DE422530C

DE422530C - Decomposer for pressure electrolysis

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Publication number: DE422530C
Application number: DEV20031D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1925-03-19
Filing date: 1925-03-19
Publication date: 1925-12-04

Description

Für die elektrolytische Zersetzung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten in druckfesten Gefäßen ist es in stärkerem Maße als für die Zersetzung bei Atmosphärenspannung erwünscht, eine möglichst große Elektrodenoberfläche in einem gegebenen, verhältnismäßig kleinen Elektrolytraum unterzubringen; * denn das Druckgefäß, das die Elektroden umhüllt, wird um so kostspieliger, je größerFor the electrolytic decomposition of water or other liquids in pressure-resistant Vessels it is more desirable than for decomposition at atmospheric tension, to accommodate the largest possible electrode surface in a given, relatively small electrolyte space; * because the pressure vessel that surrounds the electrodes becomes more expensive the larger it is

ίο sein Rauminhalt werden muß. Auch ist es besonders aus Festigkeitsrücksichten erwünscht, den Durchmesser des Druckgefäßes möglichst klein zu halten. Andererseits wird es bei sehr eng liegenden Elektrodenflächen schwierig, eine wesentliche Ursache für die Verunreinigung, d. h. Mischung der Gase, zu vermeiden, die darin besteht, daß Stockungen der Gasabfuhr in der Nähe der Erzeugungsstellen auftreten. Deshalb ist es erforderlich, trotz der durch große Oberflächen hervorgerufenen kräftigen Gaserzeugung sowohl dem von seiner Erzeugungsstelle abziehenden Gas als auch dem neu zuzuführenden Elektrolyten einen ganz bestimmten, zur Aufnahme der Strömung geeigneten Weg vorzuschreiben.ίο its volume must be. It is also special Desired for reasons of strength, the diameter of the pressure vessel if possible to keep it small. On the other hand, if the electrode surfaces are very close together, it becomes difficult a major cause of the contamination, d. H. Mixing the gases to avoid which consists in stoppages in gas discharge in the vicinity of the generating points appear. This is why it is necessary in spite of the large surface areas vigorous gas generation both the gas withdrawn from its point of generation and the new electrolyte to be added is a very specific one that is suitable for absorbing the flow Way to prescribe.

Zu diesem Zwecke bestehen die Elektroden gemäß der Erfindung aus eng nebeneinanderliegenden, lotrechten Streifen und zwischen ihnen in Höhenabständen und in schräger Richtung angeordneten Kämmen oder Abstreifblechen, die die an den Längswandungen der Streifen, insbesondere an den Kanten, entstehenden Gasbläschen ihrem zum Gassammelraum führenden, außerhalb der Elektrode gelegenen Weg zuleiten. Wenn auch diese Ausgestaltung der Elektroden für hintereinandergeschaltete, in einem Elektrolytraum untergebrachte Zellen verwendet werden kann, so eignet sie sich infolge der großen Elektrodenflächen besonders gut für solche Zersetzer, die mit sehr großen Stromstärken arbeiten, wobei gegebenenfalls in jedem Druckgefäß nur eine Kathode und eine Anode angeordnet, dagegen zur Erreichung der Betriebsspannung eine größere Anzahl derartiger Druckgefäße hintereinandergeschaltet sind.For this purpose, the electrodes according to the invention consist of closely spaced, vertical stripes and between them at height intervals and at an angle Direction arranged combs or scraper plates, which are attached to the longitudinal walls of the strips, especially at the edges, resulting gas bubbles their to the gas collection space leading path outside the electrode. Even if this configuration of electrodes for series-connected, housed in an electrolyte compartment Cells can be used, so it is suitable due to the large electrode areas especially good for those decomposers that work with very high currents, possibly in each pressure vessel only one cathode and one anode arranged, however, to achieve the operating voltage a larger number of such pressure vessels are connected in series.

Zweckmäßig werden hierbei die zu jeder Elektrode gehörenden lotrechten Streifen radial ringartig angeordnet und in Einschnitten gehalten oder geführt, die radial in oben und unten angeordneten Ringen liegen. Die beiden Elektrodenkörper bilden somit zwei röhrenförmige Gerippe, die mit möglichst geringem, gegebenenfalls durch ein Diaphragma ausgefülltem Abstand konzentrisch ineinanderliegen. The vertical strips belonging to each electrode are useful here arranged radially in a ring and held or guided in incisions, the radially in the top and rings arranged below. The two electrode bodies thus form two tubular framework, with as little as possible, possibly by a diaphragm filled spacing lie concentrically inside one another.

Auf der Zeichnung sind als Beispiele einige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens schematisch veranschaulicht, und zwar zeigtSome embodiments of the inventive concept are shown as examples in the drawing schematically illustrated, namely shows

Abb. ι einen Längsteilschnitt durch das Druckzersetzergefäß.Fig. Ι a partial longitudinal section through the pressure decomposition vessel.

Abb. 2 stellt schaubildlich und teilweise im Schnitt die Halteringe für die Elektrodenstreifen dar, währendFig. 2 shows diagrammatically and partially in section the retaining rings for the electrode strips dar while

Abis. 3 den oberen Teil des Druckzersetzergefäßes einer etwas abgeänderten Ausführung undAbis. 3 the upper part of the pressure decomposition vessel of a somewhat modified version and

Abb. 4 eine Art der Hintereinanderschaltung mehrerer Druckzersetzergefäße veranschaulicht. Fig. 4 illustrates a type of series connection of several pressure decomposition vessels.

Die Teile der Elektroden, die in der Hauptsache an der Zersetzung der Elektrolyten teil-The parts of the electrodes that mainly take part in the decomposition of the electrolytes

nehmen, bestehen aus möglichst eng andnandergestellten, lotrechten Blechstreifen a. die, wenn das Zersetzergefäß, wie dies mit Rücksicht auf die Festigkeit zweckmäßig erscheint, zylindrisch ausgeführt ist, am besten radial im Ringe angeordnet sind. In diesem Falle werden die Streifen« oben und unten oder an anderer geeigneter Stelle durch Metallringe b bzw. c (Abb. 2) gehalten. An jedem dieser Ringe sitzt eine Reihe schmaler Zähne b_v C₁, die bei dem Ring b durch radiale Einschnitte von innen, beim Innenring c durch radiale Schnitte von außen hergestellt sind, und deren Abstand gleich der Dicke eines Elektrodenstreifens α ist. Die langen Streifen α werden in die Zahnlücken mit ihrem einen Ende eingeklemmt oder in beliebiger anderer Weise befestigt. Der Ring b gehört zu der einen, der Ring c zu der anderen Elektrode. Sie liegen daher zweckmäßig konzentrisch in einem geringen Abstand voneinander, wie er für den Stromübergang zwischen den beiden Gruppen von Elektrodenstreifen erwünscht ist. Zweckmäßig ist der Raum zwisehen den beiden Elektrodanringen b und c durch einen Isolierring d ausgefüllt, der sich in einem die beiden Elektroden trennenden Diaphragma g fortsetzen kann.take, consist of vertical metal strips placed as closely together as possible a. which, if the decomposition vessel is designed to be cylindrical, as is appropriate with regard to strength, are best arranged radially in the ring. In this case the strips are held at the top and bottom or in another suitable place by metal rings b or c (Fig. 2). On each of these rings there is a row of narrow teeth b _v C ₁ , which are made in the ring b by radial incisions from the inside, in the inner ring c by radial cuts from the outside, and the distance between them is equal to the thickness of an electrode strip α . One end of the long strips α is clamped into the gaps between the teeth or fastened in any other way. Ring b belongs to one electrode, ring c to the other electrode. They are therefore expediently concentrically at a short distance from one another, as is desired for the current transfer between the two groups of electrode strips. The space between the two electrode rings b and c is expediently filled by an insulating ring d which can continue in a diaphragm g separating the two electrodes.

Bei dieser Anordnung können, wie ersicht-Hch, außerordentlich große Elektrodsn'fLächen auf engem Raum einander gegenübergestellt werden, insbesondere dann, wenn die Stärke der Zähne C₁ sowohl wie die der Streifen a möglichst schwach gewählt ist. Die Gasentwicklung kann bei solcher Anordnung durch Zuführung einer großen Stromstärke derart gesteigert werden, daß sich die Gase schon an ihrer Entstehungsstwlle, die insbesondere an den Kanten der Streifen liegt, stauen würden, wenn nicht für eine geordnete Führung der Gasbläschen von ihrer Entstehungsstelle zum Gassammeiraum gesorgt würde. Zu diesem Zweck sind in geeignetem Höhenabstand voneinander Kämme oder Abstreifer e bzw. / angeordnet, die aus kegelstumpfförmigen Blechen bestehen und zweckmäßig von den Elektrodenstreifen ä- durchsetzt werden. Die. Neigung der Kegelwände ist so gewählt, daß die zur äußeren Elektrode gehörenden Blechkegel e nach einer unten liegenden, die der inneren Elektrode angehörenden .Blechkegel / nach einer oben liegenden Spitze weisen. Der Höhenabstand der Kämme e bzw. / ist um so kleiner, je dichter die Streifen « angeordnet sind, d/h. je kräftiger die Gasentwicklung ist.With this arrangement, as can be seen, extremely large electrode surfaces can be juxtaposed in a small space, especially when the thickness of the teeth C ₁ and that of the strips a are chosen to be as weak as possible. With such an arrangement, the gas development can be increased by supplying a high current intensity in such a way that the gases would accumulate at their origin, which is especially at the edges of the strips, if an orderly guidance of the gas bubbles from their point of origin to the gas collection room was not ensured would. For this purpose, combs or strippers e or / are arranged at a suitable height spacing from one another, which consist of frustoconical sheets and are expediently penetrated by the electrode strips. The. The inclination of the cone walls is chosen so that the sheet metal cones e belonging to the outer electrode point towards a point below, the sheet cone belonging to the inner electrode point towards an upper point. The height spacing of the ridges e or / is the smaller, the closer the stripes are arranged, d / h. the stronger the gas evolution.

Bei der Elektrolyse entwickelt sich das GasThe gas is evolved during electrolysis

hauptsächlich an den Kanten der Streifen a. mainly at the edges of the strips a.

Es steigt von hier aufwärts, bis es gegen die Unterseite der Kämme e bzw. / trifft, und wird abgelenkt, so daß es aus dem Gasbildungsraum zwischen den Streifen α abg:führt wird, und zwar bei der äußeren Elektrode nach außen zur druckfesten Wandung h des Gefäßes hin, bei der Innenelektrode mittels der Kämme / in den zylindrischen Hohlraum dieser Elektrode. Zweckmäßig haben die Elektroden e, f eine von unten nach oben abnehmende Länge, so daß die durch die Kämme e, f weggeführten Gasströme mögliehst schichtweise nebeneinander nach aufwärts in den Sammelraum steigen.From here it rises upwards until it hits the underside of the ridges e or / and is deflected so that it is discharged from the gas formation space between the strips α , namely at the outer electrode outwards to the pressure-resistant wall h of the vessel towards the inner electrode by means of the combs / into the cylindrical cavity of this electrode. The electrodes e, f are expediently of a length that decreases from bottom to top, so that the gas streams carried away by the combs e, f rise as possible in layers next to one another upwards into the collecting space.

Um andererseits auch eine möglichst geordnete, durch den Gasstrom nicht beeinträchtigte Zuführung des Elektrolyten zu den Gaserzeugungssteilen zu erreichen, sind die Abstreifer e, f von Rohrstücken / durchsetzt. Diese Rohrstücke können bis zu dem Boden des Gefäßes, wo sich die Zuführung des frischen Elektrolyten befindet, verlängert werden; doch genügt es auch, daß sie, wie dies Abb. ι zeigt, nur eine kurze Hülsenform besitzen, falls nur ihre untere Mündung I₁ tiefer liegt, als die Dicke des Gasstromes beträgt, der auf der Unterseite der Kämme e, f nach oben streicht.In order, on the other hand, to also achieve an orderly supply of the electrolyte to the gas generating parts that is not impaired by the gas flow, the wipers e, f are penetrated by pipe sections /. These pipe sections can be extended to the bottom of the vessel where the fresh electrolyte feed is located; but it is also sufficient that, as shown in Fig. 1, they have only a short sleeve shape, if only their lower mouth I _{1 is} lower than the thickness of the gas stream that sweeps upwards on the underside of the ridges e, f .

Die Abstreifer oder Kämme e dienen, besonders bei Verbrauch großer Stromstärken, zusammen mit der Wand h des Druckgefäßes zweckmäßig als Stromzuführung. In diesem Falle können an einzelnen Stellen ihres Umfanges federnde Ansätze an ihnen angebracht sein, "die sich an die. Innenseite der Gefäßwandung k anlegen. " Zur geregelten Elektrolytzufuhr zum gesamten Zersetzergefäß ist es ferner erwünscht, einen möglichst ruhigen, durch stürmische Gasentwicklung nicht unterbrochenen Elektrolytspiegel im Gefäß zu halten, dessen Hohe möglichst gleichbleibt. ' Dies kann durch die in Abb. 3 dargestellte Ausführung erreicht-' werden. Zwischen die Elektrodenstreifen a, ihre Abstreifer e, f und die z. B. gleichfalls kegelförmig gestalteten Halteringe b, c einerseits und die Gefäßwandung h bzw. dessen Deckel k anderseits sind hier' glockenförmige Blechzylinder m, η eingesetzt, die also die Elektroden der Außenwandung gegen·= über umhüllen. Die Zylinder tn und ti sind mit ihren Wänden tn_v H₁, die durch eine sich gegebenenfalls " in das Diaphragma g fortsetzende Isolierschicht voneinander getrennt sind und die bis unter den sich in ihrem Innern bildenden Elektrolytspiegel ρ hinabreichen, konzentrisch ineinandergeführt.The scrapers or combs e , especially when large currents are being used, are expediently used together with the wall h of the pressure vessel as a power supply. In this case, resilient lugs can be attached to them at individual points on their circumference, "resting against the inside of the vessel wall k ." For the regulated supply of electrolyte to the entire decomposition vessel, it is also desirable to have an electrolyte level that is as calm as possible and not interrupted by the stormy evolution of gas to keep in the vessel, the height of which remains as constant as possible. 'This can be achieved by the design shown in Fig. 3-'. Between the electrode strips a, their scrapers e, f and the z. B. also cone -shaped retaining rings b, c on the one hand and the vessel wall h or its cover k on the other hand, bell-shaped sheet metal cylinders m, η are used here, which thus enclose the electrodes of the outer wall towards · = about. The walls tn and ti are concentrically nested with their walls tn _v H ₁ , which are separated from one another by an insulating layer which optionally continues into the diaphragm g and which reach down to below the electrolyte level ρ forming inside them.

Der äußere glockenförmige Zylinder m_s an dessen Innenwand sich die federnden Ansätze der Kämme e legen, steht durch Zwischenbleche m₂ in stromleitender Verbindung mit der Gefäßwand h, während die Stromzuführung zu der inneren Elektrode durch ein Rohr k_x erfolgt, das von der Mitte des dieThe outer bell-shaped cylinder m _s on the inner wall of which the resilient lugs of the combs e are in electrical connection with the vessel wall h through intermediate plates m ₂ , while the current is supplied to the inner electrode through a tube k _x that runs from the center of the the

andere Elektrode der Zelle bildenden und demnach von der Wandung A isolierten Dekkels nach abwärts, ragt. Dieses Rohr, das zugleich zur Elektrolytzufuhr für die Mittelelektrode dient, steht mit federnd angedrückten Ansätzen leitend mit den Kämmen / der mittleren Elektrode in Verbindung.the other electrode of the cell forming and therefore insulated from the wall A cover downwards, protrudes. This tube, which is also used to supply the electrolyte to the center electrode is used, is conductively connected to the combs / the central electrode with spring-loaded lugs.

Der Elektrolyt wird der Außenelektrode und der Innenelektrode getrennt zugeführt,The electrolyte is fed separately to the outer electrode and the inner electrode,

