AT216470B - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von deuteriumreichem Wasser aus deuteriumarmem, vorzugsweise natürlichem Wasser - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von deuteriumreichem Wasser aus deuteriumarmem, vorzugsweise natürlichem Wasser

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AT216470B
AT216470B AT353060A AT353060A AT216470B AT 216470 B AT216470 B AT 216470B AT 353060 A AT353060 A AT 353060A AT 353060 A AT353060 A AT 353060A AT 216470 B AT216470 B AT 216470B
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  Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von   deuteriumreichem   Wasser aus deuteriumarmem, vorzugsweise natürlichem Wasser 
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 der Zelle quantitativ elektrochemisch in Lösung geht, worauf an der Kathode der entsprechenden Zelle eine äquivalente Wasserstoffmenge abgeschieden wird, die schliesslich von der Kathode der Anreicherungszelle Z   abgeführt wird.   



   Hiedurch wird eine wirksame und weitgehende Deuteriumanreicherung bei nur einmaliger Aufwendung der vollen Zersetzungsspannung unter Vermeidung von Kompressoren und Gasspeichern   ermöglicht.   



   Der Wassertransport zwischen den einzelnen Zellen kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden. Im einfachsten Fall wird er durch Ab- und Zufluss des Elektrolyten erfolgen. Es ist aber auch möglich, ihn mittels Dialyse durch Dialyse- oder Austauscher-Membranen vorzunehmen. Ferner kann der Transport durch Verdampfung des Wassers in der vorhergehenden Zelle, Kondensation des Dampfes und Überführung des Kondensates in die nachfolgende Zelle erfolgen. 



   Lässt man den Elektrolyten durch die Säule hindurchströmen, so resultiert infolge der Wasserelektrolyse in der Zersetzungszelle eine starke Konzentrationserhöhung des Elektrolyten. Bei Verwendung einer n-Kalilauge als Elektrolytlösung muss bei Vernachlässigung der Rückdiffusion des Kaliumhydroxyds auf 11 zersetzten Wassers ungefähr 1 Mol KOH aus der Zersetzungszelle entfernt werden. Das kann beispielsweise durch Neutralisation geschehen. 



   Durch Rückdiffusion auf Grund des sich in der Säule ausbildenden Konzentrationsgefälles wird ein Teil des KOH aus der Zersetzungszelle entfernt. 



   Will man den KOH-Rücktransport durch Dialyse oder Elektrodialyse bewerkstelligen, so muss zwischen den durch Dialyse- oder Ionen-Austauscher-Membranen getrennten Stufen der Säule ein stationäres Konzentrationsgefälle eingehalten werden. Dann ist es vorteilhaft, den Elektrolyten zu rühren, so dass immer frischer Elektrolyt mit der Membran in Berührung kommt. Wenn man den Wassertransport in der Säule durch Osmose vollzieht, so ist es vorteilhaft, die Zersetzungszelle so anzuordnen, dass sie den höchsten Punkt der Vorrichtung bildet, so dass der hydrostatische und der osmotische Druckgradient einander entgegenwirken. Hiedurch erreicht man, dass    der zum Freidrücken der   weiten Poren der Arbeitsschicht notwendige Gasdruck im oberen und unteren Teil der Säule nicht zu unterschiedlich sein muss.

   Zum Freidrücken der Poren muss der in der Zelle vorhandene hydrostatische Druck und der osmotische Druck ebenso überwunden werden wie der Kapillardruck des Elektrolyten in den Poren. Zu diesem Zweck passt man die Porosität der Elektrode dem in ihrer Zelle herrschenden Gesamtdruck an. 



   Der in der Vorrichtung frei werdende Wasserstoff sowie der in der Zersetzungszelle entstehende Sauerstoff können einer beliebigen technischen Verwendung zugeführt werden. Man kann die Elektrolysegase auch in einem Brennstoffelement elektrochemisch zu deuteriumarmem Wasser umsetzen und die dabei gewonnene elektrische Energie in den Anreicherungsprozess   zurückführen, wodurch eine Energieersparnis   erzielt wird. 



   Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Trennsäule, die aus einer elektrolytischen Wasserzersetzungszelle und einer oder mehreren Anreicherungszellen mit je einer Wasserstoffanode und einer Wasserstoffkathode besteht, wird vorteilhafterweise so ausgebildet, dass die verwendeten Elektroden Diffusionselektroden sind, deren Porenradien über den Elektrodenquerschnitt variieren, wobei die feinporige Schicht dem Elektrolyten zugewendet ist. Im Prinzip kann man jedoch jede beliebige Wasserstoff-und Sauerstoff-Elektrode in einer derartigen Vorrichtung einsetzen. 



   Besonders günstig ist es, wenn man als Kathoden der Anreicherungszellen und als Kathoden der Zersetzungszellen Ventilelektroden benutzt, die aus einer dem Elektrolyten zugewendeten feinporigen Deckschicht aus einem Material mit grosser Wasserstoffüberspannung und einer grobporigen, dem Gasraum zugewendeten Arbeitsschicht aus einem Material mit geringerer Wasserstoffüberspannung bestehen. 



   Auch die Wasserstoffanoden der Anreicherungszellen kann man mit sehr gutem Ergebnis in der gleichen Weise als Ventilelektroden ausbilden. 



   Hiebei besteht die feinporige Deckschicht vorteilhafterweise aus Kupfer und die Arbeitsschicht aus Nickel. Diese Ventilelektroden besitzen dann den elektrischen   D/H-Trennfaktor   des Arbeitsschichtmaterials. Ausser den oben genannten Materialien sind prinzipiell auch andere für die Herstellung von Wasserstoffelektroden bekannte Stoffe geeignet, z. B. Elektroden aus Platin, Palladium, Eisen und Kobalt. 



   Auch die Sauerstoffanode der Zersetzungszelle ist vorteilhafterweise eine Ventilelektrode aus einer feinporigen Deckschicht aus einem Material mit grosser Sauerstoffüberspannung und einer grobporigen Arbeitsschicht aus einem Material mit geringer Sauerstoffüberspannung. Als Material für die feinporige Deckschicht wählt man hier vorteilhafterweise Titan, während die grobporige Arbeitsschicht aus Nickel besteht, jedoch kann die Zersetzung auch mit einer beliebigen anders gearteten Sauerstoff-Abscheidungselektrode vorgenommen werden, wenn man durch geeignete Konstruktion des Zellgefässes dafür sorgt, dass der abgeschiedene Sauerstoff die Zelle ohne Durchmischung mit dem Elektrolyten verlassen kann bzw. 

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 entfernt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ist mit beliebigen, aus der Elektrolysetechnik bekannten Konstruktionen zu lösen, z.

   B. durch Anbringung eines geeigneten Separators. 



   Die erwähnten Ventilelektroden sind bereits bekannt. Als besonders geeignet erwies sich eine Ventilelektrode für Wasserstoff, deren Arbeitsschicht eine an sich bekannte   Doppelskelettkatalysator-Struk-   tur besitzt und 20-80   Gew. -"/0   Raneynickel in ein Stützgerüst aus 80-20 Gew.-% Carbonylnickelpulver eingebettet enthält.   Auchdie   Deckschicht hat vorzugsweise Doppelskelettkatalysator-Struktur und enthält   z. B. 20-80 Gew. -,,/o   Raneykupfer in ein   Stützgerüst   aus feinem Kupferpulver eingebettet. Auch bei der Sauerstoffanode der Zersetzungszellen können sowohl die   Arbeits- als   auch die Deckschicht aus Doppelskelettkatalysator-Material bestehen. 



   Die Grundform der Ventilelektrode besteht aus der feinporigen Deckschicht mit grosser WasserstoffMindestüberspannung (s.   z. B. B in   Fig. 1) und der als reversible Wasserstoffelektrode arbeitenden grobporigen Arbeitsschicht   (A   in Fig. 1). Man bringt eine derartige Elektrode als Trennwand zwischen zwei 
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 geschieden, der nicht durch die engporige Schicht in den Elektrolyten eintreten kann, sondern aus der Arbeitsschicht heraus in den Gasraum   (G   in Fig. 1) eintritt.

