DE453275C

DE453275C - Electrolysis in pressure-tight vessels

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Publication number: DE453275C
Application number: DEV20032D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1925-03-13
Filing date: 1925-03-13
Publication date: 1927-12-06

Description

Die Trennung elektrolytisch erzeugter Gase im Zersetzergefäß wird gemäß der Erfindung dadurch wesentlich vereinfacht und vervollkommnet, daß der Druck, unter dem die Elektrolyse in dem druckfesten Zersetzergefäß stattfindet, so hoch gewählt wird, daß das eine der beiden zur Ausscheidung kommenden Gase schwerer als die umgebende Flüssigkeit wird. Wenn bei der elektrolytischen Wasserzersetzung, die im folgenden allerdings nur als Beispiel des allgemeinen Erfindungsgedankens näher beschrieben wird, der Druck im Zersetzergefäß auf über 500 Atmosphären gesteigert wird, so ist die Verdichtung der ausgeschiedenen Gase so hoch, daß der Sauerstoff spezifisch schwerer als der Elektrolyt wird und daher von seiner Elektrode nach unten sinkt, während der Wasserstoff, der auch dann noch spezifisch leichter ist als der Elektrolyt, wie sonst aufwärts steigt.The separation of electrolytically generated gases in the decomposition vessel is carried out according to the invention this greatly simplifies and perfects the pressure under which the electrolysis takes place in the pressure-resistant decomposition vessel, is chosen so high that one of the two gases that are excreted heavier than the surrounding liquid will. If in the case of electrolytic water decomposition, however, the following only applies as an example of the general inventive concept is described in more detail, the pressure in Decomposition vessel is increased to over 500 atmospheres, so is the compression of the precipitated Gases so high that the oxygen becomes specifically heavier than the electrolyte and therefore from its electrode downwards decreases, while the hydrogen, which is also specifically lighter than the electrolyte, as usual rises upwards.

Ein weiterer Vorteil dieser Trennung der Gase unter Zuhilfenahme ihrer verschiedenen spezifischen Gewichte liegt darin, daß nun auch die Gaszersetzung, die durch Nebenschlußströme im Elektrolyten hervorgerufen wird, keine Verunreinigung der ausgeschiedenen Gase hervorrufen kann, da sich die Gase, gleichgültig an welcher Stelle sie erzeugt werden, stets schon durch ihr verschiedenes spezifisches Gewicht voneinander scheiden. Daher eignet sich die Erfindung auch besonders gut für Zersetzer, in denen Elektroden hintereinandergeschaltet sind, so daß im Elektrolyten eine Elektrodensäule mit stufenweis abnehmender Spannung liegt.Another advantage of this separation of gases with the help of their different specific gravity lies in the fact that now also the gas decomposition caused by shunt currents is caused in the electrolyte, can cause no contamination of the excreted gases, since the Gases, irrespective of where they are generated, are always different from each other separate specific gravity from one another. The invention is therefore also particularly suitable for decomposers in which Electrodes are connected in series, so that an electrode column with in the electrolyte gradually decreasing voltage.

Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens ist schematisch auf der Zeichnung inOne of the numerous possible embodiments of the inventive idea is schematically on the drawing in

Abb. ι im Teilschnitt dargestellt, währendFig. Ι shown in partial section, while

Abb. 2 schaubildlich einen Einzelteil dieser Ausführungsform zeigt.Fig. 2 shows diagrammatically an individual part of this embodiment.

