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Elektrolytischer Zersetzer Vorliegende Erfindung betrifft eine besondere
Anordnung von insbesondere rohrförmigen Zersetzerzellen, vorzugsweise Druckzersetzerzellen,
welche eine leichte Auswechselbarkeit der Zellen, eine einfache Typisierung und
eine erhöhte Wirtschaftlichkeit ergeben.
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Gemäß der Erfindung sind die Zellen, z. B. rohrförmige Zellen, in
Gruppen angeordnet und an einen Sammelblock angeschlossen, d. h. einen Block, der
Verbindungsleitungen, insbesondere Bohrungen, enthält, die zu den Zellen oder getrennt
zu deren beiden Elektrodenseiten führen. Im Block angeordnete horizontale oder im
Winkel stehende Querverbindungen können die Gase der Zellen aus den Verbindungsleitungen
sammeln und zu den Gassammelräumen bzw. zu den Verbraucherstellen führen.
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Es ist zweckmäßig, die Zersetzerrohre vom Sammelblock elektrisch zu
isolieren oder den Block aus Isoliermaterial, z. B. Hartgummi, herzustellen.
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Jeweils das äußere Rohr - im Falle des Druckzersetzers zweckmäßig
ein Druckrohr - kann die eine Elektrode, und zwar zweckmäßig die negative Elektrode,
bilden; sie umschließt die gegenpolige Elektrode, die beispielsweise Stern-, Voll-
oder Hohlzylinderform haben kann.
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Die inneren Elektroden können an den Dekkeln, beispielsweise unteren
Deckeln, der Rohre befestigt werden, die Deckel aus Isolationsmaterial bestehen
oder von den Rohren und dem Elektrolyt isoliert sein. Die äußeren Elektroden sind,
zweckmäßig isoliert, am Block befestigt.
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Bei getrennt erzeugten Gasen ist es zweckmäßig, das eine Gas von der
Zelle durch den Block vertikal nach oben und das andere Gas am oberen Ende der Zelle
durch seitliche Durchbohrungen im Block abzuführen. Die Bohrungen, welche zu einer
Gasseite gehören, werden dann mit anderen Bohrungen oder Sammelräumen vereinigt
und durch weitere Leitungen mit den Gasleitungen oder den Elektrolyt- und Gasräumen
in Verbindung gesetzt.
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Bei Verwendung von zylindrischen Zellen ist es häufig zweckmäßig,
die innere Elektrode aus einem hohlen oder festen Zylinder herzustellen, insbesondere
aus einem Vollzylinder, der mindestens an einem Ende in einen Hohlzylinder ausläuft,
oder sie in einen Zylinder oder Konus auslaufen zu lassen, kurz, so anzuordnen,
daß eines oder beide Enden eine andere Elektrolyt- oder Gasdurchfluß.querschnittsgestaltung
haben als in dem hauptsächlich aktiven Teil (vgl. Abb. 3 und q.).
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Zweckmäßig, namentlich für kleine Zersetzer, ist es, unabhängig von
der Zellenform das Elektrolytgefäß, das auch als Gasraum ausgebildet werden kann,
und zwar für die getrennten Gase oder für beide Gase gemeinsam, mit dem Sammelblock
zusammenzubauen (vgl. Abb. 5). Gleichzeitig kann dieser Elektroly
trauen,
aus Glas oder mit Glasfenstern versehen, als Flüssigkeitsstandanzeiger dienen.
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Zweckmäßig ist der Sammelblock aus Isolationsmaterial hergestellt
und von großer Höhe, so daß in ihm Bohrungen geringen Durchmessers und großer Länge,
also hohen Widerstandes, angebracht werden können, um bei Serienschaltung allzu
große Nebenströme zu vermeiden. Statt dessen kann der z. B. nicht isolierte Sammelblock
niedriggehalten werden und mit aus ihm herausgeführten Isolierrohren größter Länge
für die getrennten oder gemeinsamen Gase versehen sein.
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Zweckmäßig ist es ferner, namentlich bei kleinen Elektrolyseuren,
den Elektrolytsammelraum gleichzeitig gegen das etwaige Zurückschlagen der Flammen
als Sicherung auszubilden, indem in ihm eine beliebige Gitteranordnung angebracht
ist, beispielsweise ein Drahtgitter, oder poröses Material, welches voll der Flüssigkeit
durchtränkt ist.
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Es ist zweckmäßig, die in gleicher Lage zur Zelle angeordneten Elektroden
verschiedener Zellen mit entgegengesetzter Polarität zu versehen. Beispielsweise
ist die äußere Elektrode einer Zelle negativ und die innere Elektrode der benachbarten
Zelle ebenfalls negativ, während die innere Elektrode der ersten Zelle positiv und
die äußere Elektrode der benachbarten Zelle ebenfalls positiv ist. Diese Anordnung
ermöglicht eine große Vereinfachung der elektrischen Schaltung.
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Eine weitere wesentliche Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß eine die Zellen umgebende Umhüllung das Vorbeistreichen eines Luftstromes an
den Zellen ermöglicht, womit die Temperaturen, somit Spannung und Leistung reguliert
werden können.
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Als Beispiele zeigen Abb. i bis 3 Ansichten und Querschnitte eines
Druckzersetzers mit rohrförmigen Zellen, die an einen Sammelblock angeschlossen
sind, der mit Sammelbohrungen versehen ist, Abb. :1. den Querschnitt einer der Zellen
aus Abb. 3, Abb. 5 und 6 Querschnitte und Oberansichten eines Zersetzers mit röhrenförmigen
Zellen, die in einen Isolierblock münden.
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In Abb. i, 2 und 3 sind i die Druckrohre, welche gleichzeitig die
äußeren, und zwar die negativen Elektroden bilden. Es ist dies wichtig, insbesondere
für Druckzersetzer, weil die Rohre druckfest erhalten bleiben müssen, d. h. ihr
Material nicht angegriffen werden darf, wie an der Sauerstoffelektrode. Die Rohre
sind an den Sammelblock 4 mit einem Flansch 21 angeschlossen, zweckmäßig unter Zwischenlage
einer Isolation 26.
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Wie aus den Abb. 3 und q. deutlicher ersichtlich, tritt der Strom
durch -den unteren Deckel 3 ein, fließt durch die innere, sternförmige Elektrode
1q. über den Elektrolyten und die Scheidewand 22 zur äußeren Elektrode i.
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Der Wasserstoff wird dabei in dem Raum 2.4 erzeugt, der Sauerstoff
in drei Räumen 32, die der Elektrode 14 benachbart sind. Der Sauerstoff tritt dann
in den zylindrischen Raum 15 ein, welcher in der Weise ausgebildet wird, daß auf
das Ende der sternförmigen Elektrode eine zylindrische Haube aufgesetzt ist. Aus
diesem Raume 15 steigt das Gas nach oben und sammelt sich in den punktierten Rohren
28 und 31 mit dem entsprechenden Gas der anderen Zellen.
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Der in dem Raume 2q. erzeugte Wasserstoff steigt durch die seitliche
Öffnung 25 (Abb. 3) in die vertikale Bohrung 18 nach oben. Die gezeichneten Querkanäle
29 und 30 stellen die Sammelverbindungen mit dem Wasserstoffkanal der anderen
Zersetzrohre dar. Der Wasserstoff steigt dann links durch die beiden Elektrolytbehälter
8 und 9 auf und gelangt durch das Rohr i i in die Abfüllflaschen. Ebenso steigt
der Stauerstoff durch den Behälter 7 und das Rohr io zu den Abfüllflaschen.
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r2 ist eine mit Elektrolyt gefüllte Ausgleichsleitung zwischen den
beiden Gasseiten. Der Ausgleichsleitung 12 kann bei 13 das Speisewasser zugeführt
werden. Die Scheidewand 22 ist, wie aus Abb. q. ersichtlich, um die sternförmigen
Elektroden gewickelt. Sie reicht nicht vollständig bis unten, sondern ist, wie ebenfalls
aus Abb. q. ersichtlich, mit den Öffnungen 23 versehen. Diese Öffnungen ermöglichen
es, daß nach Durchbiegung der Scheidewand allmählich der Elektrolyt zurückfließt.
Da dies am unteren Ende durch sehr kleine Öffnungen geschieht, wird kein unzulässiges
Gasquantum mitgerissen.
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An den in Abb. 5 und 6 dargestellten, aus isoliertem Material bestehenden
'Sammelblock i sind sechs rohrförmige Zellen angeschlossen, und zwar sind die inneren
Elektroden 3 und q. in den Sammelblock eingeschraubt und unten mit einem Deckel
9 versehen. Vermittels der darunterliegenden Muttern 7 und dieses Deckels 9 werden
die äußeren Elektroden 2 ebenfalls an zylindrische Fortsetzungen des Sammelblocks
i angepreßt. In den linken Hälften der Abb. 5 ist ein aus Isoliermaterial bestehender
Block dargestellt, dessen Höhe so groß ist, daß die in ihm verlaufenden, als Verbindungsleitungen
dienenden Bohrungen 23 eine zur Unterdrückung der Überströme ausreichende Länge
und damit einen entsprechenden hohen Widerstand haben. Der in der rechten Hälfte
der Abb. 5 dargestellte Block ist niedrig und besteht aus leitendem Material; in
ihm sind
lange isolierte Verbindungsleitungen 2.4 hohen Widerstandes
eingeschraubt.
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Der Strom fließt von der Stromzuführung 6 durch den Kupferstift 5
zur inneren Elektrode 3, dann radial durch den Elektrolytrautn i i zur äußeren Elektrode,
um durch die Klemmen 8 den Apparat zu verlassen.
