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Elektrolytischer Druckzersetzer für Wasser od. dgl., insbesondere Hochdruckzersetzer mit hinter- einander geschalteten, konzentrisch ineinander angeordneten Elektroden.
Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Druckzersetzer für Wasser od. dgl., insbesondere einen solchen für sehr hohe Betriebsdrücke. Bei dem neuen Zersetzer findet die bekannte Ausführung Anwendung, bei welcher die Elektroden konzentrisch ineinander angeordnet und gegebenenfalls mehrere solcher Sätze in einem Druckgefäss hintereinander geschaltet sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht im wesentlichen darin, trotz des kleinen im Hochdruckgefäss vorhandenen Raumes sämtliche Elektrodensätze so unterzubringen, dass bei möglichst grosser Elektrodenfläche die Wege für die beiden Zersetzungsgase und für den Elektrolyten völlig betriebssicher und unter Vermeidung schädlicher gegenseitiger Beeinflussung festgelegt sind. Auch muss trotz der zu ganz engen Ringspalten zusammenschrumpfenden Gasabscheidungsräume ein einfacher und betriebssicherer Zusammenbau der Zellensätze erreicht werden.
Erfindungsgemäss wird bei dem Zersetzen der Wasserstoff oben, der Sauerstoff unten aus den einzelnen Gaserzeugerräumen und aus dem Druckgefäss abgeführt, wobei bei hintereinander geschal-
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karton b od. dgl. belegt. Über ihn wird ein zweites, kürzeres dem ersten gleichartig gelochtes und gegebenenfalls gewelltes Blech c gelegt. Es empfiehlt sich, die Bleche fest in die Asbestschicht b einzuwalzen, damit sich die Lochränder der Bleche auch mit Asbest belegen, was verhindert, dass sich die Löcher mit Gasblasen verstopfen, die dem Stromdurchtritt grossen Widerstand entgegensetzen würden.
Nun wird das grosse Blech a etwa auf der Hälfte seiner Länge über einen runden Draht oder einen Blechstreifen 30, dessen Kante gut abgerundet ist, derart umgefaltet, dass das ungelochte Blechstück as in geringem Abstand neben dem gelochten Teil ar liegt.
Der Spalt zwischen den Wänden al, a bildet in dem Beispiel den Sauerstoffabscheidungsraum für jede Zelle. Um diese Bleehwände auch unten im richtigen Abstand zu halten und eine Möglichkeit zur Anordnung von Frischwasserkan len fund Sauerstoffabführungskanälen 01 aus jeder Zelle zu schaffen, wird unten zwischen den Blechteil ar-a2 ein Bodenring 15 angeordnet. Zwischen zwei derartigen Zellen liegt unten ein Blechstreifen 16. Nun wird die gesamte derartig aufgebaute Zelle zu einem Zylinder gewalzt, der an den Längsnähten geschweisst wird, nachdem er gegebenenfalls vorher dort längs zusammengedrückt worden ist.
Solche im Durchmesser entsprechend grösser werdende Einzelzellen werden ineinander gestellt.
Der Abstand zwischen ihnen, der oben durch Blechstücke 20 und unten durch die Ringe 16 festgelegt wird, ist vergleichsweise sehr eng, d. h. eben gross genug, um den entstehenden Wasserstoff nach oben abzuleiten. Die Abstandbleche 20, welche zum Zweck dieser Ableitung Räume zwischen sich freilassen, 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).
Die äusserste der Ringelelektroden 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 Isolierschicht 24'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. 2), vermittelt dieser Boden 21 die elektrische Verbindung zwischen der äussersten Elektrode c des oberen und der Wand a2 der innersten Elektrode des nächst darunter liegenden Elektrodensatzes mittels eines zylindrischen, an der Wand a'2 anliegenden Rohrstückes 22.
