<Desc/Clms Page number 1>
Elektrolysezelle
Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle zum Elektrolysieren eines Elektrolyten unter beliebigem Überdruck.
Elektrolysezellen zum Elektrolysieren eines Elektrolyten unter Druck sind bereits bekannt. Beispielsweise ist dabei ein rohrförmiger Behälter vorgesehen, der an beiden Enden durch je ein Verschlussglied abgedichtet verschlossen ist. Diese Verschlussglieder tragen bei diesen bekannten Ausführungsformen eine Vielzahl von Elektroden an ihren nach innen gerichteten Stirnseiten, so dass diese Konstruktion an sich schon kompliziert ist. Ferner war es bei dieser Konstruktion nachteilig, dass zum Auswechseln der Elektroden, wie dies für verschiedene Elektrolysezwecke notwendig ist, die ganzen Verschlussglieder herausgenommen werden mussten und dann an der inneren Stirnseite dieser Verschlussglieder die einzelnen Elektroden abgenommen und neue eingesetzt werden mussten.
Dieser Vorgang ist umständlich und erfordert eine verhältnismässig lange Zeit, ganz abgesehen davon, dass die Vielzahl der Elektroden eine verhältnismässig grosse Lagerhaltung erfordert. Auch die Vielzahl der erforderlichen Abdichtungen war ungünstig.
Diese Nachteile werden bei Elektrolysezellen zum Elektrolysieren eines Elektrolyten unter beliebigem Überdruck mit einem rohrförmigen Behälter, der an beiden Enden durch je ein Verschlussglied abgedichtet verschlossen ist, die die für die Elektrolyse erforderlichen Elektroden tragen, gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die gewindestopfenartigen Verschlussglieder mit ihrem Aussengewinde in ein Innengewinde der Behälterenden eingeschraubt oder dort sonstwie befestigt sind, wobei diese Stopfen jeweils von einer einzigen Elektrode durchdrungen sind, und dass die Elektroden in Achsrichtung ineinandergreifen und einen radialen Abstand voneinander haben. Bei dieser Konstruktion ist es nun ohne weiteres möglich, die Elektroden durch das Verschlussglied hindurch zu entfernen, ohne dass das Verschlussglied selbst abgenommen zu werden braucht.
Ausserdem ist durch die Verwendung nur einer einzigen Elektrode je Verschlussglied die Konstruktion und damit auch die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht. Schliesslich ist auch, falls erforderlich, das Abnehmen eines Verschlussgliedes einfach, da dieses nur abgeschraubt und wieder aufgeschraubt werden muss, während früher hiezu eine Vielzahl von Schrauben gelöst bzw. angezogen werden mussten.
Da es für die verschiedenartigen Zwecke einer Elektrolyse, ausser der Chloralkali-Elektrolyse, vielfach lediglich notwendig ist, die Anode auszuwechseln, die beispielsweise aus Aluminium bei Natriumsulfat als Elektrolyten oder aus Kupfer bei Kupfersulfat als Elektrolyten oder aus Silber bei verschiedenartigen Elektrolyten sein kann, so genügt es in diesen Fällen, wenn nur die eine Elektrode, nämlich die Anode, herausziehbar ohne Entfernung des zugehörigen Verschlussgliedes auswechselbar ist. Dies hat den Vorteil, dass nunmehr die Konstruktion der Elektroden so getroffen werden kann, dass die eine, nämlich die auswechselbare Elektrode, im wesentlichen stabförmig, gegebenenfalls auch hohl sein kann, und die andere Elektrode diese stabförmige Elektrode im Abstand umgibt und zu diesem Zweck beispielsweise rohrartig ausgebildet sein kann.
Gemäss der Erfindung schliesst sich dann an dieses rohrartige Vorderende der Elektrode noch ein weiteres Teilstück an, das dann das Verschlussglied durchdringt. Um den Durchlauf des Elektrolyten zu verbessern und zu vereinfachen, können am rohrförmigen Teil an einer beliebigen Stelle, beispielsweise am Boden und/oder dem Umfang, Durchbrüche angebracht sein, durch die der Elektrolyt hindurchströmen kann.
Bei dieser Konstruktion können die beiden Elektroden auf dem grösseren Teil ihrer Länge ineinandergreifen und sich im wesentlichen auf einem Grossteil ihrer Länge in Querrichtung gesehen überdecken.
Erfindungsgemäss sind die Elektroden mit einem zylindrischen Teil durch die Verschlussglieder hindurchgeführt und können dort in beliebiger Weise, beispielsweise in der Art einer Stopfbuchsendichtung, abgedichtet werden. Der Anschluss an die Elektroden kann dann ausserhalb der eigentlichen Elektrolysezelle erfolgen.
<Desc/Clms Page number 2>
Da, wie bereits erwähnt, die Elektroden die Verschlussglieder durchdringen, können diese Elektroden nicht nur ohne weiteres von ausserhalb angeschlossen werden, sondern es ist auch möglich, diese Elektroden zur Zu- und Abführung des Elektrolyten zu verwenden, wobei dann in diesem Fall dieElektroden mindestens auf einen Teil rohrförmig ausgebildet und an ein Zu- bzw. Abfuhrsystem anschliessbar sind. Vorzugsweise ist auf jeden Fall die Anode als Zu- oder Abfuhrleitungsteil für den Elektrolyten ausgebildet.
In diesem Fall kann die Anode als ein einen verhältnismässig kleinen Durchmesser aufweisendes und an das Verschlussglied durchdringendes Rohr ausgebildet sein, an das sich ein grösseres Rohrstück anschliesst, wobei dann die zwischen beiden Rohrstücken vorhandene Ringschulter mit Durchbrüchen für den Elektrolyten versehen sein kann. In vielen Fällen kann es auch zweckmässig sein, wenn das aktive vordere Teilstück der Elektroden, insbesondere der Anode, mit Durchbrüchen versehen ist, um den Umlauf des Elektrolyten zu erleichtern.
Falls eine der Elektroden nicht zur Zu- und Abfuhr des Elektrolyten verwendet wird, kann eine solche Elektrode auch zur Unterbringung eines Thermoschalters verwendet werden. Zweckmässig ist zu diesem Zweck die Kathode rohrförmig und an ihrem in das Innere des Behälters ragenden Ende verschliessbar ausgebildet. Hiebei ist es möglich, innerhalb der Kathode nicht nur den Thermoschalter, sondern auch die Zuleitungen unterzubringen und diese bis nach ausserhalb des Behälters zu führen.
Zweckmässig weist der Behälter gemäss der Erfindung noch mindestens zwei Stutzen auf, die zur Halterung und/oder zur Zu- und Abfuhr des Elektrolyten verwendet werden können. Werden beide Stutzen hiezu benutzt, so ist üblicherweise eine weitere Zu- und Abfuhr über die Elektroden nicht mehr erforderlich. Falls jedoch die Elektroden mit zur Zu- und Abfuhr herangezogen werden, so kann gegebenenfalls einer oder beide Stutzen durch einen Stopfen verschlossen sein.
Vorzugsweise sind diese beiden Stutzen entgegengesetzt zueinander und axial zueinander versetzt ange-
EMI2.1
undfluss desselben durch den Behälter und vorbei an den Elektroden zu erreichen.
Gemäss der Erfindung können am Behälter noch mindestens zwei weitere Halteansätze angebracht sein, die zum Halten der Elektrolysezellen dienen können. Der Einfachheit halber können diese Ansätze gleich wie die vorerwähnten Stutzen ausgeführt sein, so dass auch sie zur Zu- und Abfuhr des Elektrolyten herangezogen werden können. Gegebenenfalls sind jedoch diese Halteansätze durch Stopfen dicht verschlossen.
Oder es können diese Ansätze gemäss der Erfindung gar keine Bohrung oder eine Teilbohrung in Form eines Sackloches aufweisen, wobei dann gegebenenfalls später ganz durchgebohrt wird, wenn dieser Ansatz als Leitungsanschluss verwendet werden soll.
Zweckmässig ist es, wenn die Stutzen und die Halteansätze auf der Aussenfläche des Behälters so verteilt sind, dass die Zufuhr und die Befestigung erleichtert wird. Beispielsweise kann dies gemäss der Erfindung dadurch geschehen, dass jeweils ein Stutzen und ein Ansatz sich diametial gegenüberliegen und diese zwei so entstehenden Paare axial gegeneinander versetzt sind, wobei sämtliche Stutzen und Ansätze vorzugsweise in einer Axialebene liegen können.
Diese Stutzen und Ansätze dienen dazu, um die Elektrolysezellen in beliebiger Art an irgendwelchen sonstigen Stutzen oder Behältern oder zu einem Elektrolysesystem gehörenden Teilen oder auch aneinander zur beliebigen Vervielfachung zu befestigen und die Zuleistung und Abführung des Elektrolyten den gegebenen Verhältnissen anzupassen. Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäss auch besonders günstig, wenn die Stutzen und die Ansätze einander grundsätzlich gleichen und jeweils durch einen Stopfen verschlossen werden können oder an diese Teile eine Leitung angeschlossen werden kann.
Ferner können gemäss der Erfindung noch weitere Zugangsstelle in das Innere des Behälters, beispielsweise in Form von einem oder mehreren weiteren Stutzen vorgesehen sein, durch die in das Behälterinnere abgedichtet eine oder mehrere Überwachungselektroden ragen, die zur Überwachung des Elektrolytstandes dienen und die über entsprechende Vorrichtungen bei Erreichen eines Niedrigststandes des Elektrolyten den Elektrolysestrom abschalten.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Elektrolysezelle gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Queischnitt nach der Linie 2-2 der Fig. l, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung einer Vielzahl von Elektrolysezellen gemäss der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung einer Vielzahl von Elektrolysezellen gemäss der Erfindung, und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung einer Vielzahl von Elektrolysezellen.
In der Ausführungsform einer Elektrolysezelle gemäss den Fig. 1 und 2 ist mit 10 ein zylindrischer Behälter bezeichnet, der an seinen beiden offenen Enden jeweils durch ein als Ganzes mit 11 bzw. 12 bezeichnetes Verschlussglied verschlossen ist. Da die beiden Verschlussglieder 11 und 12 einander in allen wesentlichen Teilen gleichen, wird im folgenden nur eines der beiden des näheren beschrieben, wobei für die Einzelteile der beiden Glieder die gleichen Bezugsziffern verwendet werden.
Das Verschlussglied 11 weist einen Gewindestopfen 14 auf, der mit seinem Aussengewinde in ein entsprechendes Innengewinde des Endes des Behälters 10 eingeschraubt ist, wobei zwischen der Behälterstirnfläche und dem Gewindestopfen ein Dichtungsring 15 vorgesehen ist. Der Gewindestopfen 14 bzw. das ganze Verschlussglied wird vom rohrförmigen Teilstück 20 einer als Ganzes mit 21 bezeichneten Anode durchdrungen. Die Abdichtung zwischen dem Gewindestopfen 14 und dem Teilstück 20 geschieht mit Hilfe einer Stopfbuchsendichtung 23, die an sich bekannt ist und daher nicht des näheren beschrieben
<Desc/Clms Page number 3>
zu werden braucht.
Am Teilstück 20 der Anode ist rein schematisch eine elektrische Zuleitung 25 angeschlossen, und das offene Ende des Teilstückes 20 kann entweder ganz durch nicht gezeigte Mittel verschlossen oder durch ebenfalls nicht gezeigte Mittel an eine Flüssigkeitsleitung zur Zuführung eines Elektrolyten angeschlossen werden.
Die bereits oben erwähnte Anode 21 weist noch ein weiteres rohrförmiges Teilstück 28 auf, dessen Durch- messer wesentlich grösser als der Durchmesser des Teilstückes 20 ist, und die Verbindung zwischen diesen beiden Teilstücken geschieht durch ein Kreuzstück 30, das Arme 31 und Durchbrüche 32 aufweist, wie dies besonders deutlich aus Fig. 2 hervorgeht. Das Stück 30 könnte auch eine volle Scheibe sein. In diesem Fall sind vorteilhaft Durchbrüche am Teilstück 28 angebracht.
In das vorgenannte Teilstück 28 der Anode ragt die als Ganzes mit 40 bezeichnete Kathode mit ihrem vorderen Ende soweit hinein, dass der Abstand des inneren Endes dieser Kathode vom Kreuzstück 30 verhältnismässig klein, im wesentlichen von der Grössenordnung des Abstandes a zwischen dem Teilstück 28 und der Kathode ist. Die Kathode ist im vorliegenden Beispiel innen hohl und an ihrem Boden 41 verschlossen, so dass sie in ihrem Innern einen Thermoschalter 43 aufnehmen kann, dessen Zu- und Abfuhrleitungen 44 und 45 sich im Inneren der Kathode befinden und bis nach ausserhalb gemäss Fig. l geführt sind.
Erwähnt sei noch, dass der Behälter 10 und auch die Gewindestopfen aus einem Isoliermaterial, beispielsweise aus einem Kunststoff, bestehen können, so dass hiedurch die Elektroden bereits gegeneinander isoliert sind. In dem im Behälter vorhandenen zylindrischen Innenraum 48 sind dann die aktiven Teile der beiden Elektroden konzentrisch ineinander angeordnet und weisen voneinander und von der Innenfläche des Behälters gleiche Abstände auf.
Am Behälter 10 sind zwei Stutzen 50 und 51 vorgesehen und ferner noch zwei Ansätze 54 und 55, die alle vier gleich ausgebildet sein können. Im Ausführungsbeispiel ist an die Stutzen 50 und 51 je eine Leitung 60 und 61 angeschlossen, wobei die eine Leitung zur Zufuhr und die andere zur Abfuhr des Elektrolyten dienen kann, so dass also in diesem Fall das Teilstück 20 der Anode verschlossen wäre, sofern nicht durch die Anode ein weiterer Zu- oder Abfluss oder gegebenenfalls auch eine weitere zusätzliche Flüssigkeit eingeführt werden soll.
Sofern die Stutzen oder auch die Halteansätze nicht zur Zu- und Abfuhr von flüssigen oder gasförmigen Stoffen verwendet werden, sind sie gegen die Atmosphäre abgedichtet. Dies kann bei einem volldurchbohrten Stutzen oder Halteansatz durch einen eingeschraubten Stopfen geschehen, der, wie bei 65 angedeutet, in den Halteansatz 55 eingeschraubt ist. Gegebenenfalls können die Stutzen oder Halteansätze bei Nichtverwendung zum Anschliessen von Leitungen fest durch ein Wandstück verschlossen sein, wie dies für den Halteansatz 54 bei 53 angedeutet ist. Zweckmässig ist jedoch auch hier ein Sackloch mit Gewinde vorgesehen.
Ferner können noch weitere Zusatzstutzen für das Anbringen von Überwachungselektroden oder sonstigen Steuer-und/oder Anzeigeelementen angebracht sein. In Fig. 1 sind zwei solcher Zusatzstutzen 67 und 68
EMI3.1
ordnet ist.
In den Fig. 3 bis 5 sind schematisch verschiedene Arten der Anordnung einer Vielzahl von Elektrolysezellen dargestellt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass sich Elektrolysezellen gemäss der Erfindung gerade wegen ihrer Bauart und der verschiedenen Möglichkeiten der elektrischen Anschlüsse und ferner der beliebigen Befestigung in Kombination besonders vorteilhaft verwenden lassen.
In Fig. 3 sind die Elektrolysezellen jeweils mit 70 bezeichnet und sind parallel zueinander an zwei elektrische Zuleitungen 71 und 72 angeschlossen. Die Elektrolytzuführung und-abführung geschieht über Leitungen, die insgesamt mit 74 bezeichnet sind, wobei im vorliegenden Beispiel eine gemeinsame Zuund Abführleitung vorgesehen ist, von der jeweils Leitungen 75 zu den einzelnen Elektrolysezellen abzweigen.
In Fig. 4 sind die Elektrolysezellen mit 80 bezeichnet und weisen eine gemeinsame elektrische Zufuhr 81 und getrennte Abfuhrleitungen 82 auf. Die Zu- und Abfuhrleitungen für den Elektrolyten sind mit 84 bezeichnet.
In Fig. 5 sind die Elektrolysezellen mit 90, die elektrischen Zu- und Abfuhrleitungen mit 91 und 92 und die Verbindungen zur Zu- und Abfuhr des Elektrolyten mit 94 bezeichnet. Erwähnt sei noch, dass die Elektrolysezellen so dicht beieinander sein können, dass ein kurzes Verbindungsstück jeweils zwei Stutzen bzw. Halteansätze verbindet, so dass auf diese Weise auch die Elektrolysezellen mechanisch miteinander verbunden und zu einem ganzen stabilen System vereinigt sind. Die Zu- und Abführungen des Elektrolyten können dann in ganz anderer Weise angelegt werden, wenn sie durch die Elektroden hindurch erfolgen.
Derartige Schemata und noch weitere Anordnungen können ohne weiteres von jedem Fachmann aufgestellt werden. All dies zeigt, dass gerade diese als Baueinheit ausgebildete Elektrolysezelle sich in besonders günstiger Weise für Kombinationen beliebiger Art, u. zw. beliebiger elektrischer Zuführungs- und beliebiger Elektrolyten-Zuführungsart eignen. Die Gasableitung kann durch die gleichen Anschlüsse wie für die Flüssigkeit oder auch an getrennten Stellen erfolgen, wozu dann Elektroden und/oder Stutzen verwendet werden können.