[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern von Streuströmen in peripheren
Anlagenteilen in einer Elektrolyse, wobei eine Elektrolytleitung vom Ausgang einer
Elektrolyse-Vorrichtung zu einem Sammelbehälter und von diesem zurück zum Eingang
der Elektrolyse-Vorrichtung führt. Üblicherweise beträgt die Differenz der elektrischen
Gleichspannung zwischen der Ausgangs-Elektrolytleitung und der zum Eingang führenden
Leitung mindestens 3 Volt und vorzugsweise mindestens 10 Volt.
[0002] Bei Elektrolyse-Anlagen fließt außerhalb der eigentlichen Elektrolyse-Vorrichtung
ein sogenannter Streustrom durch die Zuleitung und die Ableitung des Elektrolyten.
Dieser Streustrom verursacht einen erhöhten Energieverbrauch und er kann in den peripheren
Anlagenteilen, z. B. im Vorratsbehälter, in der Elektrolyt-Konditionierung und in
einem üblicherweise vorhandenen Elektrolyt-Vorwärmer zu Korrosionsproblemen führen.
Würde man die Zuleitung und/oder die Ableitung erden, so käme es im Bereich des Erdungsanschlusses
zur Metallablagerung in der Leitung, wenn es sich um Metallgewinnungs- oder Metallbeschichtungs-Verfahren
(Galvanotechnik) handelt.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch die Zuleitung und die Ableitung
fließenden Strom auf einfache und betriebssichere Weise zu verhindern, so dass auch
bei relativ hohen elektrischen Spannungen in der Elektrolyse-Vorrichtung Streuströme
in den peripheren Anlagenteilen außerhalb der Elektrolyse-Vorrichtung vermieden werden.
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass der Elektrolyt vom Ausgang der Elektrolyse-Vorrichtung
zu einem ersten Behälter geführt wird, der höher als ein zweiter Behälter angeordnet
ist, dass im ersten Behälter gesammelter Elektrolyt durch eine erste Saugheberleitung
periodisch in den zweiten Behälter abfließt, dass im zweiten Behälter gesammelter
Elektrolyt periodisch durch eine zweite Saugheberleitung in einen Sammelbehälter abfließt,
der niedriger als der zweite Behälter angeordnet ist, dass sich das Auslaufende jeder
Saugheberleitung im Abstand oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des darunter angeordneten
Behälters befindet und dass Elektrolyt stets nur in einer der beiden Saugheberleitungen
oder in keiner Saugheberleitung fließt. Dies führt zum dauernden Unterbrechen des
Stromflusses im peripheren Bereich zwischen dem Ausgang und Eingang der Elektrolyse-Anlage.
Würde man statt dessen durch Umschalten von Ventilen arbeiten, könnten bereits kleine
Elektrolytmengen, welche die Wände im Ventil benetzen, zu störender elektrischer Leitfähigkeit
führen.
[0004] Das Verfahren kann in Elektrolyseanlagen verschiedener Art angewandt werden, die
z. B. der Metallgewinnung, der Metall-Raffination, der Elektrosynthese oder der Galvanotechnik
dienen.
[0005] Einzelheiten des Verfahrens werden mit Hilfe der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Elektrolyse-Anlage erläutert.
- Fig. 1
- zeigt ein Fließschema des Verfahrens und
- Fig. 2
- zeigt schematisch den Anstieg und die Abnahme des Füllstands im ersten und zweiten
Behälter.
[0006] Zur Elektrolyse-Anlage der Fig. 1 gehört eine Elektrolyse-Vorrichtung (1) mit einer
Spannungsquelle (2) für elektrischen Gleichstrom. Elektrolyt kommt aus dem Vorratsbehälter
(3) und wird durch die Pumpe (4) zu einem Vorwärmer (5) geführt, bevor er durch die
Zuleitung (6) in die Elektrolyse-Vorrichtung (1) eintritt. Die Elektrolyse-Vorrichtung
kann z.B. eine oder mehrere Elektrolysezellen umfassen.
[0007] Gebrauchter Elektrolyt verlässt die Vorrichtung (1) durch die Ableitung (8) und wird
durch die Pumpe (9) üblicherweise kontinuierlich in einen ersten Behälter (10) geführt.
Der erste Behälter (10) ist höher angeordnet als ein zweiter Behälter (11), so dass
Elektrolyt aus dem Behälter (10) periodisch durch eine Saugheberleitung (12) in den
zweiten Behälter (11) abfließen kann. Vom zweiten Behälter fließt der Elektrolyt periodisch
durch dessen Saugheberleitung (13) in den Vorratsbehälter (3) zurück. Eine gewisse
Menge an gebrauchtem Elektrolyt entfernt man aus dem Verfahren, und frischer Elektrolyt
wird nachgeliefert, was jedoch zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Das Auslaufende
(12a) oder (13a) liegt tiefer als die jeweilige Einlassöffnung der Leitung (12, 13).
[0008] Jeder der beiden Behälter (10) und (11) weist einen oberen Füllstand (A) für den
Elektrolyten auf, bei welchem der Elektrolyt durch die jeweilige Saugheberleitung
(12) oder (13) nach außen und unten abzufließen beginnt. Durch die Zähigkeit der Flüssigkeit
und die Wirkung der Schwerkraft fließt der Elektrolyt solange, bis die Füllstandshöhe
(B) erreicht ist, wo die Leitung (12) oder (13) nicht mehr in den Elektrolyten eintaucht.
[0009] Es wird dafür gesorgt, dass Elektrolyt stets nur in einer der beiden Saugheberleitungen
oder in keiner Saugheberleitung (12, 13) fließt. Einzelheiten werden weiter unten,
zusammen mit Fig. 2, erläutert. Um Elektrolyt aus der Leitung (13) dann zum Fließen
zu bringen, wenn der Fluss durch die Leitung (12) unterbrochen ist, führt man durch
eine Rückleitung (15) mit geeignet geregelter Pumpe (16) aus dem Vorratsbehälter (3)
zeitweilig eine kleine Elektrolytmenge in den Behälter (11), um den Füllstand bis
mindestens zur Höhe (A) anzuheben. Dies geschieht dann, wenn in keiner der beiden
Saugheberleitungen Elektrolyt fließt. Üblicherweise sorgt man dafür, dass sich der
Füllstand im zweiten Behälter (11) durch den Elektrolytfluss durch die Saugheberleitung
(13) schneller verringert als der Füllstand im ersten Behälter (10) durch den Zufluss
des von der Leitung (8) kommenden Elektrolyten ansteigt. Dadurch erreicht man eine
relativ lange Zeitspanne, während der kein Elektrolyt durch die Leitung (12) fließt.
Beispiel:
[0010] In einer Laborapparatur, in welcher man gemäß Fig. 1 arbeitet, ist die Elektrolysevorrichtung
durch einen Wasservorrat ersetzt. Durch die Leitung (8) fließen dem Behälter (10)
kontinuierlich 60 l/h Wasser zu, die Saugheberleitung (12) hat einen Innendurchmesser
von 10 mm, der Innendurchmesser der Saugheberleitung (13) beträgt 12 mm. Die zeitliche
Veränderung der Füllstände in den Behältern (10) und (11) zwischen dem Maximum (A)
und dem Minimum (B) ist in Fig. 2 dargestellt, t ist die Zeitachse.
[0011] Der Behälter (10) fasst maximal 1l; zusammen mit der gleichzeitig vom Wasservorrat
zufließenden Menge verringert sich der Füllstand im Behälter (10) während 26 Sekunden
vom Maximum (A) bis zum Minimum (B), das ist in Fig. 2 die Zeitspanne zwischen t
0 und t
1. Die dabei in den zweiten Behälter (11) fließende Wassermenge reicht nicht, um einen
Abfluss durch die Leitung (13) in Gang zu bringen. Es ist hierfür noch eine durch
die Pumpe (16) geförderte, vom Sammelbehälter (3) kommende Wassermenge während der
Zeitspanne zwischen t1 und t2 nötig. Hierdurch wird die Füllhöhe (A) im Behälter (11)
erreicht, so dass das Abfließen durch die Leitung (13) möglich ist. Während einer
Zeitdauer von 18 Sekunden, zwischen den Zeitpunkten t2 und t3, sinkt der Füllstand
im Behälter (11) von (A) auf (B). Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 fließt Wasser
weder in der Leitung (12) noch in der Leitung (13). Dann, ab dem Zeitpunkt t4, hat
die Füllhöhe im Behälter (10) wieder die Höhe (A) erreicht, und Flüssigkeit fließt
wieder durch die Leitung (12) in den Behälter (11). Das erläuterte Auf und Ab der
Füllstände beginnt nun von neuem, wobei der Zeitpunkt t5 dem Zeitpunkt t1 entspricht.
Die schraffierten Flächen zeigen an, dass in einer der Leitungen (12) oder (13) Flüssigkeit
fließt, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung mit dem darunter befindlichen
Behälter hergestellt ist. Da der Fluss durch beide Leitungen niemals gleichzeitig
erfolgt, ist ein elektrischer Stromfluss zwischen der Leitung (8) und der Leitung
(6), vgl. Fig. 1, unmöglich gemacht.
1. Verfahren zum Verhindern von Streuströmen in peripheren Anlagenteilen in einer Elektrolyse,
wobei eine Elektrolytleitung vom Ausgang einer Elektrolyse-Vorrichtung zu einem Sammelbehälter
und von diesem zurück zum Eingang der Elektrolyse-Vorrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt vom Ausgang der Elektrolyse-Vorrichtung zu einem ersten Behälter geführt
wird, der höher als ein zweiter Behälter angeordnet ist, dass im ersten Behälter gesammelter
Elektrolyt durch eine erste Saugheberleitung periodisch in den zweiten Behälter abfließt,
dass im zweiten Behälter gesammelter Elektrolyt periodisch durch eine zweite Saugheberleitung
in den Sammelbehälter abfließt, der niedriger als der zweite Behälter angeordnet ist,
dass sich das Auslaufende jeder Saugheberleitung im Abstand oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
des darunter angeordneten Behälters befindet und dass Elektrolyt stets nur in einer
der beiden Saugheberleitungen oder in keiner Saugheberleitung fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in keiner der beiden Saugheberleitungen Elektrolyt fließt, Elektrolyt
aus dem Sammelbehälter in den zweiten Behälter gefördert wird.
