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Zersetzer, insbesondere zur Elektrolyse von Wasser unter Druck Die
bisher bekannten Einrichtungen zum Zersetzen von Wasser mittels Elektrolyse haben
den Nachteil, einen ungewöhnlich großen Raumbedarf, besonders eine große Grundfläche
im Verhältnis zu der von der Vorrichtung verarbeiteten Energiemenge zu benötigen,
wodurch sich hoheAnlagekosten ergeben. Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe,
die Elektroden, und zwar zweckmäßig solche, die mit hoher Stromdichte betrieben
werden können, auf einen kleinen Raum zusammenzudrängen. Besondere Vorteile ergeben
sich bei Anlagen, die bei erhöhtem, besonders bei sehr hohem; elektrolytisch erzeugtem
Druck arbeiten, da es nun möglich wird, den günstigsten, d. h. einen kleinen zylindrischen
Querschnitt für das Druckgefäß anzuwenden, in welchem die Vorrichtung untergebracht
ist.
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Bei dieser Zusammendrängung auf kleinen Raum macht die Schaltung der
Elektroden besonders dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn alle Elektroden einerseits
in einem gemeinsamen Elektrolytbade untergebracht sind, andererseits eine genügende
Zahl von Elektroden hintereinandergeschaltet werden soll, um eine genügend hohe
Betriebsklemmspannung für den Gesamtzersetzer zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung
werden Gruppen von Elektroden, die parallel geschaltet sind, zur Vermeidung von
elektrolytischen Nebenschlüssen in besondere Gehäuse eingeschlossen und in einem
gemeinsamen El'ektrolytbade so hintereinandergeschaltet, daß die Gehäuse nur eine
beschränkte elektrolytische Verbindung zwischen den einzelnen hintereinandergeschalteten
Gruppen zulassen. Zur Vermeidung von Nebenschlußströmen im Elektrolyten ist der
Elektrolytraum einer Elektrodengruppe von dem Elektrolyten der Gassammelkanäle und
dem der übrigen Elektrodengruppen mittels Gasabscheider getrennt, die zweckmäßig
aus einem siphonartigen Gasfang mit einer in den Gasraum hineinragenden, die Elektrolyte
trennenden Scheidewand bestehen.
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Die Gehäuse, welche jede Elektrodengruppe umschließen, können nebeneinandergereiht
oder zur Ersparung an Grundfläche stockwerkartig übereinandergesetzt werden. Zweckmäßig
sind diese Gehäuse glockenförmig, wobei in den Gehäusen, und zwar am besten in den
Segmenten, die der eigentliche Elektrodenraum gegenüber dem runden Querschnitt übrigläßt,
die allen Gehäusen gemeinsamen Gas- und Elektrolyträume, die Gasabscheider, Gassammelkanäle,
Kühlkanäle und solche für die Spannspindeln bei der Herstellung der Gehäuse vorgesehen
oder, wenn sie beispielsweise aus Beton bestehen, sogleich bei der Herstellung ausgespart
werden.
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Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
ist als Beispiel auf der Zeichnung veranschaulicht.
Abb. i zeigt
in Ansicht und Querschnitt eine durch einen Rahmen zusammengehaltene Elektrodenpackung,
Abb. 2 stellt im Längsschnitt nach A-A der Abb. 3 und diese Abb.3 im Längsschnitt
nach B-B der Abb. 2 eine in dem Gehäuseelement untergebrachte Gruppe von Zersetzerpackungen
und einen Teil der benachbarten Gruppen dar.
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Abb. 4 ist ein Schnitt nach C-C der Abb. 2. In dem dargestellten Beispiel
ist die Verwendung der Elektroden nach Patent 416 541 angenommen, doch können auch
andere Elektrodenformen, z. B. schmale Gitterelektroden, gelochte Elektroden, schmale
Streifenelektroden oder gewöhnliche ebene Elektrodenbleche, verwendet werden. Andererseits
ist die Raumersparnis bei Benutzung der dargestellcen Elektrodenart am größten,
zumal sie auch in einfachster Weise die Diaphragmen zu halten gestattet, nämlich
einfach durch Pressen des Diaphragmas zwischen je zwei zusammenarbeitenden Elektroden.
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Das Ausführungsbeispiel, insbesondere Abb. i, zeigt ferner, daß in
diesem Falle stets zwei Paar, b, c, dieser Elektroden durch einen Halterahmen a,
der aus einem harten Isolator, beispielsweise aus Hartgummi, emailliertem oder hartgummiertem
-Eisenblech, .aus Kunstschiefer, Asbest,- Zementschiefer oder auch aus Beton o.
dgl. -bestehen kann, zu einer Zersetzerpackung vereinigt sind. Die beiden inneren,
einander gegenüberstehenden und im Verein mit dem Rahmen einen Zersetzerraum umschließenden
Elektrodenplatten b werden als die eine, beispielsweise als positive Elektrode geschaltet
und liefern demnach Sauerstoff, während die beiden- äußeren Platten c als negative
Elektroden Wasserstoff erzeugen. Beliebig viele solcher -Packungen werden durch
flache oder zweckmäßig kegelförmige Ringe d oder beliebige andere -Zwischenlagen
zusammengepreBt und bilden eine Elektrodengruppe. Alle Innenplatten einer solchen
Gruppe sind (vgl. Abb. 2) mittels einer Platte e parallel geschaltet. Jede dieser
Elektrodengruppen ist in ein hohlzylindrisches oder glockenartiges Gehäuseelement
g eingesetzt, das aus Beton, hartgummiertem Gußeisen, Chamotte, Basalt, Quarz o.
dgl. bestehen kann. Die glockenförmigen Gehäuseelemente erleichtern nicht nur die
druckfeste Unterbringung der Elektrodengruppen- auf kleinstem Raum, sondern ermöglichen
auch eine gute Führung der zur Abscheidung kommenden Gase und die betriebssichere
Hintereinanderschaltung der einzelnen Elektrodengruppen.
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Das eine Gas, z. B. der von den Innenplatten b ausgeschiedene Sauerstoff,
sammelt sich im oberen Teil der Rahmen a und- kann durch das aus den Rahmen a und
den kegelförmigen Ringen d zusammengesetzte Rohr f
abgeführt werden.
Der an den äußeren Platten entstehende Wasserstoff steigt in dem Ausführungsbeispiel
frei außerhalb der Rahmen a nach oben und wird oberhalb der Rahmen bzw. El'ektrodengruppen,
beispielsweise durch die schrägliegende Fläche des inneren Glockenbodens g (Abb.
3), nach rechts abgeleitet.
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Zur Vermeidung von Nebenschlußströmungen im Elektrolyten empfiehlt
es sich, die Elektrolyträume -der hintereindergeschalteten Elektrodengruppen und
auch das Elektrolyt enthaltende Gassammelrohr -elektrisch voneinander zu trennen,
ohne daß jedoch die Gasableitung von den einzelnen Elektrodengruppen behindert wird.
Um dies zu erreichen, sind außerhalb der glockenförmigen Gehäuseelemente besondere
Gasabscheider h vorgesehen (vgl. Abb.2 bis 4). Zum Beispiel gelangt der Sauerstoff
der Elektrodengruppe i (Abb.2 und 3), der sich zunächst in dem Rohr f sammelt,
bei k in den Gasabscheider h,
steigt nach oben und sammelt sich in dem siphonartigen
Gasfang 1. Das Gas drückt hier den Elektrolytspiegel durch den Kanal m, der von
der Zuleitung k durch eine in den Gasfang hineinragende Scheidewand p getrennt ist,
abwärts und- durch Schlitze n in Sammelkanäle o zurüclz -(:Abb. 4), die durch die
ganze Zersetzersäule laufen. Schließlich entweicht das Gas selbst -durch die Schlitze
n in diesen Sammelkanälen o: Durch die Trennungswand p und das Gas im Gasfang
1 ist also der Elektrolyt der Elektrodengruppen i vom Elektrolyten der -Sammelkanäle
.o getrennt, obgleich das erzeugte Gas ungehindert in diese Kanäle gelangen und
durch sie zu dem Hauptsammelraum gelangen kann, aus dem :es entnommen wird. Die
gleiche Anordnung der Sammelkanäle mit siphonartigen Gasabscheideranschlüssen an
die' Räume der einzelnen Elektrodengrüppen ist auch für die Abführung des Wasserstoffs
vorgesehen und beispielsweise um 9o° versetzt zu der Sauerstoffabführung angeordnet
(vgl. Abb.4). Die Wasserstoffsammelkanäle s sind mit dem Hauptsammelraum verbunden.
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Der bei dieser Gasabscheidung aus den Gassammelräumen l verdrängte
Elektrolyt fließt durch Kanäle r (Abb. 2 und 4) zu dem unteren Teil der Elektrodengruppe
zurück. Hierbei ist aber Vorsorge getroffen, daß der Elektrolyt des Wasserstoffraumes
aus dem betreffenden Gasabscheider 1 wieder demjenigen Raum jeder Zelle zugeführt
wird, der Wasserstoff erzeugt, also von den negativen Elektroden umgeben ist. Das
Entsprechende gilt für den Elektrolyten des Sauerstoffgasraumes. Dies ist deswegen
erwünscht, weil
die Elektrolyte stets mit Gas emulsionsartig gesättigt
sind, so daß eine Mischung der Gase entstehen könnte, wenn die Elektrolyte der beiden
Elektroden nicht getrennt voneinander geführt werden. Die Gasabscheiderkörper h.selbst
können aus Eisen o. dgl. hergestellt und in das Gehäuseelement eingegossen sein,
es können aber auch, insbesondere wenn die Gehäuseelemente aus Beton- bestehen,
Räume zur Sammlung und Weiterführung sowie die Kanäle zur Rückführung des Elektrolyten
bei der Herstellung des Elementes vorgesehen sein. Ebenso können hierbei Löcher
zur Aufnahme von Spannspindeln ausgespart werden.
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Die Gassammelkanäle o und s, deren oberes Ende in die beiden auf die
ganze Zersetzersäul'e aufgesetzten Hauptgaskammern q und t
münden,
sind zweckmäßig an ihrem unteren Ende miteinander verbunden, so daß sie insgesamt
ein [)-Rohr bilden. Hierdurch kann sich der Gasdruck der beiden Gaskammern ausgleichen.
Wesentlich ist, daß die Verbindung der beiden Sammelkanäle o und s unten, zweckmäßig
an der tiefsten Stelle der Zersetzersäule, also unterhalb der untersten Elektrodengrupp:e,
liegt, da an dieser Stelle in dem Elektrolyten gar keine oder nur Spuren von Gasemulsion
zu finden sind, so daß durch diese Art der Rohrverbindung eine Verunreinigung der
Gase vermieden wird.
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Durch die neue Zersetzerbauart ist es möglich, auch bei dem stark
beschränkten Raum, der bei jeder Druckelektrolyseanlage vorhanden ist, den Zersetzer
den Strom- und Spannungsbedingungen aller praktisch vorkommenden Stromnetze anzupassen.
Die Anzahl der einzelnen Elektroden bzw. Elektrodenpackungen einer Gruppe kann nach
Belieben den Betriebsverhältnissen entsprechend gewählt werden. Ebenso ist die Höhe
bzw. Größe der Elektrodenplatten selbst nicht begrenzt. Ist somit die Stromaufnahme
durch die in sehr großen Grenzen steigerbare Aufnahmefähigkeit einer Elektrodengruppe
gewährleistet, so paßt sich die Anzahl der hintereinandergeschalteten Elektrodengruppen,
deren Betriebsspannung je etwa 2 Volt beträgt, jeder beliebigen Betriebsspannung
an.