Elektrolytischer Zersetzer zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff: Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrolytischen Zersetzer zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, insbeson dere auf einen Druckzersetzer zur Erzeugung der genannten Gase unter hohem Druck.
Die am häufigsten gebrauchten bipolaren Filterpressensysteme besitzen neben dem Nachteil eines ziemlich grossen Nebenschluss- stromes noch den weiteren Nachteil einer durch die Spannung festgelegten geringen Gesamtlänge, die besonders für Druckzerset- zer nachteilig ist, weil hier grosse Gefäss längen viel wirtschaftlicher ausgebaut wer den können als kleine.
Die bei Filterpressen- Elekrolyseuren als Diaphragmen verwende ten Asbestgewebe oder feindurchlochten Nickelbleche haben den Nachteil einer ge ringen mechanischen Festigkeit und müssen deshalb oft ausgewechselt werden. Die Gase steigen im Elektrolytraum nur einseitig auf, so dass sich innerhalb der Zelle ein schädlicher Rücklauf mit Druckschwankungen ausbilden kann, während anderseits die aus der Zelle austretende und durch das ganze System laufende Elektrolytmenge zu klein ist, um die ganze Wärme abzuführen.
Es ist nicht möglich, diese umlaufende Elektro1ytmenge durch Pumpen oder irgend welche andere Mittel zu vergrössern, da hierdurch eine noch grössere Beanspruchung der Diaphragmen auftreten würde.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Zersetzer, insbesondere ein Druckzersetzer, bei dem die an sich bekannte Parallelschal tung beliebig vieler Elektroden zu einer Gruppe und die Hintereinanderschaltung be liebig vieler solcher Gruppen angewendet und so durchgeführt werden kann, dass die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Zu diesem Zweck ging der Erfinder von einer an sich bekannten Anordnung aus, wo zum Aufbau eines Zersetzers in stehender Anordnung von zwei Paaren durch Dia phragmen getrennter, durchlässiger Elektro den die einander zugekehrten Elektroden gleichgeschaltet sind und mit einem gemein samen Halterahmen einen Elektrolytraum umschliessen, während die voneinander ab- gekehrten Elektroden, ebenfalls gleichge schaltet, ihre Gase frei in den Zellenraum liefern.
Im Gegensatz zu dieser Anordnung hat der Erfinder die Bildung allseitig ge schlossener Elektrolyträume zwischen je zwei gleichpoligen Elektroden und einen Rahmen zum Bauprinzip für beide Polaritäten er hoben und hierdurch erreicht, dass in allen Elektrolyträumen der Elektrolyt von zwei Seiten aus gleichmässig mit Gas durchmengt und auf den andern Seiten von Rahmen flächen geführt wird und dazu noch die Dia phragmen so geschützt sind, dass mit Pumpen oder ähnlichen Hilfsmitteln ein starker, gleichmässiger Umlauf erzielt werden kann.
Demgemäss ist nach der Erfindung der elektrolytische Zersetzer zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, insbesondere unter hohem Druck, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauelemente- für die Zellen gelochte Elektrodenbleche, Diaphragmen und Rahmen aus Isoliermaterial dienen, indem je zwei Elektrodenbleche verschiedener Polarität, die voneinander unmittelbar durch ein Dia phragma getrennt sind, und je ein allseitig geschlossener Rahmen aus Isoliermaterial derart abwechseln,
dass jeder Elektrolytraum durch einen Rahmen und zwei Elektroden bleche gleicher Polarität umschlossen ist.
Zweckmässig wird hierbei eine Anzahl von Gruppen parallel geschalteter Einheiten hintereinander geschaltet.
Hierbei kann der Aufbau der Elektrolyt räume an den Enden jeder Elektrodengruppe von dem der übrigen Elektrolyträume inso fern abweichen, als sie nur eine gasentwik- kelnde Elektrode aufweisen, die unmittelbar an einem Diaphragma anliegt.
Man kann jedoch auch in diesen End räumen eine günstige Elektrolytgasmischung dadurch erzielen, dass man eine zweite gas- entwickelnde Elektrode anordnet, die von der ersten Elektrode einen kleineren Abstand hat, als er zwischen den zwei Elektroden der übrigen, normalen Elektrolyträume vor handen ist.
Durch diese Massnahme wird an der zweiten Elektrode, wenn auch in vermin dertem Masse, Gas entwickelt. Die Massnahme zur Erzielung eines gleichmässigen Gaselektrolytgemisches kann noch vervollständigt werden durch die wei tere Massnahme der unterschiedlichen Quer schnittsbemessung der Wasserstoff- und Sauerstoffelektrolyträume. Dies wird am zweckmässigsten dadurch erreicht, dass man die Dicke der Sauerstoffrahmen geringer, vorzugsweise halb so gross bemisst,
als die Dicke der Wasserstoffrahmen, da in jenen nur halb so viel Gas erzeugt wird.
Eine weitere Massnahme befasst sich mit der Ausbildung der Form der Rahmen, die mit den beiden Elektrodenblechen den Elek- trolytraum umschliessen. Der Elektrolyt wird vorteilhaft am tiefsten Punkte der Rahmen zu- und das Elektrolyt-Gasgemisch an sei nem höchsten Punkte abgeführt.
Zu diesem Zweck werden gut isolierte Zu- und Abfuhrkanäle geschaffen. Dies kann so erfolgen, dass sie beim Zusammen bau der Baueinheiten von selbst entstehen, und zwar dadurch, dass die die Elektrolyt räume umschliessenden Rahmen aus Isolier masse Ausnehmungen aufweisen, die beim Zusammenbau der Zellen fortlaufende Ka näle am obern Ende zum Abführen des Elek- trolyt-Gasgemisches, am untern Ende zum Zuführen des Elektrolyten und die dazu ge hörigen Verbindungswege mit den Zellen ergeben.
Zweckmässig erhalten bei solchen Zerset- zern mit hintereinander geschalteten Grup pen von parallel geschalteten Elektroden die zusammengebauten Rahmen im obern und untern Rahmenteil, beiderseits der senkrech ten Mittelachse angeordnet, je zwei Elektro- lyt-Hauptkanäle und je zwei Elektrolyt- Gruppenkanäle. Dabei ist Vorsorge zu tref fen, dass der Elektrolyt möglichst über die ganze Breite des umschlossenen Raumes gleichmässig verteilt wird.
Diesem Bestre ben ist bei manchen Zersetzern, z. B. bei Druckzersetzern, durch die Rahmenform selbst, die hier nach Möglichkeit dem Quer schnitt des Druckgefässes (z. B. Kreisquer schnitt) angepasst werden muss, und durch die Unterbringung des zweiten gegenpoligen Elektrolytkanals eine gewisse Grenze gesetzt. Man kann sich jedoch hier so helfen, dass man die Einmündungen der Gruppenkanäle in die Elektrolyträume sich allmählich er weitern lässt, um die Verteilung des zuflie ssenden Elektrolyten über den ganzen Raum und die Sammlung des abfliessenden Ge misches zu begünstigen.
