DE102004014696A1

DE102004014696A1 - Hydrodynamic devices for electrochemical cells

Info

Publication number: DE102004014696A1
Application number: DE102004014696A
Authority: DE
Inventors: Peter Fabian
Original assignee: De Nora Deutschland GmbH
Current assignee: De Nora Deutschland GmbH
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-13
Also published as: EP1580303A2; EP1580303A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft hydrodynamische Einrichtungen, die in vorhandene elektrochemische Zellen (1) eingebaut werden können, bei denen die Elektroden (2) durch Bolzen- oder Rippenreihen oder andere Arten von länglichen Trägern (3) mit den Rückwänden (4) der Zellen (1) verbunden sind und in denen gasförmige Produkte erzeugt werden. Die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen bestehen aus flachen Streifen (5) oder gefalteten Streifen, die zwischen benachbarten Reihen aus Bolzen, Rippen oder anderen länglichen Trägern eingebaut werden und die so eine Trennung der aufsteigenden Mischphase mit dem erzeugten Gas und dem nach unten strömenden entgasten Elektrolyten erlauben. Diese Trennung verbessert insgesamt die interne Rezirkulation, so dass tote Bereiche, in denen sich die Konzentration des Elektrolyten ändern kann und/oder in denen Gasbläschen gefangen werden können, vermieden werden, so dass die mit diesen Phänomenen verbundenen Leistungsverluste ebenfalls beseitigt werden können. Optional sind die erfindungsgemäßen Einrichtungen in ihrem oberen Bereich mit Leitplatten oder Leitblechen (16) zur Erleichterung der Trennung der Gasphase vom Elektrolyten ausgestattet. Außerdem können seitliche Lippen (15) vorgesehen sein, deren elastische Verformung einen einfachen und festen Einbau in vorhandene Reihen der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Träger erlaubt. Die hydrodynamischen Mittel können aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei die ...The present invention relates to hydrodynamic devices which can be incorporated into existing electrochemical cells (1) in which the electrodes (2) are connected by bolt or rib rows or other types of elongate supports (3) to the back walls (4) of the cells (1 ) and in which gaseous products are produced. The hydrodynamic devices of the present invention consist of flat strips (5) or folded strips which are interposed between adjacent rows of bolts, ribs or other elongate supports, thus permitting separation of the ascending mixing phase with the generated gas and the downwardly flowing degassed electrolyte. This separation altogether improves the internal recirculation so that dead areas where the concentration of the electrolyte can change and / or gas bubbles are trapped can be avoided, so that the power losses associated with these phenomena can also be eliminated. Optionally, the devices according to the invention are provided in their upper region with guide plates or guide plates (16) for facilitating the separation of the gas phase from the electrolyte. In addition, lateral lips (15) may be provided, the elastic deformation of which allows easy and firm installation in existing rows of bolts or ribs or other elongate supports. The hydrodynamic means may be made of metal or plastic, with the ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hydrodynamische Einrichtungen zum Einbau in vorhandene elektrochemische Zellen, in denen gasförmige Produkte erzeugt werden, wobei die Elektroden der Zellen mittels länglicher Träger, wie beispielsweise Rippen oder ähnlichen Halterungen, mit den Rückwänden der Zellen verbunden sind.The The present invention relates to hydrodynamic devices for Installation in existing electrochemical cells containing gaseous products be produced, wherein the electrodes of the cells by means of elongated Carrier, such as ribs or the like Mounts, with the back walls of the Cells are connected.

Typische Prozesse, bei denen gasförmige Produkte gebildet werden, sind die weit verbreitete Alkalichloridelektrolyse, die Elektrolyse von Salzsäurelösungen und die Elektrolyse von Wasser, um nur die Prozesse zu nennen, die aus industrieller Sicht besonders bedeutsam sind. In all diesen Prozessen spielt der interne Umlauf der Elektrolyten eine extrem wichtige Rolle, um die Bildung von toten Bereichen zu verhindern, in denen Bläschen gefangen werden können und sich die Konzentration des Elektrolyten ändern kann, wobei beide Faktoren zu einer Erhöhung der Zellspannung und einer damit verbundenen Erhöhung des Verbrauchs an elektrischer Energie führen. Darüber hinaus bewirken diese toten Bereiche dann, wenn die Zellen durch Ionenaustauschmembranen in separate Kammern unterteilt sind, wie dies in moderneren Prozessen meist der Fall ist, einen relativ schnellen Abfall sowohl der Leistungsfähigkeit als auch der mechanischen Eigenschaften der Membranen, was wiederum ein Abschalten der Zellen erforderlich macht, um neue Membranen einbauen zu können.typical Processes involving gaseous products are widespread alkali chloride electrolysis, the electrolysis of hydrochloric acid solutions and the electrolysis of water, to name just the processes that out industrial point of view are particularly significant. In all these processes plays the internal circulation of the electrolytes plays an extremely important role, to prevent the formation of dead areas where bubbles are trapped can be and the concentration of the electrolyte can change, both factors to an increase the cell voltage and an associated increase in the consumption of electrical Lead energy. About that In addition, these dead areas then when the cells through Ion exchange membranes are divided into separate chambers, like this This is usually the case in more modern processes, a relatively fast one Waste of both efficiency as well as the mechanical properties of the membranes, which in turn shutting down the cells required to create new membranes to be able to install.

Aus der Patentliteratur sind zahlreiche elektrolytische Zellen bekannt, die mit internen hydrodynamischen Einrichtungen, wie beispielsweise Ablenkblechen oder Kanälen, ausgerüstet sind, die in erster Linie dazu dienen, den aufsteigenden Strom der Mischphase aus erzeugtem Gas und flüssigem Elektrolyt von dem abwärts fließenden Strom aus flüssigem Elektrolyt, der im obersten Abschnitt der Zelle entgast wurde, zu trennen: der Dichteunterschied zwischen der Mischphase und der entgasten Phase ist die Antriebskraft, die den internen Umlauf bewirkt, der auch als natürliche Rezirkulation oder Gasauftriebsumlauf bezeichnet wird. Es ist sofort ersichtlich, dass der Umlauf seinen Maximalwert dann erreicht, wenn der oben erwähnte Dichteunterschied ebenfalls maximal ist, was dann der Fall ist, wenn der abwärts fließende Elektrolytstrom im Wesentlichen gasfrei ist. Dieses Ergebnis ist eng mit einer möglichst effizienten Trennung zwischen den aufsteigenden und hinunterfließenden Strömungen und mit der schnellen Vereinigung der Gasbläschen, insbesondere der kleinen Bläschen im oberen Abschnitt der Zelle verknüpft. Zu letzterem Punkt ist zu sagen, dass der resultierende Auftriebseffekt, den größere Bläschen zeigen, ein sehr effektives Entgasen bewirkt, wobei nur wenige überlebende kleine Bläschen in der flüssigen Phase verbleiben und in den unteren Abschnitt der Zelle mitgeführt werden.Out The patent literature discloses numerous electrolytic cells those with internal hydrodynamic devices, such as Baffles or channels, equipped are, in the first place, the ascending stream of Mixed phase of generated gas and liquid electrolyte from the downflowing stream from liquid Electrolyte, which was degassed in the top section of the cell to Separate: the density difference between the mixed phase and the degassed phase is the driving force that will effect the internal circulation, too as natural Recirculation or gas lift circulation is called. It's instant it can be seen that the circulation reaches its maximum value when the above mentioned Density difference is also maximum, which is the case when the downhill flowing Electrolyte flow is substantially free of gas. This result is closely with one as possible efficient separation between the ascending and descending currents and with fast connection of gas bubbles, especially small ones vesicle linked in the upper section of the cell. To the latter point is to say that the resulting buoyancy effect, the larger bubbles show a very effective degassing causes, with only a few surviving small bubbles in the liquid Phase remain and be carried in the lower section of the cell.

Die Patentliteratur beschreibt eine Anzahl Vorrichtungen, welche die Vereinigung von Bläschen erleichtern sollen: Einen übereinstimmenden Punkt all dieser Beschreibungen stellt die Einengung des für die aufsteigende Phase zur Verfügung stehenden Querschnitts im obersten Abschnitt der Zelle dar.The Patent Literature describes a number of devices which the Facilitate union of bubbles should: a match Point of all these descriptions represents the narrowing of the for the ascending Phase available standing cross-section in the uppermost portion of the cell.

So werden beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE-A 198 50 071 derartige hydrodynamische Einrichtungen und Mittel beschrieben, welche die Vereinigung der kleinen Bläschen begünstigen: Danach erhält man geeignete hydrodynamischen Einrichtungen durch Falten eines Metallblechs in eine zickzackartige oder wellenartige Form, wobei das gefaltete Blech anschließend beispielsweise durch Verschweißen an der Rückwand jeder Kammer der Zelle befestigt wird. Dann werden die als Lochbleche vorliegenden Elektroden wiederum im durch Verschweißen mit den Scheitelpunkten der Zickzack- oder Wellenstruktur verbunden, wobei die Zickzackstruktur auch als Stromverteiler von der Rückwand zu den Elektroden fungiert. Der durch die Rückwand und die Innenfläche der Zickzack-Struktur begrenzte Raum steht nur dem nach unten fließenden Strom des entgasten Elektrolyten zur Verfügung, während die Gas/Elektrolyt-Mischphase vollständig auf den Raum beschränkt ist, der durch die prozessseitige Oberfläche der Zickzack-Struktur und die Elektrode definiert wird. Außerdem ist die Oberkante des zickzackartigen oder wellenartigen Querschnitts mit einem vorspringenden Leitblech versehen, welches dazu dient, den Durchlassquerschnitt der Mischphase einzuschränken, um so die Vereinigung der kleineren Bläschen zu erleichtern.For example, in the German patent application DE-A 198 50 071 Thereafter, suitable hydrodynamic devices are obtained by folding a metal sheet into a zigzag or wave-like shape, the folded sheet then being fixed by welding, for example, to the back wall of each compartment of the cell. Then, the electrodes, which are in the form of perforated plates, are in turn connected by welding to the vertices of the zigzag or wave structure, whereby the zigzag structure also acts as a current distributor from the rear wall to the electrodes. The space bounded by the back wall and the inner surface of the zigzag structure is only available to the downwardly flowing stream of the degassed electrolyte, while the gas / electrolyte mixing phase is completely confined to the space passing through the process surface of the zigzag structure the electrode is defined. In addition, the upper edge of the zigzag or wave-like cross-section is provided with a projecting baffle, which serves to restrict the passage cross-section of the mixed phase, so as to facilitate the union of the smaller bubbles.

Die Wirksamkeit der beschriebenen Mittel und Vorrichtungen wurde im Betrieb von Zellen im industriellen Maßstab demonstriert: Die Ergebnisse derartiger Versuche zeigen, dass die Umwälzrate stark erhöht ist, während Druckschwankungen, die durch Bläschen hervorgerufen werden, die in der hinunterströmenden flüssigen Phase mitgeführt werden, stark reduziert sind. Darüber hinaus ist die Betriebsdauer der empfindlichen Ionenaustauschmembranen deutlich erhöht.The Effectiveness of the described means and devices has been described in Operation of cells on an industrial scale demonstrated: The results of such Trials show that the circulation rate is strong elevated is while Pressure fluctuations caused by bubbles caused to be carried in the downflowing liquid phase, are greatly reduced. About that In addition, the service life of the sensitive ion exchange membranes clearly increased.

Allerdings können die in DE-A 198 50 071 beschriebenen Mittel und Einrichtungen auf Grund ihrer relativ komplizierten Geometrie nur bei der Konstruktion neuer Zellen eingesetzt werden, während ihre Installation in vorhandene Zellen praktisch unmöglich, in jedem Fall aber extrem teuer ist, da praktisch eine vollständige Zerlegung der Zelle erforderlich wäre.However, the in DE-A 198 50 071 Because of their relatively complicated geometry, the means and devices described are used only in the construction of new cells, while their installation in existing cells is practically impossible, but in any case extremely expensive, since practically a complete disassembly of the cell would be required.

Die vorliegende Erfindung will daher die oben beschriebenen Schwierigkeiten überwinden und es ermöglichen, bereits vorhandene Zellen mit hydrodynamischen Einrichtungen und Mitteln zur Verbesserung der Vereinigung (Koaleszenz) von Gasbläschen auszustatten, wobei eine mit der Wirksamkeit der in DE-A 198 50 071 beschriebenen Mittel vergleichbare Wirksamkeit erreicht werden sollen.The present invention therefore seeks the overcome difficulties described above and make it possible to equip existing cells with hydrodynamic devices and means for improving the unification (coalescence) of gas bubbles, one with the effectiveness of in DE-A 198 50 071 comparable efficacy should be achieved.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde hydrodynamische Einrichtungen bereitzustellen, mit denen bereits vorhandene elektrochemische Zellen nachgerüstet werden können, insbesondere solche Zellen, die mit Elektroden ausgestattet sind, die von Haltebolzen- oder Halterippenreihen oder anderen länglichen Profilen getragen werden, wobei die Nachrüstung beispielsweise dann erfolgen kann, wenn verbrauchte Elektroden durch neue Elektroden ersetzt werden müssen. Dabei sollen einfache Verfahren zur Anwendung kommen, die keine komplizierten und teuren mechanischen Modifikationen oder Schweißarbeiten erfordern.Of the The present invention is therefore based on the technical problem to provide hydrodynamic devices with which already existing electrochemical cells can be retrofitted, in particular such cells, which are equipped with electrodes that by holding bolt or Halter rib rows or other elongated Profiles are worn, with the retrofit example, then done can replace when worn electrodes are replaced by new ones Need to become. Simple methods should be used which do not require complicated and expensive mechanical modifications or welding work.

Gelöst wird dieses technische Problem durch die hydrodynamischen Einrichtungen mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Is solved this technical problem by the hydrodynamic devices with the features of present claim 1. Advantageous developments the hydrodynamic invention Facilities are subject of the dependent claims.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Installation der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 15.object The invention is also a method for installing the hydrodynamic devices according to the invention with the features of present claim 15.

Die Erfindung betrifft außerdem eine mit den erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen versehene elektrochemische Zelle.The Invention also relates one with the hydrodynamic according to the invention Facilities provided electrochemical cell.

Gegenstand der Erfindung sind demnach hydrodynamische Einrichtungen, die aus flachen Streifen oder gefalteten Streifen bestehen und eine L- oder Z- oder C-förmige oder eine trapezoide Gestalt aufweisen, wobei die flachen Streifen oder die gefalteten Streifen eine gewisse Elastizität besitzen, welche den Einbau zwischen jedem Reihenpaar der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Profile erleichtert, indem man sie einfach, gegebenenfalls unter Mitwirkung der neuen Elektrodenbleche, zusammendrückt.object The invention therefore hydrodynamic devices that are made consist of flat strips or folded strips and an L or Z- or C-shaped or have a trapezoidal shape, wherein the flat strips or the folded strips have a certain elasticity, which the installation between each pair of rows of bolts or ribs or other oblong Easily relieves profiles by placing them under, where appropriate Co-operation of the new electrode sheets, compresses.

Die erfindungsgemäßen flachen Streifen oder die gefalteten Streifen mit L- oder Z- oder C-förmiger oder trapezoider Gestalt könne außerdem mit seitlichen Lippen versehen sein, die eine gewisse Elastizität aufweisen, so dass der Einbau und die feste Fixierung zwischen benachbarten Reihenpaaren der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Profile erleichtert wird, so dass in diesen Fällen kein Zusammenwirken mit den Elektrodenblechen mehr erforderlich ist.The flat according to the invention Stripes or the folded strips with L- or Z- or C-shaped or Trapezoid figure could Furthermore be provided with lateral lips, which have a certain elasticity, so that the installation and the firm fixation between adjacent Row pairs of bolts or ribs or other oblong Profiles is facilitated, so that in these cases no interaction with the electrode sheets is more required.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen an ihrer Oberkante durch vorspringende Leitplatten oder -bleche verlängert, die dazu dienen, den für die Gas/Elektrolyt-Mischphase zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt zu verringern, um die Vereinigung der mitgeführten Bläschen zu unterstützen.Preferably are the hydrodynamic invention Devices at their upper edge by projecting guide plates or sheets extended, which serve for the the gas / electrolyte mixing phase available flow cross-section to reduce the association of entrained bubbles.

Die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Mittel bestehen vorzugsweise aus Metall- oder Kunststoffmaterialien, die unter Elektrolysebedingungen chemisch inert sind, und die eine gewisse Elastizität, sowie eine geringe Neigung zur Kriechrelaxation (creep relaxation) aufweisen.The hydrodynamic agents according to the invention are preferably made of metal or plastic materials, which are chemically inert under electrolysis conditions, and the one certain elasticity, and a low tendency to creep relaxation (creep relaxation) exhibit.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.in the Below is a preferred embodiment of the hydrodynamic invention Device purely by way of example with reference to the accompanying drawings described in more detail.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 eine Aufsicht auf einen Querschnitt einer bestehenden Zelle aus zwei Halbschalen, die jeweils mit vertikalen Rippen versehen sind, welche die Elektrodenbleche tragen und mit (nicht dargestellten) Öffnungen versehen sind, um eine Quervermischung der Elektrolyte zu ermöglichen; 1 a plan view of a cross section of an existing cell of two half-shells, each provided with vertical ribs which carry the electrode sheets and with openings (not shown) to allow cross-mixing of the electrolytes;

2 eine Aufsicht eines Querschnitts der gleichen Zelle wie in 1, wobei die erfindungsgemäßen streifenförmigen hydrodynamischen Einrichtungen in einer Zickzack-Anordnung zwischen den Reihen aus vertikalen Rippen eingesetzt sind; 2 a plan view of a cross section of the same cell as in 1 wherein the strip-shaped hydrodynamic devices according to the invention are inserted in a zigzag arrangement between the rows of vertical ribs;

3 eine Seitenansicht eines Querschnitts der Zelle der 2, wobei die Pfeile die getrennten aufsteigenden und nach unten fließenden Ströme des durch die hydrodynamischen Einrichtungen erzeugten internen Umlaufs des Elektrolyten andeuten; 3 a side view of a cross section of the cell 2 wherein the arrows indicate the separate ascending and descending flows of the internal circulation of the electrolyte generated by the hydrodynamic means;

4 eine andere Ausführungsform der Zelle der 2, wobei die hydrodynamischen Einrichtungen einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen; 4 another embodiment of the cell of 2 wherein the hydrodynamic devices have an arcuate cross-section;

5 einen mit 2 vergleichbaren Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, wobei L-förmige, gefaltete Streifen zur Bildung eines Sägezahnmusters zwischen die Rippenreihen eingesetzt wurden, wobei die Öffnungen aller Rippen jeder Reihe versperrt sind; 5 one with 2 Comparative cross section of another embodiment, wherein L-shaped folded strips have been used to form a sawtooth pattern between the rows of ribs, wherein the openings of all the ribs of each row are locked;

6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer der 2 entsprechenden Ansicht, wobei Z-förmige gefaltete Streifen wiederum zur Bildung eines Sägezahnmusters zwischen die Rippenreihen eingesetzt wurden, wobei wiederum die Öffnungen aller Rippen versperrt sind; 6 another embodiment of the Er in one of the 2 corresponding view, wherein Z-shaped folded strips were again used to form a sawtooth pattern between the rows of ribs, in turn, the openings of all ribs are blocked;

7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer der 2 entsprechenden Ansicht, wobei trapezoidförmig gefaltete Streifen zwischen die Rippenreihen eingesetzt wurden; 7 a further embodiment of the invention in one of 2 corresponding view, with trapezoidal folded strips were inserted between the rib rows;

8 eine Aufsicht eines Querschnitts einer bevorzugten Variante der in 7 dargestellten trapezoidförmig gefalteten Streifen, die in der Variante der 8 mit seitlichen Lippen versehen sind, welche den Halt der Streifen zwischen den Rippen beim Zusammenbau verbessern; 8th a plan view of a cross section of a preferred variant of in 7 Trapezoidal folded strips shown in the variant of 8th are provided with lateral lips which improve the grip of the strips between the ribs during assembly;

9 einen der 7 entsprechenden Querschnitt, wobei die trapezoidförmig gefalteten Streifen außerdem an ihrer Oberkante mit einem vorspringenden Leitblech oder einer Leitplatte versehen sind, um den für die Gas/Elektrolyt- Mischphase zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt zu verringern, so dass die Vereinigung der verteilten Bläschen unterstützt wird; und 9 one of the 7 corresponding cross section, wherein the trapezoidal folded strips are also provided at its upper edge with a projecting baffle or a guide plate to reduce the available for the gas / electrolyte mixing phase flow cross section, so that the union of the distributed bubbles is supported; and

10 eine schematische Seitenansicht eines Querschnitts der Ausführungsform der 9. 10 a schematic side view of a cross section of the embodiment of the 9 ,

1 zeigt eine Aufsicht einer vorhandenen elektrochemischen Zelle 1 im Querschnitt, wobei die Elektroden 2 durch Reihen aus Bolzen oder Rippen 3 oder ähnlichen länglichen Profilen getragen werden, die beispielsweise durch Verschweißen an der Rückwand 4 der Zelle befestigt sind. Die Rippen weisen im Allgemeinen (in der Figur nicht dargestellte) Perforationen auf, die eine gewisse Quervermischung der Elektrolyte erlauben, um die Ausbildung von Bereichen unterschiedlicher Konzentration zu verhindern. Dem Fachmann ist bekannt, dass die katalytische Aktivität der Elektroden durch eine dünne Beschichtung mit einem Film erzielt wird, der gewisse Elemente, wie beispielsweise Metalle der Platingruppe enthält. Während der Elektrolyse bewirken mechanische Belastungen, die beispielsweise durch das Ablösen von Gasbläschen verursacht werden, und/oder chemische Angriffe beim Auftreten von ungewöhnlichen Betriebsbedingungen in der Zelle, einen langsamen Verbrauch des Films, bis die auf der Oberfläche der Elektroden verbleibenden Restspuren nicht mehr in der Lage sind, den Elektrolyseprozess aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zelle auseinandergebaut und die Halbschalen werden reaktiviert. Dabei werden im Allgemeinen die verbrauchten Elektroden 2 abgenommen und anschließend neue Elektroden, beispielsweise durch Verschweißen, befestigt. Sobald die verbrauchten Elektroden abgenommen wurden und bevor die neuen Elektroden installiert sind, ist der Raum zwischen den Reihen der Trägerbolzen oder -rippen oder anderer länglicher Profile von außen zugänglich und die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen können zwischen diese Reihen eingesetzt werden. Die in den 2 (Aufsicht auf einen Querschnitt) und 3 (Seitenansicht eines Querschnitts) skizzierten Ausführungsformen der Erfindung zeigen eine besonders einfache Variante der Erfindung, bei der die hydrodynamischen Einrichtungen aus flachen Streifen 5 bestehen, die zwischen diesen Reihen in Form eines Zickzack-Musters eingesetzt sind. Auf diese Weise wird der durch die Elektroden 2, die Rippen 3 und die Rückwand 4 definierte Raum in zwei Bereiche 6 beziehungsweise 7 unterteilt, die entweder dem aufsteigenden Strom 8 der Gas/Elektrolyt-Mischphase oder dem nach unten fließenden Elektrolytstrom 9, der im oberen Abschnitt 10 der Zelle von Gasbläschen befreit wurde, zugeordnet sind. Die Breite der Streifen ist etwas größer als die Diagonale jedes Zwischenraums zwischen zwei benachbarten Rippenreihen, so dass die Streifen auf Grund ihrer Elastizität und der Druckwirkung der neuen Elektroden, die, bevor sie mit den Spitzen der Rippen verschweißt werden, durch eine geeignete Spannvorrichtung befestigt werden, in ihrer Position gehalten werden. Da die Streifen nur durch mechanische Verspannung gegen die Ecken, die durch die Elektroden/Rippen- beziehungsweise die Rückwand/Rippen-Paare definiert werden, in ihrer Position gehalten werden, können sie zusätzlich zu den üblicherweise verwendeten Materialien auch aus Kunststoffmaterialien hergestellt werden, solange gewährleistet ist, dass die verwendeten Kunststoffmaterialien in der Elektrolyseumgebung chemisch resistent sind und bei Betriebstemperatur keine Kriechrelaxation zeigen. Fluorierte Materialien, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid, perfluoriertes Alkoxyethylen-Copolimerisat oder Polychlortrifluorethylen sind besonders geeignet. Bei dem in 2 dargestellten Zickzackmuster erlauben die in den Rippen vorgesehenen Perforationen, die nicht blockiert werden, nach wie vor eine Quervermischung der aufsteigenden Mischphase und des nach unten strömenden entgasten Elektrolyten. 1 shows a plan view of an existing electrochemical cell 1 in cross-section, the electrodes 2 through rows of bolts or ribs 3 or similar elongated profiles are worn, for example, by welding to the rear wall 4 attached to the cell. The ribs generally have perforations (not shown in the figure) which allow some cross-mixing of the electrolytes to prevent the formation of regions of different concentrations. It is known to those skilled in the art that the catalytic activity of the electrodes is achieved by a thin coating with a film containing certain elements, such as platinum group metals. During electrolysis, mechanical stresses caused, for example, by the detachment of gas bubbles and / or chemical attack when unusual operating conditions occur in the cell cause slow consumption of the film until the residual traces remaining on the surface of the electrodes are no longer present in the cell Able to maintain the electrolysis process. At this point, the cell is disassembled and the half shells are reactivated. In general, the consumed electrodes are used 2 removed and then attached new electrodes, for example by welding. Once the spent electrodes have been removed and before the new electrodes are installed, the space between the rows of support bolts or ribs or other elongated profiles is accessible from outside and the hydrodynamic devices of the present invention can be inserted between these rows. The in the 2 (Overseeing a cross section) and 3 (Side view of a cross section) outlined embodiments of the invention show a particularly simple variant of the invention, wherein the hydrodynamic devices of flat strips 5 exist, which are inserted between these rows in the form of a zigzag pattern. In this way, the through the electrodes 2 , Ribs 3 and the back wall 4 defined space in two areas 6 respectively 7 subdivided either the ascending stream 8th the gas / electrolyte mixed phase or the downflowing electrolyte flow 9 in the upper section 10 the cell was freed from gas bubbles, are assigned. The width of the strips is slightly larger than the diagonal of each space between two adjacent rows of ribs, so that the strips are fastened by a suitable tensioning device due to their elasticity and the compressive action of the new electrodes, which are welded to the tips of the ribs to be kept in their position. Since the strips are held in position only by mechanical tension against the corners defined by the electrode / rib or back / rib pairs, they can be made of plastic materials in addition to the commonly used materials, as long as guaranteed is that the plastic materials used are chemically resistant in the electrolysis environment and exhibit no creep relaxation at operating temperature. Fluorinated materials such as polyvinylidene fluoride, perfluorinated alkoxyethylene copolymer or polychlorotrifluoroethylene are particularly suitable. At the in 2 The zig-zag patterns shown in the ribs, which are not blocked, still allow cross-mixing of the rising mixed phase and the down-flowing degassed electrolyte.

Die hydrodynamischen Einrichtungen können auch in Form von gebogenen Streifen 11 ausgebildet sein, wie dies beispielsweise in 4 gezeigt ist. Der Einbauvorgang und das mechanische Verhalten entsprechen dem im Zusammenhang mit 2 erläuterten Fall. Im Beispiel der 4 erlauben die unblockierten Perforationen der Rippen jedoch nur eine Quervermischung des entgasten Elektrolyten.The hydrodynamic devices may also be in the form of curved strips 11 be formed, as for example in 4 is shown. The installation procedure and the mechanical behavior correspond to those associated with 2 explained case. In the example of 4 However, allow the unblocked perforations of the ribs only a cross-mixing of the degassed electrolyte.

Die flachen Streifen der 2 können auch so gefaltet werden, dass man einen L-förmigen Querschnitt 12 erhält, wie dies im Beispiel der 4 gezeigt ist: diese Streifen werden vorteilhaft zwischen Rippenreihen so eingesetzt, dass ein Sägezahnmuster ausgebildet wird, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass der kürzere Schenkel des L die Perforationen der Rippen bedeckt, so dass keine Quervermischung mehr möglich ist. In diesem Fall wird eine wirksamere Bewegung sowohl der Mischphase als auch des entgasten Elektrolyten erzeugt. Es ist jedoch erforderlich, dass die Verteilung des Elektrolyten im unteren Abschnitt der Zelle sehr gleichmäßig ist. Ein ganz ähnliches Ergebnis erhält man, wenn die hydrodynamischen Einrichtungen durch geeignetes Falten der Streifen die in 6 skizzierte Z-Form 13 erhalten. Sowohl bei der L- als auch bei der Z-Form ist ein zusätzlicher Vorteil darin zu sehen, dass die Streifen nach dem Einbau auf Grund der intrinsischen Elastizität der Struktur eine Kraft auf die benachbarten Rippenreihen ausüben und daher in Position bleiben, ohne dass eine Druckwirkung der Elektroden erforderlich ist. Es versteht sich, dass mit dieser Besonderheit auch eine einfachere Herstellung der modifizierten Zellen einhergeht.The flat stripes of the 2 can also be folded so that you have an L-shaped cross section 12 receives, as in the example of 4 is shown: these strips are advantageously used between rows of ribs so that a sawtooth pattern is formed, which is characterized in that the shorter leg of the L the perforation covered the ribs, so that no cross-mixing is possible. In this case, more efficient movement of both the mixed phase and the degassed electrolyte is produced. However, it is necessary that the distribution of the electrolyte in the lower portion of the cell is very uniform. A very similar result is obtained when the hydrodynamic devices by suitable folding of the strips in 6 sketched Z shape 13 receive. In both the L and Z shapes, an additional advantage is that after installation, due to the intrinsic elasticity of the structure, the strips exert a force on the adjacent rows of ribs and therefore remain in place without any pressure effect the electrodes is required. It goes without saying that this feature also results in a simpler production of the modified cells.

Eine weitere Konstruktionsvariante für die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen ist durch den Einsatz von trapezoid oder C-förmig gefalteten Streifen 14 gekennzeichnet (wobei in 7 nur die trapezoiden Streifen gezeigt sind), deren Eigenschaften im Wesentlichen den Streifen entsprechen, die im Zusammenhang mit den 5 und 6 erläutert wurden.Another design variant for the hydrodynamic devices according to the invention is the use of trapezoidal or C-shaped folded strips 14 characterized (in 7 only the trapezoidal stripes are shown), whose properties essentially correspond to the stripes associated with the 5 and 6 were explained.

Falls erforderlich, ist es möglich, die Fähigkeit der Streifen, zwischen den Reihen in Position zu verbleiben, dadurch zu verbessern, dass man die Streifen mit seitlichen Lippen 15 versieht, deren elastische Wirkung gegen die Rippen einen völlig sicheren Rückhalt zwischen den Reihen gewährleistet, so dass nicht mehr auf ein Zusammenwirken mit den Elektroden zurückgegriffen werden muss (vergleiche die Darstellung in 8).If necessary, it is possible to improve the ability of the strips to remain in place between the rows by providing the strips with lateral lips 15 provides, whose elastic effect against the ribs ensures a completely secure support between the rows, so that no longer has to resort to interaction with the electrodes (see the illustration in 8th ).

Die trapezoidförmigen und C-förmigen hydrodynamischen Einrichtungen stellen eine in zweifacher Hinsicht vorteilhafte Konstruktionslösung dar.The trapezoidal and C-shaped hydrodynamic devices provide one in two ways advantageous construction solution represents.

Zum einen können die trapezoidförmigen und C-förmigen Streifen an der Oberkante einfach mit vorspringenden Leitplatten oder -blechen 16 ausgerüstet werden (wie dies in 9 in einer Aufsicht im Querschnitt und in 10 in einer seitlichen Querschnittsdarstellung gezeigt ist). Diese Leitbleche 16 dienen dazu, den Durchlassquerschnitt der Gas-Elektrolyt-Mischphase im obersten Bereich der Zelle einzuschränken. Durch die damit verbundene Erhöhung der Lineargeschwindigkeit der Mischphase wird die Vereinigung der Gasbläschen verbessert, insbesondere der kleinsten Gasbläschen, was ein Entgasen des Elektrolyten sehr erleichtert und folglich die interne Umwälzung verbessert. Die Leitbleche können einstückig mit dem Streifenkörper ausgebildet sein, so dass keine zeitraubenden und teuren Montageschritte durch Verschweißen oder Verkleben durch geeignetes Pressen von entsprechend geschnittenen flachen Streifen erforderlich ist.On the one hand, the trapezoidal and C-shaped strips on the top edge can be easily fitted with projecting guide plates or sheets 16 be equipped (as in 9 in a plan view in cross section and in 10 is shown in a side cross-sectional view). These baffles 16 serve to restrict the passage cross section of the gas-electrolyte mixed phase in the uppermost region of the cell. The associated increase in the linear velocity of the mixing phase, the combination of gas bubbles is improved, especially the smallest gas bubbles, which greatly facilitates degassing of the electrolyte and thus improves the internal circulation. The baffles may be integrally formed with the strip body, so that no time-consuming and expensive assembly steps by welding or gluing by suitable pressing of appropriately cut flat strip is required.

Zum anderen ist es nicht erforderlich, dass die Bereiche, die der aufsteigenden Gas/Elektrolyt-Mischphase beziehungsweise dem nach unten strömenden entgasten Elektrolyten zugeordnet sind, notwendigerweise denselben Querschnitt besitzen, wie dies beispielsweise bei den in den 2, 5 und 6 dargestellten hydrodynamischen Einrichtungen der Fall ist. Vielmehr kann, im Gegenteil, deren Verhältnis so eingestellt werden, dass die Lineargeschwindigkeit in den beiden Bereichen im Hinblick auf die beste Entgasung und die effizienteste Umwälzung optimiert wird.On the other hand, it is not necessary that the areas associated with the rising gas / electrolyte mixed phase or the downwardly flowing degassed electrolyte, necessarily have the same cross section, as for example in the in the 2 . 5 and 6 shown hydrodynamic devices is the case. Rather, on the contrary, their ratio can be adjusted so that the linear velocity in the two areas is optimized in terms of the best degassing and the most efficient circulation.

Die vorliegende Erfindung wurde in erster Linie im Hinblick auf die Nachrüstung von bereits existierenden elektrochemischen Zellen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen und das Verfahren zum Einbau und der Befestigung dieser Einrichtungen nicht nur beim Nachrüsten während der Reaktivierung der katalytischen Aktivität von verbrauchten Zellen sondern auch beim Bau neuer Zellen eingesetzt werden können.The The present invention has been primarily directed to the retrofitting described by already existing electrochemical cells. It is understood, however, that the hydrodynamic devices according to the invention and the method of installing and fixing these devices not only when retrofitting while the reactivation of the catalytic activity of spent cells but can also be used in the construction of new cells.

Zahlreiche Modifikationen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Mittel sind im Rahmen des allgemeinen Fachwissens möglich, ohne den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.numerous Modifications of the hydrodynamic invention Means are possible within the framework of general expertise, without by the attached claims leave the defined protection area.

Claims

Hydrodynamische Einrichtung zur Erzeugung oder Verbesserung eines internen Umlaufs sowohl einer Gas/Elektrolyt-Mischphase als auch eines entgasten Elektrolytstroms in gaserzeugenden elektrochemischen Zellen (1), die zwei Halbschalen umfassen, wobei wenigstens eine der Halbschalen eine Rückwand (4), Reihen aus Bolzen oder Rippen (3) oder anderen länglichen Profilen welche die Elektroden (2) der Halbzelle tragen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamischen Einrichtungen die Form von flachen Streifen (5) oder gefalteten Streifen mit einem L- oder Z- oder C-förmigem oder einem trapezoiden Querschnitt (12, 13 14) aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie zwischen benachbarten Reihenpaaren eingesetzt werden können.Hydrodynamic device for generating or improving an internal circulation of both a gas / electrolyte mixed phase and a degassed electrolyte flow in gas-generating electrochemical cells ( 1 ) comprising two half-shells, at least one of the half-shells having a back wall ( 4 ), Rows of bolts or ribs ( 3 ) or other elongated profiles which the electrodes ( 2 ) of the half-cell, characterized in that the hydrodynamic devices take the form of flat strips ( 5 ) or folded strips with an L- or Z- or C-shaped or a trapezoidal cross section ( 12 . 13 14 ) adapted to be inserted between adjacent pairs of rows.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie den zwischen der Rückwand (4), den Elektroden (2) und den Reihen gebildeten Raum in zwei separate Bereiche (6, 7) unterteilen, die entweder dem aufsteigenden Strom der Gas/Elektrolyt-Mischphase oder dem nach unten fließenden Strom des entgasten Elektrolyten zugeordnet sind.Hydrodynamic device according to claim 1, characterized in that it is located between the rear wall ( 4 ), the electrodes ( 2 ) and the rows formed in the rows into two separate areas ( 6 . 7 ) associated with either the rising stream of the gas / electrolyte mixed phase or the downflow stream of the degassed electrolyte.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen oder anderen länglichen Profile mit Perforationen versehen sind, die eine Quervermischung des Elektrolyten ermöglichen.Hydrodynamic device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the ribs or other elongated Profiles are provided with perforations, which cross-mixing allow the electrolyte.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen wenigstens teilweise durch die gefalteten Streifen blockiert werden können.Hydrodynamic device according to claim 3, characterized in that that the perforations at least partially through the folded strips can be blocked.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie unter der Druckeinwirkung der Elektroden (2) in ihrer Position gehalten werden.Hydrodynamic device according to one of the preceding claims, characterized in that it is under the pressure of the electrodes ( 2 ) are held in their position.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie unter der Einwirkung ihrer strukturellen Elastizität in ihrer Position gehalten werden.Hydrodynamic device according to one of claims 1 to 4, characterized in that they are under the action of their structural elasticity be held in their position.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie seitliche Lippen (15) aufweisen, durch deren elastische Spannung sie in ihrer Position in der Zelle gehalten werden.Hydrodynamic device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it has lateral lips ( 15 ), by whose elastic tension they are held in their position in the cell.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche (6, 7) einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt für den Durchlass der Mischphase und des entgasten Elektrolyten aufweisen.Hydrodynamic device according to claim 2, characterized in that the two regions ( 6 . 7 ) have a substantially equal cross-section for the passage of the mixed phase and the degassed electrolyte.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche (6, 7) durch C-förmig oder trapezoid gefaltete Streifen gebildet werden und ein einstellbares Verhältnis der Querschnitte für den Durchlass der Mischphase und des entgasten Elektrolyten aufweisen.Hydrodynamic device according to claim 2, characterized in that the two regions ( 6 . 7 ) are formed by C-shaped or trapezoidal folded strips and have an adjustable ratio of the cross-sections for the passage of the mixed phase and the degassed electrolyte.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die C-förmig oder trapezoid gefalteten Streifen an ihren Oberkanten mit vorspringenden Leitplatten oder -blechen (16) versehen sind.Hydrodynamic device according to claim 1, characterized in that the C-shaped or trapezoidally folded strips at their upper edges with projecting guide plates or plates ( 16 ) are provided.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche einstückig mit den C-förmig oder trapezoid gefalteten Streifen ausgebildet sind.Hydrodynamic device according to claim 10, characterized in that that the baffles in one piece with the C-shaped or trapezoidally folded strips are formed.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Streifen oder die gefalteten Streifen aus Metall oder Kunststoffmaterialien hergestellt sind.Hydrodynamic device according to one of the preceding Claims, characterized in that the flat strips or the folded ones Strips are made of metal or plastic materials.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmaterialien fluorierte Polymere sind.Hydrodynamic device according to claim 12, characterized in that that the plastic materials are fluorinated polymers.

Hydrodynamische Einrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fluorierten Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidenfluorid, perfluoriertem Alkoxyethylen-Copolimerisat, Polychlortrifluorethylen.Hydrodynamic device according to claim 13, characterized in that the fluorinated polymers are selected from the group consisting polyvinylidene fluoride, perfluorinated alkoxyethylene copolymerizate, Polychlorotrifluoroethylene.

Verfahren zur Installation der hydrodynamischen Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Streifen oder die gefalteten Streifen während der Reaktivierung der elektrochemischen Zelle zwischen benachbarte Reihenpaar der Elektrodenhalter eingebaut werden.Method of installing the hydrodynamic Means according to one the claims 1 to 14, characterized in that the flat strips or the folded strips during the reactivation of the electrochemical cell between adjacent ones Row pair of electrode holders are installed.

Elektrochemische Zelle mit hydrodynamischen Einrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.Electrochemical cell with hydrodynamic devices according to one the claims 1 to 14.

Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle für die Alkalichloridelektrolyse ausgelegt ist.Electrochemical cell according to claim 16, characterized in that that cell for the alkali chloride electrolysis is designed.

Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle für die Elektrolyse von Salzsäurelösungen ausgelegt ist.Electrochemical cell according to claim 16, characterized in that that cell for the electrolysis of hydrochloric acid solutions designed is.