Während zur Ableitung des Sauerstoffs der Boden l" (Fig. 1) benutzt wird, dient der Deckel (Fig. 1 a) zur Zuleitung des Stromes und des Elektrolyten sowie zur Wasserstoffabfuhr.-Die Befestigung von Deckel und Boden im Druckgefäss erfolgt entweder mittels Gewinde (Fig. 2) oder durch Warmeinsetzcn des schwach kegeligen, nach innen grösseren Deckels bzw. Bodens (Fig. 1 a).
Um den Deckel im Gefäss sicher dichten zu können, erhält Gefäss und Deckel je einen schwachen zylindrischen Rand 1'. Soll der Deckel geöffnet werden, so wird dieser versthweisste Rand l'z. B. durch Abdrehen entfernt.
Die Stromzufuhr durch den Deckel mittels des isolierten ausserhalb der Mitte eingesetzten
Stabes 7 ist in folgender Weise gegen den hohen Druck abgedichtet. Der Stab stützt sich auf einen
Ring 2, weicher dem Deckel 1 gegenüber durch Ringe 3 isoliert ist. Gegen den unteren dieser Ringe drückt eine Mutter 4, 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 Rohrverlängerung 13 der innersten Wand a2 des ersten Elektrodensatzes zuführt. Der Raum zwischen der Mutter 4, dem Gewindeansatz des Ringes 2 und dem zur Stromweiterleitung dienenden Rohr 6 ist isoliert.
Zur Wasserstoffableitung dient das in die Mitte des Deckels eingesetzte isolierte Rohr 8, in dessen Inneren ein Rohr 9 liegt, das zur Wasserzufuhr dient und die Höhe des Wasserspiegels regpit.- Zwischen den unteren Enden der Rohre 8 und 9 einerseits und den innen isolierten Stromzufühmngs rohren 6 und 13 anderseits verbleibt ein Ringraum 10', der sich mit Wasserstoff füllt, da er mittels des Kanals 10 mit den Wasserstoffgasräumen des Zellensatzes in Verbindung steht.
Die die Bodenringe 15, 16 durchsetzenden Kanäle 01 (Fig. 2), die zur Abführung des Sauerstoffs dienen, gelangen zwischen einem Bodenringstück 17 und dem Körper 21 in einen ringförmigen Fallraum o2, der nach innen durch ein in den Bodenring 17 isoliert eingesetztes Rohr 18 begrenzt wird.
Durch das Innere des Rohres 18 kann der Elektrolyt zu den unteren Elektrodensätzen gelangen. Dieses Rohr 18 endet etwa an der Stelle, an welcher die Kanäle f zur Zuführung des frischen Elektrolyten zu den Zellen der betreffenden Stufe liegen.
Der in diesem zweiten Satz entwickelte und sich oben sammelnde Wasserstoff wird durch eine Bohrung 23, welche in einem Einsatzstück 23'den Sauerstoffallraum 02 durchsetzt, mittels eines abwärts gebogenen Röhrchens 24"in den Elektrolytraum geführt. Das Ende dieses Röhrchens 24" legt den Gasspiegel für den zweiten Elektrodensatz fest.
Ist der Sauerstoff (bei Drücken unter etwa 700 Atm.) leichter als Wasser, so dass er nicht von selbst in die Kanäle o, und den Raum 02 fällt, so wird er diesen Kanälen aus jeder Gaskappe 35 am oberen Elektrodenende zweckmässig etwa nach Art der Fig. 3 und 4 zugeleitet. Durch zwei zwischen den
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Wänden al und % eingesetzte Leisten 27 wird ein allseits geschlossener, lotrechter Kanal 36 zwischen der Gaskappe 35 und den unterhalb des Elektrodensatzes angeordneten waagrecht umlaufenden
Kanälen o'und den Bohrungen Oi 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 < ti, < legen. An der Stelle des Kanals 36 befinden sich keine Lochungen in der Wand al, so dass der Kanal 36 allseits geschlossen ist.
Auch bei Betriebsdrücken über 700 Atm., d. h. wenn der Sauerstoff schwerer als Wasser ist, wird die Gassammelhaube 35 beibehalten. Beim Betriebsbeginn dauert es einige Zeit, bis der Betriebsdruck über 800 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 werden, dass er das während der Drucksteigerung entstehende Gas aufnehmen kann.
Bei Betriebsdrücken über 700 Atm. kann das Wasser durch den Sauerstoffallraum 02 den einzelnen Elektrodensätzen zugeführt werden, wenn das Rohr 18 bis auf den untersten Boden des Zersetzers geführt ist, um den durch seine Schwere abwärts fallenden Sauerstoff, der sich aus allen übereinander liegenden Sätzen im Raum 02 sammelt, durch den Boden abzuleiten.
An das Rohr 31 (Fig. 2 a und 5), mit welcher der durch das Rohr 02 (Fig. 2) abwärts geleitete Sauerstoff den Zersetzer unten verlässt, wird das Auffanggefäss 37 für das entwickelte Sauerstoffgas angeschlossen. Diese Flasche 37 ist bei Beginn des Betriebes mit Elektrolyt gefüllt, der allmählich durch den Sauerstoff verdrängt wird. Der Elektrolyt steigt durch ein im Innern des Rohres 31 liegendes Rohr 32 aufwärts, das auch durch das Rohr 18 (Fig. 2) ragt.
Ist der Sauerstoff-bei Betriebsdrücken unter etwa 700 Atm.- (also auch bei Betriebsbeginn) spezifisch leichter als Wasser, so könnte der Fall eintreten, dass der Sauerstoff durch das Rohr 32 wieder in den Zersetzer zurückgelangt. Um dies zu verhüten, ist das Rohr 82 (Fig. 2) bis über den höchsten Elektrolytspiegel im ersten Zersetzersatz geführt. Über das obere Rohrende 32'ist eine rohrförmige Glocke 33 gelegt, deren unterster Rand 33' die Ebene der Wasserzuführung im ersten Elektrodensatz unterschreitet.
Damit ist erreicht, dass der Druck imZersetzer bei Betriebsbeginn von Null bis auf über 700Atm. gesteigert werden kann, ohne äusseren Eingriff und ohne Umstellung von Ventilen od. dgl., und dass sich bei über 700 Atm. liegenden Betriebsdrücken das verbrauchte Wasser aus dem Behälter 37 für den Sauerstoff und dem über dem Zersetzer angeordneten Wasserstoffbehälter 38 nach Massgabe des
Verbrauchs ergänzen kann.
Bei geringeren Drücken, bei denen der Sauerstoff leichter als Wasser ist, steigt er im Flüssigkeits- rohr 32 aufwärts, so dass kein Wasser aus dem Sauerstoffbehälter 37 in den Zersetzer fliessen kann.
In diesem Falle läuft das Wasser mit dem Füllen des Behälters 37 aus seinem Bodenrohr 37'ab.
Zur Abführung der Verlustwärme wird gekühlter Wasserstoff an der untersten Stelle in den Frischwasserraum des Zersetzers eingeführt. Dieser Wasserstoff steigt im Wasser aufwärts, mischt sich oben mit dem neu gebildeten Wasserstoff und wird mit ihm nach oben abgeführt. Der Kreislauf dieses in eine Kühlvorrichtung 39'rückgekühlten Gases wird durch einen Ventilator 39 (Fig. 5) unterhalten, der durch einen in der Wasserstoffleitung eingekapselten Kurzschlussmotor betrieben wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrolytischer Druckzersetzer für Wasser od. dgl., insbesondere Hochdruckzersetzer mit hintereinandergeschalteten, konzentrisch ineinander angeordneten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff oben, der Sauerstoff unten aus den einzelnen Erzeugerzellen und aus dem Druckgefäss abgeführt wird, wobei bei hintereinander geschalteten, aufeinander gesetzten Zellensätzen der Frischwasserraum für die Abfuhr des Wasserstoffs dient.