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Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie durch Betreiben von Gasketten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie
durch Betreiben von Gasketten, denen Gas zugeführt wird, und zwar in einer geschlossenen
Zelle unter erhöhtem Druck und unter Verwendung erhöhter Elektrolyttemperatur.
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Es .ist bekannt, die Reaktionsgase unter erhöhten Druck zu setzen,
um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Es sind zu diesem Zweck bei einem geschlossenen
Groveelement, dem kein Gas, sondern zunächst Strom zugeführt wurde, schon Drücke
bis au 6oo at verwendet worden. Andererseits hat man bereits die Arbeitsbedingungen
von Gasketten dadurch zu verbessern versucht; daß man sie bei Temperaturen des flüssigen
Elektrolyten zwischen ioo° C und seiner kritischen Temperatur betrieb. 'Damit hierbei
der flüssige Elektrolyt nicht zum Sieden gerät und merklich verdampft, wurde das
Verfahren in geschlossenen Behältern durchgeführt, in welchen sich demzufolge der
der gewählten Betriebstemperatur entsprechende Sättigungsc'.ampfdruck der Elektrolytflüssigkeit
einstellt. Dies Verfahren bringt einen Fortschritt, nimmt jedoch die bekannten Nachteile
des Arbeitens am Siedepunkt der Elektrolytflüssigkeit für Herstellung und Haltbarkeit
der Apparatur in Kauf; außerdem arbeiten derartige Gasketten auch hinsichtlich ihres
Wirkungsgrades noch nicht befriedigend, weil dieser in dem Maße stetig abnimmt,
wie der Gasdruck beim Verbrauch des Reaktionsgases, das aus einem an die -Zelle
angeschlossenen und geschlossenen Gasbehälter zugeführt wird, durch den Sättigungsdampfdruck
der Elektrolytflüssigkeit ersetzt wird, also abnimmt.
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Dieser bekannten Einrichtung gegenüber bezweckt die Erfindung, den
Wirkungsgrad einer Gaskette der eingangs genannten Art dadurch ständig gleich und
hoch zu halten, daß der Gasdruck praktisch konstant und ständig höher als der zur
Betriebstemperatur gehörige Dampfdruck der Elektrolytflüssigkeit gehalten wird.
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Bei diesem Verfahren gelangen zweckmäßig Drücke von z. B. io bis Zoo
at und mehr zur Anwendung. Um das Gas auf die hohen Drücke zu verdichten, muß allerdings
Energie aufgewendet werden; aber dieser Energieaufwand wird durch eine durch den
hohen Gasdruck hervorgerufene Erhöhung der elektromotorischen Kraft der Gaskette
wieder ausgeglichen.
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Der Vorteil _des Betriebes der Gasketten unter hohen Drücken besteht
-darin, daß die Stromstärke des von der Einheit der Elektrödenfläche erzeugten elektrischen
Stromes entsprechend dem Druck ansteigt. Dadurch werden die Anlagekosten je Einheit
der erzeugten Energie in großem Maße gesenkt. Eine weitere Senkung der Anlagekosten
tritt aber noch dadurch ein, daß entsprechend dem hohen Druck die Zellenräume, Gaselektrolyt-und
Gasleitungen äußerst klein gehalten werden können, wodurch eine große Ersparnis
an Baumaterial erzielt wird. Die Verkleinerang
kann bei allen Räumen,
in denen Gas oder Gaselektrolyt enthalten ist, und bei allen den Querschnitten.
durch die Gas oder Gaselektrolyt geleitet wird, vorgenommen werden, nämlich bei
allen Zellenräumen oder,; Elektrodenräumen, Gasräumen, Gasleitungsrohren, Gaselektrolyträunlen
und -leitungen. Die Verkleinerung der Querschnitte aller Räume, durch die Gas oder
Gaselektrolyt hindurchgeführt wird, kann theoretisch proportional der Druckerhöhung
durchgeführt «-erden. Diesem Vorgehen ist allerdings in der Praxis dadurch eine
Grenze gesetzt, daß die (Querschnitte der Räume und Kanäle in jedem Falle mindestens
so groß bemessen werden müssen, daß Störungen des Elektrolvtunilaufes, Elektrolvtmangel,Verstopfung
durch Fremdkörper oder andere Betriebsstörungen nicht eintreten können. Man wird
demgemäß die Räume usw. bei einem Druck von ioo at nicht auf l/loo verkleinern,
sondern nur auf 1/, bis '(so. Aber auch diese Verkleinerung genügt, um eine bedeutende
Ersparnis an den Anschaffungskosten zu erzielen. Bei Anwendung von Drücken in der
Größenordnung voll io bis 3o at, gegebenenfalls auch noch bis zli höheren Drücken,
wird jedoch die theoretisch gegebeneVerkleinerung den Ansprüchen der Praxis Genüge
leisten.
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Diese Druckerhöhung hat im Zusammenliang mit der Temperaturerhöhung
bei einer hevorztigten !#_usführungsform desVerfahrens gemäß der Erfindung die wesentliche
Funktion, die all sich durch Temperaturerhöhung bedingte Verminderung der Gaslöslichkeit
des Elektrolyten wieder rückgängig zu machen und die Gaslöslichkeit zugunsten einer
Erhöhung des Wirkungsgrades zu steigern. Erst auf diese Weise wird die Temperaturerhöhung
zu einer wirksamen Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit nutzbar gemacht, rodeln
eine Beeinträchtigung der Gaslöslichkeit vermieden wird.
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Weiterhin bringt der Betrieb der Gaskette unter erhöhtem Druck wieder
rückwirkend ,den Vorteil mit sich, daß, wenn zu besonderer Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit
erwünscht, gemäß der Erfindung die Elektrolyttemperatur über dein Siedepunkt des
Elektrolyten bei atillosphärischein Druck gehalten werden kann, wobei sie doch unter
dem Siedepunkt des Elektrolyten beim erhöhten Betriebsdruck bleibt, so da13 Verluste
an Elektrolyt oder in diesem gelösten Betriebsgas durch Sieden oder Aufwallen vermieden
werden.
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In Ergänzung aller dieser eine Erhöhung des Wirkungsgrades bedingenden
Maßnahmen sieht die Erfindung zum gleichen Zweck vorz_ugs«-eise vor, gegenpolige
Gase für jeden Pol in einem besonderen, vom gegeilpoligen Raum getrennten Elektrolytraum
zu führen. Zweckmäßig werden dabei die den beiden Elektrolyträumen zugeordneten
Elektrolyte gegenpoligen Gase in Umlauf gebracht. 1 ;.:j#n beim Betriebe Verluste
durch Ver-Is ung der Gase bei Verwendung der an `:sich bekannten porösen Diaphragmen
auch bei hohem Betriebsdruck zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung ein möglichst
gleichmäßig feinporiges Diaphragma benutzt, das dem elektrischen Strom bzw. dem
Ionenstrom auf Grund eines insgesamt möglichst hohen Porenvolumens wenig, dem Durchfluß
des Elektrolyten bzw. Gaselektrolyten jedoch einen erheblichen Widerstand entgegensetzt.
Deshalb gelangt gemäß der Erfindung zweckmäßig ein Diaphragma mit möglichst vielen
Poren von möglichst geringem Einzelquerschnitt zur Anwendung. Sehr gut eignet sich
hierzu mikroporöser Gummi, in weicher oder besser harter Qualität, Asbestpapier
o. dgl., am besten in mehreren Lagen übereinander, vorzugsweise aber Asbestpappe.
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Vorteilhaft werden gemäß der Erfindung die Elektroden, um den elektrischen
Widerstand im Elektrolyten möglichst zu verringern, nahe an das Diaphragma gelegt
oder am besten, um gleichzeitig das Diaphragma vor mechanischer Beanspruchung zu
schützen, unmittelbar beiderseits an das Diaphragma gepreßt. Im letztgenannten Falle
werden die Elektroden alle durchlocht ausgeführt. Sie werden zweckmäßig aus Blechen
gestanzt oder auch galvanisch hergestellt.
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Das Anpressen der Elektroden an das Diaphragma bringt gemäß der Erfindung
ferner den Vorteil mit sich, daß es ein Erweitern der Poren des Diaphragmas verhindert,
was besonders bei den sonst vorzüglichen Asbestpappendiaphragmen durch Aufsaugen
von Elektrolyt möglich wäre. Das Anpressen der Elektroden gibt aber weiterhin die
Möglichkeit, die Diaphragmen sehr dünn zu halten und dadurch an Diaphragmenmaterial
und Raum zu. sparen. Durch das verhältnismäßig dünne Diaphragma wird außerdem der
Ohmsche Widerstand noch weiter verringert und damit der Wirkungsgrad verbessert.
