DE288776C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrolytische Zersetzungszelle mit filterpressenähnlichem Zusammenbau, bei welcher eine vollständige Beherrschung des hydrostatischen und Gasdruckes innerhalb aller elektrolytischen'Zellen möglich ist, derart, daß die Reinheit der durch die Zersetzung entstehenden Gase gesichert wird. Dies wird dadurch erzielt, daß am Boden der gemeinschaftlichen Gassammelbehälter Kanäle mit abwärts gerichteten Mundstücken vorgesehen sind, welche die Gase in die voneinander getrennten Gassammelbehälter übertreten lassen. Die Höhe der Austrittskanten dieser Mundstücke bestimmt den Gasdruck in jeder Zelle und regelt gleichzeitig den Flüssigkeitsstand des Elektrolyten in den Zellen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus alkalisch gemachtem Wasser, kann aber auch zur Gewinnung anderer Gase durch Zersetzung entsprechender Lösungen benutzt werden.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι ist ein Schaubild,

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Elektrode;

Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 3; _ ·

Fig. 6 ist ein Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 3, und

Fig. 7 eine Darstellung zweier benachbarter Elektroden im Schnitt nach Linie J-J der Fig· 3·

Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter a, der in zwei gleiche Abteilungen b, c durch eine Scheidewand d getrennt ist. Das untere Ende der Scheidewand ragt in eine offene Rinne e hinein, und unter der Scheidewand ist ein Spalt vorhanden, der eine Verbindung zwischen den beiden Kammern b und c herstellt. Die Seitenwandungen der Rinne e liegen weit genug ■ über der Unterkante der Scheidewand, um den Durchtritt von Wasserstoffblasen aus der einen Kammer in die andere unter der Scheidewand hindurch zu verhindern. Von den Kammern b und c führen in der Nähe des Bodens Auslaßöffnungen b¹, c¹ zu den verschiedenen Zellen, welche den Durchfluß des Elektrolyten gestatten. Das untere Ende der Kammern b, c ist eingezogen und das obere Ende verbreitert, so daß die Stufen b², c² entstehen, welche die Aufgabe

haben, den Durchfluß des die Sauerstoff- und Wasserstoffblasen enthaltenden Elektrolyten zu verzögern und diesen Elektrolyten umzurühren, während·,«·· in den oberen Teil, der Kammer eintritt, so daß die Trennung der Gase von der Flüssigkeit erleichtert und der Durchtritt der Gase durch die Öffnungen b¹, c¹ verhindert wird.

Die Stufen b², c² sind mit Vorsprüngen

ίο b^s, c^s versehen, welche die Ausbildung eines kontinuierlichen Stromes in der das Gas enthaltenden Flüssigkeit verhindern.

Die Kammern b, c sind oben offen und schließen an zwei nicht miteinander in Verbindung stehende Dome /, g mit offenen Böden oder anderen Verbindungen mit den Kammern an. Die Fuge zwischen dem Behälter und dem Dom wird wasserdicht geschlossen. Die Dome -f, g sind mit Wasserstandsmessern f\ g¹ und mit Gasableitungen f², g^s versehen. Außerhalb des Behälters α ist in der Nähe des Bodens (Fig. 1) ein kombiniertes Zuleit- und Entleerungsrohr h angebracht, welches oben an den Speisetrichter i anschließt und unten mit einem Entleerungshahn j versehen ist. Der Speisetrichter hat die zweifache Aufgabe, den Behälter α samt den verschiedenen Zellen zu füllen und die Drucke in der ganzen Apparatur auszugleichen.

Die Dome f, g sind mit Gaseinlaßkanälen . f', g" versehen, deren Austrittsende nach unten geführt ist und über den Stufenflächen b², c²

in den Kammern b,c endet. .■■.-..

Das Eintrittsloch f⁴·, g* des Einlaßkanals kann an die verschiedenen Zellen in unten beschriebener Weise angeschlossen werden. Die Anordnung der Einlaßöffnungen ist derart, daß eine selbsttätige Ausgleichung des Druckes auf den verschiedenen Seiten des Diaphragmas in jeder Zelle eintritt und eine zu rasche Zirkulation der elektrolytischen Flüssigkeit durch dieses Diaphragma verhindert wird, damit nicht eine Zerstörung des Diaphragmas eintritt und die Gase vom Anodenraum zum Kathodenraum übertreten oder die auf verschiedenen Seiten des Diaphragmas gebildeten Gase ■ sich vermischen. ■ . ' :

Die äußeren Flächen der Seitenwandungen des Behälters α sind abgeschliffen, so daß sie eine günstige Anlagefläche für die .Elektrodenrahmen bilden, öffnungen o¹ .sind in den.Seitenflanschen oder Füßen des Behälters vorgesehen, durch welche Zugstangen zum Zusammenspannen der Elektroden hindurchgeführt

werden können. ■ .:■.......■■,

Die Anzahl der Elektroden kann nach Wunsch vergrößert oder verringert werden, und alle Zersetzungszellen können untereinander gleich, sein. ' ■ ' .

Jede Elektrode besitzt einen Rahmen k, mit dem eine metallische Platte m so verbunden ist, daß der Elektrolyt nicht hindurchtreten kann. Zwischen den Platten in benachbarter Elektroden entsteht ein freier Raum oder eine Zelle. Der Rahmen k ist mit eineni Vor-Sprung k¹ am oberen Ende versehen, in dem Öffnungen η, ο angebracht sind. Diese stehen durch die Kanäle n¹, o¹ mit dem Hohlraum an entgegengesetzten Seiten der Platte m in Verbindung. Der Vorsprung k¹ ragt über die äußere Seitenfläche des Rahmens k heraus, so daß jede Undichtigkeit leicht erkannt werden kann. '. _t

Die Öffnungen η, ο sind so angeordnet, daß sie mit ähnlichen öffnungen der anderen Rahmen k einen fortlaufenden Kanal bilden, durch welchen die Verbindung zwischen den Zellen und den Durchgängen /⁴, g⁴ in den Domen /, g geschaffen wird, und zwar getrennt für Anoden- und Kathodenräume der Zellen.

An jeder Öffnung η, ο besitzt der Vorsprung k¹ einen Sitz n², o² für einen Dichtungsring n², o³.

Die untere Kante jedes Rahmens k ist gleichfalls mit \^orsprüngen k² versehen, welche ähnlich wie die Vorsprünge k¹ mit Öffnungen p, q versehen sind und durch Kanäle ~p^l, q¹ getrennte Verbindungen.mit den Zellenräumen besitzen. Die öffnungen p, q der nebeneinanderliegenden Rahmen bilden einen fortlaufenden Kanal, der durch die Öffnungen b¹, c¹ Verbindung mit den Kammern b, c besitzt und zur Überleitung des Elektrolyten in die Zersetzungszellen dient. ■■- ■■■ - ^:

Auf die beschriebene Weise tritt der Elektrolyt aus dem Behälter α durch die Zuführungskanäle in die Zellen ein, und zwar so, daß eine Vermischung des der Anode zugeführten Elektrolyten mit dem der Kathode zugeleiteten nicht eintreten kann. Mit anderen Worten, der der Kathode zuzuführende Elektrolyt wird aus einem Raum entnommen, der alle Katho- : den speist, während die Anoden aus einem getrennten Raum gespeist-werden. Beide Zulei-· tungskanäle · stehen mit dem. gemeinschaftliehen Füllbehälter: α an solchen Stellen in Verbindung, daß die * Möglichkeit des Übertrittes von Wasserstoff durch den einen Kanal zur Anode oder von Sauerstoff durch den anderen Kanal zur Kathode ausgeschlossen ist. ■;

Auch an den Öffnungen p und q sind in Lagerflächen p², q² eingreifende Dichtungsringe zur Bildung eines fortlaufenden wasserdichten Kanal es eingelegt. ■ . : -, ■.-.- *. :

Zwischen benachbarten Rahmen ist ein Diaphragma r eingeschaltet, welches ■ zweckmäßig aus Asbest besteht. Die Kante dieses Dia- , phragmas isoliert und umschließt die innere Kante des Rahmens sowohl wasser- als gasdicht. Falls erwünscht, kann außer dem Dia-

phragma noch eine andere Dichtung angebracht werden. Alle Elektroden einer Batterie werden durch isolierende Klemmbacken s und Zugstangen t zusammengespannt. Die ganze Batterie wird vom Boden durch eine geeignete Unterlage u isoliert.

Die Platten m sind gewellt, um ihre Fläche zu vergrößern, und ihre Dicke gegenüber den Rahmen k ist so groß, daß sie so nahe wie mög-Hch zusammenliegen, um den inneren Widerstand jeder Zelle zu vermindern. Die Spitzen der Wellen tragen dazu bei, eine Verbiegung des Diaphragmas zu verhindern, und um diese Verbiegung noch mehr auszuschließen, sind an den Platten Vorsprünge in¹ befestigt. Damit der Umlauf des Elektrolyten gesichert wird, sind in den Wellen Ausschnitte w² angebracht, damit der Elektrolyt aus einem Wellental in das andere übertreten kann.

Falls gewünscht, kann die ganze Oberfläche jeder Plattem auf beiden Seiten mit einem Drahtnetz m^s verkleidet werden. Dieses Netz vergrößert die Wirksamkeit jeder Zelle, ist aber nicht unbedingt notwendig, da auch ohne seine Anwendung die Einrichtung befriedigend arbeitet.

In den Zeichnungen sind noch die Zuleitungen von der elektrischen Leitung X, der Amperemeter A₁ der Voltmeter V₁ der Schalter S und die elektrischen, mit den Polen der Batterie in Verbindung stehenden Drähte C, C¹ veranschaulicht.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende. Nachdem eine Zellenbatterie in der dargestellten Weise zusammengestellt ist, wird der elektrische Strom durch die Zellen hindurchgeschickt und der Elektrolyt in bekannter Weise zersetzt. Der gebildete Sauerstoff sammelt sich in Form von Blasen an der Anode und der Wasserstoff in derselben Form an der Kathode. Diese Blasen steigen schließlich bis in den oberen Raum jeder Zelle und treten durch die Kanäle n, 0 und die Durchgänge /*, g·⁴ schließlich in die Dome /, g. Dadurch, daß Anode und Kathode dicht zusammenliegen und das mit dem Elektrolyten getränkte Diaphragma sehr leitungsfähig ist, wird der innere Widerstand der Zelle sehr vermindert und ihre Wirksamkeit wesentlich erhöht.

