DE514741C

DE514741C - Elektrolytische Zelle

Info

Publication number: DE514741C
Application number: DEI29423D
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Pfleiderer
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1926-11-02
Filing date: 1926-11-02
Publication date: 1930-12-17

Description

In dem Hauptpatent 471925 ist eine bipolare elektrolytische Zelle, insbesondere zur Wasserzersetzung, beschrieben, deren Hauptkennzeichen darin besteht, daß statt der sonst bei Bipolarzellen üblichen Außenzirkulation des Elektrolyten dieser innerhalb der Einzelabteilungen zur Zirkulation gebracht wird. Die Nützlichkeit einer kräftigen Zirkulation des Elektrolyten bei Wasserzersetzungszellen ist seit längerer Zeit bekannt. Sie beruht wahrscheinlich darauf, daß die Gasbläschen möglichst schnell von den Elektroden und aus dem Raum zwischen den Elektroden weggeführt werden müssen. Dementsprechend hat die Zelle nach dem Hauptpatent, bei der auf einfache Weise eine viel stärkere Zirkulation erzielt werden kann als bei äußerem Umlauf; den Vorteil einer erheblich größeren Belastbarkeit und des Fortfalls der äußeren Nebenschlüsse durch die Elektrolytleitungen. Der äußere Elektrolytumlauf dient aber bei den üblichen Bipolarzellen außer dem genannten auch noch anderen Zwecken, nämlich der Zuführung des Frischwassers und seiner gleichmäßigen Verteilung auf die Einzelzellen und der Regelung der Temperatur in den Zellen, indem der Elektrolyt außen je nach Bedarf geheizt oder gekühlt wird. Für diese Zwecke mußte bei der Zeile nach dem Hauptpatent in besonderer Weise gesorgt werden, wofür an und für sich verschiedene Möglichkeiten gegeben sind.

Es wurde nun gefunden, daß man bei der in dem Hauptpatent beschriebenen Zelle für die zuletzt genannten Zwecke am besten wieder das Prinzip des gemeinsamen äußeren Elektrolytumlaufs anwendet, der sich nun aber wesentlich von dem bei den bekannten Filterpreßzellen üblichen unterscheidet. Denn jetzt braucht die Menge des umlaufenden Elektrolyten nur den durch die Stromwirkung bedingten Änderungen der Elektrolytzusammensetzung und -temperatur angepaßt zu sein. Hierfür genügt es, wie sich gezeigt hat, einen kleinen Teil der innerhalb der Einzelzellen zirkulierenden Elektrolytmenge aus jeder Zelle zu gemeinsamem äußerem Umlauf abzuzweigen. Die obenerwähnten Nachteile des äußeren Umlaufs werden hierdurch keineswegs von neuem eingeführt, da für die kleinen umlaufenden Elektrolytmengen viel kleinere Flüssigkeitsquerschnitte in den Abzweigleitungen genügen, als wenn der ganze Elektrolytumlauf nach außen gehen sollte, wodurch die erwähnten Nachteile auf ein verschwindendes Maß herabgedrückt werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Ein- und Auslauf der Einzelzellen als freie Flüssigkeitsstrahlen auszubilden, wodurch die Frage der Isolation der Einzelanschlüsse wesentlich erleichtert bzw. — wenn man den Strahl frei durch die Luft gehen lassen kann — überhaupt βο gegenstandslos gemacht wird. Das letztere ist beim Einlauf ohne weiteres der Fall. Diese Aus-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Georg Pfleiderer in Ludnngshafen a. Rh,

führung bietet überdies den großen Vorteil einer ausgezeichneten Kontrollmöglichkeit, da man die Reihe der zu den Einzelzellen führenden Strahlen mit einem Blick übersehen kann, wobei es sofort auffällt, wenn etwa einmal ein Strahl nicht läuft. Im Gegensatz dazu hat man an den bekannten Filterpreßzellen keine einfache Möglichkeit, zu kontrollieren, ob auch wirklich alle Einzelzellen sich an dem gemeinsamen Umlauf beteiligen, was natürlich die Voraussetzung für einen ordnungsgemäßen Betrieb ist. Beim Elektrolytauslauf wird der Flüssigkeitsstrahl zweckmäßig in einer geschlossenen Kammer durch eine Gasstrecke fallen gelassen, um das Gas, das der aus den Zellen kommende Elektrolyt meist noch mit sieh führt, zu sammeln. Vorteilhaft kann der Auslauf der Zellen gleichzeitig als Überlauf benutzt werden, wodurch man immer die Gewähr hat, daß die Zellen bis zu einer bestimmten Höhe gefüllt sind. Es ist nicht notwendig, beide Seiten der Einzelzellen, also Anoden- und Kathodenseite, an den äußeren Umlauf anzuschließen, sondern es genügt, wenn nur eine, z.B. die Kathodenseite, an dem Umlauf beteiligt ist.

In beiliegender Zeichnung ist in Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar stellt Fig. 1 einen Schnitt durch eine obere Ecke eines Zellenrahmens Z, parallel zur Elektrodenfläche, dar; Fig. 2 eine Seitenansicht. A ist das gemeinsame Zulaufrohr für den Elektrolyten, das für jede Zelle eine Spritznarbe B besitzt. Der Flüssigkeitsstrahl gelangt in das Trichterrohr C, das hoch genug ist, um das Einfließen des Elektrolyten in die Zelle zu gewährleisten, wozu das tief hinunter reichende Rohr D dient. Der überschüssige Elektrolyt verläßt die Zelle durch den Überlaufstutzen E, an den sich ein Gummischlauch F anschließt, der in das gemeinsame Sammelrohr G durch den Stutzen H hineinragt. Der Schlauch F ist durch eine anvulkanisierte Gummischeibe / mittels Flansches am äußeren Ende des Stutzens H gasdicht befestigt. Der in G gesammelte Elektrolyt fließt durch K und das Siphonrohr L ab. Der Stutzen E und der Schlauch F sind so weit gehalten, daß sie für den überlaufenden go Elektrolyten nur als Rinne wirken und im übrigen gleichzeitig als Ausgang für das Gas dienen, das ebenfalls in dem Rohr G gesammelt und von da durch M abgeführt wird. Das Rohr G ist zum größten Teil von Gas erfüllt, so daß der Ablauf des Elektrolyten am inneren Ende von F als freier Strahl erfolgt. Der durch L gemeinsam abgeführte Elektrolyt passiert die Vorrichtungen zur Regelung der Temperatur (Kühlung) sowie zur Einstellung seiner Konzentration bzw. zur Zuführung des Frischwassers, die in bekannter Weise selbsttätig geregelt werden kann. Im übrigen muß der Elektrolyt bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel natürlich durch eine Pumpe o. dgl. wieder gehoben werden, worauf er in den mit dem Spitzrohr A verbundenen, mit dem Überlauf N versehenen Ausgleichsbehälter O eintritt, dessen Füllhöhe an dem Glasrohr P ersichtlich ist. Um zu vermeiden, daß die Spritznarben B etwa durch vom Elektrolyten mitgeführte feste Verunreinigungen, z. B. Asbestflocken, verstopft werden, stehen sie zweckmäßig auch nach innen in das Rohr A etwas vor. Ferner ist für gelegentliches Abschlämmen ein Ventil R angebracht. Die aus diesem austretende Lauge kann man durch ein Filter S schicken, ehe man sie in den Kreislauf zurückführt. Außerdem kann man noch im normalen Umlauf des Elektrolyten ein Filter vorsehen, doch erübrigt sich, das meistens, da im allgemeinen schon nach kurzer Betriebsdauer die mitgeführten Verunreinigungen in den vom Elektrolyten durchströmten Behältern zum Absitzen gelangen.

Werden mehrere solcher Zellen aufgestellt, so kann ihr äußerer Umlauf nebst den Vorrichtungen zur Konzentrations- und Temperaturregelung vereinigt werden. In den Abbildungen ist dies angedeutet. T ist das gemeinsame Sammelrohr, in das der Elektrolyt aus dem Siphon L durch das Isolierrohr U₁ oder auch in freiem Strahl gelangt. Ebenso wird der Überlauf N und das Abschlämmventil R durch U₂ und U_s isoliert mit T verbunden. Die Isolierstrecken U₁, ₂, 3 können auch wegfallen, wenn das Rohr Γ zwischen je zwei hintereinandergeschalteten Zellen durch Isolierstrecken unterteilt ist. Wenn viele Zellen hintereinandergeschaltet werden, empfiehlt es sich, in jedem Fall die gemeinsamen Rohrleitungen in gewissen Abständen isoliert zu unterteilen, um die an den Zellen auftretenden Potentialdifferenzen zu verkleinern.

Die Rückführung des Elektrolyten erfolgt ebenfalls durch gemeinsame Leitungen, und zwar sind in dem gezeichneten Beispiel hierfür zwei Rohrstränge V und W vorgesehen, in denen der Elektrolyt auf verschiedener Temperatur gehalten wird, z. B. in dem einen gekühlt, im anderen ungekühlt. Aus beiden Rohren kann der Elektrolyt durch Regulierventile X bzw. Y in freiem Strahl in den Behälter O gelassen werden, so daß es durch Mischen entsprechender Mengen des Einlaufs aus beiden Leitungen ermöglicht ist, die Temperatur der Zellen unabhängig voneinander zu regulieren.

Der Umlauf des Elektrolyten kann aber auch noch in anderer Weise ausgeführt werden, z. B. braucht der Einlauf des Elektrolyten zu den Einzelzellen nicht gleichzeitig stattzufinden, sondern er kann periodisch nacheinander erfolgen, indem z. B. ein bewegliches Auslauf-

stück der Elektrolytrückführungsleitung vermittels einer mechanischen Vorrichtung über den Einlauftrichtern der Einzelzellen, deren Öffnungen etwa kreisförmig angeordnet sein können, hinstreicht. Der vorbeifließende Elektrolyt kann dabei durch einen gemeinsamen Rücklauftrichter o. dgl. aufgefangen werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß überhaupt in keinem Moment durch den einlaufenden Elektrolyten ein Nebenschluß zwischen den Zellen hergestellt wird. Wird das bewegliche Verteilungsstück aus einem isolierten Vorratsbehälter gespeist, der seinerseits nur periodisch aufgefüllt wird, so kann auch jede Verbindung der Einzelzellen mit dem Rohrsystem durch den zurückströmenden Elektrolyten vermieden werden. Die gegenseitige Anordnung der Einlauföffnungen braucht nicht der Reihenfolge der Einzelzellen in der Gesamtzelle zu entsprechen; sie wird zweckmäßig so getroffen, daß keine größeren Spannungsdifferenzen nahe nebeneinander kommen, z. B. alle ungeraden Nummern auf einen Halbkreis, die geraden Nummern in umgekehrter Folge auf den anderen Halbkreis.

Wird der Umlauf durch den Katholyten gebildet und fließt dieser auf seinem Wege auch durch Behälter — z. B. zwecks Ausgleich von Volumenschwankungen —, so entsteht durch die kleinen mitgeführten Wasserstoffmengen die Gefahr, daß sich im Laufe der Zeit mit der in den Behältern enthaltenen Luft explosive Gasmischungen bilden. Andererseits können solche Behälter zur Vermeidung von Kohlensäureaufnahme nicht einfach offen sein. Zur Abstellung dieser Gefahr kann man den Gasraum dieser Behälter natürlich z. B. mit Wasserstoff oder einem indifferenten Gas gefüllt halten oder mit kohlensäurefreier Luft dauernd durchspülen. Man kann aber auch vorteilhaft statt eines festen Abschlusses einen unmittelbar auf dem Elektrolyten schwimmenden Deckel verwenden, der dann zweckmäßig gleich zur Steuerung des Frischwasserzulaufs benutzt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

i. Bipolare elektrolytische Zelle, insbesondere zur Wasserzersetzung, nach dem Hauptpatent 471925, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Teil des in den Einzelzellen zirkulierenden Elektrolyten — und zwar vorzugsweise aus den Kathodenabteilungen —■ zu einem gemeinsamen äußeren Umlauf abgezweigt wird, wobei dieser zweckmäßig zur Regelung der Konzentration und der Temperatur des Elektrolyten benutzt wird.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und Auslauf des Elektrolyten an den Einzelzellen oder eines von beiden in Form freier Flüssigkeitsstrahlen stattfindet.
3. Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf des Elektrolyten an den Einzelzellen als Überlauf ausgebildet ist.
4. Zelle gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf des Elektrolyten an den Einzelzellen gleichzeitig zur Abführung des in der betreffenden Abteilung entwickelten Gases dient.
5. Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Einzelzelle mit dem Sammelraum für den ausfließenden Elektrolyten durch ein isolierendes und zweckmäßig elastisches Verbindungsstück gebildet wird, das in den Sammelraum etwas hineinragt und zur Abdichtung mit einem anvulkanisierten Flansch versehen ist.
6. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Elektrolyten in die Einzelzellen periodisch nacheinander erfolgt, zweckmäßig durch ein bewegliches, mechanisch geführtes Auslaufstück der Rückführungsleitung.
7. Batterie aus Zellen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Elektrolytumlauf von mehreren Zellen vereinigt wird, wobei zweckmäßig der Übergang von den einzelnen Sammelleitungen auf die vereinigte Sammelleitung und umgekehrt in Form freier Flüssigkeitsstrahlen erfolgt.
8. Batterie gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung der vereinigten Elektrolytströme längs der Batterie zwei Leitungen vorgesehen sind, in denen der Elektrolyt auf verschiedener Temperatur gehalten wird, so daß durch Mischen entsprechender Mengen des Einlaufs aus beiden Leitungen die Temperatur der Zellen unabhängig voneinander geregelt werden kann.
9. Batterie gemäß Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vereinigten Elektrolytleitungen durch Isolierstücke oder Freistrahlstrecken unterteilt sind.
10. Behälter für den Katholyten für die Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch einen auf dem Elektrolyten schwimmenden Deckel abgeschlossen ist, wobei dieser Deckel zweckmäßig zur Steuerung des selbsttätigen Frischwasserzulaufs benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen