Elektrolytischer Wasserzersetzer, insbesondere Hochdrnckzersetzer" mit koaxial angeordneten zylindrischen Elektroden. Die Erfindung betrifft einen elektrolyti- sehen Wasserzersetzer, insbesondere Roch- druckzersetzer, mit koaxial angeordneten zylin,drisc'hen Elektroden.
Erfindungsgemäss ist zwischen<B>je</B> zwei Elektroden ein auf jeder Seite durch ein ge lochtes Blech bedecktes Diaphragma ange ordnet und es befindet sieh am untern Rand jeder Elektrode zwiseliender als Anode wir kenden Fläche und -dem gegenüberliegenden 0.elochten Blech ein Distanzrin- mit Kanälen <B><I>kn</I> C</B> für die Ableitung des Sauerstoffes, während am obern Rande zwischen der als Kathode wirkenden Fläche und dem gegenüberliegen den gelochten Blech senkrechte Distanzstege vargesehen sind,
die zwischen sich Verbin dungskanäle zwischen dem Wassersteffab- scheidungsraum und dem darüber befind- liehen Wasserstoffgassammelraum freilassen.
Einige der zahlreichen möglichen Aus führungsformen der Erfindung sind auf der Zeichnung als Beispiele veranschaulicht. In Fig. <B>1</B> ist ein Zersetzer, bestehend aus dem Druckgefäss und der Inneneinrichtung, die zur besseren Übersicht nur auf einer Seite eingezeichnet ist, schematisch darge stellt;
Fig. Ja und lb stellen etwas andere Aus führungen der Befestigung des Gefäss-deekels bezw. des Bodens dar, letzteres für den Fall übereinander angeordneter ZellensItze; Fig. <B>9,</B> zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Höhenstufe der Zellensälze mit An- schluss an die n:äehst niedere für Betriebs drücke über etwa 8#00 Atm.;
.Fig. 2a stellt einen Einzelteil hierzu dar; Fig. <B>8</B> und 4 veranschaulichen in entspre chender Weise Einzelheiten für einen Zer- setzer unter<B>700</B> Atm. Betriebsdruck.
In den Fig. 2 bis 4 sind die Breitenah- messungen gegenüber denen der Länge er- heblieh, etwa um das Zehnfache vergrössert, um die Einzelheiten deutlich darstellen zu können. Fig. <B>5</B> zeigt schematisch einen Zersetzer mit anschliessenden Gefässen für die Gasauf nahme bezw. die Elektrolytzufuhr.
Der Zellensatzdes gezeichneten Zersetzers baut sich in an sieh bekannter Weise aus einzelnen ineinander gesetzten zylindrischen Elektroden auf. Die bipolaren Elektroden Wer Zelle werden zweckmässig in folgender Weise hergestellt: Ein dünnes Nickelblech a Fig. 2) von zunächst etwa der doppelten Länge der Zel- lensatzböhe wird auf dem Teil a, fein ge locht und seine Fläche, die gegebenenfalls etwas gewellt wird, mit Asbestkarton<B>b</B> oder dergleichen belegt. Über ihn wird ein zwei tes, kürzeres, dem ersten gleichartig geloch tes und gegebenenfalls gewelltes Blech c gelegt.
Es empfiehlt sieh, die Bleche fest in die Asbestsehieht <B>b</B> einzuwalzen, damit sieh die Lochränder der Bleche, auch mit Asbest belegen, was verhindert, dass sieh flieUcher mit Gasblasen verstopfen, die dem Strom- durchtritt grossen Widerstand entgegenset zen würden.
Nun wird das grosse Blech a. etwa auf der Hälfte seiner lAnge über einen runden Draht oder einen Bleehstreifen <B>30,</B> dessen Kante gut abgerundet ist, derart umgefaltet und zu einem Zylinder gebogen, dass daraus eine doppelwandige, Elektrode entsteht, bei der daseine als bipolare Elektrode wirkende Elektrodenblech. das ungelochte Blechstück <U>a,</U> in geringem Abstand neben das andere in untergeordnetem Masse als Anode wir kende Elektrodenblech, den gelochten Blech teil a, zu liegenkommt.
Der Spalt zwischen den Wänden<I>a"</I> a,. bildet in dem Beispiel den Sauerstoffabschei- dungsraum für jede Zelle. Um diese Blech wände auch unten im richtigen Abstand zu halten und eine Möglichkeit zur Anordnung von Frisehwas"rka.nälen <B>f</B> -und Sauerstoffab- führungskanälen o, aus Wer Zelle. zu sehaf- fen, wird unten zwischen den Blechteil al-a. ein Bodenring<B>15</B> angeordnet (Fig. <B>1</B> und 2).
Zwischen zwei derarhgen Zellen liegt unten ein Blechstreifen<B>16.</B> Nun wird ,die gesamte derartig aufgebaute Zelle zu einem Zylinder gewalzt, der an den Längs nähten geschweisst wird, nachdem er gege benenfalls vorher dort längs zusammenge drückt worden ist.
Solche im Durchmesser entsprechend grö- sser werdende Einzelzellen werden ineinander ,-estellt. Der Abstand zwischen ihnen, der <B>5</B> oben durch Bleehstücke 20 und unten durch die Ringe<B>16</B> festgelegt wird, ist vergleiehs- weise sehr en-,<B>d.</B> h. eben --ross uenug. um en el den entstehenden. Wasserstoff nach oben ab zuleiten.
Die Abstandbleche 20, welche zum Zwecke dieser Ableitung Räume zwischen sieh freilassen, stellen zwischen dem Bleeli <B>c</B> und dem Blech<B><U>a"</U></B> der nächst äussern Zelle guten elektrischen Schluss her (oder sie sind isoliert. je nachdem man wünscht, die geloeh- ten Bleche als Elektroden mitarbeiten zu las sen oder nicht).
Die, äusserste de#r Elektroden<B>c</B> kann elek- frischen. Anschluss an #die Wand des Druck gefässes bekommen, wenn nur ein Satz koaxialer Elektroden im 'Drue'kgefä.ss unter gebracht ist. Zweckmässig ist diese Elektrode jedoell durch eine Isolierschicht 224 Tigg. <B>1)</B> gegenüber der Innenwand des Druckgefässes isoliert. Die äusserste Elektrode c trägt einen nach innen ragenden Boden 21, welcher den Übrigen Zellensätzen der Stufe gegenüber durch eine Schicht 21' isoliert ist.
Falls mehrere soleher Elektrodensätze übereinan der angeordnet sind (Fig. <B>1</B> und 2). vermit telt dieser Boden 21 die elektrische Verbin dung zwischen der äussersten Elektrode c des obern und der Wand a2 der innersten Elek trode des nächst darunter liegenden Elektro- densatzes mittels eines zylindrischen, an der Wand<U>a.</U> anliegenden Rohrstückes 22.
Während zur Ableitung des Sauerstoffes der Boden<B>F'</B> benutzt wird, dientder Deckel <B>1</B> (Fig. <B>1</B> und 2) zur Zuleitungdes Stromes und des EIektrolyts, sowie zur Wasserstoff abfuhr.
Die Befestigung von Deck-el und Boden im Druckgefäss erfolgt entweder mit tels Gewinde (Fig. <B>1)</B> oder durch Warmein setzen des schwach kegeligen, nach innen ,grösseren Deckels bezw. Bodens (Fig. ja und lb). Um den Deck-el im Gefäss sicherdiehten zu können, erhalten Gefäss und Deckel je einen schwachen zylindrisehen Rand<B>l'</B> (Fig. <B>1,</B> Ja und lb)
. Sollder Deckel geöffnet werden, so wird dieser verschweisste Rand<B>l'</B> z. B. durch Abdrehen entfernt.
Die Stromzufuhr durch den Deekel mit tels des isolierten ausserhalb der Mitte ein gesetzten Stabes<B>7</B> ist in folgender Weisse gegen den hohen Druck abgedichtet. Der Stab stützt sieh auf einen Ring 2-, welcher dem Deckel<B>1</B> gegenüber durch Ringe,<B>3</B> iso liert ist. Gegen den untern dieser Ringe drüakt eine Mutter 4, die zur Dichtung im Deckel verschweisst wird.
Auf den nach in nen ragenden Gewindeansatz des Ringes 2 ist das innen isoliert-- Rohr<B>6</B> o-esoli-raubt, das den Strom teils selbst, teils über seine Sitz flüche 12 und die Rohrverlängerung<B>13</B> der innersten Wand a_. des ersten Elektroden.- satzes zuführt. Der Raum zwischen der Mut ter 4, dem Gewindeansatz des Ringes 2 und dem zur Stromweifterleitung dienenden Rohr <B>6</B> ist isoliert.
Der Stromfluss von Elektrode zu Elek trode innerhalb des 7Arsetz-ers geht so vor sich, -lass die von dem Elektrodenblech a, der Elektrode a ausgehenden Stromlinien, welche dort die Entladung dess einen Gases veranlassen, das gelochte Blech a, der glei chen Elektrode in der Hauptsache durchset zen, weiterhin durch das Diaphr ma und ag das gelochte Blech c hindurchgehen und auf die zugekehrte Seite des Elektrodenbleches a-, der nächsten Elektrode treffen,
wo das an dere Gas sich entlädt. Dieser Vorgang spielt sieh innerhalb jeder Zelle in der gleichen Weise ab.
Das Elektrodenblech ai ist auf Grund seiner Lochung an der Gasentwicklung nur in sehr unteroeordnetem Masse beteiligt, da es dem Stromdurcho-ang praktisch keinen t' <B>in</B> wesentlichen Widerstand entgegensetzt. <B>en</B> Ist das Blech c von der näcUstfolgenzlen, Elektrode isoliert, so beteiligt es sich an der Gazentwicklung nicht und stellt,dem. Strom durchgang wegen seiner Lochung ebenfalls keinen wesentlichen Widerstand entgegen.
Besteht jedoch zwischen diesem Blech c und der nächstfolgenden Elektrode durch das Zwischenstück 20 eine elektrische Verbin dung, so ist dieses Blech c in gewissem Um fange an der %ebildunc im Sinne Ader mit ihm elektrisch verbundenen Blektrodeidläzhe beteiligt.
Der Strom fliesst also im ersten Fall in der Hauptsache von der Wand des Elektrodenbleches a,".dt"s Inneniaumes jeder ho'hlzylindrise,hen Elektrode adurch die Lo chung des Elektrodenbleches a, der gleichen Elektrode, ferner durch das Diaphragma und durch die Lochunggen des Blechzylinders c auf direktem Wege zu der geggenüberliegen- den Wand der nächsten Elektrode.
Ein ge ringer Teil des Stromes geht auch von dem gelochten Elektroclenblech a, aus und verur sacht dort eine entsprechende Gaserzeugung.
Im zweiten Falle, in dem das Blech c mit der nächstfolgenden Elektrode leitend verbunden ist, fliesst der Strom den gleichen Weg, jedoch kommt ein geringerer Teil schon an dem Blech c zur Entladung und ruft dort Gasbildung herver.
Zur Wasserstoffableitung dient,clas in die Mitte des Deckels eingesetzte isolierte Rohr <B>8,</B> in dessen Innern ein Rohr<B>9</B> liegt, das zur Was-serzufuhr dient und die Höhe des Was serspiegels regelt (Fig. <B>1</B> und 2).
Zwischen .den untern Enden der Rohre<B>8</B> und<B>9</B> einer seits und den innen isolierten Stromzufüh- rungsrohren <B>6</B> und<B>13</B> anderseits verbleibt ein Ringgraum <B>10',</B> der sieh mit Wasserstoff füllt, da er mittels des Kanals<B>10</B> mit dem Wa.sserstoffgassammelraum des Zellensalzes in Verbindung stellt.
Die die Bodenringe 15, <B>16</B> durchsetzen den Kanäle o, Tig. <B>1</B> und 2), die zur Ab# führunig des<B>S</B> auerstoffes dienen, gelangen zwischen einem Bodenringstück <B>17</B> und dem Körper 2:1 in einen ringförmigen Fallra.um o., der nach innen durch ein in den Boden ring<B>17</B> isoliert eingesetztes Rohr<B>18</B> begrenzt wird.
Durch das Tnuere,cles Rohres<B>18</B> kann ,der , Elektrolyt zu den untem Elektroden- sätzen gelangen. Dieses Rohr<B>18</B> endet etwa an der Stelle, an welcheir die Kanäle,<B>f</B> zur Zuführung des frischen Elektrolyts zu den Zellen der betreffenden Stufe liegen.
Der in diesem zweiten Satz entwickelte und sieh oben sammelnde Wasserstoff wird durch eine Bohrung 23, welche in einem Ein satzstück<B>23'</B> den Sauerstoff-Fallraum o-, durchsetzt, mittels eines abwärts gebogenen Röhrchens 24" in den Elektrolytraum ge führt. Das Ende dieses Röhrchens 24" le--t den Elektrolytspiegel für den zweiten Elek- trodensatz fest.
Ist der Sauerstoff (bei Drücken unter etwa "iffl Atm.) leichter als Wasser, so dass er nicht von selbst in die Kanäle o, und den Raum o, fällt, so wird er diesen Kanälen aus jeder Gaskappe 35 am ebern Elektrodenende. zweckmässig etwa nach Art der Fig. <B>3</B> und 4, zugeleitet.
Durch zwei zwischen den Wän den a, und<U>a..</U> eingesetzte Leisten<B>2-7</B> wird ein allseits geschlossener, letrecliter Kana,1 <B>36</B> zwischen der Gaskappe 35 und den unterhalb des Elektrodensatzes angeordneten waagrecht umlaufenden Kanälen o' und den Bohrungen o, für die Ableitung des Sauerstoffes her gestellt.
Der Kanal<B>36</B> durchsetzt bei<B>36,</B> auch die Bodenringe<B>15.</B> Die Leisten<B>27</B> be,- sitzen die gleiche Dicke wie der Sauerstoff raum, so dass sie sieh dicht -.in die Elektro- denwände <I>a, a.</I> legen. An der Stellt-, des Kanals<B>36</B> befinden sieh keine Lochungen in der Wand<B>a"</B> so dass der Kanal<B>36</B> allse;ts geschlossen ist.
Auch bei Betn-ebsdrüeken über<B>800</B> Aim.. <B>d.</B> h. wenn der Sauerstoff schwerer als Was ser ist, wird die Gassammelhaube <B>35</B> bssibe- halten. Beim Betriebsbeginn dauert es einige, 7--it, bis der Betriebsdruck über<B>800</B> Atin. er reicht ist. Für diese Zeit muss für den Sauer stoff, der dann noch leichter als Wasser ist, Gelegenheit geschaffen werden, aufwärts zu steigen und sich oben, zu sammeln.
Der Gas- samm-elraum 35 muss also so gross vorgese hen werden, dass er<B>du</B> während der Druck steigerung entstehende Gas aufnehmen kann.
Bei Betriebsdrücken über<B>800</B> Atin. kann ,das Waewer durch den Sauerstoff-Fallraum <B>0,</B> den einzelnen Elektrodensätzen zugefüh#rt werden, wenn das Rohr<B>18</B> 'bis auf den unter sten Boden des Zersetzers geführt ist, um den durch seine Schwere abwärts fallenden Sauer stoff. der sich aus allen übereinander liegen den Sätzen im Raum<U>o.</U> sammelt, durch den Boden abzuleiten.
<B>An</B> das Rohr<B>31</B> (Fig. 2a und<B>5),</B> mit welchem der durch, das Rohr o, (Fig. <B>1</B> und 2) abwärts geleitete Sauerstoff den Zer- set7er unten verlässt, wird das Auffanggefäss <B>37</B> (Fig. <B>5)</B> für das entwiekelte Sauerstoff- Olas angeschlossen. Diese Flasche<B>37</B> ist bei Beginn des Betriebes mit Elektrolyt gefüllt, der allmählich durch den Sauerstoff ver drängt wird.
Der Elektrolyi steigt durch ein im Innern des Rohres<B>31</B> lie 'gendes Rohr<B>32</B> aufwärts, das auch durch das Rohr<B>18</B> (Fig. I und 2,) ragt.
Ist der Sauerstoff<B>-</B> bei Betriebsdrücken unter etwa<B>700</B> Afm. <B>-</B> (also auch bei Betriebsbeginn) spezifisch leichter als Wasser, so könnte der Fall ein treten, dass der Sauerstoff durch das Rohr <B>32</B> wieder in den Zersetzer zurüekgelano-t. Uin dies zu verliiiten, ist da-s Rohr 82 (Fig. <B>1</B> und 2)
bis über den höchsten Elektrolytspie- Cel im ersten Zersetzersatz geführt. Über das obere Rolirende 82' Tig. 2) ist eine rohr förmige Orlocke <B>33</B> gelegt, deren unterster Rand<B>31'</B> die Ebene, der Wasserzuführung im ersten Elektrodensatz unterschreitet.
Damit ist erreicht, dass der Druck im Zer- set,7er bei Betriebsbeginn von Null bis auf über<B>700</B> Atm. gesteigert werden kann, ohne äussern EingaTiff und oline Umstellung von Ventilen oder dergleichen. und dass sieh 'bei über<B>800</B> Atm. liegenden Betriebsdrücken das verbrauchte Wasser ausdem. Behälter<B>37</B> für den Sauerstoff und dem über dem Zersetzer angeordneten Wasserstoffbehälter<B>38</B> nach Massga,be des Verbrauches ergänzen kann.
M geringeren Drücken, bei denen der Sauerstoff leichter als Wasser ist, kann kein Wasser aus dem Sauerstoffbehälter<B>37</B> als Ergänzungselektrolyt in den Zersetzer flie ssen. In diesem Fall#e wird das Wasser ent sprechend der Füllung des Behälters<B>37</B> mit Sauerstoff durch da.s Boclenrohr <B>37'</B> abge lassen.
Zur Abführung der Verlustwärme, wird gcl#ühlter Wasserstoff aii,deruntersten Stelle, in den Frischwasserrauin des Zersetzers ein- ,geführt. Dieser Wasserstoff steigt im Was- D ser aufwärts, mischt sich oben mit dem neu gebildeten Wasserstoff und wird mit ihm nach oben aIgeführt. Der Kreislauf,dieses in einer Kühlvorrichtung<B>39'</B> rückgekühlten Gases wird durch 'einen Ventilator<B>39</B> (Fig. <B>5)</B> unterhalten,
der durch einen in der Wasserstüffleitung eingekapselten Kurz- sehlussmotor betrieben wird.