DE19606606A1 - Elektrolysezelle zum Erzeugen von Ozon bzw. Sauerstoff - Google Patents
Elektrolysezelle zum Erzeugen von Ozon bzw. SauerstoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle zur
Erzeugung von Ozon bzw. Sauerstoff aus Reinstwasser mit in
einem mehrteiligen Gehäuse angeordnet er
Feststoffelektrolytmembran, die in direktem Kontakt mit als
poröse Strukturen ausgebildeten Elektroden steht, wobei die
Membran den Kathodenraum vom Anodenraum trennt, und ein auf
die Membran und beide Elektroden einwirkender Flächendruck
mittels einer auf mindestens eine der Elektroden einwirkende
Anpreßvorrichtung erzeugbar ist.
Elektrolysezellen zur Erzeugung von Ozon auf der Basis von
direkt mit Elektroden kontaktierten Ionenaustauschermembranen,
wobei die Elektroden aus einem porösen Material bestehen oder
damit beschichtet sind, zeichnen sich durch die Fähigkeit zum
Betrieb bei hohen Stromdichten und damit hohen Umsätzen aus.
Die Ionenaustauschermembran übernimmt dabei als
Feststoffelektrolytmembran gleichzeitig die Funktion des
Separators von Anoden- und Kathodenraum und des Elektrolyten.
Zellen dieser Bauweise sind seit längerer Zeit bekannt, wobei
hydratisierte, perfluorierte Kationenaustauschermembrane
verwendet werden, welche eine elektrochemische Stabilität
gegenüber der reduzierenden bzw. oxidierenden Wirkung der
Elektroden aufweisen (unbeschichtete oder beschichtete Nafion
117-Membran, s.S. Stucki: "Reaktion- und Prozeßtechnik der
Membrel-Wasser-Elektrolyse", Dechema Monographien Verlag
Chemie 94 (1983) 211).
Des weiteren wird auch auf das Handbook of Waterpurification,
2. Auflage, Walter Lorch/Ellis Horwood Ltd. 1987, Seite 513
bis 529 verwiesen, sowie auf das Sonderheft Suisse Chem
8 (1986) Nr. 10a, Seiten 31 bis 33, "Funktionsweise und
Einsatzgebiete eines elektrochemischen Ozonerzeugers" von
Baumann, Stucki (in Englisch "In Situ Production of Ozone in
Water Using a Membrel Electrolyzer" of Mrs. S. Stucki, G.
Theis, R. Kötz, H. Devantay and H. J. Christen, publiziert in
Journal of the Electrochemical Society Vol. 132, No. 2, Febr.
1985).
Der Betrieb solcher Zellen ist grundsätzlich in Medien mit
geringem Leitwert, wie z. B. chemisch reinem Wasser, möglich.
Die elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden führen beim
Betrieb in Reinstwasser zu Wasserstoff und Sauerstoff; bei
Verwendung besonderer Anodenmaterialien kann dabei auch an
Stelle von reinem Sauerstoff ein Gemisch von Sauerstoff und
Ozon entstehen.
Elektrolysezellen dieser Art erfordern ein Anpressen der
porösen und planaren Anode und Kathode auf die Oberflächen der
Feststoffelektrolytmembran. Der Anpreßdruck auf die Membran
ist dabei ein wichtiger Parameter für optimalen Betrieb der
Zelle. So sind die Zellspannung und die Stromausbeute vom
Anpreßdruck abhängig. Der Anpreßdruck muß dabei zur Erreichung
einer gleichmäßigen Stromverteilung über der gesamten
Elektrodenfläche möglichst über diese gesamte Fläche homogen
sein. Dies ist insbesondere bei großflächigen Elektroden
problematisch.
Es ist dabei bekannt, Elektrolysezellen derart auszubilden,
daß der Anpreßdruck durch einen Kranz von Schrauben oder
Zugstangen auf das Zellengehäuse übertragen wird. Die über die
Schrauben ausgeübte Preßkraft verteilt sich auf die
Dichtflächen der miteinander zu verbindenden Gehäuseteile der
Elektrolysezelle und auf den Flächendruck der Elektroden
gegenüber der Feststoffelektrolytmembran. Die Elektroden
müssen bei solchen Konstruktionen mit sehr geringen Toleranzen
gefertigt sein, damit die Dicht- und Anpreßfunktion
gleichzeitig erfüllt werden können. Zusätzlich besteht beim
Anziehen der Schrauben die Gefahr des Verkantens, was somit zu
einer inhomogenen Verteilung des Anpreßdruckes und damit zu
einer inhomogenen Stromverteilung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen
wirtschaftlichen Aufbau einer Elektrolysezelle der
gattungsgemäßen Art für die Herstellung von Ozon bzw.
