EP1477584A2 - Gasket for electrolytic cell - Google Patents
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- EP1477584A2 EP1477584A2 EP04010573A EP04010573A EP1477584A2 EP 1477584 A2 EP1477584 A2 EP 1477584A2 EP 04010573 A EP04010573 A EP 04010573A EP 04010573 A EP04010573 A EP 04010573A EP 1477584 A2 EP1477584 A2 EP 1477584A2
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- EP
- European Patent Office
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- seal
- cord
- sealing
- film
- electrolytic cell
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- 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
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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
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
Definitions
- the invention relates to a seal for an electrolytic cell, a method for their production and an electrolytic cell arrangement with such Poetry.
- the electrolytic cells are used, for example, to produce chromic acid, molecular hydrogen, molecular oxygen, chlorine and alkali metal hydroxides used by electrolysis, with increasing electrolysis cells membrane type are used.
- EP 1 029 118 B1 W.L. Gore & Associates
- electrolytic cell seal in a simple manner can be used between two electrolytic cell halves, since they are designed as one piece Seal can be handled independently.
- the electrolytic cell halves for example 2.5 mx 1.3 m in the case of electrolysis cells for producing chlorine from a salt solution with the formation of sodium hydroxide solution and due to the resulting Sealing length of over 7.5 m, the ease of handling is an essential Aspect for electrolytic cell seals.
- a concrete electrolytic cell seal according to the teaching of EP 1 029 118 B1 is explained below with reference to FIG. 2. Only a relevant sealing section of the cell is shown.
- the electrolytic cell is usually used hanging, as shown. It comprises two housing halves 1 and 2 with cathode 3 or anode 4 accommodated therein.
- the cathode compartment contains, for example, sodium hydroxide solution (NaOH in water) and gaseous hydrogen H 2 as the electrolysis product
- the anode compartment contains a salt solution (NaCl in water) and gaseous chlorine Cl as the electrolysis product 2nd
- Anode space and cathode space are separated from each other by an ion exchange membrane 5, through which the ion exchange of Na + ions takes place from the anode to the cathode space.
- the two housing halves 1 and 2 are connected to one another via a flange bore 7 by means of a screw connection, not shown, with the interposition of a seal 6.
- the seal 6 have several functions.
- the seal 6 prevents the sodium hydroxide solution and the salt solution from escaping as well as the uncontrolled escape of H 2 or Cl 2 from the electrolysis cell.
- the seal is not only liquid-tight but also gas-tight. Gas tightness means a leak rate of less than 0.01 mg / ms at a surface pressure of 10 MPa.
- the seal 6 electrically isolates the two housing halves 1 and 2 from one another. After all, there is a voltage of approx. 3 V at 4.5 kA when generating chlorine.
- the seal 6 also serves to fix the sensitive ion exchange membrane 5, in that the latter is clamped between the seal 6 and a housing half, for example the cathode housing 2.
- the seal 6 in turn consists of a double-folded ePTFE film, in which a sealing cord 9 made of rolled ePTFE film and a flat, lattice-shaped spacer structure 10 are accommodated.
- the spacer structure 10 is fixed on one side with an adhesive 11 with the double-folded ePTFE film 8.
- the sealing cord 9 has a predominantly sealing function and the spacer structure 10 has a predominantly spacing function. Accordingly, the spacer structure 10 cannot be compressed, or at least can only be compressed slightly, while the sealing cord 9 can be deformed and compressed by compression.
- FIG. 2 shows the seal in the pre-assembly state, ie in the uncompressed state.
- the electrolytic cell seal known from EP 1 029 118 B1 is shown in room for improvement in various respects.
- the known one Sealing both material and manufacturing-intensive. Both strikes. reflected in the manufacturing costs.
- the production is done by hand and can with the aforementioned dimensions taking into account the following discussed measures up to 1.5 hours per seal to take.
- a stable frame is often made of electricity instead insulating, sintered PTFE with the appropriate dimensions of z. B. 2.5 m x 1.3 m and a circumferential width of, for example, 54 mm for certain electrolysis cells used for chlorine production.
- Such frames are difficult to transport because they must not be kinked.
- the two electrolytic cell housing halves, between which the frame then are placed with a narrow, thin sealing tape made of monodirectionally stretched PTFE, the two sealing tapes May only partially overlap over the entire sealing length. there assembly errors easily occur. Repairs are expensive, so the seals from the outset should only be assembled by specially trained personnel.
- the adhesive residues of the sealing tape on the housing halves are also problematic, if the seals are routinely used when replacing the ion exchange membrane be renewed after about four years. While with this Process of so-called "remembraning" of the seal to be disposed of can, the electrolytic cell housing halves are reused. The Cleaning the adhesive from the housing halves is complex.
- the object of the present invention is therefore in particular that to improve the seal known from EP 1 029 118 B1.
- the flat, lattice-shaped spacer structure the known seal by a cord-shaped spacer component replaced, which in contrast to the known seal a multiple of their maximum thickness or their maximum diameter of the sealing cord is removed.
- Replacing the spacer structure with a string offers several Benefits. On the one hand, this reduces the amount of material processed, which means Procurement and storage costs can be reduced. On the other hand, one Cord much easier to process, especially with less mechanical Effort as a large spacer structure. By spacing the spacer cord from the sealing cord is still reached, that when the seal is clamped, the two halves of the housing tilt can be reduced to an insignificant degree.
- the sealing cord can be inside the seal spacing function to the same extent as the spacer cord. Because the seal is typically for use with a certain compression pressure is provided, the two cords should this compression pressure have approximately the same compressed thickness. Ideally, this can be achieved by having both cords from the same Material exist or at least the same or approximately the same compressibility have, so that they are in the uncompressed pre-assembly state the foils, between which they are arranged, at approximately the same distance hold. In particular, the two can be arranged between the foils Lines also in the co-extrusion process with one connecting the two lines Bridge are made. However, since the sealing cord in addition to the spacing function in particular sealing function and the Sealing cord consists of comparatively high quality and expensive material, becomes a completely different, essential for the spacer cord cheaper material selected than for the sealing cord.
- the cord replacing the spacer structure can be also act as a wire.
- the cross section of the cord is from of minor importance and can also be oval, for example. He should but not be flat over a large area, just as possible as with the sealing cord to achieve a narrow sealing line, thus a high surface pressure with low Screw forces can be achieved.
- the screw holes preferably lie over which the two housing halves be clamped together between this spacer cord and the Sealing cord. This allows an even load distribution on both cords can be achieved. The screw holes can easily be removed from the seal to be punched out.
- the two foils are between which the cords are picked up by a heat stable up to 100 ° C Adhesive bonded together. Surprisingly, this can make hiking the sealing cord in the sealing gap between the foils can be avoided. It it is believed that this wandering observed in the prior art Sealing cord on the lack of heat resistance of the used there Glue is due.
- the working temperatures are from Electrolysis cells for chlorine production at up to 90 ° C. Through a warm stable The cords are now glued between the foils fixed securely. Sewing the cords to prevent theirs Hiking is not necessary. This also means there are no seam holes, through which corrosion from the cathode compartment to the anode compartment or vice versa.
- the adhesive can preferably be activated thermally.
- it can be a thermally activated two-component glue or a thermoplastic glue, in particular Based on a fluoropolymer. Fluoropolymers are because of their chemical resistance particularly suitable. It is sufficient if one of the slides is included this adhesive is pre-coated.
- a coating from the thermoplastic Plastic ethylene-fluoroethylene propylene (EFEP) is particularly preferred.
- EFEP is a copolymer of ethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene.
- the coating can be made of PVDF, ETFE, ECTFE, PFA or FEP exist.
- the coating comes in addition to its function as a connection or Welding agents also have the importance of being a diffusion barrier.
- the diffusion corrosive substances through the ion exchange membrane and further through the two foils of the seal from the anode compartment to the cathode compartment (or vice versa) is made even more difficult.
- the seal is at its the Side facing the electrolysis cell is equipped with a spacer material, which ensures that the seal, when assembled, the sealing gap fills out as completely as possible.
- the thickness of the spacer material corresponds to this approximately the thickness of the seal if it is a predetermined in the assembled state Compression pressure is exposed, minus the total thickness of the two (uncompressed) slides.
- the spacer material can be made from a very soft chemically resistant material, especially one Fluoropolymer so that even in the event that it is in the compressed state the seal is also compressed, none or at least essentially absorbs no compression forces.
- the purpose of the spacer material is to seal the Area between the electrolytic cell spaces and the inner sealing cord close contact with the sealing flanges of the electrolytic cell halves; to prevent dead spaces in which electrolysis products such as lye.
- This measure too has proven to be important for corrosion prevention. It it is assumed that such dead spaces exist in the known seal formed. In the absence of a constant flushing of such dead spaces, it happened probably to a moisture removal of the ion exchange membrane and thereby on their embrittlement in the area of the sealing gap.
- the spacer material can be between the two foils or on one side on one of the two foils. It can in turn be a film material and in particular be identical to the material of the two foils, e.g. from ePTFE.
- the seal is advantageously flat on one side and on the other side through the cords between the foils and the spacing material profiled.
- the ion exchange membrane is then between the flat Side of the seal and a sealing flange of an electrolytic cell half trapped.
- This arrangement is particularly gentle on the mechanical sensitive ion exchange membrane when the electrolytic cell halves are used Formation of an electrolytic cell can be clamped together.
- the seal is not necessarily flat on one side, but can also be profiled on both sides by the cords between the foils be, either both cords for profiling both sealing surfaces or each cord only for profiling one sealing surface can contribute.
- the seal is thus in one piece and therefore easy to handle and assemble.
- the seal is fixed between the electrolytic cell halves in simple way via screw holes.
- the seal is flexible and therefore easy to transport by folding. You must during assembly not fixed to the sealing flange of the electrolytic cell halves with an adhesive so that cleaning of adhesive residues during remembraning is not necessary. Especially through the use of heat stable Glue eliminates the risk of leaking and later cleaning Avoid glue.
- the adhesive also acts as a diffusion barrier, thus preventing it corrosion due to substances passing through the membrane.
- the Corrosion is additionally reduced by using a spacer material Closed dead spaces and thus avoiding embrittlement of the membrane becomes.
- FIG. 1 shows an electrolytic cell arrangement using the example of chlorine production from sodium chloride (NaCl).
- the electrolytic cell arrangement essentially consists of two housing halves 1, 2, between which an ion exchange membrane 5 is stretched. This creates a first space between the membrane 5 and the first housing half 1, in which a cathode 3 is arranged near the membrane 5, and a second space between the membrane 5 and the second housing half 2, in which an anode 4 is located near the membrane 5 is arranged.
- Water (H 2 O) is flushed through the cathode compartment.
- There is a salt solution in the anode compartment which is kept at a constant concentration level by adding NaCl.
- Na + ions diffuse through the ion exchange membrane 5 from the anode space into the cathode space.
- molecular gaseous chlorine Cl 2 is formed in the anode compartment.
- the Na + ions diffused into the cathode space lead to the formation of NaOH in water (sodium hydroxide solution) and to molecular, gaseous hydrogen H 2 .
- the cathode compartment is constantly rinsed with fresh water H 2 O.
- the electrolytic cell formed by the housings 1 and 2 is through a seal 6 liquid-tight and gas-tight sealed from the outside to the environment.
- FIG. 3 shows a seal 6 in the pre-assembled state according to a first embodiment between the flanges 1a, 2a of the cathode housing half 1 and the anode housing half 2, i.e. in an arrangement before the two housing halves 1, 2 are clamped together.
- the housing half 1 of the cathode 3 consists of a nickel sheet and the housing half 2 of the anode 4 consists made of a coated titanium sheet.
- the cathode housing half 1 and the seal 6 becomes the ion exchange membrane 5 clamped.
- the seal 6 is on the ion exchange membrane 5 facing side.
- the seal 6 extends to the inner edge of the housing flanges 1a, 2a to make contact with the anode housing half 2 with the ion exchange membrane 5 and above a short circuit to exclude with the cathode housing 1.
- the seal consists in essentially of two spaced cords, the inner one Sealing cord 9 and the outer spacer cord 10 with a Diameter of, for example, 1.9 mm between two foils.
- the seal 6 has therefore through holes 13 arranged congruently with the bores 7 between the two cords 9, 10.
- the distance between the housing flanges 1a and 2a is in the pre-assembly state shown in FIG. 3, for example at 2.6 mm. This corresponds to the thickness of the seal in the uncompressed Status. This distance is achieved by tightening the two halves of the housing 1 and 2 reduced to, for example, 1.1 mm (not shown). Consequently the thickness of the seal is reduced both in the area closer to the electrolytic cell space lying sealing cord 9 as well as in the area of the outside Spacer cord 10 accordingly by about 1.5 mm.
- the two thin foils, between which the two cords 9, 10 are received contribute significantly to the overall compression of the seal of approx. 33%, since it compresses from 0.35 mm to 0.1 mm become.
- the seal 6 is equipped with a spacer material 14.
- the spacer material 14 preferably covers this area over the entire surface.
- the thickness of the spacer material 14 is selected such that the ion exchange membrane 5, when the two housing halves 1 and 2 are in the tensioned state, preferably lies just against the housing flange 1a or is optionally pressed on with low pressure. This means that the distance between the spacer material 14 and the housing flange 2a is, in deviation from the pre-assembly state shown in FIG. 3, preferably approximately 1.5 mm. This corresponds to the path by which the two housing halves are displaced relative to one another when braced.
- the same material is preferably used as the spacer material 14 as for the foils, that is to say a foil material with a thickness of 0.35 mm.
- the spacer material 14 can, if necessary, also be compressed if it is namely thicker than 0.4 mm, as in the variant shown in FIG. 3.
- the spacer material 14 should in this case consist of a material that is substantially softer than the sealing cord 9.
- the seal 6 is again shown separately.
- the seal 6 is flat on one side and has openings 13 through which tensioning screws can be passed through it.
- One of the two Films 8a, 8b are provided with a thermoplastic fluoropolymer layer 11, via which the two layers 8a, 8b together in the thermal welding process are firmly connected.
- the width of the seal 6 is e.g. 54 mm and is preferred adapted to the housing flange width 1a, 2a.
- the spacer material 14 rests the profiled outside of the seal 6 between the sealing cord 9 and the closest outer edge of the seal 6.
- the spacer material 14 can from a thermoplastic that can be welded to the adjacent film 8b Material exist or be coated with such a material to a Thermal welding connection between the spacer material 14 and the film 8b to be able to produce. A connection by means of a is also conceivable other thermally stable adhesive.
- FIG. 5 shows an alternative embodiment in which the spacer material 14 lies between the two foils 8a, 8b. This can be cheaper from a procedural point of view his. If the sealing cord 9 only in a separate operation between the two foils 8a, 8b that are already in other areas of the seal can be brought pre-welded, then the spacer material 14 in the same operation together with the sealing cord 9 between bring the two foils 8a, 8b.
- the seal in the area of the spacer material has only one film layer, film 8a or film 8b.
- the foils 8a, 8b of the seal 6 are two separate ones Slides shown. You can also use a single, double folded film can be formed. According to a particular embodiment of the Invention, the two films 8a, 8b can also be used in the co-extrusion process a single film with cords 9 and 10 enclosed between them become. The cords 9 and 10 are then not between two foils, but between two film surfaces. The spacer material 14 can Cross-sectional profile of the extruded film must already be taken into account. Finally it is even conceivable that instead of the two integrated in the extrudate Lines 9 and 10 the extrudate consists of a solid material, the Cords 9 and 10 only by appropriate thickening of the extrudate cross section are realized as cord-shaped sealing components.
- the sealing cord 9 can consist of a wide variety of materials, for example also made of wire-like material such as a PVDF wire or a Welding wire.
- the sealing cord 9 is preferably essentially one cord-like structure made of at least one spiral-rolled expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) film-like material.
- ePTFE expanded polytetrafluoroethylene
- Such a seal is, for example, in DE 197 23 907 A1 by the applicant described. As explained therein, this seal can be placed over their Cord cross-section have a density gradient, which from the outside the second sealing component starting towards them Cross-sectional center increases.
- a self-contained ring seal a cylindrical film rolled on itself can be produced. at Such a self-contained ring seal means fewer leakage problems because it has no inhomogeneous sealing joints.
- the ePT-FE material the ring seal 9 can also have a filler, such as glass, ceramic and / or polymer resin.
- the material for the spacer cord 10 which - since it has no sealing function possesses in the narrower sense - does not have to be self-contained comparatively uncritical. It is particularly important that the sealing cord 9 and the spacer cord 10 in the operating state, that is, after any Set within the initial uptime, roughly the same compressed Own thickness. Otherwise, the housing flanges 1a, 2a could Bracing a wedge-shaped arrangement to each other and thereby cause the cords to wander. In extreme cases, this can lead to a leak lead the electrolytic cell arrangement. Therefore, it is preferred that the Sealing cord 9 and the spacer cord 10 in the unloaded state approximately have the same diameter and also preferably in have approximately the same modulus of elasticity, even if the two cords 9, 10 not necessarily consist of the same material for cost reasons need.
- the two films 8a, 8b are preferably fluoropolymer films, especially films made of polytetrafluoroethylene, such as multidirectionally expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE), at least one of the foils on one side with ethylene-fluoroethylene propylene (EFEP) or one other fluoropolymer is coated as a welding agent.
- ePTFE multidirectionally expanded polytetrafluoroethylene
- EFEP ethylene-fluoroethylene propylene
- a frame-like arrangement for Provided, the two films 8a, 8b and the one in between Cord 10 with spacing function includes.
- This frame-shaped in the case of large series, arranged material can be processed in a single operation, for example in an autoclave. It should be noted, that an inner area of the two foils is not yet together is welded so that in a subsequent step the sealing cord 9 and possibly also the spacer material 14 between the two Layers 8a, 8b can be inserted, whereupon the cracks of the two foils 8a, 8b takes place in this area. It is also conceivable to seal all sealing components together in one operation weld.
- Two films 8a, 8b made of multidirectionally stretched polytetrafluoroethylene are made of supply rolls with a supply length of, for example Deducted 180 m and through a connecting station 15 in the form of a double belt press with heating elements arranged on both sides of the transport route 16 out.
- the spacer cord 10 is between the two foils 8a, 8b fed.
- thermoplastic coating at least one of the two foils 8a, 8b with ethylene-fluoroethylene propylene (EFEP) and the supply of heat through the heating elements 16, the two foils 8a, 8b weld together Area of the double belt press 15 including the spacer cord 10 with each other.
- EFEP ethylene-fluoroethylene propylene
- Figure 7a, 7b show the resulting product once in supervision and once in Cross-section.
- the foils 8a, 8b are in the connection station respectively Double belt press 15 not over the entire width but only over part of the width welded together by the EFEP coating 11.
- An EFEP coating is also in the rest of the area at least one of the two foils 8a, 8b is present. However, this area is next to of the connecting station 15.
- the two Edges of the superimposed foils 8a, 8b are trimmed so that each two edges lie exactly on top of each other.
- Figure 8 now shows the frame-like arrangement consisting of four sections of the foil webs welded together.
- the film 8b lying at the top is folded up so that between the foils 8a, 8b are inserted a self-contained ring seal 9 can.
- the folded up sections of the foils 8b are then opened the ring seal 9 folded down.
- the films 8a, 8b are each arranged by a corner connecting film 18 underlaid to firmly adjoin adjacent film sections connect.
- a corresponding corner connection film 18 is on each corner of the frame-like arrangement also placed from above (not shown).
- the corner areas are then first, for example, by pulse welding welded together.
- a profile for the sealing cord 9 is to be provided so that the resulting seal is flat on one side.
- the spacer material 14, not shown in Figure 8, can either before Folding down the film 8b between the films 8a and 8b are inserted or then placed on the film 8b.
- supplementary pieces the spacer cord 10 are placed on the film 8b so the spacer cord 10 forms a closed ring.
- the spacer material 14 and the supplementary pieces of the spacer cord 10 are then integrated into the seal during the welding step described above. Finally there are holes (not shown) for the implementation punched into the seal by screws.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtung für eine Elektrolysezelle, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Elektrolysezellenanordnung mit einer solchen Dichtung.The invention relates to a seal for an electrolytic cell, a method for their production and an electrolytic cell arrangement with such Poetry.
Die Elektrolysezellen werden beispielsweise zur Herstellung von Chromsäure,
molekularem Wasserstoff, molekularem Sauerstoff, Chlor und Alkalimetallhydroxyden
durch Elektrolyse verwendet, wobei zunehmend Elektrolysezellen
vom Membrantyp zum Einsatz gelangen. Aus der EP 1 029 118 B1 (W.L. Gore &
Associates) ist eine Elektrolysezellendichtung bekannt, die in einfacher Weise
zwischen zwei Elektrolysezellenhälften einsetzbar ist, da sie als einstückig ausgebildete
Dichtung selbständig handhabbar ist. Unter Berücksichtigung der beachtlichen
Abmessungen der Elektrolysezellenhälften von beispielsweise
2,5 m x 1,3 m im Falle von Elektrolysezellen zur Chlorerzeugung aus einer Salzlösung
unter Bildung von Natronlauge und aufgrund der daraus resultierenden
Dichtlänge von über 7,5 m ist die einfache Handhabbarkeit ein wesentlicher
Aspekt für Elektrolysezellendichtungen.The electrolytic cells are used, for example, to produce chromic acid,
molecular hydrogen, molecular oxygen, chlorine and alkali metal hydroxides
used by electrolysis, with increasing electrolysis cells
membrane type are used. From
Anhand der Figur 2 wird nachfolgend eine konkret im Einsatz befindliche Elektrolysezellendichtung
gemäß der Lehre der EP 1 029 118 B1 erläutert. Gezeigt
ist lediglich ein relevanter Dichtabschnitt der Zelle. Die Elektrolysezelle wird
üblicherweise, wie dargestellt, hängend eingesetzt. Sie umfaßt zwei Gehäusehälften
1 und 2 mit darin aufgenommener Kathode 3 bzw. Anode 4. Der Kathodenraum
enthält als Elektrolyseprodukt beispielsweise Natronlauge (NaOH in
Wasser) und gasförmigen Wasserstoff H2 und der Anodenraum eine Salzlösung
(NaCl in Wasser) und als Elektrolyseprodukt gasförmiges Chlor Cl2. Anodenraum
und Kathodenraum sind durch eine lonenaustauschmembran 5 voneinander
getrennt, durch die hindurch der lonenaustausch von Na+ Ionen vom
Anoden- zum Kathodenraum stattfindet. Die beiden Gehäusehälften 1 und 2
sind über eine Flanschbohrung 7 mittels einer nicht dargestellten Schraubverbindung
miteinander unter Zwischenschaltung einer Dichtung 6 verbunden. Der
Dichtung 6 kommen dabei mehrere Funktionen zu. Einerseits verhindert die
Dichtung 6 ein Austreten der Natronlauge und der Salzlösung sowie ein unkontrolliertes
Entweichen von H2 bzw. Cl2 aus der Elektrolysezelle. Dazu ist die
Dichtung nicht nur flüssigkeitsdicht sondern auch gasdicht. Unter Gasdichtigkeit
ist eine Leckrate von weniger als 0,01 mg/ms bei einer Flächenpressung von 10
MPa zu verstehen. Darüber hinaus isoliert die Dichtung 6 die beiden Gehäusehälften
1 und 2 elektrisch voneinander. Immerhin liegt beispielsweise bei der
Chlorerzeugung eine Spannung von ca. 3 V bei 4,5 kA an. Schließlich dient die
Dichtung 6 desweiteren zur Fixierung der empfindlichen lonenaustauschmembran
5, indem letztere zwischen der Dichtung 6 und einer Gehäusehälfte, beispielsweise
dem Kathodengehäuse 2, eingeklemmt wird. Die Dichtung 6 besteht
ihrerseits aus einer doppelt gefalteten ePTFE-Folie, in der eine Dichtschnur
9 aus gerollter ePTFE-Folie sowie eine flächige, gitterförmige Abstandshalterstruktur
10 aufgenommen sind. Die Abstandshalterstruktur 10 ist
über einen Kleber 11 mit der doppelt gefalteten ePTFE-Folie 8 einseitig fixiert.
Innerhalb der Dichtung 6 kommt der Dichtschnur 9 überwiegend Dichtungsfunktion
und der Abstandshalterstruktur 10 überwiegend abstandshaltende
Funktion zu. Dementsprechend ist die Abstandshalterstruktur 10 nicht oder jedenfalls
nur gering komprimierbar, während die Dichtschnur 9 durch Komprimieren
verformbar und verdichtbar ist. Die Figur 2 zeigt die Dichtung im Vormontagezustand,
d. h. im noch nicht komprimierten Zustand.A concrete electrolytic cell seal according to the teaching of
Die aus der EP 1 029 118 B1 bekannte Elektrolysezellendichtung ist jedoch in
verschiedener Hinsicht verbesserungsfähig. Beispielsweise ist die bekannte
Dichtung sowohl material- als auch herstellungsaufwändig. Beides schlägt sich.
in den Herstellungskosten nieder. Die Herstellung erfolgt in Handarbeit und
kann bei den vorgenannten Dimensionen unter Berücksichtigung der nachfolgend
diskutierten Maßnahmen bis zu 1,5 Stunden pro Dichtung in Anspruch
nehmen.However, the electrolytic cell seal known from
So hat sich beim Einsatz der bekannten Dichtung 6 gezeigt, dass die Dichtschnur
9 im Dichtspalt zwischen der doppelt gefalteten Folie 8 wandert. Dies
kann im Extremfall Undichtigkeit der Zelle und/oder ein Reißen der Membran 5
zur Folge haben. Man hat daher versucht, die Dichtschnur 9 mittels beidseitig
entlang der Dichtschnur 9 verlaufenden, die Folie 8 durchdringenden Nähten 12
örtlich zu fixieren. Dies bedeutet aber nicht nur zusätzlichen Arbeitsaufwand,
sondern es wurde darüber hinaus Korrosion der mit Titan beschichteten Gehäusehälfte
2 insbesondere im Bereich der dadurch in der Membran 8 erzeugten
Nahtlöcher festgestellt. Ein zusätzliches Abkleben der Nähte 12 mittels eines
geeigneten Abdeckbands bedeutet wieder zusätzlichen Material- und Herstellungsaufwand.It has been shown when using the
In der Praxis wird daher stattdessen vielfach ein stabiler Rahmen aus elektrisch isolierendem, gesinterten PTFE mit den entsprechenden Abmessungen von z. B. 2,5 m x 1,3 m und einer umlaufenden Breite von beispielsweise 54 mm für zur Chlorerzeugung bestimmte Elektrolysezellen eingesetzt. Solche Rahmen sind umständlich zu transportieren, da sie nicht geknickt werden dürfen. Die beiden Elektrolysezellen-Gehäusehälften, zwischen die der Rahmen dann platziert wird, werden zunächst jeweils mit einem schmalen, dünnen Dichtband aus monodirektional gerecktem PTFE beklebt, wobei sich die beiden Dichtbänder über die gesamte Dichtlänge immer nur teilweise überlappen dürfen. Dabei treten leicht Montagefehler auf. Reparaturen sind teuer, so dass die Dichtungen von vornherein nur von speziell geschultem Personal montiert werden sollten. Problematisch sind auch die Kleberrückstände des Dichtbands an den Gehäusehälften, wenn die Dichtungen routinemäßig beim Austauschen der lonenaustauschmembran nach etwa vier Jahren erneuert werden. Während bei diesem Vorgang des sogenannten "Remembraning" die Dichtung entsorgt werden kann, werden die Elektrolysezellen-Gehäusehälften wieder verwendet. Das Abreinigen des Klebers von den Gehäusehälften ist aufwändig.In practice, therefore, a stable frame is often made of electricity instead insulating, sintered PTFE with the appropriate dimensions of z. B. 2.5 m x 1.3 m and a circumferential width of, for example, 54 mm for certain electrolysis cells used for chlorine production. Such frames are difficult to transport because they must not be kinked. The two electrolytic cell housing halves, between which the frame then are placed with a narrow, thin sealing tape made of monodirectionally stretched PTFE, the two sealing tapes May only partially overlap over the entire sealing length. there assembly errors easily occur. Repairs are expensive, so the seals from the outset should only be assembled by specially trained personnel. The adhesive residues of the sealing tape on the housing halves are also problematic, if the seals are routinely used when replacing the ion exchange membrane be renewed after about four years. While with this Process of so-called "remembraning" of the seal to be disposed of can, the electrolytic cell housing halves are reused. The Cleaning the adhesive from the housing halves is complex.
Es besteht daher nach wie vor ein Bedürfnis für eine einfach handhabbare
Dichtung, die insbesondere zur Verwendung in Elektrolysezellenanordnungen
geeignet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher insbesondere, die
aus der EP 1 029 118 B1 bekannte Dichtung zu verbessern.There is therefore still a need for an easy to handle
Seal especially for use in electrolytic cell assemblies
suitable is. The object of the present invention is therefore in particular that
to improve the seal known from
Insofern können im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung,
soweit konkret nichts anderes angegeben wird, dieselben Materialien für
die einzelnen Komponenten der Dichtung verwendet werden, wie sie im Zusammenhang
mit der EP 1 029 118 B1 beschrieben sind. In this respect, in connection with the invention described below,
unless specifically stated otherwise, the same materials for
the individual components of the seal are used as related
are described in
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die flächige, gitterförmige Abstandshalterstruktur der bekannten Dichtung durch eine schnurförmige Abstandshalterkomponente ersetzt, die im Gegensatz zur bekannten Dichtung um ein Vielfaches ihrer maximalen Dicke bzw. ihres maximalen Durchmessers von der Dichtschnur entfernt liegt. Dadurch ergeben sich im montierten Zustand der Dichtung zwei voneinander beabstandete, linienförmige Dichtlinien, von denen allerdings nur der innenliegenden Dichtschnur effektive Dichtwirkung zukommt.According to a first aspect of the invention, the flat, lattice-shaped spacer structure the known seal by a cord-shaped spacer component replaced, which in contrast to the known seal a multiple of their maximum thickness or their maximum diameter of the sealing cord is removed. This results in the assembled state of the Seal two spaced, linear sealing lines, one of which however, only the internal sealing cord has an effective sealing effect.
Das Ersetzen der Abstandshalterstruktur durch eine Schnur bietet verschiedene Vorteile. Einerseits reduziert sich dadurch die verarbeitete Materialmenge, wodurch Beschaffungs-und Lagerkosten reduziert werden. Andererseits ist eine Schnur wesentlich einfacher zu verarbeiten, insbesondere mit geringerem maschinellen Aufwand, als eine großflächige Abstandhalterstruktur. Durch die Beabstandung der Abstandshalterschnur von der Dichtschnur wird dennoch erreicht, dass beim Einspannen der Dichtung ein Verkanten der beiden Gehäusehälften bis auf einen unwesentlichen Grad reduziert werden kann.Replacing the spacer structure with a string offers several Benefits. On the one hand, this reduces the amount of material processed, which means Procurement and storage costs can be reduced. On the other hand, one Cord much easier to process, especially with less mechanical Effort as a large spacer structure. By spacing the spacer cord from the sealing cord is still reached, that when the seal is clamped, the two halves of the housing tilt can be reduced to an insignificant degree.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der Dichtschnur innerhalb der Dichtung im selben Maße abstandshaltende Funktion zukommen wie der Abstandshalterschnur. Da die Dichtung üblicherweise zur Verwendung bei einem bestimmten Kompressionsdruck vorgesehen ist, sollten die beiden Schnüre bei diesem Kompressionsdruck in etwa dieselbe komprimierte Dicke besitzen. Idealerweise ist dies dadurch erreichbar, dass beide Schnüre aus demselben Material bestehen oder zumindest dieselbe oder in etwa dieselbe Kompressibilität besitzen, so dass sie auch im nicht komprimierten Vormontagezustand die Folien, zwischen denen sie angeordnet sind, in etwa auf gleichem Abstand halten. Insbesondere können die beiden zwischen den Folien anzuordnenden Schnüre auch im Koextrusionsverfahren mit einem die beiden Schnüre verbindenden Steg hergestellt werden. Da jedoch der Dichtschnur zusätzlich zur Abstandshaltungsfunktion insbesondere Dichtungsfunktion zukommt und die Dichtschnur aus vergleichsweise hochwertigem und teurem Material besteht, wird für die Abstandshalterschnur vorzugsweise ein völlig anderes, wesentlich preiswerteres Material gewählt als für die Dichtschnur.In contrast to the prior art, the sealing cord can be inside the seal spacing function to the same extent as the spacer cord. Because the seal is typically for use with a certain compression pressure is provided, the two cords should this compression pressure have approximately the same compressed thickness. Ideally, this can be achieved by having both cords from the same Material exist or at least the same or approximately the same compressibility have, so that they are in the uncompressed pre-assembly state the foils, between which they are arranged, at approximately the same distance hold. In particular, the two can be arranged between the foils Lines also in the co-extrusion process with one connecting the two lines Bridge are made. However, since the sealing cord in addition to the spacing function in particular sealing function and the Sealing cord consists of comparatively high quality and expensive material, becomes a completely different, essential for the spacer cord cheaper material selected than for the sealing cord.
Bei der die Abstandshalterstruktur ersetzenden Schnur kann es sich daher beispielsweise auch um einen Draht handeln. Der Querschnitt der Schnur ist von untergeordneter Bedeutung und kann beispielsweise auch oval sein. Er soll aber nicht großflächig eben sein, um genau wie bei der Dichtschnur eine möglichst schmale Dichtlinie zu erzielen, damit eine hohe Flächenpressung bei geringen Schraubenkräften erzielbar ist.For example, the cord replacing the spacer structure can be also act as a wire. The cross section of the cord is from of minor importance and can also be oval, for example. He should but not be flat over a large area, just as possible as with the sealing cord to achieve a narrow sealing line, thus a high surface pressure with low Screw forces can be achieved.
Es ist auch möglich, die beiden Schnüre im Coextrusionsverfahren in eine Folie zu integrieren. Dann liegen die beiden Schnüre zwischen zwei Folienoberflächen der extrudierten Folie. Separate Folien können dann entfallen. Unter geeigneten Voraussetzungen kann es sogar ausreichend sein, die beiden Schnüre im Extrusionsverfahren mit einem sie verbindenden Steg als Vollmaterial ohne zusätzliche äußere Folien herzustellen und als Dichtung einzusetzen. Denn die Gefahr der relativen Verschiebung der beiden Schnüre, die dann eher als schnurförmige Dichtungskomponenten zu bezeichnen sind, ist wegen des Verbindungsstegs ausgeschlossen.It is also possible to coextrude the two cords into one film to integrate. Then the two cords lie between two foil surfaces the extruded film. Separate foils can then be omitted. Under suitable The two cords may even be sufficient in the extrusion process with a web connecting them as a solid material without produce additional outer foils and use them as seals. Because that Danger of relative displacement of the two cords, which then rather than cord-shaped sealing components are due to the connecting bridge locked out.
Vorzugsweise liegen die Schraubenlöcher, über die die beiden Gehäusehälften miteinander verspannt werden, zwischen dieser Abstandshalterschnur und der Dichtschnur. Dadurch kann eine gleichmäßige Lastverteilung auf beide Schnüre erreicht werden. Die Schraubenlöcher können in einfacher Weise aus der Dichtung heraus gestanzt werden.The screw holes preferably lie over which the two housing halves be clamped together between this spacer cord and the Sealing cord. This allows an even load distribution on both cords can be achieved. The screw holes can easily be removed from the seal to be punched out.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung sind die beiden Folien, zwischen denen die Schnüre aufgenommen sind, durch einen bis 100°C wärmestabilen Kleber miteinander verbunden. Dadurch kann überraschenderweise ein Wandern der Dichtschnur im Dichtspalt zwischen den Folien vermieden werden. Es wird vermutet, dass dieses beim Stand der Technik beobachtete Wandern der Dichtschnur auf die mangelnde Wärmebeständigkeit des dort verwendeten Klebers mit zurückzuführen ist. Immerhin liegen die Arbeitstemperaturen von Elektrolysezellen zur Chlorerzeugung bei bis zu 90 °C. Durch eine warmstabile Verklebung der beiden Folien werden die Schnüre nun zwischen den Folien verschiebesicher fixiert. Ein Abnähen der Schnüre zur Verhinderung ihres Wanderns ist nicht notwendig. Dadurch ergeben sich auch keine Nahtlöcher, durch die hindurch eine Korrosion vom Kathodenraum zum Anodenraum oder umgekehrt erfolgen könnte. According to a second aspect of the invention, the two foils are between which the cords are picked up by a heat stable up to 100 ° C Adhesive bonded together. Surprisingly, this can make hiking the sealing cord in the sealing gap between the foils can be avoided. It it is believed that this wandering observed in the prior art Sealing cord on the lack of heat resistance of the used there Glue is due. After all, the working temperatures are from Electrolysis cells for chlorine production at up to 90 ° C. Through a warm stable The cords are now glued between the foils fixed securely. Sewing the cords to prevent theirs Hiking is not necessary. This also means there are no seam holes, through which corrosion from the cathode compartment to the anode compartment or vice versa.
Um die beiden Folien in einfacher Weise in einem thermischen Fügeverfahren miteinander verbinden zu können, ist der Kleber vorzugsweise thermisch aktivierbar. Es kann sich beispielsweise um einen thermisch aktivierbaren Zweikomponenten kleber oder einen thermoplastischen Kleber, insbesondere auf Basis eines Fluorpolymers, handeln. Fluorpolymere sind wegen ihrer chemikalienbeständigkeit besonders geeignet. Es reicht aus, wenn eine der Folien mit diesem Kleber vorbeschichtet ist. Eine Beschichtung aus dem thermoplastischen Kunststoff Ethylen-Fluorethylenpropylen (EFEP) wird besonders bevorzugt. EFEP ist ein Copolymer aus Ethylen, Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen. Alternativ dazu kann die Beschichtung aus PVDF, ETFE, ECTFE, PFA oder FEP bestehen.To the two foils in a simple manner in a thermal joining process To be able to connect to one another, the adhesive can preferably be activated thermally. For example, it can be a thermally activated two-component glue or a thermoplastic glue, in particular Based on a fluoropolymer. Fluoropolymers are because of their chemical resistance particularly suitable. It is sufficient if one of the slides is included this adhesive is pre-coated. A coating from the thermoplastic Plastic ethylene-fluoroethylene propylene (EFEP) is particularly preferred. EFEP is a copolymer of ethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. Alternatively, the coating can be made of PVDF, ETFE, ECTFE, PFA or FEP exist.
Der Beschichtung kommt zusätzlich zu ihrer Funktion als Verbindungs -bzw. Schweißmittel des weiteren die Bedeutung als Diffusionssperre zu. Die Diffusion korrodierender Stoffe durch die lonenaustauschmembran und weiter durch die beiden Folien der Dichtung hindurch vom Anodenraum zum Kathodenraum (oder umgekehrt) wird dadurch zusätzlich erschwert.The coating comes in addition to its function as a connection or Welding agents also have the importance of being a diffusion barrier. The diffusion corrosive substances through the ion exchange membrane and further through the two foils of the seal from the anode compartment to the cathode compartment (or vice versa) is made even more difficult.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Dichtung an ihrer der Elektrolysezelle zugewandten Seite mit einem Abstandsmaterial ausgestattet, welches dafür sorgt, dass die Dichtung im montierten Zustand den Dichtspalt möglichst vollständig ausfüllt. Die Dicke des Abstandsmaterials entspricht dazu in etwa der Dicke der Dichtung, wenn sie im Montagezustand einem vorbestimmten Kompressionsdruck ausgesetzt ist, abzüglich der Gesamtdicke der beiden (nicht komprimierten) Folien. Das Abstandsmaterial kann aus einem sehr weichen chemisch beständigen Material bestehen, insbesondere aus einem Fluorpolymer, so daß es selbst in dem Fall, daß es im komprimierten Zustand der Dichtung auch komprimiert wird, keine oder jedenfalls im wesentlichen keine Kompressionskräfte aufnimmt.According to a third aspect of the invention, the seal is at its the Side facing the electrolysis cell is equipped with a spacer material, which ensures that the seal, when assembled, the sealing gap fills out as completely as possible. The thickness of the spacer material corresponds to this approximately the thickness of the seal if it is a predetermined in the assembled state Compression pressure is exposed, minus the total thickness of the two (uncompressed) slides. The spacer material can be made from a very soft chemically resistant material, especially one Fluoropolymer so that even in the event that it is in the compressed state the seal is also compressed, none or at least essentially absorbs no compression forces.
Der mit dem Abstandsmaterial verfolgte Zweck besteht darin, die Dichtung im Bereich zwischen den Elektrolysezellenräumen und der inneren Dichtschnur eng mit den Dichtflanschen der Elektrolysezellenhälften in Kontakt zu bringen; um zu verhindern, dass Toträume entstehen, in denen sich ansonsten Elektrolyseprodukte, wie beispielsweise Lauge, sammeln könnten. Auch diese Maßnahme hat sich als bedeutsam für die Korrosionsvermeidung herausgestellt. Es wird nämlich vermutet, dass sich bei der bekannten Dichtung derartige Toträume bildeten. Mangels einer ständigen Durchspülung solcher Toträume kam es wohl zu einem Feuchtigkeitsentzug der lonenaustauschmembran und dadurch zu ihrer Versprödung im Bereich des Dichtspalts. Es wird weiter vermutet, dass Natronlauge aus dem Kathodenraum durch die versprödeten Membranbereiche und weiter durch die Folien der Dichtung hindurch an die Gehäusewandung der den Kathodenraum definierenden Elektrolysezellenhälfte gelangen konnte und dort zur Korrosion des mit Titan beschichteten Gehäuseblechs führte. Durch Füllung der Toträume mit dem Abstandsmaterial wird somit ein Austrocknen der lonenäustauschmembran und damit einhergehend die Korrosion aufgrund von durch die Membran hindurchtretenden Stoffen effektiv verhindert.The purpose of the spacer material is to seal the Area between the electrolytic cell spaces and the inner sealing cord close contact with the sealing flanges of the electrolytic cell halves; to prevent dead spaces in which electrolysis products such as lye. This measure too has proven to be important for corrosion prevention. It it is assumed that such dead spaces exist in the known seal formed. In the absence of a constant flushing of such dead spaces, it happened probably to a moisture removal of the ion exchange membrane and thereby on their embrittlement in the area of the sealing gap. It is also believed that Sodium hydroxide solution from the cathode compartment through the embrittled membrane areas and further through the foils of the seal to the housing wall of the could reach the electrolytic cell half defining the cathode space and there led to corrosion of the titanium-coated housing plate. By Filling the dead spaces with the spacer material will dry out the ion exchange membrane and the associated corrosion due to it effectively prevents substances passing through the membrane.
Das Abstandsmaterial kann zwischen den beiden Folien oder einseitig auf einer der beiden Folien angeordnet sein. Es kann seinerseits ein Folienmaterial und insbesondere identisch zu dem Material der beiden Folien sein, z.B. aus ePTFE.The spacer material can be between the two foils or on one side on one of the two foils. It can in turn be a film material and in particular be identical to the material of the two foils, e.g. from ePTFE.
Die mittels der vorgenannten drei erfindungsgemäßen Aspekte erzielten Vorteile
gegenüber der aus der EP 1 029 118 B1 bekannten Dichtung stellen sich
auch jeweils unabhängig voneinander ein, können sich jedoch durch Kombination
miteinander gegenseitig verstärken.The advantages achieved by means of the aforementioned three aspects according to the invention
compared to the seal known from
Vorteilhafter Weise ist die Dichtung einseitig flach und auf der anderen Seite durch die zwischen den Folien aufgenommenen Schnüre sowie das Abstandsmaterial profiliert. Die Ionenaustauschmembran wird dann zwischen der flachen Seite der Dichtung und einem Dichtungsflansch einer Elektrolysezellenhälfte eingeklemmt. Diese Anordnung ist besonders schonend für die mechanisch empfindliche lonenaustauschmembran, wenn die Elektrolysezellenhälften zur Bildung einer Elektrolysezelle miteinander verspannt werden. Andererseits muß die Dichtung nicht notwendigerweise einseitig flach sein, sondern kann auch beidseitig durch die zwischen den Folien aufgenommenen Schnüre profiliert sein, wobei entweder beide Schnüre zur Profilierung beider Dichtungsoberflächen oder jede Schnur nur zur Profilierung jeweils einer Dichtungsoberfläche beitragen können. The seal is advantageously flat on one side and on the other side through the cords between the foils and the spacing material profiled. The ion exchange membrane is then between the flat Side of the seal and a sealing flange of an electrolytic cell half trapped. This arrangement is particularly gentle on the mechanical sensitive ion exchange membrane when the electrolytic cell halves are used Formation of an electrolytic cell can be clamped together. On the other hand, must the seal is not necessarily flat on one side, but can also be profiled on both sides by the cords between the foils be, either both cords for profiling both sealing surfaces or each cord only for profiling one sealing surface can contribute.
Die Dichtung ist somit einstückig und daher einfach handhabbar und montierbar. Die Fixierung der Dichtung zwischen den Elektrolysezellenhälften erfolgt in einfacher Weise über Schraubenlöcher. Die Dichtung ist flexibel und daher durch Zusammenlegen einfach zu transportieren. Sie muß bei der Montage nicht mit einem Kleber am Dichtungsflansch der Elektrolysezellenhälften fixiert werden, so dass ein Abreinigen von Kleberrückständen beim Remembraning nicht notwendig wird. Insbesondere durch den Einsatz von wärmestabilem Kleber läßt sich die Gefahr von austretendem und später abzureinigendem Kleber vermeiden. Der Kleber wirkt auch als Diffusionssperre und verhindert so die Korrosion aufgrund von durch die Membran hindurchtretenden Stoffen. Die Korrosion wird zusätzlich vermindert, indem durch Einsatz eines Abstandsmaterials Toträume geschlossen und dadurch ein Versprödung der Membran vermieden wird.The seal is thus in one piece and therefore easy to handle and assemble. The seal is fixed between the electrolytic cell halves in simple way via screw holes. The seal is flexible and therefore easy to transport by folding. You must during assembly not fixed to the sealing flange of the electrolytic cell halves with an adhesive so that cleaning of adhesive residues during remembraning is not necessary. Especially through the use of heat stable Glue eliminates the risk of leaking and later cleaning Avoid glue. The adhesive also acts as a diffusion barrier, thus preventing it corrosion due to substances passing through the membrane. The Corrosion is additionally reduced by using a spacer material Closed dead spaces and thus avoiding embrittlement of the membrane becomes.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen
beschrieben. Darin zeigen:
Figur 1 zeigt eine Elektrolysezellenanordnung am Beispiel der Chlorerzeugung
aus Natriumchlorid (NaCl). Die Elektrolysezellenanordnung besteht im wesentlichen
aus zwei Gehäusehälften 1, 2, zwischen denen eine lonenaustauschmembran
5 gespannt ist. Dadurch entsteht zwischen der Membran 5 und der
ersten Gehäusehälfte 1 ein erster Raum, in dem eine Kathode 3 nahe der
Membran 5 angeordnet ist, und zwischen der Membran 5 und der zweiten Gehäusehälfte
2 ein zweiter Raum, in dem eine Anode 4 nahe der Membran 5 angeordnet
ist. Durch den Kathodenraum wird Wasser (H2O) gespült. Im Anodenraum
befindet sich eine Salzlösung, die durch Zuführen von NaCl auf einem
konstanten Konzentrationsniveau gehalten wird. Durch Anlegen einer
Spannung zwischen der Kathode 3 und der Anode 4 diffundieren Na+ Ionen
durch die lonenaustauschmembran 5 hindurch aus dem Anodenraum in den
Kathodenraum. Gleichzeitig entsteht im Anodenraum molekulares gasförmiges
Chlor Cl2. Die in den Kathodenraum diffundierten Na+ lonen führen dort zur
Bildung von NaOH in Wasser (Natronlauge) sowie zu molekularem, gasförmigen
Wasserstoff H2. Der Kathodenraum wird ständig mit frischem Wasser H2O
gespült.Figure 1 shows an electrolytic cell arrangement using the example of chlorine production from sodium chloride (NaCl). The electrolytic cell arrangement essentially consists of two
Die durch die Gehäuse 1 und 2 gebildete Elektrolysezelle ist durch eine Dichtung
6 flüssigkeitsdicht und gasdicht nach außen zur Umgebung hin abgedichtet.The electrolytic cell formed by the
Figur 3 zeigt im Vormontagezustand eine Dichtung 6 gemäß einer ersten Ausführungsform
zwischen den Flanschen 1a, 2a der Kathodengehäusehälfte 1 und
der Anodengehäusehälfte 2, d.h. in einer Anordnung, bevor die beiden Gehäusehälften
1, 2 miteinander verspannt werden. Die Gehäusehälfte 1 der Kathode
3 besteht aus einem Nickelblech und die Gehäusehälfte 2 der Anode 4 besteht
aus einem beschichteten Titanblech. Zwischen dem Gehäuseflansch 1a der
Kathodengehäusehälfte 1 und der Dichtung 6 wird die lonenaustauschmembran
5 festgeklemmt. Zu diesem Zweck ist die Dichtung 6 an ihrer der lonenaustauschmembran
5 zugewandten Seite eben. Die Dichtung 6 erstreckt sich
bis zum Innenrand der Gehäuseflansche 1a, 2a, um einen Kontakt der Anodengehäusehälfte
2 mit der lonenaustauschmembran 5 und darüber einen Kurzschluss
mit dem Kathodengehäuse 1 auszuschließen. Die Dichtung besteht im
wesentlichen aus zwei zueinander beabstandeten Schnüren, der innenliegenden
Dichtschnur 9 und der außenliegenden Abstandshalterschnur 10 mit einem
Durchmesser von jeweils beispielsweise 1,9 mm, zwischen zwei Folien.FIG. 3 shows a
Zum Verspannen der beiden Gehäusehälften 1 und 2 werden Schrauben durch
um die Elektrolysezelle herum verteilt angeordnete Bohrungen 7 und entsprechende
Spannleisten hindurch geführt und angezogen. Die Dichtung 6 besitzt
daher deckungsgleich zu den Bohrungen 7 angeordnete Durchgangslöcher 13
zwischen den beiden Schnüren 9, 10. Der Abstand zwischen den Gehäuseflanschen
1a und 2a liegt bei dem in Figur 3 dargestellten Vormontagezustand beispielsweise
bei 2,6 mm. Das entspricht der Dicke der Dichtung im nicht komprimierten
Zustand. Dieser Abstand wird durch Verspannen der beiden Gehäusehälften
1 und 2 auf beispielsweise 1,1 mm reduziert (nicht dargestellt). Somit
reduziert sich die Dicke der Dichtung sowohl im Bereich der näher zum Elektrolysezellenraum
liegenden Dichtschnur 9 als auch im Bereich der außenliegenden
Abstandshalterschnur 10 entsprechend um etwa 1,5 mm. Die beiden
dünnen Folien, zwischen denen die beiden Schnüre 9, 10 aufgenommen sind,
tragen zur Gesamtkompression der Dichtung einen nicht unerheblichen Anteil
von ca. 33% bei, da sie dabei jeweils von 0,35 mm auf 0,1 mm komprimiert
werden.Screw the two
Zwischen der Dichtschnur 9 und der innenliegenden Kante der Dichtung 6 ist
die Dichtung 6 mit einem Abstandsmaterial 14 ausgestattet. Das Abstandsmaterial
14 bedeckt diesen Bereich vorzugsweise vollflächig. Die Dicke des Abstandsmaterial
14 ist so gewählt, dass die lonenaustauschmembran 5 im verspannten
Zustand der beiden Gehäusehälften 1 und 2 vorzugsweise gerade an
dem Gehäuseflansch 1a anliegt oder gegebenenfalls mit geringem Druck angepreßt
wird. Das heißt, der Abstand zwischen dem Abstandsmaterial 14 und
dem Gehäuseflansch 2a beträgt abweichend von dem in Figur 3 dargestellten
Vormontagezustand vorzugsweise etwa 1,5 mm. Das entspricht dem Weg, um
den die beiden Gehäusehälften beim Verspannen zueinander verlagert werden.
Vorzugsweise wird als Abstandsmaterial 14 dasselbe Material verwendet wie
für die Folien, also ein Folienmaterial mit einer Dicke von 0,35 mm.
Beim Verspannen der beiden Gehäusehälften 1 und 2 kann aber gegebenenfalls
auch das Abstandsmaterial 14 komprimiert werden, wenn es nämlich dicker als
0,4 mm ist, wie in der in Figur 3 dargestellten Variante. Da dem Abstandsmaterial
14 aber im wesentlichen nur stabilisierende Funktion für die lonenaustauschmembran
5 und nicht etwa Dichtungsfunktion zukommt, sollte das Abstandsmaterial
14 in diesem Fall aus einem gegenüber der Dichtschnur 9 wesentlich
weicheren Material bestehen.Between the
When the two
Mit dem Abstandsmaterial 14 wird somit erreicht, daß es im komprimierten
Zustand der Dichtung 6 einen Spalt zwischen der Dichtung 6 und der Elektrolysezellenanordnung
im Abstandsbereich vollständig oder zumindest im wesentlichen
ausfüllt, ohne Kompressionskraft oder jedenfalls nur einen unwesentlichen
Anteil der Kompressionskraft aufzunehmen.With the
In Figur 4 ist die Dichtung 6 nochmals separat dargestellt. Gut zu erkennen sind
daran der zweischichtige Folienaufbau bestehend aus den beiden Folien 8a und
8b, zwischen denen die Dichtschnur 9 und die Abstandshalterschnur 10 eingelagert
sind. Die Dichtung 6 ist einseitig flach und besitzt Öffnungen 13, durch die
hindurch Verspannungsschrauben geführt werden können. Eine der beiden
Folien 8a, 8b ist mit einer thermoplastischen Fluorpolymerschicht 11 versehen,
über die die beiden Schichten 8a, 8b im Thermoschweißverfahren miteinander
fest verbunden sind. Die Breite der Dichtung 6 beträgt z.B. 54 mm und ist vorzugsweise
der Gehäuseflanschbreite 1a, 2a angepaßt.In Figure 4, the
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 liegt das Abstandsmaterial 14 auf
der profilierten Aussenseite der Dichtung 6 zwischen der Dichtschnur 9 und der
nächstliegenden Aussenkante der Dichtung 6. Das Abstandsmaterial 14 kann
aus einem mit der angrenzenden Folie 8b verschweißbaren thermoplastischen
Material bestehen oder mit einem solchen Material beschichtet sein, um eine
Thermoschweißverbindung zwischen dem Abstandsmaterial 14 und der Folie
8b herstellen zu können. Denkbar ist aber auch eine Verbindung mittels eines
anderen thermisch stabilen Klebers.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der das Abstandsmaterial 14
zwischen den beiden Folien 8a, 8b liegt. Dies kann verfahrenstechnisch günstiger
sein. Wenn nämlich die Dichtschnur 9 erst in einem separaten Arbeitsgang
zwischen die beiden Folien 8a, 8b, die in anderen Bereichen der Dichtung bereits
vorverschweißt sein können, gebracht wird, dann läßt sich das Abstandsmaterial
14 im selben Arbeitsgang gemeinsam mit der Dichtschnur 9 zwischen
die beiden Folien 8a, 8b bringen.FIG. 5 shows an alternative embodiment in which the
Insbesondere ist es auch denkbar, daß die Dichtung im Bereich des Abstandsmaterials
nur eine Folienschicht besitzt, die Folie 8a oder die Folie 8b.In particular, it is also conceivable that the seal in the area of the spacer material
has only one film layer,
In den Figuren 4 und 5 sind die Folien 8a, 8b der Dichtung 6 als zwei eigenständige
Folien dargestellt. Sie können aber auch durch eine einzige, doppelt
gefaltete Folie gebildet sein. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der
Erfindung können die beiden Folien 8a, 8b auch im Co-Extrusionsverfahren als
eine einzige Folie mit dazwischen eingeschlossenen Schnüren 9 und 10 hergestellt
werden. Die Schnüre 9 und 10 liegen dann nicht zwischen zwei Folien,
sondern zwischen zwei Folienoberflächen. Das Abstandsmaterial 14 kann im
Querschnittprofil der extrudierten Folie bereits berücksichtigt sein. Schließlich
ist es sogar denkbar, daß anstelle der beiden in dem Extrudat integrierten
Schnüre 9 und 10 das Extrudat aus einem Vollmaterial besteht, wobei die
Schnüre 9 und 10 lediglich durch entsprechende Verdickungen des Extrudatquerschnitts
als schnurförmige Dichtungskomponenten realisiert sind.In FIGS. 4 and 5, the
Die Dichtschnur 9 kann aus unterschiedlichsten Materialien bestehen, beispielsweise
auch aus drahtartigem Material wie einem PVDF-Draht oder einem
Schweißdraht.The
Bei der Dichtschnur 9 handelt es sich jedoch vorzugsweise um ein im wesentlichen
schnurförmig ausgebildetes Gebilde aus wenigstens einem spiralig-gerollten
folienförmigen Material aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE).
Eine solche Dichtung ist beispielsweise in der DE 197 23 907 A1 der Anmelderin
beschrieben. Wie darin erläutert ist, kann diese Dichtung über ihren
Schnurquerschnitt einen Dichtegradienten aufweisen, welcher von der Aussenseite
der zweiten Dichtungskomponente ausgehend in Richtung zu deren
Querschnittsmittelpunkt zunimmt. Insbesondere wird in der vorher genannten
Patentanmeldung beschrieben, wie eine in sich geschlossene Ringdichtung aus
einer auf sich selbst gerollten zylindrischen Folie hergestellt werden kann. Bei
einer solchen in sich geschlossenen Ringdichtung treten weniger Leckageprobleme
auf, weil sie keine inhomogenen Dichtungsstoßstellen besitzt. Das ePT-FE-Material
der Ringdichtung 9 kann darüber hinaus einen Füller aufweisen,
wie beispielsweise Glas, Keramik und / oder Polymerharz.However, the
Das Material für die Abstandshalterschnur 10, die - da sie keine Dichtungsfunktion
im engeren Sinne besitzt - nicht in sich geschlossen sein muß, ist
vergleichsweise unkritisch. Wesentlich ist vor allem, dass die Dichtschnur 9 und
die Abstandshalterschnur 10 im Betriebszustand, das heißt nach einem etwaigen
Setzen innerhalb der anfänglichen Betriebszeit, in etwa dieselbe komprimierte
Dicke besitzen. Ansonsten könnten die Gehäuseflansche 1a, 2a beim
Verspannen eine keilförmige Anordnung zueinander einnehmen und dadurch
ein Wandern der Schnüre hervorrufen. Dies kann im Extremfall zur Undichtigkeit
der Elektrolysezellenanordnung führen. Daher wird es bevorzugt, dass die
Dichtschnur 9 und die Abstandshalterschnur 10 im unbelasteten Zustand in etwa
denselben Durchmesser besitzen und darüber hinaus vorzugsweise auch in
etwa dasselbe Elastizitätsmodul besitzen, auch wenn die beiden Schnüre 9,10
aus Kostengründen nicht notwendigerweise aus demselben Material zu bestehen
brauchen.The material for the
Bei den beiden Folien 8a, 8b handelt es sich vorzugsweise um Fluorpolymerfolien,
insbesondere um Folien aus Polytetrafluorethylen, wie beispielsweise
multidirektional expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), wobei wenigstens
eine der Folien einseitig mit Ethylen-Fluorethylenpropylen (EFEP) oder einem
anderen Fluorpolymer als Schweißmittel beschichtet ist.The two
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der vorbeschriebenen Elektrolysezellendichtung
erläutert. Zunächst wird eine rahmenartige Anordnung zur
Verfügung gestellt, die aus den beiden Folien 8a, 8b sowie der dazwischen liegenden
Schnur 10 mit Abstandshaltefunktion umfasst. Dieses rahmenförmig
angeordnete Material kann im Falle von Großserien in einem einzigen Arbeitsgang,
beispielsweise in einem Autoklaven, hergestellt werden. Dabei ist zu beachten,
dass ein innenliegender Bereich der beiden Folien noch nicht miteinander
verschweißt wird, damit in einem nachfolgenden Schritt noch die Dichtschnur
9 und gegebenenfalls auch das Abstandsmaterial 14 zwischen die beiden
Schichten 8a, 8b eingelegt werden können, woraufhin dann auch das Verscheißen
der beiden Folien 8a, 8b in diesem Bereich erfolgt. Es ist aber auch
denkbar, alle Dichtungskomponenten in einem Arbeitsgang miteinander zu
verschweißen.The following is a method for manufacturing the electrolytic cell seal described above
explained. First, a frame-like arrangement for
Provided, the two
Wird die rahmenartige Anordnung jedoch in Handarbeit hergestellt, so erfolgt
dies vorzugsweise unter Einsatz einer beheizten Doppelbandpresse, wie in Figur
6 gezeigt. Zwei Folien 8a, 8b aus multidirektional gerecktem Polytetrafluorethylen
werden von Vorratsrollen mit einer Vorratslänge von beispielsweise
180 m abgezogen und durch eine Verbindungsstation 15 in Gestalt einer Doppelbandpresse
mit beidseitig zum Transportweg angeordneten Heizelementen
16 geführt. Zwischen die beiden Folien 8a, 8b wird die Abstandshalterschnur 10
zugeführt. Aufgrund der thermoplastischen Beschichtung zumindest einer der
beiden Folien 8a, 8b mit Ethylen-Fluorethylenpropylen (EFEP) und der Wärmezufuhr
durch die Heizelemente 16 verschweißen die beiden Folien 8a, 8b im
Bereich der Doppelbandpresse 15 unter Einschluss der Abstandshalterschnur
10 miteinander.However, if the frame-like arrangement is made by hand, this is done
this is preferably done using a heated double belt press, as in FIG
6 shown. Two
Figur 7a, 7b zeigen das resultierende Produkt einmal in Aufsicht und einmal im
Querschnitt. Die Folien 8a, 8b werden in der Verbindungsstation beziehungsweise
Doppelbandpresse 15 nicht über die gesamte Breite sondern nur über
einen Teil der Breite durch die EFEP-Beschichtung 11 miteinander verschweißt.
Zwar ist eine EFEP-Beschichtung auch im übrigen Bereich zumindest
einer der beiden Folien 8a, 8b vorhanden. Dieser Bereich wird jedoch neben
der Verbindungsstation 15 hergeführt. Gleichzeitig werden die beiden
Kanten der übereinanderliegenden Folien 8a, 8b so beschnitten, dass jeweils
zwei Kanten exakt übereinander liegen.Figure 7a, 7b show the resulting product once in supervision and once in
Cross-section. The
Um zu erreichen, dass der Folienverbund einseitig eben ist (Fig. 7B), ist entweder
das obere Band oder das untere Band der Doppelbandpresse 15 derart geteilt,
dass die Abstandshalterschnur 10 entlang diesem Teilungsspalt in einer
Vertiefung geführt wird. In order to ensure that the film composite is flat on one side (FIG. 7B), either
divided the upper belt or the lower belt of the
Figur 8 zeigt nun die rahmenartige Anordnung bestehend aus vier Abschnitten
der miteinander verschweißten Folienbahnen. In den nicht verschweißten Bereichen
ist die jeweils oben liegende Folie 8b hochgeklappt, so dass zwischen
die Folien 8a, 8b eine in sich geschlossene Ringdichtung 9 eingelegt werden
kann. Die hochgeklappten Abschnitte der Folien 8b werden anschließend auf
die Ringdichtung 9 heruntergeklappt. In den Eckbereichen der rahmenartigen
Anordnung werden die Folien 8a, 8b jeweils durch eine Eckverbindungsfolie 18
unterlegt, um aneinander angrenzende Folienabschnitte fest miteinander zu
verbinden. Eine entsprechende Eckverbindungsfolie 18 wird an jeder Ecke der
rahmenartigen Anordnung zusätzlich auch von oben aufgelegt (nicht dargestellt).
Es werden dann zunächst die Eckbereiche beispielsweise durch Impulsschweißen
miteinander verschweißt. Anschließend werden die Folien 8a, 8b
der vier Folienbahnen auch in den bisher unverschweißten Bereichen unter
Einschluß der Ringdichtung 9 miteinander verschweißt. Dies kann beispielsweise
durch erneutes Hindurchführen durch eine Doppelbandpresse oder eine
stationäre Heizpresse erfolgen, wobei wiederum eine Profilierung für die Dichtschnur
9 vorzusehen ist, so dass die resultierende Dichtung einseitig eben ist.Figure 8 now shows the frame-like arrangement consisting of four sections
of the foil webs welded together. In the non-welded areas
the
Das in Figur 8 nicht dargestellte Abstandsmaterial 14 kann entweder vor dem
Herunterklappen der Folie 8b zwischen die Folien 8a und 8b eingelegt werden
oder danach auf die Folie 8b aufgelegt werden. Zusätzlich können Ergänzungsstücke
der Abstandshalterschnur 10 auf die Folie 8b aufgelegt werden, damit
auch die Abstandshalterschnur 10 einen geschlossenen Ring bildet. Das Abstandsmaterial
14 und die Ergänzungsstücke der Abstandshalterschnur 10
werden dann bei dem vorbeschriebenen Schweißschritt mit in die Dichtung integriert.
Schließlich werden noch Löcher (nicht dargestellt) zur Durchführung
von Schrauben in die Dichtung gestanzt.The
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