Elektrolytischer Apparat zur Gaserzeugung. Vorliegende Erfindung betrifft einen elektrolytischen Apparat zur Gaserzeugung, bei welchem Leitungen vorgesehen sind, die die Anolyt- und Katholytabteilungen einer Mehrzahl von elektrolytischen Zellen mit den ano,dischen und kath.odischen Gas.absicheid-e- kammern in der Weise verbinden, da,ss eine getrennte Zirkulation der Anolyt- und .der Katolytflüssigkeit erzeugt wird.
Gemäss Erfindung sind Mittel vorgesehen, um Verbindungsleitungen zwischen den elek- trolytischen Zellen und den Gasabscheide- ka.mmern in bezug auf ihre Höhe über den Zellen einzustellen.
Beiliegende Zeichnung stellt ein Ausfüh rungsbeispiel des Erfinclungsgegenstandes dar.
Fig. 1 stellt den Apparat in Seitenan sicht dar; Fig. 2 ist eine Ansicht des einen Endes; Fig. 3 zeigt einen Teil in Aufsicht, und Fig. 4 ist eine Aufsicht auf einen andern Teil des Apparates mit einem Teilschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1; Fig. 5 ist ein .Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 1; Fig. 6 ist eine Einzelsohnittdarstellung, die eine Variante betrifft;
Fig. 7 stellt in -einer Seitenansicht; teil weise im Schnitt, die Einzelheiten einer Zel- lengrüppe dar; Fig. 8 ist ein -Schnitt nach .der Linie 8-8 der Fig. 7; Fig. 9 veranschaulicht in einem Schnitt in: erheblich grösserem. Massstabe einen Teil einer Zellengruppe im einzelnen;
Fig. 10 veranschaulicht in einer Seiten ansicht, bei der einzelne Teile weggebrochen gedacht sind, eine Diaphragmakonstruk= tion; Fig. 11 stellt in einer Seitenansicht eine Ausführungsform der Einrichtung zum Küh len, zum Sammeln der Gasbläschen; sowie zum Waschen des Elektrolyten dar; Fig. 12 veranschaulicbt eine andere Aus führungsform dieser Einrichtung; Fig. 13 ist ein Schnitt nach Linie 13-13 der Fig. 12;
Fig. 14 ist eine Seitenansicht eines Ein lassüberlaufes einer andern Ausführungsform der Einrichtung zum Kühlen, zurr Sammeln der Gasbläschen und zum Waschen; Fig. 15 ist eine Einzeldarstellung einer Schauglas- und Isolierverbindung; Fig. 16 stellt in Aufsicht ein Rüekfüh- rungssammelrohr dar; Fig. 17 zeigt dieses Sammelrohr in Seiten ansicht;
Fig. 18 ist eine Endansicht auf eine iso lierte Rohrverbindung; Fig. 19 ist ein Längsschnitt nach der Linie 19-19 der Fig. 18.
Der dargestellte Apparat besitzt zwei Gruppen A von in Reihen angeordneten Zel len B. Die Zahl der Einheiten jeder Gruppe, sowie die Zahl .der Gruppen des Apparates kann nach Belieben gewählt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält jede Einheit eine Zellen- oder Scheidewand 1, beispielsweise aus dünnem Stahlblech, die zwischen nasch innen gerichtete Flanschen 2 zweier Rahmenteile 3 geklemmt sind. Die Teile 3 sind, wie dargestellt, mit einem Au ssenflansch 4 versehen.
Sämtliche Zellen- w ände mit Ausnahme derjenigen, die die Endwände der Zellengruppen bilden, tragen auf beiden Seiten eine Elektrode von .geeig neter Ausbildung. Jede Endwand der Gruppe trägt nur eine Elektrode. Beim Zu sammensetzen der Zelleneinheiten wird zwi schen die Flansche 4 der benachbarten Zel len ein durchlässiges Di.a.phra.gma 5 ge klemmt.
Die Dia.phragmen 5, sowie idie Trennwände 1 wechseln miteinander ab. Pa- rallel zu jeder Diaphragmafläche und ihr dicht gegenüberliegend ist eine Elektrode angeordnet, derart, dass, wenn die Zellen räume zwischen den Trennwänden mit einem geeigneten Elektrolyten gefüllt sind und ein Strom durch die Gruppe .geschickt wird, an der Anodenelektrode Sauerstoff und an der KathodenelektrodeWasserstoff gebildet wird.
Der Anolytzellenra,um einer Einheit ist von dem Katholytzellenraum der benachbarten Einheit :durch ein Diaphragma 5 getrennt, durch das der Elektrolyt hindurchtreten kann, das aber .den Durchtritt ,des Gases ver hindert.
Die Fig. 1, 3 und 4 stellen zwei Gruppen von Zelleneinheiten dar; es versteht sich aber, dass jede beliebige Anzahl von in Reihe ge schalteten Einheiten benutzt werden kann. Die Zeichnungen stellen sechs Einheiten in jeder Gruppe dar; diese Zahl ist aber ledig lich beispielsweise angenommen, und zwar deshalb, weil eine Gruppe von dieser Grösse leicht gehandhabt werden kann.
Jeder Anolytra.hmenteil 3 ist mit zwei Öffnungen 6 und 7 und jeder Katholyt- rahmenteil 3 mit zwei Öffnungen 8 und 9 versehen. Mit den Öffnungen 6 jeder Gruppe steht ein Rücklaufsammelrohr 10 in Verbin dung. Ein ähnliches Sammelrohr 11 steht mit den Öffnungen 9 jedes Zellenraumes je-. der Gruppe in Verbindung. Ein Sammelrohr 12 ist mit sämtlichen Öffnungen 7 und ein Sammelrohr 13 mit dem Innern der Zellen durch ,die Öffnungen 8 jeder Gruppe verbun den.
