 72.

Inlopps- och utloppsöppningarna 33, 34 i enheten 10 är lämpligen försedda med rörstycken 81 resp 82.

När spänning först pålägges den nedsänkta enheten 10 medelst källan 70, ledes först ström mellan elektroderna ll och 15 med ' hjälp av den mellanliggande elektrolyten och öppningarna 60, 61, 62, varvid gas bildas huvudsakligen vid ytorna av elektroderna ll och l5. I den mellan elektroderna 14 och 15 utformade cellen 4ff bildad gas samlas vid cellens_övre del och sänker elektrolytnivån, 7713931-9 tills gasen kan passera genom öppningen 62 in i den mellan elektro- derna 13 och 14 utformade cellen. Nu reduceras flödet av elektrisk ström genom öppningen 62 avsevärt och bildas gas såväl vid elektroden 13 som vid elektroden 14. Denna gas sänker i sin tur elektrolyt- nivån i cellen 3, tills öppningen 61 frilägges, varefter gas bildas vid elektrodens l4 båda ytor. Detta förlopp .upprepas i cellen 2, så att alla öppningar 60, 61, 62 frilägges med avseende på elektrolyt och gas bildas vid samtliga för elektrolyt exponerade elektrodytor.

Den bildade gasen bildar tillsammans med elektrolyten ett skum, som har mycket lägre elektrisk ledningsförmåga än den flytande elektrolyten. Cellerna kan slutligen innehålla flytande elektrolyt upp till endast halva sin höjd, varvid resten av cellen innehåller elektrolytskum. En cirkulation av elektrolytskum påbörjas nu, varvid skum lämnar enheten via utloppsöppninqen 34 och ny elektrolyt införes via inloppsöppningen 33. Cirkulationshastigheten ökar med gasbild- nlngnhantighaten.

I vissa fall kan det vara lämpligt att anordna uontrumpunktor~ na för öppningarna i varandra närbelägna elektroder på en gemensam linje, som kan vara snedställd i förhållande till horisontalplanet.

I fig l är centrumpunkterna för öppningarna 60, 61, 62 belägna på en linje 63, som lutar uppåt i elektrolytens cirkulationsriktning.

I vissa utföringsformer kan denna linje vara horisontell eller t o m luta nedåt.

Det kan vara lämpligt att förskjuta öppningarna i varandra närbelägna elektroder från direkt inriktning med varandra, såsom visas i fig l, för att öka initialläckbanans längd. Skumbanan mellan öppningar, som inte är belägna i direkt linje med varandra eller mittför varandra, är längre, varför skummet får mer tid att frigöra gas och åter bilda en delvis flytande elektrolyt, medan det fort- farande befinner sig i cellen. Detta gör det i sin tur lättare att hålla vätskenivån i cellerna l, 2, 3 och 4 vid en högre nivå.

Detta är väsentligt när gasbildningshastigheten måste vara så hög som möjligt, och undanröjer risken för att en cell skall bli helt tömd på elektrolyt på grund av för hög skumbildningshastighet.

En ökad skummängd i en cell ökar cellresistansen och reducerar således den genom hela apparaten passerande strömmen och sänker gasbildningshastigheten, vilken är proportionell mot strömmen, varvid cellens uppnående av full gasbildning fördröjes. Även om den visade och beskrivna utföringsformen har endast fem elektroder, kan en praktisk utföringsform innehålla så mycket 7713931-9 som 30 elektroder, varvid cellernas radiella bredd är exempelvis mm och elektrodernas höjd (avståndet mellan stödplattorna) är exempelvis 100 mm. Den av källan 70 pålagda strömmen bör inställas på ett sådant värde, att cellerna inte blir helt tomma på elektrolyt till följd av för hög gasbildningshastighet: g Det är icke nödvändigt att den i anslutning till fig 1 och 2 beskrivna elektrodenheten är nedsänkt i bulkelektrolyt, såsom beskrivits ovan. Ett i fig 3 illustrerat, alternativt arrangemang kan utnyttjas, vid vilket inlopps- och utloppsrörstyckena 81, 82 vid en enhet l0, som huvudsakligen är av det i anslutning till fig l och 2 beskrivna slaget, är anslutna till motstående ändar av ett rörsystem, som innehåller elektrolyten. Utloppsrörstycket 82 är förlängt för att bilda en ledning, som tätande leder in i en behållare 90, som är tillsluten vid sin övre ände medelst ett påskruvat lock 91 och har en gasutloppsledning 92, via vilken den bildade gasen uttages för användning. Bottnen i behållaren 90, i vilken elektrolyten samlas, när gas avgår från det i behållaren via ledningen 82 införda skummet, är ansluten till inloppsrörstycket 81 medelst en förlängd avkylningsledning eller -slinga 93. Före- trädesvis är volymen för dendi apparaten ursprungligen innehållna elektrolyten tillräcklig för att medge kontinuerlig gasbildning under lång tid, exempelvis åtta timmar. Elektrolyten måste då och då tillföras vatten, varvid den mängd som måste tillföras motsvarar volymen för den bildade gasen. ^ ' _ Såsom vid arrangemanget enligt fig l och 2 är den inre och den yttre elektroden medelst ledningar 17 resp 18 anslutna till en likströmskällas 70 anslutningsklämmor.

Denna modifierade utföringsform har enklare konstruktion än den i fig l och 2 visade utföringsformen, eftersom en formad eller svetsad, gastät tank, som är tillräckligt stor för att inrymma elektrodenheten, icke erfordras och endast kända röranslut- ningar erfordras för elektrolytsystemet.

De i anslutning till fig l-3 beskrivna utföringsformerna måste aktiveras av en likströmskälla, som ger ungefär 2-3 V per cell i elektrodenheten. Eftersom vissa konstruktionsproblem be- gränsar antalet elektroder, som lämpligen kan användas i en enhet, till högst 30, är den maximala spänning, som kan påläggas apparaten, 90 V, så att en transformator måste utnyttjas för att reducera växelspänningen före likriktning, när apparaten skall anslutas till det allmänna växelströmsnätet. 7713931-9 Denna svårighet kan övervinnas genom utnyttjande av ett flertal elektrodenheter, som är kopplade i elektrisk serie med varandra. Vid 220 V växelspänning, som kan likriktas med hjälp av en vanlig brygglikriktare för att ge 220 V likspänning, är det lämpligt att använda tre seriekopplade elektrodenheter, som var och en har 24 celler eller 25 elektroder. Vid ett sådant arrangemang kan den likriktade spänningen utnyttjas för aktivering av apparaten.

Ett arrangemang av detta slag åskådliggöres i fig 4, vilken visar en apparat 100 med en sluten behållare 52, som har ett gas- utloppsrör 53 och en på normalt sätt tätad påfyllningsöppning 54, som är tillsluten medelst ett påskruvat lock 55. Denna behållare är till stor del fylld med elektrolyt 50, i vilken är nedsänkta tre likadana elektrodenheter l0a, l0b, l0c, vilka var och en är konstrue- rade på det i anslutning till fig l och 2 beskrivna sättet men innehåller en sats av 25 elektroder och följaktligen kräver aktive- ring medelst en likspänning av maximalt 75 V. De tre elektrod- enheterna är medelst isolerade ledningar 17, 18, 19, 20 seriekopp- lade över utgången från en brygglikriktare 71, som matas med 220 V växelspänning från det allmänna nätet 72.

Det torde inses, att en ström av exempelvis 15 A vid utnytt- jande av en apparat av det i anslutning till fig 4 beskrivna slaget ger en sådan mängd bildad gas, som motsvarar den mängd, SOM skulle erhållas vid en ström av (75 x 15) = 1125 A i en enda cell,Vil- ken matades med en likspänning av 3 V och för vilken förlusterna i nödvändiga transformatorer, likriktare och elektriska ledare skulle vara mycket större. Detta alternativa arrangemang skulle också erfordra tvångscirkulation av elektrolyten genom en avkylare eller avkylningsflänsar på elektrolyttanken för avledning av i cellen alstrat värme.

