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Es ist bekannt, daß in Diaphragmazellen den Kathoden
zunächst über Gitterstege Strom zugeführt wird. Der Strom
fließt von den Gitterstegen durch Seitenplatten und dann
über Flansche durch Lochböden, welche dann Strom in die
Kathodenröhren verteilen. US-A-3,390,072 offenbart eine
Diaphragmazelle mit Gitterstegen zur Stromverteilung; diese
Gitterstege sind ungefähr im mittleren Teil der äußeren
Oberfläche an den Seitenplatten der Diaphragmazelle
befestigt. Derartige Seitenplatten bilden einen Teil des
äußeren Gehäuses der Diaphragmazelle. Der Strom kann dann in
der vorstehend erörterten Weise, d. h. durch Flansche zu den
Lochböden, weitergeführt werden. DE-C-3 632 803 offenbart
eine Diaphragma-Elektrolysezelle, in der die Seitenwand
durch Ummantelungsbereiche ersetzt ist. Die
Ummantelungsbereiche nehmen jedoch nicht an der Stromverteilung teil.
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Bekannterweise werden lochgeschweißte Stangen
zwischen den Seitenplatten und den Lochböden vorgesehen, die
diese Elemente der Zelle verstärken können. Derartige sich
unter den oberen und unteren Flanschen befindenden Stangen
können an die Außenfläche des Lochbodens geschweißt werden,
sich quer über den Spalt zwischen Seitenplatte und Lochbaden
erstrecken und weiter durch Löcher in der Seitenplatte
führen. Die äußeren Enden der Stangen werden dann an die
Seitenplatte geschweißt. Derartige Stangen, die dabei
parallel zu den Flanschen zwischen die Seitenplatten und die
Lochböden positioniert werden, können daher zusätzlichen
Stromfluß verbunden mit konstruktiven
Verstärkungseigenschaften liefern.
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Es wäre nichtsdestoweniger wünschenswert, eine
gleichmäßigere Temperaturverteilung an der Kathode zur
Verfügung zu stellen. Dies könnte die Wirtschaftlichkeit des
Kathodenbetriebs erhöhen ebenso wie in wünschenswerter Weise
zur Stromdichteverteilung beitragen. Es wäre äußerst
wünschenswert, all diese Vorteile zu erreichen, während jede
Möglichkeit einer Spannungsrißkorrosion der Zelle
verlangsamt bis ausgeschaltet wird.
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Es wird nun eine Diaphragmazellen-Seitenbaugruppe
zur Verfügung gestellt, die eine verbesserte Gleichmäßigkeit
der Kathodentemperatur liefert. Außerdem wird ein derartiger
Aufbau den erwünschten Stromfluß und elektrische
Leitfähigkeit liefern. All dies wurde erreicht, während nicht nur die
Gefahr von Verziehen und Spannungsrißkorrosion in der
Zellen-Seitenbaugruppe verlangsamt bis ausgeschaltet wurde,
sondern auch die Notwendigkeit, die Seitenplatte der Zelle
zu perforieren, beseitigt wurde. Überdies eignet sich der
vorliegende Aufbau ohne weiteres zur Montage, nicht nur bei
neuer Zellenmontage, sondern auch bei Zellenumbau und
Austausch.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der
Patentansprüche gelöst.
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In einer weiteren Hinsicht ist die Erfindung für ein
Verfahren zur Herstellung eines gleichmäßigeren
Temperaturgleichgewichts auf der Seitenplatte gedacht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine perspektivische Frontansicht mit
teilweiser Schnittperspektive einer Seitenbaugruppe einer
gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten
Diaphragmazelle.
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Fig. 1A ist ein Teil einer Seitenbaugruppe nach dem
Stand der Technik mit konstruktiv verstärkenden geschweißten
Stangen in Frontperspektive mit teilweiser
Schnittperspektive.
