DE393997C - Electrolytic cell - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf VerbesserungThe invention relates to improvement

elektrolytischer Zellen und betrifft besonders elektrolytische Zellen, die für die industrielle Herstellung von Sauerstoff und Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser geeignet sind.electrolytic cells and particularly concerns electrolytic cells used for industrial Production of oxygen and hydrogen by electrolysis of water are suitable.

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,With the usual form of cells used for this purpose, it turned out to be uneconomical To use electrodes deeper than a certain limit, since,

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.ίο if very long electrodes are used, the gases generated at the lower parts of the electrodes as they rise above the Surface of the plates reduce the conductivity of the electrolyte so that the upper Parts of the electrodes are not doing useful work.

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.Since the depth of the cells is thus limited, it follows that in large systems the number of cells that are necessarily used must take up a very considerable floor space and great gifts for housing the batteries, the required electrical wiring material and the circuits claim, which must be of strong construction to meet the large required Withstand currents.

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.The invention is an improved form of electrolytic cells which extremely is compact 'and in which the floor space used is a minimum. The cell after the invention also has the advantage that a very uniform current distribution over the Electrodes is achieved, from which a high efficiency of the plant and great purity of products while the number of electrical circuits and conductors required for one Battery required of cells is reduced to a very considerable extent.

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-The invention consists essentially in that a number of cells are placed one on top of the other are that the electrodes of the same polarity of one cell on the bottom plate of the overlying cell are attached or formed from this base plate and on the same Bottom plate attached the electrodes of opposite polarity for the cell above or are formed, etc. through the whole series, which relate to z. B. 9 or 15 Cell stages can expand. For example, the negative electrodes of the bottom cell or step of a vertical row are formed as panels extending from the horizontal wall hang down or are formed from it, which the bottom of the second or next higher Cell forms. This wall also has a series of parallel,

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.stretching plates that form the positive electrodes for the second cell. The negative Electrodes for the second cell are then formed by parallel plates, which consist of the Hang down the bottom of the wall forming the third cell \ and alternate with the positive plates. The current thus goes directly from each cell to the cell above without external conductors or connections, where ίο the polarity when the current passes through one cell is switched to the next and the only electrical connections which are required, at the bottom of the lowest cell and on the lid of the uppermost cell of one Vertical row.

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.The top cell of each column or row of vertical groups or series can be of opposite Polarity must be that of the top cell of the next series, so that the current can be passed directly from each top cell to the neighboring one. With this design the lines are reduced to a minimum, as apart from the connections to the first and last cell of a row or column the only necessary connections are those between the top cells and alternately the bottom cells of adjacent vertical groups or series are.

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.A partition is attached to each cell near its upper end, which is depending Sleeves or diaphragms made of porous material, which surround the electrode plates of one polarity, so that the to the Electrode plates of opposite polarity generated gases are separated and in Header pipes can be derived in any way.

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;A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawings, in which Fig. Ι is a vertical longitudinal section through a vertical series or group of cells;

Abb. 2 ist ein vertikaler Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. 1;Figure 2 is a vertical section on line 2-2 of Figure 1;

Abb. 3 ist ein horizontaler Schnitt nach der Linie 3-3 der Abb. 1;Figure 3 is a horizontal section on line 3-3 of Figure 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.Figure 4 is an enlarged section of a portion of the base of a cell showing various Method of insulation for the electrode ends hanging down from the bottom plate of the cell.

Gleiche Buchstaben beziehen sich auf entsprechende Teile in allen Zeichnungen.Like letters refer to corresponding parts in all drawings.

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.Each vertical series or group of cells consists of a number of cells a, b and c, placed one on top of the other, in the shape of a box or tub, any means may be provided to feed the cells with electrolyte. The bottom plate of the lowest cell c is provided with feet or flanges by which the row is supported on suitably insulated blocks ä , and a series of parallel ribs e projecting downwards form connections for the electrical current which is passed to them through copper rods or strips f attached to rib c by bolts. Parallel electrode plates g, which preferably decrease in thickness upwards, protrude upwards from the bottom plate inside the cell and cause the whole cell to be divided into a number of small narrow cells, each of which is energized through one of the ribs t ' is supplied. The upper end of the cell c is formed by the lower part of the next cell b above it, from which electrode plates h , similar to the electrodes g, hang down in an alternating arrangement with these, the plates h extending up to a small distance from the floor the cell c extend. Another series of parallel plates / extends upward from the bottom of cell l>, alternating with plates k, which hang down from the bottom of the next cell above. Each cell in the row is shaped in the same way until the top cell a is reached, the lid of which has hanging electrode plates / and ribs m parallel to the outside, to which copper power leads are connected by bolts in the same way as with the lower ribs c has been described.

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.The procedure for separating the gases generated in the cells is exactly the same for each cell and may be described with reference to the lowest cell c .

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.A horizontal partition member or diaphragm n, insulated from the cell up and down, lies a small distance below the bottom of cell b and has a series of depending tubular flanges 0 surrounding slots or openings through which the depending electrodes h go through. The flanges 0 carry porous depending diaphragms or sleeves p made of asbestos, gauze or the like, which surround the electrodes h and separate the gas generated therein from the gas generated at the electrodes b and rising from them. The gas generated at the electrodes h sweeps upwards through the partition wall or the diaphragm η into the space between the partition wall and the bottom of the cell b, and from this space the gas is discharged into a vertical collecting pipe q , which is connected by a fitting a socket; · is connected, which is cast or otherwise attached to the upper end of the cell.

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-The gas generated at the electrodes q is prevented by the diaphragms p from passing through the openings in the wall η and collects under the wall, from where it passes into a second collecting tube s. The collecting

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 Isolationsrohretubes q and s take the gas of the corresponding electrodes of all rows of a vertical row or group, the tubes in mutually insulated sections between the individual cells by inserting short pieces of pipe t made of insulating material, such as. B. glass, are divided. Since the pipes are only exposed to the potential difference between two neighboring cells, the insulation pipes are required

ίο nur eine kurze Länge zu besitzen, wie in Abb. ι dargestellt.ίο only have a short length, as in Fig. ι shown.

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.Another piece of insulating tube u is connected between the vertical tubes and the connecting pieces, through which these are connected to the main collecting gas lines w and ν , which receive the gases from a row or battery of cell groups.

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. ■If the lower edges of the electrode plates h are spaced sufficiently far from the bottom of the cell, insulation between the electrode and the bottom of the cell is not absolutely necessary. However, if desired, insulation can be provided in one of the ways shown in Fig. 4. ■

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.At χ a bowl-shaped layer of insulation material is shown lying on the bottom of the cell and also extends a short distance up the sides, while at y a flat strip of insulation material is shown lying on the bottom of the cell. In the other embodiments, metallic protective members ζ are held on narrow strips of insulation material 3.

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.Another embodiment, in which the insulation can be completely dispensed with, consists in that the diaphragms or sleeves j> below the lower ends of the electrodes h are completely or almost completely closed. In the illustrated embodiment, the electrode plates g, projecting up from the bottom of each cell, extend to the sides of the well or cell so that the cell is divided into a number of smaller, narrow cells , as shown in FIG. This construction achieves an extremely strong cell, but suffers from the inconvenience that the electrolyte must be specially supplied to each of these smaller cells and that it is difficult to ensure an equal level of the electrolyte in each cell.

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.In a modified construction, the electrodes g are not led to the sides of the cell or well, but have the same width as the electrodes h. This construction is not as strong as the constructions shown in the figures, but allows free circulation of the electrolyte, which can therefore only be fed to one point in the entire cell. It will be appreciated that, instead of completely separating these electrodes from the sides, they could be interconnected with them by pieces of tissue. This gives the construction strength without disturbing the circulation of the electrolyte through the entire chamber.

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.The embodiment described and illustrated is as an example of implementation of the invention in practice and various modifications may be made in the Details and general design are attached, deviating from the essentials Characteristics of the invention deviate.

Claims (4)

75 Patent-Ansprüche:75 patent claims: 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.1. Electrolytic cell for the production of oxygen and hydrogen by water decomposition, characterized in that a number of cells are stacked and power supply lines are arranged at the upper end of the uppermost and at the bottom of the lowest cell, the current directly through the column of cells from each cell to the above or below with a change of polarity between two lines . 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. ioo2. Electrolytic cell according to claim 1, characterized in that the partition wall parallel electrode plates hanging down between two cells in alternating fashion and cooperating with parallel electrode plates extending upwardly from the partition wall between the lower cell and the next cell underneath, this partition wall in turn depending Electrode plates for the underlying cell carries. 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.3. Electrolytic cell according to claim 2, characterized in that the of the Lids of each cell, depending on the electrodes, pass through openings in an intermediate wall, which is tubular Wear diaphragms or sleeves surrounding the pendent electrodes. 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.4. Electrolytic cell according to claim 3, characterized in that a collecting tube the gas generated at the electrodes of the same polarity of each cell in a vertical row receives, the collecting tube in the number of cells corresponding sections, which are isolated from each other, is divided. Hierzu ι Blatt Zeichnungen.For this purpose ι sheet of drawings.