DE1958423A1

DE1958423A1 - Bipolar electrode for electrolysis cells

Info

Publication number: DE1958423A1
Application number: DE19691958423
Authority: DE
Inventors: Robert Schoeberle
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1968-11-22
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1970-06-11
Also published as: AT292027B; FI56858B; FI56858C; DE1958423B2; ES372809A1; DE1958423C3; BR6914258D0; ZA698135B; CH508419A

Abstract

Bipolar electrodes arrangement for multi-cell electrolysis apparatus has a central device, formed by two elements resistant to the electrolyte and the electrolysis products, which are mutually connected parallel to each other and immovably attached to two adjacent basins in such a way that each element forms a sidewall of one of the two basins, the one element being rigid and electrically conductive and carrying anode and cathode pairs forming their electrical connection, whereas the other element by its flexibility ensures the absorption of the thermal expansion of the basin on which it is fitted.

Description

Bipolare Elektrode Priorität: Belgische Patentanmeldung 66 463 vom 22.11.1968 Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige, bipolare Elektrode, welche in einer multiplen Elektrolysenzelle verwendbar ist. Letztere besteht aus einem Nebeneinander von Kästen, welche ebensoviele Elementarzellen bilden.Bipolar electrode Priority: Belgian patent application 66 463 dated 11/22/1968 The invention relates to a multilayer, bipolar electrode which can be used in a multiple electrolysis cell. The latter consists of one Side by side of boxes, which form as many unit cells.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Art der Befestigung einer solchen Elektrode an den Kästen der zwei Elementar- -zellen, welche sie derart trennt, dass die thermische Ausdehnung jedes von ihnen durch ein elastisches Glied absorbiert wird. Dies vermeidet die Übertragung der einzelnen thermischen Ausdehnungen auf die Gesamtheit und daher ihre kumulierende Wirkung.The invention particularly relates to the type of attachment of a such electrode on the boxes of the two elementary cells, which separates them in such a way, that the thermal expansion of each of them is absorbed by an elastic member will. This avoids the transmission of the individual thermal expansions the whole and therefore its cumulative effect.

In den üblichen Zellen mit multiplen Kästen und bipolaren Elektroden ruft die Akkumulierung der für jeden Kasten erfolgenden thermischen Ausdehnung auf die Gesamtheit eine merkliche Ausdehnung hervor. Dies erfordert kostspielige Konstruktionen, welche die Aufnahme dieser Ausdehnungen ermöglichen, beispielsweise eine Einrichtung von der Art einer Filterpresse mit Ankern und Ausgleichsfedern. Sogar in diesem Fall bleibt die Zahl der Elemente jeder Zusammenstellung durch die Kraft der Federn beschränkt, die auf jedem Anker vorzusehen sind. Wegen ihrer relativen Verschiebung erfordern die Elementarzellen einer solchen Gesamtheit überdies biegsame Leitungen für die Zuführung und die Entleerung des Elektrolyten und der Elektrolyseprodukte in Form umständlicher und Leckagen erzeugender Konstruktionen.In the usual cells with multiple boxes and bipolar electrodes calls up the thermal expansion accumulation for each box the whole emerges a noticeable expansion. This requires expensive constructions, which enable the inclusion of these expansions, for example a device like a filter press with anchors and balancing springs. Even this one The number of elements in each arrangement remains the case through the force of the springs limited that to are to be provided for each anchor. Because of their relative The unit cells of such an assembly also require flexible displacement Lines for feeding and emptying the electrolyte and electrolysis products in the form of cumbersome and leak-producing constructions.

Schliesslich erfordert die Kumulierung der Ausdehnungen eine elektrische Speisung durch biegsame Verbindungen mindestens an einem Ende der Elektrolysenzelle.Finally, the accumulation of the expansions requires an electrical one Powered by flexible connections at least at one end of the electrolysis cell.

Die Erfindung ermöglicht, alle diese überstände zu überwinden, indem sie im einzelnen die Absorption der thermischen Ausdehnung jedes Kastens durch seine eigene Befestigungsmembran an der eigentlichen bipolaren Elektrode, welche ihn vom Nachbarkasten trennt, sichert.The invention makes it possible to overcome all of these overhangs by they detail the absorption of the thermal expansion of each box by its own fastening membrane on the actual bipolar electrode, which it from Neighboring box separates, secures.

Die Erfindung betrifft eine Zusammenstellung einer bipolaren Elektrode für eine multiple Elektrolysenzelle, welche aus einer Aufeinanderfolge von ebenso viele Elementarzellen bildenden Kästen besteht, wobei diese Zusammenstellung umfasst ein eine Scbeidewand zwischen zwei benachbarten Kästen bildendes Mittelstück, eine Gesamtheit von kathodischer Einheiten und eine Gesamtheit von Anodenplatten, angeordnet auf jeder Seite dieses Mittelstücks senkrecht zu diesem und derart, dass es in Jeder Elementarselle eine abwechselnde Reihenfolge von kathodischen Einheiten und Anodenplatten der zwei bipolaren Elektroden gibt, welche an ihrer Konstruktion teilhaben. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mittnlstück aus zwei gegen den Elektrolyten und die Elektrolyseprodukte widerstandsfähigen, parallelen, miteinander verbundenen und in abnehmbarer Weise an zwei benachbarten Kästen derart befestigten Elementen besteht, dass jedes eine Seitenwand von diesen bildet, wobei das eine diese Elemente starr und leitend ist, die anodischen und kathodischen Gesamtheiten trägt und ihre elektrische Verbindung sicherstellt, während das andere infolge seiner Biegsswkeit die Aufnahme der thermischen Ausdehnung des Kastens, an welche m es befestigt ist, sicherstellt.The invention relates to an assembly of a bipolar electrode for a multiple electrolysis cell consisting of a sequence of also many unit cell-forming boxes, this compilation includes a middle piece forming a partition between two adjacent boxes, one Assembly of cathodic units and an assembly of anode plates on each side of this center piece perpendicular to this and such that it is in each Elementary an alternating sequence of cathodic units and anode plates which gives two bipolar electrodes, which participate in their construction. the Invention is characterized in that the middle piece consists of two against the electrolyte and the electrolysis products resistant, parallel, interconnected and elements so attached in a detachable manner to two adjacent boxes consists that each forms a side wall of these, one of these elements is rigid and conductive, carries the anodic and cathodic assemblies and theirs Ensures electrical connection, while the other due to its flexibility the absorption of the thermal expansion of the box to which it is attached, ensures.

Die Erfindung zielt gleichfalls darauf ab, die Anodenplatten mit Befestigung8mitteln zu versehen, welche in abdichtender Weise durch das biegsame Element hindurchgehen, welches die Kontakte zwischen Metallen verschiedener Art gegen elektr ~ lytische Korrosion schützt0 Halter sind in abnehmbarer Weise an dem starren Element des Mittelstücks befestigt, um eine rasche ßrneuerung der Anodenplatten zu ermöglichen.The invention also aims to provide the anode plates with fastening means which pass through the flexible element in a sealing manner, which the contacts between metals of different kinds against electrolytic Corrosion protects0 Holders are detachable on the rigid element of the center piece attached to allow a quick renewal of the anode plates.

Die Erfindung wird noch erläutert aber nicht beschränkt durch das Beispiel gemäss den Zeichnungen, welche sich auf eine Zelle sur Rerstellung von Chlorat durch Elektrolyse einer Natriumchloridsole in Gegenwart von Anodenplatten auS Titan und tathodenplatten aus Stahl beziehen.The invention is further explained but not limited by the Example according to the drawings, which refer to a cell for the creation of Chlorate by electrolysis of a sodium chloride brine in the presence of anode plates made of titanium and cathode plates made of steel.

Die Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 Ansicht i Aufriss einer multiplen Zelle mit erfindung -gemässen bipolaren Elektrodenkonstruktionen. In dieser Figur erscheint eine der Elementarzellen im Schnitt in der Ebene einer Anodenplatte Fig. 2 einen,waagerechten Schnitt nach Linie A-A von Fig. 1, welche im vergrösserten Maßstab die Zusammenstellung von zwei benachbarten Elementarzellen vermittels der erfindungsgemässen bipolaren Elektrode zeigt; senkrechten und im waagerechten Schnitt Fig. 3 und 4 im eine erfindungsgemässe bipolare Elektrode.The drawings show: FIG. 1 a view in elevation of a multiple cell with bipolar electrode constructions according to the invention. In this figure, one of the unit cells appears in section in the plane of an anode plate; FIG. 2 shows a horizontal section along line AA of FIG. 1, which shows, on an enlarged scale, the combination of two adjacent unit cells by means of the bipolar electrode according to the invention; vertical and horizontal section Fig. 3 and 4 in a bipolar electrode according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Aufeinanderfolge von starren Kästen 1, von welchen jeder eine Einzelzelle beherbergt und auf einem Sockel 2 ruht, qn welchem sie befestigt werden können. Jeder Kasten aus synthetischem Harz ist mit einer Zuleitung 3 für Sole, einer Entleerungsleitung 4 für verbrauchten Elektrolyt Flanschen und die Elektrolyseprodukte, sowietzwei 5 für die Befestigung der bipolaren Elektroden an ihrem Mittelstück versehen. Dieses besitzt eine Stahlplatte 6, welche die Kathodenplatten 7, gleichfalls aus Stahl, trägt, welche an ihrer Trägerplatte angeschweisst sind (Fig. 2,3 und 4).Fig. 1 shows a succession of rigid boxes 1, each of which houses a single cell and rests on a base 2 in which they can be fastened. Each synthetic resin box is flanged with a supply line 3 for brine, a discharge line 4 for used electrolyte and the electrolysis products, and two 5 for attaching the bipolar electrodes to their center piece. This has a steel plate 6 which carries the cathode plates 7, also made of steel, which are welded to their carrier plate (FIGS. 2, 3 and 4).

Kupferne Querträger 8 halten die Verteilerplatte 9, gleichfalls aus hupfer, auf Abstand von der Platte 6. Dies ermöglicht den Zugang zu Muttern 10 für die Befestigung der Änodenplatten 11 mittels ihrer Halter 12 von kreisförmigem Querschnitt, welche durch die biegsame Membran 13 hindurchgehen. Die Teile 11, 12 und 13 sind aus Titan. Die Anodenplatten 11 tragen überdies einen sie leitend machenden Überzug. Jede von thnen ist an drei Haltern 12 angeschweisst.Copper cross members 8 also hold the distributor plate 9 from hupfer, at a distance from the plate 6. This makes it possible the access to nuts 10 for the fastening of the anode plates 11 by means of their holders 12 of circular cross-section, which pass through the flexible membrane 13. the Parts 11, 12 and 13 are made of titanium. The anode plates 11 also carry them conductive coating. Each of these is welded to three brackets 12.

Die Membran 13 ist von Öffnungen für den Durchgang dieser Halter durchbohrt, an welchen sie durch die Muttern 14 befestigt ist, welche auf die Unterlegscheiben 15 drücken und 12 auf das Gewinde, mit welchem jeder Halter/aussen versehen ist, aufgeschraubt werden. Die Dichtheit bei der Elektrolyse ist durch die torische in dem Lager 17 vorgesehene Verbindung 16 gesichert (Fig. 2). Von der der Anodenplatte 11 gegenüberliegenden beite ist jeder Halter 12 in der Achse mit einem mit Gewinde versehenen Blindloch für die Einführung eines Haltestiftes 18 aus Kupfer durchbohrt. An beliebigen stellen ist die Verteilerplatte 9 mit Öffnungen für den Durchgang von Stiften 18 durchbohrt, welche die Halter 12 gegen die Platte 9 durch Muttern 10 und Unterlegscheiben 19 pressen, welche sich an der Luft befinden, ebenso wie die Muttern und Unterlegscheiben 14 und 15, welche die Dichtheit zwischen den Haltern 12 und der biegsamen Membran 13 sichern. Diese letztere ist an ihrer Peripherie zwischen einem starren Rahmen 20 und dem Flansch 5 eines starren Kastens eingeschlossen,an welchem sie durch Verbolzen befestigt ist. Die Dichtheit zwischen den Flanschen 5 und der Membran 13 oder der Platte 6 ist durch die biegsamen Verbindungen 21 gesichert.The membrane 13 is pierced by openings for the passage of these holders, to which it is fastened by the nuts 14 which are placed on the washers Press 15 and 12 on the thread with which each holder / outside is provided, be screwed on. The tightness in electrolysis is due to the toric in the bearing 17 provided connection 16 secured (Fig. 2). From that of the anode plate 11 opposite side is each holder 12 in the axis with a thread provided blind hole drilled through for the introduction of a retaining pin 18 made of copper. At any point is the distributor plate 9 with openings for the passage pierced by pins 18, which the holder 12 against the plate 9 by nuts Press 10 and washers 19, which are in the air, as well as the nuts and washers 14 and 15 which ensure the tightness between the holders 12 and the flexible membrane 13 secure. This latter is on its periphery enclosed between a rigid frame 20 and the flange 5 of a rigid box which it is fastened by bolts. The tightness between the flanges 5 and the membrane 13 or the plate 6 is secured by the flexible connections 21.

Die durch diese Zusammenstellung von Kästen und bipolaren Elektroden gebildete multiple Zelle endet an jedem Ende mit einer unipolaren Elektrode, welche den Endkasten abschließt und mit einer starren Vtroszufiihrung 22 (Fig.1) versehen ist. Diese unipolare Elektrode besteht vorzugsweise aus bipolaren einer erfindungsgemässen/Halbelektrode.The result of this combination of boxes and bipolar electrodes formed multiple cell ends at each end with a unipolar electrode, which the end box closes and is provided with a rigid front feed 22 (FIG. 1) is. This unipolar electrode preferably consists of a bipolar / half electrode according to the invention.

Diese, indem sie die kumulierende Wirkung der thermischen Ausdehnungen aufhebt, ermöglicht eine robuste und vereinfachte Konstruktion der Gesamtheit im Hinblick darauf, dass jedes Teil seinen anfänglichen Platz bewahrt. Sie ermöglicht insbesondere die Ersparung gefederter Anker, flexibler Leitungen für die Fluida und biegsamer Stromzuführungen an den Enden der Zellen. Überdies ermöglicht sie den Einsatz einer unbegrenzten Anzahl von Elementarzellen zwischen den zwei unipolaren Sehlusselektroden. Schliesslich ermöglicht sie eine rasche Demontage jeder Anodenplatte einzeln, beispielsweise zur erneuerung der aktiven Oberflächen.This by taking the cumulative effect of thermal expansions repeals, enables a robust and simplified construction the whole with a view to ensuring that each part retains its original place. In particular, it enables resilient armatures and flexible lines to be saved for the fluids and flexible power leads at the ends of the cells. Besides it allows the use of an unlimited number of unit cells between the two unipolar closing electrodes. Finally, it enables quick dismantling each anode plate individually, for example to renew the active surfaces.

Diese Demontage erfordert keineswegs das Anhalten der ganzen Zelle, es genügt, die schadhaften Elementarzellen kurzzuschliessen.This dismantling does not require the entire cell to be stopped, it is sufficient to short-circuit the damaged unit cells.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1. Bipolar electrode assembly for a multiple electrolysis cell consisting of a sequence of also many unit cell-forming boxes, this compilation includes a middle piece forming a partition between two adjacent boxes, one Assembly of cathodic units and an assembly of anode plates on each side of this middle piece perpendicular to this and such that it is in each Unit cell an alternating sequence of cathodic units and anode plates which gives two bipolar electrodes fi attached to the same box, in this way it is noted that the middle piece is made up of two against the electrolyte and the electrolysis products tough, parallel, interconnected and elements fastened in this way to two adjacent boxes (1) in a detachable manner consists that each forms a side wall of didsen, one of these elements (6,8,9) is rigid and conductive, the anodic (11) and cathodic (7) assemblies carries and ensures their electrical connection, while the other (13) as a result its flexibility to accommodate the thermal expansion of the box (1) on which it is attached, ensures.

2. Bipolar electrode assembly according to claim 1, characterized in that g I do not know that the rigid and conductive element of two parallel Metal plates (6,9) are formed, which are connected to one another by conductive cross members (8) are connected, one of these plates (6) the cathodic units (7) a Rlerentarselle wears and part of the envelope of this by bolts its box (1) makes up, while on the other plate (9) in a removable manner the conductive holders (12) of the anode plates (11) of the adjacent unit cell are attached to which the flexible element (13) attached in a detachable manner is what part of the construction the latter by bolting on his box (1).

3. Bipolar electrode measurement according to claim 2, characterized in that g e k e n n 8 e i c h n e t that the cathodic units (7) and their support plate consist of iron or steel.

4. Bipolar electrode assembly according to claim 3, characterized in that g e k e n n 9 e i c h n e t that the cathodic units (7) are attached to their carrier plate (6) consist of welded layers, intended for the production of alkali halates by electrolysis of a brine of the corresponding halide.

5. Bipolar electrode assembly according to claim 2, characterized in that g It is not noted that each anode plate (11) is a titanium plate with a conductive coating that is resistant to electrolysis products, which is welded to its holders (12) by one of its ridges, the also made of titanium and sealed in a tight manner by the flexible element (13) go through which they are wearing.

6. Bipolar electrode assembly according to claim 2, characterized in that g it is not possible to say that the flexible element j15) is made from a fine sheet of titanium consists.

7. Bipolar electrode assembly according to claim 2, characterized in that g e k e n n n 9 e i c h n e t that the flexible element 413) consists of a synthetic membrane Resin consists.

8. Bipolar electrode assembly according to claim 2, characterized in that g e k e n n n z e i c h n.e t that the free space between the cathode support plate (6) and the anode exciter plate (9) is such that it gives access to the fastening nuts (10) the anode holder (12) on this latter allows a quick removal to secure each anode plate individually for the purpose of renewing the active surface.