Die Öffnungen 8, sowie das Sammel- rohr 13 sind von grösserer Durchlassweite als die Öffnungen 7 und das Sammelrohr 12.
Von jedem Sammelrohr 12 geht ein Steig rohr 14 aus, das mit einem Sauerstoffa.nolyt- hauptrohre 15 in Verbindung steht, während ein :Steigrohr 16 von jedem Sammelrohr 13 zu einem Wasserstoffkatholythauptrohr 17 führt. Die Hauptrohre 15 und 17 sind in einiger Entfernung oberhalb der obern Zel lenenden angeordnet, wie Fig. 1 erkennen lässt. Das Hauptrohr 15 steht mit dem obern Teil eines Sauerstoffabseheidebehälters 18 in Verbindung, während das Hauptrohr 17 in den obern Teil eines Wasserstoffabscheide- behälters 19 mündet.
Das Sammelrohr 10 steht mit einem Hauptrohr 20 in Verbindung, das seinerseits in den untern Teil des Behälters 18 mündet, und das Sammelrohr 11 ist an ein Hauptrohr 21 angeschlossen, das in den untern Teil des Behälters 19 eintritt. Die Hauptrohre 15, 17, 20 und 21 dienen dem gemeinsamen Zwecke, die gasförmigen Erzeugnisse der Elektrolyse zusammen mit dem mitgerissenen Elektro <B>0</B> lyten aus den Elektrolytzellen in die Ab seheidebehä.lter 1.8 und 19 zu führen, in denen die Abscheidung der gasförmigen Er zeugnisse von dem flüssigen Elektrolyten erfolgt,
sowie für den Rückfluss des im we sentlichen von Gas befreiten Elektrolyten aus den Behältern in die Zellen zu sorgen, wodurch ein geschlossener Kreislauf für den Elektrolyten aufrechterhalten wird.
Wie die Zeichnungen erkennen lassen, stehen die Sammelrahre 10 und 11 mit den untern. Teilen der Zellenräume in Verbin dung, so dass der von Gas befreite Elektro lyt den ,aufsteigenden Gasen nicht entgegen strömt.
Der Austritt aus den Hauptrohren 15 und 1.7 in die Behälter 18 bezw. 19 erfolgt durch: isolierende Rohrabschnitte 22 und 23 hin- ,durch. Das Gemisch von Gas und. Elektro lyt, Idas infolge der selbsttätigen auf dem Gasgehalt des Gemisches beruhenden Hub wirkung in .die Behälter übergeführt wird, tritt oberhalb des Spiegels des Elektrölyten in den Behältern in diese aus.
Innerhalb jedes der Behälter 18 und. 19 ist ein Siebeinsatz 24 aufgehängt. Dieser Siebeinsatz kann aus einer einzelnen Lage oder Schicht oder einer beliebigen Anzahl Lagen von durchbrochenem Material beste hen. Er wird von einem ringförmigen Rah men gehalten, der durch Drähte 124 (Fig. 5) an einem oder mehreren in der Nähe des obern Endes des Behälters befindlichen Punkten aufgehängt wird.
Jeder Draht ist mit einer Schleife versehen, die über einen auf der Innenseite des Behälters vorgesehe nen Vorsprung greift, sowie mit einem Hand griff 125, mittelst dessen der Siebeinsatz nach Abnahme des Behälterdeckels aus dem Behälter herausgenommen werden 'kann, um gereinigt oder ersetzt zu werden, oder zu an dern Zwecken.
Der Zweck der Siebeinsätze, die vorteil- hafterweise aus einem. gegenüber dem heissen Elektrolyten und den in Entstehung begrif fenen Gasen widerstandsfähigen Metallge webe bestehen, ist der, die winzigen Gas bläschen, die in- - dem @ Elektrolyten im Zu stande der überspannung suspendiert sind, zum Zusammenfliessen zu bringen und da- durch grössere Blasen -zu bilden,
die dann platzen und dem in ihnen enthaltenen Gase ermö glichen, sich mit -dem übrigen Gas zu mischen und in den obern Teil des Behälters zu steigen, während der schwerere Elektro lyt, sowie die etwa in ihm enthaltenen Un- reinigkeiten auf den Boden des Behälters sinken.
Während des Abwärtswanderns des Elektrolyten im Behälter verliert er derar tige feine Gasblasen, die durch das Sieb hin durchgegangen sind; diese fliessen dann zu- samuien und steigen an die Oberfläche.
In der Nähe des untern Endes des Behäl ters 18, .aber oberhalb seines Bodens, ist ein mit einem Ventil ausgerüstetes Rohr 25 vor gesehen. Eine ähnliche Rohrverbindung 26 geht von dem Behälter 19 aus. Das Rohr stück 25 stellt die Verbindung mit einem @Wiederverteilungsbehälter 27 (Fig. 1), sowie durch Vermittlung eines mit einem Ventil versehenen Abzweigrohres 28 die Verbindung mit dem Rückla;wfhauptrohr 20 her.