Diese Wirkung kann in vorteilhafter Weise dadurch verstärkt werden, dass man die den Elektrolytraum begrenzende Rah menwand nach der Einmündung des Zufüh rungskanals hin allmählich abschrägt, so dass der aus der erweiterten Ausflussöffnung fliessende Elektrolyt sich auch seitlich nach oben begeben und den ganzen Raum durch spülen kann. Die gleiche Massnahme wird auch für die Gas-Elektrolytabfuhr, jedoch im verstärkten Masse, durchgeführt.
Um eine leichte Gasabfuhr zu erzielen, werden dem gemäss die obern Rahmenwände stark ab geschrägt, und zwar stärker als die untern, weil die oben abzuführende Gas-Elektrolyt- masse um die mitgeführte Gasmenge grösser ist als die unten zufliessende Elektrolyt menge, so dass oben eine grössere Strömungs geschwindigkeit erforderlich ist.
Es hat sich noch, besonders hinsichtlich der Gasreinheit, als vorteilhaft erwiesen, die Einmündung der Zuführungs- und Abfüh- rungskanäle in Elektrolyträumen tunlichst in die senkrechte Mittelachse der Rahmen zu legen. Es ist erklärlich, dass hier an den Zuführungs- und Abführungsstellen die grössten Geschwindigkeitszu- und -abnahmen auftreten.
Mit dem Auftreten von Geschwin digkeitsänderungen sind Druckänderungen verbunden, die, wenn sie nicht auf beiden Seiten des Diaphragmas in der gleichen Grö ssenordnung vor sich gehen, zu Strömungen des Elektrolyten durch das Diaphragma hin durch, nach den Stellen niederen Druckes Anlass geben.
Um die Bildung in sich geschlossener, fester Baueinheiten aus zwei gleichnamigen Elektroden und einem Rahmen zu begünsti gen, ist es vorteilhaft, den Elektroden einen kleineren Umfang zu geben als den Rahmen selbst, so dass sie in eine im Rahmen etwas vertiefte Nut eingepresst werden können. Die Stromzuführungslappen der Elektroden tre ten dann seitlich oder schräg nach oben oder unten durch diese Nuten fortsetzende Aus- nehmungen aus den Rahmen heraus. Jeder Rahmen mit den beiderseits eingepressten Elektroden und den Stromzuführungsrippen bildet eine Baueinheit.
Der Zusammenbau erfolgt durch einfaches Aufeinanderlegen solcher Baueinheiten, wobei zwischen zwei solche Einheiten immer ein Diaphragma ein gelegt wird. Dieses Diaphragma kann wie derum den gleichen Umriss haben wie die Rahmen, oder es wird mit einem kleineren Umfang ausgebildet und kann dann eben falls in eine Nut eines der Rahmen oder bei der Rahmen eingepresst werden. Im ersten Falle muss natürlich das Diaphragma aus gestanzte Ausnehmungen zur Bildung der Gas- und Elektrolytkanäle erhalten.
Durch das Einpressen des Diaphragmas in die Rah men erhält man eine weitere Vereinfachung des Zusammenbaues, da jetzt überhaupt nur mehr Rahmeneinheiten, welche die Elektro den und Diaphragmen schon enthalten, auf einandergelegt zu werden brauchen.
Zum Zusammenhalten des so entstan denen Zellenkörpers können verschiedene <B>1</B> ittel angewendet werden. Um den Zusam- menbau nach Art der sogenannten Filter- pressenanordnung zu bewirken, können die Taueinheiten durch Spannschienen zusam mengehalten werden.
Diese werden dann in nach aussen offenen Einbuchtungen des Rab.- menumrisses mit einem Abstand angeordnet, der nur an einzelnen Stellen von stützenden Isolierkörpern überbrückt wird. Es kann vorteilhaft sein, noch einen Tragkörper an zuordnen, auf dem sich der Zellenkörper an einzelnen Stellen durch die Stromzufüh- rungslappen oder die Stromschienen unter Zwischenschaltung isolierender Körper ab stützt.
Besonders vorteilhaft ist es bei dem so bewirkten Zusammenbau der Zellen, die Elektroden senkrecht zur Längsachse des Elektrolyseurs so anzuordnen, dass zwei Elektroden gleichen Potentials mit dem zu gehörigen Rahmen einen geschlossenen Raum mit unterem Elektrolytzufluss und oberem Elektrolytabfluss bilden.
Was die je zwei ungleichpolige Elektro den trennenden Diaphragmen betrifft, so kann man solche in verschiedener Ausfüh rung verwenden, also zum Beispiel Asbest gewebe oder dergleichen. Am besten bewäh ren sich Diaphragmen aus Asbestpappe; denn sie weisen ausser ihrer Billigkeit noch den Vorteil einer höchst gleichmässigen Vertei lung feiner Poren auf, was für Druckzerset- zer besonders wichtig ist.
Diese Diaphrag- men werden zwischen die Bauelemente ein gesetzt oder eingepresst; zwecks Platzerspar nis kann es aber auch zweckmässig sein, in an sich bekannter Weise die Elektroden mit den Diaphragmen zu belegen.
Sehr wichtig ist es, die Diaphragmen gegen Beschädigung durch den erwünschten starken Elektrolytumlauf zu schützen. In dieser Richtung -wirkt zunächst die Gleich haltung der Drücke auf beiden Seiten des Diaphragmas infolge der bereits erwähnten Massnahmen der gegeneinander abgestimmten Bemessung des durch die Rahmendicke be stimmten Fassungsvermögens der Sauerstoff und der Wasserstoff-Elektrolyträume einer seits und der Anordnung der Zu- und Ab flüsse in der senkrechten Mittelachse der Rahmen.
In gleicher Richtung wirkt die gegenseitige sichere Abstützung der Elektro den und des dazwischen eingespannten Dia phragma,s, die noch durch besondere zusätz liche Massnahmen verstärkt und begünstigt werden kann. In diesem Sinne können die freien Flächen gegenüberstehender Elektro den durch gegebenenfalls an einer oder bei den Elektroden angeschweisste Abstands stücke gegeneinander abgestützt werden, wo bei die Abstandsstücke aufeinander folgen der Einheiten gegeneinander versetzt ange ordnet sind.
Hierdurch wird beim Zusammenbau den Elektroden eine gewisse Vorspannung erteilt, die sie auf das Diaphragma presst. Im gan zen sind also zwei verschiedenartige Befesti- gungsstellen für die Abstandsstücke vor gesehen, die abwechselnd aufeinanderfolgen. Auf diese Weise wird auch das Anliegen sehr dünner Elektroden am Diaphragma er möglicht, was einen guten Wirkungsgrad, reine Gase und Schonung der Diaphragmen gegenüber mechanischer Beanspruchung zur Folge hat.
