DE2828892C2 - Monopolare Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monopolare Elektrolysezelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit Jahrzehnten werden monopolare Zellen mit Diaphragmen zur Herstellung von Halogen und Alkalimetallhydroxiden aus wäßrigen Alkalimetallhalogenid-Lösungen eingesetzt Solche bekannten Zellen besitzen mehrere Kathoden und Anoden, die einander gegenüberliegend angeordnet und durch ein permeables Diaphragma, üblicherweise aus Asbestfasermaterial, getrennt sind. Zur Herstellung des Diaphragma scheidet man Asbestfasermaterial auf einer Kathodenstruktur aus Metallsieb ab, indem man eine Suspension von Asbestfasern in einem flüssigen Medium durch das Sieb

ίο saugt.

In jüngerer Zeit wurde das übliche Asbestdiaphragma in einigen Fällen durch Kationenaustauschmembranen ersetzt, die für den Elektrolyten im wesentlichen nicht permeabel sind. Den aus einer wäßrigen Alkalimetallhalogenid-Lösung bestehenden Elektrolyten leitet man in das Anodenabteil, wo sich an der Anode Halogen formt, während im Kathodenabteil Wasserstoff an der Kathode entweicht und Alkalimetallhydroxid gebildet wird.

Bei permeablen Diaphragmen perkoliert der im Anodenabteil enthaltene Elektrolyt durch das Diaphragma in das Kathodenabteil und zwar aufgrund eines Druckunterschieds, den man durch das Diaphragma aufrecht erhält. Im Kathodenraum sammelt sich dann eine Alkalimetallhydroxid-Lösung mit einem bestimmten Prozentgehalt an Alkalimetallhalogenid. Diese Lösungen werden anschließend abgetrennt.

Bei nicht-perkulierenden Kationenaustauschermembranen zirkuliert der Elektrolyt durch das Anodenabteil, wobei seine Konzentration beinahe konstant gehallen wird. Die Alkalimetallionen werden selektiv durch die Kationenaustauschermembran in das Kathodenabteil überführt, wo sie sich mit den an der Kathode durch Wasserelektrolyse gebildeten Hydroxylionen zu Alkalimetallhydroxyd vereinigen, das im wesentlichen frei von Alkalihalogenid ist.

Zellen dieser Art und deren Betrieb sind in den US-Patentschriften 29 87 463, 33 90 072, 34 03 083, 35 91 483,37 73 634 und 38 59 196 beschrieben.

Derartige Zellen müssen jedoch von Zeit zu Zeit (durchschnittlich alle 4 bis 12 Monate) stillgelegt und demontiert werden, um das Diaphragma zu erneuern. Falls erforderlich, muß dabei auch der elektrokatalytische Überzug auf den dimensionsstabilen Titananodenbasen erneuert werden. Derartige Überzüge enthalten üblicherweise Metalloxide der Platingruppe oder gemischte Oxide von Metallen der Platingruppe und von Ventilmetallen.

Die Anoden sind üblicherweise so auf den stromführenden Trägern, die sich vom Unterteil der Zelle nach oben erstrecken, befestigt, daß man sie leicht entfernen kann. Diese Träger bzw. Stromschienen bestehen aus Ventilmetall, beispielsweise aus Titan oder Kupfer, das mit Titan überzogen ist. Auf diesen sind die siebartigen oder aus gereckten Titanplatten bestehenden Anoden, welche mit einem elektrokatalytischen Überzug versehen sind, festgeschweißt. Die stromführenden Träger oder Stromschienen sind mit dem Unterteil der stählernen oder kupfernen Zelle verschraubt. Das Unterteil dient als Stromverteilungsplatte für die Anoden, welche auf den stromführenden Trägern befestigt sind.

Die Oberfläche des Unterteils im Inneren der Zelle ist durch eine Gummischicht oder eine Schicht aus einem anderen korrosionsresistenten Material, wie beispielsweise in der US-PS 35 91 463 erläutert, vor Korrosion geschützt. Die Anoden sind auf den stromführenden Trägern, die sich vom Zellenunterteil nach oben erstrckken, an mehreren Stellen befestigt. An diesen Schwach-

stellen kommt es dann zur Zwischenraumkorrosion und gelegentlich treten auch Undichtigkeiten auf. Dies hat zur Folge, daß das Unterteil und die Träger oder Stromschienen, an welche die Anoden geschweißt sind, korrodieren.

Kürzlich wurden expandierbare Anodenstrukturen vorgeschlagen (vgl. US-PS 36 74 676 und 39 41 676), die aus einem Spreizelement für die beiden Platten aus elektrokatalytisch überzogenem Titan bestehen. Diese Platten sind an die mit dem Zellenunterteil verbunJenen stromführenden Träger oder Stromschienen angeschweißt Auf diese Weise können die in zurückgebogener Position auf den Trägern montierten Anoden durch einen elastischen oder Expansionseffekt expandiert werden, nachdem der Kathodenkasten auf die Basis positioniert wurde. Hierdurch wird das Anodensieb in Richtung zu den Oberflächen des Diaphragmas gedrückt. Bei einer anderen Konstruktion sind die Anoden auf einer vertikalen Platte, die eine der Wände des Zellengehäuses bildet, mit Hilfe von zwei oder mehreren Trägern oder Stromschienen, die den zuvor beschriebenen entsprechen, montiert. Die die Anoden bildenden gereckten Platten oder Siebe sind einzeln auf die Träger oder Stromschienen geschweißt. Zwischen den beiden expandierbaren Anodenplatten befindet sich ein exzentrisches System, das von außerhalb der Zelle bedienbar ist. Dieses wird dazu verwendet, um die Anoden zu den Diaphragmen auf den entsprechenden Kathoden hin zu bewegen. Obgleich derartige Systeme die Montage der Kathoden erleichtern und dazu beitragen, den endgültigen Elektrodenabstand zu verringern, weisen sit beträchtliche Nachteile auf. Diese beruhen auf dem Umstand, daß die Anoden auf dem Unterteil oder der Seitenplatte der Zelle montiert sind. Wenn man auf dem Unterteil montierte Anoden verwendet, muß die Zelle sovicle Bohrungen oder Verbindungen aufweisen wie Stromschienen oder Träger für die in der Zelle enthaltenen Anoden vorliegen. In den elektrischen Verbindungen zwischen der positiven Platte auf dem Zellenuntertcil und den Trägern oder Stromschienen der Anoden, die an der positiven Platte verschraubt sind, treten beträchtliche Ohm'sche Stromverluste auf. Wenn es erforderlich wird, den elektrokatalytischen Überzug der Anoden zu erneuern, muß das Anodensieb von den Trägern oder Stromschienen oder von ⁴en Spreizelementen abgenommen werden und nach dem neuerlichen Überziehen wieder an die Träger angeschweißt werden.

Die DE-OS 21 09 091, 26 20 345 und 27 27 921 beschreiben Elektroden, die einen katalytischen Überzug aufweisen und bei denen der Abstand zwischen Anode und Kathode genau eingestellt werden kann. Die Elektrodenflächen sind mit Spreizelementen bzw. Stromträgern mechanisch fest verbunden und im allgemeinen verschweißt. Um nun den sich abnutzenden katalytischen Überzug erneuern zu können, müssen diese Elektrodcn aus der Elektrolysezelle entfernt werden. Dazu müssen aber schwierige und umfängliche Montagearbeiten durchgeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrolysezelle zu schaffen, die einfach zu warten ist und bei der die Anoden leicht aus der Zelle entfernt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine monopolare Elektrolysezelle gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die flachen Ventilmetallanoden lose zwischen den Stromträgern und den flachen Hohlkathoden auf dem Zellenunterteil stehen und durch federnd gelagerte Kontakte, die sich zwischen den flachen Ventilmetallanoden und den biegsamen, stromführenden und an den Stromträgern befestigten Querarmen befinden, gegen die Hohlkathoden gepreßt werden, so daß die leitende Verbindung zwischen den stromführenden Querarmen und den Ventilmetailanoden durch die federnd gelagerten Kontakte hergestellt und auch wieder unterbrochen werden kann.

Vorzugsweise sind die Ventilmetailanoden aus gereckten Ventilmetallplatten gefertigt oder bestehen aus einer gereckten Siebkonstruktion. Die Ventilmetailanoden sind vorzugsweise mit einem elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzug aus Metallen der Platingruppe und deren Oxiden oder aus Oxiden von Metallen der Platingruppe und von Ventilmetallen versehen.

Die mit Diaphragma überzogenen Hohlkathoden sind vorzugsweise mit isolierenden Abstandshaltern versehen, gegen die die flachen Ventilmetailanoden durch die biegsamen Querarme gepreßt werden. Die biegsamen Querarme sind durch die Elastizität der Arme gespreizt.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die biegsamen Querarme durch Spreizelemente gespreizt.

Die Kontakte auf den Querarmen und die Ventilmetailanoden weisen vorzugsweise Kontaktoberflächen auf, die mit einem elektrisch leitenden und nicht passivierbaren Überzug versehen sind, der aus einem Material, ausgewählt unter Metallen der Platingruppe, deren Legierungen und/oder deren Oxiden besteht.

Die erfindungsgemäße Zelle hat einen Boden bzw. ein Unterteil oder eine Platte aus Stahl, Kupfer, Aluminium oder anderem Gerüstmaterial mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Die Innenfläche dieses Bodens oder dieser Platte kann mit einer Auskleidung oder einem Blech aus Ventilmetall, wie Titan, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Niob oder deren Legierungen versehen sein. Der Boden oder die Platte stellt dabei den positiven Pol der Elektrolysezelle dar.

Von der Platte erstrecken sich in geeigneten Abständen angeordnete Stromträger oder Stromschienen nach oben, um Strom zu den Anoden zu leiten. Diese Träger bestehen zweckmäßigerweise aus Ventilmetall oder einem anderen Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Eisen, Kupfer oder Aluminium, das mit einem Ventilmetallüberzug versehen ist.

Um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten, sind die Stromträger zweckmäßigerweise an die Platte angeschweißt. Das Blech oder der Mantel aus Ventilmetall ist an die Stromträger angeschweißt, um eine kontinuierliche, gegenüber dem Elektrolyt und den Elektrolyseprodukten resistente Oberfläche aus Ventilmetall zwischen dem Abdeckmantel und den Stromträgern zu schaffen. Auf den Stromträgern sind eine oder mehrere Arme quer zu deren Achse angeschweißt. Diese bestehen aus biegsamen Elementen aus Ventilmetall, die an die Stromträger angeschweißt sind und in der Nähe ihrer freien Enden mit geeigneten elektrischen Kontaktoberflächen versehen sind. Diese Kontaktoberflächen besitzen vorzugsweise einen Überzug der obengenannten Art. Diese bilden den Federdruckkontakt mit den Anoden.

Der Kathodenkasten oder das Zellengehäuse, welches die von Diaphragmen oder Membranen bedeckten Kathodenstrukturen enthält, ist auf der mit Ventilme'all überzogenen Zellenbasis gelagert. Die Kathodenstruktur ist vorzugsweise aus einer Reihe paralleler Kathoden gefertigt, die vorzugsweise aus hohlen, parallelen Fingern aus Stahl- oder Nickelsieb oder einem anderen

geeigneten Kathodenmaterial bestehen und vollständig durch die Diaphragmen oder Membranen überzogen sind. Sie steht an der Basis dieser Finger mit der mit Diaphragma überzogenen Katholyt- und Wasserstoffgewinnungskammer in Verbindung, die auf der Innenseite der Seitenwände des Zellengehäuses oder des Kathodenkastens gebildet ist.

Die Stromträger und an ihnen angeschweißten Querarme sind mit dem Unterteil verbunden, so daß sie zwischen den Kathoden der Zelle ausgerichtet sind.

Die Anoden sind aus flachen, gereckten oder löcherigen Ventilmetallplatten, die mit einem elektrokatalytischen Oberzug versehen sind, gefertigt. Sie sind in den Zwischenräumen zwischen den Kathodenfingern und den Stromträgern (und den daran angeschweißten Querarmen) angeordnet und liegen mit ihrer Unterkante lose auf dem Unterteil oder dem Boden der Zelle auf.

Wenn die Anoden zwischen den Kathodenfingern positioniert sind, werden die an die Stromträger geschweißten Querarme durch Verwendung von Spreizelementen oder durch die Rotation von exzentrischen Elementen oder durch Abnehmen der Halteelemente auf den elastischen Armen gegen die angrenzenden Anoden gedrückt, so daß die Kontaktoberflächen der Querarme gegen die Rückseiten der Anoden gepreßt werden, deren Vorderseiten gegen die Oberfläche der Diaphragmen oder Membranen der Kathoden anliegen. Vorzugsweise sind auf der Oberfläche der Diaphragmen oder Membranen geeignete Abstandshalter angeordnet, um zwischen den aktiven Anodenoberflächen und den Diaphragmen oder Membranen der Kathoden einen minimalen Abstand aufrecht zu erhalten.

Der elektrische Strom wird über eine Reihe Federgehaltener Kontakte zwischen den Kontaktoberflächen der an die Stromträger angeschweißten Arme und den rückwärtigen Oberflächen der flachen Anoden (d. h. den Oberflächen der Anoden, die nicht gegen die Diaphragmen oder Membranen gerichtet sind) an die Anoden verteilt.

Die Zelle ist durch eine Abdeckung verschlossen, die üblicherweise mit einer Vorrichtung zur Einführung von Sole in die Zelle und einer Vorrichtung zur Gewinnung des Halogens versehen ist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß, obgleich der Strom durch Kontakte unter Federdruck an die Anoden geleitet wird, diese Maßnahme dennoch ausreicht, um eine adäquate Verbindung zu schaffen und merkliche Ohm'sche Verluste in den Kontakten zu vermeiden. Die beweglichen Kontakte müssen nur eine begrenzte Strombelastung übernehmen, da der Strom durch mehrere Kontaktpunkte, die sich vom Oberteil bis zum Unterteil der Anoden erstrecken, verteilt wird.

Die erfindungsgemäße Zelle schafft im Vergleich zu den bekannten Zellen beträchtliche Vorteile. Der Boden ist mit einer Reihe von Stromträgern versehen, die hieran angeschweißt oder auf andere Weise permanent befestigt sind und mit einem Mantel aus Ventilmetall überzogen sind, welcher an der Basis eines jeden Stromträgers angeschweißt ist. Daher weist das Unterteil keine Verbindungsfugen auf und ist somit gegen Spaltenkorrosion oder jegliche andere Korrosion wirksam geschützt Das gesamte Zellenunterteil, das die positive Platte der Zelle und die darauf montierten Stromleiter enthält, stellt eine einstückige Struktur dar, die praktisch keine Wartung erfordert. Das Entfernen und Wiedereinsetzen der Anoden in die Zelle gestaltet sich so als extrem einfache und direkte Operation, die durchgeführt werden kann, ohne daß man irgendwelche mechanischen oder geschweißten Verbindungen lösen oder zerstören müßte.

Zur Erneuerung des elektrokatalytischen Überzuges können die flachen, gereckten Siebanoden aus Ventilmetall entfernt und außerhalb der Zelle reaktiviert werden. Dazu ist es nicht erforderlich, das Sieb oder die gereckten Platten von den entsprechenden Stromträgern abzutrennen.

Im Gegensatz dazu ist es bei den bekannten Anodenstrukturen erforderlich, die Platten von den Trägern abzutrennen bzw. abzumontieren. Der elektrokatalytische Überzug wird nämlich auf die netzartigen Anodenplatten mittels eines Hitzeverfahrens aufgebracht. Die dabei auftretende Hitze würde jedoch zu einer Be-Schädigung des an das Anodensieb angeschweißten Stromträgers führen, wie dies beispielsweise bei den Konstruktionen des Standes der Technik der Fall ist, vgl. US-PS 39 40 328.

Die erfindungsgemäßen Ventilanodenplatten können somit entfernt, von neuem überzogen und wieder in die Zellen eingebaut werden, ohne daß Probleme hinsichtlich eines Aufheizens der Anode nach jedem neuerlichen Überziehen aufgrund ungleichmäßiger thermischer Expansionsdifferenzen zwischen verschiedenen Teilen der Anoden auftreten.

Da die im wesentlichen flächigen Anoden weder mit den Trägern noch mit irgendeinem anderen Element der Zellen mechanisch fest verbunden sind, können sie leicht entfernt werden. Dies erleichtert auch das Entfernen und neuerliche Einbringen des Diaphragmas auf die Kathoden wesentlich, da der Kathodenkasten und die Kathoden ohne Hinderung oder Störung durch diese Anoden entfernt oder wieder eingesetzt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen monopolaren Zelle mit Diaphragma. Die in dieser Figur dargestellte Zelle ist teilweise aufgeschnitten.

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht von einem Ende des Unterteils der Zelle gemäß F i g. 1 mit einstückigen Stromträgern oder Hebern, die am Unterteil befestigt sind.

Fig. 3 ist ein teilweise geschnittener Aufriß eines Strornträgers, der am Unterteil der Zelle befestigt ist.

F i g. 4 ist eine Querschnittsansicht im wesentlichen entlang der Linie 4-4 gemäß Fig. 1, in der drei Kathodenstrukturen schematisch dargestellt sind.

Fig. 5, 6, 7, 8, 9 und 10 sind Aufsichten auf einige bevorzugte Systeme für die Stromzuführung zu den Anoden der in F i g. 1 erläuterten Zelle.

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle besteht aus einem Unterteil 1, das aus Stahl, Kupfer oder einem anderen Konstruktionsmetall gefertigt ist. Die innere Oberfläche des Unterteils 1 ist mit einer Platte 20 aus Titan oder einem anderen Ventilmetall ausgekleidet (F i g. 2). Das Unterteil 1 bildet die positive Platte zur Verteilung des Stroms an die Anoden der Zelle und ist durch die Endstücke 2 mit den positiven Schienen für das Energieverteilungssystem verbunden. Der Kathodenkasten oder das Zellengehäuse, das vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist und in der Zeichnung allgemein mit 3 bezeichnet wird, ruht auf dem Unterteil. Das Unterteil ist vom Kathodenkasten 3 durch eine isolierende Dichtung clcktrisch isoliert. Die Dichtung bildet eine hydraulische Abdichtung zwischen dem Kathodenkasten und dem ZcI-lenunterteil.

Der Kathodenkasten enthält eine Siebauskleidung

aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und umfaßt eine Reihe paralleler Hohlkathoden oder Finger 4, die an beiden Enden am Seitengitter 5 angeschweißt sind, das wiederum um die ganze innere Oberfläche des Kaihodenkastens oder des Gehäuses 3 in einem Abstand von der inneren Oberfläche des Kastens geschweißt ist, so daß sich ein Raum 6 bildet, der zusammen mit dem Raum innerhalb der verschiedenen Hohlkathoden 4 das Kaihodenabteil der Zelle bildet. Der Kathodenkasten oder das Zellengehäuse 3 ist über die Endstücke 8 mit den negativen Schienen des Energieverteilungssystems verbunden.