Das Rohrstück 26 ist in ähnlicher Weise mit dem Behälter 27 und dem Rücklaufhauptrohr 2T durch ein mit Ventil versehenes Zweigrohr 29 verbunden. Ein zusätzliches, ebenfalls mit Ventil versehenes Verbindungsrohr 30 ist zwi schen dem Behälter 27 und -dem Hauptrohr 20 vorgesehen, und ein weiteres ähnliches mit Ventil ausgerüstetes Verbindungsrohr 31 befindet sich zwischen: dem genannten Be hälter und dem Hauptrohr 21.
Gewünschten falls kann der Elektrolyt, nachdem er von seinem Gase befreit ist, mittelst einer in dem Behälter 27 vorgesehenen Dampfschlange be heizt werden. Es kann aber jede andere Heizvorrichtung innerhalb des Behälters oder an einer oder mehreren beliebigen andern Stellen zwischen den Abscheidebehältern und den Zellen Verwendung finden.
Der Behälter 27 ist mit einem Thermo meter 33 versehen, mittelst dessen die Tem peratur des Elektrolyten festgestellt werden kann. Ähnliche Thermometer 34 können in den Anolyt- und gatholythauptrohren 15 und 17 zwischen ,den Isolierverbindungen 22 und 23 und den Behältern 18 und 19 vor gesehen sein.. An verschiedenen Stellen des R.ohr- sy stems können Schaugläser 35, wie sie wei ter unten beschrieben werden, vorgesehen sein.
Ferner sind zweckmässig an den Behäl tern 18 und 19, sowie an andern Stellen des Apparates Wa.sserstandsgläser 36 angeord net, .die den den Apparat Bedienenden in Stand setzen, die Betriebsverhältnisse zu überwachen.
Zur Erzielung des Umlaufs des Elektro lyten und der entstehenden Gase durch das System ist es erwünscht, dass an einer Stelle des Umlaufsystems die Temperatur der Gase sowie des mitgerissenen Anoly ten und Ka.- tholyten niedriger ist als die Temperatur des Elektrolyten und der Gase in den Zellen, wodurch das Volumen des Inhalts des Sy stems entweder durch Zusammenziehung in folge der erniedrigten Temperatur oder durch die Kondenswirkung verringert wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Erniedrigung der Temperatur in den Abscheidebehältern 18 und 19 durchge führt. Es versteht sich aber, dass Kühlkam- rnern an irgend einer Stelle zwischen den Zellen und den genannten Behältern ange ordnet sein können. Zweckmässig in. den obern Teilen der Behälter, in denen sich der mitgerissene Elektrolyt infolge der Schwere von dem Gase trennt, wird eine Temperatur aufrecht erhalten, die niedriger ist als die jenige der Elektrolytm.asse in den untern Teilen der Behälter.
Dies kann dadurch er reicht werden, dass man sämtliche Teile des Umlaufsystems, mitAusnahme vielleicht der eigentlichen Zellen, mit einer isolierenden Hülle versieht, die obern Teile der Behälter 18 und 19 dagegen frei lässt, so da.ss die Raumtemperatur die Feuchtigkeit und die mitgerissenen Unreinigkeiten, wie<I>Na. 0 H</I> oder K 0 H, zum Kondensieren bringt und sie v eranlasst, in den in den untern Teilen der Behälter befindlichen Elektrolyten zu sinken, bevor die Gase durch das Rohr 64 entweichen.
In Fig. 5 ist die Isolierung 37 der untern Teile der Behälter in gestrichelten Linien angedeutet. Gewüns-chtenfalls können die obern Teile der Behälter, in denen das Gas sich vom Elektrolyten trennt, mit Hilfe eines Wasser mantels 38 (Fig. <B>6),</B> oder mit Hilfe einer Rohrschlange, durch die eine Kühlflüssigkeit strömt, gekühlt. werden.
Die Böden der Behälter 18 und 19 sind zweckmässig in der dargestellten Weise ke gelförmig gestaltet und- mit Ventilen<B>118</B> ausgerüstet, durch die feste oder halbfeste Stoffe aus den Behältern abgelassen werden können. Jeder der Behälter ist ferner mit einem mit Ventil versehenen Ablass- und Probeentnahmerohr 119 ausgerüstet, durch das Proben des Elektrolyten für Unter- suchungszwecke entnommen werden können.
Die Einrichtung zum Absetzenlassen und zum Entfernen fester Massen, wie Schlamm, ist deshalb von Wert, weil es oft unmöglich ist, handelsübliche Lösungsmittel für das Ätznatron oder das Ätzalkali zu beschaffen, die frei von unlöslichen Stoffen, wie Kiesel erde, Tonerde, Eisenhydrat. Kalk, Magnesia. usw., sind. Sind derartige Stoffe in fein ver teiltem Zustande vorhanden, so werden sie in die Abschei.debehälter mit hinübergerissen; sie schlagen sich hier nieder und sammeln sich in dem kegelförmigen Bodenteil, aus dem sie von Zeit zu Zeit abgelassen werden können.
In ähnlicher Weise werden etwa in den Zellen oder Rohrleitungen sieh abscheidende oder durch das Speisewasser eingeführte feste Massen mit in die Behälter hinüber gerissen und; in deren untern Teilen abge setzt, wo sie abgelassen werden können, be vor die Gefahr einer übermässigen Ansamm lung entsteht. Bei Anwendung der Absetz- ka,mmern im untern; Teile der Behälter ist es in vielen Fällen möglich, undestilliertes Speisewasser, sowie handelsübliche Läsungs- mittel für den Elektrolyten anzuwenden, ohne Gefahr zu laufen, da.ss sich das System verstopft.
