CH642113A5 - Elektrolytische zelle mit einer anzahl anoden und kathoden. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Zelle gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Auf Tetrafluoräthylen-Polymere basierende poröse Scheidewände sind insbesondere für die Verwendung in Zellen für Alkalimetallchlorid-Lösungen geeignet. Unglücklicherweise treten aber bei der Verwendung solcher Scheidewände in alkalischen Zellen Schwierigkeiten auf. So ist beispielsweise eine generelle Begrenzung der Anmeldungen der Scheidewandfolien bei der Herstellung gegeben. Die Breite der Scheidewandfolie wird notwendigerweise durch die Grösse der bei der Herstellung der Folie verwendeten Rollen bestimmt. Die Kosten für die Erhöhung der Grösse der Produktionsausrüstungen nehmen exponential zum Ergebnis zu, so dass sich eine optimale Grösse der Rollen ergibt und die daraus resultierende Folie ist ledigleich von dem kommerziellen Faktor abhängig. Ausserdem ist es schwierig, rechteckige Scheidewandfolien und auch Selektivionen durchlassende Membrane an den kompliziert geformten Kathoden von modernen elektrolytischen Zellen zu befestigen, weil die Kathoden eine Vielzahl von Nuten und Vorsprüngen aufweisen. Die vorgenannten Schwierigkeiten haften insbesondere an Scheidewänden und Membranen an, die aus einem nicht in der Schmelze verarbeitbaren Material hergestellt sind, beispielsweise auf Fluorpolymeren basierenden Scheidewände oder Membranen. Der Hauptgrund hierfür ist, dass es extrem schwierig ist, dünne Folien aus solchen Materialien miteinander zu verbinden, um eine Scheidewand oder Membrane der gewünschten komplizierten Form und Grösse herzustellen.

In der britischen Patentanmeldung Nr. 28 804/74 ist ein Verfahren zum Herstellen einer porösen Scheidewand zur Verwendung in einer elektrolytischen Zelle aus einer Vielzahl von mit Polytetrafluoräthylen gefüllten Folien beschrieben. Dieses Verfahren umfasst das Einschmelzen eines in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltendes Polymers in die Folien bei oder nahe gegenüberliegenden Kanten der Folien bei einer Temperatur, bei der das Füllmittel in den Folien praktisch nicht zersetzt wird, das Erstarren des in der Schmelze verarbeitbaren Polymers um eine Verbindung der Folien zu erhalten und anschliessendes Entfernen des Füllmittels aus den verbundenen Folien um die poröse Scheidewand zu erhalten.

Mit dem Ausdruck «gefüllte Polytetrafluoräthylen-Folie» ist eine Polytetrafluoräthylen-Folie zu verstehen, die ein entfernbares teilchenfömiges festes Zusatzmittel, z.B. Stärke, enthält. Nachdem das Zusatzmittel aus der Folie entfernt ist, ist die Folie porös. Die so entstandene poröse Folie kann dann als Scheidewand in einer elektrolytischen Zelle verwendet werden.

Unter einem in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltenden Polymer ist ein Fluor enthaltendes Polymer zu verstehen, das unter Einwirkung von Wärme geschmolzen werden kann und danach in seine Originalform zurückkehrt, wenn es nicht mehr der Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist, und seine ursprünglichen Eigenschaften behält.

In der britischen Patentanmeldung Nr. 15 279/77 ist eine elektrolytische Zelle mit einer Scheidewand zum Herstellen von Halogen, Wasserstoff und einer Alkalimetallhydroxid-Lösung aus der Elektrolyse von einer wässrigen Alkalimetall-

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halogenid-Lösung beschrieben, welche Zelle eine Anzahl von vertikal auf einer Basisplatte der Zelle angeordneten Anoden, einen Kathodenbehälter mit je einer zwischen benachbarten Anoden angeordneten Kathode und eine hydraulisch durchlässige Scheidewand zwischen benachbarten Anoden und Kathoden umfasst. Die Scheidewand enthält eine oder mehrere Folien aus einem porösen, nicht in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltenden Polymer, welche Folien mittels Streifen aus einem in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltenden Polymer, das die Folien bei oder nahe gegenüberliegenden Kanten der Folien zusammenhält, zu einem endlosen Band geformt sind. Die Randbereiche der Scheidewand sind mit oberen und unteren geschlitzten Trägern aus einem in der Schmelze verformbaren, Fluor enthaltenden Polymer mittels Streifen aus einem in der Schmelze verarbeitbaren, Fluor enthaltenden, im Bereich der Schlitze verbunden. Die Träger sind in der Zelle so angeordnet, dass die Schlitze in dem oberen und dem unteren Träger sich vertikal übereinander befinden, wobei sich die Anoden durch die Schlitze in dem unteren Träger hindurcherstrecken und in deren durch die endlosen bandförmigen Scheidewände definierten Räume hineinragen.

In der britischen Patentanmeldung Nr. 15 280/77 ist eine Scheidewand aufweisende elektrolytische Zelle für die Herstellung von Halogen, Wasserstoff und einer Alkalimetallha-logenid-Lösung beschrieben. Diese Zelle umfasst eine Anzahl von vertikal an einer Seite der Zelle angeordnete Anoden, einen auf der gegenüberliegenden Seite der Zelle angeordneten Kathodenbehälter mit sich zwischen benachbarten Anoden erstreckenden Kathoden und einer hydraulisch durchlässigen Scheidewand zwischen jeder benachbarten Anode und Kathode. Die Scheidewand umfasst ein Folie aus porösem nicht in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltendem Polymer, welche Folie mit oberen und unteren geschlitzten Trägern aus einem in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltendem Polymer längs den oberen und unteren Kanten der Scheidewand verbunden ist. Die Träger sind in der Zelle so angeordnet, dass sich die Schlitze vertikal übereinander befinden und die Anoden erstrecken sich in den Raum, der durch den oberen und den unteren Träger und durch die Scheidewand bestimmt ist.

Die in der britischen Patentanmeldung Nr. 15 280/77 beschriebene Scheidewand kann die Form einer einzelnen Folie aus nicht in der Schmelze verarbeitbarem Fluor enthaltendem Polymer aufweisen. Scheidewände für kommerzielle Zellen umfassen jedoch eine Mehrzahl von Folien aus nicht in der Schmelze verarbeitbarem Fluor enthaltendem Polymer, welche Folien durch einen oder mehrere Streifen aus einem in der Schmelze verarbeitbarem Fluor enthaltendem Polymer in den Bereichen der Kanten miteinander verbunden sind. Die Verbindung benachbarter Folien mittels der vorgenannten Streifen kann unter Benützung der üblichen Kunststoffherstellungstechnik, wie Heisspressen, durchgeführt werden.

Die Verbindung der oberen und unteren geschlitzten Träger mit den Streifen aus in der Schmelze verarbeitbarem Fluor enthaltendem Polymer, das in die Scheidewand bei oder nahe der oberen und unteren Kanten eingeschmolzen ist, kann mit Hilfe von in der Kunststoffherstellung üblichen Massnahmen, wie Heisspressen, oder die Verwendung von einem geeigneten Bindemittel (z.B. ein Fluor enthaltendes Polymer mit niedrigem Schmelzpunkt) durchgeführt werden. Die so hergestellte Verbindung zwischen der Scheidewand und den Trägern ist im allgemeinen zufriedenstellend, sie weist aber den Nachteil einer relativ geringen Festigkeit auf. Die vorangehend beschriebene Verbindung kann weiter nicht widerstandsfähig sein oder sogar während der Verarbeitung, beispielsweise während dem Zusammenfügen der Scheidewand und den zugehörigen Trägern in der Zelle, brechen. Dies gibt Anlass zu Fehlerstellen in der Abdichtung zwischen den Scheidewänden und den Trägern. Wenn solche Fehlerstellen vorhanden sind, können diese zu undichten Stellen zwischen der Anoden- und der Kathodenkammer der Zelle führen.

Ein weiterer Nachteil der vorgenannten Verbindungen ist, dass sich während der Herstellung entlang der Verbindung verlaufende Falten bilden können und dass diese Falten einen negativen Einfluss auf die Funktionstüchtigkeit der Scheidewand ausüben können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zelle der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Aufhängung der Scheidewand zu schaffen, wobei die oben genannten Nachteile beseitigt oder aber geschwächt werden.

Die erfindungsgemässe elektrolytische Zelle ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Die Klemmvorrichtung oder die Klemmvorrichtungen, die zum Anpressen der Scheidewand an die Träger benützt werden, können verschiedene Formen aufweisen. Sie umfassen aber im wesentlichen ein inneres Klemmglied in der Form eines flexiblen Streifens, üblicherweise ein Band, von einer solchen Grösse, dass es in einen Schlitz des Trägers eingesetzt werden kann und einen Zwischenraum zur Aufnahme des Randbereiches der Scheidewand oder Membrane zwischen dem Band und den Lippen freilässt. Wenn in einer bevorzugten Ausführung die Scheidewand ein endloses Band ist, so ist das Klemmglied ein Band, das vorzugsweise einen Gleitsitz mit dem inneren Klemmglied bildet.

Zum Zusammenbau der Träger/Scheidewandstruktur oder der Träger/Membranstruktur in der Zelle wird ein äusseres Klemmglied um die die Schlitze des Trägers umgebenden Lippen gelegt. Der Randbereich der Scheidewand oder Membrane wird auf die Innenseite der Lippen des Trägers angeordnet. Die Klemmvorrichtung wird dann durch ein inneres Klemmglied vervollständigt, welches den Randbereich der Scheidewand und die vorstehenden Lippen zwischen dem inneren und äusseren Klemmglied gefangenhält.

Das äussere Klemmglied kann beispielsweise ein Draht oder Stab sein, der die Lippen des Trägers umgibt und durch Verdrillen nach dem Einfügen des inneren Klemmgliedes eine Abdichtwirkung çrzeugt, wobei die Lippe nach innen gegen das innere Klemmglied gedrückt und die Lippe sowie die Randbereiche der Scheidewand oder Membrane zwischen dem äusseren und dem inneren Klemmglied zusam-mengepresst werden. Falls gewünscht, können noch Klemmorgane, d.h. federnde Klammern, mit im wesentlichen U-för-migem Querschnitt zum Vervollständigen der Klemmvorrichtung aufgesetzt werden. Diese Klammern sind so aufgesetzt, dass die innere Klemmwand, die Randbereiche der Scheidewand oder Membrane und der äussere Draht oder Stab sich zwischen den Schenkeln der Klammern befinden. Anstelle der federnden Klammern können auch nicht federnde Klammern verwendet werden, die nach dem Aufsetzen auf die oben erwähnte Anordnung zusammengestaucht werden, um die Anordnung in der richtigen Lage zu halten.

