DE1007746B

DE1007746B - Wasserelektrolyseur der Filterpressenbauart, insbesondere fuer Druckbetrieb

Info

Publication number: DE1007746B
Application number: DEL24491A
Authority: DE
Inventors: Ewald Arno Zdansky
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1955-04-01
Filing date: 1956-03-29
Publication date: 1957-05-09
Also published as: GB837865A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an Wasserelektrolyseuren der Filterpressenbauart.

Solche Elektrolyseure bestehen bekanntlich aus einer Vielzahl von scheibenförmigen elektrolytischen Zersetzerzellen, welche zu einem Paket aneinandergereiht sind und zwischen Endplatten durch starke Zuganker zusammengespannt werden. Die einzelnen Zellen sind hierbei durch metallische Scheidewände voneinander getrennt und: außen von Rahmen umgeben, zwischen denen je eine isolierende Dichtung liegt. Gleichzeitig pflegt man zwischen· je zwei aufeinanderfolgenden Rahmen den Rand des Diaphragmas einzuspannen, welches den Kathodenraum, in dem der Wasserstoff entwickelt wird, vom Anodenraum trennt, in dem der Sauerstoff entsteht. Das erwähnte Diaphragma muß sich dabei mit dem flüssigen Elektrolyt vollständig durchtränken, damit es den elektrolytischen Stromübergang nicht behindert; es wird heute meist aus Asbestpappe angefertigt.

Die zwischen den Zellenrahmen liegenden Dichtungsrimge dürfen ihre elektrische Isolationsfähigkeit auch unter dem Einfluß der heißen Lauge nicht verlieren. Sie müssen überdies zwischen den Rahmen so fest eingespannt liegen, daß sie bei Druckbetrieb den vollen Innendruck der Zelle aufzunehmen vermögen. Dies gelingt nur durch Anwendung von Dichtungsrillen, in welche sich die Dichtungen hineindrücken. Es wird also gleichzeitig eine hohe Verformbarkeit und eine extreme Widerstandsfähigkeit gefordert. Eingehende Versuche ergaben, daß diesen Bedingungen am besten Dichtungsringe entsprechen, die einen verformbaren, ζ. B. aus kautschukgebundenem Asbest bestehenden Kernkörper und eine allseitige, dünne Umhüllung aus Polyfluoräthylen besitzen; diese Umhüllung kann z. B. durch Umwickeln des Kernkörpers mit einem Folienband erzeugt werden, wobei es sich empfiehlt, mit einer solchen Überlappung zu wickeln, daß praktisch jeder Punkt des Kernkörpers eine doppelte Folienauflage erhält.

Überzüge aus Polytricblorfluoräthylen oder Polytetrafluorethylen haben im übrigen den Vorteil, daß sie mit den Oberflächen der anliegenden Rahmen nicht verkleben; die Dichtungsringe lassen sich daher bei der Demontage des Apparates leicht von ihren Anschlußflächen abheben und können wieder verwendet werden.

Die Unangreifbarkeit der erfindungsgemäß zur Anwendung gebrachten Dichtungsringe ermöglicht es, diese in viel großflächigeren Kontakt mit der heißen Lauge zu bringen, als dies andere Dichtungen erlauben. Sie können deshalb auch zum Schutz der empfindlichen Randzone des Diaphragmas herangezogen werden. Die Durchtränkung des Diaphragmas erfaßt nämlich — besonders bei Apparaten, welche Wasserelektrolyseur

der Filterpressenbauart,

insbesondere für Druckbetrieb

Anmelder:

Lonza Elektrizitätswerke
und Chemische Fabriken

Aktienges ells chaf t,
Gampel, Wallis (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Klose, Patentanwalt,
Mannheim O 6, 7

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 1. April und 7. Juli 1955

Ewald Arno Zdansky, Monthey, Wallis (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

unter Druck betrieben werden — auch die zwischen den Rahmen eingespannte Randzone; sie ermöglicht dort einen unmittelbaren, wenn auch schwachen Stromübergang zwischen den Rahmen. Dies führt mit der Zeit zu korrosiven Vorgängen an den Rahmenflächen; außerdem werden hierbei innerhalb der Einspannzone selbst Gasbläschen erzeugt, welche nicht abfließen können, so daß sie den Rand des Diaphragmas schließlich aus der Einspannung herausdrücken und hierdurch die Gefahr einer Explosion herbeiführen.

Wird jedoch der zwischen den Zellenrahmeu liegende isolierende Dichtungsring so weit nach innen gezogen, daß er die Einspannzone des Diaphragmas voll übergreift, so wird diese Gefahr beseitigt; am besten läßt man den Dichtungsring sogar über die Einspannzone des Diaphragmas hinaus noch ein Stück weit nach innen in die Zelle hineinragen. Die direkten Stromwege zwischen den Zellenrahmen werden dann am Rande des Diaphragmas so sehr verlängert, daß innerhalb der Einspannzone kein merklicher Stromdurchgang mehr erfolgt.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die seitliche Teilansicht eines Elektrolyseurs der Filterpressenbauart;

709 508/455

Fig. 2 gibt den vergrößerten Schnitt durch die Randzone einer einzelnen Zelle innerhalb der Schnittebene H-II wieder; in

Fig. 3 ist ein Teilstück des Dichtungsringes 15 perspektivisch dargestellt.

In Fig. 1 erkennt man die zahlreichen tellerförmigen, zu einem Paket aneinandergereihten Zellen 1, welche in Reihenschaltung an der Spannung U liegen und von den starken Zugankern 2 zwischen der Endplatte 3 und einer rechts angeordneten (nicht gezeichneten) zweiten Endplatte eingespannt sind. Durch die Zellen 1 führen oben zwei parallel hintereinanderliegende Gassammeikanäle hindurch, von denen der vordere durch Querbohrungen an alle Kathodenräume angeschlossen und durch die gestrichelte Doppellinie 4 angedeutet ist; er wird durch das Rohr 5 mit dem Gasabscheidergefäß 6 verbunden, in dem sich der erzeugte Wasserstoff sammelt. In analoger Weise ist der andere Gassammelkanal an die Anodenräume aller Zellen angeschlossen und mit einem Gasabscheidergefäß verbunden, welches hinter dem Gefäß 6 verdeckt liegt und in dem sich der erzeugte Sauerstoff sammelt.

Die einzelnen Zellen 1 werden nach Fig. 2 von ringförmigen Rahmen 11 und 12 gebildet, in welche je eine Blechscheibe 13 bzw. 14 gasdicht eingesetzt ist und welche voneinander durch einen Dichtungsring 15 elektrisch getrennt sind. Der scheibenförmige Raum einer jeden Zelle hat dabei die Breite Z, welche in der Praxis nur 8 bis 15 mm beträgt. Er wird durch das Diaphragma 16 in den Kathodenraum K und den Anodenraum A unterteilt; zur besseren Übersicht ist auch das Diaphragma 16" der links vorangehenden Zelle und das Diaphragma 16⁶ der rechts nachfolgenden Zelle eingezeichnet. Als Elektroden dienen vorzugsweise Metallgewebe 17 und 18, welche beiderseits unmittelbar auf dem Diaphragma 16 aufliegen und deren Ränder gemeinsam mit dem Rand des Diaphragmas 16 zwischen den Rahmen 11 und 12 eingespannt sind; um hierfür den notwendigen Platz zu schaffen, sind an den Rahmen 11, 12 entsprechende Stufen vorgesehen, deren radiale Länge der Länge der Einspannzone E entspricht, in der das Diaphragma 16 zwischen den Rahmen 11 und 12 eingeklemmt ist. Die als Scheidewände zwischen benachbarten Zellen dienenden Blechscheiben 13,14 sind mit einem Raster von abwechselnd nach beiden Seiten aus der Blechebene herausgedrückten Warzen 19, 20 ausgerüstet, welche jeweils die benachbarten Elektroden von aufeinanderfolgenden' Zellen unmittelbar berühren. Die Blechscheibe 13 verbindet dabei durch die Warzen 19 die Anode 18^a der links vorangehenden Zelle mit der Kathode 17 der dargestellten Zelle Z; ebenso verbinden die Warzen 20 der Blechscheibe 14 die Anode 18 der dargestellten Zelle Z mit der Kathode 17⁶ der nachfolgenden Zelle.

Der Dichtungsring 15 besteht nach Fig. 3 aus einem Kernstück 15^a, welches mit einem Band 15* so· umwickelt ist, daß jeder Punkt des Kernstückes eine mindestens doppelte Folienauflage trägt. Die Dicke des Kernstückes 15^ff soll bei Druckelektrolyseuren weniger als 2 mm, die Dicke der Folie 15^& weniger als 0,1 mm betragen, da die Dichtungen unter diesen Bedingungen selbst dann nicht mehr zum Ausgleiten neigen, wenn im Inneren der Zellen Drücke von bis 50 atm herrschen.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, sind die Rahmen 11, innerhalb der Dichtungszone D mit Dichtungsrillen 21 ausgerüstet; in diese Rillen 21 drückt sich die Dichtung 15 tief ein. Hierdurch werden die Windungen der Folie 15^& so straff angezogen, daß sie eine völlig gas- und flüssigkeitsdichte Umhüllung des Kernkörpers 15^a bilden. Die Dichtung 15 reicht über die Dichtungszone D hinaus nach innen und übergreift die ganze Einspannzone E des Diaphragmas 16; sie wird zweckmäßig sogar noch um ein Stück A E über diese Einspannzone nach innen weitergeführt, wobei A E mindestens der halben Zellenbreite Z entsprechen soll. Hierbei liegt der Dichtungsring 15 innerhalb der Zone E zwischen· dem Diaphragma 16 und' einer der beiden Elektroden 17,18. Infolgedessen führen innerhalb der Einspannzone E praktisch keine Stromlinien durch das Diaphragma 16, so daß dort weder eine Gasentwicklung noch eine Kataphorese oder eine elektrolytische Korrosion entstehen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserelektrolyse^ der Filterpressenbauart, insbesondere für Druckbetrieb, bei dem die scheibenförmigen, zu einem Paket aneinandergereihten Zellen von Zellenrahmen umgeben sind, welche durch zwischenliegende Dichtungsringe gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese isolierenden Dichtungsringe (15) jeweils aus einem verformbaren Kernkörper (15°) bestehen, welcher mit eimer Folie (15⁶) aus PoIyfluoräthylen umhüllt ist.

2. Wasserelektrolyseur nach Anspruch 1, bei dem je zwei benachbarte Zellenrahmen gleichzeitig den Rand des Diaphragmas einer Zelle zwischeneinander eingespannt halten;, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Dichtungsring (15) die Einspanmzone (E) des Diaphragmas (16) voll übergreift.

3. Wasserelektrolyseur nach Anspruch 2 mit unmittelbar am Diaphragma anliegenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Dichtungsring (15) in der Einspannzone (E) zwischen dem Diaphragma (16) und einer der erwähnten Elektroden (18) liegt.

4. Wasserelektrolyseur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (15) über den Rand der Emspannzone (E) des Diaphragmas um ein Stück nach innen ragt, welches mindestens der halben Zellenbreite (Z) entspricht.

5. Wasserelektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Folie (15⁶) des Dichtungsringes (15) aus einem aufgewickelten Band aus Tetrafluoräthylen besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen