DE622121C - Elektrolytischer Zersetzer - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
25. NOVEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

-KLASSE 12i GRUPPE

Ludwig Schirmer in Berlin-Siemensstadt Elektrolytischer Zersetzer

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Oktober 1932 ab

Bekannt ist es: 1. die in Reihe geschalteten, in Isolierrahmen eingezogenen Elektroden und Diaphragmen bei Druckelektrolyseuren z. B. durch. Zuganker zusammeinigepreßt in das Druckgefäß einzusetzen und an 'den beiden Endelektroden den elektrischen Strom, z. B. mit Durchführungen durch die Verschluß deckel des Gefäßes, anzuschließen; 2. die Elektroden und Diaphragmen auf

ίο Bolzen aufgereiht in das Druckgefäß einzusetzen und durch die beiden Abschluß deckel des Gefäßes von außen, z. B. durch durchgeführte Spindeln, zusammenzudrücken.
Der Einbau der Elektroden und Diaphragmen in druckfeste Behälter nach den bekannten, unter 1. und 2. benannten Möglichkeiten hat, wie leicht einzusehen ist, den großen Nachteil, daß zwischen dem eigentlichen Elektrolyseurkörper, das sind z. B. die zusammengespannten Elektroden und Diaphragmen, und dem Druckgefäß auf allen Seiten Hohlräume vorhanden sein müssen, in denen die Verspannungsarmaturen, wie Zuganker, Schrauben, Bolzen, Druckplatten usw., angeordnet sind. Diese Räume bewirken nicht nur eine größere lichte Weite des Druckgefäßes, die natürlich auf die Dimensionierung der Wandstärken dieses Gefäßes bei hohen Drucken von ganz besonderem Einfluß ist, sondern sind ferner auch tote, vollkommen unausgenützte und unausnützbare Räume. Ein weiterer, noch besonders zu beachtender Nachteil der genannten oder ähnlicher Anordnungen der Elektroden und Diaphragmen ist dadurch, gegeben, daß in diesen vorstehend angeführten Räumen entweder überhaupt schon Elektrolyt vorhanden ist, oder z. B. durch Undichtheiten der zusammengepreßten Zelle Elektrolyt gelangen kann, dort sich anreichert und Stromnebenschlüsse ermöglicht, die nicht nur ein ganz empfindlicher Verlust sind, der den Wirkungsgrad des Elektrolyseurs vermindert, sondern wenn der Strom in die Druckgefäßwänd eintritt, an den Stromübergangsstellen auch Korrosionsschaden verursacht, die natürlich bei so hoch beanspruchtem Material unter allen Umständen vermieden werden müssen. Alle diese Nachteile werden restlos durch den erfindungsgemäßen Ausbau eines Hochdruckelektrolyseurs vermieden, welcher damit überhaupt auf ganz neue Art und Weise den Zusammenbau ^: - der einzelnen gaserzeugenden Zellen in vollkomniener Weise ermöglicht.

Die Elektroden und Diaphragmen passen sich in ihrer Form weitgehend dem lichten Querschnitt des Druckgefäßes an, so daß also ungenützte Räume überhaupt nicht entstehen können. Diese Anpassung ist vor allem möglich, weil die verwendeten Elektroden, Dia,-phragmen und Spannringe so ausgestattet sind, daß sie mit Hilfe besonderer Einrich-

tungen sich selbst befestigen und bei ihrem Einbau Zellen bilden, also nicht zu einem Block mit Hilfe-von Zugbolzen oder Preß-

