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Metallische Stromzuführung zu einer in einer Elektrolysezelle waagrecht angeordneten porösen Elektrodenplatte
Die Erfindung betrifft eine metallische Stromzuführung zu einer in einer Elektrolysezelle waagrecht angeordneten porösen Elektrodenplatte, bestehend aus einem stabförmigen, von einem Schutzrohr umgebenen metallischen Stromleiter, an dessen unterem Ende eine metallische Stromverteilerplatte mit grösserem Querschnitt als der Stabquerschnitt vorgesehen ist.
Vorgenannte Stromzuführungen kommen insbesondere in Betracht für die Zuleitung des elektrischen Stromes zu den Anodenplatten aus nicht imprägniertem Graphit, wie sie beispielsweise in Alkali-Elek- trolysezellen mit Quecksilberkathode verwendet werden.
Die eingangs genannte Ausbildung der Stromzuführung hat gegenüber der herkömmlichen Stromzuleitung, bestehend aus einem in der Elektrodenplatte gehaltenen Anodenstamm aus imprägniertem Graphit und eingeschlossenem metallischem Leiter zunächst den Vorteil, dass die Übergangswiderstände zwischen dem unteren Stabende des Metall-Leiters und dem umgebenden Graphit in unmittelbarer Nähe des Stabendes vermindert werden.
Auch die sonst auftretenden Schwierigkeiten bei einem Anodenkurzschluss durch Beschädigung der Imprägnierung des Graphitstammes infolge seines unmittelbaren Kontaktes mit dem erhitzten Metallstab treten bei den einleitend genannten Stromzuführungen nicht auf.
Bei den bekannten Ausführungen der metallischen Stromzuführung wird die Stromverteilerplatte entweder unmittelbar in eine entsprechende Ausnehmung der Elektrodenplatte eingepresst (franz. Patentschrift Nr. 1. 424. 700) oder in dieselbe mit Hilfe eines flüssig in die Ausnehmung eingebrachten Verbindungsmetalles, wie beispielsweise Zinn oder Blei, eingegossen (Schweizer Patentschrift Nr. 347369 ; Japanische Patentschrift Nr. 16604/64, franz. Patentschriften Nr. 1. 341. 174 und Nr. l. 341. 821, brit. Patentschrift Nr. 1022, 982).
Da der Gasraum in den Chloralkali-Elektrolysezellen mit hochagressivem feuchtem Chlor erfüllt, und auch der Elektrolyt mit Chlor gesättigt ist, muss der Stromleiter und die Stromverteilerplatte, die im allgemeinen aus Metallen wie Kupfer, Messing, Blei usw. hergestellt und gegen den chemischen Angriff des Chlors nicht resistent sind, geschützt werden. Die Verwendung von resistenten Metallen wie Titan, Tantal, Nickellegierungen suw. für die stromzuführenden metallischen Teile wäre zu unwirtschaftlich. Zum Schutze des Stromleiters und der Verteilerplatte werden deshalb dem chemischen Angriff widerstehende Schutzhülsen aus den oben erwähnten resistenten Metallen, aus keramischem Material oder Kunststoff usw. vorgesehen.
Das untere Ende der Schutzhülsen liegt dabei unter Zwischenschaltung einer elastischen Dichtung auf der Anodenplatte flüssigkeitsdicht auf oder wird auch auf diese flüssigkeitsdicht aufgekittet. (Schweizer Patentschrift Nr. 374369 : franz. Patentschrift Nr. 1. 341. 821 ; Japanische Patentschrift Nr. 16601/64.) Ausserdem ist es bei diesen vorbeschriebenen Anordnungen notwendig, den Kontaktbereich zwischen Metall und Graphit vor der Berührung mit dem durch den nicht imprägnierten porösen Graphit der Anodenplatte andringenden chlorhaltigen Elektrolyten zu schützen.
Die an der Innenfläche der Ausnehmung in der Anodenplatte angrenzenden Zone des Anodengraphites muss deshalb vor dem Einbau der Stromzuführung mit geeigneten Mitteln imprägniert werden, um das
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Andringen des Elektrolyten zur Kontaktfläche Metall-Graphit zu verhindern.
Diese Schutzmassnahmen führen zu erheblichen Schwierigkeiten und verschiedenen Mängeln :
Die umständliche Behandlung zur nachträglichen Imprägnierung der Ausnehmung in der Anodenplatte bietet keinen zuverlässigen Schutz der Kontaktfläche Metall-Graphit vor der Korrodierungs-Wirkung des Elektrolyten. Dringt das Imprägnierungsmittel zu tief in den Anodengraphit ein, so ist ein ungleichmässiger Anodenabbrand der schon stärker aufgezehrten Anode und frühzeitige Unbrauchbarkeit derselben die Folge. Eine zuverlässige Imprägnierung der direkt unter der Dichtung bzw. Kittstelle zwischen Schutzhülse und Anodenplatte liegenden Graphitzone ist schwierig zu erreichen und damit die flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Schutzrohr und Anodenplatte in Frage gestellt.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei Verwendung einer elastischen Dichtung zwischen Schutzrohr und Anodenplatte eine dem Dichtungsdruck entgegengesetzte, nach oben gerichtete erhebliche Zugkraft auf den metallischen Stromleiter erzeugt wird, welche bestrebt ist, auf mechanischem Wege die Verbindung zwischen Stromzuleitung und Anodenplatte wieder zu lösen.
Wird das Schutzrohr auf die Anodenplatte aufgekittet, so ist diese Kittverbindung bei einer einwandfrei flüssigkeitsdichten Ausführung nur schwer zu lösen und damit eine Wiederverwendung des Schutzrohres in Frage gestellt.
Bei Verwendung eines Verbindungsmetalles zwischen dem metallischen Stromleiter und der Anodenplatte ist die Lösung dieser Verbindung ebenfalls umständlich und eine Überarbeitung des Stromlei- ters vor Wiederverwendung ist unerlässlich.
Eine weitere bekannte Ausführung (franz. Patentschrift Nr. 1. 346. 650), den Stromleiter mittels Gewinde oder Presssitz in die an ihrem unteren Ende durch einen Boden dicht verschlossene Schutzhülse aus Titan oder Tantal bzw. deren Legierungen einzusetzen und das untere Ende der Schutzhülse durch ein Gewinde oder Presssitz unmittelbar mit der Anodenplatte zu verbinden, sichert zwar den Kontakt Stromleiter-Titan vor jeglicher Korrosion. hingegen ist der Schutz des äusseren Titan-Graphit-Kontaktes, der nach wie vor durch Imprägnierung der Ausnehmung in der Anodenplatte erfolgen muss, aus den oben schon erwähnten Gründen unzuverlässig und mit den angegebenen Nachteilen behaftet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Mängel der beschriebenen und bekannten metallischen Stromzuführungen zu vermeiden und eine Ausgestaltung der metallischen Stromzuleitung zu schaffen, welche ohne nennenswerten Aufwand einen sicheren Abschluss der Metallteile gegen die korrosive Atmosphäre sichert und bei der ausserdem die Möglichkeit der Wiederverwendung besteht.
Zur Lösung vorstehender Aufgabe kennzeichnet sich die metallische Stromzuführung der einleitend beschriebenen Art dadurch, dass die Stromverteilerplatte in eine napfartige, aus flüssigkeitsundurchlässigem, imprägniertem Graphit bestehende Schutzbüchse eingesetzt ist, die ihrerseits in einer Ausnehmung der Elektrodenplatte gehalten und flüssigkeitsdicht auch gegen das den Stromleiter umhüllende Schutzrohr aus resistentem Material, welches sich vorzugsweise bis in die Büchse hineinerstreckt, verschlossen ist.
Bei dieser neuen Stromzuführung werden die metallischen Teile, insbesondere die Stromverteilerplatte, von der aus imprägniertem Graphit bestehenden Schutzbüchse nach unten und zur Seite hin gegen die korrosive Atmosphäre bzw. den Elektrolyten abgeschirmt, wobei diese Büchse als einfacher Drehteil hergestellt und vor dem Einsetzen imprägniert werden kann. Die Öffnungsseite der Büchse, in die sich die um den metallischen Leiter vorgesehene Schutzhülse hineinerstreckt, kann mittels konischer, in der Technik erprobter Kittverbindungen ebenfalls zuverlässig abgedichtet werden, so dass sämtliche Metallteile dem aggressiven Einfluss des Elektrolyten bzw. der in der Zelle befindlichen Gase entzogen sind.
Diese Anordnung einer konischen Kittverbindung zwischen der Schutzhülse und dem Öffnungsrand der Schutzbüchse führt zu einer wesentlich zuverlässigeren Abdichtung gegen den Elektrolyten als die bekannten Ausführungen, bei denen die Schutzhülse mittels einer elastischen Dichtung auf den Elektrodengraphit heruntergepresst bzw. auf diesen aufgekittet wird.
Die sehr einfache Ausgestaltung der metallischen Stromzuführung einschliesslich der Schutzhülse und Schutzbüchse lässt sich nach Aufzehrung der Elektrodenplatte ohne Schwierigkeiten herauslösen und in der Regel ohne Nacharbeit für neue Elektrodenplatten wieder verwenden.
Zweckmässig ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, wenn die Stromverteilerplatte mittels eines Gewindes in die Schutzbüchse eingeschraubt ist. Dies hat den Vorzug, dass bei entsprechender Wahl der Gewindetoleranzen das Einbringen der Stromverteilerplatte in die Schutzbüchse ohne die Gefahr der Beschädigung der Schutzbüchse vorgenommen werden kann. Ausserdem wird durch das Gewinde die Kontaktfläche zwischen der Stromverteilerplatte und der Schutzbüchse vergrössert, wobei es zweckmässig ist, in die Gewindegänge der Büchse eine stromleitende Beschichtung, beispielsweise
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ein sich beim Einschrauben der Verteilerplatte wegquetschendes Metall einzubringen.
Die Stromverteilerplatte kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch mittels eines Zwischenmetalles in die Schutzbüchse eingelötet bzw. eingegossen werden. In diesem Fall ist eine Gewindeverbindung zwischen Verteilerplatte und Schutzbüchse nicht notwendig.
Statt der Gewinde-oder Lot-bzw. Gussverbindung zwischen Stromverteilerplatte und Schutzbüchse kann aber auch ein Presssitz dieser Teile vorgesehen sein, wobei jedoch für diese Art der Befestigung besonders geringe Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen.
Die Befestigung der Schutzbüchse in der Elektrodenplatte wird erfindungsgemäss zweckmässig dadurch vorgenommen, dass die Schutzbüchse im Presssitz in die Ausnehmung der Elektrodenplatte eingebracht wird. Bei einer bevorzugten weiteren Ausführung ist jedoch vorgesehen, dass die Schutzbüchse mittels eines Gewindes in die Ausnehmung der Elektrodenplatte eingeschraubt ist. Die Schraubverbindung hat dabei den Vorteil der geringeren Belastung des Elektrodenmaterials und der Schutzbüchse und schafft wieder grössere Übergangsflächen für die Stromzuführung zu der Elektrodenplatte.
Vorteilhafterweise ist das den metallischen Leiter umgebende Schutzrohr erfindungsgemäss aus imprägniertem Graphit hergestellt und flüssigkeitsdicht in das obere Ende der Schutzbüchse eingekittet.
Dabei kann das Schutzrohr entweder in einen, die Öffnungsseite der Schutzbüchse im wesentlichen ausfüllenden Dichtungsring eingekittet sein oder aber das Schutzrohr ist am unteren Ende mit einem Flanschansatz versehen, dessen Aussendurchmesser der Büchsenöffnung angepasst ist. Bei Fertigung des Schutzrohres aus teueren Werkstoffen wird man jedoch die zweiteilige Ausführung bevorzugen, bei der zwischen dem Schutzrohr und der Schutzbüchse ein den Zwisehenraum ausfüllender Ring vorgesehen ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine metallische Stromzuführung, bei der die Einzelelemente ohne Schraubverbindung zusammengefügt und verkittet sind.
Fig. 2 gibt eine Ausgestaltung der Stromzuführung mit Schraubverbindungen zwischen Schutzbüchse und Elektrodenplatte sowie metallischer Verteilerplatte und Schutzbüchse wieder, wobei im rechten Teil der Figur das Schutzrohr für den Stromzuführungsstab mit einem Endflansch zur Ausfüllung des Zwischenraumes bis zur Innenwandung der Schutzbüchse wiedergegeben ist.
In den Figuren ist mit 1 der stabförmige, metallische Leiter bezeichnet, der aus Kupfer oder Messing besteht und dem der Strom über eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Verbindung zugeleitet wird. An seinem unteren Ende ist der Stab 1 mit einer Stromverteilerplatte 2 verbunden, die aus dem gleichen oder einem andern gut stromleitenden Werkstoff hergestellt ist und die vorzugsweise kreisringförmigenQuerschnitt aufweist. Der Durchmesser der Stromverteilerplatte 2 ist wesentlich grösser gehalten als der Stabdurchmesser. Die Platte 2 und der Stab 1 sind in an sich bekannter Weise miteinander gut leitend verbunden, beispielsweise dadurch, dass der Stab und die Platte aus demselben Werkstück herausgearbeitet wurden oder aber der Stab in die Stromverteilerplatte eingeschraubt, eingelötet oder durch Schweissung mit derselben verbunden ist.
Die Stromverteilerplatte 2 ist in einer napfartigen Schutzbüchse 3 aus imprägniertem Graphit aufgenommen, wobei der untere Bereich der Ausnehmung der Büchse 3 dem Querschnitt der Stromverteilerplatte 2 angepasst ist.
Die Schutzbüchse 3 ist wieder in einer Ausnehmung 4 der Elektrodenplatte 2 aus nicht imprägniertem Graphit aufgenommen.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Schutzbüchse 3 lediglich in die Ausnehmung 4 der Elektrodenplatte 13 eingepresst, während sie nach dem Beispiel der Fig. 2 über ein Gewinde 5 in die entsprechende Ausnehmung 4 mit einem hierin angeordneten Gegengewinde eingeschraubt ist.
Die Stromverteilerplatte 2 ist im Beispiel der Fig. 1 in der Büchse 3 über eine Löt- oder Giessverbindung 6 gehalten oder aber ohne Anordnung einer Zwischenverbindungsschicht in die Hülse 3 eingepresst.
Im Beispiel der Fig. 2 ist eine Gewindeverbindung 7 zwischen der Stromverteilerplatte 2 und der Schutzbüchse 3 vorgesehen.
Über den Stromzuführungsstab 1 ist ein Schutzrohr 8 aus flüssigkeitsundurchlässigem, imprägniertem Graphit geschoben, dessen Innendurchmesser grösser gehalten ist als der Durchmesser des Sta-
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dung der Hülse 3 ein aus resistentem Werkstoff bestehender Zwischenring 10 aufgenommen, der über eine konische Kittverbindung 11 in der Büchse 3 gehalten ist und anderseits in einer zentrischen Ausnehmung ebenfalls unter Zwischenanordnung einer konischen Kittdichtung 12 das Schutz-
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rohr 8 flüssigkeitsdicht aufnimmt. Auf diese Weise wird ein flüssigkeitsdichter, zuverlässiger Abschluss der metallischen stromführenden Teile, d. h. des Stabes 1 und der Stromverteilerplatte 2, gegen eindringenden Elektrolyten und eindringende aggressive gasförmige Medien geschaffen.
Im rechten Teil der Fig. 2 ist gezeigt, dass das Schutzrohr 8 und der Zwischenring 10 einstückig hergestellt werden können, indem beide Teile aus dem Vollen gefertigt werden und somit statt des Zwischenringes 10 ein Flanschansatz 10a an dem unteren Teil des Schutzrohres 8 angeformt wird. Diese Art der Fertigung bringt erhöhte Kosten mit sich, vermeidet jedoch die sonst notwendige Kittverbindung 12 und vereinfacht die Montage der Einrichtung.
Das Schutzrohr 8 kann statt aus imprägniertem Graphit, auch aus einem andern geeigneten, gegen den Elektrolyten und das Zellengas widerstandsfähigem Werkstoff, B. Steinzeug, Porzellan, hochtemperaturbeständigem Polyvinylchlorid oder Titan, bestehen.
Der Zusammenbau der beschriebenen Stromzuführung wird wie folgt vorgenommen : Der Stromzuführungsstab 1 und die Stromverteilerplatte 2 werden-wenn sie nicht aus einem Stück gefertigt sind-miteinander verbunden und in die Schutzbüchse 3 eingepresst bzw. eingelötet oder geschweisst oder aber eingeschraubt. Der Zwischenring 10 wird auf das Schutzrohr 8 aufgekittet (Kittverbindung 12), wenn nicht-wie im rechten Teil der Fig. 2 dargestellt-das Schutzrohr mit einem Flanschansatz 10a versehen ist. Schutzrohr 8 und Zwischenring 10 werden über den Stromzuführungs- stab 1 geschoben und in das obere offene Ende der Schutzbüchse 3 unter Zwischenanordnung der Kittverbindung 11 eingepresst. Die so miteinander verbundenen Teile werden in die Ausnehmung 4 der porösen Elektrodenplatte 13 eingepresst oder eingeschraubt.
Der Ausbau zur Widerverwendung der Stromzuführung ist sehr einfach. Durch Spalter der aufgezehrten Elektrodenplatte 13 wird die Verbindung zwischen dieser Platte und der Schutzbüchse 3 ohne Beschädigung der letzteren getrennt und die Stromzuführung kann in der Regel ohne weitere Nachbearbeitung wieder in die Ausnehmung einer neuen Elektrodenplatte 13 gepresst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Metallische Stromzuführung zu einer in einer Elektrolysezelle waagrecht angeordneten porösen Elektrodenplatte, bestehend aus einem stabförmigen, von einem Schutzrohr umgebenden metallischen Stromleiter, an dessen unterem Ende eine metallische Stromverteilerplatte mit grösserem Querschnitt als der Stabquerschnitt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverteilerplatte (2) in eine napfartige, aus fliissigkeitsundurchlässigem, imprägniertem Graphit bestehende Schutzbüchse (3) eingesetzt ist, die in einer Ausnehmung (4) der Elektrodenplatte (13) gehalten und flüssig-
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