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Elektrolytische Zelle und Elektrode hiefür.
Die Erfindung bezieht sieh auf die Anordnung und Konstruktion der Elektroden in elektrolytischen Zellen, u. zw. auf Zellen der Gattung, bei der die einzelnen Elektroden aus je zwei voneinander im Abstand angeordneten, oben und unten offenen Platten oder Wänden gleicher Polarität bestehen.
Die einzelnen Elektroden der Zelle können hiebei natÜrlich voneinander verschiedene Polarität haben, d. h. es kann die eine Elektrode als Anode und die andere als Kathode wirken und so fort. Die Erfindung bezweckt, den Elektrodenwiderstand herabzusetzen und die Zirkulation des Elektrolyten um die Oberfläche dieser Elektroden zu verbessern und eine Ersparnis an elektrischer Kraft zu bewirken, die für die Zersetzung einer gegebenen Menge von Elektrolyt erforderlich ist.
Doppelwandige Elektroden, wie sie bisher hergestellt und verwendet wurden, bestehen aus ziemlich eng aneinanderliegenden Platten, u. zw. liegen diese gewöhnlich nur etwa 6-3 mm voneinander getrennt. Diese Anordnung gestattet nicht, den vollen Vorteil des elektrolytischen Kreislaufes infolge des Aufwallens des Gases zu erhalten. Die Abwärtsbewegung ist zu schnell, und anstatt das Gas von den Elektroden weg und den Sammlern über den Elektroden zuzuführen, wird es am Boden abgeleitet und etwas Gas geht sogar bisweilen unter einer Trennwand aus Asbest od. dgl. hindurch, wodurch sich ein geringer Reinheitsgrad in dem gesammelten Gas und andere Nachteile im Betriebe ergeben.
Gemäss der Erfindung wird der Abstand zwischen den inneren Flächen der beiden Platten einer solchen Elektrode gleich oder grösser gemacht als jener zwischen den äusseren Flächen jeder Platte und dem benachbarten Diaphragma, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des zwischen den Elektroden abwärts fliessenden Elektrolyten geringer, vorzugsweise bloss die Hälfte der Strömungsgeschwindigkeit des zwischen den äusseren Flächen der Platten und dem Diaphragma aufwärts strömenden Elektrolyten ist und eine freie Loslösung des Gases von dem Elektrolyten ermöglicht wird.
Vorzugsweise besteht jede Wand aus zwei Platten, einer über der andern die durch einen schmalen Zwischenraum getrennt sind. durch den der Elektrolyt zu den äusseren Flächen der Elektrodenwände strömen kann. Es ist weiters zweckmässig, die Leiterstäbe unmittelbar hinunter oder im wesentliehen ganz durch die Elektroden zu führen, obwohl dies nicht ausdrücklich beansprucht wird. Diese Leiterstäbe halten die Wände im Abstand voneinander und es werden vorzugsweise zwei solcher Stäbe verwendet, obwohl dies nicht wesentlich ist. In dem oberen Ende jedes dieser Stäbe wird ein Leiter aus Kupfer oder anderem geeigneten Material befestigt, vorzugsweise durch Einlöten in eine Bohrung dieses Stabes.
Eine Stahl- oder Eisenkappe umschliesst den Leiter und ist an ihm befestigt, mit Ausnahme von jenen Stellen, wo die Stromzuleitung erfolgt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist ein zweckmässiges Ausführungsbeispiel der Elektrode in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht. Fig. 2 eine Draufsicht mit abgenommenen Muttern. Fig. 3 ein
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Gasröhren und Diaphragmen einer Zelle.
In dieser Ausführungsform besteht jede Elektrode aus zwei getrennten Wänden ex und b (Fig. 2).
Jede Wand ist aus zwei Platten, einer oberen Platte c und einer unteren Platte d, hergestellt, die durch einen Zwischenraum, z. B. von 6'3 mm Tiefe, getrennt sind. Die Platten c und cl sind durch Nieten.
Schweissen oder irgendeine andere starre metallische Verbindung an Leiterstäben e aus Stahl oder Eisen von länglichem Querschnitt befestigt. Die Dicke der Stäbe e darf nicht geringer sein als der doppelte Abstand, um welchen die Platten von der einschliessenden Scheidewand, dem Diaphragma x
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(Fig. 4), getrennt sind, wodurch erreicht wird, dass die Platten genügend weit voneinander getrennt sind, um die gewünschte, verhältnismässig langsame Abwärtsbewegung des Elektrolyten zuzulassen.
In Fig. 4 sind abwechselnde Gasröhren g mit Diaphragmen x vorgesehen, aber wie ersichtlich gelten dieselben Bedingungen auch für die Elektroden, die ohne Diaphragmen an Röhren aufgehängt sind.
