DE2159246B2

DE2159246B2 - Vorrichtung zur erzeugung eines gemisches von wasserstoff und sauerstoff

Info

Publication number: DE2159246B2
Application number: DE19712159246
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Götz, Friedrich, DipL-Phys, 5628 Heiligenhaus
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2159246A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vielfachelektrolysezelle zur Erzeugung eines Gemisches von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser mit Hilfe von Gleichstrom, die in dem unteren Teil eines gemeinsamen Gefäßes eine Vielzahl von nach oben offenen und elektrisch in Reihe geschalteten Elektrolysezellen enthält, wobei die zugleich Anode und Kathode darstellenden und isolierend eingefaßten Elektrodenbleche die Elektrolytflüssigkeit in einzelne Zellen unterteilen.

Eine Vielfachelektrolysezelle der genannten Art ist aus der US-PS 33 10 483 bekanntgeworden. Die parallelen Elektrodenbleche dieser Vielfachzelle sind in Schlitzen eines kastenförmigen Kunststoffgehäuses gehalten, das an seiner Oberseite durch einen Deckel gasdicht verschlossen ist. Da aus Gründen der Druckfestigkeit relativ dicke Kunststoffwände benötigt werden, die eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, ist es nicht möglich, die entstehende Verlustwärme sicher abzuführen. Die beschriebene Mehrfachzelle hat daher keinen Eingang in die Praxis gefunden.

In den letzten Jahren sind auch sogenannte Mikroschweißgeräte bekanntgeworden, die mit Hilfe der elektrischen Energie in einer Elektrolysezelle Wasser in das Gemisch seiner Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen und dieses explosive Gemisch nach eventueller Reinigung und Trocknung einem Brenner zuführen. In diesem verbrennt es an einer Düse mit stabiler, geräuschloser Flamme von 3400⁰C. Da das Gasgemisch immer Wasserstoff und Sauerstoff im richtigen Mengenverhältnis aufweist, entfallen alle Druckreduzier- und Mischprobleme, die bei Versorgung eines Brenners mit Flaschengasen auftreten. Die Größe und Wärmeleistung der Flamme kann bei entsprechender Düse durch Einstellung des zugeführten elektrischen Gleichstromes bequem geregelt werden. Sie ist ferner in dem Maße konstant wie das zur Verfügung stehende Stromnetz. Da die Flamme als Verbrennungsprodukt nur überhitzten Wasserdampf ausscheidet, ist sie für sehr viele Schweiß-, Schmelz-Löt- und Glühprozesse an kleinen Objekten die ideale Wärmequelle.

Diese bisher bekanntgewordenen Mikroschweißgeräte haben allerdings den entscheidenden Nachteil, daß sie nur eine Elektrolysezelle aufweisen, die bei einer vom Elektrolyt und Elektrodenwerkstoff abhängigen Spannung von 2,5-6 Volt einen Gleichstrom von etwa 50-400 A benötigt.

Der Gleichstrom wird aus dem Netz über einen schweren und teueren Transformator gewonnen, der

ίο sekundärseitig über Hochstromwicklungen einen oder mehrere Halbleitergleichrichter speist. Zur kontinuierlichen Leistungsregelung dient bei einer bekannten Schaltung ein zusätzlicher Ringkernstelltransformator, der dem Hochstromtransformator vorgeschaltet ist. Es ist auch bekannt, als Stellglied eine Thyristorschaltung zu verwenden.

Die Elektrolysezelle besteht im wesentlichen aus einem druckfesten zylindrischen Eisentopf als Kathode und einem am Deckel aufgehängten Eisenzylinder als Anode, der in die mit Elektrolyt gefüllten Kathode eintaucht. Der Dichtungsring des Deckels stellt zugleich die Isolation zwischen den Elektroden dar. Die Befestigungsschrauben des Deckels sind ebenfalls isoliert. Im Deckel ist ein Gasablcitstutzen und ein isoüerier Einfüllstutzen vorgesehen, der einen Schraubverschluß trägt.

Die Stromversorgungseinrichtung ist am Gesamtgerät mit über 50% des Gewichtes beteiligt und kostet ein Mehrfaches der Elektrolysezelle.

