EP0946790B1 - Electrolysis apparatus for producing halogen gases - Google Patents
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- EP0946790B1 EP0946790B1 EP97937576A EP97937576A EP0946790B1 EP 0946790 B1 EP0946790 B1 EP 0946790B1 EP 97937576 A EP97937576 A EP 97937576A EP 97937576 A EP97937576 A EP 97937576A EP 0946790 B1 EP0946790 B1 EP 0946790B1
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- electrolysis
- anode
- cathode
- rear wall
- housing
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
- C25B9/66—Electric inter-cell connections including jumper switches
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
Definitions
- the invention relates to an electrolysis apparatus for production of halogen gases from aqueous alkali halide solution with several arranged side by side in a stack and plate-shaped electrolytic cells in electrical contact, each made up of two half-shells electrically conductive material with outside contact strips have on at least one rear wall, wherein the housing means for supplying the electrolysis current and electrolysis input materials and facilities for discharging the electrolysis current and the electrolysis products and a substantially planar anode and cathode has, wherein the anode and the cathode by a Partition separated and arranged parallel to each other are and by means of metallic stiffeners with the each assigned rear wall of the housing electrically conductive are connected, the metallic stiffeners as webs aligned with the contact strips are, the side edges over the height of the rear wall and the Anode or cathode on the rear wall and the anode or cathode issue.
- the invention further relates to a method of manufacture of electrolysis cells for an electrolysis apparatus of the above Type in which the respective housing from each two half shells with the interposition of the required Facilities and the cathode and anode as well as the partition by fixing them by means of webs metallic stiffeners and the anode and Housing or cathode and housing electrically conductive to each other be attached.
- An electrolysis apparatus is known from EP 0 189 535 B1, at the the anode or the cathode with the respective rear wall the housing halves via truss-like metallic stiffeners connected is.
- On the back of the anode or Half of the cathode is a contact strip for each electrical contact to the neighboring, identical structure Electrolysis cell attached. The current flows through the contact strip through the back wall into the half-timbered metallic stiffeners and from there it spreads starting from the metallic contact points - stiffening / anode - via the anode.
- the flow through the Membrane After the flow through the Membrane has passed through, it is taken up by the cathode, to find out about the framework-like stiffeners in the Back wall to flow on the cathode side and then back in the contact strip and from there to the next electrolytic cell to enter.
- the connection of the current-carrying components is done by spot welding. In the The electrolysis current bundles welding spots to form peak current densities.
- Another disadvantage of the known electrolysis apparatus is that the framework-like stiffeners that the Connect the back wall and the electrodes together Flexibility reasons not perpendicular between the rear wall and Are arranged, resulting in an extension of the Leads to current paths, which also results in an increase in cell voltage results.
- the current comes from the framework-like Stiffening in the electrode only selectively, which on the one hand has an uneven power distribution and on the other hand in turn leads to an increase in cell voltage.
- the uneven current distribution on the electrodes leads moreover to a non-uniform depletion of electrolytes, resulting in a reduction in electricity yield and results in a reduction in membrane life.
- the object of the invention is to provide an electrolysis apparatus create, in which the current-carrying areas as possible are large in order to provide only a selective introduction into the electrodes and the contact strips and thus an uneven current distribution to avoid.
- the webs over their entire Height electrically connected to the anode or cathode are.
- the cathodes can be made of iron, cobalt, nickel or chrome or one of their alloys and the anodes made of titanium, niobium or tantalum or an alloy of these metals or from consist of a metal or oxide ceramic material.
- the electrodes are preferably catalytic effective coating.
- the electrodes preferably provided with perforations (perforated sheet, Expanded metal, wattle or thin sheets with blind-like Breakthroughs), so that due to their arrangement in the electrolysis cell, the gases formed during electrolysis easily can enter the back of the electrolytic cell. By this gas discharge is achieved that the electrolyte between the electrodes have the lowest possible gas bubble content and thus has maximum conductivity.
- the partition is preferably an ion exchange membrane, generally from a copolymer of polytetrafluoroethylene or one of its derivatives and a perfluorovinyl ether sulfonic acid and / or perfluorovinyl carboxylic acid. She cares to ensure that the electrolysis products do not mix and because of their selective permeability for Alkali metal ions the current flow. Also come as a partition also diaphragms in question. A diaphragm is one fine-porous partition that prevents the gases from mixing and an electrolytic connection between cathodes and Represents anode space and thus allows current flow.
- the webs forming the metallic stiffeners can be formed over the entire surface or with openings or Slots.
- an inlet distributor is provided via which the electrolytes can be fed into the half-shells are.
- This inlet distributor is preferably like this designed that each segment of a half-shell over at least an opening in the inlet manifold with fresh electrolyte can be supplied and the sum of the areas of the openings in the inlet manifold less than or equal to the cross-sectional area of the inlet distributor.
- the anode half-shells preferably consist of a counter Halogens and saline resistant material while the cathode half-shells preferably from one against alkali eyes resistant material.
- a generic method for producing the above Electrolysis apparatus is distinguished according to the invention characterized in that the metallic, electrically conductive Connection of the stiffeners designed as webs with the respective rear wall and the respective contact strip as well the anode or cathode using a reductive sintering process or is produced using a welding process.
- an adhesive consisting essentially of an oxidic material, for example NiO, and an organic binder is used. This adhesive is spread on the web and the component to be connected to it, for example the rear wall, and the two parts are pressed together using a holding device. After the organic binder has hardened, the oxidic component of the adhesive is reductively sintered in a reducing atmosphere (eg H 2 , CO, etc.).
- a reducing atmosphere eg H 2 , CO, etc.
- a welding process is used, a is preferred Laser beam welding process used. It becomes special preferably the laser beam is perpendicular to the welding direction polarized to a significantly reduced ratio to reach from the upper track width to the connection width.
- the laser beam can preferably be by means of mirror optics be shaped so that by means of a special beam shaping two or more at a time selectable Amount of offset focus points are generated.
- the laser beam by means of a high-frequency scanner drive, preferably a piezo quartz, by a selectable amount is scanned across the welding direction.
- a generally designated 1 electrolysis apparatus for Production of halogen gases from aqueous alkali halide solution has several, side by side in a stack arranged and in electrical contact plate-shaped Electrolysis cells 2, of which in Figure 1 exemplary two such electrolysis cells 2 side by side are shown arranged.
- Each of these electrolytic cells 2 has a housing made of two half-shells 3, 4, which are provided with flange-like edges, between which by means of seals 5 each have a partition (membrane) 6 is clamped. Clamping the membrane 6 can be done in another way if necessary.
- each on the membrane 6 is adjacent to a flat anode 8 and a flat cathode 9 is provided, the anode 8 or the cathode 9 in each case in alignment with the contact strips 7 arranged stiffeners are connected, the are designed as webs 10.
- the webs are 10 preferably along its entire side edge 10A the anode or cathode 8, 9 is attached in a metallically conductive manner.
- To feed and discharge the electrolysis input materials to allow the electrolysis products to rejuvenate the webs 10 starting from the side edges 10A, across its width to the adjacent side edge 10B and have a height there that corresponds to the height of the contact strips 7 corresponds. Accordingly, they are with their margins 10B over the entire height of the contact strips 7 on the rear sides opposite the contact strips 7 the rear walls 3A and 4A attached.
- a suitable one is to supply the electrolysis products Device provided for the respective electrolysis cell 2, such a device is indicated by 11. There is also a device in every electrolysis cell provided for removing the electrolysis products, these is not indicated, however.
- the electrodes (anode 8 and cathode 9) are designed such that they are the electrolysis input product or the Flow through raw materials or let them flow freely, for which purpose corresponding slots 8A or the like are provided are, as can also be seen in Fig. 2.
- the Stringing together several plate-shaped electroyse cells 2 happens in a framework, the so-called cell framework.
- the plate-shaped electrolytic cells are between the two upper side members of the cell frame suspended in such a way that their plate plane is perpendicular to the longitudinal beam axis stands. So that the plate-shaped electrolysis cells 2 their weight on the upper flange of the side member can transfer, they have on the upper plate edge a cantilever-like holder on each side.
- the holder extends horizontally in the direction of the Plate level and protrudes over the edges of the flanges out. With the plate-shaped ones suspended in the scaffold Electrolysis cells lie the lower edge of the cantilever-like Holder on the upper flange.
- the plate-shaped electrolysis cells 2 hang comparatively like folders in a hanging file in the cell structure.
- the plate surfaces of the electrolysis cells are in the cell frame in mechanical and electrical contact, as if they were stacked. Electrolysers this Design are called electrolysers in a hanging stack type.
- electrolytic cells 2 By lining up several electrolytic cells 2 in a hanging stack design using known tensioning devices become the electrolytic cells 2 over the contact strips 7 each with adjacent electrolytic cells in one Stack electrically connected. From the contact strips 7 the current then flows through the half-shells over the webs 10 into the anode 8. After passing through the membrane 6 the current is absorbed by the cathode 9, to cross over the webs 10 into the other half-shell or the back wall 3A to flow and here in the contact strip 7 to cross the next cell. In this manner and way the electrolysis current passes through the whole Electrolysis cell stack, being on the one outer cell initiated and derived on the other outer cell becomes.
- Electrolysis cell is a section of a rear wall of the housing 4A of the half-shell 4, on which a U-shaped contact strip 7 is attached. It is good too recognize that on the back aligned with the contact strip 7 is attached to the rear wall 4A a web 10 is, the web 10 is approximately in the center of the U-shaped profiled contact strip 7, which is related 4A to 4C explained in more detail below becomes. On the other side edge 10A of the web 10 this attached to the anode 8, which in the area of Connection with the webs 10 is formed over the entire surface, while adjacent to these areas to pass through Electrolysis input and output products slots 8A are provided. The connection is the same between the respective web 10 and the cathode 9 educated.
- the Web 10 have a different design.
- the webs 10 are full-surface formed, only the two side edges 10A and 10B different for the reasons mentioned above are long.
- the webs 10 Open slots 13.
- the embodiment according to Figure 3D, in which the web 10 is shown in a side view according to FIG. 3C is also has slots, which from angled Die cuts 15 are formed.
- the webs 10 have a maximum cross-sectional area for the Current flow provided because of this in principle along its entire length with both the rear wall of the housing 3A or 4A as well as with the respective electrode 8 or 9 is metallically connected.
- the current path is minimized, since the web 10 is the vertical connection between the housing rear wall 3A or 4A and the electrode 8 or 9 represents.
- connection of the web 10 to the electrode 8 or 9 or with the rear wall 3A or 4A is preferred designed in such a way that no joining surfaces are created, the additional Surface contact resistors for current flow would form. It is therefore preferred between the a metallic double or Triple composite manufactured, preferably by a laser beam welding process, although basically also conventional Welding processes, e.g. Resistance welding, can be used. Beyond that too reductive sintering process possible.
- the welded joint can possibly, in order to minimize the welding process To ensure heat input and thus minimal warpage, also done selectively.
- There is also a welded joint possible over the entire individual cell height whereby a continuous connection is preferable because therefore an optimal current distribution, minimal contact resistance and thus a minimum possible cell voltage is achieved.
- FIGS. 4A to 4C Different embodiments of a triple composite in Laser welding processes are shown in FIGS. 4A to 4C, in each of which a contact strip 7, a Part of a rear wall 4A and the side edge 10B of a web are shown.
- the weld seam 16 which is produced forms a pronounced one Chalice shape.
- a typical relationship results from top track width to connection width of 2.5.
- a seam shape was used with the same laser beam source and focusing optics as in the embodiment of Figure 4A, but using one polarized perpendicular to the welding direction Laser beam reached, so that as a result of the seam flanks acting increased beam coupling through the Brewster effect resulted in a significant widening of the seam is.
- This seam is labeled 16 ''.
- the ratio of the upper track width to the connection width at about 1.6.
- the seam volume was in this case in the same order of magnitude as for welding Figure 4A, but the port width is almost 25% elevated.
- a particularly good ratio of top track width the welded joint shows the connection width of 1.5 according to Figure 4C, which is designated there with 16 '' '.
- the connection width is 50% higher than with the welded connection according to FIG. 4A.
- the one shown here Seam shape 16 '' ' was created using a special Beam shaping with the same laser beam source as in of the welded connection according to FIG. 4B.
- the laser beam with special mirror optics shaped so that two were offset by about 0.5 mm at the same time Focus points were created.
- Such a seam shape can also be done by high-frequency scanning of the focusing mirror with an amplitude of e.g. 0.5 mm realized become.
- the figures are not shown in detail Design of the electrolysis cells 2 in the lower area with the electrolyte entry.
- the electrolyte entry can both selectively and with a so-called inlet distributor respectively.
- the inlet distributor is designed so that a tube is arranged in the element that over Openings. Since a half-shell through the webs 10, the connection between the rear walls 3A and 4A and represent the electrodes 8, 9, is segmented you get an optimal concentration distribution if both Half-shells 3, 4 equipped with an inlet distributor are, the length of which is arranged in the half-shell Inlet distributor corresponds to the width of the half-shell and each segment through at least one opening in the inlet manifold supplied with the respective electrolyte becomes.
- the sum of the cross-sectional area of the openings in the Inlet manifold should be smaller than or equal to that Inner pipe cross section of the distributor pipe.
- the two half-shells 3, 4 provided with flanges in the flange area, that are screwed.
- the cells thus constructed are in a cell structure, not shown, is either attached or posed. Hooking or placing in the cell structure takes place on the flanges, not shown holding devices located.
- the electrolysis machine 1 may consist of a single cell, or preferably by stringing together several electrolysis cells 2 in hanging stack design. Become several single cells pressed together according to the hanging stack principle the individual cells are aligned plane-parallel before the clamping device is closed, otherwise the No current transfer from one single cell to the next can take place over all contact strips 7.
- the brackets or not shown contact surfaces on the cell frame and cell frame provided with assigned coatings.
- a plastic e.g. PE, PP, PVC, PFA, FEP, E / TFE, PVDF or PTFE relined, while the contact surfaces on Cell structure also coated with one of these plastics is.
- the plastic can only be put on and guided over a groove, glued, welded or be screwed on. It is only essential that the Plastic pad is fixed.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen aus wässriger Alkalihalogenidlösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elektrischem Kontakt stehenden plattenförmigen Elektrolysezellen, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elektrisch leitendem Material mit außenseitigen Kontaktstreifen an wenigstens einer Gehäuserückwand aufweisen, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseprodukte und eine im wesentlichen ebenflächige Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch eine Trennwand voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind und mittels metallischer Versteifungen mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, wobei die metallischen Versteifungen als mit den Kontaktstreifen fluchtende Stege ausgebildet sind, deren Seitenränder über der Höhe der Rückwand und der Anode bzw. Kathode an der Rückwand und der Anode bzw. Kathode anliegen.The invention relates to an electrolysis apparatus for production of halogen gases from aqueous alkali halide solution with several arranged side by side in a stack and plate-shaped electrolytic cells in electrical contact, each made up of two half-shells electrically conductive material with outside contact strips have on at least one rear wall, wherein the housing means for supplying the electrolysis current and electrolysis input materials and facilities for discharging the electrolysis current and the electrolysis products and a substantially planar anode and cathode has, wherein the anode and the cathode by a Partition separated and arranged parallel to each other are and by means of metallic stiffeners with the each assigned rear wall of the housing electrically conductive are connected, the metallic stiffeners as webs aligned with the contact strips are, the side edges over the height of the rear wall and the Anode or cathode on the rear wall and the anode or cathode issue.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Elektrolysezellen für einen Elektrolyseapparat der vorbeschriebenen Art, bei dem das jeweilige Gehäuse aus jeweils zwei Halbschalen unter Zwischenschaltung der erforderlichen Einrichtungen und der Kathode und Anode sowie der Trennwand durch Fixierung derselben mittels als Stege ausgebildeter metallischer Versteifungen zusammengesetzt und die Anode und Gehäuse bzw. Kathode und Gehäuse elektrisch leitend aneinander befestigt werden.The invention further relates to a method of manufacture of electrolysis cells for an electrolysis apparatus of the above Type in which the respective housing from each two half shells with the interposition of the required Facilities and the cathode and anode as well as the partition by fixing them by means of webs metallic stiffeners and the anode and Housing or cathode and housing electrically conductive to each other be attached.
Aus den Druckschriften US-A-4,108,752, GB-A-2,135,696, EP-A-172 495 und JP-A-08 04 084 sind Elektrolyseapparate bekannt, welche aus Einzelzellen aufgebaut sind, die anoden- bzw. kathodenseitig angeordnete halbschalenförmige Gefäßteile beinhalten. Bei der Lösung gemäß JP-A-08 04 084 tragen die Rückseiten benachbarter Gefäßteile Plattierauflagen, an deren Stellen die gegenseitig gegenüberliegenden Gefäßteile durch Laserschweißen fest verbunden werden.From documents US-A-4,108,752, GB-A-2,135,696, EP-A-172 495 and JP-A-08 04 084 electrolysis apparatus are known, which are made up of single cells, the anode or Contain half-shell-shaped vessel parts arranged on the cathode side. In the solution according to JP-A-08 04 084, the Backs of neighboring vessel parts, plating pads, on their Place the mutually opposite parts of the vessel be firmly connected by laser welding.
Aus EP 0 189 535 B1 ist ein Elektrolyseapparat bekannt, bei
der die Anode bzw. die Kathode mit der jeweiligen Rückwand
der Gehäusehälften über fachwerkähnliche metallische Versteifungen
verbunden ist. Auf der Rückseite der Anoden- bzw.
Kathodenhalbschale ist jeweils ein Kontaktstreifen für den
elektrischen Kontakt zur benachbarten, gleich aufgebauten
Elektrolysezelle angebracht. Der Strom fließt über den Kontaktstreifen
durch die Rückwand in die fachwerkähnlichen
metallischen Versteifungen und von dort verteilt er sich
ausgehend von den metallischen Kontaktpunkten -Versteifung/Anode
- über die Anode. Nachdem der Strom durch die
Membran hindurchgetreten ist, wird er von der Kathode aufgenommen,
um über die fachwerkähnlichen Versteifungen in die
Rückwand auf der Kathodenseite zu fließen und dann wieder in
den Kontaktstreifen und von dort in die nächste Elektrolysezelle
einzutreten. Die Verbindung der stromleitenden Bauteile
wird hierbei durch Punktschweißung vorgenommen. In den
Schweißpunkten bündelt sich der Elektrolysestrom zu Spitzenstromdichten.An electrolysis apparatus is known from
Als nachteilig bei diesem bekannten Elektrolyseapparat hat sich vor allem herausgestellt, dass der Strom nicht über die gesamte Fläche des Kontaktstreifens fließt, da der Strom ausgehend von der metallischen Verbindung zwischen der fachwerkähnlichen Versteifung und der Rückwand der Kathode punktuell in den Kontaktstreifen eingeleitet wird. Mit abnehmender stromdurchflossener Fläche des Kontaktstreifens steigt aber die für den Stromfluss erforderliche Spannung, die sogenannte Kontaktspannung, an. Da der spezifische Energiebedarf, der zur Herstellung der Elektrolyseprodukte erforderlich ist, linear mit der Spannung steigt, nehmen die Produktionskosten zu.It has the disadvantage of this known electrolysis apparatus it turned out above all that the current did not exceed the entire area of the contact strip flows because of the current starting from the metallic connection between the truss-like Stiffening and the back wall of the cathode selectively is introduced into the contact strip. With decreasing current-carrying area of the contact strip increases but the voltage required for current flow, the so-called Contact voltage, on. Because the specific energy requirement, necessary for the manufacture of the electrolysis products is, linearly increases with the tension, the production costs decrease to.
Von weiterem Nachteil bei dem bekannten Elektrolyseapparat ist, dass die fachwerkähnlichen Versteifungen, die die Rückwand und die Elektroden miteinander verbinden, aus Flexibilitätsgründen nicht senkrecht zwischen Rückwand und Elektrode angeordnet sind, was zu einer Verlängerung der Stromwege führt, woraus ebenfalls ein Anstieg der Zellspannung resultiert. Außerdem tritt der Strom von der fachwerkähnlichen Versteifung in die Elektrode nur punktuell ein, was einerseits eine ungleiche Stromverteilung und andererseits wiederum einen Anstieg der Zellspannung zur Folge hat. Die ungleichmäßige Stromverteilung auf den Elektroden führt darüber hinaus zu einer nicht gleichförmigen Abreicherung der Elektrolyte, was eine Verringerung der Stromausbeute und eine Verringerung der Membranlebensdauer zur Folge hat.Another disadvantage of the known electrolysis apparatus is that the framework-like stiffeners that the Connect the back wall and the electrodes together Flexibility reasons not perpendicular between the rear wall and Are arranged, resulting in an extension of the Leads to current paths, which also results in an increase in cell voltage results. In addition, the current comes from the framework-like Stiffening in the electrode only selectively, which on the one hand has an uneven power distribution and on the other hand in turn leads to an increase in cell voltage. The uneven current distribution on the electrodes leads moreover to a non-uniform depletion of electrolytes, resulting in a reduction in electricity yield and results in a reduction in membrane life.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, bei dem die stromdurchflossenen Flächen möglichst groß sind, um eine nur punktuelle Einleitung in die Elektroden und die Kontaktstreifen und damit eine ungleiche Stromverteilung zu vermeiden.The object of the invention is to provide an electrolysis apparatus create, in which the current-carrying areas as possible are large in order to provide only a selective introduction into the electrodes and the contact strips and thus an uneven current distribution to avoid.
Diese Aufgabe wird mit einem Elektrolyseapparat der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kontaktstreifen querschnittlich U-förmig ausgebildet sind und jeweils mit ihrem U-Steg an der Rückwand anliegen und im mittleren Bereich des U-Steges über der gesamten Höhe mit der Rückwand und dem jeweiligen Steg in einem elektrisch leitenden Dreifachverbund gefügt sind, wobei sich der Dreifachverbund ausgehend vom U-Steg querschnittlich kelchförmig nach innen erstreckt. This task is done with an electrolysis machine at the beginning designated type solved according to the invention in that the Contact strips are U-shaped in cross section and each rest with their U-web on the back wall and in the middle area of the U-web across the entire height the back wall and the respective web in one electrically conductive triple composite are joined, the triple composite cross-sectionally goblet-shaped starting from the U-bridge extends inwards.
Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung des Elektrolyseapparates werden ungleichmäßig stromdurchflossene Flächen weitgehend vermieden und der Strom wird nicht nur punktuell, sondern weitgehend vollflächig in die Elektroden und die Kontaktstreifen eingeleitet. Die Stromwege selbst sind kurz, da die Versteifungsstege senkrecht zwischen der jeweiligen Rückwand und der jeweiligen Elektrode angeordnet werden können. Durch diese Gestaltung bedingt, ist die erforderliche Zellspannung gegenüber dem bekannten Elektrolyseapparat wesentlich geringer.Through this inventive design of the electrolysis apparatus uneven current-carrying areas become largely avoided and the electricity is not only selective, but largely over the entire surface in the electrodes and the Contact strips initiated. The current paths themselves are short, since the stiffening webs are perpendicular between the respective Rear wall and the respective electrode can be arranged. Due to this design, the required Cell voltage significantly compared to the known electrolysis apparatus less.
Durch die integrale Fügung des Dreifachverbundes entfallen die Fügeflächen zwischen Steg und Rückwand einerseits und zwischen Rückwand und Kontaktstreifen andererseits bzw. zwischen Steg und Elektrode. Der Elektrolysestromfluss braucht dabei nicht mehr die in den Fügeflächen anstehenden elektrischen Oberflächenkontaktwiderstände zu überwinden.Due to the integral joining of the triple composite the joining surfaces between the web and the rear wall on the one hand and between the rear wall and the contact strip on the other hand or between Bridge and electrode. The electrolysis current flow needs no longer the electrical ones present in the joining surfaces Overcoming surface contact resistances.
Überraschend ist ein weiterer Vorteil des integral gefügten Dreifachverbundes festgestellt worden. Der Dreifachverbund erhöht die Biegesteifigkeit der Rückwände der Halbschalen beträchtlich. Da zwischen den Rückwänden der Elektrolysezellen sowohl die im Stapel herrschende Vorspannkraft als auch der Elektrolysestrom übertragen wird, - beide werden zugleich über die jeweiligen Kontaktstreifen der benachbarten Elektrolysezellen-Rückwände direkt übertragen - müssen die Kontaktstreifen unter der Einwirkung der Verspannkraft eben bleiben, damit zwischen den benachbarten Kontaktstreifen ein möglichst vollflächiger Stromfluss erfolgen kann. Die höhere Biegesteifigkeit des Dreifachverbundes vermindert den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Elektrolysezellen im Stapel.Another advantage of the integrally joined is surprising Triple association has been established. The triple network increases the rigidity of the rear walls of the half-shells considerably. Because between the back walls of the electrolytic cells both the prestressing force in the stack and the electrolysis current is transmitted, - both are simultaneously via the respective contact strips of the neighboring ones Electrolysis cell back walls directly transferred - must Contact strips under the influence of the clamping force so stay between the adjacent contact strips current flow as possible can take place. The higher one Bending stiffness of the triple composite reduces the electrical Contact resistance between the individual electrolytic cells in the stack.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Stege über ihrer gesamten Höhe mit der Anode bzw. Kathode elektrisch leitend verbunden sind.It is preferably provided that the webs over their entire Height electrically connected to the anode or cathode are.
Die Kathoden können aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom oder einer ihrer Legierungen und die Anoden aus Titan, Niob oder Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxidkeramischen Material bestehen. Darüber hinaus sind die Elektroden vorzugsweise mit einem katalytisch wirksamen Überzug versehen. Dabei sind die Elektroden vorzugsweise mit Durchbrechungen versehen (Lochblech, Streckmetall, Flechtwerk oder dünne Bleche mit jalousieartigen Durchbrüchen), so dass durch ihre Anordnung in der Elektrolysezelle, die bei der Elektrolyse gebildeten Gase leicht in den Rückraum der Elektrolysezelle eintreten können. Durch diesen Gasabzug erreicht man, dass der Elektrolyt zwischen den Elektroden einen kleinstmöglichen Gasblasengehalt und somit eine maximale Leitfähigkeit aufweist. The cathodes can be made of iron, cobalt, nickel or chrome or one of their alloys and the anodes made of titanium, niobium or tantalum or an alloy of these metals or from consist of a metal or oxide ceramic material. About that in addition, the electrodes are preferably catalytic effective coating. Here are the electrodes preferably provided with perforations (perforated sheet, Expanded metal, wattle or thin sheets with blind-like Breakthroughs), so that due to their arrangement in the electrolysis cell, the gases formed during electrolysis easily can enter the back of the electrolytic cell. By this gas discharge is achieved that the electrolyte between the electrodes have the lowest possible gas bubble content and thus has maximum conductivity.
Bei der Trennwand, der sogenannten Membran, handelt es sich vorzugsweise um eine Ionaustauschermembran, die im allgemeinen aus einem Copolymerisat aus Polytetrafluorethylen oder einem seiner Derivate und einer Perfluorvinylethersulfonsäure und/oder Perfluorvinylkarbonsäure besteht. Sie sorgt dafür, dass die Elektrolyseprodukte sich nicht vermischen und erlaubt aufgrund ihrer selektiven Permeabilität für Alkalimetallionen den Stromfluss. Außerdem kommen als Trennwand auch Diaphragmen in Frage. Ein Diaphragma ist eine feinporöse Trennwand, die die Vermischung der Gase verhindert und eine elektrolytische Verbindung zwischen Kathodenund Anodenraum darstellt und somit den Stromfluss erlaubt.The partition, the so-called membrane, is preferably an ion exchange membrane, generally from a copolymer of polytetrafluoroethylene or one of its derivatives and a perfluorovinyl ether sulfonic acid and / or perfluorovinyl carboxylic acid. She cares to ensure that the electrolysis products do not mix and because of their selective permeability for Alkali metal ions the current flow. Also come as a partition also diaphragms in question. A diaphragm is one fine-porous partition that prevents the gases from mixing and an electrolytic connection between cathodes and Represents anode space and thus allows current flow.
Die die metallischen Versteifungen bildenden Stege können vollflächig ausgebildet sein oder mit Öffnungen oder Schlitzen versehen sein.The webs forming the metallic stiffeners can be formed over the entire surface or with openings or Slots.
Um eine optimale Einspeisung der Elektrolyte zu erreichen ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Einlaufverteiler vorgesehen ist, über den die Elektrolyte in die Halbschalen einspeisbar sind. Dieser Einlaufverteiler ist vorzugsweise so gestaltet, dass jedes Segment einer Halbschale über wenigstens eine Öffnung im Einlaufverteiler mit frischem Elektrolyt versorgbar ist und die Summe der Flächen der Öffnungen im Einlaufverteiler kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Einlaufverteilers ist. To achieve an optimal feed of the electrolytes it is advantageously provided that an inlet distributor is provided via which the electrolytes can be fed into the half-shells are. This inlet distributor is preferably like this designed that each segment of a half-shell over at least an opening in the inlet manifold with fresh electrolyte can be supplied and the sum of the areas of the openings in the inlet manifold less than or equal to the cross-sectional area of the inlet distributor.
Die Anodenhalbschalen bestehen bevorzugt aus einem gegen Halogene und Kochsalzlösung beständigen Material, während die Kathodenhalbschalen bevorzugt aus einem gegen Alkalilaugen beständigen Material bestehen.The anode half-shells preferably consist of a counter Halogens and saline resistant material while the cathode half-shells preferably from one against alkali eyes resistant material.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Elektrolyseapparates zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die metallische, elektrisch leitende Verbindung der als Stege ausgebildeten Versteifungen mit der jeweiligen Rückwand und dem jeweiligen Kontaktstreifen sowie der Anode bzw. Kathode über ein reduktives Sinterverfahren oder über ein Schweißverfahren hergestellt wird.A generic method for producing the above Electrolysis apparatus is distinguished according to the invention characterized in that the metallic, electrically conductive Connection of the stiffeners designed as webs with the respective rear wall and the respective contact strip as well the anode or cathode using a reductive sintering process or is produced using a welding process.
Wird ein reduktives Sinterverfahren eingesetzt, wird ein Kleber, im wesentlichen bestehend aus einem oxidischen Material, z.B. NiO, und einem organischen Binder verwendet. Diesen Kleber streicht man auf den Steg und das damit zu verbindende Bauteil, z.B. die Rückwand, und presst beide Teile mittels einer Haltevorrichtung zusammen. Nachdem der organische Binder ausgehärtet ist, wird der oxidische Bestandteil des Klebers in einer reduzierenden Atmosphäre (z.B. H2, CO usw.) reduktiv heiß versintert. If a reductive sintering process is used, an adhesive consisting essentially of an oxidic material, for example NiO, and an organic binder is used. This adhesive is spread on the web and the component to be connected to it, for example the rear wall, and the two parts are pressed together using a holding device. After the organic binder has hardened, the oxidic component of the adhesive is reductively sintered in a reducing atmosphere (eg H 2 , CO, etc.).
Wird ein Schweißverfahren eingesetzt, wird bevorzugt ein Laserstrahlschweißverfahren verwendet. Dabei wird besonders bevorzugt der Laserstrahl zur Schweißrichung senkrecht polarisiert, um ein deutlich verringertes Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite zu erreichen.If a welding process is used, a is preferred Laser beam welding process used. It becomes special preferably the laser beam is perpendicular to the welding direction polarized to a significantly reduced ratio to reach from the upper track width to the connection width.
Der Laserstrahl kann bevorzugt mittels einer Spiegeloptik so geformt werden, daß mittels einer speziellen Strahlformung gleichzeitig zwei oder mehr um einen wählbaren Betrag versetzte Fokuspunkte erzeugt werden.The laser beam can preferably be by means of mirror optics be shaped so that by means of a special beam shaping two or more at a time selectable Amount of offset focus points are generated.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Laserstrahl mittels eines hochfrequent arbeitenden Scannerantriebs, vorzugsweise eines Piezoquarzes, um einen wählbaren Betrag quer zur Schweißrichtung gescannt wird.It is also advantageously provided that the laser beam by means of a high-frequency scanner drive, preferably a piezo quartz, by a selectable amount is scanned across the welding direction.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Elektrolysezellen eines Elektrolyseapparates,
- Fig. 2
- perspektivisch einen Ausschnitt aus Fig. 1,
- Fig. 3A bis 3D
- verschiedene Varianten der als Steg ausgebildeten Versteifungen und
- Fig. 4A bis 4C
- in vergrößerter Detaildarstellung in verschiedenen Varianten einen metallischen Dreifachverbund zwischen Kontaktstreifen, Gehäuserückwand und Steg.
- Fig. 1
- 2 shows a section through two electrolysis cells of an electrolysis apparatus arranged side by side,
- Fig. 2
- in perspective a section from FIG. 1,
- 3A to 3D
- different variants of the stiffeners and
- 4A to 4C
- In an enlarged detail in different versions, a metallic triple bond between the contact strip, the rear wall of the housing and the web.
Ein allgemein mit 1 bezeichneter Elektrolyseapparat zur
Herstellung von Halogengasen aus wässriger Alkali-Halogenidlösung
weist mehrere, nebeneinander in einem Stapel
angeordnete und in elektrischem Kontakt stehende plattenförmige
Elektrolysezellen 2 auf, von denen in Figur 1
beispielhaft zwei solcher Elektrolysezellen 2 nebeneinander
angeordnet dargestellt sind. Jede dieser Elektrolysezellen
2 weist ein Gehäuse aus zwei Halbschalen 3, 4 auf,
die mit flanschartigen Rändern versehen sind, zwischen
denen mittels Dichtungen 5 jeweils eine Trennwand (Membran)
6 eingespannt ist. Die Einspannung der Membran 6
kann ggf. auch auf andere Weise erfolgen.A generally designated 1 electrolysis apparatus for
Production of halogen gases from aqueous alkali halide solution
has several, side by side in a stack
arranged and in electrical contact plate-shaped
Über der gesamten Tiefe der Gehäuserückwände 4A der jeweiligen
Elektrolysezelle 2 sind parallel zueinander eine
Mehrzahl von Kontaktstreifen 7 angeordnet, die durch
Schweißen oder dergl., was nachfolgend noch näher beschrieben
wird, an der Außenseite der betreffenden Gehäuserückwand
4A befestigt oder aufgebracht sind. Diese Kontaktstreifen
7 stellen den elektrischen Kontakt zur benachbarten
Elektrolysezelle 2, nämlich zur betreffenden
Gehäuserückwand 3A, her, an welcher kein eigener Kontaktstreifen
vorgesehen ist.Over the entire depth of the
Innerhalb des jeweiligen Gehäuses 3, 4 sind jeweils an
die Membran 6 angrenzend eine ebenflächige Anode 8 und
eine ebenflächige Kathode 9 vorgesehen, wobei die Anode 8
bzw. die Kathode 9 jeweils mit fluchtend mit den Kontaktstreifen
7 angeordneten Versteifungen verbunden sind, die
als Stege 10 ausgebildet sind. Dabei sind die Stege 10
vorzugsweise entlang ihres gesamten Seitenrandes 10A an
der Anode bzw. Kathode 8, 9 metallisch leitend befestigt.
Um das Zuführen der Elektrolyseeingangsstoffe und das Abführen
der Elektrolyseprodukte zu ermöglichen, verjüngen
sich die Stege 10, ausgehend von den Seitenrändern 10A,
über ihrer Breite bis zum benachbarten Seitenrand 10B und
weisen dort eine Höhe auf, die der Höhe der Kontaktstreifen
7 entspricht. Sie sind dementsprechend mit ihren Seitenrändern
10B über der gesamten Höhe der Kontaktstreifen
7 an den den Kontaktstreifen 7 gegenüberliegenden Rückseiten
der Gehäuserückwände 3A bzw. 4A befestigt.Within the
Zur Zuführung der Elektrolyseprodukte ist eine geeignete
Einrichtung für die jeweilige Elektrolysezelle 2 vorgesehen,
eine solche Einrichtung ist mit 11 angedeutet.
Ebenfalls ist in jeder Elektrolysezelle eine Einrichtung
zum Abführen der Elektrolyseprodukte vorgesehen, diese
ist jedoch nicht angedeutet.A suitable one is to supply the electrolysis products
Device provided for the
Die Elektroden (Anode 8 und Kathode 9) sind derart gestaltet,
daß sie das Elektrolyseeingangsprodukt bzw. die
Ausgangsprodukte frei durchfließen bzw. durchströmen lassen,
wozu entsprechende Schlitze 8A oder dergl. vorgesehen
sind, wie dies auch in Fig. 2 zu erkennen ist. Die
Aneinanderreihung mehrerer plattenförmiger Elektroysezellen
2 geschieht in einem Gerüst, dem sogenannten Zellengerüst.
Die plattenförmigen Elektrolysezellen werden zwischen
den beiden oberen Längsträgern des Zellengerüstes
so eingehängt, daß ihre Plattenebene senkrecht zur Längsträgerachse
steht. Damit die plattenförmigen Elektrolysezellen
2 ihr Gewicht auf den Oberflansch des Längsträgers
übertragen können, besitzen sie an der oberen Plattenkante
auf jeder Seite einen kragarmartigen Halter.The electrodes (
Der Halter erstreckt sich horizontal in Richtung der Plattenebene und ragt über die Berandung der Flansche hinaus. Bei den in das Gerüst eingehängten plattenförmigen Elektrolysezellen liegt die Unterkante des kragarmartigen Halters auf dem Oberflansch auf. The holder extends horizontally in the direction of the Plate level and protrudes over the edges of the flanges out. With the plate-shaped ones suspended in the scaffold Electrolysis cells lie the lower edge of the cantilever-like Holder on the upper flange.
Die plattenförmigen Elektrolysezellen 2 hängen vergleichsweise
wie Ordner in einer Hängekartei im Zellengerüst.
Im Zellengerüst stehen die Plattenflächen der Elektrolysezellen
in mechanischem und elektrischem Kontakt,
so, als ob sie gestapelt seien. Elektrolyseure dieser
Bauform werden Elektrolyseure in Hängestapelbauart genannt.The plate-shaped
Durch Aneinanderreihung von mehreren Elektrolysezellen 2
in Hängestapelbauweise mittels bekannter Spanneinrichtungen
werden die Elektrolysezellen 2 über die Kontaktstreifen
7 jeweils mit benachbarten Elektrolysezellen in einem
Stapel elektrisch leitend verbunden. Von den Kontaktstreifen
7 fließt der Strom dann durch die Halbschalen
über die Stege 10 in die Anode 8. Nach Durchtritt durch
die Membran 6 wird der Strom von der Kathode 9 aufgenommen,
um über die Stege 10 in die andere Halbschale bzw.
deren Rückwand 3A zu fließen und hier in den Kontaktstreifen
7 der nächsten Zelle überzutreten. Auf diese Art
und Weise durchsetzt der Elektrolysestrom den gesamten
Elektrolysezellenstapel, wobei er an der einen Außenzelle
eingeleitet und an der anderen Außenzelle abgeleitet
wird.By lining up several
In dem in Figur 2 dargestellten Ausschnitt aus einer
Elektrolysezelle ist ein Ausschnitt aus einer Gehäuserückwand
4A der Halbschale 4 dargestellt, an welcher ein
U-förmiger Kontaktstreifen 7 befestigt ist. Es ist gut zu
erkennen, daß rückseitig fluchtend mit dem Kontaktstreifen
7 an der Gehäuserückwand 4A ein Steg 10 befestigt
ist, wobei sich der Steg 10 etwa im Zentrum des U-förmig
profilierten Kontaktstreifens 7 befindet, was mit Bezug
auf die Figuren 4A bis 4C nachfolgend noch näher erläutert
wird. Am anderen Seitenrand 10A des Steges 10 ist
dieser an der Anode 8 befestigt, welche im Bereich der
Verbindung mit den Stegen 10 vollflächig ausgebildet ist,
während angrenzend an diese Bereiche zum Durchtritt der
Elektrolyseeingangs- und -ausgangsprodukte Schlitze 8A
vorgesehen sind. In gleicher Weise ist auch die Verbindung
zwischen dem jeweiligen Steg 10 und der Kathode 9
ausgebildet.In the detail shown in Figure 2 from a
Electrolysis cell is a section of a rear wall of the
Wie aus den Figuren 3A bis 3D hervorgeht, können die
Stege 10 eine unterschiedliche Gestaltung aufweisen. Bei
der Ausführungsform nach Figur 3A sind die Stege 10 vollflächig
ausgebildet, wobei lediglich die beiden Seitenränder
10A und 10B aus den vorgenannten Gründen unterschiedlich
lang sind.As can be seen from FIGS. 3A to 3D, the
Bei der Ausführungsform nach Figur 3B weisen die Stege 10
Schlitze 13 auf. Die Ausführungsform nach Figur 3D, in
welcher der Steg 10 in Seitenansicht gemäß Fig. 3C dargestellt
ist, weist ebenfalls Schlitze auf, welche von abgewinkelten
Stanzungen 15 gebildet sind. In the embodiment according to FIG. 3B, the
Wie mit Bezug auf die Figur 2 bereits dargestellt, wird
durch die Verbindungen zwischen den Elektroden (Anode 8
bzw. Kathode 9) zu den Gehäuserückwänden 3A bzw. 4A über
die Stege 10 eine maximale Querschnittsfläche für den
Stromfluß zur Verfügung gestellt, da dieser im Prinzip
über seiner gesamten Länge sowohl mit der Gehäuserückwand
3A bzw. 4A als auch mit der jeweiligen Elektrode 8 bzw. 9
metallisch verbunden ist. Außerdem ist der Stromweg minimiert,
da der Steg 10 die senkrechte Verbindung zwischen
der Gehäuserückwand 3A bzw. 4A und der Elektrode 8 bzw. 9
darstellt.As already shown with reference to FIG. 2,
through the connections between the electrodes (
Die Verbindung des Steges 10 mit der Elektrode 8 bzw. 9
bzw. mit der Gehäuserückwand 3A bzw. 4A ist vorzugsweise
so gestaltet, daß keine Fügeflächen entstehen, die zusätzliche
Oberflächenkontaktwiderstände für den Stromfluß
bilden würden. Es wird deshalb vorzugsweise zwischen den
zu verbindenden Teilen ein metallischer Zweifach- bzw.
Dreifachverbund hergestellt, vorzugsweise durch ein Laserstrahlschweißverfahren,
obwohl grundsätzlich auch konventionelle
Schweißverfahren, wie z.B. Widerstandsschweißen,
einsetzbar sind. Darüber hinaus sind auch
reduktive Sinterverfahren möglich. Die Schweißverbindung
kann ggf., um beim Schweißprozeß einen möglichst geringen
Wärmeeintrag und damit minimale Verzüge zu gewährleisten,
auch punktuell erfolgen. Außerdem ist auch eine Schweißverbindung
über die gesamte Einzelzellenhöhe möglich, wobei
eine durchgehende Verbindung zu bevorzugen ist, da
dadurch eine optimale Stromverteilung, minimale Übergangswiderstände
und somit eine minimal mögliche Zellspannung
erreicht wird.The connection of the
Verschiedene Ausführungsformen eines Dreifachverbundes im
Laserschweißverfahren sind in den Figuren 4A bis 4C dargestellt,
in denen jeweils ein Kontaktstreifen 7, ein
Teil einer Gehäuserückwand 4A und der Seitenrand 10B
eines Steges dargestellt sind.Different embodiments of a triple composite in
Laser welding processes are shown in FIGS. 4A to 4C,
in each of which a
Die Ausführungsform nach Figur 4A zeigt eine Laserschweißung
mit einer Laserstrahlquelle mit einer Strahlkennzahl
von K = 0,5 bei einer Strahlleistung von P = 2
KW und einer Fokussieroptik mit der Focussierzahl von
F = 10. Die erzeugte Schweißnaht 16 bildet eine ausgeprägte
Kelchform. Es resultiert ein typisches Verhältnis
von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite von 2,5.The embodiment according to FIG. 4A shows laser welding
with a laser beam source with a beam index
of K = 0.5 with a beam power of P = 2
KW and a focusing optics with the focusing number of
F = 10. The
Mit einem Laserstrahl gleicher Strahlleistung und gleicher
Focussierkennzahl, jedoch mit einer besonders hohen
Strahlkennzahl von K = 0,8, wurde die in Figur 4A in
durchgezogenen Linien dargestellte Schweißnahtform 16'
erhalten. Hierbei wurde ein Verhältnis von Oberraupenbreite
zur Anschlußbreite von 2,0 erreicht. Jedoch wurde
dieses günstigere Verhältnis bei geringerem Wannenverzug
mit einer um fast 25 % geringeren Anschlußbreite zwischen
Steg 10 und Rückwand 4A erkauft.With a laser beam of the same beam power and the same
Focus indicator, but with a particularly high one
Beam index of K = 0.8, the in Figure 4A was
Solid lines 16 'shown in solid lines
receive. Here was a ratio of the upper bead width
reached to the connection width of 2.0. However
this more favorable ratio with less tub warpage
with a connection width between
Bei der Ausführungsform nach Figur 4B wurde eine Nahtform mit der gleichen Laserstrahlquelle und Focussieroptik wie bei der Ausführungsform nach Figur 4A, jedoch unter Verwendung eines senkrecht zur Schweißrichtung polarisierten Laserstrahls, erreicht, so daß in Folge der auf die Nahtflanken einwirkenden verstärkten Strahleinkopplung durch den Brewster-Effekt eine deutliche Nahtverbreiterung entstanden ist. Diese Naht ist mit 16'' bezeichnet. Hier liegt das Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite bei etwa 1,6. Das Nahtvolumen lag in diesem Falle in der gleichen Größenordnung wie bei der Schweißung gemäß Figur 4A, aber die Anschlußbreite ist um fast 25 % erhöht.In the embodiment according to FIG. 4B, a seam shape was used with the same laser beam source and focusing optics as in the embodiment of Figure 4A, but using one polarized perpendicular to the welding direction Laser beam reached, so that as a result of the seam flanks acting increased beam coupling through the Brewster effect resulted in a significant widening of the seam is. This seam is labeled 16 ''. Here is the ratio of the upper track width to the connection width at about 1.6. The seam volume was in this case in the same order of magnitude as for welding Figure 4A, but the port width is almost 25% elevated.
Ein besonders günstiges Verhältnis von Oberraupenbreite zur Anschlußbreite von 1,5 zeigt die Schweißverbindung gemäß Figur 4C, die dort mit 16''' bezeichnet ist. Die Anschlußbreite liegt in diesem Fall um 50 % höher als bei der Schweißverbindung gemäß Figur 4A. Die hier dargestellte Nahtform 16''' wurde mittels einer besonderen Strahlformung mit der gleichen Laserstrahlquelle wie bei der Schweißverbindung gemäß Figur 4B erreicht. Hierbei wurde der Laserstrahl mit einer besonderen Spiegeloptik so geformt, daß gleichzeitig zwei um etwa 0,5 mm versetzte Focuspunkte erzeugt wurden. Eine solche Nahtform kann auch mittels hochfrequentem Scannen des Focussierspiegels mit einer Amplitude von z.B. 0,5 mm verwirklicht werden.A particularly good ratio of top track width the welded joint shows the connection width of 1.5 according to Figure 4C, which is designated there with 16 '' '. The In this case, the connection width is 50% higher than with the welded connection according to FIG. 4A. The one shown here Seam shape 16 '' 'was created using a special Beam shaping with the same laser beam source as in of the welded connection according to FIG. 4B. Here was the laser beam with special mirror optics shaped so that two were offset by about 0.5 mm at the same time Focus points were created. Such a seam shape can also be done by high-frequency scanning of the focusing mirror with an amplitude of e.g. 0.5 mm realized become.
In den Figuren nicht im einzelnen dargestellt ist die
Ausgestaltung der Elektrolysezellen 2 im unteren Bereich
mit dem Elektrolyteinritt. Der Elektrolyteintritt kann
sowohl punktuell als auch mit einem sogenannten Einlaufverteiler
erfolgen. Der Einlaufverteiler ist dabei so gestaltet,
daß ein Rohr im Element angeordnet ist, das über
Öffnungen verfügt. Da eine Halbschale durch die Stege 10,
die die Verbindung zwischen den Rückwänden 3A bzw. 4A und
den Elektroden 8, 9 darstellen, segmentiert ist, erreicht
man eine optimale Konzentrationsverteilung, wenn beide
Halbschalen 3, 4 mit einem Einlaufverteiler ausgestattet
sind, wobei die Länge des in der Halbschale angeordneten
Einlaufverteilers der Breite der Halbschale entspricht
und jedes Segment durch mindestens eine Öffnung im Einlaufverteiler
mit dem jeweiligen Elektrolyt versorgt
wird. Die Summe der Querschnittsfläche der Öffnungen im
Einlaufverteiler sollte dabei kleiner oder gleich dem
Rohrinnenquerschnitt des Verteilerrohres sein.The figures are not shown in detail
Design of the
Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, werden die beiden Halbschalen
3, 4 im Flanschbereich mit Flanschen versehen,
die verschraubt sind. Die so aufgebauten Zellen werden in
ein nicht dargestelltes Zellengerüst entweder eingehängt
oder gestellt. Das Einhängen oder Einstellen in das Zellengerüst
erfolgt über nicht dargestellte, an den Flanschen
befindliche Haltevorrichtungen. Der Elektrolyseapparat
1 kann aus einer einzelnen Zelle bestehen oder vorzugsweise
durch Aneinanderreihung von mehreren Elektrolysezellen
2 in Hängestapelbauart. Werden mehrere Einzelzellen
nach dem Hängestapelprinzip zusammengepreßt, müssen
die Einzelzellen planparallel ausgerichtet werden bevor
die Spannvorrichtung geschlossen wird, da sonst der
Stromübergang von einer Einzelzelle zur nächsten nicht
über alle Kontaktstreifen 7 erfolgen kann. Um die Zellen
nach dem Einhängen oder Einstellen in das Zellengerüst
parallel ausrichten zu können, ist es notwendig, daß sich
die im Leerzustand üblicherweise etwa 210 kg schweren
Elemente leicht bewegen lassen. Um diese Voraussetzung zu
erfüllen, sind die nicht dargestellten Halterungen bzw.
am Zellenrahmen und Zellengerüst befindliche Auflageflächen
mit zugeordneten Beschichtungen versehen. Dabei sind
die am Elementflanschrahmen befindlichen Halterungen mit
einem Kunststoff, z.B. PE, PP, PVC, PFA, FEP, E/TFE, PVDF
oder PTFE unterfüttert, während die Auflageflächen am
Zellengerüst ebenfalls mit einem dieser Kunststoffe beschichtet
ist. Der Kunststoff kann dabei nur aufgelegt
und über eine Nut geführt, aufgeklebt, aufgeschweißt oder
aufgeschraubt sein. Wesentlich ist lediglich, daß die
Kunststoffauflage fixiert ist. Dadurch, daß sich zwei
Kunststoffflächen berühren, sind die im Gerüst befindlichen
Einzelelemente so leicht beweglich, daß diese ohne
zusätzliche Hebe- bzw. Schiebevorrichtung per Hand parallel
ausgerichtet werden können. Beim Schließen der Spannvorrichtung
legen sich die Elemente aufgrund ihrer im
Zellengerüst leichten Verschiebbarkeit über die gesamte
Rückwand flächig an, was die Voraussetzung für eine
gleichmäßige Stromverteilung ist. Darüber hinaus ist auf
diese Weise die Zelle gegenüber dem Zellengerüst elektrisch
isoliert.As can be seen from Figure 1, the two half-
Claims (11)
- An electrolysis apparatus for the production of halogen gases from aqueous alkali halide solution comprising a plurality of plate-shaped electrolysis cells which are arranged in mutually juxtaposed relationship in a stack and which are in electrical contact and which each have a housing comprising two half-shell portions of electrically conductive material with external contact strips on at least one rear wall of the housing, wherein the housing has devices for feeding the electrolysis current and the input electrolysis substances and devices for carrying away the electrolysis current and the electrolysis products and a substantially flat-surfaced anode and cathode, wherein the anode and the cathode are separated from each other by a partition and are arranged in mutually parallel relationship and are electrically conductively connected by means of metal stiffeners to the respectively associated rear wall of the housing, wherein the metal stiffeners are in the form of plates (10) which are aligned with the contact strips (7) and whose side edges (10A, 10B) bear over the height of the rear wall (3A, 4A) and the anode (8) or cathode (9) against the rear wall (3A, 4A) and the anode (8) or cathode (9), characterised in that the contact strips (7) are of a U-shaped configuration in cross-section and each bear with the web portion of their U-shape against the rear wall (4A) and in the central region of the web portion of the U-shape are joined over the entire height to the rear wall (4A) and the respective plate (10) in an electrically conductive triple composite assembly, wherein starting from the web portion of the U-shape the triple composite assembly extends inwardly in a bell-shaped cross-sectional configuration.
- An electrolysis apparatus according to claim 1 characterised in that the plates (10) are electrically conductively connected over their entire height to the anode or cathode respectively.
- An electrolysis apparatus according to claim 1 or claim 2 characterised in that the plates (10) have a solid surface.
- An electrolysis apparatus according to claim 1 or claim 2 characterised in that the plates (10) are provided with openings or slots (13, 14, 15).
- An electrolysis apparatus according to claim 1 or one of the following claims characterised in that there is provided an intake distributor by way of which the electrolytes can be fed into the half-shell portions (3, 4).
- An electrolysis apparatus according to claim 5 characterised in that the intake distributor is of such a design that each segment of a half-shell portion can be supplied with fresh electrolyte by way of at least one opening in the intake distributor and the sum of the areas of the openings in the intake distributor is smaller than or equal to the cross-sectional area of the intake distributor.
- A process for the production of electrolysis cells for an electrolysis apparatus according to one or more of claims 1 to 6 in which the respective housing is assembled from two respective half-shell portions with the interposition of the required devices and the cathode and the anode and the partition by fixing thereof by means of metal stiffeners in the form of plates and the anode and the housing and the cathode and the housing respectively are electrically conductively fixed to each other, characterised in that the metallic, electrically conducting connection of the stiffeners which are in the form of plates to the respective rear wall and the respective contact strip and the anode or cathode respectively is made by way of a reductive sintering process or by way of a welding process.
- A process according to claim 7 characterised in that a laser beam welding process is used.
- A process according to claim 8 characterised in that in the laser beam welding process the laser beam is polarised perpendicularly to the welding direction in order to achieve a markedly reduced relationship of the upper welding pass width to the connection width.
- A process according to claim 8 or claim 9 characterised in that the laser beam is so formed by means of a mirror optics that two or more focal points which are displaced by a selectable amount are produced simultaneously by means of a special beam formation.
- A process according to claim 8 or claim 9 characterised in that the laser beam is scanned transversely to the welding direction by a selectable amount by means of a scanner drive operating at high frequency, preferably a piezoelectric quartz.
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