DE2412132C3 - Bipolare Elektrolysezelle - Google Patents
Bipolare ElektrolysezelleInfo
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- DE2412132C3 DE2412132C3 DE2412132A DE2412132A DE2412132C3 DE 2412132 C3 DE2412132 C3 DE 2412132C3 DE 2412132 A DE2412132 A DE 2412132A DE 2412132 A DE2412132 A DE 2412132A DE 2412132 C3 DE2412132 C3 DE 2412132C3
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
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Description
Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur elektrolytischen Zersetzung von
Chlor-Alkali gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten gattungsgemäßen Elektrolysezelle (DE-OS 20 30 610) sind die Anoden und die
Kathoden mittels Halteblöcken, welche mit der Zwischenwand verschweißt oder verschraubt sind, an
der Zwischenwand befestigt. Die Zwischenwand, die mit einzelnen Stegen ausgebildet ist, an denen das
Haltegitter der Kathodenbaugruppe anliegt, dient auf diese Weise selbst der mechanischen Halterung der
Elektroden. Zum Befestigen der Elektroden müssen Schrauben festgezogen werden, welche dem Anolyten
ausgesetzt sind und somit aus Titan bestehen müssen oder zumindest mit einer Schutzschicht überzogen sein
müssen. Dies ist verhältnismäßig teuer und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Elektrolysezelle zu schaffen, die montagegünstig
ist und bei hohem Wirkungsgrad funktionssicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ist die
Zwischenwand insgesamt in Form eines flachen Kastens ausgebildet, der zu den Kathoden hin eine fensterartige
öffnung und zu den Anoden hin eine mit öffnungen ausgebildete Rückplatte aufweist. Im Inneren der
Zwischenwand ist wenigstens eine Stromanschlußplatte angeordnet, an der die elektrisch leitenden Stäbe der
Anoden und Kathoden befestigt sind. Die Stromanschlußplatte dient somit sowohl der mechanischen
Halterung der Anoden als auch der Stromverteilung. Damit ist ein mechanisch sehr stabiler Aufbau der
Elektrode gewährleistet und gleichzeitig eine gute Stromverteilung über die Anoden und Kathoden und ein
geringer elektrischer Widerstand zwischen Anoden und Kathoden gegeben. Die Stromanschlußplatte befindet
sich im Katholyten, wodurch die gesamte Montage der Elektroden mit Eisenverbindungen und Eisenmuttern
geschehen kann. Dadurch ist eine in ihrem Aufbau einfache und mit hoher Festigkeit ausführbare Montage
der Elektroden möglich.
Die Unteransprüche 2 bis 9 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen der Befestigung der Elektroden an
der Stromanschlußplatte.
Der Unteranspruch 10 ist auf eine vorteilhafte Ausführungsform des Gehäuses der Elektrolysezelle
gerichtet, in der die einzelnen bipolaren Einheiten in einfacher Weise angeordnet werden können.
Die Unteransprüche 11 bis 13 kennzeichnen vorteilhafte
Ausbildungen der Elektrolysezelle insgesamt.
Zum Stand der Technik sei noch ergänzend auf die DE-OS 2135 070 verwiesen, in der eine bipolare
Elektrolysezelle mit hohlen Kathoden und plattenförmigen Anoden beschrieben ist. Alle Elektroden sind
unmittelbar an der Zwischenwand angebracht. Der Zusammenbau der gesamten Elektrolysezelle erfolgt
durch Zusammenfügung der bipolaren Einheiten.
Die US-PS 33 37 443 beschreibt eine bipolare Elektrolysezelle mit hohlen Kathoden und Graphitanoden.
Eine Zwischenwand ist aus einer Kathodentragplatte zusammengesetzt, an der Anodenträgermaterial
befestigt ist, in dem die Anoden eingebettet sind. Die Kathoden sind unmittelbar an der Kathodentragplatte
angebracht Das für die Elektrolysezelle gtmäß der US-PS 33 37 443 verwendete Gehäuse hat dabei eine
gewisse Ähnlichkeit mit der Ausbildung des Gehäuses gemäß dem Unteranspruch 10.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es stellt dar
F i g. 1 eine Aufsicht auf eine Elektrolysezelle, von der
Teile entfernt sind,
Fig.2 eine Seitenansicht der Elektrolysezelle nach
Entfernen von Teilen des Gehäuses und der Anode,
F i g. 3 eine Aufsicht auf den Deckel der Elektrolysezelle,
F i g. 4 eine Vorderansicht einer Zwischenwand, von der Bereiche entfernt sind,
Fi g. 5 einen Längsschnitt durch die Seitenwand längs
der Linie X- Yin F i g. 4,
F i g. 6 eine Seitenansicht der Anode, von der Bereiche entfernt sind,
F i g. 7 eine Aufsicht auf die Anode,
F i g. 8 eine Vorderansicht der Anode,
F i g. 9 eine Seitenansicht der Kathode, wobei Teile des seitlichen Metalldrahtgitters entfernt sind,
Fig. 10 eine Aufsicht auf die Kathodenbaugruppe, 6b
wobei Teile entfernt sind,
Fig. It eine Vorderansicht der Kathodenbaugruppe,
wobei Teile entfernt sind.
Fig, 12 eine Vorderansicht der Stromanschlußplatte,
wobei Teile entfernt sind,
Fig, 13 einen Längsschnitt der Stromanschlußplatte
längs der Linie X-Y in F i g. 12,
Fig. 14 und 15 Längsschnitte des wesentlichen Teils
der bipolaren Einheit zur Darstellung verschiedener Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an der
Zwischenwand,
F i g. 16 die Mittel zum Anbringen der Anoden an der Anodenseitenwand der Zelle,
Fig. 17 die Mittel zum Anbringen der Kathoden an
der Kathodenseitenwand der Zelle.
Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Aufsicht und eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der
gesamten Elektrolysezelle.
Das Gehäuse 1 der Elektrolysezelle ist kanalförmig (eine Form, bei der die entgegengesetzten beiden
Seitenwände der Box entfernt sind und die Oberseite offen ist), und seine innere Oberfläche weist zur
Verhinderung von Korrosion €:ά Schutzschicht,
beispielsweise Gummi, auf. Das Gehäuse I weist Führungen 11 zum Anbringen und Entfernen der
Zwischenwand 6, öffnungen 12, durch die sich das Auslaßrohr 62 für den Katholyten und öffnungen 13
zum Anbringen des Anoiytenpegelmessers auf. Das Gehäuse 1 ist mit der Anodenseitenwand 2 und der
Kathodenseitenwand 3 flanschartig verbunden, so daß die boxförmige Außenschale der Zelle entsteht Es ist
ohne Nachteil, wenn das Gehäuse 1 einteilig mit der Anodenseitenwand 2 ausgebildet ist, die Kathodenseitenwand
3 sollte jedoch abnehmbar mit dem Gehäuse 1 verbunden sein, damit sie entfernt werden kann, wenn
das Diaphragma erneuert wird. Es kann nur eine öffnung 13 vorgesehen sein. Die Anodenseitenwand 2
hat an ihrer inneren Oberfläche eine geeignete Schutzschicht, beispielsweise Gummi, und weist Öffnungen
auf, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Anode 4 nach außen erstrecken. Die Kathodenseitenwand
3 ist an ihrer inneren Oberfläche ebenfalls mit einer geeigneten Schutzschicht, beispielsweise Gummi,
versehen und weist eine innere Kammer zum Durchtritt des Katholyten, eine fensterartige Öffnung zum
Anbringen der Kathode 5, öffnungen, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Kathode nach außen
erstrecken, ein Wasserstoffauslaßrohr 31 und ein Katholytauslaßrohr 32 auf. Die Zwischenwand ist an
ihrer Außenfläche mit einer Schutzschicht, beispielsweise Gummi, versehen und enthält eine Innenkammer zum
Durchlaß des Katholyten, eine Rückplatte 65 mit Öffnungen, durch die sich die elektrisch leitenden Stäbe
der Anode hindurch erstrecken, eine fensterartige Öffnung an der der Rückp'.atte entgegengesetzten Seite,
die zuri Durchlaß des Katholyten dient, ein Wasserstoffauslaßrohr
61 und ein Katholytauslaßrohr 62. Die Zwischenwand trennt' die gesamte Zelle in eine
Mehrzahl einzelner Kammern, d. h. in mehrere Einzelzellen. Das Katholytauslaßrohr 62 ist an der Zwischenwand
ausbaubar angebracht und die Zwischenwand wird bei ausgebautem Katholytauslaßrohr durch Abwärtsschieben
in der Führung 11 senkrecht in die Elektrolysezelle eingesetzt, nachdem die Anoden und
Kathoden an der Zwischenwand befestigt sind. Die Anoden 4 und Kathoden 5 sind an der Anodenseitenwand
2 bzw. der Krthodenseitenwand 3 und an der Zwischenwand 6 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung
zur Bildung einer bipolaren Einheit angebracht Wenn die bipolare Elektrolysezelle zusammengebaut ist,
befinden sich die Kathoden einer binolaren Einheit
unter Bildung einer Einzelzeile zwischen den Anoden der benachbarten bipolaren Einheit. Die Zwischenwände
sind parallel zur Anodenseitenwand und Kathodenseitenwand ausgerichtet. Die Anoden und Kathoden
sind vertikal und senkrecht zu der Zwischenwand, so =>
daß die Oberflächen der Anoden parallel zu den benachbarten Oberflächen der Kathoden sind.
Wie bereits erwähnt, sollten das Zellengehäuse, die Anodenseitenwand, die Kathodenseitenwand und die
Zwischenwände an denjenigen Teilen, die in Berührung mit Analyten sind, zur Verhinderung von Korrosion eine
geeignete Schutzschicht aufweisen.
Die bipolare Zelle kann im Gegensatz zu der in F i g. 1 und 2 dargestellten Zelle nur mit einer ein/igen
bipolaren Einheit versehen sein. Die Oberfläche der Kathode ist mit einem permeablen Diaphragma,
beispielsweise Asbest, bedeckt, das aber in den Figuren nicht dargestellt ist. In der Elektrolysezelle besteht eine
leitende Stäbe, mit der sie stabil an der Zwischenwand befestigt wird. Die Wände 41 und 42 können aus jedem
anodisch widerstandsfähigen Material bestehen, vorzugsweise Titan, dessen Oberfläche mit einer anodisch
widerstandsfähigen elektrisch leitenden Schicht, beispielsweise einem Metall der Platingruppe oder einem
Oxid eines Metalls der Platingruppe beschichtet sein sollte. Die elektrisch leitenden Stäbe 43 bestehen aus
Titan oder können aus einem anderen gut elektrisch leitenden Material, beispielsweise Eisen, Stahl oder
Kupfer, bestehen, dessen Oberfläche mit Titan beschichtet sein sollte.
Die F i g. 9, IO und 11 zeigen eine Seitenansicht, eine
Aufsicht und eine Vorderansicht einer in der Elektrolysezelle verwendeten Kathode. Die Kathoden 5 sind aus
einem Metalldrahtgitter oder ähnlichem aufgebaut und sind mit einem durchlässigen Diaphragma, beispielsweise
Asbest, abgedeckt. Das metallische Drahtgitter kann a;:r, jCv.c~ geeigneten ...cia,, ^cispidswcisc uiscr;
zwei benachbarten Einzelzellen durch einen schmalen Zwischenraum zwischen einer Zwischenwand 6 und
einer Führung 11, wodurch in jeder Einzclzelle ein gleiches Laugenniveau gewährleistet ist. Während eines
typischen Betriebsablaufes wird durch die entsprechende öffnung 73 (in Fig. 3) ständig jeder Einzelzelle
Lauge zugefügt. Dieses geringe Durchfließen zwischen benachbarten Einzelzellen beeinflußt daher im Betrieb
nicht die Stromwirksamkeit.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Deckel an der Oberseite der Zelle. Der Deckel besteht aus Eisen und
seine Innenfläche weist rir.c Schutzschicht, beispielsweise
Gummi, auf. Der Deckel hat eine Öffnung 71 zum Entfernen von Chlorin, öffnungen 73 zum Zuführen von
Lauge, eine öffnung 74 zum Anbringen einer Druckmeßzelle für die Anodenkammer und eine Bruchplatte
75.
Fig.4 stellt eine Vorderansicht der Zwischenwand,
gesehen von der Kathodenseite aus und F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Zwischenwand 6 dar. Die
Zwischenwand weist, wie teilweise bereits beschrieben,
ein Wasserstoffauslaßrohr 61. ein Katholytauslaßrohr 62. öffnungen 63 zum Anbringen der Anoden, eine
Rückplatte 65. eine fensterartige öffnung mit einem Rahmen 64 rundherum zum Befestigen der Kathodenbaugnippe
und eine Schutzschicht an der äußeren Oberfläche, beispielsweise Gummi, auf.
Die F i g. 6, 7 und 8 zeigen entsprechend eine Seitenansicht, eine Aufsicht und eine Vorderansicht
einer Ausführungsform einer Metallanode, wie sie in der
Elektrolysezelle verwendet wird. Die Anode 4 enthält ein Paar in seitlichem Abstand befindliche Wände 41
und 42. Die Wände 41 und 42 können volle Platten oder geformtes oder gelochtes Flachmateria! sein. Die Anode
4 hat eine oder mehrere horizontale elektrisch leitende Stäbe 43 und Rippen 44 zwischen den Wänden 41 und
42. die die Wände 41 und 42 abstützen und die elektrische Verbindung zwischen der bzw. den Stäben
und den Wänden herstellen, wobei die elektrisch leitenden Stäbe zwischen den Wänden 41 und 42
angeordnet sind. Der elektrisch leitende Stab erstreckt sich vom Ende der Wände 41 und 42 nach außerhalb und
weist einen Flansch 45 nahe der Wand auf und hat weiter an seinem Ende eine Spiralnut 46. Der Flansch 45
und die Spiralnut 46 dienen zum Anbringen der Anode an der Zwischenwand und einer Stromanschlußplatte,
Die Wände 41 und 42 sind vorzugsweise zueinander
parallel.
Die Anode enthält vorzugsweise mehrere elektrisch bestehen. Die Kathodenwand 51 hat die Form eines
flachen Sackes und ist hohl, mit anderen Worten ist ein Paar paralleler Seitenwände an den äußersten Enden
der oberen und Unterkanten miteinander verbunden, wodurch eine Kammer entsteht, die nur an dem sich in
die Kammer der Zwischenwand öffnenden Ende offen ist. Alle Kathoden einer Einzelzelle sind an ihren
offenen Enden mit einem Haltegitter 56 verbunden, so daß sit ?inen Teil bilden, eine kammartige Kathodenbaugruppe.
Das Haltegitter 56 hat einen umlaufenden
jo Flansch 57 zum Anbringen der Kathodenbaugruppe nahe an dem Rahmen um das Fenster in der
Zwischenwand. Das Haltegitter 56 kann aus dem gleichen Material wie die Wand 51 bestehen und sollte
ebenso, wie die Wand 51, mit einem durchlässigen
j5 Diaphragma abgedeckt sein. Jede kammförmige hohle
Kathode weist einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe 52 und Rippen 53 auf, die die Wand 51 halten und
die elektrische Verbindung zwischen dem Stab 52 und der Wand 51 herstellen, wobei die Stäbe 52 und die
jo Rippen 53 im hohlen Bereich der Kathode angeordnet sind. Jede Kathode weist vorzugsweise mehrere
elektrisch leitende Stäbe auf, mit denen die Kathodenbaugruppe stabil an der Zwischenwand befestigt wird.
Der elektrisch leitende Stab 52 erstreckt sich vom
-π offenen Ende der Kathode aus nach außen und weist
nahe dem Haitegitter 56 einen Flansch 54 an diesem sich nach außen erstreckenden Teil auf und hat weiter an
seinem Ende eine Spiralnut 55. Der Flansch 54 und die Spiralnut 55 dienen zum Befestigen der Kathode an der
Vi Stromanschiußplatte.
Die Fig. 12 und 13 sind eine Vorderansicht t .·». ein
Längsschnitt längs der Linie A"-Vin Fig. 12.und stellen
eine Stromanschlußplatte dar. die in der Innenkammer der Zwischenwand angeordnet ist. Die Stromanschlußplatte
8 kann aus kathodisch widerstandsfähigem und elektrisch gut leitendem Material, wie Eisen, bestehen
und weist Öffnungen 81 zum Anbringen der Kathoden und Öffnungen 82 zum Anbringen der Kathoden auf.
Die Stromanschlußplatte kann eine Platte sein, die mit
κι allen elektrisch leitenden Stäben der Anoden und
Kathoden einer bipolaren Einheit verbunden ist oder kann eine Mehrfachplatte sein, mit anderen Worten,
wenn die Anode und Kathode jeweils zwei elektrisch leitende Stäbe aufweisen, entspricht die Stromanschluß-
ei platte einer Vielzahl von Paaren elektrisch leitender Stäben der Anoden und Kathoden, namentlich in diesem
Fall, sind zwei Stromanschlußplatten vorhanden. Die Öffnungen 81 und 82 sollten in einer Zick-Zack-Linie,
wie in F i g, 12 dargestellt, angeordnet sein.
In den Fig. 14, 15, IG und 17 sind die Mittel zum
Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand oder einer Seitenwand genauer erläutert.
Fig. 14 stellt die Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand und zum
Verb'nden der Anoden und Kathoden über eine Stromanschlußplatte 8 dar. Beim Zusammenbau der in
Fig. 14 dargestellten bipolaren Einheit werden die \o Anoden 4 zunächst an der Zwischenwand 6 angebracht
und anschließend werden die Kathoden angebracht. Der elektrisch leitende Stab 43 der Anode erstreckt sich
durch eine öffnung 63 in der Rückplatte 65 und wird durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt, wobei die H
Rückplatte 65 zwischen dem Flansch 45 und der Mutter 47 angeordnet ist. Zwischen die Rückplatte 65 und den
Flansch 45 sollte eine Dichtung 48 angeordnet werden und zwischen der Rückplatte 65 und der Mutter 47 kann
ein Dichtring 49 vorgesehen sein, wodurch jede Undichtigkeit zwischen der Kathodenkammer und der
Anodenkammer ausgeschaltet wird. Die Dichtung 48 kann irgendein anodisch widerstandsfähiges Material
sein, das gleichzeitig gut flUssigkeitsdichtend ist. Der Dichtring 49 kann ein Federring sein, wenn die Dichtung 2ϊ
oder die Beschichtung der Zwischenwand aus einem Material besteht, das geeignet ist, ständig Spannung
hervorzurufen. Alle Anoden einer Einzelzelle werden senkrecht zu einer Zwischenwand angebracht, so daß
die Anoden einer bipolaren Einheit kammartig an der jo Rü^kplatte der Zwischenwand angeordnet sind.
Jeder elektrisch leitende Stab 52 der kammartigen Kathoden erstreckt sich durch die öffnung 82 in der
Stromanschlußplatte 8 und wird durch Festdrehen der Mutter 58 befestigt, wobei die Stromanschlußplatte 8
zwischen dem Flansch 54 und der Mutter 58 angeordnet ist, so daß die kammartige Kathodenbaugruppe mit der
Stromanschlußplatte 8 verbunden ist. In diesem Falle kann die Stromanschlußplatte durch Verschweißen
anstelle von Verschrauben mit der Kathodenbaugruppe «o
verbunden werden.
Der elektrisch leitende Stab 43 der Anode, der sich
. f>et _.
l UIC V/t I ItUI Ig OJ III VlCl
mit der Mutter 47 gesichert ist, erstreckt sich weiter durch eine öffnung 81 in der Stromanschlußplatte 8 und
wird durch Festdrehen der Mutter 410 befestigt.
Die Kathodenbaugruppe sollte so konstruiert sein, daß der umlaufende Flansch 57 des Haltegitters 56
genau mit dem Rahmen 64 um das Fenster in der Zwischenwand zusammenpaßt; andernfalls kann ein so
unvorteilhaftes Vermischen des Anolyten mit dem Katholyten auftreten. Die Mutter 410 kann durch die
Öffnung 59 hindurch betätigt werden, die Zugang zu der Mutter 410 ermöglicht und am Haltegitter 56 gegenüber
der Verbindungsstelle des elektrisch leitenden Stabes der Anode mit der Stromanschlußplatte angeordnet ist
Die öffnung 59 ist offen- und schließbar mit einem
Deckel 510 abgedeckt, der aus dem gleichen Material wie das Haltegitter der Kathodenbaugruppe oder aus
nicht korrodierendem Material, wie Ebonit oder Polyfluoräthylen, bestehen kann. Wenn der Deckel aus
metallischem Drahtgitter gebaut ist, sollte er mit einem permeablen Diaphragma bedeckt sein, um wie der
andere Teil des metallischen Drahtgitters, als Kathodenfläche
zu dienen. Damit er ausbaubar befestigt werden kann, weist der Deckel 15 eine Schraube auf und
der elektrisch leitende Stab 43 der Anode hat eine öffnung, die die Schraube des Deckels, wie in Fig. 14
dargestellt, aufnimmt; es können aber auch andere Befestigungsmittel vorgesehen sein.
In der bipolaren Einheit sind die kammförmigen Anoden und Kathoden parallel zur Zwischenwand, bzw.
stehen die Anoden- und Kathodenflächen senkrecht auf der Zwischenwand. Wenn die Elektroden betriebsbereit
sind, ist jede Anodenfläche parallel zur benachbarten Kathodenfläche, so daß zwischen den anodischen und
kathodischen Oberflächen ein gleichmäßiger und schmaler Zwischenraum besteht.
Fig. 15 stellt eine andere bevorzugte Ausführungsform der bipolaren Einheit dar. In der Ausführungsform
gemäß Fig. 14 sind die öffnungen zum Betätigen der Mutter 410 am Haltegitter der kammartigen Kathodenbaugruppe,
in der Ausführungsform gemäß Fig. 15 sind
dagegen öffnungen 66 zum Betätigen der Mutter 58 in der RUckplatte 65 der Zwischenwand. Gemäß Fig. 15
sind die Anoden in gleicher Weise wie in F i g. 14 an der Rückplatte 65 der Zwischenwand angebracht, die
Stromanschlußplatte 8 wird bei dieser Ausführungsform jedoch vor dem Befestigen der Kathoden mit den
Anoden verbunden. Beim Zusammenbau der bipolaren Einheit gemäß Fig. 15 wird die Stromanschlußplatte 8
am Ende des elektrisch leitenden Stabes 43 der Anode, der an der Rückplatte 65 durch Einschieben seines
Endes in öffnungen 81 und Befestigen mit der Mutter 410 befestigt ist, angebracht. Daraufhin wird die
kammartige Kathodenbaugruppe an der Zwischenwand befestigt, indem die elektrisch leitenden Stäbe 52 der
Kathoden in öffnungen 82 eingesetzt werden und die Muttern 58 durch öffnungen 66 festgedreht werden. Die
öffnungen 66 sind in der Rückplatte 65 gegenüber jeder Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitenden
Stangen 52 der Kathoden und der Stromanschlußplatte angeordnet. Die öffnungen 66 sind mit abnehmbaren
Deckeln 67 abgedeckt, wobei die Deckel aus nicht korrodierendem Material, wie beispielsweise Ebonit,
Polyfluoräthylen, Titan, bestehen können. Die Öffnungen 66 und/oder die Deckel 67 sind mit Mitteln zum
offenbaren Abdecken der öffnungen versehen. In
Fig. 15 hat die öffnung 66 die Form einer Mutter ui'-J
der Deckel ist als Schraubbolzen ausgebildet, der in die
andere Mittel verwendet werden. Bisher wurde die Befestigung der Elektroden an der Zwischenwand
anhand zweier Ausführungsformen genauer erläutert. Neben weiteren Ausführungsformen kann auch die
folgende verwendet werden: Eine Kathode mit dem elektrisch leitenden Stab ohne einen Flansch zum
Befestigen der Kathode an der Stromanschlußplatte und eine Spiralnut können direkt mit der Stromanschlußplatte
verschweißt werden, und die Stromanschlußplatte kann dann, wie oben beschrieben, an der
Anode befestigt werden.
Fig. 16 stellt Mittel zum Anbringen der Anoden an
der Anodenseitenwand 2 und zum Verbinden der Anoden mit der äußeren Stromversorgungsplatte 9 dar.
Die Anode kann an der Anodenseitenwand 2 in gleicher Weise befestigt werden, wie die Anode an der
Rückplatte der Zwischenwand. In F i g. 16 wird das Ende
der elektrisch leitenden Stange 43 der Anode 4 in die Öffnung 21 beim Anbringen der Anode eingeschoben,
und die Anode wird daraufhin an der Anodenseitenwand 2 durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt wobei
die Anodenseitenwand 2 zwischen dem Flansch 45 und der Mutter 47 angeordnet ist
Zwischen dem Flansch 45 und der Anodenseitenwand 2 sollte eine Dichtung 48 vorgesehen sein, zwischen der
Anodenseitenwand 2 und der Mutter 47 kann ein Dichtring 49 vorgesehen sein. Die elektrisch leitende
Stange 43 der Anode ist weiter mit der äußeren Stromversorgungsplatte 9 verbunden, indem das Ende
der Stange 43 in eine öffnung in der äußeren Stromversorgungspiatte 9 eingesetzt wird und die
Mutter 410 festgedreht wird. Die innenfläche der Anodenseitenwatrd 2 weist eine Schutzschicht 22,
beispielsweise Gummi, auf.
Fig. 17 stellt Mittel zum Anbringen der Kathoden an
der Kathodenseitenwand 3 und zum Anschließen der Kathoden an die äußere Stromversorgungsplatte 9 dar.
In Fig. 17 ist das Ende des elektrisch leitenden Stabes 52 der Kathode 5 in die öffnung 33 der Rückplatte 36
der Kathodenseitenwand 3 eingesetzt, und die Kathode ιϊ
ist durch Festdrehen der Mutter 58 befestigt. Zwischen dem Flansch 54 und der Rückplatte 36 der Kathodenseitenwand
und zwischen der Rückplatte 36 und der Mutter 58 sollten Dichtungen 34 und 35 vorgesehen
sein, wodurch ein Auslecken von Katholyt durch die öffnung 33 unterbunden wird. Das Ende des Stabes 52
ist weiter in die öffnung der äußeren Stromversorgungspiatte 9 eingeschoben und mittels Festdrehen der
Mutter 511 befestigt. Die Außenfläche der Wand an der
der Rückplatte 36 gegenüberliegenden Seite weist eine Schutzschicht 37, beispielsweise Gummi, auf. In der
bipolaren Einheit und der in Fig. 17 dargestellten Kathodenseitenwand steht jeder hohle Bereich der
Kathode über das offene Ende der Kathode mit der Kammer innerhalb der Zwischenwand und der Kathodenseitenwand
in Verbindung und bildet die Kathodenkammer.
In einer herkömmlichen Elektrolysezelle, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentschrift 51 951
oder der Elektrolysezelle, wie sie in der japanischen 3i
Patentanmeldung 21 946, 1970 beschrieben ist, enthält jede Kathode, die die Form eines flachen Sackes hat,
keinen elektrisch leitenden Stab, und die Stromanschlußplatte ist direkt mit dem Haltegitter, an dem jede
Kathode zur Ausbildung der kammartigen Kathodenbaugruppe befestigt ist, verschweißt. Des weiteren sind.
J Xf . . I.
reparieren und d'r. Zelle zusammenzubauen und zu
zerlegen; des weiteren kann das Zusammenbauen und das Zerlegen unter gesunden Arbeitsbedingungen
durchgeführt werden, weil kein Schweißen oder Löten notwendig ist. Zusätzlich ist der elektrische Widerstand
des elektrischen Anschiußteiles genügend klein und die erfindungsgemäße Zelle kann sehr genau zusammengebaut
werden, wodurch es möglich ist, den Zwischenraum zwischen der Anode und Kathode zu verringern, so daß
die Zelle mit einem geringeren Spannungsverlust betrieben werden kann; der Anolyt ist zwischen jeder
Einzelzelle genügend gut abgedichtet, wodurch eine hervorragende Stromwirksamkeit erzielt wird.
Der Betrieb ist der gleiche wie bei herkömmlichen Elektrolysezellen mit Diaphragma, es werden jedocii
gute Ergebnisse erzielt. Das Stromaufnahmevermögen ist so groß wie bei einer Zelle mit Quecksilberverfahren,
die Bodenfläche der erfindungsgemäßen Zelle ist bei weitem kleiner als die einer Zelle mit dem Ouecksilberverfahren,
und es wird ein äußerst wirtschaftlicher Betrieb erreicht.
Im Hinblick auf die Wirksamkeit sei ein Beispiel gegeben:
Die Elektrolysezelle hat eine Außenbreite von 2050 mm, eine Länge von 3500 mm und eine Höhe von
1500 mm und enthält fünf Kammern. Jede Kammer enthält 21 Anoden und 20 Kathoden, wobei diese
Elektroden 875 mm hoch und 570 mm lang sind.
Wenn die Zelle mit einer Stromdichte von 20 A/dm2 betrieben wird, ist das Stromaufnahmevermögen
200 KA, was einem Erzeugungsvermögen von 200 t/ Monat an Ätznatron entspricht; dieses Erzeugungsvermögen
entspricht dem Zehnfachen einer herkömmlichen bipolaren Elektrolysezelle. Die Bodenfläche der
beschriebenen Zelle beträgt l,06m2/NaOH t/Tag, was
weniger als 1A der einer herkömmlichen bipoiaren
Elektrolysezelle entspricht, wodurch die normale Arbeit einfach wird und die Kosten der Ausrüstung gesenkt
werden.
Der Spannungsverlust an den Stromanschlußteilen der bipolaren Einheit beträgt etwa 50 mV odei weniger.
angebracht ist, zwei oder drei elektrisch leitende Stäbe, die sich nach außerhalb der Zelle erstrecken, mit der
Stromanschlußplatte verbunden. Die Stellen, an denen sich die elektrisch leitende Stange nach außen erstreckt,
wird dabei mit Asbestgarn oder Kohlenteer abgedichtet.
Es mag den Anschein haben, daß die erfindungsgemäße bipolare Elektrolysezelle der herkömmlichen, oben
erwähnten, fast gleicht; die bipolare erfindungsgemäße Elektrolysezelle hat jedoch eine Metallanode anstelle
einer Graphitanode und weist neuartige Befestigungsvorrichtungen für die Anoden an der Zwischenwand
oder der Seitenwand und zum elektrischen Anschluß auf. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ist es
einfach, das Diaphragma zu erneuern, die Elektroden zu
Kathode 10 mm beträgt, können die Elektroden leicht eingebaut werden und der Abstand kann weiter
verkleinert werden. Die Zellenspannung ist niedriger, sie liegt nämlich bei 3,4 bis 3,6 V in einer Einzelzelle. Die
elektrolytischen Ergebnisse sowie die Qualität des Produktes können nicht absolut geschildert werden,
weil sie nicht nur von dem Zellenaufbau, sondern auch von dem Diaphragma und anderen Bedingungen
beeinflußt werden; es sei jedoch ein Beispiel erwähnt: Strom: 40 KA, Stromaufnahmevermögen: 200 KA,
Stromdichte: 20 A/dm2, Zellenspannung: 3,5 V/Einzelzelle,
Stromwirksamkeit: 96%, Zusammensetzung des Katholyten: NaOH 140 g/l, NaClO3, 0,2 g/l, Zusammensetzung
des Anodengases: CI2 984%, CO2 0,2%, O2 0,6%,
H2O1I %.
Hierzu 10 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur
elektrolytischen Zersetzung von Chlor-Alkali, die durch bipolare Einheiten in mehrere Einzelzellen
unterteilt ist, welche bipolaren Einheiten eine auf einer Seite einer hohlen Zwischenwand angeordnete
kammartige Kathodenbaugruppe mit hohlen Kathoden aufweisen, die mit einem an der Zwischenwand
anliegenden Haltegitter verbunden sind und deren Innenräume zusammen mit dem Innenraum der
Zwischenwand eine Kathodenkammer bilden, und eine auf der anderen Seite der Zwischenwand
angeordnete kammartige Anodenbaugruppe mit hohlen Anoden aufweisen, wobei die Kathoden und
die Anoden in ihrem Inneren elektrisch leitende Stäbe aufweisen, mittels derer sie an der Zwischenwand
angebracht und untereinander elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
-caß die Zwischenwand (6) als ein insgesamt kastenförmiges Bauteil ausgebildet ist,
welches zu den Anoden (4) hin eine Rückplatte (65) mit öffnungen (63) aufweist, durch die hindurch sich
die Stäbe (43) der Anoden erstrecken, und auf der der Kathodenbaugruppe (52 bis 57) zugewandten
Seite ein Fenster aufweist, an dem das Haltegitter (56) der Kathodenbaugruppe unter Abdichtung
anliegt, und daß im Inneren der Zwischenwand wenigstens eine Stromanschlußplatte (8) angeordnet
ist, mit der die elektrisch leitenden Stäbe (43,52) der
Anoden und Kathoden elektrisch und mechanisch verbunden sind.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsstelle zwischen
den elektrisch leitenden stäben (43) der Anoden (4) und der Stromanschlußplatte (8) dem
Haltegitter (56) gegenüberliegend zwischen benachbarten Kathoden (5) angeordnet ist
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlußplatte
(8) öffnungen (81) zum Anschließen der elektrisch leitenden Stäbe (43) der Anoden (4)
aufweist, und daß jeder elektrisch leitende Stab (43) der Anoden (4) einen Flansch (45) zum Anbringen an
der Rückplatte (65) aufweist und sich durch die öffnung (63) in der Rückplatte (65) und die öffnung
(81) in der Stromanschlußplatte (8) hindurch erstreckt und mit einer Verschraubung befestigt ist.
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung Muttern so
(410,47) und eine Spiralnut (46) aufweist, die an dem
elektrisch leitenden Stab (43) der Anode (4) ausgebildet ist.
5. Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltegitter (56) Öffnungen ss
(59) mit abnehmbar befestigten Deckeln (510) aufweist, wobei jede Öffnung (59) einen Zugang zu
der Mutter (410) bildet und an einer Stelle angeordnet ist, die der Verbindungsstelle zwischen
der Stromanschlußplatte (8) und dem elektrisch leitenden Stab (43) der Anode (4) gegenüberliegt.
6. Elektrolysezelle nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (510) eine Schraube
aufweist und der elektrisch leitende Stab (43) der Anode (4) an seinem Ende eine Öffnung zur
Aufnahme der Schraube aufweist.
7. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlußplatte
(8) öffnungen (82) zum Anschließen der elektrisch leitenden Stäbe (52) der Kathoden (5)
aufweist, und daß jeder elektrisch leitende Stab (52) der Kathode (5) einen Flansch (54) zum Befestigen
an der Stromanschlußplatte (8) aufweist und sich durch die Öffnung (82) in der Stromanschlußplatte
(8) erstreckt und an dieser mit einer Verschraubung befestigt ist
8. Elektrolysezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung eine Mutter
(58) und eine in dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) ausgebildete Spiralnut (55) aufweist
9. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Rückplatte (65) Öffnungen
(66) aufweist in denen abnehmbar Deckel (67) befestigt sind, wobei jede öffnung (66) einen Zugang
zu der Mutter (58) bildet und an der der Verbindungsstelle zwischen der Stromanschlußplatte
(8) und dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) gegenüberliegenden Stelle angeordnet
ist
10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse (1) kanalförmig ist und die Anodenseitenwand (2) und
die Kathodenseitenwand (3) flanschartig mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, so daß eine boxartige
Außenschale der Elektrolysezelle entsteht.
11. Elektrolysezelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse (1) Führungen (11)
aufweist in die die bipolaren Einheiten (4, 5, 6) senkrecht eingeschoben und entfernt werden.
12. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Anoden (4)
und Kathoden (5) senkrecht zu den Zwischenwänden (6) sind, und daß die Oberflächen der Anoden (4)
parallel zu den gegenüberliegenden Oberflächen der Kathoden (5) sind.
13. Elektrolysezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen
den Anoden (4) und Kathoden (5) kleiner gleich 10 mm ist.
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