DE2262525B2 - Elektrolysezelle, insbesondere fuer alkalichloridloesungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, insbesondere für Alkalichloridlösungen, mit einem metallischen Zellenboden und einer Mehrzahl von Anoden, die mittels sich durch Löcher im Zellenboden erstreckender Anschlußbolzcn befestigt und elektrisch leitend mit dem Zellenbodcn verbunden sind, wobei die Anschlußbolzen einen Kern aus elektrisch gut leitendem Material und an ihrem in die Elektrolysezelle hineinragenden Teil eine Ummantelung aus Titan, einem analogen Metall oder einer Legierung aus diesen Metallen aufweisen und die elektrische Verbindung zwischen Kern und Zellenboden gegen Elektrolytberührimg geschützt ist.

Bei einer bekannten Elektrolysezelle dieser Gattung ist der Zellenboden auf seiner dem Elektrolyt zugewandten Seite mit einer Kautschukschicht beschichtet. Der Anschlußbolzen der Elektrode ist innerhalb der Elektrolysezelle mit einem Flansch versehen. Der sich durch den Zellenboden hindurcherstreckende Teil des elektrisch gut leitenden Kerns des Anschlußbolzens weist ein Gewinde auf, auf das eine Mutter aufgeschraubt ist Durch Festziehen der Mutter wird einerseits ein Anpreßdruck zwischen dem Flansch und der Kautschukschicht erzeugt, wodurch die Dichtigkeit zwischen Zellenboden und Anschlußboden hergestellt wird, und wird andererseits der Anschlußbolzen am Zeüenboden befestigt Die elektrische Verbindung zwischen dem Zellenboden und dem Kern des AnschJußbolzens wird in erster Linie durch die Anlage der Mutter am Zellenboden, gegebenenfalls unter Zwischenlegen einer Beilagscheibe, und dem Gewinde eingriff zwischen Mutter und Kern vermittelt. Die unmittelbare Anlage des Kerns an der Innenfläche des Loches im Anodenboden, durch das der Kern hindurchragt, ist Undefiniert und gewährleistet keinen niederohm'gen Stromweg zwischen Zellenboden und Kern. Der Widerstand des über die außen auf den Kern aufgeschraubte Mutter vermittelten Stromweges zwischen Zellenboden und Kern hängt von dem Anpreßdruck ab, mit dem der innerhalb der Elektrolysezelle am Anschlußbolzen ausgebildete Flansch in Anlage an die Kautschukschicht gepreßt ist, die den Zellenboden bedeckt. Die mechanischen Eigenschaften dieser Kautschukschicht können sich im Laufe des Betriebs ändern, woraus eine Änderung des Übergangswiderstandes zwischen Zellenboden und Anschlußbolzen resultiert. Eine konische Ausbildung des Kerns und eine entsprechend konische Ausbildung des Loches im Zellenboden, mit der eine großflächige Anlage des Kerns unmittelbar am Zellenboden möglich wäre, ist bei der bekannten Elektrolysezelle nicht möglich, da bei einer solchen Ausbildung die Dichtigkeit zwischen Kern und Zellenboden, d. h. eine definierte Pressung zwischen Flansch und Kautschukschicht nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle der eingangs beschriebenen Gattung derart auszubilden, daß auch bei hohen Stromstärken ein niedriger Übergangswiderstand zwischen den Anoden und dem Zellenboden gewährleistet ist.

Bei einer ersten Ausführungsform der Elektrolysezelle wird dies dadurch erreicht, daß der Kern der Anschlußbolzen in Form einer Schrumpfverbindung in dem zugehörigen Loch im Zellenboden aufgenommen ist. Eine solche Schrumpfverbindung kann dadurch hergestellt werden, daß der Kern des Anschlußbolzens vor seinem Einsetzen in das Loch des Zellenbodens abgekühlt wird, so daß er in das Loch eingesetzt und wieder auf seiner ursprünglichen Temperatur in festem Sitz im Zellenboden aufgenommen ist. Dieser feste Sitz gewährleistet einerseits einen geringen und definierten Übergangswiderstand zwischen Zellenboden und Kern und andererseits einen sicheren mechanischen Halt des Kerns im Zellenboden.

Vorteilhaft ist, wenn in dem sich durch den Zellenboden erstreckenden Teil des Kerns von außerhalb der Elektrolysezelle zugängliche Durchströmungskanäle ausgebildet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht in einfacher Weise einen Ausbau des Kerns nach Durchleiten von Kältemittel durch die Durchströmungs-

kanäle.

3ne weitere Ausführungsform der Elektrolysezelle zeichnet sich dadurch aus, daß elastische Kontaktstücke aus elektrisch gut leitendem Material zwischen der Innenwand des Loches des Zellenbudens und der Außenwand des Kerns angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform liegt der Kern nicht unmittelbar an der Innenwand des Loches an, vielmehr vermitteln die elastischen Kontaktstücke durch ihre Elastizität wohl- definiejte Anlageflächen einerseits zwischen sich und der Lochlaibung und andererseits zwischen sich und dem Kern, so daß ein niederohmiger Stromweg geschaffen ist.

Beiden geschilderten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ist gemeinsam, daß zwischen den Kernen der Anschlußbolzen und der Laibung der Löcher im Zellenboden eine radiale Vorspannung besteht. Durch diese radiale Vorspannung werden niederohmige Obergangswiderstände geschaffen, so daß auch beim Arbeiten mit hohen Stromstärken in den Bereichen zwischen Kern und Zellenboden keine übermäßige Erwärmung auftritt, die durch Verschmoren oder Schmelzen von Material die niederohmige Verbindung zwischen Zellenboden und Anschlußbolzen zerstören könnte. Der Widerstand des infolge seiner ₂.; Lage von Verunreinigungen geschützten Stromweges vom Zellenboden in den Kern des Anschlußbolzens ist unabhängig von der axialen Vorspannung zwischen dem Kern und dem Zellenboden, da die unter radialer Spannung stehenden Anlageflächen sich hinsichtlich ihrer Größe und ihrer gegenseitigen Anlagekraft bei einer axialen Verschiebung des Kerns gegenüber dem Zellenboden nicht ändert. Die eingangs geschilderten, durch eine Außenverschraubung der Anschlußbol/en am Zellenboden bedingten Nachteile sind somit, sofern überhaupt eine solche Außenverschraubung verwendet wird, beseitigt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Verbindung zwischen dem Zellenboden und dem Anschlußbolzen ermöglicht, wie bereits angedeutet, ohne eine Außenverschraubung auszukommen. Damit können Gefahren ausgeschaltet werden, die die Verwendung einer elastischen Dichtung innerhalb der Elektrolysezelle mit sich bringt. Eine solche Dichtung kann nämlich verspröden, so daß möglicherweise Elektrolyt zwischen den Anodenboden und den Anschlußbolzen eindringen kann, wodurch die Niederohmigkeit der elektrischen Verbindung infolge von Korrosion nicht mehr gewährleistet wäre.

Eine solche, ohne eine Außenverschraubutig ausgebildete erfindungsgemäße Elektrolysezelle zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, daß der Zellenboden mit einer Platte aus Titan beschichtet ist, die stopfschlüssig mit der Ummantelung der Anschlußbolzen verbunden ist.

Mit Vorteil ist diese Elektrolysezelle derart ausgebildet, daß mit der Ummantelung eine Zwischenscheibe mit einem außen aufwärts gebogenen Rand stoffschlüssig verbunden ist, und der aufwärts gebogene Rand mit einem aufwärts gebogenen Rand der Platte stoffschlüssig verbunden ist, mit der der Zellenboden beschichtet ist. Auf diese Weise ist der Anschlußbolzen leicht ausbau'oar, da dazu nur die stoffschlüssige Verbindung der beiden aufwärts gebogenen Ränder, beispielsweise durch Abschleifen, entfernt zu werden braucht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Piniplheiten erläutert.

Es zeigt

F1 g. 1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Elektrolysezelle zur Darstellung der Verbindung zwischen Anschlußbolzen und Zellenboden,

Fig.2 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausfüh^: rungsform der Elektrolysezelle und

Fig.3 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Elektrolysezelle.

Gemäß F i g. 1 ist eine Anode aus zwei streckgezogenen Titanplatten t gebildet, die mit der Ummantelung 20 eines zylindrischen Anschlußbolzens 2 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden sind Der Anschlußbollen 2 weist einen Kern 11 aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer auf.

Im unteren Bereich des Anschlußbolzens 2 liegt der Kern 11 in einem Bereich 12, der der Dicke eines aus Aluminiumguß bestehenden Zellenbodens 13 entspricht, frei und ist blank gemacht Durch in dem Kern U ausgebildete Durchströmungskanäle 14 läßt sich flüssiger Stickstoff umwälzen.

Der Durchmesser des Kerns 11 im Bereich 12 und der Durchmesser eines Loches 9 im Zellenboden sind so aufeinander abgestimmt, daß der beispielsweise auf flüssige Sticksiofftemperatur abgekühlte Bereich 12 des Kerns 11 in das Loch 9 einsetzbar ist und dort nach Erwärmen in festem Sitz aufgenommen ist. Der Ausbau des Kerns 11 und damit des gesamten Anschlußbolzens 2 kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß durch die Durchströmungskanäle 14 flüssiger Stickstoff geleitet wird, wodurch sich der Bereich 12 des Kerns 11 zusammenzieht, so daß der Kern aus dem Loch 9 herausgenommen werden kann.

Der Korrosionsschutz der Elektrolysezelle erfolgt auf folgende Weise: Der Zellenboden 13 ist mit einer Platte 15 aus Titan abgedeckt, in der zu den Anschlußbolzen 2 bzw. Löchern 9 koaxial kreisrunde Aussparungen ausgebildet sind, die nach oben gezogene Ränder 16 aufweisen. Eine aus der Platte 15 herausgearbeitete Zwischenscheibe 17 mit hochgezogenem Rand 18 ist stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, bei 19 mit der Ummantelung 20 des Kerns 11 verbunden. Die hochgezogenen Ränder 16 und 18 sind stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen bei 21 miteinander verbunden. Diese Verbindungsstelle 21 kann vor dem Ausbau der Anode durch Abschleifen gelöst werden.

Fig. 3 zeigt einen ebenfalls in den Zellenboden 13 eingepreßten Anschlußbolzen einer Anode. Auch hier ist der zylindrische Kern 11 aus Kupfer in seinem sich durch den Zellenboden 13 hindurchstreckenden Bereich 12 frei von der Ummantelung 20 aus Titan und weist Durchströmungskanäle 14 auf. Die Befestigung zwischen Zellenboden 13 und Kern 11 erfolgt somit auf gleiche Weise wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1, so daß auch hier durch die feste A nlage zwischen Kern 11 und metallischem Zellenboden 13 eine niederohmige Verbindung zwischen Zellenboden 13 und Anschlußbolzen und damit Anode und Zellenboden geschaffen ist.

Der Korrosionsschutz erfolgt bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 jedoch auf andere Weise: Wieder ist der Zellenboden 13 mit einer Platte 22 aus Titan abgedeckt, in der zum Durchstecken der Kerne 11 kreisrunde öffnungen ausgebildet sind. Mit der Ummantelung 20 des Kerns 11 ist hier sloffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, eine Zwischenscheibe 23 aus Titan verbunden, mit der sich bei der Montage durch Zusammendrücken eines Dichtringes 24 die Dichtheit herstellen läßt. ,

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 erfolgt die Abdichtung zwischen Zellenboden 31 und Anschlußbol zen ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2, die elektrische Verbindung zwischen Zellenboden 31 und Anschlußbolzen ist jedoch anderweitig hergestellt:

Mit der Ummantelung 26 des Kerns 11, die zusammen mit dem Kern 11 den als Bimetall ausgebildeten Anschlußbolzen der Anode bildet, ist stoff schlüssig, beispielsweise durch Schweißen eine Zwischenscheibe 27 verbunden, zwischen der und einer Platte 32 aus Titan, die den aus Kupfer bestehenden Boden 31 der Elektrolysezelle abdeckt, ein Dichtring 28 angeordnet ist.

In der Platte 32 sind den Löchern im Boden 31 zum Durchstecken der Kerne 25 entsprechende öffnungen mit nach unten gebogenen Rändern ausgebildet. Der Durchmesser jedes Loches im Zellenboden 31 ist so gewählt, daß zwischen dem Kern 28 und der innenwand des Loches ein ringförmiger Zwischenraum verbleibt, in dem sich als Ringe oder Hülsen ausgebildete, elastische Kontaktstücke 33 einsetzen lassen, die die elektrische Verbindung zwischen den Kernen 25 und dem Zellenboden 31 herstellen. Die Befestigung des Anschlußbodens am Zellenboden 31 erfolgt durch Festziehen einer auf das Ende 29 des Kerns 25 aufgeschraubten Mutter 34.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle, insbesondere für Alkalichloridlösungen, mit einem metallischen Zellenboden und einer Mehrzahl von Anoden, die mittels sich durch Löcher im Zellenboden erstreckender Anschlußbolzcn befestigt und elektrisch leitend mit dem Zellenboden verbunden sind, wobei die Anschluß bolzen einen Kern aus elektrisch gut leitendem Material und an ihrem in die Elektrolysezelle hineinragenden Teil eine Ummantelung aus Titan, einem analogen Metall oder einer Legierung aus diesen Metallen aufweisen und die elektrische Verbindung zwischen Kern und Zellenboden gegen Elektrolyiberührung geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11) der Anschlußbolzen in Form einer Schrumpfverbindung in dem zugehörigen Loch im Zellenboden (13) aufgenommen ist.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem sich durch den Zellenboden (13) erstreckenden Teil des Kerns (11) von außerhalb der Elektrolysezelle zugängliche Durchströmungskanäle (14) ausgebildet sind.

3. Elektrolysezelle, insbesondere für Alkalichloridlösungen, mit einem metallischen Zellenboden und einer Mehrzahl von Anoden, die mittels sich durch Löcher im Zellenboden erstreckender Anschlußbolzen befestigt und elektrisch leitend mit dem Zellenboden verbunden sind, wobei die Anschlußbolzen einen Kern aus elektrisch gut leitendem Material und an ihrem in die Elektrolysezelle hineinragenden Teil eine Ummantelung aus Titan, einem analogen Metall oder emer Legierung aus diesen Metallen aufweisen und die elektrische Verbindung zwischen Kern und Zellenboden gegen Elektrolytberührung geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Kontaktstücke (33) aus elektrisch gut leitendem Material zwischen der Innenwand des Loches des Zellenbodens (31) und der Außenwand des Kerns (25) angeordnet sind.

4. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenboden (13) mit einer Platte (15) aus Titan beschichtet ist, die stoffschlüssig mit der Ummantelung (20) der Anschlußbolzen verbunden ist.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ummantelung (20) eine Zwischenscheibe (17) mit einem außen aufwärts gebogenem Rand stoffschlüssig verbunden ist, und der aufwärts gebogene Rand mit einem aufwärts gebogenen Rand der Platte (15) stoffschlüssig verbunden ist, mit der der Zellenboden (13) beschießet ist.