DE19641125A1 - Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Her­ stellung von Halogengasen aus wäßriger Alkalihalogenid­ lösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel ange­ ordneten und in elektrischem Kontakt stehenden platten­ förmigen Elektrolysezellen, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elektrisch leitendem Material mit außenseitigen Kontaktstreifen an wenigstens einer Gehäu­ serückwand aufweisen, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseein­ gangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektroly­ sestroms und der Elektrolyseprodukte und eine im wesent­ lichen ebenflächige Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch eine Trennwand voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind und mit­ tels metallischer Versteifungen mit der jeweils zugeord­ neten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein besonders be­ vorzugtes Verfahren zur Herstellung eines solchen Elek­ trolyseapparates, bei dem zunächst die einzelnen Elektro­ lysezellen hergestellt werden, indem die jeweiligen Ge­ häuse aus jeweils zwei Halbschalen unter Zwischenschal­ tung der erforderlichen Einrichtungen und der Kathode und Anode sowie der Trennwand und durch Fixierung derselben mittels metallischer Versteifungen zusammengesetzt und Anode und Gehäuse bzw. Kathode und Gehäuse elektrisch leitend aneinander befestigt werden, anschließend die so hergestellten plattenförmigen Elektrolysezellen nebenein­ ander in einem Stapel elektrisch leitend angeordnet und gegeneinander im Stapel zwecks nachhaltiger Kontaktgabe verspannt werden.

Der Elektrolysestrom wird dem Zellenstapel an der einen Außenzelle des Stapels zugeführt, er durchsetzt den Zel­ lenstapel in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den Mittelebenen der plattenförmigen Elektrolysezellen und er wird an der anderen Außenzelle des Stapels abgeführt. Be­ zogen auf die Mittelebene erreicht der Elektrolysestrom mittlere Stromdichtewerte von mindestens 4 kA/m².

Ein solcher Elektrolyseapparat ist aus EP 0 189 535 B1 der Anmelderin bekannt. Bei diesem bekannten Elektrolyse­ apparat sind die Anode bzw. die Kathode mit der jeweili­ gen Rückwand der Gehäusehälften über fachwerkähnliche me­ tallische Versteifungen verbunden. Auf der Rückseite der Anoden bzw. Kathodenhalbschale ist jeweils ein Kontakt­ streifen für den elektrischen Kontakt zur benachbarten, gleich aufgebauten Elektrolysezelle angebracht. Der Strom fließt über den Kontaktstreifen durch die Rückwand in die fachwerkähnlichen metallischen Versteifungen und von dort verteilt er sich ausgehend von den metallischen Kontakt­ punkten - Versteifung/Anode - über die Anode. Nachdem der Strom durch die Membran hindurchgetreten ist, wird er von der Kathode aufgenommen, um über die fachwerkähnlichen Versteifungen in die Rückwand auf der Kathodenseite zu fließen und dann wieder in den Kontaktstreifen und von dort in die nächste Elektrolysezelle einzutreten. Die Verbindung der stromleitenden Bauteile wird hierbei durch Punktschweißung vorgenommen. In den Schweißpunkten bün­ delt sich der Elektrolysestrom zu Spitzenstromdichten.

Als nachteilig bei diesem bekannten Elektrolyseapparat hat sich vor allem herausgestellt, daß der Strom nicht über die gesamte Fläche des Kontaktstreifens fließt, da der Strom ausgehend von der metallischen Verbindung zwi­ schen der fachwerkähnlichen Versteifung und der Rückwand der Kathode punktuell in den Kontaktstreifen eingeleitet wird. Mit abnehmender stromdurchflossener Fläche des Kon­ taktstreifens steigt aber die für den Stromfluß erforder­ liche Spannung, die sogenannte Kontaktspannung, an. Da der spezifische Energiebedarf, der zur Herstellung der Elektrolyseprodukte erforderlich ist, linear mit der Spannung steigt, nehmen die Produktionskosten zu.

Von weiterem Nachteil bei dem bekannten Elektrolyseappa­ rat ist, daß die fachwerkähnlichen Versteifungen, die die Rückwand und die Elektroden miteinander verbinden, aus Flexibilitätsgründen nicht senkrecht zwischen Rückwand und Elektrode angeordnet sind, was zu einer Verlängerung der Stromwege führt, woraus ebenfalls ein Anstieg der Zellspannung resultiert. Außerdem tritt der Strom von der fachwerkähnlichen Versteifung in die Elektrode nur punk­ tuell ein, was einerseits eine ungleiche Stromverteilung und andererseits wiederum einen Anstieg der Zellspannung zur Folge hat. Die ungleichmäßige Stromverteilung auf den Elektroden führt darüber hinaus zu einer nicht gleichför­ migen Abreicherung der Elektrolyte, was eine Verringerung der Stromausbeute und eine Verringerung der Membranle­ bensdauer zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, bei dem die stromdurchflossenen Flächen mög­ lichst groß sind, um eine nur punktuelle Einleitung in die Elektroden und die Kontaktstreifen und damit eine un­ gleiche Stromverteilung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit einem Elektrolyseapparat der ein­ gangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die metallischen Versteifungen als mit den Kontakt­ streifen fluchtende Stege ausgebildet sind, deren Seiten­ ränder über der gesamten Höhe der Rückwand und der Anode bzw. Kathode an der Rückwand und der Anode bzw. Kathode anliegen.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung des Elektrolyse­ apparates werden ungleichmäßig stromdurchflossene Flächen weitgehend vermieden und der Strom wird nicht nur punktu­ ell, sondern weitgehend vollflächig in die Elektroden und die Kontaktstreifen eingeleitet. Die Stromwege selbst sind kurz, da die Versteifungsstege senkrecht zwischen der jeweiligen Rückwand und der jeweiligen Elektrode an­ geordnet werden können. Durch diese Gestaltung bedingt, ist die erforderliche Zellspannung gegenüber dem bekann­ ten Elektrolyseapparat wesentlich geringer.

Die Kathoden können aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom oder einer ihrer Legierungen und die Anoden aus Titan, Niob oder Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxidkeramischen Material bestehen. Darüber hinaus sind die Elektroden vorzugsweise mit einem katalytisch wirksamen Überzug versehen. Dabei sind die Elektroden vorzugsweise mit Durchbrechungen versehen (Lochblech, Streckmetall, Flechtwerk oder dünne Bleche mit jalousieartigen Durchbrüchen), so daß durch ihre An­ ordnung in der Elektrolysezelle, die bei der Elektrolyse gebildeten Gase leicht in den Rückraum der Elektrolyse­ zelle eintreten können. Durch diesen Gasabzug erreicht man, daß der Elektrolyt zwischen den Elektroden einen kleinstmöglichen Gasblasengehalt und somit eine maximale Leitfähigkeit aufweist.

Bei der Trennwand, der sogenannten Membran, handelt es sich vorzugsweise um eine Ionenaustauschermembran, die im allgemeinen aus einem Copolymerisat aus Polytetrafluor­ ethylen oder einem seiner Derivate und einer Perfluorvi­ nylethersulfonsäure und/oder Perfluorvinylkarbonsäure be­ steht. Sie sorgt dafür, daß die Elektrolyseprodukte sich nicht vermischen und erlaubt aufgrund ihrer selektiven Permeabilität für Alkalimetallionen den Stromfluß. Außer­ dem kommen als Trennwand auch Diaphragmen in Frage. Ein Diaphragma ist eine feinporöse Trennwand, die die Vermi­ schung der Gase verhindert und eine elektrolytische Ver­ bindung zwischen Kathoden- und Anodenraum darstellt und somit den Stromfluß erlaubt.

Die die metallischen Versteifungen bildenden Stege können voll flächig ausgebildet sein oder mit Öffnungen oder Schlitzen versehen sein.

Um eine optimale Einspeisung der Elektrolyte zu erreichen ist vorteilhaft vorgesehen, daß ein Einlaufverteiler vor­ gesehen ist, über den die Elektrolyte in die Halbschalen einspeisbar sind. Dieser Einlaufverteiler ist vorzugswei­ se so gestaltet, daß jedes Segment einer Halbschale über wenigstens eine Öffnung im Einlaufverteiler mit frischem Elektrolyt versorgbar ist und die Summe der Flächen der Öffnungen im Einlaufverteiler kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Einlaufverteilers ist.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, daß die Anode bzw. Kathode mit den Stegen durch einen elektrisch leitenden Zweifachverbund integral gefügt sind. Die planparallelen Kontaktstreifen sind besonders bevorzugt mit der Rückwand und dem darunter liegenden Steg durch einen elektrisch leitenden metallischen Dreifachverbund integral gefügt.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die jeweilige Rückwand mit den Stegen durch einen metallisch leitenden Zweifachverbund integral gefügt sind, wobei dann vorzugs­ weise die Kontaktstreifen von Auftragsschweißungen an der Rückwand gebildet sind.

Durch die integrale Fügung des Zweifach- bzw. Dreifach­ verbundes entfallen die Fügeflächen zwischen Steg und Rückwand einerseits und zwischen Rückwand und Kontakt­ streifen andererseits bzw. zwischen Steg und Elektrode. Der Elektrolysestromfluß braucht dabei nicht mehr die in den Fügeflächen anstehenden elektrischen Oberflächenkon­ taktwiderstände zu überwinden.

Überraschend ist ein weiterer Vorteil des integral gefüg­ ten Dreifachverbundes festgestellt worden. Der Dreifach­ verbund erhöht die Biegesteifigkeit der Rückwände der Halbschalen beträchtlich. Da zwischen den Rückwänden der Elektrolysezellen sowohl die im Stapel herrschende Vor­ spannkraft als auch der Elektrolysestrom übertragen wird, - beide werden zugleich über die jeweiligen Kontaktstrei­ fen der benachbarten Elektrolysezellen-Rückwände direkt übertragen - müssen die Kontaktstreifen unter der Einwir­ kung der Verspannkraft eben bleiben, damit zwischen den benachbarten Kontaktstreifen ein möglichst vollflächiger Stromfluß erfolgen kann. Die höhere Biegesteifigkeit des Dreifachverbundes vermindert den elektrischen Übergangs­ widerstand zwischen den einzelnen Elektrolysezellen im Stapel.

Die Anodenhalbschalen bestehen bevorzugt aus einem gegen Halogene und Kochsalzlösung beständigen Material, während die Kathodenhalbschalen bevorzugt aus einem gegen Alkali­ laugen beständigen Material bestehen.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des vorbe­ schriebenen Elektrolyseapparates zeichnet sich erfin­ dungsgemäß dadurch aus, daß die metallische, elektrisch leitende Verbindung der als Stege ausgebildeten Verstei­ fungen mit der jeweiligen Rückwand und der Anode bzw. Kathode über ein reduktives Sinterverfahren oder über ein Schweißverfahren hergestellt wird.

Wird ein reduktives Sinterverfahren eingesetzt, wird ein Kleber, im wesentlichen bestehend aus einem oxidischen Material, z. B. NiO, und einem organischen Binder verwen­ det. Diesen Kleber streicht man auf den Steg und das da­ mit zu verbindende Bauteil, z. B. die Rückwand, und preßt beide Teile mittels einer Haltevorrichtung zusammen. Nachdem der organische Binder ausgehärtet ist, wird der oxidische Bestandteil des Klebers in einer reduzierenden Atmosphäre (z. B. H₂, CO usw.) reduktiv heiß versintert.

Wird ein Schweißverfahren eingesetzt, wird bevorzugt ein Laserstrahlschweißverfahren verwendet. Dabei wird beson­ ders bevorzugt der Laserstrahl zur Schweißrichtung senk­ recht polarisiert, um ein deutlich verringertes Verhält­ nis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite zu erreichen.

Der Laserstrahl kann bevorzugt mittels einer Spiegeloptik so geformt werden, daß mittels einer speziellen Strahl­ formung gleichzeitig zwei oder mehr um einen wählbaren Betrag versetzte Fokuspunkte erzeugt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Laserstrahl mittels eines hochfrequent arbeitenden Scannerantriebs, vorzugsweise eines Piezoquarzes, um einen wählbaren Be­ trag quer zur Schweißrichtung gescannt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeord­ nete Elektrolysezellen eines Elektrolyseappara­ tes,

Fig. 2 perspektivisch einen Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3A bis 3D verschiedene Varianten der als Steg ausgebildeten Versteifungen und

Fig. 4A bis 4C in vergrößerter Detaildarstellung in verschiede­ nen Varianten einen metallischen Dreifachverbund zwischen Kontaktstreifen, Gehäuserückwand und Steg.

Ein allgemein mit 1 bezeichneter Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen aus wäßriger Alkali-Haloge­ nidlösung weist mehrere, nebeneinander in einem Stapel angeordnete und in elektrischem Kontakt stehende platten­ förmige Elektrolysezellen 2 auf, von denen in Fig. 1 beispielhaft zwei solcher Elektrolysezellen 2 nebeneinan­ der angeordnet dargestellt sind. Jede dieser Elektrolyse­ zellen 2 weist ein Gehäuse aus zwei Halbschalen 3, 4 auf, die mit flanschartigen Rändern versehen sind, zwischen denen mittels Dichtungen 5 jeweils eine Trennwand (Mem­ bran) 6 eingespannt ist. Die Einspannung der Membran 6 kann ggf. auch auf andere Weise erfolgen.

Über der gesamten Tiefe der Gehäuserückwände 4A der je­ weiligen Elektrolysezelle 2 sind parallel zueinander eine Mehrzahl von Kontaktstreifen 7 angeordnet, die durch Schweißen oder dergl., was nachfolgend noch näher be­ schrieben wird, an der Außenseite der betreffenden Gehäu­ serückwand 4A befestigt oder aufgebracht sind. Diese Kon­ taktstreifen 7 stellen den elektrischen Kontakt zur be­ nachbarten Elektrolysezelle 2, nämlich zur betreffenden Gehäuserückwand 3A, her, an welcher kein eigener Kontakt­ streifen vorgesehen ist.

Innerhalb des jeweiligen Gehäuses 3, 4 sind jeweils an die Membran 6 angrenzend eine ebenflächige Anode 8 und eine ebenflächige Kathode 9 vorgesehen, wobei die Anode 8 bzw. die Kathode 9 jeweils mit fluchtend mit den Kontakt­ streifen 7 angeordneten Versteifungen verbunden sind, die als Stege 10 ausgebildet sind. Dabei sind die Stege 10 vorzugsweise entlang ihres gesamten Seitenrandes 10A an der Anode bzw. Kathode 8, 9 metallisch leitend befestigt. Um das Zuführen der Elektrolyseeingangsstoffe und das Ab­ führen der Elektrolyseprodukte zu ermöglichen, verjüngen sich die Stege 10, ausgehend von den Seitenrändern 10A, über ihrer Breite bis zum benachbarten Seitenrand 10B und weisen dort eine Höhe auf, die der Höhe der Kontaktstrei­ fen 7 entspricht. Sie sind dementsprechend mit ihren Sei­ tenrändern 10B über der gesamten Höhe der Kontaktstreifen 7 an den den Kontaktstreifen 7 gegenüberliegenden Rück­ seiten der Gehäuserückwände 3A bzw. 4A befestigt.

Zur Zuführung der Elektrolyseprodukte ist eine geeignete Einrichtung für die jeweilige Elektrolysezelle 2 vorgese­ hen, eine solche Einrichtung ist mit 11 angedeutet. Eben­ falls ist in jeder Elektrolysezelle eine Einrichtung zum Abführen der Elektrolyseprodukte vorgesehen, diese ist jedoch nicht angedeutet.

Die Elektroden (Anode 8 und Kathode 9) sind derart ge­ staltet, daß sie das Elektrolyseeingangsprodukt bzw. die Ausgangsprodukte frei durchfließen bzw. durchströmen las­ sen, wozu entsprechende Schlitze 8A oder dergl. vorgese­ hen sind, wie dies auch in Fig. 2 zu erkennen ist. Die Aneinanderreihung mehrerer plattenförmiger Elektroysezel­ len 2 geschieht in einem Gerüst, dem sogenannten Zellengerüst. Die plattenförmigen Elektrolysezellen wer­ den zwischen den beiden oberen Längsträgern des Zellenge­ rüstes so eingehängt, daß ihre Plattenebene senkrecht zur Längsträgerachse steht. Damit die plattenförmigen Elek­ trolysezellen 2 ihr Gewicht auf den Oberflansch des Längsträgers übertragen können, besitzen sie an der obe­ ren Plattenkante auf jeder Seite einen kragarmartigen Halter.

Der Halter erstreckt sich horizontal in Richtung der Plattenebene und ragt über die Berandung der Flansche hinaus. Bei den in das Gerüst eingehängten plattenförmi­ gen Elektrolysezellen liegt die Unterkante des kragarmar­ tigen Halters auf dem Oberflansch auf.

Die plattenförmigen Elektrolysezellen 2 hängen vergleichsweise wie Ordner in einer Hängekartei im Zel­ lengerüst. Im Zellengerüst stehen die Plattenflächen der Elektrolysezellen in mechanischem und elektrischem Kon­ takt, so, als ob sie gestapelt seien. Elektrolyseure die­ ser Bauform werden Elektrolyseure in Hängestapelbauart genannt.

Durch Aneinanderreihung von mehreren Elektrolysezellen 2 in Hängestapelbauweise mittels bekannter Spanneinrichtun­ gen werden die Elektrolysezellen 2 über die Kontaktstrei­ fen 7 jeweils mit benachbarten Elektrolysezellen in einem Stapel elektrisch leitend verbunden. Von den Kontaktstreifen 7 fließt der Strom dann durch die Halb­ schalen über die Stege 10 in die Anode 8. Nach Durchtritt durch die Membran 6 wird der Strom von der Kathode 9 auf­ genommen, um über die Stege 10 in die andere Halbschale bzw. deren Rückwand 3A zu fließen und hier in den Kontaktstreifen 7 der nächsten Zelle überzutreten. Auf diese Art und Weise durchsetzt der Elektrolysestrom den gesamten Elektrolysezellenstapel, wobei er an der einen Außenzelle eingeleitet und an der anderen Außenzelle ab­ geleitet wird.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt aus einer Elektrolysezelle ist ein Ausschnitt aus einer Gehäuse­ rückwand 4A der Halbschale 4 dargestellt, an welcher ein U-förmiger Kontaktstreifen 7 befestigt ist. Es ist gut zu erkennen, daß rückseitig fluchtend mit dem Kontaktstrei­ fen 7 an der Gehäuserückwand 4A ein Steg 10 befestigt ist, wobei sich der Steg 10 etwa im Zentrum des U-förmig profilierten Kontaktstreifens 7 befindet, was mit Bezug auf die Fig. 4A bis 4C nachfolgend noch näher erläu­ tert wird. Am anderen Seitenrand 10A des Steges 10 ist dieser an der Anode 8 befestigt, welche im Bereich der Verbindung mit den Stegen 10 vollflächig ausgebildet ist, während angrenzend an diese Bereiche zum Durchtritt der Elektrolyseeingangs- und -ausgangsprodukte Schlitze 8A vorgesehen sind. In gleicher Weise ist auch die Verbin­ dung zwischen dem jeweiligen Steg 10 und der Kathode 9 ausgebildet.

Wie aus den Fig. 3A bis 3D hervorgeht, können die Ste­ ge 10 eine unterschiedliche Gestaltung aufweisen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3A sind die Stege 10 vollflä­ chig ausgebildet, wobei lediglich die beiden Seitenränder 10A und 10B aus den vorgenannten Gründen unterschiedlich lang sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3B weisen die Stege 10 Schlitze 13 auf. Die Ausführungsform nach Fig. 3D, in welcher der Steg 10 in Seitenansicht gemäß Fig. 3C dar­ gestellt ist, weist ebenfalls Schlitze auf, welche von abgewinkelten Stanzungen 15 gebildet sind.

Wie mit Bezug auf die Fig. 2 bereits dargestellt, wird durch die Verbindungen zwischen den Elektroden (Anode 8 bzw. Kathode 9) zu den Gehäuserückwänden 3A bzw. 4A über die Stege 10 eine maximale Querschnittsfläche für den Stromfluß zur Verfügung gestellt, da dieser im Prinzip über seiner gesamten Länge sowohl mit der Gehäuserückwand 3A bzw. 4A als auch mit der jeweiligen Elektrode 8 bzw. 9 metallisch verbunden ist. Außerdem ist der Stromweg mini­ miert, da der Steg 10 die senkrechte Verbindung zwischen der Gehäuserückwand 3A bzw. 4A und der Elektrode 8 bzw. 9 darstellt.

Die Verbindung des Steges 10 mit der Elektrode 8 bzw. 9 bzw. mit der Gehäuserückwand 3A bzw. 4A ist vorzugsweise so gestaltet, daß keine Fügeflächen entstehen, die zusätzliche Oberflächenkontaktwiderstände für den Strom­ fluß bilden würden. Es wird deshalb vorzugsweise zwischen den zu verbindenden Teilen ein metallischer Zweifach- bzw. Dreifachverbund hergestellt, vorzugsweise durch ein Laserstrahlschweißverfahren, obwohl grundsätzlich auch konventionelle Schweißverfahren, wie z. B. Widerstands­ schweißen, einsetzbar sind. Darüber hinaus sind auch re­ duktive Sinterverfahren möglich. Die Schweißverbindung kann ggf., um beim Schweißprozeß einen möglichst geringen Wärmeeintrag und damit minimale Verzüge zu gewährleisten, auch punktuell erfolgen. Außerdem ist auch eine Schweiß­ verbindung über die gesamte Einzelzellenhöhe möglich, wo­ bei eine durchgehende Verbindung zu bevorzugen ist, da dadurch eine optimale Stromverteilung, minimale Übergangswiderstände und somit eine minimal mögliche Zellspannung erreicht wird.

Verschiedene Ausführungsformen eines Dreifachverbundes im Laserschweißverfahren sind in den Fig. 4A bis 4C dar­ gestellt, in denen jeweils ein Kontaktstreifen 7, ein Teil einer Gehäuserückwand 4A und der Seitenrand 10B eines Steges dargestellt sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 4A zeigt eine Laserschwei­ ßung mit einer Laserstrahlquelle mit einer Strahlkennzahl von K=0,5 bei einer Strahlleistung von P=2 KW und ei­ ner Fokussieroptik mit der Focussierzahl von F=10. Die erzeugte Schweißnaht 16 bildet eine ausgeprägte Kelch­ form. Es resultiert ein typisches Verhältnis von Oberrau­ penbreite zur Anschlußbreite von 2,5.

Mit einem Laserstrahl gleicher Strahlleistung und glei­ cher Focussierkennzahl, jedoch mit einer besonders hohen Strahlkennzahl von K=0,8, wurde die in Fig. 4A in durchgezogenen Linien dargestellte Schweißnahtform 16' erhalten. Hierbei wurde ein Verhältnis von Oberraupen­ breite zur Anschlußbreite von 2,0 erreicht. Jedoch wurde dieses günstigere Verhältnis bei geringerem Wannenverzug mit einer um fast 25% geringeren Anschlußbreite zwischen Steg 10 und Rückwand 4A erkauft.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4B wurde eine Nahtform mit der gleichen Laserstrahlquelle und Focussieroptik wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4A, jedoch unter Ver­ wendung eines senkrecht zur Schweißrichtung polarisierten Laserstrahls, erreicht, so daß in Folge der auf die Naht­ flanken einwirkenden verstärkten Strahleinkopplung durch den Brewster-Effekt eine deutliche Nahtverbreiterung ent­ standen ist. Diese Naht ist mit 16'' bezeichnet. Hier liegt das Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschluß­ breite bei etwa 1,6. Das Nahtvolumen lag in diesem Falle in der gleichen Größenordnung wie bei der Schweißung ge­ mäß Fig. 4A, aber die Anschlußbreite ist um fast 25% erhöht.

Ein besonders günstiges Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite von 1,5 zeigt die Schweißverbindung gemäß Fig. 4C, die dort mit 16''' bezeichnet ist. Die Anschlußbreite liegt in diesem Fall um 50% höher als bei der Schweißverbindung gemäß Fig. 4A. Die hier darge­ stellte Nahtform 16''' wurde mittels einer besonderen Strahlformung mit der gleichen Laserstrahlquelle wie bei der Schweißverbindung gemäß Fig. 4B erreicht. Hierbei wurde der Laserstrahl mit einer besonderen Spiegeloptik so geformt, daß gleichzeitig zwei um etwa 0,5 mm versetz­ te Focuspunkte erzeugt wurden. Eine solche Nahtform kann auch mittels hochfrequentem Scannen des Focussierspiegels mit einer Amplitude von z. B. 0,5 mm verwirklicht werden.

In den Figuren nicht im einzelnen dargestellt ist die Ausgestaltung der Elektrolysezellen 2 im unteren Bereich mit dem Elektrolyteinritt. Der Elektrolyteintritt kann sowohl punktuell als auch mit einem sogenannten Einlauf­ verteiler erfolgen. Der Einlaufverteiler ist dabei so ge­ staltet, daß ein Rohr im Element angeordnet ist, das über Öffnungen verfügt. Da eine Halbschale durch die Stege 10, die die Verbindung zwischen den Rückwänden 3A bzw. 4A und den Elektroden 8, 9 darstellen, segmentiert ist, erreicht man eine optimale Konzentrationsverteilung, wenn beide Halbschalen 3, 4 mit einem Einlaufverteiler ausgestattet sind, wobei die Länge des in der Halbschale angeordneten Einlaufverteilers der Breite der Halbschale entspricht und jedes Segment durch mindestens eine Öffnung im Ein­ laufverteiler mit dem jeweiligen Elektrolyt versorgt wird. Die Summe der Querschnittsfläche der Öffnungen im Einlaufverteiler sollte dabei kleiner oder gleich dem Rohrinnenquerschnitt des Verteilerrohres sein.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, werden die beiden Halb­ schalen 3, 4 im Flanschbereich mit Flanschen versehen, die verschraubt sind. Die so aufgebauten Zellen werden in ein nicht dargestelltes Zellengerüst entweder eingehängt oder gestellt. Das Einhängen oder Einstellen in das Zel­ lengerüst erfolgt über nicht dargestellte, an den Flan­ schen befindliche Haltevorrichtungen. Der Elektrolyseap­ parat 1 kann aus einer einzelnen Zelle bestehen oder vor­ zugsweise durch Aneinanderreihung von mehreren Elektroly­ sezellen 2 in Hängestapelbauart. Werden mehrere Einzelzellen nach dem Hängestapelprinzip zusammengepreßt, müssen die Einzelzellen planparallel ausgerichtet werden bevor die Spannvorrichtung geschlossen wird, da sonst der Stromübergang von einer Einzelzelle zur nächsten nicht über alle Kontaktstreifen 7 erfolgen kann. Um die Zellen nach dem Einhängen oder Einstellen in das Zellengerüst parallel ausrichten zu können, ist es notwendig, daß sich die im Leerzustand üblicherweise etwa 210 kg schweren Elemente leicht bewegen lassen. Um diese Voraussetzung zu erfüllen, sind die nicht dargestellten Halterungen bzw. am Zellenrahmen und Zellengerüst befindliche Auflageflä­ chen mit zugeordneten Beschichtungen versehen. Dabei sind die am Elementflanschrahmen befindlichen Halterungen mit einem Kunststoff, z. B. PE, PP, PVC, PFA, FEP, E/TFE, PVDF oder PTFE unterfüttert, während die Auflageflächen am Zellengerüst ebenfalls mit einem dieser Kunststoffe be­ schichtet ist. Der Kunststoff kann dabei nur aufgelegt und über eine Nut geführt, aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgeschraubt sein. Wesentlich ist lediglich, daß die Kunststoffauflage fixiert ist. Dadurch, daß sich zwei Kunststoffflächen berühren, sind die im Gerüst befindli­ chen Einzelelemente so leicht beweglich, daß diese ohne zusätzliche Hebe- bzw. Schiebevorrichtung per Hand par­ allel ausgerichtet werden können. Beim Schließen der Spannvorrichtung legen sich die Elemente aufgrund ihrer im Zellengerüst leichten Verschiebbarkeit über die ge­ samte Rückwand flächig an, was die Voraussetzung für eine gleichmäßige Stromverteilung ist. Darüber hinaus ist auf diese Weise die Zelle gegenüber dem Zellengerüst elek­ trisch isoliert.

Claims (16)

1. Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen aus aus wäßriger Alkalihalogenidlösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elek­ trischem Kontakt stehenden plattenförmigen Elektrolyse­ zellen, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elektrisch leitendem Material mit außenseitigen Kontakt­ streifen an wenigstens einer Gehäuserückwand aufweisen, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elek­ trolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Ein­ richtungen zum Abführen des Elektrolysestroms und der Elektrolyseprodukte und eine im wesentlichen ebenflächige Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Ka­ thode durch eine Trennwand voneinander getrennt und par­ allel zueinander angeordnet sind und mittels metallischer Versteifungen mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Versteifungen als mit den Kontakt­ streifen (7) fluchtende Stege (10) ausgebildet sind, de­ ren Seitenränder (10A, 10B) über der Höhe der Rückwand (3A, 4A) und der Anode (8) bzw. Kathode (9) an der Rück­ wand (3A, 4A) und der Anode (8) bzw. Kathode (9) anliegen.

2. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) vollflächig ausgebildet sind.

3. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) mit Öffnungen oder Schlitzen (13, 14, 15) versehen sind.

4. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaufverteiler vorgesehen ist, über den die Elektrolyte in die Halbschalen (3, 4) einspeisbar sind.

5. Elektrolyseapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufverteiler derart gestaltet ist, daß jedes Segment einer Halbschale (3, 4) über wenigstens eine Öff­ nung im Einlaufverteiler mit frischem Elektrolyt versorg­ bar ist und die Summe der Flächen der Öffnungen im Ein­ laufverteiler kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Einlaufverteilers ist.

6. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (8) bzw. Kathode (9) mit den Stegen (10) durch einen elektrisch leitenden Zweifachverbund gefügt sind.

7. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstreifen (7) mit der Rückwand (4A) und dem jeweils darunter liegenden Steg (10) durch einen elek­ trisch leitenden metallischen Dreifachverbund integral gefügt sind.

8. Elektrolyseapparat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Rückwand (4A) mit den Stegen (10) durch einen metallisch leitenden Zweifachverbund integral ge­ fügt sind.

9. Elektrolyseapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstreifen (7) von Auftragsschweißungenen an der Rückwand (4A) gebildet ist.

10. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenhalbschalen (4) aus einem gegen Halogene und Kochsalzlösung beständigen Material bestehen.

11. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenhalbschalen (3) aus einem gegen Alkali­ laugen beständigen Material bestehen.

12. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyseapparates nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem zu­ nächst die einzelnen Elektrolysezellen hergestellt wer­ den, indem die jeweiligen Gehäuse aus jeweils zwei Halb­ schalen unter Zwischenschaltung der erforderlichen Ein­ richtungen und der Kathode und Anode sowie der Trennwand und durch Fixierung derselben mittels metallischer Ver­ steifungen zusammengesetzt und die Anode und Gehäuse bzw. Kathode und Gehäuse elektrisch leitend aneinander befe­ stigt werden, anschließend die so hergestellten platten­ förmigen Elektrolysezellen nebeneinander in einem Stapel elektrisch leitend angeordnet und gegeneinander im Stapel zwecks nachhaltiger Kontaktgabe verspannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische, elektrisch leitende Verbindung der als Stege ausgebildeten Versteifungen mit der jeweiligen Rückwand und der Anode bzw. Kathode über ein reduktives Sinterverfahren oder über ein Schweißverfahren herge­ stellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahlschweißverfahren verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Laserstrahlschweißverfahren der Laserstrahl zur Schweißrichtung senkrecht polarisiert wird, um ein deutlich verringertes Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite zu erreichen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mittels einer Spiegeloptik so geformt wird, daß mittels einer speziellen Strahlformung gleich­ zeitig zwei oder mehr um einen wählbaren Betrag versetzte Focuspunkte erzeugt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mittels eines hochfrequent arbeiten­ den Scannerantriebs, vorzugsweise eines Piezoquarzes, um einen wählbaren Betrag quer zur Schweißrichtung gescannt wird.