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Elektrolytische Zelle Die Erfindung bezieht sich auf elektrolytische
Zellen für die Zersetzung von wäßrigen Elektrolyten, bei denen Elektrodun von entgegengesetzter
Polarität innerhalb eines den Elektrolyten enthaltenden Gehäuses mit Abstand voneinander
angeordnet sind, wobei in dem Zwischenraum ;ein durchlässiges Diaphragma vorgesehen
ist.
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Die Erfindung bezweckt, seineverbesserte Zelle für die Verwendung
bei der Zersetzung von Wasser zu schaffen sowie eine Elektrodenanordnung, die hauptsächlich
für die Erleichterung der Verwendung verhältnismäßig hoher Stromdichten geeignet
ist.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer elektrolytischen
Zelle, bei der ein lebhafter Umlauf des Elektrolyten mit Leichtigkeit erzielt werden
kann.
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Die Erfindung bezweckt fernerhin, eine Elektrodenanordnung zu schaffen,
die vergrößerte wirksame ,Arbeitsflächen besitzt und bei der gleichzeitig für das
Entweichen der entwickelten Gase Sorge getragen ist.
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Diese Zwecke werden dadurch erreicht, daß man den Elektroden die Form
einer in der Länge der Zelle verlaufenden Sinuslinie gibt und sie paarweise zusammenwirkend
innerhalb der Zelle aufhängt, wobei ein durchlässiges Diaphragma zwischen den Teilen
jedes Elektrodenpaares angeordnet ist, so daß die sich entwickelnden Gase in besonderen
Abteilungen gebildet werden und im oberen Teil der Zelle austreten. Durch diese
Anordnung werden die wirksamen Arbeitsflächen der Elektroden und damit die Querschnittsfläche
der Strombahn bei einer Zelle von gegebenem Inhalt erheblich vergrößert und gleichzeitig
die Möglichkeit des Entweichens der gasförmigen Produkte aus der eigentlichen Elektrolysierungszone
,beträchtlich gesteigert. Dadurch werden zwei 'der wichtigsten der Verwendung verhältnismäßig
hoher Stromdichten abträglichen Faktoren, nämlich die ionischen und die Konzentrations-Polarisations-Verluste
auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Außerdem wird die Länge der Strombahn gleichzeitig
:erheblich verringert und dadurch das Verhältnis der elektrolytischen Stromdichte
zu der zur Verwendung kommenden Spannung und entsprechend das Volumen des erzeugten
Gases, bezogen auf die Einheit der aufgewandten elektrische Energie, erhöht.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i einen wagerechten Schnitt durch eine Einzelzelle,
die aus einem Gehäuse, einem Paar Unipolarelektroden und einem durchlässigen Diaphragma
besteht, das die Elektroden voneinander trennt und die Zelle in eine Anoden- und
eine 'Kathodenkanuner unterteilt. Der Schnitt verläuft nach Linie i-i der Abb. a.
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Abb. z ist ein senkrechter Schnitt nach i-i der Abb. z.
Abb.3
veranschaulicht eine Ausführungsform der unteren oder oberen Abstützung für das
Diaphragma im einzelnen.
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Abb. q. ist eine -Seitenansicht der betreffenden Abstützung.
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Abb.5 zeigt in vereinfachter Darstellung und in kleinerem Maßstabe
das Innere einer Zelle in der Richtung der Strombahn gesehen.
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Abb.6 ist ein wagerechter Schnitt, der eine Ausführungsform einer
gemäß der- Erfindung ausgeführten doppelpoligen Elektrode veranschaulicht.
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Abb.7 zeigt in einem Schnitt eine weitere Ausführungsform.
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Bei der in den Abb. i und 2 dargestellten Verkörperung der Erfindung
ist Beine Zelle dargestellt, die im allgemeinen aus einander gegenüberliegenden
ring- oder rahmenartigen Gehäuseteilen i und 2 besteht, die seitlich gegenüber ihren
nach außen vorspringenden Flanschen oder Schultern 3 in entgegengesetzter Richtung
gekröpft oder abgesetzt sind. Die Flanschen 3 sind mit ihren Flächen gegeneinander
gerichtet und liegen auf entgegengesetzten Seiten einer Zwischenwand a, die den
Stützrahmen für das Diaphragma'bildet. Die offenen Seiten der Rahmenteile i und
2 sind durch starke Wandplatten 6 und 7 geschlossen, die dick genug sind, um der
Zelle als Ganzes die erforderliche Stärke zu verleihen. Die Zelle enthält getrennte
Elektroden 15 und 16, die in ihr in geeigneter Weise unterstützt sind, sowie zwischen
dein Elektroden ein Diaphragma 12. Die verschiedenen Rahmenteile können mittels
durch die Wandplatten und die Gehäuseteile geführter Bolzen -in geeigneter Weise
miteinander verbunden werden. Sämtliche Teile werden zweckmäßig durch Dichtungsscheiben
5 voneinander isoliert. Zur Verstärkung des ganzen Gebildes werden zwischen den
Flanschen 3 und den Wandplatten 6 und 7 zweckmäßig Abstandstücke io, die gleichzeitig
zurWärmeisollerung dienen, eingefügt.
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Das Diaphragma 12 besteht zweckmäßig aus einem geeigneten porösen
Material, wie Plattenasbest, und wird zwischen den Elektroden 15 und 16 so gehalten,
'daß ges die Zelle' in Anoden- und Kathodenabteilungen bzw. -kammern 13 und 14 unterteilt.
Das Diaphragma wird, wie die Zeichnungen erkennen lassen, an der Zwischenwand bzw.
dem Zwischenwandrahmen q. aufgehängt, der zwischen den Flanschen 3 eingeklemmt und
auf diese Weise gegenüber den Seitenwänden der Zelle zentriert wird. An den Kanten
des mittleren Ausschnitts der Zwischenwand q. ist das Diaphragma befestigt.
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Gemäß der Erfindung sind die Elektroden 15 und 16 (die Anode bzw.
Kathode) gleichartig ausgebildet und so angeordnet, daß das sie trennende Diaphragma
12 nach einer Sinuslinie verläuft. Bei der dargestellten Augführungsform bestehen.
die Elektroden aus einem durchlässigen, in hüh ern Maße elektrisch leitenden flächigen
Material, beispielsweise Drahtgeflecht, das nach Art von-#Vellblech gestaltet und
so angeordnet ist, daß die Falten oder Wellen der seinen Elektrode mit denen der
anderen zusammenfallen. Die Elektroden liegen demnach mit ihren @einander gegenüberliegenden
Flächen in parallelen Ebenen, derart, daß die Abstände an allen Stellen gleich sind
und infolgedessen der Strom über die wirksamen Elektrolysierungsflächen der Elektroden
sich gleichmäßig verteilt. Außerdem wird durch die beschriebene Ausbildung der Elektroden
deren total wirksame Eleldrolysierungsläche, bezogen auf die Einheit des Zellinhalts,
erheblich. vergrößert, und die erzeugten Gase können auf, der Rückseite jeder Elektrode
bequem nach dem oberen Teil. der Zelle entweichen.
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Die Elektroden können innerhalb der Zelle in jeder gewünschten Weise
unterstützt werden. Bei der dargestellten Ausführung sind sie an Platten 6 und 7
-durch Punktschweißung befestigt. Bei der praktischen Ausführung werden - die Wellentäler
der Elektroden etwas tiefer ausgebildet, als es in Hinblick auf die Form des Diaphragmas
tatsächlich nötig wäre. Auf diese Weise wird ein Hohlraum 17 geschaffen, der das
überflüssige Schweißmetall aufnimmt und gleichzeitig senkrechte Kanäle bildet, wodurch
das Entweichen der Gase nach oben begünstigt wird.
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Das zwischen den Elektroden angeordnete Diaphragma dient als Trennwand
zur Unterteilung der Zelle in zwei besondere Abteilungen für die Erzeugung und Ansammlung
der entwickelten Gase. Zu diesem Zwecke sind die vier Ränder des Diaphragmas mit
den inneren Rändern der Zwischenwand q. sicher verbolzt. Die senkrechten inneren
Ränder der Zwischenwand sind gerade, während die oberen und unteren Ränder ebenfalls
sinusartig gestaltet sind, um sie der Wellenform der entsprechenden Ränder des Diaphragmas
anzupassen. Konstruktionseinzelheiten dieser Ränder der Zwischenwand q. sind in
den Abb. 3 und q. dargestellt. Hier ist angenommen, daß die Ränder aus einem Paar
nach außen vorspringender Schienen 18 bestehen, auf denen das Diaphragma mit seiner-
Unterseite ruht, und von denen mehrere hochkant: gestellte gekrümmte Bleche i9 nach
oben sowie abwechselnd auf beiden ' Seiten der Zwischenwand q. vorspringen. Diese
gekrümmten Bleche passen in die Wellentäler des- Diaphragmas, so daß dieses in seiner
gewellteiz
Form gehalten wird und die gasförmigen Produkte auf die
Abteilungen beschränkt werden, in denen sie erzeugt sind.
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In jeder Zellenhälfte ist ein Eiülaßrohr ?o vorgesehen, das auf einer
Seite nach unten verläuft und sich quer über den Boden der Abteilung erstreckt.
Die Rohre 2o dienen zum Einfüllen des Elektrolyten.
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Oben geht von jeder Zellenabteilung ein Austrittsrohr zoa aus, durch
das die Gase .entweichen.
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Es ist ersichtlich, daß die gewellten oder gefalteten Elektroden ein
großes Ausmaß wirksamer Arbeitsfläche besitzen. Die wirksame Fläche ist erheblich
größer als die Querschnittsfläche der Zelle, in der die Elektroden eingeschlossen
sind. Es ist ferner ersichtlich, daß die wirksame Arbeitsfläche jeder Elektrode
ihre Projektionsfläche an Größe. übertrifft, d. h. daß sie erheblich größer ist
als das Ausmaß einer mittleren Ebene, die durch die vier Seiten der Elektrode begrenzt
ist oder einer Ebene von diesen Abmessungen, die auf einer Seite der Elektrode liegt.
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Die in den Abb. i und 2 dargestellte Verkörperung der Erfindung veranschaulicht
die Anwendung der Erfindung auf eine Einzelzelle mit einer einpoligen Anode und
einer einpoligen Kathode. Die Anwendung der Erfindung auf .eine Vielzelleneinheit,
die sowohl einpolige wie auch zweipolige Elektroden enthält, ist in den Abb. 6 veranschaulicht.
Hier ist eine nach Art einer Sinuslinie verlaufende Anode und eine ebenso gestaltete
Kathode auf gegenüberliegenden Seiten einer Stütz-oder Trennwand 23 befestigt,
wodurch die doppelpolige Elektrode gebildet wird. Bei dieser Ausführung ist die
Stützwand als massive Platte 23 dargestellt, die dieselbe Gestaltung und
dasselbe Ausmaß wie die Endplatten der Zelle besitzt, so :daß sie als Trennwand
zwischen den Einheiten der Zelle dient, während mit 2i und 2z Elektroden bezeichnet
sind, die in entsprechenden Lagen an den gegenüberliegenden Seiten der Platte 23
befestigt sind. Die Elektroden sind auf diese Weise in elektrische Verbindung miteinander
gebracht und dienen so. als Elektroden mit entgegengesetzten Polaritäten in den
blenachbarten Zellen einer Vielzelleneinheit oder Batterie. Eine solche Vielzelleneinhieit
kann beispielsweise mehrere derartiger zweipoliger Elektrodengebilde mit einpoligen
Elektroden auf jeder Seite und Diaphragmen 12 mit entsprechenden Trennwänden 4 zwischen
jedem zusammenarbeitenden Elektrodenpaar @enthalten.
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Die Größe, Form und Anzahl, bezogen auf die Längeneinheit der Elektrodenwollen,kann
man erheblich ändern, um den besonderen Arbeitsbedingungen in weitem Umfa@n@eReclinung
zu tragen. Die gesamte Quersc'h!ni:xtgflä.che der Strombahn zwischen den Elektroden
und dem Diaphragma kann beispielsweise dadurch vergrößert werden, daß man die --Größe
der Wellenerhöht oder den Abstand zwischen ihnen verringert.
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In Abb.7 ist eine Ausfüh@rungsfornni des Elektrodengebildes veranschaulicht,
bei der die Elektrodenflächien zwischen aufeinanderfolgenden Wellentälern im wesientlichen
rechtwinklig zu den Elektrödenwänden liegen.