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Zersetzer, insbesondere elektrolytischer Druckzersetzer, zur Erzeugung
von Wasserstoff und Sauerstoff unter hohem Druck Die Erfindung bezieht sich auf
einen Zersetzer, insbesondere elektrolytischen Druckzersetzer, zur Erzeugung von
Wasserstoff und Sauerstoff unter hohem Druck.
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Die am häufigsten gebrauchten bipolaren Filterpressensysteme besitzen
neben dem Nachteil eines ziemlich großen Nebenschlußstromes noch den weiteren Nachteil
einer durch die Spannung festgelegten geringen Gesamtlänge, die besonders für Druckzersetzer
nachteilig ist, weil hier große Gefäßlängen viel wirtschaftlicher ausgebaut werden
können als kleine. Die bei Filterpressenelektrolyseuren als Diaphragmen verwendeten
Asbestgewebe oder fein durchlochten Nickelbleche haben den Nachteil einer geringen
mechanischen Festigkeit und müssen deshalb oft ausgewechselt werden. Die Gase steigen
im Elektrolytraum nur einseitig auf, so daß sich innerhalb der Zelle ein schädlicher
Rücklauf mit Druckschwankungen ausbilden kann, während andererseits die aus der
Zelle austretende und durch das ganze System laufende Elektrolytmenge zu klein ist,
um die ganze Wärme abzuführen. Es ist nicht möglich, diese umlaufende Elektrolytmenge
durch Pumpen oder irgendwelche andere Mittel zu vergrößern, da hierdurch eine noch
größere Beanspruchung der Diaphragmen auftreten würde. ` Gegenstand der Erfindung
ist nun ein Zersetzer, insbesondere ein Druckzersetzer, bei dem die an sich bekannte
Parallelschaltung beliebig vieler Elektroden zu einer Gruppe und die Hintereinanderschaltung
beliebig vieler solcher Gruppen angewendet und so durchgeführt werden soll, daß
die erwähnten Nachteile vermieden werden.
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Zu diesem Zweck geht der Erfinder von einer an sich bekannten Anordnung
aus, wo zum Aufbau eines Zersetzers in stehender Anordnung von zwei Paaren durch
Diaphragmen getrennter durchlässiger Elektroden die einander zugekehrten Elektroden
gleichgeschaltet sind und mit einem gemeinsamen Halterahmen einen Elektrolytraum
umschließen, während die voneinander abgekehrten Elektroden, ebenfalls gleichgeschaltet,
ihre Gase frei in den Zellenraum liefern. Im Gegensatz zu dieser Anordnung hat der
Erfinder die Bildung allseitig geschlossener Elektrolyträume zwischen j e zwei gleichpoligen
Elektroden und einem Rahmen zum Bauprinzip für beide Polaritäten erhoben und hierdurch
erreicht, daß in allen Elektrolyträumen der Elektrolyt von zwei Seiten aus gleichmäßig
mit Gas durchmengt und auf den anderen Seiten von Rahmenflächen geführt wird und
dazu noch die Diaphragmen so geschützt sind, daß mit Pumpen oder ähnlichen Hilfsmitteln
ein starker gleichmäßiger Umlauf erzielt werden kann.
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Demgemäß ist nach der Erfindung ein elektrolytischer Zersetzer, besonders
Druckzersetzer, zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff unter hohem Druck dadurch
gekennzeichnet, daß für den Zellenkörper als Bauelemente gelochte Elektrodenbleche,
Diaphragmen und Rahmen aus Isoliermaterial dienen, indem je zwei Elektrodenbleche
verschiedener
Polarität, die voneinander unmittelbar durch ein
Diaphragma getrennt sind, und je ein allseitig geschlossener Rahmen aus Isoliermaterial
derart abwechseln, daß alle Elektrolvträume durch einen Rahmen und zwei Elektrodenbleche
gleicher Polarität umschlossen sind.
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Zweckmäßig wird hierbei eine Anzahl vor. Gruppen parallel geschalteter
Einheiten hintereinandergeschaltet.
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Hierbei weicht der Aufbau der Elektrolyträume an den Enden jeder Elektrodengruppe
von dem der übrigen Elektrolyträume insofern ab, als sie nur eine gasentwickelnde
Elektrode aufweisen, die unmittelbar an einem Diaphragma anliegt.
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Man kann jedoch auch in diesen Endräumen eine günstige Elektrolytgasmischung
dadurch erzielen, daß man eine zweite gasentwickelnde Elektrode anordnet, die von
der ersten Elektrode einen kleineren Abstand hat, als er zwischen den zwei Elektroden
von N ormalelektrolyträumen vorhanden ist. Durch diese Maßnahme wird auf der zweiten
Groß-Räche, wenn auch in vermindertem Maße, Gas entwickelt.
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Diese Maßnahme zur Erzielung eines gleichmäßigen Gaselektrolytgemisches
kann nach der Erfindung noch vervollständigt werden durch die weitere Maßnahme der
unterschiedlichen Ouerschnittsbemessung der Wasserstoff- und Sauerstoffelektrolyträume.
Dies wird am zweckmäßigsten dadurch erreicht, daß man die Dicke der Sauerstoffrahmen
geringer, vorzugsweise halb so groß, bemißt als die Dicke der Wasserstoffrahmen,
da in jenen nur halb so viel Gas erzeugt wird.
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Eine weitere Maßnahme befaßt sich mit der Ausbildung der Form der
Rahmen, die mit den beiden Elektrodenblechen den Elektrolytraum umschließen. Der
Elektolyt soll am tiefsten Punkte der Rahmen zu- und das Elektrolytgasgemisch an
seinem. höchsten Punkte abgeführt werden.
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Zu diesem Zweck ist es notwendig, gut isolierte Zu- Lind Abfuhrkanäle
zu schaffen, und dies soll nach der Erfindung so erfolgen, daß sie beim Zusammenbau
der Baueinheiten von selbst entstehen, und zwar dadurch, daß die die Elektrolyträume
umschließenden Rahmen aus Isoliermasse Ausnehmungen auf-,eisen, die beim Zusamtnenbau
des Zellenkörpers fortlaufende Kanäle am oberen Ende zum Abführen des Elektrolytgasgemisches,
am unteren Ende zum Zuführen des Elektrolyten und die dazugehörigen Verbindungswege
mit den Zellen ergeben.
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Zweckmäßig erhalten bei solchen Zersetzern mit hintereinandergeschalteten
Gruppefi von parallel geschalteten Elektroden die zusammengebauten Rahmen im oberen
und unteren Rahmenteil, beiderseits der senkrechten Mittelachse angeordnet, je zwei
Elektro-1,-thauptkanäle und j e zwei Elektrolytgruppenkanäle. Dabei ist Vorsorge
zu treffen, daß der Elektrolyt möglichst über die ganze Breite des umschlossenen
Raumes gleichmäßig verteilt wird. Diesem Bestreben ist bei manchen Zersetzern, z.
B. bei Druckzersetzern, durch die Rahmenform selbst, die hier nach Möglichkeit dem
Querschnitt des Druckgefäßes (z. B. Kreisquerschnitt) angepaßt werden muß, und durch
die Unterbringung .des zweiten gegenpoligen Elektrolytkanals eine gewisse Grenze
gesetzt. Man kann sich jedoch hier so helfen, daß man die Eininündungen der Gruppenkanäle
in die Elektrolyträume sich allmählich erweitern läßt, um die Verteilung des zufließenden
Elektrolyten über den ganzen Raum und die Sammlung des abfließenden Gemisches zu
begünstigen.
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Diese Wirkung kann in vorteilhafter Weise dadurch verstärkt werden,
daß man die den Elekurolytraum begrenzende Rahmenwand nach der Einmündung des Zuführungskanals
hin allmählich abschrägt, so daß der aus der erweiterten Ausflußöffnung fließende
Elektrolyt sich auch seitlich nach oben begeben und den ganzen Raum durchspülen
kann. Die gleiche Maßnahme wird auch für die Gaselektrolytabfuhr, jedoch im verstärkten
Maße, durchgeführt. Um eine leichte Gasabfuhr zu erzielen, werden demgemäß die oberen
Rahmenwände stark abgeschrägt. und zwar stärker als die unteren, ,weil die oben
abzuführende Gaselektrolytmenge um die mitgeführte Gasmenge größer ist als die unten
zufließende Elektrolytmenge, so daß oben eine größere Strömungsgeschwindigkeit erforderlich
ist.
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Es hat sich noch, besonders hinsichtlich der Gasreinheit, als vorteilhaft
erwiesen, die Eintnündungen der Zuführungs- und Abführungskanäle in Elektrolvträumen
tunlichst in die senkrechte Mittelachse der Rahmen zu legen. Es ist erklärlich,
daß hier an den Zuführungs-und Abführungsstellen die größten Geschwindigkeitszu-
und -abnahmen auftreten. Mit dem Auftreten von Geschwindigkeitsänderungen sind Druckänderungen
verbunden, die, wenn sie nicht auf beiden Seiten des Diaphragmas in der gleichen
Größenordnung vor sich gehen, zu Strömungen des Elektrolyten durch das Diaphragma
hindurch, nach den Stellen niederen Druckces Anlag geben.
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Um die Bildung in sich geschlossener fester Baueinheiten aus zwei
gleichnamigen Elektroden und einem Rahmen, die ein wesentliches Merkmal der Erfindung
darstellt, zu begünstigen. ist es vorteilhaft, den Elektroden einen kleineren Umfang
zu geben als den Rahmen F.elbst, so däß sie in eine im Rahmen etwas
fertiefte
Nut eingepreßt werden können. Die Stromzuführungslappen der Elektroden treten dann
seitlich oder schräg nach oben oder unten durch diese Nuten fortsetzende Ausnehmungen
aus den Rahmen heraus. Jeder Rahmen mit den beiderseits eingepreßten Elektroden
und den Stromzuführungsrippen bildet eine Baueinheit. Der Zusammenbau erfolgt durch
einfaches Aufeinanderlegen solcher Baueinheiten, wobei zwischen zwei solche Einheiten
immer ein Diaphragma eingelegt wird. Dieses Diaphragma kann wiederum den gleichen
Urnriß haben wie die Rahmen, oder es wird mit einem kleineren Umfang ausgebildet
und kann dann ebenfalls in eine rit eines der Rahmen oder beider Rahmen eingepreßt
werden. Im ersten Falle muß natürlich das Diaphragma ausgestanzte Ausnehmungen zur
Bildung der Gas- und Elektrolitkanäle erhalten. Durch das Einpressen des Diaphragmas
in die Rahmen erhält man eine weitere Vereinfachung des Zusammenbaues, da jetzt
überhaupt nur mehr Rahmeneinheiten, welche die Elektroden und Diaphragmen schon
enthalten, aufeinandergelegt zu werden brauchen.
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Zum Zusammenhalten des so entstandener Zellenkörpers können verschiedene
Mittel angewendet werden. Zunächst können hierzu die stromleitenden Teile, z. B.
Kupferschienen, dienen, mittels deren die aus den Rahmen vorstehenden Stromzuführungslappen
der Elektroden verbunden sind.
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Uin den Zusammenbau nach Art der sogenannten Filterpressenanordnung
zu bewirken, können aber auch die Baueinheiten durch Spannschienen zusammengehalten
werden. Diese werden dann in nach außen offenen Einbuchtungen des Rahmenurririsses
mit einem Abstand angeordnet, der nur an einzelnen Stellen von stützenden Isolierkörpern
überbrückt wird. Andererseits kann es aber Norteilhaft sein, einen Tragkörper anzuordnen,
auf dem sich. der zweckmäßig durch frei laufende Spindeln gepreßte Zellenkörper
an einzelnen Stellen durch die Stromzuführungslappen oder die Stromschienen unter
Zwischenschaltung isolierender Körper abstützt.
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Besonders vorteilhaft ist es bei dem so bewirkten Zusammenbau des
Zellenkörpers, die Elektroden senkrecht zur Längsachse des Elektrolyseurs so anzuordnen,
daß zwei Elektroden gleichen Potentials mit dem zugehörigen Rahmen einen geschlossenen
Raum mit unterem Elektrolytzufluß und oberem Elektrolytabfluß bilden.
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Was die je zwei ungleichpolige Elektroden trennenden Diaphragmen betrifft,
so kann man solche in verschiedener Ausführung verwenden, also z. B. Asbestgewebe
o. dgl. Am 1
esten bewähren sich Diaphragmen aus Asbestpappe; denn sie weisen
außer ihrer Billigkeit noch den Vorteil einer höchst gleichmäßigen Verteilung feiner
Poren auf, was für Druckzersetzer besonders wichtig ist. Diese Diaphragmen werden
zwischen die Baueleinente eingesetzt oder eingepreßt; zwecks Platzersparnis kann
es aber auch zweckmäßig sein, in an sich bekannter Weise die Elektroden mit den
Diaphragmen zu belegen.
