DE393997C - Elektrolytische Zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserung

elektrolytischer Zellen und betrifft besonders elektrolytische Zellen, die für die industrielle Herstellung von Sauerstoff und Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser geeignet sind.

Bei der gewöhnlichen Form der für diesen Zweck gebrauchten Zellen ergab es sich als unwirtschaftlich, Elektroden von größerer Tiefe als einer bestimmten Grenze zu verwenden, da,

ίο wenn sehr lange Elektroden gebraucht werden, die an den unteren Teilen der Elektroden erzeugten Gase bei ihrem Aufsteigen über die Oberfläche der Platten die Leitfähigkeit des Elektrolyten derart verringern, daß die oberen Teile der Elektroden keine nutzbringende Arbeit leisten.

Da somit die Tiefe der Zellen begrenzt ist, ergibt sich, daß in großen Anlagen die Zahl der Zellen, die notwendigerweise verwendet werden müssen, eine sehr beträchtliche Bodenfläche einnehmen und große Atisgaben für die Unterbringung der Batterien, das erforderliche elektrische Leitungsmaterial und die Schaltungen beanspruchen, welche von starker Konstruktion sein müssen, um die großen erforderlichen Ströme auszuhalten.

Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Form elektrolvtischer Zellen, welche äußerst kompakt ist 'und bei der die beanspruchte Bodenfläche ein Minimum ist. Die Zelle nach der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß eine sehr gleichmäßige Stromverteilung über die Elektroden erreicht wird, woraus sich eine hohe Wirksamkeit der Anlage und große Reinheit der Produkte ergibt, während die Zahl der elekirischen Schaltungen und Leiter, die für eine Batterie von Zellen erforderlich ist, in sehr beträchtlichem Maße verringert wird.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß eine Reihe von Zellen derart übereinandergesetzt sind, daß die Elektroden gleicher Polarität der einen Zelle an der Bodenplatte der darüberliegenden Zelle befestigt oder aus dieser Bodenplatte gebildet sind und an derselben Bodenplatte die Elektroden der entgegengesetzten Polarität für die darüberliegende Zelle angebracht oder ausgebildet sind usw. durch die ganze Reihe, welche sich auf z. B. 9 oder 15 Zellenstufen ausdehnen kann. So können z.B. die negativen Elektroden der untersten Zelle oder Stufe einer Vertikalreihe als Platten gebildet werden, die von der Horizontalwand herabhängen bzw. aus ihr ausgebildet sind, welche den Boden der zweiten bzw. nächsthöheren Zelle bildet. Diese Wand besitzt ferner eine Reihe von parallelen, nach oben sich er-

streckenden Platten, die die positiven Elektroden für die zweite Zelle bilden. Die negativen Elektroden für die zweite Zelle werden dann gebildet von parallelen Platten, die aus der den Boden der dritten Zelle bildenden Wand herabhängen \ind mit den positiven Platten abwechseln. Der Strom geht somit unmittelbar von jeder Zelle zu der darüber liegenden Zelle ohne äußere Leiter oder Verbindungen, wobei ίο die Polarität beim Durchgang des Stromes von der einen Zelle zur nächsten umgewechselt wird und die einzigen elektrischen Verbindungen, die erforderlich sind, an dem Boden der untersten und am Deckel der obersten Zelle einer Vertikalreihe liegen.

Die oberste Zelle jeder Säule oder Reihe von Vertikalgruppen oder Serien kann von entgegengesetzter Polarität zu der der obersten Zelle der näch=ten Serie sein, so daß der Strom direkt von jeder obersten Zelle zu der benachbarten geleitet werden kann. Durch diese Bauart sind die Leitungen auf ein Minimum verringert, da außer den Verbindungen zur ersten und letzten Zelle einer Reihe oder Kolonne die einzigen notwendigen Verbindungen die zwischen den obersten Zellen und abwechselnd den untersten Zellen von benachbarten Vertikalgruppen oder Serien sind.

Eine Zwischenwand ist in jeder Zelle nahe ihrem oberen Ende angebracht, welche herabhängende Hülsen oder Diaphragmen aus porösem Material besitzt, die die Elektrodenplatten einer Polarität umgeben, so daß die an den Elektrodenplatten entgegengesetzter Polarität erzeugten Gase abgetrennt werden und in Sammelrohre auf beliebige Weise abgeleitet werden können.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, in welchen Abb. ι ein vertikaler Längsschnitt durch eine vertikale Serie oder Gruppe von Zellen ist;

Abb. 2 ist ein vertikaler Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. 1;

Abb. 3 ist ein horizontaler Schnitt nach der Linie 3-3 der Abb. 1;

Abb. 4 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils des Unterteils einer Zelle zur Darstellung verschiedener Verfahren der Isolierung für die aus der Bodenplatte der Zelle herabhängenden Elektrodenenden.

Gleiche Buchstaben beziehen sich auf entsprechende Teile in allen Zeichnungen.

Jede Vertikalserie oder Gruppe von Zellen besteht aus einer Reihe übereinandergesetzter Zellen a, b und c von Kasten- oder Wannenform, wobei beliebige Mittel vorgesehen sein können, um die Zellen mit Elektrolyt zu speisen. Die Bodenplatte der untersten Zelle c ist mit Füßen oder Flanschen versehen, durch welche die Reihe auf geeignet isolierten Blocken ä getragen wird, und eine Reihe von nach unten hervorragenden Parallelrippen e bilden Anschlüsse für den elektrischen Strom, der ihnen durch Kupferstäbe oder Streifen f, welche an Rippe c durch Bolzen befestigt sind, zugeführt wird. Parallele Elektrodenplatten g, die vorzugsweise in der Dicke nach oben zu abnehmen, ragen aus der Bodenplatte im Innern der Zelle aufwärts und bewirken, daß die ganze Zelle in eine Anzahl kleiner schmaler Zellen unterteilt wird, von denen jede durch eine der Rippen t' mit Strom versorgt wird. Der obere Abschluß der Zelle c wird gebildet durch den Unterteil der nächst darüberstehenden Zelle b, aus welcher Elektrodenplatten h, ähnlich den Elektroden g, herabhängen, und zwar in abwechselnder Anordnung mit diesen, wobei sich die Platten h bis zu einer geringen Entfernung von dem Boden der Zelle c erstrecken. Eine weitere Reihe von parallelen Platten / erstreckt sich aufwärts aus dem Boden der Zelle l>, und zwar in abwechselnder Anordnung mit Platten k, welche vom Boden der nächst darüberstehenden Zelle herabhängen. Jede Zelle der Reihe ist in gleicher Weise geformt, bis die oberste Zelle a erreicht ist, deren Deckel herabhängende Elektrodenplatten / und nach außen parallele Rippen m besitzt, an die kupferne Stromzuleitungen durch Bolzen in derselben Weise angeschlossen sind, wie dies bei den unteren Rippen c beschrieben worden ist.

Das Verfahren zur Abtrennung der in den Zellen erzeugten Gase ist genau gleich für jede Zelle und mag mit Bezug auf die unterste Zelle c beschrieben werden.

Ein horizontales Teilungsglied oder Diaphragma n, welches von der Zelle nach oben und unten isoliert ist, liegt in einem kleinen Abstand unter dem Boden der Zelle b und besitzt eine Reihe von herabhängenden rohrförmigen Flanschen 0, die Schlitze oder Öffnungen umgeben, durch welche die herabhängenden Elektroden h hindurchgehen. Die Flanschen 0 tragen poröse herabhängende Diaphragmen oder Hülsen p aus Asbest, Gaze o. dgl., welche die Elektroden h umgeben und das darin erzeugte Gas von dem an den Elektroden b erzeugten und von diesen aufsteigende Gas trennen. Das an den Elektroden h erzeugte Gas streicht nach oben durch die Trennungswand bzw. das Diaphragma η in den Raum zwischen der Trenmmgswand und dem Boden der Zelle b, und aus diesem Raum wird das Gas in ein vertikales Sammelrohr q abgeleitet, das durch eine Armatur mit einer Fassung ;· verbunden ist, welche am Oberende der Zelle angegossen oder sonstwie angebracht ist.

Das an den Elektroden q erzeugte Gas wird durch die Diaphragmen p verhindert, durch die Öffnungen der Wand η hindurchzugehen, und sammelt sich unter der Wand, von wo es in ein zweites Sammelrohr s gelangt. Die Sammel-

rohre q und s nehmen das Gas der entsprechenden Elektroden aller Zeilen einer Vertikalreihe oder -gruppe auf, wobei die Rohre in voneinander isolierte Strecken zwischen den einzelnen Zellen durch Einschaltung kurzer Rohrstücke t aus Isolationsmaterial, wie z. B. Glas, unterteilt sind. Da die Rohre nur der Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Zellen ausgesetzt sind, brauchen die Isolationsrohre

ίο nur eine kurze Länge zu besitzen, wie in Abb. ι dargestellt.

Ein weiteres Stück Isolationsrohr u ist zwischen den Vertikalrohren und den Verbindungsstücken eingeschaltet, durch welche diese an die Hauptsammelgasleitungen w und ν angeschlossen sind, die die Gase aus einer Reihe oder Batterie von Zellengruppen aufnehmen.

Wenn die unteren Ränder der Elektrodenplatten h genügend weit von dem Boden der Zelle in Abstand liegen, so ist eine Isolation zwischen der Elektrode und dem Boden der Zelle nicht unbedingt erforderlich. Es kann indes, wenn gewünscht, eine Isolation auf eine der in Abb. 4 dargestellten Arten vorgesehen werden. ■

Bei χ ist eine schüsseiförmige Schicht Isolationsmaterial dargestellt, die auf dem Boden der Zelle liegt und sich auch ein kurzes Stück an den Seiten aufwärts erstreckt, während bei y ein flacher Streifen Isolationsmaterial dargestellt ist, der auf dem Boden der Zelle liegt. Bei den anderen Ausführungsformen werden metallische Schutzglieder ζ auf schmalen Streifen Isolationsmaterial 3 gehalten.

Eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Isolation ganz entbehrt werden kann, besteht darin, daß die Diaphragmen oder Hülsen j> unterhalb der Unterenden der Elektroden h ganz oder fast ganz geschlossen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Elektrodenplatten g, die aus dem Boden jeder Zelle nach oben ragen, bis zu den Seiten der Wanne oder Zelle, so daß die Zelle in eine Anzahl kleinerer schmaler Zellen unterteilt ist, wie in Abb. 3 dargestellt ist. Diese Konstruktion erzielt eine äußerst starke Zelle, leidet indes unter dem Übelstand, daß der Elektrolyt jeder dieser kleineren Zellen besonders zugeführt werden muß, und daß es schwer ist, ein gleiches Niveau des Elektrolyten in jeder Zelle zu sichern.

Bei einer abgeänderten Konstruktion sind die Elektroden g nicht bis zu den Seiten der Zelle oder Wanne geführt, sondern besitzen die gleiche Breite wie die Elektroden h. Diese Konstruktion ist nicht so stark wie die in den Abbildungen dargestellten Konstruktionen, gestattet aber eine freie Zirkulation des Elektrolyten, der daher nur an einem Punkte der ganzen Zelle zugeführt werden kann. Es ist klar, daß, anstatt diese Elektroden von den Seiten ganz zu trennen, sie in Zwischenräumen mit diesen durch Gewebestücke verbunden sein können. Hierdurch wird der Konstruktion Festigkeit gegeben, ohne daß die Zirkulation des Elektrolyten durch die ganze Kammer gestört wird.

Die beschriebene und dargestellte Ausführungsform ist als ein Beispiel für die Ausführung der Erfindung in der Praxis angegeben, und es können verschiedene Abänderungen in den Einzelheiten und der allgemeinen Bauart angebracht werden, ohne von den wesentlichen Kennzeichen der Erfindung abzuweichen.

Claims (4)

75 Patent-Ansprüche:

1. Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Sauerstoff und Wasserstoff durch Wasserzersetzung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Zellen übereinandergestellt und Stromzuleitungen am oberen Ende der obersten und am Boden der untersten Zelle angeordnet sind, wobei der Strom direkt durch die Zellenkolonne von jeder Zelle zu der darüber- oder darunterliegenden unter Wechsel der Polarität zwischen je zwei Zeilen hindurchgeht.

2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennungswand zwischen je zwei Zellen herabhängende parallele Elektrodenplatten trägt in abwechselnder und zusammenwirkender Anordnung mit parallelen Elektrodenplatten, die sich nach oben erstrecken aus der Trennungswand zwischen der unteren Zelle und der nächst darunterliegenden Zelle, wobei diese Trennungswand ihrerseits herabhängende Elektrodenplatten für die darunterliegende Zelle trägt. ioo

3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Deckel jeder Zelle herabhängenden Elektroden durch Öffnungen einer Zwischenwand hindurchgehen, welche rohrförmige Diaphragmen oder Hülsen tragen, die die herabhängenden Elektroden umgeben.

4. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammelrohr das an den Elektroden gleicher Polarität jeder Zelle einer Vertikalreihe erzeugte Gas aufnimmt, wobei das Sammelrohr in der Anzahl der Zellen entsprechende Abschnitte, welche voneinander isoliert sind, geteilt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.