DE69609841T2

DE69609841T2 - Elektrochemische zelle

Info

Publication number: DE69609841T2
Application number: DE69609841T
Authority: DE
Inventors: Vitold Michailovic Bakhir; Jury Georgievic Zadorozny
Original assignee: Individual
Current assignee: Elektro-Chemical Technologies Ltd Newton Wa Ie
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: ATE195496T1; BG62784B1; BG102122A; DE69609841D1; DK0842122T3

Description

Diese Erfindung betrifft chemische Technologie und insbesondere elektrochemische Zellen zum Behandeln von Wasser und/oder wässrigen Lösungen und kann für die elektrochemische Einstellung saurer-alkalischer Eigenschaften, des Oxidations-Reduktionspotentials (ORP) und der katalytischen Aktivität von Wasser und/oder wässrigen Lösungen verwendet werden, wie in der elektrochemischen Herstellung verschiedener Produkte durch die Elektrolyse von wässrigen Lösungen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:

Auf dem Gebiet der angewandten Elektrochemie werden verschiedene elektrolytische Vorrichtungskonstruktionen entweder zur Behandlung von Wasser und/oder wässrigen Lösungen oder zur Herstellung verschiedener Produkte verwendet. Zum Beispiel gibt es elektrolytische Vorrichtungen mit flachen, gegen das Diaphragma gepresste Elektroden (siehe das Gutachten des Autors USSR Nr. 882944, 1979) oder elektrolytische Vorrichtungen mit koaxialen zylindrischen Elektroden und einem keramischen Diaphragma zwischen ihnen (siehe veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. I-104387, 1989).
Jedoch sind die elektrolytischen Modulvorrichtungen die fortschrittlichsten, weil sie die benötigte Produktionskapazität durch Verbinden der notwendigen Anzahl an Modulen bereitstellen. Dieses senkt die Konstruktions- und Herstellungskosten der elektrolytischen Vorrichtungen, die abhängig sind von der benötigten Kapazität und hilft auch, die Teile zu vereinheitlichen und senkt die Zeit zum Zusammenbauen und Auseinanderbauen solcher elektrolytischer Vorrichtungen.
Am ähnlichsten hinsichtlich der technischen Konstruktion und des erreichten Ergebnisses ist eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung, die durch das Modulprinzip ausgeführt wird, das elektrochemische Zellen verwendet, die koaxiale zylindrische Elektroden und Stabelektroden und ein koaxiales keramisches Ultrafiltrationsdiaphragma, hergestellt aus Materialien, die Zirkonium, Aluminium und Yttriumoxide als ihren Grundstoff verwenden, enthalten (siehe US-PS 5 427 667). Der technische Weg der Wasserbehandlung wird als ein Prototyp gewählt.
Die Stabelektrode wird mit veränderbaren Abschnitten in dem Prototyp hergestellt und der Durchmesser ihrer Stiftenden beträgt 0,75 des Durchmessers ihres mittleren Abschnittes. Dies erlaubt die Verbesserung des hydraulischen Betriebs. Zusätzlich sind die Grössenordnungen der Elektroden und des Diaphragmas in der Formel spezifiziert, was ihren gegenseitigen Austausch limitiert.
Im dem Prototyp sind die Stabelektroden und zylindrischen Elektroden sowie das Diaphragma an speziellen dielektrischen Hülsen mit Kanälen für das behandelte Wasser, das zugeführt und aus der Stabelektrodenkammer entnommen werden soll, befestigt. Es gibt Kanäle auf der seitlichen Oberfläche auf den oberen und unteren Teilen der zylindrischen Elektrode, um behandeltes Wasser zuzuführen und aus der Kammer der zylindrischen Elektrode zu entnehmen. Wasser wird behandelt, während es die Zellkammern von unten nach oben durchläuft.
Vorrichtungen für die benötigte Produktionskapazität werden mit einer Anzahl von Zellen durch Verwenden spezieller Kollektoren zusammengesetzt, die entweder als ein monolithisches Detail oder als spezielle getrennte Blöcke für eine Zelle hergestellt und mit Verbindungs- oder Abdichtungsstücken versehen sind. Die Reihenfolge, in der die Elektroden mit den Polen der Stromquelle verbunden sind, hängt von der Art der gewünschten Anwendung ab.
Der Prototyp behandelt Wasser oder wässrige Lösungen effizient bei niedrigem Energieverbrauch. Der Prototyp ist genügend einfach in der Anwendung beim Zusammenbau und Auseinanderbau.
Jedoch hat der Prototyp Nachteile. Spezielle Kollektoren vergrössern die Grösse der Vorrichtung, verringern seine hydraulische Beständigkeit und erfordern die Verwendung leistungsstärkerer Pumpen. Er benötigt auch eine Vielzahl an Verbindungsstücken und Abdichtungen dafür. Der Prototyp arbeitet aufgrund seiner baulichen Merkmale unter der unterschiedlichen Polarität der Elektroden nicht effektiv. Wenn beispielsweise die Stabelektrode als Anode arbeitet, wird die Beschichtung an Übergangsstellen vom Mittelstück zu den Stiftenden schnell abgetragen (nicht eingeschlossen die Löcher, deren Anteil an den Oberflächen klein ist). Jedes der verbleibenden Übergangsstücke ist in dem Feld der zylindrischen Elektrode und unterliegt dem intensiven Einfluss eines elektrischen Feldes mit hoher Intensität (Konzentration des Feldes an den Stellen wechselnder Form). Es ist nicht möglich, das Füllen mit Gas der behandelten Lösung in dem Prototyp zu kontrollieren. Die Prototypvorrichtung ist auch in der Herstellung kompliziert, weil strikte Koaxialität für alle Details und das Diaphragma benötigt werden. Das Fixierungssystem für die Stabelektrode zeigt Schwierigkeiten in der Herstellung aufgrund der ringförmigen Vertiefung auf der inneren Oberfläche der Hülsenkanäle und Anbringen von Dichtungen in ihnen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das Zelldesign zu Vereinfachen und es zu ermöglichen, die benötigte Menge an Zellen in einem kleineren Raum unterzubringen; Vereinfachung des Fixierungssystems für die Elemente der Zelle; Verbesserung der Zuverlässigkeit und Erhöhung der Lebensdauer der Zelle aufgrund von Beseitigen des Einflusses eines gekrümmten elektrischen Feldes im Raum zwischen den Elektroden, sowie Ausdehnung der funktionalen Fähigkeiten für die Zelle durch Ermöglichen, dass der Einfluss der Gasfüllung der Elektrolyte auf den elektrochemischen Prozess eingestellt wird.
Diese Aufgabe kann gelöst werden, wenn die elektrochemische Zelle zum Behandeln von Wasser und/oder wässrigen Lösungen aus vertikalen, zylindrischen, koaxialen Teilen hergestellt wird, wie eine innere Elektrode mit variablen Querschnitten (der Durchmesser ihres Stiftendes ist nicht mehr als 0,75 mal der Durchmesser des mittleren Teils), einer äusseren Elektrode und eines koaxialen, aus Keramik bestehenden Diaphragmas (hergestellt aus Materialien, die als ihren Grundstoff Zirkoniumoxide mit Additiven von Aluminium- und Yttriumoxiden aufweisen), welches den Zwischenelektrodenraum in den Elektrodenkammern trennt. Die Elektroden sind aus einem Material hergestellt, das während der Elektrolyse unlöslich ist. Die äussere Elektrode wird in eine untere und obere dielektrische Hülse montiert. Darüber hinaus gibt es Einschnitte an den Stossenden der oberen und unteren Hülsen, und die Zelle enthält obere und untere dielektrische Kollektorköpfe, die einen axialen Kanal besitzen. Darüber hinaus sind die Köpfe in den Einschnitten der Hülsen mit der Fähigkeit zu drehen installiert. Das Diaphragma wird durch elastische Dichtungen befestigt, die in den Einschnitten der Hülsen montiert sind. Der Durchmesser des mittleren Abschnittes des inneren Elektrode wird durch folgende Formel definiert:
2M < D < 4M
wobei: D = Durchmesser des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode in mm und
M = Abstand zwischen den Elektroden in mm
Abhängig von der Ausführung und Polarität der Elektroden kann die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode entweder kürzer als die Länge der äusseren Elektrode gemäss dem Wert 2M oder länger als die Länge der äusseren Elektrode gemäss dem Wert von nicht weniger als 2M sein. Der bevorzugte Abstand zwischen den Elektroden ist 2,8 bis 3,3 mm. Die innere Elektrode wird innerhalb der Köpfe durch elastische Dichtungen befestigt, die in den axialen Kopfkanälen montiert sind. Der Zweck der Kanäle in den unteren und oberen Köpfen und in den unteren und oberen Hülsen besteht darin, das/die behandelte Wasser und/oder Lösung in die inneren und äusseren Kammern der Elektroden zuzuführen und zu entnehmen. Die Kanäle reichen bis zu den lateralen Oberflächen und sind mit Auslässen versehen. Die Länge der äusseren Elektrode kann von 50 bis 240 mm, abhängig von der Anforderung, verändert werden.
Materialien für die Elektroden können aus bestehenden Quellen ausgewählt werden, und die Wahl hängt von den Bedingungen und Anforderungen für das Design der Vorrichtung ab. Sollte das Wechseln der Polarität der Elektroden nicht benötigt werden, können Titanelektroden, beschichtet mit Titandioxid oder Rutheniumoxid, oder Titanelektroden, beschichtet mit Edelmetallen oder Manganoxid oder Zinnoxid oder Kobaltoxid, als Anode verwendet werden. Poliertes Titan oder poliertes Tantal oder poliertes Zirkonium, beschichtet mit Pyrographit oder Glaskohlenstoff oder anderen Beschichtungen, können als eine Kathode verwendet werden. Wenn Wechseln der Polarität der Elektroden benötigt wird, können Titanelektroden, beschichtet mit Platin oder Platiniridium, verwendet werden. Es ist möglich, verschiedene Kombinationen der oben aufgelisteten Materialien oder anderer in angewandter Elektrochemie bekannte Materialien zu verwenden.
Das Diaphragma der elektrochemischen Zelle ist aus Keramiken aus Zirkonium-, Aluminium- und Yttriumoxiden hergestellt und kann Additive, wie Nioboxid, Tantaloxid, Titanoxid, Gadoliniumoxid, Hafniumoxid und andere, enthalten. Abhängig von der Anwendung kann das Diaphragma zur Ultrafiltration, Mikrofiltration oder Nanofiltration hergestellt sein. Die Formen des Diaphragmas können unterschiedlich sein. Das Diaphragma kann ein Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) und einer gleichen Wanddicke von 0,4 bis 0,8 mm entlang der gesamten Länge des Diaphragmas sein. Das Diaphragma kann in der Zelle entweder mit seinem dicken Ende nach unten oder mit dem dicken Ende nach oben eingebaut werden.
Die äussere (oder innere) Oberfläche des Diaphragmas kann auch als ein Zylinder hergestellt werden, mit der verbleibenden Oberfläche (innere oder äussere), als ein Kegel mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000). In diesem Fall beträgt die Wanddicke des ersten Stossendes 0,4 bis 0,5 mm und die Wanddicke des anderen Stossendes beträgt 0,7 bis 0,8 mm. Das Diaphragma wird so in die Zelle eingebaut, dass das Stossende mit der dicksten Wand entweder nach unten oder nach oben gerichtet ist.
Die äussere und innere Oberfläche des Diaphragmas kann auch als Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) hergestellt werden. Darüber hinaus werden die oberen Enden der Kegel an den entgegengesetzt gelegenen Enden angeordnet und die Wanddicke eines ersten Stossendes beträgt 0,4 bis 0,5 mm und die Wanddicke des anderen Stossendes beträgt 0,7 bis 0,8 mm. Das Diaphragma wird in der Zelle so angeordnet, dass das Stossende mit der dicksten Wand entweder nach oben oder nach unten gerichtet ist.
Die innere und obere Oberfläche des Diaphragmas kann auch als ein Zylinder mit einer Wanddicke von 0,4 bis 0,7 mm hergestellt werden. Die Massabweichung von der geometrisch korrekten Oberfläche des Diaphragmas sollte nicht mehr als 0,05 mm an irgendeinem Ort seiner Oberfläche betragen. Die innere Elektrode ist entweder ein Festkörper oder innen hohl. Die innere Elektrode kann verschiedene Details enthalten, die aus ein oder mehreren Materialien hergestellt sind, und durch verschiedene Verfahren (abhängig von den Materialien) verbunden werden, wie Laserstrahlschweissen, Vakuumschweissen, mechanisches Verbinden und dergleichen. Ein Gewinde ist an den Stiftenden der inneren Elektrode zur Einstellung der Köpfe durch Bedienen von Druckdichtungsscheiben und Muttern.
Verschiedene Kombinationen der Ausmasse der inneren Elektrode können verwendet werden, abhängig von der Anordnung, in der die Elektroden mit den Polen der Stromquelle verbunden werden. Wenn z. B. die äussere Elektrode mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden wird und die innere Elektrode mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden wird, übersteigt die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode die Länge der äusseren Elektrode um einen Wert von nicht weniger als 2M, und die innere Elektrode wird in der Zelle symmetrisch zu der äusseren Elektrode angeordnet. Wenn die äussere Elektrode mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist und die innere Elektrode mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist, ist die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode gleich oder kleiner als die Länge der äusseren Elektrode gemäß einem Wert von 2M, und die innere Elektrode ist in der Zelle symmetrisch zu der äusseren Elektrode befestigt.
Um strenge Koaxialität der Elektroden in der Zelle bereitzustellen, werden verschiedene Varianten zur Befestigung der inneren Elektrode in den axiale Kopfkanälen, abhängig von den Ausmassen der Elektroden, verwendet.
Wenn die Länge der inneren Elektrode die Länge der äusseren Elektrode mit genügender Länge übersteigt, ist der axiale Kopfkanal in dem variablen Querschnitt enthalten, und der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode mit dem dicken Durchmesser bildet einen Dichtungseinschnitt mit den axialen Kopfkanälen, in denen elastische Dichtungen angeordnet sind. Wenn der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode einen Dichtungseinschnitt mit dem axialen Kanal der oberen und unteren Köpfe bildet, sind die elastischen Dichtungen in den Rillen des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode angeordnet. Wenn die innere Elektrode durch Stiftenden befestigt wird, ist der Durchmesser des axialen Kopfkanals gleich dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode; elastische Dichtungen sind in den Rillen der Stiftenden der inneren Elektrode angeordnet; oder axiale Kopfkanäle mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode und mit Ausweitung der Stiftenden; elastische Dichtungen sind in diesen Ausweitungen angeordnet. Ausserdem besitzt die Zelle dielektrische Klemmhülsen, die ebenfalls in dieser Ausweitung angeordnet sind.
Diese Verbesserungen resultieren in einem besseren Funktionieren und einer besseren Zelle. Die Verwendung koaxialer Elektroden und eines Diaphragmas und ihr Einbau in dielektrische Hülsen und Köpfe erlaubt einen optimalen hydraulischen Leistungsbereich und die Vereinfachung der Zellanordnung. Es gibt keine Notwendigkeit, in die äussere zylindrische Zelle Löcher zu bohren, wodurch es einfach gemacht wird, sie herzustellen. Weil es möglich ist, die Köpfe zu drehen und die Auslasspositionen einzustellen, können verschiedene Zellen zusammen kompakt in einer Vorrichtung angeordnet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 2 zeigt eine Version einer Struktur zur Befestigung der inneren Elektrode in den Kollektorköpfen der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 3 zeigt eine zweite Version einer Struktur zur Befestigung der inneren Elektrode in den Kollektorköpfen;
Fig. 4 zeigt eine dritte Version einer Struktur zur Befestigung der inneren Elektrode in den Kollektorköpfen;
Fig. 5 zeigt eine vierte Version einer Struktur zur Befestigung der inneren Elektrode in den Kollektorköpfen;
Fig. 6 zeigt ein erstes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 7 zeigt ein zweites alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 8 zeigt ein drittes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 9 zeigt ein viertes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 10 zeigt ein fünftes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 11 zeigt ein sechstes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 12 zeigt ein siebtes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle;
Fig. 13 zeigt ein achtes alternatives Diaphragmadesign, verwendet in der erfindungsgemässen elektrochemischen Zelle.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:

In bezug auf Fig. 1 umfasst die erfindungsgemässe elektrochemische Zelle eine koaxiale, äussere, zylindrische Elektrode (1), eine innere Elektrode (2) und ein zwischen ihnen befestigtes keramisches Diaphragma (3). Die äussere Elektrode (1) ist fest und luftdicht in der unteren dielektrischen Hülse (4) und oberen dielektrischen Hülse (5) befestigt, die beide Kanäle für die Lieferung in und Abfliessen aus der Kammer der äusseren Elektrode für das behandelte Wasser und/oder die wässrigen Lösungen aufweisen. Die Kanäle reichen bis zur lateralen Oberfläche der Hülsen und sind mit Rohrverbindungen ausgestattet. Der untere dielektrische Kollektorkopf (6) und der oberer dielektrische Kollektorkopf (7) weist Kanäle für das behandelte Wasser und/oder die wässrigen Lösungen auf, das/die in die Kammer der inneren Elektrode (2) zugeführt werden soll oder entnommen werden soll. Die dielektrischen Kollektorköpfe (6, 7) sind mit den dielektrischen Hülsen (4, 5) durch Dichtungseinschnitte verbunden. Die Kopfkanäle reichen ebenfalls bis zur lateralen Oberfläche und sind mit Rohrverbindungen ausgestattet. Es gibt auch axiale Kanäle in den dielektrischen Kollektorköpfen (6, 7). Die Stiftenden der inneren Elektrode (2) treten in die axialen Kanäle ein. Das Diaphragma (3) ist in den dielektrischen Kollektorköpfen (6, 7) durch Dichtungen (8 bzw. 9) abgedichtet, die in den Dichtungseinschnitten zwischen den Hülsen und Köpfen angeordnet sind. Die innere Elektrode (2) ist durch elastische Dichtungen (10, 11) abgedichtet. Es gibt ein Gewinde an den Stiftenden der inneren Elektrode, an denen Druckdichtungsscheiben (12, 13) und Muttern (14, 15) befestigt sind. Anordnung und Abdichtung der Zelle werden durch Verschraubung mit Muttern (14, 15) und Druckdichtungsscheiben (12, 13) der Hülsen und Köpfe, zusammen mit den Stossenden der äusseren Elektrode (1), nach der Festlegung der Kopfposition erreicht.
Die Position und der Typ der elastischen Dichtungen (10, 11) hängt von dem Aufbau der inneren Elektrode ab. Wenn der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode (2) und des axialen Kopfkanals (7) einen Dichtungseinschnitt bilden (Fig. 2) befindet sich die Dichtung (11) in dem Dichtungseinschnitt, d. h. wo die innere Elektrode (2) und der axiale Kanal jeweils ihre Durchmesser ändern. In diesem Fall ist die Dichtung einheitlich belastet, was das Risiko der Deformation reduziert. Die Dichtung (10) ist in dem Kopf (6) ähnlich befestigt.
Wenn der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode (2) und der axiale Kopfkanal (7) einen Dichtungseinschnitt an der Stelle der Verbindungsdurchmesser bilden, hat das obere Teil der Elektrode (2) Rillen für die Dichtung (11) (Fig. 3). Die innere Elektrode (2) ist eine Kombination aus einem hohlen Zylinder (17) und einem Stiftendenfestkörper (18), wie in Fig. 3 gezeigt.
Wenn der Durchmesser des axialen Kopfkanals (7) gleich dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode (2) ist, dann können die Rillen für die Dichtung (11) auf den Endstücken hergestellt sein (Fig. 4); oder der axiale Kopfkanal ist an den Stossenden zur Anbringung der Dichtung (11) und zum Zufügen von Druckdichtungsscheiben weiter (Fig. 5).
Die innere Elektrode ist mit unterschiedlichen Abschnitten hergestellt. Der Durchmesser der Stiftenden der Elektrode ist nicht grösser als 0,75 des Durchmessers des mittleren Abschnittes der Elektrode. Dieses Verhältnis bietet optimale hydrodynamische Eigenschaften und macht es möglich, eine Elektrode in den Köpfen durch verschiedene Wege der Einstellung der elastischen Dichtungen zuverlässig zu befestigen. Die innere Elektrode kann entweder aus einem Zylinderfestkörper oder einem hohlen Zylinder mit Stiftendenfestkörpern hergestellt werden, um eine benötigte Form der Elektrode bereitzustellen. Die Wege zum Verbinden von Teilen können verschieden sein, abhängig von dem verwendeten Material. Entweder können mechanisches Verbinden oder andere Typen von Verbinden, wie Vakuumschweissen oder Laserstrahlschweissen verwendet werden, um Beständigkeit und zuverlässige Leitfähigkeit zu erhalten. Das Verwenden einer hohlen Elektrode reduziert nicht nur das Gewicht der Vorrichtung und spart Materialien, sondern erlaubt auch Arbeit an laufenden elektrochemischen Prozessen durchzuführen, aufgrund von Bedingungsänderungen zur Bildung der Oberflächenladung der Elektrode. Abgesehen davon arbeitet die innere Elektrode als ein Verbindungsteil, da sich ein Gewinde an ihren Stiftenden für Druckdichtungsscheiben und Muttern befindet, die die Zelle zusammenfügen und luftdichtes Abdichten erlauben, sowie Befestigung der Köpfe in der gegebenen Arbeitsposition.
Das Diaphragma ist aus keramischen Materialien hergestellt, basierend auf Zirkoniumoxid mit Additiven von Aluminiumoxid und Yttriumoxid, und das Diaphragma besitzt hohe Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und aggressive Gase, hat eine lange Lebensdauer und ist leicht zu regenerieren. Verschiedene Additive erlauben die Einstellung der Eigenschaften der Diaphragmaoberfläche und haben direkten Einfluss auf den elektrochemischen Prozess, was insbesondere wichtig ist, wenn die elektrochemische Zelle zur Herstellung einiger spezieller Produkte verwendet wird. Das Diaphragma kann aus verschiedenen Materialien entweder als Ultrafiltration, Mikrofiltration oder Nanofiltration hergestellt werden, abhängig von dem zu lösenden Problem.
Die Form des Diaphragmas sowie die Art und Weise der Befestigung des Diaphragmas beeinflusst die Arbeitsbedingungen der Zelle, vergleichbar mit dem Fluss des behandelten Wassers. Das Diaphragma kann viele verschiedene Formen annehmen.
Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, kann das Diaphragma (3) ein Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) und einer gleichen Wanddicke von 0,4 bis 0,8 mm entlang seiner gesamten Länge sein; es kann in der Zelle entweder mit dem dicken Ende nach unten (Fig. 6) oder mit dem dicken Ende nach oben (Fig. 7) eingebaut werden.
Wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, kann die äussere Oberfläche des Diaphragmas (3) als ein Zylinder ausgeführt sein, und die innere Oberfläche des Diaphragmas kann als ein Kegel mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) mit entweder dem dicken Stossende nach unten gerichtet (Fig. 8) oder mit dem dicken Stossende nach oben gerichtet (Fig. 9) ausgeführt sein. Wie in Fig. 10 und 11, kann die innere Oberfläche des Diaphragmas (3) alternativ als ein Zylinder ausgeführt sein, und die äussere Oberfläche des Diaphragmas kann als ein Kegel mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) mit entweder den dicken Enden nach unten gerichtet (Fig. 10) oder den dicken Enden nach oben gerichtet (Fig. 11). In beiden Fällen ist eine Wanddicke des Stossendes 0,4 bis 0,5 mm, die andere Wanddicke des Stossendes ist 0,7 bis 0,8 mm; dabei wird das Diaphragma in der Zelle mit einem Stossende, das die dickere Wand besitzt, entweder nach oben gerichtet oder nach unten gerichtet, angeordnet.
Wie in Fig. 12 und 13 gezeigt, können sowohl die äussere als auch die innere Oberfläche des Diaphragmas (3) auch als ein Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) hergestellt werden. Bei dieser Alternative sind die oberen Enden der Kegel an den entgegengesetzt gelegenen Enden angeordnet und die Wanddicken sind so, dass ein Stossende 0,4 bis 0,5 mm, das andere 0,7 bis 0,8 mm ist. Das Diaphragma wird in der Zelle mit einem Stossende, das die dickere Wand besitzt, entweder nach unten (Fig. 12) oder nach oben (Fig. 13) gerichtet, angeordnet. Das Verwenden eines Diaphragmas mit einem niedrigeren Konizitätswert liefert keine unterschiedlichen Ergebnisse im Vergleich mit einem zylindrischen Diaphragma. Wenn ein Diaphragma mit einem höheren Konizitätswert verwendet wird, ebenso wie ein Diaphragma mit vergrösserter Wanddicke, ist es notwendig, die Ausmasse der Zelle zu verändern und den Zwischenelektrodenabstand zu vergrössern, was in einer Erhöhung des Stromverbrauchs für den elektrochemischen Prozess resultiert. Eine Wanddicke, die geringer ist als die oben erwähnte, erhöht die Sprödigkeit des Diaphragmas und verringert seine Lebensdauer, was es schwieriger macht, die Zelle zusammen- und auseinanderzubauen. Es ist möglich, den elektrochemischen Prozess durch Verwenden eines Diaphragmas mit variablen Profilen einzustellen. Zum Beispiel wird ein Diaphragma so in die Zelle eingebaut, dass der Querschnitt der Kammer vom unteren bis zum oberen Teil der Zelle für die Verfahren mit grosser Gasentwicklung vergrössert wird. Alternativ wird das Diaphragma so in die Zelle eingebaut, dass der Querschnitt der Kammern vom unteren bis zum oberen Teil verringert wird, um in dem oberen Teil der Zelle das Füllen mit Gas zu verhindern und die Intensität der elektrochemischen Behandlung der Lösung in dem letzten Teil der Zelle zu reduzieren. Das Verwenden von Diaphragmas, die ein variables Profil für nur eine Kammer bereitstellen (eine Oberfläche ist ein Kegel und die andere Oberfläche ist ein Zylinder), erlaubt einen Unterschied im Volumen der Gasentwicklung der beiden Kammern während des Prozesses. Davon abgesehen können solche Diaphragmas (ebenso wie die Diaphragmas, die sowohl auf der äusseren als auch inneren Oberfläche Kegel sind und die Spitzen der Kegel entgegengesetzt gerichtet sind) für die Behandlung von Lösungen, die in Qualität und Gehalt unterschiedlich sind, in Elektrodenkammern von Zellen verwendet werden.
Sowohl die innere als auch die äussere Oberfläche des Diaphragmas kann als Zylinder mit einer Wanddicke von 0,4 bis 0,7 mm hergestellt werden. Dieser Diaphragmatyp ist sehr effektiv für die Behandlung von sehr verdünnten Lösungen. Massabweichungen von der geometrisch korrekten Oberfläche des Diaphragmas sollten nicht mehr als 0,05 mm an irgendeinem Ort auf seiner Oberfläche betragen. Die Bedingungen zur Bildung einer elektrischen Doppelschicht auf der Oberfläche des Diaphragmas werden sonst verändert und der Einfluss der elektrischen Doppelschicht auf die Beständigkeit des Diaphragmas wird ebenfalls verändert, was geringe Qualität der Behandlung von Lösungen aufgrund uneinheitlicher Arbeit entlang der Oberfläche bewirkt.
Das Diaphragma wird durch elastische Dichtungen befestigt, die in den Rillen der Hülsen angebracht sind, was es leicht macht, eine Zelle zusammenzusetzen und Koaxialität bereitzustellen.
Es ist wesentlich, dass eine Beschränkung für den Durchmesser des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode durch folgende Korrelation wirksam wird:
2M < D < 4M
worin D = Durchmesser des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode in mm; und
M = Abstand zwischen den Elektroden in mm.
Der Zwischenelektrodenabstand sollte 2,8 bis 3,3 mm betragen. Wenn dieser Abstand verringert wird, reduziert der Kapillareffekt die Effektivität des elektrochemischen Prozesses. Wenn dieser Abstand vergrössert wird, wird auch der Stromverbrauch vergrössert und es ist unmöglich, einen Massen- und Energieaustausch in einem selbstorganisierenden Prozess zu erreichen.
Es ist auch wichtig, dass die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode entweder kürzer als die Länge der äusseren Elektrode gemäss dem Wert 2M ist, oder länger als die Länge der äusseren Elektrode gemäss dem Wert von nicht weniger als 2M. Die Länge der äusseren Elektrode kann von 50 bis 240 mm variieren, wodurch das optimale Füllen von Gas der behandelten Flüssigkeit unter allen Arbeitsbedingungen der Zelle bereitgestellt wird.
Das gegenseitige Verhältnis des Ausmasses der inneren Elektrode und der äusseren Elektrode wird durch die Polarität der Elektroden bestimmt.
Wenn die äussere Elektrode mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist und die innere Elektrode mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist, dann übersteigt die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode die Länge der äusseren Elektrode um einen Wert von nicht weniger als 2M. Wenn die äussere Elektrode mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist und die innere Elektrode mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist, dann ist die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode gleich oder geringer als die Länge der äusseren Elektrode gemäß dem Wert von 2M. Die innere Elektrode ist in jedem Fall symmetrisch zu der äusseren Elektrode in der Zelle befestigt. Solch ein Design verhindert, dass die Beschichtung der Elektroden an Stellen eines elektrischen Feldes hoher Intensität abgenutzt wird (Konzentration des Feldes an Stellen wechselnder Form oder an den Stiftenden). Genaues Befestigen der inneren Elektrode ist für das effiziente Arbeiten der Zelle wichtig. Das Befestigen der inneren Elektrode in den Köpfen durch elastische Dichtungen, die in den axialen Kopfkanälen angebracht sind, stellt eine strenge Koaxialität mit relativ einfacher Anordnung bereit. Das Design der Zelle kann unterschiedlich sein, um die Bedingungen der Koaxialität der Elektrode zu erfüllen. Wenn z. B. die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode die Länge der äusseren Elektrode übersteigt, muss die innere Elektrode lang genug gemacht werden, um Dichtungseinschnitte mit den axialen Kopfkanälen zu bilden. Elastische Dichtungen sind in den Dichtungseinschnitten angeordnet. Die axialen Kopfkanäle haben variable Abschnitte. Dies stellt Koaxialität bereit und vermeidet Deformationen der elastischen Dichtungen. Alternativ bildet der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode mit den axialen Kanälen der oberen und unteren Köpfe Dichtungseinschnitte, dann sind die elastischen Dichtungen in Rillen auf dem mittleren Abschnitt der inneren Elektrode angeordnet. Dieses Design macht das Zusammensetzen leicht. Wenn das Befestigen der inneren Elektrode in den Köpfen durch das Packen ihrer Stiftenden bereitgestellt wird (wenn der mittlere Abschnitt schmäler als die Länge der äusseren Elektrode ist oder der mittlere Abschnitt länger ist, aber nicht den Ort der Köpfe erreicht), dann ist der Durchmesser des axialen Kopfkanals gleich dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode, und elastische Dichtungen sind in Rillen angeordnet, die auf den Oberflächen der Stiftenden der inneren Elektrode, die in den axialen Kopfkanälen liegen, gemacht werden. Der Durchmesser der axialen Kopfkanäle ist alternativ gleich dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode, und die axialen Kanäle sind am Kopfende breiter, um elastische Dichtungen und zusätzliche dielektrische Klemmhülsen zu erlauben.
Wasser wird während des Durchlaufens durch die Zellenkammern von unten nach oben behandelt. Behandeltes Wasser und/oder Lösungen fliessen separat durch die Elektrodenkammern der Zelle.
Die Erfindung kann durch die folgenden Beispiele dargestellt werden, was aber nicht beabsichtigt, alle Möglichkeiten der Erfindung zu erschöpfen.
Wenn nicht extra erwähnt, wird ein Ultrafiltrationsdiaphragma aus Keramik (Zusammensetzung: Zirkoniumoxid - 60 Massen-%, Aluminiumoxid - 27 Massen-%, Yttriumoxid - 3 Massen-%) in allen Beispielen verwendet.