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Sehr wichtig ist es, die Diaphragmen gegen Beschädigung durch den
erwünschten starken Elektrolytumlauf zu schützen. In dieser Richtung wirkt zunächst
die Gleichhaltung der Drücke auf beiden Seiten des Diaphragmas infolge der bereits
erwähnten Maßnahmen der gegeneinander abgestimmten Bemessung des durch die Rahmendicke
bestimmten Fassungsvermögens der Sauerstoff- und der Wasserstoffelektrolyträume
einerseits und der Anordnung der Zu- und Abflüsse in der senkrechten Mittelachse
der Rahmen. In gleicher Richtung wirkt die gegenseitige sichere Abstützung der Elektroden
und des dazwischen eingespannten Diaphragmas, die noch durch besondere zusätzliche
Maßnahmen verstärkt und begünstigt werden kann. In diesem Sinne sollen erfindungsgemäß
die freien Flächen gegenüberstehender Elektroden durch gegebenenfalls an einer oder
beiden Elektroden angeschweißte Abstandsstücke gegeneinander abgestützt werden,
wobei die Abstandsstücke aufeinanderfolgender Einheiten gegeneinander versetzt angeordnet
sind.
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Hierdurch wird beim Zusammenbau den Elektroden eine gewisse Vorspannung
erteilt, die sie auf das Diaphragma preßt. Im ganzen sind also zwei verschiedenartige
Befestigungsstellen für die Abstandsstücke vorgesehen, die abwechselnd aufeinander
folgen. Auf diese Weise wird auch das Anliegen sehr dünner Elektroden am Diaphragma
ermöglicht, was einen guten Wirkungsgrad, reine Gase und Schonung der Diaphragmen
gegenüber mechanischer Beanspruchung zur Folge hat. Werden die Elektroden so dünn
gewählt, daß eine seitliche oder über den Umfang verbreiterte Stromzuführung durch
die Elektrode selbst nicht mehr möglich ist, da der Widerstand sieh wegen des geringen
Querschnitts zu stark erhöhen würde, so wird zweckmäßig der Strom durch besondere
Stromzuführungsmittel, die dann zwischen die Elektroden eingelagert werden, zugeführt.
Hierbei bildet man zweckmäßig die Stromzuführungsmittel, z. B. Bleche, als Versteifungsgerippe
im Elektrolytraum aus. Die durch die Abstandsstückchen oder Versteifungen hervorgerufene
Einspannung darf nicht zu stark sein, d. h. es darf durch sie nur eine geringe Aufwölbung
oder Wellung der Elektroden hervorgerufen «erden, da sonst ein Durchdrücken des
Diaphragmas
oder' die Entstehung von Hohlräumen, aus denen sich
die Gasabfuhr schlecht oder nicht bewerkstelligen läßt, die Folge sein würde.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Zersetzers gemäß der Erfindung, bei
dem mehrere Elektroden parallel zueinander geschaltet und die so gebildeten Gruppen
hintereinandergeschaltet sind, ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigen Fig.
i einen Schnitt durch einen Druckzersetzer gemäß der Erfindung im teilweisen senkrechten
Schnitt nach der Längsachse des Druckgefäßes, Fig. 2 einen Schnitt quer zur Zersetzerlängsachse
durch einen Sauerstoffrahmen, Fig.3 durch einen Wasserstoffrahmen, Fig. 4. ein Diaphragma,
Fig. 5 a eine Sauerstoffelektrode, Fig. 5b eine Wasserstoffelektrode von der Breitseite,
Fig. 6a, 6b die gleichen Elektroden von der Schmalseite aus gesehen.
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Wie aus Fig.i hervorgeht, besteht eine Elektrodengruppe aus vier Wasserstoffrahmen
i, die je zwei Wasserstoffelektroden 2 tragen, drei Sauerstoffrahmen 3, die je zwei
Sauerstoffelektroden 4 tragen, zwei schmaleren Sauerstoffrahmen 5, die je eine Sauerstoffelektrode
.I und j e eine zusätzliche Elektrode 6 tragen, acht Diaphragmen 7 und einer Abschlußplatte
B.
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In F ig. 2 ist ein Sauerstoffrahmen - dargestellt. Ganz oben rechts
befindet sich der Hauptwasserstoffelektrolytsammelkanal g und darunter der Gruppenwasserstoffelektrolytsammelkanal
io, während sich links in gleicher Lage der Hauptsauerstoffelektrolytsammelkanal
i i und der Gruppensauerstoffelektrolytsammelkanal 12 befinden. Unten rechts sieht
man den Hauptelektrolytzuführungskanal 13 und den Gruppenelektrolytzuführungskanal1q.
für die Wasserstoff erzeugenden Räume und links in gleicher Höhe den Hauptelektrolytzuführungskanal
15 und den Gruppenzuführungskanal 16 für die Sauerstoff erzeugenden Elektrolyträume.