Die Hauptrohre 1,5, 17, 20 und 21 sind in eine Anzahl von mit :Flanschen versehenen Rohrabschnitten unterteilt, von denen jeder von dem andern mittelst einer isolierenden Zwiseherilage 39 (Fig. 18 und 19) elektüsclh isoliert ist. Die Flanschen der Rohrabschnitte sind miteinander, sowie mit der Zwischen lage 39 mit Hilfe von Bolzen verbunden, die von den Flanschen durch Isolierhüleen 40 isoliert sind.
Die Zwischenlage 39 besteht zweckmässig aus einem Stoffe, der der Wir kung des heissen Elektrolyten und der in Entstehung begriffenen Gase widersteht, und der unter dem Druck der Verbindungsschrau ben nur wenig zusammengedrückt wird. Dichtungsplatten aus gepresstem Asbest eignen sich gut für diesen Zweck.
Durch Unterteilung der Hauptrohre in der beschriebenen Weise, sowie durch elek trische Isolierung der einzelnen Abschnitte voneinander wird die D ntstehung von Ne bensehlussströmen verhindert und die Erzen- gung unreiner Gase auf ein zu vernachläs sigendes Mass verringert. Die Anzahl der Unterabteilungen zwischen zwei beliebigen Zellengruppen beträgt bei dem dargestellten Apparat zwei; man kann die Zahl aber ge- wünschtenfalls erhöhen, um noch bessere Er gebnisse zu erzielen.
Jedes Rücklaufsammelrohr 10 steht mit sämtlichen Anodenzellenräumen einer Zellen gruppe, sowie mit dem Rücklaufhauptrohr 20 durch ein mit Ventil ausgerüstetes Rohr dl in Verbindung, in das ein Schaurohr ein geschaltet ist. Das Sammelrohr 10 ist fer ner mittelst eines Steigrohres 42 an ein Hilfs- bauptrohr 43 angeschlossen, das aus- isolier ten Rohrabschnitten besteht und zu einer Hilfskammer 44 führt, die auf dem den Ab scheidebehältern 1$ und 19 gegenüberliegen den Ende des Apparates liegt.
Jedes Rücklaufsammelrohr 11 ist in ähn licher Weise durch ein Hauptrohr 45 mit einer Hilfskammer 46 verbunden, die auf demselben Ende des Apparates wie die Kam mer 44 liegt. Die Hauptrohre 43 und 45, sowie die Behälter 44 und 46 sind an einer Stelle angeordnet;
die höher liegt als irgend eine Stelle, bis zu der .der Elektrolytspiegel während des Betriebes des Apparates steigen kann, und die Behälter 44 und 46 sind mit den Rüeklaufhauptrohren 20 bezw. 21 durch Steigrohre 47- und 48 verbunden, von denen jedes ein Ventil 49 enthält und mit einem Ablassventil 50 versehen ist.
Die von den Abscheidebehältern 18 und 19 zu den Zellen führenden Rücklaufhaupt- rohre 20 und 21, sowie die Abführungs- hauptrotere 15 und 17 liegen höher als die obern Enden des Zellengehäuses, und die Hilfshauptrohre 43 und 45, sowie die Hilfs behälter 44 und 46 liegen wieder höher als die Hauptrohre 15 und 17.
Etwa im Elek trolyten der Abscheidebehälter oder der Rücklaufvembindungen sieh bildendes oder in den Elektrolyten gelangendes Gas wird also durch die Strömung des Elektrolyten aus den Kammern mitgerissen und findet einen Ausweg in die Hilfskammern, so dass der Elektrolyt frei von Gas in die Zellen ein tritt. Die Hilfskammern stehen bei der dar gestellten Ausführungsform mit der Aussen- luft in freier Verbindung.
Die Gase können aber aus den Hilfskammern gewünschten falls auch zu einem Sammelbehäder geführt werden.
Die Rücklaufsammelrohre 10 und 11, so wie die Abführungssammelrohre 12 und 13 sind. mit den zugehörigen Zellenräumen durch isolierende Steigrohre 51 verbunden, die zweckmässig mit Schaugläsern 35 ausgerüstet sind.
Die Ausführung und Anordnung der Sammelrohre 10 und 11 ist folgende- Das Sammelrohr (Fig. 16 und 17) bildet zusam men mit seinem Verbindungsrohr 41 ein U- förmiges Gebilde, dessen Schenkel wagreeht verlaufen, und zwar derart, dass das Rohr 41 unmittelbar unterhalb des Rücklaufhaupt- rohres liegt, mit dem es verbunden ist.
Das freie Ende des Rohres 41 ist an die Unter seite des Hauptrohres angeschlossen, wobei in die betreffende Verbindung ein Ventil 52 eingeschaltet ist. Jedes Sammelrohr ist mit mehreren nach unten gerichteten Nippeln 53 versehen, die jeder mit einem Steigrohr 51 verbunden sind.
Die Steigröhre 51, sowie die isolierten mit Schaugläsern 35 ausgerüsteten Rohrab schnitte sind zweckmässig in folgender Weise_ ausgebildet. Zwischen zwei Rohrnippeln 55, die jeder am äussern Ende mit Gewinde ver sehen sind, ist in gleicher axialer Richtung mit ihnen ein dickwandiges Glasrohr 54 (Fig. 15) angeordnet. Die Verbindungsstel len zwischen dem Rohr 54 und den Nippeln sind mit einer biegsamen oder halbbiegsamen Hülse 56 aus Gummi oder einem andern ge eigneten Stoffe überzogen und mit dem Rohre, sowie den Nippeln mit Hilfe geeig neter Bänder 57 verbunden. An das mit Ge winde versehene Ende jedes Nippels 55 ist eine Verschraubung 58 angeschlossen, mit deren Hilfe die Schaugläser mit. einer Rohr leitung verbunden werden können.