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Fig. 2 ist eine perspektivische Frontansicht mit
teilweiser Schnittperspektive eines Teils einer
Seitenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung mit sich
überlappenden Verteilerstegen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Baugruppe für die Anwendung dieser Erfindung
wird eine Zelle, wie etwa eine Chlor-Alkali-Zelle - öfter
als Diaphragmazelle bezeichnet - sein. Diese Zelle wird
ebenso eine Scheidewand (Diaphragma), die sich zwischen
Anode und Kathode befindet, sowie zur Versorgung der Kathode
mit Strom eine äußere Stromquelle haben, die Strom an einen
Zellengittersteg liefert. Obwohl dort, wo ein Gittersteg
verwendet wird, eine weitere äußere stromführende Quelle
verwendet werden kann, wird sie typischerweise mit allen
Seiten der Zelle verdrahtet, üblicherweise etwa an jedem
Mittelpunkt jeder Seitenplatte und Endplatte der Zelle.
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Zum Verständnis der Erfindung wird nun auf die
Figuren Bezug genommen. In jeder Figur wird das gleiche Eleinent,
wo möglich, durch die gleiche Zahl gekennzeichnet.
Insbesondere bezugnehmend auf Fig. 1 wird in teilweiser
Schnittperspektive ein Teil einer Seite einer Zelle 1 gezeigt.
Außerhalb der Zelle 1 ist ein stromführender Gittersteg 2.
Der Gittersteg 2 führt Strom zu einer Seitenplatte 3 der
Zelle. Durch einen obersten Flansch 4 und einen untersten
Flansch 5 wird Strom von der Seitenplatte 3 zu einem
Lochboden 6 geführt. Auf der Seite des Lochbodens 6
gegenüber den Flanschen 4, 5 befinden sich die
Kathodenröhren 7. Jede Kathodenröbre 7 befindet sich über einer
Lochbodenöffnung 8. An der Vorderseite des Lochbodens 6
öffnen sich diese Öffnungen zu einem Seitenschlitz 9, der sich
zwischen der Seitenplatte 3 der Zelle, dem Lochboden 6 und
den Flanschen 4, 5 bildet.
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In dem Seitenschlitz 9 ist ein stromführender oberer
Steg 11 befestigt. Dieser obere Steg 11 ist durch
Schweißverbindungen 12 sowohl an der Seitenplatte 3 als auch am
Lochboden 6 befestigt. Dieser stromführende obere Steg 11
befindet sich so in dem Seitenschlitz 9, daß seine untere
Oberfläche in einer Ebene mit der oberen Kante des
Gitterstegs 2 liegt. Unter dem stromführenden oberen Steg 11 und
auch im Seitenschlitz 9 befindet sich ein stromführender
unterer Steg 13. Dieser stromführende untere Steg 13 ist
ebenso
durch Schweißverbindungen 14 an der Seitenplatte 3 und
dem Lochboden 6 befestigt. Der stromführende untere Steg 13
befindet sich im Seitenschlitz 9, so daß seine obere
Oberfläche in einer Ebene parallel zur unteren Oberfläche
des Gitterstegs 2 liegt.
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Nun bezugnehmend auf die Baugruppe nach bisherigem
Stand der Technik in Fig. 1A weist eine Zelle 1 einen
Gittersteg 2, eine Seitenplatte 3 der Zelle und einen diese
mit einem Lochboden 6 verbindenden obersten Flansch 4 und
untersten Flansch 5 auf. Der Lochboden 6 hat Öffnungen 8,
die das Blech 6 zu Kathodenröhren 7 perforieren. Zusätzlich
hat die Seitenplatte 3 Öffnungen 15, die sich von einem
Seitenschlitz 9 durch die Seitenplatte 3 erstrecken. Dann
erstrecken sich über den Seitenschlitz 9 von dem Lochboden 6
durch die Öffnungen 15 der Seitenplatte 3 obere und untere
Stützstangen 16A und 16B. Die obere Stütze 16A ist durch
Schweißverbindungen 17 an der Seitenplatte 3 und dem
Lochboden 6 befestigt. Ebenso ist die untere Stützstange 16B
gleichermaßen durch Schweißverbindungen 18 an der
Seitenplatte 3 und dem Lochboden 6 befestigt. Was die
Positionierung anbetrifft sind die Stützstangen 16A und 16B im
wesentlichen in der Mitte zwischen dem Gittersteg 2 und dem
nächstgelegenen Flanschglied angeordnet.
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Nun bezugnehmend auf Fig. 2 weist eine Zelle 1 einen
Gittersteg 2 auf, der in einer stromführenden Verbindung an
einer Seitenplatte 3 der Zelle befestigt ist. Die
Seitenplatte 3 ist gleichermaßen in stromführender Verbindung mit
einem obersten Flansch 4 und einem untersten Flansch 5, um
einen Lochboden 6 mit Strom zu versorgen. Der Lochboden 6
enthält Lochbodenöffnungen 8, wobei sich hinter jeder eine
Kathodenröhre 7 befindet. Die Seitenplatte 3, die obersten
und untersten Flansche 3, 4 und der Lochboden bilden einen
Seitenschlitz 9.
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In dem Seitenschlitz 9 neben dem Bereich an der
Oberseite des Gitterstegs 2 ist eine stromführende obere
Stegbaugruppe 11, die aus einem oberen Steg 11A, einem
unteren Steg 11B und einem Gewindeverbindungsglied 21 besteht.
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Der obere Steg 11A ist durch Schweißverbindungen 12 an der
Seitenplatte 3 befestigt. Der untere Steg 11B ist durch
Schweißverbindungen 22 am Lochboden 6 befestigt. Das
Gewindeverbindungsglied 21 befestigt dann den oberen Steg
11A am unteren Steg 11B. Gleichermaßen befindet sich im
unteren Bereich des Seitenschlitzes 9 neben dem Bereich der
unteren Oberfläche des Gitterstegs 2 eine stromführende
untere Stegbaugruppe 13, die aus einem oberen Steg 13A, einem
unteren Steg 13B und einem Gewindeverbindungsglied 23
besteht. Bei dieser unteren Stegbaugruppe 13 ist der obere
Steg 13A durch Schweißverbindungen 14 am Lochboden 6
befestigt, während der untere Steg 13B durch
Schweißverbindungen 24 an der Seitenplatte 3 befestigt ist. Die oberen
und unteren Stege 13A, 13B werden dann durch das
Gewindeverbindungsglied 23 aneinander befestigt.
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Nun wieder vor allem bezugnehmend auf Fig. 1 können
in der Diaphragmazellen-Baugruppe die Kathodenröhren 7 im
inneren, vom Lochboden 6 umschlossenen Teil der Zelle
eingebaut werden. Daraufhin werden die stromführenden oberen
und unteren Stege 11 und 13 mittels Schweißung 12, 14 am
Lochboden 6 befestigt. Der Gittersteg 2 kann an der
Seitenplatte 3 der Zelle sowohl durch Schweißung als auch
durch Hartlöten befestigt werden. Dann wird die Seitenplatte
3 der Zelle gegen die stromführenden oberen und unteren
Stege 11, 13 angehoben und ordentlich ausgerichtet, und die
Stege 11, 13 werden mit den Schweißverbindungen 12, 14 an
die Zellenseite geschweißt. Schließlich werden die oberen
und unteren Flansche 4, 5 am oberen und unteren Ende des
Seitenschlitzes 9 der Zelle montiert. Diese Flansche 4, 5
können etwa mittels Schweißen sowohl an der Zellenseite als
auch am Lochboden befestigt werden.
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Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, können die Stege 11 und
13 abgeschrägte Kanten haben und können so entweder in
Richtung des oberen Flansches 4 oder des unteren Flansches 5
abgeschrägt werden. Zusätzlich zu den Öffnungen für die
Verbindungsglieder 21, 23 können die Stege 11, 11A, 11B, 13,
13A und 13B Öffnungen enthalten, wie zum Beispiel für den
Durchfluß von Wasserstoffgas, wenn eine derartige
Seitenbaugruppe in einer Chlor-Alkali-Zelle verwendet wird. Ebenso
können die Stege 11, 11A, 11B, 13, 13A und 13B für einen
derartigen Gasdurchfluß geschlitzt werden. Im allgemeinen
wird die Querschnittsform dieser Stege irgendeine Form sein,
die eine bequeme, sichere Befestigung sowohl an der
Seitenplatte 3 als auch am Lochboden 6 mit dem erwünschten
Stromführenden Knoten vorsieht. Es wird bevorzugt, daß die
Seitenplatten 3 und Lochböden 6 in parallelen, durch den
Seitenschlitz 9 getrennten Ebenen angeordnet werden, obwohl
angenommen werden muß, daß ein abweichendes, beabstandetes
Verhältnis in Erwägung gezogen werden kann. Ebenso werden
die oberen und unteren Stege 11, 13 im allgemeinen bevorzugt
parallel zu den Gitterstegen 2 ausgerichtet. Außerdem werden
sich diese oberen und unteren Stege 11, 13 im allgemeinen
entlang der gesamten Länge des Lochbodens 6 erstrecken,
wenngleich auch Lücken vorgesehen werden, um den Gasfluß zu
erleichtern.
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Der Gittersteg 2 wird aus einem Material mit
hervorragender Strombelastbarkeit, z. B. einem Metall wie Kupfer
oder Aluminium, hergestellt. Für gute
Stromführungseigenschaften in Verbindung mit der erwünschten Widerstands
fähigkeit gegen die Zellumgebung werden die Seitenplatte 3 der
Zelle und die oberen und unteren Flansche 4, 5 üblicherweise
aus einem Material wie zum Beispiel Weichstahl hergestellt
werden. Innerhalb der Zelle wird der Lochboden 6, der
ebenfalls widerstandsfähig gegen die Zellumgebung sein sowie
gute Stromführungseigenschaften aufweisen muß, vorzugsweise
ebenfalls aus Weichstahl hergestellt. Die Kathodenröhre 7
kann aus einem porösen Stahl, wie etwa einem Drahtnetzgewebe
oder einer Siebplatte, hergestellt werden. Für die
stromführenden oberen und unteren Stege 11, 11A, 11B, 13, 13A und
13B wird typischerweise ein Material wie Weichstahl
verwendet. Die Schweißung an die Seitenplatte 3 ebenso wie
an den Lochboden 6 kann für diese Stege 11, 11A, 11B, 13,
13A und 13B durch eine Schweißung wie etwa
Lichtbogenschweißung realisiert werden. Zusätzlich zur Schweißung oder
zusammen
mit der Schweißung ist es auch möglich die oberen und
unteren Stege 11, 11A, 11B, 13, 13A und 13B mit anderen
Mitteln, wie etwa Silberlötung, zwischen der Seitenplatte 3 und
dem Lochboden 6 zu befestigen. Wenn derartige Stege eine
Stegbaugruppe umfassen, wie in Fig. 2 gezeigt, ist es auch
möglich die oberen und unteren Stege 11A, 11B und 13A, 13B
mit anderen Mitteln, die typischerweise verwendet werden, um
Metalle in einen erwünschten leitenden Kontakt zu bringen,
aneinander zu befestigen. Derartige Mittel umfassen
Schweißen, Hartlöten, Klemmen und Befestigung durch
Verbindungselemente wie etwa Gewindebolzen.
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Das folgende Beispiel zeigt ein Verfahren, in dem
die Erfindung praktisch verwendet wird, aber es sollte keine
Einschränkung der Erfindung daraus gefolgert werden.
Beispiel
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Es wurde eine elektrolytische Diaphragmazelle zur
Herstellung von Chlor und Ätznatron aus einem
Salzlösungsektrolyt, wie in US-A-3,390,072 gezeigt, verwendet. Die
ausgewählte Zelle war eine von mehreren in einem Zellenraum,
der einen Ersatz der Seitenplatte benötigte. Während des
Ersetzens der Seitenplatte wurde die stromführende Seite
durch die oberen und unteren Flansche abgetrennt und die
Seite entfernt. Danach wurden die oberen und unteren
Stahlleitungsstege, die einen Querschnitt, wie in Fig. 1
gezeigt, d. h. abgeschrägte Schweißfugen aufwiesen, an die
neue Seitenplatte angeschweißt. Die Seitenplatte der Zelle,
die bereits einen Kupfersteg aufwies, wurde dann zurück an
ihren Platz gebracht und mit dem Lochboden ausgerichtet, und
die oberen und unteren Stege wurden an den Lochboden
geschweißt Alle Schweißungen waren Lichtbogenschweißungen.
Daraufhin wurden sowohl die oberen als auch die unteren
Stahlflansche wieder an den Lochboden und die Seitenplatte
geschweißt. Wieder waren die Schweißungen
Lichtbogenschweissungen. Die stromführenden oberen und unteren Leitungsstege
wurden im oberen und unteren Bereich des Kupfergitterstegs,
wie in Fig. 1 gezeigt, positioniert.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte
Zelle wurde dann wieder in Betrieb genommen. Die Zelle wurde
sechs Monate beobachtet, um den erwünschten Dauerbetrieb zu
liefern. Nach Ablauf von sechs Monaten wurden der
Temperatur-, Spannungs- und Katholytstand, nicht nur für die gemäß
der vorliegenden Erfindung modifizierte Zelle, sondern auch
für eine ähnliche Zelle, die ebenfalls im Stromkreis
betrieben wurde, jedoch nicht modifiziert war, d. h. für
eine Vergleichszelle, abgelesen. Die Ergebnisse dieser
Messungen sind in der nachstehenden Tabelle gezeigt. Der
Katholytstand der Zellen ist der Stand wie gegemessen, in cm
unter dem oberen Flansch.
Tabelle
Zelle der Erfindung
Vergleichszelle
Katholytstand (cm)
Spannung (V)
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Die T1-Temperaturstände wurden auf einer
Seitenplatte über dem Gittersteg abgelesen. Die Temperatur T2 galt
auf der gleichen Seitenplatte unter dem Gittersteg. T3 wurde
auf der gegenüberliegenden Seitenplatte der Zelle über dem
Gittersteg abgelesen, und T4 wurde auf der
gegenüberliegenden Seitenplatte der Zelle unter dem Gittersteg abgelesen.
Die Temperatur Tw galt für den Gittersteg am Ende der Zelle.
Die Temperaturbereiche werden aufgrund von
Temperaturablesungen über einen Zeitraum von drei Stunden gezeigt. Alle
Temperaturstände sind in Grad Celsius angegeben.
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Wie aus den Ergebnissen in der Tabelle zu ersehen
ist, hat die gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte
Zelle nicht nur eine wünschenswerte niedrigere Spannung,
sondern eine äußerst gleichmäßige Teinperatur auf beiden
Seiten. Die Temperaturen auf der modifizierten stromführenden
Seite wurden auf das gleiche Niveau wie auf der Rückseite
der Zelle reduziert. Eine derartige Temperatur ist nicht nur
eine wünschenswerte gleichmäßige Temperatur, sondern ist
auch eine im Vergleich zur Vergleichszelle deutlich
verringerte Betriebstemperatur. Für jeden Bereich, in dem
die Temperatur gemessen wird, läuft die Vergleichszelle bei
einer höheren Temperatur und fast immer besteht ein Abstand
nach oben im Temperaturniveau. Während der Aufzeichnung der
Daten wurden bei der modifizierten Zelle entlang keiner
Zellenseite Hitzepunkte festgestellt. Bei der Sichtkontrolle
wurden an keiner Seitenplatte der modifizierten Zelle Risse
beobachtet.