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Elektrolytische Zelle.
Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Zelle zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff von solcher Bauart, dass eine für die Bemessung der Elektroden höchste Kapazität und Leistung ohne jede Vermischung der beiden zu erzeugenden Gase erreicht wird.
In der Zeichnung ist die neue Zersetzungszelle in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt ; es sind :
Fig. i senkrechter Mittelschnitt der Zelle,
Fig. 2 bis 4 Schnitte nach Linien 2-2, 3-3 und 4-4 der Fig. i, Fig. 5 chnitt w ; e in Fig. i, der neben einer Seitenwand des Behälters oder Gefässes geführt ist ur id die inneren Teile abgebrochen zeigt.
Fig. 6 Aufsicht der ganzen Zelle.
Die Zelle besteht aus zwei mittleren Anodenplatten, zwei äusseren Kathodenplatten und Membranen, die in einem Abstande voneinander angeordnet sind, um beim Scheiden des Sauerstoffes vom Wasserstoff Gase in die Aussenluft entweichen zu lassen, überdies gehören dazu die leitenden Verbindungen für den Strom und die zum Sammeln der frei gewordenen Gase dienenden Teile in besonderer Bauart und Anordnung. Die Zelle wird in ein Gefäss eingesetzt und da man eine beliebige Anzahl Zellen zu einer einheitlichen Gruppe zusammen- stellen und elektrisch verbinden kann, so ist die Zelle in der dargestellten Ausführungsform für Reihenschaltung eingerichtet.
Die Anoden 1 und Kathoden 2 sind quadratisch geformt und bestehen aus verzinkten Gusseisenplatten. Da sie von gleicher Bauart sind, so genügt die Erläuterung einer Anode.
Die vordere oder erzeugende Fläche der Anode ist mit einer Anzahl senkrechter Rippen 3 von V-förmigem, scharfkantigem Querschnitt versehen. Beispielsweise gibt man den Rippen bei 10 eilt Länge und Breite der Platte einen Abstand von 2. CM und eine vorspringende Höhe von 3 MM, der Platte selbst eine Dicke von 6 bis 6'5 MM. Die Rückseite der Platte besitzt eine quadratisch umlaufende Rippe 5 mit zwei diagonalen Rippen 6 ; an den vier
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leitende Stange 9 bzw. 10 ausgebildet.
Die Kathodenplatten 2 sind ebenso gestaltet wie die Anoden 1, nur dass die Rippen 3a versetzt gegenüber den Anodenrippen und beim Zusammenbauen der Teile in der Mitte zwischen den Rippen der zugehörigen Anodenplatte liegen. So hat auch die Kathodenplatte auf der Rückseite eine umlaufende Rippe Ja mit Diagonalrippen 6 a sowie Lager 7 a mit Ausschnitten a. Zur Befestigung der Kathoden an den Stangen 9 a und 10 a dienen Klemmplatten 11 mit dem Ausschnitt 8 a entsprechenden Ausschnitten für die Stangen und mit Schraubbolzen 12 zum Verbinden der Platten 11 mit den Lagern 7s. Die Anoden sind mit Bolzenlöchern 7c in den Lagern 6 versehen und werden durch Schraubbolzen 7b zusammengeschlossen.
Die mit den Stangen vereinigten Anoden und Kathoden werden im Rahmen eingestellt, und zwar die beiden Anoden in einem gemeinsamen Rahmen 13 und die Kathoden gesondert je in einem Rahmen 14. Diese Rahmen bilden oben einen Gassammelraum und jeder Rahmen ist aus einem Blechstreifen mit einwärtsgebogenen Seiten oder Flanschen geformt. Im zusammengebauten Zustande liegen die Böden der Rahmen 13 und 14 unter den Platten 1 und 2 ; ihre oberen Enden stehen erheblich weit über den Platten vor, um hier mit den Seitenplatten die Sammelräume für die Gase zu bilden, wobei der Elektrolyt etwa 30 cm über den oberen Kanten der Platten 1, 2 steht.
Für die Sauerstoffkammer sind die oberen Flansche 1. ja und die Seitenflansche 13 b des Rahmens 13 mit Blechtafeln, deren jede aus einem einwärts gerichteten Hauptteile 15, einem oberen Flansch 15a und Seitenflanschen 15 b besteht, durch Zusammenschweissen der Flansche 15 a mit den Flanschen 13 a und der Flansche 16 b mit den Flanschen 13 b verbunden. In kurzem Abstande über den Anodenplatten sind die unteren Enden der Blechtafeln 15 auswärts abgebogen, bei 15 e, und die Flansche 15 b weggebrochen, um die Enden der auswärts abgebogenen Teile 15 e über die Flansche 13 b bis zu deren äusseren Kanten treten zu lassen und das Anschweissen zu ermöglichen.
So ist über den Anodenplatten ein Sammelraum oder eine Kammer für den Sauerstoff durch die Seiten und das obere Ende des Rahmens 13 und die eingesetzten Platten 15 gebildet. Aus dem oberen Ende des Rahmens 13 führt ein Rohr 15 den freiwerdenden Sauerstoff zu einem beliebigen Sammelgefäss.
Die Rahmen 14 sind im wesentlichen ebenso gebaut wie der Rahmen 13. Sie haben oben gleichfalls einen Sammelraum oder eine Kammer ; der obere Flansch 16 a und Seiten
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Flansche 16 b der eingesetzten Platte 16, sind mit den Flanschen 144 und 14 b des Rahmens 14 durch Schweissung verbunden, und die unteren Enden der Platten oder Tafeln 16 sind bei 16 c seitwärts abgebogen. In der dargestellten Bauform liegen die unteren Enden 16 c der Tafeln 16 den unteren Enden 15 c der Tafeln 15 gegenüber, und zwar in einem Abstande von 3 mm der Entfernung zwischen den Rippen 3 und Ja.
Quer über den Raum zwischen den Flanschen 15 bund 16 b sind Schienen 17 vorgesehen, deren Enden an die Flansche angeschweisst sind, und die die Membranen an ihren oberen Enden halten.
Es ist zu beachten, dass die äusseren Enden der Rippen 3 in der Ebene der Aussenkanten der Flansche des Rahmens 13 liegen, weiter, dass sich die äusseren Enden der Rippen 3 a je in der Ebene eines der Flansche des Rahmens 14 befinden. Zu den Anodenplatten gehören die aus Asbesttuch o. dgl. bestehenden Membranen 18 in Gestalt eines Sackes oder einer Tasche, die den Rahmen 13 fest umschliesst, gegen die Rippen 3 dicht anliegt und durch ein Paar Winkelklammern 20 mit dem Rahmen 13 verbundenist. Das obere Ende der Tasche kann geschlitzt, und ihre Seiten 18a lassen sich über die entsprechenden Schienen 17 ziehen, durch Stiche oder in sonst geeigneter Weise ""daran befestigen.
Die Membranen stehen in inniger Berührung mit den Enden der abgebogenen Teile 15 c der Tafeln 15 und ein dichter und undurchlässigem Verband ist dadurch gesichert, dass die Schienen 17 mit einem Zwischenraum angeordnet sind, bei den die Membran über
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Membranen 21 kommen in gleicher Weise bei den Kathodenplatten und Rahmen 14 in Anwendung. Die oberen Enden der Membranen sind hier ebenfalls für die äusseren Schienen 17 gezogen und befestigt, die Membrankörper selbst durch Klammern 22 mit dem Rahmen wie dort verbunden.
An den Boden des Rahmens 13 sind zwei Isolierklötze 23 für die Stangen 8 und 9 angeschlossen, in seiner Oberwand zwei Isolierklötze 24 und 25 eingesetzt.
Der futterartige Klotz 24 dient als Durchlass für die Leitungsstange 8, und der Klotz 25 nimmt das obere Ende der Versteifungsstange 9 auf. Ähnliche Isolierblöcke 25 a und 24a usw. sind für gleiche Zwecke im Rahmen 14 vorgesehen. Auf jedem Rahmen 14 ist ebenfalls ein Rohr 26 für die Ableitung des Wasserstoffes in einen beliebigen Behälter vorgesehen.
Die beschriebenen Teile der Zelle werden als eine Einheit in ein genau passendes
Gefäss 27 eingesetzt, und das Gefäss füllt man bis etwas unterhalb der Rohre 15 und 26 mit dem Elektrolyten, der in den von den Oberwänden der Rahmen und den Wänden oder
Platten 15 und 16 gebildeten Sammelkammern über den Anoden und Kathoden in gleicher Höhe steht. Wird Strom dem Leiter 8 zugeführt, so findet eine Zersetzung des Elektrolyten in bekannter Weise statt : der sich auf den Aussenflächen der Anoden 1 entwickelnde Sauerstoff steigt in dem Freiraum zwischen Membran und Rippenfläche hoch, trifft auf-die Flächen 15e der Platten oder Wände 15, geht aufwärts in die Sammelkammer und durch das Rohr 15 zum Auffangbehälter.
Der auf den Innenflächen der Kathodenplatten frei werdende Wasserstoff steigt in gleicher Weise hoch, trifft auf die Flächen 16 c, gelangt in die Sammelkammern und wird durch die Rohre 26 einem Sammelbehälter zugeführt. Infolge der Linienberührung zwischen der Membran und den scharfen Kanten der Rippen 3 und 3a ist eine Fläche zur Bildung eines Flüssigkeitsfilms an der Stelle nicht vorhanden ; daher kann auch ein Gasverlust nicht stattfinden, zumal die Membranen, straff über die Rippen gespannt, fest gegen die unteren, abgebogenen Enden der Seitenwände der Kammerplatten anliegen. Die Standhöhe der Flüssigkeit ist in allen Kammern die gleiche, da die Kammern dieselbe Querschnittsgrösse haben, zweimal so viel Wasserstoff wie Sauerstoff erzeugt wird.
Versagt die Zelle aus irgendeinem Grunde und entweicht Gas um die unteren, Kanten der Teile 15 c und 16 c oder durch die Membranen, so muss dieses Gas zur Aussenluft abziehen und kann sich nicht mit dem anderen Gase in dessen Sammelkammer oder Rohr vermischen. Selbst wenn der Gasdruck in einem der Aufnahmebehälter so hoch steigt, dass er den Elektrolyten in der Gaskammer zurückdrängt, kann ein Vermischen der Gase nicht erfolgen. Sollte in einem solchen Falle der Gasdruck Gas durch die Membran treiben, so geht auch dann das ausgetretene Gas unmittelbar durch den Freiraum zwischen der Membran und der benachbarten Membran zur Aussenluft.
Die Winkelklammern 2C besitzen nicht nur als ein Befestigungsmittel für die Membran, sondern auch als ein Mittel zum genauen Einstellen und Instandhalten der Anoden und Kathoden samt ihrer Membranen besonderen Wert. Die Zelle ist leicht allen Änderungen in Spannung und Stromstärke, die sich bei den käuflichen elektrischen Installationen finden, anzupassen, und sie lässt sich mit anderen ihrer Art sowohl in Reihe als auch paralle zusammenschliessen.