Elektrolytischer Apparat. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrolytisehen Apparat, insbesondere zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasser stoff, von derjenigen Gattung, welche eine Anzahl von in einem einzigen Gehäuse ver einigten Zellen aufweist, durch welche Stroni durchgesehickt wird und das durch eine An zahl von ringförmigen Rahmen und Endplatten gebildet ist, wobei Diaphragmen und Elek troden vorgesehen sind,
welche wechselweise zwischen den rirrgför-migerr Rahmen angeord net und durch die letzteren in Abstand von= einander gehalten werden, wobei die Elektro den von Platten getragen werden, und welche ebenso wie die Diaphragmen an ihren Rän dern durch die Rahmen festgeklemmt wer den und die genannten Tragplatten das Ge häuse in Zellen und die Diaphraginen diese Zellen in Anode- und Kathodekammern unter teilen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elektroden und Diaphragmen und die ge nannten ringförmigen Rahmen separate Kon struktionsteile bilden und voneinander elek trisch isoliert sind,
wobei das Ganze derart miteinander vereinigt ist, dass ein wasser- und gasdichtes Gehäuse entsteht. Auf beiliegender Zeichnung ist beispiels weise ein elektrolytischer Apparat nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines Apparaten- types, der nach der Erfindung gebaut ist, der zur Erzeugung von Sauerstoff und Was serstoff dient und zu diesem Zweck drei Ein heiten oder Zellengruppen aufweist; Fig. 2 ist ,ein senkrechter, Schnitt durch eine Einheit oder Zellengruppe, und zwar nach der Linie 2-2 der Fig. 4, wobei der senkrechte Schnitt einiger Elektroden, die auf der rechten Seite der Figur gezeigt sind, nach einer Linie 211-2a der Fig. 4 ge dacht ist;
Fig.3 ist ein wagrechter Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, und Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt näch der Linie 4-4 der Fig.2.
Wie vor allen Dingen die Fig. 2, 3 und 4 deutlich erkennen lassen, besteht die darin dargestellte Einheit oder Zellengruppe im vorliegenden Falle aus zehn Zellen. Die Zellenzahl kann natürlich auch grösser oder kleiner als zehn sein. Die die Gruppe bildenden Zellen werden durch trennende Zwischenwände 10 und Endwände 10a, 10'' gebildet, die im vorliegenden Falle gleich zeitig Elektroden-Tragplatten darstellen.
Die von zwei beliebigen aufeinanderfolgenden Wänden 10 eingeschlossene Zelle ist durch ein durchlässiges Diaphragma 13 aus Asbest gewebe oder dergleichen in eine Anodenkam mer 11 und eine Kathodenkammer 12 ge teilt. Im vorliegenden Falle bestehen die Zellenwände 10 aus Blech, beispielsweise aus Stahl, Nickel, vernickeltem Stahl oder der gleichen. Die Ränder der aufeinanderfolgen den Platten 10 und der Diaphragmen 13 sind fest zwischen ebenflächige rechtwinklige Metallrahmen 14 eingeklemmt, die ihrerseits in irgendwie geeigneter Weise fest zusammen geklemmt gehalten werden.
In dem der Darstellung zugrunde gelegten Falle sind die genannten Rahmen, Platten und Diaphragrnen mit Öffnungen zur Aufnahme von Bolzen 15, sowie von Isolierhülsen 16 aus irgend einem geeigneten Isoliermaterial, wie Hartgummi oder dergleichen, versehen, die auf die Bolzen aufgeschoben sind. Die Gewindeenden dieser Bolzen tragen mit Isolierbüchsen 18 versehene Muttern 17 mittelst deren ein beliebiger ge wünschter Klemmdruck auf die vereinigten Teile ausgeübt werden kann.
Zur Isolierung der rechtwinkligen Rahmenteile 14 von den Zellenwänden 10 und den Diaphragnren sind geeignete Mittel vorgesehen. Bei der darge stellten Ausführung ist ein Streifen 19 aus Gummi oder dergleichen um die innere Kante jedes Rahmens herumgelegt, derart dass er beide flachen Seiten bedeckt und sich etwas über die Aussenkanten des Rahmens hinaus erstreckt. Eine ähnliche Platte 20 aus Iso liermaterial ist um die Aussenkante jeder Zellenwand 10 gelegt und bedeckt beide Sei ten des Randteils dieser Wand.
Die Isolie rung besteht also aus einer doppelten Lage Isoliermaterial zwischen jeder Zellenwand und dem betreffenden Zellenrahmenstück. Aus weiter unten zu erläuternden Gründern lässt man die Isolierschichten 20 am obern Ende der Generatoreinheit auf beiden Seiten der einzelnen Platten oder Wandungen 10 um ein erhebliches Mass vortreten, so dar sie erst bei 21 (Fig. 2) enden. An den Seiten- und Bodenteilen der Einheit brauchen dagegen die Isolierlagen 20 nun- wenig über die innern Kanten der 3,Tetallrahmen vorzuragen.
Jede einzelne der Zellenwandungen oder Platten 10 mit Ausnahme derjenigen, die die Endwände 10" und 10r' bilden, trägt zwei Elektroderrstücke 22 und 28, die auf den ge genüberliegenden Seiten der betreffenden Platte oder Wand in guter metallischer Verbindung miteinander angebracht sind. Die dadurch gebildete Vereinigung stellt eine zweipolige Elektrode dar.
Inn vorliegenden Falle arbeiten die Elektrodenteile 22 als Kathoden, die Elektrodenteile 23 als Anoden. Die End- platte 1.011 bildet mit der an ihr befestigten einzelnen Elektrode 23\1 eine einpolige Elek trode, und zwar irn vorliegenden Falle eine Anode. Entsprechend bildet die einzelne Elektrode 2.'3', der Endwand 1011 eine ein polige Elektrode, und zwar arbeitet diese hier als Kathode.
Die von den Zellenwan dungen 10 getragenen Elektrodenteile können von irgendwie geeigneter Beschaffenheit sein. Bei dein dargestellten Apparat, der für ge wöhnlich mit ver,hältiiismäfäig hohen Strom dichten und hohen Elektrolyttemperaturen betrieben wird und bei dein deshalb die Ab lösung und Entfernung der entwickelten Gase erleichtert und Gelegenheit für einen freien Umlauf des Elektrolyten geschaffen werden muss, sind aktive Elektrodenflächen von durch lässiger oder durchbrochener Beschaffenheit sehr erwünscht.
Entsprechend bestehen die aktiven Elektrodenflächen 24 aus Drahtge webe, zweckmässig in Form von mehreren aufeinandergelegten Schichten oder miteinan der verwebten Lagen, die durch Stifte oder Zapfen 26 mit ihren Rändern am Rahmen 2.5 befestigt sind. Diese Rahmen sind so angeordnet, dalä die durchbroclrenen Elektro den 24 etwas von der Zellenwand oder Trag platte 10 abstehen, wie bei 25n in Fig. dargestellt, und dass sie im wesentlichen in A plage an den Diaphragmen 13 gehalten werden.
Die einzelnen Rahmen 25 bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus einem Paar paralleler senkrechter Streifen oder Schienen, die den Abstand zwischen den durchbrochenen Elektrodenteilen und der Platte 10 halten, dabei aber einen freien senkrechten Durchgang zwisehen der Zellen wand und der Elektrode für den Durchtritt des Elektrolyten und der Gase freilassen. Dieser Durchgang ist oben und unten offen und auf seiner ganzen Länge irn wesentlichen nicht eingeengt.
Wie Fig. 4 erkennen lässt, können die so angeordneten durchbrochenen Elektrodenflächen auf jeder Zellenwand oder Tragplatte in einzelnen Feldern angebracht werden, die nebeneinander und unabhängig voneinander auf der Platte befestigt sind. Diese Art der Anordnung ist aber nicht un bedingt erforderlich.
Zur Erzielung eines geregelten Umlaufes des Elektrolyten durch die Zellen, sowie zur Führung des entwickelten Wasserstoffes und Sauerstoffes sind besondere Vorkehrungen ge troffen. Bei der in den Zeichnungen darge stellten Ausführungsform befindet sich die Einrichtung für den Umlauf des Elektrolyten innerhalb der Einheit oder Zelleugruppe selbst.
Dasselbe gilt in der Hauptsache für die Ein richtung zur Sammlung der entwickelten (rase. Am einen Ende der Zellengruppe ist eine Kammer 27 vorgesehen, die einen Be hälter für den Anolyten und den Sauerstoff bildet, während sich auf dem entgegengesetzten Ende der Zellengruppe die Kammer 28 für den Katholyten und den Wasserstoff befindet.
Die Kammern 27 und 28 liegen zwischen den betreffenden Endwänden der Zellengruppe und den Wänden 27a und 28a, die durch schwere, zu einer Art Rahmen zusammenge fügte und die genannten Kammern umgebende U-Eisen <B>271</B> getragen und in richtiger Ent fernung von den Zellenwänden gehalten wer den.
Jede einzelne Zelle der Gruppe ist mit einer besondern Einrichtung für die Zufüh rung des Anolyten aus der Kammer 27 in den untern Teil der Anodenabteilung, sowie zur Leitung des Anolyten vom obern Teil der Anodenabteilung zu der erwähnten Ano- lytkammer ausgestattet.
Eine entsprechende Einrichtung ist für jede einzelne Zelle zwecks Zuführung des Katholyten aus der .Kammer 28 in den untern Teil der Kathodenabteilung der betreffenden Zelle, sowie zur Leitung des Katholyten von dem obern Teil der Kathoden abteilung zur Katholytkammer vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine untere Reihe von Kanälen 29 für die Zuführung des Elektrolyten zu den Halb zellen jeder Zelle und eine obere Reihe von Kanälen 30 für die Rückführung des Elektro lyten in die Kammern 27 und 28 angeordnet.
Die Zahl der Kanäle ist für jede Reihe die selbe und gleich der Anzahl der eine Gruppe bildenden Zellen, im vorliegenden Falle also gleich zehn. Jeder dieser Kanäle steht mit nur einer der Zellen in Verbindung, und mündet am einen Ende in die Anolytkammer und am andern Ende in die Katholytkammer. So ergibt beispielsweise die Betrachtung der besondern, die Anodenabteilung A und die Katbodenabteilung C (Fig. 2) enthaltenden Zelle, dass die Zuführungsleitung 29 für den Elektrolyten mit dem untern Teile der Ano denabteilung A durch mehrere über den Um fang verteilte Öffnungen 31, mit der Katho denkammer C durch ähnliche Öffnungen 32 in Verbindung stehen.
Zwischen diesen beiden Gruppen von Öffnungen und im wesentlichen in derselben Ebene mit dem Diaphragma 13 ist eine Prellscheibe oder Trennwand 33 ein gelegt, die aus geeignetem nicht leitenden Material oder aus mit einem isolierenden Überzuge versehenem Metall besteht. Diese Trennwand teilt die Zuführungsleitung 29 für den Elektrolyten in zwei besondere, mit einander nicht in Verbindung stehende Teile, voll denen der eine durch die an dem be treffenden Ende vorgesehenen Öffnungen 34 mit der Anolytkammer 27, der andere durch Öffnungen 35 mit der Katholytkammer 28 in Verbindung steht.
In entsprechender Weise ist die Rückführungsleitung des Elek trolyten der Zelle A, C durch eine Zwischen wand 36 in zwei verschiedene Abschnitte geteilt, von denen der eine durch die Öffnun gen 37 und 38 mit der Anodenabteilung A bezw. der Anolytkammer 27, der andere durch Öffnungen 39 und 40 mit der Katho denabteilung C bezw. der Katholytkammer in Verbindung steht.
Das typische, indivi duelle Leitungssystem für den Elektrolytiiin- lauf, wie es im Vorstehenden unter @ezLig- nahme auf die Zelle A, C.' beschrieben i,t, findet sich bei der der Darstellung zugrunde gelegten Ausführungsform der Erfindung auch bei jeder der andern Zellen. Natürlich sind aber die beiden für die Zu- und Abführung des Elektrolyten vorgesehenen Lochgruppen 31, 32 und 37, 39 in jedem Paare der Lei tungen 29, 30 für die einzelnen Zellen in verschiedenen Ebenen angeordnet, wie aus den Fig. 3 hervorgeht.
'Um den Elektrolytspiegel 41 in den Anolyt- und Katholytkammern auf gleicher höhe zu halten, ist eine sich durch den un tern Teil der Zellengruppe erstreckende Lei tung 42, Fig.4, vorgesehen, die an den En den finit den Anolyt- und Katholytlzarninern, und zwar unterhalb des Spiegels der darin enthaltenen Flüssigkeit in Verbindung steht.
Diese Ausgleichleitung 42 ist aber an keine der Zellen angeschlossen, auch enthält sie keine Trennwand. Sie dient zum Ausgleich der hydrostatischen Druckhöhe in den Anolyt- und Katholytkammern.
Der Verlauf des Elektrolytuinlaufes in der Zelle :1C (Feg. 2) ist durch die einge zeichnetem Richtungspfeile angedeutet. Der Linlauf für die anderen Zellen ist natürlich ein entsprechender.
Die durch die elektro lytische Wirkung in der Zelle erzeugte Wärme verursacht zusammen mit der reichlichen Ent wicklung von Gasblasen (Wasserstoff und Sauerstoff) einen nach oben gerichteten Strom des Elektrolyten auf den entgegengesetzten Seiten des in den Anoden- und Xathoden- halbzellen oder -Abteilungen angeordneten Diaphragmas. Der Anolyt und der hatholyt treten aus den Zellen aus und durch die Lochgruppe 37 bezw. 39 auf den gegenüber liegenden Seiten der Trennwand 36 in die Leitung 30 ein.
Der Anolyt fliesst nach rechts in die Anolytkammer 27 und der Katlio- lyt nach links in die Katboly tkammer 28.
Die vei#hältnismässig heissen Elektrolyte strö men auf diese Weise in die in diesen Karn- mern enthaltenen Elektrolytmassen in der Nähe der Oberfläche 41 (Feg.
4) ein und ver lieren auf dem Wege durch die leitenden Kammerwände 27 1 und 28a durch Leitung und Strahlung eine erhebliche Menge Wärme, wenn diese Kammerwände aus wärmeleiten dem Material bestellen und nicht, wie es bei dem dargestellten Apparat der Fall ist, ge schützt sind. Wenn der Elektrolyt sich ab kühlt, sinkt er natürlich nach unten.
