DE2164284C3 - Cell element for electrolysis and dialysis cells - Google Patents
Cell element for electrolysis and dialysis cellsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Zellenelement für mehrere Abschnitte aufweisende Elektrolyse- und Diialysezellen, bestehend aus abdichtend gegeneinanderliegenden, im Innern eine Kammer begrenzenden Rahmenelementen mit in die Kammer nündenden, die Rahmenelemente durchsetzenden Kanälen, wobei die Abdichtung mittels Materialien unterschiedlicher Härte erfolgt.The invention relates to a cell element for several Electrolysis and dialysis cells having sections, consisting of sealing against one another, delimiting a chamber inside Frame elements with channels jutting into the chamber and penetrating the frame elements, the Sealing takes place by means of materials of different hardness.
Die Erfindung betrifft dabei insbesondere solche Elektrolysezellen und Dialysezellen aus mehreren Abschnitten, die durch Aufeinanderstapeln von diese einzelnen Zellenelemente bildenden Rahmenelementen, Elektroden und Trennwänden und durch 2'usammenpressen des Stapels mit einer Presse, beispielsweise einer Filterpresse, die die einzelnen Teile in ihrer jeweiligen Lage festlegt und damit im Innern eine Kammer und gemeinsame Flüssigkeitsdurchfäuse bildet, hergestellt sind.The invention relates in particular to such electrolysis cells and dialysis cells made up of several Sections, which by stacking these individual cell elements forming frame elements, Electrodes and partition walls and by pressing the stack together with a press, for example a filter press that fixes the individual parts in their respective positions and thus inside a chamber and common fluid passages are made.
Bezüglich der gattungsgemäß vorausgesetzten Merkmale ist folgendes vorbekannt:With regard to the generically presupposed features, the following is already known:
Üblicherweise ist bei Elektrolyse- bzw. Dialysezellen ein schichtweiser Aufbau vorgesehen. So ist bei e its eine elektrochemische Zelle mit bipolarer Elektrode bekannt (FR-PS 1570279), die aus mehreren ZeI-lenelementen mit einem äußeren und einem inneren Rahmen zusammengesetzt ist. In dem äußeren Rahmen sind Kanäle vorgesehen, die in die entsprechen* den von den Rahmen begrenzten Kammerabschilitte der Zelle münden. Die einzelnen Zellenelemente liegen abdichtend gegeneinander, wobei diese Abdichtung jedoch durch schnurartige Dichtungen erreicht wird, die zwischen den Rahmen angeordnet sind.This is usually the case with electrolysis or dialysis cells a layered structure is provided. This is how it is with e its an electrochemical cell with a bipolar electrode known (FR-PS 1570279), which consists of several cell elements is composed of an outer and an inner frame. In the outer frame Channels are provided which lead into the corresponding chamber sections delimited by the frame open into the cell. The individual cell elements lie sealing against each other, but this seal is achieved by cord-like seals which are arranged between the frames.
Auch ist es bekannt, in einer mehrzelligen, 3'üsiimmengesetzten Elektrolysezelle (DE-PS 403713) üurIt is also known to use a multicellular, 3'usiimen-set Electrolysis cell (DE-PS 403713) üur
Abdichtung zwischen den Elektroden und den isolierenden Rahmen Kordeln aus Gummi zu verwenden. Die Rahmen weisen dabei diagonal gegenüberliegende obere und untere Löcher auf, die verbindende Kanäle der Rahmen darstellen. Auch hier wird die Abdichtung durch die eigens zwischen Rahmen und Elektrode angeordneten Dichtungen erreicht.Use rubber cords to seal between the electrodes and the insulating frame. The frames have diagonally opposite upper and lower holes that connect Represent the channels of the frame. Here, too, the seal is provided by the specially designed between the frame and Electrode arranged seals reached.
Weiterhin ist es bereits bekannt (DE-OS 2008727), Elektroden in einer Elektrolysezelle mit ringförmigen Abdichtungen unterschiedlicher Härte mittels eines starren Druckrings abzudichten. Die härtere ringförmige Abdichtung überträgt dabei unter Anpassung an die Elektrode und den Elektrodenträger den Dichtungsdruck vom Druckring auf die weiciiere Abdichtung, wodurch diese den inneren Gasraum dicht abschließt. Diese Abdichtungen müssen jedoch erst als separate Elemente an den Elektroden angeordnet werden, wodurch die Montage sehr aufwendig wird.Furthermore, it is already known (DE-OS 2008727) to have electrodes in an electrolysis cell to seal ring-shaped seals of different hardness by means of a rigid pressure ring. the harder annular seal transfers while adapting to the electrode and the electrode carrier the sealing pressure from the pressure ring on the weiciiere seal, whereby this the inner gas space seals tightly. However, these seals must first be attached to the electrodes as separate elements be arranged, whereby the assembly is very complex.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zeiieneiement so zu gestalten, daß eine einfache funktionssichere Montage durch bloßes Nebeneinanderordnen von Rahmenelementen möglich ist.The invention is therefore based on the object of designing a Zeiieneiement so that a simple Functionally reliable assembly is possible by simply arranging frame elements next to one another.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein gattungsgemäßes Zellenelement erfindungsgemäß nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs ausgebildet.To solve this problem, a generic cell element is according to the invention according to the characterizing Part of the claim formed.
Das erfindungsgemäße Zellenelement ermöglicht einen Aufbau von Elektrolyse- und Dialysezellen aus relativ dünnen Rahmenelementen, wodurch die Gesamtgröße der Zellen klein gehalten ist und eine Reduzierung der Betriebsspannung möglich ist.The cell element according to the invention enables a construction of electrolysis and dialysis cells relatively thin frame elements, whereby the overall size of the cells is kept small and a reduction the operating voltage is possible.
Beim Zusammenbau des Zellenelements ist sichergestellt, daß die in den Rahmenelementen vorgesehenen Durchlässe und Durchgänge dicht abschließen, so daß Flüssigkeitslecks sowohl zwischen benachbarten Zellenelementen als auch nach außen durch Verformung vermieden sind.When assembling the cell element it is ensured that the provided in the frame elements Seal passages and passages tightly so that liquid leaks between adjacent ones Cell elements as well as outward through deformation are avoided.
Gemäß der Erfindung wird ein Zellenelement geschaffen, das ein erstes Rahmenelenjtnt umfaßt, welches aus einem federnd nachgiebigen, weichen Werkstoff mit ausgezeichneten elektrisch isolierenden Eigenschaften besteht und mit Löchern versehen ist, die gemeinsame Durchgänge bilden, sowie mit einer mittleren öffnung, die eine Kammer bildet. Ferner ist das erste Rahmenelement zur Führung von Flüssigkeit mit Wandteüen versehen, die aus einem harten, schwer zu verformenden Werkstoff mit ausgezeichneten elektrisch isolierenden Eigenschaften hergestellt sind. Diese Wandteile sind mit entsprechenden Löchern ausgebildet, die jeweils mit den ihnen zugehörigen Löchern in dem Rahmenelement sowie mit einem Führungskanal in Verbindung stehen, der von dem Rahmenelement und dem entsprechenden Wandteil begrenzt ist. Das Zellenelement umfaßt ferner in paarweiser Anordnung ein zweites Rahmenelement, welches ein erstes Rahmenteil aus einem harten, schwer verformbaren Werkstoff mit ausgezeichneten elektrisch isolierenden Eigenschaften und ein zweites Rahmenteil aus einem weichen Werkstoff umfaßt. Im ersten und 'zweiten Rahmenteil sind Löcher ausgebildet, die die gemeinsamen Kanäle bilden, sowie Öffnungen, die die Kammer bilden. Das erste Rahmenelement ist sandwichartig zwischen zwei Rahmenelementen der zweiten Art, die paarweise vorgesehen sind, angeordnet, Gegebenenfalls kann das zweite Rahmenelement ein weiteres Rahmenteil aus einem federnd nachgiebigen, weichen Werkstoff mit ausgezeichneten elektrisch isolierenden Eigenschaften auNAccording to the invention there is provided a cell element comprising a first frame element which Made from a resilient, soft material with excellent electrically insulating properties Properties consists and is provided with holes that form common passages, as well as with a middle opening that forms a chamber. Furthermore, the first frame element is for guiding liquid provided with wall parts made of a hard, difficult to deform material with excellent electrically insulating properties are made. These wall parts have corresponding holes formed, each with their associated holes in the frame element and with a Guide channel are in communication that of the frame element and the corresponding wall part is limited. The cell element further comprises in a paired arrangement a second frame element, which is a first frame part made of a hard, difficult to deform material with excellent comprises electrically insulating properties and a second frame part made of a soft material. in the first and second frame parts are formed with holes that form the common channels, as well as openings, which form the chamber. The first frame element is sandwiched between two frame elements of the second type, which are provided in pairs, optionally the second Frame element a further frame part made of a resilient, soft material with excellent electrical insulating properties auN
weisen, in dem Löcher ausgebildet sind, die die erwähnten gemeinsamen Kanäle mjt bilden, sowie eine mittlere öffnung, die die erwähnte Kammer bildet. Dieses zusätzliche Rahmenteil ist an derjenigen Seite des ersten Rahmenteils aus hartem Werkstoff vorgesehen, welches dem zweiten Rahmenteil aus dem weichen Werkstoff gegenüberliegt. Unter dem Ausdruck »harter Werkstoff« ist im vorliegenden Zusammenhangein Werkstoff zu verstehen, dessen Härte so groß ist, daß das Rahmenteil aus hartem Werkstoff selbst nicht wesentlich kontrahiert, wenn das dazugehörige Rahmenteil aus weichem Werkstoff sich zusammenzieht, weil es mit einer solchen Befestigungskraft so nahe in Berührung mit dem harten Rahmenteil gebracht wird, daß ein Austritt von Flüssigkeit verhindert wird. Gleiches gilt auch für das erste Rahmenelement und die zugeordneten Wandteile. Mit anderen Worten heißt das, daß der harte Werkstoff und der weiche Werkstoff sich durch ihren Kompressionswiderstand voneinander unterscheider, während der harte Werkstoff sich im wesentlichen nicht zusammenzieht. Genauer gesagt sollte beim Zusammenpressen eines Stapels von Rahmenelementen bzw. Rahmenteilen aus hartem und weichem Werkstoff, bei dem das Rahmenteil aus weichem Werkstoff um ca. 10% schrumpft, das Rahmenteil aus hartem Werkstoff um höchstens 0,5%, vorzugsweise höchstens um 0,1 % schrumpfen. Außerdem sollten die aus hartem Werkstoff hergestellten Wandteile dünner sein als das erste Rahmenelement aus weichem Werkstoff.have, in which holes are formed that form the aforementioned common channels mjt, and one middle opening that forms the mentioned chamber. This additional frame part is on that side of the first frame part is provided from hard material, which the second frame part from the soft Material opposite. The term "hard material" in the present context means a To understand material whose hardness is so great that the frame part is made of hard material itself does not contract significantly when the associated frame part made of soft material contracts, because it is so with such a fastening force is brought into close contact with the hard frame part that prevents leakage of liquid will. The same also applies to the first frame element and the associated wall parts. With others In other words, the hard material and the soft material are different because of their compression resistance differ from each other while the hard material does not substantially contract. More precisely, when compressing a stack of frame elements or Frame parts made of hard and soft material, in which the frame part made of soft material is approx. 10% shrinks, the frame part made of hard material by a maximum of 0.5%, preferably by a maximum of Shrink 0.1%. In addition, the wall parts made of hard material should be thinner than that first frame element made of soft material.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention and advantageous details of the invention are shown schematically below with reference to Drawings of an embodiment explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Dichtungselements gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a perspective view of a sealing element according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,FIG. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Dichtungselements gemäß der Erfindung, welches Führungskanal bildet,Fig. 3 is a perspective view of another sealing element according to the invention, which Forms guide channel,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3,Fig. 4 is a section along the line 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine aus Dichiungselementen gemäß der Erfindung aufgebaute Elektrolysezelle. 5 shows a section through one of sealing elements electrolytic cell constructed according to the invention.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden Führungskanäle in einem Abschnitt oder einer Kammer einer Elektrolysezelle oder Dialysezelle, die mit Einlaß- und Auslaßflüssigkeitskanälen in Verbindung stehen, jeweils von zur Führung von Flüssigkeit dienenden Wandteilen aus einem harten, schwer zu verformenden Werkstoff begrenzt, die in ein Rahmenelement eingepaßt sind. Dieses Rahmenelement, das dicker als die Wandteile ist, ist aus einem federnd nachgiebigen, weichen Werkstoff hergestellt und sandwichartig zwischen zwei Rahmenelementen aus einem harten Werkstoff angeordnet. Wenn dieser Schichtenaufbau zusammengepreßt wird, wird der enge Kontakt zwischen den Rahmeneiementen aus hartem und weichem Werkstoff gefördert, ohne daß im wesentlichen eine Verformung der Führungskanäle auftritt. Hierdurch wird ein Austritt von Flüssigkeit innerhalb des Zellenaufbau und nach außen hin in ausreichendem Maß verhindert. Um gemäß der Erfindung eine wirkungsvollere Leckverhinderung zu erzielenj läßt man die Rahmenelemente bzw. Rahmenteile aus federnd nachgiebigem, weichem Werkstoff vorzugsweise um etwa 5 bis 20% schrumpfen. Ferner sollten die Wandteile, die dünner sind als das Rahmenelement aus weichem Werkstoff, in das sie eingesetzt sind, mit den Rahmeneiementen aus hartem Werkstoff an den beiden gegenüberliegenden Seiten in Berührung gebracht werden, wenn das erwähnteIn a preferred embodiment of the invention, guide channels are in a section or a Chamber of an electrolytic cell or dialysis cell communicating with inlet and outlet fluid channels are, in each case of serving for the guidance of liquid wall parts from a hard, difficult to limited deforming material, which are fitted into a frame member. This frame element, which is thicker than the wall parts is made of a resilient, soft material and sandwiched between two frame elements made of a hard material. If this Layer structure is pressed together, the close contact between the frame elements is made conveyed hard and soft material without substantially deforming the guide channels occurs. This will result in an escape of liquid inside the cell structure and outwards in prevented to a sufficient extent. In order to achieve a more effective leakage prevention according to the invention if the frame elements or frame parts are made of resilient, soft material preferably shrink by about 5 to 20%. Furthermore, the wall parts that are thinner than the frame element made of the soft material in which they are inserted, with the frame elements made of hard Material on the two opposite sides are brought into contact if that mentioned
Rahmenelement aus weichem Material durch die Kompression schrumpft. Vorzugsweise entspricht die Dicke der die Wandteile bildenden Teile im wesentlichen der Dicke des um ca. 5 bis 20% geschrumpften, in Kontakt tretenden Rahmenelements aus weichemFrame element made of soft material shrinks due to the compression. Preferably corresponds to The thickness of the parts forming the wall parts is essentially the same as the thickness of the parts that have shrunk by approx. 5 to 20%, coming into contact frame element made of soft
in Werkstoff. Da die Führungskanäle nicht verformt werden, kann der Strömungswiderstand in denselben konstant gehalten werden.in material. Since the guide channels are not deformed, the flow resistance in them can be kept constant.
Die Erfindung wird nun anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch nä-The invention will now be described with reference to the embodiment shown in the drawings.
i"i her erläutert. In Fig. 1 und 2 sind ein rechteckiges plättchenförmiges Rahmenteil 11 aus einem harten und schwer zu verformenden Werkstoff sowie ein rechteckiges plättchenförmiges Rahmenteil 12 aus einem weichen und federnd nachgiebigen Werkstoff ge-i "i explained her. In Figs. 1 and 2 are a rectangular Plate-shaped frame part 11 made of a hard and difficult to deform material and a rectangular plate-shaped frame part 12 made of a soft and resiliently flexible material
JiI zeigt. Beide Rahmenteile sind eic Tisch isolierend und miteinander, gegebenenfalls durui 'in Bindemittel, verbunden. Sie sind in der Nähe ihrer vier Ecken mit lochförmigen Kanälen 13,14,15 und 16 ausgebildet, die jeweils gemeinsame Leitungen oder Durch-JiI shows. Both frame parts are isolating from the table and with each other, possibly durui 'in binding agent, tied together. They are formed near their four corners with hole-shaped channels 13, 14, 15 and 16, the respective common lines or through
>ί lasse in diesen und weiteren entsprechenden Rahmenteilen bilden. Sie sind ferner in der Mitte mit rechteckigen öffnungen 17 und 18 versehen, die eine Elektrolysezelle bzw. Kammer bilden. Das Rahmenelement ist insgesamt mit 5 bezeichnet.> ί leave in these and other corresponding frame parts form. You are also provided in the middle with rectangular openings 17 and 18, the one Form electrolytic cell or chamber. The frame element is denoted by 5 as a whole.
«ι Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Rahmenelement 6, welches aus einem rechteckigen plättchenförmigen Rahmenelement 21 aus einem weichen, federnd nachgiebigen Werkstoff aufgebaut sst. Das Rahmenelement 21 ist in der Nähe von zwei einander diagonal«Ι Fig. 3 and 4 show another frame element 6, which consists of a rectangular plate-shaped frame element 21 made of a soft, resilient resilient material sst built. The frame member 21 is diagonal in the vicinity of two of each other
γ. gegenüberliegenden Ecken mit lochförmigen Durchgängen 24 und 25 versehen. Es ist außerdem in der Mitte mit einer rechteckigen öffnung 27 ausgebildet, die eine Elektrolysekammer bildet. Ferner is; das Rahmenelement 21 in der Nähe seiner beiden anderen, einander diagonal gegenüberliegenden Ecken mit Aussparungen bzw. Vertiefungen 19 und 20 ausgebildet, die in die mittlere öffnung 27 übergehen. Längliche Wandteile 28 und 29 aus einem etwas härteren Werkstoff als das Rahmenelement 21 sind in ihrerγ. opposite corners with hole-shaped passages 24 and 25 provided. It is also formed in the middle with a rectangular opening 27, which forms an electrolysis chamber. Furthermore is; the frame element 21 in the vicinity of its other two, diagonally opposite corners formed with recesses or depressions 19 and 20, which merge into the central opening 27. Elongated wall parts 28 and 29 made of a somewhat harder one Material as the frame member 21 are in their
4> Lage im oberen bzw. unteren Bereich der öffnung - 27 fest angebracht. Sie dienen zur Begrenzung von als Führungskanäle dienenden freien Räumen 30 und4> Position in the upper or lower area of the opening - 27 firmly attached. They serve to delimit free spaces 30 and serving as guide channels
31. In den in die Aussparungen 19 und 20 reichenden Teilen sind die Wandteile 28 und 29 mit einem loch-31. In the parts reaching into the recesses 19 and 20, the wall parts 28 and 29 are perforated
v> förmigen Durchlaß 73 bzw. 26 gestaltet. Die Abmessungen und die Gestalt des mittleren rechteckigen Fensters, welches von dem Rahmenelement 21 und den Wundteilen 28 und 29 umgrenzt ist, sind so gewählt, daß sie der mittleren öffnung im Rahmenele-v> shaped passage 73 and 26 designed. The dimensions and the shape of the central rectangular window, which is delimited by the frame element 21 and the wound parts 28 and 29, are chosen so that they correspond to the central opening in the frame element.
Vi ment 5 entsprecher. Wenn also die einzelnen abdichtenden
Rahmenelemente 5, 6 zusammengesetzt werden, bilden die jeweiligen fensterartigen öffnungen
17, 18 bzw. 27 Elektrolysezellen bzw. Kammern.
Die öffnung 27 oildet die elektrisch leitende Kammer
und die Führungskanäle, welche die Fächer der Wandteile 28,29 einschließlich der Aussparungen 19,
20 besetzen. Die Wandteile 28, 29, die aus hartem Werkstoff bestehen, passen in die Führungskanäle
und sind darin befestigt. Die Aussparungen 19, 20Vi ment 5 corresponding. When the individual sealing frame elements 5, 6 are put together, the respective window-like openings 17, 18 and 27 form electrolysis cells or chambers.
The opening 27 forms the electrically conductive chamber and the guide channels which occupy the compartments of the wall parts 28, 29 including the recesses 19, 20. The wall parts 28, 29, which are made of hard material, fit into the guide channels and are fastened therein. The recesses 19, 20
ι,-, sind mit Durchlässen 23,26 versehen, welche die gemeinsamen Leitungen bilden. Die Stärke der Wand« teile 28, 29 ist so bemessen, daß sie dünner sind als das Rahmenelement 21 aus weichem Material. Dieι, -, are provided with passages 23,26, which the common Form lines. The thickness of the wall parts 28, 29 is such that they are thinner than the frame element 21 made of soft material. the
Wandteile 28, 29 sind andererseits mit Führungskanälen versehen, welche die gemeinsamen Durchlässe 23,26 der Aussparungen mit der öffnung 27 der elektrisch leitenden Kammer verbinden.Wall parts 28, 29 are on the other hand provided with guide channels, which the common passages 23,26 of the recesses with the opening 27 of the electrical connect conductive chamber.
Die Wandteile 28, 29 müssen jedoch nicht unbedingt teistenförmig ausgebildet sein. Bevorzugt soll nur die Flüssigkeit gleichförmig in die elektrisch leitende Kammer durch die gemeinsamen Durchlässe strömen.However, the wall parts 28, 29 do not necessarily have to be formed in the shape of a teiste. Preferred should only the liquid uniformly enters the electrically conductive chamber through the common passages stream.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist die Stärke der plattenförmigen Wandteile 28,29 geringer als die des Rahmenelements 21 aus weichem Material, so daß vertiefungsförmige freie Räume gebildet werden, die mit 30 und 31 bezeichnet sind. Diese spaltartigen freien Räume 30, 31 sind auch in Fig. 5 erkennbar, wo die Wandteile 28, 29 einfach in die Führungskanäle eingepaßt sind. Wenn die Wandteile 28, 29 für das Befestigen in den Führungskanälen mittels einer Filterpresse oder dergleichen eingepreßt werden, wird das Rahmenelement 21 aus weichem Material zwischen dem Rahmenteil 11 aus hartem Material so gepreßt, daß die Stärke des Rahmenelements aus weichem Material im wesentlichen gleich der Stärke der Wandteile 28, 29 ist. Die freien Räume 30, 31 verschwinden deshalb nahezu. Die Räume 30, 31 sind dann keine Teile mehr für die Führungskanäle, sondern Teile, in die das Rahmenelement 21 aus weichem Material gepreßt wird, wenn die Wandteile 28, 29 in den Führungskanälen durch Pressen befestigt werden. Die Breite der Räume 30, 31 wird entsprechend der Kombination des harten und weichen Materials und der Höhe des angelegten Preßdrucks festgelegt, um ein Herauslecken der Flüssigkeit zu verhindern. Bevorzugt beträgt die Breite der freien Räume 30, 31 etwa 5 bis 20% der Stärke des Rahmenelements des weichen Materials. Das bedeutet, daß die Wandteile 28, 29 selbst die Rolle der Führungskanäle übernehmen. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird eine harte Polyäthylenplatte mit den vorstehenden Teilen als Wandteil verwendet. Die Räume zwischen den vorstehenden Teilen werden als Führungskanäle verwendet.As shown in FIGS. 3 and 4, the thickness of the plate-shaped wall parts 28,29 is less than that of the frame member 21 made of soft material, so that recess-shaped free spaces are formed, the with 30 and 31 are designated. These gap-like free spaces 30, 31 can also be seen in FIG. 5, where the wall parts 28, 29 are simply fitted into the guide channels. When the wall parts 28, 29 for the fastening is pressed into the guide channels by means of a filter press or the like the frame element 21 made of soft material is pressed between the frame part 11 made of hard material in such a way that that the strength of the frame element made of soft material is substantially equal to the strength of the Wall parts 28, 29 is. The free spaces 30, 31 therefore almost disappear. Rooms 30, 31 are then no more parts for the guide channels, but parts into which the frame element 21 is made of soft Material is pressed when the wall parts 28, 29 are fastened in the guide channels by pressing. The width of the spaces 30, 31 is according to the combination of the hard and soft material and set the level of the applied pressure to prevent leakage of the liquid. Preferred the width of the free spaces 30, 31 is about 5 to 20% of the thickness of the frame element of the soft material. This means that the wall parts 28, 29 themselves take on the role of the guide channels. In the described embodiment of the invention, a hard polyethylene plate with the protruding parts used as a wall part. The spaces between the protruding parts are called Guide channels used.
Gemäß der Erfindung dienen harte oder praktischAccording to the invention serve hard or practical
!'laiic 3^iii!iuii3v-ii itcigcsicäic Kunsiaiuiic, beispielsweise hartes Polyvinylchlorid, wärmebeständiges Polyvinylchlorid, Polypropylen, hartes Polyäthylen, Polyacetal und glasfaserverstärkte Kunststoffe ebenso wie Ebonit, die schwer verformbar sind und ausgezeichnete elektrische Isolierfähigkeit haben, als harter Werkstoff für die Rahmenteil 11 und die Wandteile 28,29, während federnd-nachgiebige Werkstoffe, wie weiches Polyvinylchlorid, weiches Polyäthylen und verschiedene weiche Kautschukarten, die ausgezeichnete elektrische Isolierfähigkeit haben, für die Rahmenteile 12 bzw. Rahmenelemente 21 verwendbar sind.! 'laiic 3 ^ iii! iuii3v-ii itcigcsicäic Kunsiaiuiic, for example hard polyvinyl chloride, heat-resistant polyvinyl chloride, polypropylene, hard polyethylene, polyacetal and fiberglass-reinforced plastics as well as ebonite, which are difficult to deform and excellent have electrical insulation, as a hard material for the frame part 11 and the wall parts 28,29, while resilient materials such as soft polyvinyl chloride, soft polyethylene and various types of soft rubbers, which have excellent electrical insulation properties, for the frame parts 12 or frame elements 21 can be used.
Fig. 5 zeigt im Schnitt den Aufbau einer mehrstufigen Elektrolysezelle, die aus den obenerwähnten Rahmenelementen gemäß der Erfindung zusammengesetzt ist. Ein Rahmenelement 5 mit Kanälen 13,14, 15 und 16 für die gemeinsamen Durchlässe 35 und 36, beispielsweise das in der Zeichnung gesehen am weitesten links angeordnete Rahmenelement, steht an einer Seite in Berührung mit einer Seite eines Rahmenelements 6, welches Wandteile 28 und 29 sowie Durchlässe 23 und 26 aufweist. Die andere Seite des Rahmenelements 6 steht -wiederum in Berührung mit einem weiteren Rahmenelement 5 b, welches den gleichen Aufbau hat wie das Dichtungselement 5, jedoch gegenüber diesem umgekehrt angeordnet ist. Diese Rahmenelemente 5, 6 Sb bilden eine Dichtungsgruppe, die an einer Seite mit einer zusaiiipiengesetz-■> ten Elektrode 38 und an ihrer anderen Seite mit einer Trennwand 39 in Berührung steht. Diese Trennwand 39 steht ihrerseits wieder mit einer zweiten Dichtungsgruppe in Berührung, die vom gleichen Aufbau ist wie die erste Gruppe, jedoch in umgekehrter An-Fig. 5 shows in section the structure of a multistage electrolysis cell, which is composed of the frame elements mentioned above according to the invention. A frame element 5 with channels 13, 14, 15 and 16 for the common passages 35 and 36, for example the frame element located furthest to the left in the drawing, is in contact on one side with one side of a frame element 6, which wall parts 28 and 29 as well as passages 23 and 26. The other side of the frame element 6 is in turn in contact with a further frame element 5b, which has the same structure as the sealing element 5, but is arranged the other way around. These frame elements 5, 6 Sb form a sealing group which is in contact on one side with an additional electrode 38 and on the other side with a partition 39. This partition wall 39 is in turn in contact with a second group of seals, which is of the same structure as the first group, but in the opposite direction.
K) Ordnung vorgesehen ist und mit der wiederum eine zweite zusammengesetzte Elektrode an ihrer anderen Seite in Berührung steht. Auf diese Weise sind kathodische und anodische Elektrolysekammern 40 und 41 durch die entsprechenden Dichtungsgruppen gebildet,K) order is provided and with which in turn a second composite electrode is in contact on its other side. In this way, cathodic and anodic electrolysis chambers 40 and 41 are formed by the corresponding sealing groups,
π die jeweils aus zwei Rahmenelementen 5 und einem Rahmenelement 6 bestehen und abwechselnd umgekehrt angeordnet und durch abwechselnd dazwischen angeordnete zusammengesetzte Elektroden 38 bzw. Trennwände 39 voneinander getrennt sind. Jede zusammengesetzte Elektrode 38 begrenzt an ihrer Kathodenseite eine Kathodenkammer und an ihrer Anodenseite eine Anodenkammer.π each of two frame elements 5 and one Frame element 6 exist and alternately arranged reversed and by alternating between them arranged composite electrodes 38 or partition walls 39 are separated from one another. Any compound Electrode 38 delimits a cathode chamber on its cathode side and a cathode chamber on its anode side an anode chamber.
Die eine Elektrolysekammer 40 bildende Dichtungsgruppe besteht aus drei Rahmenelementen, wo-The sealing group forming an electrolysis chamber 40 consists of three frame elements, where-
bei zuerst ein Rahmenelement 6 in der Mitte und dann die beiden anderen Rahmenelemente 5, Sb aus hartem
Material angrenzend an das erste Rahmenelement 6 zu beiden Seiten angeordnet werden.
Die Elektroden 38 und die Trennwände 39' sindwith first a frame element 6 in the middle and then the other two frame elements 5, Sb made of hard material adjacent to the first frame element 6 on both sides.
The electrodes 38 and the partition walls 39 'are
in jeweils von entsprechenden äußeren Rahmenteilen 45 und 46 bzw. 48 umgeben, von denen in den Rahmen 45 und 46 Löcher 43 und 44 für die gemeinsamen Durchlässe 35 und 36 ausgebildet sind. Entsprechende Abstandselemente 47 aus einem Werkstoff wie weichem Vinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid oder einem Copolymerisat aus hauptsächlich Vinylidenchlorid und geringen Mengen anderer ungesättigter Verbindungen sind innerhalb der einzelnen Elektrolysekammern 40 und 41in each of corresponding outer frame parts 45 and 46 and 48 respectively, of which in the frame 45 and 46 holes 43 and 44 for the common Passages 35 and 36 are formed. Corresponding spacer elements 47 made of one material such as soft vinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene chloride or a copolymer made up mainly of vinylidene chloride and small amounts of other unsaturated compounds are within of the individual electrolysis chambers 40 and 41
-to angeordnet. Die Rahmenelemente, Elektroden und Trennwände, die in der oben beschriebenen Weise aufeinander gestapelt sind, werden durch Zusammenpressen des Stapeis mit einer Presse integriert und bilucii auf (jicsc Vr'cisc ücii Eickuoiysccciiauibau.-to arranged. The frame members, electrodes and partitions made in the manner described above are stacked on top of each other, are integrated by pressing the stack with a press and bilucii on (jicsc Vr'cisc ücii Eickuoiysccciiauibau.
.15 Wenn jede Trennwand 39 dazu verwendet wird, ein Paar Elektrolysezellen zu trennen, um jeweils zwei Elektrolysekammern zu bilden, werden zwei Dichtungsgruppen zwischen die gegenüberliegenden Anoden und Kathoden mit der Trennwand 39 dazwischen angeordnet. Wenn viele Paare Elektrolysezellen verwendet werden sollen, wird ein Paar der Elektrolysezellen in ununterbrochener Weise parallel geschr'tet, was aus Fig. 5 erkennbar ist..15 If each partition 39 is used to Separating a pair of electrolytic cells to form two electrolytic chambers each becomes two sealing groups between the opposing anodes and cathodes with the partition wall 39 therebetween arranged. When many pairs of electrolytic cells are to be used, one pair of the electrolytic cells is used parallel stepped in an uninterrupted manner, which can be seen from FIG.
In den Elektrolysezellen sollte jeweils der Werkstoff der einzelnen Teile unter Berücksichtigung der Betriebstemperatur der Zelle, der Elektrolytstoffe sowie der elektrolytischen Produkte gewählt werden. In der aus Rahmenelementen gemäß der Erfindung aufgebauten Elektrolysezelle ist der größte Teil der mit dem Elektrolyten in Beruhung stehenden Innenwände aus einem harten Werkstoff hergestellt, so daß die Anforderungen an die weichen Werkstoffe hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien und Wärme gemäß der Erfindung nicht so streng zu sein brauchen. Es ist auch möglich, billige Werkstoffe auszuwählen. Deswegen ist die Erfindung besonders nützlich, beispielsweise für Kocbsalz-EIektrolyseze!- len.The material in each case should be in the electrolysis cells of the individual parts, taking into account the operating temperature of the cell, the electrolyte substances and of electrolytic products can be chosen. In the one constructed from frame elements according to the invention The electrolytic cell is the largest part of the inner walls that are in contact with the electrolyte made of a hard material, so that the requirements for the soft materials with regard to resistance to chemicals and heat according to the invention not to be so severe to need. It is also possible to choose cheap materials. That is why the invention is special useful, for example for coconut salt electrolysis! - len.
Das nachfolgend beschriebene Beispiel soll die Erfindung noch näher erläutern. The example described below is intended to explain the invention in more detail.
Ein Elektrolyyezellaufbau gemäß Fig. 5 wurde mit einer Presse hergestellt. Die Rahmenteile 11 bestanden aus hitzebeständigem Vinylchlorid, während für das Rahmenteil 12 und das Rahmenelement 21 Nitrilkauffjihuk und für die Wandteile 28 und 29 Plättchen aus hai tem Polyäthylenkautschuk verwendet wurden. Die Rahmenteile 11 hatten eine Dicke von 1,0 mm, die Rahmenteile 12 eine Dicke von 0,2 mm, die Rah- ι > menelemente 21 eine Dicke von 1,65 mm und die Wandteile 28, 29 eine Dicke von 1,50 mm. Die Abmessungen der Rahmenteile bzw. Rahmenelemente waren so gewählt, daß sie 300 mm x 600 mm groß waren, während die Abmessungen der Elektrolyse- ι ΐ kammern 200 mm X 300 mm betrugen. Die Elektroden 38 bestanden jeweils aus einem Titanplättchen in einer Dicke von 2.8 mm. dessen eine Seite zur Schaffung einer Kathode mit einem 1,0 mm dicken Platinüberzug '/ersehen war, während die anderen -M Seite zur Schaffung einer Anode mit Nickel plattiert war. Die Elektroden waren umgeben von äußeren Rahmenelementen 45 und 46 aus Nitrilkautschuk und waren mit Zuleitungen 49 versehen. Die Trennwände 39 bestanden jeweils aus einer positivionensubstitu- r. ierten Folie auf der Basis von Styrol und Divinylbenzol und hatten eine Dicke von 1,0 mm. Die Außenabmessungen der Trennwände betrugen 240 mm X 340 mm. Die Trennwände waren von äußeren Rahmenteilen 48 !US Nitrilkautschukpiättchen umgeben, in denen >i-Löcher 42 ausgebildet waren, die die gleiche Dicke hatten wie die Trennwände selbst. Für die Abstandselemente 47 wurde Polypropylenfaser verwendet. Die gemeinsamen Durchlässe 36, die von Durchlässen bzw. Kanälen 13,23,14 und 16,26,15 gebildet waren t; (Durchlaß der Löcher 13 nicht zu sehen) standen mit Kathodenkammern in Verbindung, während die gemeinsamen Durchlässe 35, die von Durchgängen bzw. Kanälen 14, 24, 13 und 15, 25, 16 gebildet waren (Durchlaß der Löcher 15 nicht zu sehen) mit Anodenkammern in Verbindung standen. Da die aus Rahmenelementen 5, 6 und Sb aufgebauten, aufeinanderfolgenden Dichtungsgruppen abwechselnd umgekehrt angeordnet waren, wurden auch abwechselnd Kathoden- und Anodenkammern 40 und 41 gebildet, so daß die Flüssigkeiten aus den beiden Kammern sich in den Durchlässen nicht vermischen konnten. Der Austausch von Ionen erfolgte durch die einander benachbarten Kathoden- und Anodenkammern trennenden Trennwänden 39.An electrolyte cell structure according to FIG. 5 was produced with a press. The frame parts 11 consisted of heat-resistant vinyl chloride, while for the frame part 12 and the frame element 21 Nitrilkauffjihuk and for the wall parts 28 and 29 plates made of hai tem polyethylene rubber were used. The frame parts 11 had a thickness of 1.0 mm, the frame parts 12 a thickness of 0.2 mm, the frame elements 21 a thickness of 1.65 mm and the wall parts 28, 29 a thickness of 1.50 mm . The dimensions of the frame parts or frame elements were chosen so that they were 300 mm × 600 mm, while the dimensions of the electrolysis chambers were 200 mm × 300 mm. The electrodes 38 each consisted of a titanium plate with a thickness of 2.8 mm. one side of which was shown with a 1.0 mm thick platinum coating '/ to create a cathode, while the other -M side was plated with nickel to create an anode. The electrodes were surrounded by outer frame elements 45 and 46 made of nitrile rubber and were provided with leads 49. The partition walls 39 each consisted of a positive ion substitute. ied film based on styrene and divinylbenzene and had a thickness of 1.0 mm. The external dimensions of the partition walls were 240 mm X 340 mm. The partition walls were surrounded by outer frame parts 48! US nitrile rubber platelets in which> i-holes 42 were formed which had the same thickness as the partition walls themselves. For the spacer elements 47, polypropylene fiber was used. The common passages 36, which were formed by passages or channels 13, 23, 14 and 16, 26, 15 t; (The passage of the holes 13 cannot be seen) were in communication with the cathode chambers, while the common passages 35, which were formed by passages or channels 14, 24, 13 and 15, 25, 16 (the passage of the holes 15 cannot be seen) with Anode chambers were in communication. Since the successive seal groups made up of frame elements 5, 6 and Sb were alternately reversed, cathode and anode chambers 40 and 41 were formed alternately so that the liquids from the two chambers could not mix in the passages. The exchange of ions took place through the partition walls 39 separating adjacent cathode and anode chambers.
Die Elektrolysezelle gemäß dem obigen Beispiel wurde 24 Stunden unter vorherbestimmten Bedingungen in Betrieb gehalten, wobei 5N NaCl bzw. 5N NaOH als Kathoden- und Anodenflüssigkeit diente, die Flüssigkeitstemperatur 70° C, die Stromdichte 15 A/dm2 und die durchschnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung durch die Elektrolysekammern 10 cm/s betrug. Als Ergebnis zeigte sich keinerlei Austritt der Elektrolyseflüssigkeiten an das Äußere des Zellaufbaus. Auch innerhalb des Zellaufbaus wurde kein Flüssigkeitsaustritt anhand von Veränderungen der Chlorionenkonzentration in der Anodenflüssigkeit festgestellt, wie die Tabelle unten zeigt. Es wurden auch keine Biegungen oder Verformungen der die Führungskanäle umgrenzenden Teile festgestellt. The electrolytic cell according to the above example was kept in operation for 24 hours under predetermined conditions, with 5N NaCl and 5N NaOH serving as cathode and anode liquid, the liquid temperature 70 ° C., the current density 15 A / dm 2 and the average speed of the liquid flow through the electrolysis chambers was 10 cm / s. As a result, there was no leakage of the electrolytic liquids to the outside of the cell structure. Also within the cell structure, no leakage of liquid was found on the basis of changes in the chlorine ion concentration in the anolyte, as the table below shows. No bends or deformations of the parts delimiting the guide channels were found either.
Betriebszeit (in h)
Chlorionenkonzentration in Anodenflüssigkeit (in ppm)Operating time (in h)
Chlorine ion concentration in anolyte (in ppm)
Tabelle
0 6Tabel
0 6
1212th
18 2418 24
23 21 21 2023 21 21 20
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 109 647/136 For this purpose 3 sheets of drawings 109 647/136
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