Die unterteilten Hauptrohre 15, 17, 20,. 21, 43 und 45 werden von einem Rahmen ge tragen, gegenüber dem sie isoliert sind. Die ser Rahmen wird durch eine Reihe von aus Rohren bestehenden Säulen 59 (Fig. 1) ge bildet, die in der mittleren Längslinie des Apparates angeordnet sind. Jedes Hauptrohr ruht auf. einem Block 60 aus Isoliermaterial, der am Ende oder in der Nähe des Endes eines an die Säule angeklemmten Querarmes 61 auf diesem angebracht ist. Die Hilfs kammern 44 und 46 ruhen auf isolierenden Blöcken des Querarrnes 61, der die Haupt rohre 15 und 17 auf dem einen Ende des Apparates trägt.
Die Verbindung der Querarme 61 mit den Säulen durch Anklemmen ermöglicht es, dass die Querarme bequem gehoben oder ge senkt werden können, um die Höhenlage der verschiedenen Hauptrohrpaare in bezug auf die Zellen und aufeinander einzustellen, fer ner die Montage und den Einbau des Appa rates als Ganzes zu erleichtern und die Ein stellung des Masses der Gashubwirkung, so wie anderer Zirkulationsbedingungen, sowie der Strömung des Elektrolyten und der Gase innerhalb des Systems zu ermöglichen, der art, dass verschiedene Drucke, seien es hy drostatische oder andere, auf einer oder bei den Seiten,
nämlich der anolytisehen oder katholytisehen, des Umlauf- und Erzeu gungssystems ausgeglichen werden. Alles das ist von Wert, um für die Ausbeute an möglichst reinem Gas oder andern Reak tionsprodukten günstige Bedingungen zu schaffen.
Um die Hauptrohre 15, 20 und 43 gegen über den Hauptrohren 17, 21 und 45 in ver schiedene Höhenlagen zu bringen, können die Isolierblöcke 60 auf der einen Seite der Mittellinie des Apparates höher als auf der andern ,gehalten werden, oder es kann ein besonderer Querarm zur Unterstützung jedes Hauptrohres an Stelle eines einzigen Quer armes zur Unterstützung eines Paares. von Hauptrohren vorgesehen sein.
Der aus dem Behälter 18 kommende Sauerstoff kann gewünschtenfalls einem Kühl-, Brause- und Wasehbehälter 62 zuge führt werden. In gleicher Weise kann der Wasserstoff in einen entsprechenden Behäl ter 63 eingeführt werden. Der Behälter 63 kann etwa die doppelte Aufnahmefähigkeit des Behälters 62 besitzen. Die Waschbehälter sind, abgesehen von der Grösse, .gleichartig ausgebildet, so dass die Beschreibung eines dieser Behälter genügt.
Der Sauerstoff verlä.sst den Behälter 18 durch ein Rohr 64, das mit einem isolierten Schauglasabschnitt,35 versehen ist. Dieser Abschnitt ist in den obern Teil des Behäl ters 62 eingeführt und endigt an einer über dem Boden dieses Behälters liegenden Stelle.. Am untern Ende des Rohres 64 sitzt ein Sieb 65 (Fig. 11), das zweckmässig in derselben Weise wie die Siebe 24 in den Behältern 18 und 19 ausgebildet ist. Dieses Sieb bildet ein durchlässiges Diaphragma. innerhalb des Behälters.
Das Wasser, das dem Behälter 62 durch ein mit Ventil versehenes Rohr 66 (Fig. 3) zugeführt wird, wird im Behälter mittelst eines mit diesem in der Nähe des Bodens in Verbindung stehenden Standrohres 67 auf annähernd konstanter Höhe gehalten. Der Wasserspiegel im Behälter liegt erheblich oberhalb des Siebes 65, so dass das aus dem Rohr 64 tretende Gas durch das Sieb nach oben blubbert, wobei die Blasen zerteilt wer den und das Gas griindlich gewaschen wird, bevor es mittelst einer am obern Ende des Behälters vorgesehenen Rohrverbindung 68 abgeführt wird. Jeder der Waschbehälter ist mit einem Wasserstandsglase versehen.
Die Behälter sind miteinander durch ein mit einem Drosselventil ausgerüstetes Röhr 69 verbunden, das einen mit Ventil versehenen Ablassstutzen 70 besitzt.
Eine andere Ausführungsform der Kühl- und Waschvorrichtung ist in Fig. 12, 13 und 14 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Sauerstoff- und Wasserstoffbehälter 62 und 63 von im wesentlichen gleicher Bau art wie die oben beschriebenen, mit dem Un terschiede, da.ss hier statt der in ihrer Höhe unveränderlichen Überläufe einstellbare Überläufe Verwendung finden.
Jeder Überlauf besteht aus einem Stand rohr 71, das mit seinem Behälter 62 bezw. 63 in der Nähe des Bodens in Verbindung steht. Das Standrohr ist unten geschlossen und enthält ein Üb.erlaufrolhr 72, das durch den Boden geführt ist und sich innerhalb des Standrohres aufwärts erstreckt. Im Rohre 72 ist ein weiteres Rohr 73 teleskopartig verschiebbar. Das Rohr 73 ist mit einer An zahl Öffnungen 74. und mit einer Stange 75 versehen, dis durch den Deckelteil des Stand rohres hindurchragt. Mittelst einer Klemm schraube 76 kann das Rohr 73 in jeder ge wünschten Stellung gegenüber dem Rohr 72 festgestellt werden.
Die aus dem Behälter kommende Wasch flüssigkeit tritt in das Standrohr ein; sie steigt in diesem bis zur Höhe der Öffnungen 74 und tritt am untern Ende des Rohres aus. Die Einstellb:arkeit des Rohres 73 wird dazu benutzt, den Flüssigkeitsspiegel im Behälter auf jeder gewünschten Höhe -zu halten.
Statt des oben beschriebenen besonderen Einlassrohres 66 für jeden Behälter findet ein senkrecht angeordnetes zylindrisches Rohr 77 Verwendung, das .zweckmässig zwi schen den Behältern 62 und 63 angeordnet ist. Dieses Rohr ist durch eine senkrechte Zwischenwand 78 (Fig. 13) in zwei Kam mern 79 und 80 unterteilt. Das Röhr ist in das-Rohrverbindungsstück 69 zwischen den untern enden der Behälter 62 und 63 einge fügt, wobei die Kammer 79 mit dem Behäl ter 62 und die Kammer 80 mit dem Behälter 63 in Verbindung steht.
Das Rohr 77 ist oben offen und die Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, wird den Kammern 79 und 80 mittelst der Hähne 81 bezw. 82 zugeführt. Die Kam mern stehen am untern Ende mittelst Aus gleichrohrverbindungen- 83, die mit einem Drosseiv.entil 84 und einem Ablassventil 85 versehen sind, miteinander in. Verbindung. Das Rohr 77 ist mit einem Wass-erstandsglas 86 versehen, das den Flüssigkeitsspiegel in einer der Kammern 79 und 80 bezw. in bei-.
den Kammern anzeigt.
Die in dem Apparat benutzten Elektro den können von beliebiger geeigneter Bau art sein. Zweckmässig finden aber Elektro- den 8 7 Verwendung, die aus mehreren durch brochenen Lagen oder Platten, beispielsweise aus Drahtgeflecht, bestehen, dessen Metall durch den Elektrolyten bezw. durch die Temperatur des Elektrolyten nicht angegrif fen wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Elektrode (Fig. 7 bis 10) sind die durch lässigen Platten an ihren Rändern zusam mengeschmolzen oder -geschweisst, derart, dass ein fester Rand entsteht. Diese Ränder sind beispielsweise durch Schweissen mit Zapfen 88 verbunden, die von den die Trenn wände der Zellen bildenden Platten 1 vor- springen. Bevor die Elek- trodenplattenpakete mit den Zapfen 88 ver bunden werden, werden die Elektroden mehr oder weniger flachgedrückt, was beispiels weise dadurch geschehen k?nn,
dass man sie durch Walzen laufen lässt. Es - kann aber auch jede einzelne Lage mehr oder weniger flachgedrückt werden, bevor sie zur Bildung der Elektrode mit andern vereinigt wird. Dar Zweck des Flachdrückens der die Elektrode bildenden Gewebelagen ist der, die Stärke der einzelnen Lagen bezw. der aus mehreren Lagen gebildeten Elektrode zu verringern, ohne die Abmessungen der einzelnen Drähte zu vermindern bezw. ihre elektrische Leit fähigkeit zu beeinträchtigen, sowie ohne die Öffnungen zwischen den Ketten- und Schuss- fäden des betreffenden Gewebes zu verklei= nenn.
Das Gewebe wird nämlich an den Scheitelstellen oder Kämmen der Ketten oder Schuss.drähte, oder beider Drähte flach gedrückt, d. h. einzelne oder sämtliche Drähte des Gewebes werden dort flaehgedrückt, wo sie andere Drähte kreuzen.
Beim Zusammenbau der Zellen wird ein Diaphrabgina 5 zwischen den freien Flächen der Elektroden angeordnet, und zwar so, dass die genannten Flächen in unmittelbarer Nähe des Diaphragmas liegen. Dadurch, dass die Elektroden flachgedrückt sind, wird, es mög lich, jede einzelne Lage der Elektroden wei ter an das Diaphragnia heranzubringen, als wenn die Lagen nicht so zusammengepress.t wären.
Jedes Dia,phragma besteht aus einem Isoliermaterial von solcher Beschaffenheit, dass der Eiektrolyt frei hindurchtreten kann, dass aber der Durchtritt der bei der Zerset zung des Elektrolyten oder eines Teils des. Elektrolyten entstehenden Gase verhindert wird.
Jedes Diaphragma besteht aus einer Lage 5 des gewünschten Materials, im vorliegen den Falle einer Lage aus Asbestgewebe, de ren Gestalt der Form des Zellenraumes, wie er durch die Wände 3 gegeben ist, entspricht. Lä.ngs der Kanten des Diaphragmas sind Einlagestreifen 89 vorgesehen, die einen Rahmen für das Diaphragma bilden.
Auf beiden Seiten des Diaphragmas ist ein Rand 90 vorgesehen, der an das Dia phragma, sowie an die Einlagestreifen mit- telst einer Gummilösung angeklebt ist. Die Ränder werden dann an die genannten Teile mittelst Asbestfäden angenäht.
Die Kanten des vorstehend beschriebenen Gebildes werden mit, einer Gummiabdichtung 92 umgeben, und die letztere wird von einer Packung 93 eingeschlossen, deren Aussen abmessungen grösser sind, als die grössten Abmessungen des Zellengebildes, derart, dass wenn das Diaphra.gmagebilde zwischen die Flansehen 4 eingeklemmt ist, die Packung 93 über die äusseren Kanten der Flanschen hinausragt. Wenn das Diaphra.gma in die Zelle eingebaut ist, bringt man eine zusätz liche Packung 94 zwischen jeden Flansch und das Diaphragma, um die Räume zwi schen den Teilen 89, 90, 92 und 93 abzu dichten. Diese Packungen können mit Hilfe eines isolierenden Kittes, z. B.
Gummi, an das Diaphragma angeklebt werden.
Die Flanschen 4 sind mit Öffnungen ver sehen, die beim Zusammensetzen der Zellen in einer Flucht liegen. Durch die Löcher der Flanschen jeder Zellengruppe werden Bolzen 95 geführt, die von den Flanschen mit Hilfe von Unterlegscheiben 96 isoliert sind. Zwi schen den Flanschen jedes Zellenrahmen paares 3 sind auf die Bolzen Hülsen 97 auf- gereiht.
Die Teile 89, 90, 93 und 94; werden zweckmässig aus entsprechend zugeschnitte- nen Stücken von zusammengepressten Asbest platten hergestellt. Dieses Material isoliert und bildet, obgleich es etwas zusammenge drückt werden kann, um die Verbindung mit andern Materialien flüssigkeitsdicht zu ma chen, einen Rand für das Diaphragma, der für die in Frage kommenden Zwecke stark genug und gleichzeitig mehr oder weniger nachgiebig ist., sowie gewünschtenfalls an genäht werden kann.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Zellen werden mit dem Elek trolyten, beispielsweise einer wässerigen Lö sung einer Säure oder eines Alkalis, gefüllt, und zwar so weit, dass der Elektrolyt im Ruhezustande über den obern Enden der Zellen in den Auslass- und Rücklaufsteig- rohren steht. Man 1ä sst dann einen geeig neten elektrischen Strom. durch sämtliche Zellen des Apparates fliessen, um durch die Zersetzung des Elektrolyten Gase (Sauer stoff und Wasserstoff) zu erzeugen.
Die Bildung des oder der Gase, sowie die in dem Elektrolyten durch den mit hoher Dichte wirkenden elektrisehen Strom ent wickelte und gegebenenfalls durch äussere :Heizmittel erhöhte Wärme hat eine Zunahme des Volumens des Elektrolytgasgemisches zur Folge, so dass dieses Gemisch über die nor male Höhenlage in den Abführungssteigroh- ren und den Sammelrohren 13 und 1d an steigt und in die Abführungshauptrohre 21 und 22 tritt, durch die es hindurchfliesst,
bis der Anolyt die Abscheidekammer 18 und der Katholyt die Abscheidekammer 19 erreicht, wo der grössere Teil der Gase durch die Schwere vom Elektrolyten getrennt wird, während der Anolyt bezw. der Katholyt sich in den untern Teilen der Kammern 18 bezw. <B>19</B> sammeln.
Der Flüssigkeitsspiegel in den Abscheidekammern wird dabei unterhalb der Stelle -gehalten, wo das Gemisch aus Elektrolyt und Gas in die Kammern eintritt, o dass das Gemisch, das durch die hebende Wirkung des Gases in die Kammern über geführt wird, oberhalb des Elektrolytspiegels in die Kammern austritt.
Die Siebe oder Filter 2d bewirken, dass die fein verteilten Gasblasen, die im Zustande der Überspannung im Elektrolyten schwe ben, zusammenfliessen und grössere Blasen bilden, die zergehen und dem sie bildenden Gase gestatten, sich mit dem übrigen 'feil des Gases zu mischen und in die obern '.feile oder Dome der Kammern zu steigen.
Der Elektrolyt sinkt, nachdem er durch die Siebe hindurchgetreten ist, nach unten und die etwa mitgerissenen, durch ,die Siebe hindurchgetretenen Gasblasen können sich von der Flüssigkeit trennen und nach oben durch die Siebe hindurchtreten, wo sie sich mit den Gasen in den Behälterdomen mi schen.
Etwaige feste Massen, die sich innerhalb der Kammern im Elektrolyten im Schwebe zustande befinden, setzen sich ab und sam- tneln sich in den kegelförmigen Bodenteilen der Kammern. Sie können hier von Zeit zu Zeit mit Hilfe der Ventile<B>118</B> abgelassen werden.
Der Vorgang der Austreibung des Elek trolyten und der Gase aus den Zellen in die Abscheidekammern ist so lange ein ununter brochener, wie der elektrische Strom fliesst; er ist bedingt durch die Auftriebwirkung des Wasserstoffes und Sauerstoffes auf den Ano- lyt- bezw. Katholytseiten des Umlaufsystems und wegen der entsprechend verschiedenen Auf triebwirkung dieser lxase für den Was serstoff grösser als für den Sauerstoff.
Das Volumen des von den Zellen nach den Ab scheidekammern in einer gegebenen Zeit ge führten Elektrolyten ändert sich mit dem während. einer gegebenen Zeit erzeugten Gasvolumen und ist im wesentlichen propor tional diesem Volumen, das heisst mit andern Worten, es ist proportional dem fliessenden Strom.
Infolge des Ausfliessens des Elektrolyten in die Abscheidekammern entsteht in, diesen eine grössere hydrostatische Druckhöhe als innerhalb der Zellen, und da der Elektrolyt durch. die isolierten Rohre 25, 26, den Behäl ter 27, sowie die Hauptrohre 20, 21 und die Sammelrohre 10 und 11 ungehindert zurück kehren kann, ist die Strömung des Elektro lyten .automatisch und proportional den kom binierten Wirkungen des Gasauftriebes der erzeugten Gase und des elektrischen Stromes.
Der Zuwachs der hydrostatischen Druckhöhe in den Abseheidekammern und daher auch die Strömung ist auf der Wasserstoffseite grösser als auf der Sauerstoffseite des Sy stems. Das ist deshalb von Vorteil, weil das Volumen des an den Kathoden frei werden den Wasserstoffes zweimal so gross ist wie das des an den Anoden frei werdenden Sauerstoffes.
Der Elektrolyt tritt von den Kammern 18 und 19 in .den Wiederverteilungsbehälter 27 über und wird hier mittelst der Dampf schlange 32 erwärmt. Zum Ersatz des in den Zellen zersetzten Wassers wird,dem Be hälter 27 Speisewasser durch den Dreiweg- @hahn im Boden des Behälters zugeführt.
Es treten noch andere und komplizier tere Erscheinungen auf; wie beispielsweise der Ausgl.eIch -der endosmotischen Drucke durch die Diaphragmen mit den unausgegli chenen hydrostatischen Drucken auf den Anolyt- bezw. Katholytseiten. Diese Vor gänge haben dauernd das Bestreben, die Gleichförmigkeit des Elektrolytspiegels über den Wiederverteilungsbehälter wiederherzu stellen, wenn nicht der erwähnte endosinoti- sche Druck wäre.
Dieser kann definiert wer den als eine Kraft, die durch das tatsächliche Hindurchdrücken voll Ionen durch die Poren des Diaphragmas beim Durchtritt des elek trischen Stromes entsteht und auf diese Er scheinung zurückzuführen ist. , Etwa im Elektrolyten nach dem tber- tritt des letzteren aus den Behältern 18 und 19 zurückgehaltenes Gas entweicht durch die Steigrohre 42 in die Hauptrohre 43 und 45 und von hier in die Behälter 45. Etwa mit diesem Gase mitgerissener Elektrolyt kann in die Hauptrohre 20 und 25 durch die Rohre 47 und 48 zurückkehren.
Die Gase in den Domen der Kammern 18 und 19 können in Sauerstoff- bezw. Was serstoffbehälter abgeführt werden. \'erden aber Gase von besonders hoher Reinheit \er langt, so führt man die Gase aus den Domen durch Rohre 64 in Wasch- und Kühl behälter 62 bezw. 63, in denen das Gas ge waschen und gekühlt wird.
Das :durch das untere offene Ende des Fortsatzes des Rohres 64 entweichende Gas steigt in Blasenforin aufwärts durch das Waschwasser in den Behälter und tritt durch das Sieb 65, durch das es in feine Bläschen, Kügelchen oder Teilchen zerteilt wird. Durch die vielseitige Berührung mit dem Wasch- wasser, sowie durch die Berührung mit den benetzten und gekühlten Drähten des Siebes wird .es gewaschen und gekühlt. Das Gas steigt dann in den obern Teil, des Behälters, von wo es einem beliebigen geeigneten Gas behälter, einem Kompressor oder einem Vor ratsbehälter zugeführt werden kann.
Die Hölle, auf der das Waschwasser in den Kühlbehältern steht, hängt ab von dem Drucke der Gase über der Wasserfläche. der Höhe des Überlaufs 67, sowie vom atmosphä rischen Druck. Ausser zum Waschen und Kühlen der Gase dienen die verbundenen Be hälter 62 und 63 auch dazu, die Drucke der Gase gleich oder in einer bestimmten Bezie hung zueinander zu halten.
Wenn die aus den Behältern<B>6</B>2 und 63 entnommenen Gase komprimiert werden sol len, kann es vorkommen, dass die Kompres soren für den Sauerstoff bezw. den M'a.sser- stoff nicht gleichzeitig komprimieren, oder da.ss sie in einem Verhältnis zueinander kom primieren, das nicht mit dein Verhältnis ent spricht, in dem die Gase in den Zellen er zeugt werden, nämlich je ein Volumen Sauer stoff auf zwei Vo-lunien Wasserstoff.
Solche ungleichen Saugwirkungen der Kompres soren würden eine entsprechende Ungleich heit der Drucke der Gase in den Behältern 62 und 63 zur Folge haben.
Wenn der Wasserstoffkompressor zwei mal so viel Gas aus dem Behälter 63 .absaugt, wie Sauerstoff aus dein Behälter 62 gesaugt wird, so kann wegen der ungleichmässigen Gaszufuhr oder aus andern Gründen der Druck des Wasserstoffes im Behälter 63 niedriger werden als der Druck im Sauer stoffbehälter 62. Daraus würde sich ergeben, dass wenn das Ventil in der Verbindungs leitung 69 weit offen stellt, Wasser aus dem Behälter 62 in den Behälter 63 fliessen und die hydrostatische Druckhöhe im Behälter 63 grösser als die im Behälter 62 sein würde.
Der Zufluss von Wasserstoff in den 63 würde durch die darin befindliche Was sersäule verringert, während der Zufluss des Sauerstoffes wegen der niedrigen Druckhöhe gesteigert würde. Diese mangelhafte Aus gleichung des Gasdruckes würde sich in den elektrolytisellen Zellen und dem ganzen Ap parat in unliebsamer Weise bemerkbar ma chen.
Durch Betätigung des Ventils in der Ausgleichverbindung 69 als Drossel können die hydrostatischen Druckhöhen in den Be hältern in der gewünschten Grösse gehalten werden.