Sauerstoff zu schaffen, bei der es möglich ist, mit einfachen
Mitteln einen gleichmäßigen Anpreßdruck der Elektroden auf die
Feststoffelektrolytmembran zu erreichen und eine einfache
Montage der Elektrolysezelle zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen
Elektrolysezelle dadurch erreicht, daß die Anpreßvorrichtung
eine mit balligem Kopf ausgestattete Andruckschraube enthält,
die derart angeordnet ist, daß der ballige Kopf zentrisch
unmittelbar auf die Kathode oder Anode aufgesetzt ist und
unter Einwirkung von Anpreßdruck eine Delle in die
Kathodenoberfläche oder Anodenoberfläche eingedrückt ist. Da
die Kathode bzw. Anode für die Herstellung von Ozon bzw.
Sauerstoff aus einem porösen Material, beispielsweise einem
Sintermaterial hergestellt ist, das duktil ist, läßt sich der
ballige Kopf der Andruckschraube unter Ausübung einer
Anpreßkraft in die Oberfläche der Kathode bzw. Anode
eindrücken, wodurch eine Delle entsteht, und über diese Delle
kann ein sehr gleichmäßiger Druck und sehr guter Kontakt mit
der Kathode bzw. Anode erzeugt werden und ein sehr
gleichmäßiger Druck über die Kathode bzw. Anode auf die
Membran ausgeübt werden. Hierbei werden auch Winkelfehler der
Andruckschraube beim Anpressen ausgeglichen. Voraussetzung für
eine optimale Ausübung eines gleichmäßigen Anpreßdruckes der
Kathode bzw. Anode an die Membran ist die zentrische Führung
der Andruckschraube. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Andruckschraube wird ein sphärischer zentrischer Eindruck
geschaffen, nämlich eine Delle in der Form eines konkaven
Kugelsegmentes, die einen sehr guten Kontakt und damit eine
sehr gute Druckübertragung in gleichmäßiger Verteilung über
einen größeren Bereich ermöglicht. Insbesondere erfolgt die
Druckübertragung von der Anpreßvorrichtung, nämlich der
Andruckschraube unmittelbar auf die Kathode bzw. Anode.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Elektrolysezelle sind den kennzeichnenden Merkmalen der
Unteransprüche entnehmbar. Für eine wirtschaftliche Fertigung
der Elektrolysezelle wird vorgeschlagen, das Gehäuse aus einem
mittleren Zellenkorpus mit beidseitigen Abdeckhauben auf der
Anodenseite und der Kathodenseite zusammenzusetzen. Die
Abdeckhauben sind bevorzugt aus einem korrosionsfesten
nichtleitenden Material, beispielsweise einem geeigneten
ozonresistenten Kunststoff, insbesondere einem fluorhaltigen
Polymeren, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxy
(PFA), Polytetrafluorethylen-Copolymer (PTFE-Copolymer),
Polyfluorethylenpropylen (FEP), Ethylen-Tetrafluorethylen-
Copolymer (ETFE) gefertigt. Auch der Gehäusekorpus kann aus
einem der vorgenannten ozonresistenten Kunststoffe gefertigt
sein. Alle aus Kunststoff gefertigten Gehäuseteile können zum
Beispiel im Spritzgießverfahren hergestellt sein.
Es ist auch möglich, das mittlere Gehäuseteil, den
Zellenkorpus aus Metall, insbesondere einem korrosionsfesten
und ozonresistenten Edelstahl zu fertigen. Wenn der
Zellenkorpus aus Edelstahl gefertigt ist, ist der Anodenträger
gegenüber dem Zellenkorpus mittels Isoliereinlagen, zum
Beispiel auf Basis von fluorierten Polymeren, wie sie für die
Abdeckhauben eingesetzt werden, oder dichter keramischer
Werkstoffe zu isolieren. Der Zellenkorpus aus Metall liegt
dann auf kathodischem Potential (Minuspol).
