DD250555A5

DD250555A5 - Verfahren zur herstellung einer elektrolyseeinheit

Info

Publication number: DD250555A5
Application number: DD85284556A
Authority: DD
Inventors: Gregory L E Morris; Hiep D Dang; Richard N Beaver; Sandor Grosshandler; John R Pimlott
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1987-10-14
Also published as: EP0186008A1; JPS61502688A; NO863295L; FI863315A0; NO863295D0; KR890002063B1; BR8507130A; AU569647B2; WO1986003788A1; JPS635473B2; ZA859611B; KR870700107A; ES549957A0; CN85109705A; ES8800732A1; AU5125185A; US4673479A; FI863315A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Elektrolyseeinheit(57) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolyseeinheit aus mehreren Teilen, die so miteinander verbunden sind, dass eine im wesentlichen ebene Elektrolyseeinheit gebildet wird, umfassend: ein Uebertragungselement fuer elektrischen Strom auf einem ebenen Stuetzabschnitt, mehreren Vorspruengen auf gegenueberliegenden Seiten des Stuetzabschnitts, die sich von dem Stuetzabschnitt nach aussen erstrecken und einen rahmenaehnlichen Flansch, der mindestens aus einem Teil besteht und eine Innenflaeche aufweist, die dichtend mindestens einen Teil der aeusseren Umfangsflaechen des Stuetzabschnitts 17 aufnimmt und daran angebracht ist und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Fig. 3

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus mehreren Teilen in einer einzigartigen Weise zusammengesetzten Elektrolysezelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Mehrere derartige betriebsmäßig kombiniert angeordnete Einheiten sind insbesondere bei der Herstellung von Chlorgas und Ätznatron in einer Elektrolysezelle nützlich.

Der hier verwendete Begriff „Elektrolysezelle" bedeutet eine Anordnung, die zu mindest eine Anode in einer Anodenkammer und eine Kathode in einer Kathodenkammer umfaßt, wobei die Anodenkammer und die Kathodenkammer durch eine aktive, im wesentlichen hydraulich impermeable lonen-Austauschmembran getrennt sind.

Der Begriff „Elektrolyseeinheit" bedeutet eine Anordnung, die mindestens zwei durch ein mittleres Stützelement getrennte Elektrodenteile umfaßt. Die Elektrodenteile in einer Elektrolyseeinheit können entgegengesetzt geladen sein, wie dies bei einer bipolaren Einheit der Fall ist, oder sie können gleich geladen sein, wie dies bei einer monopolaren Einheit der Fall ist. Somit können die monopolaren Einheiten entweder Anoden oder Kathodeneinheiten sein.

Der Begriff „Elektrodenteil" bedeutet eine Elektrode oder ein mit einer Elektrode verbundenes Teil, wie z.B. ein Stromverteilergitter oder Stromkollektor.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Chlorgas und Ätznatron sind in großen Mengen die Grundchemikalien, die am häufigsten elektrolytisch aus einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallchlorids in elektrolytischen Zellen gewonnen werden. In der letzten Zeit hat es verschiedene Entwicklungen gegeben, um den Spalt zwischen der Anode und der Kathode einer elektrolytischen Zelle so klein wie möglich zu machen, um den elektrischen Widerstand der elektrolytischen Zelle zu vermindern, so daß die elektrolytische Zelle mit einem Wirkungsgrad arbeitet. Derartige Fortschritte umfassen z. B. dimensionsstabile Anoden, lonen-Austauschmembrane, depolarisierte Elektroden, Zellen mit einem „Null-Spalt" und feste Polymer-Elektrolytmembrane.

Es gibt zwei Haupttypen der gewöhnlich für die Herstellung von Chlorgas und Ätznatron verwendeten Elektrolysezellen, d.h. monopolare und bipolare Zellen.

Eine bipolare Zelle besteht aus mehreren elektrochemischen Einheiten, die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Einheit mit Ausnahme der beiden Endeinheiten als eine Anode auf der einen Seite und als eine Kathode auf der gegenüberliegenden Seite wirkt. Elektrolyseeinheiten sind durch eine aktive lonenaustauschmembran abgedichtet voneinander getrennt, wodurch eine Elektrolysezelle oder eine Reihe von Elektrolysezellen ausgebildet werden. Elektrische Energie wird in eine Endzelle an einem Ende der Reihe der bipolaren Zellen eingeleitet und gelangt durch die Reihe der bipolaren Zellen und wird von der anderen Endzelle am anderen Ende der Zellen reihe abgeleitet. Eine Al kali meta 11 hai idlösu ng wird in die Anoden kammer! η) eingeleitet, wo an der Anode ein Halogengas erzeugt wird. Alkalimetall-Ionen werden selektiv durch die Aktiv-Ionen-Austauschmembran(e) in die Kathodenkammer(n) transportiert, wo Alkalimetallhydroxide gebildet werden.

Monopolare Elektrolysezellen umfassen mindestens zwei Endzellen und mehrere Anoden- und Kathodeneinheiten, die abwechselnd dazwischen angeordnet sind. Die monopolaren Zellen sind durch eine Aktiv-Ionen-Austauschmembran getrennt, so daß mehrere monopolare Zellen ausgebildet werden. Jede Einheit ist mit mindestens einem Einlaß versehen, durch den ein Elektrolyt der Einheit zugeführt wird, und weist weiter mindestens einen Auslaß auf, durch den Flüssigkeiten und Gase aus der Einheit abgeleitet werden. Jede Einheit ist elektrisch mit einer Stromversorgung verbunden. Strom wird einer monopolaren Elektrolyseeinheit zugeführt und von mindestens einer benachbarten Einheit abgeführt.

Um die Vorteile der neuen Technologien zu nutzen, wurden die verschiedensten Bauformen von Elektrolyseeinheiten vorgeschlagen. Viele dieser Bauformen sind jedoch sehr kompliziert und erfordern die Verwendung teuerer Materialien. Eine einfache Elektrolyseeinheit, die leicht verfügbare und billige Materialien verwendet, ist daher in höchstem Maße erwünscht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den komplizierten Aufbau und die teuren Materialien bei derartigen Elektrolysezellen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektrolyseeinheit zu schaffen, die leicht verfüg bare und billige Materialien verwendet, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung beruht auf einer Elektrolyseeinheit, die aus mehreren Teilen besteht, die so miteinander verbunden werden, daß sie die Einheit bilden. Diese Einheit ist im wesentlichen eben und umfaßt ein Übertragungselement für elektrischen Strom (im folgenden als ECTE [Electric Current Transmission Element] bezeichnet), das einen ebenen Stützabschnitt, einen rahmenförmigen an der Umfangskante des Stützabschnitts angebrachten Flansch und mehrere von jeder Seite des Stützabschnitts nach außen sich erstreckender Vorsprünge aufweist. Die gegenüberliegenden Seiten des so ausgebildeten ECTE können entweder vorher, während oder nach dem Zusammenbruch der Teile abgeflacht werden, wenn dies erforderlich ist. Eine Seitenzwischenlage wird dann an mindestens einem Teil von mindestens einer Seite des zusammengebauten ECTE angebracht. Die Elektrolyseeinheit gemäß vorliegender Erfindung kann entweder als monopolare oder bipolare Einheit verwendet werden. Der rahmenförmige Flansch besteht aus mindestens einem Teil und hat eine Innenfläche, die abdichtend mindestens einen Teil der äußeren Umfangskanten des ebenen Stützabschnitts aufnimmt und daran angebracht ist.

Die Vorsprünge sind vorzugsweise in der Weise voneinander beabstandet, daß sie mindestens ein Elektrodenteil abstützen. Die Anzahl der Vorsprünge, gleichgültig, ob sie einen runden, einen länglichen oder einen rippenförmigen Querschnitt aufweisen, pro Flächeneinheit des damit verbundenen Elektrodenteils kann innerhalb weiter Grenzen geändert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Elektrolyseeinheit, geeignet zur Verwendung in einer Elektrolysezelle, wobei die genannte Einheit ein im wesentlichen ebenes Übertragungselement für elektrischen Strom enthält, welches einen ebenen Stützabschnitt, einen rahmenförmigen Flansch und eine Anzahl sich von jeder Seite des Stützabschnitts nach außen erstreckender Vorsprünge aufweist und der Flansch mindestens aus einem Teil besteht und eine Innenfläche besitzt, welche alle äußeren Umfangskanten des Stützabschnitts abdichtend aufnimmt, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

— Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Strom-Übertragungselementes;

— Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Strom-Übertragungselementes an der Montageuntergruppe desselben, um ein vollständiges Strom-Übertragungselement auszubilden;

— Abdecken mindestens eines Teiles wenigstens einer Seite des Stützabschnitts und wahlweise des Flansches des vervollständigten Strom-Übertragungselementes mit einer Metallzwischenlage welche aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt ist;

— Anbringen der Metallzwischenlage(n) an wenigstens einem Teil der Vorsprünge welche mit der Metallzwischenlage in Berührung stehen;

— Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Stützabschnitts und wenigstens eines Teils des Flansches;

— Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches an dem Stützabschnitt zur Vervollständigung des Flansches für wenigstens eine Seite des Stützabschnitts;

— Vervollständigen der Anordnung der Elektrolyseeinheit durch Anbringen irgendwelcher Elemente, welche in der Gruppe verbleiben, die aus dem Flansch und irgendwelchen verbleibenden Vorsprüngen auf den entgegengesetzten Seiten des Stützabschnitts besteht.

Erfindungsgemäß sind auch folgende Verfahrensabschnitte möglich:

— Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Stützabschnitts und mindestens eines Teils der Vorsprünge und

— Vervollständigen, wenn erforderlich, der Anordnung des Strom-Übertragungselements durch Anbringen irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge und des Flansches an dem Stützabschnitt.

Die Erfindung kann auch durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet sein:

— Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe für den Stützabschnitt, wenigstens einen Teildes Flansches und wenigstens einen Teil der Vorsprünge und

— Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches und irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge zur Vervollständigung des Strom-Übertragungselementes für wenigstens eine Seite des Strom-Übertragungselements; oder durch:

— Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe für einen Teil des Stützabschnitts, wenigstens einen Teil des Flansches und wenigstens einen Teil der Vorsprünge;

— Ausbilden einer einheitlichen ebenen Montageuntergruppe für den verbleibenden Teil des Stützabschnitts mindestens einen Teil des Flansches und mindestens einen Teil der Vorsprünge;

— Verbinden der Teile, die durch die Schritte a) und b) ausgebildet wurden; und

— Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches und irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge zur Vervollständigung des Strom-Übertragungselements für wenigstens eine Seite des Strom-Übertragungselements.

Bei allen Varianten kann es vorteilhaft sein, daß mindestens ein Elektrodenteil an die Metallzwischenlage(n) angebracht wird. Es kann zweckmäßig sein, daß die mindestens teilweise zusammengebaute Konstruktion bearbeitet wird, um die teilweise zusammengebaute Konstruktion mit einer ebenen Oberfläche zu versehen. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Flansch an dem ebenen Stützabschnitt durch Schweißen oder Diffusionskieben angebracht wird. Es sollten zweckmäßig alle Vorsprünge an dem Stützabschnitt angebracht werden, bevor der Stützabschnitt und die Vorsprünge mit einer ebenen Oberfläche versehen werden. Jede der Seiten des ebenen Stützabschnitts ist mit einer Metallzwischenlage abgedeckt, wobei die Zwischenlage an den Enden mindestens eines Teils der Vorsprünge durch Schweißen oder Diffusionskieben angebracht wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Stützabschnitt, die Vorsprünge und der Flansch mindestens aus einem Metall bestehen, ausgewählt aus der Gruppe der Eisenmetalle, Nickel, Aluminium, Molybdän, Kupfer, Magnesium, Blei, Legierungen derselben und davon. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Stützabschnitt und mindestens ein Abschnitt des Flansches aus einem Metall bestehen, und als eine Einheit ausgebildet werden, und daß ein elektrischer Anschluß mit dem Flansch verbunden wird. Es kann auch von Vorteil sein, daß der Stützabschnitt aus einem Metall besteht und mindestens ein Teil des Flansches aus einem Kunstharz besteht, und daß eine elektrische Verbindung mit dem Stützabschnitt verbunden wird. Es ist auch möglich, daß ein Teil des Flansches aus einem Metall und der restliche Teil des Flansches aus einem Kunstharz besteht und daß ein elektrischer Anschluß mindestens an einem Metallflanschteil oder dem Stützabschnitt angebracht wird. Zweckmäßig ist es, wenn die Dicke des Flansches mindestens zweimal so groß wie die Dicke des Stützabschnitts gewählt wird.

Ausführungsbeispiel

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher . beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine teilweise gebrochene perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Elektrolyseeinheit; Fig. 2: eine geschnittene Explosionsansicht der in Fig. 1 dargestellten Elektrolyseeinheit; Fig. 3: eine Schnittansicht mehrerer betriebsmäßig kombinierter Elektrolyseeinheiten zur Ausbildung einer Reihe von

Elektrolysezellen, und Fig. 4: eine Schnittansicht einer Elektrolyseeinheit mit einer Zwischenlage aus mehreren Teilen.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein Übertragungselement (ECTE) 14 als ein Teil einer nicht verkleideten Elektrolyseeinheit 10 oder einer verkleideten Elektrolyseeinheit 11 zur Stromübertragung dargestellt. Vorzugsweise umfaßt das ECTE 14 einen im allgemeinen ebenen Stützabschnitt 17, der eine ausreichende strukturmäßige Einheit aufweist, um eine Lagerung für mehrere Vorsprünge 18 und 18A zu schaffen, einen rahmenförmigen Flansch 16 und Seitenzwischenlagen 26 oder 26 A, wenn sie verwendet werden. Das ECTE 14 ist im wesentlichen massiver und fester als die Seitenzwischenlage 26 oder 26A und irgendein Elektroden-Teil 36,36A, 46 oder 46 A, die normalerweise in Elektrolysezellen verwendet werden.

Das ECTE 14 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, die die oben aufgeführten Anforderungen erfüllen. Vorzugsweise ist das Material jedoch ein Metall, das ausfolgender Gruppe ausgewählt wird:

Eisenmetalle, wie z. B. Eisen, Graueisen, schmiedbares Eisen, Weicheisen, Stahl und andere Metalle, wie z. B. Nickel, Aluminium, Molybdän, Kupfer, Magnesium, Blei, Legierungen derselben und Legierungen davon.

Vorzugsweise besteht das ECTE 14 aus Eisenmetallen, deren Hauptbestandteil Eisen ist. Noch bevorzugter besteht das ECTE aus Weicheisen, und zwar aufgrund seiner Stabilität, seines niedrigen Preises und seiner guten Verfügbarkeit mit sehr genauen Abmessungen.

In den Fällen, in denen die Elektrolyseeinheit 10 oder 11 als bipolare Elektrolyseeinheit verwendet wird, sollten die Vorsprünge 18und 18A ausreichend leitfähig sein, um elektrische Energie durch ihre Masse oder Teile ihrer Masse in einer Richtung senkrecht zum ebenen Stützabschnitt 17 zu übertragen. Die elektrische Leitung erfolgt durch die Vorsprünge 18 und 18A statt durch die Masse des Stützabschnitts 17 mit Ausnahme des Falles, in dem die Vorsprünge 18 und 18A versetzt sind, wobei dann der Stützabschnitt 17 eine ausreichende Leitfähigkeit haben muß, um die elektrische Energie durch seine Masse oder Teile seiner Masse zu übertragen.

In jenen Fällen, in denen die Elektrolyseeinheit 10,11 als monopolare Elektrolyseeinheit verwendet wird, sollte der Stützabschnitt 17 ausreichend leitfähig sein, um elektrische Energie durch im wesentlichen seine gesamten Masse zu übertragen. Es gestattet eine elektrische Verbindung von der Energiequelle, die mit dem Stützabschnitt 17 selbst verbunden ist, und eine Verteilung der elektrischen Energie zu den verschiedenen Punkten eines Elektrodenteils, das mit dem Stützabschnitt 17 in elektrischem Kontakt steht.

Unabhängig davon, ob das ECTE 14 als monopolare oder bipolare Einheit verwendet wird, ist es möglich, den Stützabschnitt 17 aus Metallen herzustellen, die leicht verfügbar sind, und im allgemeinen billig sind, ohne daß der spezifische Widerstand des Metalls eine größere Rolle spielt. Dies ist möglich, weil die große Masse und die Querschnittsfläche des Stützabschnitts 17 die ausreichend groß ist, um den elektrischen Widerstand so klein wie möglich zu halten. Die Tatsache, daß der Stützabschnitt 17 eine große Querschnittsfläche aufweist, gestattet die Verwendung von Metallen mit einem höheren spezifischen Widerstand, als es sonst bei den Bauformen nach dem Stand der Technik der Fall ist. Somit sind Eisenmetalle, wie z. B. Eisen, Stahl, Weicheisen und Graueisen und schmiedbares Eisen vollständig für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Insbesondere können Metalle mit einem spezifischen Widerstand so groß oder größer als Kupfer wirtschaftlich verwendet werden, um den Stützabschnitt 17 auszubilden. Sehr wirtschaftlich werden Metalle verwendet, die einen spezifischen Widerstand von mehr als 10 Mikro-Ohm-cm aufweisen. Sehr wirtschaftlich sind Metalle mit spezifischen Widerständen von 50 Mikro-Ohm-cm oder höher. Wenn die Elektrolyseeinheit 10,11 gemäß der Erfindung als monopolare Einheit verwendet wird, kann der Stützabschnitt 17 ein oder mehrere, die gegenüberliegenden Seiten verbindende Kanäle aufweisen. Die Kanäle gestatten, daß Elektrolyt oder Gase von einer Seite des Stützabschnitts 17 zur anderen Seite gelangen können. Derartige Kanäle sollen nicht mehr als etwa 60 Vol.-% des gesamten Volumens des Stützabschnitts einnehmen. Die Öffnungen erlauben, daß weniger Metall bei der Ausbildung des Stützabschnitts 17 verwendet wird, so daß die Zelle noch wirtschaftlicher wird. Zusätzlich können die Öffnungen beabstandet sein, um den Strom zu bestimmten Abschnitten der Zelle zu leiten.

Mehrere Vorsprünge 18und 18Asind an gegenüberliegenden Seiten des Stützabschnitts 17 angebracht. Diese Vorsprünge erstrecken sich um einen bestimmten Betrag von dem Stützabschnitt 17 nach außen in eine Zone, die schließlich die Eiektrolysekammer wird. Die Vorsprünge 18 und 18A können elektrisch entweder direkt mit einem Elektrodenteil 36, 36A, 46 oder 46A oder indirekt mit dem Elektrodenteil über eine Seitenzwischenlage 26, 26 A verbunden werden. Vorzugsweise liegen die Enden der Vorsprünge 18 und 18A in der gleichen geometrischen Ebene bzw. sind im wesentlichen fest. Sie können jedoch innere Hohlräume aufgrund des Gießvorgangs enthalten.

Die Vorsprünge 18 und 18A sind in einer Rücken an Rückenanordnung zueinander quer über den Stützabschnitt 17 angeordnet. Wahlweise können sie gegeneinander über den Stützabschnitt 17 versetzt angeordnet sein. Sie können weiter die verschiedensten anderen Querschnitte gegeneinander aufweisen.

Die Vorsprünge 18 und 18A bestehen aus dem gleichen Metall wie das für den Stützabschnitt 17 verwendete Metall. Wahlweise können die Vorsprünge aus einem von dem ebenen Stützabschnitt 17 unterschiedliche Metall hergestellt sein. Vorzugsweise bestehen die Vorsprünge 18 und 18A aus einem Eisenmetall, wie z.B. Eisen, Graueisen, schmiedbarem Eisen, Weicheisen, Stahl, gußfreier Stahl oder aus Molybdän, Nickel, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Blei, Legierungen derselben und davon. Sehr bevorzugt sind die Vorsprünge aus Weicheisen aufgrund seiner Stabilität, seiner niedrigen Kosten und seiner leichten Verfügbarkeit hergestellt.

Die Vorsprünge 18 und 18 A sind vorzugsweise in einer Weise beabstandet, so daß sie irgendwelche Elektrodenteile 36,36 A, 46 oder 46A für die gewünschte Verwendung in der Elektrolysezelle fest abstützen. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen und jeder Seite des Stützabschnitts hängt im allgemeinen von dem reinen spezifischen Widerstand der einzelnen verwendeten Elektrodenelemente ab. Für dünnere Elektrodenelemente und/oder Elektrodenelemente mit einem hohen spezifischen Widerstand ist der Abstand der Vorsprünge niedriger, so daß eine höhere Dichte der elektrischen Kontaktpunkte erreicht wird. Für dickere Elektrodenteile und/oder Elektrodenteile mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand kann der Abstand der Vorsprünge größer sein. Normalerweise liegt der Abstand zwischen den Vorsprüngen innerhalb 5 bis 30cm, obwohl kleinere oder größere Abstände in Abhängigkeit von der gesamten Auslegung verwendet werden können.

Die Vorsprünge 18und 18A können bequem mit dem Stützabschnitt 17 verschweißt oder verklebt werden, oder sie können in den Stützabschnitt eingeschraubt werden, wie dies an der Stelle 93 in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Auf alle Fälle ist es erwünscht, daß die Anbringung so ist, daß der elektrische Kontakt zwischen dem Stützabschnitt 17 und den Vorsprüngen 18,18A maximal ist. Im Fall einer nicht ausgekleideten Elektrolyseeinheit 10 oder in dem Fall, in dem nur eine Auskleidung oder Seitenzwischenlage 26 verwendet wird, wird bevorzugt, daß die Vorsprünge 18,18A verschweißt sind, obwohl sie ebenfalls mit dem Stützabschnitt 17 verschraubt oder verklebt sein können. Im Fall einer ausgekleideten Elektrolyseeinheit 11 wird es bevorzugt, daß die Vorsprünge nicht verschweißt sind, können jedoch punktverschweißt sein. Die Vorsprünge haben am Ende 28 und 28A eine flache Oberfläche, die entweder vor, während oder nach dem Zusammenbau der Einheit bearbeitet wird. Diese Oberflächen sind zum Anbringen an eine Zwischenlage oder an ein Elektrodenteil mittels Zwischenstücken, 30, 30A, 31 oder 31 A geeignet.

DieUmfangskanten des Stützabschnitts 17 werden von einem rahmenähnlichen Flansch 16 umgeben. Es ist eine fensterähnliche Rahmenkonstruktion mit einer größeren Dicke oder mindestens einer Dicke, die der Dicke des die Vorsprünge aufweisenden Stützabschnitts 17 entspricht. Vorzugsweise erstreckt sich der Flansch 16 weiter von der Ebene des Stützabschnitts 17 als dies die Enden der Vorsprünge 18 und 18Atun. Dies schafft einen Raum für die Elektrodenteile 36, 36A, 46 oder 46A, der vorhanden ist, wenn die Elektrolyseeinheiten 10,11 gemäß der Erfindung benachbart zueinander für eine Betriebseinheit zusammengesteckt werden. Vorzugsweise trägt die Dicke des Flanschabschnitts 16 das 2 bis 6fache der Dicke des Stützabschnitts 17. Noch bevorzugter soll der Flanschabschnitt etwa 60 bis 70mm dick sein, wenn der Stützabschnitt 17 etwa 20 bis 25mm dick ist. Der Flansch 16 kann einzeln oder einheitlich bilderrahmenförmig ausgebildet sein, oder kann mehrere Stücke oder Teile aufweisen, die zur Ausbildung eines fertigen Rahmens rings um die Umfangskanten des Stützteils 17 zusammengesetzt werden. Der rahmenähnliche Flansch 16 kann aus einem Metall bestehen, das aus der gleichen Gruppe Metalle ausgewählt wird, die für den Stützabschnitt 17 verwendet werden können. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, daß das Metall des Flansches 16 von dem Metall des ebenen Stützabschnitts 17 unterschiedlich sein kann. Beispielweise kann, wenn der ebene Stützabschnitt 17 aus einem Eisenmetall besteht, der Flansch 16 aus Kupfer oder irgendeinem anderen Metall bestehen, das in geeigneter Weise für den ebenen Stützabschnitt 17 verwendet werden kann. Wahlweise kann der Flansch 16 aus einem Kunstharz bestehen. Ohne daß sich im folgenden auf die spezifischen Kunstharzmaterialien beschränkt wird, sind derartige geeignete Materialien Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, chloriniertes Polyvenylchlorid, Acrylnitril, Polystyrol, Polysulfon, Styrol Acrylnitril, Butadien und Styrolkopolymere, Epoxyt, Vinylester, Polyester, Fluorkunststoffe und Kopolymere davon. Es wird bevorzugt, daß ein Material, wie Polypropylen mit dem Flansch 16 verwendet wird, da es eine Form mit einer strukturmäßigen Einheitlichkeit bei erhöhter Temperatur ermöglicht und leicht verfügbar ist und relativ billig in Hinsicht auf.andere geeignete Materialien ist. Der Kunststoff lansch kann durch irgendein dem Fachmann bekanntes Verfahren hergestellt werden. So kann ein Gießverfahren z.B. ein Spritzgießverfahren, ein Druckgießverfahren, ein Übertragungsgießen und Formen sein. Von diesen Verfahren hat sich das Spritzgießen für die Herstellung einer zufriedenstellenden Struktur mit geeigneter Festigkeit zur Verwendung in elektrochemischen Zellen herausgestellt.

Der Flansch 16 ist mit Dichtflächen 16 A und 16C versehen, die ungefähr in der gleichen Ebene wie die flachen Enden 28,28 A der Vorsprünge 18 und 18A liegen, nachdem sie an den Stützabschnitt 17 angebracht wurden. Wenn der Flansch 16 aus einzelnen Teilen besteht,, können sie an dem Stützabschnitt 17 vor oder nach dem Anbringen der Vorsprünge 18,18A angebracht werden. Der Stützabschnitt 17 und die Vorsprünge 18,18A können vor oder nach dem Anbringen des Flansches 16 an dem Stützabschnitt 16 bearbeitet werden, wenn dies erforderlich ist.

Wenn die Elektrolyse&inheit als bipolare Einheit verwendet wird, ist es nicht erforderlich, daß der Flansch 16 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, da er nicht zur Leitung der Elektrizität benötigt wird. Wenn die Elektrolyseeinheit jedoch als monopolare Einheit verwendet wird, muß der Flansch 16, oder zumindest ein Teil desselben elektrisch leitend sein. Der Flansch 16 liefert ein geeignetes Mittel, um elektrische Energie in die Elektrolyseeinheiten 10,11 der Betriebsreihe der Einheiten zu leiten oderaus ihnen herauszuleiten. Der Flansch 16 kann ebenfalls aus einem nicht leitenden Material bestehen und mit Kanälen versehen sein, die durch ihn hindurchgehen, um einen Weg für einen elektrischen Leiter zu schaffen, der durch den Flansch 16 hindurchgeht und mit dem ebenen Stützabschnitt 14 verbunden ist, um elektrische Energie in und aus der monopolaren Einheit zu leiten.

Der Flansch 16 ist vorzugsweise, wenn er nicht als ein einheitlicher Körper mit dem Stützabschnitt 17 ausgebildet ist, fest an dem Stützabschnitt 17 befestigt. Eine feste Anbringung stellt die dimensionsmäßige Stabilität der elektrolytischen Einheiten sicher und ermöglicht die Beibehaltung des gewünschten Spaltes zwischen den Elektrodenteilen und den benachbarten Einheiten. Wenn der Flansch 16 aus einem Metall besteht, ist er am Stützabschnitt 17 mittels Schweißen angebracht. Wenn die Elektrolyseeinheit 10,11 als bipolare Einheit verwendet wird, und die Einheiten nicht ausgekleidet, d.h. mit einer Seitenzwischenlage 26, 26 A versehen sind, ist es besonders wichtig, den Flansch 16 am Stützabschnitt 17 dichtend anzuschweißen, um ein Durchfließen von Fluiden von einer Seite des Stützabschnitts 17 zur anderen Seite zu verhindern. Wenn mehrere Elektrolyseeinheiten 10,11 betriebsmäßig zusammengesetzt sind, wird eine Aktiv-Ionen-Austausch membran 27 und 27A zwischen benachbarten elektrolytischen Einheiten 10,11 angeordnet. Zwischen jeder bipolaren oder monopolaren elektrolytischen Einheit wird eine Membran verwendet. In jedem Fall trennt die Membran eine Elektrodenkammer von einer benachbarten Elektrodenkammer.

Die bei der Erfindung verwendeten lonenaustauschmembrane 27 und 27 A können verschiedene aktive lonen-Austauschseiten aufweisen. Beispielsweise können sie Sulfonsäure oder Carboxylsäure, lonen-Austausch-aktive Seiten aufweisen. Wahlweise kann die Membran eine zweischichtige Membran sein, die eine Art lonen-Austausch-aktive Seite in der einen Schicht und eine andere lonen-Austausch-aktive Seite in der anderen Schicht aufweist. Die Membran kann verstärkt sein, um ein Verformen während der Elektrolyse zu verhindern, oder kann nicht verstärkt sein, um die elektrische Leitfähigkeit durch die Membran so hoch wie möglich zu halten. Die hiermit der Erfindung verwendeten lonen-Austauschmembrane für eiektrolytische Zellen sind dem Fachmann bekannt.

Andere Elektrodenteile, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Stromsammler, Abstandshalter, Matten oder andere Elemente, die dem Fachmann bekannt sind. Besondere Elemente oder Anordnungen für eine „Null-Spalt-Ausführung" oder für Festpolymer-Elektrolytmembranen können verwendet werden. Ebenso sind die Elektrolyseeinheiten gemäß der Erfindung für eine Gaskammer in Verbindung mit einer gasverbrauchenden Elektrode geeignet, die manchmal als depolarisierte Elektrode bezeichnet wird. Die Gaskammer wird zusätzlich zu den flüssigen Elektrolytkammern benötigt. Verschiedene Elektrodenteile 36,36A können bei der Erfindung Anwendung finden, die dem Fachmann bekannt sind und beispielsweise in den US-PS'en 4,457,823; 4,457,815; 4.444.623,4,340,452; 4,444,641; 4,444,639; 4,457,822 und 4,448,662 beschrieben sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zum einstückigen Ausbilden des ECTE 14 oder des ebenen Stützteils 17 besteht im Sandgießeneines geschmolzenen Metalls, vorzugsweise im Gießen eines geschmolzenen Eisenmetalls. Andere Verfahren zum Ausbilden des ECTE 14 oder des Stützabschnitts 17 sind das Formgießen das Pulvermetallpressen und das Sintern, das warme isostatische Pressen und das Warmschmieden und das Kaltschmieden.

Weiter liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung für Ausbildung des ECTE 14 oder des ebenen Stützabschnitts 17, Metallformverfahren zu verwenden, die die Verwendung von Gußeinsetzen und Kernen bei der einstückigen Ausbildung des Stützabschnitts 17 umfassen. Tatsächlich führt die besondere Anordnung der Gußeinsätze besonderer Metalle zu dem überraschenden Ergebnis, daß nicht nur ein gleichförmigeres Gießen sondern gleichzeitig ein ECTE 14 mit besseren elektrischen Leiteigenschaften hergestellt wird. Hierbei wandeln sich dann die Gußeinsätze in Einsätze um.

Im folgenden sollen die Begriffe Gußeinsätze (chills), Einsätze (inserts) und Kerne (cores) bei der Ausbildung der Metallstruktur, wie sie hier verwendet werden, näher erläutert werden. Gußeinsätze sind Objekte, die in der Form angeordnet werden und als Hilfe beim Gießen des Teils dienen. Ihr primärer Zweck liegt darin, die Abkühlgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls an besonderen Stellen in der Form zu steuern. Durch Steuern des Abkühlens des geschmolzenen Metalls kann das Metallschrumpfen genauer gesteuert werden, wodurch die Qualität des Teils verbessert wird, indem Fehler und Ungenauigkeiten vermindert werden. Die Gußeinsätze können ein einstückiges Teil des Gußteils werden und dienen in einigen Fällen ebenso als Einsätze.

Einsätze sind Objekte, die in der Form angeordnet werden, um die Funktion der Form oder das Ausbilden des Teils zu unterstützen, oder werden ein funktionsmäßiges Teil des fertigen Gegenstandes. Sie behalten ihre Identität bis zu einem veränderten Grad nachdem die Formgebung beendet ist. Sie bestehen gewöhnlich aus Metall, obwohl jedes andere geeignete Material verwendet werden kann. Die Einsätze können in einigen Fällen ebenso als Gußeinsätze dienen. Kerne sind Gegenstände, die in der Form angeordnet werden, die dazu dienen, Metall in unerwünschten Zonen des Gußteils fernzuhalten. Kerne werden in der Form verwendet, wo es unpraktisch oder unmöglich ist, die Form so auszubilden, daß das unerwünschte Metall ferngehalten wird. Ein typisches Beispiel ist ein Kern, der zur Schaffung eines inneren Hohlraums eines gegossenen Metallteils verwendet wird. Kerne können in einigen Fällen ebenso als Gußeinsätze dienen. Die besonders nützlichen Gußeinsätze, die in Einsätze umgewandelt werden, um die elektrische Leitfähigkeit des Stützabschnitts 17 zu steigern, sind transversal zum Stützabschnitt 17 angeordnet und erstrecken sich in die Vorsprünge 18,18 A. Die bevorzugten Einsätze oder Gußeinsätze bestehen aus einem festen Metall, das die Masse des umgebenden Metalls des Stützabschnitts 17 hat.

Es kann von Vorteil sein, Öffnungen durch den Stützabschnitt 17 in einer monopolaren Zelleneinheit zu haben, um den Umlauf zu verbessern. Derartige Öffnungen sind nicht von entscheidendem Nachteil in einer bipolaren Zelle, solange der Stützabschnitt 17 mindestens eine Zwischenlage auf einer seiner Seiten aufweist, um ein Vermischen des Anolyts oder Katholyts von den benachbarten Elektrolysekammern zu verhindern.

Die Seitenzwischenlage 26 oder 26A kann aus einem Stück bestehen oder kann aus mehreren zusammengeklebten Stücken hergestellt sein. Die Seitenzwischenlage 26 ist als eine einstückige Zwischenlage dargestellt, während die Seitenzwischenlage 26A aus mehreren Teilen hergestellt ist. Eine einstückige Seitenzwischenlage 26 wird bevorzugt, da sie die Möglichkeiten von Leckagen so klein wie möglich hält und eine Berührung des Stützabschnitts 17 durch die Fluide gestattet. Vorzugsweise ist die Seitenzwischenlage von einer Dicke, die ausreichend ist, um im wesentlichen vollständig hydraulisch impermeabel zu sein. Einstückige Seitenzw.ischenlagen 26 werden vorzugsweise mit einer minimalen inneren Spannung erzeugt, um die Möglichkeit des Verwerfens zu verhindern. Um diese Spannungen in der Seitenzwischenlage 26 zu vermeiden, werden sie in einer Presse bei erhöhter Temperatur zwischen 482 ⁰C und 704⁰C warmverformt. Dabei werden sowohl das Metall der Seitenzwischenlage 26 als auch das Metall der Presse auf diese Temperatur erwärmt, bevor die Seitenzwischenlage 26 in die gewünschte Form gepreßt wird. Die Seitenzwischenlage 26 wird in der erwärmten Presse gehalten und in einem gesteuerten Ablauf abgekühlt, um eine Bildung von inneren Spannungen beim Abkühlen auf Raumtemperatur zu verhindern.

Die für die Verwendung in Chlor-Alkalikathodenkammern geeigneten Seitenzwischenlagen 26 oder 26 A bestehen vorzugsweise aus Eisenmetallen, Nickel, rostfreiem Stahl, Chrom, Monelmetall und Legierungen davon. Die für die Verwendung in Chlor-Alkalianodenkammern geeigneten Zwischenlagen bestehen vorzugsweise aus Titan, Vanadium, Tantal, Columbium, Hafnium, Zirkonium und Legierungen davon.

Die Zwischenlagen erstrecken sich nur mit dem Stützabschnitt 17 des ECTE's, das die Vorsprünge 18 und 18A aufweist, oder erstrecken sich über die gesamte Länge und Breite des ECTEs.

Um einen maximalen physikalischen und elektrischen Kontakt zwischen derZwischenlage und den Vorsprüngen sicherzustellen, wird bevorzugt, daß die Zwischenlage an die flachen Enden 28, 28A der Vorsprünge 18 und 18A angeschweißt ist. Je nach Wunsch kann die Zwischenlage nicht nur an den flachen Enden der Vorsprünge, sondern weiter an verschiedenen Stellen angeschweißt werden, wo die beiden sich miteinander berühren. Als bevorzugtes Schweißverfahren wird das Kapazitätsentladungsschweißen zum Verschweißen derZwischenlage und der Vorsprünge 18 und 18Averwendet. Um eine Fluiddichtung zwischen der lonenaustauschmembran 27 oder 27A und den Dichtflächen 16Aoder 16Cdes Flansches 16 zu erreichen, wird bevorzugt, daß die Zwischenlagen 26 oder 26Apfannenförmig mit einer vorstehenden Lippe 42 oder42A ausgebildet sind, die sich rings um ihren Umfang erstreckt. Die Lippe 42 und 42 A liegt dichtend gegen die Dichtflächen 16 A oder 16C an. Der Umfang der Membran 27 und 27 A liegt bündig gegen die Lippe 42 an und eine Umfangsdichtung 44 liegt bündig gegen die andere Seite des Umfangs der Membran 27 und 27 A an. In einer Reihe von Elektrolyseeinheiten liegt die Umfangsdichtung 44 bündig gegen die Lippe 42 A der Zwischenlage 26 A und bündig gegen die Seitenfläche 16C der Flansche 16 an, wenn keine Zwischenlage verwendet wird. Wenn die Seitenzwischenlage 26 und 26 A aus Titan besteht und das ECTE 14 aus einem Eisenmetall besteht, können sie mittels Widerstandsschweißen oder Kapazitätsentladungsschweißen verbunden werden. Das Widerstandsschweißen oder das Kapazitätsentladungsschweißen wird durch indirektes Verschweißen der Zwischenlagen mit den flachen Enden 28 und 28A der Vorsprünge 18 und 18A über dazwischen angeordnetes Metall, das allgemein als Scheibchen oder Abschnitt bezeichnet wird, erreicht. Vanadium ist ein Metall, das sowohl mit Titan und Eisenmetallen verschweißbar ist. Verschweißbar heißt, daß ein verschweißbares Metall eine leitende feste Lösung mit einem anderen verschweißbaren Metall nach dem Verschweißen der beiden Metalle bildet. Titan und Eisenmetalle sind normalerweise nicht mit Vanadium verschweißbar. Daher werden die Zwischenstücke 30 und 3OA aus Vanadiumscheibchen als Zwischenmetall zwischen den Vorsprüngen 18 und 18A aus Eisenmetall und den Zwischenlagen 26 und 26A ausTitan verwendet, um das Verschweißen durchzuführen, um eine elektrische Verbindung zwischen den Zwischenlagen und den Vorsprüngen als auch eine mechanische Abstützung für die Seitenzwischenlagen 26 und 26A zu bilden.

Vorzugsweise wird ein zweites Zwischenstück 31 und 31 Averwendet und zwischen den Zwischenstücken und den Seitenzwischenstückenlagen 26 und 26 A angeordnet. Das zweite Zwischenstück wird bevorzugt, da, wenn nur ein Zwischenstück verwendet wird, man herausgefunden hat, daß die die Seitenzwischenlage während des Betriebs der Zelle zur Erzeugung von Chlorgas und Ätznatron berührenden korrosiven Materialien in dieTitan-Vanadium-Schweißung eindringen und die Schweißung korrodieren. Die korrosiven Materialien treten ebenfalls in den Grundkörper des ECTE ein und korrodieren ihn. Statt eine dickere Zwischenlage zu verwenden, ist es wirtschaftlicher, ein zweites Zwischenstück 31 und 31 A ausreichender Dicke einzusetzen, um die Möglichkeit des Eindringens der korrosiven Materialien in das ECTE zu vermindern. Um Reaktantien in die Elektrolysezellen einzuführen, wenn mehrere Elektrolyseeinheiten 10 und 11 betriebsmäßig aneinandergereiht sind, sind mehrere Düsen (nicht dargestellt) vorzugsweise in jeder Elektrolyseeinheit vorhanden. Obwohl die verschiedensten Konstruktionen und Formen verwendet werden können, ist eine bevorzugte Form wie folgt. Mehrere Metalldüsen werden beispielsweise durch Investmentguß ausgebildet. Der Düsenrohling wird dann auf die gewünschte Größe bearbeitet. In jedem Flansch 16 sind an mehreren gewünschten Stellen eine Anzahl schlitze eingearbeitet, um die Düsen aufzunehmen. Die Schlitze haben eine Größe, die der Dicke der in den Schlitz einzusetzenden Düsen entspricht, damit eine Dichtung sichergestellt ist, wenn die Teile der Elektrolysezelle atm Ende zusammengebaut werden. Wenn eine Seitenzwischenlage 26 oder 26 A verwendet wird, wird sie ausgeschnitten, um ringsum die Düse zu passen. Die Düse wird vorzugsweise an der Seitenzwischenlage 26 oder 26A z. B. mittels Schweißen angebracht. Die Seitenzwischenlage mit der Düse wird dann in der Elektrolyseeinheit angeordnet und die Zwischenlagenkappen 32 oder 32 A werden dann mit den Vorsprüngen 18 und 18A verschweißt.

Wenn mehrere Elektrolyseeinheiten 10,11 benachbart zueinander angeordnet werden, werden vorzugsweise Umfangsdichtungen 44 zwischen den Einheiten angeordnet. Diese haben drei Hauptfunktionen:

1. Abdichten,

2. elektrische Isolierung und

3. Schaffung eines Elektrodenspalts.

Es gibt die verschiedensten geeigneten Dichtungsmaterialien, die verwendet werden können, z.B.:

Äthylen-Propylendienterpolymer,

chloriniertes Polyäthylen, Polytetrafluorethylen,

Perfluoralkoxyharz oder Gummi. Obwohl nur eine Umfangsdichtung dargestellt ist, liegt es im Rahmen der Erfindung auf beiden Seiten der Membran 27 oder 27 A Dichtungen zu verwenden.

Benachbart zu dem ECTE 14 oder zu der Seitenzwischenlage 26 oder 26 A, wenn derartige Zwischenlagen verwendet werden, ist ein Elektrodenteil 36,36 A, 46 oder 46 A, das an derZwischenlage oder dem ECTE 14 angebracht ist oder dagegen gedrückt wird.

Vorzugsweise erstreckt sich das Elektrodenteil 36, 36 A zum Stützabschnitt 17 und nicht über den Flansch 16. Es wäre sonst zu schwierig, die benachbarten Elektrolyseeinheiten 10,11 abzudichten, wenn sie betriebsmäßig aneinander angeordnet werden.

Die verwendeten Elektrodenteile 36, 36 A haben vorzugsweise eine gelöcherte Struktur, die im wesentlichen flach ist und aus einem Blech, einer perforierten Platte aus expandiertem Metall, aus einer gelochten Platte oder aus einem Metalldrahtgewebe hergestellt sein kann. Wahlweise können die Elektrodenteile 36,36 A Stromkollektoren sein, die eine Elektrode berühren, oder sie können Elektroden sein. Elektroden haben erwünschterweise eine katalytisch aktive Beschichtung auf ihrer Oberfläche. Die Elektrodenteile 36,36A können mit den Sorsprüngen 18,18 A oder der Seitenzwischenlage 26,26 A verschweißt sein, wenn eine Zwischenlage verwendet wird. Vorzugsweise sind die Elektrodenteile 36, 36A verschweißt, da dann der elektrische Kontakt besser ist.

Die Elektrodenteile 36,36 A, 46 oder 46 A sind vorzugsweise an ihren Kanten nach innen in Richtung des Stützabschnitts und von der aktiven lonen-Austauschmembran 27 und 27 A weg eingerollt. Dies verhindert, daß die manchmal eingekerbten Kanten dieser Elektrodenteile die aktive lonen-Austauschmembran berühren und sie zerreißen.

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Die Elektrolyseeinheit 10,11 kann auf verschiedene Weisen unter Verwendung verschiedener Elemente hergestellt werden.

Jedes Grundelement zur Herstellung des ECTE 14, d.h. der ebene Stützabschnitt 17, der Flansch 16 und die Vorsprünge 18 und 18A können aus mehreren Teilen oder Abschnitten zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann der Stützabschnitt 17 aus mehreren miteinander verbundenen Stücken bestehen. Ähnlich kann der Flansch 16 aus mehreren Stücken oder mit einander verbundenen Abschnitten bestehen. Ähnlich können die Vorsprünge 18,18A einstückig ausgebildet sein, die durch den Stützabschnitt 17 hindurch verlaufen oder sie können Teileinheiten sein, die nicht durch den Stützabschnitt 17 verlaufen, sondern nuran einer Fläche oder gegenüberliegenden Flächen des Stützabschnitts 17 angebracht sind.

Die Grundteile werden zusammengebaut, indem man erst die Vorsprünge 18 und 18A am Stützabschnitt 17 anbringt und dann den Flansch 16 an den Umfangskanten des Stützabschnittes 17 anbringt. In einer anderen Folge wird zuerst der Flansch 16 oder werden Teile davon am Stützabschnitt 17 oder an dessen Teilen angebracht und darauf die Vorsprünge 18,18A angebracht.

Bei einem anderen Verfahren zum Zusammenbauen der Elektrolyseeinheiten 10,11 werden (z. B. durch Gießen) die Grundteile in einer Montageeinheit ausgebildet, worauf dann die restlichen Elemente an der Montageeinheit angebracht werden.

Beispielsweise wird ein Stützabschnitt 17 mit mindestens einem Teil der Vorsprünge 18 und 18Adurch Gießen ausgebildet. Der restliche Teil der Vorsprünge 18 und 18 A, wenn irgendwelche vorhanden sind und der Flanschabschnitt des Flansches 16 kann erst dann angebracht werden. Alternativ kann der Stützabschnitt 17 mit mindestens einem Teil der Vorsprünge 18 und 18 A durch Gießen ausgebildet werden. Dannkannder Flansch 16 angebracht werden, woraufhin dann die Vorsprünge 18 und 18A angebracht werden.

Um sicherzustellen, daß die Elektrolyseeinheit 10,11 so eben wie möglich ist, ist es wünschenswert, die Flächen des zusammengebauten oder teilweise zusammengebauten ECTE 14 abzuflachen oder zu ebnen. Insbesondere kann das ECTE 14 an irgendeinem oder mehreren der verschiedenen Zusammenbauschritte der ECTE 14 Teile abgeflacht werden. Es kann beispielsweise abgeflacht werden:

Nachdem alle Vorsprünge 18,18Aan einer Seite des Stützabschnitts 17 angebracht sind; nachdem nur ein Teil der Vorsprünge 18,18Aam Stützabschnitt 17 angebracht wurde, nachdem alle oder ein Teil derVorsprünge 18,18Aam Stützabschnitt 17 angebrachtwurden, jedoch bevorder Flanschabschnitt des Flansches 16 angebracht wurde; oder

nachdem die Vorsprünge 18,18Aund die Flanschabschnitte des Flansches 16 angebracht wurden.

Das ECTE 14 kann abgeflacht werden, indem man die verschiedensten Verfahren verwendet, die dem Fachmann bekannt sind, wie z. B. Bandschleifen und mechanisches Walzen. Vorzugsweise ist das ECTE 14 ausreichend abgeflacht, wenn die Elektrolyseeinheiten 10,11 betriebsmäßig zusammengepaßt sind und die Leckagen so klein wie möglich gehalten werden. Zur Verwendung in Chlor-Alkali-elektrochemischen Zellen wird essehr bevorzugt, daß das ECTE 14 Abweichungen hinsichtlich der Flachheit von weniger als etwa 0,4mm über seine gesamte Masse aufweist.

Das Anbringen derVorsprünge 18und 18Aan dem Stützabschnitt 17 kann unter Verwendung der verschiedensten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Stützabschnitt 17 als feste Einheit gegossen werden und später mit Borlöchern versehen werden, die ein Gewinde durch die Dicke oder durch einen Teil der Dicke aufweisen. Die Vorsprünge 18,18A werden dann mit einem Gewinde versehen und in die Löcher des Stützabschnitts 17 von beiden Seiten eingeschraubt. Vorzugsweise können die Vorsprünge 18,18 A auf ihrer halben Länge mit einem Gewinde versehen sein und dann halb in den Stützabschnitt eingeschraubt werden. Die Enden derVorsprünge 18,18A werden vorzugsweise abgeflacht, bevor sie am Stützabschnitt 17 angebracht werden. Eine andere Art der Anbringung für Vorsprünge 18 und 18A geschieht durch Schweißen. Vorzugsweise bestehen die Vorsprünge 18,18A und der Stützabschnitt 17 aus Metallen, die miteinander verschweißbar sind. Wenn zwei Metalle nicht miteinander verschweißbar sind, kann ein Zwischenmetallscheibchen, das mit beiden Metallen verschweißbar ist, zwischen beiden Metallen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die Vorsprünge langsam verschweißt, so daß ein Verwerfen des Stützabschnitts 17 aufgrund der Schweißwärme so klein wie möglich gehalten wird.

Wenn es gewünscht wird, kann über die gesamte Zone des ECTE 14 eine Zwischenlage angeordnet werden, die mit einem korrosiven Elektrolyt in Berührung steht. EineSeitenzwischenlage26oder26Akann nuran einer Seite oder an beiden Seiten des Stützabschnitts 17 vorgesehen sein. Die Seitenzwischenlage 26 oder 26A kann einstückig sein oder aus mehreren miteinander verklebten Teilen bestehen. Sie sollte jedoch eine im wesentlichen vollständig hydraulisch impermeable Konstruktion sein. Die Zwischenlage 26 oder 26A soll sich mit dem Stützteil 17 erstrecken oder kann sich über die gesamte Länge und Breite des ECTEs Verstrecken.

Vorzugsweise erstrecken sich die Elektrodenteile 36,36A, 46 oder 46 Azurn Stützabschnitt 17 und erstrecken sich nicht über den Flansch 16. Es wäre sonst schwierig, die benachbarten Elektrolyseeinheiten abzudichten, wenn sie betriebsmäßig zusammengebaut werden.

Eine besonders geeignete Art und Weise zur Herstellung eines Abschnitts besteht darin, daß man ein flaches Werkstück als .

Stützabschnitt 17 ausbildet, in das Gewindebohrungen eingebracht werden, um die Vorsprünge 18,18Aaufzu nehmen. Mehrere Vorsprünge 18,18 A werden in gleicher Länge geschnitten und jeder Vorsprung 18,18A mit einem Gewindeabschnitt am mittleren Teil versehen. Die gewindefreien Abschnitte haben einen unterschiedlichen Durchmesser. Ein Endabschnitt weist einen kleineren Durchmesser als der andere Abschnitt auf und hat einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Gewindebohrung im Stützabschnitt 17 ist. Der schmalere Endabschnitt des Vorsprungs 18,18A wird dann durch die Bohrung geführt bis der Gewindeabschnitt des Vorsprungs 18,18Aden Gewindeabschnitt der Bohrung berührt. Die Vorsprünge 18,18A werden dann in die Gewindebohrungen des Stützabschnitts 17 eingeschraubt, bis sie das flache Werkstück berühren. Auf diese Weise kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß sich al Ie Vorsprünge 18,18Aum die gleiche Länge vom Stützabschnitt 17 erstrecken.

Beispiel 1

Eine 122 cm x 244cm bipolare flache plattenförmige Filterpressen-Ionen-Austauschmembranzelle wurde in der folgenden Weise hergestellt:

Eine Stahlplatte mit den Abmessungen 122 x 244cm und einer Dicke von 1,27cm wurde mit Gewindebohrungen versehen, so daß 116 Löcher in einem quadratischen Muster in ihr ausgebildet wurden, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 25 mm hatte. Die Stahlplatte wurde als Stützabschnitt 17 des ECTE 14 verwendet, wobei rings um seine Umfangskanten ein 19mm dicker, 70mm breiter rahmenförmiger Flansch 16 aus einem Niedercarbonstahl angeschweißt wurde.

Mehrere 25 mm dicke, mit Gewinde versehene Stahlstangen wurden in jedes der 116 Löcher eingeschraubt. Eine Seite war als

Anodenseite bestimmt und ein Vanadiumscheibchen wurde über die Endfläche jeder Stange angeordnet, woraufhin dann eine Titankappe über der Stange mit den Vanadiumscheibchen angeordnet wurde. Die Kappe wurde mit jeder der 116 Stangen über das Vanadiumscheibchen verschweißt. Auf der als Kathodenseite bestimmten Seite wurde eine Nickelkappe über jeder der 116 Stangen angeordnet und damit verschweißt. Da Nickel relativ leicht mit Stahl verschweißbar ist, wurde kein Zwischenscheibchen auf der Kathodenseite benötigt. Das Vanadiumscheibchen war etwa 0,13mm dick. Die Kappe war etwa 0,9mm dick.

Zum Korrosionsschutz wurde die An öden kammer mit einer 0,9 mm dicken Tita nzwisch en lage ausgekleidet, die aus einem flachen Titanblech hergestellt wurde, das zu einer U-förmigen Titanseitenabdeckung an allen vier Umfangsseiten verschweißt wurde. Die Titanzwischenlage hatte 116 zu den Löchern des Stützabschnitts 17 konzentrische Löcher, um über die Verbindungsstangen zu passen. Die Titanzwischenlage wurde dann mit der Titankappe an der Verbindungsstange verschweißt.

Die Kathodenkammer wurde mit einer 1,5mm dicken Nickelzwischenlage ausgekleidet, die aus einem flachen Nickelblech hergestellt wurde, das zu einer U-förmigen Nickel-Seitenabdeckung an den Umfangsseiten verschweißt wurde. Die Nickelzwischenlage hatte ebenfalls 116 zu den Löchern des Stützabschnitts 17 konzentrische Löcher, um über die Verbindungsstangen zu passen. Die Nickeizwischenlage wurde rings um jede Nickelkappe verschweißt.

Die Anode war 1,6 mm dick, 40% offen, ein Gitter aus expandiertem Titan mit einem Diamantmuster von 0,6 mm (Breite) x 1,3 mm (Länge). Die Anode wurde mit den Titan kappen an der Oberseite der Verbindungsstücke an der Anodenseite widerstandsverschweißt.

Die Kathode bestand aus einem Nickelgitter mit der gleichen Spezifikation wie das Titangitter. Die Kathode wurde mit den Nickelkappen an der Oberseite der Verbindungsstücke an der Kathodenseite widerstandsverschweißt. Ein Titanrohr mit einem Durchmesser von 13 mm wurde mit der Titanzwischenlage durch eine Öffnung am Boden links von der Anodenkammer verschweißt und diente als Soleeinlaß. Ein anderes Rohr mit einem Durchmesser von 19mm wurde mit der Titanzwischenlage durch eine Öffnung an der oberen rechten Seite der Anodenkammern verschweißt und diente als Sole und Chlorgasaustritt.

Ähnliche Nickelrohre wurden in der Kathodenkammer für den Katholyteinlaß und -auslaß verschweißt.

Die Zelle war so aufgebaut, daß das Anodengitter etwa 0,4mm unterhalb desTitanseitendichtungsflansches zurücktrat und das Kathodengitter trat etwa 0,9 mm unter den Nickelseitendichtungsflansch zurück. Der nominale Spalt zwischen den Elektroden betrug etwa 2,5 mm, wobei eine Dichtung aus expandiertem Polytetrafluorethylen von etwa 1,3 mm zusammengedrückt wurde und zwischen der Membran und dem Kathodendichtungsflansch angeordnet war und keine Dichtung zwischen der Membran und dem Anodendichtungsflansch vorgesehen war.

Beispiel 2

Vier (4) Übertragungselemente für elektrischen Strom wurden für eine 61 cm χ 61 cm monopolare Elektrolysevorrichtung gegossen.

Die Übertragungselemente für den elektrischen Strom bestanden aus ASTM A536, GRD 65-45-12 Weicheisen und sie waren hinsichtlich ihrer Gießabmessungen identisch. Die endbearbeiteten Rohlinge wurden untersucht und waren strukturmäßig und oberflächenmäßig fehlerfrei. Die Hauptabmessungen betrugen 61 cm χ 61 cm Außenabmessungen, Dicke des Stützabschnitts 2cm, Durchmesser der 16 Vorsprünge 2,5cm, wobei die Vorsprünge auf jeder Seite des Stützabschnitts einander gegenüberliegend angeordnet waren. Breite der Dichtung 2,5cm, Dicke der Dichtung.6,4cm, wobei die Dichtung um den Umfang des Zellenrohlings angeordnet war. Die bearbeiteten Flächen umfaßten die Hauptdichtflächen (beide Seiten) parallel und die Oberseite jedes Vorsprungs (jede Seite) wurde in einer Ebene und parallel zur gegenüberliegenden Seite bearbeitet.

Die Kathodenzelle umfaßte 0,9mm dicke Schutzzwischenlagen aus Nickel auf jeder Seite des Zellenaufbaus. Einlaß- und Auslaßdüsen, ebenfalls aus Nickel, wurden mit den Zwischenlagen vor dem Punktverschweißen der Zwischenlagen mit dem Zellenaufbau vorverschweißt. Der Endzusammenbau umfaßte das Punktschweißen der kathalytisch beschichteten Nickelelektroden mit den Zwischenlagen an jedem Vorsprung.

Der Abstand zwischen den Ebenen der Enden der Vorsprünge betrug 5,8cm für die monopolare Kathodenzelle und kann als die Dicke des ECTE bezeichnet werden. Die gesamte Zellendicke von der Außenseite der einen Nickelelektrode zur Außenseite der anderen Nickelelektrode betrug 6,9cm. Somit betrug die ECTE-Dicke 92% der gesamten Dicke.

Die Kathodenendzeile hatte einen ähnlichen Aufbau wie die Kathodenzelle mit der Ausnahme, daß eine Schutzzwischenlage aus Nickel an einer Seite ebenso wie die zugehörige Nickelelektrode nicht erforderlich war.

Die Anodenzelle umfaßte eine 0,9 mm dicke Sch utzzwischen lage aus Titan auf jeder Seite des Zellenaufbaus. Einlaß- und Auslaßdüsen bestanden ebenfalls aus Titan und waren mit den Zwischenlagen vor dem Punktverschweißen der Zwischenlagen mit dem Zellenaufbau vorverschweißt. Der Endzusammenbau umfaßte das Verschweißen der Titanelektroden mit den Zwischenlagen an jedem Vorsprung mittels eines dazwischen angeordneten Vanadiumscheibchens. Die Anoden waren mit einer katalytischen Schicht gemischter Oxyde von Ruthenium und Titan beschichtet.

Die Anodenendzeile war ähnlich wie die Anodenzelle aufgebaut, mit der Ausnahme, daß eine Schutzzwischenlage aus Titan ebenso wie eine dazugehörige Titanelektrode auf einer Seite nicht erforderlich waren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolyseeinheit, geeignet zur Verwendung in einer Elektrolysezelle, wobei die genannte Einheit ein im wesentlichen ebenes Übertragungselement für elektrischen Strom enthält, welches einen ebenen Stützabschnitt, einen rahmenförmigen Flansch und eine Anzahl sich von jeder Seite des Stützabschnitts nach außen erstreckender Vorsprünge aufweist und der Flansch mindestens aus einem Teil besteht und eine Innenfläche besitzt, welche alle äußeren Umfangskanten des Stützabschnitts abdichtend aufnimmt, gekennzeichnet durch,

a) Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Strom-Übertragungselementes (14);

b) Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Strom-Übertragungselementes (14) an der Montageuntergruppe desselben, um ein vollständiges Strom-Übertragungselement (14) auszubilden;

c) Abdecken mindestens eines Teiles wenigstens einer Seite des Stützabschnitts (17) und wahlweise des Flansches (16) des vervollständigten Strom-Übertragungselementes (14) mit einer Metallzwischenlage (26; 26 A) welche aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt ist; und

d) Anbringen der Metallzwischenlage(n) (26; 26A) an wenigstens einem Teil der Vorsprünge (18; 18A) welche mit der Metallzwischenlage (26; 26A) in Berührung stehen.

2. Verfahren, nach Punkt 1, gekennzeichnet durch,

a) Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Stützabschnitts (17) und wenigstens einesTeils des Flansches (16);

b) Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches (16) an dem Stützabschnitt (17) zur Vervollständigung des Flansches (16) für wenigstens eine Seite des Stützabschnitts (17); und

c) Vervollständigen der Anordnung der Elektrolyseeinheit durch Anbringen irgendwelcher Elemente, welche in der Gruppe verbleiben, die aus dem Flansch (16) und irgendwelchen verbleibenden Vorsprüngen (18; 18 A) auf den entgegengesetzten Seiten des Stützabschnitts (17) besteht.

3. Verfahren, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch,

a) Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe des Stützabschnitts (17) und mindestens einesTeils der Vorsprünge (18; 18A) und

b) Vervollständigen, wenn erforderlich, der Anordnung des Strom-Übertragungselements (14) durch Anbringen irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge (18; 18A) und des Flansches (16) an dem Stützabschnitt (17).

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe für den Stützabschnitt (17), wenigstens einen Teil des Flansches (16) und wenigstens einen Teil der Vorsprünge (18; 18A); und

b) Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches (16) und irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge zur Vervollständigung des Strom-Übertragungselementes (14) für wenigstens eine Seite des Strom-Übertragungselements.

5. Verfahren, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) Ausbilden einer einheitlichen Montageuntergruppe für einen Teil des Stützabschnitts (17), wenigstens einen Teil des Flansches (16) und wenigstens einen Teil der Vorsprünge (18,18A);

b) Ausbilden einer einheitlichen ebenen Montageuntergruppe für den verbleibenden Teil des Stützabschnitts (17), mindestens einen Teil des Flansches (16) und mindestens einen Teil der Vorsprünge (18; 18A);

c) Verbinden der Teile, die durch die Schritte a) und b) ausgebildet wurden; und

d) Anbringen irgendwelcher verbleibenden Teile des Flansches (16) und irgendwelcher verbleibenden Vorsprünge (18; 18A) zur Vervollständigung des Strom-Übertragungselements (17) für wenigstens eine Seite des Strom-Übertragungselements (14).

6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet durch Anbringen mindestens eines Elektrodenteils (36, 36A; 46,46A) an die Metallzwischenlage(n) (26, 26A).

7. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die wenigstens teilweise zusammengebaute Konstruktion bearbeitet wird, um diese teilweise zusammengebaute Konstruktion mit einer ebenen Oberfläche zu versehen.

8. Verfahren nac.h einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Flansch (16) am ebenen Stützabschnitt (17) mittels Schweißen oder Diffusionskieben angebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß alle Vorsprünge (18; 18A)

am Stützabschnitt (17) angebracht werden, bevor der Stützabschnitt (17) und die Vorsprünge (18; 18A) mit einer ebenen Oberfläche versehen werden.

10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß jede der Seiten des ebenen Stützabschnitts (17) mit einer Metallzwischenlage (26; 26A) abgedeckt wird.

11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenlage (26; 26 A) an den Enden wenigstens eines Teils der Vorsprünge (18; 18A) mittels Schweißen oder Diffusionskieben angebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Stützabschnitt (17), die Vorsprünge (18; 18A) und der Flansch (16) mindestens aus einem Metall hergestellt werden, das aus der Gruppe der Eisenmetalle, Nickel, Aluminium, Molybdän, Kupfer, Magnesium Blei, und/ oder Legierungen derselben und davon ausgewählt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Stützabschnitt (17) und mindestens ein Teil des Flansches (16) aus einem Metall bestehen, und als eine Einheit ausgebildet werden, und daß ein elektrischer Anschluß (19) mit dem Flansch (16) verbunden wird.

14. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Stützabschnitt (17) aus einem Metall und mindestens ein Teil des Flansches (16) aus einem Kunstharz hergestellt wird, und daß eine elektrische Verbindung (19) mit dem Stützabschnitt (17) verbunden wird.

15. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des Flansches (16) aus einem Kunstharz hergestellt wird, und daß ein elektrischer Anschluß mindestens an einem der Metallteile des Flansches (16) oder dem Stützabschnitt (17) angebracht wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke des Flansches (16) mindestens zweimal so groß ist, wie die Dicke des Stützabschnitts (17).