DE3117483A1 - Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Elektrolyse-Zelle

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyse-Zelle mit einem Gehäuse, mit einem Einlaß und einem Auslaß für den durchströmenden Elektrolyten, in welchem Monopolare1ektroden angeordnet sind, wovon jede aus auf einem gemeinsamen Träger befestigten, parallel angeordneten Platten besteht, wobei die Elektroden so gegeneinander versetzt sind, daß die Platten der einen Polarität in die zwischen den Platten " ir anderen Polarität gebildeten Spalte hineinragen und mindestens ein Mittelelektrodenpaket einer Polarität mit mittiger Stromzufuhr zwischen jeweils 2 Elektrodenpaketen der anderen Polarität angeordnet ist.

Nach der DE-AS 26 45 121 ist eine Monopolarzelle der eingangs genannten Gattung bekannt, die vom Elektrolyten vertikal durchströmt wird und worin eine Vielzahl von Elektrodenplatten monopolar, vertikal angeordnet sind. Die beiden äußeren Elektrodenpakete sind mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden und somit als Kathoden geschaltet. Diese äußeren Elektrodenplatten sind senkrecht auf 2 Trägerplatten, die gleichzeitig 2 Seitenwände der Zelle darstellen, äquidistant und untereinander parallel befestigt. Die inneren Elektrodenplatten, die das Mittelelektrodenpaket darstellen, sind mit dem positiven Pol eine Stromquelle verbunden und sind somit als Anode geschaltet.

Die einzelnen Anodenplatten sind rechteckig und besitzen 2 in der Mittelachse symmetrisch angeordnete kreisförmige Aussparungen. Die Anodenplatten sind an zwei die Aussparungen durchdringenden Hülsen äquidistant, untereinander parallel und senkrecht zu den Längsachsen der Hülsen befestigt. Die Kathodenplatten sind rechteckig und besitzen an ihrer freien Längskante 2 halbkreisförmige Aussparungen, die so angeordnet sind, daß die Hülsen von dem an den beiden gegenüber liegenden Trägerplatten befestigten

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Kathodenplatten, bis auf eine schmalen Ringspalt umschlossen werden.

Während sämtlich Kathodenteile aus Stahl bestehen, bestehen sämtliche Anodenteile aus Titan. Die Anodenplatten sind ein- bzw. beidseitig mit einer üblichen Aktivierungsschicht beschichtet.

Die Anodenplatten sind auf einem oder vorzugsweise mehreren Gewindestäben aufgereiht und mittels Gewindehülsen und entsprechenden Gewinderingen verspannt. Nach einer Ausgestaltung des Mittelelektrodenpaketes weisen die Gewindehülsen ringförmige Erhebungen auf, mit denen die Anodenplatten mit entsprechendem Bohrungsdurchmesser verschweißt werden.

Die Elektrolyse-Zelle der bekannten Art weist einen problemlosen Aufbau der Kathodenplatte auf, ist jedoch hinsichtlich der Anodenplatten, d.h. des Mittelelektrodenpaketes mit einigen Nachteilen behaftet. So besteht das Mittelelektrodenpaket aus einer Vielzahl von verschraubten Teilen mit mehr oder minder exakten Stromkontaktstellen, die anfällig für Korrosionen sind und damit zu erhöhten Widerständen und Spannungsverlusten führen. Die langen Gewinde und teilweise dünnen Wandstärken der Gewindehülse sind fertigungstechnisch aufwendig und wenig verwindungssteif. Die konzentrische Zuführungen des Stromes durch beispielsweise 2 oder 3 Stromzuführungsbolzen bringt zwangsläufig eine ungünstige Stromdichteverteilung auf die rechteckigen Elektrodenplatten mit sich. Die Ausführungsform der verschweißten Elektrodenplatten an der Gewindehülse mit Erhebungen führt wegen der mehrfachen konzentrischen Schweißnähte leicht zu Verwerfungen der Anodenplatten und damit zu ungleichmäßigen Abständen zu den einzelnen Kathodenplatten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des Mittelelektrodenpaketes zu vereinfachen und eine gleichmäßigere Stromverteilung von dem Stromzufuhrungslement her zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrolyse-Zelle der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Elektrolyse-Zelle der erfindungsgemäßen Art hat wesentliche Vorteile. So gibt es im Mittelelektrodenpaket keine Verschraubungen mehr und damit keine lösbaren bzw. verschraubbaren Kontaktstellen. Eine Widerstandsänderung und damit Spannungsverlust durch korrodierende Kontaktstellen tritt nicht mehr auf. Die Zahl der herzustellenden und durch Spanabhebung geformten Teile vermindert sich drastisch. Der Stromfluß von der einzigen Stromführungsplatte in die Anodenplatten ist gleichmäßig, und es kommt an keiner Stelle zu erhöhter Stromdichte.

Die Zelle der erfindungsgemäßen Art läßt sich kostengünstig herstellen, ist weniger störanfällig und erbringt wegen vermindertem Spannungsabfall eine bessere Energieausbeute.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie weitere, damit erzielbare Vorteile werden im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung und den Unteransprüchen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, teils in Seitenansicht, teils im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3.

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Elektrolysezelle nach Fig. 1 Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1

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Die Elektrolyse-Zelle, Figur 1, besteht aus einem Zellengehäuse aus Titan mit einem sich pyramidenstumpfförmig verjüngendem Boden 2 und einem sich pyramidenstumpfförmig verjüngendem Deckel 3. Der Boden endet nach unten in einem Einlaufstutzen 4. Der Deckel endet nach oben in einem Auslaufstutzen 5 für den Electrolyten, der die Zelle vertikal von unten nach oben durchströmt. Am Einlaufstutzen 4 und am Auslaufstutzen 5 befindet sich je ein Flansch 6 zum Anflanschen von Zu- und Ableitungen für den Elektrolyten bzw. die Elektrolyseprodukte. Innerhalb des Zellengehäuses 1 sind drei Elektrodenpakete 7, 8, 9 angeordnet, wovon zwei der selben Polarität angehören. Die beiden äußeren Elektrodenpakete I₁ 8 sind mit Hilfe von Stromzuleitungen 10, in Fig. 2 und 3 aus Kupfer mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden und, somit als Kathoden geschaltet, während das zwischen den beiden Kathoden 7, 8 angeordnete Mittelelektrodenpaket 9 über Stromzuleitungen 12 mit dem positiven Pol der Spannungsguelle verbunden und damit als Anode geschaltet ist.

Das Mittelelektrodenpaket 9 stellt ein kompaktes Anodenpaket dar, das aus einer Vielzahl einzelner Anodenplatten 13 auf einer Stromzuführungsplatte 14 zusammengesetzt ist. Auch die Kathodenpakete 7, 8 sind aus mehreren einzelnen Kathddenplatten 15 aufgebaut. Die Kathodenplatten sind senkrecht auf einer Seite je einer Trägerplatte 16 äquidistant untereinander parallel befestigt. Die Trägerplatten 16 stellen gleichzeitig die Seitenwände des Zellengehäuses 1 dar. Sie sind mit den übrigen Teilen des Zellengehäuses 1 flüssigkeitsdicht aber elektrisch isoliert verbunden. An den Außenseiten der Trägerplatten 16 sind die Stromzuleitungen 10, 11 befestigt. Alle übrigen Teile des Zellengehäuses 1 stehen mit dem Anodenpaket 9 in elektrischer Verbindung.

Die einzelnen Anodenplatten 13 sind rechteckig und mit ihrer Längsseite an der Stromzuführungsplatte 14 angeschweißt. Ihr

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Abstand ist derart, daß die Kathodenplatten 15 mit dem erforderlichen Zwischenabstand hineinpassen. Die Kathodenplatten sind an ihrer Innenlängsseite ebenfalls gerade, ohne jegliche Aussparung. Die Stromzuführungsplatte 14 geht in voller Höhe der Elektroden durch die Elektrolyse-Zelle hindurch, d.h., beim Übergang des Stromes von der Stromzuführungsplatte auf die Elektroden findet keine Stromeinschnürung, d.h. kein Anstieg der Stromdichte statt.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Seite der Wand 17 ebenfalls aktiviert, so daß eine weitere Anodenseite dazugenommen wird.

Während sämtliche Kathodenteile aus Stahl bestehen, bestehen sämtliche Anodenteile aus Titan. Die Anodenplatten sind ein- bzw. beidseitig mit einer üblichen Aktivierungsschicht beschicht. Die Stromzuführungsplatte ist eine Kupferplatte, die teilweise mit Titan plattiert ist, und zwar in ihrem gesamten inneren in der Zellen angeordneten Teil. An der Wanddurchführung ist die Titanbeschichtung mit dem Gehäuse verschweißt und flüssigkeitsdicht angebracht. Außerhalb des Gehäuses wird die Stromzuführungsplatte an ein oder mehrere Stromleiter angeschlossen.

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Claims (6)

UHDE GmbH, DORTMUND : - -" - *- : - - -"'- "- eigenes Zeichen 10 091 Patentansprüche

1. Elektrolysezelle mit einem Gehäuse, mit einem Einlaß und einem Auslaß für den durchströmenden Elektrolyten, in welchem Monopolarelektroden angeordnet sind, wovon jede aus auf einem gemeinsamen Träger befestigten, parallel angeordneten Platten besteht, wobei die Elektroden so gegeneinander versetzt sind, daß die Platten der einen Polarität in die zwischen den Platten der anderen Polarität gebildeten Spalte hineinragen und mindestens ein Mittelelektrodenpaket einer Polarität mit mittiger Stromzufuhr zwischen jeweils zwei Elektrodenpaketen der anderen Polarität angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelelektrodenpaket (9) besteht aus einer Vielzahl von Elektrodenplatten (13) und aus einer Stromzuführungsplatte (14) im wesentlichen mit der Länge der Elektrodenplatten und der Breite der Elektrolysezelle, daß die Elektrodenplatten

(13) mit einer Längsseite kammartig auf die Stromzuführungsplatte (14) verschweißt sind und daß die Stromzuführungsplatte

(14) mit einer Wandseite (17) des Zellengehäuses (1) verbunden ist, daß die Wandseite (17) außen mindestens eine Stromzuleitung (12) aufweist.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsplatte (14) die Wandseite (17) durchdringt und die Stromzuführungsplatte (14) außen mindestens eine Stromzuleitung (12) aufweist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsplatte nach außen über die Wandseite (17) des Zellengehäuses herausragt und mehrere Stromzuleitungen (12) aufweist.

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4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsplatte (14) mindestens im Bereich des Zelleninneren eine plattierte Kupferplatte ist, derart daß alle vom Elektrolyt benetzten Teile geschützt sind.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsplatte (14) an der Gehäusedurchdringung mit dem Gehäuse (1) dicht verschweißt ist.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandseite (17) innen aktiviert ist und damit eine zusätzliche Elektrodenfläche geschaffen ist.

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