Die verschiedenen Zellen der Batterie werden mit dem Elektrolyten durch die Öffnungen p und q gefüllt, und zwar aus den Kammern b bzw. c. Der aus der Öffnung p gebildete Kanal ist mit jeder Zelle auf der einen Seite des Diaphragmas in Verbindung und der aus der Öffnung q gebildete mit derselben Zelle auf der anderen Seite. Infolgedessen kann der an der Anode liegende Teil des Elektrolyten nicht durch die Zuleitungsöffnung auf die Kathodenseite übertreten oder umgekehrt. Die Anordnung der Kanäle aus den öffnungen η, ο ist dementsprechend so gewählt, daß die entstehenden Gase beim Austritt aus den Zellen zu den Domen sich nicht mischen können.

Da die Dome f, g keine direkte Verbindung miteinander haben, kann kein Teil des sich darin ansammelnden Gases in den anderen Dom übertreten, da die einzige Verbindung zwischen den beiden Domen durch die Rinne e geschaffen ist, die in einer Stelle liegt, wo der Elektrolyt frei von Gasblasen ist. Die Gaskanäle f^s, g^s sind so angeordnet, daß das aus ihnen fließende Gas nach aufwärts umbiegen muß, wobei die Stufen b², c² das Entstehen von Strömungen verhindern, welche Gasblasen nach unten führen könnten. Auch die Ablenkplatten b^s, c³ verhindern das Entstehen solcher Strömungen und erleichtern das Freiwerden der Gasblasen vom Elektrolyten. Sie sind aber nicht unbedingt erforderlich.

Die Austrittsöffnungen f², g² bestimmen den Druck des Elektrolyten in jeder Zelle und halten einen gleichförmigen Druck in jeder Zelle auf beiden Seiten des Diaphragmas aufrecht, so daß nicht durch zu raschen Umlauf des Elektrolyten eine Deformation oder ein Bruch des Diaphragmas eintreten kann.

Die Verbindung zwischen den Kammern b, c und den Domen f, g durch die Rinne e gestattet den Übertritt des Elektrolyten aus der einen Kammer in die andere, so daß der Flüssigkeitsdruck in beiden gleich ist. Durch Anwendung des Speisetrichters kann dieser Druck konstant gehalten werden. Da der Flüssigkeitsdruck in der ganzen Vorrichtung gleichmäßig ist, ist auch der Druck an den Auslaßenden der Kanäle f³, g³ der gleiche, so daß in allen Zellen derselbe Gasdruck herrscht. Infolgedessen sind die Drücke auf den gegenüberliegenden Seiten des Diaphragmas gleich, und der Umlauf des Elektrolyten ist nicht stärker, als für die Zerlegung erforderlich ist.

Beim Inbetriebsetzen des Apparates sind. die Zellen und sämtliche. Kanäle mit dem Elektrolyten gefüllt. Durch die elektrolytische Zersetzung der Flüssigkeit bilden sich Gase auf entgegengesetzten Seiten des Diaphragmas jeder Zelle, die nach den Sammelkanälen geleitet werden, wo sie den Elektrolyten verdrängen. Das abwärts gerichtete Mundstück jedes Sammelkanals verhindert jedoch das Entweichen dieser Gase. Allmählich wird die ganze Menge des in dem Kanal befindlichen Elektrolyten durch die Gase verdrängt, und der Druck des Gases wächst, bis der Gasdruck groß genug ist, den Druck im Dom zu überwinden, worauf das Gas vom Kanal in den Dom durch den am Boden des Domes befindlichen Elektro-

lyten hindurch übertritt. Wird das abwärts gerichtete Ende des Kanals nach unten verlängert, so wächst der Druck innerhalb der Zelle. Wird jedoch das Ende des Kanals gehoben, so erniedrigt sich der Druck in der Zelle. Befinden sich die Austrittskanten in gleicher Höhe, so ist der Druck auf beiden Seiten des Diaphragmas gleich. Verbindet man die beiden Dome am Boden, so gleicht

ίο sich der Druck auf den Elektrolyten auf beiden Seiten des Diaphragmas aus, wobei der Rückdruck der Gase in den Sammelkanälen den inneren Druck jeder Zelle so bestimmt, daß der gewünschte Flüssigkeitsstand des Elektrolyten auf den verschiedenen Seiten jedes Diaphragmas aufrechterhalten bleibt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Elektrolytische Zersetzungszelle mit filterpressenähnlichem Zusammenbau, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zersetzungsgase in die Sammelbenälter (f, g) ■überführenden Kanäle (/⁴, g⁴) mit abwärts gerichteten Mundstücken (f^s, g^s) versehen sind, deren Austrittskante den· Druck des Gases bestimmt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.