• schrauben ---zusammengeschraubt zu werden

brauchen. "■-**

Die Befestigung und Abdichtung der zellenbildenden Teile innerhalb des Druckgefäßes wird durch weitgehende Anpressung der Ränder dieser Teile mit Hilfe besonderer Ein- - ίο richtungen an die Gefäßwandung und durch Pressen der Teile aufeinander unter Zwischenlegen von Diaphragmen und Spannringen erreicht. Ein Austritt des Elektrolyten aus den Zellen und dadurch mögliche Stromnebenschlüsse sind ausgeschlossen, weil die Zellen auf allen Seiten von der Gefäß wandung unmittelbar begrenzt werden. Die Elektroden sind gegen die metallene Druckgefäßwandung isoliert, um Stromübergänge zu verhindern, was zweckmäßig dadurch erreicht werden kann, daß entweder die Gefäßinnenwand mit einem Isoliermaterial, z. B. Gummi, überzogen ist oder das Diaphragma als Isolierstoff beim Einbau der Teile dient, und zwar so, daß dessen überstehende Ränder die Außenkanten der Elektroden überdecken und mit angepreßt werden, so daß dadurch sowohl Dichtung als auch Isolation des Elektrodenmaterials erreicht wird. In der Zeichnung sind beide Möglichkeiten, Dichtung und Isolation zu erreichen, gleichzeitig als Beispiel angegeben.

Aus Abb. ι ist ersichtlich, daß die metallene Innenfläche des Druckbehälters Λ vor der Berührung mit Elektroden oder vor Benetzung mit Elektrolyt vollkommen durch eine Zwischenschicht B geschützt ist. Diese elektrisch isolierende Schicht kann auf die Metallfläche des Gefäßes festhaftend aufgetragen sein, zweckmäßig wird ein, dem Innenraum des Druckgefäßes möglichst angepaßter Hohlkörper mit zwei Verschluß deckein daraus angefertigt sein, der in das Druckgefäß eingebracht wird und in dem dann die Elektroden und Diaphragmen, von der metallischen Gefäßwand vollkommen isoliert, eingebaut wer den können. Im oberen Teil des Hohlkörpers befindet sich ein im Schnitt segmentförmiger Körper C auf die ganze Länge der Zellen, in dem zwei Kanäle D¹ und D* laufen, durch--welche 'die durch die Anschnitte £ in den Rahmen dorthin gelangende Elektrolyt-Gas-Mischung strömt, um durch die an ein oder mehreren Stellen eingeschraubten Rohre F¹ und F^z in die Räume G¹ und G² zu gelangen, in denen die Gas-Elektrolyt-Trennung stattfindet. Diese geht also außerhalb des eigentlichenDruckelektrolyseurkörpers vor sich, was dem · Druckkörper, wegen Einsparung dieser Räume, für diese Zwecke und Be-. anspruchung eine symmetrische und technisch ausführbare Form zu geben gestattet. Die aufgesetzten fiaschenförmigen Behälter G¹ und G² in Abb. 1 können je nach Gasleistung des Apparates in ein- oder mehrfacher Anzahl angebracht werden, so daß also bei größerer Länge der Apparatur die Gas-Elektrölyt-Mischungen an verschiedenen Stellen durch Rohre F¹ und F² (Abb. 1) in die Behälter G¹ und G² (Abb. 1) geleitet werden können. Der durch- die Aufwärtsbewegung der Gas-Elektrolyt-Mischung in die Gas-Elektrolyt-Trennräume immer von neuem mitgeführte Elektrolyt hat die Möglichkeit, durch die Ableitungen H¹ und H^s abzufließen und gelangt an der Unterseite des Druckbehälters wieder in den Gasentwicklungsraum. Es· ist also eine ungestörte dauernde Zirkulation des Elektrolyten möglich. Diese Elektrolytumleitung kann noch zur Kühlung des Elektrolyts ausgenutzt werden und wird, z.B. durch Einbau einer Kühlschlange, eine Beschleunigung des Elektrolytumlaufs in dieser Leitung erreicht, da in dieser Kühlzone der Elektrolyt spezifisch schwerer wird und nach unten sinkt, also die Wirkung des durch den immer wieder in den Räumen C^z und C² durch mitgeführten Elektrolyten hervorgerufenen geringen hydrostatischen Überdruck durch eine neue additive Wirkung vergrößert, und zwar wird die Zirkulation des Elektrolyten durch Vergrößerung seines spezifischen Gewichts durch Absenkung seiner Temperatur außerhalb des Entwicklergefäßes beschleunigt.

Der Bau der Zellen in den Druckelektrolyseuren geschieht unter erfindungsgemäßer Verwendung von Elektroden, Diaphragmen und Zwischenstücken auf eigenartige Weise. Aus Abb. ι ist eine Elektrodenplatte M mit Befestigungsvorrichtung IV zu ersehen, ebenso ein Spannring / mit Spanneinlage K, Austrittsöffnung B und Spannvorrichtung L. Das Diaphragma ist der besseren Übersicht wegen weggenommen. Jede Elektrode, die erste und letzte der in Serie geschalteten natürlieh mit Stromzuführung, die in ihren Abmessungen den lichten Weiten des Druckelektrolyseurbehälters möglichst nahe kommen soll, wird im Innern des Behälters mit der waagerechten Kante nach oben senkrecht aufgestellt. Wie aus Abb. 2 ersichtlich, sind an jedem Elektrodenblech M je nach Größe ein oder mehrere Befestigungsvorrichtungen N angebracht, z. B. bestehend aus Gewindestiften und Muttern. Durch Schrauben der Mut- ¹¹S tern nach außen, also durch Anpressen gegen die isolierte Behälterwand, wird die Elektrode nach oben und gleichzeitig auch teilweise seitlich fest an die Innenwandung gedruckt und dort jeglicher Durchfluß von Elektrolyten- oder Gasmischung zwischen Elektrodenkante und Innenwandung unmög-

Hch gemacht. Das eigenartig geformte Diaphragma 0 (Abb. 4 und Querschnitt in vergrößertem Maßstab Abb. 5) wird gleichzeitig als Dichtungszwischenlage zwischen Elektrode und B ehälter innen wand verwendet. Zwischen Elektrode und Diaphragma wird ein Spannring nach Abb. 3 eingezogen, der das Diaphragma spannt und in entsprechendem Abstand von der Elektrode hält und damit den Raum für die Gasentwicklung schafft. Diese Spannringe werden so. aufgestellt, daß die Auslaßöffnung E genau, je nachdem Wasserstoff oder Sauerstoff in dem Raum entwickelt wird, unter die Kanäle D¹ oder D² zu liegen kommt. Der Spannring selbst kann aus einer elastischen Metalleinlage bestehen, zweckmäßig Eisen in Vierkantform, das mit einem laugebeständigen Isolierstoff, zweckmäßig Asbestgewebe, überzogen ist. Der Ring ist unten offen und kann durch Schrauben einer Muffe über zwei Gewindestifte diese öffnung und damit der Durchmesser des Ringes verkleinert oder vergrößert werden. Dieser Ring wird zwischen Diaphragma und Elektrode eingesetzt und durch Vergrößerung seines Durchmessers an die Wandung des Behälters angepreßt. Auch hier wird das Diaphragma wieder als Zwischenlage gegen die Wandung benutzt. Besonders dicht muß die Anpressung der Elektroden und Diaphragmen oben an der horizontalen Kante und an den Seitenkanten sein, damit hier keine Gas-Elektrolyt-Mischung in die andere Zelle übertreten kann. Durch beschriebene Spannvorrichtung lassen sich sehr große Kräftewirkungen erzielen, so daß diese Gefahr vollständig ausgeschaltet ist, ebenso ist damit ein Schlupfstrom unmöglich gemacht. Der minimale Abstand von der Wandung' unten sowie die Öffnungen in Elektroden und Spannringen, die durch die Befestigungsvorrichtungen entstehen, sind erwünscht. Ein Gasübertritt kann hier unten nicht stattfinden, jedoch ist dadurch die Möglichkeit einer Zirkulation.