Auf den Kathoden 4 und den Seitengittern 5 des Kathodenkastens ist das Diaphragma, das üblicherweise aus Asbestfaser besteht, nach bekannten Techniken abgeschieden. Diese Techniken bestehen im wesentlichen darin, daß man eine Suspension aus Asbestfasern durch die Siebe des die Hohlkathoden 4 und Seitenwand 5 bildenden Netzes durchsaugt, um das Asbestmaterial auf dieser Netzstruktur abzuscheiden.

Vom Unterteil 1 der Zelle erstrecken sich die Stromträger oder Heber 9 nach oben zwischen die Reihen der Kathodenfinger 4.

Die Stromträger 9 sind an das leitfähige Unterteil 1 der Zelle angeschweißt, um sicherzustellen, daß in diesem Bereich nur ein minimaler Ohm'scher Verlust auftritt. Der Titanmantel um den Kern der Stromträger oder Heber ist an die Titanplatte 20 angeschweißt, welche die innere Oberfläche des Unterteils der Zelle bedeckt.

Die Stromträger oder Heber 9 sind mit mindestens zwei Querarmen aus Titan versehen, die ihrerseits auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Stromträgers angeschweißt sind, wie dies in den Fi g. 2 bis 10 beschrieben und dargestellt ist.

Die Anoden 7 der Zelle bestehen aus gereckten Platten oder Netzen aus Titan, welche mit einem elektrokalalytischen Überzug versehen sind. Dieser enthält vorzugsweise Oxide von Metallen der Platingruppe zusammen mit Oxiden der Ventilmetalle. Die Anoden 7 ruhen lose auf der Titanplatte 20 am Unterteil der Zelle und werden gegen die mit Diaphragmen überzogenen Oberflächen der Hohlkathoden gepreßt. Dies erfolgt durch die Querarme, welche an den Stromträgern 9 angeschweißt sind. Diese Arme sind vorzugsweise mit Hilfe von Spreizelementen auseinandergespreizt. Die Querarme 22 sind mit zwei oder mehreren Kontakten 23 versehen, welche sich vorzugsweise über die gesamte Höhe der Anoden erstrecken. Diese Kontakte drücken gegen die innere Oberfläche der Anoden und verteilen den elektrischen Strom an die Anoden. Die Zelle ist durch eine Abdeckung 10 vervollständigt, die vorzugsweise aus einem nicht leitenden Kunststoffmaterial besteht und auf dem oberen Flansch des Kathodenkastens 3 aufliegt.

Die Zelle ist mit Elektrolyt (beispielsweise mit konzentrierter Natriumchloridsole) gefüllt, so daß die Elektrodenstrukturen vollständig eingetaucht sind. Der Flüssigkeitsspiegel wird durch Zusatz von Elektrolyt durch den Verteiler 11, welcher mit einem Elektrolytspiegelanzeiger 12 verbunden ist, aufrechterhalten.

Der Elektrolyt perkoliert durch das Diaphragma und sammelt sich im Kathodenabteil, von wo aus er zusammen mit dem gebildeten Natriumhydroxid durch den Auslaß 13 abgelassen wird. Die Position des Elektrolytauslasses ist einstellbar, um den hydraulischen Druckunterschied durch das Diaphragma, welcher zur Aufrechterhall ung des gewünschten Elektrolytflusses durch das Diaphragma erforderlich ist, hervorzurufen und zu regulieren.

Das an den Anoden gebildete Chlor sammelt sich im oberen Raum der Abdeckung 10 oberhalb des Elektrolyts und strömt durch den Auslaß 14 zum Chlorgewinnungssystem. Der an den Kathoden freigesetzte Wasserstoff sammelt sich im oberen Teil des Kathodenabteils und strömt durch den Auslaß 15.
Das Unterteil 1 der Zelle aus leitfähigem Metall (vorzugsweise aus Kupfer oder Eisen) ist mit einer Platte 20 aus Titan abgedeckt (F i g. 2). Die Stromträger oder Heber 9 aus Titan oder mit Titan überzogenem Metall sind am Unterteil der Zelle permanent befestigt. Die Basisflansche 21 der Titanheber oder Stromträger 9 sind an die Titanplatte 20 angeschweißt.

Zwei Querarme 22 aus Titan sind an jeder Seite eines jeden Stromträgers 9 angeschweißt. Mindestens zwei vertikale Kontakte 23 aus Titan (vorzugsweise an der Kontaktoberfläche mit Platin platiert) sind auf den beiden Querarmen 22 angeschweißt.

Die Querarme 22 sind ferner mit Führungen 24 versehen, um geeignete Spreizelemente oder Halteelemente (nicht dargestellt) einsetzen zu können.

F i g. 3 zeigt einen Stromträger 9 im Aufriß (teilweise geschnitten), der vorzugsweise aus einem Kupferkern 25 und einem Titanmantel 26 besteht. Der Kupferkern 25 ist direkt an das Unterteil 1 der Zelle über die Schweißung 37 angeschweißt. Die Basisflansche 21 aus Titan sind an der Titanplatte 20, welche das Unterteil 1 abdeckt, angeschweißt. Ein Titandeckel 27, der an das obere Ende des Stromträgers angeschweißt ist, vervollständigt den Schutz des Kupferkerns vor Korrosion.

Die Querarme 22 sind aus geeignet geformten Titanplatten hergestellt. Sie sind paarweise auf gegenüberlie- genden Mantellinien an dem zylindrischen Stromträger 9 angeschweißt. Die Kontakte 23 sind aus einer Titanplatte gebildet, die vorzugsweise auf der Kontaktoberfläche mit Platin plattiert ist und an die Querarme 22 (aus Titan) angeschweißt oder mit diesen einstückig ausgebildet ist. Die Arme 22 erstrecken sich vorzugsweise von angenähert dem Oberteil bis angenähert dem Unterteil der Anodenplatten 7, welche lose auf dem Unterteil der Zelle aufgestützt sind.
F i g. 4 stellt eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines Teils der Elektroden der Zelle nach der in den F i g. 1 bis 3 erläuterten Konstruktion dar. Die Kathodenhohlfinger 4 aus Metallsieb, welches mit dem Diaphragma (nicht dargestellt) überzogen ist und mit dem Diaphragma-überzogenen Seitengitter 5 in Verbindung stehen, sind ebenfalls darstellt.

Die Anoden 7, die vorzugsweise aus gereckten Titanplatten gefertigt sind, welche mit einem elektrokatalytischen Überzug versehen sind, ruhen lose auf der Titanplatte 20, welche das Unterteil der Zelle abdeckt und werden durch die Querarme 22, die vorzugsweise unter Federspannung stehen, gegen die Kathodendiaphragmen gedrückt. Abnehmbare Abstandshalter 28 aus inertem Material sind zwischen die Anoden 7 und das Diaphragma eingesetzt, um den gewünschten Abstand der Anoden vom Diaphragma zu schaffen. Die Kontakte 23, die an die Querarme 22 angeschweißt sind, welche wiederum an die Stromträger 9 geschweißt sind, stehen mit den Anoden 7 in Kontakt und legen positives Potential an die Anoden.

F i g. 5 stellt eine Aufsicht auf die Elektroden der Zelle gemäß Fig.4 dar. Die Hohlsiebkathodenfinger 4 sind mit dem Diaphragma 29 überzogen. Abstandshalter 28 aus inertem Material (beispielsweise aus Teflon) sind

rittlings auf den Kathoden eingesetzt, um den gewünschten Abstand zwischen den Anoden und den Diaphragmen zu halten. Die Querarme 22, an denen die Kontakte 23 (welche vorzugsweise aus Titan, das mit einem Metall der Platingruppe plattiert wurde, hergestellt sind) angeschweißt sind, sind an den Stromträgern oder Hebern 9 angeschweißt. Während der Montage der Zelle werden die Querarme 22 durch Halteelemente 30 aus Stahl oder anderem Material in zurückgebogener Position (unterbrochene Linien in den Fig.5 bis 10) gehalten. Nachdem die Anoden 7 in die Zelle eingesetzt wurden, werden die Halteelemente 30 aus den Führungen 24 herausgenommen, vorzugsweise dadurch, daß man die Halteelemente aus dem Zellengehäuse nach oben herauszieht. Aufgrund ihrer Elastizität drücken die Arme 22 über die Kontakte 23 die Anoden 7 gegen die Abstandshalter 28. Hierdurch wird eine perfekte Positionierung der Anoden und gleichzeitig die Verteilung des elektrischen Stroms durch die Kontakte 23 an die Anoden sichergestellt.

F i g. 6 zeigt eine alternative Konstruktion des Energieversorgungssystems der Anoden der Zelle. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontakte 23 einstückig mit den Querarmen 22 ausgebildet. Diese sind vorzugsweise aus einzelnen Titanplatten geformt und dann auf die Stromträger 9 aufgeschweißt. Die Kontakte 23 sind dadurch gebildet, daß die Querarme 22 geeignet geformt sind, und die Oberflächen der Kontakte 23 sind vorzugsweise mit einem Metall der Platingruppe plattiert, so daß ein guter elektrischer Kontakt mit den Anoden gebildet wird. Bei dieser Erläuterung ist die zurückgebogene Position der Querarme durch unterbrochene Linien dargestellt. Nachdem die Anoden 7 in die Zelle eingesetzt worden sind, werden die Arme 22 durch Einsetzen sich verjüngender Spreizelemente 31, die vorzugsweise aus Titan bestehen, in die Führungen 33 der Querarme auseinandergespreizt.

F i g. 7 ist eine Aufsicht auf eine weitere alternative Konstruktion des Energieversorgungssystems an die Anoden der Zelle. Hierbei sind die Querarme 22 aus einzelnen Titanplatten geformt, welche an den Stromträgern 9 angeschweißt sind. Diese bestehen aus einem röhrenförmigen Kupferkern, der mit Titan überzogen ist. Die Kontaktoberflächen 23 sind in den Querarmen durch Umbiegen der Titanplatte entlang ihrer gesamten Höhe ausgebildet, wobei sich eine keilförmige, konkave Oberfläche bildet, die so ausgelegt ist, daß sie mit einer gleichen konvexen Oberfläche 23Λ, die durch gleiches Biegen der Anoden 7 gebildet ist, zusammenpaßt. Die Kontaktoberlächen 23 und 23A sind mit einem Oberzug aus einem Metall der Platingruppe oder einem Metalloxid der Platingruppe oder anderem nicht passivierbarem Material versehen. Die durch die unterbrochenen Linien in zurückgebogener Position dargestellten Querarme 22 werden durch Einsetzen der keilförmigen Spreizelemente 31 auseinandergespreizt, so daß die Anoden 7 durch die Oberflächen der Kontakte 23 an die angrenzenden Hohlkathodendiaphragmen gedrückt werden und hierdurch Strom an die Anoden übertragen wird.

F i g. 8 stellt eine Aufsicht auf ein weiteres Beispiel dar, auf welche Weise die Anoden zu den Kathoden bewegt werden können, sowie für das Energieversorgungssystem für die Anoden. In diesem Beispiel weisen die an die Stromträger 9 angeschweißten Querarme 22 je vier vertikale Kontakte 23 auf, die voneinander in Abstand gehalten sind, um Strom an die Anoden 7 anstelle von zwei Linien, wie bei den vorstehenden Ausführungsformen erläutert, entlang von vier parallelen, vertikalen Linien zu leiten. Die Arme 22 sind durch Einsetzen keilförmiger Spreizelemente, die den Spreizelementen 31 der Fig. 7 entsprechen, in Schlitze, die für diesen Zweck vorgesehen sind, auseinandergespreizt.

F i g. 9 stellt eine Aufsicht auf eine andere Konstruktion der Spreizvorrichtung und des Energiezuführungssystems für die Anoden dar. Wie bei der vorherigen Ausführungsform sind die Querarme 22 mit vier vertikalen Kontakten 23 versehen, die jeweils in gleichem Abstand voneinander entlang den Armen 22 angeordnet und mit Platin-plattierten Kontaktbereichen versehen sind. Das Spreizsystem der Arme 22 besteht aus zwei oder mehreren röhrenförmigen Elementen 32 (die vorzugsweise aus einem inerten Material, wie Titan oder geeigneten Kunststoffmaterialien gefertigt sind), mit ovalem Querschnitt, welche in geeignete Sitze 33 eingesetzt sind, die dadurch gebildet sind, daß die Querarme 22 in geeigneter Weise ausgeformt sind. Nachdem die Anoden 7 in die Zelle eingesetzt worden sind, werden die Halteelemente 30 abgezogen und die röhrenförmigen Elemente 32 in ihren Sitzen 33 gedreht, um sie mit ihren Hauptachsen senkrecht zu den Anoden 7 zu positionieren. Hierdurch werden die Querarme 22 noch weiter aufgespreizt und drücken die Kontakte 23 gegen die Anoden 7. Diese liegen an geeigneten Abstandshaltern

28 an, die auf der äußeren Oberfläche des Diaphragmas

29 angeordnet sind, welches die Kathodenfinger 4 überzieht.

F i g. 10 ist eine Aufsicht auf eine nicht ganz so bevorzugte Ausführungsform des Energiezuführungssystems an die Anoden der Zelle. Bei dieser Ausführungsform sind die Anoden 7 mit mindestens zwei Titanansät/.en 34 versehen, welche in vertikaler Position auf der Rückseite der Anoden angeschweißt sind. Diese Titanansät/.c 34 sind mit einer trapezoidalen oder äquivalent geformten Führung versehen. Gleiche vertikale Titanansätzc 35 sind an den Querarmen 22 angeschweißt. Man verwendet Schwalbenschwanzgleiter 36 aus Titan, um die Anöden 7 mit den Querarmen 22 fest zu verbinden. Alle Kupplungsoberflächen der Führungen 34 und der Titangleiter sind vorzugsweise mit einem Überzug aus nicht passivierbarem Metall versehen. Sie sind vorzugsweise mit einem Metall der Platingruppe, das gegenüber Korrosion resistent ist plattiert, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Anoden und den Armen 22 sicherzustellen. Die in zurückgebogener Position durch die unterbrochenen Linien in der Figur dargestellten Arme 22 werden auseinandergespreizt. Dies erfolgt durch Einsetzen von Spreizelementen. Es kann auch dadurch erfolgen, daß man gegebenenfalls angeordnete Halteelemente abnimmt. In diesem Falle drücken die Ouerarme aufgrund der elastischen Rückfederungskraft die Anoden 7 gegen die Abstandselemente 28, welche auf den durch das Diaphragma 29 überzogenen Hohlkathodenfingern 4 angeordnet sind. In dieser Figur wird der elektrische Kontakt zwischen den Armen 22 und den Anoden 7 durch den Einsatz der Schwalbenschwanzgleiter 36 in die trapezoidalen Führungen der vertikalen Ansätze 34 und 35, welche an den Anoden 7 und an den Enden der Arme 22 angeschweißt sind, hergestellt.

