DE532208C

DE532208C - Decomposers, in particular for the electrolysis of water under pressure

Info

Publication number: DE532208C
Application number: DER68182D
Authority: DE
Original assignee: RUDOLF ROHDE
Current assignee: RUDOLF ROHDE
Priority date: 1926-07-16
Filing date: 1926-07-17
Publication date: 1931-08-25

Description

Zersetzer, insbesondere zur Elektrolyse von Wasser unter Druck Die bisher bekannten Einrichtungen zum Zersetzen von Wasser mittels Elektrolyse haben den Nachteil, einen ungewöhnlich großen Raumbedarf, besonders eine große Grundfläche im Verhältnis zu der von der Vorrichtung verarbeiteten Energiemenge zu benötigen, wodurch sich hoheAnlagekosten ergeben. Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, die Elektroden, und zwar zweckmäßig solche, die mit hoher Stromdichte betrieben werden können, auf einen kleinen Raum zusammenzudrängen. Besondere Vorteile ergeben sich bei Anlagen, die bei erhöhtem, besonders bei sehr hohem; elektrolytisch erzeugtem Druck arbeiten, da es nun möglich wird, den günstigsten, d. h. einen kleinen zylindrischen Querschnitt für das Druckgefäß anzuwenden, in welchem die Vorrichtung untergebracht ist.Decomposers, especially for the electrolysis of water under pressure have previously known devices for the decomposition of water by means of electrolysis the disadvantage of an unusually large space requirement, especially a large base area in relation to the amount of energy processed by the device, which results in high investment costs. The invention makes it its task the electrodes, and expediently those that operate with a high current density can be crowded into a small space. Result in particular advantages in the case of investments that are at an elevated level, especially at a very high level; electrolytically generated Pressure work as it is now possible to find the cheapest, i.e. H. a small cylindrical one Apply cross-section for the pressure vessel in which the device is housed is.

Bei dieser Zusammendrängung auf kleinen Raum macht die Schaltung der Elektroden besonders dann erhebliche Schwierigkeiten, wenn alle Elektroden einerseits in einem gemeinsamen Elektrolytbade untergebracht sind, andererseits eine genügende Zahl von Elektroden hintereinandergeschaltet werden soll, um eine genügend hohe Betriebsklemmspannung für den Gesamtzersetzer zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung werden Gruppen von Elektroden, die parallel geschaltet sind, zur Vermeidung von elektrolytischen Nebenschlüssen in besondere Gehäuse eingeschlossen und in einem gemeinsamen El'ektrolytbade so hintereinandergeschaltet, daß die Gehäuse nur eine beschränkte elektrolytische Verbindung zwischen den einzelnen hintereinandergeschalteten Gruppen zulassen. Zur Vermeidung von Nebenschlußströmen im Elektrolyten ist der Elektrolytraum einer Elektrodengruppe von dem Elektrolyten der Gassammelkanäle und dem der übrigen Elektrodengruppen mittels Gasabscheider getrennt, die zweckmäßig aus einem siphonartigen Gasfang mit einer in den Gasraum hineinragenden, die Elektrolyte trennenden Scheidewand bestehen.With this crowding into a small space, the circuit makes the Electrodes, in particular, considerable difficulties when all electrodes are on the one hand are accommodated in a common electrolyte bath, on the other hand a sufficient one Number of electrodes should be connected in series to a sufficiently high To enable operating terminal voltage for the total decomposer. According to the invention are groups of electrodes that are connected in parallel to avoid electrolytic shunts enclosed in special housings and in one common El'ektrolytbade so connected in series that the housing only one limited electrolytic connection between the individual cascaded Allow groups. To avoid shunt currents in the electrolyte, the Electrolyte compartment of an electrode group from the electrolyte of the gas collecting channels and that of the other electrode groups separated by means of a gas separator, which is expedient from a siphon-like gas trap with one protruding into the gas space, the electrolyte separating septum.

Die Gehäuse, welche jede Elektrodengruppe umschließen, können nebeneinandergereiht oder zur Ersparung an Grundfläche stockwerkartig übereinandergesetzt werden. Zweckmäßig sind diese Gehäuse glockenförmig, wobei in den Gehäusen, und zwar am besten in den Segmenten, die der eigentliche Elektrodenraum gegenüber dem runden Querschnitt übrigläßt, die allen Gehäusen gemeinsamen Gas- und Elektrolyträume, die Gasabscheider, Gassammelkanäle, Kühlkanäle und solche für die Spannspindeln bei der Herstellung der Gehäuse vorgesehen oder, wenn sie beispielsweise aus Beton bestehen, sogleich bei der Herstellung ausgespart werden.The housings which enclose each group of electrodes can be lined up next to one another or stacked on top of each other to save floor space. Appropriate These housings are bell-shaped, being in the housings, and preferably in the Segments that the actual electrode space leaves behind compared to the round cross-section, the gas and electrolyte compartments common to all housings, the gas separators, gas collecting ducts, Cooling channels and those for the clamping spindles are provided in the manufacture of the housing or, if they are made of concrete, for example, cut out immediately during manufacture will.

Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens ist als Beispiel auf der Zeichnung veranschaulicht. Abb. i zeigt in Ansicht und Querschnitt eine durch einen Rahmen zusammengehaltene Elektrodenpackung, Abb. 2 stellt im Längsschnitt nach A-A der Abb. 3 und diese Abb.3 im Längsschnitt nach B-B der Abb. 2 eine in dem Gehäuseelement untergebrachte Gruppe von Zersetzerpackungen und einen Teil der benachbarten Gruppen dar.One of the numerous possible embodiments of the idea of the invention is illustrated as an example on the drawing. Fig.i shows a view and cross-section of an electrode package held together by a frame, Fig. 2 is a longitudinal section according to A-A of Fig. 3 and this Fig. 3 is a longitudinal section according to B-B of Fig. 2 a group of decomposition packs accommodated in the housing element and part of the neighboring groups.

Abb. 4 ist ein Schnitt nach C-C der Abb. 2. In dem dargestellten Beispiel ist die Verwendung der Elektroden nach Patent 416 541 angenommen, doch können auch andere Elektrodenformen, z. B. schmale Gitterelektroden, gelochte Elektroden, schmale Streifenelektroden oder gewöhnliche ebene Elektrodenbleche, verwendet werden. Andererseits ist die Raumersparnis bei Benutzung der dargestellcen Elektrodenart am größten, zumal sie auch in einfachster Weise die Diaphragmen zu halten gestattet, nämlich einfach durch Pressen des Diaphragmas zwischen je zwei zusammenarbeitenden Elektroden.Fig. 4 is a section along C-C of Fig. 2. In the example shown the use of the electrodes according to patent 416 541 is assumed, but can also other shapes of electrodes, e.g. B. narrow grid electrodes, perforated electrodes, narrow Strip electrodes or ordinary flat electrode sheets can be used. on the other hand the space saving is greatest when using the type of electrode shown, especially since it also allows the diaphragms to be held in the simplest possible way, namely simply by pressing the diaphragm between two working electrodes.

Das Ausführungsbeispiel, insbesondere Abb. i, zeigt ferner, daß in diesem Falle stets zwei Paar, b, c, dieser Elektroden durch einen Halterahmen a, der aus einem harten Isolator, beispielsweise aus Hartgummi, emailliertem oder hartgummiertem -Eisenblech, .aus Kunstschiefer, Asbest,- Zementschiefer oder auch aus Beton o. dgl. -bestehen kann, zu einer Zersetzerpackung vereinigt sind. Die beiden inneren, einander gegenüberstehenden und im Verein mit dem Rahmen einen Zersetzerraum umschließenden Elektrodenplatten b werden als die eine, beispielsweise als positive Elektrode geschaltet und liefern demnach Sauerstoff, während die beiden- äußeren Platten c als negative Elektroden Wasserstoff erzeugen. Beliebig viele solcher -Packungen werden durch flache oder zweckmäßig kegelförmige Ringe d oder beliebige andere -Zwischenlagen zusammengepreBt und bilden eine Elektrodengruppe. Alle Innenplatten einer solchen Gruppe sind (vgl. Abb. 2) mittels einer Platte e parallel geschaltet. Jede dieser Elektrodengruppen ist in ein hohlzylindrisches oder glockenartiges Gehäuseelement g eingesetzt, das aus Beton, hartgummiertem Gußeisen, Chamotte, Basalt, Quarz o. dgl. bestehen kann. Die glockenförmigen Gehäuseelemente erleichtern nicht nur die druckfeste Unterbringung der Elektrodengruppen- auf kleinstem Raum, sondern ermöglichen auch eine gute Führung der zur Abscheidung kommenden Gase und die betriebssichere Hintereinanderschaltung der einzelnen Elektrodengruppen.The embodiment, in particular Fig. I, also shows that in in this case always two pairs, b, c, of these electrodes by a holding frame a, that made of a hard insulator, for example made of hard rubber, enameled or hard rubberized - iron sheet,. Made of artificial slate, asbestos, - cement slate or also from concrete or the like Like. Can exist, are combined into a decomposer pack. The two inner ones facing each other and, in conjunction with the frame, enclosing a decomposer room Electrode plates b are connected as the one, for example as a positive electrode and therefore supply oxygen, while the two outer plates c are negative Electrodes generate hydrogen. Any number of such packs can be handled flat or appropriately conical rings d or any other intermediate layers pressed together and form a group of electrodes. All inner panels of one of these Group are (see. Fig. 2) connected in parallel by means of a plate e. Any of these Electrode groups is in a hollow cylindrical or bell-shaped housing element g is used, which is made of concrete, hard rubberized cast iron, chamotte, basalt, quartz, etc. Like. Can exist. The bell-shaped housing elements not only facilitate that Pressure-tight accommodation of the electrode groups - in the smallest of spaces, but enable also good management of the gases coming to the separation and reliable operation Series connection of the individual electrode groups.

Das eine Gas, z. B. der von den Innenplatten b ausgeschiedene Sauerstoff, sammelt sich im oberen Teil der Rahmen a und- kann durch das aus den Rahmen a und den kegelförmigen Ringen d zusammengesetzte Rohr f abgeführt werden. Der an den äußeren Platten entstehende Wasserstoff steigt in dem Ausführungsbeispiel frei außerhalb der Rahmen a nach oben und wird oberhalb der Rahmen bzw. El'ektrodengruppen, beispielsweise durch die schrägliegende Fläche des inneren Glockenbodens g (Abb. 3), nach rechts abgeleitet.One gas, e.g. B. the excreted from the inner plates b oxygen, collects in the upper part of the frame a and can be discharged through the pipe f composed of the frame a and the conical rings d. In the exemplary embodiment, the hydrogen produced on the outer plates rises freely outside the frame a and is diverted to the right above the frame or electrode groups, for example through the inclined surface of the inner bell base g (Fig. 3).

Zur Vermeidung von Nebenschlußströmungen im Elektrolyten empfiehlt es sich, die Elektrolyträume -der hintereindergeschalteten Elektrodengruppen und auch das Elektrolyt enthaltende Gassammelrohr -elektrisch voneinander zu trennen, ohne daß jedoch die Gasableitung von den einzelnen Elektrodengruppen behindert wird. Um dies zu erreichen, sind außerhalb der glockenförmigen Gehäuseelemente besondere Gasabscheider h vorgesehen (vgl. Abb.2 bis 4). Zum Beispiel gelangt der Sauerstoff der Elektrodengruppe i (Abb.2 und 3), der sich zunächst in dem Rohr f sammelt, bei k in den Gasabscheider h, steigt nach oben und sammelt sich in dem siphonartigen Gasfang 1. Das Gas drückt hier den Elektrolytspiegel durch den Kanal m, der von der Zuleitung k durch eine in den Gasfang hineinragende Scheidewand p getrennt ist, abwärts und- durch Schlitze n in Sammelkanäle o zurüclz -(:Abb. 4), die durch die ganze Zersetzersäule laufen. Schließlich entweicht das Gas selbst -durch die Schlitze n in diesen Sammelkanälen o: Durch die Trennungswand p und das Gas im Gasfang 1 ist also der Elektrolyt der Elektrodengruppen i vom Elektrolyten der -Sammelkanäle .o getrennt, obgleich das erzeugte Gas ungehindert in diese Kanäle gelangen und durch sie zu dem Hauptsammelraum gelangen kann, aus dem :es entnommen wird. Die gleiche Anordnung der Sammelkanäle mit siphonartigen Gasabscheideranschlüssen an die' Räume der einzelnen Elektrodengrüppen ist auch für die Abführung des Wasserstoffs vorgesehen und beispielsweise um 9o° versetzt zu der Sauerstoffabführung angeordnet (vgl. Abb.4). Die Wasserstoffsammelkanäle s sind mit dem Hauptsammelraum verbunden.To avoid shunt currents in the electrolyte, it is advisable to electrically separate the electrolyte chambers - the electrode groups connected in series and also the gas collecting tube containing the electrolyte - without, however, hindering the discharge of gas from the individual electrode groups. To achieve this, special gas separators h are provided outside the bell-shaped housing elements (see Fig. 2 to 4). For example, the oxygen from electrode group i (Fig. 2 and 3), which initially collects in tube f , enters gas separator h at k, rises to the top and collects in siphon-like gas trap 1. The gas presses the electrolyte level here through the channel m, which is separated from the supply line k by a partition p projecting into the gas trap, downwards and - through slits n in collecting channels o - (: Fig. 4), which run through the entire decomposition column. Finally, the gas itself escapes through the slots n in these collecting ducts o: The electrolyte of the electrode groups i is separated from the electrolyte of the collecting ducts o by the partition wall p and the gas in the gas trap 1, although the gas produced can enter these ducts unhindered and through it can get to the main collection room, from which: it is removed. The same arrangement of the collecting channels with siphon-like gas separator connections to the spaces of the individual electrode groups is also provided for the discharge of the hydrogen and is arranged, for example, offset by 90 ° to the oxygen discharge (see Fig. 4). The hydrogen collecting ducts s are connected to the main collecting space.

Der bei dieser Gasabscheidung aus den Gassammelräumen l verdrängte Elektrolyt fließt durch Kanäle r (Abb. 2 und 4) zu dem unteren Teil der Elektrodengruppe zurück. Hierbei ist aber Vorsorge getroffen, daß der Elektrolyt des Wasserstoffraumes aus dem betreffenden Gasabscheider 1 wieder demjenigen Raum jeder Zelle zugeführt wird, der Wasserstoff erzeugt, also von den negativen Elektroden umgeben ist. Das Entsprechende gilt für den Elektrolyten des Sauerstoffgasraumes. Dies ist deswegen erwünscht, weil die Elektrolyte stets mit Gas emulsionsartig gesättigt sind, so daß eine Mischung der Gase entstehen könnte, wenn die Elektrolyte der beiden Elektroden nicht getrennt voneinander geführt werden. Die Gasabscheiderkörper h.selbst können aus Eisen o. dgl. hergestellt und in das Gehäuseelement eingegossen sein, es können aber auch, insbesondere wenn die Gehäuseelemente aus Beton- bestehen, Räume zur Sammlung und Weiterführung sowie die Kanäle zur Rückführung des Elektrolyten bei der Herstellung des Elementes vorgesehen sein. Ebenso können hierbei Löcher zur Aufnahme von Spannspindeln ausgespart werden.Which displaced l from the gas collecting spaces during this gas separation Electrolyte flows through channels r (Fig. 2 and 4) to the lower part of the electrode group return. Here, however, precaution is taken that the electrolyte of the hydrogen space from the relevant gas separator 1 is fed back to that space of each cell which generates hydrogen, i.e. is surrounded by the negative electrodes. That The same applies to the electrolyte of the oxygen gas space. This is because of this desirable because the electrolyte is always saturated with gas like an emulsion are so that a mixture of gases could arise when the electrolytes of the two Electrodes are not kept separate from each other. The gas separator body itself can be made of iron or the like and cast into the housing element, but it can also, especially if the housing elements are made of concrete, Rooms for collection and continuation as well as the channels for recycling the electrolyte be provided in the manufacture of the element. Holes can also be used here to accommodate clamping spindles.

Die Gassammelkanäle o und s, deren oberes Ende in die beiden auf die ganze Zersetzersäul'e aufgesetzten Hauptgaskammern q und t münden, sind zweckmäßig an ihrem unteren Ende miteinander verbunden, so daß sie insgesamt ein [)-Rohr bilden. Hierdurch kann sich der Gasdruck der beiden Gaskammern ausgleichen. Wesentlich ist, daß die Verbindung der beiden Sammelkanäle o und s unten, zweckmäßig an der tiefsten Stelle der Zersetzersäule, also unterhalb der untersten Elektrodengrupp:e, liegt, da an dieser Stelle in dem Elektrolyten gar keine oder nur Spuren von Gasemulsion zu finden sind, so daß durch diese Art der Rohrverbindung eine Verunreinigung der Gase vermieden wird.The gas collecting channels o and s, the upper end of which open into the two main gas chambers q and t placed on the entire decomposition column, are expediently connected to one another at their lower end so that they form a total of a [) tube. This allows the gas pressure of the two gas chambers to equalize. It is essential that the connection of the two collecting channels o and s is below, expediently at the lowest point of the decomposition column, i.e. below the lowest electrode group: e, since at this point there are no or only traces of gas emulsion in the electrolyte, so that this type of pipe connection avoids contamination of the gases.

Durch die neue Zersetzerbauart ist es möglich, auch bei dem stark beschränkten Raum, der bei jeder Druckelektrolyseanlage vorhanden ist, den Zersetzer den Strom- und Spannungsbedingungen aller praktisch vorkommenden Stromnetze anzupassen. Die Anzahl der einzelnen Elektroden bzw. Elektrodenpackungen einer Gruppe kann nach Belieben den Betriebsverhältnissen entsprechend gewählt werden. Ebenso ist die Höhe bzw. Größe der Elektrodenplatten selbst nicht begrenzt. Ist somit die Stromaufnahme durch die in sehr großen Grenzen steigerbare Aufnahmefähigkeit einer Elektrodengruppe gewährleistet, so paßt sich die Anzahl der hintereinandergeschalteten Elektrodengruppen, deren Betriebsspannung je etwa 2 Volt beträgt, jeder beliebigen Betriebsspannung an.Thanks to the new decomposer design, it is possible, even with the strong one limited space, which is available in every pressure electrolysis system, the decomposer adapt to the current and voltage conditions of all practically occurring power grids. The number of individual electrodes or electrode packs in a group can vary according to Can be selected according to the operating conditions. So is the height or size of the electrode plates themselves are not limited. Is therefore the current consumption due to the capacity of an electrode group, which can be increased within very large limits guaranteed, the number of electrode groups connected in series is whose operating voltage is about 2 volts each, any operating voltage at.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Decomposers, in particular for the electrolysis of water under pressure, with electrolytic cells connected in series, each of which contains a number of electrode groups connected in parallel, in an insulating one Housing and housed in a common electrolyte bath, characterized in that that each cell in a special closed housing part, expediently made of basalt, Porcelain, concrete, quartz or iron with an insulating coating and in the connections of each cell with those housed in the housing walls, Gas collecting channels that contain electrolyte and are common to all cells are switched on are, so that the electrolyte chambers of the individual during operation of the decomposer Cells trapped from each other and from the electrolyte of the gas collection ducts Gas are disconnected. a. A decomposer according to claim i, characterized in that the Gas catchers are designed like a siphon. G. A decomposer according to claims i and z, characterized characterized in that the closed housing parts are bell-shaped for one cell each are designed and stacked as floors. q .. decomposer according to claim i or dependent claims, characterized in that in the bells with a round cross-section Plate electrodes are housed united in groups. 5. decomposer according to claim q., characterized in that the gas and electrolyte lines common to all bells, the gas separators, gas collecting ducts, cooling ducts and those for clamping spindles in the Segments of the bells that form the actual electrode space opposite the round cross-section leaves, cast in with or cut out of them. 6. decomposer according to claim i to 5, characterized in that the electrode holder for the parallel-connected Electrode groups of each cell join together to form a gas duct located in the cell, which extends through the gas trap to one of the gas collecting channels located in the housing walls connects. 7. decomposer according to claim i or subclaims, characterized in that that the gas collecting channels common to the cells at the lowest point of the system, at which the electrolyte is free of gas emulsion, are connected to one another.