zwischen den Zellen gegeben, die schon zur Behebung einer einseitigen Ionenverarmung an den Elektroden, wie sie bei dem Betrieb eintreten, notwendig ist. Auf das nunmehr eingespannte Diaphragma wird ein weiterer Spannring auf die andere Seite gepreßt und auf diesen eine Elektrode. Dadurch wird der andere Elektrodenraum geschaffen und damit sogleich eine ganze Zelle. Der gleiche Vorgang wiederholt sich so oft, als Zellen eingebaut werden. Der als Dichtung verwendete Diaphragmenrand wird bei jeder Auslaßöffnung in der gleichen Ausdehnung ausgeschnitten, damit die Gas-Elektrolyt-Mischung ungehindert in den betreffenden Kanal einströmen können. Zweckmäßig verläuft die Mittelachse jedes Kanals zu den Austrittsöffnungen in die Trennräume in aufsteigender Linie. Abb. 6 zeigt eine so zusammengebaute Zelle. C ist ein Stück des Längsschnittes des im Querschnitt segmentförmigen Körpers aus Abb. 1. Kanal D¹ ist angeschnitten. Kanal D² liegt dahinter. M ist eine senkrecht. auf gestellte Elektrode, die unter Zwischenlegung des Randes des Diaphragmas 0 gegen die Isolierwandung gepreßt ist. · / ist der Spannring mit Metalleinlage K. Auslaßöffnung E im ersten Elektrodenraum P¹ ist angeschnitten. Das im Raum P¹ entwickelte Gas geht als Mischung in Kanal D¹. Die Gasmischung in Raum P² geht durch die versetzt auf der anderen Seite des nächsten Spannringes liegende Auslaßöffnung in Kanal D². (Weg in Abb. 6 gestrichelt.) Das Diaphragma 0 kommt zwischen zwei Spannringe zu liegen und wird von diesen gespannt und dient zugleich als Dichtung gegen die Behälterinnenwandung. Die Dichtung gegen die anliegende Elektrode bzw. Diaphragma wird noch besonders verstärkt, wenn die Umwicklung der Spanneinlage K des Spannringes / aus einem Stoff besteht, der durch Benetzung mit Elektrolyt und entstehende Wärme sich vollsaugt und ausdehnt.

Nach vorstehend beschriebenen Erfmdungen ist der Bau von Druckelektrolyseuren unter vollständiger Ausschaltung der benannten, den bekannten Systemen anhaftenden, einen gefahrenlosen Betrieb nicht mit der notwendigen Sicherheit gewährleistenden schweren Mangel und unter zweckmäßigster Anordnung und Verwendung wichtigster Teile mit größter Sicherheit gegen mögliche Gefahrmomente auf einfachste Art und Weise möglich.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrolytischer Zersetzer, insbesondere Druckzersetzer, mit senkrecht zur Längsachse des den Zellenkörper aufnehmenden zylindrischen Druckgefäßes angeordneten bipolaren scheibenförmigen Elektroden (M), die voneinander durch zwei im -wesentlichen ringförmige Abstandstücke (/) und'ein zwischen diesen ausgespanntes Diaphragma (0) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bildung gasdichter Zellenräume aus den genannten Baueinheiten die Elektroden (M) an ihrem unteren Rande radial angeordnete Druckschrauben (N) aufweisen, mittels derer die Elektroden mit ihrem Rande gegen die Umgrenzung der Zellenräume gepreßt werden, und daß die ringförmigen Zwischenstücke (7) unten mit Spannschlossern (Z.) versehen sind, durch die dtLe Ringe mit ihrer äußeren Oberfläche eben-

   falls gegen die Umgrenzung gedruckt werden.
2. 2. Elektrolytischer Zersetzer nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Abstandstücke aus flüssigkeitsaufsaugendem Stoff bestehen.
3. 3. Elektrolytischer Zersetzer nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabführungskanäle in einem an der höchsten Stelle des Gefäßinnenraumes befindlichen, im Querschnitt segmentförtnigen Körpers verlaufen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen