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Gegenstand der Erfindunq ist eine Metallelektrode für
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Elektrolyseapparate zum elektrolytischen Herstellen von Chlor.
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Metallelektroden für Elektrolyseapparate zum elektrolytischen Herstellen
von Chlor sind bekannt. Sie bestehen aus einer meist gitterförmigen, elektrolytisch
wirksamen Elektrodenfläche, die über sogenannte Sekundärleiterschienen mit sogenannten
Primärleiterschienen verbunden sind. Die Primärleiterschienen weisen Gewindemuffenauf,
in die die Stromzuleitungen eingeschraubt sind. Die Elektroden sind aus passivierbaren
Metallen wie Titan, Niob, Tantal oder deren Legierungen gefertigt, deren wirksame
Fläche mit einem Metall und/oder Metalloxid der Platingruppe aktiviert ist.
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Von Nachteil ist bei den Metallelektroden die schlechte Stromverteilung
auf der wirksamen Fläche wegen der geringen elektrischen Leitfähigkeitswerte der
passivierbaren Metalle Titan, Niob und Tantal. Die elektrische Leitfähigkeit des
am meisten verwendeten Titans beträgt nur ca. 1/30 der von Kupfer; das bedeutet,
daß,un Spannungsverluste in den Zuführungen und innerhalb der Elektrode selbst kleinzuhalten,
große Leitungsquerschnitte mit entsprechend hohen Material-und Verarbeitungskosten
erforderlich werden. Weder durch verhältnismäßig massive Elektrodenplatten aus massivem
oder gesintertem Metall noch durch eine entsprechend erhöhte Anzahl von durch Titan
geschützten Kupferzuleitungen, wodurch kleinere Bezirke mit Strom versorgt werden
können, haben zur Verbesserung der Stromverteilung bzw. zur Verringerung der Material-
und Verarbeitungskosten beigetragen.
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Es besteht demnach die Aufgabe, eine bezüglich Stromverteilung verbesserte
Metallelektrode zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens die
Primärleiterschienen als Rohre ausgebildet sind, in deren Innenräume Metallstäbe
angeordnet sind, die in einem
unter Betriebstemperatur vorwiegend
flüssigen, stromleitenden Material eingebettet sind.
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Selbstverständlich können neben den Primärleiterschienen auch die
Sekundärleiterschienen als Rohre ausgebildet sein, in deren Innenräume Metallstäbe
angeordnet sind, die von einem unter Betriebstemperatur vorwiegend flüssigen, stromleitenden
Material umgeben sind. Die rohrförmigen Leiterschienen können aus Titan, Niob, Tantal
oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem gesinterten Metall oder oxydkeramischen
Material bestehen.
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Wird die Metallelektrode als Kathode verwendet, können die rohrförmigen
Leiterschienen aus Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom oder aus einer Legierung dieser
Metalle bestehen. Die Zwischenräume zwischen den Rohren und den eingeschobenen Metallstäben
sind mit vorwiegend niedrig schmelzenden Metallen oder Legierungen wie Wood's Metall,
Roses Metall oder Lipowitz Metall, Natrium, Kalium oder deren Legierungen oder mit
einem anderen stromleitenden Material, wie Metalloxiden oder Graphit, welche mit
Metallegierungen getränkt sein können, gefüllt.
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Die rohrförmigen Leiterschienen werden nach der Füllung mit der niedrig
schmelzenden Legierung etwa durch Aufschrauben von Kappen, Zuschweißen oder dergleichen
nach außen hin verschlossen.
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Die niedrig-schmelzenden Materialien besitzen zwar im Vergleich zu
Kupfer auch eine schlechte elektrische Leitfähigkeit; der Strom hät aber in ihnen
nur eine kurze Weglänge zu überwinden.
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Außerdem sind die Berührungsflächen sehr groß, so daß nur eine geringe
spezifische Belastung auftritt.
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Die erfindungsgemäße Metallelektrode läßt sich als Anode und auch
als Kathode verwenden bevorzugt wird sie jedoch als Anode verwendet.
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Die erfindungsgemäße Metallelektrode wird anhand der Figuren in beispielsweiser
Ausführung erläutert: Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Elektrode in
Aufsicht.
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Figur 2 zeigt die Elektrode gemäß Figur 1 in Seitenansicht.
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Figur 3 zeigt einen Teilausschnitt aus einer Elektrode in Seitenansicht,
teilweise geschnitten.
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Figur 4 zeigt den Schnitt IV - IV der Elektrode gemäß Figur 3.
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Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Elektrode mit Ausgestaltung
der Primärleiterschiene.
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Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Elektrode mit variierter
Ausgestaltung der Primärleiterschiene.
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Figur 7 zeigt eine Verbindung von Primär- und Sekundärleiterschiene
in perspektivischer Ansicht.
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Figur 8 zeigt den Schnitt VIII - VIII der Figur 9.
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Figur 9 zeigt die Draufsicht von Figur 7 teilweise geschnitten.
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Die wirksame Elektrodenfläche 1 ist über Sekundärleiterschienen 2
mit Primärleiterschienen 3 verbunden. Die Primärleiterschienen sind mit Gewindemuffen
4 zur Aufnahme der. Stromzuführungen versehen. Die Gewindemuffe 4 kann in einem
Block 5 aus passivierbarem Metall angeordnet sein, der mit der Primärleiterschiene
3 verbunden ist. 6 deutet das Gewindeloch in der Gewindemuffe 4 an. Mindestens die
Primärleiterschienen 3 sind als Rohre ausgebildet. Es können Rohre mit quadratischem,
rechteckigem, rundem oder sonstigem Querschnitt verwendet werden. Unabhängig vom
Querschnitt und der Art, ob massiv oder als Rohr ausgebildet
werden
diese Leiterschienen in allen Figuren mit 2 bzw. 3 bezeichnet.
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Die wirksamen Elektrodenflächen 1 können aus Rundstäben, Streckmetall,
Drahtnetzen, Lochblechen, gesintertem Material oder dergleichen bestehen.
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Die Elektrodenfläche 1, die Blöcke 5, die Primär-3 und Sekundärleiterschienen
2 sind an den Stellen 7 miteinander verschweißt. In den rohrförmigen Leiterschienen
2 und 3 sind Metallstäbe 8 und 9 aus elektrisch gut leitendem Material, wie z.B.
Cupfer, Aluminium, Silber und Legierungen, angeordnet. Ihre Querschnittsform entspricht
zweckmäßigerweise dem des sie umgebenden Rohres. Der Zwischenraum zwischen Metallstab
und der Innenwand der rohrförmiqen Leiterschiene ist mit einem Material 10 ausgefüllt,
das bei Betriebstemperatur der Elektrode vorzugsweise flüssig ist.
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Hieraus ergibt sich eine innige stromleitende Verbindung zwischen
dem gut leitenden Metallstab (z.B. Kupfer) und dem schlechter leitenden passivierbaren
Material über eine große Fläche, so daß insgesamt eine gut leitende Kombination
entsteht. Nicht dargestellt ist die Stromzuführung über Kabelanschlüsse an die Gewindemuffen
4, die ihrerseits wieder geschützt werden kann durch nicht gezeichnete Hülsen aus
passivierbarem Material die auf die Blöcke 5 aufgeschweißt werden.
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In den Figuren 5 und 6 sind Alternativen gezeigt, wie die stromführenden
Leiterschienen 2 und 3 aussehen können.
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Es kann sich bei den rohrförmigen Leiterschienen 3 um kreisförmige,
quadratische, rechteckige oder Rohre anderer Form handeln, ebenso können die eingeschobenen
Metallstäbe 8 die verschiedenartigsten Querschnittsformen aufweisen. Auch können
die Metallstäbe 8 einen Teil der wirksamen Elektrodenfläche 1 bilden oder in diese
eingelassen sein (nicht dargestellt). Bedingung ist nur, daß die Zwischenräume zwischen
den rohrförmigen Leiterschienen und den eingeschobenen Metallstäben
mit
einem gut leitenden, bei Betriebstemperatur vorzusweise flüssigen Material 10 gefüllt
sind. In den Figuren 5 und 6 ist weiter dargestellt, wie die Verbindungen der Leiterschienen
untereinander aussehen können. In Figur 5 ist die Primärleiterschiene 3 in eine
entsprechende Auskehlung 11 der Sekundärleiterschiene 2 eingelassen und dort angeschweißt.
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Die Sekundärleiterschiene 2 ist ihrerseits an der wirksamen Elektrodenfläche
1 angeschweißt. In Figur 6 ist die Primärleiterschiene 3 durch eine Verschränkung
12 mit der Sekundärleiterschiene 2 verbunden. Ziel dieser Maßnahmen ist, die Länge
der SchweiSnaht 7 zu vergrößern, um einen guten Stromübergang zu erhalten.
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Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen den Stromübergang von einer Leiterschiene
3 auf eine Leiterschiene 2, bei dem die Leiterschiene 2 ebenfalls rohrförmig ausgebildet
und mit einem Metallstab in ihrem Innenraum versehen ist. Die Leiterscheinen, als
Vierkantrohre ausgebildet, sind rechtwinklig übereinander gelegt. Die Leiterschienen
2 und 3 haben an ihren Kreuzungspunkten je eine übereinander passende Ausnehmung
13, die nach der Montage ebenfalls mit stromleitendem Material 10 gefüllt ist, wodurch
die Metallstäbe 8 und 9 über dieses Material 10 elektrisch leitend mit den Rohren
2 und 3 verbunden werden.
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L e e r s e i t e