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Elektrolytischer Wasserzersetzer.
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geringen spezifischen Gewichtes einen grösseren Auftrieb besitzt als der Sauerstoff. Durch die erfindungsgemässe Versetzung der Ausnehmungen wird durch den geschilderten Sog eine erhebliche grössere Querschnittsfläche des Elektrolyten beeinflusst und damit die Konzentrationsdifferenz schneller beseitigt.
Um bei der praktischen Anwendung der erfindungsgemässen Einrichtung zu vermeiden, dass infolge einer zu starken Elektrolytbewegung eventuell Teile der Gaselektrolytemulsion aus dem einen Zellenraum durch die Ausnehmungen in den andern Zellenraum befördert werden und um auch noch die geringsten Schlupfströme auszuschalten, kann der Gegenstand der Erfindung verschiedentlich abgewandelt und ergänzt werden. So können benachbarte Zellenräume über einen innerhalb eines Zellenraumes angeordneten Raum, in dem keine elektrolytische Gasentwicklung stattfindet, in Verbindung stehen, derart, dass die durch eine oder mehrere Ausnehmungen von einem zum andern Zellenraum übertretende Flüssigkeit durch diesen Raum hindurchfliesst.
Durch diese weitere Ausbildung der Erfindung wird es ausgeschlossen, dass das in dem einen Zellenraum erzeugte Gas durch auch nur geringe Mengen des in dem andern Zellenraum entwickelten Gases infolge der Elektrolytbewegung verunreinigt werden kann. Der Raum, der diese Flüssigkeitsleistung übernimmt, weist keinerlei Gasentwicklung auf, so dass also der in ihn gelangte Elektrolyt sich darin von Gas befreit, dadurch spezifisch schwerer wird und nach unten sinkt. Die im benachbarten Elektrodenraum durch das darin erzeugte Gas hervorgerufene Elektrolytbewegung, die durch den Auftrieb des Gases von unten nach oben gerichtet ist, veranlasst ein beschleunigtes und. volumenmässig vermehrbares Übertreten des in dem keine Gasentwicklung aufweisenden Raum nach unten sinkenden Elektrolyten.
Der Übertritt des Elektrolyten von dem einen zum andern-Zellenraum geschieht durch die in den unteren Teilen der Zellenbauteile vorhandenen Ausnehmungen, die in Abmessungen und Anzahl den Betriebsverhältnissen zweckmässig angepasst werden. Durch die Erfindung werden auch die von Zelle zu Zelle oder durch mehrere Zellenräume hindurchfliessenden Schlupfströme auf ein unbeachtliches Mass verkleinert oder ganz ausgeschaltet.
In den Fig. 1, 2 und 3 ist beispielsweise ein elektrolytischer Wasserzersetzer nach der Erfindung schematisch dargestellt, u. zw. zeigen sie einen Aufriss (Fig. 2) und einen Grundriss (Fig. 1 und 3) von vier Zellen. Die beiden Stromanschlusselektroden sind mit A und B bezeichnet. Die Mittelelektroden 0 sind in Bipolarschaltung angeordnet und weisen auf beiden Seiten Vorelektroden D bzw. D'auf. Zur Trennung der in den Zellen entwickelten beiden Gase sind Diaphragmen E vorgesehen. Die Elektroden und Diaphragmen bzw. alle zellenbildenden Teile können z. B. in ein vorhandenes Gefäss nach dem bekannten Trogsystem eingebaut werden oder auch zylindrisch ausgebildet in konzentrischer Anordnung die Zellen eines Wasserzersetzers runder Bauart bilden, wie die Fig. 4 im Aufriss zeigt. Es ist ferner noch möglich, die Zellenbauteile z.
B. nach Art der Filterpressen aneinander zu reihen.
Die Fig. 1 zeigt rein schematisch im Grundriss vier Zellen, die auf je zwei Seiten von den Strom- anschlusselektroden A und B und den beiden den elektrischen Strom nicht leitenden Wänden N und 0 begrenzt werden. Nach unten wird das so gebildete Gefäss durch den Boden F abgeschlossen. In die Elektroden C sind die nach der Erfindung im Grundriss bei benachbarten Elektroden gegeneinander in versetzter Stellung angebrachten Ausnehmungen L eingezeichnet. Die Pfeile in Fig. 1 geben die Richtung der Elektrolytbewegung an. Der Elektrolyt wird demnach in der Hauptsache zickzackförmig durch den Zellenkörper bewegt, wobei bei den Systemen von Wasserzersetzern, deren Zellen oben in einer gewissen Verbindung stehen, wie z. B. bei den sogenannten Trogzersetzern, auch eine Wellenbewegung eintreten kann.
