DD243516A5

DD243516A5 - Monopolare und bipolara chlorzellen und elektrodenstrukturen fuer diese

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Publication number: DD243516A5
Application number: DD86287681A
Authority: DD
Inventors: Nora Oronzio De
Original assignee: ��@��@��@��@��@�K@�K@�Kk��
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-03-04
Also published as: BR8605698A; EP0215078B1; ES8706855A1; IL78060A; RU2041291C1; AU5623486A; CN1012686B; EP0215078A1; SK156586A3; IT1200403B; ES552761A0; CA1275070A; ATE65804T1; CZ156586A3; EG17691A; SK278836B6; CN86102194A; US4767519A; WO1986005216A1; IT8519798A0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Chlor- oder Elektrolysezelle, die besteht aus wenigstens einer Elektrodenzwischenstruktur, welche zwischen zwei Elektrodenendstrukturen eingefuegt wird, einem Trennelement auf jeder Seite der Elektrodenzwischenstruktur, einem Element zum Zufuehren von Elektrolysestrom zur Chlorzelle und einem Element zum Zufuehren von Elektrolyten und Ableitung von Elektrolyseprodukten aus den Chlorzellenraeumen. Die Elektrodenzwischenstruktur besteht aus einem stromfuehrenden und -verteilenden Kern (1) aus wenigstens einem stark leitenden Metallblech; einer Reihe von im westlichen prallelen, vorstehenden Rippen (2, 10), die auf beiden Flaechen des Kerns (1) vorhanden oder nicht vorhanden sind; einer Deckschicht (3) auf jeder Seite des Kerns (1), die aus einem korrosionsbestaendigen Metall besteht. Diese Deckschichten (3) werden durch Kalt- oder Warmpressen so geformt, dass sie den Rippen (2, 10) angepasst sind, wenn Kernrippen vorhanden sind, oder haben parallele Rippen (10), die daran befestigt sind, wenn der Kern (1) keine Rippen hat. Diese Deckschichten (3) haben peripher vorstehende Flansche (4) parallel zu den Deckschichten.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft unipolare und bipolare Diaphragma- oder Membranchlorzellen, insbesondere Chlorzellen, die aus einer Vielzahl elektrolytischer Zellen bestehen, und vor allem die Elektroden- und Stromverteilungsstrukturen und Elektrodenstrukturen dafür.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Fachleuten ist allgemein bekannt, daß Chlorzellen, die mit Trennelementen (porösen Diaphragmen oder lonenaustauschmembranen) versehen sind, welche sich zwischen dem Anoden- und Katodenraum befinden, aus einer Reihe von zwischengefügten Elektrodenstrukturen bestehen, die elektrisch mit zwei Elektrodenstrukturen verbunden und zwischen diesen angeordnet sind. Jede Zelle der Chlorzelle wird durch Wände begrenzt, die als Stromverteiler und Elemente zum Halten der Elektroden dienen. Die Elektroden bestehen in der Regel aus geschäumten Folien oder perforierten Folien oder Lochfolien, die aus geeigneten Materialien hergestellt wurden, beispielsweise Titan für die Anode und Nickel oder Stahl für die Katode.

Jede der elektrodischen Zwischenstrukturen wird durch eine der Wände und die relevanten Elektroden gebildet.

Die Elektrodenstruktüren werden in der sogenannten Filterpressenanordnung montiert, wobei sie durch geeignete Elemente,

z. B. Verbindungsstäbe, Buchsen, zusammengepreßt werden. Die elektrische Verbindung erfolgt entweder in Reihe oder parallel, wobei die spezifischen Anforderungen und praktische und wirtschaftliche Erwägung berücksichtigt werden.

Bei einer Reihenschaltung führt der an den Elektrodenendstrukturen angelegte Strom zu einer Bipolarität zwischen den Stromverteilungsflächen, die zur selben Elektrodenstruktur gehören, und daher ist die von einer Fläche getragene Elektrode die Anode einer Zelle, während die von der gegenüberliegenden Fläche getragene Elektrode die Katode der angrenzenden Zelle

Bei einer Parallelschaltung wird Strom durch eine Reihe elektrischer Kontakte zugeführt, welche die Stromschienen und jede der Wände verbinden. Der Strom fließt daher längs durch die Wände und wird dann den Elektroden durch die Halteelemente zugeführt. Wenn mit Parallelschaltung gearbeitet wird, haben die beiden Elektroden, welche von derselben stromführenden Wand getragen werden, die zwei benachbarte Zellen trennt, gleiche Polarität (unipolare Chlorzellen). Um die Stromverteilung bei Chlorzellen dieses Typs so gleichmäßig wie möglich zu halten, muß der ohmsche Abfall innerhalb der stromführenden Wände minimiert werden. Es ist bekannt, daß eine ungleichmäßige Stromverteilung zu einem erhöhten Energieverbrauch und zu einer kürzeren Betriebsdauer der Elektroden und Membranen führt.