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Bei den Sauerstoffrahmen haben die Gruppenkanäle 12 bzw. 16 sich stark
erweiternde, in die Mitte des Rahmens führende Verbindungsöffnungen 17 bzw. 18.
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Ebenso haben bei den Wasserstoffrahmen gemäß Fig. 3 die Gruppenkanäle
io und 14. entsprechende Verbindungsöffnungen i9 bzw. @@o mit dem Elektrolytraum
innerhalb des Rahmens. Die Wasserstoffrahmen sind in der Bauart genau gleich den
Sauerstoffrahmen; sie werden nur um ihre senkrechte Mittelachse um i8o° gedreht,
wodurch die Verbindungskanäle I2, 17 und 16, 18 auf die Wasserstoffseite fallen.
' Der Rahmen weist ferner beiderseits eine dein Umriß der Elektroden :1 oder 2 (Fig.
5 a, 51i) entsprechende Nut 21 oder 22 auf, die sich seitlich in eine über die ganze
Breite des Rahmens verlaufende Nut 23 oder 24 erweitert. Die Nut hat eine Tiefe
von der Stärke der Elektrode oder auch etwas weniger, so daß die Elektrode, wenn
sie in die Nut eingelegt oder eingepreßt wird, eben mit den anderen Flächen des
Rahmens abschneidet. Dabei kommt der Stromzuführungslappen z5 oder 26 der Elektrode
in die Nut 23 oder 24 zu liegen.
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Die Elektrode kann an den drei in Fig. 5 a, 5 b durch Punkte bezeichneten
Stellen kleine eingeschweißte oder ausgebrochene Spitzen o. dgl. tragen, die sich
beim Einpressen der Elektrode in den Rahmen eindrücken und dadurch Elektrode und
Rahmen fest zusammenhalten.
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Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Rahmen zeigen die Nut 23 bzw. aq.
auf der gleichen. Seite wie die entsprechenden Verbindungsöffnungen 17, 18 oder
i9, 2o, und so ist die Hälfte aller Sauerstoff- und Wasserstoffrahmen ausgeführt.
Die andere Hälfte der Sauerstoff- und Wasserstoffrahmen dagegen trägt die Nut 23
bzw. 2q., ohne daß sich sonst etwas an der Rahmenausführung ändern würde, auf der
gegenüberliegenden Seite; denn wie aus Fig. i, 5a, 5b, 6a, 6b ersichtlich,
liegen die Stromzuführungslappen 25 bzw. 26 der Sauerstoff- bzw. der Wasserstoffelektroden
abwechselnd auf beiden Seiten, also einmal rechts und einmal links vorn Zellenkörper,
wobei die zugehörigen Elektrolyt- und Elektrolytgasknäle naturgemäß immer auf der
gleichen Seite, also z. B. die Sauerstoffkanäle auf der linken und die Wasserstoffkanäle
auf der rechten Seite bleiben müssen.
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Jeder Wasserstoffrahmen i, Sauerstoffrahmen 3, und auch die verengten
Sauerstoffrahmen 5 tragen beiderseits am Rahmen befestigte, z. B. eingepreßte Elektroden
2, 4. bzw. q. und 6. Diese Elektroden sind nun nicht nur durch den Rahmen am Umfang
gehalten und abgestützt, sondern werden auch noch auf der freien, arbeitenden Fläche
gegeneinander abgestützt. Das wird z. B. dadurch bewirkt, daß auf der Hälfte der
Sauerstoffelektroden q. j e zwei gekantete, zur Elektrode senkrecht stehende Blechstreifen
27
(Fig.2) befestigt werden, indem man sie z. B. an den Enden um 9o° dreht
und elektrisch mit der Elektrode verschweißt. Diese Abstandstücke haben eine Höhe,
die gleich derjenigen der Rahmendickey in den Nuten ist, oder sie sind besonders
vorteilhaft etwas höher als y, also wenn z. B. y bei den Sauerstoffelektroden 2
oder 3 mm ist, gibt man den Distanzblechstreifen 27 eine Höhe von etwa 2,1 bis 2,2
oder 3,1 bis 3,2 mm.
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An der Hälfte der Wasserstoffelektroden 2
sind nun
je drei Blechstreifen 29 (Fig. 3) angeheftet, und zwar in der Lage, wie sie Fig.
5b, 6b zeigt. Angenommen der Wasserstoffrahmen habe eine Stärke y, von ¢ oder 6
mm in der Nut, dann werden diese Blech-,treifen mit einer Höhe von 4, z bis 4.,2
bzw. (1,i bis 6,2 mm ausgeführt.
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Bei Hochdruckzersetzern ist die auf Grund der mit steigendem Druck
sich verringernden Gasvolumina an und für sich gegebene Verkleinerung der Rahmendicke
y, also der Tiefendimension des Ouerschnittes bekannt und hat auch bereits Anwendung
gefunden.
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Die Rahmendicke y, also die Tiefendimension des Elektrolytraums oder
Zellenquerschnitts, kann aber bei Niederdruckzersetzern wie auch bei Hochdruckzersetzern
auch dadurch verkleinert, d. h. im Verhältnis zur Höhe der Zellen sehr klein gehalten
werden, daß man dem umlaufenden Elektrolyten eine liniere als normale Geschwindigkeit
erteilt. Dieses Vorgehen hat den großen Vorteil, daß die Joulesche Wärme einer großen
umgewälzten Elektrolytmenge entzogen werden kann, d. h. daß der Elektrolyt bei diesem
Verfahren nicht so tief herabgekühlt werden muß wie bei dem gewöhnlichen Verfahren.
Der Elektrolvt kommt also mit einer verhältnismäßig höheren Temperatur in die Zellen
zurück, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.
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Es ist deshalb auch von besonderem Vorteil, diesen beschleunigten
Umlauf auf Druckzersetzer anzuwenden. Die Länge aller Abstandstücke 27, 29 wird
entsprechend dem jTerlauf der seitlichen oberen und unteren Begrenzungslinien der
Elektrode gehalten, und zwar so, daß ein gewisser ausreichender Abstand von dieser
Begrenzungslinie eingehalten wird.
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Diese Abstandstücke drücken beim Zusammenbau auf die Elektrode, das
Diapliragina und auf die hinter dem Diaphragxna liegende andere Elektrode mit der
Wirkung, (laß die Elektroden und das Diaphragma eine ganz geringe Wellung erhalten,
die ein festes Anliegen der Elektroden am Diaphragma zur Folge hat. Dies ist wegen
des damit verbundenen mechanischen Schutzes des Diaphragmas noch besonders vorteilhaft
für den Wirkungsgrad und die Gasreinheit. Die Stäbchen dürfen nicht bis zur äußeren
Begrenzungslinie reichen, weil sonst auch die Wellung bis dorthin verlaufen würde,
und hier entweder auf den Rahmen übertragen wurde, was nicht erwünscht ist, oder
- wenn der Rahmen sehr widerstandsfähig ist -grobe und scharfe Biegungen und Verzerrungen
in den Elektroden hervorrufen würde, die sich gerade hinsichtlich des gewollten
gleichmäßigen Anliegens äußerst schädlich auswirken würden. Der Abstand der Streifenendpunkte
muß .also so gewählt werden, daß ein allmählich und gleichmäßig verlaufender Übergang
auf den Rahmen erhalten wir(l.
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Man kann auch auf eine andere vorteilhafte Weise die gewünschte Spannung
erzielen, indem man bei Elektroden, die einen im großen und ganzen kreisrunden Umriß
haben, also z. B. bei den abgebildeten Elektroden, jede vierte Elektrode mit einem
Stiftchen in der Mitte ausrüstet, das ebenfalls höher ist als der Abstand y. Versieht
man also z. B. eine Wasserstoffelektrode :2 mit einem solchen Stiftchen, dann werden
die beiden Wasserstoffelektroden in der Mitte etwas ausgebaucht, so daß sie äußerst
stumpfen Kegeln ähneln. Da die darauffolgenden Diaphragmen und Sauerstoffelektroden
am Umfang durch die Rahmen festgepreßt sind, erhalten sie ebenfalls eine Ausbauchung
und liegen an allen Stellen gut auf den ersterwähnten Elektroden an.
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Statt eines Stiftchens in der Mitte kann auch vorzugsweise ein Kreis
von Stiftchen nahe um die Mitte angebracht werden. Dadurch erreicht man, daß eine
ausgesprochene Kegelspitze, an der evtl. das Diaphragma durchgedrückt werden könnte,
wegfällt und die Elektrode anstatt einer kegelähnlichen Form eine paraboloide oder
ähnliche Form annimmt.
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Vorzugsweise . bringt man eine solche Spannvorrichtung an einer Wasserstoffelektrode
an, ereil sie stärker gehalten werden kann als die aus edleren und daher teureren
Metallen bestehende Sauerstoffelektrode. Man erhält dadurch eine schöner verlaufende
Auswölbung, und die dünnere Sauerstoffelektrode legt sich dieser besser an als umgekehrt
eine dickere Wasserstoffelektrode einer dünnen Sauerstoffelektrode.
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Es wurde bereits erwähnt, daß man vorteilhaft die Wasserstoffrahmen
z in der Nut am besten doppelt so stark ausführt als die Sauerstoffrahmen 3. Die
Sauerstoffendrahmen 5 werden, da sie nur eine unmittelbar am Diaphragma anliegende
Elektrode aufweisen, schmaler gemacht als die Sauerstoffrahmen 3, und zwar macht
man sie nicht halb so dick, sondern etwas dicker.
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Durch das Einpressen oder eine anderweitige Befestigung je zweier
Elektroden in oder an einem Rahmen erhält man Baueinheiten, die einen besonders
leichten und einfachen Aufbau des Zellenkörpers ermöglichen; denn man hat beim Zusammenbau
nichts weiter zu tun, als immer zwischen je zwei solcher Rahmen ein Diaphragma zu
legen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bilden nun je vier Baueinheiten
für den Wasser-
Stoff mit je fünf Baueinheiten für den Sauerstoff,
den dazwischenliegenden acht Diaphragmen und einer Schlußplatte 8 eine Gruppe, die
vier große (9, 13, 1i, 15) und vier kleine (io, 1a, 12, 16) Kanäle aufweist.
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Die kleinen Kanäle sind nun in dem jeweils ersten oder letzten oder
ersten und letzten Sauerstoff- oder Wasserstoffrahmen durch den Fortfall der Stege
3i-32 oder 33-3.1 (s. Fig. 2, 3) mit den entsprechenden großen Kanälen verbunden,
so daß unten der Elektrolyt von den Hauptzuführungskanälen in die druppenzuführungskanäle
und von da in die einzelnen Elektrolyträume gelangen kann, während oben der mit
Gas gemischte Elektrolyt aus den einzelnen Räumen in die Gruppensammelkanäle und
von hier aus eben durch das Weglassen dieser Stege in die Hauptsammelkanäle fließen
kann.
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Die Verbindungsöffnungen können aber auch ganz oder zum Teil in die
Schlußplatten 8 (Fig. z) gelegt werden.
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Die Schlußplatten 8 weisen an sich nur die vier Hauptkanäle 9, 13,
1i, 15 auf. Sie bestehen wie die Rahmen aus einem isolierenden, laugen- und gasfesten
Werkstoff. In die Platten sind vorteilhaft eine oder auch mehrere über den ganzen
Querschnitt reichende (nicht gezeichnete) Blecheinlagen eingelagert. Diese Blecheinlagen
verhindern das Fließen eines N ebenschlußstromes auch dann, wenn sich die Isoliermasse
der Schlußplatten aus irgendeinem Grunde mit Elektrolyt vollsaugen sollte. Der Umfang
dieser Blecheinlagen ist gleich, etwas kleiner oder auch größer als derjenige der
Schlußplatten, und die Kanalaussparungen sind etwas größer als diejenigen der Schlußplatten,
so daß die Isoliermasse die Einlagen mindestens auf allen Flächen der Kanäle umkleidet.
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Die Diaphragmen 7 haben die in Fig. 4 dargestellte äußere Form der
Rahmen und tragen Aussparungen für alle Kanäle. Die Flächen um die Kanäle und die
Ränder werden einwärts bis zur Grenze der arbeitenden Elektrodenfläche in an sich
bekannter Weise mit einem isolierenden und unangreifbaren Dichtungsstoff imprägniert,
gestrichen oder gespritzt, um Herausdrücken von P-lektrolyt hintanzuhalten. Die
Diaphragmen können aber vorteilhaft auch kleiner gemacht werden als die Rahmen und
in diese eingebettet werden, dadurch können die Kanäle im Diaphragma wegfallen.
Was den Werkstoff der Diaphragmen betrifft, so kann man solche in verschiedener
Ausführung verwenden, also z. B. Asbestgewebe o. dgl. Am besten bewähren sich auch
bei dem erfindungsgemäßen Druckzersetzer die bereits früher vorgeschlagenen Diaphragmen
aus Asbestpappe; denn sie weisen außer ihrer Billigkeit noch den Vorteil einer höchst
gleichmäßigen Verteilung feiner Poren auf, was für Druckzersetzer besonders wichtig
ist.
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Die Rahmen i, 3, 5 und die Schlußplatten 8 können aus irgendeiner
geeigneten Isoliermasse geschnitten, gestanzt, gepreßt oder gegossen werden. Besonders
vorteilhaft werden sie aus einem geeigneten Gemenge durch Warmpressung hergestellt
oder indem man ein geeignetes teigartiges Gemenge in eine Form preßt und dann durch
öfteres Nachpressen in Maschinen- oder Stanzpressen die genaue Form, Dichtigkeit
und Festigkeit erzielt.
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Die Wasserstoffelektroden :2 bestehen am besten aus Eisen und sind
durchlässig (Gewebe, gelochte Bleche usw.). Besonders vorteilhaft hierfür sind gelochte
Bleche. Die Elektroden werden vorteilhaft mit den Stromzuführungslappen 25 bis 35
oder 26 bis 36 in einem Stück gestanzt.
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Als Sauerstoffelektroden wählt man entweder vernickelte Eisenelektroden
in gleicher Ausführung wie die Wasserstoffelektroden, oder man nimmt besser gelochte
reine Nickelbleche, durch Walzen oder galvanisch hergestellt.
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Wie schon weiter oben erwähnt, sind innerhalb einer Gruppe die einzelnen
gleichpoligen Elektroden parallel geschaltet, während die einzelnen Gruppen hintereinandergeschaltet
werden. Fig. i zeigt diese Schaltung. Die einzelnen Stromzuführungslappen 25 oder
26 werden durch Schrauben 37 oder andere Befestigungsmittel an stromleitende Bänder,
z. B. Kupferschienen 38, angeschlossen. Ein Band verbindet zwei Gruppen. Die Bänder
liegen abwechselnd auf der linken und auf der rechten Seite.
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Fig. i zeigt einen in ein Druckgefäß eingebauten Zellenkörper 43.
In den äußeren Rundungen der Rahmen liegen die vier Spannspindeln 39, auf die in
gewissen Abständen isolierende Tragrollen 40, z. B. aus Porzellan geschoben sind.
Die Spindeln. tragen außerdem . Mittel, welche den Abstand zwischen den einzelnen
Porzellanrollen halten. Die Spindeln können aus Rundstahl o. dgl. in einem Stück
gefertigt sein oder sind vorteilhaft aus mehreren gegeneinander isolierten Rundstahlstücken
oder Kettengliedern o. dgl. zusammengesetzt. Die Spindeln kommen mit dem Zellenkörper
43 selbst in keinerlei Berührung, sondern nur mit den äußeren Preßplatten 45, die
von der übrigen Konstruktion durch eine Isolierschicht 44 getrennt sind.
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Die vier Hauptkanäle 9, 13, 11; 15
(Fig.2.3) gehen am Ende in
die kreisförmigen Anschlußrohre 41 (Fig. i). Diese vier Rohre werden am Deckel des
Druckgefäßes
befestigt und abgedichtet, z. B. durch Stopfbüchsen.
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Der Zwischenraum zwischen dem Druckgefäß 42 und dem Zellenkörper 43
ist mit einem Isoliermittel ausgefüllt.
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Die Tragkonstruktion besteht beim gezeigten Beispiel aus einem halb
offenen Eisenmantel 46, der sich mit ganz geringem Spiel der Wandung des Druckgefäßes
anschmiegt. Dieses Mantelstück wird am Anfang und Ende an die äußeren Preßplatten
¢5 angeschraubt, und zwar am Ende in Schlitzen, damit einer etwaigen Längenänderung
durch Nachpressen des Zellenkörpers Raum gegeben werden kann.
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Auf diesen Tragkörper 46 ist der ganze Zellenkörper 43 jeweils an
den Stromschienenstücken 38 zweier Gruppen durch die Stützteile 4.7 abgestützt,
die an dem Eisenmantel 46 in Schlitzen 48 verschiebbar angeschraubt werden.
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Diese Stützteile 4.7 greifen in Isolierkörper 49 aus Porzellan, die
U-förmigen Querschnitt besitzen und durch die Tragstücke 50 gehalten werden.
Die Tragstücke 5o sind wiederum an den Stromschienenstücken 38 festgeschraubt.
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Durch diese Tragkonstruktion ist der Zellenkörper nach jeder Richtung
hin gegen Verschieben gesichert.
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Der Eisenmantel 46 braucht auch bei beliebig langen Zersetzern nicht
besonders stark ausgeführt zu werden, da er - durch seine Form allein schon sehr
biegungssteif - auf der ganzen Länge durch das Druckgefäß selbst getragen ist.