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Verfahren zur Elektrolyse mit hoher Stromdichte.
Die chemischen Vorgänge, die sich unter der elektrolytischen Einwirkung'des Stromes vollziehen, sind ausser anderem auch von der Stromdichte im Elektrolyten besonders an der Elektrode abhängig.
Aus diesem Grunde ist für manche Zwecke eine möglichst hohe Stromdichte erwünscht.
Um die Stromdichte steigern zu können, hat man schon den Elektrolyten in ständiger Bewegung gehalten. Die Strömungsgeschwindigkeiten, die bisher verwendet wurden, waren aber zu gering, um die Verwendung einer so hohen Stromdichte, wie sie z. B. zur Herstellung von Ozon und Peroxyden notwendig ist, zu gestatten. Gemäss der Erfindung wird der Elektrolyt an der Stelle, an der der Strom aus der Elektrode in ihn hineintritt, in so schneller Bewegung gehalten, dass die Wärme und die Uasblasen schnell abgeführt werden und dass keine nennenswerte Erwärmung des Elektrodenmaterials und kein Anhaften von Gasblasen auftreten kann. Dieser Vorteil ist von grosser Bedeutung, denn gerade beim ruhenden Elektrolyten wird der Vergrösserung der Stromdichte durch das Steigen der Temperatur, das Auftreten von Gasblasen an die Grenze gesetzt.
Auch hohle Elektroden mit'Wasserkühlung von innen erlauben nur eine beschränkte Stromdichte.
Um an der Übergangsstelle von der Elektrode zum Elektrolyten eine genügend hohe Stromdichte erzielen zu können, wird ferner gemäss der Erfindung die Elektrode als Hohlgefäss ausgebildet, dass nach aussen isoliert ist und mit einer Öffnung für den Stromdurchgang zu der andern ausserhalb liegenden Elektrode versehen ist. Zweckmässigerweise erhält die Elektrode die Form eines Rohres, durch das der Elektrolyt hindurchgeleitet wird. Der Stromübergang findet dann lediglich am Ende dieses Rohres statt.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Die Elektrode, an der die hohe Stromdichte erzielt werden soll, ist mit 1 bezeichnet. Sie hat die Form des Mantels eines Kegelstumpfes und bildet die Fortsetzung des Glasrohres 2. Elektrode und Glasrohr sind von einem weiteren Glasrohr 3 umgeben, das am unteren Ende eingestülpt ist, so dass es gegen die Elektrode 1 dicht abschliesst.
Der entstehende Hohlraum ist mit Quecksilber ausgefüllt, dem der Strom durch den Leiter 4 und den Drahtanschluss 5 zugeführt wird. Das Ganze ist in ein Gefäss 6 eingehängt, das den Elektrolyt aufnimmt und mit einem Abfluss 7 versehen ist. Im Elektrolyten hängt die zweite Elektrode 8 mit dem Stromanschluss 9. Der Elektrolyt strömt in das Glasrohr 2 von oben ein und tritt aus dem unteren engeren Ende der Elektrode 1 mit einer Geschwindigkeit aus, die ausreicht, um die durch den Strom entstehende Wärme abzuleiten. Der Stromübergang vom Rohr 1 in den Elektrolyten findet im wesentlichen am unteren Rande statt, da innerhalb des Hohlraumes, der durch das Rohr 1 gebildet wird, ein nennenswerterpotentialunterschied nicht vorhanden ist und sich infolgedessen auch keine Stromlinien ausbilden können, so dass der gesamte Strom am unteren Rande zusammengedrängt wird.
Der Strom wird dieser Stelle durch das Rohr selbst und durch das Quecksilber mit so geringen Ohm'schen Widerstande zugeleitet, dass die Erwärmung innerhalb der Elektrode im mässigen Grenzen bleibt.
Für viele Zwecke ist es wünschenswert, die bei einer Elektrolyse an beiden Elektroden entstehenden Gase getrennt voneinander abführen zu können. Ein Ausführungsbeispiel hiezu zeigt Fig. 2. Das konische Platinrohr 11, das die Elektrode bildet, ist mit seinem engsten Durchmesser nach oben gerichtet, wo sich ein Glaskörper anschliesst, der einen Teil des Elektrolyten mit der zweiten Elektrode 18 in sich aufnimmt. Dieser wird der Strom durch die Leitung 19 zugeführt. Sie kann zur Verringerung des Ohm'schen
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Widerstandes im Elektrolyten sehr dicht bis an den oberen Rand der Elektrode 11 herangeführt werden. Mit seinem unteren weiteren Rande ist das Platinrohr 11 gegen den Glaskörper 13 abgedichtet. Der
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Metallstab 14 und die Leitung 15 zugeführt wird.
Das Ganze ist in ein Gefäss 16 eingehängt, welches den andern Teil des Elektrolyten in sich aufnimmt. Dieser wird durch die Diise 17 in das obere Ende des Platinrohres 11 hineingedrückt ; u. zw. mit solcher Geschwindigkeit, dass nur ein Teil in das Platinrohr eintritt, während ein anderer Teil in den Raum innerhalb des Glasgefässes 12 ausweicht. Infolgedessen wird mit Sicherheit verhütet, dass Gasblasen, die an der Elektrode 18 sich bilden, vom strömenden Elektrolyten angesaugt und mit durch das Platinrohr 11 hindurchgerissen werden. Das an der Elektrode 18 gebildete Gas sammelt sich vielmehr im oberen Teil des Glasgefässes 12, das durch einen Deckel 20 abgeschlossen ist und wird durch ein Rohr 21 abgeleitet.
An der Elektrode 11 drängt sich der Stromübergang auf den der Elektrode 18 zugekehrten oberen Rand zusammen. Hier gebildete Gasblasen werden wurch den Strom des Elektrolyten nach unten durch das Platinrohr 11 hindurchgerissen und treten in das Gefäss 16 über, wo sie sich oberhalb des Elektrolyten sammeln. Das Glasgefäss 16 ist durch einen Deckel 22 abgeschlossen, der auch gegen den Glaskörper 13 abgedichtet ist. Das Gas entweicht durch ein Rohr 23. Aus dem inneren Raum des Glaskörpers 12 tritt der Elektrolyt durch ein Auslassrohr 24 in das Gefäss 16 über ; ein Flüssigkeitsverschluss verhindert das gleichzeitige Übertreten von Gas. Aus dem Gefäss 16 fliesst der Elektrolyt durch ein Auslassrohr 25 ab, das ebenfalls mit Flüssigkeitsverschluss ausgebildet sein kann.
Elektrolytische Apparate der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art sind beispielsweise geeignet zur Ozongewinnung., wobei die Ausbeute abhängig ist von der Stromdichte und der Einhaltung einer niedrigen Temperatur. Andere Anwendungsbeispiele sind Gewinnung von Peroxyd01 und andern sauerstoffreichen Verbindungen höchster Oxydationsstufen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Elektrolyse mit hoher Stromdichte unter ständiger Bewegung des Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt an der Eintrittsstelle des Stromes in so sehnelltr Bewegung gehalten wird, dass eine nennenswerte Erwärmung des Elektrodenmaterials infolge der grossen Durchströmungsgeschwindigkeit des Elektrolyten nicht eintritt und dass ein Anhaften von Gasblasen an den Elektroden ausgeschlossen ist.
2. Vorrichtung zur Elektrolyse mit hoher Stromdichte, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode die innere Wandung 1 eines Gefässes bildet, das nach aussen isoliert und mit einer Öffnung für den Stromdurchgang zu der anderen ausserhalb liegenden Elektrode (8) versehen ist.