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Galvanisches Zweiftüsslgkeit8- Element.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Zweiflüssigkeits-Element mit als Elektrode diendem Kohlediaphragma und bezweckt, die Diffusion zwischen den beiden Elektrolyten selbsttätig dem jeweiligen Bedarf des Elementes. d. h. der jeweiligen Stromentnahme anzupassen und im Ruhezustand nach Möglichkeit aufzuheben. Dies geschieht der Erfindung zufolge dadurch, dass die durch die elektrochemische Arbeit entstehenden warmen Gase und Dämpfe zur Erzeugung von auf die Elektrolytflüssigkeit wirkenden Druckspannungen benutzt werden. Diese Benutzung der Gase und Dämpfe kann allein oder in Verbindung mit an die Wandungen des Diaphragmas anliegendem oder innerhalb der Einbauten sich befindenden Kapillarenmaterial erfolgen.
Die Erfindung ist auf der beigefügten Zeichnung in zwei Ausführungsformen dargestellt und zwar zeigt : Fig. 1 eine Einrichtung der Druck-und Vakuumbenutzung allein, während Fig. 2 eine Elementform veranschaulicht, bei welcher neben der Druck-und Vakuumbenutzung auch Kapillaritätswirkungen zur Regelung der Diffusion der Elektrolytflüssigkeit zur Anwendung kommen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen bezeichnet a den äusseren Elementbehälter, b Diaphragma aus Kohle (gleichzeitig Elektrode), c Metallelektrode aus Zink, Eisen, Aluminium oder sonst geeignetem Metall, d Deckel mit Verschlussstopfen e.
Bei Fig. 1 befindet sich an dem mit der Kohle luftdicht verbundenen Deckel ein rohr-oder kastenförmiger Ansatz f, vorzugsweise aus Glas, Hartgummi, Zelluloid, Ton oder auch aus Kohle oder dgl., welcher in den Elektrolyten mehr oder weniger tief eintaucht. Die bei der Stromentnahme und zwar vorwiegend an der Kohlenwand sich entwickelnden warmen Gase steigen zwischen Einban l'und Kohle b hoch, drücken hier die Flüssigkeit nach unten und verursachen innerhalb des Einbaues f ein Steigen der Flüssigkeit bis etwa zur Linie h, je nach Stromentnahme und der dadurch bedingten mehr oder weniger starken Gas-und Wärmeentwicklung geschieht dies schneller oder langsamer.
Da nun durch diese Druckwirkung der innere Flüssigkeitsspiegel höher zu stehen kommt, wie derjenige, der ausserhalb stehenden, die Metallelektrode umgebenden Flüssigkeit, so erfolgt durch diesen Überdruck ein mehr oder weniger beschleunigter und dem
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grösserer oder eagerer Durchmesser bzw. Abmessungen desselben, lässt sich die Höhe des durch den Gasdruck gehobenen Füasigkeitsspiege! und damit die Druck-und Vakuumwirkungen
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welche sich infolge der Durchlässigkeit bzw.
Durchlochung des Einbaues f unbehindert mit Flüssigkeit vollsaugt, setzt den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Diaphragmakohle einen gewissen Widerstand entgegen, der erst durch die Stromwirkung und die dadurch bedingten chemischen Vorgänge und Druckwirkungen überwunden wird und die jeweilig nötige Menge Flüssigkeit zum Durchtritt bzw. zur Diffusion veranlasst. Beim Betriebe steigen nun die sich entwickelnden Gase und Dämpfe nach oben, füllen den Hohlraum des etwa von g ab nach oben undurchlässigen Teiles des luftdicht abgeschlossenen Einbaues. f und üben dann auf den Elektrolyten einen der Stromentnahme entsprechenden und die Diffusion bzw. den Durchtritt durch die Diaphragmakohle beschleunigten Druck aus.
Sobald der Elektrolyt bis zum Punkt q, wo die Durchlässigkeit bzw. Durchlochung des Einbaues f beginnt, heruntergedrückt ist, können die Gase durch die mit Flüssigkeit vollgesaugte Schicht bei k bzw. durch die Öffnungen t im Deckel entweichen. Dass die Gase und Dämpfe ohne den oberen Raum des Einbaues./* zu füllen bzw. von diesem aus die Druckwirkungen auszuüben, gleich bei q bzw. bei k entweichen, ist ausgeschlossen, da die Kapillarwirkung der vollgesaugten porösen Schicht ein Hochsteigen innerhalb derselben und somit ein vorzeitiges Entweichen bei g bzw. k ausserordentlich erschwert, wenn nicht unmöglich macht. Die Gase und Dämpfe sind daher gezwungen, in der Flüssigkeit im Einbau f hochzusteigen und von oben aus in der beschriebenen Weise zu wirken, bevor sie entweichen können.
Zu dieser Wirkung trägt auch der Umstand bei, dass der zwischen g und k sich befindende Teil des porösen Materials ständig von unten aus Flüssigkeit nachsaugt und letztere durch die entweichenden Go. se noch etwas über k hinaus hochgedrückt wird und somit die Austrittsöffnung für den Gas- überdruck ständig bedeckt hält. Die hiedurch im Inneren des Einbaues verstärkt auftretenden
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sprechenden Flüssigkeitsmenge aus dem Metallraum erforderlich ist.
Die Kapillarwirkung der porösen Schicht bietet auch noch den Vorteil. dass das poröse Material, und zwar in der ganzen Hohe, fast solange mit Flüssigkeit beladen bleibt, wie noch Elektrolyt im Einbau f vorhanden ist : hiedurch bleiben fast bis zum letzten Rest des eingefüllten Elektrolyten die Diaphragmawände von oben bis unten mit Flüssigkeit bedeckt, was auch in senkrechter Richtung eine gleichmässige Stromwirkung zur Folge hat. In der Ruhe hören die Druckwirkungen wieder auf, so dass infolge der Abkühlung und des darnach eintretenden Vakuums die die Metallelektrode umgebende und durch den Betrieb mehr oder weniger hochgedrückte Flüssigkeit bzw.
Teilmengen davon, in das Diaphragma zurückdrmgen und so gegen ie Difusion in der Ruhe schützen können.
Die Erfindung kann ausser bei den in den Bespielen niedergelegten Ausführungsformen auch in vielen anderen mehr oder weniger abweichenden Formen zur Anwendung gelangen ; auch kann der ganze Raum innerhalb der Diaphragmakohle mit dem porösen Material bis etwa zum Punkt 9 gefüllt und das ganze innere System herausnehmbar angeordnet werden ; jedoch ist dann bei der Kapillarität des porösen Materials der Ersatz durch frische Flüssigkeit etwas schwieriger. Bei der Ausführung nach Fig. 1 kann der Einbaue ebenfalls bis zum Boden geführt
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Flüssigkeit vollgesaugte porösen Materials die eingefüllte Elektrolytmenge, wie bei Fig. 2 beschrieben, möglichst ganz zum Durchtritt durch die Diaphragmakohle bringen zu können.
Ob das aus Kohle oder Graphit bestehende Diaphragma runde, eckige oder sonstige Form hat, oder die Metallelektrode mit der zugehörigen Elektrolytflüssigkeit innerhalb oder ausserhalb der Kohle sich befindet, ist dabei gleichgiltig, sowie auch, ob bei grossen Diaphragmakohlenbehältem mehrere der Einbauten f vorgesehen werden. Bei wenigsten kaum Gas oder Wärme bildenden Elektrolyten setzt man vorteilhaft einen geringen Prozentsatz Salpetersäure, Salzsäure oder ähnliches zu, um die Gas-und somit Druckbildung herbeizuführen.
Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung der beschriebenen Druck-und Kapillar-
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blicken, dass nicht allein schwache, starke und selbst konzentrierte Flüssigkeitsmischungen mit gleich gutem Erfolg benutzt werden können, sondern auch die bekannten Mischungen von Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure oder dgl.
mit Zusatz von Chromaten, Bichromaten, Permanganaten, Chloraten, oxydierenden Nitraten, Ohromsäure und dgl. Die Verwendung dieser Elektrolytmiachungen ist bei den bisherigen Blementkonstruktionen, bei denen die Elektrolyte ruhig stehen bleiben und lediglich mit der bekannten im Betriebe wachsenden Diffusionsverminderung arbeiten, nur in gewissen Konzentrationsgrenzen der Säuren und unter Benutzung geringer Mengen von Oxydationsmitteln mit einigem Erfolg möglich, da sonst die zugefügten Oxydationssalze und deren Verbindungen mit den Säuren die Poren des Diaphragmas leicht verstopfen und die Stromwirkungeh zu stark beeinträchtigen.
Bei Elementen gemäss vorliegender Erfindung treten diese Übelstände nicht oder in nicht störendem Masse auf, da die Elektrolyten durch die Druckwirkungen in ständige Bewegung gehalten und gewissermassen hin-und hergeschoben werden und somit ein Verstopfen des Diaphragmas ausschliessen. Auch die Verwendung von Salpetersäure allein, welche bekanntlich schlechter durch die Kohle diffundiert wie Schwefelsäure, ist bei den beschriebenen Druckwirkungen mit gutem Erfolg und in beliebiger Konzentration möglich.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Galvanisches Zweiflüssigkeits-Element mit als Elektrode dienendem Kohlediaphragma, dadurch gekennzeichnet, dass im Diaphragmakohlenraum geeignete rohr-oder kastenförmige Ansätze oder Einbauten angeordnet sind, welche so in die Flüssigkeit eintauchen, dass durch sie Hohlräume mit Flüssigkeitsabschluss innerhalb des Elementes gebildet werden, zwecks selbsttätiger Anpassung der Diffusion der Flüssigkeit durch das Diaphragma an die jeweiligen Bedürfnisse des Elementes, infolge der durch Gas-und Wärmeentwicklung in den Hohlräumen entstehenden wechselnden Druckspannungen.
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Galvanic two-way element.
The present invention relates to a galvanic two-liquid element with a carbon diaphragm serving as an electrode, and the purpose of the diffusion between the two electrolytes is automatic according to the needs of the element. d. H. adapt to the respective current consumption and if possible cancel in the idle state. According to the invention, this takes place in that the warm gases and vapors produced by the electrochemical work are used to generate compressive stresses acting on the electrolyte fluid. This use of the gases and vapors can take place alone or in connection with capillary material lying on the walls of the diaphragm or located within the internals.
The invention is shown in two embodiments on the attached drawing, namely: FIG. 1 shows a device for the use of pressure and vacuum alone, while FIG Electrolyte liquid are used.
In both exemplary embodiments, a denotes the outer element container, b diaphragm made of carbon (at the same time electrode), c metal electrode made of zinc, iron, aluminum or other suitable metal, d cover with sealing plug e.
In Fig. 1 there is a tubular or box-shaped attachment f, preferably made of glass, hard rubber, celluloid, clay or also of carbon or the like, which is more or less deeply immersed in the electrolyte on the cover, which is airtightly connected to the carbon. The warm gases that develop during the extraction of electricity, mainly on the coal wall, rise between Einban l 'and coal b, press the liquid down here and cause the liquid to rise within the installation f up to about line h, depending on the extraction of electricity and the more or less strong gas and heat development caused by this, this happens faster or slower.
Since this pressure effect causes the inner liquid level to be higher than that of the liquid surrounding the metal electrode outside, this overpressure results in a more or less accelerated and dem
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larger or larger diameter or dimensions of the same, the height of the liquid level raised by the gas pressure! and with it the pressure and vacuum effects
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which are due to the permeability or
Perforation of the installation f unimpeded with liquid, opposes the passage of the liquid through the diaphragm carbon a certain resistance, which is only overcome by the effect of the current and the chemical processes and pressure effects caused by it and causes the respectively necessary amount of liquid to pass through or diffuse . During operation, the developing gases and vapors rise to the top, fill the cavity of the part of the hermetically sealed installation that is impermeable from about g to the top. f and then exert a pressure on the electrolyte that corresponds to the current draw and accelerates the diffusion or passage through the diaphragm carbon.
As soon as the electrolyte is pressed down to point q, where the permeability or perforation of the installation f begins, the gases can escape through the layer saturated with liquid at k or through the openings t in the cover. That the gases and vapors escape immediately at q or at k without filling the upper space of the installation./* or exerting the pressure effects from it, since the capillary effect of the soaked porous layer rises up within the same and thus premature escape at g or k is extremely difficult, if not impossible. The gases and vapors are therefore forced to rise in the liquid in the installation f and act from above in the manner described before they can escape.
This effect is also due to the fact that the part of the porous material located between g and k constantly sucks in liquid from below and the latter through the escaping Go. se is pushed up a little beyond k and thus keeps the outlet opening for the excess gas pressure constantly covered. The intensified occurrences inside the installation
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Speaking amount of liquid from the metal space is required.
The capillary action of the porous layer also offers the advantage. that the porous material remains loaded with liquid almost as long as there is still electrolyte in the installation f: this means that the diaphragm walls remain covered with liquid from top to bottom almost to the last remainder of the filled electrolyte in the vertical direction results in a uniform current effect. At rest, the pressure effects cease again, so that, as a result of the cooling and the vacuum that occurs afterwards, the liquid or liquid surrounding the metal electrode and which is more or less pushed up by operation.
Partial amounts of it can be pushed back into the diaphragm and thus protect against diffusion at rest.
In addition to the embodiments set out in the examples, the invention can also be used in many other more or less different forms; the entire space within the diaphragm carbon can also be filled with the porous material up to approximately point 9 and the entire inner system can be arranged so as to be removable; however, when the porous material is capillary, replacement with fresh liquid is somewhat more difficult. In the embodiment according to FIG. 1, the installation can also be carried out to the ground
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Liquid soaked porous material to be able to bring the filled amount of electrolyte, as described in FIG. 2, as completely as possible to the passage through the diaphragm carbon.
Whether the diaphragm made of carbon or graphite has a round, angular or other shape, or whether the metal electrode with the associated electrolyte fluid is inside or outside the carbon, is irrelevant, as is whether several of the internals f are provided for large diaphragm carbon containers. In the case of very few electrolytes which hardly produce any gas or heat, it is advantageous to add a small percentage of nitric acid, hydrochloric acid or the like in order to bring about the formation of gas and thus pressure.
A particular advantage when using the described pressure and capillary
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see that not only weak, strong and even concentrated liquid mixtures can be used with equal success, but also the known mixtures of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid or the like.
with the addition of chromates, bichromates, permanganates, chlorates, oxidizing nitrates, auromic acid and the like. The use of these electrolytes in the previous Blement constructions, in which the electrolytes stand still and only work with the familiar increasing diffusion reduction in the company, is only used within certain concentration limits of acids and with the use of small amounts of oxidizing agents possible with some success, since otherwise the added oxidizing salts and their compounds with the acids easily clog the pores of the diaphragm and impair the effect of the current too much.
In the case of elements according to the present invention, these inconveniences do not occur or do not occur to a disruptive extent, since the electrolytes are kept in constant motion by the pressure effects and are to a certain extent pushed back and forth and thus prevent the diaphragm from clogging. The use of nitric acid alone, which is known to diffuse more poorly through the coal than sulfuric acid, is possible with good success and in any concentration with the described pressure effects.
PATENT CLAIMS: 1. Galvanic two-liquid element with a carbon diaphragm serving as an electrode, characterized in that suitable tubular or box-shaped attachments or internals are arranged in the carbon diaphragm space, which are immersed in the liquid in such a way that they form cavities with a liquid seal within the element for the purpose of automatic adaptation of the diffusion of the liquid through the diaphragm to the respective requirements of the element, as a result of the alternating compressive stresses arising from the development of gas and heat in the cavities.