Je größer die Chlorzellen und damit die stromverteilenden Wände sind, desto schwieriger ist es, eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten: ein Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit wäre für den Bau dieser stromführenden Wände sehr zu bevorzugen. Leider halten aber Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit oft nicht den korrosiven Bedingungen in der Chlorzelle stand. Es werden daher Metalle mit einer weit geringeren Leitfähigkeit eingesetzt, die aber der Umgebung in der Chlorzelle standhalten können, beispielsweise verwendet man für Anodenstrukturen Titan und Nickel für Katode. Die Folge davon ist, daß derTeil der stromführenden Wand, der weiter vom elektrischen Anschluß an die Stromschiene entfernt ist, in der Regel wesentlich weniger Strom erhält als der näher liegende.

Ein weiteres Problem tritt beim Verfahren zur Herstellung dieser Chlorzellen auf, ein Verfahren, welches verschiedene Schweißungen von Elektroden auf die Halteelemente einschließt, die wiederum an die stromführenden wände geschweißt werden.

In US-PS 4464242 wird diese Schwierigkeit der Herstellung dadurch vermindert, daß die Haltelemente für die Elektroden auf beiden Seiten eines Metallblechs durch einen Stanzvorgang gebildet werden. Dieses Metallblech, das auch als stromverteilende Wand dient, muß aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt werden und daher für die Notwendigkeit, die Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, zu starken Einschränkungen hinsichtlich der Abmessungen des gestanzten Blechs.

US-PS 4488946 beschreibt eine Elektrodenstruktur, die aus einem stromführenden und -verteilenden Element besteht, das mit Stützen oder Vorsprüngen auf beiden Seiten versehen ist, welches aus einem billigen Material (Stahl, Gußeisen oder ähnliches) hergestellt wurde mit einer geringen Leitfähigkeit. Um die ohmschen Verluste auszugleichen, hat die Struktur eine bemerkenswerte Dicke und wird durch Gießen hergestellt. Das Gußelement aus Gußeisen, Stahl oder einem ähnlichen Material muß dann mit Deckschichten aus korrosionsbeständigem Metall versehen werden, welche in geeigneter Weise geformt und durch Elektroschweißen an der Stütze oder dem Vorsprung befestigt werden.

Damit wird eine Elektrodenstruktur geschaffen, die im wesentlichen eine gleichmäßige Stromverteilung ermöglicht und, wie US-PS 4464242 eine annehmbare Zahl von Schweißung aufweist; jede einzelne Elektrodenstruktur aber ist sehr schwer, da eine große Stärke erforderlich ist, um die ohmschen Verluste zu minimieren, und außerdem läßt sich der Gießvorgang nicht so einfach ausführen und ist nicht so wirtschaftlich wie ein einfacher Stanz- oder Preßvorgang.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die aufgezeigten Mängel zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Filterpressenchlorzelle, selbst Von großen Abmessungen zu schaffen, die eine einheitliche Stromverteilung ermöglicht, geringes Gewicht hat und nach einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahren hergestellt wird.

Speziell besteht die Chlorzelle nach der vorliegenden Erfindung aus zwei Elektrodenendstrukturen., wenigstens einer Elektrodenzwischenstruktur, die zwischen diese Elektrodenendstrukturen eingefügt ist, einem Trennelement (poröses Diaphragma oder lonenaustauschmembran) auf jeder Seite der Elektrodenzwischenstruktur, um die Chlorzelle in Anoden- und Katodenraum zu trennen, einem Element, um der Chlorzelle Elektrolysestrom zuzuführen, und Elementen, um den . Chlorzellenräumen Elektrolyten zuzuführen und Elektrolyseprodukte aus diesen abzuleiten, wobei die genannte Chlorzelle gekennzeichnet ist dadurch, daß die Elektrodenzwischenstruktur besteht aus:

a) einem stromführenden und -verteilenden Kern, der aus wenigstens einem Blech aus einem stark leitenden Metall besteht;

b) einer Reihe von im wesentlichen parallelen, vorstehenden Rippen, die auf beiden Oberflächen des genannten Kerns vorhanden oder nicht vorhanden sind, wobei diese Rippen durch Kalt- oder Warmpressen des Kernbleches oder der Kernbleche oder durch Aufbringung elektrisch leitender Elemente, die mechanisch und elektrisch mit dem genannten Kern verbunden sind, gebildet werden;

c) einem Paar kalt- oder warmgepreßter Deckschichten, einer auf jeder Seite des Kerns, die aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt wurden, wobei diese Deckschichten so geformt sind, daß sie auf die genannten Rippen passen, wenn Kernrippen vorhanden sind, andernfalls im wesentlichen plan verlaufen mit den parallelen Rippen, aufweiche sie aufgebracht wurden, und wobei sie auf den Kern aufgebracht werden, wenn keine Kernrippen vorhanden sind; wobei diese Deckschichten peripher vorstehende Flansche haben, die im wesentlichen parallel zur Ebene der Deckschichten verlaufen;

d) im wesentlichen planen Elektrodenschirmen, die elektrisch mit den Deckschichten verbunden sind.

Die genannten Elemente Kern, Rippen, Deckschichten und Elektrodenschirme sind elektrisch untereinander und mit einem Rahmenelement verbunden, das zwischen die peripheren Flansche jeder Deckschicht und die relevante periphere Fläche des Kerns eingefügt wird.

Der Stromverteilungskern kann aus einem, zwei oder mehreren Metallblechen aus einem stark leitenden Metall (beispielsweise Al, Cu oder deren Legierungen) bestehen. Vorteilhaft wird der stromführende und -verteilende Kern von drei Blechen gebildet, wobei die beiden äußeren Bleche aus einem stark leitenden Metall bestehen und das Zwischenblech aus einem Metall mit einem höheren Elastizitätsmoduls als die beiden anderen Bleche gefertigt wird.

Der Kern wird von gestanzten oder gepreßten Deckscichten bedeckt, die aus einem Material hergestellt werden, das den Bedingungen in der Chlorzelle standhalten kann. Geeignete Materialien für die Katodenseite sind Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, Nickel und Nickellegierungen. Auf der Anodenseite sind Deckschichten aus Nickel ausreichend bei Vorhandensein alkaliner Lösungen, während bei aggressiveren Lösungen, beispielsweise Alkalimetallhalidlösungen, unbedingt solche Metalle wie Titan, Zirkonium und Tantal verwendet werden müssen.

Der Einsatz eines solchen stromverteilenden Kerns ermöglicht es, eine Elektrodenstruktur zu erhalten, die ausreichend leicht ist, die ohmschen Verluste bemerkenswert senkt, auch bei großen Chlorzellen, und auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.

Für den Fall, daß auch der periphere Rahmen aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt wird, trägt das außerdem zur Erreichung der gleichmäßigen Stromverteilung bei, da der Längsstromweg innerhalb des stromführenden Kerns auf die Hälfte verkürzt wird. Außerdem bietet der Rahmen den Vorteil einer zuverlässigeren äußeren Dichtung der Dichtungsmanschetten. Die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Komponenten der Elektrodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung kann nach herkömmlichen Methoden erfolgen, vor allem durch Punktschweißen oder durch eine kontinuierliche Schweißnaht, wobei dieser Typ der Verbindung besonders bevorzugt wird, weil er einfach und leicht auszuführen ist.

"Die Größe der verschiedenen Elemente an sich ist nicht kritisch, sondern wird so bestimmt, daß eine ausreichende Steifigkeit der Struktur und Planheit der Elektroden erreicht werden.

Bei kommerziellen Chlorzellen wird der Stromverteilungskern vorzugsweise durch ein Kupfer- oder Aluminiumblech von ausreichender Stärke gebildet, während die korrosionsbeständigen Deckschichten durch Kalt- oder Warmpressen eines Metallblechs hergestellt werden, das aus Titan für den Anodenraum und aus Nickel für den Katodenraum oder anderen geeigneten Materialien besteht.

Die Rippen sind im wesentlichen parallel, haben gleichen und ausreichenden Abstand, beispielsweise in einer Entfernung von 10-15 cm, und verlaufen längs in einer im wesentlichen senkrechten Richtung. Die Rippen auf einer Seite des stromverteilenden Kerns können gegenüber den Rippen auf der anderen Seite versetzt sein.

Wenn die Rippen nicht direkt durch Kalt- oder Warmpressen oder durch Formen des Kernbleches hergestellt werden, können sie beispielsweise durch kaltgeformte elektrisch leitende Metallsektionen, beispielsweise Kupferprofile bei Kernrippen oder Titanoder Nickelprofile bei Deckschichtrippen mit einer Stärke von 1,5-2 mm gebildet werden, die dann mit dem Kern oder der Deckschicht durch die oben genannten Methoden verbunden werden.

Auch die Form der Rippen ist überhaupt nicht kritisch, eine geeignete Form ist beispielsweise eine mit einem im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei die kleinere Basis, die mit dem Elektrodengitter in Kontakt ist, beispielsweise eine Breite von etw3-10mm hat, während die Höhe 20 bis 25mm betragen kann. Wenn die Rippen aus Metallprofilen bestehen, haben sie vorteilhaft im wesentlichen einen L-, U-oder Trapezquerschnitt.

Die Elektrodenstruktur ist eine Lochstruktur, dieflüssigkeits- und gasdurchlässig ist. Normalerweise wird diese Elektrodenstruktur durch wenigstens einen Metallschirm oder ein Streckmetallblech gebildet. Wie in Fachkreisen allgemein bekannt, sind geeignete Materialien für diese Elektrodenstruktur: — Katode: Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, Nickel und Nickellegierungen; —' Anode: bei alkalischen Lösungen: Nickel;

bei aggressiveren Lösungen, wie Alkalihalidlösungen:

Ventilmetalle, z. B. Titan, Zirkonium, Tantal, bedeckt von einem elektrokatalytischen Überzug, der Metalle der Platingruppe und/oder deren Verbindungen, vorzugsweise Oxide, enthält.

Wie bereits erwähnt, kann die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung bei unipolaren wie auch bei bipolaren Chlorzellen eingesetzt werden. Bei unipolaren Chlorzellen sind die Deckschichten und die relevanten Elektrodengitter, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Stromverteilungskerns angeordnet sind, offensichtlich aus demselben Material hergestellt, umgekehrt ist es bei bipolaren Chlorzellen. Im letztgenannten Fall können beispielsweise eine Deckschicht und ein Gitter aus Nickel oder Stahl, die in geeigneter Weise aktiviert sein können oder nicht, auf der Katodenseite und ein Titanstreckblech und ein Titangitter mit feineren Maschen auf der Anodenseite eingesetzt werden, wobei sowohl Gitter als auch Blech in geeigneter Weise aktiviert oder nicht aktiviert sein können.

Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß für den Fall, daß die Rippen nicht auf dem Kern gebildet werden, die Längsrippen, die auf die Deckschichten aufgebracht werden, von den peripheren Flanschen der Deckschichten getrennt sind und an den Enden der genannten Rippenein offener Abschnitt gebildet wird, wodurch der Elektrolyt, der zusammen mit dem entwickelten Gas nach oben gehoben wird, wenigstens teilweise längs der durch die Rippen gebildeten Bahnen wieder nach unten geführt werden kann. Dadurch wird die innere Zirkulation des Elektrolyten angeregt. Die Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung kann weiter genutzt werden in SPE-Elektrolysezellen, bei denen die Elektroden in Form eines sehr feinen Pulvers in die lonenaustauschmembran eingebettet oder an diese gebunden sind, welche als Elektrolyt wirkt. In diesem Fall kann die Stromübertragung zwischen der Elektrode und den mit den Rippen verbundenen Gittern durch geeignete stromführende, elastische Elemente erfolgen.

Die Chlor- oder Elektrolysezelle der vorliegenden Erfindung ist für die industrielle Elektrolyse geeignet, und sie ist besonders vorteilhaft für die Produktion von Wasserstoff und Sauerstoff durch die Elektrolyse von Kaliumkarbonatlösung und von Chlor, Wasserstoff und Ätznatron durch die Elektrolyse von Natriumchloridlösungen.

Ausführungsbeispiel

In derfolgenden Beschreibung wird auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Es ist jedoch zu beachten, daß diese Ausführungsbeispiele nicht als Einschränkung der Erfindung zu betrachten sind. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.