Eine weitere alternative Form des äusseren Klemmgliedes ist ein Streifen, üblicherweise ein Band, von einer solchen Grösse, dass es satt um die Lippen des Trägers anliegt. Dieser Streifen oder dieses Band wird um die Lippe angelegt, und nach dem Einfügen des inneren Klemmgliedes werden die beiden Klemmglieder gegeneinander gepresst, um die Lippen des Trägers und die Randbereiche der Scheidewand oder Membrane festzuhalten. Eine Ausführungsform einer solchen Klemmvorrichtung umfasst ein inneres und ein äusseres Band, die gegeneinander gepresst werden können und/

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oder in der entsprechenden Stellung durch federnde Klammer mit U-förmigem Querschnitt gegeneinander gepresst werden, um die vorgenannten Lippen und Randbereiche der Scheidewand oder Membrane zu halten. Anstelle von federnden Klammern können auch U-förmige Klammern verwendet werden, die über die oben beschriebene Anordnung gepresst werden.

Bei den vorgenannten Klemmvorrichtungen werden das innere und das äussere Klemmglied wie beschrieben zusammengedrängt und/oder in Stellung gehalten durch einzelne federnde Klammern oder aufgepresste Klammern. Es sei ausdrücklich erwähnt, dass anstelle einer Anzahl von einzelnen Klammern auch nur eine einzige Klammervorrichtung verwendet werden kann, die die gleiche Wirkung ausübt wie die einzelnen Klammern. Es ist beispielsweise möglich, einen federnden Draht in eine Wellenform, z.B. in Rechteckwellenform, zu biegen und so über das innere und das äussere Klemmglied aufzusetzen, das abwechslungsweise ein Teilstück des Drahtes an gegenüberliegenden Seiten der Klemmfedern anliegen und diese zusammenpressen. Eine Klammervorrichtung dieser Art ist in den Fig. 9 und 10 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

Als Alternative zu einer Klemmvorrichtung, die ein inneres und ein äusseres Glied sowie federnde Klammern oder aufgepresste Klammern aufweist, kann auch eine Klemmvorrichtung vorgesehen werden, bei welcher das innere und äussere bandförmige Klemmglied und die Klammern als integrale Einheit ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Klemmvorrichtung ein kanalförmiges Element mit im wesentlichen U-förmigem oder halbrundem Querschnitt umfassen, das ist eine U-Form bei welcher die Schenkel des «U» nach innen zeigen. Wenn gewünscht wird, können Teile des Materials, welche das Querstück des «U» bilden, weggeschnitten sein, so dass die Klemmvorrichtung als ein inneres und äusseres Band erscheint, die in gleichmässigen Abständen miteinander überbrückt sind.

Wenn eine solche kanalförmige Klemmvorrichtung anstelle einer solchen mit separaten Bändern und externen Klammern verwendet wird, ist die Anordnung der Lippe des Trägers und die Ränder der Scheidewand zwischen dem inneren und dem äusseren Band der Klemmvorrichtung angeordnet, und die überbrückenden Teile der Klemmvorrichtung bewirken, dass die obengenarinte Anordnung zusammengepresst wird.

Bei jeder der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Klemmvorrichtungen kann ein Streifen oder eine Paste aus einem elastomeren Material, das gegenüber der Zellenflüssigkeit widerstandsfähig ist, zwischen den Rändern der Scheidewand und den Lippen des Trägers eingebracht werden. Das elastomere Material dient zum Reduzieren der Verletzungsmöglichkeit des Trägers und/oder der Scheidewand oder Membrane während dem Aufsetzen der Klammervorrichtung und zum Unterstützen der Abdichtwirkung zwischen dem Träger und der Scheidewand. Vorzugsweise kann auch ein derartiger Streifen oder Paste zwischen die Innenflächen der Klemmglieder und den Lippen und der Scheidewand eingebracht werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Randbereiche der Scheidewand über die Lippen des Trägers hinausragen und über die Lippen nach aussen abgebogen sind, so dass der abgebogene Rand der Scheidewand sich zwischen der Lippe und dem äusseren Klemmglied befindet. Alternativ dazu kann der Rand der Lippe des Trägers über den Rand der Scheidewand gebördelt sein, so dass der umgebördelte Rand der Lippe an dem äusseren Klemmglied anliegt.

Die Klemmglieder können aus irgendeinem Material, das gegenüber der Flüssigkeit in der Zelle widerstandsfähig ist, hergestellt sein, beispielsweise aus einem polymeren Material oder einem Metall wie Stahl, das mit einem polymeren Material überzogen ist. Vorzugsweise werden die Klemmglieder aus einem der filmbildenden Metalle wie Titan, Zirkon,

Niob, Tantal und Wolfram, oder einer filmbildenden Metalllegierung hergestellt, welche Legierung auf einem oder mehreren der genannten, filmbildenden Metallen basiert und eine anodische Polarisationseigenschaft, ähnlich derjenigen der reinen filmbildenden Metalle besitzt. Wenn die Klemmglieder aus einem filmbildenden Metall hergestellt sind, kann es wünschenswert sein, diese Gegenreaktionsprodukte in der Zelle zu schützen, indem sie mit einem Überzug mit einem oder mehreren Metallen der Platingruppe zu versehen, zum Beispiel Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium und Palladium. Die bevorzugten Materialien für Klemmglieder sind Titan und platiniertes Titan.

Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen elektrolytischen Zelle entlang den Linien B-B in den Fig. 2,3 oder 4, wobei der besseren Übersicht wegen keine Klemmvorrichtungen dargestellt sind, Fig. 2,3 und 4 Querschnitte durch die Zelle entlang der Linie A-A der Fig. 1 von drei verschiedenen Ausführungsformen,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie C-C der Fig. 1 in einem grösseren Massstab gezeichnet,

Fig. 6 die perspektivische Darstellung eines Teils der Klemmvorrichtung, die in der Fig. 5 im Schnitt dargestellt ist,

Fig. 7 und 8 die perspektivische Darstellung eines Teiles einer zweiten Ausführungsform der Klemmvorrichtung und einen Schnitt durch dieselbe.

Fig. 9 und 10 die perspektivische Darstellung eines Teiles einer dritten Ausführungsform der Klemmvorrichtung und einen Schnitt durch dieselbe,

Fig. 11 und 12 die perspektivische Darstellung eines Teiles einer vierten Ausführungsform der Klemmvorrichtung und einen Schnitt durch dieselbe und

Fig. 13 und 14 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Klemmvorrichtung und eine Draufsicht auf diese Klemmvorrichtung.

Gemäss den Fig. 1 und 2 besitzt die elektrolytische Zelle eine Basisplatte 1 aus Flussstahl, welche Platte mit einer Schicht 2 aus Titan versehen ist. Von der Grundplatte 1 aus erstrecken sich vertikal angeordnete Anoden 3 aus Titan, welche Anoden elektrisch und mechanisch mit der Schicht 2 verbunden sind. Die Grundplatte 1 besitzt einen vorstehenden Teil 4, welcher als positiver Anschluss der Zelle dient. Die Zelle besitzt weiter eine Anordnung von aus Flussstahl bestehenden Kathoden 5, die so angeordnet sind, dass sich je eine Anode 3 zwischen zwei benachbarten Kathoden 5 befindet. Eine poröse hydraulisch durchlässige Scheidewand 6 ist um jede der Anoden 3 herum und zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode 5 angeordnet. Anstelle der Scheidewand 6 kann eine Selektivionen durchlässige Membrane verwendet werden. Unterhalb der Anordnung der Kathoden 5 ist ein Scheidewandträger 7 angeordnet, der Schlitze 8 und nach unten gerichtete Lippen 9, die die Schlitze umgeben, aufweist. Über der Anordnung der Kathoden 5 ist ein Scheidewandträger 10 angeordnet, der ebenfalls Schlitze 11 und nach oben gerichtete Lippen 12, welche die Schlitze umgeben, aufweist. Die Träger 7 und 10 sind aus einem fluorierten Äthylen/Propylen-Copolymer hergestellt. Die Seitenwände der Zellen werden durch ein Gehäuse 13 gebildet, das auch einen negativen Anschluss 14, Flanschen 15,16, einen Ausgang 17 zur Entnahme des Wasserstoffes aus der Zelle und einen weiteren Ausgang 18 zur Entnahme der Alkalime-

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tallhydroxid-Lösung aus der Zelle aufweist. Die Zelle besitzt einen mit Flanschen versehenen Deckel 19 mit einem Eingang 20 zum Eingeben einer wässrigen Alkalimetallhalo-genid in die Zelle und einen Ausgang 21 zum Entfernen des Chlorgases aus der Zelle.

Der Flansch des Deckels 19 ist mit dem oberen Flansch des Gehäuses 13 und der untere Flansch des Gehäuses 13 ist mit der mit der Titanschicht 2 versehenen Grundplatte 1 vernietet. Die Nieten sind nicht dargestellt. Die Randbereiche der Träger 7 und 10 erstrecken sich zwischen den Flanschen und werden dadurch in Stellung gehalten.

Die Klemmvorrichtung, durch welche die Scheidewand 6 oder Membrane mit den Lippen 12 und 9 des oberen und unteren Trägers 10 bzw. 7 dicht verbunden ist, ist nachstehend mit Bezug auf die Fig. 5 beschrieben. Diese Klemmvorrichtung gehört zu der in der Fig. 2 dargestellten Zelle, bei welcher die Scheidewand 6 ein endloses Band und die Träger 7 und 10 mit Schlitzen versehen sind.

Der Randbereich der endlosen Scheidewand 6 ist in dem Schlitz 11 des Trägers 10 angeordnet, wobei der obere Randbereich der Scheidewand 6 in Berührung mit der Lippe 12 des Trägers 10 ist. Die Klemmvorrichtung 22 umfasst ein inneres Band 23 und ein äusseres Band 24, die mittels über die Bänder geschobenen federnden Klammern 25 zusammenge-presst werden, wobei der obere Randbereich der Scheidewand 6 und die Lippe 12 durch die Klammer 25 zusammen-gepresst werden und so einen dichten Abschluss zwischen der Scheidewand und der Lippe gebildet ist.

Falls es wünschenswert ist, kann ein Streifen aus einem ela-stomeren Material zwischen den Randbereich der Scheidewand 6 und der Lippe 12 des Trägers 10 eingesetzt werden, um einen gewissen Grad von Elastizität zu erhalten, wodurch die Beschädigungsmöglichkeit der Lippe und/oder der Scheidewand beim Aufsetzen der Klemmvorrichtung verringert wird. Wenn es gewünscht wird, kann auch zwischen die Lippe 12 und die Innenfläche des äusseren Bandes 4 und/ oder zwischen die Scheidewand und die Aussenfläche des inneren Bandes 3 ein Klebemittel eingetragen werden.

Mit einer gleichen Vorrichtung, wie jene mit der der Randbereich der Scheidewand 6 dicht mit der Lippe 12 des oberen geschlitzten Trägers verbunden wird, wird auch der untere Randbereich der Scheidewand 6 mit der Lippe 9 des unteren Trägers 7 dicht verbunden. Aus der obigen Beschreibung ist klar ersichtlich, welche Weise eine ähnliche Klemmvorrichtung zum Zusammenpressen der Randbereiche der Scheidewand 6 oder Membrane und der Lippe des Trägers 7 und 10 in den Zellen gemäss den Fig. 3 und 4 verwendet werden kann.

In der Fig. 6 ist ein Teil der Klemmvorrichtung nach der Fig. 5 in perspektivischer Darstellung gezeichnet, wobei die Bezugszeichen mit denjenigen in der Fig. 5 übereinstimmen.

Eine zweite Ausführungsform einer Klemmvorrichtung ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt, wobei der Einfachheit wegen der obere Randbereich der Scheidewand 6 und der Träger 10 nur in der Fig. 8 bezeichnet sind. Die Klemmvorrichtung umfasst ein inneres Band 26, einen äusseren Stab 27 und U-förmige Klammern 28. Der an die Lippen 12 des Trägers 10 anliegenden Randbereich der Scheidewand 6 und die Lippen selbst befinden sich zwischen dem inneren Band 26 und dem Stab 27, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist. Der endlose Stab 27 ist wie aus der Fig. 7 ersichtlich, an der Stelle 29 verdrillt, damit er satt an der Lippe 12 anliegt. Die Klammern 28 werden über die so gebildete Anordnung gestülpt und zusammengepresst.

Eine dritte Ausführungsform der Klemmvorrichtung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt und umfasst ein inneres Band 30, ein äusseres Band 31 und ein Klammerorgan 32, das aus einem wellenförmig gebogenen federnden Draht gebildet ist.

Die Wellenform ist rechteckförmig. Die Fig. 9 zeigt ein solches Klemmorgan, das noch nicht auf die Bänder 30 und 31 aufgesetzt ist, und ein solches Klemmprgan, das auf die Bänder 30 und 31 aufgesetzt ist. Es kann ein einziges solches Klemmorgan verwendet werden, das sich über den ganzen Umfang der Bänder 30 und 31 erstreckt. Vorzugsweise werden jedoch, wie in der Fig. 9 dargestellt, zwei solche Klemmorgane verwendet, die lediglich über die geraden Teilstücke der Bänder aufgesetzt werden. Durch die richtige Wahl der Abmessungen der Bänder können die gebogene Stellen der Klemmvorrichtung automatisch unter Druck gehalten werden. Wenn notwendig, kann das äussere Band 31 beispielsweise an der Stelle 33 gestaucht werden, wodurch sich der Pressdruck erhöht.

Eine vierte Ausführungsform der Klemmvorrichtung ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Anstelle von getrennten inneren und äusseren Bändern, die durch getrennte Klammern zusammengepresst werden, sind durch Brücken 36 miteinander verbundene Bänder 34 und 35 vorgesehen. Das innere Band 34 und das äussere Band 35 bilden mit den Brücken 36 ein einziges Stück. Wie die Fig. 12 zeigt, befinden sich der Randbereich der Scheidewand 6 und die Lippen 12 zwischen dem inneren und äusseren Band 34 bzw. 35. Nach dem Aufsetzen dieser Klemmvorrichtung werden die Brücken 36 gestaucht, damit der Randbereich der Scheidewand 6 und die Lippe zwischen den Bändern zusammengepresst werden. Das äussere Band 35 besitzt im gebogenen Teil einen stauchbaren Abschnitt 37, damit auch im gebogenen Teil der Klemmvorrichtung ein genügend hoher Pressdruck vorhanden ist.

Anstelle der beiden Bänder 34 und 35, die in regelmässigen Abständen überbrückt sind, wie dies aus der Fig. 11 ersichtlich ist, kann auch eine weitere Klemmvorrichtung verwendet werden, die anstelle von mehreren Brücken eine einzige durchgehende Brücke aufweist. Der Querschnitt einer solchen Klemmvorrichtung ist U-förmig oder halbkreisförmig. Eine solche Klemmvorrichtung mit einem U-för-migen Querschnitt ist in den Fig. 13 und 14 dargestellt.