ίο und zwar erfolgt die Elektrolytzufuhr zu der äußeren Elektrode beispielsweeise durch ein Rohr q von einem höher gelegenen Gefäß aus. Es bildet sich nun oberhalb der Glocke des Zylinders m bei r ein Elektrolytspiegel, der von den aufsteigenden Gasblasen nicht gestört wird. Der neu zugeführte Elektrolyt sinkt ungehindert in dem Zwischenraum s zwischen dem Zylinder m und der Wandung h nach unten. Da er, im Gegensatz zuίο and that the electrolyte is supplied to the outer electrode, for example, through a tube q from a vessel located higher up. An electrolyte level now forms above the bell of the cylinder m at r , which is not disturbed by the rising gas bubbles. The newly supplied electrolyte sinks down unhindered in the space s between the cylinder m and the wall h . Because he, as opposed to

so dem Elektrolyten, im Innern das Zylinders m nicht mit Gasblasen durchsetzt ist, hat er ein größeres spezifisches Gewicht als die im Innern des Zylinders tn aufwärts strebende Elektrolytmasse. Der frische Elektrolyt du ktIf the electrolyte in the interior of the cylinder m is not penetrated by gas bubbles, it has a greater specific weight than the electrolyte mass which strives upward in the interior of the cylinder tn. The fresh electrolyte you kt

as also die Gasblasen im Innern kräftig nach oben. Für die Innenelektrode kann die Elektrolytzufuhr durch die Leitung k₂ in der Mitte des Deckels erfolgen, die sich in die Mittelbohrung des Rohres k_x bis nahe zum Boden des Gefäßes fortsetzt. Auch hier wird durch diese Art der Elektrolytzufuhr ein kräftiges Nachfließen des frischen Elektrolyten erreicht. Gegebenenfalls kann durch je eine dünne Drosselbohrung ein Druckausgleich zwischen den Gasräumen oberhalb der Spiegel ρ und r bzw. r_t vorgesehen werden. as the gas bubbles inside are strongly upward. For the inner electrode, the electrolyte can be supplied through the line k ₂ in the center of the lid, which continues into the central bore of the tube k _x to close to the bottom of the vessel. Here, too, this type of electrolyte supply ensures that the fresh electrolyte continues to flow vigorously. If necessary, a pressure equalization between the gas spaces above the levels ρ and r or r _t can be provided through a thin throttle bore.

Die Anordnung und Hintereinanderschaltung der Druckgefäße dieser Art für sehr hohe Stromstärken ist in Abb. 4 angedeutet. Der Strom wird etwa der Mitte der Gefäßwandung A₁ zugeführt, so daß jeder Gefäßquerschnitt etwa mit der Hälfte der großen Strommenge belastet ist. Der Strom wird dann dem die Kathode bildenden Dekkel des Gefäßes entnommen, um wieder der Mitte des Nachbargefäßes zugeführt zu werden.The arrangement and series connection of the pressure vessels of this type for very high currents is indicated in Fig. 4. The current is fed approximately to the middle of the vessel wall A ₁ , so that each vessel cross-section is loaded with approximately half the large amount of current. The current is then taken from the lid of the vessel, which forms the cathode, in order to be fed back to the center of the neighboring vessel.

Claims

P ATENT APPLICATION S:

i. A decomposer for pressure electrolysis with a number of electrodes, characterized in that that each electrode consists of closely spaced, vertical strips and between them at vertical intervals and combs or scraper plates arranged in an oblique direction.

2. decomposer according to claim 1, characterized in that the radially in the rings arranged strips of the two closely spaced, electrodes, possibly separated by a thin diaphragm, are held or guided in incisions which lie radially in rings arranged above and below.

3. decomposer according to claim 1 or 2, characterized in that the unimpeded Electrolyte supply to the through the neighboring strip walls and two consecutive Electrode chambers formed by wipers, the wipers are interrupted by sleeve pieces lower opening outside of the slide along the underside of the scraper Gas flow lies.

4. decomposer according to claim 1 or subclaims, characterized in that that the power supply from the wall to the electrode strip by resilient Approaches or combs are made that lie against the wall.

5. decomposer according to claim 1 or subclaims, characterized in that that the electrolyte is supplied to a special electrolyte level, that of the one to which the gas bubbles rise, is separated.

6. decomposer according to claim 1 or subclaims, characterized in that that between the electrode bodies and the wall of the decomposer a bell-shaped Sheet metal cylinder is switched on, outside of which the fresh electrolyte is supplied.

7. decomposer according to claim 1 or subclaims, characterized in that that when several pressure vessels are connected in series for large currents, the current is at half the height of the cylindrical Vessel wall is supplied and removed from the vessel lid for forwarding to the center of the next vessel.

1 sheet of drawings.