Für eine einfache Montage wird des weiteren vorgeschlagen, daß
der Zellenkorpus symmetrisch zu seiner Mittelachse mit einer
durchgehenden Bohrung mit von der Anodenseite ausgehend zur
Kathodenseite hin stufenförmig sich erweiternden Absätzen
ausgebildet ist. Der erste Absatz dient dabei als
Auflagerfläche für einen Anodenträger mit aufgebrachter Anode,
der zweite Absatz als Auflagerfläche für die Membran und einen
Zentrierring für die Kathode und der dritte Absatz als
Auflagerfläche für eine Jochscheibe. Die scheibenförmige
Kathode ist bevorzugt in den Zentrierring eingepaßt. Zwischen
Jochscheibe und Kathode verbleibt ein Spaltraum und die
Jochscheibe liegt an dem Zentrierring an. Die Jochscheibe
dient der Führung und Aufnahme der Andruckschraube, die den
Anpreßdruck der Elektroden an die Membran erzeugt. Durch den
zwischen der Kathode und der Jochscheibe verbleibenden
Spaltraum ist es möglich, daß die Andruckschraube mit ihrem
balligen Kopf unmittelbar auf die Kathode einwirkt, um den
erforderlichen Flächendruck an die Membran zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die
Stromzuleitungen zur Anode und Kathode jeweils im Bereich der
Abdeckhauben vorgesehen. Die Elektrolysezelle und das Gehäuse
sind im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine zentrale
Mittelachse aufgebaut.
Um die Kathode einwandfrei gegen die Membran mittels der
Andruckschraube drücken zu können, wird vorgeschlagen, den
Innendurchmesser des Zentrierringes gleich dem
Innendurchmesser des vorangehenden die Anode aufnehmenden
Absatzes gebildeten Bohrungserweiterung zu machen, so daß die
Kathode in diese Zentrierung eingesetzt und entsprechend in
Richtung Membran und Anode drückbar ist. Für eine einfache
Montage der Anode einschließlich Stromzuführung ist ein im
Querschnitt T-förmiger Anodenträger aus Metall vorgesehen, der
in den Zellenkorpus zentrisch in eine anodenseitige Bohrung
eingesetzt ist. Der Anodenträger ist auf seiner der Membran
zugewandten Seite bevorzugt mit parallel zu einander
verlaufenden Kanälen zwischen Rippen ausgebildet, und auf den
Rippen liegt als Abdeckung eine poröse Anodenplatte in einer
Dicke von 1 bis 2 mm aus einem Oxidationskatalysatormaterial.
Durchbrechungen für die Zu- und Ableitung der Reaktionsmedien
sind bevorzugt in den Wandungen des zentralen Zellenkorpus
ausgebildet. Meßeinrichtungen, wie Thermometer und
Temperatursensor, sind bevorzugt auf der Kathodenseite der
Elektrolysezelle im Bereich der kathodenseitigen Abdeckhaube
untergebracht.
Für den Betrieb der Elektrolysezelle ist eine
Stromversorgungseinrichtung erforderlich, wobei die
Stromleitungen sowie die Meßleitungen für Temperaturmessungen
sowie weitere Meßwerte mit der Stromversorgungseinrichtung mit
Netzanschluß und Akku mit Bedien- und Anzeigeelementen
verbunden sind. Insbesondere sind hierbei Netzschalter,
Vorwahlschalter, Potentiometer, Stromanzeige,
Spannungsanzeige, Wassermangelalarm, Übertemperaturalarm,
Zellenkurzschluß, Akku-Notbetrieb, Akku-Ladebetrieb,
Netzversorgung, Steuerkreis aktiv, Pufferstrom Zelle fließt
und Akku geladen in Gestalt von Bedien- bzw. Anzeigeelementen
vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrolysezelle für
die Herstellung von Ozon,
Fig. 2 die rechte Seitenansicht auf die Elektrolysezelle
nach Fig. 1,
Fig. 3 die Unteransicht auf die Elektrolysezelle nach
Fig. 1 und
Fig. 4 die Stromversorgungseinrichtung für die
Elektrolysezelle,
Fig. 5 Detail aus Fig. 1 Andruckschraube mit balligem
Kopf,
Fig. 6 Querschnitt durch Elektrolysezelle wie Fig. 1 mit
metallischem Zellenkorpus.
