DE585596C

DE585596C - Water decomposer of the filter press type

Info

Publication number: DE585596C
Application number: DEE42072D
Authority: DE
Inventors: Franz Petz
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1931-11-18
Filing date: 1931-11-18
Publication date: 1933-10-10

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
10. OKTOBER 1933ISSUED ON
OCTOBER 10, 1933

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JVi 585 KLASSE 12i GRUPPEJVi 585 CLASS 12i GROUP

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Wasserzersetzer nach der FilterpressenbauartSiemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt *) Water decomposer based on the filter press design

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. November 1931 abPatented in the German Empire on November 18, 1931

Bei einer (aus Patentschrift 501 304) bekannten Art von Wasserzersetzungszellen sind die bipolar geschalteten Elektroden und Diaphragmen in einen Behälter mit nichtleitenden Wänden eingeschlossen, der in den Elektrolyt eingesenkt wird. Seine Wände sind mit Durchlässen für die Ableitung der erzeugten Gase und für den Umlauf des Elektrolyts versehen. Diese Durchlässe enthalten beim Betrieb der Zelle Elektrolyt oder ein Gemisch aus Elektrolyt und Gasblasen, in jedem Falle eine den elektrischen Strom leitende Flüssigkeit, und sie können darum zu Wegen für elektrische Verlustströme werden, die unter besonderen Umständen auch noch durch Bildung von Knallgas schädlich wirken können.In one known (from patent specification 501 304) Type of water decomposition cells are the bipolar connected electrodes and diaphragms in a container with non-conductive Walls included, which is immersed in the electrolyte. Its walls are provided with passages for the drainage of the generated gases and provided for the circulation of the electrolyte. These passages contain when operating the cell electrolyte or a mixture of electrolyte and gas bubbles, in in any case a liquid that conducts electricity, and they can therefore too Because of electrical leakage currents, under special circumstances, too can have harmful effects due to the formation of oxyhydrogen.

Nach der Erfindung soll die schädliche Wirkung solcher Verlustströme vermindertAccording to the invention, the harmful effect of such leakage currents is to be reduced

ao werden durch Vergrößerung der Widerstände, die die Verlustströme in den Durchlässen finden. Dafür werden die Durchlässe über das durch die Dicke der Behälterwand bestimmte Maß verlängert, insbesondere durch eingesetzte oder angesetzte Rohre aus Isolierstoff oder Metallrohre, die mit Isolierstoff umkleidet sind.ao are increased by increasing the resistances, which reduce the leakage currents in the passages Find. For this purpose, the passages are lengthened, in particular, beyond the extent determined by the thickness of the container wall by inserted or attached pipes made of insulating material or metal pipes with insulating material are dressed.

Im besonderen soll die Erfindung verwendet werden für die Gasauslässe einer Zelle der gekennzeichneten Art, bei der auf die mit Gasauslaßöffnungen versehene Decke des Behälters der Elektroden und Diaphragmen zwei in den Elektrolyt eintauchende, mit Überlaufrohren versehene Gassammelglocken, die eine für das Wasserstoffgas, die andere für das Sauerstoffgas aufgesetzt sind.In particular, the invention is intended to be used for the gas outlets of a cell of the type indicated, in the case of the cover of the container provided with gas outlet openings of the electrodes and diaphragms two gas collecting bells immersed in the electrolyte and provided with overflow tubes, one for the hydrogen gas, the other for the oxygen gas.

Gemäß der Erfindung können diese Gassammelglocken in überaus vorteilhafter und billiger Weise aus Metallen, vorzugsweise aus Eisen, hergestellt werden, wenn die Verbindungswege zwischen Glocken und Zellen mit so hohem elektrischem Widerstand ausgestattet werden, daß der fließende Schlupfstrom zwischen den entferntesten Gasaustrittsöffnungen der Zellen eine Spannungsdifferenz von höchstens 1,7 Volt ergibt. Die Folge davon ist, daß an den eisernen Wänden der Gassammelglocken keine Gasausscheidung stattfinden kann, die Knallgas liefern könnte.According to the invention, these gas collecting bells can be extremely advantageous and Cheaperly made of metals, preferably iron, if the connecting paths equipped with such high electrical resistance between bells and cells that the flowing slip stream between the most distant gas outlet openings of the cells results in a voltage difference of no more than 1.7 volts. the The consequence of this is that there is no gas separation on the iron walls of the gas collecting bells can take place that could deliver oxyhydrogen.

Ein Mittel zur Erhöhung des Widerstandes der genannten Verbindungswege besteht in ihrer Ausbildung als über die Wandstärke der Zellendeckel und gegebenenfalls über die ' Spiegel der in den Glocken sich sammelnden Flüssigkeitsmengen hinaus verlängerte Rohre. Durch diese Anordnung gelingt es, einen so großen Teil der auf die Verluststrombahnen wirkenden Spannungen in den Widerständen der Steigrohre und den Ausbreitungswiderständen ihrer Enden aufzehren zu lassen, daß die verbleibenden Spannungsreste den BetragOne means of increasing the resistance of said connecting paths consists in their training as over the wall thickness of the cell cover and possibly over the ' Mirror of the amounts of liquid collecting in the bells, elongated tubes. This arrangement makes it possible to transfer so large a part of the leakage current paths acting tensions in the resistances of the riser pipes and the expansion resistances let their ends consume that the remaining tension rests the amount

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Franz Petz in Berlin-Siemensstadt.Franz Petz in Berlin-Siemensstadt.

der Zersetzungsspannung (1,7 Volt) nicht mehr erreichen.the decomposition voltage (1.7 volts) can no longer be achieved.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Druckelektrolyseure mit Verbindungsrohren zwischen den Zellenräumen und zwischen diesen und den Gasräumen auszustatten, welche hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Bei den bekannten Einrichtungen sollte aber betriebsgemäß überhaupt kein Schlupfstrom fließen, so daß auch keine Gasbildungsgefahr bestand.It has already been proposed to use pressure electrolysers with connecting pipes equip between the cell spaces and between these and the gas spaces, which have high electrical resistance. In the known devices, however, no slip flow at all should flow during operation, so that there is also no risk of gas formation duration.

Für das auf der Zeichnung dargestellte Beispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten Zelle ist angenommen, daß der Elektroden- und Diaphragmenbehälter aus rahmenförmi-. gen, mittels einer Spannvorrichtung zusammengepreßten Elementen zusammengesetzt ist, von denen jedes den Fassungsrahmen einer ebenen Elektrodenplatte bildet und aus ao laugebeständigem Weichgummi oder einem anderen für Packungen geeigneten nichtleitenden laugebeständigen Baustoff besteht. Ferner ist angenommen, daß die eine Stromzuleitung an die Mitte, die andere an die beiden Enden der Elektrodenreihe angeschlossen wird. Diese an sich (aus Patentschrift 469 330) bekannte Anordnung ermöglicht eine Ersparnis an Isoliermaterial.For the example shown in the drawing of one carried out according to the invention Cell is assumed that the electrode and diaphragm container from frame-shaped. gen, is assembled by means of a jig compressed elements, each of which is the frame a flat electrode plate and made of ao alkali-resistant soft rubber or a other non-conductive, alkali-resistant building material suitable for packaging. It is also assumed that the one power supply line to the middle, the other to the two Ends of the electrode row is connected. This arrangement known per se (from patent specification 469 330) enables a Saving of insulation material.

Fig. ι ist ein Aufriß des durch Entfernung einer Wand des äußeren Zellengefäßes freigelegten inneren Teiles der Zelle, senkrecht zur Stromrichtung gesehen, links im Schnitt nach der Ebene A-B in Fig. 2, rechts in Ansicht mit einem die mittlere Stromzuführung freilegenden Ausbruch und mit Ausbrüchen in den vorn liegenden Wänden der Gassammelglocken. Fig. Ι is an elevation of the exposed by removal of a wall of the outer cell vessel inner part of the cell, seen perpendicular to the direction of flow, left in section along the plane AB in Fig. 2, right in view with a breakout exposing the middle power supply and with breakouts in the front walls of the gas collecting bells.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Ebene C-D in Fig. 1.FIG. 2 is a cross section along the plane CD in FIG. 1.

Fig. 3 ist der ein Gasauslaßrohr und seine nächste Umgebung umfassende Teil dieses Querschnittes in vergrößertem Maßstab.Fig. 3 is the portion thereof comprising a gas outlet pipe and its immediate vicinity Cross-section on an enlarged scale.

Die Zelle ist beispielsweise mit zehn Elektroden ausgerüstet, die in zwei gleiche Gruppen geteilt sind. In Fig. 1 sind die Elektroden i, 2, 3, 4, 5 der einen Gruppe und eine Elektrode 6 der zweiten Gruppe sichtbar. Die Elektroden sind ebene rechteckige Platten aus Eisenblech. Jede ist in einen Rahmen aus Weichgummi gefaßt, die Elektrode 1 in den Rahmen i^a, die Elektrode 2 in den Rahmen 2^B usw. Die Elektroden sind auf einer Tragplatte 20 nebeneinandergereiht. Zwischen jedes Paar aufeinanderfolgender Rahmen, mit. Ausnahme des Paares 5^α, 6°, ist ein Diaphragma eingespannt, das aus einem am Rande mit Gummilösung gedichteten Asbesttuch besteht. Die Diaphragmen sind mit den Zahlen 11 bis 19 bezeichnet, wobei 15 fehlt. Das Diaphragma 11 ist zwischen die Rahmen i^a und 2^S eingespannt, das Diaphragma 12 zwischen die Rahmen 2^a, 3° usw. Auf die Stirnseiten der Rahmen i^a und io^a sind Blechplatten 30, 31 gelegt, die unten mit Öffnungen 32, 33 versehen sind. Das ganze aus zehn Elektroden, acht Diaphragmen und den beiden Endplatten 30, 31 bestehende System wird zusammengehalten durch eine Spannvorrichtung mit den beiden Druckrahmen 21 und 22, die auf den Rand der Endplatten 30, 31 wirken und durch beispielsweise fünf Anker 23 zusammengezogen werden.For example, the cell is equipped with ten electrodes that are divided into two equal groups. In Fig. 1 the electrodes i, 2, 3, 4, 5 of one group and one electrode 6 of the second group are visible. The electrodes are flat, rectangular plates made of sheet iron. Each is held in a frame made of soft rubber, the electrode 1 in the frame i ^a , the electrode 2 in the frame 2 ^B , etc. The electrodes are lined up on a support plate 20 side by side. Between each pair of consecutive frames, with. With the exception of the pair 5 ^α , 6 °, a diaphragm is clamped, which consists of an asbestos cloth sealed at the edge with a rubber solution. The diaphragms are numbered 11 to 19, with 15 missing. The diaphragm 11 is clamped between the frame i ^a and 2 ^S, the diaphragm 12 between the frame 2 ^a, 3 °, etc. exchange plates 30, 31 are placed on the front sides of the frame i ^a and io ^a, which, with orifices 32 below 33 are provided. The entire system consisting of ten electrodes, eight diaphragms and the two end plates 30, 31 is held together by a clamping device with the two pressure frames 21 and 22, which act on the edge of the end plates 30, 31 and are drawn together by, for example, five anchors 23.

Die erste und die letzte Elektrode jeder der beiden Gruppen ist mit einer Stromzuführung versehen, die Elektrode 1 mit der Stromzuführung i^b, die Elektroden 5 und 6 mit den Stromzuführungen 5⁶, 6'', die Elektrode 10 mit der Stromzuführung io⁶. Die Stromzuführungen bestehen aus Flacheisen, die, mit den Mitten der Elektrodenplatten durch Nietung oder Schweißung verbunden, durch Ausnehmungen in den Elektrodenrahmen i", 5", 6°, io^a herausgeführt und durch Gummihüllen 40 vor der Berührung mit dem Elektrolyt geschützt sind. Wird der Strom den Elektroden 5 und 6 zugeführt, von den Elektroden 1 und 10 abgeführt, wie es für die Zeichnung angenommen ist, so entwickelt sich das Sauerstoffgas in den mit O, das Wasserstoffgas in den mit H bezeichneten Kammern.The first and the last electrode of each of the two groups are provided with a power supply, the electrode 1 with the power supply i ^b , the electrodes 5 and 6 with the power supply 5 ⁶ , 6 ″, the electrode 10 with the power supply io ⁶ . The power supply lines consist of flat iron which, connected to the center of the electrode plates by riveting or welding, are led out through recesses in the electrode frame i ", 5", 6 °, io ^a and are protected from contact with the electrolyte by rubber sleeves 40. If the current is supplied to the electrodes 5 and 6 and discharged from the electrodes 1 and 10, as is assumed for the drawing, the oxygen gas develops in the chambers marked with O and the hydrogen gas in the chambers marked H.

Zur Abführung der Gase aus diesen Kam-•mern sind in die oberen Seiten der Elektrodenrahmen Rohre mit länglichem Querschnitt aus Isolierstoff eingesetzt; die Auslaßrohre der Wasserstoffkammern sind mit 50, die Auslaß rohre der Sauerstoffkammern mit 51 bezeichnet. Über die Rohre 50 ist eine Sammelglocke 52, über die Rohre 51 eine Sammelglocke 53 gestülpt. Diese Glocken sind aus Eisenblech hergestellt, sie tauchen in den Elektrolyt ein, dessen Spiegel sich bei E befindet, und werden durch Schienen 54, 55 und Schrauben 56, die in die Rahmen 2i, 22 eingreifen, auf die Decke des Elektroden- und Diaphragmenbehälters gedrückt, die von den aneinandergereihten oberen Seiten der Elektrodenrahmen und den dazwischengepreßten Rändern der Diaphragmen gebildet wird. Die Sammelglocke 52 ist mit einem Überlaufrohr 52", die Sammelglocke mit einem Überlauf rohr 53" versehen. Durch die Einlaßöffnungen dieser Überlaufrohre werden die Elektrolytspiegel e_x und e_a innerhalb der Sammelglocken festgelegt. Die Gasauslaßrohre 50, 51 sind so lang, daß ihre oberen Enden über den Spiegeln e_x und e_% liegen.To discharge the gases from these chambers, tubes with an elongated cross-section made of insulating material are inserted into the upper sides of the electrode frames; the outlet pipes of the hydrogen chambers are denoted by 50 and the outlet pipes of the oxygen chambers are denoted by 51. A collecting bell 52 is placed over the tubes 50, and a collecting bell 53 is placed over the tubes 51. These bells are made of sheet iron, they are immersed in the electrolyte, the mirror of which is at E , and are pressed onto the ceiling of the electrode and diaphragm container by rails 54, 55 and screws 56 that engage in the frames 2i, 22 , which is formed by the juxtaposed upper sides of the electrode frames and the edges of the diaphragms pressed between them. The collecting bell 52 is provided with an overflow pipe 52 ", the collecting bell with an overflow pipe 53". The electrolyte levels e _x and e _{a are} fixed within the collecting bells through the inlet openings of these overflow pipes. The gas outlet pipes 50, 51 are so long that their upper ends lie above the mirrors e _x and e _%.

Um einen geregelten Umlauf des Elektrolyts durch die Gaskammern herbeizuführen, sind in die Elektrodenrahmen in der Nähe ihrer unteren Seiten flache Rohre aus Isolierstoff eingesetzt. Die Rohre 60 münden in dieIn order to bring about a regulated circulation of the electrolyte through the gas chambers, are flat tubes made of insulating material in the electrode frames near their lower sides used. The tubes 60 open into the

Wasserstofrkammern, die Rohre 61 in die Sauerstoffkammern der Zelle.Hydrogen chambers, the tubes 61 in the Oxygen chambers of the cell.

Die Länge der Rohre 50, 51, 60, 61 ist, wie im besonderen aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein Mehrfaches der Wandstärke des Elektroden- und Diaphragmenbehälters. Die Verlustströme, die zwischen zwei Elektroden ungleichen Potentials durch diese Rohre fließen können, finden darum einen entsprechend vergrößerten Widerstand, der ihre Intensität vermindert. Die Widerstandsverhältnisse an den Gasauslaßrohren 50, 51 sollen an Hand der Fig. 3 näher erläutert werden. Ein Strom, der, von der Elektrode 2 ausgehend, durch das Rohr 50 und den Elektrolyt in der Sammelglocke 52 nach einer Elektrode mit anderem Potential fließen will, findet auf seinem Wege folgende Widerstände:The length of the tubes 50, 51, 60, 61 is as can be seen in particular from Fig. 2, a multiple of the wall thickness of the electrode and diaphragm container. The leakage currents that are unequal between two electrodes Potentials that can flow through these pipes therefore find a correspondingly enlarged one Resistance that decreases their intensity. The resistance ratios at the gas outlet pipes 50, 51 should be on hand 3 will be explained in more detail. A current which, starting from electrode 2, through the tube 50 and the electrolyte in the collection bell 52 to an electrode wants to flow other potential, will find the following resistances on its way:

Den Widerstand innerhalb des Rohres 50; den durch das Stromlinienbüschel 5* angedeuteten Ausbreitungswiderstand am inneren Ende des Rohres; den Widerstand in der mit Gasblasen durchsetzten Elektrolytmasse T, die aus dem oberen Ende des Rohres 50 hervorquillt; den durch die Stromlinienbüschel S₁, S₂ angedeuteten Ausbreitungswiderstand, Alle diese Widerstände kommen bei dem zweiten Gasauslaßrohr, durch das der Verluststrom des betrachteten Gasauslaßrohres fließen muß, nochmals zur Wirkung. Die ganze Vorrichtung ist in an sich bekannter Weise in ein Zellengefäß 70 eingesetzt, das aus Eisen bestehen kann und mit der erforderlichen Menge Elektrolyt gefüllt ist. Für den Angriff eines Hebezeuges sind die Druckrahmen 21, 22 mit Ösen 24 versehen. '. The resistance within the tube 50; the expansion resistance indicated by the streamline tuft 5 * at the inner end of the pipe; the resistance in the gas bubble permeated electrolyte mass T oozing out of the upper end of the tube 50; the expansion resistance indicated by the streamline tufts S ₁ , S _2. All these resistances come into effect again at the second gas outlet pipe through which the leakage current of the gas outlet pipe under consideration must flow. The entire device is inserted in a manner known per se in a cell vessel 70 which can consist of iron and is filled with the required amount of electrolyte. The pressure frames 21, 22 are provided with eyelets 24 for the application of a hoist. '.

Claims

Patent claims:

i. Water decomposer of the filter press design, in which the individual cells are combined into a cell body, the walls of which are made of insulating materials, characterized by metallic, preferably iron gas collecting bells arranged across the individual cells, their connecting paths to the Cells (gas outlet openings) are formed with such a high electrical resistance that the slip current between the most distant outlet openings for the gases has at most a voltage difference of 1.7 volts.

2. Water decomposer according to claim 1, characterized in that the connecting paths between gas collecting bells and individual cells as tubes extending beyond the wall thickness of the cell cover are formed, which may still be 'above the level of the lower bell space accumulating liquid can be extended beyond!

1 sheet of drawings