DE1421367C - Elektrolytische Zelle - Google Patents

Description

Auch die beiden Kathodenverbindungsschienen 9 b, die an dem Kathodenaufbau 10 angeschweißt sind, sind rechtwinklig und haben gleichmäßigen Querschnitt über ihre Länge. Während der Elektrolyse tritt eine relativ hohe Stromdichte an ihren Enden auf, die zu den nächsten Zellen führen, und nur eine relativ niedrige Stromdichte an ihren anderen Enden. Daher sind auch diese Kathodenverbindungsschienen verhältnismäßig teuer, ohne daß die Anlagekosten also insgesamt erniedrigt werden.

SoFl eine Zelle abgeschaltet oder ausgetauscht werden, so überbrückt man sie. Man sieht also eine Überbrückungsleitung mit einem Überbrückungsschalter vor. Der Schalter wird beispielsweise an einer Seite der Zelle 1 an einem Ansatz 12 a des Überbrückungsgliedes Ta angeschlossen und andererseits an einem metallischen Kathodenansatz 13 b, der sich an der nächstbenachbarten Zelle 3 befindet.

Das Überbrückungsglied Ta wird effektiv nur beim Austauschen oder beim Abschalten einer Zelle benötigt, d. h. im allgemeinen weniger als 10 Stunden in einem Jahr.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist das Überbrückungsglied schwer, unförmig, schwer zugänglich und bedarf einer besonderen Anschweißung, einer besonderen Bearbeitung bei seiner Fabrikation, und es sind besonders hergestellte Hilfskammern und andere Teile vorzusehen. Darüber hinaus muß es periodisch gereinigt werden und wieder verzinnt werden, damit man einwandfreie elektrische Verbindungen erhält.

Die Anschlußpunkte 14 a und 146 zwischen den Zellen liegen ferner so, daß sie von einem Arbeiter schlecht erreicht werden können, der neben der Zelle steht. Die Verbindungsteile sind darüber hinaus schwer und nicht selbsttragend. Es sind daher besondere Vorrichtungen und Techniken erforderlich, um die elektrischen Verbindungsglieder und die ihnen zugeordneten Hilfsteile an Ort und Stelle zu halten, um die Anordnung zusammenzusetzen oder auseinanderzunehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrolytischen Zelle der eingangs erwähnten Art eine Elektrodenverbindungsschienenanordnung anzugeben, die zu einem kürzeren und direkteren Stromfluß von Zelle zu Zelle führt und bei der Überbrückungsglieder zwischen aufeinanderfolgenden Zellen entfallen können.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrolytischen Zelle der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Anodenverbindungsschienen und die Kathodenverbindungsschienen in Form von rechtwinkligen Dreiecken verjüngen, deren rechte Winkel auf der Seite der Anschlußteile liegen, daß bei den Anodenverbindungsschienen die Hypothenusen der rechtwinkligen Verjüngungen voneinander fort zu dem Kathodenaufbau weisen und daß bei den Kathodenverbindungsschienen die Hypothenusen der rechtwinkligen Verjüngungen schräg nach unten weisen.

Vorzugsweise wird die elektrolytische Zelle, bei der Glieder zur Verbindung der Anschlußteile der Anoden- bzw. Kathodenverbindungsschienen mit den Anschlußteilen der Kathoden- bzw. Anodenverbindungsschienen in einer ebenso aufgebauten Zelle vorgesehen sind, so ausgebildet, daß die Glieder L-förmig gekrümmt sind, zu Paaren nebeneinander angeordnet etwa die Breite der Anschlußteile der Anodenverbindungsschienen aufweisen und in beiden Schenkeln mit Längsschlitzen zur Durchführung von sie mit den Anschlußteilen der Anoden- bzw. Kathoden-Verbindungsschienen verbindenden Kontaktierungsstücken versehen sind.

Durch die genannten erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben sich unter anderem folgende fortschrittliche Resultate:

ίο Die Überbrückungsglieder Ta und Ib nach den Fig. 1 und 2 kommen in Fortfall. Auch die Kathodenansätze 13b und 13c kommen in Fortfall. Die Menge an Metall, die für die L-förmigen Stromverbindungsglieder erforderlich ist, ist verringert. Die Menge an Metall für die Elektrodenverbindungsschiene ist verringert. Die gesamte Gewichtserspamis an Metall bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist wenigstens 35 %>.

Darüber hinaus ist bei der vorzugsweise vorgeschlagenen Ausführungsform die Anzahl der Bolzen und Klammern und der Hilfsteile, die besonders herzustellen sind, verringert. Es ist nicht mehr langer erforderlich, schwere Teile von Hand anzuheben, um eine Zelle an den Zellenstromkreis anzuschließen oder sie von ihm zu lösen. Die schwereren Teile sind unmittelbar an den Zellen angebracht und die verbleibenden leichteren Teile, die angeschlossen werden müssen, können leicht von der Seite der Zellenanordnung aus erreicht werden. Die L-förmigen Stromverbindungsglieder zwischen den Zellen sind kleiner und leichter als die bekannten und derart geschlitzt, daßAie die Zellen vertikal und horizontal in Flucht zubringen gestatten. Die Stromführufig ist derart ausgebildet, daß der Stromfluß von den Anoden zu den Kathoden auf kürzerem Wege über weniger Verbindungsstellen als bei den vorbekannten Konstruktionen erfolgt.

Soll eine Zelle überbrückt werden, so werden bei der vorzugsweise vorgeschlagenen Anordnung die Stromverbindungsglieder nächst dem Überbrückungsschalter abgenommen, während der gesamte Strom durch die beiden verbleibenden, die Zellen verbindenden Leitungen fließt. Der Überbrückungsschalter ist mit den Stellen verbunden, die von den L-förmigen Stromanschlußgliedern befreit sind. Er ist geschlossen, so daß der Stromkreis des Schalters die Zelle überbrückt. Die beiden verbleibenden Leitungen zwischen den Zellen auf der Seite der Zelle, die dem Schalter abgewandt liegt, werden anschließend getrennt, und die Zelle kann dann aus der Anordnung herausgenommen werden. Dieser Vorgang verläuft umgekehrt, wenn eine Zelle mit einer neuen Anode oder Membran an die Stelle gebracht werden soll, von der die auszutauschende Zelle fortgenommen wurde.

Auf Grund dieser neuen Verbindungsmittel zwischen den Zellen kann ein Überbrückungsschalter verwendet werden, der einfacher konstruiert ist und einfacher abzutrennen und anzuschließen ist.

Es wurde ferner gefunden, daß der mittlere Spannungsabfall von Zelle zu Zelle gegenüber einer typischen Vergleichstelle im Mittel um 0,025 V bei 30 000 Ampere vermindert wurde.

In den Fig. 3, 4 und 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf drei elektrolytische Zellen 1, 2 und 3, die so in Reihe geschaltet sind, wie die in F i g. 1 und 2 dargestellten. F i g. 4 zeigt eine Vorder-

ansicht der Zellen nach F i g. 3. F i g. 5 "zeigt das L-förmige leitende Verbindungsglied für die Verbindung zwischen zwei Zellen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind im Boden der Zelle 1 zwei im wesentlichen parallele Anodenverbindungsschienen 50a eingebettet. Sie stehen in elektrisch leitender Verbindung mit den Graphitanoden 4a. Ihre Form ist dreieckig. Sie erstrecken sich längs der Mittellinie 51a der Graphitanoden 4 a. Der Abschnitt der Anodenverbindungsschiene, der in den Boden der Zelle eingebettet ist, hat etwa die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei der rechte Winkel nächst dem Anschlußende der Anodenverbindungsschiene nach außen liegt und der Mitte des Bodens der Anode zugewandt ist. Dadurch ist es möglich, die Anschlußstelle der Anodenverbindungsschiene in Flucht mit den Anschlußgliedern zu bringen und nahe an die Außenkante der Zelle zu legen.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, sind die beiden Ka- so thodenverbindungsschienen 52 b an beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Kathodenaufbaues 10 der Zelle angebracht und stehen in elektrisch leitender Verbindung mit den Kathoden 11. Auch diese Kathodenverbindungsschienen haben die Form von Dreiecken, die in Flucht mit der Mittellinie 536 der Kathoden 11 liegen. Der Abschnitt der Kathodenverbindungsschiene, der dreieckig geformt ist, hat im wesentlichen die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen rechter Winkel nächst der Anschlußstelle der Kathodenverbindungsschienen zu benachbarten Zellen liegt und nächst dem oberen Rand des Kathodenaufbaues 10. Dadurch kann man die Anschlußstelle sehr nahe an die Anodenverbindungsschiene heranbringen.

Die Anoden- und Kathodenverbindungsschienen in Form rechtwinkliger Dreiecke gestatten maximal, leitendes Metall zu ersparen und liefern kürzeste Stromwege. Es können auch andere Dreieckformen vorgesehen sein. Die äußersten Enden der Anoden- und Kathodenverbindungsschienen sind bevorzugt stumpf, um ihre Überhitzung zu vermeiden.

Wie aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, erstreckt sich jede Anodenverbindungsschiene längs der Mittellinie 51 α jeder Anodengruppe. Bereiche gleicher Fläche der Anodenverbindungsschiene liegen auf jeder Seite der Mittellinie 51a der Anodengruppe. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung in den Anoden. Der rechte Winkel jeder Anodenverbindungsschiene kann aber auch in Flucht mit der Mittellinie einer jeden Anodengruppe verlaufen, wobei dann die Anodenverbindungsschiene mehr zum Außenrand der Zelle verlegt wird. Durch diese Maßnahme kann noch mehr Metall gespart werden, und die Verluste auf Grund von Spannungsabfall können noch mehr vermindert werden. Beispielsweise kann die Außenkante der Anodenverbindungsschiene in Flucht mit.der Außenkante der Anodengruppe gebracht werden. Ferner ist es aber auch möglich, die Außenkante der Anodenverbindungsschiene in Flucht mit der Mittellinie der Anodengruppe zu bringen.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, kann jede Kathodenverbindungsschiene in Flucht mit der Mittellinie 53 b des Kathodenaufbaues gebracht werden, so daß gleiche Flächenbereiche der Kathodenverbindungsschiene auf jeder Seite der Mittellinie 53& liegen. Dies gibt ebenfalls eine gleichmäßigere Stromverteilung in den Kathoden. Andererseits kann aber auch der rechte Winkel jeder Kathodenverbindungsschiene in Flucht mit der Mittellinie des Kathodenaufbaues gebracht, werden. Die Kathodenverbindungsschienen werden dann mehr zum Boden des Kathodenaufbaues hin verlegt. Dadurch kann sich eine zusätzliche Metallersparnis ergeben, und überdies können auch dadurch Verluste auf Grund von Spannungsabfall weithin verringert werden. Beispielsweise kann der unterste Teil der Kathodenverbindungsschiene in Flucht mit der Unterkante der Kathoden-gebracht werden. Es ist aber auch möglich, den obersten Teil der Kathodenverbindungsschiene in Flucht mit der Mittellinie des Kathodenaufbaues zu bringen.

Die Verbindung zwischen den Zellen wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen viel einfacher als bei den vorbekannten Zellenaufbauten. Dies zeigen die F i g. 3, 4 und 5. Die Anodenverbindungsschiene 50 a ist einfach an ein L-förmiges leitendes Verbindungsstück 54a angeklemmt, das seinerseits an die Kathodenverbindungsschiene 52 b angeklemmt ist. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, ist das L-förmige Verbindungsstück 54 a geschlitzt. Die Schlitze sind überdimensioniert, so daß die Zellen gegeneinander vertikal und horizontal zu verschieben und in Flucht zu bringen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

I 421 367 1 2 Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Diese Anschlußglieder Patentansprüche: bestellen in der Regel aus Kupfer, sie können jedoch aus einem anderen leitfähigen Metall bestehen. In

1. Elektrolytische Zelle mit zwei nebeneinander den Fig. 1 und 2 sind drei nebeneinander angeordangeordneten Reihen plattenförmiger, senkrecht 5 nete handelsübliche, mit Membranen versehene elekstehender, untereinander paralleler Anoden, die trolytische Zellen 1, 2 und 3 dargestellt, wie sie von einem Kathodenaufbau umschlossen sind, bei zur elektrolytischen Herstellung von Alkalimetalldem die Anoden beider Reihen durch je eine hydroxyden, Chlor und Wasserstoff verwendet werunter ihnen verlaufende, aus einer gemeinsamen den. Die Darstellung zeigt die Zellen in verschiede-Stirnseite der Zelle mit einem Anschlußteil her- io nen Schnitten, so daß man ihren Innenaufbau erkenausragenden Anodenverbindungsschiene mitein- nen kann. Die Zellen 1, 2 und 3 sind elektrisch in ander verbunden sind und bei dem der Kathoden- Reihe geschaltet, so daß der Strom von den Graphitaufbau an beiden Längsseiten der Reihen von anöden 4 a in der Zelle 1 nach unten durch die Bleiüber den Anodenverbindungsschienen liegenden matrix 5 a über die rechtwinkligen metallischen Kathodenverbindungsschienen umfaßt ist, die 15 Anodenverbindungsschienen da aus der Zelle her-U-förmig auf der der genannten Stirnseite abge- aus und durch ein Überbrückungsglied la zwischen wandten Stirnseite über ein Anschlußteil zusam- den Zellen 1 und 2 in das L-förmige Stromverbinmenhängen, dadurch gekennzeichnet, dungsglied 8a fließt und von dort in die Kathodendaß sich die Anodenverbindungsschienen (50a, Verbindungsschiene 96 der Zelle 2. Dann fließt der 506) und die Kathodenverbindungsschienen (52a, 20 Strom in den Kathodenaufbau 10 der Zelle 2, und 52/;. 52 c) in Form von rechtwinkligen Dreiecken zwar in die Flächen der Kathoden 11, die an den verjüngen, deren rechte Winkel auf der Seite der Seitenwänden der Zelle 2 anliegen, darauf durch die Anschlußteile liegen, daß bei den Anodenverbin- Membran, die um die Anoden gelegt ist, und durch dungsschienen (50a, 50/>) die Hypothenusen der den Elektrolyten zu den Graphitanoden 46 der rechtwinkligen Verjüngungen voneinander fort zu 25 Zelle 2. Der Strom fließt von den Anoden der Zelle 2 dem Kathodenaufbau (10) weisen und daß bei durch die Bleimatrix 5 6 in die Anodenverbindungsden Kathodenverbindungsschienen (52a. 526, schiene 6b und aus der Anodenverbindungsschiene 52c) die Hypothenusen der rechtwinkligen Ver- 6b der Zelle 2 in das Überbrückungsglied Ib zwijüngungen schräg nach unten weisen. sehen den Zellen 2 und 3 und dann in das L-förmige

2. Elektronische Zelle mit Gliedern zur Ver- 30 Stromverbindungsglied Sb in die Kathodenverbinbindung der Anschlußteile der Anoden- bzw. dungsschiene 9 c der Zelle 3.

Kathodenverbindungsschienen mit den Anschluß- Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, fließt der teilen der Kathoden- bzw. Anodenverbindungs- Strom von der Anode der Zelle 1 zu der Kathode der schienen einer ebenso aufgebauten Zelle nach Zelle 2, indem er in niedriger Höhe durch die Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 35 Anodenverbindungsschiene 6 a aus der Zelle 1 ausGlieder (54a, 54 6) L-förmig gekrümmt sind, zu tritt, dann nach innen längs des Überbrückungs-Paaren nebeneinander angeordnet etwa die Breite gliedes la fließt, dann nach oben durch das L-förmige der Anschlußteile der Anodenverbindungsschie- Stromverbindungsglied 8a und schließlich nach außen nen (50a, 506) aufweisen und in beiden Sehen- und waagerecht längs der Kathodenverbindungskeln mit Längsschlitzen zur Durchführung von sie 40 schiene 66 der Zelle 2. Der Stromfluß von den Anomit den Anschlußteilen der Anoden- bzw. Ka- den der Zelle 1 zu den Kathoden der Zelle 2 erfolgt thodenverbindungsschienen (50a, 506; 52 a, 526, also nicht direkt, sondern auf einem ziemlich langen, 52c) verbindenden Kontaktierungsstücken ver- ungeraden Weg über eine Vielzahl von Anschlußsehen sind. stellen. Das hat unerwünschte Spannungsverluste zur

45 Folge, die die Kosten für den Betrieb der Zellen erheblich erhöhen. Darüber hinaus entsteht in un-

erwünschtem Maße Wärme.

Bei den Zellen nach den F i g. 1 und 2 sind in jeder

Zelle jeweils zwei Anodenverbindungsschienen 6 a

50 vorgesehen. Jede Anodenverbindungsschiene ist

rechteckförmig und liegt unterhalb der Enden einer

Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Zelle mit Reihe von mittig über ihr angeordneten Graphitzwei nebeneinander angeordneten Reihen platten- anöden 4. Während der Elektrolyse verläuft die förmiger, senkrecht stehender, untereinander par- Stromdichte in diesen rechtwinkligen Anodenverbinalleler Anoden, die von einem Kathodenaufbau um- 55 dungsschienen etwa linear von einem relativ niedrischlossen sind, bei dem die Anoden beider Reihen gen Wert am innersten Ende der Anodenverbindungsdurch je eine unter ihnen verlaufende, aus einer ge- schiene aus bis zu einem relativ hohen Wert an dem mcinsamcn Stirnseite der Zelle mit einem Anschluß- Ende der Anodenverbindungsschiene, das aus der teil herausragenden Anodenverbindungsschiene mit- Zelle herausragt. Die rechtwinklige Form der Anoeinander verbunden sind und bei dem der Kathoden- 60 denverbindungsschiene mit ihrem gleichmäßigen aufbau an beiden Längsseiten der Reihen von über Querschnitt wird so bemessen, daß sie der hohen den Anodenverbindungsschienen liegenden Katho- Stromdichte an ihrem Ende, das zur nächsten Zelle denverbindimgsschienen umfaßt ist, die U-förmig auf führt, entspricht. Da niedrige Stromdichten höhere der der genannten Stirnseite abgewandten Stirnseite Aufbaukosten erfordern, sind die Metallkosten für über ein Anschlußteil zusammenhängen. 65 das in der Zelle liegende Ende der Anodenverbin-

Hs ist bekannt, die Anoden einer Zelle mit den dungsschiene unmäßig hoch und werden nicht durch Kathoden einer anderen Zelle mittels metallischer eine entsprechende Verringerung der Kosten der Ge-Slromanschlußglieder zu verbinden, wie sie in den samtanlage ausgeglichen.