Abb. 1 zeigt eine horizontale Querschnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei welchem die Rippen durch Kaltformen des stromführenden und -verteilenden Kerns gewonnen werden, der aus nur einem stark leitenden Metallblech besteht.

Abb.2 ist eine horizontale Querschnittansicht in auseinandergezogener Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem der stromverteilende Kern durch zwei kaltgeformte Bleche eines stark leitenden Metalls gebildet wird, die auf ein Zwischenblech aufgebracht werden, welches die Aufgabe hat, die Struktur zu versteifen; der Kern wird dann mit Deckschichten aus einem korrosionsbeständigen, leitenden Material, die in geeigneter Weise geformt sind, hergestellt, wobei die entsprechenden Rippen versetzt sind.

Abb.3 zeigt eine horizontale Querschnittansicht in auseinandergezogender Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem die Rippen jedes Kernbleches gegenüberliegen, aber aufeinandertreffen und der Kern durch zwei miteinander verbundene Bleche gebildet wird.

Abb.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Rippen aus kaltgeformten Profilen bestehen, die am stromverteilenden Kern befestigt sind.

• Abb. 5 ist eine perspektivische Ansicht in teilweise auseinandergezogener Darstellung einer Elektrodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Bauelemente der Abb. 2 eingesetzt wurden.

Die Abbildungen 6a und 6 b zeigen eine Front- bzw. eine horizontale Querschnittanschicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei welchem die vorstehenden Rippen auf die Deckschichten gebracht werden und an den Enden der Rippen ein offener Abschnitt gebildet wird, um die Zirkulation des Elektrolyten zu fördern. In den Abbildungen bezeichnen dieselben Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Elemente.

Es wird auf die Abb. 1 Bezug genommen. Der stromführende und -verteilende Kern 1 wird in geeigneter Weise durch Kalt-.oder Warmpressen, entsprechend dem Typ und der Stärke des Metallbleches, geformt und erhält Rippen 2, die auf den beiden Seiten versetzt und entgegengesetzt sind. Zwei kalt- oder warmgepreßte Deckschichten 3, die aus gleichen oder verschiedenen Materialien, für den Fall unipolarer bzw. bipolarer Elektrolysezellen, hergestellt wurden, wobei diese Materialien in jedem Fall resistent gegenüber der Umwelt der Elektrolysezelle sind, werden, beispielsweise durch Schweißen, oben auf den Rippen 2 und, den peripheren Flanschen 4 entsprechend, auf den Metallelementen in Form von Rahmen 5 angebracht. Die Baugruppe, die durch die beiden peripheren Flansche 4 (welche auch als hydraulische Dichtungsflächen wirken), die Randkanten des stromverteilenden Kerns 1 und die beiden Rahmen 5, welche zwischen den Kern 1 und die Deckschichten 3 eingefügt sind, gebildet wird, hat die Funktion, die Elektrodenstruktur zu versteifen. Die Rahmen 5 werden aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt und verbessern daher weiter die Stromverteilung über dem stromverteilenden Kern 1, da der elektrische Strom so längs aller Kernkanten zugeführt wird, wodurch die Strombahn auf die Hälfte verkürzt wird. Außerdem wird eine perfekte Randdichtung erreicht, wodurch sie effektiver als die in US-PS 4464242 beschriebene Dichtung ist. Die Elektrodengitter 6 werden auf Rippen 2 aufgebracht und aus gleichem oder unterschiedlichen Material in Abhängigkeit davon hergestellt, ob die Chlorzelle unipolar oder bipolar ist.

Abb. 2 zeigt eine Elektrodenendstruktur und eine Elektrodenzwischenstruktur einer Chlorzelle nach der vorliegenden Erfindung, bei welcher der stromführende und -verteilende Kern gebildet wird durch ein Blech 7, das im wesentlichen plan und starr ist, und durch dünne, kaltgeformte Bleche 1, die an Blech 7 angebracht sind und aus einem stark leitenden Material (Cu, Al oder ähnliches) hergestellt wurden. Der stromführende Kern wird durch Deckschichten 3 geschützt, die mit Randflanschen 4 versehen sind, welche an Rahmen 5 befestigt sind, wie das in der Abb. 1 gezeigt wird.

Bezugszahl 6 bezeichnet die Elektrodengitter, während die Zahl 8 das Trennelement (lonenaustauschmembran oder poröses Diaphragma) bezeichnet, welches zwischen den Anoden- und den Katodenraum eingefügt ist, versehen mit den relevanten Dichtungsmanschetten 9.

Die Abb.3 zeigt zwei typische Elektrodenzwischenstrukturen eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der stromführende und -verteilende Kern wird von zwei Blechen 1 gebildet, die so ausgeführt sind, daß bei der Montage der beiden Bleche 1 die Rippen 2 auf den gegenüberliegenden Seiten zusammenfallen. Zwischen den beiden Blechen 1 kann ein planes Zwischenblech, wie es in der Abb. 2 beschrieben wurde, angeordnet werden, welches eine Versteifungsfunktion hat und aus einem Metall mit einem höheren Elastizitätsmodul als die beiden Bleche 1 besteht, aber eine geringere elektrische Leitfähigkeit hat (beispielsweise Kohlenstoffstahl) oder sogar aus einem trägen Material (beispielsweise einem Plastmaterial) ist. Die anderen in der Abb. 3 gezeigten Elemente entsprechen denen in den Abbildungen 1 oder 2.

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Abb.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Rippen 10 durch kaltgeformte Profile mit einem L-förmigen (Abb. 4 b) oder einem Trapezquerschnitt (Abb.4a) gebildet werden und elektrisch mit dem stromführenden und -verteilenden Kern 7 nach einem bekannten Verfahren verbunden sind.

Die Form der Rippen 10, die aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit wie Al oder Cu hergestellt wurden, ist von offensichtlich nicht kritischer Bedeutung und kann sich von der unterscheiden, die für die vorliegende Anwendung gezeigt wird. Auch die Anzahl der Rippen ist nicht kritisch, es muß jedoch eine ausreichende Zahl sein, um eine ausreichende mechanische Auflage für die Elektroden, eine gleichmäßige Stromverteilung und eine angemessene Steifigkeit der Baugruppe zu gewährleisten.

Die Elektrodenzwischenstruktur der Abb. 2 wird in der Abb. 5 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, dabei sind die Rippen 2, welche das Elektrodengitter 6 tragen, deutlich erkennbar. Diese Rippen sind im wesentlichen parallel und verlaufen in senkrechter Richtung. Elektrischer Strom, der mittels Element 11 dem stromführenden und -verteilenden Kern 7 und dem leitenden Rahmen 5, der einen großen Querschnitt hat, zugeführt wird, wird ohne wesentliche ohmsche Verluste gleichmäßig auf die Rippen 2 und dann auf die Elektrode 6 verteilt.

Die Abbildungen 6a und 6 b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem der stromführende und -verteilende Kern 1 durch ein einzelnes flaches Blech, beispielsweise aus Kupfer, gebildet wird. Die Deckschichten 3 haben die Form einer Schale, deren Kanten mit entsprechenden Flanschen 4 versehen sind. Auf den Boden der genannten Deckschichten 3 werden Rippen 10' mit einem trapezförmigen Querschnitt aufgebracht. Die Enden dieser Rippen 10' haben Abstand zum Flansch 4, um einen offenen Endabschnitt zu lassen, der es dem Elektrolyten, der zusammen mit dem entwickelten Gas nach oben geführt wird, ermöglicht, auf den Bahnen mit trapezförmigem Querschnitt, die durch das Innere der Rippen 10'gebildet werden, nach unten zurückgeführt zu werden. Dadurch wird der Innenumlauf des Elektrolyten verbessert. In der Abb. 6 b werden die elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen dem Kern und den Deckschichten schematisch veranschaulicht und durch die Bezugszahl 12 bezeichnet. Diese Verbindungen können vorteilhaft durch Punktschweißen ausgeführt werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Eine Elektrolysezelle, bestehend aus zwei Elektrodenendstrukturen, wenigstens einer Elektrodenzwischenstruktur, die zwischen die Elektrodenendstrukturen eingefügt wird, einem Trennelement (poröses Diaphragma oder lonenaustauschmembran) auf jeder Seite der Elektrodenzwischenstruktur, um die Elektrolysezelle in Anoden- und Katodenraum zu trennen, einem Element zum Anlegen eines Elektrolysestromes an die Elektrolysezelle und einem Element zur Zuführung von Elektrolyten und Anleitung von Elektrolyseprodukten aus den Elektrolysezellenräumen, wobei die Elektrolysezelle dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrodenzwischenstruktur besteht aus