Der elektrische Wirkungsgrad solcher Geräte ist sehr schlecht, weil bei 2,5 V nutzbarer Gleichspannung an einer Zeile mit Eisenelektroden und Alkalielektrolyt in etwa die gleiche Spannung am Halbleitergleichrichter, der Transformatorsekundärwicklung und den Zuleitungen abfällt. Wenn man die weiteren Kupfer- und Eisenverluste im Stelltransformator und Hochstromtransformator hinzurechnet, bleibt der elektrische Wirkungsgrad weit unter 50%. Der größte Teil der elektrischen Energie wird also in den Transformatoren und im unrationell genutzten und teueren HL-Gleichrichter in Abwärme verwandelt, die bei manchen Geräten durch einen eingebauten Ventilator abgeführt werden muß.

Der schlechte Wirkungsgrad bedeutet jedoch nicht nur höhere Energiekosten, sondern vor allem größere Investitionskosten, weil der Stelltransformator und der Hochstromtransformator für mehr als das Doppelte der Nutzleistung ausgelegt sein müssen. Allein die Durchlaßverlustleistung einer Siliziumdiode für einen Strom von 300 A beträgt 400 W.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachelektrolysezelle zu schaffen, die einfach herzustellen ist, eine gute Wärmeableitfähigkeit aufweist und den im Fehlerfall auftretenden Explosionsdrücken sicher standhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zueinander parallelen, senkrechten Elektrodenbleche an der Unterkante und an den Seitenkanten in einen Gießharzkörper eingebettet sind, der gut wärmeleitend in einem druckfesten Metallgefäß angeordnet ist.

Aus der DT-PS 1 00 135 ist ein Verfahren zum Aufbau von primären oder sekundären galvanischen Elementen bekanntgeworden. Um die dort benutzten rohrförmigen Elektroden festzustellen, werden sie an ihrem unteren Rand mit einer erhärtenden Masse wie Gips oder Paraffin umgössen. Dieses Einbettungsverfahren ist jedoch aus verschiedenen Gründen für parallelstehende

Elektrodenplatten nicht geeignet.

Oie rechteckigen Elektrodenbleche sind vertikal angeordnet und an drei Kanten so in einen Isolierstoffl'örper eingebettet, so daß die einztlnen Elektrolysezellen flüssigkeitsdicht gegeneinander abgegrenzt sind. Die Stromzuführung erfolgt über die beiden äußeren Elektrodenbleche, die über je eine isolierte Gthäusedurchführung mit je einer äußeren Anschlußklemme leitend verbunden sind. Die angelegte Gleichspannung ist das Produkt aus Zellenzahl und Zellenspannung, ι ο während der relativ niedrige Strom in allen Zellen gleich ist. Das angelegte Gieichspannungspotentia! wird durch die einzelnen Elektroden so gut aufgeteilt, daß trotz der feuchten und elektrolythaltigen Gasatmosphäre ein elektrischer Überschlag (Zündfunke) ausgeschlossen ist.

Die Anwendung der Erfindung in der Praxis bedeutet, daß man z. B. anstelle eines Knallga^rerzeugers mit 300A bei 2,5 V Zellenspannung ein neuartiges Gerät mit etwa 4 A bei 190 V Gleichspannung betreiben kann. Allein die Gleichrichterverluste sinken durch diese Maßnahme von 400 W auf etwa 5 Watt. Die gesamte Stromversorgungseinrichtung besteht im optimalen Fall nur noch aus einem direkt am Wechselstromnetz betriebenen Thyristor, der inklusive seiner Steuerschaltung nur einen Bruchteil einer 300-A-Diode kostet.

Auch wenn man einen Trenntransformator beibehält und nur 15 oder 20 Elektrolysezellen in Reihe schaltet, sind die Einsparungen an elektrischer Energie und am Aufwand für die Stromversorgung noch überraschend groß. Diese Vorteile wiegen den Mehraufwand für die mehrzellige Gaserzeugungsvorrichtung bei weitem auf. Nun ist es zwar bei großtechnischen Elektrolyseanlagen seit langem üblich, mehrere Elektrolysezellen in Reihe zu schalten. Dies gilt auch für die Wasserzerlegung oder Chlorgewinnung aus Natriumchlorid. Bei diesen Anlagen werden grundsätzlich die an der Kathode und Anode gebildeten Gase durch Diaphragmen getrennt und nach ihrer Reinigung gespeichert. Diese in Reihe geschalteten Elektrolysezellen sind also ieweils in zwei gasdichte Räume aufgeteilt und in ihrer Konstruktion teuer und kompliziert. Die Übertragung dieses Prinzips auf einen Knallgasgenerator der hier benötigten Art erscheint daher ausgeschlossen.

Man könnte zwar mehrere der für die Mikroschweißgeräte entwickelten Elektrolysezellen nebeneinander aufstellen und elektrisch in Reihe schalten, jedoch wäre damit allenfalls ein billigerer Gleichrichter und eine geringe Erhöhung des Wirkungsgrades möglich.

Dagegen wurden die Kosten für mehrere, kleinere, druckfest gekapselte und gegeneinander isolierte Elektrolysezellen erheblich ansteigen. Außerdem wäre die Wartung zu umständlich, weil ja in jeder Zelle täglich destilliertes Wasser bis zu einem bestimmten Füllstand ergänzt werden muß.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von F i g. 1 - 7 der Zeichnung erläutert.

F i g. 1 zeigt von oben ein zylindrisches Druckgefäß, in welches unterschiedlich lange, parallele Elektrodenbleche eingebettet sind.

F i g. 2 zeigt von oben ein trogartiges Druckgefäß mit gleichgroßen, parallelen Elektrodenblechen.

Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch das Gefäß entlang der Linie A -B nach Fig. 2.

π: ~ λ -,η',™* ν^Γί oben ein zylindrisches Druck^asfaQ in das ein trogförmiger Isolierkörper mit parallelen Elektrodenblechen eingesetzt ist.
F i g. 5 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie C-D

ir. Pi α ά

In F i g. 6 und 7 sind verschiedene Deckelkonstruktionen für die Druckgefäße dargestellt.

Einander entsprechende Teile sind jeweils mit Bezugszahlen versehen, die in der letzten Stelle übereinstimmen.

In Fig. 1 ist mit 1 ein aus Stahlblech im Tiefziehverfahren hergestellter Topf bezeichnet, der unten mit einem ebenen Boden verschlossen ist und oben einen Flansch 2 aufweist, auf dem ein Dichtungsring 3 aufliegt. Die Bohrungen 4 im Flansch dienen der Befestigung eines nicht dargestellten ebenen oder gewölbten Deckels.

In dem Innenraum des Topfes 1 sind eine Vielzahl von parallelen und unterschiedlich langen Elektrodenblechen 5 in einen Isolierstoffkörper 6 eingebettet, der die Bleche an drei Kanten flüssigkeitsdicht umschließt. Die beiden äußeren Elektrodenbleche 5a und 5b sind der Krümmung des Topfes angepaßt. Sie können über isolierte, gasdichte Stromdurchführungen 7, 8 mit einer Gleichspannungsquelle verbunden werden. Die voneinander getrennten Elektrolytfüllungen der einzelnen Zellen sind mit 9 bezeichnet. Jede Elektrolysezelle wird durch zwei Elektrodenbleche und an drei Schmalseiten durch den Isolierstoffkörper begrenzt, während die vierte Schmalseite zum darüberliegenden Gassammelraum geöffnet ist. Der Isolierstoffkörper 6 ist so ausgebildet, daß er mit den inneren Topfwänden fest verbunden ist, so daß sich nach außen eine gute Wärmeableitung ergibt.

Der Isolierstoffkörper wird vorzugsweise in dem Topf selbst aus Gießharz hergestellt, indem man die Elektrodenbleche abwechselnd mit Dichtungselementen in dem Topf aufschichtet und anschließend den Zwischenraum zwischen den Topfwänden, den Dichtungselementen und den Elektrodenblechen ausgießt. Nach dem Aushärten werden die Dichtungselemente entfernt. Sehr gut bewährt haben sich Moosgummischnüre von Kreisquerschnitt, die U-förmig so zwischen die Bleche gelegt werden, daß das Harz nicht in den Elektrolytraum der Zelle eindringen kann. Diese Dichtungselemente lassen sich nach dem Aushärten des Harzes sehr leicht entfernen, weil sie bei Zug infolge ihrer Elastizität ihren Querschnitt verringern.

Beim Eingießen der Elektrodenbleche ist selbstverständlich darauf zu achten, daß diese Bleche gegenüber dem Topf 1 isoliert sind. Zu diesem Zwecke können Isoliergewebe eingelegt werden, die mit dem Harz getränkt werden. Auch ist es möglich, die Innenwand des Topfes vor dem Eingießen der Bleche mit einer anorganischen oder organischen Isolationsschicht zu überziehen. Als Gießharz hat sich ein laugenfestes Epoxiharz bewährt, daß zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, des Schrumpfverhaltens und der Festigkeit mit anorganischen oder metallischen Füllstoffen versetzt ist.

Da die Isolierstoffschicht 6 zwischen dem Elektrolyten 9 und dem Topf 1 nur wenige mm stark ist, kann die Reaktionswärme gut nach außen abgeleitet werden. Bei höheren Leistungen wird die Außenwand des Topfes 1 durch ein Gebläse zusätzlich gekühlt. Die Wärmeabfuhr kann bei Bedarf erheblich gesteigert werden, wenn der Topf mit Kühlrippen versehen ist. Für diesen Zweck kommen insbesondere U-Profile aus Kupfer oder .Aluminium in Frage, die schraubenlinienförmig auf den Zylindermantel aufgewickelt und mit Hilfe von Epoxiharz aufgeklebt werden. Auf diese Weise vermeidet man auch ohne lohnintensive Schweiß- und Lötprozesse die den Wärmeübereans störenden Luftschichten. Auch

ist es möglich, dünne Kupferrohre schraubenlinienförmig aufzuwickeln und festzukleben, die an eine Kühlwasserquelle angeschlossen werden.

Da bei der Gasentwicklung Wasser verbraucht wird, sinkt der Füllstand in den einzelnen Elektrolysezellen im Laufe des Betriebes ab. Es ist daher zweckmäßig, durch die Wahl entsprechender Blechabstände den Elektrolytinhalt aller Zellen ungefähr gleich groß zu halten.

Beim Nachfüllen von destilliertem Wasser über einen zentralen Füllstutzen wird der Topf so weit um eine auf den Elektrodenblechen 5 senkrechte Achse mehrfach gekippt, daß sich das Wasser gut mit dem Elektrolyten 9 vermischt und in allen Zellen ungefähr der gleiche Füllstand erreicht wird.

Der Sollfüllstand wird so gewählt, daß die Elektrodenbleche 5 auch bei vollem Strom infolge der Gasbildung im Elektrolyten 9 nicht überflutet werden. Die maximale Stromdichte von etwa 0,15 A/cm² wird auf die äußeren Elektrodenbleche 5a, 5b mit der kleinsten Fläche abgestellt. Sie liegt also bei den mittleren Elektrodenblechen 5 weit unter dem kritischen Wert.

Sollte die Gasblasenbildung so stark werden, daß die entstehende Schaumschicht die oberen Kanten der Elektrodenbleche übersteigt, so kann diese durch Tenside unterdrückt werden. Im übrigen beeinflußt der aufsteigende Schaum die Kennlinie nur geringfügig. Ein echtes Überfüllen bewirkt lediglich, daß der Strom bei fallender Spannung ansteigt. Ein derartiger Nebenschluß zwischen den beiden äußeren Elektroden 5a, 5b führt zu einem zeitweiligen Leistungsabfall in der Gasentwicklung und zu einer Überhitzung des Elektrolyten, so daß das Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisch einen steigenden Anteil von Wasserdampf enthält. Nach dem Verbrauch des überschüssigen Wassers werden die normalen Leistungswerte erneut erreicht.