Es sei besonders hervorgehoben, dass die mit Bezug auf die Fig. 5 beschriebene Klemmvorrichtung und die mit Bezug auf die Fig. 8,10,12 und 14 beschriebenen Klemmvorrichtungen Klebemittel oder einen Streifen aus elastomerem Material zwischen dem Randbereich der Scheidewand 6 und dem Träger 10 und/oder einen ähnlichen Einsatz zwischen der Klemmwand und dem Träger 10 und der Scheidewand 6 umfassen.

In der bevorzugten Ausführungsform nach der Fig. 2 ist die Scheidewand 6 ein endloses Band, das zwischen zwei benachbarten Kathoden 5 angeordnet ist und einen Raum definiert, in welchen sich eine der Anoden 3 erstreckt, so dass das endlose Band eine Scheidewand zwischen der Anode und jeder benachbarten Kathode bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Randbereiche der Scheidewand 6 an den Lippen 9 bzw. 11 befestigt, welche die Schlitze 8 in den Trägern 7 bzw. 8 umgeben, um einen im wesentlichen dichten Abschluss und eine Anoden-Kammer und eine Kathoden-Kammer zu bilden, wobei der Durchtritt von Flüssigkeit im wesentlichen nur durch die Scheidewand 6 erfolgen kann.

Die endlose bandförmige Scheidewand kann durch Verbinden der Kantenbereiche einer Folie gemäss dem in der britischen Patentanmeldung Nr. 28 804/74 oder dem in der britischen Patentanmeldung Nr. 54 141/77 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In der letztgenannten Patentanmeldung ist ein Verfahren zum Verbinden einer oder mehreren Folien aus einem Polymer, das normalerweise nicht in der Schmelze verarbeitbar ist, beschrieben. Dieses Verfahren umfasst das Kontaktieren eines Streifens aus einem in der Schmelze verarbeitbarem organischen Polymer mit den s

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Seiten der Folie oder Folien im Bereich von gegenüberliegenden Kanten, Vernähen des Streifens mit der Folie oder den Folien mittels einem Faden, Erhitzen des Streifens um den Streifen und/oder den Faden zu verschweissen, damit die beim Nähen entstandenen Löcher abgedichtet werden, und wenn der Streifen vorangehend noch nicht an die Seite der Folie oder der Folien angeschweisst wurde, wird dieses Verschmelzen anschliessend durchgeführt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der elektrolytischen Zelle, in welcher die Anoden im wesentlichen vertikal angeordnet sind und die Scheidewandträger im wesentlichen horizontal verlaufen, ist ein oberer Träger über dem Kathodenbehälter und ein unterer Träger unter dem Kathodenbehälter angeordnet. Die Schlitze in dem oberen Träger sind gegenüber den Schlitzen im unteren Träger vertikal ausgerichtet und bilden zusammen mit den Scheidewänden oder membranen Hohlräume oder Kanäle zwischen benachbarten Kathoden, in welchen die Anoden so angeordnet sind, dass eine Scheidewand zwischen jeder Anode und benachbarten Kathode vorhanden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung der elektrolytischen Zelle, in welcher die Anoden vertikal angeordnet sind, kann die Zelle eine solche sein, die in der oben genannten britischen Patentanmeldung Nr. 15 279/77 beschrieben ist. Diese Zelle kann eine Mehrzahl von vertikal auf einer Basisplatte der Zelle angeordnete Elektroden, einen Kathodenbehälter mit einer Mehrzahl von Kathoden, die so angeordnet sind, dass sich zwischen benachbarten Anoden je eine Kathode befindet, und eine endlose bandförmige Scheidewand aufweisen. Die endlose Scheidewand umgibt jede Anode und ist an Schlitze in den Trägern umgebenden Lippen mit Hilfe einer Klemmvorrichtung oder mehreren Klemmvorrichtungen befestigt, um eine im wesentlichen dichte Verbindung zwischen der Scheidewand und dem Träger zu erhalten.

Alternativ dazu kann eine bevorzugte Ausführungsform eine im wesentlichen in der vorgenannten britischen Patentanmeldung Nr. 15 280/77 beschriebene Zelle sein und eine Mehrzahl von vertikal angeordneten und an einer Seite der Zelle befestigten Anoden, einem an gegenüberliegenden Frontseiten der Zelle montierten Anodenbehälter mit einer Anzahl derart angeordneten Kathoden, dass sich je eine Kathode zwischen benachbarten Anoden befindet, und eine zwischen benachbarten Anoden und Kathoden angeordnete Scheidewand aufweist. Die Scheidewand oder Membrane ist an die Schlitze in den Träger umgebenden Lippen mittels einer Klemmvorrichtung oder mehreren Klemmvorrichtungen befestigt, die einen im wesentlichen dichten Abschluss zwischen der Scheidewand oder Membrane und den Trägern bildet.

Bei der erfindungsgemässen elektrolytischen Zelle ist eine der Scheidewände 6 zwischen je zwei benachbarten Elektroden angeordnet, d.h. zwischen jeder Anode 3 und jeder benachbarten Kathode 5 ist eine der Scheidewände 6 vorhanden. Zusätzlich zu der Scheidewand kann ein gegenüber der Zellenflüssigkeit inertes Distanzsieb vorhanden sein. Wenn es gewünscht wird, kann ein inertes Distanzsieb zwischen der Scheidewand und einer oder beiden Elektroden, zwischen denen die Scheidewand angeordnet ist, eingefügt werden. Wenn ein solches Distanzsieb oder mehrere vorgesehen ist bzw. sind, so kann es oder können sie an den Schei-dewandträgern mittels der gleichen Klemmvorrichtung befestigt sein, wie die Scheidewand an den Trägern befestigt ist. Die Randbereiche des Distanzsiebes können zwischen die Randbereiche der Scheidewand und den die Schlitze in den Trägern umgebenden Lippen eingeklemmt sein, so dass die Klemmvorrichtung drei Bauteile, zusammenhält.

Die poröse hydraulisch durchlässige Scheidewand 6 ist üblicherweise aus einem organischen polymeren Material hergestellt. Geeignete Scheidewände können beispielsweise aus einem nicht in der Schmelze verarbeitbarem Fluor enthaltendem Polymer, z.B. Polytetrafluoräthylen, hergestellt werden. Geeignete Scheidewände, einschliesslich Selektivkationen durchlässige Membranen, können aus Fluor enthaltenden Polymeren hergestellt werden, die gebundene Sulfo-nylgruppen oder mit Ammoniak oder einem Amin behandelte Sulfonylgruppen enthalten. Solche Membranen werden beispielsweise durch die Firma EI DuPont de Nemours Incorporated unter dem Namen «Nafion» vertrieben.

Im Fall der Scheidewände sind der Aufbau und das Verfahren zur Erzielung der Porosität nicht kritisch. Beispielsweise kann eine poröse Scheidewand aus einer Folie aus organischem Polymer, das ein entfernbares Füllmittel enthält, hergestellt werden, indem das Füllmittel zum Erhalten einer porösen Folie entfernt wird.

Eine mit einem Füllmittel versehene Folien kann beispielsweise ausgehend von einer wässrigen Dispersion von Polytetrafluoräthylen und einem Füllmittel gemäss dem in den britischen Patentschriften Nrn. 1 081 046 und 1 424 804 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das Füllmittel kann vor dem Einführen der Folie in die Zelle entfernt werden, beispielsweise durch Behandlung mit einer Säure zum Auflösen des Füllmittels, wenn das Füllmittel Stärke oder Kalziumkarbonat ist. Alternativ dazu kann das Füllmittel aus der Folie an Ort und Stelle der Zelle, wie in der britischen Patentschrift Nr. 1 468 355 beschrieben, entfernt werden. Das Füllmittel kann aus der Folie durch Benützung einer Lösung, z.B. einer Säure, oder auf elektrolytische Weise entfernt werden.

Die Scheidewand kann eine poröse Folie aus polymerem Material sein, die von Tetrafluoräthylen abgeleitete Eigenheiten enthält. Die Folie besitzt eine Mikrostruktur gekennzeichnet durch Knoten, die untereinander durch Fäserchen verbunden sind. Eine solche Folie und ihre Herstellung ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 355 373 und ihre Verwendung als Scheidewand in einer elektrochemischen Zelle ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 503 915 beschrieben.

Die Scheidewand kann auch mittels eines elektrostatischen Spinnprozesses hergestellt werden. Ein solches Verfahren ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 522 605 beschrieben und umfasst das Einführen einer Spinnflüssigkeit aus einem organischen faserbildenden polymeren Material, beispielsweise einem Fluorpolymer, d.h. Polytetrafluoräthylen, in ein elektrisches Feld, wobei von der Flüssigkeit Fasern zu einer Elektrode gezogen und die so bei der Elektrode gebildeten Fasern zum Bilden einer porösen Folie oder Matte gesammelt werden.

Die poröse Scheidewand kann ein nicht entfernbares Füllmittel, z.B. Titandioxid, enthalten, um eine mittels einer wässrigen Lösung benützbare Scheidewand zu erhalten, die in einer elektrolytischen Zelle verwendet werden kann.

Selektivionendurchlässige Scheidewände können geeignete selektivkationendurchlässige Scheidewände sein, in dem Fall, wenn die elektrolytische Zelle zur Herstellung von Halogen und Alkalimetallhydroxid mittels Elektrolyse einer wässrigen Alkalimetallhalogenid-Lösung verwendet wird. Wie weiter oben angeführt, kann die Scheidewand ein Fluor enthaltendes Polymer sein, das gebundene Sulfonylgruppen oder mit Ammoniak oder einem Amin behandelte Sulfonylgruppen enthält. Solche Scheidewände sind dem Fachmann wohl bekannt.

Die Scheidewandträger sind aus einem Material hergestellt, das gegenüber der in der Zelle verwendeten Flüssigkeit widerstandsfähig ist. Dieses Material ist üblicherweise ein organisches polymeres Material. Die Träger sind widerstandsfähig gegenüber dem Elektrolyt in der elektrolytischen s

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Zelle und widerstandsfähig gegenüber den Elektrolyseprodukten. Wenn die Zelle zur Herstellung von Halogen und Alkalimetallhydroxid durch Elektrolyse einer Alkalimetall-halogenid-Lösung benützt wird, so werden vorzugsweise Träger verwendet, die aus Fluor enthaltendem Polymer hergestellt sind. Zum Erleichtern der Trägerherstellung wird ein in der Schmelze verarbeitbares Fluor enthaltendes Polymer bevorzugt.

Geeignete in der Schmelze verarbeitbare Fluor enthaltende Polymere sind Polychlortrifluoräthylen, fluoriniertes Äthylen/Propylen-Copolymer oder ein Copolymer aus Äthylen und Chlortrifluoräthylen. Insbesondere wird die Verwendung eines fluorierten Äthylen/Propylen-Copolymer als in der Schmelze verarbeitbares Fluor enthaltendes Polymer bevorzugt. Die Träger können auch aus einem nicht in der Schmelze verarbeitbaren Fluor enthaltendem Polymer,

z.B. Polyvinyllidenfluorid oder Polytetrafluoräthylen, hergestellt sein. Die Träger können wenn gewünscht aus demselben Material wie die Scheidewand hergestellt sein.

Die geschlitzten Träger können durch Ausstanzen von 5 mehreren Schlitzen aus einer Folie aus dem organischen polymeren Material geformt werden. Es ist nützlich zum Erleichtern des Zusammenbauens einer Zelle, die Schlitzränder umzubiegen, so dass die Schlitze umgebenden Lippen entstehen. Die geschlitzten Träger können auch aus einem io entsprechenden in der Schmelze verarbeitbaren organischen polymeren Material geformt werden, indem eine Folie mit vorstehenden Abschnitten an Stellen, an denen die Schlitze benötigt werden, geformt wird, und danach Teile der vorstehenden Abschnitte entfernt werden, wobei die die Lippen bil-i5 denden Teile der vorstehenden Abschnitte beibehalten werden.

B

4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

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1. Elektrolytische Zelle mit einer Anzahl Anoden (3), einem eine Anzahl Kathoden (5) aufweisenden Behälter (13), welche Kathoden so angeordnet sind, dass sich zwischen zwei benachbarten Kathoden je eine der Anoden befindet, einer zwischen benachbarten Anoden und Kathoden angeordnete Scheidewand (6) und geschlitzten Scheidewandträger (7,10) aus einem chemisch widerstandsfähigen Material, wobei die Träger so angeordnet sind, dass die Schlitze (8) in dem einen Träger bezüglich der Schlitze (11) in dem anderen Träger ausgerichtet sind und die Ränder der Scheidewand mit, die Schlitze in den Trägern umgebenden Lippen (9,12) einen dichten Abschluss bilden, wobei die Anordnung der Scheidewand und die Schlitze in den Trägern Räume bilden, in die die Anoden hineinragen, und wobei die Ränder der Scheidewand (6) und die die Schlitze umgebenden Lippen (9,12) mittels wenigstens einer Klemmvorrichtung (23,24,25; 26, 27, 28; 30,31,32; 34,35,36) zusammengehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung einen dichten Abschluss zwischen der Scheidewand und den Lippen der Träger bildet und dass die Klemmvorrichtung zusammenwirkende innere und äussere Klemmglieder (23,24; 26,27; 30, 31) umfasst und dass wenigstens das innere Klemmglied ein flexibler Streifen (23; 26; 30) oder ein flexibles Band ist.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Klemmglied ein flexibler Streifen (24; 27; 31)

oder ein flexibles Band ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung wenigstens einen stauchbaren Teil (33; 37) zum Zusammenpressen des inneren und äusseren Klemmgliedes aufweist, so dass ein dichter Abschluss zwischen der Scheidewand und den Lippen der Träger entsteht.

4. Zelle nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung wenigstens ein Klemmorgan (25; 28; 32; 36) zum Zusammenpressen des inneren und des äusseren Klemmgliedes umfasst.

5. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt durch die Klemmvorrichtung (34,35,36) U-förmig ist und dass die Klemmglieder (34,35) die Schenkel der Klemmvorrichtung sind (Fig. 13).

6. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmglieder (34,35) stellenweise über eine Brücke (36) miteinander verbunden sind und dass die Klemmvorrichtung aus einem Stück hergestellt ist (Fig. 11).

7. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmorgane (28) in Abständen entlang der Klemmglieder (26,27) angeordnet sind und einen U-förmigen Querschnitt aufweisen (Fig. 7).

8. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmorgan ein wellenförmig gebogener Draht (32) ist und dass der Draht so auf das innere und das äussere Klemmglied (30,31) aufgesetzt ist, dass abwechslungsweise je ein Teilstück des Drahtes an dem inneren bzw. an dem äusseren Klemmglied anliegt (Fig. 9).

9. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (32) rechteckwellenförmig gebogen ist.

10. Zelle nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmorgane (28) zum Zusammenpressen der inneren und äusseren Klemmglieder auf diese aufgepresst sind.

11. Zelle nach Anspruch 4,7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmorgane (25; 27; 32) aus Federstahldraht hergestellt sind.

12. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Scheidewand und den Lippen des Trägers ein Streifen oder eine Paste aus elasto-merem Material angeordnet ist.

13. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren und dem äusseren Klemmglied sowie zwischen den Lippen des Trägers und der Scheidewand ein Streifen oder eine Paste aus elasto-merem Material eingeklemmt ist.