DE1546710B2

DE1546710B2 - Anordnung zur bestimmung der die elektroden von elektrolysezellen durchfliessenden stromstaerke

Info

Publication number: DE1546710B2
Application number: DE19651546710
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr 5000 Köln COIb 17 76 Schmeiser
Original assignee: Knapsack AG, 5033 Hurth Knapsack
Priority date: 1965-11-11
Filing date: 1965-11-11
Publication date: 1973-06-20
Also published as: NL6613129A; DE1546710A1; BE689580A; US3531392A; FR1501232A; GB1144282A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der die Elektroden von Elektrolysezellen durchfließenden Stromstärke durch Messen des an einem Ohmschen Widerstand in der Elektrodenzuleitung anliegenden Spannungsabfalles.

Bei Elektrolysezellen, z. B. zur Chloralkalielektrolyse, besteht das Problem, die aus einem festen Material, wie Graphit, bestehenden Elektroden, die einer gewissen· Abnutzung unterworfen sind, derart nachzustellen, daß bei einer bestimmten Ausbeute an Elektrolyseprodukten möglichst wenig elektrische Energie verbraucht wird.

Derartige Elektrolysezellen enthalten eine große Anzahl von einzeln nachstellbaren Elektroden, die parallel geschaltet sind, während man gleichzeitig üblicherweise mehrere solcher Elektrolysezellen hintereinanderschaltet. Die Zellenspannungen liegen dabei in der Größenordnung von einigen Volt, während durch jede Elektrode Ströme in der Größenordnung von Kiloampere fließen. Bei der Inbetriebnahme einer solchen Elektrolyse-Anlage besteht nun die Schwierigkeit, daß zunächst die durch die Elektroden fließenden Ströme stark voneinander abweichen und durch Nachstellung der Elektroden erreicht werden muß, daß in jeder Elektrode bei möglichst niedriger Zellenspannung der gleiche Strom fließt. Unter Nachstellen einer Elektrode soll die Verkleinerung des Abstandes zwischen einer verstellbaren blockförmigen Elektrode und einer beispielsweise aus Quecksilber bestehenden Gegenelektrode verstanden werden. Die besondere Schwierigkeit liegt darin, daß die Nachstellung einer Elektrode, an der zunächst eine zu geringe Stromstärke gemessen wurde, im allgemeinen dazu führt, daß die Stromstärke durch die benachbarten, parallelgeschalteten Elektroden in nicht voraussehbarer Weise absinkt.

Aus der deutschen Patentschrift 817 618 ist eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung einer Elektrolysezelle mit Vielfachelektroden bekannt, bei welcher zur richtigen Verteilung auf die einzelnen Elektroden das Organ jeder Elektrode, welches ihre Verstellung bewirkt, durch einen Regler betätigt wird. Der Regler weist dabei ein Meßwerk auf, welches den Widerstand eines jeden durch jede Elektrode und den entsprechenden Abschnitt des Bades gebildeten Teiles der Zelle mißt. Im einzelnen ist dazu in jede Zuleitung zu den einzelnen Elektroden ein Nebenschluß geschaltet. Die am Nebenschluß abfallende Spannung wird abgegriffen und der einen Spule eines Kreuzspuhneßwerkes zugeführt, während die andere Spule des Kreuzspulmeßwerkes mit der Spannung beaufschlagt wird, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode abfällt. Um eine befriedigende Funktionsweise des Kreuzspulmeßwerkes zu gewährleisten, ist es dabei erforderlich, seine beiden Spulen mit einer Meßspannung in einer gewissen Höhe zu versorgen. Mithin muß der Nebenschluß eine gewisse Größe aufweisen, wodurch der Ohmsche Widerstand der gesamten Elektrolysezelle vergrößert und damit die Ausbeute an Elektrolyseprodukten je elektrischer Leistungseinheit verringert wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Meßanordnung zur Nachstellung der einzelnen Elektroden von Elektrolysezellen zu schaffen, welche den elektrischen Wirkungsgrad der Zellen nicht herabsetzt. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß für die Messung der längs eines Teiles (S) der Elektrodenzuleitung abfallenden Spannung eine durch einen Taktgeber (T) zyklisch gesteuerte Anwahlschaltung (AS) und ein Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) mit digitaler Anzeige (DA) vorgesehen sind.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann wahlweise auch noch dadurch gekennzeichnet sein, daß

a) ein auf die Grenzwerte Kurzschluß und Leerlauf eingestellter Grenzwertmelder (GM₁) zur Überwachung der vom Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) abgegebenen Meßgröße und eine Meldung für Kurzschluß- oder Leerlaufbetriebsfall vorgesehen sind;

b) ein auf die Grenzwerte eines gewünschten Toleranzbandes eingestellter Grenzwertmelder (GM₂) zur Überwachung der vom Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) abgegebenen Meßgröße vorgesehen ist.

Zur automatischen Verarbeitung der erfindungsgemäß von den Grenzwertmeldern abgegebenen Meßgrößen können die Elektroden mit Stellantrieben versehen sein, wobei die Stellantriebe bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes des Stromes der betreffenden Elektrode durch Stellbefehle von den Grenzwertmeldern selbsttätig gesteuert werden.

Die beschriebene Meßanordnung gemäß der Erfindung ermöglicht eine genaue und zeitsparende Nachstellung der einzelnen Elektroden, ohne den elektrischen Wirkungsgrad der Elektrolysezelle herabzusetzen. Den Meßwert verfälschende Einflüße von Magnetfeldern treten nicht auf. Weiterhin bietet der geringe Zeitaufwand, der beim Nachstellen bei der Anordnung gemäß der Erfindung erforderlich ist, die Möglichkeit, die Nachstellung, die infolge der Abnutzung der Elektroden notwendig wird, in kürzeren Zeiträumen vorzunehmen, so daß dadurch der mitt-

ere Spannungsverlust pro Zelle und damit der Wircungsgrad der Anlage verbessert wird. Häufigeres Nachstellen der Elektroden bringt ferner den Vorteil •nit sich, daß die Abnutzung der Elektroden gleichnäßiger erfolgt, wodurch die Betriebskosten verrin- ^:ert werden.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargetellt. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Übersicht über die Elektrodenzuleiungen bei einer Elektrolysezelle mit 96 Elektroden. Die Elektroden sind mit arabischen Ziffern von 1 bis )6 bezeichnet. Alle Elektroden sind parallel geschalet, wobei je 12 Elektroden zusammengefaßt und iber acht Sammelschienen A bis H mit der Stromquelle verbunden sind. Der Punkt X bezeichnet den vießfestpunkt am Zellenboden für die Messung der Zellenspannung.

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1.

Die Sammelschiene A führt zu den Elektroden 1 ns 12. Die jeder Elektrode vorgeschalteten Stromoänder sind mit S bezeichnet. Die Strombänder S begehen aus einem Bündel von Kupferbändern, welche die bewegliche Stromzuführung von der Sammelschiene .<4 zur verstellbaren Elektrode ermöglichen. Die Strombänder S sind dabei an ihrem einen Ende in der Zeichnung nicht dargestellt) in Fassungen iingelötet. Die Lötstelle dient gleichzeitig als Kurzschlußsicherung. Auf den Strombändern 5 in einem Gestimmten Abstand voneinander angebrachte Meßpunkte schließen einen weitgehend nur vom Abstand abhängigen Ohmschen Widerstand ein. Der an diesem Widerstand auftretende Spannungsabfall d V₁ ... Δ V₁₂ ist ein Maß für den durch die betreffende Elektrode fließenden Einzelstrom, der erfindungsgemäß mit Hilfe eines Spannungsfrequenzumsetzers gemessen wird.

Fig. 3 eine Überwachungsanlage für Elektrolysegellen.

Mit 5 sind wiederum die in den Zuführungen zu den verstellbaren Elektroden befindlichen Strombänier bezeichnet (vgLFig. 2). Die StrombänderS,-an Jenen die Spannungen Δ V₁ ... Δ V_n abfallen, sind mit einer Anwahlschaltung AS verbunden. Diese enthält, beispielsweise von einer elektronischen Zählkette gesteuert, elektronische Schalter, die als Meßstellenumschalter wirken und die jeweiligen Strombänder S gegebenenfalls zusätzlich über ein Störimpulsfilter IF mit dem Spannungsfrequenzumsetzer SFU nacheinander verbinden. Die Anwahlschaltung AS wird durch einen Taktgeber T gesteuert.

Zweckmäßig ist neben der automatischen Meßstellenumschaltung noch eine Möglichkeit zur Handanwahl vorgesehen, um unabhängig von einem bestimmten Meßzyklus einzelne Stromstärken an Elektroden zu messen. Der Spannungsfrequenzumsetzer SFU enthält einen Trennverstärker zur galvanischen Trennung der Meßstromkreise von den übrigen Stromkreisen der Schaltung, um Störeinflüsse zu verhindern.

Die vom Spannungsfrequenzumsetzer SFU abgegebene, der angelegten Spannung in ihrer Frequenz proportionale Schwingung kann einem Grenzwertmelder GM₁ zugeführt werden, der die Grenzwerte »Kurzschluß« (hoher Strom entsprechend hoher Frequenz) oder »Stromunterbrechung« (Leerlauf), gegebenenfalls unter Alarmgabe, meldet. Zur Überführung der vom Spannungsfrequenzumsetzer SFU abgegebenen Schwingung in eine digitale Anzeige dient die Zählschaltung Z, die in bekannter Weise in konstanten Zeitintervallen abgefragte Zählketten enthält, deren Zählergebnis einer digitalen Anzeigevorrichtung DA oder einem Drucker DR zugeführt wird.

Ferner kann mit der Zähleinrichtung Z ein weiterer Grenzwertmelder GM₀ verbunden sein, der auf bestimmte Werte der als Spannungsabfall an den Strombändern S gemessenen Ströme anspricht. Der Grenzwertmelder GM₂ ist zweckmäßig derart ausgebildet, daß er die Einstellung eines Toleranzbandes unterschiedlicher Breite ermöglicht. Zweckmäßig wird bei Inbetriebnahme der Anlage in diesem Falle zunächst ein breites Toleranzband eingestellt, so daß diejenigen Zellenelektroden im Sinne einer Grobeinstellung nachgestellt werden können, in denen die Stromwerte weit abseits des gewünschten Mittelwertes liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung der die Elektroden von Elektrolysezellen durchfließenden Stromstärke durch Messen des an einem Ohmschen Widerstand in der Elektrodenzuleitung anliegenden Spannungsabfalles, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung der längs eines Teiles (S) der Elektrodenzuleitung abfallenden Spannung eine durch einen Taktgeber (T) zyklisch gesteuerte Anwahlschaltung (AS) und ein Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) mit digitaler Anzeige (DA) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Grenzwerte Kurzschluß und Leerlauf eingestellter Grenzwertmelder (GM₁) zur Überwachung der vom Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) abgegebenen Meßgröße und eine Meldung für Kurzschluß- oder Leerlaufbetriebsfall vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Grenzwerte eines gewünschten Toleranzbandes eingestellter Grenzwertmelder (GM₂) zur Überwachung der vom Spannungsfrequenzumsetzer (SFU) abgegebenen Meßgröße vorgesehen ist.