DE2533728A1

DE2533728A1 - Elektrolysezelle mit bipolaren elektroden insbesondere zur elektrolyse einer loesung von alkalisalzen

Info

Publication number: DE2533728A1
Application number: DE19752533728
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: AU8344775A; LU73084A1; IN145089B; IT1041055B; ES439777A1; CA1050926A; JPS5144571A; GB1480016A; US4026782A; NL7508976A; DD119194A5; AT342621B; BR7504808A; RO70451A; ATA581875A; BE831802A; SE402471B; PL96936B1; AR203934A1; IL47823A0

Description

Elektrolysezelle mit "bipolaren Elektroden insbesondere zur Elektrolyse einer Lösung von Alkalisalzen

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit nebeneinander angeordneten bipolaren Elektrode und wenigstens einem, wenigstens eine Kammer der Elektrolysezone umschließenden Außenrahmen, insbesondere zur Elektrolyse einer Lösung von Alkalisalzen.

Elektrolysezellen mit bipolaren Elektroden sind seit langem bekannt. Sie bieten den Vorteil einer gedrängten Bauweise, und damit eines geringeren Platzbedarfes, sowie einer einfacheren Versorgung mit elektrischem Strom aufgrund der Hintereinanderanordnung von Elementarzellen.

Trotz ihrer offensichtlichen Vorteile sind jedoch derartige Elektrolysezellen noch verhältnismäßig wenig entwickelt. Der Grund hierfür liegt zum großen Teil in den bei ihrer Ausgestaltung angetroffenen Schwierigkeiten.

Diese Elektrolysezellen sind aus bipolaren Elektroden zusammengesetzt, die nebeneinander angeordnet sind und im allgemeinen

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über die beiden Schlußelektroden zusammengepreßt und in Stellung gehalten werden. Dadurch treten mechanische Spannungen auf. Insbesondere müssen die Elektroden gleichmäßig zusammengepreßt werden, sie müssen sehr starr sein und sie dürfen sich im Betrieb nicht verformen.

In der FR-OS 73 25 917 wird daher eine bipolare Elektrode für Elektrolysezellen vorgeschlagen, bei der der Kathodenrahmen und/oder der Anodenrahmen integrale Bestandteile einer Bimetall-Grundplatte der Elektrode sind. Diese Grundplatte dient als Bezugsebene. Die Parallelität der Anoden- und Kathodenteile zu dieser Ebene ist durch die Stromzuführungen sichergestellt, mit denen die Anoden- und Kathodenteile verschweißt sind. Diese Stromzuführungen erfüllen die Aufgabe von Versteifungen und bewirken somit die Ebenheit dieser Elektrodenteile und deren Parallelität gegenüber der von der metallischen Grundplatte gebildeten Bezugsebene.

Diese Ebenheit ist eine Voraussetzung für das gute Funktionieren einer solchen Elektrolysezelle, um den Polabstand zwischen den beiden Elektroden beherrschen zu können.

Diese Ebenheit ist jedoch allein nicht ausreichend, es kommt hinzu, daß der Pol- bzw. Elektrodenabstand während des Betriebes der Zelle konstant bleiben muß.

Ein großer Schritt nach vorn in dieser Hinsicht stellt die Verwendung von metallischen Strukturen als Elektroden dar, bei deren Ausgestaltung Titan oder die Metalle und Legierungen mit analogen anodischen Eigenschaften verwendet werden. Die anodisch aktiven bzw. wirksamen Teile dieser Strukturen weisen elektrisch leitende Überzüge auf, die im betreffenden Elektrolyten nicht angegriffen werden.

Solche Strukturen bzw. Konstruktionen ermöglichten nicht nur eine Vergrößerung der Höhe der Elektroden und eine Erhöhung der Stromdichte je Flächeneinheit, bei Vermeidung

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einer zu starken Erwärmung, sondern ließen auch, hoffen, den Elektrodenabstand konstant halten zu können, da bei ihnen, anders als bei den Kohleanoden, keine Dxmensionsveränderungen aufgrund ihrer Abnutzung eintraten.

Leider erwies sich der gemachte Vorschlag zur Lösung der Probleme bei der Erfüllung der beiden Forderungen hinsichtlich Ebenheit und Konstanthaltung der Elektrodendicke als noch nicht ausreichend.

Die Elektrolysezellen in Filterpressenform oder analogen Ausführungen sind im allgemeinen aus anodischen und kathodischen Elementen zusammengesetzt, die über die Schlußelemente zusammengepreßt und dadurch in Stellung gehalten werden.

Da die Elektrolytlösungen eine besonders starke korrodierende Wirkung haben, muß auf eine sehr gute Abdichtung zwischen den einzelnen Rahmen geachtet werden.

Die in ähnlichen !"allen üblicherweise vorgeschlagene Lösung besteht, wie beispielsweise in der FR-OS 71/46295 beschrieben, darin, zwischen zwei aufeinanderfolgenden starren Bauteilen eine Dichtung anzuordnen.

Wenngleich sich mit diesem Vorschlag gute Ergebnisse erzielen lassen, bietet er dennoch keine völlig zufriedenstellende Lösung insofern, als neuzeitliche Elektrolysezellen mit großen Abmessungen, hohen Stromdichten und großer Leistungsfähigkeit so lange wie möglich in Betrieb sein sollen, ohne Wartung zu erfordern.

Es stellt sich heraus, daß die Dichtungen zum Altern neigen. Dies führt zum Zusammenpressen der Dichtungen und hat somit zur Folge, daß sich der Elektrodenabstand trotz aller auf anderem Wege herbeigeführten Verbesserungen verändert.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu überwinden.

Dies wird bei einer Elektrolysezelle der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen bipolaren Elektroden und die Abdichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rahmen mit deren entlang ihres Umfanges sich gegenüberliegenden Flächen hergestellt sind, die in ihrem am weitesten außen liegenden Bereich eine nicht verformbare, starre Stirnfläche aufweisen, welche eine ebene Anlagefläche bildet, die sich an der ebenen Anlagefläche des folgenden Rahmens abstützt, wobei wenigstens eine der sich gegenüberlxegenden Flächen wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in der wenigstens ein Dichtglied angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist somit der Elektrodenabstand nicht vom Dichtglied abhängig und wird folglich durch dessen Alterung nicht beeinflußt.

Mit Vorteil ist in die Ausnehmung wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied eingesetzt.

Das Diaphragma, das gespannt bleiben soll, jedoch nicht verletzt werden darf, läßt sich bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elektrolysezelle ebenfalls in vorteilhafter Weise in Stellung halten. Erfindungsgemäß stützt sich das Diaphragma vorzugsweise an der ebenen Anlagefläche eines Rahmens und gegenüber einer Ausnehmung im benachbarten Rahmen ab und ist durch wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied in Stellung gehalten, welches sich am Diaphragma abstützt und in der genannten Ausnehmung des benachbarten Rahmens angeordnet ist.

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das elastisch verformbare Dichtglied in eine Aufnahme eingesetzt,

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die in der genannten Ausnehmung mit einer an die Gestalt des Dichtgliedes angepaßten Gestalt ausgebildet ist.

Das Dichtglied kann jede beliebige, zweckdienliche Gestalt haben und beispielsweise im Querschnitt kreisrund, rechteckig, etc. sein.

Die Erfindung-ist auf jede beliebige Ausbildungsform einer Elektrolysezelle mit bipolaren Elektroden anwendbar, insbesondere jedoch auf die in den FR-OS 73 25 917, 71 46 072 und 71 46 295 beschriebenen Rahmen.

Derartige Rahmen sind im allgemeinen aus einem Werkstoff hergestellt, der beim Anodenrahmen von gegossenem Polyester bzw. geformtem Polyester oder von einem beliebigen anderen, chemisch inert gemachten Werkstoff und beim Kathodenrahmen von einem metallischen Werkstoff, beispielsweise von Stahl gebildet sein kann. Die Stahlteile sind gegen Korrosion geschützt, beispielsweise mit einer Folie aus Titan oder mit einem beliebigen anderen Überzug, der sich gegenüber dem Elektrolyt chemisch inert verhält.

In diesem Falle weist der Anodenrahmen erfindungsgemäß und mit Vorteil an seinem den elektrolytisch aktiven Teil umfassenden Umfang einen ebenen und starren Bereich auf, der sich an den gegenüberliegenden Bereich eines Kathodenrahmens und vor jeden Kathodenrahmen-Urafang preßt, eine Ausnehmung, in die ein elastisch verformbares Dichtglied eindringt, sowie an der dem Diaphragma zugewandten Seite und über demselben ein bleibend verformbares Verbindungsmittel, beispielsweise Mastix oder ein an Ort und Stelle geformtes Elastomeres.

Die Erfindung ist ebenfalls auf einen integrierten Anodenrahmen anwendbar, bei dem ein und derselbe Rahmen zugleich den kathodischen und den anodischen Teil begrenzt.

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In diesem Falle ist die Erfindung in gleicher Weise auf die Verbindung zwischen den Rahmen zweier bipolarer Elektroden anwendbar.

Die Erfindung schafft somit eine einfach herzustellende Verbindung, die zudem den Vorteil hat, daß sie das Diaphragma in seiner Stellung gut sichert. Dieser Bedingung kommt sehr große Bedeutung zu, da das Diaphragma, welches für die Punktion der Elektrolysezelle von größter Wichtigkeit ist, außerdem sehr empfindlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Wie in Pig. 1 zu erkennen, weist die bipolare Elektrode eine Grundplatte 1 auf, die von einer aus Titan und Flußstahl hergestellten Mischmetall-Folie gebildet ist und in die ein Kathodenrahmen 2 der Elektrode eingegliedert ist.

Als Stromzuführungen dienende Versteifungsteile 3 verbinden einen gitterförmigen kathodischen Teil 4 aus Flußstahl mit einem anodischen Teil, der von einem Aggregat aus einem Kupfer/Titan-Bimetallteil 5 und mit diesem stoffschlüssig verbundenen Titandrähten 6 gebildet ist.

Die Versteifungsteile 3 sind in der FR-OS 73 25 917 beschrieben und weisen ein (nicht gezeichnetes) Durchgangsteil aus Kupfer, das auf der Anodenseite mit einem Kupfer/Titan-Bimetallteil hartverlötet ist, und wenigstens ein (nicht gezeichnetes) Stromverteilerstück aus Stahl auf der Kathodenseite auf.

Anodenrahmen 7 sind als Polyester-Form- bzw. -Gußteiüß ausgeführt.

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Erfindungsgemäß weisen die Anodenrahmen 7 eine Berührungsebene bzw. eine ebene Anlagefläche 8 auf, die an einer entsprechenden ebenen Anlagefläche 9 des gegenüberliegenden Kathodenrahmens 2 anliegt.

Bei dem in Pig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder Anodenrahmen 7 eine Ausnehmung auf. An der zur Kathode 4 weisenden Seite, an der sich ein Diaphragma 10 abstützt, ist diese Ausnehmung mit einer Aufnahme 11 für das Diaphragma 10 und für ein über diesem angeordnetes bleibend verformbares Dichtglied 12 versehen, das aus einem Werkstoff wie z.B. Mastix oder aus einem an Ort und Stelle geformten Elastomeren hergestellt ist. Diese Ausnehmung weist eine weitere Aufnahme 13 für ein im Querschnitt kreisrundes Dichtglied 14 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff auf.

Das Dichtglied 14 kann insbesondere aus Naturkautschuk oder aus einem Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise aus Polyäthylen-Propylen, fluorhaltigem Elastomeren, Butyl- oder TJitrilkautschuk, etc.

Auf diese Weise ist das Diaphragma 10 zwischen der ebenen Anlagefläche 9 des Kathodenrahmens 2 und dem Dichtglied in Stellung gehalten.

An der diaphragmafreien Seite ist die Verbindung von Rahmen zu Rahmen mit zwei sich gegenüberliegenden ebenen Anlageflächen 8 und 9 sowie mit einer Ausnehmung hergestellt, die nur eine Aufnahme 15 für ein im Querschnitt kreisrundes Dichtglied 16 aufweist, das in einem elastisch verformbaren Werkstoff und gleich mit dem Dichtglied 14 ausgeführt ist.

Bei dem in Pig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Dichtglieder 14 und 16 mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt. Es sind auch Dichtglieder mit anderen Querschnittsformen verwendbar. In diesem Palle genügt es, die Aufnahmen 13 und entsprechend der Konfiguration der Dichtglieder zu gestalten.

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Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte durch andere Ausbildungsformen der Verbindungsanordnung nach der Erfindung.

Beim Beispiel gemäß Fig. 2 weisen der Anoden- und der Kathodenrahmen zwei sich gegenüberliegende ebene Anlageflächen 17 und 18 sowie zwei ebenfalls sich gegenüberliegende Ausnehmungen 19 und 20 auf, wobei die letzteren einen Hohlraum zur Aufnahme eines Dichtgliedes 21 bilden.

Beim Beispiel gemäß Fig. 3 kommt eine Flachdichtung zur Verwendung. Auch hier weisen die beiden Rahmen zwei sich gegenüberliegende ebene Anlageflächen 22 und 23 auf, eine Ausnehmung 25 ist jedoch nur im Anodenrahmen 24 ausgebildet. Der Kathodenrahmen dagegen trägt einen Vorsprung 26, der unter Zwischenschaltung eines Dichtgliedes 27 in die Ausnehmung 25 einsetzbar ist.

Fig. 4 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Verbindung zwischen den bipolaren Elektroden vorgenommen ist, die jeweils einen Einzelrahmen 28 aufweisen, der gleich mit jeweils benachbarten Rahmen 29 und 30 ausgebildet und an diesen angeschlossen ist.

/Patentansprüche 509887/0819

ORIGINAL INSPECTED

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ί) Elektrolysezelle mit nebeneinander angeordneten bipolaren Elektroden und wenigstens einem, wenigstens eine Kammer der Elektrolysezone umschließenden Außenrahmen, insbesondere zur Elektrolyse einer Lösung von Alkalisalzen, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rahmen (2,7) mit deren entlang ihres Umfanges sich gegenüberliegenden Flächen hergestellt ist, die in ihrem am weitesten außen liegenden Bereich eine nicht verformbare, starre Stirnfläche aufweisen, welche eine ebene Anlagefläche (9,8) bildet, die sich an der ebenen Anlagefläche (8,9) des folgenden Rahmens (2,7) abstützt, wobei wenigstens eine der sich gegenüberliegenden Flächen (9»8) wenigstens eine Ausnehmung (11,13,15) aufweist, in der wenigstens ein Dichtglied (12,14,16) angeordnet ist, und daß sich ein Diaphragma (10) an der ebenen Anlagefläche (9) eines Rahmens (2) und gegenüber einer Ausnehmung (11,13) im benachbarten Rahmen (7) abstützt und durch ein elastisch verformbares Dichtglied (14) in Stellung gehalten ist, welches in der genannten Ausnehmung (13) des benachbarten Rahmens (7) angeordnet ist.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied (14,16) in wenigstens einer Ausnehmung (13,15) aufgenommen ist.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein bleibend verformbares Dichtglied (12) in einer Ausnehmung (11) des benachbarten

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Rahmens (7) über dem Diaphragma (10) und dem elastisch verformbaren .Dichtglied (14) angeordnet ist.
4. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jede bipolare Elektrode einen Außenrahmen aufweist, bei dem eine Stirnfläche eine ebene Anlagefläche hat und die andere Stirnfläche eine ebene Anlagefläche und wenigstens eine Ausnehmung mit wenigstens einem Dichtglied aufweist, wobei die Stirnfläche einer Elektrode, die eine ebene Anlagefläche aufweist, sich gegenüber der Stirnfläche einer anderen Elektrode anordnen läßt, die eine ebene Anlagefläche und wenigstens eine Ausnehmung mit wenigstens einem Dichtglied darin aufweist.
5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Anodenkammer ein Außenrahmen (7) gehört, der auf jeder der entsprechenden Kathodenkammer gegenüberliegenden Stirnseite wenigstens eine ebene Anlagefläche (8) und wenigstens eine Ausnehmung (11 oder 13) aufweist, in der wenigstens ein Dichtglied (12 oder 14) eingesetzt ist.
6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rahmen einen Vorsprung (26) aufweist, der in eine Ausnehmung (25) des benachbarten Rahmens (24) eindringt.
7. Elektrolysezelle nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kathodenrahmen (2) gegenüber jedem Anodenrahmen (7) eine ebene Anlagefläche (9) aufweist, die sich gegenüber jeder Ausnehmung (11,13*15) Anodenrahmen (7) fortsetzt.

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8. Elektrolysezelle nach, einem der Ansprüche 1 Ms 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied (14,16; 21; 27) an der Innenseite der Ausnehmung (11,13»15; 19,20; 25) in einer Aufnahme angeordnet ist, die an die Konfiguration des Dichtgliedes (14,16; 21; 27) angepaßt ist.
9. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied von einem im Querschnitt kreisrunden Dichtglied (14,16; 21) gebildet ist.
10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichne t, daß wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied von einem im Querschnitt rechteckigen Dichtglied gebildet ist.
11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elastisch verformbares Dichtglied von einer Flachdichtung (27) gebildet ist.

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