Die Ausnehmungen können im unteren Teil der Elektroden in ver- schiedener Höhe angebracht sein ; es ist auch möglich, die Elektrodenbleche C in der Höhe des unteren
Ansatzes der Vorelektroden zu durchbrechen, doch wird dies am besten wegen der Gefahr einer eventuellen
Gasvermischung möglichst unterhalb dieser Stelle vorgenommen werden. Zweckmässigerweise erhalten auch die Diaphragmen E an geeigneten Stellen entsprechende Ausnehmungen.
Aus Fig. 2 sind ebenfalls in rein schematischer Darstellung vier Zellen im Aufriss ersichtlich, die ähnlich wie in Fig. 1, auf zwei Seiten von den Stromanschlusselektroden A und B und auf der
Unterseite von einem den elektrischen Strom nicht leitenden Boden F begrenzt werden. Nach oben ist das so gebildete Gefäss durch einen Deckel G abgedeckt, der Öffnungen H zum Austritt der in den einzelnen Zellen entwickelten Gase aufweist. Zur Rückleitung des Elektrolyten ist ausserhalb des
Zellenkörpers eine Leitung J vorgesehen. Die Anordnung des Raumes K, in dem keine Gasentwicklung stattfindet und durch den der Elektrolyt von dem einen Zellenraum nach dem benachbarten Zellen- raum sich bewegt, ist in der Fig. 2 zwischen der Vorelektrode D'und der Elektrode C vorgenommen.
Dieser Raum steht durch die Öffnungen L mit dem benachbarten Zellenraum in Verbindung. Die
Diaphragmen E weisen in ihren unteren Teilen ebenfalls Ausnehmungen M auf.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung, wie sie in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, ist folgende :
Der z. B. im Anodenraum der ersten Zelle auf der Minusstromansehlussseite des Zersetzers ent- wickelt Sauerstoff steigt in ziemlich inniger Vermischung mit dem ihn umgebenden Elektrolyten zwischen der Vorelektrode D'und dem Diaphragma B nach oben. Ein Teil der mitbewegten Flüssigkeit
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gelangt auf diese Weise in den Raum K, der in dem Beispiel zwischen der Vorelektrode D'und dem eigentlichen Elektrodenblech C angeordnet ist.
In diesem Raum, in dem keine elektrolytische Gasentwicklung stattfindet, befreit sich der Elektrolyt von eventuell noch mitgeführtem Gas, sinkt auf Grund seiner dabei erreichten grösseren spezifischen Schwere nach unten und kann durch die in der Elektrode C angebrachte Öffnung L in den Zellenraum der benachbarten Zelle eintreten. Erleichtert und beschleunigt wird diese Flüssigkeitsbewegung noch durch eine Sogwirkung, die in diesem benachbarten Zellenraum dadurch entsteht, dass das dort erzeugte Gas eine starke Elektrolytbewegung nach oben verursacht. Es hat sich herausgestellt, dass es in bezug auf Umfang und Schnelligkeit der beschriebenen Elektrolytbewegung von einem.
Zellenraum zum andern zweckmässig ist, diese Bewegung von Anoden-zum Kathodenraum zweier benachbarter Zellen vor sich gehen zu lassen, da die Sogwirkung im Kathodenraum auf Grund der im Vergleich zur Sauerstoffentwicklung im Volumen doppelt so grossen Wasserstoffentwicklung und infolge des grösseren Auftriebes dieses Gases bedeutend vergrössert wird. Der Raum, in dem keine Gasentwicklung stattfindet und durch den der Elektrolyt bewegt wird, ist also zweckmässigerweise im Anodenraum jeder Zelle vorzusehen. Es steht aber nichts im Wege, diesen Raum auch im Kathodenraum anzuordnen, wodurch die Elektrolytbewegung dann eine entgegengesetzte Richtung, u. zw. von dem Kathodenraum der einen Zelle zum Anodenraum der benachbarten Zelle erhält. Die Ausbildung des Raumes für die Elektrolytführung kann beliebig gestaltet werden.
So ist es möglich, ihm eine den Abmessungen der Vorelektrode oder auch der Elektrode selbst angepasste Form zu geben, z. B. als nach oben hin offener Mantel oder Tasche, die zwischen der Vorelektrode und der Elektrode angebracht ist. Es ist auch möglich, diesen Raum verschiedentlich zu unterteilen oder ihn röhrenförmig mit z. B. rundem oder auch eckigem Querschnitt auszubilden. Um eine stete Elektrolytbewegung aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, dass die obere Öffnung dieses Elektrolytführungsraumes stets unterhalb des Elektrolytspiegels liegt.
Nach der Erfindung können jetzt auch die Ausnehmungen im unteren Teil der Zellenbauteile, vor allem die in benachbarten Elektroden, zueinander in beliebiger Stellung angebracht werden, da durch die erfindungsgemässe Einrichtung keine Schlupfströme mehr auftreten können.
Die vorbeschriebene Elektrolytbewegung von einer Zelle zur andern kann auf Grund der erfindungsgemässen Einrichtung auf einen Teil oder auch auf sämtliche Zellen eines elektrolytischen Wasserzersetzers ausgedehnt werden. Der z. B. vom Anodenraum der einen Zelle durch den Raum K und die Ausnehmung L in den Kathodenraum der andern Zelle gelangte Elektrolytanteil bewirkt dort den Ausgleich bestehender Konzentrationsunterschiede und ein äquivalenter Teil des Elektrolyten strömt aus diesem Kathodenraum durch das Diaphragma oder durch die im unteren Teil der Diaphragmen angebrachten Löcher M in den Anodenraum der gleichen Zelle, von der aus sich die Elektrolytbewegung in Richtung der andern Zellen wiederholt.
Die Elektrolytbewegung pflanzt sich also durch die erfindungsgemässe Einrichtung in den Zellen wellenförmig von Zelle zu Zelle bzw. von einer Seite des Zersetzers nach der andern Seite fort.
Durch die Formgebung bzw. Abmessungen der Höhen der Vorelektroden bzw. der Wandungen des die Elektrolytführung übernehmenden Raumes kann die Höhe dieser wellenförmigen Bewegung verschieden bemessen werden.
Es ist auch möglich, in jedem der Zellenräume benachbarter Zellen einen Elektrolytführungsraum vorzusehen, der mit dem jeweiligen Elektrodenraum der nächsten Zelle durch Ausnehmungen verbunden ist. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass innerhalb eines Zersetzers Elektrolytbewegungen auftreten, die einander entgegengesetzt sind. Eine solche Anordnung ist in schematischer Darstellung in Fig. 3 veranschaulicht.
Die im übrigen, wie in Fig. 1 und 2 getroffene Anordnung der Teile zeigt in Fig. 3 im Grundriss, bei dem neben den den Zellenkörper begrenzenden, beispielsweise als Elektroden ausgebildeten Teilen A und B auch die beiden Seitenwände 0 und N ersichtlich sind, den Einbau eines elektrolytführenden Raumes K sowohl auf der einen als auch auf der andern Seite der Elektroden C. Damit erhält also jeder Elektrodenraum jeder Zelle eine Elektrolytführung, die die benachbarten Zellenräume z. B. in doppelter Weise verbindet. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass sowohl eine Elektrolytbewegung von den Anoden-nach den Kathodenräumen als auch eine solche von den Kathoden-zu den Anodenräumen stattfindet.
Durch zweckmässige Anordnung dieser Räume wird ein Kreislauf des Elektrolyten innerhalb des Zersetzers, wie in Fig. 3 beispielsweise durch Pfeile angedeutet ist, herbeigeführt.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind in den beiden letzten Zellen am Boden noch Öffnungen vorgesehen, an die sich eine ausserhalb des Zellenkörpers verlaufende Leitung J anschliesst und die beiden genannten Zellenräume verbindet. Durch diese Leitung wird der, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, von der einen zur andern Seite des Zersetzers sich bewegende Elektrolyt von der letzten Zelle wieder an den Ausgangspunkt der Bewegung zurückgeführt. Diese Leitung kann auch bei Einrichtungen nach Fig. 3 mit kreisförmiger Elektrolytbewegung innerhalb des Zersetzers ebenfalls noch zusätzlich vorgesehen sein.
Die Begrenzungsflächen des Elektrolytführungsraumes K können auch unmittelbar als Elektrodenflächen dienen ; sie können ferner zur Befestigung eventuell vorgesehener Vorelektroden verwendet werden.
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Die Fig. 4 zeigt im Aufriss, u. zw : in der linken Hälfte der Zeichnung, die erfindungsgemässe Einrichtung bei einem Wasserzersetzer runder Bauart. Die Elektroden C mit den Vorelektroden D und D'sowie die Diaphragmen E sind bei diesem Zersetzer in besonderer Formgebung konzentrisch ineinandergesetzt. Die Stromanschlusselektroden sind mit A und B bezeichnet. Die Elektroden und Diaphragmen weisen in ihren unteren Teilen Ausnehmungen L bzw. M auf, wobei die Ausnehmungen L die Öffnungen für den in der Fig. 4 beispielsweise im Anodenraum angeordneten Elektrolytführungs- raum K bilden.
Die eingezeichneten Pfeile geben die Richtung der Elektrolytbewegung, die im übrigen der bei Fig. 2 bereits beschriebenen ungefähr gleich ist, von einem Zellenraum zum andern bzw. fort-schreitend von einer Zelle zur andern an, wobei zur Rückführung des Elektrolyten ebenfalls eine Leitung J ausserhalb des Zellenkörpers vorgesehen ist. Selbstverständlich kann auch die Einrichtung nach den Fig. 1, 2 und 3 bei dem Wasserzersetzer nach Fig. 4 zur Anwendung gelangen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrolytischer Wasserzersetzer mit Ausnehmungen im unteren Teil der Zellenbauteile, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermischung von Anolyt und Katholyt die Ausnehmungen der benachbarten Elektroden im Grundriss gegeneinander versetzt sind.