Vid arrangemangen enligt uppfinningen erfordras ingen tvångs- cirkulation av elektrolyten och kan också de elektriska förlusterna hållas relativt låga.

När flera elektrodenheter utnyttjas, är det möjligt att i stället för att sänka ned enheterna i en gemensam tank, såsom beskrives i anslutning till fig 4, förse varje elektrodenhet med ett eget elektrolytcirkulationssystem, såsom beskrivas i anslutning till fig 3, så att varje enhet åstadkommer cirkulation och avkyl- ning av sin egen elektrolyt.

Vid varje utföringsform är det önskvärt att anordna lämpliga organ för reglering av styrkan av den ström, som tillföres elektrod- 7713931-9 systemet. Detta kan naturligtvis åstadkommas medelst kända orqan, såsom med uttag försedda transformatorer och motstånd. Föruträdesvis åstadkommas emellertid automatisk reglering av strömmen. Detta kan åstadkommas på det i anslutning till fig 5 beskrivna sättet.

I fig 5 är en apparat 100 av det i anslutning till fig 4 beskrivna slaget anordnad att matas från en likriktare 7l, som är ansluten till en 220 V växelspänningskälla 72. Vid denna utförings- form regleras emellertid strömmen från källan 72 till likriktaren 71 medelst en känd triak- eller tyristorreglerenhet 73, i vilken pulsförhållandet för reglerelementen (triaker eller tyristorer) bestämmes av en triggenhet 74, som reagerar för en reglersignal, som representerar trycket 1 apparatens 100 gasutloppsrör 53 och alstras av en känd tryckgivare 75, som är kopplad till röret 53.

Det torde inses, att man vid varje utföringsform kan reglera styrkan av den ström, som tillföres elektroderna, i överensstämmelse med den bildade gasens tryck. De organ, som utnyttjas härför vid de olika utföringsformerna, skiljer sig från deni anslutning till fig 5 beskrivna organen endast på för fackmannen uppenbara sätt.

Den speciella form av elektroder, som visas vid ovanstående utföringsformer, är icke väsentlig för uppfinningen. Det väsentliga är att varje elektrod är utformad av en laminär del, som omger ett omrâde och lämpligen är belägen på konstant avstånd från varje närbelägen inre eller yttre elektrod. Det är emellertid inte väsent- ligt att elektroderna är belägna på samma avstånd från varandra.

De yttre elektroderna har större yta än de inre elektroderna, och eftersom samma ström flyter i varje cell, är strömtätheten lägre i de yttre cellerna. Mängden bildad gas per cellvolymenhet är därför också lägre, om avståndet mellan elektroderna är detsamma. Det är därför möjligt att reducera elektrodavståndet för den yttre cellen, vilket innebär att elektrodavståndet kan reduceras då diametern ökar. De enskilda elektroderna i varje enhet har företrädesvis samma geometriska form. I fig 6 visas exempelvis en del elektroder lll-114 i en enhet, i vilken_varje elektrod har formen av en ändlös vägg eller ihålig parallellepiped. De mellanliggande elektroderna ll2, ll3 har genomgående öppningar 60, 61, som är belägna på samma avstånd från de övre kanterna. I fig 7 visas en del av en elektrod- aenhet, i vilken varje elektrod har formen av en ihålig, rät cylinder och de mellanliggande elektroderna 122, 123-har genomgående öpp- ningar 64, 65, som är belägna på samma avstånd från den övre kanten

Claims (9)

7713931-9 hos respektive elektrod men icke är belägna mittför varandra utan inbördes vinkelförskjutna l80O eller annan lämplig vinkel. Vid den i anslutning till fig l och 2 beskrivna utföringsformen behöver elektrodenheten inte nedsänkas fullständigt i elektrolyten. Det är endast nödvändigt att elektrolytnivån-inte är lägre än den översta öppningen i elektroderna för att säkerställa att elektrolyten införes i samtliga celler. PAT ENTKRAV

1. Elektrolysapparat för sönderdelning av vatten för bildande av knallgas, vilken apparat har åtminstone en cellenhet (l0), vilken inne- fattar en serie på avstånd från varandra anordnade, laminära elektroder (ll-15), av vilka två ändelektroder (ll, 15) är operforerade och vilka sträcker sig vertikalt och bildar en serie celler (1-4), som var och en bildas mellan ett par av varandra närbelägna elektroder, varvid ett inlopp (33) för elektrolyt är utformat i den ena (4) av ändcellerna (1, 4), varvid elektroderna är så anordnade, att denna elektrolyt successivt passerar från nämnda ena ändcell till samtliga övriga celler, och varvid en likströmskälla (70) med positiv och negativ pol är ansluten till ändelektroderna (ll, 15), k ä n n e- t e c k n a d därav, att elektroderna (ll-15) är rörformiga och anordnade i varandra med vertikala längdaxlar, att cellenheten (10) har en horisontell övre platta (32) och en horisontell bottenplat- ta (31) samt organ (21, 22) för sådan tätning av samtliga elektro- ders (ll-15) övre och nedre kanter mot den övre plattan (32) res- pektive mot bottenplattan (31), att varje cell (1-4) inneslutes mel- lan två elektroder, den övre plattan 32 och bottenplattan (31), att nämnda inlopp (33) för elektrolyt sträcker sig genom bottenplat- tan (31) in i nämnda ena ändcell (4), dvs den ena av den inre cel- len (l) een den yttre cellen (4), ett ett utlopp (34) för knellgee sträcker sig genom den övre plattan (32) från den andra ändcellen (l), dvs den andra av den inre cellen (l) och den yttre cellen (4), att en öppning (60-62) är utformad i varje mellanliggande elektrod (12-14) i närheten av elektrodens övre kant för att åstadkomma ovan- nämnda successiva elektrolytpassage från nämnda ena ändcell (4) till övriga celler (l-3) samt att varje mellanliggande elektrod (12-14) är operforerad bortsett från nämnda öppning (60-62). 7713931-9 10

2. Apparat enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att den yttre elektroden (15) är omgiven av en rörformig, laminär del (16), som ingriper tätande med den övre plattan (32) och bottenplattan (31).

3. Apparat enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av en tank (5l), som inrymmer cellenheten (10) och elektrolyten (50), i vilken cellenheten är nedsänkt.

4. Apparat enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att inloppet (33) och utloppet (34) är kopplade för vätske- cirkulation däremellan medelst en ledning (90, 93, 81), som innehål- ler elektrolyten och har ett utloppsorgan (92) för gas, som bildas i cellenheten (10). I

5. Apparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar ett flertal av nämnda cellenheter (l0a, l0b, l0c) och att dessa är kopplade i serie över en likströmskälla (71).

6. Apparat enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att cellenheterna (l0a, l0b, l0c) är belägna i en gemensam tank (100) och nedsänkta i elektrolyt.

7. Apparat enligt patentkravet 5 eller 6, klä n n e t e c k- n a d därav, att varje mellanliggande cellenhets inlopp och ut- lopp är kopplade för vätskecirkulation till närmast föregående cell- enhets utlopp respektive till närmast efterföljande cellenhets inlopp. 2

8. Apparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje elektrod har formen av en ihålig parallellepiped eller rotationsyta.

9. Apparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje tätningsorgan (21, 22) består av ett elastmatorial- skikt, som är applicerat på respektive platta. ANFöRoA PUBLIKATIONER; Tyskland 2 346 839 (C253 1/06), 2 349 286 (C251: 1/12)