   Solange die durch die kathodische Belastung hervorgerufene Polarisation (Abweichung vom reversiblen Wasserstoff-Potential) geringer ist als die Was-   serstoff-Mindestüberspannung   der Deckschicht, wird an der Deckschicht selbst kein Wasserstoff abgeschieden, sondern der gesamte   H,   entsteht in der Arbeitsschicht. Da die Ventilelektrode umgekehrt auch als Diffusionselektrode arbeitet, ist sie auch hinsichtlich der Richtung des Gasstromes bei einer Strombelastung umkehrbar. 



   Die Grundzelle der vorliegenden Erfindung besteht aus einer derartigen Ventilelektrode als Abscheidungs-Elektrode und einer gleichartigen Ventilelektrode als Lösungs-Elektrode für den Wasserstoff. Die Lösungs-Elektrode kann allerdings statt der feinporigen inaktiven Schicht auch eine gleichermassen feinporige aktive Schicht als Deckschicht besitzen. Die Fig. 1 zeigt diese Grundzelle : Über das Gasleitungsrohr L1 wird dem    Gasraum G1 Wasserstoffgas   einer etwa der Deuteriumkonzentration des Elektrolyten V gleichen Konzentration zugeführt. Die Ventilelektrode, bestehend aus der Arbeitsschicht    A   und der inaktiven Deckschicht    bol,   ist anodisch polarisiert, wodurch das in    G     einströmende   Gas quantitativ in die Lösung übergeht.

   Für jedes in Lösung gebrachte Wasserstoffmolekül wird aber an der Arbeitsschicht A der gegenüberstehenden Ventilelektrode ein Wasserstoffmolekül abgeschieden, das, da es nicht gegen den Kapillardruck des Elektrolyten die inaktive Deckschicht durchdringen kann, in den Gasraum G dieser Elektrode entweicht. Bei L verlässt das abgeschiedene Gas die Zelle. Da das in den Gasraum   G   eintretende Gas um den Trennfaktor s der elektrolytischen Wasserzersetzung an Deuterium ärmer ist als die   Elektrolytlösung,   hat das Gas auf dem Wege von   L1   bis Lz einen grossen Teil seines Deuteriums verloren. 



  Dadurch ist die Deuteriumkonzentration des Elektrolyten, der die Zelle langsam entgegengesetzt dem Gasstrom durchfliesst   (Pfeil),   angestiegen. S+ und    S - sind   die Stromleitungen. Diese Grundzelle wird nun mit andern identischen zu einer Trennsäule kombiniert. Fig. 2 zeigt zum besseren Verständnis die erfindungsgemässe Kombination zweier Grundzellen. Der obere Index der Bezugszeichen weist hierin auf die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Zelle der Säule hin, der untere Index bezieht sich auf die jeweilige 
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 Deuteriumkonzentration des Elektrolyten in der nächsten Zelle n bekommen, deren Lösungs-Elektrode er nunmehr über die Leitung   L ' -) zugeführt   wird. In dieser Zelle wiederholt sich der Abreicherungsvorgang, bis das Gas über   L*'   auch diese Zelle verlässt.

   Unterdessen durchströmt der Elektrolyt mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit die beiden Zellen von oben nach unten,   d. h.   von Zelle n zu Zelle n+1, und wird dabei an Deuterium angereichert. Die Strömung des Elektrolyten wird durch zwischen den Zellen angebrachte Diaphragmen bzw. andere Verengungen des Strömungsquerschnittes, die auch verstellbar sein können, reguliert. Dadurch wird der.   KonzentrÅationsausgleich   des Deuteriums zwischen den einzelnen Zellen durch Konvektion und Diffusion verhindert, anderseits verhindert man durch diese Diaphragmen aber auch, dass elektrische Stromlinien in nennenswerter Zahl zwischen den gegenpoligen Elektroden aufeinanderfolgender Zellen direkt im Elektrolyten verlaufen, statt den vorgesehenen Weg über den metallischen Stromleiter S zu gehen. So wird   z.

   B.   durch   D (n, n+1)   verhindert, dass ein erheblicher 

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 Strom direkt von der Arbeitsschicht   Al (n+1)   zur Arbeitsschicht   A) fliessen kann. Auf   diese Weise ist es möglich, alle Zellen einer derartigen Säule, die aus zwei und mehr gleichartigen Zellen aufgebaut ist, elektrisch in Serie zu schalten. Ganz unterbinden kann man den elektrischen Nebenschluss, wenn der Flüssigkeitstransport durch unterbrochene Stromfäden,   z. B.   durch Tropfen, erfolgt oder wenn der Wassertransport durch Verdampfen, Kondensation des Wassers und Überführung des Kondensates in die nachfolgende Zelle erfolgt. 



   Die eigentliche Wasserzersetzung findet in einer das letzte Glied der Trennsäule bildenden Zelle statt. Diese Zelle ist analog wie die in Fig. 1 gezeigte Zelle gebaut. Sie besteht ebenfalls aus einer Ventilelektrode für die Wasserstoff-Abscheidung und einer   Sauerstoff-Abscheidullgselektrode.   



   Der Raum zwischen den beiden Elektroden ist mit dem Elektrolyten angefüllt. Verbindet man den Stromleiter der Sauerstoff-Elektrode mit dem positiven, den der Wasserstoff-Elektrode mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle, so wird Wasser zwischen den Elektroden elektrolysiert. Der entstehende Sauerstoff bzw. der Wasserstoff wird in den Gasraum der jeweiligen Elektrode abgegeben. 



     Die ebenbeschriebeneZersetzungszelle bildet   das Endglied der erfindungsgemässen Trennsäule, deren 
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 gezeichneten Weise mit diesen in Serie geschaltet. 



   Das In der Ventilelektrode der Zersetzungszelle bei Stromfluss entstehende Wasserstoffgas wird der Lösungs-Elektrode   E+5)   der letzten Anreicherungszelle Z zugeführt. Von hier aus passiert es elektrochemisch alle Zellen der   Säule   und reichert sich dabei immer stärker an Deuterium ab. Da alle Zellen elektrisch in Serie geschaltet sind, wird im stationären Betrieb genau soviel Wasserstoff an der Ventilelektrode der ersten Zelle in Freiheit gesetzt, wie in der Zersetzungszelle entstanden ist. 



   In Fig. 3 wird als Br.-E ein zusätzliches Brennstoffelement dargestellt, in dem die Elektrolysegase umgesetzt werden. 



   Vorteilhafterweise betreibt man die Wasserstoffanode einer Zelle unter dem gleichen Arbeitsdruck wie die Wasserstoffkathode der Zelle, von der sie Wasserstoff aufnimmt, so dass am besten alle Wasserstoffanoden und-kathoden unter gleichem Druck betrieben werden. 



   Die elektrischen Ströme sind in allen Teilen des geschilderten Systems gleich. Wenn man die Stromeinspeisung in der in Fig. 3 dargestellten bekannten Weise vornimmt, erhält man eine betriebssichere, ohne viele automatische Regelvorrichtungen arbeitende Anlage zur Deuteriumgewinnung. 



   Im stationären Betrieb herrscht im Elektrolyten der Trennsäule eine von Stufe zu Stufe zunehmende Deuteriumkonzentration. Die Eingabe des Elektrolyten der natürlichen D-Konzentration geschieht bei Zelle   1,   die Entnahme des deuteriumreichen Elektrolyten aus der Zersetzungszelle. Die pro Zeiteinheit zu entnehmende Menge   DO   richtet sich im stationären Betrieb nach der gewünschten Deuteriumkonzentration des Endproduktes und der Stromstärke des die Säule durchfliessenden elektrischen Stromes. Naturgemäss ist die Insgesamt erreichbare Anreicherung eine Funktion der Stufenzahl der Säule. 



   Man erhält einen gedrängteren Aufbau der Trennsäule, wenn man die einzelnen Zellen in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise mit waagrecht statt mit senkrecht angeordneten Elektroden ausstattet. 



   Man kann in diesem Falle die Gasräume der Elektroden benachbarter Zellen, die durch Gasleitungen   IL (n, n+1) in   Fig.   2]   miteinander verbunden sind, zu einem gemeinsamen Gasraum verschmelzen. Dieser Zwischenraum kann dann beliebig klein gemacht werden, ja, beide Elektroden können zu einer gemeinsamen Arbeitsschicht mit inaktiven Deckschichten auf beiden Seiten dieser Arbeitsschicht zusammengefasst werden. In der Fig. 4 sind zwei derartige in einer Trennsäule angeordnete dreischichtige Ventilelektroden schematisch dargestellt. Die Elektrode mit der Nummer n ist z.   B.   auf der dem Elektrolytraum   V (n)     zugewendeten Seite mitderinaktivenDeckschicht Bz kathodisch   belastet.

   Der in der Arbeitsschicht A (n) abgeschiedene Wasserstoff ist um den Trennfaktor s an Deuterium ärmer als der Elektrolyt im Raum V (n). 



  Auf der dem Elektrolytraum   v < n-1)   zugewendeten Seite ist die Elektrode hingegen anodisch belastet. 



  Der Wasserstoff geht also auf dieser Seite wieder in Lösung usw. Die aufeinanderfolgenden Elektrolyträume sind durch Leitungen R miteinander verbunden, in die zur Vergrösserung des Strömungswiderstandes Diaphragmen oder andere Querschnittsverengungen eingebaut sind, die auch veränderlich sein können. 



  Die Gasräume   derArbeitsschichten   der einzelnen Elektroden sind über die Gasleitungen L, in denen grosse Strömungswiderstände oder Flüssigkeitsvorlagen vorgesehen sind, an eine unter konstantem Druck stehende zentrale Wasserstoffleitung   W angeschlossen.   Eine derartige Flüssigkeitsvorlage wird durch   F'*'   beispielsweise dargestellt. Durch diese Massnahme wird der funktionssichere Betrieb der Säule über längere Zeiten auch dann gewährleistet, wenn die Gasumsetzung, mit ändern Worten die Stromausbeute, nicht in allen Zellen   100'/0   beträgt. Die erwähnte zentrale Wasserstoffleitung W erfüllt einen zweifachen Zweck. 

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   Um nämlich den Vorgang der Wasserstoffabscheidung in Gang bringen zu können, muss zuvor der Elektrolyt entgegen seinem Kapillardruck aus den Arbeitsschichten der Ventilelektroden verdrängt werden. Sonst würden die Elektroden nur als metallische Diaphragmen wirken und der sie durchfliessende Strom würde bevorzugt längs der Elektrolytfäden in den Poren der Elektrode transportiert werden. Die mit Gas einmal gefüllte Arbeitsschicht verhindert jedoch diese Möglichkeit. Zum andern gewährleistet die zentrale Gasleitung durch Nachlieferung von Gas, dass die Funktionsfähigkeit der Säule auch bei nicht vollständiger Stromausbeute bezüglich der beabsichtigten Gasreaktion erhalten bleibt.

   Schliesslich kann man auch den Flüssigkeitstransport in der Säule unter Vermeidung der Leitungen R dadurch bewerkstelligen, dass man über die zentrale Gasleitung den Gasdruck in den Elektroden soweit reduziert, dass der Elektrolyt infolge seines Kapillardruckes die Arbeitsschicht erfüllen kann, wobei er das   Gas verdrängte   Dann wirkt die Elektrode praktisch wie eine Filterscheibe und gestattet den Stofftransport durch seine Poren. Zur Beendigung des Transportes wird der Gasdruck in der zentralen Wasserstoffleitung wieder auf den Arbeitswert gebracht und der Anreicherungsvorgang wieder in Gang gesetzt. Dieses Verfahren beinhaltet zwar diskontinuierliche Arbeitsschritte, doch ist es, von diesen periodisch sich wiederholenden Druck- änderungen abgesehen, bezüglich der Anreicherung von Deuterium ebenfalls kontinuierlich. 



   In der Fig. 4 ist noch die das Endglied der Säule darstellende Zersetzungszelle und die als normale   zweischichtige Vemilelektrode ausgebildete Abscheidungs-Elektrode der Anreicherungszelle l   eingezeichnet. Aus der zweischichtigen Sauerstoff-Ventilelektrode   EEl) jej Zeisetzungszelle wird   der Sauerstoff, aus der genannten Ventilelektrode der Anreicherungszelle 1 der Wasserstoff in Freiheit gesetzt. Beide Gase kann man, wie vorhin beschrieben, einer technischen Verwertung zuführen oder aber im Knallgaselement unter Rückgewinnung von elektrischer Energie rekombinieren lassen. 



   Die Herstellung der Ventilelektrode bildet nicht Gegenstand dieser Erfindung. 



   Geeignete Strömungs-oder Diffusionswiderstände, um die Vermischung der von den Kathoden der einzelnen Zellen ausgehenden Gasströme über die zentrale Gasleitung zu verhindern, bilden sogenannte Wasservorlage, wie sie in der Autogen-Schweisstechnik Verwendung finden. Es genügt unter Umständen auch schon eine nach Art der Gaswaschflasche ausgebildete Ausführungsform der   Gassperre   bzw. eine Gasuhr. 



   Das nachfolgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung. 



   Beispiel: In einer Trennsäule, die aus vier gleichen Anreicherungszellen und einer elektrolyti-   schen   Wasserzersetzungszelle besteht, dient sowohl als Kathode der Zersetzungszelle als auch als Kathode und Anode in den Anreicherungszellen eine Ventilelektrode, deren Herstellung im folgenden beschrieben sei. 



   In eine Pressform von 40 mm   0   werden zunächst 1, 4 g des Deckschichtmaterials eingegeben. Dieses besteht aus einer Mischung aus   1, 2 Gew.-Teilen   feinen Kupferpulvers   (Korndurchmesser < 10 )   und   1, 0 Gew.-Teilen pulverformiger Raney-Kupfer-Legierung   (Korndurchmesser zwischen   lOuund 35 ; i).   



  Die   Raney-Kupfer-Legierung   enthält 60   Gew.-% Kupfer   und 40,   Gew.-%   Aluminium. Anschliessend werden 11 g des Arbeitsschichtmaterials eingegeben. Dieses besteht aus einer Mischung aus   1, 5 Gew.-Tei-   len Carbonylnickelpulver und   1, 0 Gew.-Teilen   pulverförmiger Raney-Nickel-Legierung der Korngrösse zwischen   50J1.   und   7511'Die   Raney-Nickel-Legierung enthält je 50   Grew.-%   Nickel und Aluminium. 



   Durch 7 Minuten langes Pressen bei 3500C wird mit einem Pressdruck von 4   t/crn   aus diesen Pulvern die Ventilelektrode hergestellt. Danach wird   der Elektrodenkörper   in eine Kunststoffhalterung eingebettet. 



  Das Aluminium wird zwecks Einstellung der Raney-Struktur mit zirka 6n-KOH aus der Elektrode herausgelöst. 



   Jeweils zwei derartige Ventilelektroden werden zu einer Anreicherungszelle vereinigt. Zu diesem 
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 3 mm breiter Raum zur Aufnahme des Elektrolyten bleibt. 



   Die Elektrolysezelle besteht aus einer Ventilelektrode der beschriebenen Art als Wasserstoffkathode und einer porösen Nickel-Elektrode als Sauerstoffanode. Zwischen beiden Elektroden befindet sich ein feinmaschiges   Nickelnetz,   das die gebildeten Sauerstoffbläschen von der Wasserstoff elektrode abhält. Das gebildete Sauerstoffgas wird über einen Rücklaufkühler aus der Zersetzungszelle entfernt und anschliessend in einer tiefgekühlten Vorlage seiner deuteriumreichen Feuchtigkeit beraubt. 



   Der Wassertransport zwischen den Zellen erfolgt durch Verdampfung in der vorhergehenden und Rekondensation in der nachfolgenden Zelle. In der beschriebenen Laboratoriums-Trennsäule ist die in   Fig. 5   dargestellte Vorrichtung für diesen Zweck geeignet. 



     Das U-förmige Glasrohr   R enthält einen elektrischen Heizkörper H aus einem laugenbeständigen Stahl, der durch Zufuhr eines niedergespannten regelbaren Wechselstromes beheizt wird. Oberhalb dieses Heiz- 

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 körpers befindet sich ein   Abzweigrobr   RA, das zusammen mit dem benachbarten Ende des U-Rohres in den Elektrolyten der Zelle k soweit eintaucht, dass das Rohr RA gerade vollständig vom Elektrolyten erfüllt ist. Das andere Ende des U-Rohres endet oberhalb des Elektrolytspiegels in der Zelle   k+1.   Es ist im absteigenden Teil als Kühler K ausgebildet. 