Ein derartiges gemäß der Erfindung zwischen zwei durchlässige Elektroden eingepreßtes
Asbestpappediaphragma braucht nur o,4 mm und kann sogar weniger stark sein. Gemäß
der Erfindung werden zweckmäßig mehrere solcher Diaphragmenelektrodeneinheiten unter
Zwischenschaltung von isolierenden Rahmen zu einzelnen Zellengruppen zusammengebaut.
Die einzelnen Elektroden können in Serie oder parallel geschaltet «erden. Auch können
vorteilhaft mehrere parallel geschaltete Elektroden zu einer Gruppe und mehrere
solcher Gruppen hintereinandergeschaltet
werden und eine Betriebseinheit
bilden. , Besonders vorteilhaft ist es, entweder alle Elektrodenpaare in Serie,
am zweckmäßigsten bipolar, zu schalten oder Gruppen von Elektrodenpaaren, die unter
sich parallel geschaltet sind, in Serie zu schalten. Bei Durchführung der Hintereinanderschaltung
verwendet man besonders vorteilhaft die Bipolarschaltung. Unter gewissen Umständen
wird es vorteilhaft sein, mehrere bipolar geschaltete Gruppen parallel zu schalten
und daraus eine Einheit zu bilden.
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Bei bipolarer Schaltung werden gemäß der Erfindung zweckmäßig je zwei
aufeinanderfolgende Elektroden durch - eine gas- und elektrolytundurchlässige Scheidewand
getrennt, aber leitend durch diese hindurch durch Stäbchen o. dgl. miteinander verbunden.
Die Stäbchen stützen sich gegen die Scheidewand derart ab, daß sie auf jeder Seite
der Wand je eine Elektrode unmittelbar oder über eine zwischengelegte aktivierende
Platte gegen das Diaphragma andrücken, gegen dessen andere Seite eine andere -Elektrode
des nächstfolgenden leitende erbundenen Elektrodenpaars angepreßt wird. Auf diese
Weise bleibt auf jeder Seite der Scheidewand zwischen ihr und einer der Elektroden
eines derartigen Paares ein Kanal für den Durchtritt des zu der Elektrode gehörigen
Gaselektrolyten, durch den .die Elektroden dieses Paars verschiedenpolig aufgeladen
werden.
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Jede Betriebseinheit wird zweckmäßig in einem besonderen Druckgefäß
untergebracht, ir. dem eine Zellengruppe vom Gefäßmantel elektrisch isoliert gelagert
ist.
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Gemäß der Erfindung kann die Anordnung so getroffen werden, daß zwischen
der Zellengruppe. und dem Gefäßmantel ein Raum frei bleibt, der von einem elektrisch
isolierenden Stoff ausgefüllt oderdurchströmtwird. Dieser Stoff kann in dem Gas,
z. B. Wasserstoff, bestehen, das der Gaskette als Betriebsmittel zugeführt wird.
Durch diesen Isoliermittelstrom wird durch Undichtigkeiten aus den Zellen austretende
Elektrolytflüssigkeit durch Mitführung entfernt und so eine dauernde Isolierung
der Zellen gewährleistet.
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Die Gaselektrolyt- und die Elektrolytumlaufleitungen ordnet man vorteilhaft-
außerhalb des Druckgefäßes an, um sie heizen und kühlen zu können. Die Kühlung ist
in der Regel notwendig, um die beim Prozeß erzeugte Ohmsche Wärme abzuführen; wenn
indessen bei schwacher Belastung die erzeugte Wärmemenge nicht genügt, -um eine
günstige Betriebstemperatur zu erreichen, wird Heizen der Elektrolyte erforderlich.
Außerdem kann -die Umlaufströmung durch Anbringen von Drosselventilen geregelt werden.
Die beiden Gaselektrolytumläufe (z. B. Wa.sserstoffgaselektrolyt undSauerstoffgaselektrolvt)
werden vollkommen getrennt geführt, können jedoch an einer zugänglichen Stelle durch
eine abschließbare Rohrleitung verbunden sein.
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Der Umlauf wird durch Umwälzen des Gases und/oder des Elektrolyten,
durch mechanische Mittel, wie z. B. Pumpen, oder auch durch die während des Prozeßses
eingeführten Gase selbst betrieben, z. B. unter Verwendung von Steigrohren..
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Da der Elektrolyt gemäß der Erfindung immer entsprechend dem Druck
mit Gas gesättigt sein bzw. auch Gas als Emulsion und/oder Gasbläschen enthalten
soll"ist es vorteilhaft, den Umlauf so zu betreiben, daß der Elektrolyt, der aus
der Zelle kommt, zunächst gekühlt wird und dann mit Hilfe irgendeines Mittels, z.
B. einer Pumpe, (etwa von der Art der Brennstoffpumpen) in einen Gasbehälter gespritzt
und hernach aus diesem herausgezogen und den Zelfen wiederum zugeführt wird bzw.
von selbst in die Zellen zurückläuft, wo er sich wieder erwärmt.
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Bei einer anderen Ausführung wird umgekehrt das Gas in den Elektrolyten
gepreßt öder in ihm zerstäubt. Dies geschieht vorteilhaft hauptsächlich dann, wenn
der Elektrolytumlauf durch die Auftriebskraft der Gasbläschen selbst betrieben werden
kann. Zu diesem Zweck wird das Gas dem Umlauf an der tiefsten oder wenigstens an
einer unterhalb des tiefsten Punktes der Betriebseinheit liegenden Stelle zugeführt.
Bei diesem Verfohren wird eine Gasumwälzpumpe verwendet, um die während der einmaligen
Durchführung nichtverbrauchter Gase von neuem in den Elektrolyten zu pressen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung
des Umlaufs unter Verwendung von Hohlelektroden führt man gemäß der Erfindung das
Gas den HohleIektroden zu, und läßt es durch diese an die aktive Elektrodenoberfläche
diffundieren Der Werkstoff, aus dem die Elektroden hergestellt werden, soll einerseits
von dem Elektrolyten möglichst wenig angreifbar und imstande sein, die Reaktion
gut durchzuführen, und soll andrerseits gut leitend sein, um den erzeugten Strom
ohne Verlust abzuführen. Diese beiden Zwecke können aber unter Umständen durch Zusammenwirken
zweier verschiedener Werkstoffe erreicht werden, deren jeder für einen der beiden
Zwecke besonders geeignet-ist, und die dann elektrisch leitend miteinander verbunden
werden, z. B. dadurch, daß sie fest aneinander angepreßt, miteinander verschweißt
oder der eine als galvanischer Überzug auf den anderen aufgebracht oder auch durch
andere Mittel mit diesem verbunden bzw. vereinigt wird. Bei
Hohlelektroden
ist das Material entweder von vornherein so zu wählen, daß die Gase hindurch diffundieren
können; oder man gibt ihm eine Form, die für eine ausreichende Diffusion sorgt:
man macht es z. B. porös. Das aktive :Material kann aber auch in Löchern, Poren
usw. des gut den Strom leitenden :Materials untergebracht werden, oder wenn es als
Belag ausgeführt wird, ganz oder teilweise auf einer oder auf beiden Seiten des
stromleitenden Materials aufgetragen oder befestigt werden. Statt dessen kann die
Anordnung auch umgekehrt getroffen werden.
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Bei DurchführungderGas-kette m:itWasserstoff und Sauerstoff und Verwendung
von K O H oder NaOH als Elektrolyten ist es vorteilhaft, die Wasserstoff verbrauchende
Elektrode (Stromleiter und aktive Oberfläche) aus Eisen, Nickel oder ähnlichem Material
herzustellen. Man kann sie dann, wenn erwünscht, noch mit einem z. B. galvanischen
Überzug oder einem Belag von Platin, Palladium o. dgl. versehen, um die Reaktion
noch mehr zu beschleunigen. Die Sauerstoffelektrode fertigt man aus Nickel, vernickeltem
Eisen o. dgl., und versieht sie mit einem aktiven Belag aus Kohle, Platin o. <g1.,
oder man preßt die Elektrode an eine dünne Kohleplatte o. dgl. an. Es sind mehrere
von den genannten abweichenden Ausführungsformen möglich, die nicht alle aufgezählt
werden können, die jedoch sämtlich im Rahmen der Erfindung bleiben.
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Bei Verwendung von Kohle als aktivem Belag kann diese zwischen die
durchlässige Elektrode und das Diaphragnia eingebettet werden. Der Elektrolvtumlauf
berührt dann mir Teile des eingespannten Diaphragmas und zum größten Teil nur die
freien Rückseiten der Elektroden, an welchen vorzugsweise die Gasreaktion stattfindet.
Das Diaphragma ist damit zuverlässig vor mechai.ischer Beanspruchung geschützt.
Weiter wird durch diese Anordnung verhindert, daß in das Diaphragma eindringender
Elektrolyt die Poren erweitert, daß also das Diaphragma aufquillt, wodurch merkliche
Verluste durch Gasmischung auftreten könnten.
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Als Elektrolvt benutzt man vorteilhaft K O H oder auch Na O H.
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Die beiden Gaselektrolvtumläufe müssen getrennt gehalten werden, um
eine Gasmischung zu Vermeiden, da mit einer solchen Verluste auftreten würden.
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Das sich bei der Durchführung des Verfahrens bildende Wasser wird
entweder fortwährend oder zu manchen Zeiten dem Elektrolyten entzogen. Dies geschieht
dadurch, daß verdünnte Lauge abgeführt und eingedickte Lauge zugeführt wird. Die
Eindampfung der dünnen Lauge kann in einem Behälter, der an den Druckapparat direkt
angeschlossen ist und unter dem gleichen Druck arbeitet, vorgenommen werden. Dabei
wird der entweichende Wasserdampf gleich in einem ebenfalls unter dem Druck der
Anluge liegenden Kondensator niedergeschlagen.
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Die dünne Lauge kann aber auch abgezogen und außerhalb des Druckapparates
eingedampft werden. Dabei betreibt man vorteilhaft die Laugenzuführungspumpe mit
der Energie, die beim Abnehmen der dünnen Lauge und des in ihr gelösten und bei
Druckentlastung expandierenden Gases gewonnen wird. Desgleichen kann der entweichende
Wasserdampf unter Expansion zur Arbeitsleistung nutzbar gemacht werden, insbesondere,
wenn die Eindampfanlage unter dem Druck der Gaskette betrieben wird.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt, und zwar zeigt-Fig. i eine Gesamtanordnung
für ein sogenanntes Brennstoffelement gemäß der Erfindung. für hohen Druck von z.
B. Zoo at, Fig.2 in größerem Maßstab einen Teil der Elektrodenanordnung bei Bipolarschaltung,
Fig. 3 in noch größerem Maßstab den oberen Teil der Fig. 2, Fig. ,4 einen Teil der
Elektrodenanordnung bei Parallelschaltung.
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Fig. i zeigt nur einen Gas- und Elektrolytumlauf; die gleiche Anordnung
ist für den zweiten Gas- und Elektrolytumlauf unmittelbar dahinter zu denken. Im
Zellenkörper des Brennstoffelementes laufen die beiden Gas-, und Elektrolytumläufe
getrennt in je zwei parallelen Kanälen in der Längsrichtung des Zellenkörpers, und
zwar verlaufen unterhalb der Zellen zwei Zulaufkanäle und oberhalb der Zellen zwei
Ablaufkanäle.
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In einem Druckgefäß i liegt isoliert der Zellenkörper 2, der aus einzelnen
Elektrolyt-und Elektrodenräumen besteht. Die Elektroden 3 sind in Fig. i bipolar
geschaltet gezeigt und jeweils durch Diaphragmen 4 getrennt. Dadurch entstehen beiderseits
der Diaphragmen die Elektrolyträume 5 und 6. Alle Elektrolyträume 5 werden von einem,
alle Elektrolyträume 6 von einem andern Gas bzw. Gas-Elektrolyt-Gemisch durchströmt.
Die Elektrolyträume münden unten abwechselnd in den einen oder den anderen der getrennten
Zulaufkanäle und oben ebenso abwechselnd in je einen der Ablaufkanäle. Von den vier
Kanälen ist nur ein Zulaufkanal 14 und ein Ablaufkanal 15 gezeichnet; in diesen
beiden Kanälen strömt der eine Gaselektrolyt, z. B. Wasserstoff mit Alkalilauge.
In den beiden anderen nicht gezeichneten Kanälen strömt der andere Gaselektrolyt,
z. B. Sauerstoff mit Alkalilauge; für die beiden Kanäle und den
anschließenden
Umlauf gilt das gleiche, was im folgenden für den Wasserstoff-Elektrolyt-Umlauf
gesagt wird. ' Der benötigte Wasserstoff wird durch das Rohr 7 unter Druck in das
'Gefäß 8 geführt, wo er sich mit dem unverbrauchten, aus dem Elektrolytumlauf entweichenden
Gas mischt und durch das Rohr 9 von einer Umwälzpumpe io angesaugt und durch das
Rohr i i mit Düsen in einem Gefäß 12 in den Elektrolyten gepreßt bzw. gespritzt
wird. Der Elektrolyt besteht in diesem Fall aus Alkalilauge, z. B. KOH, und strömt
durch das Rohr'i3 dem Gefäß i2 zu.
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Die in dem Gefäß i2 mit Gas gesättigte und auch mit Gas vermischte
kalte Lauge strömt in den Kanal 14 und von hier jeweils in die, entsprechenden Zellenräume
5, wobei ein Teil des Wasserstoffes an die Elektroden abgegeben wird. Bei der Umsetzung
in Wasser und elektrische Energie wird der Elektrolyt, da er vom elektrischen Strom
durchflossen wird, erwärmt, und sammelt sich wieder im Längskanal 15. Vom
Längskanal 15 aus wird der Elektrolyt durch die Auftriebskraft der noch in ihm vorhandenen
Gasbläschen durch das Rohr 16 in das Gefäß 8 geführt, wo sich das. unverbrauchte
Gas mit dem neu hinzutretenden vermischt. Der Elektrolyt fließt durch das Rohr 17
und anschließend daran durch das Rohr 13 in das Gefäß 12 zurück, wo er wieder mit
Gas vermischt wird. Das Rohr 17 ist mit einem Kühlmantel 18 umgeben, der von einem
Kühlmittel, z. B. Wasser, durchspült wird, um den Elektrolyten wieder herabzükühlen.
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Der Zellenkörper, dem die erzeugte elektrische Energie durch-die Stromabführungen
25 und 26 abgenommen wird, liegt elektrisch isoliert im Druckgefäß i, dessen Wandung
einen Raum i9 zwischen sich und dem Zellenkörper frei läBt. Dieser Raum wird von
einem gasförmigen oder auch flüssigen elektrisch isolierenden - Stoff durchströmt
oder, ausgefüllt, der den Zellenkörper umspült.
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Im vorliegenden Fall wird ein flüssiges Isoliermittel verwendet, das
im Gefäß 21 enthalten ist und durch das Rohr 2o dem Druckgefäß i zugeführt wird.
Das Gefäß 2o ist durch die Rohrleitung 22 mit einer Gasleitung, und zwar hier mit
der Wasserstoffgasleitung 9 verbunden, so daß das Isoliermittel annähernd den gleichen
Druck auf den Zellenkörper ausübt wie der Elektrolyt.
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Wenn man den Zellenkörper mit einem gasförmigen Isoliermittel !umgibt,
führt man am besten das Wasserstoffgas aus demTopf 8 durch die Rohrleitung 23 dem
Druckgefäß i zu, und nimmt es durch die Rohrleitung 24 ab, die zur Pumpe führt.
Bei dieser Anordnung kommt die Rohrleitung 9 natürlich in Fortfall. In beiden Fällen
hat die Füllung mit dem Isoliermittel oder das Durchleiten eins isolierenden Mittels
den Zweck, infolge von Undichtigkeiten aus den Zellen sickernde Elektrolytflüssigkeit
mit dem Strom des Isoliermittels zvegzuleiten, um eine dauernde gute. Isolierung
zu gewährleisten.
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Zur Regelung des Elektrolytumlaufes ist das Rücklaufrohr 13 noch mit
einem Drosselventil 27 versehen. Der Gasumlauf kann außer mit der Pumpe io noch
mit Hilfe eines Drosselventils 28 geregelt werden. Da die Reaktionsgeschwindigkeit
und der Wirkungsgrad der Anlage mit der Betriebstemperatur steigt, ist, um eine
möglichst hohe Betriebstemperatur auch bei kleinen Belastungen aufrechterhalten
zu können, das Steigrohr 16 mit einer Heizung 29 versehen. Bei normaler Stromabgabe
wird indessen der Elektrolyt infolge des Stromdurchganges so erwärmt, daß er mittels
der Kühlung 18 gekühlt werden muß.
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Zur Entfernung des beim Prozeß entstehenden Wassers, das allmählich
die Lauge verdünnt, wird fortwährend ein Teil der Lauge im Rücklaufrohr 17 durch
das Rohr 31 bzw. g i' entnommen, das vor bzw. hinter der Kühlvorrichtung 18 angeschlossen
werden kann. Das Rohr 3 1 bzw. 31' führt zu einem Zylinder, in dem unter
dem Druck der verdünnten- Lauge und Entspannung des in ihr gelösten Gases ein Kolben
3o hin und her geht, der die bei einem" Hub in den Zylinder eintretende verdünnte
'Lauge beim entgegengesetzten Hub durch das Rohr 32 in einen Verdampfungskesse133
drückt. Dieser Kolben 3o arbeitet mit einem Kolben 30' zusammen, der die bei einem
Hub durch das Rohr 35 eintretende wieder eingedickte Lauge beim entgegengesetzten
Hub durch das Rohr 36 in das Rohr 13 drückt. Der Verdampfungskessel wird durch irgendwelche
Mittel, z. B. durch einen Brenner -3 ¢, geheizt und dabei das überflüssige Wasser
verdampft. Die am Apparat befindlichen verschiedenen Ein-1aß- und Auslaßhähne oder
Ventile sind nicht bezeichnet. Der aus dem Verdampfungskessel 33 austretende Wasserdampf
wird kondensiert und gegebenenfalls, wenn die Verdampfungsanlage unter Druck arbeitet,
unter Expansion zur Arbeitsleistung benutzt.
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Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der Elektroden bei der in der Gesamtanordnung
(Fig. i) verwendeten Bipolarschaltung, bei der auf der einen Seite von Trennungswänden
51 Sauerstoff, auf der anderen Seite Wasserstoff verbraucht wird. Die bipolar arbeitenden
Trennungswände 51 sind, wie es in Fig. 3 in großem Maßstabe dargestellt ist, auf
beiden Seiten noch mit besonders durchlochten Elektroden leitend verbunden. Auf
der einen
Seite drücken sie die mit ihnen durch Stäbchen 54 verbundenen
Sauerstoffelektroden 47 an kleine Kohleplatten 48 und diese nieder= auf Asbestdiaphragmen
49, und auf der anderen Seite werden mittels der Stäbchen 55 die Wasserstoffelektroden
50 auf die andere Seite der Diaphragmen 49 gepreßt. Der Wasserstoff und der
Elektrolyt durchströmen die Elektrolyträume 52 und gelangen durch Öffnungen 56 in
den Sammelkanal 57. Zugeführt wird der Wasserstoff und der Elektrolyt durch den
Sammelkanal 59 mit den Öffnungen 58 (s. Fig. 2). Der Sauerstoff durchströmt
mit dem Elektrolyten entsprechende nicht gezeichnete Kanäle und Öffnungen sowie
die Elektrolyträume 53.
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Die Fig.4 zeigt in etwas größerem Maßstab die Anordnung der Elektroden
und Diaphragmen im Zellenkörper, wenn die Elektroden parallel geschaltet werden
und aus durchlochten Blechen bestehen.
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Die Sauerstoffelektroden 37, die aus Nickel oder vernickeltem Eisen
bestehen, sind durchlocht und liegen an einer porösen Kohlenscheibe 38 an, welche
zur Aktivierung des Sauerstoffs dient. Die Kohlenscheiben 38 «-erden ihrerseits
durch die Sauerstoffelektroden fest an das Diaphragma 39 gepreßt, das am besten
aus Asbestpappe besteht und ziemlich dünn sein kann. Von der anderen Seite drücken
die Wasserstoffelektroden 40, die aus Eisen bestehen, auf die Asbestpappediaphragmen.
Durch Aneinanderreihen solcher Einheiten erhält man Elektrolyträume 41 und 42, die
auf zwei Seiten von Elektroden begrenzt werden. Die Wasserstoffelektrolyträume 41
sind jeweils oben und unten mit Sammelkanälen 45 und 46 durch Öffnungen 43 und
44 verbunden. Auch die Sauerstoffelektrolyträume 42 sind mit solchen Sammelkanälen
durch Öffnungen verbunden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Sauerstoff-
und Wasserstoffelektroden können nun auf den den Elektrolyträumen zugekehrten Oberflächen
mit dünnen Überzügen aus den, wie bekannt, besonders geeigneten Elementen der fünften,
sechsten und siebenten Periode des periodischen Systems, also z. B. Tantal, Palladium
usw., versehen werden.
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Bei Betrieb des Elementes laden sich die Wasserstoffelektroden negativ,
die Sauerstoffelektroden positiv auf und liefern an den Klemmen 25 und -26 dauernd
die gewünschte Spannung.