Die Elektrolysezelle 100 gemäß Fig. 1 weist ein mehrteiliges
im wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse mit Mittelachse
XY auf, das aus einem korrosionsfesten thermoplastischen
Kunststoff, wie einem fluorierten thermoplastischen
Kunststoff, wie Polyvinylidenfluorid, gefertigt ist. Das
Gehäuse ist dreiteilig mit einem Zellenkorpus A sowie einer
anodenseitigen Abdeckhaube Z und einer kathodenseitigen
Abdeckhaube U, die jeweils beispielsweise mittels Schrauben
mit dem Zellenkorpus A bei der Endmontage verbunden sind. Im
ersten Schritt wird jedoch der Zellenkorpus A bestückt. Der
Zellenkorpus A weist die Mittelachse XY auf und eine
durchgehende Bohrung A3, die ausgehend von der Anodenseite zur
Kathodenseite hin sich stufenförmig in drei Absätzen
erweitert, nämlich erste Erweiterung A1, zweite Erweiterung A2
und dritte Erweiterung A4. Die Anode G ist als Anodenplatte
ausgebildet und aus einem porösen oder porös beschichteten
Material, wie Titan oder platiniert oder PbO2 beschichtet,
gefertigt und ist auf einem metallischen, elektrisch leitenden
im Querschnitt T-förmigen Anodenträger C aufgebracht. Der
Anodenträger C ist auf seiner der Membran H zugewandten Seite
gerippt ausgebildet, wobei zwischen den Rippen C1 Kanäle für
den Durchfluß der Reaktionsmedien gebildet sind. Auf den
Rippen sitzt als Abdeckung die Anodenplatte G fest auf. Der
Anodenträger C ist in die Bohrung A3 des Zellenkorpus A
eingesetzt. Mit dem T-förmigen Balken des Anodenträgers C und
der Anode G füllt sie die durch den Absatz A1 geschaffene
Erweiterung der durchgehenden Bohrung des Zellenkorpus aus,
nämlich bis zu dem zweiten Absatz A2. Im zweiten Absatz A2
liegt die Feststoffelektrolytmembran H an, die im Bereich des
Absatzes A2 von dem Zentrierring I, einem Metallring,
angepreßt wird. In dem durchgehenden Innenraum des
Zentrierringes ist die poröse Kathodenscheibe J untergebracht,
dergestalt, daß sie an der Membran H anliegt. Während der
Zentrierring I bis an den dritten Absatz A4 reicht und mit
diesem fluchtet, endet die Kathode J kurz davor, so daß die in
die durch den Absatz A4 gebildete Erweiterung eingelegte
Jochscheibe L aus Metall zwar an dem Zentrierring anliegt,
jedoch zu der Kathode J hin ein kleiner Spaltraum f verbleibt.
Den kathodenseitigen Abschluß bildet die Abdeckhaube U, die
mittels Schrauben auf die Jochscheibe L aufgesetzt und mit dem
Zellkorpus A unter Ausübung von Anpreßdrucken fest verbunden
wird, so daß eine Druckübertragung von Jochscheibe L über
Zentrierring I auf die in dem Absatz A2 anliegende Membran H,
die Anode G und den Anodenträger C erfolgt dergestalt, daß
diese jeweils unter Zwischenlage von Dichtungsringen, siehe
Dichtungsring D, Dichtungsring F, Dichtungsring K und
Dichtungsring W dicht und fest miteinander verbunden werden.
Der gleichmäßige Anpreßdruck der Elektroden G, J an die
Membran H wird mittels der durch die kathodenseitige
Abdeckhaube U und durch eine zentrische Schraubbohrung L1 in
der Jochscheibe L eingeführte Andruckschraube N erzielt. Die
Andruckschraube N hat einen balligen Kopf N1, mit dem sie
unmittelbar an der Kathode J zentrisch zur Mittelachse XY
anliegt und aufgrund des Anpreßdruckes eine Delle J1 in das
poröse duktile Material der Kathode J eindrückt, siehe auch
Fig. 5, mittels des balligen Kopfes N1, und eine gleichmäßige
homogene Druckverteilung - siehe Pfeile in Fig. 5 - und
Druckübertragung erreicht, so daß die Kathode J gleichmäßig
über die ganze Fläche an die Membran H und damit die Membran H
auch gleichmäßig an die Anodenplatte G angedrückt werden. Am
Kopfende der Andruckschraube N ist noch eine
Zylinderkopfschraube M angeordnet. Im Bereich der
kathodenseitigen Abdeckhaube U ist des weiteren ein
Thermometer V untergebracht sowie ein Temperatursensor Y mit
Steuerleitung S3. Das Thermometer ist in einer Ausnehmung U2
der Abdeckhaube U untergebracht, die Andruckschraube N in
einer Durchgangsbohrung U3 der Abdeckhaube U. Des weiteren ist
eine weitere Ausnehmung U1 in der Abdeckhaube U vorgesehen,
durch die Stromzuleitung S2 für die Kathode mit Kabelschuh R,
Federring F und Zylinderschraube T zur Fixierung in der
Jochscheibe L ausgebildet ist.
Die Stromzuleitung S1 auf der Anodenseite erfolgt ebenfalls im
Bereich zwischen Abdeckhaube Z und Zellenkorpus A, wobei in
der Abdeckhaube Z eine Ausnehmung Z1 ausgebildet ist. Über
Kabelschuh O, Federring P und Zylinderschraube Z wird die
Stromzuführung mit dem Anodenträger C zusätzlich mittels
Zylinderschraube B befestigt. Die Zu- und Abflüsse für die
Reaktionsmedien sind in dem Zellenkörper A, und zwar quer zur
Mittelachse XY ausgebildet in Gestalt von Bohrungen A5, A6,
A7. Hierbei dient die Bohrung AS, die in den anodenseitigen
Raum führt, der Zuführung von Reinstwasser H2O und auf der
Gegenseite die Bohrung A6 als Auslaß für Wasser H2O und Ozon
(O3) und Sauerstoff O2. Hierbei können die Reaktionsmedien
durch die zwischen den Rippen C1 des Anodenträgers C
gebildeten Kanäle fließen. Auf der Kathodenseite der Zelle ist
der Ausgang A7 für permeierendes Wasser H2O und den sich auf
Grund von Ionenwanderung durch die Membran bildenden
Wasserstoff H2. Die Membran H teilt zugleich den Zellinnenraum
in den Anodenraum und den Kathodenraum. Im Bereich der
Einlässe für die Zu- und Abfuhr der Reaktionsmedien sind für
die Anschlüsse noch Dichtungsringe E vorgesehen. Auch die
Andruckschraube N mit Zylinderkopfschraube M ist gegenüber der
Abdeckhaube U mittels Ringdichtungen abgedichtet.
Die Elektrolysezelle 100 weist somit eine gekapselte
Temperaturmeßeinrichtung auf, isolierte Anschlüsse, ein
korrosionsfestes nichtleitendes Gehäuse.
In der Fig. 2 ist die Seitenansicht auf die Elektrolysezelle
100 mit eingebautem Thermometer V, kathodenseitiger
Abdeckhaube U, den Befestigungsschrauben T1, T2, der in der
Bohrung U3 der Abdeckung eingesetzten Zylinderkopfschraube M
sowie der Anschluß S3 für den Temperatursensor Y ersichtlich
sowie in Aufsicht die Stromzuleitungen S1, S2 für die Anode
und Kathode.
In der Fig. 3 ist eine Seitenansicht auf die Elektrolysezelle
100 ersichtlich mit zentralem Zellenkorpus A, den seitlichen
Abdeckhauben Z und U, den Stromanschlüssen S1, S2 sowie S3 als
Steuerleitungskabel für die Temperaturüberwachung des
Temperatursensors, die mittels der Verschraubung V1 an der
Abdeckhaube U befestigt ist.
Das Beispiel zeigt eine Elektrolysezelle mit
Anpreßvorrichtung, einwirkend auf die Kathodenoberfläche. Es
ist auch möglich, den Aufbau umgekehrt zu machen, d. h. die
Positionen von Anode und Kathode zu vertauschen, so daß die
Andruckschraube dann unmittelbar auf die Anodenoberfläche
einwirkt. Entsprechend sind die Anschlüsse des Zellenkorpus zu
vertauschen.
