DE585596C - Wasserzersetzer nach der Filterpressenbauart - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
10. OKTOBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 585 KLASSE 12i GRUPPE

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Wasserzersetzer nach der Filterpressenbauart

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. November 1931 ab

Bei einer (aus Patentschrift 501 304) bekannten Art von Wasserzersetzungszellen sind die bipolar geschalteten Elektroden und Diaphragmen in einen Behälter mit nichtleitenden Wänden eingeschlossen, der in den Elektrolyt eingesenkt wird. Seine Wände sind mit Durchlässen für die Ableitung der erzeugten Gase und für den Umlauf des Elektrolyts versehen. Diese Durchlässe enthalten beim Betrieb der Zelle Elektrolyt oder ein Gemisch aus Elektrolyt und Gasblasen, in jedem Falle eine den elektrischen Strom leitende Flüssigkeit, und sie können darum zu Wegen für elektrische Verlustströme werden, die unter besonderen Umständen auch noch durch Bildung von Knallgas schädlich wirken können.

Nach der Erfindung soll die schädliche Wirkung solcher Verlustströme vermindert

ao werden durch Vergrößerung der Widerstände, die die Verlustströme in den Durchlässen finden. Dafür werden die Durchlässe über das durch die Dicke der Behälterwand bestimmte Maß verlängert, insbesondere durch eingesetzte oder angesetzte Rohre aus Isolierstoff oder Metallrohre, die mit Isolierstoff umkleidet sind.

Im besonderen soll die Erfindung verwendet werden für die Gasauslässe einer Zelle der gekennzeichneten Art, bei der auf die mit Gasauslaßöffnungen versehene Decke des Behälters der Elektroden und Diaphragmen zwei in den Elektrolyt eintauchende, mit Überlaufrohren versehene Gassammelglocken, die eine für das Wasserstoffgas, die andere für das Sauerstoffgas aufgesetzt sind.

Gemäß der Erfindung können diese Gassammelglocken in überaus vorteilhafter und billiger Weise aus Metallen, vorzugsweise aus Eisen, hergestellt werden, wenn die Verbindungswege zwischen Glocken und Zellen mit so hohem elektrischem Widerstand ausgestattet werden, daß der fließende Schlupfstrom zwischen den entferntesten Gasaustrittsöffnungen der Zellen eine Spannungsdifferenz von höchstens 1,7 Volt ergibt. Die Folge davon ist, daß an den eisernen Wänden der Gassammelglocken keine Gasausscheidung stattfinden kann, die Knallgas liefern könnte.

Ein Mittel zur Erhöhung des Widerstandes der genannten Verbindungswege besteht in ihrer Ausbildung als über die Wandstärke der Zellendeckel und gegebenenfalls über die ' Spiegel der in den Glocken sich sammelnden Flüssigkeitsmengen hinaus verlängerte Rohre. Durch diese Anordnung gelingt es, einen so großen Teil der auf die Verluststrombahnen wirkenden Spannungen in den Widerständen der Steigrohre und den Ausbreitungswiderständen ihrer Enden aufzehren zu lassen, daß die verbleibenden Spannungsreste den Betrag

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Franz Petz in Berlin-Siemensstadt.

der Zersetzungsspannung (1,7 Volt) nicht mehr erreichen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Druckelektrolyseure mit Verbindungsrohren zwischen den Zellenräumen und zwischen diesen und den Gasräumen auszustatten, welche hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Bei den bekannten Einrichtungen sollte aber betriebsgemäß überhaupt kein Schlupfstrom fließen, so daß auch keine Gasbildungsgefahr bestand.

Für das auf der Zeichnung dargestellte Beispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten Zelle ist angenommen, daß der Elektroden- und Diaphragmenbehälter aus rahmenförmi-. gen, mittels einer Spannvorrichtung zusammengepreßten Elementen zusammengesetzt ist, von denen jedes den Fassungsrahmen einer ebenen Elektrodenplatte bildet und aus ao laugebeständigem Weichgummi oder einem anderen für Packungen geeigneten nichtleitenden laugebeständigen Baustoff besteht. Ferner ist angenommen, daß die eine Stromzuleitung an die Mitte, die andere an die beiden Enden der Elektrodenreihe angeschlossen wird. Diese an sich (aus Patentschrift 469 330) bekannte Anordnung ermöglicht eine Ersparnis an Isoliermaterial.

Fig. ι ist ein Aufriß des durch Entfernung einer Wand des äußeren Zellengefäßes freigelegten inneren Teiles der Zelle, senkrecht zur Stromrichtung gesehen, links im Schnitt nach der Ebene A-B in Fig. 2, rechts in Ansicht mit einem die mittlere Stromzuführung freilegenden Ausbruch und mit Ausbrüchen in den vorn liegenden Wänden der Gassammelglocken.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Ebene C-D in Fig. 1.

Fig. 3 ist der ein Gasauslaßrohr und seine nächste Umgebung umfassende Teil dieses Querschnittes in vergrößertem Maßstab.

Die Zelle ist beispielsweise mit zehn Elektroden ausgerüstet, die in zwei gleiche Gruppen geteilt sind. In Fig. 1 sind die Elektroden i, 2, 3, 4, 5 der einen Gruppe und eine Elektrode 6 der zweiten Gruppe sichtbar. Die Elektroden sind ebene rechteckige Platten aus Eisenblech. Jede ist in einen Rahmen aus Weichgummi gefaßt, die Elektrode 1 in den Rahmen i^a, die Elektrode 2 in den Rahmen 2^B usw. Die Elektroden sind auf einer Tragplatte 20 nebeneinandergereiht. Zwischen jedes Paar aufeinanderfolgender Rahmen, mit. Ausnahme des Paares 5^α, 6°, ist ein Diaphragma eingespannt, das aus einem am Rande mit Gummilösung gedichteten Asbesttuch besteht. Die Diaphragmen sind mit den Zahlen 11 bis 19 bezeichnet, wobei 15 fehlt. Das Diaphragma 11 ist zwischen die Rahmen i^a und 2^S eingespannt, das Diaphragma 12 zwischen die Rahmen 2^a, 3° usw. Auf die Stirnseiten der Rahmen i^a und io^a sind Blechplatten 30, 31 gelegt, die unten mit Öffnungen 32, 33 versehen sind. Das ganze aus zehn Elektroden, acht Diaphragmen und den beiden Endplatten 30, 31 bestehende System wird zusammengehalten durch eine Spannvorrichtung mit den beiden Druckrahmen 21 und 22, die auf den Rand der Endplatten 30, 31 wirken und durch beispielsweise fünf Anker 23 zusammengezogen werden.

Die erste und die letzte Elektrode jeder der beiden Gruppen ist mit einer Stromzuführung versehen, die Elektrode 1 mit der Stromzuführung i^b, die Elektroden 5 und 6 mit den Stromzuführungen 5⁶, 6'', die Elektrode 10 mit der Stromzuführung io⁶. Die Stromzuführungen bestehen aus Flacheisen, die, mit den Mitten der Elektrodenplatten durch Nietung oder Schweißung verbunden, durch Ausnehmungen in den Elektrodenrahmen i", 5", 6°, io^a herausgeführt und durch Gummihüllen 40 vor der Berührung mit dem Elektrolyt geschützt sind. Wird der Strom den Elektroden 5 und 6 zugeführt, von den Elektroden 1 und 10 abgeführt, wie es für die Zeichnung angenommen ist, so entwickelt sich das Sauerstoffgas in den mit O, das Wasserstoffgas in den mit H bezeichneten Kammern.

Zur Abführung der Gase aus diesen Kam-•mern sind in die oberen Seiten der Elektrodenrahmen Rohre mit länglichem Querschnitt aus Isolierstoff eingesetzt; die Auslaßrohre der Wasserstoffkammern sind mit 50, die Auslaß rohre der Sauerstoffkammern mit 51 bezeichnet. Über die Rohre 50 ist eine Sammelglocke 52, über die Rohre 51 eine Sammelglocke 53 gestülpt. Diese Glocken sind aus Eisenblech hergestellt, sie tauchen in den Elektrolyt ein, dessen Spiegel sich bei E befindet, und werden durch Schienen 54, 55 und Schrauben 56, die in die Rahmen 2i, 22 eingreifen, auf die Decke des Elektroden- und Diaphragmenbehälters gedrückt, die von den aneinandergereihten oberen Seiten der Elektrodenrahmen und den dazwischengepreßten Rändern der Diaphragmen gebildet wird. Die Sammelglocke 52 ist mit einem Überlaufrohr 52", die Sammelglocke mit einem Überlauf rohr 53" versehen. Durch die Einlaßöffnungen dieser Überlaufrohre werden die Elektrolytspiegel e_x und e_a innerhalb der Sammelglocken festgelegt. Die Gasauslaßrohre 50, 51 sind so lang, daß ihre oberen Enden über den Spiegeln e_x und e_% liegen.

Um einen geregelten Umlauf des Elektrolyts durch die Gaskammern herbeizuführen, sind in die Elektrodenrahmen in der Nähe ihrer unteren Seiten flache Rohre aus Isolierstoff eingesetzt. Die Rohre 60 münden in die

Wasserstofrkammern, die Rohre 61 in die Sauerstoffkammern der Zelle.

Die Länge der Rohre 50, 51, 60, 61 ist, wie im besonderen aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein Mehrfaches der Wandstärke des Elektroden- und Diaphragmenbehälters. Die Verlustströme, die zwischen zwei Elektroden ungleichen Potentials durch diese Rohre fließen können, finden darum einen entsprechend vergrößerten Widerstand, der ihre Intensität vermindert. Die Widerstandsverhältnisse an den Gasauslaßrohren 50, 51 sollen an Hand der Fig. 3 näher erläutert werden. Ein Strom, der, von der Elektrode 2 ausgehend, durch das Rohr 50 und den Elektrolyt in der Sammelglocke 52 nach einer Elektrode mit anderem Potential fließen will, findet auf seinem Wege folgende Widerstände:

Den Widerstand innerhalb des Rohres 50; den durch das Stromlinienbüschel 5* angedeuteten Ausbreitungswiderstand am inneren Ende des Rohres; den Widerstand in der mit Gasblasen durchsetzten Elektrolytmasse T, die aus dem oberen Ende des Rohres 50 hervorquillt; den durch die Stromlinienbüschel S₁, S₂ angedeuteten Ausbreitungswiderstand, Alle diese Widerstände kommen bei dem zweiten Gasauslaßrohr, durch das der Verluststrom des betrachteten Gasauslaßrohres fließen muß, nochmals zur Wirkung. Die ganze Vorrichtung ist in an sich bekannter Weise in ein Zellengefäß 70 eingesetzt, das aus Eisen bestehen kann und mit der erforderlichen Menge Elektrolyt gefüllt ist. Für den Angriff eines Hebezeuges sind die Druckrahmen 21, 22 mit Ösen 24 versehen. '.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Wasserzersetzer nach der Filterpressenbauart, bei dem die Einzelzellen zu einem Zellenkörper vereinigt sind, dessen Wände aus isolierenden Materialien bestehen, gekennzeichnet durch metallische, vorzugsweise eiserne, quer über den Einzelzellen angeordnete Gassammeiglocken, deren Verbindungswege zu den Zellen (Gasaustrittsöffnungen) mit so hohem elektrischem Widerstand ausgebildet sind, daß der Schlupfstrom zwischen den voneinander entferntesten Austrittsöffnungen für die Gase höchstens eine Spannungsdifferenz von 1,7 Volt aufweist.
2. 2. Wasserzersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswege zwischen Gassammeiglocken und Einzelzellen als über die Wandstärke der Zellendeckel hinaus verlängerte Rohre ausgebildet sind, die gegebenenfalls noch ' über das Niveau der im unteren Glockenraum sich ansammelnden Flüssigkeit hinaus verlängert werden können!

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen