DE877750C - Vorrichtung zur Wasserelektrolyse - Google Patents

Vorrichtung zur Wasserelektrolyse

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DE877750C
DE877750C DEM8813A DEM0008813A DE877750C DE 877750 C DE877750 C DE 877750C DE M8813 A DEM8813 A DE M8813A DE M0008813 A DEM0008813 A DE M0008813A DE 877750 C DE877750 C DE 877750C
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DE
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water
pressure
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liquid
electrolysis
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DEM8813A
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Heinrich Mueller
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Wasserelektrolyse Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Darstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus leitend gemachtem Wasser, die ein Arbeiten und eine Gewinnung der elektrolytisch dargestellten Gase unter hohem Druck mit der erforderlichen Sicherheit ermöglicht.
  • Es ist bekannt, daß die Elektrolyse unter hohem Druck in zweifacher Weise beträchtliche Einsparungen ermöglicht. Wird nämlich der Elektrolyt unter hohen. Druck gesetzt, so gehen die Stromverluste erheblich zurück, so daß die Stromausbeute mit hoher Annäherung gleich der theoretischen Ausbeute gemacht werden kann. Außerdem «-erden die Gase Wasserstoff und Sauerstoff unter hohem Druck gewonnen, so daß sie unmittelbar in Vorratslyehä,lter abgefüllt werden können, wobei die Zwischenverdichtung, die normalerweise erforderlich ist, entbehrlich wird. Trotz dieser bekannten Vorteile der Hochdruckelektrolyse ist es bisher nicht gelungen, völlig betriebssichere Einrichtungen hierfür zu schaffen, so daß man in der Praxis die Elektrolyse immer noch mit normalem Druck durchführt und die Gase zum Abfüllen in Druckflaschen nachträglich verdichtet.
  • Die Anwendungsgebiete für die hochverdichteten Gase sind vielfältig und werden sich durch die Verbilligung der Herstellung noch weiter ausdehnen lassen. So wird durch dieHochdruckelektrolyse erst der Antrieb von Verbrennungsmotoren odier Gasturbinen wirtschaftlich ermöglicht. Die Verwendung von Wasserstoffgas in der chemischen Industrie, beispielsweise zur Hydrierung von Fetten aller Art, läßt sieh weiter verbilligen, ebenso das autogene Schweißen und Schneiden.
  • Erfindungsgemäß werden, die zur Entwicklung der Gase verwendeten Elektroden als senkrecht stehende Fächerelektroden ausgebildet, deren untere Enden abgebogen und gegeneinandergerichtet sind.
  • Weitenhin ist zwischen den senkrechten Teilen der Fächernelektroden aus Sicherheitsgrüh.den eine Trennwand angeordnet, die zweckmäßig mit einer Kühleinrichtung, beispielsweise mit inneren Rohrschlangen für die Führung eines Kühlmittels, ausgestattet ist.
  • Die günstigsten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn: der kleinste gegenseitige Abstand der Fächerelektrode etwa doppelt so groß gewählt ist, wie die Dicke der Trennwand.
  • Um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, eine sich selbsttätig regulierende Wasserzufuhr vorzusehen, die mit Rückschlagventilen ausgestattet ist, die ein Zur(ü@cklaufen des, zur Erzielung -der.- Leitfähigkeit mit Säure versetzten Wassers verhindern.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, auch eine selbsttätig wirkende Si,äiurezufuhr zum Elektrolyseraum vorzusehen, die allerdings nur in begrenztem Umfang wirksam wird, da der Säureverbrauch bei der Elektrolyse theoretisch gleich Null ist. Sowohl für die Wasser- als auch für die Säurezufuhr werden beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung elektromagnetisoh betätigte und unter Federvorspannung stehende Ventile verwenidet.
  • Für die Wasserzufuhr sind zu diesem Zweck Steuerelektroden im.oberen Teil der Elektrolysekammer vorgesehen, die die Betätigung der Ventile in Abhängigkeit vom Wasserstand selbsttätig ermöglichen.
  • Für die selbsttätige Säurezufuhr ist es zweckmäßig, ein Strom- oder widerstandsabhängiges Relais vorzusehen, das in Abhängigkeit vom inneren Widerstand. der Elektrolysekammer bzw. vom Stromabfall beim Ansteigen des," inneren Widerstandes das oder die Ventile für die Säurezufuhr kurzzeitig freigibt.
  • Die entwickelten Gase werden getrennt in geeigneten Vorratsbehältern unter Druck gesammelt, wobei ein Druckausgleich zwischen den: Behältern vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind die Behälter teilweise mit Fllüls,siglceit, beispielsweise Wasser oder Ammoniakwasser, gefüllt und eine Druckausgleichsleitung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in den Behältern einen verschiedenen Flüssigkeitsstand' ermöglicht. Weiterhin kann in diese Druckausgleichsleitung ein Ausgleichsbehälter eingeschaltet sein, der ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist.
  • In: Abhängigkeit von der verschiedenen Standhöhe werden gemäß der weiteren Erfindung elektrische Steuermittel betätigt, die eine Vergrößerung der Druckdifferenz verhindern, und zwar entweder das Zapfventil mit zu geringem Druck schließen oder an .dem Behälter, der einen zu hohen Druck aufweist, ein Auslaßventil öffnen.
  • Außerdem kann bei Auftreten der zu hohen Druckdifferenz auch der iElektrolysestrom selbsttätig abgeschaltet werden.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens schematisch 'dargestellt, das die Gesamtanlage ohne-Rücksicht auf die relativen Größenverhältnisse und die praktisch-technische Durchbildung erkennen läßt.
  • Mit i - ist ein -Vorratsbehälter für Wasser bezeichnet,- von dem das Wasser über eine selbstregulierende Förderpumpe 2 und ein Handventil 3 zum Absperren der Wasserzufuhr sowie ein elektromagnetisch, betätigtes Absperrventil q. und einstellbare--Düsen 5 in das, Innere der Elektrolysekammer 8, 9 gefördert wird. Mit 7 ist eine wassergekühlte Trennwandbezeichnety die dieWasser.stoffelektrodenkammer 8 von der Sauerstoffelektrodenkammer 9 trennt die jedoch nicht bis zum Boden. der Kammer reicht.
  • Die negative Elektrode in Form einer nach unten umgebogenen Fächerelektrode isst mit io bezeichnet, die. entsprechende positive Elektrode mit z i.
  • 12 ist die negative Steuerelektrode und 13 die positive -Steuerelektrode, die zur Einleitung bzw. Beschleunigung der Wasserzufuhr dient.
  • Die positive Steuerelektrode 1q., die über der. Elektrode 13 angeordnet ist, dient zur Absperrung der Wasserzufuhr. Im Stromkreis der Elektrode 13 liegt ein Relais 15, durch das das Ventil 17 zur Verstärkung der Wasgerzufuhr betätigt wird. Im Stromkreis der Elektrode, 14 liegt ein Relais 16, das das Ventil q. betätigt.
  • Für die Säurezufuhr ist ein Strom- oder Widerstandsrelais 18 vorgesehen; das, über ein ElektTosteuerventil ig einen Druck auf den Kolben 21 auszdü(ben gestattet, der innerhalb des Säurebehälters 2o verschiebIlch gelagert ist. ;Auf diese Weise ist es möglich, das Ventil z9 als normales Wasserventil auszubilden und den bereits vorhandenen hohen Druck in der Wasserzufuhrleitung für die Säurezufuhr auszunutzen. Die Säure gelangt vom .Dehiälter 2-o über säurefeste Rückschlagventile in die Elektrolysekammer.
  • Mit 22 ist das negative Hauptstromzuführungskabel und mit 23 das positive Kabel bezeichnet. Mit 2q. sind die Auslaßventile für die entwickelten Gase, die ebenfalls als Rückschlagventile ausgebildet sind, bezeichnet.
  • Mit 25 ist der Vorrats- und Reinigungsbehälter für das Wasserstoffgas und mit 26 der Vorrats- und Reinigungsbehälter für das Sauerstoffgas bezeichnet. In den beiden Behältern. ist ein gewisser Flüssigkeitsstand vorhanden, so daß die von unten in die Behälter eingeleiteten Gase die Reinigungsflüssigkeit und hydraulische Reinigungsfilter durchlaufen müssen. Zwischen den Behältern ist ein Druckausgleichsbehällter z8 vorgesehen; der ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt ist und: über Leitungen 29 mit denn Vorratsbehältern 25 und 26 in Verbindung steht.
  • 30 sind die einstellbaren Rückscblagventile zum Abzapfen der entwickelten Gase, die über Druckregler 32 in die Entnahmeleitungen 40 gelangen und in dort unmittelbar angeschlossene Flaschen gefüllt werden; können..
  • Innerhalb der Vorratsbehälter 25 und 26 sind elektrische Widerstände od. ä. Steuereinrichtungen 31 vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand in den Behältern die Sperrung der zugehörigen Entnahmeventile 32 dürchfüihren können. Andererseits kann aber auch durch einten zu hohen Flüssigkeitsstand, beispielsweise im Behälter 25, ein Ablaßventil am Behälter 26 betätigt «erden. Mit 33 ist die Stromquelle bezeichnet.
  • Zur Überwachung der Gasentwicklung ist eine Kontrollelektrode 35 vorgesehen, die eine Kontrolllampe 34 betätigt, sobald Störungen an der Gasbildung auftreten. 36 und 37 sind die Zuleitungen für die Elektrosteuerung. Mit 38 ist ein Wasserkühler und mit 39 eine Wasserpumpe bezeichnet, die das Kühlwasser für die Trennwand 7 und/ode-r die Wandungen,der Elektrolysekammer 8, g fördert bzw. umwälzt.

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser unter hohem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden als senkrecht stehende Fächerelektroden ausgebildet sind, deren untere Enden abgebogen und gegeneinandergerichtet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den senkrechten Teilen der Fächerelektroden eine Trennwand angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch. gekennzeichnet, daß die Trennwand mit einer Kühleinrichtung, beispielsweise mit inneren Rohrschlangen füir ein Kühlmittel, ausgestattet ist. q..
  4. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 3, -dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Fächerelektroden etwa doppelt so groß ist wie die Dicke der Trennwand.
  5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis q., gekennzeichnet durch eine selbsttätig regulierbare Wasserzufuhr mit Rücksch:lagven:tilen, die ein Zurücklaufen des sräurehaltigen Wassers verhindern.
  6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 5, gekennzeichnet durch eine selbsttätig wirkende Säurezufuhr zum Elektrolyseraum.
  7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Wasserals auch die Säurezufuhr durch elektromagnetisch betätigte, unter Federvorspannung stehende Ventile bewirkt wird. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Steuerelektroden zur Betätigung der Ventile für die Wasserzufuhr in Abhängigkeit vom Wasserstand in der Elektrolys,ekammer. g.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Strom- oder Widerstandsrelais zur Betätigung des oder der Ventile für ,die Sährezufuhr in Abhängigkeit vom inneren Widerstand des Elektrolyts. io.
  10. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis g, gekennzeichnet durch Vorratsbehälter für die entwickelten Gase, zwischen dienen ein Druckausgleich angeordnet ist. i i.
  11. Vorrichtung nach Anspruch: io, dadurch gekennzeichnet, daß .die Vorratsbehälter für die entwickelten Gase teilweise mit Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser oder ammoniakhaltigem Wasser, gefüllt sind und daß der Druckausgleich in Abhängigkeit von der verschiedenen Standhöhe der Flüssigkeit in den Behältern bewirkt wird:.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß in die Drückau:sgleichsleitung zwischen den Vorratsbehältern ein, weiterer ganz oder teilweise mit Fliüesigkeit gefüllter Behälter zwischengeschaltet ist
  13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen io bis 12, gekennzeichnet durch elektrische Steuermittel, die in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den Vorratsbehältern bzw. von der verschiedenen Standhöhe der Flüssigkeit in. diesen. Behältern das Abströmventil des Behälters mit zu geringem Druck schließen bzw. ein Auslaßventil am Behälter mit zu hohem Druck öffnen.
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