In der Fig. 4 ist die Stromversorgungseinrichtung für die
Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 dargestellt, an die die
Stromzuführungsleitungen S1, S2 geführt sind sowie die
Steuerleitung S3 und gegebenenfalls weitere Meßleitungen für
Meßsignale der Elektrolysezelle. In dem vorliegenden Fall ist
die Stromversorgungseinrichtung 17 mit Netzanschluß und einem
Bedienelement 1 hierfür sowie Akku ausgerüstet und weist im
oberen Bereich Einlaßgitter 6 und Auslaßgitter 7 für einen in
der Stromversorgungseinrichtung untergebrachten Lüfter auf.
Mit dem Bedienelement 2, einem Schalter, können Regelungsarten
eingestellt werden in bezug auf Stromwerte. 3 ist ein
Bedienelement für ein Potentiometer für internen
Stromsollwert für die gewünschte Ozonleistung, 4 und 5 bilden
die Stromanzeige und Spannungsanzeige, 8 ist an Anzeigeelement
für Wassermangelalarm LED, rot, 9 ist ein Anzeigeelement für
Übertemperaturalarm LED, rot, 10 ist ein Anzeigeelement für
Zellenkurzschluß LED, rot, 11 ist ein Anzeigeelement für Akku-
Notbetrieb LED, rot, 12 ist ein Anzeigelement für Akku-
Ladebetrieb LED, rot, 13 ist das Anzeigeelement für die
Netzversorgung LED, grün, 14 ist ein Anzeigeelement für den
aktiven Steuerkreis LED, grün, unter anderem Fern- Ein/Aus-
Schaltung, 15 ist ein Anzeigeelement für Pufferstrom Zelle
fließt LED, grün und 16 ist ein Anzeigeelement für Akku
geladen LED, grün.
Je nach verwendetem Anodenmaterial kann Sauerstoff allein oder
ein Ozon-Sauerstoffgemisch erzeugt werden.
Es ist auch möglich, zumindest den Zellenkorpus A des Gehäuses
der Elektrolysezelle auch aus Metall, insbesondere einem
korrosionsfesten Edelstahl herzustellen. In der Fig. 4 ist die
Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 dargestellt, bei der der
Zellenkorpus A im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 1 aus
Edelstahl gefertigt ist. In diesem Fall ist es notwendig, den
Anodenträger C gegenüber dem Zellenkorpus A mit
Isoliereinlagen C2, C3 aus zum Beispiel ozonresistenten
fluorhaltigen Kunststoffen, wie sie auch für die Abdeckhauben
eingesetzt werden, elektrisch zu isolieren. Auch die
Zylinderkopfschraube ist mittels einer hier nicht näher
dargestellten Isolierbuchse aus einem elektrisch isolierenden
Material, zum Beispiel einem der vorgenannten Kunststoffe, zu
isolieren.
Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle mit
Stromversorgungseinrichtung kann zur Herstellung von Ozon, das
ein äußerst wirksames Oxidationsmittel darstellt, in
vielfältigen Anwendungsgebieten eingesetzt werden in der
Chemie und Pharmazie, Trink-, Mineral-, Schwimmbecken-,
Brauch-, Kühl- und Abwasser, Entkeimung, Desinfektion u. a.,
Zellstoff-, Papier-, Textildruck- und Kunststoffindustrie,
Nahrungsmittelindustrie, Metallurgie, Rohstoffindustrie,
Abgase und Abluft, Umweltschutz und Ökologie.
Claims (11)
1. Elektrolysezelle zur Erzeugung von Ozon bzw. Sauerstoff
aus Reinstwasser mit in einem mehrteiligen Gehäuse
angeordneter Feststoffelektrolytmembran (H), die in
direktem Kontakt mit als poröse Strukturen ausgebildeten
Elektroden (G, J) steht, wobei die Membran (H) den
Kathodenraum vom Anodenraum trennt, und ein auf die
Membran (H) und beide Elektroden (G, J) einwirkender
Flächendruck mittels einer auf mindestens eine der
Elektroden einwirkende Anpreßvorrichtung erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßvorrichtung eine mit
einem balligen Kopf (N1) ausgestattete Andruckschraube (N)
enthält, die derart angeordnet ist, daß der ballige Kopf
(N1) zentrisch auf die Kathode (J) oder Anode (G)
aufgesetzt ist und unter Einwirkung des Anpreßdruckes eine
Delle in die Kathodenoberfläche bzw. Anodenoberfläche
eingedrückt ist.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem
mittleren zumindest die Elektroden (G, J) und die Membran
(H) aufnehmenden Zellenkorpus (A) mit einer Abdeckhaube
(Z) auf der Anodenseite und einer Abdeckhaube (U) auf der
Kathodenseite zusammengesetzt ist.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenkorpus (A)
symmetrisch zu seiner Mittelachse (XY) mit einer
durchgehenden Bohrung mit von der Anodenseite ausgehend
zur Kathodenseite hin stufenförmig sich erweiternden
Absätzen (A1, A2, A4) ausgebildet ist, wobei der erste
Absatz (A1) als Auflagerfläche für einen Anodenträger (T)
mit aufgebrachter Anode (G), der zweite Absatz (A2) als
Auflagerfläche für die Membran (H) und einen Zentrierring
(I) für die Kathode und der dritte Absatz (A4) als
Auflagerfläche für eine Jochscheibe (L) dient und in den
Zentrierring (I) die scheibenförmige Kathode (J) eingepaßt
ist und zwischen Jochscheibe (L) und Kathode (J) ein
Spaltraum (f) verbleibt, wobei die Jochscheibe (L) an dem
Zentrierring (I) anliegt.
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des
Zentrierringes (I) gleich dem Innendurchmesser der durch
den Absatz (A1) gebildeten Bohrungserweiterung ist.
5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der metallische und leitende
Anodenträger (C) im Querschnitt T-förmig ausgebildet und
mit seinem T-Fuß in die Bohrung (A3) des Zellenkorpus (A)
auf der Anodenseite des Zellenkorpus (A) eingesetzt ist
und auf seinem T-Balken auf der der Membran (H)
zugewandten Seite mit Rippen (C1) und zwischen den Rippen
(C1) verlaufenden Kanälen ausgebildet ist, und die
Stromzuleitung (S1) für die Anode zwischen Zellenkorpus
(A) und Abdeckhaube (Z) zugeführt und an den Anodenträger
(C) angeschlossen ist.
6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Jochscheibe (L) aus
leitendem Metall hergestellt ist und die Stromzuleitung
(S2) für die Kathode zwischen Zellenkorpus (A) und
Abdeckhaube (U) zugeführt und an die Jochscheibe (L)
angeschlossen ist.
7. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (A, Z, U) aus
einem nichtleitenden korrosionsfesten Werkstoff, wie einem
Kunststoff, wie Polyvinylidenfluorid oder wie keramische
Werkstoffe, gefertigt sind.
8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenkorpus (A) des
Gehäuses aus einem korrosionsfesten Metall, wie Edelstahl,
hergestellt ist und der Anodenträger und die Anode (G)
gegenüber dem Zellenkorpus (H) mittels Isoliereinlagen
(C2, C3) aus Kunststoff, wie fluorhaltigen Polymeren,
elektrisch isoliert ist.
9. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Wandung des
Zellenkorpus (A) Durchbrechungen (AS, A6, A7) für die Zu-
und Ableitung der Reaktionsmedien ausgebildet sind.
10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß unter der kathodenseitigen
Abdeckhaube (U) ein Thermometer (V) und ein
Temperatursensor (Y) angebracht sind.
11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleitungen (S1, S2)
sowie die Meßleitungen (S3) sowie gegebenenfalls weitere
Meßleitungen mit einer Stromversorgungseinrichtung (17)
mit Netzanschluß und Akku mit Bedien- und
Anzeigeelementen, wie Netzschalter (1), Vorwahlschalter
für Regelungsarten (2), Potentiometer für internen
Stromsollwert (Ozonleistung) (3), Stromanzeige (4),
Spannungsanzeige (5), Wassermangel-Alarm (8),
Übertemperaturalarm (9), Zellenkurzschluß (10), Akku-
Notbetrieb (11), Akku-Ladebetrieb (12), Netzversorgung
(13), Steuerkreis aktiv (14), Pufferstrom Zelle fließt
(15) und Akku geladen (16) verbunden sind.
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