Als Beispiel wird angegeben, dass eine Elektrode für eine Zelle, durch deren jede Elektrode
500 Amp. hindurchgehen und bei der die Oberfläche der Platten 6-3 mm von dem Diaphragma entfernt ist, die Platten oder Wände durch Stäbe e von 19. 8 mm Dicke getrennt haben soll. Die etwa 3-1 mm dicken Platten werden an diese Stäbe angeschweisst. Ein Stab befindet sich nahe dem einen Ende der ganzen Elektrode, und der andere Stab liegt in einigem Abstand von dem andern Ende der Elektrode. wie aus der Zeichnung ersichtlich. Abgesehen von dem Vorhandensein des Stabes in der Nähe des einen Endes sind die Ränder der ganzen doppelwandigen Elektrode offen.
Dies gilt auch von dem unteren Ende der Elektrode mit der Ausnahme, dass eine in Fig. 3 in punktierte Linien angedeutete Prellplatte t unter dem unteren Ende mittels Stäben, die in Zwischenräumen an den Platten ange- schweiss sind, befestigt sein kann.
Über der Platte oder den Platten setzt sieh der Stab e als eine Röhre g fort, in welcher ein elek- triseher Leiter h aus Kupfer oder anderem geeigneten Material in Form eines Kernes befestigt ist.
Der Stab ist vorzugsweise an den Platten c, il durch Punktschweissung an einer Anzahl von Punkten auf den beiden Breitseiten der Platte befestigt. Der obere rohrförmige Teil g kann aus dem massiven
Stab ausgebohrt sein, um die Röhre zur Aufnahme des Leiterkernes h zu bilden, oder es kann ein Rohr aus Stahl oder Eisen am oberen Ende des Stabes angeweisst sein und der letztere ein kurzes Stück unter der Röhre, wie bei j in Fig. 1 und 3 angedeutet, mit einer Bohrung versehen sein, so dass der
Kern gerade in den Stab hereingeht und mit diesem durch Lötung oder sonstwie verbunden werden kann.
Der Kupferkern h ragt oben aus der Röhre heraus, um einen Kontakt mit der Stromzufühnungs- leitung zu bilden. Das Ende kann mit Schraubengewinde versehen sein, so dass die Zuleitungen in üblicherweise zwischen den aufgeschraubten Muttern k eingeklemmt werden, oder die Leitungen können auch durch geeignete Platten oder Bolzen, die horizontal durch den Kupferkern hindurchgehen, festgeklemmt werden.
Die Platten können an einzelnen Stellen oder auch mehr oder weniger durchgängig mit Durchbohrungen versehen sein, vorzugsweise aber an den unteren Teilen sowohl der oberen Platten c als auch der unteren Platten d, wie auf der rechten Seite von Fig. 1 ersichtlich ist.
Bei einer Zelle mit vielen Elektroden erfordern die äusseren Elektroden nahe an den Wänden der Zelle nicht die doppelten Wände, da die äusseren Elektroden nicht wirksam sind ; deshalb bestehen diese äusseren Elektroden nur aus einer Platte bzw. mehreren Platten, die nur auf einer Seite des
Stabes oder der Stäbe e befestigt sind.
Ein wichtiges Merkmal dieser Elektrode ist der erhebliche Raum zwischen den inneren Ober- flächen der Platten, so dass die wirksame Aussenfläche näher an die trennende Scheidewand herangebracht wird. Hiedureh wird ein schneller Fluss des Elektrolyten nach oben, wenn sieh die Zelle unter Belastung befindet, und ein langsamerer Rückfluss des Elektrolyten nach unten zwischen den Platten jeder Elektrode bewirkt. Dieser Rückfluss soll vorzugsweise nicht den ganzen Weg nach unten durch- strömen. vielmehr soll ein beträchtlicher Teil durch die Zwischenräume zwischen den Platten und/oder die Perforationen in den Platten hindurchtreten, um so gasfreien Elektrolyten mehr oder weniger auf der äusseren wirksamen Oberfläche verteilt zu halten.
Die Oberflächen der Elektrodenplatten müssen so flach wie möglich sein. indes können sie Unebenheiten besitzen, wodurch eine Ausdehnung während der Schweissung oder aus ändern Gründen ermöglicht wird.
Eine zweckmässige Konstruktion ist eine nach innen eingebogene Welle oder Rinne m, die senkrecht an der Platte neben jeder Kante des Leiterstabes e bzw. des abgeteilten rechtwinkligen Wandabschnittes herabläuft ; diese Rinnen verhindern ein Werfen der Platten beim Anschweissen an die Stäbe. Derartige Wellen oder Rinnen sind nicht erforderlich, wenn die Platten an die Stäbe angenietet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrolytische Zelle, deren einzelne Elektroden aus je zwei voneinander im Abstand angeordneten, oben und unten offenen Platten oder Wänden gleicher Polarität bestehen, dadurch gekennzeichnet. dass der Abstand zwischen den Innenflächen der beiden Platten jeder Elektrode grösser ist als die Summe der Abstände zwischen jeder Aussenfläche und dem ihr gegenüberliegenden Diaphragma, so dass ein schnelles Aufwärtsfliessen des Elektrolyten an der Aussenseite und ein langsames Abwärts- rückfliessen an der Innenseite der Elektrode bewirkt wird.