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Wie aus Abb.6 ersichtlich, wechselt die Polarität der inneren und
äußeren Elektroden. Dies ermöglicht eine sehr einfache Serienschaltung, indem die
Zellen durch zwei auf die inneren Elektroden und auf die äußeren Elektroden gelegte,
an einer Stelle unterbrochene Ringe elektrisch in Reihe geschaltet werden können.
Entsprechend gestaltet sich Parallel- oder Serienparallelschaltung.
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In dem Raume i i wird Knallgas erzeugt, welches am Ende der inneren
Elektrode durch die dort gezeichnete kleine Oueröffnung 26 in die vertikale Bohrung
z7 eintritt und von da durch die vertikale Bohrung 23 im Sammelblock in den Sammelraum
13 gelangt, um schließlich durch das Rückschlaggitter 16 bei i8 den Apparat zu verlassen.
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Der Sammelraum 13 ist von einer Glocke, beispielsweise aus
Glas, umgeben, die mit einem Gewinde 14 an den Zersetzerblock angeschlossen wird.
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Die langen, dünnen Bohrungen im Sammelblock, welche die Fortsetzung
der Kernelektrode 3 bilden, ermöglichen eine Serienschaltung der Apparatur ohne
große \Tebenstromverluste.
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Die mittlere Zelle ist nicht durch eine Bohrung im Sammelblock io
mit dem Sammelraum 13 verbunden, sondern durch das gezeichnete Rohr 24, welches
in den in diesem Falle niedrigen Sammelblock eingeschraubt ist.
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Lange isolierte Röhren sind für Serienschaltungen schon verwendet
worden, jedoch wurden dann die Zellen direkt untereinander verbunden. Sie wurden
vor allem nicht im Sammelblock angeordnet.
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Bei 15 ist ein Fenster eingesetzt, um den Stand des Elektrolvten beurteilen
zu können. Das Gitter 16 ist y durch die Strebe 17 gestützt.
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Abb. 5 zeigt bei 25 einen in den Sammelblock io eingesetzten
Stöpsel, welcher verwendet wird, wenn die darunterliegenden Zellen ausgebaut sind.
Auf diese Weise kann man mit derselben Anordnung den Zersetzer mit einer verschiedenen
Anzahl von Zellen versehen, so daß die Typisierung erleichtert ist.
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Die Zellen sind mit einem zweckmäßig isolierten Zvlinder icg versehen.
«welcher die Zellen mechanisch schützt und als Stütze für die Aufstellung des Apparates
dient, vornehmlich aber mittels der Üffnungen 20 und 21 eine Ventilation ermöglicht.
Die verschiebbaren oder drehbaren Deckel a2 ermöglichen ein regulierbares Öffnen
der Löcher 21, so daß die Temperatur des Apparates und damit auch die verbrauchte
Spannung oder die Leistung reguliert werden kann.
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Die Erfindung ist nicht an die beschriebenen Beispiele gebunden, insbesondere
beschränken sich einzelne Teile des Erfindungsgedankens nicht auf zylindrische Gruppenzellenanordnungen
oder auf die Wasserelektrolvse.
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Es können auch die Zellen in einem Gefäß, beispielsweise einem Druckgefäß,
angeordnet sein.
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Unter Ableitungs- oder Sammelleitungen sind alle Leitungen, wie Bohrungen,
Kanäle, guten usw., verstanden, in denen Elektrolyt oder Gas, insbesondere aber
Gas und Elektro-Ivt, strömen. Für die Ausgestaltung der Erfindung sind besonders
zweckmäßig konzentrisch angeordnete Elektrodengruppen oder Zellen. Ein Paar von
konzentrischen Hohlelel@troden ist schon verwendet worden, d. h. eine einzige Zelle
mit zwei konzentrischen Elektroden, nicht aber konzentrischen Elektrodengruppen,
d. h. konzentrische Zellen, die je mindestens zwei Elektroden enthalten. Die bekannte
Anordnung ergibt verhältnismäßig ungünstigen Raumverbrauch, teilweise weil der innere
Durchmesser der inneren Elektrode nicht ausgenutzt wird. Dieser Raumverlust wird
vernachlässigbar klein, wenn eine größere Anzahl von Elektrodengruppen konzentrisch
angeordnet wird, welche Anordnung besondere Bedeutung erlangt für die Serienschaltung
oder Serien- und Parallelschaltung von Zellengruppen.
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Bei Verwendung von Zellengruppen, beispielsweise bei rohrförmigen
Zellen, aber insbesondere bei konzentrischen Zellengruppen, die an einem Ende, beispielsweise
dem oberen Ende, mit dem gekennzeichneten Sammelblock verbunden sind, ist es häufig
zweckmäßig, auch am unteren Ende einen derartigen Sammelblock oder -blöcke anzuordnen,
weil an diesem unteren Sammelblock eine Elektrolytzirkulation nutzbringenderweise
angeschlossen werden kann, welche teils zwecks Kühlung bei diesen gedrängten Anordnungen
von besonderer Bedeutung ist.