Appareil d'électrolyse. La présente invention se rapporte à un appareil d'électrolyse pour la production d'hydrogène et d'oxygène.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet appareil.
La fig. 1 en est une vue en coupe verticale; Les fig. 2, 3 et 4 représentent des coupes suivant les lignes 2-2, 3-3 et 4-4 de la fig. 1; La fig. 5 est une vue de côté de l'appa reil, la paroi extérieure étant enlevée et des plaques et diaphragmes étant partiellement arrachés; La fig. 6 en est une vue en plan. L'appareil représenté comprend une paire de plaques d'anode 1 placées au centre et des plaques de cathode 2 disposées de part et d'autre des plaques d'anode, ainsi que des diaphragmes disposés entre ces plaques.
1 désigne la paire d'anodes, et 2 les cathodes. Les anodes et les cathodes sont, de préférence, en foute galvanisée et de forme carrée. Elles sont sensiblement iden- tiques entre elles ; la description détaillée d'une anode suffira donc pour les deux pièces: La surface génératrice de chaque anode comporte un certain nombre de ner vures verticales rectilignes 3, ayant chacune une section en forme de V. En pratique, les plaques 1 et 2 ont de préférence environ 65 cm de côté et les nervdres sont écartées d'environ 25 mm et font saillie d'environ 3 min sur la face avant 4 de chaque plaque, l'épaisseur de cette dernière citant sensiblement de 6 mm.
Chaque anode est munie sur sa face arrière d'une nervure 5 qui en fait le tour à faible distance de son bord ou périphérie, et de nervures diagonales 6 qui se coupent entre elles et qui rencon trent la nervure 5 à ses quatre angles. Près de chacun des côtés, les branches ou parties inférieure et supérieure de la nervure 5 sont munies de bossages 7 présentant chacun un évidement 8 destiné à recevoir les tiges çou- ductrices et porteuses désignées respective ment par 9 et 10..
Chacune des cathodes 2 est disposée de même que les anodes 1; si ce n'est que les nervures 32 sont décalées par rapport aux nervures 3, de manière à se trouver, après assemblage, dans le milieu des intervalles entre les nervures de l'anode correspondante. L'arrière de chaque cathode est muni de nervures 52 et 62 qui correspondent. respec tivement aux nervures 5 et 6 des anodes.
Chaque cathode est pourvue, à l'arrière, de bossages 72 similaires aux bossages 7 et comportant chacun un évidement 82 analogue aux évidements 8. Afin de fixer les cathodes à leurs tiges conductrices, et d- support, désignées respectivement par 9 et 102, cha que bossage, est muni d'une pièce de serrage 11 qui comporte un évidement coopérant avec celui du bossage et est fixé audit bos sage ail moyen d'une vis de serrage 12. Les anodes sont reliées entre elles ainsi qu'à leurs tiges conductrices et de support au moyen de vis 7b montées dans des ouvertures 7c des bossages 7.
Quand les anodes et les cathodes sont assemblées à leurs tiges, on monte les deux anodes et chaque cathode à l'intérieur de ehâ ssis rectangulaires. Chaque châssis est formé d'une bande en forme de gouttière découpée dans une tôle et dont les bords sont dirigés vers l'intérieur. Le châssis de l'anode est figuré en 13, et les deux châssis des cathodes en 14.
Après assemblage des pièces, les fonds des châssis 13 et 14 s'éten dent au-dessous des bases des plaques 1 et 2 et les sommets des châssis se prolongent bien au-dessus du haut des plaques, de manière à constituer, avec des plaques laté rales coopérantes, des espaces collecteurs pour les gaz s'élevant, de préférence, d'environ 30 cm au-dessus du haut des plaques.
En vue d'établir l'espace collecteur d'oxygène, on fixe aux ailes supérieures 132 et aux ailes latérales 1311 du châssis 13 des plaques de tôle 15 ayant chacune un rebord supérieur 152 et des rebords latéraux 1511, en soudant les rebords 152 sur les ailes 132 et les rebords 15v sur les ailes 13b.
A une faible distance au-dessus du haut des plaques d'anode, les plaques 15 sont recourbées vers l'extérieur en 15c, les rebords 7.5b étant dé- coupés de manière à permettre que les extré mités des parties 15 inclinées vers l'extérieur se prolongent en travers des ailes 13"' jus qu'aux bords extérieurs de ces dernières, et soient soudées sur ceux-ci. On a ainsi établi au-dessus des plaques d'anode un espace collecteur formé, par les côtés et le dessus du châssis 13, et par les plaques rapportées 15. Un tube 151, destiné à amener l'oxy gène dans un collecteur approprié, part de la partie centrale du sommet du châssis 13.
Chacun des châssis 14 est disposé sen siblement de même que le châssis 13 et la partie supérieure de chacun des châssis 14 contient un espace collecteur semblable à celui du châssis 13. 16 désigne l'une des plaques rapportées appliquées de part et d'autre du châssis 14, 162 le rebord supérieur et 16b le rebord latéral de chaque plaque, au moyen desquels cette dernière est soudée aux ailes 142 et 14b du châssis 14, et 16 l'extrémité inférieure recourbée de chacune des plaques 16.
Les extrémités inférieures des plaques intérieures 16 sont opposées aux extrémités inférieures 15e des plaques 15, et espacées de ces dernières d'environ 3 rnm, c'est-à-dire de la même distance qui existe entre les nervures 3 et 32.
En travers des espaces qui séparent les plaques 15 et 16, se trouvent des traverses 17 dont les extrémités sont soudées sur les rebords 151, et 16<B>"</B>. Ces traverses servent à fixer les extrémités supérieures des dia phragmes.
On remarquera que les extrémités exté rieures des nervures 3 se trouvent dans les plans des extrémités extérieures des bords de la gouttière formée par le châssis 13; et que les extrémités extérieures des nervures 32 se trouvent chacune dans le plan de l'un des bords de la gouttière des châssis 14. Les diaphragmes 18, de préférence en toile d'amiante, coopèrent avec les plaques d'anode.
Les diaphragmes 18 sont constitués d'une seule pièce- de toile en forme de poche de façon à pouvoir être serrés autour dit châssis 13 et amenés en contact intime avec les nervures 3, tout en étant fixés au châssis 13 au moyen d'une paire de pinces 20, en forme de gouttières. L'extrémité supérieure de la poche est fendue et chacun de ses côtés 18a est appliqué autour de la barre 17 corres pondante et fixé à celle-ci, par exemple, par couture.
Les diaphragmes seront en contact direct avec les fonds des parties déviées vers l'extérieur, 15 , des plaques 15 ; on peut assurer un serrage exempt de fuites en espa çant les barres 17 de telle sorte que le diaphragme soit recourbé vers l'intérieur au- dessus des fonds, ou vers les plaques 15.
Des diaphragmes similaires 21 seront appliqués de façon analogue sur les plaques de cathode et contre leurs châssis 14, les extrémités supérieures des diaphragmes étant appliquées autour des barres extérieures 17 et fixées à celles-ci, et les corps des dia phragmes étant fixés auxdits châssis à l'aide, de pinces 22, en forme de gouttières, simi laires aux pinces 20.
A. la traverse inférieure de chacun des châssis 13 se trouve fixée une. paire d'isola teurs 23 disposés de façon à recevoir respec tivement les tiges 9 et 10. Dans la traverse supérieure du châssis 13 se trouve une garni ture isolante 24 que traverse la tige conduc trice 9; et de l'autre côté de ladite traverse se trouve fixé un bloc 25 de matière isolante qui reçoit l'extrémité supérieure de la tige de support ou de consolidation 10.
Des blocs isolants similaires 251, sont fixés aux traverses inférieures des châssis 14, tandis que la traverse supérieure de chacun desdits châssis est munie d'une garniture 241, et d'un bloc isolant 251, similaires aux pièces 24 et 25, mais disposés aux extrémités opposées du châssis. Du milieu du sommet de chaque châssis 14 part un tube de communication 26 destiné à amener l'hydrogène dans un réci pient approprié.
Les pièces qui viennent d'être décrites sont introduites dans un bac approprié 27, de longueur et de largeur déterminées, de façon à permettre que L'ensemble y soit ajusté exactement.
Les pièces étant établies et disposées comme il vient d'être d'écrit, on remplit le bac 27 du liquide électrolytique jusqu'en un point situé à une faible distance au-dessous de la base des tubes 15 et 26. L'électrolyte se trouvera au même niveau dans les espaces collecteurs formés par les sommets des châssis et les parois ou plaques 15 et 16, au-dessus des anodes et des cathodes respec tivement.
Le courant lancé dans le conduc teur 8 .décomposera l'électrolyte de la faon usuelle. L'oxygène dégagé sur les faces extérieures des anodes 1 s'élèvera à l'inté rieur des espaces formés par les diaphragmes et les nervures 3; il frappera les extrémités inférieures inclinées 15 des plaques 15, passera de bas en haut dans l'espace collec teur formé par le châssis 13 et par lesdites plaques et sera débité par le tube 15 dans un collecteur approprié.
L'hydrogène mis en liberté sur les faces intérieures des plaques de cathode s'élèvera dans l'espace ménagé entre les diaphragmes 21 et les nervures 3a; il viendra frapper les extrémités 16c, déviées vers l'intérieur, des plaques 16, pénétrera dans les espaces collecteurs formés par les plaques 16 et les châssis 14, et . sera amené par les tubes 26 dans un collecteur approprié.
En raison du fait que le contact entre chaque diaphragme et chaque nervure a lieu suivant une ligne, il n'existera en ce point aucune surface propre à la formation d'une pellicule liquide, il n'y aura donc aucune perte de gaz, les diaphragmes, comme on l'a vu, étant appli qués sans jeu en travers desdites nervures et étant en prise sans jeu avec les extrémités inférieures infléchies des parois latérales des plaques des espaces collecteurs. Le niveau de l'eau dans les différents espaces collecteurs de chaque unité sera le même, vu que les espaces collecteurs sont de même section transversale.
Si, pour une raison quelconque, l'élément ne fonctionnait pas comme il con vient, et qu'une certaine quantité de gaz vint à s'échapper autour des bords inférieurs des déflecteurs 15 et 16 ou à travers les diaphragmes, ce gaz serait obligé de se dé gager dans l'atmosphère et ne pourrait se mêler au reste du gaz dans son espace collecteur ou dans son tube d'évacuation. Lors même que la pression du gaz dans l'un des bacs récepteurs serait suffisante pour abaisser le niveau de l'électrolyte dans son espace collecteur, il ne se produirait aucun mélange du gaz avec le restant du gaz en gendré.
Dans ce cas, si la pression du gaz était suffisante pour lui faire traverser le diaphragme, il s'échapperait directement dans l'atmosphère par l'espace compris entre ledit diaphragme et le diaphragme voisin.
Les pinces 20 en forme de gouttières sont avantageuses, non seulement comme moyen de fixer le diaphragme en place, mais encore afin d'assurer la position et l'espace ment des anodes et des cathodes et de leurs diaphragmes. L'appareil est facile à adapter à telles variations de voltage et d'ampérage qui existent dans les installations électriques courantes, et plusieurs appareils peuvent être reliés en parallèle aussi bien qu'en série.
Electrolysis apparatus. The present invention relates to an electrolysis apparatus for the production of hydrogen and oxygen.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of this device.
Fig. 1 is a view in vertical section; Figs. 2, 3 and 4 show sections along lines 2-2, 3-3 and 4-4 of FIG. 1; Fig. 5 is a side view of the apparatus with the outer wall removed and the plates and diaphragms partially broken away; Fig. 6 is a plan view. The apparatus shown comprises a pair of anode plates 1 placed in the center and cathode plates 2 arranged on either side of the anode plates, as well as diaphragms arranged between these plates.
1 designates the pair of anodes, and 2 the cathodes. The anodes and cathodes are preferably galvanized and square shaped. They are substantially identical to each other; the detailed description of an anode will therefore suffice for the two parts: The generating surface of each anode comprises a certain number of rectilinear vertical ribs 3, each having a V-shaped section. In practice, the plates 1 and 2 have preferably about 65 cm per side and the ribs are spaced about 25 mm apart and protrude for about 3 min on the front face 4 of each plate, the thickness of the latter being substantially 6 mm.
Each anode is provided on its rear face with a rib 5 which circles it at a short distance from its edge or periphery, and with diagonal ribs 6 which intersect with each other and which meet the rib 5 at its four angles. Near each of the sides, the lower and upper branches or parts of the rib 5 are provided with bosses 7 each having a recess 8 intended to receive the cutting and supporting rods designated 9 and 10 respectively.
Each of the cathodes 2 is arranged like the anodes 1; except that the ribs 32 are offset with respect to the ribs 3, so as to be, after assembly, in the middle of the intervals between the ribs of the corresponding anode. The rear of each cathode is provided with ribs 52 and 62 which correspond. respec tively to the ribs 5 and 6 of the anodes.
Each cathode is provided, at the rear, with bosses 72 similar to the bosses 7 and each comprising a recess 82 similar to the recesses 8. In order to fix the cathodes to their conductive rods, and d- support, designated respectively by 9 and 102, each boss is provided with a clamping piece 11 which comprises a recess cooperating with that of the boss and is fixed to said bos sage by means of a clamping screw 12. The anodes are connected to each other as well as to their rods conductive and support by means of screws 7b mounted in openings 7c of the bosses 7.
When the anodes and cathodes are assembled to their rods, the two anodes and each cathode are mounted inside rectangular frames. Each frame is formed of a strip in the form of a gutter cut from a sheet and the edges of which are directed inwards. The anode frame is shown at 13, and the two cathode frames at 14.
After assembly of the parts, the bottoms of the frames 13 and 14 extend below the bases of the plates 1 and 2 and the tops of the frames extend well above the top of the plates, so as to constitute, with plates cooperating laterals, collecting spaces for the gases preferably rising about 30 cm above the top of the plates.
In order to establish the oxygen collecting space, sheet metal plates 15 each having an upper flange 152 and side flanges 1511 are fixed to the upper flanges 132 and the side flanges 1311 of the frame 13, by welding the flanges 152 to the wings 132 and the flanges 15v on the wings 13b.
At a short distance above the top of the anode plates, the plates 15 are curved outwardly at 15c, the flanges 7.5b being cut so as to allow the ends of the portions 15 tilting upward. outside extend across the flanges 13 "'to the outer edges of the latter, and are welded to them. There is thus established above the anode plates a collector space formed by the sides and the above the frame 13, and by the attached plates 15. A tube 151, intended to bring the oxygen into a suitable collector, starts from the central part of the top of the frame 13.
Each of the frames 14 is arranged in the same way as the frame 13 and the upper part of each of the frames 14 contains a collecting space similar to that of the frame 13. 16 designates one of the attached plates applied on either side of the frame. frame 14, 162 the top edge and 16b the side edge of each plate, by means of which the latter is welded to the wings 142 and 14b of the frame 14, and 16 the curved lower end of each of the plates 16.
The lower ends of the inner plates 16 are opposite the lower ends 15e of the plates 15, and spaced from the latter by about 3 mm, that is to say by the same distance which exists between the ribs 3 and 32.
Across the spaces which separate the plates 15 and 16 are cross members 17, the ends of which are welded to the flanges 151, and 16 <B> "</B>. These cross members serve to secure the upper ends of the diaphragms.
It will be noted that the outer ends of the ribs 3 are located in the planes of the outer ends of the edges of the gutter formed by the frame 13; and that the outer ends of the ribs 32 are each located in the plane of one of the edges of the gutter of the frames 14. The diaphragms 18, preferably made of asbestos cloth, cooperate with the anode plates.
The diaphragms 18 are made of a single piece of pocket-shaped canvas so that they can be clamped around said frame 13 and brought into intimate contact with the ribs 3, while being fixed to the frame 13 by means of a pair. clamps 20, in the form of gutters. The upper end of the pocket is slit and each of its sides 18a is applied around the corresponding bar 17 and secured thereto, for example, by stitching.
The diaphragms will be in direct contact with the bottoms of the parts deflected outwards, 15, of the plates 15; a leak-free clamping can be ensured by spacing the bars 17 so that the diaphragm is curved inward above the bottoms, or towards the plates 15.
Similar diaphragms 21 will be applied similarly to the cathode plates and against their frames 14, the upper ends of the diaphragms being applied around the outer bars 17 and fixed thereto, and the bodies of the diaphragms being fixed to said frames at using pliers 22, in the form of gutters, similar to pliers 20.
A. the lower cross member of each of the frames 13 is fixed one. pair of isolators 23 arranged so as to receive the rods 9 and 10 respec tively. In the upper cross member of the frame 13 there is an insulating lining 24 through which the conductive rod 9 passes; and on the other side of said cross member is fixed a block 25 of insulating material which receives the upper end of the support or consolidation rod 10.
Similar insulating blocks 251 are fixed to the lower cross members of the frames 14, while the upper cross member of each of said frames is provided with a gasket 241, and an insulating block 251, similar to parts 24 and 25, but arranged at opposite ends of the frame. From the middle of the top of each frame 14 starts a communication tube 26 intended to bring the hydrogen into a suitable container.
The parts which have just been described are introduced into an appropriate container 27, of determined length and width, so as to allow the assembly to be fitted there exactly.
The parts being established and arranged as it has just been written, the tank 27 is filled with electrolytic liquid up to a point situated at a short distance below the base of the tubes 15 and 26. The electrolyte collects. will be found at the same level in the collecting spaces formed by the tops of the frames and the walls or plates 15 and 16, above the anodes and cathodes respectively.
The current started in conductor 8 will break down the electrolyte in the usual way. The oxygen released on the outer faces of the anodes 1 will rise inside the spaces formed by the diaphragms and the ribs 3; it will strike the inclined lower ends 15 of the plates 15, will pass from bottom to top in the collector space formed by the frame 13 and by said plates and will be debited by the tube 15 into a suitable collector.
The hydrogen released on the inner faces of the cathode plates will rise in the space formed between the diaphragms 21 and the ribs 3a; it will strike the ends 16c, deflected inwards, of the plates 16, will enter the collecting spaces formed by the plates 16 and the frames 14, and. will be brought by the tubes 26 into a suitable collector.
Due to the fact that the contact between each diaphragm and each rib takes place along a line, at this point there will be no surface suitable for the formation of a liquid film, so there will be no loss of gas, the diaphragms, as we have seen, being applied without play across said ribs and being in engagement without play with the inflected lower ends of the side walls of the plates of the collecting spaces. The water level in the different collecting spaces of each unit will be the same, since the collecting spaces have the same cross section.
If for some reason the element did not perform as it should, and a certain amount of gas were to escape around the lower edges of the baffles 15 and 16 or through the diaphragms, this gas would be forced. to escape into the atmosphere and could not mix with the rest of the gas in its collecting space or in its evacuation tube. Even if the pressure of the gas in one of the receiving tanks would be sufficient to lower the level of the electrolyte in its collecting space, no mixing of the gas with the remainder of the gas produced would take place.
In this case, if the gas pressure was sufficient to cause it to pass through the diaphragm, it would escape directly into the atmosphere through the space between said diaphragm and the neighboring diaphragm.
Gutter-shaped clamps 20 are advantageous not only as a means of securing the diaphragm in place, but also for securing the position and spacing of the anodes and cathodes and their diaphragms. The apparatus is easily adapted to such variations in voltage and amperage which exist in common electrical installations, and several apparatuses can be connected in parallel as well as in series.