Er wird durch die fortdauernde Nachströmung von wärmerem Elektrolyt aus der Ausfluh- üffnung der Leitung 30 ersetzt. Der kühlere Elektrolyt im untern Teile der Kammern 27 und 28 flieht also ununterbrochen in die Ein trittsenden der Leitung 29 und strömt in den untern Teil der betreffenden Anoden und Kathodenabteilungen, beispielsweise der Zelle A0 ein,
und zwar aus den auf ge genüberliegendem Seiten der Trennwand 33 befindlichen Teilen der betreffenden Leitung durch die Öffnungen 31 bezw. 32. In der selben Weise läuft der Ariolyt und Katholyt durch jede der anderen Zellen der betreffen den Einheit oder Gruppe uni. Es wird also ein geregelter Umlauf des Anolyten und Katholyten getrennt für jede Zelle lediglieli durch die Wirkung der tberniiseben Druck hölle erreicht.
Diese \'irkung wird natürlich durch die mechaniselie Wirkung der auf den gegenüberliegenden Seiten den Zellendia phragmen entwickelten Uriblasen verstärkt.
Unter gewissen Betriebsbedingungen, beson ders wenn bei Elel-;trolytteniperaturen von etwa 71 -83 C und darüber gearbeitet wird, kann jedoch die sieh ergebende grössere Leit fähigkeit des Elektrolyten eine solche Er höhung der Stroindiclite zur Folge haben, dass es schwierig wird, Überhitzung infolge der dadurch verursachten Wärmestauung zu verhindern.
da die normale @@'ärinestrahlungs- fähigkeit des Apparates nicht mehr genügt, das Wärmegleichgewicht bei einer Tempera tur zu halten, die in dein betreffenden Falle als am besten geeignet angesehen wird.
Aus diesem Grunde, sowie allgemein ini Interesse einer genauere Überwachung und Regelung der Temperatur, sowie der Erzielung der rich tigen L'rulaufgeschwindigkeit für den Elektro- lyten empfiehlt es sich manchmal, eine äussere Kühleinriehtung für die Kammerwandungen 27" und 2811 vorzusehen, statt sich einfach auf die Luftkühlung zu verlassen.
In dem dargestellten Falle besteht diese Hilfskühl einrichtung aus Wasserspritzvorrichtungen 43, die so angeordnet sein können, dass sie das Wasser gegen die genannten Wandungen, und zwar etwa in der Höhe des Elektrolyt spiegels 41 spritzen, wo die Elektrolyttempe- ratur am höchsten ist. Durch diese Anord nung wird also der Wärmeaustausch an die Stelle des grössten Temperaturunterschiedes verlegt, wodurch der grösstmögliche Wirkungs grad der Kühlung erreicht wird.
Enthält die Anlage mehrere Zellengruppen, wie in Fig. 1 dargestellt, so kann ein einziges Spritz- rohr zwischen je zwei Gruppen einen doppel ten Sprühschleier zur Kühlung der benach barten Endwände der betreffenden Gruppe liefern. Die die Wandungen 2711 und 28a herabfliessende Kühlwasaerschieht kann durch geeignete Sammelrinnen 44 oder dergleichen (Fig. 1) aufgefangen werden, die das Wasser bei 4411 in einen Sumpf laufen lassen.
Oder aber man leitet das Wasser durch beliebige geeignete Mittel, beispielsweise durch Ab lenkbleche 44b (Fig. 2) von den Zellengruppen ab und führt es durch Tröge oder Rinnen (in der Zeichnung nicht dargestellt) zu einer passenden Ablaufstelle. Das Kühlwasser kann durch ein Hauptrohr 45 zugeführt werden, von dem mit Ventilen versehene Zweigrohre 46 zu den Spritzvorrichtungen führen.
Die Umlaufkanäle 29 und 30 für den Elektrolyten erstrecken sich quer durch sämt liche Zellen. Die Diaphragmen, sowie die Elektrodentragplatten oder Zellentrennwände müssen, um dies zu ermöglichen, mit geeig neten Öffnungen versehen sein. Es ist ferner für eine wirksame Abdichtung der zwischen diesen Teilen und den genannten Kanälen entstehenden Fugen zu sorgen, damit diese fiüssigkeits- und gasdicht werden, während gleichzeitig Vorkehrungen zu treffen sind, um Kurzschlüsse zu verhindern und Nebenstrom verluste auf ein Mindestmass herabzudrücken. Dies geschieht zweckmässig durch planmässige Isolierung des Innern sämtlicher in den Elektro lyten eingetauchter oder ihm ausgesetzter Leitungen.
Die im dargestellten Falle vor gesehene Einrichtung bietet in verschiedener Hinsicht besondere Vorteile. Die genannten Kanäle bestehen aus geeignetem Isolierma terial, wie Gummi, Hartgummi oder derglei chen, oder sie sind mit derartigem Material überzogen. Im vorliegenden Falle sind die Kanäle aus Stücken aus Isoliermaterial her gestellt, und zwar besteht jeder einzelne Ka nal nicht aus einem Stück, vielmehr ist er aus mehreren ringförmigen Stücken zusammen gesetzt, die zur Bildung der vollständigen Leitung etwa nach Art der Wirbel des Rück grates zusammengepasst sind.
Die den grö sseren Teil jedes einzelnen Kanals bildenden Ringe 47 sind blind, d. h. sie haben am Um fange keine Öffnung. Zwei Ringe 48 jedes Kanals sind dagegen durchbrochen, um die oben erwähnten Durchgänge 31, 32 bezw. 37, 39 zu schaffen, sowie das Ausströmen des Elektrolyten in die besondere zu den betreffenden Kanälen . gehörende Zelle bezw. den Ausfluss des Elektrolyten aus dieser Zelle in den Kanal zu ermöglichen.
Ferner sind die Endringe 4811 jedes Kanals, wie bereits hervorgehoben, mit Öffnungen für den Aus tritt des Elektrolyten in die Anolyt- oder Katholytkammer bezw. zur Aufnahme des Elektrolyten aus diesen Kammern versehen. Jeder der Kanalringe ist, wie angedeutet, abgesetzt, um zwischen je zwei Ringen Sitz flächen für die Anschlusskanten der Diaphrag- men 13 und der Stützplatten 10 zu schaffen.
Handelt es sich um die Stützplatten, so wird zwischen die Platte und die beiden sich an sie anlegenden Ringe eine isolierende Abdich tung 50, zum Beispiel eine Scheibe aus Gummi oder dergleichen, gelegt. Eine ähn liche Isolierung kann gewünschtenfalls bei 51 vorgesehen sein, um die Stossfläche der Ringe abzudichten.
Der für den festen Zu sammenhalt derRingstücke erforderlicheDruck kann durch Schraubenmuttern 52 ausgeübt werden, die auf den mit Gewinde versehenen Enden der Stangen 15 sitzen, welch letztere sich im wesentlichen rechtwinklig zu den ebenen Sitzflächen der Zellenrahmen 14 er strecken, so dass die Endwände 271, 28@ fest gegen die Enden der erwähnten Kanäle ge- presst werden köinien, wobei zweckmässiger weise zwischengelegte Dichtungen 5211 Ver wendung finden.
Die Muttern 52 und Stan gen 15 werden in geeigneter Weise von den Platten durch Isolierbüchsen 53 isoliert.
Ein Teil des irr den Zellen entwickelten Wasserstoffes und Sauerstoffes sti-ürrit mit dem Katholyten bezw. Anolyten aus den Zellen in den betreffenden Kanal 30 und tritt auf diesem Wee in die Katholyt- und Arioly tkammei-n ein.' Während des Abwä.rts- strömens der Gase nach dem Kanal 29 zu haben die Gase wegen der dauernd aufrecht er haltenen erheblichen hydrostatischen Druck höhe des
Elektrolyten reichlich Gelegenheit, sich von diesem abzuscheiden. Die so abge schiedenen Gase treten natürlich in die oberhalb desElektroly tspiegels in den betreffenden Kam mern vorgesehenen Gasräume 54 und 55 für Sauerstoff bezw. Wasserstoff ein.
