Bipolare Elektrolysezellen in Filterpressenbauart, bestehend aus einem Spannrahmen, den beiden Elektrodenrandplatten mit Stromzuführungen und einer beliebigen Anzahl bipolarer Elektrodenplatten nebst peripherer Aus- rüstungen für die Zu-und Abführung der Elektrolytlösungen sowie des Kühl-bzw. Temperiermediums, sind in zahireichen Ausführungsformen und für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Sie können ungeteilt oder mittels lonenaustauschermembranen bzw. mikroporösen Diaphragmen in Zwei-oder Mehrkammerzellen geteilt ausgeführt werden. Die erforderli- chen Elektroden-bzw. Elektrolyträume können als separate Baugruppen ausgebildet oder in die Elektrodenrandplatten bzw. in die bipolaren Elektro- denplatten integriert sein.

Gegenüber den analog aufgebauten monopolaren Elektrolysezellen in Filter- pressenbauart besteht der große Vorteil der bipolaren Elektrolysezellen darin, daß die Stromzuführung nur zu den beiden Randplatten von außen herangeführt zu werden braucht, wahrend der Stromtransport in den bipo- laren Einzeizel en nur von der einen Seite der Elektrodenplatte auf die

andere Seite meist intern erfolgt. Größtenteils kommt man nicht mit einer einfachen bipolaren Elektrodenplatte aus, bei der Anoden-und Kathoden- seite aus dem gleichen Elektrodenmaterial bestehen. Vielfach und beson- ders bei Mehrzweckelektrolysezellen ist es erforderlich, Anoden und Katho- den aus unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise aus Metallblechen bestehend, bereitzustellen. Diese können dann direkt oder indirekt über Kontaktkörper elektrisch leitend miteinander verbunden sein.

Eine mögliche Ausführungsform für eine solche bipolare Mehrzweckelektro- lysezelle mit großem Höhen-zu Breiten-Verhältnis, welches hier notwendig ist, um den"Gas-Lift-Effekt"zur Elektrolytumwälzung zu erzielen, als Bestandteil eines vielseitig aufgebauten und anwendbaren Gas-Lift-Elektro- lyse und Reaktionssystems ist in der DE 44 38 124 beschrieben. Dabei handelt es sich um eine im Hinblick auf die Nutzung des Auftriebes durch die entwickelten Gase optimierte Elektrolysezellenkonstruktion mit einer Gesamthöhe von 1,5 bis 2,5 m. Die bipolaren Elektrodenplatten bestehen aus Elektrodengrundkörpern aus imprägniertem Graphit oder aus Kunststof- fen mit eingearbeiteten Zu-und Abführungen für die Elektrolytlösungen und das Kühlmedium sowie beidseitig aufgebrachten bzw. im Falle der Graphit- grundkörper auch integrierten Elektroden und Elektrolyträumen.

Dabei sind die beiden Elektroden im Falle der Graphitgrundkörper über diesen miteinander elektrisch leitend verbunden, im Falle der Kunststoff- grundkörper durch eingebrachte Kontaktelemente. Solche Kontaktelemente sind innerhalb der durch Elektrolytrahmen aus elastischem Material abge- deckten Dichtflächen angeordnet. Die Kontaktierung erfolgt durch den Anpreßdruck beim Zusammenbau.

Bei solchen innerhalb der Kunststoffgrundkörper im Bereich der Dichtrah- men angebrachten Kontaktelementen kommt es besonders bei hohen zu übertragenden Stromstärken zu Nachteilen und Risiken. So besteht die Gefahr einer Überhitzung einzelner Kontaktelemente und dadurch bedingt

eines Ausfalls der gesamten bipolaren Einheit. Der vorzugsweise aus ther- moplastischen Kunststoffen gefertigte Elektrodengrundkörper beginnt an den überhitzten Stellen zu erweichen, der Anpreßdruck auf die Kontakte läßt nach und es kommt zwangsläufig zu einer Überiastung der anderen Kontaktelemente. Eine weitere Folge können Schmelzen der Grundplatten, elektrische Überschläge, unkontrollierte Elektrolytaustritte und auch mög- liche Explosionen der sich dann mischenden Elektrolysegase sein. Jeden- falls zieht der Ausfall einer bipolaren Einheit durch solche Kontaktschäden zwangsläufig die Außerbetriebnahme der gesamten Filterpressenzelle nach sich. Das Risiko eines solchen Ausfalls ist um so größer, je höher die Strombelastung der einzelnen Kontaktelemente ist, je niedriger der Erwei- chungspunkt der verwendeten Kunststoffgrundkörper und um so höher die erforderliche Elektrolyttemperatur ist.

Ein weiterer Nachteil solcher innenliegender Kontakte ist, daß bei Undich- tigkeiten im Dichtsystem Elektrolyt in den Preßkontakt eintritt und dort zu unkontrollierbaren Korrosionserscheinungen führt. Diese Korrosion führt ebenfalls zum Ausfall oder Zerstörung der Elektrolysezelle.

Deshalb haben sich solche bipolaren Elektrolysezellen mit Kunststoffgrund- körpern bisher nur für niedrige bis mittlere Strombelastungen von 100 bis 1000 A und für niedrige Arbeitstemperaturen durchsetzen können.

Diese Schwierigkeiten ließen sich auch dadurch beseitigen, daß auf die Verwendung solcher Kunststoffgrundkörper verzichtet wird. Der Übergang zu einer der bekannten Ganzmetallkonstruktionen für bipolare Elektrolyse- zellen, z. B. mit durch Schraubverbindungen elektrisch leitend verbundenen beiden Metallelektrodenblechen bzw. kathodischen und anodischen Halb- zellen zur jeweiligen bipolaren Einheiten bringt gegenüber den Ausführun- gen mit Kunststoffgrundkörpern aber auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So erfordert die Minimierung der Verlustströme zwischen den auf unterschiedlichem Spannungsniveau liegenden, durch die Elektrolytleitun-

gen miteinander verbundenen Einzeizellen besondere Maßnahmen, da der elektrische Widerstand in den Verbindungsleitungen für die Elektrolytlösun- gen wesentlich geringer ist als bei Verwendung der elektrisch isolierend wirkenden Kunststoffgrundkörper mit den darin eingearbeiteten Zu-und Abführungen für die Elektrolytlösungen.

In der Vielzahl der bisher beschriebenen Elektrolysezellen lassen sich die verwendeten Elektroden normalerweise nicht als einfach zu fertigende und damit im Sinne einer Mehrzweckzelle auch leicht auswechselbare Metall- elektrodenbleche einsetzen. Sobald Kühlkanäle oder bei Verwendung durch- brochener Elektroden Elektrolytrückräume erforderlich werden, sind Schweißkonstruktionen für die oft aus unterschiedlichen Elektrodenmateria- lien oder Materialverbunden bestehenden beiden Halbzellen einer bipolaren Einheit meist unumgänglich. Insbesondere bei hochwertigen und/oder schwer verarbeitbaren Elektrodenmaterialien ist der dafür zu betreibende apparative Aufwand relativ groß. Da der elektrische Kontakt zwischen den beiden Halbzellen der bipolaren Einheiten meist durch eine Vielzahl von Schraubverbindungen bewirkt wird, ist die Montage wesentlich aufwendi- ger als die der Zellenkonstruktionen, bei denen dieser Kontakt beim Zusam- menspannen automatisch hergestellt werden kann. Auch erfordert der Übergang zu anderen Elektrodenmaterialien meist eine geänderte, den Materialeigenschaften angepaßte Konstruktion.

Eine Elektrolysezelle für hohe Strombelastungen in monopolarer Ausführung wird in DE-39 38 160 beschrieben.

Die Monopolarbauweise hat den grundsätzlichen Nachteil, daß eine Vielzahl von Einzelzellen in Reihe geschaltet werden muß um in einen günstigen Spannungsbereich für die Stromtransformation zu kommen (z. B. 200 V).

Der Elektrolyt-seitige und Strom-seitige Anschluß führt zu hohen Kosten in der Ausführung.

Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Zellen liegt in der Ausführung als Hohlkörper.

Der Abtrag der aktiven Beschichtung der Anode führt dazu, daß der gesam- te Anodenkörper neu gefertigt werden muß. Gleiches gilt für die Kathode.

Beim Pressen der Elektrodenhohikörper deformieren sich diese und da sie keine innere Abstützung haben (dies wäre fertigungstechnisch extrem schwierig zu realisieren) führt dies zu einer ungenügenden Planparallelität der Elektroden. Im Extremfall kann dies zu Kurzschlüssen und damit zur Zerstörung und Explosion der Zelle führen.

Diese Probleme erhöhen sich mit zunehmender Größe der Zelle und führen dazu, daß nur relativ kleine Ausführungsformen realisiert werden die mit den geschilderten Nachteilen zu hohen Bau-und Betriebskosten führen.

Die angestrebte vielseitig einsetzbare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen läßt sich deshalb auf dieser Grundlage kaum verwirkli- chen.

Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, eine nach dem Filter- pressenprinzip aufgebaute bipolare Mehrzweckelektrolysezelle mit Elektro- dengrundkörpern aus Kunststoff bereitzustellen, bei denen eine gute und betriebssichere Kontaktierung der Metallelektrodenbleche auch bei hohen Strombelastungen unter Umgehung der dargestellten Nachteile der bekann- ten technischen Lösungen gewährleistet ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen dargelegte Erfindung in folgender Weise gelöst : Es werden Stromzufüh- rungsplatten und bipolare Elektrodenplatten mit einem Höhe zu Breite- Verhältnis von 30 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise 10 : 1 bis 1,5 : 1, eingesetzt, bei denen die Metallelektrodenbleche und die Elektrolytdichtrahmen seitlich

über die Elektrodengrundkörper aus Kunststoffen hinausragen und sowohl mit beidseitig im Abstand von 1 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 50-mm von den Elektrodengrundkörpern angeordneten senkrechten Kontaktschie- nen als auch im Bereich der Elektrolytdichtrahmen mit den Elektrodengrund- körpern zu mechanisch stabilen, als selbständige Einheiten montierbaren, bipolaren Elektrodenplatten verbunden sind, wobei der elektrische Kontakt zwischen Elektrodenplatten und Kontaktschienen sowie die elektrische Isolierung zweier benachbarter bipolarer Einheiten gegeneinander durch die Elektrolytdichtrahmen bei gleichzeitiger Abdichtung der Elektrolyträume beim Verspannen der Elektrodenplatten mittels des Spannrahmens durch den Anpreßdruck herbeigeführt wird. Um einzeln handhabbare Zellenele- mente zu erhalten, werden die Kathoden-und Anodenbleche eines Bipolar- elements mit den jeweiligen Kontaktschienen ein-oder beidseitig zweck- mäßig mittels Senkkopfschrauben verschraubt. Diese Verschraubung dient jedoch nur dem besseren Handling und ist nur zu einem geringen Teil für den Stromfluß verantwortlich, der erst durch den Preßkontakt optimiert wird.

Da somit der Stromkontakt durch einen Luftspalt vom Elektrolyt-führenden Zellrahmen getrennt ist, führen Undichtigkeiten im Dichtsystem nicht zum mittelfristigen Ausfall der Stromzuführung, da eventuell austretender Elek- trolyt drainiert wird und dadurch solche Undichtigkeiten rechtzeitig erkannt und abgestellt werden können.

Die Metallelektrodenbleche bestehen im Falle der Anodenbleche aus Ventil- metallen vorzugsweise aus Titan, welche im elektrochemisch aktiven Bereich in bekannter Weise mit Aktivschichten aus Edelmetallen, Edelme- talloxiden, Mischoxiden von Edelmetallen und anderen Metallen sowie sonstigen Metalloxiden, wie z. B. Bleidioxid, belegt sind. Alternativ kom- men als Träger solcher Aktivschichten auch andere Ventilmetalle, wie Tantal, Niob oder Zirkonium in Betracht. Aber auch verbleiter, vernickelter,

verkupferter Stahl bzw. Nickelbasislegierungen, kommen für spezielle Anwendungen in Betracht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Anodenble- che eine Edelmetallauflage aus massivem Platin auf und sind erhältlich durch heißisostatisches pressen von Platinfolie und Titanblech.

Als Kathodenmaterial kommt vorzugsweise Edelstahl, Nickel, Titan, Stahl und Blei zur Anwendung. Bevorzugt kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kathoden aus hochlegierten Edelstählen der Werkstoff Nr.

1.4539 zum Einsatz, deren aktive Elektrodenfläche als Streckmetall ausge- bildet ist und die rückseitig direkt auf dem als Stütze dienenden durchbro- chenen Kathodenrahmenteil aufliegen.

Unter durchbrochenen Metallelektrodenblechen sind insbesondere solche aus Streckmetallen zu verstehen. Aber auch in anderer Weise perforierte Bleche oder Jalousieelektroden kommen in Betracht.

Als Kontaktschienen werden bevorzugt solche aus Kupfer eingesetzt, die verzinnt oder an den Kontaktflächen versilbert bzw. mit Edelmetallen be- schichtet sein können. Die Strom-Kontaktflächen der Elektroden sind vor- zugsweise mit gut leitenden Überzügen versehen, wie z. B. durch Galvani- sieren aufgebrachte Platin-, Gold-, Silber-oder Kupferschichten. Bevorzugt sind die Kontaktschienen und die Elektrodenkontakte vergoldet bzw. plati- niert und die Stromübertragung erfolgt durch den durch Verspannen des Elektrodenpaketes entstehenden Preßkontakt.

Die erfindungsgemäße konstruktive Lösung mit außerhalb der Kunststoff- grundkörper, aber noch innerhalb des Spannrahmens angeordneten Kon- taktschienen wird aber erst dann auch für Elektrolysezellen großer Strom- belastung und Verwendung teurer und/oder schlecht leitfähiger Elektroden- materialien optimal nutzbar, wenn die erfindungsgemäße hohe und schmale

Bauform mit vorzugsweise 1,5 bis 3 m Höhe und einem Höhen/Breiten- Verhältnis von 10 : 1 bis 1,5 : 1 der Elektrodenplatten angewandt wird.

Ähnliche Zellenabmessungen sind zwar für Gas-Lift-Zellen bereits wieder- holt vorgeschlagen worden, aber dort ausschließlich mit dem Ziel einer Optimierung des Auftriebes durch die entwickelten Gase zur Erziehung eines maximalen Gas-Lift-Effektes.

Im vorliegenden Fall ergeben sich in Kombination mit der erfindungsge- mäßen Kontaktierung auch bei Elektroden ohne Gasentwicklung die folgen- den Vorteile : Zunächst wächst bei gleicher Breite der Kontaktschienen die verfügbare Kontaktfläche proportional zur Zellenhöhe an, wodurch sich geringere Wärmebelastungen der Kontakte ergeben. Aber auch der Strom- transport von den Kontaktflächen durch die Metallelektrodenbleche wird begünstigt, da bei gleicher wirksamer Elektrodenfläche, gleicher Dicke der Elektrodenbleche und gleicher Strombelastung der für den Stromtransport maßgebliche Querschnitt mit der Höhe der Elektrodenplatten anwächst und gleichzeitig die Weglänge für den Stromtransport mit zunehmender Höhe geringer wird. Unter diesen Randbedingungen nimmt der elektrische Wider- stand und damit der Spannungsabfall in den Elektrodenblechen mit dem Quadrat der Zellenhöhe ab. Bei gleichem zulässigen Spannungsabfall kön- nen also bei den erfindungsgemäß anzuwendenden schmalen und hohen Elektrodenplatten wesentlich dünnere oder weniger elektrisch leitfähige Efektrodenbleche bzw. wesentlich höhere Strombelastungen eingesetzt werden. Dies ist besonders bei durchbrochenen Elektrodenblechen, bei denen ja eine Verringerung des Querschnitts für den Stromtransport in Kauf genommen werden muß, von großer Wichtigkeit. Auch wird im Falle der Montage des Zellenpaketes bei dünnen Blechelektroden eine evtl. Welligkeit des Bleches nach der Pressung ausgeglichen und somit eine Planparallelität der Elektrode erreicht.

Durch außen auf die Kontaktschienen aufgelötete Kupferrohre können die Kontakte mittels Kühlwasser auch bei hohen Strombelastungen auf oder

unter Raumtemperatur gehalten werden. Auf diese Weise werden Erwär- mungen des Zellrahmens, des Dichtsystems und der Stromkontakte und die damit verbundenen Probleme wie Verformungen und Überhitzungen voll- ständig vermieden.

Die Planparallelität der Elektroden zueinander ist die Voraussetzung für hohe Stromausbeuten und gleichmäßige Elektroden korrosion.

Durch die in der beschriebenen Zellenkonstruktion im Dichtrahmen frei beweglichen Elektrodenplatten (schwimmenden) führen Verspannungen und thermische Dehnungen nicht zu Verformungen und Wölbungen der Elektroden, so daß eine ausgezeichnete Parallelität erreicht wird die durch einen im Folgenden beschriebenen Unterdruck auf die Anodenrückseite, bei einer besonderen Ausführungsform, noch stabilisiert werden kann.

Schließlich spielt die Höhe der Zelle eine Rolle bei der Kühlung der hoch- belasteten Kontaktschienen.

Es wurde nämlich gefunden, daß sich insbesondere bei hohen Elektrolyse- temperaturen in den oben und unten offenen Spalten zwischen Kunststoff- grundkörpern und Kontaktschienen eine Luftströmung ausbildet, die eine Kühlung der Kontakte und der seitlich über die Kunststoffgrundkörper hinausragenden Metallelektrodenbleche bewirkt. Dieser Kühleffekt nimmt ebenfalls sowohl infolge des"Schornsteineffektes"als auch der sich ver- größernden"Kühlfläche"mit der Zellenhöhe deutlich zu.

Damit konnte erreicht werden, daß die Kontakte, insbesondere bei höheren Elektrolyttemperaturen bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Bipolarzelle, eine deutlich geringere Temperatur annehmen als bei den Elektrolysezellen mit inneren Kontaktelementen, bei denen unter vergleichbaren Bedingungen an den Kontaktelementen deutlich höhere Temperaturen gemessen werden als im Zelleninneren. Ein weiterer bereits erwähnter sehr wesentlicher

Vorteil des Abstandes zwischen Zellenrahmen und Kontaktsteg ist, daß damit eine Drainage eines möglicherweise in geringem Umfang austreten- den Elektrolyten erfolgen kann. Dringt nämlich Elektrolyt in den Kontakt- spalt ein, so entsteht Salz und der Kontakt verschlechtert sich innerhalb kürzester Zeit.

Ein wesentlicher zusätzlicher Effekt der Anodenstabilisierung wird durch das Kühlmittel erreicht.

Das auslaufende Kühlmittel wird im Niveau unter die Höhe des Einlaufs abgesetzt. Dadurch entsteht ein durch die Niveaudifferenz einstellbarer Unterdruck, der das Anodenblech auf den Kunststoffgrundkörper saugt und somit zugleich die Planparallelität verbessert und eine Verwölbung der Anode bei Druckschwankungen in der Zelle verhindert. Durch diese Maß- nahme kann ein sehr geringer Elektrodenabstand von 2 bis 4 mm und somit ein geringer Elektrolytwiderstand und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden.

Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit bei geringem Massedurchsatz wird ein hoher Stofftransport zur Anodenoberfläche erreicht, der zu einer hohen Ausbeute des Anodenproduktes führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt : Fig. 1 a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer ersten erfindungsge- mäßen Ausführungsform mit je einem durchbrochenen und einem massiven Metall- elektrodenblech, letzteres von der Rückseite her gekühit ; Fig. 1b eine Schnittansicht entlang der Linie Ib-lb in Fig. 1 a ;

Fig. 2a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer zweiten erfindungs- gemäßen Ausführungsform mit zwei massiven Elektrodenblechen, beide von der Rückseite her gekühlt.

Fig. 2b eine Schnittansicht entlang der Linie llb-Ilb in Fig. 2a ; Fig. 3a einen vereinfachten Vertikalschnitt einer dritten erfindungsge- mäße Ausführungsform mit zwei durchbrochenen Metallelektrodenblechen ohne zusätzliche Kühlung.

Fig. 3b eine Schnittansicht entlang der Linie Illb-Illb in Fig. 3a ; Fig. 4 einen vereinfachten Vertikalschnitt durch eine bipolare Elektro- lysezelle mit drei gemäß Fig. 1a aufgebauten bipolaren Elektrodenblechen und vereinfacht dargestelltem Spannrahmen.

Bei allen Ausführungsformn wurde auf die Wiedergabe technischer Details, wie z. B. für das Dichtsystem und die Befestigung der Elektrodenbleche und der Kontaktschienen verzichtet.

In den Figuren 1a bis 3c sind beispielhaft und schematisch drei Ausfüh- rungsformn einer geteilten bipolaren Mehrzweckelektrolysezelle in Schnitt- darstellungen durch die elektrochemisch wirksamen Bereiche dargestellt, wobei die oberen Figuren Seitenansichten und die unteren Figuren Drauf- sichten darstellen.

Die bipolare Mehrzweckelektolysezelle, wie diese in ihrer ersten Ausfüh- rungsform gemäß Fig. 1a und 1b dargestellt ist, und dabei das Bezugs- zeichen 10 trägt, ist Teil einer nicht dargestellten Elektrolyseeinrichtung.

Die bipolare Mehrzweckelektolysezelle 10 besteht aus einem Elektroden- grundkörper 12 aus Kunststoff, an dem beidseitig Metall-Elektrodenbleche oder Elektrodenplatten angebracht sind, wobei in dieser Ausführungsform

das eine Elektrodenblech 14 massiv, und das andere Elektrodenblech 16 im elektrochemisch wirksamen Bereich durchbrochen ist. Der Elektrodengrund- körper 12 weist sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung im Querschnitt eine doppel-T Form auf, wodurch zwischen dem Elektroden- grundkörper 12 und den jeweiligen Elektrodenblechen 14,16 Kanäle 18, 20 gebildet werden. Auf dem massiven Elektrodenblech 14 ist zusätzlich ein Elektrolytdichtrahmen 22 aus elastischem Material angebracht, der auf der Außenseite des massiven Elektrodenblechs 14 vom Elektrodengrund- körper 12 aus betrachtet einen weiteren Kanal 24 bildet. Dabei dient der von dem massiven Elektrodenblech 14 und dem Elektrolytdichtrahmen 22 gebildete Kanal 24, sowie der zwischen dem Elektrodengrundkörper 12 und dem durchbrochenen Elektrodenblech 16 gebildete Kanal 20, der im folgen- den als Elektrodenrückraum bezeichnet wird, dazu, die Elektolytlösungen für die Elektrolyse aufzunehmen. Der zwischen dem Elektrodengrundkörper 12 und dem massiven Elektrodenblech 14 gebildete Kanal 18 dient dazu, Kühlflüssigkeit zur Kühlung des massiven Elektrodenblechs 14 sowie gegebenenfalls des Elektrodengrundkörpers 12 aufzunehmen und wird im folgenden als Kühlraum bezeichnet.

In den Elektrodengrundkörper 12 sind Zu-und Ableitungen für die Elektro- lytlösungen eingearbeitet, wobei die Zuleitungen 26 und 28 in einem unte- ren Mittelbereich des Elektrodengrundkörpers 12 angeordnet sind und die zugehörigen Ableitungen 30 und 32 in einem oberen Mittelbereich davon angeordnet sind. Die Zu-und Ableitungen sind über jeweilige Einlaßöff- nungen 34,36 und Auslaßöffnungen 38,40 mit den Elektrolytkanälen 24 und 20 verbunden, durch welche die Elektolytlösungen für die Elektrolyse geleitet werden, wobei die Einlass-und Auslassöffnungen 34 und 38 für den am massiven Elektrodenblech 14 ausgebildeten Kanal 24 durch das massive Elektrodenblech 14 hindurchführen.

Wie bereits erwähnt, ist zur Kühlung des massiven Elektrodenblechs 14 zwischen dem Elektrodengrundkörper 12 und dem Elektrodenblech 14 ein

Kühiraum 18 vorgesehen, in den, bzw. durch den ein Kühimittel, in diesem Fall Kühlwasser, über in einem unteren bzw. oberen Mittelbereich des Elektrodengrundkörpers 12 angeordnete Zuleitungen 42 und Ableitungen 44 sowie entsprechende Verbindungskanäle 46 und 48 geleitet bzw. gepumpt werden kann. Dabei kann natürlich auch ein"Lift-Effekt"ausge- nutzt werden, wobei aber auch Kühlmittel denkbar wären, bei denen ein umgekehrter Effekt auftritt. Das durchbrochene Metallelektrodenblech benötigt keine zusätzliche Kühlung, da sie von der Elektrolytlösung ausrei- chend gekühlt wird und nur in Randbereichen auf dem Grundkörper auf- liegt, wodurch ein Wärmestau vermieden wird.

Auf dem durchbrochenen Metallelektrodenblech 16 liegt eine lonenaustau- schermembran 50 auf, die über geeignete Mittel an dem durchbrochenen Elektrodenblech 16 angebracht ist.

Aus der Draufsicht in Fig. 1 b ist schließlich ersichtlich, daß Kontaktschie- nen 52 die seitlich verlängerten Metallelektrodenbleche 14 und 16 kontak- tieren und zwischen den jeweiligen Kontaktschienen und dem Rand des Grundkörpers 12 Spalten 54 ausgebildet sind, welche durch die Metallelek- trodenbleche seitlich begrenzt sind.

In den Fig. 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Darin wird eine mit 110 bezeichnete Mehrzweckelektrolysezelle dargestellt, wobei Bauelemente, die solchen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 a und 1 b entsprechen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 100, versehen sind. Es wird im folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen, so daß im übrigen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen wird.

Während bei der ersten Ausführungsform ein massives 14 und ein durch- brochenes Elektrodenblech 16 verwendet werden, werden bei der zweiten Ausführungsform zwei massive Elektrodenbleche 114 verwendet, auf

denen jeweils ein Elektrolytdichtramen 122 aufliegt. Die Einlass-und Aus- lassöffnungen 134,136 und 138,140 für die an den massiven Elektroden- blechen 114 ausgebildeten Kanäle 128 sind in dieser Ausführungsform durch beide Elektrodenbleche 114 hindurchführen.

Beidseitig des Grundkörpers 112 sind zwischen dem Grundkörper 112 und den Elektrodenblechen Kühiräume 118 vorgesehen, um die massiven Elektrodenbleche 114 zu kühlen. Die Kühlräume 118 werden wiederum über Zuleitungen 142 und Ableitungen 144 sowie entsprechende Verbin- dungskanäle 146 und 148 mit Kühlflüssigkeit versorgt.

Bei der Verwendung von Mehrzweckelektrolysezellen mit zwei massiven Elektrodenblechen 114, wird im eingespannten Zustand, d. h. wenn meh- rere erfindungsgemäße Mehrzweckelektrolysezellen durch Spannrahmen zusammengeschlossen werden, zwischen die dann in der Mitte zwischen zwei Dichtrahmen liegende Membran und die Kathoden bzw. Anodenfläche ein sogenanntes"Spacer-gitter"eingebracht, welche das Aufliegen der Membran auf einer der Elektrodenoberflächen verhindert und einen geord- ne-ten Elektrolytfluß sicherstellt. Derartige Spacer werden in verschiedenen Formen für Elektrolysezwecke angeboten.

In den Fig. 3a und 3b ist eine weitere, mit 210 bezeichnete erfindungs- gemäße Mehrzweckelektrolysezelle dargestellt, wobei Bauelemente, die solchen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 a und 1 b entsprechen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 200, versehen sind. Es wird im folgenden nur auf die Unterschiede eingegengen.

Während bei der ersten Ausführungsform ein massives 14 und ein durch- brochenes Elektrodenblech 16 verwendet wird, werden bei dieser Ausfüh- rungsform zwei durchbrochene Elektrodenbleche 216 verwendet, wobei zu deren elektrischen Isolierung zusätzlich auf einer der Elektrodenbleche ein dünner Dichtrahmen 256 angebracht ist, auf dem die lonenaustauscher-

membran 250 über geeignete Mittel angebracht ist. Die lonenaustauscher- membran 250 kann aber auch direkt auf einem Elektrodenblech angeordnet sein, wobei dann ein dünner Dichtrahmen auf der Membran, oder dem freien Elektrodenblech angebracht wird. Durch die ausschließliche Verwen- dung von durchbrochenen Elektrodenblechen sind in dieser Ausführungs- form Kühlräume nicht erforderlich.

In Fig. 4 wird der Stromtransport durch eine Zelle aus drei erfindungsge- mäß aufgebauten bipolaren Elektrodenplatten und den beiden Randelektro- denplatten mit beidseitiger Stromzuführung und bis zu den seitlichen Kon- taktschienen verbreiterten Kunststoffgrundkörpern verdeutlicht.

Zugrundegelegt wurde die Aufbauvariante nach Fig. 1 a mit einem durch- brochenen und einem massiven Metallelektrodenblech je bipolarer Elektro- denblech. Die Bezeichnungen der numerierten Bauelemente sind die glei- chen wie bei Fig 1.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten konstruk- tiven Ausführungsformen beschränkt. So können auch ungeteilte Zellen bzw. Mehrkammerzellen unter Nutzung des Erfindungsprinzips aufgebaut werden. Anstelle der lonenaustauschermembranen können auch mikropo- röse Diaphragmen eingesetzt werden. Auch die Zu-und Abführungen für die Elektrolytlösungen können anders als hier dargestellt angeordnet wer- den, z. B. können sie aus den oberen und unteren Stirnflächen der Kunst- stoffgrundkörper herausgeführt werden oder sie werden über Sammellei- tungen innerhalb der bipolaren Elektrodenplatten bis zu den Randplatten geführt.