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.
Electrolytic apparatus for generating gas. The present invention relates to an electrolytic apparatus for gas generation, in which lines are provided which connect the anolyte and catholyte compartments of a plurality of electrolytic cells with the anodic, dic and cathodic gas.absicheid-e- chambers in such a way that ss a separate circulation of the anolyte and catholyte liquid is generated.
According to the invention, means are provided to adjust connecting lines between the electrolytic cells and the gas separation chambers with regard to their height above the cells.
The accompanying drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention.
Fig. 1 shows the apparatus in Seitenan view; Fig. 2 is a view of one end; Fig. 3 is a part in plan view and Fig. 4 is a plan view of another part of the apparatus with a partial section taken along line 4-4 of Fig. 1; Fig. 5 is a section along line 5-5 of Fig. 1; Fig. 6 is an individual view relating to a variant;
Fig. 7 shows a side view; partly in section, shows the details of a group of cells; Fig. 8 is a section taken along line 8-8 of Fig. 7; Fig. 9 illustrates in a section in: considerably larger. Scale part of a cell group in detail;
Fig. 10 illustrates in a side view, in which individual parts are thought to be broken away, a diaphragm construction; Fig. 11 shows in a side view an embodiment of the device for Küh len, for collecting the gas bubbles; as well as for washing the electrolyte; Fig. 12 illustrates another imple mentation of this device; Figure 13 is a section on line 13-13 of Figure 12;
14 is a side view of an inlet overflow of another embodiment of the device for cooling, for collecting the gas bubbles and for washing; Figure 15 is a detailed illustration of a sight glass and insulation joint; 16 shows a return manifold in a plan view; Fig. 17 shows this header in a side view;
Fig. 18 is an end view of an insulated pipe joint; FIG. 19 is a longitudinal section taken along line 19-19 of FIG. 18.
The apparatus shown has two groups A of cells B arranged in rows. The number of units in each group and the number of groups in the apparatus can be selected as desired. In the embodiment shown, each unit contains a cell wall or partition wall 1, for example made of thin sheet steel, which are clamped between flanges 2 of two frame parts 3, which are directed towards the inside. The parts 3 are, as shown, provided with an outer flange 4.
All cell walls, with the exception of those which form the end walls of the cell groups, have an electrode of suitable design on both sides. Each end wall of the group carries only one electrode. When assembling the cell units, a permeable Di.a.phra.gma 5 is clamped between the flanges 4 of the neighboring cells.
The slide phrases 5 and the partition walls 1 alternate with one another. An electrode is arranged parallel to each diaphragm surface and directly opposite it, so that when the cell spaces between the partition walls are filled with a suitable electrolyte and a current is sent through the group, oxygen at the anode electrode and hydrogen at the cathode electrode is formed.
The anolyte cell area around one unit is separated from the catholyte cell area of the adjacent unit by a diaphragm 5 through which the electrolyte can pass, but which prevents the gas from passing through.
Figures 1, 3 and 4 illustrate two groups of cell units; however, it should be understood that any number of series-connected units can be used. The drawings represent six units in each group; however, this number is only assumed, for example, because a group of this size can be easily handled.
Each anolyte frame part 3 is provided with two openings 6 and 7 and each catholyte frame part 3 with two openings 8 and 9. With the openings 6 of each group is a return manifold 10 in connec tion. A similar collecting tube 11 is connected to the openings 9 of each cell space. the group. A manifold 12 is with all the openings 7 and a manifold 13 with the interior of the cells through, the openings 8 of each group verbun the.
The openings 8 and the collecting pipe 13 have a larger passage width than the openings 7 and the collecting pipe 12.
From each collecting pipe 12 a riser pipe 14 goes out, which is connected to a main oxygen a .nolyt pipe 15, while a riser pipe 16 leads from each collecting pipe 13 to a main hydrogen catholyte pipe 17. The main pipes 15 and 17 are arranged some distance above the upper Zel lenenden, as shown in FIG. The main pipe 15 is connected to the upper part of an oxygen separation container 18, while the main pipe 17 opens into the upper part of a hydrogen separation container 19.
The collecting pipe 10 is connected to a main pipe 20, which in turn opens into the lower part of the container 18, and the collecting pipe 11 is connected to a main pipe 21 which enters the lower part of the container 19. The main pipes 15, 17, 20 and 21 serve the common purpose of guiding the gaseous products of the electrolysis together with the entrained electrolytes from the electrolyte cells into the separating containers 1.8 and 19, in which the gaseous products are separated from the liquid electrolyte,
and to ensure that the electrolyte, essentially freed of gas, flows back from the containers into the cells, thereby maintaining a closed circuit for the electrolyte.
As the drawings show, the header 10 and 11 are with the lower. Dividing the cell spaces in connection so that the electrolyte, which has been freed from gas, does not flow against the rising gases.
The exit from the main pipes 15 and 1.7 in the container 18 BEZW. 19 takes place through: insulating pipe sections 22 and 23 back and forth. The mixture of gas and. Electrolyte, Idas as a result of the automatic stroke effect based on the gas content of the mixture, is transferred into the container, exits into the container above the level of the electrolyte.
Inside each of the containers 18 and. 19 a sieve insert 24 is suspended. This screen insert can consist of a single layer or any number of layers of perforated material. It is held in place by an annular frame which is suspended by wires 124 (Fig. 5) at one or more points located near the top of the container.
Each wire is provided with a loop that engages over a projection provided on the inside of the container, as well as a handle 125, by means of which the sieve insert can be removed from the container after removing the container lid, in order to be cleaned or replaced , or for other purposes.
The purpose of the sieve inserts, which advantageously consist of one. If there are metal tissues that are resistant to the hot electrolyte and the gases that are being formed, the process is to bring the tiny gas bubbles, which are suspended in the electrolyte in the state of overvoltage, to flow together and thereby to make larger bubbles - to build,
which then burst and allow the gases contained in them to mix with the rest of the gas and rise into the upper part of the container, while the heavier electrolyte and any impurities it contains fall to the bottom of the container sink.
During the downward migration of the electrolyte in the container he loses such fine gas bubbles that have passed through the sieve; these then flow together and rise to the surface.
In the vicinity of the lower end of Behäl age 18, .aber above its bottom, a valve equipped with a pipe 25 is seen in front. A similar pipe connection 26 extends from the container 19. The pipe piece 25 establishes the connection with a redistribution container 27 (FIG. 1) and, by means of a branch pipe 28 provided with a valve, the connection with the return main pipe 20.
The pipe section 26 is similarly connected to the tank 27 and the return main pipe 2T through a branch pipe 29 provided with a valve. An additional, likewise valved connecting pipe 30 is provided between the container 27 and the main pipe 20, and another similar connecting pipe 31 equipped with a valve is located between: the said container and the main pipe 21.
If desired, after the electrolyte has been freed of its gases, it can be heated by means of a steam coil provided in the container 27. However, any other heating device can be used within the container or at one or more other arbitrary locations between the separation containers and the cells.
The container 27 is provided with a thermometer 33, by means of which the tem perature of the electrolyte can be determined. Similar thermometers 34 can be seen in the anolyte and catholyte main pipes 15 and 17 between the insulating connections 22 and 23 and the containers 18 and 19. At different points of the R.ohr system, sight glasses 35, as further below be described.
Furthermore, water level glasses 36 are expediently arranged at the containers 18 and 19, as well as at other points of the apparatus, which enable the operators of the apparatus to monitor the operating conditions.
To achieve the circulation of the electrolyte and the resulting gases through the system, it is desirable that the temperature of the gases and the entrained anolyte and ka.- tholyte at one point in the circulation system is lower than the temperature of the electrolyte and the gases in the Cells, whereby the volume of the contents of the system is reduced either by contraction as a result of the lowered temperature or by the condensation effect.
In the illustrated embodiment, the lowering of the temperature in the separating vessels 18 and 19 is carried out. It goes without saying, however, that cooling chambers can be arranged at any point between the cells and the containers mentioned. It is expedient in the upper parts of the container in which the entrained electrolyte separates from the gases due to its gravity, a temperature is maintained which is lower than that of the electrolyte mass in the lower parts of the container.
This can be achieved by providing all parts of the circulation system, with the exception of perhaps the actual cells, with an insulating cover, which, however, leaves the upper parts of the containers 18 and 19 free, so that the room temperature, the moisture and the impurities that are entrained how <I> Well. 0 H </I> or K 0 H, to condense and cause them to sink into the electrolyte located in the lower parts of the container before the gases escape through the pipe 64.
In Fig. 5, the insulation 37 of the lower parts of the container is indicated in dashed lines. If desired, the upper parts of the container, in which the gas separates from the electrolyte, can be closed with the help of a water jacket 38 (Fig. 6), or with the help of a coil through which a cooling liquid flows, chilled. will.
The bottoms of the containers 18 and 19 are expediently designed in the form of a ke gel and equipped with valves 118, through which solid or semi-solid substances can be drained from the containers. Each of the containers is further equipped with a valved drain and sampling tube 119 through which samples of the electrolyte can be taken for testing purposes.
The facility for settling and removing solid matter, such as sludge, is of value because it is often impossible to obtain commercial solvents for the caustic soda or caustic alkali that are free of insoluble substances such as silica, alumina, iron hydrate. Lime, magnesia. etc., are. If such substances are present in finely divided states, they are carried over into the separating containers; they precipitate here and collect in the conical bottom part, from which they can be drained from time to time.
Similarly, in the cells or pipelines, solid masses which separate out or which have been introduced by the feed water are carried over into the containers and; deposited in their lower parts where they can be drained before there is a risk of excessive accumulation. When using the withdrawal ca, mmern in the lower part; In many cases, parts of the container can be used to use undistilled feed water as well as commercially available solvents for the electrolyte without the risk of the system becoming clogged.
The main pipes 1, 5, 17, 20 and 21 are divided into a number of pipe sections provided with flanges, each of which is electrically insulated from the other by means of an insulating intermediate layer 39 (FIGS. 18 and 19). The flanges of the pipe sections are connected to one another and to the intermediate layer 39 with the aid of bolts which are isolated from the flanges by insulating sleeves 40.
The intermediate layer 39 is expediently made of a substance which resists the action of the hot electrolyte and the gases in the process of being formed, and which is only slightly compressed under the pressure of the connecting screws. Pressed asbestos sealing plates work well for this purpose.
By subdividing the main pipes in the manner described, and by electrically isolating the individual sections from one another, the generation of secondary leakage currents is prevented and the generation of impure gases is reduced to a negligible level. The number of sub-compartments between any two cell groups is two in the apparatus shown; however, you can increase the number if you want to achieve even better results.
Each return manifold 10 is in connection with all anode cell spaces of a cell group, as well as with the return main pipe 20 through a valve equipped with a pipe dl in connection, in which a viewing tube is connected. The collecting pipe 10 is further connected by means of a riser pipe 42 to an auxiliary main pipe 43, which consists of isolated pipe sections and leads to an auxiliary chamber 44 which is located on the end of the apparatus opposite the separating containers 1 $ and 19.
Each return manifold 11 is similarly connected by a main pipe 45 with an auxiliary chamber 46, which is on the same end of the apparatus as the chamber 44 is Licher. The main pipes 43 and 45, as well as the containers 44 and 46 are arranged in one place;
which is higher than any point up to which .der electrolyte level can rise during operation of the apparatus, and the containers 44 and 46 are respectively with the return main pipes 20. 21 connected by risers 47 and 48, each of which contains a valve 49 and is provided with a drain valve 50.
The main return pipes 20 and 21 leading from the separating tanks 18 and 19 to the cells, as well as the main reducer 15 and 17 are higher than the upper ends of the cell housing, and the auxiliary main pipes 43 and 45 and the auxiliary tanks 44 and 46 are located again higher than the main pipes 15 and 17.
For example, gas that forms in the electrolyte of the separator or the return flow connections or that gets into the electrolyte is carried away by the flow of the electrolyte from the chambers and finds a way out into the auxiliary chambers, so that the electrolyte enters the cells free of gas. In the embodiment shown, the auxiliary chambers are in free communication with the outside air.
The gases can, if desired, also be conducted from the auxiliary chambers to a collecting tank.
The return headers 10 and 11, as are the discharge headers 12 and 13. connected to the associated cell rooms by insulating riser pipes 51, which are suitably equipped with sight glasses 35.
The design and arrangement of the header pipes 10 and 11 is as follows- The header pipe (Fig. 16 and 17) forms together with its connecting pipe 41 a U-shaped structure, the legs of which extend horizontally, in such a way that the pipe 41 is directly below the Main return pipe with which it is connected.
The free end of the tube 41 is connected to the underside of the main tube, a valve 52 being switched into the relevant connection. Each header pipe is provided with a plurality of downwardly directed nipples 53, which are each connected to a riser pipe 51.
The riser 51, as well as the insulated pipe sections equipped with sight glasses 35 are expediently designed in the following manner. Between two pipe nipples 55, which are each seen at the outer end with a thread ver, a thick-walled glass tube 54 (Fig. 15) is arranged with them in the same axial direction. The connecting Stel len between the tube 54 and the nipples are coated with a flexible or semi-flexible sleeve 56 made of rubber or other suitable material and connected to the tubes and the nipples with the help of appropriately designated tapes 57. At the end of each nipple 55 threaded with Ge a screw 58 is connected, with the help of which the sight glasses. a pipe can be connected.
The divided main pipes 15, 17, 20 ,. 21, 43 and 45 are supported by a frame against which they are isolated. The water frame is formed by a series of tubes consisting of columns 59 (Fig. 1), which are arranged in the central longitudinal line of the apparatus. Each main pipe rests on. a block 60 of insulating material attached to the end or near the end of a transverse arm 61 clamped to the column. The auxiliary chambers 44 and 46 rest on insulating blocks of the Querarrnes 61, which carries the main tubes 15 and 17 on one end of the apparatus.
The connection of the cross arms 61 with the columns by clamping makes it possible that the cross arms can be conveniently raised or lowered in order to adjust the height of the various main pipe pairs with respect to the cells and each other, further the assembly and installation of the apparatus as To facilitate the whole and to adjust the degree of the gas displacement, as well as other circulation conditions, as well as the flow of the electrolyte and the gases within the system, so that different pressures, be it hydrostatic or other, on one or at the Pages,
namely, the anolytic or catholic, the circulation and generation system are balanced. All of this is of value in order to create favorable conditions for the yield of the purest possible gas or other reaction products.
To bring the main pipes 15, 20 and 43 relative to the main pipes 17, 21 and 45 in different heights, the insulating blocks 60 can be kept higher on one side of the center line of the apparatus than on the other, or it can be a special one Cross arm to support each main pipe in place of a single cross arm to support a pair. be provided by main pipes.
The oxygen coming from the container 18 can, if desired, be fed to a cooling, shower and washing container 62. The hydrogen can be introduced into a corresponding container 63 in the same way. The container 63 can have approximately twice the capacity of the container 62. Apart from the size, the washing containers are of the same design, so that the description of one of these containers is sufficient.
The oxygen leaves the container 18 through a tube 64 which is provided with an insulated sight glass section 35. This section is inserted into the upper part of Behäl age 62 and ends at a point above the bottom of this container. At the lower end of the tube 64 sits a sieve 65 (FIG. 11), which is conveniently in the same way as the sieves 24 is formed in the containers 18 and 19. This sieve forms a permeable diaphragm. inside the container.
The water, which is fed to the container 62 through a valve 66 (FIG. 3), is kept at an approximately constant height in the container by means of a standpipe 67 connected to it near the bottom. The water level in the container is considerably above the sieve 65, so that the gas emerging from the pipe 64 bubbles up through the sieve, the bubbles being broken up and the gas being thoroughly washed before it is cleaned by means of one provided at the top of the container Pipe connection 68 is discharged. Each of the washing containers is provided with a water level glass.
The containers are connected to one another by a tube 69 equipped with a throttle valve and having a drain port 70 provided with a valve.
Another embodiment of the cooling and washing device is shown in FIGS. 12, 13 and 14. In this embodiment, the oxygen and hydrogen tanks 62 and 63 are of essentially the same design as those described above, with the difference that adjustable overflows are used here instead of the overflows that cannot be changed in height.
Each overflow consists of a stand pipe 71, the BEZW with its container 62. 63 communicates near the ground. The standpipe is closed at the bottom and contains an overflow roller 72 which is passed through the floor and extends upward within the standpipe. Another tube 73 is telescopically displaceable in the tube 72. The tube 73 is provided with a number of openings 74 and with a rod 75, which protrudes through the cover part of the stand tube. By means of a clamping screw 76, the tube 73 can be determined in any desired position relative to the tube 72.
The washing liquid coming out of the container enters the standpipe; it rises in this up to the level of the openings 74 and exits at the lower end of the tube. The adjustability of the tube 73 is used to keep the liquid level in the container at any desired height.
Instead of the special inlet pipe 66 described above for each container, a vertically arranged cylindrical pipe 77 is used, which is arranged between the containers 62 and 63. This tube is divided into two chambers 79 and 80 by a vertical partition 78 (FIG. 13). The tube is inserted into the tube connector 69 between the lower ends of the container 62 and 63, the chamber 79 with the Behäl ter 62 and the chamber 80 with the container 63 in communication.
The tube 77 is open at the top and the washing liquid, for example water, is fed to the chambers 79 and 80 by means of the taps 81 and / or. 82 supplied. The chambers are connected to one another at the lower end by means of equalizing pipe connections 83 which are provided with a throttle valve 84 and a discharge valve 85. The tube 77 is provided with a water-level glass 86, which the liquid level in one of the chambers 79 and 80 respectively. in both.
the chambers.
The electrical used in the apparatus can be of any suitable type of construction. However, electrodes 8 7 are expediently used which consist of several broken layers or plates, for example of wire mesh, the metal of which is replaced by the electrolyte or. is not attacked by the temperature of the electrolyte.
In the preferred embodiment of the electrode (FIGS. 7 to 10), the permeable plates are melted or welded together at their edges in such a way that a solid edge is created. These edges are connected, for example by welding, to pegs 88 which protrude from the plates 1 forming the dividing walls of the cells. Before the electrode plate packs are connected to the pegs 88, the electrodes are more or less pressed flat, which can be done, for example, by
to let them run through rollers. However, each individual layer can also be more or less pressed flat before it is combined with others to form the electrode. The purpose of flattening the fabric layers forming the electrode is to determine the thickness of the individual layers. to reduce the electrode formed from several layers without reducing the dimensions of the individual wires BEZW. Impairing their electrical conductivity, as well as without narrowing the openings between the warp and weft threads of the fabric in question.
The fabric is pressed flat at the crests or crests of the warps or weft wires, or both wires, i.e. H. some or all of the wires in the fabric are flattened where they cross other wires.
When assembling the cells, a diaphragm 5 is arranged between the free surfaces of the electrodes in such a way that the surfaces mentioned are in the immediate vicinity of the diaphragm. Because the electrodes are pressed flat, it is possible to bring each individual layer of the electrodes closer to the diaphragm than if the layers were not so compressed.
Each diaphragm consists of an insulating material of such a nature that the electrolyte can freely pass through, but that the passage of the gases produced during the decomposition of the electrolyte or part of the electrolyte is prevented.
Each diaphragm consists of a layer 5 of the desired material, in the present case a layer of asbestos fabric, de Ren shape of the shape of the cell space, as given by the walls 3, corresponds. Insert strips 89 are provided along the edges of the diaphragm and form a frame for the diaphragm.
On both sides of the diaphragm, an edge 90 is provided which is glued to the diaphragm and to the insert strips by means of a rubber solution. The edges are then sewn to the named parts using asbestos threads.
The edges of the structure described above are surrounded with a rubber seal 92, and the latter is enclosed by a pack 93, the outer dimensions of which are larger than the largest dimensions of the cell structure, so that when the diaphragm structure is clamped between the flanges 4 is, the packing 93 protrudes beyond the outer edges of the flanges. When the diaphragm is built into the cell, an additional packing 94 is placed between each flange and the diaphragm to seal the spaces between parts 89, 90, 92 and 93. These packs can be made with the help of an insulating cement, e.g. B.
Rubber to be glued to the diaphragm.
The flanges 4 are seen with openings ver that are in alignment when the cells are assembled. Bolts 95 are passed through the holes in the flanges of each cell group and are isolated from the flanges by washers 96. Sleeves 97 are lined up on the bolts between the flanges of each cell frame pair 3.
Parts 89, 90, 93 and 94; are expediently manufactured from appropriately cut pieces of compressed asbestos panels. This material insulates and, although it can be compressed somewhat to make the connection with other materials liquid-tight, forms an edge for the diaphragm which is strong enough for the purposes in question and at the same time more or less flexible can be sewn on if desired.
The function of the device is as follows: The cells are filled with the electrolyte, for example an aqueous solution of an acid or an alkali, to the extent that the electrolyte in the resting state over the upper ends of the cells in the outlet and return path - pipes stands. One then sst a suitable electric current. flow through all the cells of the apparatus in order to generate gases (oxygen and hydrogen) through the decomposition of the electrolyte.
The formation of the gas or gases, as well as the developed in the electrolyte by the high density electrical current and possibly increased heat by external: heating means, increases the volume of the electrolyte gas mixture, so that this mixture is above the normal altitude in the discharge riser pipes and the collecting pipes 13 and 1d rises and enters the discharge main pipes 21 and 22 through which it flows,
until the anolyte reaches the deposition chamber 18 and the catholyte reaches the deposition chamber 19, where the greater part of the gases is separated from the electrolyte by the gravity, while the anolyte resp. the catholyte in the lower parts of the chambers 18 respectively. <B> 19 </B> collect.
The liquid level in the separation chambers is kept below the point where the mixture of electrolyte and gas enters the chambers, o that the mixture, which is carried into the chambers by the lifting effect of the gas, is above the electrolyte level in the chambers exit.
The sieves or filters 2d have the effect that the finely distributed gas bubbles, which are floating in the electrolyte in the state of overvoltage, flow together and form larger bubbles which dissolve and allow the gases forming them to mix with the rest of the gas and in the upper file or dome of the chambers.
The electrolyte sinks after it has passed through the sieves, and the gas bubbles that have been carried along by the sieves can separate from the liquid and pass up through the sieves, where they mix with the gases in the container domes .
Any solid masses that are suspended in the electrolyte within the chambers settle and collect in the conical bottom parts of the chambers. They can be drained here from time to time using the valves <B> 118 </B>.
The process of expelling the electrolyte and the gases from the cells into the separation chambers is uninterrupted as long as the electric current flows; it is due to the buoyancy effect of hydrogen and oxygen on the anolyte and / or. Catholyte sides of the circulation system and because of the correspondingly different uplifting effect of this lxase for the hydrogen is greater than for the oxygen.
The volume of the electrolyte carried by the cells after the separation chambers in a given time changes with the during. Gas volume generated at a given time and is essentially proportional to this volume, that is to say, in other words, it is proportional to the flowing current.
As a result of the outflow of the electrolyte into the separation chambers, a greater hydrostatic pressure level arises in these than within the cells, and there the electrolyte passes through. the insulated pipes 25, 26, the Behäl ter 27, as well as the main pipes 20, 21 and the manifolds 10 and 11 can return unhindered, the flow of the electrolyte is .automatic and proportional to the combined effects of the gas buoyancy of the generated gases and the electric current.
The increase in the hydrostatic pressure head in the separation chambers and therefore the flow is greater on the hydrogen side than on the oxygen side of the system. This is advantageous because the volume of the hydrogen released at the cathodes is twice as large as that of the oxygen released at the anodes.
The electrolyte passes from the chambers 18 and 19 into the redistribution tank 27 and is heated here by means of the steam coil 32. To replace the water that has broken down in the cells, feed water is fed to the container 27 through the three-way valve in the bottom of the container.
There are other and more complex phenomena; such as the Ausgl.eI -der endosmotic pressures through the diaphragms with the unbalanced hydrostatic pressures on the anolyte respectively. Catholyte pages. These processes constantly endeavor to restore the uniformity of the electrolyte level across the redistribution container if it were not for the endosinotic pressure mentioned.
This can be defined as a force that arises when the electric current passes through the actual pushing of ions through the pores of the diaphragm and is due to this phenomenon. , Any gas retained in the electrolyte after the latter has passed from the containers 18 and 19 escapes through the riser tubes 42 into the main tubes 43 and 45 and from here into the container 45. Any electrolyte entrained with this gas can enter the main tubes 20 and 25 return through tubes 47 and 48.
The gases in the domes of the chambers 18 and 19 can be respectively in oxygen. What hydrogen tanks are discharged. If, however, gases of particularly high purity are required, the gases are led from the domes through pipes 64 into washing and cooling containers 62 and 62 respectively. 63, in which the gas is washed and cooled.
The gas escaping through the lower open end of the extension of the tube 64 rises in bubbles upward through the wash water into the container and passes through the sieve 65, by which it is broken up into fine bubbles, spheres or particles. The versatile contact with the washing water, as well as the contact with the wetted and cooled wires of the sieve, wash and cool it. The gas then rises into the upper part of the container, from where it can be supplied to any suitable gas container, a compressor or a storage container before.
The hell on which the washing water stands in the cooling containers depends on the pressure of the gases above the surface of the water. the height of the overflow 67, and the atmospheric pressure. In addition to washing and cooling the gases, the connected containers 62 and 63 also serve to keep the pressures of the gases the same or in a certain relationship to one another.
If the gases withdrawn from containers 6 2 and 63 are to be compressed, it can happen that the compressors for the oxygen respectively. Do not compress the oxygen at the same time, or that they compress in a ratio to each other that does not correspond to the ratio in which the gases are generated in the cells, namely one volume of oxygen each two volumes of hydrogen.
Such unequal suction effects of the compressors would result in a corresponding inequality of the pressures of the gases in the containers 62 and 63.
If the hydrogen compressor sucks in twice as much gas from the container 63 as oxygen is sucked out of your container 62, the pressure of the hydrogen in the container 63 can become lower than the pressure in the oxygen container 62 because of the uneven gas supply or for other reasons The result would be that if the valve in the connecting line 69 is wide open, water would flow from the container 62 into the container 63 and the hydrostatic pressure head in the container 63 would be greater than that in the container 62.
The flow of hydrogen into the 63 would be reduced by the water column located therein, while the flow of oxygen would be increased because of the low pressure head. This inadequate equalization of the gas pressure would make itself felt in the electrolytic cells and the entire apparatus in an unpleasant way.
By operating the valve in the compensating connection 69 as a throttle, the hydrostatic pressure levels in the loading containers can be kept in the desired size.