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Elektrolytischer Druckzersetzer mit konzentrisch angeordneten Elektroden,
insbesondere zur Zersetzung von Wasser Bei elektrolytischen Druckzersetzern mit
konzentrisch angeordneten Elektroden spielt, neben den Fragen der Reinheit der gewonnenen-Druckgase
und der guten Raumausnutzung des zylindrischen Druckgefäßraumes, die zweckmäßige
Herstellung des Zellenkörpers eine wesentliche Rolle. Wenn Druckzersetzer in der
Bauart mit konzentrischen Elektroden bisher nicht ausgeführt wurden, so lag dies
an ihrer schwierigen Herstellung. Teils beschäftigen sich die bekannten Vorschläge
überhaupt nicht mit der Herstellung des Zellenkörpersatzes, dessen einzelne Zellenteile,
obwohl sie aus ganz eng ineinandergefügten, vergleichsweise langen Zylindern bestehen,
-in sehr genauem Abstand voneinander gehalten sein müssen, teils ist zu ihrem Aufbau
ein ,Wickelverfahren bekanntgeworden, das jedoch große Übung benötigt, um dem Zellenkörper
im ganzen eine solche Form zu geben, daß er gut in das zylindrische Druckgefäß paßt.
Außerdem ist es nach diesem Verfahren schwierig, mehrere gewickelte Zellensätze
in einem Druckgefäß übereinander anzuordnen, und ferner den einmal hergestellten
Zersetzer wieder auseinanderzunehmen, um ihn zu ergänzen oder einzelne Teile zu
ersetzen.
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Bekannt ist ferner ein Verfahren, die unter Druck .gewonnenen Elektrolysegase
.durch so starke Erhöhung des Druckes voneinander zu trennen, daß das eine der beiden
zur Aus-Scheidung kommenden Gase schwerer als der Elektrolyt wird. Da aber nach
diesem bekannten Verfahren die Erzeugung .der beiden Elektrolysegase in dem gleichen
Raum vor sich geht, so läßt sich, insbesondere während der Betriebszeiten, in welchen
der Druck noch nicht ausreichend ist, eine Mischung der Gase nicht vermeiden.
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Erfindungsgemäß lassen sich elektrolytische Druckzersetzer mit konzentrisch
angeordneten Elektroden unter Beachtung der Forderungen bezüglich Gasreinheit und
Raumausnutzung dadurch zweckentsprechend und verhältnismäßig einfach anfertigen,
daß zum Aufbau des Zellenkörpers einzeln hergestellte Bauelemente dienen, die je
aus zwei oben verbundenen Hohlzylindern, dem über den äußeren gelochten Hohlzylinder
gelegten Diaphragma und einem entsprechend gelochten, das Dsaphragma eng umschließenden
Hohlzylinder bestehen. Diese Bauelemente sind erfindungsgemäß lose ineinander :gesetzt
und unter Benutzung von Zwischenstücken oben und unten zentriert. Hierdurch entstehen
betriebssicher voneinander getrennte Räume zum Sammeln der beiden anfallenden Gase,
da jeweils der Ringraum zwischen den oben verbundenen Hohlzylindern den Elektrolytraum
einer Polarität und der Ringraum zwischen zwei benachbarten Bauelementen den Elektrolytraum
der anderen Polarität bilden.
Diese Ausbildung führt äuch zu einer
günstigen Ableitung der Gase aus dem Zersetzer, da alle oben geschlossenen Ringräume
jedes Zellenkörpersatzes an ihren unteren Enden miteinander und mit .dem :durch
den Druck gefäßboden geführten Gasableitungsrohr verbunden sein können, während
--die oben offenen' Ringräume zwischen zwei benachbarten Bauelementen zu einem Sammeln
und Ableiten der anderen Gasart nach oben, durch den Druckgefäßdeckel hindurchführen.
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Das Verfahren zur Herstellung eines der Bauelemente des Zersetzers
geht erfindungsgemäg in der Weise vor sich, daß ein gelochtes Blech unter Zwischenlage
des Diaphragmas auf den entsprechend gelochten Teil eines größeren Bleches aufgewalzt
und dessen ungelochter Teil um einen Draht oder Blechstreifen von die Elektrolytraumweite
schaffender Stärke umgefaltet wird. Hierauf wird der Hohlkörper, der nach Einfügen
entsprechender Abstandstücke entsteht, zylindrisch gewalzt und an den Längsrändern
verschweißt.
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Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
ist auf der Zeichnung als Beispiel, insbesondere inAnwendung auf die ZersetzungvonWasser,
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Druckgefäßes
mit übereinander angeordneten Zellenkörpersätzen sowie den. Anschluß an die beiden
Gasbehälter.
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Fig.2 stellt einen Teillängsschnitt durch einige Zellenkörper und
die anschließenden Gefäßteile dar.
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Fig. 3 und q. veranschaulichen in zwei senkrechten Längsschnitten
:die Gasentnahmestelle für einen oben geschlossenen Elektrolytringraum.
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In Fig. i sind die Breitenabmessungen gegenüber denen der Länge etwas,
und in den Fig.2 bis q. erheblich, etwa um das Zehnfache, vergrößert, um die Einzelheiten
deutlich darstellen zu können.
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Zum Aufbau jedes Zellenkörpers dienen die folgenden Bauelemente, welche
einzeln hergestellt werden: Zwei oben verbundene Hohlzylinder a1, a2, die .in der
nachstehend beschriebenen Weise aus einem Blechstück a angefertigt sein können,
umschließen den Elektrolytraum :einer Polarität, z. B. bei Wasserzersetzung den
Sauerstoffraum. Während der eine Hohlzylinder a2 vollwandig ausgeführt ist, besitzt
der andere, äußere Hohlzylinder a1 auf einem Teil .seiner Länge feine Löcher. Über
seine gegebenenfalls etwas gewellte Außenfläche ist das Diaphragma b und über dieses,.
es eng umschließend, ein entsprechend gelochter und gegebenenfalls gewellter Hohlzylinder
c gelegt. Die Herstellung dieses aus einander umschließenden Hohlzylindern bestehenden
Bauelementes geht in der Weise vor sich, daß zunächst auf ein Nickelblech a, dessen
Breite gleich der Summe ,der beiden Schenkellängen ai und a2 ist, unter Zwischenlage
des Diaphragmas b, und zwar auf .den gelochten Teil a1, das gelochte Blech c aufgewalzt
wird, wobei :die Bleche zweckmäßig derart fest in die Asbestschicht b eingewalzt
werden, daß sich die Lochränder der Bleche auch mit Asbest telegen. Hierdurch wird
verhindert, daß sich die Löcher mit Gasblasen verstopfen, die dem Stromdurchtritt
großen Widerstand entgegensetzen würden. Nun wird das große Blech a etwas auf der
Hälfte seiner Länge um einen Draht oder Blechstreifen 30 gefaltet, dessen
Kante gut abgerundet ist und dessen Stärke .der Elektrolytraumweite entspricht.
Hierauf wird zwischen die unteren Ränder der Schenkel a1 und a2 ein Zwischenstück
15 gelegt, .dann das ganze zylindrisch gewalzt und an den Längsrändern verschweißt.
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Solche Bauelemente mit entsprechend verschiedenen Durchmessern werden
lose ineinandexgesetzt und unter Benutzung von Zwischenstücken i,6 und 20 oben und
unten zentriert. Der durch diese Zwischenstücke festgelegte Abstand zwischen zwei
Bauelementen ist vergleichsweise sehr eng, d. h. eben groß genug, um den hier entstehenden
Wasserstoff nach oben abzuleiten. Die Abstandbleche 2o, welche zum Zweck dieser
Ableitung Räume zwischen sich frei lassen, stellen zwischen dem Blech c und dem
Blech a der nächst äußeren Zelle guten elektrischen Schluß her (oder sie sind isoliert,
je nachdem man wünscht, die gewellten Bleche als Elektroden mitarbeiten zu lassen
oder nicht).
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Die unteren Abstands- bzw. Zwischenstücke 15, 16 sind als Ringe
hinreichender Höhe ausgebildet. In ihnen sind Aussparungen oder Löcher angebracht,
die .mit entsprechenden Löchern o. dgl. :der übrigen Bauelemente eines Zellenkörpersatzes
Kanäle f, o1 bilden, von denen :die Kanäle f für die Zufuhr des Elektrolyten und
die Kanäle o für die Ableitung des Sauerstoffs aus dem durch das Blech a umschlossenen
Elektrolytraum dienen. Der Zellenkörpersatz bzw. bei Anordnung mehrerer übereinanderliegender
Sätze in einemDruckgefäß alle.dieseSätze umschließen in an sich bekannter Weise
in der Mitte einen Hohlraum, zu dem. die Kanäle f, o1 geführt sind und der in folgender
Weise zur Aufnahme der Gassammel- bzw. Elektrolytzuführungs.leitungen dient: Die
Kanäle v, für :die Ableitung des Sauerstoffs gelangen zwischen einem Ringstäck 17
und dem Boden ,2i :des Zellenkörpersatzes in
einen ringförmigen
Fallraum o2, der nach innen durch ein in dem Ringstück 17 isoliert eingesetztes
Rohr 18 begrenzt ist. Der Ringraum o2 schließt an das Rohr 3 i im Boden des Druckgefäßes
an, das zu .dem Auffanggefäß 37 für das Sauerstoffgas überleitet. Diese Flasche
37 ist bei Beginn des Betriebes mit Elektrolyt bzw. mit Wasser gefüllt, das allmählich
durch den Sauerstoff verdrängt wird.
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Liegen die Betriebsdrücke des Zersetzers unterhalb etwa 7oo Atm.,
dem Druck, bei welchem .der Sauerstoff schwerer wird als der Elektrolyt, so wird
das Wasser mit dem Füllen des Behälters 37 mit Gas aus .einem Bodenrohr der Flasche
37 abgelassen. Ist dagegen der Sauerstoff schwerer als der Elektrolyt, so fällt
er in dem Behälter 37 zu Boden und verdrängt hierdurch den Elektrolyten, der durch
ein im Innern des Rohres 31
liegendes Rohr 32 aufwärts 3n das Druckgefäß steigt.
Solange der Sauerstoff (z. B. bei Betriebsbeginn) spezifisch leichter als der Elektrolyt
ist, kann .der Fall eintreten, .daß der Sauerstoff durch das Rohr 3a wieder in den
Zersetzer zurückgelangt. Um dies zu verhüten, ist das Rohr 32 bis über den höchsten
Gasspiegel im ersten Zellenkörpersatz geführt. Mer das obere Rohrende 32' ist eine
rohrförmige Glocke 33 gelegt, :deren unterster Rand 33' `.die Ebene der Elektrolytzuführung
durch die Kanäle f im obersten Zellenkörpersatz unterschreitet. Durch diese Ausbildung
kann der Druck .im Zersetzer bei Betriebsbeginn von Null bis auf über 7oo Atm. gesteigert
werden, ohne daß hierbei ein äußerer Eingriff, eineUmstellung von Ventilen o. dgl.,
notwendig wird.
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Ist der Sauerstoff (bei Drücken unter etwa ooAtm.) leichter als Wasser,
so daß er nicht von selbst in die Kanäle o1 und den Raum o2 fällt, so wird er diesen
Kanälen aus jeder Gaskappe 35 am oberen Elektrodenende zweckmäßig etwa nach Art
der Fig. 3 und q. zugeleitet. Durch zwei zwischen den Wänden a1 und a2 eingesetzte
Leisten z7 ist ein lotrechter Kanal 36 zwischen der Gaskappe 35 und den unterhalb
des Elektrodensatzes angeordneten waagerechten Kanälen o' und',den Bohrungen o1
für die Ableitung des Sauerstoffs hergestellt. Der Kanal 36 durchsetzt bei
36' auch die Bodenringe 15. Die Leisten 27 besitzen die gleiche Dicke wie
der Sauerstoffraum, so daß sie sich dicht an die Elektrodenwände a1, a2 legen. An
der Stelle des Kanals 36 befinden sich keine Lochungen in der Wand a1, so daß der
Kanal 36 seitlich ringsum .geschlossen ist.
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Auch bei Zersetzern für Betriebsdrücke über 7oo Atm., d. h. wenn der
Sauerstoff schwerer als Wasser .ist, wird zweckmäßig die Gassammelhaube 35 verwendet.
Beim Betniebsbeginn dauert es einige Zeit, bis der Betriebsdruck über 70o Atm. erreicht
ist. Für diese Zeit muß für den Sauerstoff, der dann noch leichter als Wasser ist,
Gelegenheit geschaffen werden, aufwärts zu steigen und sich oben zu sammeln. Der
Gassammelraum 35 muß also so groß vorgesehen sein, daß er das während der Drucksteigerung
entstehende Gas aufnehmen kann.
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Während zur Ableitung des Sauerstoffs der Boden i" des Druckgefäßes
benutzt wird, dient der Deckel i zur Wasserstoffabführung sowie zur Zuleitung des
Stromes und des Elektrolyten. Der Wasserstoff, welcher sich in dem Ringraum zwischen
zwei benachbarten Zellenkörpern, also zwischen den Wänden c und a2 entwickelt, steigt
durch die Zwischenräume zwischen .den Abstandsblechen :2o aufwärts in den Sammelraum
ro oberhalb des Zellenkörpersatzes, von wo das Gas durch Kanäle 23 zu dem Hohlraum
in der Mitte des Zellenkörpersatzes geführt wird. In den Deckel ist ein Rohr 8 isoliert
eingesetzt, .in dessen Innerem ein Rohr g liegt. Indem Ringraum zwischen diesen
beiden Rohren steigt .der erzeugte Wasserstoff aufwärts iin das obere Sammelgefäß.
In den unteren Zellenkörpersätzen muß der Wasserstoff, der durch die Kanäle 23 nach
der Mitte strömt, gasdicht durch den Wasserstoffallraum o2 geleitet werden. Dies
erfolgt mittels RohrstÜcke a3', die in -den Fallraum o2 eingesetzt sind. Der Wasserstoff
gelangt mittels abwärts gebogener Röhrchen 2q." in den Elektrolytraum,welcher in
der Mitte des Druckgefäßes angeordnet ist und in dem er aufwärts steigt.
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Das Innere .des Rohres 9 dient .der Zufuhr des Elektrolyten, welcher
durch die Öffnung g' auch den unteren Zellenkörpersätzen zufließt. Hierbei legt
die Öffnung 8', .durch welche der Wasserstoff .in den Ringraum tritt, zugleich die
Höhe .des Elektrolytspiegels im obersten Zellenkörpersatz fest, während das Ende
der Röhrchen 2q." .den Elektrolytspiegel in den zugehörigen unteren Zellenkörpersätzen
bestimmt.
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Die Stromzufuhr durch den Deckel mittels isolierter, außerhalb der
Mitte eingesetzter Stäbe 7 ist in folgender Weise gegen den hohen Druck abgedichtet:
Der Stab 7 stützt sich auf einen Ring 2, welcher dem Deckel i gegenüber durch Ringe
3, 5 isoliert -ist. Gegen den unteren dieser Ringe drückt eine Mutter d., die zur
Dichtung im Deckel verschweißt wird. Auf den nach innen ragenden Gewindeansatz des
Ringes 2 ist das innen isolierte Rohr 6 geschraubt, das .den Strom teils selbst,
teils über seine Sitzfläche 12 und die kohrverlängerung 13 der innersten
Wanda, des ersten Elektrodensatzes zuführt. Der Raum zwischer
der
Mutter 4, dem Gewindeansatz des Ringes 2 und dem zur Stromweiterleitung dienenden
Rohr 6 ist isoliert.
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Die äußerste der Ringelektroden c kann elektrischen Anschluß an .die
Wand des Druckgefäßes .bekommen, wenn nur ein Satz konzentrischer Elektroden im
Druckgefäß untergebracht ist. Zweckmäßig ist diese Elektrode jedoch durch eine Isolierschicht24
gegenüber der Innenwand des Druckgefäßes isoliert. Die äußerste Elektrode c trägt
einen nach innen ragenden Boden 21, welcher den übrigen Zellensätzen der Stufe gegenüber
durch eine Schicht 21' isoliert ist. Falls mehrere solcher konzentrischer Elektrodensätze
übereinander angeordnet sind (Fig. i und 2), vermittelt dieser Boden 21 .die elektrische
Verbindung zwischen der äußersten Elektrode c des oberen und der Wand a2 der innersten
Elektrode des zunächst darunterliegenden Elektrodensatzes mittels eines zylindrischen,
an der Wand a2 anliegenden Rohrstückes 22.