DE2412132B2 - Bipolare Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur elektrolytischen Zersetzung von Chlor-Alkali gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekanElen gattungsgemäßen Elektrolysezelle (DE-OS 20 30 610) sind die Anoden und die Kathoden mittels Halteblöcken, welche mit der Zwischenwand verschweißt oder verschraubt sind, an der Zwischenwand befestigt. Die Zwischenwand, die mit einzelnen Stegen ausgebildet ist an denen das Haltegitter der Kathodenbaugruppe anliegt, dient auf diese Weise selbst der mechanischen Halterung der Elektroden. Zum Befestigen der Elektroden müssen Schrauben festgezogen werden, welche dem Anolyten ausgesetzt sind und somit aus titan bestehen müssen oder zumindest mit einer Schutzschicht überzogen sein müssen. Dies ist verhältnismäßig teuer und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Elektrolysezelle zu schaffen, die montagegiinstig ist und bei hohem Wirkungsgrad funktionssicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs I gelöst.

Bei der erfindungsgemäBen Elektrolysezelle ist die

Zwischenwand insgesamt in form eines flachen Kastens ausgebildet, der zu den Kathoden hin eine fensterartige öffnung wnd zu den Anoden hin eine mit Öffnungen ausgebildete RecMatte aufweist. Im Inneren der Zwischenwand ist wenigstens eine Stromanschlußplatte angeordnet, an der die elektrisch leitenden Stäbe der Anoden und Kathoden befestigt sind. Die Strömanschlußplatte dient somit sowohl der mechanischen Halterung der Anoden als auch der Stromverteilung, Damit ist ein mechanisch sehr stabiler Aufbau der iu Elektrode gewährleistet und gleichzeitig eine gute Stromverteilung über die Anoden und Kathoden und ein geringer elektrischer Widerstand zwischen Anoden und Kathoden gegeben. Die Stromanschlußplatte befindet sich im Katholyten, wodurch die gesamte Montage der is Elektroden mit Eisenverbindungen und Eisenmuttern geschehen kann. Dadurch ist eine in ihrem Aufbau einfache i-nd mit hoher Festigkeit ausführbare Montage der Elektroden möglich.

Die Unteransprüche 2 bis 9 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen der Befestigung der Elektroden an der Stromanschlußplatte.

Der Unteranspruch 10 ist auf eine vorteilhafte Ausführungsform des Gehäuses der Elektrolysezelle gerichtet, in der die einzelnen bipolaren Einheiten in einfacher Weise angeordnet werden können.

Die Unteransprüche 11 bis 13 kennzeichnen vorteilhafte Ausbildungen der Elektrolysezelle insgesamt

Zum Stand der Technik sei noch ergänzend auf die DE-OS 2135 070 verwiesen, in der eine bipolare Elektrolysezelle mit hohlen Kathoden und plattenförmigen Anoden beschrieben ist Alle Elektroden sind unmittelbar an der Zwischenwand angebracht. Der Zusammenbau der gesamten Elektrolysezelle erfolgt durch Zusammenfügung der bipolaren Einheiten.

Die US-PS 33 37 443 beschreibt eine bipolare Elektrolysezelle mit hohlen Kathoden und Graphitanoden. Eine Zwischenwand ist aus einer Kathodentragplatte zusammengesetzt, an der Anodenträgermaterial befestigt ist, in dem die Anoden eingebettet sind. Die Kathoden sind unmittelbar an der Kathodentragplatte angebracht Das für die Elektrolysezelle gemäß der US-PS 33 37 443 verwendete Gehäuse hat dabei eine gewisse Ähnlichkeit mit der Ausbildung des Gehäuses gemäß dem Unteranspruch 10.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert Es stellt dar

F i g. 1 eine Aufsicht auf eine Elektrolysezelle, von der Teile entfernt sind,

Fig.2 eine Seitenansicht der Elektrolysezelle nach Entfernen von Teilen des Gehäuses und der Anode,

F i g. 3 eine Aufsicht auf den Deckel der Elektrolysezelle,

F i g.4 eine Vordsransicht einer Zwischenwand, von der Bereiche entfernt sind,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Seitenwand längs der Linie X- Ym F i g. 4,

Fig.6 eine Seitenansicht der Anode, von der Bereiche entfernt sind, F i g. 7 eine Aufsicht auf die Anode.

F i g. 8 eine Vorderansicht der Anode,

Fig.9 eine Seitenansicht der Kathode, wobei Teile des seitlichen Metalldrahtgitters entfernt sind,

Fig. 10 eine Aufsicht auf die Kathodenbaugruppe, wobei Teile entfernt siiid,

F i g. 11 eine Vorderansicht der Kathodenbaugruppe, wobei Teile entfernt sind.

Fi g, 12 eine Vorderansicht der Stromanschlußplatte, Wobei Teilt? entfernt sind, J

i pig, 13 pinen Längsschnitt der StrpmanschlußplattF längs der Linie X-Y in F i g, 12,

Fig, 14 und 15 Längsschnitte des wesentlichen Teils der bipolaren Einheit zur Darstellung verschiedener Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an der Zwischenwand,

F i g. 16 die Mittel zum Anbringen der Anoden an der Anodenseitenwand der Zelle,

F i g, 17 die Mittel zum Anbringen der Kathoden an der Kathodenseitenwand der Zelle.

Die Fig.} und 2 zeigen eine Aufsicht und eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der gesamten Elektrolysezelle.

Das Gehäuse 1 der Elektrolysezelle ist kanalförmig (eine Form, bei der die entgegengesetzten beiden Seitenwände der Box entfernt sind lind die Oberseite offen ist), und seine innere Oberfläche weist zur VerhinderUiig von Korrosion eine Schutzschicht, beispielsweise Gummi, auf. Das 'gehäuse 1 weist Führungen 11 zum Anbringen und Entfernen der Zwischenwand 6, öffnungen 12, durch die sich das Auslaßrohr 62 für den Katholyten und öffnungen 13 zum Anbringen des Anolytenpegelmessers auf. Das Gehäuse 1 ist mit der Anodenseitenwand 2 und der Kathodenseitenwand 3 flanschartig verbunden, so daß die boxförmige Außenschale der Zelle entsteht Es ist ohne Nachteil, wenn das Gehäuse i einteilig mit der Anodenseitenwand 2 ausgebildet ist, die Kathodenseitenwand 3 sollte jedoch abnehmbar mit dem Gehäuse 1 verbunden sein, damit sie entfernt werden kann, wenn das Diaphragma erneuert wird. Es kann nur eine Öffnung 13 vorgesehen sein. Die Anodenseitenwand 2 hat an ihrer inneren Oberfläche eine geeignete Schutzschicht, beispielsweise Gummi, und weist öffnungen auf, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Anode 4 nach außen erstrecken. Die Kathodenseitenwand 3 ist an ihrer inneren Oberfläche ebenfai« mit einer geeigneten Schutzschicht, beispielsweise Gummi, versehen und weist eine innere Kammer zum Durchtritt des Katholyten, eine fensterartige Öffnung zum Anbringen der Kathode 5, Öffnungen, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Kathode nach außen erstrecken, ein Wasserstoffauslaßrohr 31 und ein Katholytauslaßrohr 32 auf. Die Zwischenwand ist an ihrer Außenfläche mit einer Schutzschicht, beispielsweise Gummi, versehen und enthält eine Innenkammer zum Durchlaß des Katholyten, eine Rückplatte 65 mit öffnungen, durch die sich die elektrisch leitenden Stäbe der Anode hindurch erstrecken, eine fensterartige Öffnung an der der Rückplatte entgegengesetzten Seif, die zum Durchlaß des Katholyten dient, ein Wasserstrffats'taßrohr 61 und ein Katholytauslaßrohr 62. Die Zwischenwand trennt die gesamte Zelle in eine Mehrzahl einzelner Kammern, d. h. in mehrere Einzeizellen. Das Katholytauslaßrohr 62 ist an der Zwischenwand ausbaubar angebracht und die Zwischenwand wird bei ausgebautem Katholytauslaßrohr durch Abwärtsschieben in der Führung 11 senkrecht in die Elektrolysezelle eingesetzt, nachdem die Anoden und Kathoden an der Zwischenwand befestigt siiid. Dit Anoden 4 und Kathoden 5 sind an der Anodenseitenwand 2 bzw. der Kathodenseitenwand 3 und an der Zwischenwand 6 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung zur Bildung einer bipolaren Einheit angebracht. Wenn die bipolare Elektrolysezelle zusammengebaut ist. befinden sich die Kathoden einer bipolaren Einheit

unter Bitdung einer Einzelteile zwischen den Anoden der benachbarten bipolaren Einheil. Die Zwischenwände sind parallel zur Anodenseitenwand und Kathodenseitenwand ausgerichtet. Die Anoden und Kathoden sind vertikal und senkrecht zu der Zwischenwand, so daß die Oberflächen der Anoden parallel zu den benachbarten Oberflächen der Kathoden sind.

Wie bereits erwähnt, sollten das Zellengehäuse, die Anodenseitenwand, die Kathodenseitenwand und die Zwischenwände an denjenigen Teilen, die in Berührung mit Analyten sind, zur Verhinderung von Korrosion eine geeignete Schutzschicht aufweisen.

Die bipolare Zelle kann im Gegensatz zu der in F i g. 1 und 2 dargestellten Zelle nur mit einer einzigen bipolaren Einheit versehen sein. Die Oberfläche der Kathode ist mit einem permeablen Diaphragma, beispielsweise Asbest, bedeckt, das aber in den Figuren nicht dargestellt ist. In der Elektrolysezelle besteht eine leitende Stäbe, mit der sie stabil an der Zwischenwand befestigt wird. Die Wände 41 und 42 können aus jedem anodisch widerstandsfähigen Material bestehen, vorzugsweise Titan, dessen Oberfläche mit einer anodisch widerstandsfähigen elektrisch leitenden Schicht, beispielsweise einem Metall der Platingruppe oder einem Oxid eines Metalls der Platingruppe beschichtet sein sollte. Die elektrisch leitenden Stäbe 43 bestehen aus Titan oder können aus einem anderen gut elektrisch

ίο leitenden Material, beispielsweise Eisen, Stahl oder Kupfer, bestehen, dessen Oberfläche mit Titan beschichtet sein sollte.

Die F i g. 9, 10 und 11 zeigen eine Seitenansicht, eine Aufsicht und eine Vorderansicht einer in der Elektroly sezelle verwendeten Kathode. Die Kathoden 5 sind aus einem Metalldrahtgitter oder ähnlichem aufgebaut und sind mit einem durchlässigen Diaphragma, beispielsweise Asbest, abgedeckt. Das metallische Drahtgitter kann

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zwei benachbarten Einzelzellen durch einen schmalen Zwischenraum zwischen einer Zwischenwand 6 und einer Führung 11. wodurch in jeder Einzelzelle ein gleiches Laugenniveau gewährleistet ist. Während eines typischen Betriebsablaufes wird durch die entsprechende Öffnung 73 (in Fig.3) ständig jeder Einzelzelle Li.uge zugefügt. Dieses geringe Durchfließen zwischen benachbarten Einzelzellen beeinflußt daher im Betrieb nicht die .Stromwirksamkeit.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Deckel an der Oberseite der Zelle. Der Deckel besteht aus Eisen und seine Innenfläche weist eine Schutzschicht, beispielsweise Gummi, auf. Der Deckel hat eine öffnung 71 zum Entfernen von Chlorin. Öffnungen 73 zum Zuführen von Lauge, eine Öffnung 74 zum Anbringen einer Druck meßzelle für die Anodenkammer und eine Bruchplatte 75.

Fig. 4 stellt eine Vorderansicht der Zwischenwand, gesehen von der Kathodenseite aus und Fig.5 einen Längsschnitt durch die Zwischenwand 6 dar. Die Zwischenwand weist, wie teilweise bereits beschrieben, ein Wasserstoffauslaßrohr 61. ein Katholytauslaßrohr 62. Öffnungen 63 zum Anbringen der Anoden, eine Rückplatte 65. eine fensterartige öffnung mit einem Rahmen 64 rundherum zum Befestigen der Kathodenbaugruppe und eine Schutzschicht an der äußeren Oberfläche, beispielsweise Gummi, auf.

Die F i g. 6. 7 und 8 zeigen entsprechend eine Seitenansicht, eine Aufsicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Metallanode, wie sie in der Fiektrolysezelle verv endet wird. Die Anode 4 enthält ein Paar in seitlichem Abstand befindliche Wände 41 und 42. Die Wände 41 und 42 können volle Platten oder geformtes oder gelochtes Flachmaterial sein. Die Anode 4 hat eine oder mehrere horizontale elektrisch leitende Stäbe 43 und Rippen 44 zwischen den Wänden 41 und 42. die die Wände 41 und 42 abstützen und die elektrische Verbindung zwischen der bzw. den Stäben und den Wänden herstellen, wobei die elektrisch leitenden Stäbe zwischen den Wänden 41 und 42 angeordnet sind. Der elektrisch leitende Stab erstreckt sich vom Ende der Wände 41 und 42 nach außerhalb und weist einen Flansch 45 nahe der Wand auf und hat weiter an seinem Ende eine Spiralnut 46. Der Flansch 45 and die Spiralnut 46 dienen zum Anbringen der Anode an der Zwischenwand und einer Stromanschlußplatte. Die Wände 41 und 42 sind vorzugsweise zueinander parallel.

Die Anode enthält vorzugsweise mehrere elektrisch bestehen. Die Kathodenwand 51 hat die Form eines flachen Sackes und ist hohl, mit anderen Worten ist ein Paar paralleler Seitenwände an den äußersten Enden der oberen und Unterkanten miteinander verbunden, wodurch eine Kammer entsteht, die nur an dem sich in die Kammer der Zwischenwand öffnenden Ende offen ist. Alle Kathoden einer Einzelzelle sind an ihren offener* Enden mit einem Haltegitter 56 verbunden, so daß sie f Ven Teil bilden, eine kammartige Kathodenbaugruppe. Das Haltegitter 56 hat einen umlaufenden Flansch 57 zum Anbringen der Kathodenbaugruppe nahe an dem Rahmen um drs Fenster in der Zwischenwand. Das Haltegitter 56 kann aus dem gleichen Material wie die Wand 51 bestehen und sollte ebenso, wie die Wand 51, mit einem durchlässigen Diaphragma abgedeckt sein. Jede kammförmige hohle Kathode weist einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe 52 und Rippen 53 auf, die die Wand 51 halten und die elektrische Verbindung zwischen dem Stab 52 und der Wand 51 herstellen, wobei die Stäbe 52 und die Rippen 53 im hohlen Bereich der Kathode angeordnet sind. Jede Kathode weist vorzugsweise mehrere elektrisch leitende Stäbe auf, mit denen die Kathodenbaugruppe stabil an der Zwischenwand befestigt wird. Der elektrisch leitende Stab 52 erstreckt sich vom offenen Ende der Kathode aus nach außen und weist nahe dem Haltegitter 56 einen Flansch 54 an diesem sich nach außen erstreckenden Teil auf und hat weiter an seinem Ende eine Spiralnut 55. Der Flansch 54 und die Spiralnut 55 dienen zum Befestigen der Kathode an der

so Stromanschlußplatte.

Die Fig. 12 und 13 sind eine Vorderansicht bzw. ein Längsschnitt längs der Linie X-Ym Fig. 12, und stellen eine Stromanschlußplatte dar, die in der Innenkammer der Zwischenwand angeordnet ist Die Stromanschluß platte 8 kann aus kathodisch widerstandsfähigem und elektrisch gut leitendem Material, wie Eisen, bestehen und weist Öffnungen 81 zum Anbringen der Kathoden und öffnungen 82 zum Anbringen der Kathoden auf. Die Stromanschlußplatte kann eine Platte sein, die mit allen elektrisch leitenden Stäben der Anoden und Kathoden einer bipolaren Einheit verbunden ist oder kann eine Mehrfachplatte sein, mit anderen Worten, wenn die Anode und Kathode jeweils zwei elektrisch leitende Stäbe aufweisen, entspricht die Stromanschluß platte einer Vielzahl von Paaren elektrisch leitender Stäben der Anoden und Kathoden, namentlich in diesem Fall, sind zwei Stromanschlußplatten vorhanden. Die Öffnungen 81 und 82 sollten in einer Zick-Zack-Linie,

wie in F i g. 12 dargestellt, angeordnet sein.

In den Fig. 14, 15, t6 und 17 sind die Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand oder einer Seitenwand genauer erläutert.

Fig. 14 stellt die Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand und zum Verbinden der Anoden und Kathoden über eine Stromany hlußplatte 8 dar. Beim Zusammenbau der in Fig. 14 dargestellten bipolaren Einheit werden die \noden 4 zunächst an der Zwischenwand 6 angebracht nd anschließend werden die Kathoden angebracht. Der ■icktrisch leitende Stab 43 der Anode erstreckt sich jiirch eine Öffnung 63 in der Rückplatte 65 und wird durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt, wobei die Rückplatte 65 zwischen dem Flansch 45 und der Mutter 47 ungeordnet ist. Zwischen die Rückplatte 65 und den flansch 45 sollte eine Dichtung 48 angeordnet werden ind zwischen der Rückplatte 65 und der Mutter 47 kann

IO

■ ndichtigkcit zwischen der Kathodenkammer und der -nodenkammer ausgeschaltet wird. Die Dichtung 48 kann irgendein anodisch widerstandsfähiges Material ,oin. das gleichzeitig gut fliissigkeitsdichtend ist. Der i">icntring 49 kann ein Federring sein, wenn die Dichtung !'■> oder die Beschichtung der Zwischenwand aus einem latcrial besteht, das geeignet ist, ständig Spannung '■•frvorzurufen. Alle Anoden einer Einzelzelle werden -nkrecht zu einer Zwischenwand angebracht, so daß :ie Anoden einer bipolaren Einheit kammartig an der in i'kkplatteder Zwischenwand angeordnet sind.

leder < ,ektrisch leitende Stab 52 der kammartigen Kathoden erstreckt sich durch die Öffnung 82 in der Stromanschlußplatte 8 und wird durch Festdrehen der Mutter 58 befestigt, wobei die Stromanschlußplatte 8 zwischen dem Flansch 54 und der Mutter 58 angeordnet ist. so daß die kammartige Kathodenbaugruppe mit der Stromanschlußplatte 8 verbunden ist. In diesem Falle !-:ann die Stromanschlußplatte durch Verschweißen anstelle von Verschrauben mit der Kathodenbaugruppe *o verbunden werden.

Der elektrisch leitende Stab 43 der Anode, der sich durch die öffnung 63 in der Halteplatte 65 erstreckt und mit der Mutter 47 gesichert ist, erstreckt sich weiter durch eine öffnung 81 in der Stromanschlußplatte 8 und wird durch Festdrehen der Mutter 410 befestigt.

Die Kathodenbaugruppe sollte so konstruiert sein, daß der umlaufende Flansch 57 des Haltegitters 56 genau mit dem Rahmen 64 um das Fenster in der Zwischenwand zusammenpaßt; andernfalls kann ein » unvorteilhaftes Vermischen des Anolyten mit dem Katholyten auftreten. Die Mutter 410 kann durch die "ffnung 59 hindurch betätigt werden, die Zugang zu der '■' jtter 410 ermöglicht und am Haltegitter 56 gegenüber ier Verbindungsstelle des elektrisch leitenden Stabes der Anode mit der Stromanschlußplatte angeordnet ist

Die Öffnung 59 ist offen- und schließbar mit einem Deckel 510 abgedeckt, der aus dem gleichen Material wie das Haltegitter der Kathodenbaugruppe oder aus nicht korrodierendem Material, wie Ebonit oder Polyfluoräthylen, bestehen kann. Wenn der Deckel aus metallischem Drahtgitter gebaut ist, sollte er mit einem nermeablen Diaphragma bedeckt sein, um wie der andere Teil des metallischen Drahtgitters, als Kathodenfläche zu dienen. Damit er ausbaubar befestigt werden kann, weist der Deckel 15 eine Schraube auf und der elektrisch leitende Stab 43 der Anode hat eine Öffnung, die die Schraube des Deckels, wie in Fig. 14 dargestellt, aufnimmt; es können aber auch andere Befestigungsmittel vorgesehen sein.

In der bipolaren Einheit sind die kammförmigen Anoden und Kathoden parallel zur Zwischenwand, bzw. stehen die Anoden- und Kathodenflächen senkrecht auf der Zwischenwand. Wenn die Elektroden betriebsbereit sind, ist jede Anodenfläche parallel zur benachbarten Kathoderifläche. so daß zwischen den anodischen und kathodischen Oberflächen ein gleichmäßiger und schmaler Zwischenraum besteht.

Fig. 15 stellt eine andere bevorzugte Ausführungsfortn der bipolaren Einheit dar. In der Alisführungsform gemäß Fig. 14 sind die öffnungen zum Betätigen der Mutter 410 am Haltegitter der kammartigen Kathodenbaugruppe, in der Ausführungsform gemäß F i g. 15 sind dagegen Öffnungen 66 zum Betätigen der Mutter 58 in der Rückplatte 65 der Zwischenwand. Gemäß Fig. t5 sind die Anoden in gleicher Weise wie in F i g. 14 an der Rückplatte 65 der Zwischenwand angebracht, die SirornänäCniüuplaüc 8 wii'd bei (jicsci Ausfüniuilgsiorin jedoch vor dem Befestigen der Kathoden mit den Anoden verbunden. Beim Zusammenbau der bipolaren Einheit gemäß Fig. 15 wird die Stromanschlußplatte 8 am Ende des elektrisch leitenden Stabes 43 der Anode, der an der Rückplatte 65 durch Einschieben seines Endes in öffnungen 81 und Befestigen mit der Mutter 410 befestigt ist, angebracht. Daraufhin wird die kammartige Kathodenbaugruppe an der Zwischenwand befestigt, indem die elektrisch leitenden Stäbe 52 der Kathoden in öffnungen 82 eingesetzt werden und die Muttern 58 durch öffnungen 66 festgedreht werden. Die öffnungen 66 sind in der Rückplatte 65 gegenüber jeder Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitenden Stangen 52 der Kathoden und der Stromanschlußplatte angeordnet. Die öffnungen 66 sind mit abnehmbaren Deckeln 67 abgedeckt, wobei die Deckel aus nicht korrodierendem Material, wie beispielsweise Ebonit, Polyfluoräthylen, Titan, bestehen können. Die Öffnungen 66 und/oder die Deckel 67 sind mit Mitteln zum offenbaren Abdecken der Öffnungen versehen. In Fig. 15 hat die Öffnung 66 die Form einer Mutter und der Deckel ist als Schraubbolzen ausgebildet, der in die Öffnung eingeschraubt wird; es können jedoch auch andere Mittel verwendet werden. Bisher wurde die Befestigung der Elektroden an der Zwischenwand anhand zweier Ausführungsformen genauer erläutert. Neben weiteren Ausführungsformen kann auch die folgende verwendet werden: Eine Kathode mit dem elektrisch leitenden Stab ohne einen Flansch zum Befestigen der Kathode an der Stromanschlußplatte und eine Spiralnut können direkt mit der Stromanschlußplatte verschweißt werden, und die Stromanschlußplatte kann dann, wie oben beschrieben, an der Anode befestigt werden.

Fig. 16 stellt Mittel zum Anbringen der Anoden an der Anodenseitenwand 2 und zum Verbinden der Anoden mit der äußeren Stromversorgungsplatte 9 dar. Die Anode kann an der Anodenseitenwand 2 in gleicher Weise befestigt werden, wie die Anode an der Rückplatte der Zwischenwand. In F i g. 16 wird das Ende der elektrisch leitenden Stange 43 der Anode 4 in die öffnung 21 beim Anbringen der Anode eingeschoben, und die Anode wird daraufhin an der Anodenseitenwand 2 durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt, wobei die Anodenseitenwand 2 zwischen dem Flansch 45 und der Mutter 47 angeordnet ist

Zwischen dem Flansch 45 und der Anodenseitenwand 2 sollte eine Dichtung 48 vorgesehen sein, zwischen der

Anodenseitenwand 2 und der Mutter 47 kann ein Dichtring 49 vorgesehen sein. Die elektrisch leitende Stange 43 der Anode ist weiter mit der äußeren Stromversorgi ngsplatte 9 verbunden, indem das Ende der Stange 43 in eine öffnung in der äußeren Stromversorgu.igsplatte 9 eingesetzt wird und die Mutter 410 festgedreht wird. Die Innenfläche der Anodenseitenwand 2 weist eine Schutzschicht 22, beispielsweise Gummi, auf.

F i g. 17 stellt Mittel zum Anbringen der Kathoden an der Kathodenseitenwand 3 und zum Anschließen der Kathoden an die äußere Stromversorgungsplatte 9 dar. In Fig. 17 ist das Ende des elektrisch leitenden Stabes 52 der Kathode 5 in die öffnung 33 der Rückplatte 36 der Kathodenseitenwand 3 eingesetzt, und die Kathode ist durch Festdrehen der Mutter 58 befestigt. Zwischen dem Flansch 54 und der Rückplatte 36 der Kathodenseitenwand und zwischen der Rückplatte 36 und der müücr 38 sullicil Diciiiuiigeii 34 und 35 vorgesehen sein, wodurch ein Auslecken von Katholyt durch die öffnung 33 unterbunden wird. Das Ende des Stabes 52 ist weiter in die öffnung der äußeren Stromversorgungsplatte 9 eingeschoben und mittels Festdrehen der Mutter 511 befestigt. Die Außenfläche der Wand an der der Rückplatte 36 gegenüberliegenden Seite weist eine Schutzschicht 37, beispielsweise Gummi, auf. In der bipolaren Einheit und der in Fig. 17 dargestellten Kathodenseitenwand steht jeder hohle Bereich der Kathode über das offene Ende der Kathode mit der Kammer innerhalb der Zwischenwand und der Kathodenseitenwand in Verbindung und bildet die Kathodenkammer.

In einer herkömmlichen Elektrolysezelle, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentschrift 51 951 oder der Elektrolysezelle, wie sie in der japanischen Patentanmeldung 21 946, 1970 beschrieben ist, enthält jede Kathode, die die Form eines flachen Sackes hat, keinen elektrisch leitenden Stab, und die Stromanschlußplatte ist direkt mit dem Haltegitter, an dem jede Kathode zur Ausbildung der kammartigen Kathodenbaugruppe befestigt ist, verschweißt. Des weiteren sind, wenn die Kathode ttn der Kathodenseitenwand angebracht ist, zwei oder drei elektrisch leitende Stäbe, die sich nach außerhalb der Zelle erstrecken, mit der Stromanschlußplatte verbunden. Die Stellen, an denen sich die elektrisch leitende Stange nach außen erstreckt, wird dabei mit Asbestgarn oder Kohlenteer abgedichtet.

Es mag den Anschein haben, daß die erfindungsgemäße bipolare Elektrolysezelle der herkömmlichen, oben erwähnten, fast gleicht; die bipolare erfindungsgemäße Elektrolysezelle hat jedoch eine Metallanode anstelle einer Graphitanode und weist neuartige Befestigungsvorrichtungen für die Anoden an der Zwischenwand oder der Seitenwand und zum elektrischen Anschluß auf. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ist es einfach, das Diaphragma zu erneuern, die Elektroden zu reparieren unH die Zelle zusammenzubauen und zu zerlegen; des weiteren kann das Zusammenbauen und das Zerlegen unter gesunden Arbeitsbedingungen durchgeführt werden, weil kein Schweißen oder Löten notwendig ist. Zusätzlich ist der elektrische Widerstand des elektrischen Anschlußteiles genügend klein und die erfindungsgemäße Zelle kann sehr genau zusammengebaut werden, wodurch es möglich ist, den Zwischenraum zwischen der Anode und Kathode zu verringern, so daß die Zelle mit einem geringeren Spannungsverlust betrieben werden kann; der Anolyt ist zwischen jeder Einzelzelle genügend gut abgedichtet, wodurch eine hervorragende Stromwirksamkeit erzielt wird.

Der Betrieb ist der gleiche wie bei herkömmlichen Elektrolysezellen mit Diaphragma, es werden jedoch gute Ergebnisse erzielt. Das StromaufnahmevermÖ£en ist so groß wie bei e^;ner Zelle mit Quecksilberverfahn:n. die Bodenfläche der erfindungsgemäßen Zelle ist bei weitem kleiner ais die einer Zeile mit dem Ouecksilberverfahren. und es wird ein äußerst wirtschaftlicher Betrieb erreicht.

Im Hinblick auf die Wirksamkeit sei ein Beispiel gegeben:

Die Elektrolysezelle hat eine Außenbreite von 2050 mm, eine Länge von 3500 min und eine Höhe von 1500 mm und enthält fünf Kammern, jede Kammer enthält 21 Anoden und 20 Kathoden, wobei diese Elektroden 875 mm hoch und 570 mm lang sind.

Wenn die Zelle mit einer Stromdichte von 20 A/dmbetrieben v.ird, ist das Stromaufnahmevermögen 200 KA, was einem Erzeugungsvermögen von 200 t/ Monat an Ätznatron entspricht: dieses Erzeugimgsvermögen entspricht dem Zehnfachen einer herkömmlichen bipolaren Elektrolysezelle. Die Bodenfläche der beschriebenen Zelle beträgt l,06nr7NaOH t/Tag, was weniger als 'Λ der einer herkömmlichen bipolaren Elektrolysezelle entspricht, wodurch die normale Arbcu einfach wird und die Kosten der Ausrüstung gesenkt werden.

Der Spannungsverlust an den Strom.inschlußteilen der bipolaren Einheit beträgt etwa 50 mV c Jer weniger. Selbst wenn der Abstand zwischen der Anode und Kathode 10 mm beträgt, können die Elektroden leicht eingebaut werden und der Abstand kann weiter verkleinert werden. Die Zellenspannung ist niedriger, sie liegt nämlich bei 3,4 bis 3,6 V in einer Einzelzelle. Die elektrolytischen Ergebnisse sowie die Qualität des Produktes können nicht absolut geschildert werden, weil sie nicht nur von dem Zellenaufbau, sondern auch von dem Diaphragma und anderen Bedingungen beeinflußt werden; es sei jedoch ein Beispiel erwähnt: Strom: 40 KA, Stromaufnahmevermögen: 200 KA. Stromdichte: 20 A/dm², Zellenspannung: 3,5 V/Einzelzelle, Stromwirksamkeit: 96%, Zusammensetzung des Katholyten: NaOH 140 g/l, NaClO₃, 0,2 g/l, Zusammensetzung des Anodengases: Cl₂ 98,5%, CO₂ 0,2%, O₂ 0.6%, H₂O,! %.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche;

1. Bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur elektrolytischen Zersetzung von Chlor-Alkali» die durch bipolare Einheiten in mehrere Einzelzellen s unterteilt ist, welche bipolaren Einheiten eine auf einer Seite einer honten Zwischenwand angeordnete kammärtige Kathodenbaugruppe mit hohlen Kathoden aufweisen, die mit einem an der Zwischenwand anliegenden Haltegitter verbunden sind und deren Innenräume zusammen mit dem Innenraum der Zwischenwand eine Kathodenkammer bilden, und eine auf der anderen Seite der Zwischenwand angeordnete kammartige Anodenbaugruppe mit hohlen Anoden aufweisen, wobei die Kathoden und is die Anoden in ihrem Inneren elektrisch leitende Stäbe aufweisen, mittels derer sie an der Zwischenwand angebracht und untereinander elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (6) als ein insgesamt ^kastenförmiges Bauteil ausgebildet ist, welches zu den Anoden (4) hin eine Rückplatte (65) mit Öffnungen (63) aufweist, durch die hindurch sich die Stäbe (43) der Anoden erstrecken, und auf der der Kathodenbaugruppe (52 bis 57) zugewandten Seite ein Fenster aufweist, an dem das Haltegitter (56) der Kathodenbaugruppe' unter Abdichtung anliegt, und daß im Inneren der Zwischenwand wenigstens eine Stromanschlußplatte (8) angeordnet ist, mit der die elektrisch leitenden Stäbe (43,52) der Anoden und Kathoden elektrisch und mechanisch verbunden sino.

2. Elektrolysezelle , nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jec*e Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitendes Stäben (43) der Anoden (4) und der Stromanschlußplatte (8) dem Haltegitter (56) gegenüberliegend zwischen benachbarten Kathoden (5) angeordnet ist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanschlußplatte (8) öffnungen (81) zum Anschließen der elektrisch leitenden Stäbe (43) der Anoden (4) aufweist, und daß jeder elektrisch leitende Stab (43) der Anoden (4) einen Flansch (45) zum Anbringen an der Rückplatte (65) aufweist und sich durch die Öffnung (63) in der Rückplatte (65) und die Öffnung (81) in der Stromanschlußplatte (8) hindurch erstreckt und mit einer Verschraubung befestigt ist.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung Muttern so (410,47) und eine Spiralnut (46) aufweist, die an dem elektrisch leitenden Stab (43) der Anode (4) ausgebildet ist.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltegitter (56) Öffnungen (59) mit abnehmbar befestigten Deckeln (510) aufweist, wobei jede öffnung (59) einen Zugang zu der Mutter (410) bildet und an einer Stelle angeordnet ist, die der Verbindungsstelle zwischen der Stromanschlußplatle (8) und dem elektrisch leitenden Stab (43) der A node (4) gegenüberliegt.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (510) eine Schraube aufweist und der elektrisch leitende Stab (43) der Anode (4) an seinem Ende eine Öffnung zur Aufnahme der Schraube aufweist.

7. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromanscblwßplatte (8) öffnungen (82) zum Anschließen der elektrisch leitenden Stäbe (52) der Kathoden (5) aufweist, und daß jeder elektrisch leitende Stab (52) der Kathode (5) ejnen Flansch (54) zum Befestigen an der Stromanschlwßplatte (8) aufweist und sich durch die öffnung (82) in der Stromanschlußplatte (8) erstreckt und an dieser mit einer Verschraubung befestigt ist

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung eine Mutter (58) und eine in dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) ausgebildete Spiralnut (55) aufweist

9. Elektrolysezelle nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ^Ke Rückplatte (65) öffnungen (66) aufweist, in denen abnehmbar Deckel (67) befestigt sind, wobei jede öffnung (66) einen Zugang zu der Mutter (58) bildet und an der der Verbindungsstelle zwischen der Stromanschlußplatte (8) und dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist

10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) kanalförmig ist und die Anodenseitenwand (2) und die Kathodenseitenwand (3) flanschartig mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, so daß eine boxartige Außenschale der Elektrolysezelle entsteht

11. Elektrolysezelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse (1) Führungen (11) aufweist in die die bipolaren Einheiten (4, 5, 6) senkrecht eingeschoben und entfernt werden.

12. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die Anoden (4) und Kathoden (5) senkrecht zu den Zwischenwänden (6) sind, und daß die Oberflächen der Anoden (4) parallel zu den gegenüberliegenden Oberflächen der Kathoden (5) sind

13. Elektrolysezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Anoden (4) und Kathoden (t>) kleiner gleich 10 mm ist