Umfangreiche Versuchsreihen haben ergeben, daß der Elektrodenabstand die Zellenspannung nur geringfügig beeinflußt Es ist ohne weiteres möglich, den Elektrodenabstand auf etwa 4 mm zu reduzieren, so daß der Widerstand und Leistungsverlust im Elektrolyten ein Minimum erreicht. Bei diesem Elektrodenabstand wird die Ionenwanderung durch die aufsteigenden Gasblasen noch nicht wesentlich beeinträchtigt. Ein kleiner Elektrodenabstand ermöglicht es, auf kleinem Volumen sehr viele Zellen unterzubringen, so daß die angelegte Gleichspannung relativ hoch sein kann, während der Strom so weit absinkt, daß die Gleichrichterverluste vernachlässigbar klein werden. Zugleich verringert sich der Aufwand für den HL-Gleichrichter, dessen Kosten ungefähr proportional mit dem Strom ansteigen, während die auftretenden Spannungen im untersten Spannungsbereich liegen, also den Preis nicht beeinflussen.

Ein zylindrisches Druckgefäß nach F i g. 1 ist sehr leicht abzudichten und preiswert aus serienmäßigen Tiefziehgehäusen zu erstellen, jedoch kann sich die unterschiedliche Länge der Elektrodenbleche 5 für die Fertigung als störend erweisen.

In Fig. 2 und 3 ist daher ein trogförmiges Tiefziehgehäuse 11 dargestellt, das gleichgroße Elektrodenbleche 15 aufweist. Ein Flansch 12 dient der Abdichtung. Der rechteckige Dichtungsring ist mit 13 bezeichnet. Die Bohrungen 14 nehmen Befestigungsschrauben für einen Deckel auf. Die äußeren Elektroden 15a und 156 sind mit gasdichten Stromdurchführungen 17 und 18 verbunden. Alle Zellen weisen die gleiche Elektrolytmcnge 19 auf. In F i g. 3 sind mit 11a und 11 b Befestigungswinkel bezeichnet. Die Zellen sind bis zur Linie 19a mit Elektrolyt gefüllt. Das entstehende Gasgemisch steigt in den Gassammeiraum 20 auf.
Das Verfahren des Eingießens der Elektrodenbleche 15 in einen Isolierkörper 16 ist das gleiche wie in F i g. 1 beschrieben. Ein trogförmiges Gehäuse ermöglicht es, bei einem tragbaren Gesamtvolumen so viele Elektrolysezellen in Reihe zu schalten, daß eine direkt aus der Netzspannung von 220 oder 110 Volt gewonnene

ίο Gleichspannung als Speisespannung dienen kann. Aus der Einsparung eines Trenntransformators resultiert eine außerordentliche Verringerung des technischen Aufwandes, des Gewichtes und des Volumens des Schweißgerätes. Im Extremfall reduziert sich die Gleichspannungsversorgung auf einen Thyristor, der in Einwegschaltung die Netzwechselspannung in eine einstellbare Gleichspannung umwandelt.

Als Steuerschaltung ist sowohl eine Phasenanschnittsteuerung als auch eine Impulsgruppensteuerung geeignet. Die letztere hat den Vorteil, daß sie keine störenden Oberwellen in das Versorgungsnetz ausstreut. Das Speichervermögen des gemeinsamen Gassammelraumes über den Elektrolysezellen bewirkt, daß auch bei einer Impulsgruppensteuerung der Gasdruck am Brenner praktisch konstant ist. Bei einer Stromversorgung ohne Trenntransformator wird das Druckgefäß in einem auch die Nebenaggregate aufnehmenden Gerätegehäuse aus Blech isoliert befestigt, so daß kleine Isolationsfehler nicht zu einem elektrolytischen Lochfraß am Druckgefäß führen können.

F i g. 4 zeigt die Draufsicht eines topfförmigen Druckgefäßes 21, das auf einem Flansch 22 ejnen Dichtungsring 23 und Bohrungen 24 aufweist. In dieses Druckgefäß ist ein trogförmiger Isolierkörper 26

eingesetzt, der gleichgroße Elektrodenbleche 25 trägt. Die Stromdurchführungen 27 und 28 sind mit den äußeren Elektroden 25a und 25b verlötet oder verschraubt. Die Elektrolytfüllungen sind mit 29 bezeichnet. Der Isolierstoffkörper 26 wird vorzugsweise aus gefülltem Gießharz nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt. Im Unterschied zu Fig. 1-3 dient als äußere Gießform ein demontierbarer Formkörper oder eine verlorene, dünnwandige Form aus Kunststoff. F i g. 5 stellt einen Schnitt entlang der Linie C-D in Fig.4 dar. Der Raum zwischen dem Isolierstoffkörper 26 und der Wand des Druckgefäßes 21 ist ebenfalls mit Elektrolyt gefüllt, der von den Elektrolytfüllungen 29 der einzelnen Zellen elektrisch getrennt ist. Dieser Elektrolyt dient erstens der besseren

so Wärmeableitung von den Zellen nach außen und wirkt zweitens als Speicher.

Wenn nämlich der Füllstand 29a nach längerer Betriebszeit um einige cm unter den äußeren Füllstand 29b abgesunken ist, genügt ein Kippen des Gefäßes 21

um die durch die Stromdurchführungen 27, 28 gehende Achse, um den Füllstand in allen Zellen zu erhöhen. In größeren Zeitabständen wird dann durch den Einfüllstutzen des Deckels so lange destilliertes Wassei nachgefüllt, bis der Ekektrolyt in den Zellen und irr

bo Außenraum etwa 1 cm unter den Elektrodenoberkantcr steht. Ein mehrmaliges Kippen des Gefäßes 21 sorgt füi eine gute Durchmischung. Der Gassammeiraum ist mi 30 bezeichnet.

Die in F i g. 4 und 5 beschriebene Vorrichtung kann in

w, Rahmen der Erfindung in verschiedenen Punktci abgewandelt werden. So ist es beispielsweise ohn wesentliche Änderung der Strom-Spannung-Kcnnlini möglich, den Isolierstoffkörper 26 an jeder einzelne

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Zelle mit einer engen Bohrung zu versehen, die eine selbsttätige Füllstandsangleichung bewirkt.

Diese Bohrungen können zur Vergrößerung des Nebenschlußwiderstandes abwechselnd auf beiden Seiten des Isolierstoffkörpers angebracht werden. Der lonenweg und damit der Nebenschlußwiderstand kann zusätzlich dadurch vergrößert werden, daß in die Bohrungen Kunststoffröhrchen eingesetzt werden, die teils innerhalb und teils außerhalb der Zellen verlaufen.

Die Innenwand des Druckgefäßes 21 wird zweckmäßig isoliert, um jede elektrolytische Reaktion mit der Gefäßwand auszuschalten. Da bei allen gemäß der Erfindung verwendbaren Gehäusekonstruktionen die Gefäßwand nicht an der Elektrolyse beteiligt ist, können preiswerte Druckgefäße aus Stahl von etwa 1—3 mm Wandstärke benutzt werden. Bei den bekannten Elektrolysegefäßen ist dagegen die Wandstärke wegen der langsamen Elektrodenauflösung wesentlich größer gewählt.

Als Druckgefäße sind auch geschweißte oder gegossene Stahlgehäuse verwendbar. Bei Gußgehäusen ist es zweckmäßig, Kühlrippen für eine Luftkühlung direkt anzuformen. Auch können Gußgehäuse mit Führungsnuten für die Elektrodenbleche versehen sein, so daß zwischen dem Gehäuse und den Elektrodenblechen lediglich eine dünne Isolierschicht erforderlich ist. Diese Schicht kann aus organischem oder anorganischem Material bestehen. Auf diese Weise lassen sich besonders gute Wärmeübergangswerte erzielen.

Auch sind isolierte Führungsnuten denkbar, die ein bequemes Auswechseln verbrauchter Elektrodenbleche ermöglichen.

Als Material für die Elektrodenbleche kommen vorwiegend Eisenbleche von 1—3 mm Dicke in Frage. Elektroden aus möglichst reinem Eisen benötigen mit Kalilauge als Elektrolyt eine Zellenspannung von 2,4-2,6 Volt je nach Stromdichte. Da die Eisenelektroden keiner mechanischen Belastung ausgesetzt sind, wirkt sich die Eisenversprödung durch Wasserstoffaufnahme nicht negativ aus.

Elektroden aus Eisenblech lassen sich besonders preiswert herstellen.

Falls die geringe anodische Auflösung der Eisenelektroden stört, können auch Nickelelektroden benutzt werden, die eine höhere Zellenspannung benötigen. In diesem Falle genügt eine kleinere Zahl von Zellen, um direkt die gleichgerichtete Netzspannung als Speisespannung zu benutzen.

Im übrigen sei ausdrücklich bemerkt, daß die Zellenzahl bei einer Einweg- und Brückengleichrichtung ohne Siebmittel praktisch die gleiche ist. Die Zellen entwickeln infolge von Polarisationsschichten eine so große Gegenspannung, daß bei Einweggleichrichtung die Spannungstäler zwischen den Halbwellen zweier Perioden weitgehend ausgefüllt sind. Der Strom fließt dagegen jeweils nur in der Durchlaßhalbwclle.

In F i g. 6 ist im Schnitt ein Deckel 31 dargestellt, wie er zur Abdichtung zylindrischer Druckgefäße benutzt werden kann. Der leicht nach oben gewölbte Deckel weist in der Mitte einen Einfüllstutzen 32 auf.

Mit 33 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, deren Flansch 33;i eine Gummimembran 34 als Dichtung und Überdrucksicherung auf den Stutzen 32 preßt. Der normale Betriebsdruck in dem Druckgefäß liegt unter 1 Bar. Die Gummimcmbran 34 ist so dimensioniert, daß sie im Falle einer Verpuffung nachgibt und den Druckanstieg im Druckgefäß auf einen zulässigen Wert begrenzt. Außerdem kann der Dichtungsring des Druckgefäßes als Überdrucksicherung wirken. Es ist also nicht erforderlich, die Gehäusewände so stark zu wählen, daß sie dem theoretisch höchsten Explosionsdruck standhalten.

Der Durchmesser des Einfüllstutzens 32 ist mit 1 —2 Zoll so groß gewählt, daß erstens der Explosionsdruck gut beherrschbar ist und zweitens der Füllstand optisch kontrolliert werden kann.

Falls das Druckgefäß nicht geerdet ist, wird der

ίο Einfüllstutzen aus Kunststoffrohr hergestellt oder unter Verwendung von Epoxiharz isolierend in die Deckelöffnung eingegossen.

Mit dem Deckel 31 ist ein Gasableitrohr 35 verlötet, das vom Gassammeiraum durch eine Flammensperre 36 getrennt ist. Eine gleichartige Flammensperre ist im nicht dargestellten Brenner vorgesehen.

Eine Verpuffung im Druckgefäß ist nur dann möglich, wenn der Füllstand in den Zellen infolge falscher Bedienung so weit abgesunken ist, daß der Elektrolyt auskristallisiert und infolge der Stromunterbrechung ein Zündfunke auftritt. Der Bedienende wird aber bereits vorher durch absinkende Flammenleistung darauf aufmerksam werden, daß er destilliertes Wasser nachfüllen muß.

F i g. 7 zeigt einen Deckel 41 mit einem Einfüllstutzen 42, einer Überwurfmutter 43, einer Gummimembran 44 und einem Gasableitrohr 45, das ohne Querschnittsverengung mit dem Gassammeiraum verbunden ist. Dieses Gasableitrohr ist mit stetiger Steigung zu einer Kühlwendel geformt, die einem Ventilatorluftstrom ausgesetzt sein kann. Der Querschnitt dieses Rohres und die Steigung sind so auf die maximale Gasmenge abgestimmt, daß die sich bei der Gasabkühlung bildenden Wassertropfen entgegen der Gasströmung in das Druckgefäß zurücklaufen können. Die Kühlwendel trägt ferner dazu bei, daß feinste Elektrolyttröpfchen aus dem Gas abgeschieden werden. Das Gasableitrohr kann mit gleicher Steigung auch als Spirale geformt sein. Falls das Druckgefäß Wasserkühlung aufweist, wird das Gasableitrohr nach dem Gegenstromprinzip an die Wasserkühlung angeschlossen. Da das Gasgemisch hierbei von 7O-8O°C auf etwa 15°C abgekühlt wird, entzieht man ihm Vi₀ des Wasserdampfes.

Diese Maßnahme verursacht im Gegensatz zu anderen Gastrocknungsverfahren keine zusätzliche Wartung und keine Betriebsmehrkosten. Außerdem wird die Flammenleistung gesteigert.

Zur Verringerung des Elektrolytgehaltes im Gas isi zusätzlich am Deckei 41 unter dem Gasableitrohr 45 eir Tropfenabscheider 46 angebracht, der mit Glaswatti gefüllt ist.

Auf diese Weise wird das Knallgasgemisch in Druckgefäß und im Gasableilrohr so weit gereinigt um getrocknet, daß es unmittelbar oder über einen so§ Booster dem Brenner zugeführt werden kann. Al Booster wird ein mit Alkohol oder anderen brennbare Flüssigkeiten teilweise gefülltes Gefäß bezeichnet, i welchem das Knallgasgemisch mit Kohlenwasserstof dämpfen angereichert wird. Hierdurch wirkt di

W) Flamme reduzierend und erreicht trotz absinkende Temperatur eine höhere Wärmeleistung.

Wenn man zur Leistungsänderung einen Stclltran formator oder einen Thyristor verwendet, werden ir Verringerung der Aussteuerung die Strom/.eitflächt

t>5 stetig kleiner. Da die Gasleistung eines Knallgasgener tors der beschriebenen Art der Stromsumme (Produ aus Zellenzahl und Stromstärke) proportional ist, loh sich der Mehraufwand für einen Brückengleichricht

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oder eine halbgesteuerte Thyristorbrücke im allgemeinen nicht.

Lediglich beim Betrieb über einen Trenniransformator kann die Mittelpunkt- oder Brückenschaltung wegen der geringeren Tansformatorverluste Vorteile bieten.

Bei sehr großen Leistungen, die einer mit 15 A abgesicherten Steckdose nicht mehr zu entnehmen sind. kommt auch die Drehstromeinweggleichrichtung oder die Drehstrombrückenschaltung in Frage.

Im Gegensatz zu bisher bekannten Mikroschweißgeräten ist es aufgrund der Erfindung möglich, Gasgeneratoren mit einer Stromsumme von mehreren 1000 A zu bauen. So liefert z. B. ein Generator mit 80 Zellen und 30 A entsprechend einer Stromsumme von 2400 A bereits eine Gasmenge, die das Verschweißen oder

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Trennen von Stahlblechen mit einigen mm Stärke gestattet. Damit ergibt sich eine echte Konkurrenz zu den Autogenschweißgeräten mit Druckgasflaschen. Das Knallgasschweißverfahren hat dagegen den Vorteil, daß Druckreduzierventile und Mischvorgänge entfallen und daß die Gasversorgung billiger ist als mit Speichergas.

Aufgrund der Erfindung ist auch ein Schweißgeräi herstellbar, das als Wechselstromquelle einen handelsüblichen Trenntransformator für 42 V oder einen

ίο Schweißtransformator benutzt. Mit derartigen Transformatoren kann eine Gleichspannung von etwa 37 Voll erzeugt werden, die zum Betrieb eines Knallgasgenerators mit 15 Zellen geeignet ist. Bei einem Strom vor 60 A beträgt dann die Stromsumme bereits 900 A.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vielfachelektrolysezelle zur Erzeugung eines Gemisches von Wasserstoff und Sau ff aus Wasser mit Hilfe von Gleichstrom, ei. in den unteren Teil eines gemeinsamen Gefäßes eine Vielzahl von nach oben offenen und elektrisch in Reihe geschalteten Elektrolysezellen enthält, wobei die zugleich Anode und Kathode darstellenden und isolierend eingefaßten Elektrodenbleche die Elektrolytflüssigkeit in einzelne Zellen unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen, senkrechten Elektrodenbleche (5, 15) an der Unterkante und an den Seitenkanten in einen Gießhanskörper (6, 16) eingebettet sind, der gut wärmeleitend in einem druckfesten Metallgefäß (1, 11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Elektrodenbleche (5) mit unterschiedlicher Länge sekantenförmig in einem topfartigen Druckgefäß (1) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektrodenbleche (5) von der Symmetrieebene aus nach außen zunimmt.