Die dargestellte Vorrichtung, die zur Zersetzung von Wasser oder beliebigen anderen Elektrolyten dienen kann, enthält im Innern der druckfesten Gefäßwandung α eine Reihe übereinandergesetzter, aus Blechen zusammengestellter Ringkörper, deren einer in dem Schnitt der Abb. 1 durch stärkere Striche hervorgehoben ist. Die Körper sind durch kegelringförmige Isolierstücke b voneinander getrennt. Jeder Körper besteht aus den Hauptteilen c und d von im ganzen hohlzylindrischer Form. Diese Teile sind der Höhe nach gegeneinander versetzt, hängen jedoch durch das Ringstück e miteinander zusammen. Der Außendurchmesser des Teiles c ist so gewählt, daß er etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Teiles d. Auf diese Weise können die Körper c, d derart ineinandergefügt und, unter Zwischenschaltung des Isolators b, ?■; übereinandergesetzt werden, daß der Teil c die eine, z. B. die negative Elektrode der einen Zersetzerstufe, und der mit ihm verbundene Teil d die andere, z. B. positive Elektrode der nächstfolgenden Zersetzerstufe bildet, wobei 6g zwischen diesen Elektrodenteilen c bzw. d undThe device shown, which can be used to decompose water or any other electrolyte, contains inside the pressure-resistant vessel wall α a series of ring bodies placed one on top of the other and made of sheet metal, one of which is highlighted in the section of Fig. 1 by thick lines. The bodies are separated from one another by conical ring-shaped insulating pieces b. Each body consists of the main parts c and d of generally hollow cylindrical shape. These parts are offset from one another in terms of height, but are connected to one another by the ring piece e . The outside diameter of part c is chosen so that it is slightly smaller than the inside diameter of part d. In this way, the bodies c, d can be inserted into one another and, with the interposition of the insulator b ,? ■; are placed on top of each other that the part c the one, z. B. the negative electrode of a decomposition stage, and the part d connected to it, the other, z. B. forms the positive electrode of the next decomposition stage, with 6g between these electrode parts c or d and

den ihnen gegenüberstehenden Elektroden d'yC' der benachbarten Spannungsstufen der für den Stromdurchgang erwünschte enge Zwischenraum verbleibt. the electrodes d'yC ' opposite them of the adjacent voltage stages, the narrow space desired for the passage of current remains.

Jeder Teil c bzw. d baut sich nun zweckmäßig in folgender Weise auf: Eine Anzahl kegelstumpfförmiger Blechringe / (vgl. auch Abb. 2) bzw. g trägt eine möglichst große Anzahl radialer Einschnitte /' (bzw. g'), und zwar liegen die Einschnitte/' in den Blechkegeln / mit kleinerem Durchmesser, die den Teil c bilden, am äußeren Rande, während die entsprechenden radialen Einschnitte in die größeren Kegelringe g vom inneren Rande aus geführt sind. Durch die übereinanderliegenden Einschnitte f (bzw. g') sind Längsblechstreifen h bzw. i gesteckt, so daß ebenso viele Längsblechstreifen k bzw. i vorhanden sind, wie jedes Kegelringblech f bzw. g radiale Einschnitte besitzt. (In Abb. 2 ist der Deutlichkeit halber nur ein Längsstreifen h eingezeichnet.) Die einzelnen Teile f, h bzw. g, i können untereinander und mit dem Ringstück e in beliebiger Weise verbunden sein, so daß jeder aus den Hauptteilen c und d bestehende Gesamtkörper ein festes Ganzes bildet.Each part c or d is now expediently built up in the following way: A number of frustoconical sheet metal rings / (see also Fig. 2) or g carries the greatest possible number of radial incisions / '(or g'), namely lying the incisions / 'in the sheet metal cones / with a smaller diameter, which form part c , on the outer edge, while the corresponding radial incisions in the larger conical rings g are made from the inner edge. Longitudinal sheet metal strips h and i are inserted through the overlapping incisions f (or g ') , so that there are as many longitudinal sheet metal strips k and i as each conical ring lamination f or g has radial incisions. (In Fig. 2, for the sake of clarity, only a longitudinal strip h is drawn.) The individual parts f, h or g, i can be connected to each other and to the ring piece e in any way, so that each consists of the main parts c and d Whole body forms a solid whole.

Wesentlich ist nun, daß nicht nur die kegelringförmigen Blechkörper f, sondern auch die äußeren Blechringe g mit solcher Neigung angeordnet sind, daß ihre Kegelwände nach einer oben liegenden Spitze zeigen.It is now essential that not only the conical ring-shaped sheet metal body f, but also the outer sheet metal rings g are arranged with such an inclination that their conical walls point towards an overhead point.

Im Betrieb scheiden sich nun an den Elektroden, und zwar namentlich an den Kanten der Längsblechstreifen h und i, die Gasbläschen ab, und zwar ist die Stromführung so gewählt, daß sich an den außen liegenden Elektrodenteilen d bzw. deren Blechstreifen i das spezifisch schwerere Gas abscheidet, das, wie erwähnt, infolge des hohen Betriebsdruckes sogar schwerer ist als der Elektrolyt selbst. Diese Gasbläschen fallen an ihrer Entstehungsstelle nach unten und werden durch den nächstunteren Blechkegelring g weiterhin abwärts und nach außen geführt. Zweckmäßig nimmt der äußere Durchmesser der Kegelringe g jedes Teiles d von unten nach oben etwas zu, so daß die abwärts gleitenden Gasbläschen, die aus. den einzelnen schräg nach unten gerichteten Ringöffnungen herausquellen, bei ihrer Abwärtsbewegung längs der druckfesten Wandung· α nebeneinander Platz finden.During operation, the gas bubbles separate from the electrodes, specifically at the edges of the longitudinal sheet metal strips h and i, and the current conduction is selected so that the specifically heavier gas is located on the outer electrode parts d or their sheet metal strips i which, as mentioned, is even heavier than the electrolyte itself due to the high operating pressure. These gas bubbles fall down at their point of origin and continue to be guided downwards and outwards by the next lower conical sheet metal ring g. The outer diameter of the conical rings g of each part d expediently increases slightly from the bottom upwards, so that the downwardly sliding gas bubbles which come from. the individual annular openings, which are directed obliquely downwards, find their place next to one another during their downward movement along the pressure-resistant wall · α.

In entsprechender Weise führen die inneren Blechkegelringe/ die an den Längsstreifenh entstehenden spezifisch leichteren Gasbläschen in den freien Innenraum k, in dem das Gas nach oben steigt. Auch hier ist durch entsprechende Änderung des Innendurchmessers der übereinanderliegenden Blechringe f für eine geordnete Gasabfuhr gesorgt.In a corresponding manner, the inner conical sheet metal rings / the specifically lighter gas bubbles formed on the longitudinal strips h lead into the free interior space k, in which the gas rises upwards. Here, too, an orderly gas discharge is ensured by a corresponding change in the inside diameter of the sheet metal rings f lying one on top of the other.

Die zu einer Säule übereinandergeschichteten Elektrodenstücke sind somit derart und in solcher Zahl hintereinandergeschaltet — wobei gegebenenfalls mehrere derartiger Saulen in einem Zersetzergefäß angebracht sein können —, daß an die beiden Endelektroden der Säule eine normale zur Verfügung stehende Betriebsspannung (z.B. 110Volt)gelegt werden kann. Selbst wenn nun der Strom nicht von der Elektrode d' vollständig in die Elektrode c übertreten und dann nach Durchströmen des Verbindüngsringes e wiederum von der Elektrode d vollständig zur Elektrode c' gelangen sollte, sondern wenn sich Nebenschlußströme, beispielsweise von dem Teil d' nach dem Teil d, entsprechend dem Spannungsunterschied zwischen diesen Teilen, bilden sollten, so würde durch die hierdurch auftretende Elektrolyse doch keine Gasverunreinigung entstehen, da die Gasbläschen, gleichgültig an welcher Stelle sie sich bilden, stets infolge ihres verschiedenen spezifischen Gewichtes und ihres Auf- bzw. Abtriebes voneinander scheiden, also stets an die riehtige GasentnahmesteUe gelangen. Solche Hochdruckzersetzer können demnach ohne sonderliche Vorsichtsmaßregeln hinsichtlich der verschiedenen Spannung der einzelnen Zersetzerteile in dem gleichen Elektrolytraum untergebracht werden.The electrode pieces stacked one on top of the other to form a column are thus connected in series - with several such columns possibly being attached in a decomposition vessel - that a normal available operating voltage (e.g. 110 volts) can be applied to the two end electrodes of the column. Even if the current does not pass completely from the electrode d ' to the electrode c and then, after flowing through the connecting ring e, should again pass completely from the electrode d to the electrode c' , but if there are shunt currents, for example from the part d ' to the If part d should form according to the voltage difference between these parts, the resulting electrolysis would not cause any gas contamination, since the gas bubbles, regardless of where they are formed, always due to their different specific gravity and their buoyancy or downforce separate from each other, so always get to the correct gas sampling control. Such high-pressure decomposers can therefore be accommodated in the same electrolyte compartment without special precautionary measures with regard to the different voltages of the individual decomposer parts.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Zersetzers ist zwar besonders zweckmäßig und einfach, doch können auch die Elektroden in beliebiger anderer Weise ausgestaltet werden, z. B. bei Fortlassung des Längsstreifens h und i unter Verbindung der Innenränder der Kegelringe f bzw. der Außenränder der Kegelringe g je durch einen gelochten BlechzyKnder. Ebensowenig beschränkt sich, wie erwähnt, die Erfindung auf die Druckelektrolyse von Wasser, sondern kann bei jeder Art Elektrolyse unter einem entsprechenden Betriebsdruck Anwendung finden. !°5The embodiment of the decomposer described above is particularly useful and simple, but the electrodes can also be designed in any other way, e.g. B. if the longitudinal stripes h and i are omitted, the inner edges of the conical rings f or the outer edges of the conical rings g are connected by a perforated sheet metal cylinder. As mentioned, the invention is also not limited to the pressure electrolysis of water, but can be used in any type of electrolysis under a corresponding operating pressure. ! ° 5

Handelt es sich um die Zersetzung von Wasser, so kann man mit einem spezifischen Gewicht des mit Lauge oder Säure versetzten Elektrolyten von 1,05 rechnen. Ein Kubikmeter Sauerstoff wiegt unter Atmo-Sphärenspannung 1,4 Kilo, ein Kubikmeter Wasserstoff 0,089 Kilo. Wird nun die Wasserzersetzung bei 800 Atmosphären Druck durchgeführt, so wiegt ein Liter Sauerstoff ,..If it is a question of the decomposition of water, one can use a specific one Calculate the weight of the electrolyte mixed with alkali or acid of 1.05. A Cubic meter of oxygen weighs 1.4 kilos under atmospheric tension, one cubic meter Hydrogen 0.089 kilos. If the water is now decomposed at 800 atmospheres pressure, that's how a liter of oxygen weighs, ..

1000'1000 '

= 1,12 kg, während ein Liter Wasserstoff bei diesem Druck 0,072 kg wiegt. Der Sauerstoff ist also schwerer als der Elektrolyt und sinkt demnach zu Boden, während der leichte Wasserstoff aufwärts steigt.= 1.12 kg, while one liter of hydrogen weighs 0.072 kg at this pressure. So the oxygen is heavier than the electrolyte and therefore sinks to the bottom, while the light hydrogen rises upwards.

Wird ein solcher Zersetzer nicht bei o°, sondern "beispielsweise bei einer TemperaturIf such a decomposer is not used at o °, but "for example at a temperature

von ioo⁰ betrieben, so wird der Sauerstoff etwa bei iiooAtm. Druck schwerer als der Elektrolyt.operated from ioo ⁰ , the oxygen is about iiooAtm. Pressure heavier than the electrolyte.

Claims

Patent claims:

1. Process for the electrolysis of water, etc. in pressure-tight vessels, thereby characterized in that the pressure under which the electrolysis is carried out

ίο is held up so high that the one of the two gases that are excreted heavier than the surrounding liquid will.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by arranging electrodes in relation to one another regardless of the origin of shunt currents when several decomposer cells are connected in series in an electrolyte compartment.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by electrodes consisting of a There are a series of superimposed cone shell pieces, the shell surfaces of which point upwards.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the to an electrode belonging, superimposed cone shell pieces by vertical sheet metal strips are connected to each other.

1 sheet of drawings.