DE2516246C2 - Monopolare Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine monopolare Elektrolysezelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 35 91483 bekannten Art.

Bei der bekannten Elektrolysezelle ist die Kathode in Form eines Metal.'gitters mit einer darauf aufgetragenen flüssigkeitsdurchlässigen Mtmbran ausgeführt. Die Anode besteht aus einem vdrksamen Teil und einer Stromzuführung. Der wirksame TJI ist als Lochblech js aus Titan ausgeführt, auf den ein wirksamer Belag aufgebracht ist. Als Stromzuführung dient ein Titanrohr, innerhalb dessen ein Kupferkern angeordnet ist. Das Lochblech ist an das Titanrohr angeschweißt; Rohr und Kern sind elektrisch miteinander verbunden.

Die Anoden der Elektrolysezelle sind auf dem Boden befestigt, der aus einem elektrisch gut leitenden Metall besteht und mit einer Isolierplatte abgedeckt ist. In die Isolierplatte und den Boden sind Löcher eingestanzt, die die Stromzuführungen der Anoden aufnehmen. Im unteren Teil ist die Stromzuführung mit einem Flansch versehen, mit dem sich die Anode auf die Isolierplatte stützt. Ein unter dem Flansch liegender Teil der Stromzuführung verläuft durch ein Loch im Boden der Elektrolysezelle und ist mit einem Gewinde versehen, ίο auf das eine Mutter aufgeschraubt ist. Somit sind die Anoden sicher am Boden der Elektrolysezelle befestigt. Um zu verhindern, daß der Elektrolyt ausfließen kann, sind an der Befestigungsstelle der Anoden Zwischenlagen vorgesehen.

Die bekannte Elektrolysezelle dient zur Gewinnung von Chlor, Alkali, Chloraten und Hypochloriten durch Elektrolyse von Alkalimetallchloriden.

Ferner ist aus der US-PS 37 07 454 eine Elektrolysezelle mit festen Elektroden bekannt, bei der jedoch die w> Kathode ohne Membran ausgeführt ist. Sie dient zur Gewinnung von Chloraten und Hypochloriten.

Bei den bekannten Elektrolysezellen wird während des Betriebs der aktive Belag des wirksamen Anodenteils abgenutzt und muß erneuert werden. Bei tn mehrfacher Wärmebehandlung zum Auftragen eines neuen aktiven Belages auf den wirksamen Anodenteil wird der elektrische Kontakt zwischen dem Kupferstab und dem Titanrohr allmählich gestört Hierbei wachsen die Spannung und der Verbrauch an elektrischer Energie an, die Anoden beginnen ungleichmäßig zu arbeiten und es tritt eine Absenkung der Slromausbeute ein. Dabei ist es wegen des großen Titanaufwandes und der hohen Arbeitskosten bei der Herstellung der Anoden unwirtschaftlich, diese nur einmal zu benutzen.

Da die Stromzuführung als innerhalb jeder Anode untergebrachter Stab ausgeführt ist, werdrn deren Dicke und folglich die Abmessungen der gesamten Elektrolysezelle vergrößert

Da die Anoden auf dem mit Durchgangslöchern versehenen Boden, der Elektrolysezelle befestigt sind, sind spezielle Maßnahmen notwendig, um einen Ausfluß des Elektrolyten an der Befestigungstelle zu verhindern. Selbst ein geringfügiger Elektrolytausfluß hat nämlich eine Zerstörung der gesamten Elektrolysezelle zur Folge. Darüber hinaus kann ein Elektrolytausfluß schwere Folgen für die Umgebung der Elektrolysezelle haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle mit einer zuverlässigen, kompakten Stromzuführung für die Anoden zu schaffen, um so bei gleichen Abmessungen der Elektrolysezelle deren Leistung zu steigern und den Verbrauch an elektrischer Energie abzusenken.

Diese Aufgabe jKird ausgehend von der gattungsgemäßen Elektrolysezelle erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Dabei ist es aus der DE-OS 21 58 259 bei einer bipolaren Elektrolysezelle an sich bekannt, an einer Trennwand einerseits Anoden und andererseits Kathoden zu befestigen. Die Trennwand stellt jedoch kein Ganzes mit dem Boden der Elektrolysezelle dar.

Da bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle der Strom den Anoden über die vertikale Trennwand längs der gesamten vertikalen Trennwand jeder Anode zugeführt wird, erübrigt sich als Stromzufuhr ein Titanrohr mit Kupferkern innerhalb der Anode, wodurch deren Dicke um das zwei- bis dreifache verringert werden kann und Elektrodenfläche und Leistung der Elektrolysezelle erhöht werden.

Somit läßt sich im Gehäuse der Elektrolysezelle eine größere Anodenzahl unterbringen und so die gesamte Elektrodenfläche und die Leistung der Elektrolysezelle erhöhen. Weil bei gleichen Abmessungen der Elektrolysezelle eine Vergrößerung der gesamten Elektrodenfläche erreicht wird, sinken Stromdichte und Spannungsverluste im Elektrolyten und an den in der Elektrolysezelle befindlichen Leitern erster Ordnung.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle ermöglicht also eine Verringerung der Abmessungen oder bei gleichen Abmessungen eine erhöhte Gesamtfläche der Elektroden und somit auch eine erhöhte Leistung. Dabei wird der Strom gleichmäßig über die Anoden verteilt und es treten geringe Spannungsverluste ein.

Dabei hat die erfindungsgemäße Elektrolysezelle noch den Vorteil, daß die Anoden von der als Stromzuführung dienenden vertikalen Trennwand abnehmbar ausgeführt werden können. Beim Verschleiß der aktiven Fläche des wirksamen Anodenteils und bei der Notwendigkeit dessen Erneuerung lassen sich die Anoden abbauen und unabhängig von der Trennwand einer Wärmebehandlung unterziehen, bei der der Belag aufgetragen wird. In diesem Fall wird die stromführende, beispielsweise aus einem dreischichtigen Metall ausgeführte Trennwand keiner mehrfachen Wärmebehandlung unterzogen. Der elektrische Kontakt zwi-

sehen ihren einzelnen, aus verschiedenen Metallen zusammengesetzten Schichten wird also nicht gestört. Hierbei erfolgt kein Anstieg der Spannung und des Verbrauchs an elektrischer Energie und somit keine Absenkung der Stromausbeute. Im Gegensatz zu den bekannten Elektrolysezellen wird die gleichmäßige Arbeit der Anoden nicht gestört.

Da die Anoden an der vertikalen Trennwand und nicht auf dem Boden der Elektrolysezelle befestigt sind, arbeitet die erfindungsgemäße Elektrolysezelle auch zuverlässig. Da die zahlreichen Löcher im Boden fehlen, ist ein Ausfluß des Elektrolyten und folglich eine Zerstörung der stromführenden Teile des Bodens und der gesamten Elektrolysezelle völlig ausgeschlossen.

Bei den in den Patentansprüchen 2 und 3 beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle wird der Strom den Anoden bei minimalen Verlusten an elektrischer Energie zugeführt, wodurch sich der Aufwand an elektrischer Energie weiter herabsetzen läßt.

Die erfindungsgemäß aufgebaute Elektrolysezelle ermöglicht einen Zugang zu sämtlichen Kontaktstücken der Anoden zur Überwachung der Qualität des Zusammenbaues.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer Elektrolysezelle,

F i g. 2 die schematische Draufsicht auf die Elektrolysezelle bei abgenommenem Deckel,

F i g. 3 die Befestigung der Anode an der vertikalen Trennwand,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Befestigung der F i g. 3 bei abgenommenem Deckel und

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der vertikalen Trennwand und der Befestigung der Anode an der vertikalen Trennwand.

Die Elektrolysezelle enthält ein auf einem stromführenden Boden 2 angeordnetes Gehäuse 1 (Fig. 1). Der Boden 2 ist aus einem Metallblech mit guter elektrischer Leitfähigkeit beispielsweise aus Aluminium, ausgeführt und mit einem Titanblech abgedeckt. Das Titanblech schützt den Boden 2 vor der Einwirkung des Elektrolyten.

Zwischen dem Gehäuse 1 und dem stromführenden Boden 2 liegt eine Isolierschicht 16 (F i g. 1).

Der außerhalb des Gehäuses 1 bsfindliche Teil des Bodens 1 weist Löcher 3 (Fig.2) auf, die zur Befestigung einer stromführenden Schiene mittels Schrauben dienen.

Die Elektrolysezelle Ί~Λ durch einen kuppelartigen Deckel 4 (F i g. 1) abgeschlossen.

Im Gehäuse 1 befindei. sich als feste Elektroden

Anoden 6 und eine Kathode 5. Die KaUjode 5 ist in Form eines an das Gehäuse 1 der Elektrolysezelle angeschweißten Metallgitters ausgeführt. Auf das Metallgitter der Kathode 5 ist eine flüssigkeitsdurchlässige Membran aufgetragen.

Der wirksame Teil jeder Anode 6 ist in Form eines Lochbleches aus Titan mit einem aktiven Belag ausgeführt

Die Elektrolysezelle weist eine mit dem Boden 2 ein Ganzes darstellende vertikale Trennwand 7 (F i g. 1, 2) auf, die zur Zuleitung des elektrischen Stromes zu den Anoden 6 auf ihrer ganzen Höhe dienL Die Anzahl der Trennwände 7 hängt von der Leistung der Elektrolysezelle ab. Die vertikale Trennwand 7 ist aus einem dreischichtigen Metaliblech hergestellt Die Außenschichten 8 (Fig.3) der Trennwand 7 sind aus einem dünnen Titanblech und die Innenschicht 9 aus Aluminium hergestellt Als Außenschichten der Trennwand können Schichten eines beliebigen, bei der Elektrolyse beständigen Metalls und als Innenschicht eine Schicht eines beliebigen Metalls mit guter elektrischer Leitfähigkeit z. B. aus Kupfer, Aluminium, Eisen oder deren Legierungen benutzt werden.

An der vertikalen Trennwand 7 sind auf deren beiden Seiten die Anoden 6 mittels Schrauben 10 (F i g. 3,4) und Muttern 11 aus Titan befestigt. Hierzu sind in die Trennwand 7 Titanbüchsen 12 eingeschweißt, die die Schrauben 10 durchsetzen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Elektrolysezelle ist die vertikale Trennwand 13 (F i g. 5) aus zwei aus Titan und Aluminium zusammengesetzten Bimetallblechen ausgeführt, die so miteinander verbunden sind, daß die Außenschichten 14 aus Titan und die Innenschicht 15 aus Aluminium besteht. Die Anoden 6 sind über die ganze Höhe der Trennwand 7 an diese angeschweißt.

Solch eine Befestigungsart der Anoden 6 an die Trennwand 13 ist einfacher als die oben beschriebene Schraubbefestigung (F i g. 3). Jedoch wird die Schraubbefestigung bevorzugt, weil in diesem Fall die abnehmbaren Anoden 6 es gestatten, eine mehrfache, mit dem Auftragen eines aktiven Belages zusammenhängende Wärmebehandlung des wirksamen Teiles der Anoden 6 unabhängig von der Trennwand 7 durchzuführen. Hierbei wird der elektrische Kontakt zwischen den einzelnen Schichten der vertikalen Trennwand 7 nicht gestört

In diesem Fall sind die Spannungsverluste an der stromführenden vertikalen Trennwand 7 minimal und die Stromverteilung über die Anoden 6 gleichmäßig, wodurch der Aufwand an elektrischer Energie abgesenkt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Monopolare Elektrolysezelle mit einem stromführenden Boden (2) und mit festen, plattenförmigen Anoden (6), die abwechselnd mit Kathoden (5) s angeordnet sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit dem Boden (2) als Ganzes verbundene vertikale Trennwand (7, 13), an der die Anoden (6) befestigt sind und die zur Stromzuleitung zu den Anoden (6) dient ι ο

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede vertikale Trennwand (7) aus einem dreischichtigen Metallblech ausgeführt ist, wobei als Außenschichten (8) Titanschichten und als Innenschicht (9) eine Aluminiumschicht dient

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede vertikale Trennwand (13) aus zwei Bimetallflächen ausgeführt ist, deren jedes aus Titan und Aluminium besteht und die miteinander derart verbunden sind, daß als Außenschichten (i4) Titar.schichten und als Innenschicht (15) eine Aluminiumschicht dient.