BEISPIEL 1 - Zelle zur Wasserdesinfektion

Die äussere Elektrode ist mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden und ist aus poliertem Titan hergestellt. Die innere Elektrode ist aus mit Manganoxid beschichtetem Titan hergestellt und mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Länge der äusseren Elektrode ist 80 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden ist 2,9 mm. Der Durchmesser des mittleren Abschnitts der mittleren Elektrode ist 9,0 mm; die Länge des mittleren Abschnittes ist 86 mm. Das Diaphragma ist ein Zylinder mit einer Wanddicke von 0,5 mm entlang seiner gesamten Länge. Die Mineralisierung des behandelten Wassers war 0,5 g/l. Der Gehalt an Mikroorganismen in dem behandelten Wasser war 105 Kolonien in 1 ml. Die Mineralisierung des Wassers blieb die gleiche nach der Behandlung, aber die Mikroorganismen wurden entfernt.
Schlussfolgerung: Es ist vernünftig, eine Zelle mit Ausmassen nahe den Minimalwerten (wie in der Formel spezifiziert) zur Wassersterilisierung durch tragbare Vorrichtungen in dem Feld zu verwenden.

BEISPIEL 2 - Zelle zur Herstellung von Desinfektionsmitteln

Die äussere Elektrode ist mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden und aus Glaskohlenstoff hergestellt. Die innere Elektrode ist aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan hergestellt und mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Länge der äusseren Elektrode ist 240 mm. Die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode ist 250 mm. Der Durchmesser des mittleren Abschnittes ist 10 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden ist 3 mm. Das Diaphragma ist ein Zylinder mit einer Wanddicke von 0,6 mm.
Die behandelte Lösung war Natriumchlorid mit einer Konzentration von 2 g/l. Die Flussrate der behandelten Lösung war 30 l/std. durch die Anodenkammer und war 5 l/std. durch die Kathodenkammer. Als ein Ergebnis wurden zwei Lösungen mit den folgenden Parametern erhalten:
- Anodenkammerleistung (Anodenlösung): pH = 6,0, ORP = +800 mV
- Kathodenkammerleistung (Kathodenlösung): pH = 8,6, ORP = -600 mV Der Stromverbrauch ist 0,95 kW·std/m³.

BEISPIEL 3

Ein Verfahren zur Herstellung von Desinfektionsmitteln mittels der Zelle wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2 durchgeführt, aber das Diaphragma war ein Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : 500 und einer Wanddicke von 0,7 mm, konstant entlang der gesamten Länge des Diaphragmas. Das Diaphragma wurde mit dem dicken Ende nach oben gerichtet eingebaut. Nach der Bearbeitung wurde die Anodenlösung mit einem pH = 5, 5 und ORP = +900 mV erhalten, und die Kathodenlösung wurde mit einem pH = 8,0 und ORP = -550 mV erhalten.
Wenn das Diaphragma mit dem dicken Ende nach unten befestigt wurde, wurde die Anodenlösung mit einem pH = 6,3 und ORP = +650 mv erhalten, und die Kathodenlösung wurde mit einem pH = 9,1 und ORP = -730 mV erhalten.

BEISPIEL 4

Ein Verfahren zur Herstellung von Desinfektionsmitteln und Waschlösungen mittels der Zelle wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2 durchgeführt, aber die äussere Oberfläche des Diaphragmas war ein Zylinder und die innere Oberfläche des Diaphragmas war ein Kegel mit einer Wanddicke des oberen Stossendes von 0,5 mm und des unteren Stossendes von 0,8 mm. Die Breite der Kathodenkammer war über die Zelle konstant, aber die Anodenkammer ist am oberen Ende breiter. Die Ergebnisse der Behandlung sind wie folgt: pH der Anodenlösung war 5,6, ORP der Anodenlösung war +900 mV, pH der Kathodenlösung war 8,7 und ORP der Kathodenlösung war -780 mV.

BEISPIEL 5

Die Zelle zur Herstellung von Chlor (eine Mischung aus Oxidationsmitteln, die hauptsächlich Chlor und Sauerstoff sind) mittels der Elektrolyse von wässrigen Natriumchloridlösungen. Die äussere Elektrode ist aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan hergestellt und mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die innere Elektrode (Kathode) ist aus Titan hergestellt und mit Pyrographit beschichtet. Die Länge der äusseren Elektrode ist 240 mm. Die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode ist 230 mm. Der Durchmesser des mittleren Abschnittes ist 11 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden ist 3,1 mm. Das Diaphragma ist ein Zylinder mit einer Wanddicke von 0,6 mm. Die wässrige Natriumchloridlösung mit einer Konzentration von 300 g/l wurde eingefüllt und in der Anodenkammer der Zelle behandelt. Leitungswasser mit einer Mineralisierung von 0,5 g/l wurde eingefüllt und in der Kathodenkammer behandelt. Wasser und Lösung wurden behandelt, während sie von unten nach oben durch die Zellenkammern fliessen. Als ein Ergebnis wurden 10 l Gas erhalten. Das Gas enthält 70% Chlor, 20% Chlordioxid, 7% Sauerstoff und 3% Rest (Beimischung). Der Umsatzgrad des Chlors ist etwa 30% nach dem Durchlauf durch die Zelle.
Der Ertrag der Kathodenkammer ist Natriumhydroxid mit einem pH = 13. Diese Lösung kann in galvanischer Produktion oder anderen Technologien verwendet werden. Dieses Beispiel beweist, dass die Zelle effektiv zur Chlorherstellung verwendet werden kann.
Die Erfindung vereinfacht das Zellendesign, macht es möglich, eine benötigte Menge an Zellen in einem kleinen Raum zusammenzustellen, vereinfacht das Fixierungssystem der Zellelemente, stellt hohe Zuverlässigkeit bereit und erhöht die Lebensdauer der Zelle aufgrund der Entfernung der Einflüsse eines gekrümmten elektrischen Feldes in dem Raum zwischen den Elektroden und steigert die funktionalen Fähigkeiten der Zelle, da es möglich ist, das Füllen der Elektrolyte mit Gas während des elektrochemischen Prozesses einzustellen. Die Zelle kann effektiv zur Wasserreinigung und Desinfizierung, zur Herstellung von Lösungen mit vorbestimmten Eigenschaften und zur Herstellung von Produkten mittels Elektrolyse wässriger Lösungen verwendet werden.

Claims

1. Elektrochemische Zelle zum Behandeln von Wasser und/oder wässrigen Lösungen, wobei diese Zelle folgende Komponenten aufweist:

a) eine senkrechte, zylindrische, innere Elektrode (2) mit einem variablen Querschnitt, welche einen mittleren Abschnitt besitzt und ein Stiftende an jedem Ende desselben, wobei der Durchmesser eines jeden Stiftendes nicht mehr als 0,75 mal den Durchmesser des mittleren Abschnittes ausmacht;

b) eine senkrechte, zylindrische äußere Elektrode (1), die um die innere Elektrode herum angebracht ist;

c) ein koaxiales aus Keramik bestehendes Diaphragma (3), das hergestellt ist aus einer Grundzusammensetzung aus einem Gemisch aus Zirkon-, Aluminium- und Yttriumoxiden, und welches in einem getrennten Raum zwischen den Elektroden in einer Elektrodenkammer der Zelle montiert ist;

d) die Elektroden werden aus Materialien hergestellt, die während der Elektrolyse nicht löslich sind;

e) die äußere Elektrode wird in eine untere dielektrische Hülse (4) und in eine obere dielektrische Hülse (5) montiert, wobei eine jede Einschnitte an einem Stoßende derselben besitzt;

f) sowohl die innere Elektrode als auch die äußere Elektrode sind mit einem Pluspol und einem Minuspol einer Stromquelle verbunden;

g) die Zelle beinhaltet ferner einen oberen dielektrischen Kollektorkopf (7) und einen unteren dielektrischen Kollektorkopf (6), die jeweils einen axialen Kanal besitzen; wobei jeder Kollektorkopf in den Einschnitten der Hülsen installiert ist und ausgelegt ist, um sich im Inneren derselben zu drehen;

h) das Diaphragma wird durch elastische Dichtungen (8, 9) befestigt, die in den Einschnitten der Hülsen montiert sind;

i) der Durchmesser des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode wird durch die Formel:

2M < D < 4M

festgelegt, wobei:

D = der Durchmesser des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode in mm ist, und

M = der Abstand zwischen den Elektroden in mm ist;

j) die Länge des mittleren Abschnittes der inneren Elektrode ist entweder kürzer als die Länge der äußeren Elektrode gemäß dem Wert 2M, oder länger als die Länge der äußeren Elektrode gemäß dem Wert von nicht weniger als 2M;

k) die innere Elektrode wird innerhalb der Kollektorköpfe durch elastische Dichtungen (10, 11) befestigt, die in den axialen Kopfkanälen montiert sind; und

l) der untere Kopf und der obere Kopf und die untere Hülse und die obere Hülse besitzen Kanäle für die Versorgung mit behandeltem Wasser und/oder behandelter Lösung, die dazu bestimmt sind in die Kammern der inneren und der äußeren Elektrode geschickt zu werden und daraus abgezogen zu werden.

2. Zelle gemäß Anspruch 1, in welcher die Länge der äußeren Elektrode zwischen 50 mm und 240 mm beträgt, und der Abstand zwischen den Elektroden zwischen etwa 2,8 mm und 3,3 mm liegt.

3. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-2, in welcher die Hülsen und die Kopfkanäle bis zur seitlichen Oberfläche reichen und mit Rohrverbindungen ausgestattet sind.

4. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-3, in welcher das Diaphragma hergestellt ist aus Keramiken, die eine Grundzusammensetzung aufweisen, welche im Wesentlichen herrührt aus der Gruppe aus Zirkon-, Aluminium- und Yttriumoxiden, mit Zusatzstoffen aus Niob-, Tantal-, Titan-, Gadolin- und Hafniumoxiden.

5. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-4, in welcher das Diaphragma entweder Ultrafiltrations-, Mikrofiltrations- oder Nanofiltrationseigenschaften besitzt.

6. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5, in welcher das Diaphragma hergestellt wird als ein Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1: (100-1000) und einer gleichen Wanddicke von 0,4 mm bis 0,8 mm entlang seiner Länge, und welches in die Zelle entweder mit dem dicken Ende nach unten oder mit dem dicken Ende nach oben eingebaut wird.

7. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5, in welcher die äußere Oberfläche des Diaphragma hergestellt wird als ein Zylinder und die innere Oberfläche als ein Kegel mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000); wobei die Wanddicke des ersten Stoßendes 0,4 mm-0,5 mm beträgt, und die Wanddicke des zweiten Stoßendes 0,7 mm-0,8 mm beträgt; wobei das Diaphragma in die Zelle so eingebaut wird, dass das Stoßende, das die dicke Wanddicke besitzt, entweder nach unten gerichtet ist oder nach oben gerichtet ist.

8. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5, in welcher die äußeren und inneren Oberflächen des Diaphragmas jeweils als einen Kegelstumpf mit einem Konizitätswert von 1 : (100-1000) hergestellt werden; wobei die oberen Enden der Kegel an den entgegengesetzt gelegenen Enden angeordnet sind; wobei die Wanddicke eines ersten Stoßendes 0,4 mm-0,5 mm beträgt und die Wanddicke eines zweiten Stoßendes 0,7 mm- 0,8 mm beträgt; dabei wird das Diaphragma in der Zelle angeordnet mit einem Stoßende, das die dickere Wand besitzt, entweder nach oben gerichtet oder nach unten gerichtet.

9. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5, in welcher die inneren und die äußeren Oberflächen des Diaphragmas Zylindern mit einer Wanddicke von 0,4 mm-0,7 mm entsprechen.

10. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-9, in welcher die Maßabweichung von der geometrisch korrekten Oberfläche nicht mehr als 0,05 mm an irgendeinem Ort entlang der Länge des Diaphragmas beträgt.

11. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-10, in welcher die innere Elektrode entweder ein Festkörper ist oder hohl ist.

12. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-11, in welcher sich ein Gewinde an den Stiftenden der inneren Elektrode befindet und Druckdichtungsscheiben (12, 13) und Muttern (14, 15) zum Befestigen verwendet werden.

13. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-12, in welcher die äußere Elektrode mit einem Minuspol einer Stromquelle verbunden ist, die innere Elektrode mit einem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, die innere Elektrode so ausgelegt ist, dass die Länge ihres mittleren Abschnittes mit dem großen Durchmesser die Länge der äußeren Elektrode um einen Wert von nicht weniger als dem doppelten des Abstandes zwischen den Elektroden übersteigt; und die innere Elektrode symmetrisch zu der äußeren Elektrode in der Zelle angeordnet ist.

14. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-13, in welcher die äußere Elektrode mit einem Pluspol einer Stromquelle verbunden ist, die innere Elektrode mit einem Minuspol der Stromquelle verbunden ist, die innere Elektrode so ausgelegt ist, dass die Länge ihres mittleren Abschnittes mit dem großen Durchmesser kleiner ist als die Länge der äußeren Elektrode, um einen Wert der gleich ist mit dem doppelten Abstand zwischen den Elektroden; und die innere Elektrode symmetrisch zu der äußeren Elektrode in der Zelle angeordnet ist.

15. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-13, in welcher der axiale Kopfkanal einen variablen Querschnitt aufweist; der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode Dichtungseinschnitte mit den axialen Kopfkanälen bildet, und elastische Dichtungen in den Dichtungseinschnitten angeordnet sind.

16. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-13, in welcher der axiale Kopfkanal einen variablen Querschnitt aufweist; der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode Dichtungseinschnitte mit den axialen Kopfkanälen bildet; der mittlere Abschnitt der inneren Elektrode mit den axialen Kopfkanälen Dichtungseinschnitte bildet; die Oberfläche der inneren Elektrode in den unteren und oberen Teilen ihres mittleren Abschnittes mit dem großen Durchmesser Rillen aufweisen; und elastische Dichtungen in den Rillen angeordnet sind.

17. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-14, in welcher der Durchmesser des axialen Kopfkanals gleich ist mit dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode; die Stiftenden der inneren Elektrode Rillen auf ihren Oberflächen besitzen; und elastische Dichtungen in den Rillen angeordnet sind.

18. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-14 oder 17, in welcher der Durchmesser der axialen Kopfkanäle gleich ist mit dem Durchmesser der Stiftenden der inneren Elektrode, und die axialen Kopfkanäle in dem Stoßende des Kopfes weiter sind; elastische Dichtungen in diesen Ausweitungen angeordnet sind; und die Zelle dielektrische Hülsen besitzt, die ebenso in diesen Ausweitungen angeordnet und festgezogen werden.