DE388788C - Apparat zur Elektrolyse des Wassers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Apparat zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff von solcher Bauart, daß eine für die Bemessung der Elektroden höchste Kapa-S zität und Höchstleistung ohne jede Vermischung der beiden zu erzeugenden Gase erreicht wird.

Auf der Zeichnung ist die neue Zersetzungszelle in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt; es sind:

Abb. ι senkrechter Mittelschnitt der Zelle,

Abb. 2 bis 4 Schnitte nach Linien 2-2, 3-3 und 4-4 der Abb. r, -

Abb. 5· Schnitt wie in Abb. 1, der neben einer Seitenwand des Behälters oder Gefäßes geführt ist und die inneren Teile abgebrochen zeigt,

Abb. 6 Aufsicht der ganzen Zelle.

Die in dem Apparat zu verwendenden ZeI-ao len bestehen aus je zwei mittleren Anodenplatten, zwei äußeren Kathodenplatten und Membranen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, -um beim Scheiden des Sauerstoffs vom Wasserstoff irrende «5 Gase in die Außenluft entweichen' zu lassen, überdies gehören dazu die leitenden Verbindungen für den Strom und die zum Sammeln der frei gewordenen Gase dienenden Teile in besonderer Bauart und Anordnung. Die Zelle wird in ein Gefäß eingesetzt, und da man eine beliebige Anzahl Zellen zu einer einheitlichen Gruppe zusammenstellen und elektrisch verbinden kann, so ist die Zelle in der darge- .

stellten Ausführungsform für- Reihenschaltung eingerichtet. - Die Anoden 1 und Kathoden 2 sind quadratisch geformt und bestehen aus verzinkten Gußeisenplatten. Da sie von gleicher Bauart sind, so genügt die Erläuterung einer Anode. Die vordere oder erzeugende Fläche der Anode ist mit einer Anzahl senkrechter Rippen 3 von V-förmigem, scharfkantigem Querschnitt versehen. Beispielsweise - gibt man den Rippen bei 70 cm Länge und Breite der Platte einen Abstand von 2,5 cm und eine vorspringende Höhe von jmm, der Platte selbst eine Dicke von 6 bis 6,5 mm. Die Rückseite der Platte besitzt eine quadratisch umlaufende Rippe 5 mit zwei diagonalen Rippen 6; an den vier Ecken ist die umlaufende Rippe 5 zu Lagern 7 mit Ausschnitten für die stützende und die leitende Stange 8 bzw. 9 ausgebildet. ■

Die Kathodenplatten 2 sind ebenso gestaltet wie die Anoden 1, nur daß die Rippen 3° versetzt gegenüber den Anodenrippen und beim Zusammenbauen der Teile in der Mitte zwischen den Rippen der zugehörigen Anodenplatte liegen. So hat auch die Kathodenplatte auf der Rückseite eine umlaufende Rippe 5.⁰ mit Diagonalrippen 6° sowie Lager 7° mit Ausschnitten 8^e. Zur Befestigung der Kathoden an den Stangen o.^a und io^ß dienen Klemmplatten 11 mit. dem Ausschnitt 8° entsprechenden Ausschnitten für die Stangen und mit Schraubbolzen 12 zum Ver-

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binden der Platten 11 mit den Lagern J^a. Die Anoden sind mit Bolzenlöchern j^c in den Lagern 7 versehen und werden durch Schraub- ■ bolzen zusammengeschlossen. Die mit den Stangen vereinigten Anoden;,· und Kathoden werden in Rahmen eingestellt,/ und zwar die beiden Anoden in einen gemeinsamen Rahmen 13 und die Kathoden geson- ' dert je in einen Rahmen 14. Diese Rahmen bilden oben einen Gassammeiraum, und jeder ' Rahmen ist aus einem Blechstreifen mit einwärts gebogenen Seiten oder Flanschen geformt. Im zusammengebauten Zustande liegen die Böden der Rahmen 13 und 14 unter den Platten 1 und 2; ihre oberen Enden stehen erheblich weit über den Platten vor, um hier mit den Seitenplatten die Sammelräume für die Gase zu bilden, wobei der j Elektrolyt etwa 30 cm über den oberen Kan- '<

ao ten der Platten 1,2 steht. Für die Sauer- ',' Stoffkammer sind die oberen Flansche 13" und die Seitenflansche 13* des Rahmens 13 mit Blechtafeln, deren jede aus einem einwärts gerichteten Hauptteil 15, einem oberen Flansch 15^a und Seitenflanschen 1 s⁶ besteht, durch Zusammenschweißen der Flansche 15" mit den Flanschen 13" und der Flansche 15^ mit den Flanschen 13* verbunden. In kur- ' zem Abstande über den Anodenplatten sind :

%o die unteren Enden der Blechtafeln 15 aus- ■ wärts abgebogen, bei 15°, und die Flansche 15⁶ ' weggebrochen, um die Enden der auswärts ■ gebogenen Teile i5^c über die Flansche 13^s bis zu deren äußeren Kanten treten zu lassen und ■ das Anschweißen zu ermöglichen. So ist über den Anodenplatten ein Sammelraum oder , eine Kammer für den Sauerstoff durch die '· Seiten und das obere Ende des Rahmens 13 i und die eingesetzten Platten 15 gebildet. Aus dem oberen Ende des Rahmens 13 führt ein ! Rohr 15 den frei werdenden Sauerstoff zu _; einem beliebigen Sammelgefäß.

Die Rahmen 14 sind im wesentlichen ebenso j gebaut wie der Rahmen 13. Sie haben oben ■ gleichfalls einen Sammelraum oder eine Kammer; der obere Flansch ιό" und Seitenflansche i6^b der eingesetzten Platte 16 sind mit den Flanschen 14^s und 14⁶ des Rahmens ; 14 durch Schweißung verbunden, und die unteren Enden der Platten oder Tafeln 16 sind _{ bei i6^c seitwärts abgebogen. In der darge- ' stellten Bauform liegen die unteren Enden i6^c j der Tafeln 16 den unteren Enden I5^fi der Tafeln 15 gegenüber, und zwar in einem Ab- 1 stände von 3 mm, der Entfernung zwischen den Rippen 3 und 3^s.

Quer über dem Raum zwischen den Flanschen 15⁶ und i6^ö sind Schienen 17 vorgesehen, deren Enden an die Flansche ange- j sehweißt sind, und die die Membranen an ! ihren oberen Enden halten. :

■"". Es ist zu beachten, daß die äußeren Enden der Rippen 3 in der Ebene der Außenkanten der Flansche des Rahmens 13 liegen, weiter, daß sich die äußeren Enden der Rippen 3⁰ je 6g in der· Ebene eines der Flansche des Rahmens 14 befinden. Zu den Anodenplatten gehören die aus Asbesttuch o. dgl. bestehenden Membranen 18 in Gestalt eines Sackes oder einer Tasche, die den Rahmen 13 fest umschließt, gegen die Rippen 3 dicht anliegt und durch ein Paar Winkelklammern 20 mit dem Rahmen 13 verbunden .ist. Das obere Ende der Tasche kann geschlitzt sein, und ihre Seiten i8^a lassen sich über die entsprechenden Schienen 17 ziehen, durch Stiche oder in sonst geeigneter Weise daran befestigen. Die Membranen stehen in inniger Berührung mit den Enden der abgebogenen-Teile 15⁴ der Tafeln 15 und ein dichter und undurchlässiger Verband ist dadurch gesichert, daß die Schienen 17 mit einem Zwischenraum angeordnet sind, bei dem die Membran über jene Enden der Teile i5^c einwärts oder gegen die Tafeln 15 hin gebogen ist. Ähnliche Membranen 21 kommen in gleicher Weise bei den Kathodenplatten und Rahmen 14 in Anwendung. Die oberen Enden der Membranen sind hier ebenfalls über die äußeren Schienen 17 gezogen und 'befestigt» diä; Membrankörper" selbst durch Klammern 22 mit dem Rahmen wie dort verbunden.

An den Boden des Rahmens 13 sind zwei Isolierklötze 23 für die Stangen 8 und 9 angeschlossen, in seiner Oberwand zwei Isolierklotze 24 und 25 eingesetzt. Der Klotz 24 dient als Durchlaß für die Leitungsstange 8, und der Klotz 25 nimmt das obere Ende der Versteifungsstange 9 auf. Ähnliche Isolierblöcke 25^s und 24⁰ usw. sind für gleiche Zwecke im Rahmen 14 vorgesehen. Auf jedem Rahmen 14 ist ebenfalls ein Rohr 26 für die Ableitung des Wasserstoffes in einen beliebigen Behälter vorgesehen.

Die beschriebenen Teile der Zelle werden als eine Einheit in ein genau passendes Gefäß 27 eingesetzt, und das Gefäß füllt man bis etwas unterhalb der Rohre 15 und 26 mit dem Elektrolyten, der in den von den Oberwänden der Rahmen und den Wänden oder Platten 15 und 16 gebildeten Sammelkammern über den Anoden und Kathoden in gleicher Höhe steht. Wird Strom dem Leiter 8 zugeführt, so findet eine Zersetzung des Elektrolyten in bekannter Weise statt; der sich auf den Außenflächen der Anoden 1 entwickelnde Sauerstoff steigt in dem Freiraum zwischen Membran und Rippenfläche hoch, trifft auf die Flächen i5^c der Platten oder Wände 15, geht aufwärts in die Sammelkammer und durch das Rohr 15 zum Auffangbehälter.

Der auf den Innenflächen der Kathoden-

platten frei werdende Wasserstoff steigt in gleicher Weise hoch, trifft auf die Flächen i6^c, gelangt in die Sammelkammern und wird durch die Rohre 26 einem Sammelbehälter zu-S geführt. Infolge der Linienberührung zwischen der Membran und den linienscharfen Kanten der Rippen 3 und 3" ist eine Fläche zur Bildung eines Flüssigkeitsfilms an der Stelle nicht vorhanden; daher kann auch ein Gasverlust nicht stattfinden, zumal die Membranen, straff über die Rippen gespannt, fest gegen die unteren, abgebogenen Enden der Seitenwände der Kammerplatten anliegen. Die Standhöhe der Flüssigkeit ist in allen Kammern die gleiche, da die Kammern dieselbe Querschnittsgröße haben, da zweimal soviel Wasserstoff wie Sauerstoff erzeugt wird. Versagt die Zelle aus irgendeinem Grunde und entweicht Gas um die unteren Kanten

ao der Teile i5^c und i6^c oder durch die Membranen, so muß dieses Gas zur AuBenluft abziehen und kann sich nicht mit dem anderen Gase in dessen Sammelkammer oder Rohr vermischen. Selbst wenn der · Gasdruck in einem der Aufnahmebehälter so hoch steigt, daß er den Elektrolyten in der Gaskammer zurückdrängt, kann ein Vermischen der Gase nicht erfolgen. Sollte in einem solchen Falle der Gasdruck Gas durch die Membran treiben, so geht auch dann das ausgetretene Gas unmittelbar durch den Freiraum zwischen der Membran und der benachbarten Membran zur Außenluft.

Die Winkelklammern 20 besitzen nicht nur als ein Befestigungsmittel für die Membran, sondern auch als ein Mittel zum genauen Einstellen und ^abstandhalten der Anoden und Kathoden samt ihrer Membranen besonderen Wert. Die Zelle ist leicht allen Änderungen in Spannung und Stromstärke, die sich bei den käuflichen elektrischen Installationen finden, anzupassen, und sie "läßt sich mit anderen ihrer Art sowohl in Reihe als auch parallel zusammenschließen.

Claims (6)

1. Patent- Ansprüche:

   i. Apparat zur Elektrolyse des Wassers, dessen den Elektrolyten enthaltender Behälter mit einem Paar gegenflächiger, eine gemeinsame Gassammeikammer darüber besitzender Elektroden sowie einem zweiten Elektrodenpaar, dessen Elektroden an jeder Seite des ersten Paares getrennt davon liegen, mit getrennten, darüber befindlichen Gassammeikammern für jede Elektrode des zweiten Paares und an jeder Elektrode mit einer sich über ihre Fläche erstreckenden Membran, wobei die Membranen benachbarter Elektroden voneinander geschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Elektroden (r) des ersten Paares und jede der anderen Elektroden (2) von einem in dem Behälter (19) eingepaßten Rahmen (13 oder 14), zweckmäßig von rechteckiger Gestalt, gehalten werden,- und die Gassammeikammer durch getrennte Seitenplatten (15) gebildet wird, die sich quer zu dem oberen Teil des Rahmens erstrecken, und an entgegengesetzten Seiten des unteren Rahmenteiles öffnungen frei lassen, in denen die vorzugsweise rechteckigen Elektroden (1 oder 2) angebracht sind, wobei die Membranen (18) quer zu jenen öffnungen zwischen den Rahmenteilen und den unteren Kanten der Seitenplatten (15) angebracht sind.
2. 2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (13 oder 14) von trogförmigem Querschnitt einwärts gerichtete Randflansche besitzt, an denen die Seitenplatten der Sammelkammern mit Flanschen befestigt sind, vorzugsweise mittels auswärts gerichteter Flansche an den Kanten jener Seitenplatten.
3. 3. Apparat nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Teile (i-5<V 16*) der Seitenplatten (15,16) abwärts und auswärts zueinander abgebogen sind, damit die unteren wagerechten Kanten der Platten in die Ebenen der Seitenflächen der Rahmen (13 oder 14) und in Berührung mit den Membranen (18) gelangen.
4. 4. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen an ihren oberen Enden mit Schienen (17) verbunden sind, die zwischen den geflanschten Seitenteilen der Seitenplatten (5) liegen und mit ihnen verbunden sind.
5. 5. Apparat nach Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen mit den Rahmen durch Winkelklammern (22) verbunden sind, welche die Seiten der Rahmen und die Kanten der Membranen umfassen sowie dazu dienen können, die Rahmen in Abstand voneinander zu halten.
6. 6. Apparat nach Ansprüchen r, 2, 3, 4 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch leitende Stangen (9, 10) befestigt und gehalten werden, die in den Rahmen (13 oder 14), von ihnen isoliert, angebracht sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.