Zum grüssten Teile strömen die entwickelten (rase aber ein die Leitungen 30 herum in die Sauer- stoffräume 56 und die Wasserstoffräume 57 oberhalb des Elektrolytspiegels. Diese Räume 5t), 57 dienen natürlich als vorläufige ein zelne Gassammler für die betreffenden Zellen, und in ihnen findet die Abscheidung des durch die entwickelten Gase mitgerissenen Elektrolyten statt, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird.
Aus den Räu- inen 56 tritt der Sauerstoff durch Kanäle 58 in eine Sauerstoffsammelkammer 59, die sich parallel zu den Kanälen 30 erstreckt. Diese Sammelkammer mündet in die Anolyt-Sauer- stoffkammer 54, wie bei 60 artgedeutet.
Sie ist aber auf dem entgegengesetzten Ende ge schlossen und hat keine Verbindung mit der Katholy t-Wasserstoffkammer 55, ist vielmehr von dieser durch eine doppelte Wand getrennt, die aus der Endzellenwand 10b und einer an dieser liegenden Wand 61 zusammengesetzt ist, welch letztere zweckmüssig aus Kupfer besteht.
In entsprechender Weise strömt der Wasserstoff aus den Räumen 57 oberhalb des Elelztroly tspiegels in den Kathoderiab- teilengen durch Kanäle 62, die zu der Was- serstoffsammelkaninier 63 führen. Die Was- serstoffkammer niiiridet lediglich in die Katholyt-Wasserstoffkammer und ist am errt- gegengesetzten Ende geschlossen und von der Ariolyt-Saueistoffli:
aiiinier durch eine Dop pelwand getrennt, die aus der Endzellenwand 10'1 und einer Wand 64 zusammengesetzt ist, welch letztere zweckmässig aus gutleitendem Metall, beispielsweise Kupfer, besteht. Sowohl der Sauerstoff, der von der Sauerstoffsammel- kamirier 59 in den Raum 54 eintritt, wie auch der aus den in die Anolytkammer strö menden Anolyten abgeschiedene Sauerstoff kann durch eine Sauerstoffableitung 65 in ein Sauerstoffsaniinelrohr 66 (Fig. 1) strömen,
wobei etwa vom Sauerstoff mechanisch in das Sammelrohr mitgerissene Flüssigkeit durch ein Rohr 67 in einen Speisebehälter 68 für den Anolyten abgeleitet werden kann, aus dem sie mittelst eines mit einem Ventil ver- sehenen Auslasses 69 abgelassen werden kann.
In entsprechender Weise wird der im Gas raume 55 oberhalb des Katholyten sich sain- inelnde Wasserstoff durch eine Abführungs- leitung 70 für den Wasserstoff in ein Wasser- stoffsammeli-ohr 71 abgeführt und die etwa mitgerissene Flüssigkeit durch ein Abzugs rohr 72 in einen Aufnahmebehälter 73 abge leitet.
Die untern Enden der Behälter 68 und 73 stehen durch ein finit Ventilen ver- selienes Ausgleiehrohr 74 miteinander in Ver bindung.
Die Gassammelkanimern 59 und 63 sind zweckmüssig in ähnlicher Weise ausgebildet, wie die Umlaufleitungen 29 und 30 für den Elektrolyten. Bei der in den Zeichnungen veranschaulichten besonderen Ausführungs form bestehen diese Kaniniern aus mehreren langen rechtwinkligen Platten oder Blöcken 75 aus Isoliermaterial, beispielsweise Hart gummi, die sämtlich in der Neige durch brochen sind, dass,
wenn die Blücko zusammen mit den in entsprechender Weise durch- broclienen Diaphragmen 13 und den Zellen wänden aneinander gereiht werden, die Kam- rnern 59 und 63 entstehen. Diese Kammern erstrecken. sich deshalb durch sämtliche Dia- phragmen und sämtliche Zellenwände bis auf eine.
Die Durchbrechungen in den Zellen wänden 10 sind etwas grösser im Querschnitt als die genannten Sammelräume, und der sich ergebende Ringraum zwischen den Kan ten der Durchbrechungen in den Platten und der Innenwand jeder Sammelkammer wird durch einen geeigneten Isolationskörper, bei spielsweise eine Weichgummischeibe 76, ein genommen, die zwischen den oben erwähnten Isolierscheiben \?0 liegt.
Diejenigen Teile der Asbestdiaphragmen 13, die ausserhalb der Kanten der Elektroden 22, 23 liegen, sind mit Gummi imprägniert oder in anderer Weise undurchlässig und nichtleitend gemacht. Ledig lich der Teil der Diaphragmen, der innerhalb der gestrichelten Grenzlinie 77 (Fig. 4) liegt, bleibt durchlässig für den Elektrolyten.
Die Endwand 10b ist, wo sie die Sauerstoffsam- melkarrrmer 59 abschliesst, mit einer (äummi- scheibe oder dergleichen 78 bedeckt. Isolier- scheiben 79 und 80 dienen zur Isolierung der Kanten der doppelten Endwand 10a, 64 von dein Entleerungsauslass der genannten Kammer. Die Wasserstoffsammelkammer 63 ist in entsprechender Weise von den genann ten Endwandungen isoliert.
Es ist also er sichtlich, dass die Wände der Cjassammel- kammern vollständig nichtleitend sind; das selbe gilt für die Elektrolytkanäle. Ausser dem sind die Aussenflächen der doppelten Dndwandungen 10a, 64 und 10b, 61 mit Iso liermaterial 81 bedeckt.
Durch Anwendung einer solchen Isolation zum Schutze aller ausserhalb der Zellen selbst liegenden Flächen, die mittelbar oder unmittelbar der Berührung mit dem Elektrolyten ausgesetzt sind, so dass direkte Stromwege zwischen irgend einer Anode und einer Kathode innerhalb der be treffenden Einheit entstehen könnten, werden die Nebenstromverluste auf das äusserste ver- ri ngert.
Durch Anordnung der abwechselnden Rei hen 58 und 62 beschränkter enger Durch gänge zur Leitung des Sauerstoffes bezw. Wasserstoffes von den betreffenden Anoden- und Kathodenzellenabteilungen in die Sammel kammern 59 und 63 lässt sich verhindern, dass die Gase, wenn sie mit erheblicher Ge schwindigkeit von der Oberfläche des Elektro- lyten in den Zellenabteilungen aufsteigen,
eine so beträchtliche Menge von dem die erwähnten Gasblasen einschliessenden Elek trolyten mit in die Gassammelkammern neh men, wie es sonst der Fall sein würde. Der grösste Teil dieser Gasblasen wird vielmehr gegen die Unterseite der rechtwinkligen Rah men 75 treffen und zerplatzen, so dass das Gas frei wird und die mitgerissene Flüssig keit zum grössten Teil zurückfällt, während das auf diese Weise befreite Gas nach oben durch die Kanäle 58 und 62 in die Gassammel- kammern treten kann.
Mehrere Vielzelleneinheiten können durch geeignete Mittel in Reihen miteinander ver bunden werden. Wie in Fig. 1 veranschau licht, sind an den vorspringenden Kanten benachbarterEndzellenwandungen61, Schienen 82 aus Kupfer oder dergleichen zur Herstel lung solcher Verbindungen befestigt. An den Wandungen 61 an den äussersten Enden der Batterie können Stromzuführungsleitungen (nicht dargestellt) angebracht werden.
Ein Rohr 83. das in jede Elektrolytkammer sämt licher Zellengruppen mündet und sich aussen bis zu einem oberhalb des Elektrolytspiegels befindlichen Punkte erstreckt, kann als Füll einlass zum Nachfüllen von Ersatzwasser so wie gewünschtenfalls als Flüssigkeitsstand rohr dienen. Von dem untern Teile der Elektrolytbehälter gehen Rohre 84 und 85 aus, mittelst deren der Elektrolyt nötigen falls abgelassen werden kann.
Die Zellen gruppen oder -Einheiten können jede für sich auf Fahrgestellen angebracht sein, die mit in Schienen 87 laufenden Rollen 86 versehen sind, so dass jede einzelne Gruppe, nachdem sie von den benachbarten losgelöst ist, vor geholt und nötigenfalls durch eine andere ersetzt werden kann.
Es ist hervorzuheben, dass bei dem be schriebenen Apparat der Umlauf des Elektro lyten in der Weise stattfindet, dass er von jeder einzelnen Halbzelle auf dem Wege be sonderer oberer und unterer Kanäle nach einer Endkammer zu jener Halbzelle und zu anderen entsprechenden Halbzellen, beispiels weise Anodenzellen der betreffenden Zellen gruppe oder -Einheit verläuft, wobei der Elektrolyt in den erwähnten obern und un tern Kanälen auf ihrer vollen Länge durch keinerlei elektrische Leitwege mit dein Elek trolyten in irgend einer anderen Halbzelle in direkter Verbindung steht.
Auf diese Weise erhalten die vom Elektrolyten gebildeten elektrisch leitenden Nebenschlusswege, die natürlich nicht zu vermeiden sind, wenn ein gemeinsames Umlaufsy stein für eine Anzahl Zellen zur Anwendung kommt, eine grosse Länge bei kleinem Querschnitt, d. h. also, diese Wege besitzen verhältnismässig hohen elektrischen Widerstand. Dadurch werden die Nebenschlussstromverluste wesentlich ver ringert.
Es ist ferner noch darauf hinzuweisen, dass die im vorstehenden beschriebene Bauart die gesamte zugeführte elektrische Energie in besonders wirksamer Weise ausnutzt. Not wendigerweise kann nur ein Teil der zuge führten elektrischen Energie unmittelbar für die Zersetzung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff ausgenutzt werden, während der Rest der zugeführten Energie für diese Zwecke unmittelbar nutzlos ist, da er sich in Wärme umsetzt.
Diese Wärme wird im vorliegenden Falle dazu benutzt, den innern Widerstand der Zellen herabzusetzen, sowie ferner einen schnellen Umlauf unter der Mr- kung der thermalen Druckhöhe des Elektro lyten hervorzurufen. Dieser Umlauf trägt wieder dazu bei, eine mehr oder weniger gleich hohe und konstante Temperatur in allen Teilen der betreffenden Zellengruppe aufrecht zu erhalten, sowie die Gase in wirk samer Weise vom Elektrolyten zu trennen, was sehr wichtig ist, wenn derartig grosse Gasmengen auf beschränktem Raume erzeugt werden.
Auf diese Weise wird also die sich z äebst nutzlos in Wärme umsetzende und un.
unmittelbar für die Zersetzung des Wassers nicht verfügbare elektrische Energie in dein Apparate auf mittelbarem Wege nutzbar gemacht. In diesem Zusammenbange wird die Bedeutung der der dargestellten bevor- zugten Ver-kür-perurrg der Erfindung zugrunde liegenden Anordnung, die eine Regelung der Temperatur ganz nach Wunsch ermöglicht, in erhöhtem Masse offenbar, da hierdurch er reicht wird, dar bei jedem besonderen die Zellen durchfliefJenden Strom die sich er gebende konstante Temperatur (wobei hier von der ,,künstlichen Kühlung" abgesehen werden möge)
eine Höhe erreicht. bei der die ausgestrahlte oder durch Luftströmung abgeführte Wärme gleich dem Betrage der für die Gasentwicklung unmittelbar nutzlos, nämlich innerhalb der Zellen in Wärme um gesetzten elektrischen Energie ist. Bei der vorliegenden Anordnung steht die Betriebs- temperatur innerhalb weiter Grenzen unter vollständiger Kontrolle.
Daraus soll aber nicht abgeleitet werden, dal') die Anordnung besonderer Kühlvorrichtungen unbedingte Voraussetzung für die Erreichung der Zwecke, ist, denen die Erfindung irr ihrem allgemeinsten Umfange dient.
Es sei hervorgehoben, dass die beschriebene Bauart die kleinstmöglichen Flächen für Wärmeausstrahlung bietet. Sie unterscheidet sieh in dieser Beziehung ebenfalls von den bisher in Vorschlag gebrachten Elektroly- seuren, bei denen aussen am Apparat Vor richtungen zum Kühlen bezw. zur Tempera- turregelung vorgeelrerr sind.
Dies ist von besonderer )Vichtigkeit in solchen Fällen, wo der Betrag der zunächst nutzlos in Wä rlme umgesetzten elektrischen Energie verhältnis- mässig klein ist gegenüber der gesamten zu- geführten elektrischen Energie, da die Betriebstemperatur, beispielsweise <B>71-83'</B> C,
oder eine andere bevorzugte Be triebstemperatur bezw. ein Betriebsternpera- tUrbereich in solchen Fällen nicht leicht er reicht werden 1körrnte, wo die Strahlungs flächen von verhältnismässig grösserer Aus dehnung sind.
Unter gewissen Umständen, und zwar auch bei Verwendung des beschrie benen Apparates, kann es sich als erwünscht erweisen, den Wärmeverlust durch Strahlung oder anderweitige durch die freien Oberflüchen bedingte Wärmeverluste, durch Anwendung einer aussen angebrachten geeigneten Wärme- isolation noch mehr zu verringern.
Die be schriebene Ausführung bietet in dieser Be ziehung besondere Vorteile, da die vier Seiten- und die beiden Endwände jeder einzelnen Gruppe eben glatt und im wesentlichen frei von vorspringenden Teilen, wie Einlass- oder Ausflussrohren und dergleichen, sind, so dass es sehr einfach ist, Wärmeisolierungen oder Überzüge anzubringen. Auch ist der isolierende Überzug, wenn er einmal angebracht ist, in keiner Weise hinderlich, bis es etwa nötig wird, die Zellen vollständig wieder freizu machen.
Bei der Verwendung der im vorstehen den beschriebenen Art von Apparaten kann man mit verhältnismässig hohen Stromdichten, etwa von 0,15-0,5 Amp. und -mehr pro cm' freier Elektrodenfläche, arbeiten.
Im vorstehenden ist zwecks genauer Er läuterung des der Erfindung zugrunde liegen den Prinzips eine besondere Ausführungsform beschrieben worden. Damit soll aber keines wegs gesagt sein, dass die Erfindung auf die besonderen dargestellten Einzelheiten be schränkt ist.
Electrolytic apparatus. The present invention relates to an electrolytic apparatus, in particular for the production of oxygen and hydrogen, of the type which has a number of cells united in a single housing, through which Stroni is seen through and through a number of annular frames and End plates is formed, with diaphragms and electrodes are provided,
which are alternately arranged between the rirrgför-migerr frames and are kept at a distance from one another by the latter, the electrodes being supported by plates, and which, like the diaphragms, are clamped at their edges by the frames and the above Support plates divide the housing into cells and the diaphragms these cells into anode and cathode chambers, characterized in that these electrodes and diaphragms and the aforementioned ring-shaped frames form separate construction parts and are electrically isolated from one another,
The whole thing is combined in such a way that a water- and gas-tight housing is created. In the accompanying drawing, an electrolytic apparatus according to the invention is shown as an example.
Fig. 1 is a view of an apparatus type, which is built according to the invention, which is used to generate oxygen and what hydrogen and has three units or groups of cells for this purpose; Fig. 2 is a vertical section through a unit or group of cells, taken along line 2-2 of Fig. 4, the vertical section of some of the electrodes shown on the right-hand side of the figure being taken along line 211- 2a of FIG. 4 is thought;
Figure 3 is a horizontal section on line 3-3 of Figure 2 and Figure 4 is a vertical section on line 4-4 of Figure 2.
As can be clearly seen above all in FIGS. 2, 3 and 4, the unit or group of cells shown therein consists of ten cells in the present case. The number of cells can of course also be greater or less than ten. The cells forming the group are formed by separating intermediate walls 10 and end walls 10a, 10 ″, which in the present case also represent electrode support plates.
The enclosed by any two successive walls 10 cell is by a permeable diaphragm 13 made of asbestos tissue or the like in an Anodenkam mer 11 and a cathode chamber 12 ge divides. In the present case, the cell walls 10 are made of sheet metal, for example steel, nickel, nickel-plated steel or the like. The edges of the successive plates 10 and diaphragms 13 are firmly clamped between planar rectangular metal frames 14 which in turn are held firmly clamped together in some suitable manner.
In the case on which the illustration is based, the frames, plates and diaphragms mentioned are provided with openings for receiving bolts 15 and insulating sleeves 16 made of any suitable insulating material, such as hard rubber or the like, which are pushed onto the bolts. The threaded ends of these bolts carry nuts 17 provided with insulating sleeves 18 by means of which any desired clamping pressure can be applied to the combined parts.
Suitable means are provided for isolating the right-angled frame parts 14 from the cell walls 10 and the diaphragms. In the embodiment shown, a strip 19 made of rubber or the like is wrapped around the inner edge of each frame so that it covers both flat sides and extends slightly beyond the outer edges of the frame. A similar plate 20 made of insulating material is placed around the outer edge of each cell wall 10 and covers both Be th of the edge portion of this wall.
The Isolie tion therefore consists of a double layer of insulating material between each cell wall and the relevant cell frame piece. For reasons to be explained further below, the insulating layers 20 at the upper end of the generator unit are allowed to protrude by a considerable amount on both sides of the individual plates or walls 10, so that they only end at 21 (FIG. 2). On the other hand, on the side and bottom parts of the unit, the insulating layers 20 now need to protrude little beyond the inner edges of the 3-dimensional frame.
Each one of the cell walls or plates 10, with the exception of those which form the end walls 10 "and 10r ', carries two electrical pieces 22 and 28 which are attached to one another on the opposite sides of the plate or wall in question in a good metallic connection. The thereby formed Union represents a bipolar electrode.
In the present case, the electrode parts 22 work as cathodes, the electrode parts 23 as anodes. The end plate 1.011, together with the individual electrode 231 attached to it, forms a single-pole electrode, and in the present case an anode. Correspondingly, the individual electrode 2.'3 ', of the end wall 1011, forms a single-pole electrode, and it works here as a cathode.
The electrode parts carried by the cell walls 10 can be of any suitable nature. In the apparatus shown, which is usually operated with relatively high current densities and high electrolyte temperatures and which therefore facilitates the detachment and removal of the evolved gases and an opportunity for the electrolyte to circulate freely, active electrode surfaces are very desirable due to its casual or openwork texture.
Correspondingly, the active electrode surfaces 24 consist of wire mesh, expediently in the form of several superimposed layers or miteinan the interwoven layers that are attached by pins or pegs 26 with their edges on the frame 2.5. These frames are arranged so that the perforated electrodes 24 protrude somewhat from the cell wall or support plate 10, as shown at 25n in FIG. 1, and that they are held on the diaphragms 13 essentially in A plage.
The individual frames 25 consist in the illustrated embodiment of a pair of parallel vertical strips or rails, which keep the distance between the perforated electrode parts and the plate 10, but wall a free vertical passage between the cells and the electrode for the passage of the electrolyte and release the gases. This passage is open at the top and bottom and essentially not narrowed along its entire length.
As can be seen from FIG. 4, the perforated electrode surfaces arranged in this way can be attached to each cell wall or support plate in individual fields which are fastened next to one another and independently of one another on the plate. However, this type of arrangement is not absolutely necessary.
To achieve a regulated circulation of the electrolyte through the cells, as well as to guide the developed hydrogen and oxygen, special precautions are taken. In the embodiment shown in the drawings, the device for circulating the electrolyte is located within the unit or cell assembly itself.
The same applies mainly to the device for collecting the developed (rase. At one end of the group of cells there is a chamber 27 which forms a container for the anolyte and oxygen, while the chamber 28 is located at the opposite end of the group of cells for the catholyte and the hydrogen.
The chambers 27 and 28 lie between the relevant end walls of the cell group and the walls 27a and 28a, which are supported by heavy U-irons, which are joined together to form a kind of frame and which surround the named chambers, and are in the correct shape away from the cell walls.
Each individual cell of the group is equipped with a special device for feeding the anolyte from chamber 27 into the lower part of the anode compartment, as well as for conveying the anolyte from the upper part of the anode compartment to the anolyte chamber mentioned.
A corresponding device is provided for each individual cell for the purpose of supplying the catholyte from the .Kammer 28 in the lower part of the cathode compartment of the cell in question, as well as for conducting the catholyte from the upper part of the cathode compartment to the catholyte chamber. In the embodiment shown, a lower row of channels 29 for the supply of the electrolyte to the half-cells of each cell and an upper row of channels 30 for the return of the electrolyte in the chambers 27 and 28 is arranged.
The number of channels for each row is the same and equal to the number of cells forming a group, i.e. ten in the present case. Each of these channels communicates with only one of the cells, and opens into the anolyte chamber at one end and the catholyte chamber at the other end. For example, the consideration of the special cell containing the anode compartment A and the cathode compartment C (Fig. 2) shows that the supply line 29 for the electrolyte with the lower parts of the anode compartment A through several openings 31 distributed over the circumference with which Katho denkammer C through similar openings 32 are in communication.
Between these two groups of openings and essentially in the same plane with the diaphragm 13, a baffle plate or partition 33 is placed, which consists of suitable non-conductive material or of metal provided with an insulating coating. This partition divides the supply line 29 for the electrolyte into two special, non-communicating parts, full of which one through the openings 34 provided at the end concerned with the anolyte chamber 27, the other through openings 35 with the catholyte chamber 28 in Connection.
In a corresponding manner, the return line of the electrolyte of the cell A, C is divided by an intermediate wall 36 into two different sections, one of which is through the openings 37 and 38 with the anode compartment A BEZW. the anolyte chamber 27, the other through openings 39 and 40 with the cathode department C respectively. the catholyte chamber is in communication.
The typical, individual piping system for the electrolyte inlet, as described in the above under @ ezLig- in on cells A, C. ' described i, t, is found in the embodiment of the invention on which the illustration is based also in each of the other cells. Of course, the two groups of holes 31, 32 and 37, 39 provided for the supply and discharge of the electrolyte are arranged in each pair of the lines 29, 30 for the individual cells in different levels, as can be seen from FIG.
In order to keep the electrolyte level 41 in the anolyte and catholyte chambers at the same level, a line 42, Fig. 4, extending through the lower part of the cell group, is provided, which at the ends of the anolyte and catholyte cells, and that is below the level of the liquid contained therein in connection.
This compensating line 42 is not connected to any of the cells, nor does it contain a partition. It is used to compensate for the hydrostatic head in the anolyte and catholyte chambers.
The course of the electrolyte flow in the cell: 1C (Fig. 2) is indicated by the directional arrows drawn. The line run for the other cells is of course a corresponding one.
The heat generated in the cell by the electrolytic action, together with the abundant development of gas bubbles (hydrogen and oxygen), causes an upward flow of the electrolyte on opposite sides of the diaphragm located in the anode and xathode half-cells or compartments . The anolyte and the hatholyte emerge from the cells and through the hole group 37 respectively. 39 on the opposite sides of the partition wall 36 into the line 30.
The anolyte flows to the right into the anolyte chamber 27 and the catholyte to the left into the catholyte chamber 28.
In this way, the relatively hot electrolytes flow into the electrolyte masses contained in these chambers near surface 41 (Fig.
4) and lose a considerable amount of heat on the way through the conductive chamber walls 27 1 and 28a through conduction and radiation, if these chamber walls are made of heat-conducting material and are not protected, as is the case with the apparatus shown . As the electrolyte cools down, it naturally sinks to the bottom.
It is replaced by the continuous flow of warmer electrolyte from the outlet opening of the line 30. The cooler electrolyte in the lower parts of the chambers 27 and 28 thus flees continuously into the inlet ends of the line 29 and flows into the lower part of the relevant anode and cathode compartments, for example cell A0,
namely from the parts of the line in question located on opposite sides of the partition 33 through the openings 31 respectively. 32. In the same way, the aryiolate and catholyte pass through each of the other cells of the unit or group concerned. A regulated circulation of the anolyte and catholyte separately for each cell is achieved solely through the action of the transverse pressure hell.
This effect is of course reinforced by the mechanical effect of the uri-bubbles developed on the opposite sides of the cell diaphragms.
Under certain operating conditions, especially when working at electrolyte temperatures of about 71-83 C and above, the resulting greater conductivity of the electrolyte can lead to such an increase in the stroindiclite that it becomes difficult to prevent overheating as a result to prevent the resulting heat build-up.
since the normal thermal radiation capacity of the apparatus is no longer sufficient to keep the thermal equilibrium at a temperature which is considered to be most suitable in your case.
For this reason, and generally in the interest of more precise monitoring and control of the temperature, as well as achieving the correct flow rate for the electrolyte, it is sometimes advisable to provide an external cooling device for the chamber walls 27 "and 2811 instead of simply to rely on air cooling.
In the case shown, this auxiliary cooling device consists of water spraying devices 43, which can be arranged so that they spray the water against the walls mentioned, namely approximately at the level of the electrolyte level 41, where the electrolyte temperature is highest. With this arrangement, the heat exchange is relocated to the point of greatest temperature difference, whereby the greatest possible degree of cooling efficiency is achieved.
If the system contains several groups of cells, as shown in FIG. 1, a single spray pipe between every two groups can provide a double spray curtain for cooling the neighboring end walls of the group in question. The cooling water flowing down the walls 2711 and 28a can be collected by suitable collecting channels 44 or the like (FIG. 1) which let the water run into a sump at 4411.
Or you can divert the water by any suitable means, for example by deflecting plates 44b (Fig. 2) from the cell groups and leads it through troughs or channels (not shown in the drawing) to a suitable drainage point. The cooling water can be supplied through a main pipe 45, from which branch pipes 46 provided with valves lead to the spray devices.
The circulation channels 29 and 30 for the electrolyte extend across all cells. The diaphragms, as well as the electrode support plates or cell partitions, must be provided with suitable openings to enable this. It is also important to ensure that the joints between these parts and the above-mentioned ducts are effectively sealed so that they are liquid- and gas-tight, while at the same time precautions must be taken to prevent short circuits and reduce secondary flow losses to a minimum. This is expediently done by systematically isolating the interior of all lines immersed in the electrolyte or exposed to it.
The device seen in the illustrated case offers special advantages in various respects. The channels mentioned are made of suitable Isolierma material, such as rubber, hard rubber or the like, or they are coated with such material. In the present case, the channels are made of pieces of insulating material, and each channel is not made of one piece, rather it is composed of several annular pieces that fit together to form the complete line about the type of vertebrae of the backbone are.
The rings 47, which form the greater part of each individual channel, are blind; H. they have no opening at the beginning. Two rings 48 of each channel, however, are perforated to the above-mentioned passages 31, 32 respectively. 37, 39 to create, as well as the outflow of the electrolyte in the particular to the relevant channels. belonging cell respectively. allow the electrolyte to flow out of this cell into the duct.
Furthermore, the end rings 4811 of each channel, as already emphasized, with openings for the electrolyte occurs in the anolyte or catholyte chamber respectively. for receiving the electrolyte from these chambers. Each of the channel rings is offset, as indicated, in order to create seating surfaces for the connecting edges of the diaphragms 13 and the support plates 10 between two rings.
If it is the support plates, an insulating sealing device 50, for example a washer made of rubber or the like, is placed between the plate and the two rings resting on it. Similar insulation can, if desired, be provided at 51 to seal the abutting surface of the rings.
The pressure required to hold the ring pieces tightly together can be exerted by nuts 52 seated on the threaded ends of rods 15, the latter extending substantially at right angles to the flat seating surfaces of cell frames 14 so that end walls 271,28 @ Köinien are pressed firmly against the ends of the channels mentioned, where it is expedient to use interposed seals 5211.
The nuts 52 and Stan gene 15 are isolated from the plates by insulating sleeves 53 in a suitable manner.
A part of the hydrogen and oxygen developed in the cells sti-urite with the catholyte or Anolyte from the cells into the relevant channel 30 and on this path enters the catholyte and aryolyte chambers. During the downward flow of the gases to the channel 29, the gases have to be high because of the considerable hydrostatic pressure that is constantly maintained
Electrolytes have ample opportunity to separate themselves from this. The gases separated out in this way naturally enter the gas spaces 54 and 55 for oxygen and / or oxygen provided above the electrolyte level in the relevant chambers. Hydrogen.
For the best part, the developed (but race around the lines 30 into the oxygen compartments 56 and the hydrogen compartments 57 above the electrolyte level. These compartments 5t), 57 naturally serve as preliminary individual gas collectors for the cells in question, and are found in them the separation of the electrolyte entrained by the evolved gases takes place, as will be explained in more detail below.
From the rooms 56 the oxygen passes through channels 58 into an oxygen collecting chamber 59 which extends parallel to the channels 30. This collecting chamber opens into the anolyte-oxygen chamber 54, as indicated at 60.
However, it is closed at the opposite end and has no connection with the catholyte hydrogen chamber 55, rather it is separated from it by a double wall composed of the end cell wall 10b and a wall 61 lying on it, the latter being useful Copper is made.
In a corresponding manner, the hydrogen flows out of the spaces 57 above the electrolyte level in the cathode compartment through channels 62 which lead to the hydrogen collecting channel 63. The hydrogen chamber merely flows into the catholyte-hydrogen chamber and is closed at the opposite end and is protected from the aryte-oxygenate:
aiiinier separated by a double wall, which is composed of the end cell wall 10'1 and a wall 64, the latter suitably made of highly conductive metal, for example copper. Both the oxygen entering the space 54 from the oxygen collecting chamber 59 and the oxygen separated from the anolytes flowing into the anolyte chamber can flow through an oxygen discharge line 65 into an oxygen collecting pipe 66 (FIG. 1),
liquid mechanically entrained into the collecting tube by the oxygen can be discharged through a tube 67 into a feed container 68 for the anolyte, from which it can be drained by means of an outlet 69 provided with a valve.
In a corresponding manner, the hydrogen that collects in the gas space 55 above the catholyte is discharged through a discharge line 70 for the hydrogen into a hydrogen collecting tube 71, and the liquid that is possibly entrained is discharged through a discharge tube 72 into a receptacle 73 directs.
The lower ends of the containers 68 and 73 are connected to one another by means of a finite-valved expansion tube 74.
The gas collecting canisters 59 and 63 are expediently designed in a similar manner to the circulation lines 29 and 30 for the electrolyte. In the particular embodiment illustrated in the drawings, these rabbits consist of several long rectangular plates or blocks 75 made of insulating material, for example hard rubber, all of which are broken in the slope that,
when the blocks are lined up together with the correspondingly perforated diaphragms 13 and the cell walls, the chambers 59 and 63 are created. These chambers extend. therefore through all diaphragms and all cell walls except for one.
The openings in the cell walls 10 are slightly larger in cross section than the aforementioned collecting spaces, and the resulting annular space between the Kan th of the openings in the plates and the inner wall of each collecting chamber is taken by a suitable insulation body, for example a soft rubber washer 76 that lies between the above-mentioned insulating washers \? 0.
Those parts of the asbestos diaphragms 13 which are outside the edges of the electrodes 22, 23 are impregnated with rubber or made impermeable and non-conductive in some other way. Only the part of the diaphragms which lies within the dashed border line 77 (FIG. 4) remains permeable to the electrolyte.
The end wall 10b, where it closes off the oxygen collecting manifold 59, is covered with an outer washer or the like 78. Insulating washers 79 and 80 serve to isolate the edges of the double end wall 10a, 64 from the evacuation outlet of said chamber Hydrogen plenum 63 is isolated in a corresponding manner from the end walls mentioned.
It is therefore evident that the walls of the cjas collecting chambers are completely non-conductive; the same applies to the electrolyte channels. In addition, the outer surfaces of the double Dndwandungen 10a, 64 and 10b, 61 are covered with insulating material 81.
By using such an insulation to protect all surfaces outside of the cells themselves, which are directly or indirectly exposed to contact with the electrolyte, so that direct current paths between any anode and a cathode within the unit concerned, the secondary current losses are increased the uttermost reduced.
By arranging the alternating Rei hen 58 and 62 limited narrow passages for conduction of oxygen BEZW. Hydrogen from the relevant anode and cathode cell compartments into the collecting chambers 59 and 63 prevents the gases from rising from the surface of the electrolyte in the cell compartments if they rise at a considerable speed,
Such a considerable amount of the electrolyte including the gas bubbles mentioned is taken into the gas collection chambers as would otherwise be the case. Rather, the majority of these gas bubbles will hit the underside of the right-angled frames 75 and burst, so that the gas is released and most of the entrained liquid falls back, while the gas released in this way goes up through the channels 58 and 62 can enter the gas collection chambers.
Several multi-cell units can be connected to one another in rows by suitable means. As illustrated in Figure 1, attached to the protruding edges of adjacent end cell walls 61 are rails 82 of copper or the like for making such connections. Power supply lines (not shown) can be attached to the walls 61 at the extreme ends of the battery.
A tube 83, which opens into each electrolyte chamber of all cell groups and extends outside to a point above the electrolyte level, can serve as a filling inlet for refilling replacement water and, if desired, as a liquid level tube. Pipes 84 and 85 extend from the lower part of the electrolyte container, by means of which the electrolyte can be drained if necessary.
The cell groups or units can each be mounted on chassis, which are provided with rollers 86 running in rails 87, so that each individual group, after it is detached from the neighboring ones, can be fetched and, if necessary, replaced by another .
It should be emphasized that in the apparatus described the circulation of the electrolyte takes place in such a way that it moves from each individual half-cell on the way to special upper and lower channels to an end chamber to that half-cell and to other corresponding half-cells, for example anode cells of the cell group or unit concerned, with the electrolyte in the upper and lower channels mentioned being in no direct connection with the electrolyte in any other half-cell over their full length through any electrical conduction pathways.
In this way, the electrically conductive shunt paths formed by the electrolyte, which of course cannot be avoided if a common Umlaufsy stone is used for a number of cells, have a large length with a small cross section, i. H. so, these paths have a relatively high electrical resistance. This significantly reduces the shunt current losses.
It should also be pointed out that the design described above uses all of the electrical energy supplied in a particularly effective manner. Necessarily, only part of the electrical energy supplied can be used directly for the decomposition of the water into hydrogen and oxygen, while the rest of the energy supplied is immediately useless for these purposes, since it is converted into heat.
In the present case, this heat is used to reduce the internal resistance of the cells, and also to cause rapid circulation under the effect of the thermal pressure level of the electrolyte. This circulation again helps to maintain a more or less equally high and constant temperature in all parts of the cell group concerned, as well as to separate the gases from the electrolyte in an effective manner, which is very important when such large amounts of gas are in a confined space be generated.
In this way, the, for example, useless converting into heat and un.
Electrical energy not available directly for the decomposition of the water in your apparatus made available indirectly. In this context, the importance of the arrangement on which the preferred embodiment of the invention is based, which enables the temperature to be regulated as desired, becomes more evident, since this is achieved in every particular case with the cells the resulting constant temperature flows through the current (whereby the "artificial cooling" should be disregarded)
reached a height. in which the heat emitted or dissipated by air flow is equal to the amount of electrical energy that is directly useless for the development of gas, namely electrical energy converted into heat within the cells. With the present arrangement, the operating temperature is under complete control within wide limits.
But it should not be deduced from this that the arrangement of special cooling devices is an unconditional prerequisite for achieving the purposes for which the invention serves in its most general scope.
It should be emphasized that the design described offers the smallest possible areas for heat radiation. In this respect, it also distinguishes from the electrolysers previously proposed, in which the device is equipped with devices for cooling and / or. are pre-set for temperature control.
This is of particular importance in those cases where the amount of electrical energy initially uselessly converted into heat is relatively small compared to the total electrical energy supplied, since the operating temperature, for example <B> 71-83 '</ B> C,
or another preferred operating temperature Bezw. an operating star operating range cannot easily be reached in such cases where the radiation areas are relatively larger.
Under certain circumstances, including when using the apparatus described, it may prove desirable to reduce the heat loss due to radiation or other heat losses caused by the exposed surfaces even more by using a suitable external heat insulation.
The described embodiment offers particular advantages in this regard, since the four side and the two end walls of each individual group are smooth and essentially free of protruding parts, such as inlet or outlet pipes and the like, so that it is very simple To apply thermal insulation or coatings. The insulating coating, once applied, is in no way a hindrance until it becomes necessary, for example, to completely clear the cells again.
When using the type of apparatus described above, one can work with relatively high current densities, for example of 0.15-0.5 amps and more per cm 'of free electrode area.
In the foregoing, a particular embodiment has been described for the purpose of more precise explanation of the principle underlying the invention. This is by no means to say that the invention is restricted to the particular details shown.