DE2533727A1

DE2533727A1 - Elektrolysezelle mit bipolaren elektroden

Info

Publication number: DE2533727A1
Application number: DE19752533727
Authority: DE
Inventors: Pierre Bouy; Michel Conan; Hubert De Lachaux
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-28
Publication date: 1976-02-12
Also published as: CA1051822A; JPS5144570A; AU8344675A; FR2280433B1; LU73086A1; DE2533727B2; DD119193A5; AR205831A1; BR7504809A; ATA581775A; IL47824A; NO752659L; RO70452A; ES439738A1; CH598360A5; IT1041056B; DE2533727C3; SE402472B; IN145090B; IL47824A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit nebeneinander angeordneten bipolaren Elektroden, zur Elektrolyse insbesondere einer Lösung von Alkalisalzen.

Elektrolysezellen mit bipolaren Elektroden sind seit langem bekannt. Sie haben den Vorteil einer gedrängten Bauweise, und somit eines geringeren Platzbedarfes, sowie einer einfacheren Speisung bzw. Versorgung aufgrund der elektrischen Hintereinanderschaltung von Elementarzellen.

Trotz ihrer offensichtlichen Vorteile sind derartige Elektrolysezellen noch wenig entwickelt. Dies beruht zum großen Teil auf den Schwierigkeiten, insbesondere technischer Natur, die bei ihrer Ausführung angetroffen werden.

Bei derartigen Elektrolysezellen soll einerseits der Elektrodenabstand gering sein, d.h. es müssen große ebene Flächen sich gegenüberliegend und mit größtmöglicher Exaktheit parallel zueinander angeordnet werden. Andererseits soll auch zwischen

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jeder Kammer und jeder Elektrode gut abgedichtet sein. Diese Bedingung ist bei Lösungen mit so hoher Korrosivität wie die in diesem Zellen^-Typ behandelten Solen sehr schwierig zu erfüllen.

Diese Zellen werden außerdem von Strom durchflossen und es findet eine Umwälzung von Gas und Flüssigkeit statt. Trotz der Kleinheit der Anoden- und Kathodenkammern müssen die Gase einwandfrei austreten und die Flüssigkeiten zirkulieren können. Es ist jedoch nicht leicht, mechanische und elektrische Forderungen zugleich zu erfüllen.

Es sind deshalb mehrere verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, um ebene und zugleich stromdurchlässige bipolare Elektroden zu erhalten. Dies sollte entweder durch Trennung der elektrischen von der mechanischen Funktion oder dadurch erreicht werden, daß die Grundplatte der Elektrode lediglich als Abstützung verwendet wurde, wie in der FR-OS 73/25 917 beschrieben, wonach die Stromzuführungen als Versteifungen dienen und die Ebenheit der anodischen und kathodischen Teile gegenüber der Grundplatte herstellen.

Eine weitere große Schwierigkeit stellt bei dieser Technik die Abdichtung zwischen den verschiedenen Bauteilen der Zelle dar.

Eine häufig angewandte Maßnahme bestand darin, zwischen den beiden aufeinanderfolgenden starren Bauteilen eine Dichtung anzuordnen. Diese einfache Lösung entspricht jedoch nicht den heute gestellten Forderungen. Es ist daher in jüngerer Zeit vorgeschlagen worden, die Rahmen speziell so zu gestalten, daß sie sich aneinander abstützen können und daß sie wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, in der wenigstens ein Dichtglied angeordnet ist.

Wenngleich sich mit einer solchen Lösung ein gutes Ergebnis erzielen läßt, so ist doch dabei vorausgesetzt, daß die

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verschiedenen bipolaren Elektroden einwandfrei in Stellung gebracht sind und daß die Spannkräfte gleichmäßig verteilt und konstant sind. Diese Forderung ergibt sich schon aus der Bauart der Zelle. Nach den heute bekannten Bauarten lassen sich Elektrolysezellen mit bipolaren Elektroden in zwei große Kategorien unterteilen. Bei der einen Bauart handelt es sich um die eigentliche Filterpressenform, bei der die verschiedenen Elektroden durch Arbeitszylinder oder durch an die Schlußelektroden angeschlossene Zugstangen zusammengepreßt werden.

Diese Anordnung hat jedoch zwei hauptsächliche Nachteile. Der eine besteht darin, daß es praktisch unmöglich ist, zwischen allen Elektroden-Paaren eine gleichmäßige Spannkraft zu erzielen. Außerdem pfLanzt sich ein kleiner Ebenheit sfehler von Elektrode zu Elektrode fort. Daraus ergibt sich, daß es selbst mit an sich tauglichen Dichtgliedern praktisch unmöglich ist, diese Anordnung in zufriedenstellender Weise bei einfacher Montage und mit vernünftigen Kosten auszuführen. Der andere Nachteil besteht darin, daß bei Beschädigung einer Elektrode die ganze Zelle stillgesetzt und demontiert werden muß.

Ein Versuch, diese Anordnung zu verbessern, bestand darin, die Elektroden nicht mehr mit vertikaler Achse, sondern mit waagerechter Achse und übereinander anzuordnen. In diesem Falle wird die Ableitung der während der Elektrolyse gebildeten Gase viel schwieriger.

Die zweite Zellen-Familie entspricht einer Bauart, die bei Analogiebildung als Akkumulator-Typ bezeichnet werden kann. In diesem Falle sind verschiedene Elektroden nebeneinander in einer Wanne angeordnet. Wenn hierbei auch die Positionierung exakt durchgeführt werden kann, so trifft dies nicht mehr für die Spannung zu, und die Montage, Demontage und Abdichtung lassen zu wünschen übrig.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, der diese Nachteile nicht anhaften.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrolysezelle nach dem Baukastenprinzip aus einem Aggregat von Bausteinen zusammengesetzt ist, das mit die Bausteine einzeln untereinander verbindenden Montagevorrichtungen zusammengehalten ist.

Mit Vorteil sind die genannten Montagevorrichtungen mit dem jeweiligen Baustein fest verbunden. In einer einfachen Ausbildungsform nach der Erfindung sind diese Montagevorrichtungen von Positionier-, Anschluß- und Spannvorrichtungen gebildet.

Die Positioniervorrichtungen können von Rollen gebildet sein, die unter jedem Baustein angeordnet sind. Es ist auch jede beliebige andere bekannte Vorrichtung verwendbar, beispielsweise eine Gleitkufe, eine Gleitführung oder ein Luftkissen-System.

In gleicher Weise sind als Anschlußvorrichtungen beliebige Vorrichtungen mit Stift, Keil o.dgl. verwendbar, als Spannvorrichtungen beliebige Vorrichtungen, wie z.B. solche, die geschraubt werden, beispielsweise mit Zugstangen, oder beispielsweise Arbeitszylinder.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Anschluß- und Spannvorrichtungen bei jedem Baustein von wenigstens einem mit dem Baustein fest verbundenen Bauteil gebildet, das einen mit voreinstellbaren elastischen Verbindungsteilen verbundenen Vorrichtungsteil mit einem aufnehmenden !Teil aufweist, in das ein eindringendes Teil einzudringen vermag, das in einer mit einem benachbarten Baustein fest verbundenen Vorrichtung verstellbar ist, wobei die aufnehmenden und eindringenden Teile so gestaltet sind, daß durch

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das Einführen des eindringenden Teils in das aufnehmende Teil die elastischen Verbindungsteile des verstellbaren Vorrichtungsteils zusammengedrückt werden.

In einer einfachen Ausbildungsform sind die bipolaren Elektroden einzeln untereinander verbunden.

Dank der Anbringung von Positioniervarichtungen, beispielsweise von beweglichen Vorrichtungen in Form von Rollen, oder von Gleitführungen, und von selbstspannenden und im voraus einstellbaren Anschlußvorrichtungen an den Elektroden selbst läßt sich zwischen den einzelnen Elektroden eine sehr exakte und sehr dichte Verbindung herstellen, wie sie für einen einwandfreien Betrieb unter industriellen Produktionsbedingungen unerläßlich ist. Im übrigen gestatten der einfache Aufbau der verwendeten Vorrichtungen und das für die Zelle angewandte Baukastenprinzip den Austausch von Elektroden einzeln oder gruppenweise. Dies ist ebenfalls sehr wichtig, wenn batterieweise produziert wird, da es in diesem Falle von besonderer Bedeutung ist, daß der Ausfall einer Elektrode nicht die Stillsetzung der gesamten Produktion zur Folge hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Gruppe von Elektroden,

Fig. 2 eine Ansicht von vorn einer Elektrode, bei der insbesondere die Anordnung der Montagevorrichtungen nach der Erfindung zu erkennen sind, und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Anschluß- und Spannvorrichtung in einer Ausbildungsform nach der Erfindung.

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Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel weist eine Elektrolysezelle nach der Erfindung eine bestimmte Anzahl von bipolaren Elektroden mit jeweils einem Kathodenrahmen 1 und einem Anodenrahmen 2 auf.

Die Kathoden- und Anodenrahmen 1 und 2 sind nebeneinander angeordnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist der am Ende angeordnete Schlußrahmen ein Anoden-Tragrahmen 3» an dem, entsprechend der I¹R-OS 73/25 917» eine Anode 4 mittels einer Grundplatte 5 angebracht ist, wobei Versteifungsteile 6 und 7 als Stromzuführungen dienen.

Jeder Kathodenrahmen 1 ist aus einem steifen bzw. mechanisch festen Werkstoff, beispielsweise aus Flußstahl hergestellt und mit einem korrosionsfesten Material, z.B. mit einer Titan-Folie überzogen. Die Anodenrahmen 2 sind den Kathodenrahmen 1 ähnlich ausgebildet, mit Ausnahme daß sie als Form- oder Gußteil aus Polyester ausgeführt sind und infolge des Vorhandenseins von Separatoren bzw. Gasabscheidern 8 eine größere Höhe aufweisen.

Der Anoden-Tragrahmen 3 ist mit elektrisch isolierenden Anschlußteilen 10 und 11 fest mit einer Endstütze 9 verbunden. Die elektrische Verbindung ist mit einer Stromzuführung 12 hergestellt.

Die bipolaren Elektroden stützen sich mit Rollen 15, die am unteren Ende des jeweiligen Kathodenrahmens 1 angeordnet sind, über Schienen 14 an einem Betonsockel 13 ab.

Wie in Fig. 2 zu erkennen, weist jeder Kathodenrahmen 1 außer der Rolle 15 Anschluß- und Spannvorrichtungen 16, 17» 18 und 19 auf, die auf ganzer Länge seines Außenumfanges angeordnet sind.

Eine solche Anschluß- und Spannvorrichtung ist in Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt.

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Zu dieser Anschluß- und Spannvorrichtung, 16, 17» 18 oder 19» gehört eine mit dem Kathodenrahmen 1 fest verbundene Halterung 20, die eine Hülse 21 trägt, in welcher ein Dorn 22 verstellbar ist.

Der Dorn 22 läßt sich in eine röhrenförmige Führung 23 einschieben, die in einem Koppelungskopf 25 ausgebildet ist, der zusammen mit einer Stange 24 einen verstellbaren Vorrichtungsteil bildet. Die Stange 24 ist verschieblich in einem Isolierring 26 geführt, der am Ende einer Halterung 27 aufgenommen ist, welche der Halterung 20 ähnlich ausgebildet und fest mit dem zugehörigen Kathodenrahmen 1 verbunden ist.

Die Kathodenrahmen 1 sind mit einer voreinstellbaren Verriegelungsvorrichtung gegeneinander geklemmt und aneinander angeschlossen. Diese im voraus einstellbare Verriegelungsvorrichtung ist von einer Mehrscheibenfeder 28, deren Spannung im voraus mit einer Mutter 28 und einer Gegenmutter 30, die auf die Stange 24 aufgeschraubt sind, einstellbar ist, und von dem hohlen Koppelungskopf 25 gebildet, über dessen Rand 31 sich beim Spannen ein kegeliges Endstück 32 des Domes 22 hinwegschiebt.

Diese im voraus einstellbare Verriegelungsvorrichtung erweist sich in Verbindung mit den an den oberen und unteren Teilen der Zelle angeordneten Anschlußvorrichtungen als besonders vorteilhaft.

Im oberen Bereich einer Zelle steht insbesondere aufgrund der Gasabscheider 8 wenig freier Raum zur Verfügung, so daß keine Zugangsmöglichkeit für ein Werkzeug besteht und somit eine Einstellung an der Elektrode selbst nicht möglich ist.

Dank der Verriegelungsvorrichtung nach der Erfindung lassen sich die Elektroden gegeneinander klemmen und aneinander anschließen, indem lediglich an einem Kopf 33 des Dornes 22 angegriffen wird.

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Selbstverständlich können anstelle des in der Hülse 21 verschieblich geführten Domes 22 eine Gewindespindel und anstelle des von der Stange 24 und vom Koppelungskopf 25 gebildeten verstellbaren Vorrichtungsteils eine beljebige verstellbare Vorrichtung verwendet sein, die mit einer Voreinstellvorrichtung verbunden ist, welche statt von der Mehrscheibenfeder 28, der Mutter 29 und der Gegenmutter 30 von einem beliebigen elastischen Verbindungsglied gebildet sein kann.

Statt der beim beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Paarung kann die Verbindung zwischen Anodenrahmen und Kathodenrahmen, nur zwischen Anodenrahmen oder in kleinen, Bausteine bildenden Elektroden-Gruppen hergestellt sein.

/Patentansprüche 509887/0818

Claims

1Α-46 710 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrolysezelle mit nebeneinander angeordneten bipolaren Elektroden, zur Elektrolyse insbesondere einer Lösung von Alkalisalzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Baukastenprinzip aus einem Aggregat von Bausteinen (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) zusammengesetzt ist, das mit die Bausteine (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) einzeln untereinander verbindenden Montagevorrichtungen zusammengehalten ist, die Positionier-, Anschluß- und Spannvorrichtungen (15,16,17,18,19) aufweisen.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch

gek ennze ich net, daß jeder Baustein (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) Montagevorrichtungen (15»16,17,18,19) trägt.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtungen von Rollen (15) gebildet sind.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtungen von Gleitkufen gebildet sind.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, daß die Positioniervorrichtungen von Luftkissen gebildet sind.

6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß- und Spannvorrichtungen (16,17,18,19) bei jedem Baustein

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(Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) von wenigstens einem mit dem Baustein (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) fest verbundenen Bauteil (Halterung 27) gebildet sind, das einen mit voreinstellbaren elastischen Verbindungsteilen (28) verbundenen verstellbaren Vorrichtungsteil (Stange 24, Koppelungskopf 25) mit einem aufnehmenden Teil (Führung 23) aufweist, in das ein eindringendes Teil (Dorn 22) einzudringen vermag, das in einer mit einem benachbarten Baustein (Kathodenrahmen 1 oder Anodenrahmen 2) fest verbundenen Vorrichtung (Hülse 21) verstellbar ist, wobei die aufnehmenden und eindringenden Teile (Führung 23, Dorn 22) so gestaltet sind, daß durch das Einführen des eindringenden Teils (Dorn 22) in das aufnehmende Teil (Führung 23) die elastischen Verbindungsteile (28) des verstellbaren Vorrichtungsteils (Stange 24, Koppelungskopf 25) zusammengedrückt werden.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsteile von einer Mehrscheibenfeder (28) gebildet sind.

8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gek ennz e i ohne t, daß sie aus einem Aggregat von bipolaren Elektroden (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) zusammengesetzt ist, das mit die Elektroden (Kathodenrahmen 1, Anodenrahmen 2) einzeln untereinander verbindenden Montagevorrichtungen (16,17,18,19) zusammengehalten ist.

9. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch

gek ennze ichne t, daß sie mit Montagevorrichtungen (16,17,18,19) zusammengehalten ist, die nur an Kathodenrahmen (1) angreifen.

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ORIGINAL INSPECTED