Wenn die Anoden der Ausführungsform gemäß Fig. 10 aus der Zelle herausgenommen werden sollen, entfernt man die Gleiter 36 dadurch, daß man sie nach oben abzieht. Dann drückt man die Arme 22 zueinander, um einen Raum zwischen den zurückgebogenen Armen 22 und den Diaphragmen zu schaffen, wodurch die An-

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öden aus der Zelle frei herausgezogen werden können. Anschließend läßt sich das Zellengehäuse 3, das die mit Diaphragma überzogenen Hohlfinger 4 enthält, ohne weiteres vom Zellenunterteil 1 abheben. Bei den Ausführungsformen der F i g. 5 bis 9 werden die Spreizelemen te 31,32 etc. entfernt oder abgezogen, und die Arme 22 werden wiihrend der Entfernung der Anoden aus der Zelle in zurückgebogener Position gehalten; anschließend wird das Zellengehäuse vom Zellenunterteil abgenommen.

Es liegt auf der Hand, daß mindestens die Kontaktbereiche der beweglichen Kontakte und der passenden Anoden mit einer Schicht aus einem elektrisch leitenden, in der Anolytumgebung nicht passivierbaren Material überzogen sein müssen. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß nach den industriell durchgeführten Überzugsverfahren die löcherigen Anoden normalerweise auch auf ihrer rückwärtigen Oberfläche (d. h. der von der gegenüberliegenden Kathode abgewandten Oberfläche) mit dem elektrisch leitenden, katalytischen und nicht passivierbaren Überzug versehen werden und daher keine andere spezielle Behandlung der Kontaktflächen benötigen. Dagegen kann der Kontaktbereich der beweglichen Kontakte vor dem Zusammenbau mit einer Schicht aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung davon, sowie mit einer Schicht aus einem anderen elektrisch leitenden und nicht passivierbaren Material, beispielsweise derselben Zusammensetzung, die zum Überziehen der dimensionsstabilen Anoden verwendet wird, überzogen werden.

Der in der vorliegenden Anmeldung gebrauchte Begriff »Diaphragma« soll poröse Diaphragmen und Membranen umfassen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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45

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55

60

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Monopolare Elektrolysezelle mit einem leitfähigen Unterteil, darauf einem Zellengehäuse, das in Abstand gehaltene, mit einem Diaphragma überzogene Hohlkathoden enthält, einem Zellenoberteil, positiven Anschlüssen für das Unterteil, negativen Anschlüssen für das Zellengehäuse, in Abstand gehaltenen Stromträgern, die mit dem Zellenunterteil elektrisch verbunden sind und sich von diesem nach oben zwischen die Kathoden erstrecken, biegsamen, stromführenden Querarmen auf den Stromträgern und flachen mit einem elektrokatalytischen Oberzug versehenen Ventilmetallanoden, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Ventilmetallanoden (7) lose zwischen den Stromträgern (9) und den flachen Hohlkathoden (4) auf dem Zellenunterteil (1) stehen und durch federnd gelagerte Kontakte (23), die sich zwischen den flachen Ventilmetallanoden (7) und den biegsamen, stromführenden und an den Stromträgern (9) befestigten Querarmen (22) befinden, gegen die Hohlkathoden (4) gepreßt werden, so daß die leitende Verbindung zwischen den stromführenden Querarmen (22) und den Ventilmetallanoden durch die federnd gelagerten Kontakte (23) hergestellt und auch wieder unterbrochen werden kann.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmetallanoden (7) aus gereckten Ventilmetallplatten geformt sind oder aus einer gereckten Siebkonstruktion bestehen.

3. Zelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vevitilmetallanoden (7) mit einem elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzug aus Metallen der Platingruppe und deren Oxiden oder aus Oxiden von Metallen der Platingruppe und von Ventilmetallen versehen sind.

4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Diaphragma überzogenen Hohlkathoden (4) mit isolierenden Abstandshaltern (28) versehen sind, gegen die die flachen Ventilmetallanoden (7) durch die biegsamen Querarme (22) gepreßt werden.

5. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Querarme (22) durch die Elastizität der Arme gespreizt sind.

6. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Querarme (22) durch Spreizelemente (31) gespreizt sind.

7. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (23) auf den Querarmen (22) und die Ventilmetallanoden (7) Kontaktoberflächen aufweisen, die mit einem elektrisch leitenden und nicht passivierbaren Oberzug versehen sind, der aus einem Material, ausgewählt unter Metallen der Platingruppe, deren Legierungen und/oder deren Oxiden, besteht.