a) einem stromführenden und -leitenden Kern (1), der aus wenigstens einem Blech eines stark leitenden Metalls besteht;

b) einer Reihe von im wesentlichen parallelen, vorstehenden Rippen (2,10), die auf beiden Seiten des Kerns (1) gebildet oder nicht gebildet werden, wobei diese Rippen durch Kalt-oder Warmpressen des Kernblechs oder der Kernbleche oder durch Aufbringung von elektrisch leitenden Profilen, die mechanisch und elektrisch mit dem Kern verbunden werden, gebildet werden;

c) einem Paar von Deckschichten (3), eine auf jeder Seite des Kerns, die aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestellt wurden, wobei diese Deckschichten so geformt sind, daß sie den Rippen (2,10) angepaßt sind, wenn Kern rippen vorhanden sind, sonst im wesentlichen plan sind, mit aufgebrachten parallelen Rippen (10') auf diesen, wenn keine Kernrippen (10) auf dem Kern vorhanden sind, wobei diese Deckschichten peripher vorstehende Flansche (4) haben, die im wesentlichen parallel zur Ebene der Deckschichten verlaufen;

d) im wesentlichen planen Elektrodenschirmen (6), die elektrisch mit den Deckschichten verbunden sind;

wobei der Kern (1), die Rippen (2,10; 10'), die Deckschichten 3 und die Elektrodenschirme (6) elektrisch untereinander verbunden sind, ein Rahmenelement (5) zwischen die peripheren Flansche (4) jeder Deckschicht (3) und die Randfläche des Kerns (1 leingefügt wird.
2.Elektrolysezelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Rippen (2,10; 10') im wesentlichen parallel und im wesentlichen in gleichen Abständen angeordnet sind und längs im wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen.
3. Elektrolysezelle nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rippen(2,10), die durch Kalt- oder Warmpressen der Kernbleche gewonnen wurden, einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt haben.
4. Elektrolysezelle nach Punkt 1, bei welcher auf den stromführenden und -verteilenden Kern (1) keine Rippen aufgebracht sind, während sich senkrechte Rippen (10') auf den Deckschichten (3) befinden, gekennzeichnet dadurch, daß die Enden der genannten senkrechten Rippen (10') offen sind und einen Abstand zu den peripheren Flanschen (4) der entsprechenden Deckschicht (3) haben.
5. Elektrolysezellenach Punkt 1,2 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch leitenden Rippen (2,10; 10') aus kaltgeformten Metallprofilen bestehen. · . ·
6. Elektrolysezelle nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die kaltgeformten Metallprofile Rippen (2,10; 10') mit einem L-förmigen, U-förmigen oder trapezförmigen Querschnitt bilden.
7. Elektrolysezelle nach einem der vorstehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der den elektrischen Strom führende und verteilende Kern (1) aus einem einzigen Blech besteht.
8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der stromführende und -verteilende Kern (1) durch zwei Bleche aus einem stark leitenden Metall gebildet werden.
9. Elektrolysezelle nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der stromführende und -verteilende Kern (1) durch drei Bleche gebildet wird, wobei die beiden äußeren Bleche aus einem stark leitenden Metall und das Zwischenblech aus einem Metall mit einem höheren Elastizitätsmodul als die beiden anderen Bleche hergestellt sind.
10. Elektrolysezelle nach den Punkten 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Deckschichten (3) am stromführenden und -verteilenden Kern (1) durch Schweißen befestigt sind.
11. Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Deckschichten (3) auf beiden Seiten des stromführenden und -verteilenden Kerns (1) aus demselben Material hergestellt werden, wenn sie in unipolaren Elektrolysezellen eingesetzt werden.
12. Elektrolysezellen nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Deckschichten (3) auf beiden Seiten des stromführenden und -verteilenden Kerns (1) aus unterschiedlichem Material hergestellt sind, wenn mit bipolaren Elektrolysezellen gearbeitet wird.
13. Elektrolysezellen nach den Punkten 11 oder 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Deckschichten (3) aus Nickel oder Stahl für den Katodenraum und aus Titan für den Anodenraum hergestellt werden.
14. Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente in der Form eines Rahmens (5), die zwischen die peripheren Flansche (4) der Deckschichten (3) und die Randfläche des stromführenden und -verteilenden Kerns eingefügt werden, aus einem leitenden Material bestehen.

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen