DE597180C - Vorrichtung zur Regelung des Druckes von zwei Gasen oder Fluessigkeiten mittels durch den Gasdruck betaetigter Ventile, insbesondere in elektrolytischen Druckzersetzern - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 18. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12 i GRUPPE

Dr. Jakob Emil Noeggerath in Berlin

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Dezember 1929 ab

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf. eine Vorrichtung zur Regelung des Druckes von zwei Gasen oder Flüssigkeiten, insbesondere zur Regelung des Druckes der in elektrolytischen Druckzersetzern erzeugten Gase. Es ist bekannt, daß in diesen Zersetzern leicht Druckdifferenzen zwischen den erzeugten Gasen auftreten können und diese Drückdifferenzen sich im Betrieb des Zersetzers sehr unangenehm auswirken können. Auch die bekannte Anordnung von Ausgleichleitungen zwischen Räumen entgegengesetzter Polarität schafft hier nicht ohne weiteres einwandfreie Abhilfe, da bei solchen mit Ausgleichleitungen versehenen Apparaten leicht eine Vermischung der beiden Gase durch die Ausgleichleitung stattfinden könnte.

Es sind bereits verschiedene Druckregelvorrichtungen bekanntgeworden, unter denen hauptsächlich zwischen drei Gruppen zu unterscheiden ist.

Bei der ersten Gruppe erfolgt die Regelung mittels Schwimmer, welche in den Gasleitungen befindliche Ventile betätigen. Diese Schwimmer lassen sich wohl bei Gasen verhältnismäßig geringen Druckes verwenden, sind jedoch in Verbindung mit Gasen hohen Druckes gänzlich unbrauchbar, weil sie ja hohl sind und dem vollen Gasdruck widerstehen müssen. Bei Drücken von etwa 100 bis 200 Atmosphären wird infolge der hierdurch bedingten großen Wandstärke des Schwimmers sein Gewicht so groß, daß er in der Flüssigkeit überhaupt nicht mehr schwimmt, sondern untertaucht und daher seine Aufgabe nicht erfüllen kann.

Bei der zweiten Gruppe handelt es sich um solche Vorrichtungen, bei denen eine notwendigerweise dünne Membran beiderseits unter dem Druck der beiden Gase steht und entsprechende Ventile steuert. Auch diese Vorrichtungen lassen sich bei Gasen von hohem Druck nicht anwenden, weil bei den hierbei möglicherweise vorkommenden hohen Druckdifferenzen, die sich in einem auf die Membran einseitig ausgeübten Druck von über iooAtmosphären auswirken können, die Membran diesen Drücken nicht standhalten kann und reißen würde.

Die dritte Gruppe fußt auf demselben Prinzip wie die zweite, nur daß hier die Membran durch eine in einem U-Rohr befindliche Flüssigkeit, meist Quecksilber, ersetzt ist, wobei die Beeinflussung der Ventile durch elektrische Kontaktgebung mit Hilfe der Quecksilbersäule erfolgt. Hierbei entstellt der Nachteil, daß durch eine starke einseitige Druckgebung das Quecksilber in die anderspoligen Leitungen oder Räume des Elektrolyseurs hineingedrückt wird, da bei der notwendigen ständigen Verbindung der Räume oberhalb der Flüssigkeit mit den Zellen keine Möglichkeit zur Verhinderung dieses Überströmens besteht.

Alle diese Nachteile werden beim Erfindungsgegenstand dadurch vermieden, daß die Übertragung des Gasdruckes auf die Ventile durch

einen an seinen beiden Seiten unter der Einwirkung des Druckes der beiden Gase stehenden, nachgebenden oder nachgebend angeordneten festen Körper erfolgt, dessen Hub mittels gegen den vollen einseitigen Gasdruck widerstandsfähige Begrenzungsmittel begrenzt ist. Im Falle der Verwendung eines nachgebenden festen Körpers bzw. einer Membran wird zu diesem Zweck die Wandung der die Membran ίο enthaltenden Kammer so ausgebildet, daß die Membran sich vor Erreichen der Grenze ihrer Dehnungsfähigkeit mit ihrer ganzen Fläche an die Wandung der Kammer anlegt, so daß nunmehr der auf die Membran wirkende einseitige Druck von dieser Wandung selbst aufgenommen wird. Im Falle der Verwendung eines nachgebend angeordneten festen Körpers, z. B. eines Kolbens, erfolgt die Hubbegrenzung durch Anschläge o. dgl.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in schematischer Form.

Bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung strömen die Gase, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, von dem Zersetzer 1 durch die Leitungen 2 und 3 zu den Sammelbehältern 4 und 5 und von dort durch den Druckregler 6 zu den Behältern 7 und 8, die auch unmittelbar durch die Abfüllflasche ersetzt sein können. Die Gase strömen im Druckregler 6 an den beiden Seiten des darin angeordneten nachgebenden oder nachgebend angeordneten Körpers vorbei. Falls das eine Gas einen geringeren Druck hat als das andere, wird der Körper in Richtung des Gases mit geringerem Druck verschoben und schließt dadurch das in der betreffenden Gasleitung befindliche Absperrventil so lange, bis der Gasdruck der beiden Gase wieder vollständig gleich geworden ist. Nach erfolgtem Druckausgleich kehrt der Körper in seine Mittellage zurück und gibt das geschlossene Ventil wieder frei.

Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Gase an dem nachgebenden oder nachgiebig angeordneten Körper vorbeiströmen und unmittelbar in die Ventilgehäuse eintreten, wobei ihr Druck sich naturgemäß ebenfalls auf den in einem mit dem Ventilgehäuse in Verbindung stehenden Raum angeordneten nachgebenden oder nachgiebig angeordneten festen Körper auswirkt. Der Druck kann hierbei auch durch eine im Regler enthaltene Flüssigkeit auf diesen Körper übertragen werden. Die Gase treten aus dem Zersetzer 1 in die Behälter 4 und 5, um von da in die Ventilgehäuse 9 und 10 des Druckreglers 6 zu gelangen. Der Elektrolytstand ist durch die gestrichelten Linien angedeutet, und es ergibt sich aus der Zeichnung, daß der Druckregler und der untere Teil des Ventilgehäuses 9 und 10 mit Elektrolyt gefüllt sind. Hat das eine Gas Überdruck, so wirkt sich dieser Druck unter Vermittlung des Elektrolyten in genau derselben Weise auf den Druckregler aus wie bei der Anordnung gemäß Abb. 1, so daß die Leitung des Gases mit geringem Druck so lange gesperrt ist, bis der Druckausgleich eintritt.

Die Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei der der Druckregler in Nebenschluß zu der Hauptgasleitung geschaltet ist. Die Gase strömen aus dem Zersetzer 1 über die Leitungen 2 und 3 in die Behälter 4 und 5 und von da über die Leitungen 11 und 12 zu den Verbrauchsstellen 7 und 8. Der Druckregler und der untere Teil der Ventilgehäuse ist hierbei wieder mit Elektrolyt gefüllt, der mittels der Abzweigleitungen 13 und 14 unter dem Druck der in den Hauptgasleitungen 11 und 12 strömenden Gase steht. Die Ventile in den Gehäusen 9 und 10 sind bei dieser Anordnung beide geschlossen. Tritt nur eine Druckdifferenz zwischen den Gasen auf, so wird das mit dem Gas von höherem Druck in Verbindung stehende Ventil geöffnet und läßt das Gas in einen der Nebenbehälter 15 oder 16 austreten, so daß auf diese Weise der Durchflußquerschnitt für das betreffende Gas vergrößert wird. Dadurch nimmt der Druck des betreffenden Gases ab. Sobald der Druckausgleich erreicht ist, schließt sich das Ventil wieder, und das Gas strömt weiterhin allein durch die Hauptleitung. Sobald in den Nebenbehältern 15 und 16 genügend Gas angesammelt ist, wird dieses aus ihnen entweder unmittelbar entnommen oder über die Leitungen 17 und 18 zu den Verbrauchsstellen 7 und 8 geführt. Der Rauminhalt der Nebenbehälter kann hierbei im Verhältnis zu der Menge der erzeugten Gase stehen oder auch gleich sein. Es ist auch möglich, nur für das eine Gas einen Nebenbehälter vorzusehen, während das andere Gas aus dem Druckregler ins Freie geführt werden kann.

Die in Abb. 4 dargestellte Druckausgleichsvorrichtung für die in Abb. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einer elastisch nachgebenden Membran 21, an der zwei Steuerungsglieder 22 und 23 zur Steuerung der Ventile 24 und 25 befestigt sind. Die Gase werden durch die Leitungen 26 und 27 an beiden Seiten der Membran 21 vorbei zu normalerweise gleich weit geöffneten Ventilen 24 und 25 und durch diese zu den Sammelbehältern geleitet. Sobald zwischen den Gasen eine Druckdifferenz auftritt, indem beispielsweise das durch die Leitung 26 strömende Gas einen höheren Druck hat als das andere, wird die Membran durch den Differenzdruck nach rechts gedrückt, wobei das Ventil 24 weiter geöffnet wird, indem der an dem Ventilschaft befestigte Bolzen 28 durch das Steuerungsglied 22 nach unten gedrückt

wird. ^Gleichzeitig wird das Ventil 25 dadurch geschlossen, daß das Steuerungsglied 23 den am Schaft dieses Ventils befestigten Bolzen weiter nach oben gleiten läßt. Nach erfolgtem Druckausgleich kehrt die Membran 21 in ihre Mittellage zurück, wodurch die Ventile 24 und 25 ebenfalls in ihre Anfangsstellung zurückkehren. Damit die Ventile bei einem allzu großen Ausschlag der Membran oder des Kolbens nicht in die Mitleidenschaft gezogen werden, sind die Ventile mit der Membran oder dem Kolben nur lose gekoppelt, so daß sie unabhängig von der Größe des Ausschlages der Membran oder des Kolbens immer nur einen begrenzten Hub ausführen. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Wandung der die Membran enthaltenden Kammer gebogen ausgebildet, so daß die Membran sich bei ihrem maximalen Ausschlag eng an die Wandung anlegt und dadurch vom Druck entlastet wird.

In der Abb. 5 ist eine Druckausgleichsvorrichtung für die in Abb. 2 oder 3 gezeigte Anordnung dargestellt, die im Wesen der in Abb. 4 gezeigten Vorrichtung entspricht, jedoch mit dem Unterschied, daß die Steuerung der Ventile mit Hilfe eines Kolbens 29 erfolgt, der an seinen beiden 'Seiten unter dem Druck der beiden Gase steht, und daß das eine Gas durch die am Ventilgehäuse vorgesehene Leitung 32 in den Regler eintritt, das andere Gas durch eine entsprechend angeordnete Leitung am anderen Ventilgehäuse, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. An den die Ventile betätigenden Steuerungsgliedern 22 und 23 sind hier Federn 30 befestigt, die den Kolben bei gleichem Druck der Gase in seiner Mittellage halten und nach erfolgtem Druckausgleich seine Rückkehr in die Mittellage bewirken. Der Druckregler steht mittels der Leitung 31 mit dem Zersetzer in Verbindung, durch die der Elektrolyt in den Regler steigt, so daß der Kolben ganz von Elektrolyt umgeben ist. Der Elektrolyt bewirkt gleichzeitig die Abdichtung des Kolbens, und zu diesem Zweck ist zwischen Kolben und Zylinderwand ein geringes Spiel belassen, so daß der Kolben ganz von Elektrolyt umgeben ist.

Die Ventilgehäuse sind mit Rücksicht auf die starken Schwankungen des Elektrolytniveaus sehr lang ausgeführt. Die Ventile können zweckmäßig auch mit einem Servokolben in Verbindung stehen, um den nachgebenden Körper von mechanischen Beanspruchungen möglichst zu entlasten.

Es ist zweckmäßig, den elastisch nachgiebigen Körper bzw. das elastisch nachgebende Haltemittel (Feder) für den nachgebend angeordneten Körper derart zu bemessen, daß der Körper erst nach Eintreten eines geringen Überdruckes desjenigen Gases, das bei Beginn der Regelung Unterdruck hat, in seine Mittellage zurückkehrt, damit beim Regeln kein Pendeln des Körpers eintritt.

Die Erfindung ist vieler Ausgestaltungen fähig und daher nicht an die beschriebenen Anordnungen gebunden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung des Druckes von zwei Gasen oder Flüssigkeiten mittels durch den Gasdruck betätigter Ventile, insbesondere in elektrolytischen Druckzersetzern, bei der die Übertragung des Gasdruckes auf die Ventile durch einen an seinen beiden Seiten unter der Einwirkung des Druckes der beiden Gase stehenden, nachgebenden oder nachgebend angeordneten festen Körper erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des festen Körpers mittels gegen den vollen einseitigen Gasdruck widerstandsfähige Begrenzungsmittel begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit den Ventilen derart lose gekoppelt ist, daß der Körper nur während eines bestimmten Teiles seines Hubes auf die Ventile einwirkt, während der übrige Teil des Hubes des Körpers auf die Ventile ohne Einfluß bleibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Körper ein mit einer schrägen Fläche versehener Arm befestigt ist, an dem eine am Ventilschaft befestigte Rolle gleitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase an beiden Seiten des nachgebenden oder nachgebend angeordneten Körpers vorbei durch Ventile zur Verbrauchsstelle strömen, wobei der Körper durch seine Verschiebung in Richtung des geringeren Gasdruckes das in der Leitung mit geringerem Gasdruck befindliche Ventil schließt und das andere Ventil weiter öffnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den Hauptgasleitungen Nebenleitungen abzweigen, in welche der Regler eingebaut ist und durch die die durch den Regler strömenden Gase in Nebengehälter gelangen, wobei der Reglerkörper bei seiner Verschiebung in Richtung des geringen Gasdruckes das in der Leitung mit dem höheren Gasdruck befindliche Ventil öffnet und es nach erfolgtem Druckausgleich bei seiner Rückkehr in die Mittellage wieder schließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase unmittelbar in die Ventilgehäuse eintreten und der Druck mittels einer Flüssigkeitssäule, zweckmäßig des Elektrolyten, auf den nach-

giebigen oder nachgebend angeordneten Körper übertragen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ganz vom Elektrolyten umgeben ist, wobei dieser Elektrolyt mit dem Elektrolyten des Zersetzers durch eine Leitung verbunden sein kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch nachgiebige Körper bzw. das elastisch nachgebende Haltemittel (Feder) für den Körper derart bemessen ist, daß der Körper erst nach Eintreten eines geringen Überdruckes desjenigen Gases, das bei Beginn der Regelung Unterdruck hat, in seine Mittellage zurückkehrt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile mit einem Servokolben in Verbindung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen