DD250138A5

DD250138A5 - Elektrolytische zelle

Info

Publication number: DD250138A5
Application number: DD86295353A
Authority: DD
Inventors: Stephen R James
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1987-09-30
Also published as: PT83590B; PL148626B1; US4729822A; IE57505B1; JPH0680193B2; CA1310299C; FI80298B; GB8526054D0; IL80344A0; EP0220846A1; DE3667304D1; AU6352986A; NO864204L; IL80344A; IE862627L; AR243242A1; PT83590A; EP0220846B1; JPS6299489A; NZ217989A

Abstract

Eine elektrolytische Zelle vom Filterpressentyp, welche plattenaehnliche Anoden Kathoden und Dichtungsmanschetten aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist und eine Ionenaustauschmembran zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathoden, um in der Zelle eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern zu bilden, wobei die Dichtungsmanschetten und wahlweise auch die Anoden und Kathoden jede Aussparungen aufweisen, welche Behaelter bilden, von denen Fluessigkeiten zu den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle zugefuehrt werden koennen und zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse zugefuehrt werden koennen, die aus den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle entfernt werden sollen und in welcher die Dichtungsmanschetten und wahlweise auch die Anoden und Kathoden jede Aussparungen aufweisen, welche zusammengenommen eine Kammer in der Laengsrichtung der Zelle bilden, welche nur mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung steht oder welche nur mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung steht und welche als Ausgleichsbehaelter dient. Fig. 4

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind elektrolytische Zellen bekannt, welche eine Vielzahl von Anoden und Kathoden enthalten, wobei jede Anode von der benachbarten Kathode durch einen Separator getrennt ist, welcher die elektrolytische Zelle in eine Vielzahl von Anoden- und Kathodenkammern trennt. Die Anodenkammern einer derartigen Zelle sind mit Mitteln zum Zuführen von Elektrolyten zu der Zelle versehen, zweckmäßig von einem gemeinsamen Tank und mit Mitteln zum Entfernen von Produkten der Elektrolyse aus den Zellen. Gleichermaßen sind die Kathodenkammern der Zelle mit Mitteln zum Entfernen der Erzeugnisse der Elektrolyse aus der Zelle versehen und wahlweise mit Mitteln zum Zuführen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten zu der Zelle, vorzugsweise aus einem gemeinsamen Tank.

In derartigen elektrolytischen Zellen kann der Separator eine im wesentlichen hydraulisch impermeabel, ionenpermselektive •Membran sein, zum Beispiel eine kationenpermselektive Membran.

Elektrolytische Zellen vom Filterpressentyp können eine große Anzahl abwechelnd angeordneter Anoden und Kathoden aufweisen, zum Beispiel fünfzig Anoden abwechselnd mit fünfzig Kathoden, obwohl die Zelle noch mehr Anoden und Kathoden enthalten kann, zum Beispiel bis zu einhundertfünfzig Anoden und Kathoden. Die Anoden und Kathoden können von plattenähnlicher Konstruktion sein und sie können mit Hilfe von Dichtungsmanschetten aus elektrisch isolierendem Material elektrisch voneinander isoliert sein.

Obwohl elektrolytische Zellen vom Filterpressen-Membrantyp in der Elektrolyse in weiten Bereich der Variationen von Elektrolyten verwendbar sind, wurden sie in den zurückliegenden Jahren in erster Linie zur Verwendung bei der Produktion von Chlor und wäßrigen Alkalimetall-Hydroxidlösungen durch die Elektrolyse wäßriger Alkalimetall-Chloridlösungen entwickelt. Wenn wäßrige Alkalimetall-Chloridlösungen in einer Elektrolysezelle vom Membrantyp elektrolysiert wird, wird die Lösung in die Anodenkammern der Zelle eingebracht und Chlor, der bei der Elektrolyse hergestellt wird, sowie die ausgenutzte Alkalimetall-Chloridlösung werden aus den Anodenkammern entfernt; Alkalimetallionen werden durch die Membranen zu den Kathodenkammern der Zelle transportiert, zu denen Wasser oder verdünnte Alkalimetall-Hydroxidlösung zugeführt wird; und Wasserstoff und Alkalimetall-Hydroxidlösung, welche durch die Reaktion von Alkalimetallionen mit Hydroxylionen erzeugt werden, werden aus den Kathodenkammern der Zelle entfernt.

Bei derartigen elektrolytischen Zellen von Filterpressentyp kann der Elektrolyt aus einem Tankzu den einzelnen Anodenkammern der Zelle zugeführt werden und das Wasser oder die verdünnte Alkalimetall-Hydroxidlösung kann von einem Tank zu den einzelnen Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden und die Erzeugnisse der Elektrolyse können aus den einzelnen Anoden- und Kathodenkammern der Zelle durch Speisen der Erzeugnisse zu separaten Tanks entfernt werden. Die Mittel zum Zuführen des Elektrolyten und des Wassers oder der verdünnten Alkalimetall-Hydroxidlösung und die Mittel zum Entfernen der Elektrolyse

können separate Rohrleitungen sein, welche Verbindungen zwischen den Tanks und jeder Anoden-und Kathodenkammer der elektrolytischen Zelle herstellen. Alternativ dazu kann die eiektrolytische Zelle durch eine Vielzahl von Anodenplatten, Kathodenplatten und Dichtungsmanschetten aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet werden, wobei die Dichtungsmanschetten zwischen den benachbarten Anodenplatten und Kathodenplatten angeordnet sind und dadurch jede Anodenplatte von der benachbarten Kathodenplatte isolieren; oder die Anodenplatten und Kathodenplatten können im Innern der Dichtungsmanschetten angeordnet sein, das heißt in Öffnungen in rahmenartigen Dichtungsmanschetten und die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden-und Kathoden platten können eine Vielzahl von Öffnungen in sich aufweisen, welche in der Zelle zusammen eine Vielzahl von Kanälen schaffen, die in Längsrichtung der Zelle verlaufen und als Tanks dienen. Bei derartigen Zellen können die Mittel zum Zuführen des Elektrolyten und zum Entfernen der Erzeugnisse der Elektrolyse Durchlässe sein, zum Beispiel Schlitze in den Wänden der Dichtungsmanschetten und/oder der Anodenplatten oder Kathodenplatten, wobei die Durchlässe die Tanks mit den Anoden-und Kathodenkammern der elektrolytischen Zelle verbinden.

Elektrolytische Zellen dieses Typs sind zum Beispiel in der Britischen Patentbeschreibung Nr. 1 595183 und in der Euopäischen Patentanmeldung Nr.0064608-A beschrieben.

In elektrolytischen Zellen und insbesondere in elektrolytischen Zellen vom Filterpressentyp, welche eine große Anzahl von einzelnen Anoden- und Kathodenkammern enthalten, ist es sehr erwünscht, daß die Durchflußrate des Elektrolyten in jeder der Anodenkammern im wesentlichen die gleich sein sollten, das bedeutet, daß es eine gleiche Verteilung des Elektrolyten zu den Anodenkammern geben sollte. Wenn verschiedene Durchflußraten des Elektrolyten vom Tank zu den Anodenkammern auftreten, kann die durchschnittliche Konzentration des Elektrolyten und die Temperatur des Elektrolyten von Anodenkammer zu Anodenkammer variieren, mit der Konsequenz einer ungünstigen Auswirkung auf die Effektivität des Betriebes der elektrolytischen Zelle. Darüber hinaus und insbesondere wenn die elektrolytische Zelle mit erhöhtem Druck betrieben wird, ist es besonders wichtig, daß der Druck in jeder Anodenkammer der elektrolytischen Zelle im wesentlichen der gleiche sein sollte. Gleichermaßen ist es sehr erwünscht, daß eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeiten in den Kathodenkammern der elektrolytischen Zelle vorhanden sein sollte, und daß aus diesem Grunde nur eine geringfügige oder gar keine Variationen in der Konzentration der Flüssigkeiten und der Temperatur derselben in den Kathodenkammern der Zelle auftreten, und daß in dem Falle, daß die elektrolytische Zelle bei einem erhöhten Druck betrieben wird, der Druck in jeder der Kathodenkammern der elektrolytischen Zelle im wesentlichen der gleiche sein sollte.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel bei der Gleichmäßigkeit des Druckes, der Temperatur, der Konzentration und der Durchflußraten zu überwinden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine elektrolytische Zelle zu schaffen, welche mit Mitteln versehen ist, die dazu dienen, eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit zu den Anodenkammern und/oder den Kathodenkammern der elektrolytischen Zelle aufrechtzuerhalten und welche dazu beitragen, einen gleichen Druck in jeder der Anodenkammern und/ oder einen gleichen Druck in jeder der Kathodenkammern aufrechtzuerhalten.

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrolytische Zelle des Filterpressentyps, welche eine Vielzahl von plattenähnlichen Anoden, Kathoden und Dichtungsmanschetten aus einem elektrisch isolierenden Material enthält und eine lonenaustauschmembran, welche zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode angeordnet ist, um in der Zelle eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern zu bilden. In der elektrolytischen Zelle enthalten die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden und Kathoden jede eine Vielzahl von Aussparungen in denselben, welche in der elektrolytischen Zelle in Längsrichtung der Zelle Kammern bilden, welche als Tanks dienen, von denen der Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt und von denen Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der ZeI Ie zugeführt werden kann und aus welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle entnommen werden können. Die Zelle ist mit Mitteln für die Verbindung zwischen den genannten Tanks und den Anoden- und Kathodenkammern versehen, indem die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden und Kathoden jeweils eine Aussparung in denselben aufweisen, welche zusammen eine Kammer in der Längsrichtung der Zelle bilden, welche lediglich mit den Anodenkammern der Zelle oder welche lediglich mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung steht und welche als Ausgleichtank dient. Bei einer ersten Art der elektrolytischen Zellen können die Anoden und Kathoden in Aussparungen in einer rahmenartigen Dichtungsmanschette angeordnet sein und in diesem Falle werden die Tanks, von denen entsprechend Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt wird, beziehungsweise von denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt wird, beziehungsweise zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, welche aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle entfernt werden, durch Aussparungen in den Dichtungsmanschetten gebildet, welche zusammen die Tanks in der elektrolytischen Zelle bilden. Bei diesem Zellentyp können die Mittel, welche die Tanks mit den Anodenkammern und den Kathodenkammern verbinden, in geeigneter Weise angeordnete Kanäle sein, die in der Ebene der Dichtungsmanschetten angeordnet sind, wie zum Beispiel als Kanäle innerhalb der Wand der Dichtungsmanschette oder als Kanäle in der Oberfläche der Dichtungsmanschette. Bei einem alternativen zweiten Typ von Dichtungsmanschetten für eiektrolytische Zellen, welche eine rahmenartige Konstruktion aufweisen und welche zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode angeordnet sein können und dabei jede Anode von der Kathode isolieren können in diesem Falle die Tanks, von denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der ZeIIe zugeführt wird, beziehungsweise von denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt wird und zu denen Produkte der Elektrolyse geführt werden können, welche aus den Anodenkammern der Zelle und den Kathodenkammern der entfernt werden, durch Aussparungen in jeder Dichtungsmanschette, den Anoden und den Kathoden gebildet werden, welche zusammen die Tanks in der elektrolytischen Zeüe bilden. Bei dieser Ausführungsform der Zelle können die Mittel, welche die Tanks mit den Anodenkammern und den Kathodenkammern verbinden, in geeigneter Weise angeordnete Kanäle sein, welche in der Ebene

der Dichtungsmanschetten angeordnet sind, oder Kanäle innerhalb der Ebene der Anoden und in der Ebene der Kathoden, wie zum Beispiel Kanäle innerhalb der Wände oder Kanäle innerhalb der Oberflächen der Dichtungsmanschetten, Anoden oder Kathoden.

Im allgemeinen werden die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden und Kathoden vier Aussparungen enthalten, in welchen in der eiektrolytischen Zelle vier in Längsrichtung der Zelle angeordnete Kammern gebildet werden, welche als Tanks dienen, von denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zeile zugeführt werden kann, beziehungsweise von denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkämmern der Zelle zugeführt werden können, beziehungsweise zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, welche aus den Anoden kammern und den Kathodenkammern der ZeI Ie entfernt werden. Die elektrolytische Zelle ist nicht auf den Fall begrenzt, bei dem die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden und die Kathoden vier derartiger Aussparungen enthalten, welche vier in Längsrichtung der Zelle sich erstreckende Kammern bilden, die als Tanks dienen. Die Dichtungsmanschetten und wahlweise die Anoden und die Kathoden, können mehr als vier derartiger Aussparungen aufweisen. Jedoch die elektrolytische Zelle wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf vier derartiger Aussparungen beschrieben. .

Bei der eiektrolytischen Zelle sind die Anoden, Kathoden und Dichtungsmanschetten plattenähnlich ausgebildet, womit gemeint ist, daß sie im wesentlichen eine ebene Konstruktion aufweisen, obwohl verständlich ist, daß die Anoden, Kathoden und Dichtungsmanschetten nicht einwandfrei eben sein müssen.

Die elektrolytische Zelle kann monopolar oder kann bipolar sein. Bei einer monopolaren eiektrolytischen Zelle ist zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode eine lonen-Austauschmembran angeordnet. Bei einer bipolaren eiektrolytischen Zelle ist die lonenaustauschmembran zwischen jeder Anode einer bipolaren Elektrode und einer Kathode einer benachbarten bipolaren Elektrode angeordnet.

Bei der eiektrolytischen Zelle steht mit jeder der Anodenkammern oder mit jeder der Kathodenkammern der Zelle ein Ausgleichbehälter in Verbindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die elektrolytische Zelle einen Ausgleichbehälter, welcher mit jeder der Anodenkammern in Verbindung steht und einen separaten Ausgleichbehälter, welcher mit jeder Anodenkammer der Zelle in Verbindung steht. Bei einer ersten Ausführungsform einer eiektrolytischen Zelle, wie sie hier beschrieben wird, wird ein Ausgleichbehälter durch eine Aussparung in jeder der Dichtungsmanschetten gebildet, wobei diese Aussparungen in der eiektrolytischen Zelle zusammengenommen eine Kammer in der Längsrichtung der Zelle bilden, welche als Ausgleichbehälter dient. Die Mittel zur Verbindung mit den Anodenkammern oder Kathodenkammern können durch einen Kanal in der Ebene von mindestens einigen der Dichtungsmanschetten geschaffen werden, zum Beispiel in der Wand der Dichtungsmanschette oder in der Oberfläche der Dichtungsmanschette. Ob eine bestimmte Dichtungsmanschette mit einem derartigen Kanal versehen wird oder nicht, hängt davon ab, ob der Ausgleichbehälter mit den Anodenkammern oder den Kathodenkammern der eiektrolytischen Zelle in Verbindung steht. Der Kanal sollte eine wesentliche Querschnittsfläche aufweisen, aus dem Grund, daß er keinen beachtenswerten Druckabfall hervorruft und aus dem Grund, daß er seine Funktion der schnellen Ausgleichung des Drucks und des Niveaus der Flüssigkeit in den Anodenkammern oder den Kathodenkammern erfüllen kann.

Bei einer zweiten Ausführungsform der elektrolyten Zelle, wie sie hier beschrieben wird, wird der Ausgleichbehälter durch eine Aussparung in jeder der Dichtungsmanschetten, Anoden und Kathoden gebildet, wobei diese Aussparungen in der eiektrolytischen Zelle zusammengenommen eine Kammer in der Längsrichtung der Zelle bilden, welche als Ausgleichsbehälter dient. Die Mittel zur Verbindung mit den Anodenkammern oder den Kathodenkammern können durch einen Kanal in der Ebene von mindestens einigen Dichtungsmanschetten geschaffen werden, zum Beispiel in der Wand oder der Oberfläche der Dichtungsmanschetten oder einen gleichartigen Kanal in der Ebene der Anoden oder Kathoden. Ob eine bestimmte Dichtungsmanschette oder Anode oder Kathode mit einem derartigen Kanal versehen wird, hängt davon ab, ob der Ausgleichsbehälter mit den Anodenkammern oder den Kathodenkammern der eiektrolytischen Zelle in Verbindung steht. Die Dichtungsmanschetten, Anoden und Kathoden können, wenn es erforderlich ist, jede mit zwei Aussparungen versehen sein, welche in der eiektrolytischen Zelle zwei Ausgleichsbehälter bilden, von denen einer nur mit den Anoden kammern in Verbindung steht und von denen der andere nur mit den Kathodenkammern in Verbindung steht. Bei der eiektrolytischen Zelle sollte der Ausgleichsbehälter unterhalb des Niveaus angeordnet sein, daß die Flüssigkeit in der Anodenkammer erreichen soll, wie es dann der Fall ist, wenn sich die Zelle in Betrieb befindet.

Hydraulisch impermeable lonenaustauschmembranen sind im Stand der Technik bekannt und bestehen vorzugsweise aus fluorhaltigen, polymeren Materialien, weiche anionische Gruppen enthalten. Die polymerischen Materialien sind vorzugsweise Fluorkarbone, welche die sich wiederholenden Gruppen

pi

und pi?₂ - Cg I enthalten.

worin m einen Wert von 2 bis 10 aufweist und vorzugsweise ζ ist, das Verhältnis von M zu N derart ist, daß es ein äquivalentes Gewicht der Gruppen X im Bereich von 500 bis 2000 ist und X ausgewählt ist aus:

oder ' """

j Pin TTi ρ -η J »

worin P einen Wert von beispielsweise 1 bis 3 aufweist, Z Fluor oder eine Perfluoralkylgruppe ist, welche von 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist und A eine Gruppe ist, welche aus den folgenden Gruppen ausgewählt ist:

— SO₃H

— CF₂SO₃H

— CCL₂SO₃H

— X¹SO₃H

— PO₃H₂

— PO₂H₂

— COOH und

— X¹OH

oder aus Derivaten der genannten Gruppen, wobei X¹ eine Acryl-Gruppe ist. A repräsentiert vorzugsweise die Gruppe SO3H oder — COOH.

Die elektrolytische Zelle enthält eine Vielzahl von Dichtungsmanschetten aus elektrisch isolierendem Material. Die Dichtungsmanschetten sind zweckmäßigerweise flexibel und vorzugsweise elastisch, aus dem Grund die Herstellung von lecksicheren Dichtungen in der elektrolytischen Zelle zu ermöglichen, und sie sollten gegen den Elektrolyten und die Erzeugnisse der Elektrolyse widerstandsfähig sein. Die Dichtungsmanschette kann aus einem organischen Polymer hergestellt sein zum Beispiel einem Polefin, das sind Polyethylene oder Polypopylene; einem Kohlenwasserstoff-Elastomer, das sind Elastomere auf der Grundlage von Ethylen-Propylen-Copolymeren oder Ethylen-Butadien-Gummi; oder einem Chlorkohlenwasserstoff, das sind Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid. In einer elektrolytischen Zelle für die Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetall-Chloridlösungen kann das Material der Dichtungsmanschetten ein fluorisiertes polymeres Material sein zum Beispiel Polytetra-Fluorethylen, Polyvenylfluorid, Polyvenylidenfluorid oder ein Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer, oder ein Substrat, welches eine äußere Schicht aus einem fluorisierten polymeren Material aufweist oder mit einem derartigen Material gefüllt ist.

Die Dichtungsmanschette in der elektrolytischen Zelle kann eine zentrale Öffnung aufweisen, welche durch eine rahmenähnliche Sektion definiert ist, welche in der Zelle einen Teil der Anodenkammer oder der Kathodenkammer definiert und in welcher die Anoden oder Kathoden wahlweise angeordnet sein können. Die Öffnungen in den Dichtungsmanschetten, welche in der elektrolytischen Zelle zusammengenommen einen Teil der Tanks bilden, von dem Elektrolyt zu den Anodenkammern zugeführt werden kann, beziehungsweise von welchem Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern zugeführt werden können und zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern beziehungsweise aus den Kathodenkammern der Zelle geführt werden können, können paarweise in der Nähe der gegenüberliegenden Kanten der Dichtungsmanschette angeordnet sein, das heißt in der rahmenähnlichen Sektion der Dichtungsmanschette. Die Aussparungen, welche in der elektrolytischen Zelle zusammengenommen die Ausgleichsbehälter oder Tanks bilden, können in gleicherweise in der rahmenähnlichen Sektion der Dichtungsmanschetten angeordnet sein.

Die Anode kann metallisch sein und die Eigenschaften des Metalls sind von den Eigenschaften des Elektrolyten abhängig, welcher in der elektrolytischen Zelle elektrolysiert werden soll. Bevorzugte Metalle sind filmbildende Metalle, insbesondere dann, wenn eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids in der Zelle der Elektrolyse unterworfen werden soll. Das filmbildende Metall kann eines der Metalle, Titan, Zirkonium, Niobium, Tantal oder Wolfram, beziehungsweise eine Legierung sein, welche prinzipiell eines oder mehrere dieser Metalle enthält und anodische Polarisationseigenschaften aufweist, welche mit denjenigen des reinen Metalls vergleichbar sind. Es ist vorzugsweise üblich, Titan allein zu verwenden oder eine Legierung auf der Grundlage von Titan, welche Polarisationseigenschaften aufweist, welche mit denen des Titans vergleichbar sind.

Die Anode kann wenigstens einen zentralen Anodenteil aufweisen und wenn sie Aussparungen aufweist, welche in der Zelle einen Teil der Behälter bilden, von denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden kann, beziehungsweise von denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden können und zu welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, die aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle entfernt werden sollen, können die Aussparungen paarweise in der Nähe der gegenüberliegenden Kanten der Anode angeordnet sein, das heißt, auf jeder Seite des zentralen Anodenteils. Wenn die Anoden Aussparungen aufweisen, weichein der elektrolytischen Zelle zusammengenommen einen Teil eines Ausgleichsbehälters oder Behälters bilden, können die Aussparungen in gleicher Weise nahe den Kanten der Anoden und neben dem zentralen Anodenteil angeordnet sein.

Der Anodenteii kann durchlöchert sein, zum Beispiel kann er eine Vielzahl langgestreckter Elemente enthalten, welche vorzugsweise vertikal angeordnet sind, zum Beispiel in Form von Jalousien oder Streifen, oder er kann eine durchlöcherte Oberfläche in Form eines Netzes, eines Streckmetalls oder einer perforierten Oberfläche aufweisen. Der Anodenteil kann ein Paar durchlöcherter Oberflächen aufweisen, welche im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Der Anodenteil der Anode kann einen Überzug tragen, der aus einem elektrisch leitenden und elektrokatalytisch aktiven Material besteht, insbesondere bei den Fällen, bei denen eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids der Elektrolyse unterzogen wird, kann dieser Überzug zum, Beispiel aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe bestehen, das sind Platin, Rhodium, Iridium, Rutherium, Osmium und Palladium oder aus Legierungen dieser Metalle und/oder einem Oxid oder Oxiden derselben. Der Überzug kann aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe bestehen und/oder am Oxiden derselben in Mischungen mit einem oder mehreren nicht edlen Metalloxiden, insbesondere einem filmbildenden Metalloxid. Besonders geeignete eiekirakstaiytisch aktive Überzüge enthalten Platin selbst und solche auf der Grundlage von Rutheniumdioxid/Titandioxid, RutheniumdJoxid/Zirmdioxid und Rutheniumdioxid/Zinndioxid/Titandioxid.

Derartige Überzüge und Verfahren zur Anwendung derselben sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Die Kathode kann metallisch sein und die Eigenschaften des Metalls hängen ebenfalls von den Eigenschaften des Elektrolyten ab, weicher in der eiektrolytischen Zelle der Elektrolyse unterzogen werden soll. Wenn eine wäßrige Lösung eines Alkafimetallchiorids der Elektrolyse unterzogen wird, kann die Kathode zum Beispiel aus Stahl, Kupfer, Nickel oder aus mit Kupfer oder Nickel überzogenem Stahl hergestellt sein.

Die Kathode weist wenigstens einen zentralen Kathodenteil auf und wenn sie Aussparungen enthält, welche in der Zelle einen Teil eines BshäSters baden, von welchem Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden kann, beziehungsweise von welchem Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden können, und zu denen die Erzeugnisse der Elektroäyse geführt werden können, welche aus den Anodenkammern beziehungsweise aus den Kathodenkammern der Zelle entfernt werden selten,, dann können die Aussparungen paarweise in der Nähe der gegenüberliegenden Kanten der Kathoden angeordnet ssin, zum Beispiel auf jeder Seite eines zentralen Kathodenteils.

Wenn die Kathode Aussparungen enthält, welche in der elektrolytischen Zelle zusammengenommen einen Teil eines Ausgleichsbehälters oder Behälters bilden, können die Aussparungen in gleicherweise in der Nähe der Kanten der Kathode und neben dem zentralen Kathodenteil angeordnet werden.

Der Kathodenteil kann durchlöchert sein, zum Beispiel kann er eine Vielzahl langgestreckter Elemente enthalten, welche ' vorzugsweise vertikal angeordnet sind, zum Beispiel in Form von Jalousien oder Streifen, oder er kann eine durchlöcherte Oberfläche in Form eines Netzes, eines Streckmetalls oder einer perforierten Oberfläche aufweisen. Der Kathodenteil kann ein Paar durchlöcherte Oberflächen aufweisen, welche im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Der Kathodenteil kann einen Überzug tragen, der aus einem Material besteht, welches die Wasserstoffüberspahnung an der' Kathode verringert, wenn die elektrolytische Zelle zur Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösung verwendet wird.

Derartige Überzüge sind im Stand derTechnik bekannt. Bei einer monopolen Zelle ist jede der Anoden und Kathoden mit Mitteln zum Anschließen einer Energiequelle versehen. Sie können zum Beispiel mit Fortsätzen versehen sein, welche zum Anschließen geeigneter Sammelschienen geeignet sind. Bei einer bipolaren Zelle sind die Anschlußanoden und die Anschlußkathoden mit

Mittel zum Anschluß an eine Energiequelle versehen. *

Es ist zweckmäßig, daß sowohl die Anode als auch die Kathode flexibel sind und vorzugsweise daß sie elastisch sind, da die Flexibilität und die Elastizität dazu beitragen lecksichere Dichtungen zu ermöglichen, wenn die Anoden und die Kathoden in einer elektrolytischen Zelle angeordnet werden sollen.

Die Dicke der Anoden und Kathoden bewegt sich in geeigneter Weise im Bereich von 0,5 bis 3 mm.

Wenn Anoden und Kathoden Aussparungen enthalten, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil der Behälter bilden, von denen und zu denen Flüssigkeiten und Erzeugnisse der Elektrolyse zu- beziehungsweise abgeführt werden, ist es erforderlich sicherzustellen, daß die Behälter, weiche mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, elektrisch von den Behältern isoliert sind, welche mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung stehen. Diese elektrische Isolierung kann mit Hilfe von" rahmenförmigen Elementen aus einem elektrisch isolierenden Material erreicht werden, welche in die Aussparungen in den Anoden und Kathoden eingeführt werden, die einen Teil der Behälter bilden. Die rahmenartigen Elemente können einen Teil der Dichtungsmanschetten bilden, das heißt, einen aufrechtstehenden rahmenähnlichen Teil auf der Oberfläche der Dichtungsmanschette.

Ausführungsbeispiele

Im nachfolgenden sollen spezielle Ausführungsvarianten der elektrolytischen Zelle unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: einen Aufriß einer Anode Fig. 2: einen Aufriß einer Kathode Fig.3: einen Aufriß einer Dichtungsmanschette

Fig.4: eine isometrische Explosionsdarstellung eines Teils einer elektrolytischen Zelle, welche Anoden, Kathoden und Dichtungsmanschetten der Figuren 1 bis 3 einschließt.

Es wird nun auf die Figur 1 Bezug genommen. Die Anode enthält eine Platte 1, welche eine zentrale Öffnung 2 aufweist, welche durch eine Vielzahl vertikal angeordneter Streifen 3 überbrückt wird, welche die aktive Oberfläche der Anode bilden. Diese ,Streifen gehen von der Platte 1 aus und liegen in einer Ebene parallel zu denjenigen der Platte 1. Es ist auf jeder Seite der Platte 1 eine Gruppe von Streifen angeordnet. Die Platte 1 weist vier Aussparungen 4,5,6,7 auf, weichein der Zelle einen Teil von sich in Längsrichtung der Zelle erstreckenden Behältern bilden, für die Zuführung von Elektrolyt zu den Anodenkammern, beziehungsweise zum Abführen von Erzeugnissen der Elektrolyse, die aus den Anodenkammern entfernt werden sollen oder zum Zuführen von Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern und Abführen von Erzeugnissen der Elektrolyse, die aus den Kathodenkammern entfernt werden sollen. Die Anodenplatte weist darüber hinaus zwei weitere Aussparungen 8,9 auf, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von sich in Längsrichtung der Zelle erstreckenden Kammern bilden und welche als Ausgleichsbehälter dienen. Die Aussparung 8 steht über einen Durchlaß 10 in der Wand der Anodenplatte 1 mit der zentralen Öffnung 2 in Verbindung und somit mit den Anodenkammern der Zelle. Die Aussparung 9 ist nicht mit einem gleichartigen Durchlaß verbunden und steht deshalb nicht mit der zentralen Öffnung 2 in Verbindung und infolgedessen auch nicht mit den Anodenkammern der Zelle. Die Anodenplatte 1 ist außerdem mit einem Durchlaß 11 verbunden, welcher die Aussparung 4 mit der zentralen Öffnung 2 verbindet und mit einem Durchlaß 12, welcher die zentrale Öffnung 2 mit der Aussparung 5 verbindet. Die Anodenplatte 1 ist darüber hinaus mit einem Fortsatz 13 versehen, welcher mit einem Leiter 14 zur Verbindung mit einer Sammelschiene verbunden ist.

Es wird nun auf die Figur 2 Bezug genommen. Die Kathode weist eine Platte 20 auf, welche eine zentrale Öffnung 21 besitzt, welche durch eine Vielzahl vertikal angeordneter Streifen 22 überbrückt wird, welche die aktive Oberfläche der Kathoden bilden. Diese Streifen 22 gehen von der Platte 20 aus und liegen in einer Ebene parallel zu derjenigen der Platte 20. Es ist auf jeder Seite der Platte 20 eine Gruppe von Streifen 22 vorgesehen. Die Platte 20 weist vier Aussparungen 23,24,25,26 auf, welche in der Zelle einen Teil von getrennten sich in Längsrichtung der Zelle erstreckenden Behältern bilden, zum Zuführen von Flüssigkeiten zu den Kathodenzellen, beziehungsweise zum Aufnehmen von Erzeugnissen der Elektrolyse, welche aus den Kathodenkammern entfernt werden sollen, sowie zum Zuführen von Elektrolyten zu den Anodenkammern und zum Aufnehmen von Erzeugnissen der Elektrolyse, die aus den Anodenkammern entfernt werden sollen. Die Platte 20 weist darüber hinaus zwei weitere Aussparungen 27, 28 auf, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil eines sich in der Längsrichtung der Zelle erstreckenden Behälters bilden, welcher als Ausgleichsbehälter dient. Die Aussparung 28 steht über einen Durchlaß 29 in der Wand der Kathodenplatte 20 mit der zentralen Öffnung 21 in Verbindung und dadurch mit den Kathodenkammern der Zelle. Die Aussparung 27 ist nicht mit einem gleichartigen Durchlaß verbunden und steht deshalb nicht mit der zentralen Öffnung 21 und mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung. Die Kathodenplatte ist außerdem mit einem Durchlaß 30 versehen, welcher die Aussparung 23 mit derzentralen Öffnung 21 verbindet, sowie mit einem Durchlaß31, welcherdiezentrale Öffnung 21 mitder Aussparung 24 verbindet. Die Kathodenplatte 20 ist darüber hinaus mit einem Fortsatz 32 versehen, welcher mit einem Leiter 33 verbunden ist, der zum Anschluß an eine Sammelschiene dient

Eswirdrsunauf die Figur 3 Bezug genommen. Die Dichtungsmanschette 40 aus elektrisch isolierendem elastomerem Material

weist eine zentrale Aussparung 41 auf, welche der zentralen Öffnung 2 in der Anodenplatte entspricht und Aussparungen 42,43, 44,45,46,47, welche den Aussparungen 4,5,6,7,8,9 in der Anodenplatte 1 entsprechen. Sie haben jedoch geringfügig kleinere Abmessungen als die zuletzt genannten Aussparungen in der Anodenplatte 1. Die Aussparungen 42, 43, 44, 45,46, 47 in der Dichtungsmanschette weisen hervorstehende periphere Lippen (nicht dargestellt) auf, welche in der zusammengesetzten Zelle je nach dem in die Aussparungen 4, 5, 6, 7, 8, 9 in der Anodenplatte 1 oder in die Aussparungen 24, 25, 26, 27, 28 in der Kathodenplatte 20 fest hineingedrückt werden und dadurch eine Oberfläche aus einem elektrisch isolierendem Material in den genannten Aussparungen in der Anodenplatte 1 oder der Kathodenplatte 20 schaffen.

Es wird nun auf die Figur 4 Bezug genommen. Hier ist ein Teil einer elektrolytischen Zelle dargestellt, welcher zwei Kathoden 51, 52 aufweist, von denen jede ein Paar Dichtungsmanschetten 53,54 und 55,56 aus einem elastomeren Material besitzt, welche auf jeder Seite derselben angeordnet sind. Der Teil der Zelle, welcher dargestellt ist, enthält außerdem zwei Anoden 57,58, von denen jede ein Paar Dichtungsmanschetten 59,60 und 61,62 aus einem elastomeren Material aufweist, welche auf jeder Seite derselben angeordnet sind. Darüber hinaus sind drei lonenaustauschmembranen 63,64,65 dargestellt, wobei jeweils eine Membran zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode angeordnet ist. Die Begrenzung einer Anodenkammer wird durch die lonenaustauschmembranen 63 und 64 gebildet und die Begrenzung einer Kathodenkammer wird durch die Membranen 64 und 65 definiert. Die elektrolytische Zelle ist außerdem mit Endplatten (nicht dargestellt) versehen, und mit Mitteln (nicht dargestellt) zum Zuführen von Flüssigkeiten zu den Behältern und zum Entfernen von Erzeugnissen der Elektrolyse aus den Behältern.

Der Betriebs der elektrolytischen Zelle wird unter Bezugnahme auf die Anoden und Kathoden beschrieben, welche in den Figuren 1 beziehungsweise 2 dargestellt sind.

Es wird auf die Figur 1 Bezug genommen. Elektrolyt, zum Beispiel wäßrige. Alkalimetallchlorid-Lösung, wird zu dem Behälter zugeführt, von dem die Aussparung 4 in der Anodenplatte einen Teil bildet und der Elektrolyt fließt durch den Durchlaß 11 in die Anodenkammer der Zelle, von welcher die Aussparung 2 in der Anodenplatte 1 einen Teil bildet. Die gasförmigen und flüssigen Erzeugnisse der Elektrolyse fließen durch den Durchlaß 12 aus der Anodenkammer 1 heraus und in den Behälter, von welchem die Aussparung 5 einen Teil bildet und danach aus der Zelle heraus.

Es wird nun auf die Figur 2 Bezug genommen. Eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser oder mit Wasser verdünnte Alkalimetall-Hydroxid-Lösung, wird zu dem Behälter zugeführt, von dem die Aussparung 23 in der Kathodenplatte 20 einen Teil bildet und die Flüssigkeit läuft durch den Durchlaß 29 in die Kathodenkammer der Zelle, von welcher die Aussparung 21 in der Kathodenplatte 20 einen Teil bildet. Die gasförmigen und flüssigen Erzeugnisse der Elektrolyse fließen durch den Durchlaß 30 aus der Kathodenzelle heraus und in den Behälter, von welchem die Öffnung 24 einen Teil bildet und danach aus der Zelle heraus. Während des Betriebes der elektrolytischen Zelle steht der Ausgleichsbehälter, von welchem die Aussparung 8 in der Anodenplatte 1 einen Teil bildet, mit jeder der Anodenkammern der Zelle durch die Durchlässe 10 in jeder Anodenplatte 1 in Verbindung und ermöglicht dadurch den Fluß des Elektrolyten zwichen den Anodenkammern und stellt sicher, daß eine gleichmäßige Verteilung von Elektrolyten und ein konstanter Druck in jeder der Anodenkammern der Zelle vorhanden ist. Der Ausgleichsbehälter, von welchem die Aussparung 28 in der Kathodenplatte 20 einen Teil bildet, steht mit jeder der Kathodenkammern der Zelledurch die Durchlässe 29 in jeder Kathodenplatte 20 in Verbindung und ermöglicht dadurch den Fluß der Flüssigkeit zwischen den Kathodenkammern und stellt sicher, daß eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit und ein konstanter Druck in jeder der Kathodenkammern der Zelle vorhanden ist.

Claims

1. Elektrolytische Zelle vom Filterpressentyp, welche eine Vielzahl von plattenähnlichen Anoden, Kathoden und Dichtungsmanschetten aus einem elektrisch isolierenden Material enthält, sowie eine lonenaustauschmembran, welche zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode angeordnet ist, um in der Zelle eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern zu bilden, gekennzeichnet dadurch, daß in der elektrolytischen Zelle zumindest die Dichtungsmanschetten jede eine Vielzahl von Aussparungen aufweisen, welche in der elektrolytischen Zelle Kammern in der Längsrichtung der Zelle bilden, die als Behälter dienen, aus denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden kann und aus denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden können und zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, welche aus den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle entfernt werden sollen, wobei die Zelle mit Mitteln zur Verbindung zwischen den genannten Behältern und den Anodenkammern und den Kathodenkammern versehen ist, derart, daß zumindest die Dichtungsmanschetten jede eine Aussparung aufweisen, welche zusammengenommen eine Kammer in der Längsrichtung der Zelle bilden, welche entweder nur mit den Anodenkammern der Zelle oder nur mit den Kathodenkammern der Zeile in Verbindung steht und welche als Ausgleichsbehälter dient.

2. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anoden und die Kathoden in Aussparungen in rahmenähnlichen Dichtungsmanschetten angeordnet sind und die Behälter, aus denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden kann und aus denen Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden können und zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, die aus den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle entfernt werden sollen, durch Aussparungen gebildet werden, die in jeder der Dichtungsmanschetten vorgesehen sind und die zusammengenommen die Behälter in der elektroiytischen Zelle bilden.

3. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Mittel zur Verbindung zwischen den Behältern und den Anodenkammern beziehungsweise Kathodenkammern durch Kanäle in der Ebene der Dichtungsmanschetten gebildet sind.

4. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathoden eine Dichtungsmanschette angeordnet ist, und daß die Behälter, von denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden soll und von denen Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden soll und zu denen die Erzeugnisse der Elektrolyse geführt werden können, die aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle entfernt werden sollen, durch Aussparungen in jeder der Dichtungsmanschetten der Anoden und der Kathoden gebildet werden, welche zusammengenommen die Behälter in der elektrolytischen Zelle bilden.

5. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Mittel zur Verbindung zwischen den Behältern und den Anodenkammern beziehungsweise Kathodenkammern durch Kanäle in der Ebene der Dichtungsmanschetten, oder der Anoden oder Kathoden gebildet sind.

6. Elektrolytische Zelle, nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtungsmanschetten jede vier Aussparungen aufweisen, welche zusammengenommen Behälter in der elektrolytischen Zelle bilden.

7. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtungsmanschetten oder die Anoden oder die Kathoden jede vier Aussparungen aufweisen, welche zusammengenommen vier Behälter in der elektrolytischen Zelle bilden.

8. Elektrolytische Zelle, nach jedem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine monopolare Zelle ist.

9. Elektrolytische Zelle, nach jedem der Ansprüche 1 bis 3,6 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß jede der Dichtungsmanschetten zwei Aussparungen aufweist, welche zwei Kammern in der Längsrichtung der Zelle bilden und die als Ausgleichsbehälter dienen, wobei eine der in Längsrichtung angeordneten Kammern nur mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung

steht und die andere der in Längsrichtung angeordneten Kammern nur mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung steht und die andere der in Längsrichtung angeordneten Kammern nur mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung steht.

10. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindung durch einen Kanal in der Ebene der Dichtungsmanschetten gebildet ist.

11. Elektrolytische Zelle, nach jedem der Ansprüche 1,4, 5 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß jede Dichtungsmanschette, Anode und Kathode zumindest eine Aussparung aufweist, welche zusammengenommen eine Kammer in der Läng richtung der Zelle bilden, welche mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung steht, oder welche mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung steht und welche als Ausgleichsbehälter dient.

12. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, daß jede Dichtungsmanschette, Anode und Kathode zwei Aussparungen aufweist, welche zwei Kammern in der Längsrichtung der Zelle bilden, und welche als Ausgleichsbehälter dienen, wobei eine der in Längsrichtung der Zelle angeordneten Kammer nur mit den Anodenkammern in Verbindung steht und die andere in der Längsrichtung der Zelle angeordnete Kammer nur mit den Kathodenkammern in Verbindung steht.

13. Elektrolytische Zelle, nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß die

. Verbindung durch einen Kanal in der Ebene der Dichtungsmanschetten oder der Anoden oder der Kathoden gebildet ist.

14. Elektrolytische Zelle, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgleichsbehälter unterhalb des Niveaus angeordnet ist bis zu welchem vorgesehen ist, daß die Flüssigkeit in der Anodenkammer oder in der Kathodenkammer reicht, wenn die ZeIIe in Betrieb ist.

15. Elektrolytische Zelle, nach jedem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtungsmanschetten aus einem elastischen organischen Polymer hergestellt sind.

16. Elektrolytische Zelle, nach jeden der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß die lonenaustauschmembran eine Kationenaustauschmembran ist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrolytische Zelle und insbesondere auf eine elektrolytische Zelle vom Filierpressentyp.