DE349538C - Elektrolytische Zelle - Google Patents

Description

Elektrolytische Wasserzersetzungsapparate sind in zwei verschiedenen Ausführungsformen bekannt, die einen arbeiten nach dem Glockensystem und die anderen nach' dem Filterpressensystem, ■ Für große Energieaufnahmen, und Strombelastungen bis zu 30 000 Ampere sind die bekannten Zellen nicht geeignet, weil die Glockenapparate dann zu große Ausmlaße und Gewichte erhalten müssen, die Herstellung der Filterpressenapparate dagegen technisch überhaupt nicht oder doch nur unter großen Schwierigkeiten möglich ist. Man kann sich allerdings durch Parallelschaltung mehrerer kleiner Einheiten helfen. Dann erhöhen sich aber die erforderlichen Bodenflächen für die Aufstellung der Apparate sowie die Kosten für die Gebäude und das Zubehör, wie Rohrleitungen, elektrische Anschlüsse u. dgl. Viele kleine Einhielten arbeiten bezüglich der Gaserzeugung überhaupt unwirtschaftlicher als ein großer Apparat von der gleichen Leistung.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrolytischer Wasserzersetzungsapparat, überhaupt eine elektrolytische Zelle einer dritten, neuen Gattung, bei welcher die erwähnten Mißstände nicht auftreten. Es werden keine mit den massiven Trennwänden fest verbundene Diaphragmentücher, sondern Diaphragmensäcke verwendet und mit diesen die einzelnen Elektroden lose umhüllt.
Die Verwertung von Diaphragmensäcken ist allerdings an sich bekannt. Bei den bekannten Einrichtungen sind die Säcke jedoch

! unten geschlossen und oben offen, und ihre oberen offenen Ränder sind mit den Glocken fest verbunden. Diese feste Verbindung ist einerseits sehr schwer herzustellen und anderseits unzuverlässig. Die Diaphragmen müssen auf der ganzen Längskante der Elektrode bzw. der Glocken möglichst gasdicht abgedichtet werden. Eine derartige Arbeit ist, wie ohne weiteres ersichtlich sein dürfte, nur unter großen. Schwierigkeiten und mit großem Geschick durchzuführen. Die Festigkeit der Asbesttücher leidet in der Lauge, so daß die Diaphragmen erfahrungsgemäß an ihrer Befestigungsstelle sehr oft und sehr leicht reißen.

Demgegenüber sind gemäß vorliegender Erfindung die Diaphragmensäcke unten offen und oben geschlossen und liegen lose auf den Elektroden. Dadurch fällt jede Befestigung zwischen Diaphragmen und Elektroden bzw. Glocken fort, und es treten die durch eine derartige Befestigung bedingten Mißstände nicht auf.

Die Elektroden erhalten am oberen Rande hohle, mit Durchtrittsöffnungen für das Gas versehene Längswülste als Auflager für die Diaphragmensäcke und in der Nähe der Stromzuführung je einen die Diaphragmensäcke durchsetzenden Gasaustrittsstutzen. Auf jedem Diaphragmensack liegt eine

Längskappe, welche bis zum Gasaustrittsstutzen der zugehörigen Elektrode reicht und diese am anderen Ende umfaßt. Aufgefangen werden die Gase von einer Tauchglocke mit einem mittleren Abteil für die Mischgase und zwei seitlichen Abteilen für die Reingase.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel als elektrolytischer Wasserzersetzungsapparat to dargestellt. Es zeigt:

Abb. ι den Längsschnitt nach A-B der Abb. 2 und

Abb. 2 den Querschnitt nach C-D der Abb. i.

Die Elektroden 1 bestehen aus Eisenblech, welches am oberen Rande zu einem Ringwulst 2 unigebördelt ist. Der Hohlraum eines jeden Ringwulstes steht durch eine Reihe seitlicher Öffnungen 3 und, in der Nähe der zugehörigen Stromzuführung, durch einen senkrechten Stutzen 4 mit dem Außenraum in Verbindung. Am einen Ende ist jede Elektrode mit der Stromzuführung 5 durch Schweißung o. dgl. leitend verbunden. An zwei einander gegenüberliegenden Wänden des den Elektrolyten enthaltenden Behälters 6 befindet sich je eine Konsole 7 aus Winkeleisen, auf welchen unter Zwischenschaltung einer Isolierschiene 11 die Elektroden mit ihren Stromzuführungen ruhen. Die freien Enden der Elektroden werden durch auf dem Boden des Behälters befindliche Isolierkörper 8 gestützt. Die Elektroden sind derart angeordnet, daß die Anoden an der einen und die Kathoden an der anderen Seite je eine Stromzuführung: 5 besitzen.

Über jede Elektrode ist lose ein aus zweckentsprechendem Material, z. B. Asbesttuch, bestehender und von dem Stutzen 4 sowie der Stromzuführung durchbrochener Diaphragmensack 9 gehängt, welcher die Elektrode vollständig umschließt und nur unten offen ist. Auf dem Wulst 2 jeder Elektrode liegt unter Zwischenschaltung des Diapbragmensackes 9 als Isoliermittel lose eine Längskappe 10, welche am einen Ende bis zum Stutzen 4 reicht und mit dem anderen geschlossenen Ende die Elektrode nebst Sack umfaßt. Zwischen Wulst und Kappe kann außerdem noch ein anderes Isoliermittel eingeschaltet sein. Die Kappen reichen über die öffnungen 3 der Wülste 2 hinaus in die Tiefe. Abgeschlossen wird der Apparat oben durch eine Tauchglocke 12, welche durch¹ zwei Wände 13, 14 in eine mittlere Kammer F und! zwei seitliche Kammern G., H unterteilt I ist. In die Kammer G münden die Stutzen 4 der Kathoden, und in die Kammer H die Stutzen der Anoden. Jede Kammer ist mit einem' Austrittsstutzen 15, 16 bzw. 17 versehen;. Die Stromzuführungen' 5 treten zwischen den Seitenwand«! der Glocke und den Behälterwänden ins Freie, sie tragen Isolierschienen 18, auf deneni die Glocke ruht.

Die entwickelten Gase steigen zwischen den Elektroden und den zugehörigen Diaphrag- : mensäcken empor bis zu den Wulsten 2 und gelangen durch die öffnungen 3 in deren Innenraum, aus dem sie durch die Stutzen 4 in den Raum G bzw. H der Tauchglocke 12 eintreten. Von diesen werden die Gase durch die Stutzen 15, 17 dem Rohrleitungsnetz der Anlage zugeführt. Die Gase, welche an den Außenwandungen der Wülste 2 abgestoßen i werden und etwa durch die Diaphragmen

diffundieren, werden durch die Blechkappen j 10 abgefangen und ihren Glockenkammern G 1 bzw. H zugeführt. Die trotzdem etwa ent- '. stehenden Mischgase sammeln sich im ; Glockenrautn f und treten durch den Stutzen 16 ins Freie.

j Legt man nur Wert auf die gesicherte Reindarstellung des einen Gases, so kann man an Diaphragmenmaterial sparen. So wird man z. B. in Fetthärtungsfabriken, wo das Wasserstoffgas das eigentliche Betriebsgas und der nur teilweise verwertbare Sauerstoff Abfallgas ist, nur die Kathoden mit Diaphragmenstücken umgeben und die Anoden j nach Fortnahme der zugehörigen Diaphrag-J mensäcke umd Blechkappen frei gasen lassen. : Dann sammelt sich das aufsteigende Sauerstoffgas durch Ableitung aus den Wulsten 2 in der Kammer H umd unmittelbar in der Kammer F. Aus diesen Kammern entweicht das Sauerstoffgas durch die Stutzen 16,17 zur Verwendungsstelle. Die frei gasenden Elektroden brauchen überhaupt keine Wülste 2. Eine Verunreinigung des an den nicht umhüllten Anoden frei aufsteigenden Sauerstoffgases durch Beimischung von Wasserstoffgas aus undichten Stellen der auf den Kathoden liegenden Diaphragmensäcke bedingt eine sofortige Auswechslung der Säcke umdi eine damit verbundene Stillegung des Betriebes nicht, sondern lediglich eine während des Betriebes leicht auszuführende Ablösung der explosives Sauerstoffgas erzeugenden Zellen von der Sauerstoffleitung in der Weise, daß man den Sauerstoff dieser Zellen ins Freie strömen läßt.

Das Freigasen der einen Elektrodenart ist naturgemäß unzulässig, wenn man beide Gase, so z. B. das Sauerstoffgas und das Wasserstoffgas, in der ganzen anfallenden Menge verwerten und die Bildung explosiver Gasmischungen "unter allen Umständen ausschließen will. Dann müssen sowohl die Aaoden als auch die Kathoden unter Einschaltung des erwähnten Gasmischraumes mit Diaphragmensäcken eingehüllt werden. Die Tauchglocke kann jederzeit, d. H. auch

\vährend der Elektrolyse ohne Abschalten des Stromes abgenommen werden, um Elektroden und Diaphragmen während des Betriebes zu überwachen, da die blanken· Metallzuleitungen nicht die Glocke durchsetzen, sondern zwischen dieser und der Behälterwand hindurch- ' treten. Die Breite der Zuleitungen ist gleich [ dem doppelten Elektrodenabstand¹, so daß sie beim Zusammenbau aneinanderstoßen und

ίο eine Zirkulation¹ des·· Elektrolyten zwischen den einzelnen Zuleitungen nicht eintritt.

Die Zuleitungen sind zwischen den beiden den ganzen Behälter durchquerenden Hartgummischienen ii, 18 eingeklemmt. Daher ist eine Zirkulation des Elektrolyten von dem zwischen Tauchglocke und Behälterwand befindlichen Raum zum übrigen Teil des 'Behälters ebenfalls fast vollständig verhindert. Ein Mitgasen der von den Hartgummischienen nach oben ragenden Teile der Zuleitungen tritt nicht ein. Die unteren Enden der Zuleitungen und deren Durchbruchsstellen durch die Diaphragmensäcke liegen unterhalb der Tauchglocke, so daß das durch das Mitgasen dieser Teile entstehende Gas der Tauchglocke zugeführt wird.

Die beiden Siackwände haben einen dem Elektroden wulst entsprechenden Abstand voneinander, so daß der Elektrolyt hinreichend zirkulieren kann. Die Elektroden sind in einem derartigen Abstand¹ voneinander angeordnet, daß zwischen den einzelnen Blechkappen ein schmaler Spalt verbleibt. Infolge- j dessen tritt das aus etwaigen undichten Stellen des einem Diaphragmensackes entweichende Gas nicht in den benachbarten Sack über. Das etwa austretende Gas-Flüssigkeits-Gemisch gelangt vielmehr in den Zwischenraum zwischen den Diaphragmensäcken, entmischt sich hier und gelangt durch den Spalt zwischen den Blechkappen an die Oberfläche des Elektrolyten.

Die Gasaustrittsstutzen der Elektrodenwülste können durch Austrittslöcher ersetzt werden. In diesem Falle erhalten dann die Klappen Gasaustrittsstutzem

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Elektrolytische Zelle, deren Elektroden von Diaphragmeosäcken umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Säcke unten offen und' oben geschlossen sind und lose über die Kathoden und !Anoden bzw. über die Kathoden oder Anoden gehängt sind.
2. 2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden am obere Rande hohle, mit Durchtrittsöffnungen versehene Ringwülste besitzen, über welche die Diaphragmensäcke gehängt sind.
3. 3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasfangwände auf den Elektrodenwülsten unter Zwischenschaltung der Diaphragmensäcke massive Kappen liegen.
4. 4. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen derartigen Abstand der Elektroden voneinander, daß zwischen den einzelnen Diaphragmensäcken ein Gasentmischungsraum und zwischen den einzelnen Blechkappen ein Spalt zum Durchtritt des entmischten Gases verbleibt.
5. 5. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytenoberfläche durch eine Tauchglocke mit mehreren Abteilen, zum getrennten Auf fangen der aus den Diaphragmensäcken durch Austrittsstutzen der Elektrodenwülste abgeleiteten Reingase und der unmittelbar durch die Diaphragmensäcke durchtretenden Mischgase abgedeckt ist.
6. 6. Elektrolytische Zelle nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromzuiführungerji blanke Metalleiter benutzt werden, welche mit den Elektroden leitend verbunden und durch die Diaphragmensäcke hindurch zwischen der Tauchglocke und der Wandung des Elektrolytenbehälters nach außen geführt sind.
7. 7. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallleiter unmittelbar neben ihrer Austrittsstelle aus den Diiaphragmensäcken zwischen zwei den ganzen Elektrolytenbehälter durchsetzenden Isolierschienen eingeklemmt sind.
8. 8. Elektrolytische Zelle nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallleiter die doppelte Breite des Elektrodenabstandes haben, also beim Zusammenbau des Apparates aneinanderstoßen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.