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Vorelektrode für elektrolytische Zellen Die Erfindung betrifft eine
neue Konstruktion von Elektroden für elektrolytische Zellen, insbesondere, Wasserzers-etzer,
zum Zwecke einer erheblichen Verbesserung der Energieausbeute und gleichzeitigen
Senkung des Gestehungspreises; insbesondere, betrifft sie eine neue Vorelektrode.
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Moderne Wasserzersetzer besitzen bekanntlich Elektroden, welche mit
sogenannten Vorelektroden ausgerüstet sind. Die Vorelektrod'en haben die Aufgabe,
den Stromweg durch die Elektrolytflüssigkeit so, klein wie möglich zu halten und
dadurch den Ohrnschen Spannungsverlust zu verringern. Da dieser Ohmsche Spannungsahfadl
proportional zur Belastung steigt, macht er das elektrolytische Verfahren mit zunehmender
Belastung unwirtschaftlicher, wenn nicht der Abstand der Vorelcktraden voneinander
im gleichen Verhältnis verkleinert werden kann. Die technischen Elektrolyseanlagen
bestehen im allgemeinen aus Eisen. Die Vorelektroden sind in der Regel Eisenbleche
von etwa 3 bis 5 mm Stärke. Die ano-disch polarisierten Konstruktionsteile, insbesondere
die anodischen Vorelektroden., werden zum Schutz gegen Korrosion vernickelt. In
einzelnen. Fällen sind auch bereits. anodische Vorelektroden aus reinem Nickel verwendet
worden. Die Herstellung der Vorelektroden verursacht erhebliche Kosten und muß sehr
sorgfältig durchgeführt werden, weil Leistung und Lebensdauer der gesamten Anlage
in hohem Grade- davon abhängen, daß die Flächen der Vorelektroden völlig eben sind
und der Abstand ihrer einander zugekehrten Flächen genau und auch genau bleibend
einstellbar ist.
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Spanabhebende Bearbeitung der in Betracht kommenden Flächen ist aber
wegen der Zerstörung
der elektrolytischen Eigenschaften der Oberflächen
im allgemeinen nicht; möglich. Da diese unbearbeiteten Flächen oftmals bis zu mehreren
Quadratmetern groß sind, müssen daher stets Ungenauigkeiten in Rechnung .gestellt
werden., welche sich mit den Abmessungen im allgemeinen vergrößern, zumindest aber
nur durch einen Mehraufwand an Richtarbeit zu begrenzen sind. Derartige Ungenauigkeiten
treten sowohl bei den a.nodischen als auch katholischen Vorelektroden auf und führen
zu additiven Annäherungen wie auch Abstandsvergrößerungen der Vorelektrodenflächen
an einzelnen Punkten innerhalb der Zellen. Entsprechend den Abständen der einzelnen,
Punkte der Vorelektroden voneinander werden diese mehr oder weniger elektrochemisch
beaufschlagt. Hochbelastete Stellen unterliegen. bei vernickelten Anodenflächen
einem hohen Verschleiß. Die gesamten Flächen sind deshalb reicht höher auslast bar
als die angenäherten Punkte.
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Demgegenüber werden der Wirkungsgrad und die Belastbarkeit bedeutend
gesteigert, wenn der Ab-
stand aller Punkte der Vorelektrodenflächen vonrinrander
so, gleichmäßig ist, daß auch die elektrochemische Beaufschlagung praktisch. gleiich
ist. Dieses Ziel wird durch die Erfindung in vollem Umfange erreicht. Da sich die
Ungenauigkeiten mit der Verkleinerung des Elektrodenmabstands zunehmend'auswirken
und deshalb bisher nicht unter eine bestimmte Entfernung der Vorelektroden voneinander
hinuntergegangen werden konnte, besteht ferner nach der Erfindung jetzt die Möglichkeit,
die Vorelektroden ganz nahe aneinander zu bringen, ohne Verschleißerhöhungen befürchten
zu müssen. Gleichzeitig wird außerdem noch die für die Vorelektroden benötigte Materialmenge
auf Grund der Erfindung stark verringert.
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Nach der Erfindung ist die Vorelektrode für elektrolytische Zellen,
insbesondere Wasserzersetzer, die aus dünnem Blech besteht und von einer mechanisch
festeren Trägerelektrode gehalten wird, gekennzeichnet durch Federn, die an der
Trägerelektrode befestigt sind und auf zwei einander gegenüberliegende Randkanten
des Vorelektrodenbleches in. Richtung der Blechebene wirkende, das Blech spannende
Zugkräfte ausüben.
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Es ist an sich schon bekannt, Voredektroden aus dünnen Blechen zu
verwenden, die durch _eingearbeitete Profile versteift sind. Durch die Profile soll
verhindert werden, daß sich die Bleche durchbiegen. Diese Bauart ist umständlich,
teuer und nur dann ausreichend steif, wenn kräftige Profile verwendet werden. Auch
sind aus profilierten Blechstreifen zusammengesetzte Vorelektroden bekannt, wobei
die einzelnen Streifen durch Federn gegen das Diaphragm.a, gepreßt worden. Durch
die Kanten der Streifen kann das Diaphragma indessen. leicht beschädigt werden.
Schwere Betriebsstörungen können insbesondere dann, eintreten, wenn das Diaphragma
mit Drähten durchwoben ist.
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Die Federn, welche das Blech spannende Zugkräfte ausüben, werden am
besten so angeordnet, daß _ die Vorelektroden beider- Zusammensetzung der Apparatur
gewissermaßen selbsttätig angespannt und auf den gewählten Abstand eingestellt werden:
Eine solche Federung wirkt sich dahin aus, daß beim Zusammenbau der Zellen die Zugbeanspruchung
auf die Vorelektroden zunimmt. Um dies zu erreichen, sind die Federn derart angeordnet,
daß sie mit einem Ende an jedem Seitenrand einer Vorelektrode und mit ihrem anderen
Ende an der gegenüberliegenden Stelle des Elektrodenträgerbdechs befestig sind,
während der dazwischenliegende Hauptteil der Feder von oben gesehen von dem Elektrodenträgerblech
in einer schräg nach außen gehenden Richtung zur Voredektrode verläuft.
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Die Voredektrode kann. die Form von sehr dünnen Blechen gegebenenfalls
in der Art von Siebblechen oder von. Drahtnetzen od. dgl. besitzen. Ihre Stärke
braucht nur etwa o,r bis 0,3 mm betragen, ist also gegebenenfalls nicht stärker
als galvanische Niederschläge auf Eisen. Je dünner das Material ist, um so besser
eignet es sich. Die Grenze in seiner Stärke ist lediglich durch die Zugbeanspruchung
gegeben., welche die Vorelektrode aushalten muß. Diese Seite der Erfindung ist besonders
wertvoll im Hinblick auf die Verwendung kostspieligeren, Materials, wie z. B. des
an sich als Voranode besonders geeigneten Nickels. Weil auf Grund der .Erfindung
nur sehr geringe Materiialmengen für die Vorelektrode benötigt werden, ermöglicht
sie die allgemeine Verwendung des teuren Nickels als Material für die Vorelektrode.
Als ganz besonders geeignet hat sich Nickel hierfür in Form eines sehr dünnen.,
durchlöcherten Nickelblechs erwiesen, welches im galvanoplastischen Verfahren nach
Art von Klischees durch photographisch aufgetragene Rasterfelder erhalten wird.
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Wesentlich für die Verwendung des sehr dünnen Materials ist die Maßnahme,
daß die daraus hergestellten Voredektroden in der Zelle unter eine solche Zugspannung
gesetzt werden können, daß sie eben und straff angespannt sind. Infolgedessen sind
auch ihre ganzen Flächen völlig eben, und in weiterer Folge hiervon sind ihre einander
zugekehrten Flächen auf allen ihren Punkten gleichmäßig voneinander entfernt. Hierdurch'
wird weiterhin ermöglicht, daß die Vorelektroden so nahe wie möglich, aneinander
herangebracht werden. können, d. h. daß sie praktisch auf d4em Diaphragma aufliegen
können und somit nur durch dieses voneinander getrennt sind.
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Infolge der Erfindung ist es möglich, die neuen Vorelektroden bei
kleinstem Spannungsabfall und ohne: Beeinträchtigung ihrer Lebensdauer mehrfach
stärker als die besten bisher bekannten zu belasten. Der durch die Erfindung erzielte
technische Fortschritt besteht somit. in einer beträchtlichem Materialersparnis
und Verbilligung der Herstellung der Vorelektroden sowie in einer sehr wesentlichen
Leistungssteigerung, ist also sehr erheblich.
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Um eine Berührung der Seitenränder der Vorelektroden mit Sicherheit
auszuschließen, sind zwischen ihnen, elektrisch isolierende Baustoffe angeordnet.
Diese Beilagen können in einfachster
Weise in gleichmäßigen Dicken
hergestellt werden. Auch ein isolierendes Diaphragma selbst kann zur Abstandshaltung
dienen. Damit aber den an den Vorelektroden entstehenden Gasen die Möglichkeit eines
bequemen Entweichens gegeben wird, können auch zusätzliche Beilagen gemacht werden,
welche in Form von Drähten, Bändern; oder geflochtenem Isolierstoff hergestellt
sein können.
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An. Hand der Zeichnung soll die Erfindung in, der bevorzugten Ausführungsform
beispielsweise noch kurz erläutert werden. Die Zeichnung stellt eine Ansicht von
oben auf zwei mit den neuen Vorelektroden ausgerüstete elektrolytische Zellen dar.
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Unmittelbar an den beiden Diaphragma i sind auf jeder Seite je eine
Voranod.e 2 und je eine Vorkathode 3 angeordnet, welche aus einem sehr dünnen, zugfesten
Material bestehen. An ihren Seitenrändern sind diese Vorelektrod.en durch Federn
5 mit den zugehörigen Elektrodenträgerblechen q. leitend verbunden.. Zur Abstan,dhaltung
der Vorelektrod.e-nbleche voneinander sind an: den Seitenrändern noch isolierende
Zwischenlagen 7 vorgesehen. Die. in der Mitte der Zellen angeordneten Federn 6 sollen
zur Unterstützung der Federung dienen. Aus der Form der Federn 5, die mit ihren
Enden. an den Vorelektroden 2 und 3 und. mit ihren anderen Enden an den Elektrodenträgerblechen
q. festgeschweißt sind, ergibt sich, diaß sie mit der beim Zusammenbau der Apparatur
zunehmenden Zusammenpressung auf ihre zugehörigen Vorelektroden eine zunehmende
Zugbeanr spruchung ausüben.