Werden die Elektroden so dünn gewählt, dass eine seitliche, oder über den Umfang verbreiterte Stromzuführung durch die Elektrode selbst nicht mehr möglich ist, da der Widerstand sich wegen des geringen Querschnittes zu stark erhöhen würde, so wird zweckmässig der Strom durch besondere Stromzuführungsmittel, die dann zwischen die Elektroden eingelagert werden, zuge führt. Hierbei bildet man zweckmässig die Stromzuführungsmittel, z. B. Bleche, als Versteifungsgerippe im Elektrolytraum aus.
Die durch die Abstandsstückchen oder Ver steifungen hervorgerufene Einspannung darf nicht zu stark sein, das heisst es darf durch sie nur eine geringe Aufwölbung oder Wel- lung der Elektroden hervorgerufen werden, da sonst ein Durchdrücken des Diaphragmas oder die Entstehung von Hohlräumen, aus denen sich die Gasabfuhr schlecht oder nicht bewerkstelligen lässt, die Folge sein würde.
Ein Ausführungsbeispiel eines Zersetzers gemäss der Erfindung, bei dem mehrere Elek troden parallel zueinander geschaltet und die so gebildeten Gruppen hintereinander ge schaltet sind, ist in der Zeichnung darge stellt; es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den Zersetzer im teilweisen senkrechten Schnitt nach der Längsachse des Druck gefässes, F ig. 2 einen Schnitt quer zur Zer- setzerlängsachse durch einen Sauerstoffrah men,
Fig. 3 durch einen Wasserstoffrahmen, Fig. 4 ein Diaphragma, Fig. 5a eine Sauer stoffelektrode, Fig. 5b eine Wasserstoffelek trode von der Breitseite, Fig. 6a, 6b die glei chen Elektroden von der Schmalseite aus ge sehen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht eine Elektrodengruppe aus vier Wasserstoffrah men 1, die je zwei Wasserstoffelektroden 2 tragen, drei Sauerstoffrahmen 3, die je zwei Stauerstoffelektroden tragen, zwei schmäle- ren Sauerstoffrahmen 5, die je eine Sauer stoffelektrode 4 und je eine zusätzliche Elek trode 6 tragen, acht Diaphragmen 7 und einer Abschlussplatte B.
In Fig. 2 ist ein Sauerstoffrahmen dar gestellt. Ganz oben rechts befindet sich der Hauptwasserstoff-Elektrolytsammelkanal 9 und darunter der Gruppenwasserstoff-Elek- trolytsammelkanal 10, während sich links in cr e icher Lage der Hauptsauerstoff-Elektro- lytsammelkanal 11 und der Gruppensauer stoff-Elektrolytsammelkanal 12 befinden.
Unten rechts sieht man den Ilauptelektrolyt- Zuführungskanal 13 und den Gruppenelek- trolyt-Zuführungskanal 14, für die Wasser stoff erzeugenden Räume, und links in glei cher Höhe den Hauptelektrolyt-Zuführungs- kanal 15 und den Gruppenzuführungskanal 16 für die Sauerstoff erzeugenden Elektro- lyträume.
Bei den Sauerstoffrahmen haben die Gruppenkanäle 12- bezw. 16 sich stark er weiternde, in die Mitte des Rahmens füh rende Verbindungsöffnungen 17 bezw. 18.
Ebenso haben bei den Wasserstoffrahmen gemäss Fig. 3 die Gruppenkanäle 10 und 14 entsprechende Verbindungsöffnungen 19 bezw. 20 mit dem Elektrolytraum innerhalb des Rahmens. Die Wasserstoffrahmen sind in der Bauart genau gleich den Sauerstoff rahmen; sie werden nur um ihre senkrechte Mittelachse um<B>180'</B> gedreht, wodurch die Verbindungskanäle 12, 17 und<B>16,18</B> auf die Wasserstoffseite fallen.
Der Rahmen weist ferner beiderseits eine dem Umriss,der Elektroden 4 oder 2 (Fig. 5a-, 5b) entsprechende Nut 21 oder 22 auf, die sich seitlich in eine über die ganze Breite des Rahmens verlaufende Nut 23 oder 24 erweitert. Die Nut hat eine Tiefe von der Stärke der Elektrode oder auch etwas weni ger, so dass die Elektrode, wenn sie in die Nut eingelegt oder eingepresst wird, eben mit den andern Flächen des Rahmens abschnei det. Dabei kommt der Stromzuführungslap- pen 25 oder 26 der Elektrode in die Nut 23 oder 24 zu liegen.
Die Elektrode kann an den drei in Fig. 5a, 5b durch Punkte bezeichneten Stellen kleine, eingeschweisste oder ausgebrochene Spitzen oder dergleichen tragen, die sich beim Einpressen der Elektrode in den Rah- ;nen eindrücken und dadurch Elektrode und Rahmen fest zusammenhalten.
Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Rahmen zeigen die Nut 23 bezw. 24 .auf der gleichen Seite, wie Sie entsprechenden Verbindungs- iffnungen 17, 18 bezw. 19, 20, und so ist die Hälfte aller Sauerstoff- und Wasserstoffrah men ausgeführt.
Die andere Hälfte der Sauerstoff- und Wasserstoffrahmen dagegen trägt die Nut 23 bezw. 24, ohne dass sich sonst etwas an der Rahmenausführung än dern würde auf der gegenüberliegenden Seite;
denn die Stromzuführungslappen 25 bezw. 26 der Sauerstoff- bezw. der Wasser stoffelektroden liegen (durch die Mnterein- andersehaltung bedingt) abwechselnd auf beiden Seiten, also einmal rechts und einmal links vom Zellenkörper, wobei die zugehöri gen Elektrolyt- und Elektrolytgaskanäle na turgemäss immer auf der gleichen Seite, also zum Beispiel die Sauerstoffkanäle auf der linken und die Wasserstoffkanäle auf der rechten Seite bleiben müssen.
Jeder Wasserstoffrahmen 1, Sauerstoff rahmen 3 und auch die verengten Sauerstoff rahmen 5 tragen beiderseits am Rahmen be festigte, zum Beispiel eingepresste Elektro den 2, 4 bezw. 4 und 6. Diese Elektroden sind nun nicht nur durch den Rahmen am Umfang gehalten und abgestützt, sondern werden auch noch auf der innern, freien Fläche gegeneinander abgestützt. Das wird zum Beispiel dadurch bewirkt, dass auf der Hälfte der Sauerstoffelektroden 4 je zwei gekantete, zur Elektrode senkrecht stehende Blechstreifen 27 (Fig. 2) befestigt werden, indem man sie zum Beispiel an den Enden um<B>90'</B> dreht und elektrisch mit der Elek trode verschweisst.
Diese Abstandstücke haben eine Höhe, die gleich derjenigen der Rahmendicke y in den Nuten ist, oder sie sind besonders vorteilhaft etwas höher als y, wenn zum Beispiel y bei den Sauerstoffelek- troden 2 oder 3 mm ist, gibt man den Di- stanzblechstreifen 27 eine Höhe von zirka 2,1 bis 2,2 oder 3,1 bis 3,2 mm.
An der Hälfte der Wasserstoffelektroden 2 sind nun je drei Blechstreifen 29 (Fig. 3) angeheftet, und zwar in der Lage, wie sie Fig. 5b, 6b zeigt. Angenommen, der Wasser stoffrahmen habe eine Stärke y, von 4 oder 6 mm in der Nut, dann werden diese Blech streifen mit einer Höhe von 4,1 bis 4,2 bezw. 6,1 bis 6,2 ausgeführt.
Bei Hochdruckzersetzern ist die auf Grund der mit steigendem Druck sich ver ringernden Gasvolumina an und für sich ge gebene Verkleinerung der Rahmendicke y, also der Tiefendimension des Querschnittes bekannt und hat auch bereits Anwendung gefunden.
Die Rahmendicke y, also die Tiefen dimension des Elektrolytraumes kann aber bei Niederdruckzersetzern wie auch bei Hochdruckzersetzern auch dadurch verklei nert, das heisst im Verhältnis zur Höhe der Räume sehr klein gehalten werden, dass man dem umlaufenden Elektrolyten eine höhere als normale Geschwindigkeit erteilt. Dieses Vorgehen hat den grossen Vorteil, dass die Joule'sche Wärme einer grossen umgewälzten Elektrolytmenge entzogen werden kann, das heisst, dass der Elektrolyt bei diesem Verfah ren nicht so tief herabgekühlt werden muss.
wie bei dem gewöhnlichen Verfahren. Der Elektrolyt kommt also mit einer verhältnis mässig höheren Temperatur in die Zellen zu rück, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.
Es ist deshalb auch von besonderem Vor teil, diesen. beschleunigten Umlauf auf Druckzersetzer anzuwenden.
Die Länge aller Abstandstücke 27, 29 wird entsprechend dem Verlauf der seit lichen obern und untern Begrenzungslinien der Elektrode gehalten, und zwar so, dar ein gewisser ausreichender Abstand von die ser Begrenzungslinie eingehalten wird.
Diese Abstandstücke drücken beim Zu sammenbau auf die Elektrode, das Dia- phragma und auf die Kinder dem Diaphragma liegende andere Elektrode mit der Wirkung, dass die Elektroden und das Diaphragma eine ganz geringe Wellung erhalten, die ein festes Anliegen der Elektroden am Diaphragma zur Folge hat. Dies ist wegen des damit verbun denen mechanischen Schutzes des Diaphrag- mas noch besonders vorteilhaft für den Wir kungsgrad und die Gasreinheit.
Die Stäb chen dürfen nicht bis zur äussern Begren zungslinie reichen, weil sonst auch die Wel- lung bis dorthin verlaufen würde, und hier entweder auf den Rahmen übertragen würde, was nicht erwünscht ist, oder - wenn der Rahmen sehr widerstandsfähig ist - grobe und scharfe Biegungen und Verzerrungen in den Elektroden hervorrufen würde, die sich gerade hinsichtlich des gewellten gleichmässi gen Anliegens äusserst schädlich auswirken würden. Der Abstand der Streifenendpunkte muss also so gewählt werden, dass ein allmäh lich und gleichmässig verlaufender Übergang auf den Rahmen erhalten wird.
Man kann auch auf eine andere vorteil hafte Weise die gewünschte Spannung er zielen, indem man bei Elektroden, die einen im grossen und ganzen kreisrunden Umriss haben, also zum Beispiel den abgebildeten Elektroden, jede vierte Elektrode mit einem Stiftehen in der Mitte ausrüstet, das eben falls höher ist als der Abstand y.
Versieht man also zum Beispiel eine Wasserstoffelek trode 2 mit einem solchen Stiftehen, dann wer den die beiden Wasserstoffelektroden in der Mitte etwas ausgebaucht, so dass sie äusserst stumpfen Kegeln ähneln. Da die darauf fol genden Diaphragmen und Sauerstoffelektro den am Umfang durch die Rahmen fest ge presst sind, erhalten sie ebenfalls eine Aus bauchung und liegen an allen Stellen gut auf den ersterwähnten Elektroden an.
Statt eines Stiftchens in der Mitte kann auch vorzugsweise ein Kreis von Stiftehen nahe um die Mitte angebracht werden. Da durch erreicht man, dass eine ausgesprochene Kegelspitze, an der eventuell das Dia phragma durchgedrückt werden könnte, weg fällt und die Elektrode anstatt einer kegel- ähnlichen Form eine paraboloide oder ähn liche Form annimmt.
Vorzugsweise bringt man eine solche Spannvorrichtung an einer Wasserstoffelek trode an, weil sie stärker gehalten werden kann als die aus edleren und daher teueren Metallen bestehende Sauerstoffelektrode. Man erhält dadurch eine schöner verlaufende Aus- wölbu.ng, und die dünnere Sauerstoffelek trode legt sich dieser besser an als umgekehrt eine dickere Wasserstoffelektrode einer dün nen. Sauerstoffelektrode.
Es wurde bereits erwähnt, dass man vor teilhaft die Wasserstoffrahmen 1 am besten doppelt so stark ausführt als die Sauerstoff rahmen 3. Die Sauerstoffendrahmen 5 wer den, da sie nur eine unmittelbar am Dia phragma anliegende Elektrode aufweisen. schmäler gemacht als die Sauerstoffrahmeli und zwar macht man sie nicht halb so dick, sondern etwas dicker.
Durch das Einpressen oder eine ander weitige Befestigung je zweier Elektroden in oder an einem Rahmen erhält man Bauein heiten, die einen besonders leichten und ein fachen Aufbau der Zellen ermöglichen; denn man hat beim Zusammenbau nichts weiter 'zu tun, als immer zwischen je zwei solcher Rahmen ein Diaphragma zu legen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bilden nun je vier Baueinheiten für den Was serstoff mit je fünf Raumeinheiten für den Sauerstoff, den dazwischen liegenden acht Diaphragmen und einer Schlussplatte 8 eine Gruppe, die vier grosse (9, 13, 11, 15) und vier kleine (1U, 14, 12, 16) Kanäle aufweist.
Die kleinen Kanäle sind nun in dem je weils ersten oder letzten oder ersten und letzten Sauerstoff- oder Wasserstoffrahmen durch den Fortfall der Stege 31-32 oder 33-34 (Fig. 2, 3) mit den entsprechenden grossen Kanälen verbunden, so dass unten der Elektrolyt von den Hauptzuführungskanälen in die Gruppenzuführungskanäle und von da in die einzelnen Elektrolyträume gelan gen kann, während oben der mit Gas ge mischte Elektrolyt aus den einzelnen Räu men in die Gruppensammelkanäle und von hier aus eben durch das Weglassen dieser Stege in die Hauptsammelkanäle fliessen kann.
Die Verbindungsöffnungen können aber auch ganz oder zum Teil in die Schlussplat- ten 8 (Fig. 1) gelegt werden.
Die Schlussplatten 8 weisen an sich nur die vier Hauptkanäle (9, 13, 11, 15) auf. Sie bestehen wie die Rahmen aus einem iso lierenden, laugen- und gasfesten Werkstoff. In die Platten sind vorteilhaft eine oder auch mehrere über den ganzen Querschnitt rei chende (nicht gezeichnete) Blecheinlagen eingelagert. Diese Blecheinlagen verhindern das Fliessen eines Nebenschlussstromes auch dann, wenn sich die Isoliermasse der Schluss platten aus irgend einem Grunde mit Elek trolyt vollsaugen sollte.
Der Umfang dieser Blecheinlagen ist gleich, etwas kleiner oder auch grösser als derjenige der Schlussplatten, und die Kanalaussparungen sind etwas grö sser als diejenigen der Schlussplatten, so dass die Isoliermasse die Einlagen mindestens auf allen Flächen der Kanäle umkleidet.
Die Diaphragmen 7 haben die in Fig. 4 dargestellte äussere Form der Rahmen und tragen Aussparungen für alle Kanäle. Die Flächen um die Kanäle und die Ränder wer den einwärts bis zur Grenze der arbeitender Elektrodenfläche mit einem isolierenden und unangreifbaren Dichtungsstoff impräg niert, gestrichen oder gespritzt, um Heraus drücken von Elektrolyt hintanzuhalten.' Sie können aber vorteilhaft auch kleiner gemacht werden als die Rahmen und in diese ein gebettet werden, dadurch können die Kanäle im Diaphragma wegfallen.
Was den Werk stoff der Diaphragmen betrifft, so kann man solche in verschiedener Ausführung verwen den, also zum Beispiel Asbestgewebe oder dergleichen. Am besten bewähren sich Dia phragmen aus Asbestpappe; denn sie weisen ausser ihrer Billigkeit noch den Vorteil einer höchst gleichmässigen Verteilung feiner Po ren auf, was für Druckzersetzer besonders wichtig ist.
Die Rahmen 1, 3, 5 und die Schlussplat- ten 8 können aus irgendeiner geeigneten Iso- liermasse geschnitten, gestanzt, gepresst oder gegossen werden. Besonders vorteilhaft wer den sie aus einem geeigneten Gemenge durch Warmpressung hergestellt, oder indem man ein geeignetes, teigartiges Gemenge in eine Form presst und dann durch öfteres Nach pressen in Maschinen- oder Stanzpressen die genaue Form, Dichtigkeit und Festigkeit erzielt.
Die Wasserstoffelektroden 2 bestehen am besten aus Eisen und sind durchlässig (Ge webe, gelochte Bleche usw.). Besonders vor teilhaft hierfür sind gelochte Bleche. Die Elektroden werden vorteilhaft mit den Stromzuführungs- und Befestigungslappen 25, 35 bezw. 26, 36 in. einem Stück gestanzt.
Als Sauerstoffelektroden wählt man ent# weder vernickelte Eisenelektroden in glei cher Ausführung wie die Wasserstoffelek troden, oder man nimmt besser gelochte reine Nickelbleche, durch Walzen oder galvanisch hergestellt.
Wie schon weiter oben erwähnt, sind innerhalb einer Gruppe die einzelnen, gleich- poligen Elektroden parallel geschaltet, wäh rend die einzelnen Gruppen hintereinander geschaltet werden. Fig. 1 zeigt diese Schal tung. Die einzelnen Stromzuführungslappen 25 oder 26 werden durch Schrauben 37 oder andere Befestigungsmittel an stromleitende Bänder, z. B. Kupferschienen 38, angeschlos sen. Ein Band verbindet zwei Gruppen. Die Bänder liegen abwechselnd auf der linken und auf der rechten Seite.
Fig. 1 zeigt einen in ein Druckgefäss ein gebauten Zellenkörper 43. In den äussern Rundungen der Rahmen liegen die vier Spannspindeln 39, auf die in gewissen Ab ständen isolierende Tragrollen 40, z. B. aus Porzellan., geschoben sind. Die Spindeln tra gen ausserdem Mittel, welche den Abstand zwischen den einzelnen Porzellanrollen hal ten. Die Spindeln können aus Rundstahl oder dergleichen in einem Stück gefertigt sein oder sind vorteilhaft aus mehreren ge geneinander isolierten Rundstahlstücken oder Kettengliedern oder dergleichen zusammen gesetzt.
Die Spindeln kommen mit dem Zel- lenkörper 43 selbst in keinerlei Berührung, sondern nur mit den äussern Pressplatten 45, die von der übrigen Konstruktion durch eine Isolierschicht 44 getrennt sind.
Die vier Hauptkanäle 9, 13, 11, 15 (Fug. 2, 3) geben am Ende in die kreisförmigen Anschlussrohre 41 über (Fug. 1). Diese vier Bohre 41 werden am Deckel 'des Druck gefässes befestigt und abgedichtet, z. B. durch Stopfbüchsen.
Der Zwischenraum zwischen dem Druck gefäss 42 und dem Zellenkörper 43 ist mit einem Isoliermittel ausgefüllt.
Die Tragkonstruktion besteht beim ge zeigten Beispiel aus einem halboffenen Eisen mantel 46, der sich mit ganz geringem Spiel der Wandung des Druckgefässes anschmiegt. Dieses Mantelstuck wird am Anfang und Ende an die äussern Pressplatten 45 ange schraubt, und zwar am Ende in Schlitzen, damit einer etwaigen Längenänderung durch Nachpressen des Zellenkörpers Raum ge geben werden kann.
Auf diesen Tragkörper 46 ist der ganze Zellenkörper 43 jeweils an den Stromschie- nenstücken 38 zweier Gruppen durch die Stützteile 47 abgestützt, die an dem Eisen mantel 46 in Schlitzen 48 verschiebbar an geschraubt werden.
Diese Stützteile 47 greifen in Isolierkör- per 49 aus Porzellan, die U-förmigen Quer- schnitt besitzen und durch die Tragstücke 50 gehalten werden. Die Tragstücke 50 sind wiederum an den Stromschienenstücken 38 festgeschraubt.
Durch diese Tragkonstruktion ist der Zellenkörper nach jeder Richtung hin gegen Verschieben gesichert.
Der Eisenmantel 46 braucht auch bei be liebig langen Zersetzern nicht besonders stark ausgeführt zu werden, da er - durch seine Form allein schon sehr biegungssteif - auf der ganzen Länge durch das Druck gefäss selbst getragen ist.
Electrolytic decomposer for generating hydrogen and oxygen: The invention relates to an electrolytic decomposer for generating hydrogen and oxygen, in particular to a pressure decomposer for generating said gases under high pressure.
The most frequently used bipolar filter press systems have, in addition to the disadvantage of a fairly large shunt current, the further disadvantage of a short overall length determined by the voltage, which is particularly disadvantageous for pressure decomposers because here large vessel lengths can be expanded much more economically than small ones .
The asbestos fabric or finely perforated nickel sheets used as diaphragms in filter press electrolysers have the disadvantage of a low mechanical strength and therefore often have to be replaced. The gases rise only on one side in the electrolyte space, so that a harmful return flow with pressure fluctuations can develop inside the cell, while on the other hand the amount of electrolyte emerging from the cell and flowing through the entire system is too small to dissipate all the heat.
It is not possible to increase this circulating amount of electrolyte by pumps or any other means, since this would put even greater stress on the diaphragms.
The invention now relates to a decomposer, in particular a pressure decomposer, in which the parallel connection of any number of electrodes to form a group and the series connection of any number of such groups can be used and carried out in such a way that the disadvantages mentioned are avoided.
For this purpose, the inventor started from an arrangement known per se, where to build a decomposer in a standing arrangement of two pairs of permeable electrodes separated by diaphragms, the electrodes facing each other are switched in line and enclose an electrolyte space with a common holding frame while the electrodes facing away from each other, also switched in the same way, deliver their gases freely into the cell space.
In contrast to this arrangement, the inventor raised the formation of electrolyte chambers closed on all sides between two homopolar electrodes and a framework for the construction principle for both polarities and thereby achieved that the electrolyte in all electrolyte chambers is evenly mixed with gas from two sides and on the other sides of frame surfaces and the diaphragms are protected in such a way that a strong, even circulation can be achieved with pumps or similar aids.
Accordingly, according to the invention, the electrolytic decomposer for the production of hydrogen and oxygen, in particular under high pressure, is characterized in that perforated electrode sheets, diaphragms and frames made of insulating material serve as components for the cells, in that two electrode sheets of different polarity, which are directly from each other are separated by a diaphragm, and alternate a frame made of insulating material that is closed on all sides so that
that each electrolyte space is enclosed by a frame and two electrodes of the same polarity.
A number of groups of units connected in parallel are expediently connected in series.
Here, the structure of the electrolyte spaces at the ends of each electrode group can differ from that of the other electrolyte spaces insofar as they only have one gas-generating electrode that is directly in contact with a diaphragm.
However, a favorable electrolyte gas mixture can also be achieved in these end spaces by arranging a second gas-generating electrode which has a smaller distance from the first electrode than is present between the two electrodes of the other, normal electrolyte spaces.
As a result of this measure, gas is developed at the second electrode, albeit to a reduced extent. The measure to achieve a uniform gas electrolyte mixture can be completed by the further measure of the different cross-sectional dimensioning of the hydrogen and oxygen electrolyte spaces. This is most conveniently achieved by making the thickness of the oxygen frame smaller, preferably half as large,
than the thickness of the hydrogen frame, as only half as much gas is generated in those frames.
Another measure is concerned with the design of the shape of the frames that enclose the electrolyte space with the two electrode sheets. The electrolyte is advantageously fed in at the lowest point of the frame and the electrolyte-gas mixture is discharged at its highest point.
For this purpose, well-insulated supply and discharge channels are created. This can be done in such a way that they arise by themselves when assembling the structural units, namely by virtue of the fact that the frames made of insulating compound which surround the electrolyte spaces have recesses, which, when the cells are assembled, have continuous channels at the upper end for discharging the electrolyte -Gas mixture, at the bottom end for supplying the electrolyte and the associated connection paths with the cells.
In such decomposers with series-connected groups of parallel-connected electrodes, the assembled frames in the upper and lower frame parts, arranged on both sides of the vertical central axis, each have two main electrolyte channels and two electrolyte group channels each. Care must be taken that the electrolyte is evenly distributed over the entire width of the enclosed space.
This endeavor is ben with some decomposers, z. B. with pressure decomposers, by the frame shape itself, which here if possible the cross-section of the pressure vessel (z. B. circular cross-section) must be adapted, and by the accommodation of the second opposite-polar electrolyte channel, a certain limit. One can, however, help oneself in this way that one can gradually widen the confluence of the group channels into the electrolyte chambers in order to favor the distribution of the inflowing electrolyte over the entire space and the collection of the outflowing mixture.
This effect can be reinforced in an advantageous manner by gradually sloping the frame wall delimiting the electrolyte space after the confluence of the feed channel so that the electrolyte flowing out of the widened outflow opening can also move upwards to the side and flush the entire space through . The same measure is also carried out for the gas-electrolyte discharge, but to a greater extent.
In order to achieve easy gas discharge, the upper frame walls are bevelled sharply, more precisely than the lower ones, because the gas-electrolyte mass to be discharged at the top is greater than the amount of electrolyte flowing in from below, so that a greater flow velocity is required.
It has also proven to be advantageous, especially with regard to gas purity, to place the confluence of the supply and discharge channels in the electrolyte chambers as far as possible in the vertical center axis of the frame. It can be explained that the greatest increases and decreases in speed occur here at the feed and discharge points.
Changes in speed are associated with changes in pressure which, if they do not occur in the same order of magnitude on both sides of the diaphragm, give rise to electrolyte flows through the diaphragm towards the points of lower pressure.
In order to favor the formation of self-contained, solid structural units from two electrodes of the same name and a frame, it is advantageous to give the electrodes a smaller circumference than the frame itself, so that they can be pressed into a groove that is slightly recessed in the frame. The power supply tabs of the electrodes then emerge from the frame laterally or at an angle upwards or downwards through recesses continuing these grooves. Each frame with the electrodes pressed in on both sides and the power supply ribs forms a structural unit.
The assembly is carried out by simply laying such units on top of one another, with a diaphragm always being placed between two such units. This diaphragm can in turn have the same outline as the frame, or it is formed with a smaller circumference and can then also be pressed into a groove in one of the frames or in the frame. In the first case, of course, the diaphragm must have punched recesses to form the gas and electrolyte channels.
By pressing the diaphragm into the frame, you get a further simplification of the assembly, since now only frame units that already contain the electrodes and diaphragms need to be placed on top of each other.
Various <B> 1 </B> means can be used to hold the cell body formed in this way together. In order to effect the assembly in the manner of the so-called filter press arrangement, the rope units can be held together by tension rails.
These are then arranged in indentations of the rabbit outline that are open to the outside with a spacing that is only bridged by supporting insulating bodies at individual points. It can be advantageous to assign a support body on which the cell body is supported at individual points through the power supply tabs or the busbars with the interposition of insulating bodies.
When the cells are assembled in this way, it is particularly advantageous to arrange the electrodes perpendicular to the longitudinal axis of the electrolyzer so that two electrodes of the same potential with the associated frame form a closed space with lower electrolyte inflow and upper electrolyte outflow.
As for the two unpolarized electrons separating the diaphragms, you can use them in different versions, for example asbestos fabric or the like. Asbestos cardboard diaphragms work best; because, in addition to being cheap, they also have the advantage of an extremely even distribution of fine pores, which is particularly important for pressure decomposers.
These diaphragms are inserted or pressed between the components; in order to save space, however, it can also be expedient to cover the electrodes with the diaphragms in a manner known per se.
It is very important to protect the diaphragms against damage from the desired strong electrolyte circulation. In this direction, the pressures on both sides of the diaphragm are kept equal as a result of the measures already mentioned, namely the mutually coordinated dimensioning of the capacity of the oxygen and the hydrogen electrolyte chambers determined by the frame thickness and the arrangement of the inflows and outflows in the vertical central axis of the frame.
The mutual, secure support of the electrodes and the diaphragm clamped between them acts in the same direction, and this can be reinforced and facilitated by special additional measures. In this sense, the free surfaces of opposing electrodes can be supported against each other by spacers welded to one or the electrodes, where the spacers follow each other and the units are offset against each other.
This gives the electrodes a certain bias during assembly, which presses them onto the diaphragm. Overall, therefore, two different types of fastening points are provided for the spacers, which alternately follow one another. In this way, the application of very thin electrodes to the diaphragm is made possible, which results in good efficiency, pure gases and protection of the diaphragms against mechanical stress.
If the electrodes are chosen so thin that a lateral or circumferential power supply through the electrode itself is no longer possible, since the resistance would increase too much because of the small cross-section, the current is expedient through special power supply means, which then are stored between the electrodes, supplied leads. In this case, the power supply means are expediently formed, e.g. B. sheets, as a stiffening framework in the electrolyte space.
The restraint caused by the spacers or stiffeners must not be too strong, i.e. they must only cause a slight bulging or corrugation of the electrodes, otherwise the diaphragm will be pushed through or cavities will be created from which the Gas removal can be achieved poorly or not, the consequence would be.
An embodiment of a decomposer according to the invention, in which several electrodes are connected in parallel and the groups thus formed are connected in series, is shown in the drawing Darge provides; 1 shows a section through the decomposer in a partial vertical section along the longitudinal axis of the pressure vessel, FIG. 2 a section transverse to the longitudinal axis of the decomposer through an oxygen frame,
Fig. 3 through a hydrogen frame, Fig. 4 a diaphragm, Fig. 5a an oxygen electrode, Fig. 5b a hydrogen electrode from the broad side, Fig. 6a, 6b see the same electrodes ge from the narrow side.
As can be seen from Fig. 1, an electrode group consists of four hydrogen frames 1, each carrying two hydrogen electrodes 2, three oxygen frames 3, each carrying two oxygen electrodes, two narrower oxygen frames 5, each one oxygen electrode 4 and one additional Wear electrode 6, eight diaphragms 7 and an end plate B.
In Fig. 2, an oxygen frame is provided. At the very top right is the main hydrogen electrolyte collecting duct 9 and below it the group hydrogen electrolyte collecting duct 10, while the main oxygen electrolyte collecting duct 11 and the group oxygen electrolyte collecting duct 12 are in a lower position on the left.
At the bottom right you can see the main electrolyte supply channel 13 and the group electrolyte supply channel 14 for the hydrogen-generating rooms, and on the left at the same height the main electrolyte supply channel 15 and the group supply channel 16 for the oxygen-generating electrolyte rooms.
In the case of the oxygen frames, the group channels have 12 and respectively. 16 strongly he widening, in the middle of the frame Füh generating connection openings 17 respectively. 18th
Likewise, in the hydrogen frame according to FIG. 3, the group channels 10 and 14 have corresponding connection openings 19 and 19 respectively. 20 with the electrolyte space within the frame. The construction of the hydrogen frames is exactly the same as the oxygen frame; they are only rotated by <B> 180 '</B> about their vertical central axis, as a result of which the connecting channels 12, 17 and <B> 16, 18 </B> fall on the hydrogen side.
The frame also has on both sides a groove 21 or 22 corresponding to the outline of the electrodes 4 or 2 (FIGS. 5a, 5b), which laterally widens into a groove 23 or 24 running over the entire width of the frame. The depth of the groove is the same as the thickness of the electrode or a little less, so that the electrode, when it is inserted or pressed into the groove, cuts off evenly with the other surfaces of the frame. The power supply tab 25 or 26 of the electrode comes to rest in the groove 23 or 24.
The electrode can have small, welded-in or broken-out tips or the like at the three points indicated by dots in FIGS. 5a, 5b, which are pressed into the frame when the electrode is pressed in and thereby hold the electrode and frame firmly together.
The frame shown in Fig. 2 and 3 show the groove 23 respectively. 24 .on the same side as you corresponding connection openings 17, 18 respectively. 19, 20, and so half of all oxygen and hydrogen frames are executed.
The other half of the oxygen and hydrogen frame, however, carries the groove 23 respectively. 24, without otherwise changing the frame design on the opposite side;
because the power supply tabs 25 respectively. 26 the oxygen respectively. The hydrogen electrodes are located alternately on both sides (due to the fact that they are mutually different), i.e. once to the right and once to the left of the cell body, with the associated electrolyte and electrolyte gas channels naturally always on the same side, e.g. the oxygen channels on the left and the hydrogen channels must remain on the right.
Each hydrogen frame 1, oxygen frame 3 and also the narrowed oxygen frame 5 wear both sides of the frame be fastened, for example, pressed-in electro the 2, 4 respectively. 4 and 6. These electrodes are not only held and supported on the circumference by the frame, but are also supported against each other on the inner, free surface. This is achieved, for example, in that two folded sheet metal strips 27 (FIG. 2) that are perpendicular to the electrode are attached to each half of the oxygen electrodes 4, for example by moving them at the ends by <B> 90 '</B> rotates and electrically welded to the electrode.
These spacers have a height which is equal to that of the frame thickness y in the grooves, or they are particularly advantageously somewhat higher than y, for example if y is 2 or 3 mm for the oxygen electrodes, the spacer strip 27 is given a Height of approximately 2.1 to 2.2 or 3.1 to 3.2 mm.
Three sheet metal strips 29 (FIG. 3) are now attached to half of the hydrogen electrodes 2, in the position shown in FIGS. 5b, 6b. Assuming that the hydrogen frame has a thickness y of 4 or 6 mm in the groove, then these sheet metal strips with a height of 4.1 to 4.2 respectively. 6.1 to 6.2 carried out.
In the case of high-pressure decomposers, the reduction in the frame thickness y, i.e. the depth dimension of the cross-section, which is due to the gas volumes decreasing with increasing pressure, is known and has already been used.
The frame thickness y, i.e. the depth dimension of the electrolyte space, can also be reduced in low-pressure disintegrators and high-pressure disintegrators, i.e. kept very small in relation to the height of the spaces by giving the circulating electrolyte a higher than normal speed. This procedure has the great advantage that the Joule heat can be withdrawn from a large amount of circulated electrolyte, which means that the electrolyte does not have to be cooled down so deeply with this method.
as in the ordinary procedure. The electrolyte therefore returns to the cells at a relatively higher temperature, which improves efficiency.
It is therefore of particular advantage to have these. to apply accelerated circulation to pressure decomposers.
The length of all spacers 27, 29 is kept according to the course of the since union upper and lower boundary lines of the electrode, in such a way that a certain sufficient distance from this boundary line is maintained.
During assembly, these spacers press on the electrode, the diaphragm and the other electrode lying on the diaphragm with the effect that the electrodes and the diaphragm receive a very slight undulation, which results in the electrodes resting firmly on the diaphragm . Because of the associated mechanical protection of the diaphragm, this is particularly advantageous for the efficiency and the gas purity.
The rods must not extend to the outer limit line, because otherwise the corrugation would also extend there and either be transferred to the frame here, which is not desired, or - if the frame is very resistant - rough and sharp Would cause bends and distortions in the electrodes, which would have an extremely damaging effect, especially in terms of the corrugated uniform shape. The distance between the end points of the strip must therefore be chosen so that a gradual and even transition to the frame is obtained.
The desired voltage can also be achieved in another advantageous way by equipping every fourth electrode with a pin in the middle of electrodes that have a largely circular outline, for example the electrodes shown if is greater than the distance y.
If, for example, a hydrogen electrode 2 is provided with such a pin, then the two hydrogen electrodes are slightly bulged in the middle so that they resemble extremely truncated cones. Since the following diaphragms and oxygen electrodes are firmly pressed around the circumference through the frame, they also have a bulge and lie well on the first-mentioned electrodes at all points.
Instead of a pen in the middle, a circle of pens can be attached close to the center. This means that a distinct cone tip, at which the diaphragm could possibly be pushed through, falls away and the electrode assumes a paraboloid or similar shape instead of a cone-like shape.
Preferably, such a jig is attached to a hydrogen electrode because it can be held stronger than the oxygen electrode made of more noble and therefore expensive metals. The result is a nicer bulge, and the thinner oxygen electrode attaches itself to it better than, conversely, a thicker hydrogen electrode on a thin one. Oxygen electrode.
It has already been mentioned that it is best to make the hydrogen frame 1 twice as strong as the oxygen frame 3 before geous. The oxygen end frames 5 are because they only have one electrode directly adjacent to the diaphragm. made narrower than the oxygen cream and you don't make it half as thick, but a little thicker.
By pressing in or otherwise securing two electrodes in or on a frame, you get Bauein units that allow a particularly light and simple structure of the cells; because when assembling one has nothing more to do than always place a diaphragm between two such frames.
In the embodiment shown, four units each for the hydrogen with five space units each for the oxygen, the eight diaphragms in between and a closing plate 8 form a group consisting of four large (9, 13, 11, 15) and four small (1U , 14, 12, 16) has channels.
The small channels are now connected to the corresponding large channels in the respective first or last or first and last oxygen or hydrogen frame by eliminating the webs 31-32 or 33-34 (Fig. 2, 3), so that the bottom Electrolyte can flow from the main supply channels into the group supply channels and from there into the individual electrolyte chambers, while the electrolyte mixed with gas can flow from the individual chambers into the group collecting channels and from here by omitting these webs into the main collecting channels.
However, the connection openings can also be placed entirely or partially in the end plates 8 (FIG. 1).
The end plates 8 per se only have the four main channels (9, 13, 11, 15). Like the frames, they are made of an insulating, alkali and gas-resistant material. One or more sheet metal inserts (not shown) which are rich over the entire cross section are advantageously embedded in the plates. These sheet metal inserts prevent a shunt current from flowing even if the insulating compound of the closing plates should soak up with electrolyte for some reason.
The circumference of these sheet metal inserts is the same, slightly smaller or larger than that of the end plates, and the channel recesses are slightly larger than those of the end plates, so that the insulating compound covers the inserts at least on all surfaces of the ducts.
The diaphragms 7 have the outer shape of the frame shown in FIG. 4 and have recesses for all channels. The surfaces around the channels and the edges who impregnated, painted or sprayed with an insulating and unassailable sealant to the inward to the limit of the working electrode surface in order to prevent electrolyte from being pushed out. ' However, they can also advantageously be made smaller than the frames and embedded in them, thereby eliminating the channels in the diaphragm.
As far as the material of the diaphragms is concerned, you can use those in various designs, for example asbestos fabric or the like. Asbestos cardboard diaphragms are best; because, in addition to being cheap, they also have the advantage of a highly uniform distribution of fine pores, which is particularly important for decomposers.
The frames 1, 3, 5 and the end plates 8 can be cut, punched, pressed or cast from any suitable insulating compound. It is particularly advantageous to manufacture them from a suitable mixture by hot pressing, or by pressing a suitable, dough-like mixture into a mold and then repeatedly pressing in machine or punching presses to achieve the exact shape, tightness and strength.
The hydrogen electrodes 2 are best made of iron and are permeable (Ge tissue, perforated metal sheets, etc.). Perforated sheets are particularly advantageous for this. The electrodes are advantageously with the power supply and fastening tabs 25, 35 respectively. 26, 36 in. Punched in one piece.
The oxygen electrodes are either nickel-plated iron electrodes in the same design as the hydrogen electrodes, or it is better to use perforated pure nickel sheets, manufactured by rolling or electroplating.
As already mentioned above, the individual, homopolar electrodes are connected in parallel within a group, while the individual groups are connected in series. Fig. 1 shows this scarf device. The individual power supply tabs 25 or 26 are fastened to electrically conductive strips, e.g. B. copper bars 38, ruled out sen. A bond connects two groups. The bands lie alternately on the left and right side.
Fig. 1 shows a built in a pressure vessel cell body 43. In the outer curves of the frame are the four clamping spindles 39, on which stands in certain Ab insulating support rollers 40, z. B. made of porcelain., Are pushed. The spindles also carry means that hold the distance between the individual porcelain rolls. The spindles can be made of round steel or the like in one piece or are advantageously made up of several mutually isolated round steel pieces or chain links or the like.
The spindles do not come into contact with the cell body 43 itself, but only with the outer pressing plates 45, which are separated from the rest of the construction by an insulating layer 44.
The four main channels 9, 13, 11, 15 (Fug. 2, 3) pass at the end into the circular connecting pipes 41 (Fug. 1). These four bores 41 are attached to the lid 'of the pressure vessel and sealed, for. B. by stuffing boxes.
The space between the pressure vessel 42 and the cell body 43 is filled with an insulating agent.
In the example shown, the supporting structure consists of a semi-open iron jacket 46, which hugs the wall of the pressure vessel with very little play. This piece of jacket is screwed at the beginning and end to the outer pressing plates 45, namely at the end in slots so that any change in length can be given ge space by pressing the cell body.
On this support body 46, the entire cell body 43 is supported in each case on the busbar pieces 38 of two groups by the support parts 47, which are screwed to the iron casing 46 in slots 48 so as to be displaceable.
These support parts 47 engage in insulating bodies 49 made of porcelain, which have a U-shaped cross section and are held by the support pieces 50. The support pieces 50 are in turn screwed tightly to the busbar pieces 38.
This support structure prevents the cell body from shifting in any direction.
The iron jacket 46 does not need to be made particularly strong, even with decomposers of any length, since it is supported over its entire length by the pressure vessel itself - due to its shape alone, it is very rigid.