   Durch Heizung wird an H Wasser der Zelle k verdampft, das nach der Kondensation im Kühler K in den Elektrolyten der Zelle   k+1   tropft. Gleichzeitig bewirkt die Heizung aber auch einen Elektrolytumlauf über die Rohrabzweigung RA durch die Thermosyphonwirkung. 



   Der Gasraum der Wasserstoffanode einer Zelle ist erfindungsgemäss mit der Kathode der nachfolgenden Zelle durch eine Schlauchleitung verbunden, die ihrerseits über die Gassperre (nach Art der Gaswaschflasche) an eine zentrale Wasserstoffleitung angeschlossen ist. Diese Leitung vermittelt allen Elektroden einen Wasserstoffdruck von 1, 5 atü.

   
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 zersetzt zu werden, wobei der Elektrolyse-Sauerstoff von der Anode aus dem System abgeführt wird, während der Elektrolyse-Wasserstoff, zwecks Deuteriumaustausch mit dem Wasser, von der Kathode der 
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 jeweils der Anode der betreffenden Anreicherungszelle zugeführt wird, im Elektrolyten der Zelle quantitativ elektrochemisch in Lösung geht, worauf an der Kathode der entsprechenden Zelle eine äquivalente Wasserstoffmenge abgeschieden wird, die schliesslich von der Kathode der   Anreicherungszelle [Z )]   abgeführt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertransport zwischen den einzelnen Zellen durch Ab- und Zufluss der Elektrolytlösung und der Rücktransport des Elektrolyten (KOH) mittels Dialyse oder Elektrodialyse durch Dialyse-oder Austauschermembranen erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertransport zwischen aufeinanderfolgenden Zellen durch Verdampfung des Wassers in der vorhergehenden Zelle, Kondensation des Dampfes und Überfuhrung des Kondensates in die nachfolgende Zelle erfolgt.
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einer elektrolytischen Wasserzersetzungszelle und einer oder mehreren Anreicherungszellen mit je einer Wasserstoffanode und einer Wasserstoffkathode, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Elektroden Diffusionselektroden sind, deren Porenradien über den Elektrodenquerschnitt variieren, und die derart angeordnet sind, dass die feinporige Schicht (z.B.B) dem Elektrolyten, die grobporige Schicht (z.B. A1) dem Gasraum (V) zugewendet ist. <Desc/Clms Page number 7>
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden der Anreicherungszellen und die Kathoden der Zersetzungszellen Ventilelektroden sind, die aus einer dem Elektrolyten zugewendeten feinporigen Deckschicht (z.B. B ) aus einem Material mit grosser Wasserstoffüberspannung und einer grobporigen, dem Gasraum zugewendeten Arbeitsschicht (z. B. A) aus einem Materialmitgeringerer Wasserstoffüberspannung bestehen.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffanoden der Anreicherungszellen Ventilelektroden sind.
    7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die feinporigen Deckschichten der Ventilelektroden aus Kupfer und die Arbeitsschichten aus Nickel bestehen.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffanode der Zersetzungszelle eine Ventilelektrode ist, die aus einer feinporigen Deckschicht aus einem Material mit grosser Sauerstoffüberspannung und einer grobporigen Arbeitsschicht aus einem Material mit geringerer Sauerstoffüberspannung besteht.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die feinporige Deckschicht aus Titan und die grobporige Arbeitsschicht aus Nickel besteht.
    10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeits- und gegebenenfalls auch die Deckschicht der verwendeten Ventilelektroden aus an sich bekanntem Doppelskelettkatalysator-Material bestehen.
    11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsschich- ten der Wasserstoffanoden und - kathoden aufeinander folgender Zellen eine gemeinsame Schicht [z. B. A (n) in Fig. 4] bilden.
    12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, 7, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffanoden über grosse Strömungswiderstände oder Gassperren [z. B. F )] oder Gasuhren an eine zentrale Gasleitung (W) angeschlossen sind, die unter einem dem Arbeitsdruck der Säule gleichen Wasserstoffdruck steht.
AT353060A 1959-05-22 1960-05-10 Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von deuteriumreichem Wasser aus deuteriumarmem, vorzugsweise natürlichem Wasser AT216470B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3306832A (en) * 1962-06-12 1967-02-28 Electric Storage Battery Co Multistage process for the concentration of heavy water in feed water comprising a mixture of water and heavy water

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