DE2353583C2 - Diaphragma-Elektrolysezelle - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelblech (10) beiderseits des offen endenden Ausschnitts (12) In zwei getrennten, an der gegenüberliegenden Wand (8) des Metallbehälters (4) befestigten Trägern (13) frei ruht.

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Die Erfindung betrifft eine Diaphragma-Elektrolysezelle mit vertikalen Anoden und Kathoden gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Elektrolyse von Alkallmetallhalogenldlösungen, z. B. einer Natrlumchlorldlauge, Ist die Verwendung monopolarer Zellen mit vertikalen Elektroden bereits bekannt. Solche Zellen umfassen ganz allgemein eine Einheit vertikaler und paralleler Anoden, die von einem Stahlbehälter umgeben sind, an dem· Kathoden in der Form durchbrochener Taschen befestigt sind, die sich jeweils zwischen den Anoden befinden. Bei diesen monopolaren Zellen wird der Käthödcnstföfn zu den durchbrochenen Kathodentaschen Üblicherwelse mittels einer oder mehrerer Leiterschienen zugeführt, die direkt

des diese leitfähigen Bleche bildenden Materials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs hinsichtlich Ihrer Gattung bezeichnete Diaphragma-Elektrolysezelle so auszubilden, daß die vorstehend angegebenen Nachtelle vermieden sind, nämlich daß ohne merkliche Erhöhung des Gewichts der Zelle die Stabilität der durchbrochenen Kathodentaschen vergrößert und die Stromleitungsverhältnisse Innerhalb der Elektrolyse gleichzeitig verbessert sind.

Diese Aufgabe iMrd erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Wegen vorteilhafter Weiterbildungen wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung Ist der Vorteil erreicht, daß die die Mittelbleche der Kathodentasche bildenden Materialmengen wesentlich reduziert sind, so daß die Zelle in Ihrer Gesamtheit leichter wird, jedoch nach wie vor eine ausreichende Steifigkeit erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Abnahme der Querschnlttsfläche ist insbesondere durch Vorsehung einer oder mehrerer Öffnungen erreichbar. Solche Öffnungen sind deshalb bereits vorteilhaft, da sie die Zirkulation des

an wenigstens einer Wand des Metallbehälter, mit dem 65 Elektrolyten Im Kathodenraum und die Freisetzung des die Kathodentaschen In Verbindung stehen, befestigt an den Kathoden erzeugten Gases erleichtert.

Die Abnahme der Querschnittsfläche sollte vortellhafterwelse so eingestellt werden, daß entlang des gesamten

sind. Zellen dieser Art sind Insbesondere In den US-PS 47 547 und 34 64 912 beschrieben.

Mittelblechs ein praktisch konstantes Verhältnis zwischen der Stromdichte und der Querschnittsfläche erreicht ist.

Die Erfindung ist ohne Unterschied bei monopolaren Zellen sowie bei Zellen mit bipolaren Elektroden anwendbar. Im Falle von Zellen mit bipolaren Elektroden umfaßt die Zelle eine praktisch vertikale, leitfähige Wand, praktisch vertikale Anodenplatten, die in Querrichtung an einer Fläche dieser Wand befestigt sind, und durchbrochene, praktisch vertikale Manteltaschen, die in Querrichtung mit der anderen Fläche dieser Wand so verbunden sind, daß eine erfindungsgemäße Zelle gebildet ist, wobei die zuvor genannte vertikale, leitfähige Wand eine Sammelwand bildet.

Im Falle monopolarer Zellen zur Elektrolyse einer Lösung eines Halogenids von wenigstens einem Alkalimetall verfügt diese Zelle über ein Unterteil, eine Einheit aus praktisch vertikalen und parallelen Anoden oberhalb des Unterteils, einen Metallbehälter um die Anoden herum, der auf dem Unterteil aufliegt und der mit einer Kathodeneinheit mit durchbrochenen Kathoden, die sich jeweils zwischen den Anoden erstrecken und mit einem Diaphragma abgedeckt sind, ausgestattet ist, und einen auf dem Behälter aufliegenden Deckel, bei welcher Zelle dann im einzelnen die erfindungsgemäße Ausbildung vorsehbar ist.

Besonderheiten und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele erläutert sind; in den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch eine monopolare Diaphragma-Zelle einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 im wesentlichen eine Ansicht eines Mittelblechs der Zelle der Fig. 1,

Fi g. 3 einen waagrechten Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Zelle,

Fig.4 eine zu Fig. 2 analoge Ansicht eines Mittelblechs der Zelle der F i g. 3 und

Fig. 5 im wesentlichen eine Ansicht eines Mittelblechs für eine bipolare Elektrode einer Elektrolysezelle.

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle ist beispielsweise zur Elektrolyse einer Natriumchloridlösung bestimmt. Auf einer Fußfläche 1 aus Beton ist ein vertikale und parallele Anoden 3 tragender Sockel 2 vorgesehen. Ein Behälter 4 aus Stahl Ist auf dem Sockel 2 rings um die Anoden 3 herum aufgelegt und trägt sich mit den Anoden 3 abwechselnde und mit einem nicht dargestellten Diaphragma bedeckte, durchbrochene Katnodentaschen 5. Der Behälter 4 Ist oben durch einen nur teilweise dargestellten Deckel 6 gedeckt, der zum Auffangen des an den Anoden 3 während der Elektrolyse erzeugten Gases, z. B. des Chlors, bestimmt ist.

Die durchbrochenen Kathodentaschen 5 sind In an sich bekannter Weise aus einem Stahlgitter gebildet. Jede Kathodentasche 5 erstreckt sich über die gesamte Breite des Behälters 4 zwirchen den Anoden 3 und ist jeweils mit den zwei einander gegenüberliegenden Wänden 7 und 8 des Behälters 4 verbunden.

Zum Anschluß der Zelle an dem negativen Pol einer Gleichstromquelle oder den Anoden einer benachbarten Zelle Ist der Behälter 4 mit mehreren vertikalen Leltersehlenen 9 auf einer Wand 7 derart ausgestattet, daß diese Wand 7 für die Einheit der Kathoden 5 die zuvor beschriebene Samtnelwänd bildet.

Die Schienen 9 bestehen vorzugsweise aus Kupfer; sie können an der Stahlw{ir«j 7 des Behälters 4 durch geeignete Schweißung bzw. Lötung befestigt sein.

Für eine bevorzugte Lötung überzieht man die Kupferschienen zunächst mit Nickel, dann führt man eine Winkellötung dieser Schienen am Behälter durch, z. B. nachdem an sich bekannten MIG-Verfahren, wobei Nickel als Lötmetall verwendet wird.

Jede Kathodentasche 5 ist mit einem Verstärkungsmittelblech 10 aus Stahl ausgestattet, das an dem Gitter der Kathode längs seiner waagrechten Kanten angelötet bzw. angeschweißt ist. Diese Mittelbleche 10 sind In Querrichtung an der eine Sammelwand bildenden Behälterwand 7 derart angelötet bzw. angeschweißt, daß das Fließen des elektrischen Stroms von den Kathoden zur Sammelwand und den Leiterschienen 9 gewährleistet ist. Vertikale Rippen 11 verbinden jedes Mittelblech 10 mit den vertikalen Flächen der durchbrochenen Kathodentaschen 5, so daß das elektrische Potential dieser Flächen gleichförmig gemacht und die Steifigkeit der Kathodentaschen erhöht sind.
Jedes Mittelblech 10 kann von einem dreieckigen Ausschnitt 12 durchbrochen sein, dessen Öffnung an seinem an die Behälterwand 8 angrenzenden Ende vorgesehen ist. Auf diese Weise nimmt die Qurr ichnittsfläche des Mittelblechs lö in Richtung von der Sain-neiwand 7 zur Behälterwand 8 hin ab.

Die freien Enden der beiden Teile des Mittelblechs 10, die den Ausschnitt 12 begrenzen, ruhen frei auf zwei U-Träger* 13, die an der Behälterwand 8 befestigt sind.

Die Rippen 11, die sich im Verhältnis zueinander auf der Höhe des dreieckigen Ausschnitts 12 befinden, sind miteinander durch prismatische Querstreben 14 verbunden.

Gemäß Fig. 3 sind im Inneren eines Stahlbehälters 4 zwei Reihen von durchbrochenen Kathodentaschen 15 und 16 vorgesehen. Die Taschen 15 sind mit der Behälterwand 7 und die Taschen 16 mit der gegenüberliegenden Behälterwand 8 verbunden. Die Taschen 15 und 16 sind durch leitfähige Mittelbleche 17, z. B. aus Stahl verstärkt, die jeweils an den Behälterwänden 7 bzw. 8 befestigt sind, die insgesamt mit Stromsammeischienen 20 verbunden sind. Die Behälterwände 7 und 8 stellen auf diese Welse Sammelwände für die Kathodentaschen 15 bzw. 16 dar.

Fi₈J. 4 zeigt Einzelheiten der Gestaltung des Mittelbiechs 17 der Kathodentaschen 15 und 16, die in Verlängerung voneinander angeordnet sind.

Jedes Mittelblech 17 weist eine dreieckige Öffnung 21 auf, die sich von einem Punkt in der Nachbarschaft der jeweiligen Sammelwand 7 bzw. 8, die mit diesem Mittelblech 17 verbunden ist, zum freien Ende des Mittelblechs

so 13 hin erweitert.

In Abwandlung kann jede dreieckige öffnung 21 durch eine Aufeinanderfolge von öffnungen mit wachsender Öffnungshöhe In Richtung zum freien Ende des Mittelblechs 17 ersetzt sein.

Flg. 5 zeigt im wesentlichen In Ansicht ein Mittelblech für eine bipolare Elektrode einer Elektrolysezelle. Gleichzeitig erkennbar ist noch eine leitfähige, vertikale Wand 22, die auf einer Fläche Anodenplatien 23 und auf der anderen Fläche durchbrochene Kathodentaschen 24 trägt. Jede Kathodentasche 24 Ist mittels eines leitfähigen Mittelblechs 25 verstärkt, das an der Wand 22 angelötet bzw. angeschweißt Ist. Das Mittelblech 25 besitzt praktisch die Form eines Dreiecks derart, da" seine Querschnittsfläche mit zunehmendem Absiand von der vertikalen Wand 22 abnimmt. Diese Wand stellt gleichzeitig eine Sammelwand für die Kathodentaschen 24 dar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Ferner ist es bereits bekannt, zur Elektrolyse Reihendiaphragma-Zellen zu verwenden, die durch Nebeneinanderanordnung einer Reihe von bipolaren Elektroden 'umfassenden Elementarzellen gebildet sind. Solche bipo-5 laren Elektroden weisen eine praktisch vertikale, leitfähige Wand auf, die eine Trennwand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementarzellen bildet und auf einer Fläche praktisch vertikale Anodenpiatten und auf der anderen Fläche praktisch vertikale, durchbrochene

   lig angeordneten Sammelwand angeschlossen ist, da- io Kathodentaschen trägt. Bei solchen Reihenze''en überdurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil nehmen die Anodenplatten einer Elementarzelle gleichzeitig die Rolle der Leiterschienen für die Kathoden der benachbarten Elementarzellen.
   Unter dem in der nachfolgenden Beschreibung und in
2. 2. Diaphragma-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, 15 den Ansprüchen verwendeten Ausdruck »Sammelwand« dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelblech (10, 17) ist jede elektrisch leitende Wand zu verstehen, deren

   eine Fläche mit durchbrochenen Kathodentaschen in Verbindung steht und deren andere Fläche direkt an wenigstens einer Leiterschiene befestigt ist. Im Falle
3. 3. Diaphragma-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, M bipolarer Elektroden wird eine solche Leiterschiene durch dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelblech (17) von eine Anodenplatte einer bipolaren Elektrode gebildet.

   Zur Erleichterung der Leitung des elektrischen Stroms durch die durchbrochenen Kathodentaschen und ebenfalls zur Erhöhung der Festigkeit derselben ist es bereits
4. 4. Diaphragma-Elektrolysezelle nach Anspruch 3, 25 aus den genannten US-PS bekannt, im Inneren der dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckige Öffnung Kathodentaschen elektrisch leitende Mittelbleche, z. B.

   aus Stahl, anzuordnen, die an der genannten Sammelwand befestigt sind und annähernd den gesamten Längsschnitt der Kathodentaschen belegen, wobei sie mit die-
5. 5. Diaphragma-Elektrolysezelle nach einem der 30 sen in elektrischen Kontakt gehalten werden.
   Ansprüche 1 bis 4, bei der die Sammelwand an der die Die Vorsehung der dickeren Bleche Im Inneren der Mittelbleche befestigt sind, eine Wand eines Metallbe- Kathodentaschen ftihrt jedoch zu verschiedenen Nachteihälters darstent, der die durchbrochenen Metallta- len, und zwar indem sie zu einer gewichtsmäßig schwereschen umgibt, die jeweils mii der Sammelwand und ren Ausbildung führen und andererseits die Zirkulation der gegenüberliegenden Wand des Metallbehälters 35 des Elektrolyten im Kathodenraum sowie die Freisetzung verbunden sind, dadurch gekerv zeichnet, daß jedes der an den Kathoden entwickelten Gase behindern. Dar-Mittelblech (10) auf einem an der gegenüberliegenden über hinaus nimmt die Stromdichte für jedes Kathoden-Wand (8) des Metallbehälters (4) befestigten Träger blech, die in der Zone des Mittelblechs ihren Maximal-(13) frei ruht. wert besitzt, mit zunehmendem Abstand von der Sam-
6. 6. Diaphragma-Eiektrolysezelle nach Anspruch 4, 40 melwand ab. Dies führt zu einer schlechten Ausnutzung dh k dß d Mlblh ( d d f

   Patentansprüche:

   1. Diaphragma-Elektrolysezelle mit vertikalen Anoden, die sich mit vertikalen und untereinander parallelen Kathoden abwechseln, wobei jede Kathode aus einer durchbrochenen Manteltasche besteht, die im Inneren durch ein leitendes Mittelblech verstärkt und mindestens an einer zu ihrem Mittelblech rechtwink-

   des Mittelblechs (10, 17) eine mit zunehmendem Abstand von der Sammelwand (7) abnehmende Querschnittsfläche aufweist.

   von einer Reihe von Öffnungen mit bei zunehmendem Abstand von der Sammelwand (7) wachsender Höhe durchbrochen ist.

   einer dreieckigen Öffnung durchbrochen ist, die sich bei zunehmendem Abstand von der Sammelwand (7) erweitert.

   in einem Ausschnitt (12) besteht, der an dem der Sammelwand (7) gegenüberliegenden Ende des Mittelblechs (10) offen ist.