Einrichtung zur Regelung der Temperatur des Elektrolyten in elektrolytischen Zellen. Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrolytischen Zellen und bezieht sich auf Einrichtungen, um den Elektrolyten auf einer beliebigen Temperatur zu halten.
Bei elektrolytischen Vorrichtungen, wie sie zum Beispiel zur Herstellung von Sauer stoff und Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser verwendet werden, wird häufig ein sehr starker Strom benutzt; im Betriebe steigt die Temperatur des Elektrolyten, wodurch Schwankungen der Stromdichte in den Zellen hervorgerufen werden.
Auch treten, wenn kein freier Kreislauf des Elektrolyten vorhanden ist, an verschie denen Stellen der Zelle leicht verschiedene Temperaturen auf und die Stromdichte än dert sich an den verschiedenen Elektroden und 'an verschiedenen Oberflächenteilen der gleichen Elektrode, wenn die Elektroden eine grosse Ausdehnung haben.
Damit die Zellen mit höchster Nutzlei stung betrieben werden können, ist es er wünscht, dass Mittel vorgesehen werden, 'um die Temperatur des Elektrolyten zu regeln und die Gesamtheit des Elektrolyten so nahe wie möglich auf gleicher Temperatur zu hal ten, und die Erfindung bezweckt, einfache aber wirksame Mittel zur Erreichung dieses Ziels zu schaffen.
Auf den ersten Blick erscheint die Lö sung dieser Aufgabe einfach dadurch mög lich, dass längs den Seiten der Zelle Kühl- und Heizeinheiten angebracht werden; indes hat der Versuch gezeigt, dass ein derartiges Verfahren nicht zum Ziele führt und in Wirklichkeit nachteilig ist, da in solchem Falle die Kühl- oder Heizschlangen parallel zu den äussern Elektroden liegen und daher diese praktisch die ganze Wirkung erhalten, so dass die Temperatur- und Stromverände rungen anstatt ausgeglichen zu werden, viel mehr gefördert werden und das Stromgleich gewicht durch die Zelle gestört wird.
Werden die Kühl- und Heizschlangen unter den Elektroden angeordnet, so ergibt sich ein gleich schlechtes Resultat zwischen den Teilen der Elektrode, die in dem Elek trolyten auf einem höheren Niveau liegen.
Die Erfindung besteht darin, dass ein Temperaturreglungssystem in Form von R.öh- ren, durch welche kalte oder heisse Flüssig keit strömt, im Kreislauf angeordnet ist, welche Röhren zu beiden Seiten der Elektro den senkrecht zur Hauptebene derselben ver laufen. Die Heiz- oder Kühlwirkung wird so mit in gleicher Weise auf alle Elektroden und auf den Elektrolyten zwischen diesen ausgeübt, wobei die Elektroden ebene oder gewellte Oberflächen besitzen können.
Das Kreislaufsystem innerhalb der Zelle besteht vorzugsweise aus abgeflachten Röh ren, die übereinander liegen, und zwar verti kal mit ihren grösseren Querschnittsachsen, so dass sie den Schmalseiten der Elektroden eine flache Oberfläche von erheblicher Grösse dar bieten. Diese Anordnung hält zugleich den Raum, der von den Röhren in der Zelle in Anspruch genommen wird, und daher auch die allgemeinen Abmessungen und das Ge wicht der Zelle klein.
Vorzugsweise umfasst das System an jedem Ende der Zelle auch noch einen Hin- und Rückfluss der Heiz- oder Kühlflüssigkeit zu der gleichen Seite der Zelle, um jeder Temperaturveränderung in der Flüssigkeit beim LTbergaug von der einen Seite der Zelle zu der andern entgegenzu%vir- ken.
Einige praktische Ausführungsformen der Erfindung in ihrer Anwendung auf Zel len zur Herstellung von Sauerstoff und Was serstoff durch elektrolytische Zersetzung mit 'assen sind als Beispiele in den Zeichnungen dargestellt. In diesen sind: Fig. 1 und \? ein Längs- bezw. Quer schnitt durch eine Zelle, der das System der Zuführung und Abführung des Kühlwassers zeigt; Fig. 3 und 4 sind gleichartige Schnitte einer andern Konstruktion für die Kreislauf röhren; Fig. 5 ist ein bruchstückweiser Schnitt Einer weiteren Abänderung des Kreislauf rohres;
Fig. G und 7 sind ein Längs- bezw. ein bruchstückweiser Querschnitt durch eine Zelle zur Veranschaulichung einer abge änderten Anordnung der Kreislaufrohre.
In den Fig. 1 und 2 ist ,die elektrolytische Zelle im Umriss mit a bezeichnet. Der Haupt teil des Kreislauf.@i-stemes wird aus Paaren abgeflachter Röhren b, c gebildet, die über einander angeordnet und innerhalb der Zelle zu beiden Seiten der Elektroden gelagert sind und senkrecht zur Hauptebene bezw. zur Oberfläche der Elektroden verlaufen.
Die Röhren sind miteinander am einen Ende durch ein kurzes Rohr d (Fig. ?) verbunden und werden an diesem Ende durch einen Streifen oder Riemen e gehalten, der von dem Ober teil der Zelle herabhängt. Ein Speisungsrohr f tritt am gegenüberliegenden Ende in das untere Rohr c ein und ein Abflussrohr g geht am selben Ende von dem obern Rohr b aus.
Das Speiserohr f ist oben auf der Zelle gelagert und endet in einen Trichter 1i, in welchen die Kühlflüssigkeit durch einen Luftspalt aus einem Hahn j eines obern Lei tungsrohres k: -zugeführt wird.
Durch den Luftspalt zwischen dem Trichter h und dem Hahn j wird das Rohr f von der Hauptlei tung k elektrisch isoliert und die Strecken der Hauptleitun,--, die jede Zelle versorgen, sind zwechmä his; voneinander durch Verwen dung von Verbindungsmuffen 1 aus Glas oder Gummi isoliert.
An den Stellen, wo die Muf fen an der Hauptleitung sitzen, wird diese von den Zellen durch Stutzen k-' getragen und das Speiserohr /' kann durch geeignet ange brachte Konsolen oder dergleicben gehalten -erden, die in der Zeichnung der >\ bersicht- lichkeit wegen weggelassen sind.
Das Ableitungsrohr y ist über die Zelle bis zu einer nahezu gleichen Höhe tvie die des Speiserohres geführt und eine reeht-,vinl,:
- lige Abzweigung führt die Flüssigkeit aus dem Rohr<I>g</I> in ein vertikales Rohr -in, das ausserhalb der Zelle liegt, und über einem Trichter n encli"#t, der das obere Ende eines Rohres o bildet, welches zu einer Abflusslei- tung p führt. die unter der Zelle gelagert ist.
An Stelle der ab-,eflachten Röhren b. c, wie beschrieben, können abgeflachte Rohr schlangen verwendet werden, ohne dass sich die Konstruktion im übrigen ändert. Der Kreislauf der Kühlflüssigkeit lä.sst sich leicht verfolgen. Die Flüssigkeit fliesst aus dem Hauptzuführungsrohr von dem Hahn j in den Trichter k und wird durch das Speise rohr f in das Rohr c am einen Ende einge führt.
Durch das Rohr c fliesst die Fliissig- keit in das Rohr b durch den Verbindungs stutzen<I>d</I> und strömt in dem Rohr<I>b</I> zurück, von wo sie durch die Rohre g, in und yz in die Abflussleitung p gelangt.
Wenn man destilliertes Wasser benutzt, wird dasselbe aus der Leitung p in einen Be hälter geführt, wo es je nach Erfordernis er hitzt oder gekühlt wird und von wo es in die Hauptspeiseleitung ,7c zurückgepumpt wird.
Bei den abgeänderten Ausführungsfor men, die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt sind, ist der Raum, der von den Kreislauf röhren in der Zelle beansprucht wird, verrin gert und die Röhren sind in engere Nähe zu den Elektroden gebracht, indem die Röhren als Kanäle in den üblichen Gassammelglok- ken, die um die obern Teile der Elektroden angeordnet sind, ausgebildet sind.
In Fig. 3 und 4 sind die Kreislaufröhren <I>q, r</I> in den Endwänden s des herabhängenden Mantels der Gassammelglocke eingesetzt und bilden einen Teil dieser Wände. Die Röhren können mit dem untern Teil des Glocken mantels zusammen aufgebaut werden oder dieser Mantel kann auch geschlitzt werden, um die Röhren aufzunehmen, die an ihrer Stelle eingeschweisst werden.
Bei der abgeänderten Konstruktion nach Fig. 5 sind zwei muldenförmige Vertiefun gen t durch Walzen oder auf andere Weise in dem Glockenmantel angebracht. Gleiche Mulden -u sind in einem Metallband von pas sender Breite eingewalzt, welches an dem Glockenmantel an den drei Punkten v so angeschweisst ist, .dass die Mulden t und u in Linie liegen, so dass zwei Röhren w und aa gebildet werden. Endabschlüsse für die Röh ren sind an Ort und Stelle angeschweisst.
Der Kreislauf der Flüssigkeit durch diese Rohre ist im wesentlichen der gleiche wie oben bei Fig. 1 und 2 beschrieben und braucht nicht näher erläutert zu werden. Die Anwesenheit verschraubter Verbin dungen zwischen den Speise- und Abfluss röhren und den Kreislaufröhren innerhalb der Zellen kann durch fehlerhafte Montage die Gefahr eines Leckens der Kreislaufflüs sigkeit in den Elektrolyten herbeiführen und, wo dieser Umstand in Betracht kommt, ist das in Fig. 5 und 6 dargestellte Verfahren der Rohrverbindung vorzuziehen.
Diese Kon struktion hat den weiteren Vorteil, da.ss der von dem Kreislaufsystem in der Zelle bean spruchte Raum geringer ist als bei den vor her beschriebenen Ausführungsformen. In diesem Falle wird das eine Ende jedes Kühl rohres<I>b,</I> c von der Seitenwand der Zelle<I>a,</I> in welche sie eingeschweisst sind oder mit denen sie aus einem Stück geformt sind, ge tragen. Das Speiserohr f und das Abflussrohr g sind mit den Röhren ausserhalb des Behäl ters verbunden, während die Anordnungen zur Zuführung und Abführung der Flüssig keit die gleichen wie vorher sind.
Die Kreislaufröhren innerhalb der Zellen werden von Streifen oder Riemen y getragen, die von dem obern Ende der Zelle herabhän gen und ihre innern Enden sind durch ein kurzes Rohr z verbunden, welches dem Rohr d der Fig. 1 und 2 entspricht.
Device for regulating the temperature of the electrolyte in electrolytic cells. The invention relates to improvements in electrolytic cells and relates to means for maintaining the electrolyte at an arbitrary temperature.
In electrolytic devices, such as those used for the production of oxygen and hydrogen by electrolysis of water, a very strong current is often used; In operation, the temperature of the electrolyte rises, causing fluctuations in the current density in the cells.
Also, if there is no free circulation of the electrolyte, slightly different temperatures occur at different points in the cell and the current density changes at the different electrodes and at different parts of the surface of the same electrode if the electrodes are over a large area.
In order that the cells can be operated with maximum efficiency, it is desirable that means are provided to regulate the temperature of the electrolyte and to keep all of the electrolyte at the same temperature as closely as possible, and the invention aims to to provide simple but effective means of achieving this.
At first glance, the solution to this problem appears to be possible simply by installing cooling and heating units along the sides of the cell; However, the experiment has shown that such a method does not lead to the goal and is in fact disadvantageous, since in such a case the cooling or heating coils are parallel to the outer electrodes and therefore these receive practically the entire effect, so that the temperature and Current changes instead of being compensated for, are promoted much more and the current balance through the cell is disturbed.
If the cooling and heating coils are arranged under the electrodes, the result is an equally bad result between the parts of the electrode that are located in the electrolyte at a higher level.
The invention consists in that a temperature control system in the form of tubes, through which cold or hot liquid flows, is arranged in the circuit, which tubes on both sides of the electrodes run perpendicular to the main plane of the same. The heating or cooling effect is thus exerted in the same way on all electrodes and on the electrolyte between them, it being possible for the electrodes to have flat or corrugated surfaces.
The circulatory system within the cell preferably consists of flattened tubes that lie one above the other, namely verti cal with their larger cross-sectional axes, so that they offer the narrow sides of the electrodes a flat surface of considerable size. This arrangement also keeps the space taken up by the tubes in the cell, and therefore also the general dimensions and weight of the cell, small.
At each end of the cell, the system preferably also comprises a back and forth flow of the heating or cooling liquid to the same side of the cell in order to counteract any temperature change in the liquid when it is drained from one side of the cell to the other .
Some practical embodiments of the invention in their application to Zel len for the production of oxygen and hydrogen by electrolytic decomposition with 'aces are shown as examples in the drawings. In these are: Fig. 1 and \? a longitudinal resp. Cross-section through a cell showing the system of supply and discharge of cooling water; Figures 3 and 4 are similar sections of another construction for the circulatory tubes; Fig. 5 is a fragmentary section of another modification of the circulatory tube;
Fig. G and 7 are a longitudinal respectively. a fragmentary cross-section through a cell to illustrate a modified arrangement of the circulation tubes.
In FIGS. 1 and 2, the electrolytic cell is denoted in outline by a. The main part of the circuit. @ I-stemes is formed from pairs of flattened tubes b, c, which are arranged one above the other and stored inside the cell on both sides of the electrodes and perpendicular to the main plane or respectively. run to the surface of the electrodes.
The tubes are connected to one another at one end by a short tube d (Fig.?) And are held at that end by a strip or strap e which hangs from the top of the cell. A feed pipe f enters the lower pipe c at the opposite end and a drain pipe g extends from the upper pipe b at the same end.
The feed pipe f is stored on top of the cell and ends in a funnel 1i, into which the cooling liquid is fed through an air gap from a tap j of an upper line pipe k :.
Through the air gap between the funnel h and the tap j, the pipe f is electrically isolated from the main line k and the sections of the main line which supply each cell are two-fold; insulated from each other by using connecting sleeves 1 made of glass or rubber.
At the points where the sleeves are located on the main line, this is carried by the cells through nozzles k- 'and the feed pipe /' can be held by suitably attached brackets or the like, which are shown in the drawing of the overview- are omitted because of the possibility.
The discharge pipe y is led over the cell up to a height almost equal to that of the feed pipe and a reeht-, vinl,:
-lige branch leads the liquid from the pipe <I> g </I> into a vertical pipe -in, which lies outside the cell, and over a funnel n encli "#t, which forms the upper end of a pipe o, which leads to a drainage line p, which is stored under the cell.
Instead of the flattened, flattened tubes b. c, as described, flattened pipe coils can be used without changing the construction otherwise. The circuit of the coolant can be easily followed. The liquid flows from the main supply pipe from the tap j into the funnel k and is introduced through the feed pipe f into the pipe c at one end.
The liquid flows through the pipe c into the pipe b through the connecting piece <I> d </I> and flows back in the pipe <I> b </I>, from where it flows through the pipes g, into and yz enters the drain line p.
If distilled water is used, the same is passed from line p into a container, where it is heated or cooled as required and from where it is pumped back into the main feed line, 7c.
In the modified Ausführungsfor men shown in FIGS. 3, 4 and 5, the space occupied by the circulation tubes in the cell is reduced and the tubes are brought into closer proximity to the electrodes by the Tubes are designed as channels in the usual gas collecting bells which are arranged around the upper parts of the electrodes.
In Figures 3 and 4, the circulation tubes <I> q, r </I> are inserted in the end walls s of the depending jacket of the gas collection bell and form part of these walls. The tubes can be built with the lower part of the bell shell together or this shell can also be slotted to accommodate the tubes that are welded in place.
In the modified construction of FIG. 5, two trough-shaped recesses are t mounted by rolling or in some other way in the bell shell. Identical troughs -u are rolled into a metal strip of the appropriate width, which is welded to the bell casing at the three points v so that the troughs t and u are in line, so that two tubes w and aa are formed. End seals for the tubes are welded on site.
The circulation of the liquid through these tubes is essentially the same as described above for FIGS. 1 and 2 and need not be explained in more detail. The presence of screwed connections between the feed and drainage pipes and the circulatory pipes within the cells can lead to the risk of leakage of the circulatory fluid into the electrolyte due to incorrect assembly and, where this circumstance comes into consideration, this is shown in FIGS. 5 and 6 The method shown is preferable to the pipe connection.
This construction has the further advantage that the space required by the circulatory system in the cell is less than in the previously described embodiments. In this case, one end of each cooling tube <I> b, </I> c from the side wall of the cell <I> a, </I> into which they are welded or with which they are molded in one piece wear. The feed pipe f and the discharge pipe g are connected to the pipes outside the Behäl age, while the arrangements for supply and discharge of the liquid are the same as before.
The circulatory tubes within the cells are carried by strips or straps y which hang down from the upper end of the cell and their inner ends are connected by a short tube z, which corresponds to the tube d of FIGS.