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Dokumentenidentifikation DE69527446T2 23.01.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0965661
Titel Montageanordnung für eine Anode in einer Fluorzelle
Anmelder British Nuclear Fuels PLC, Risley Warrington, Cheshire, GB
Erfinder Hodgson, Graham, Thornton-Cleveleys, Lancs FY5 4QD, GB;
Hearne, Martin Peter, Salwick, Preston PR4 OXJ, GB
Vertreter Dr. Werner Geyer, Klaus Fehners & Partner, 80687 München
DE-Aktenzeichen 69527446
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.09.1995
EP-Aktenzeichen 991146481
EP-Offenlegungsdatum 22.12.1999
EP date of grant 17.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.01.2003
IPC-Hauptklasse C25B 9/12
IPC-Nebenklasse C25B 1/24   C25B 15/02   C25B 11/12   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anoden-Befestigungsanordnung innerhalb eines Anodenraumes einer Fluorzelle und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine bedarfsorientierte Fluorzelle zur Erzeugung von Fluorgas.

Ein dabei auftretendes Problem ist allgemein als Anschlußbrände und Anschlußleckagen bekannt. Bei bekannten Zellen laufen die Anodenhalter durch den Zellendeckel und sind davon durch Kunststoffdichtungen isoliert. Während des Betriebs einer Fluorzelle kann aufgrund des durchfließenden elektrischen Stroms und der daraus resultierenden Widerstandserwärmung eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt werden. Dieses Problem kann durch das vorgenannte Problem des schlechten elektrischen Kontaktes zwischen der Anode und dem Anodenanschluß oder -halter auch noch verschlimmert werden. Eine solche Erwärmung erhöht deutlich die Wahrscheinlichkeit einer unkontrollierten Reaktion zwischen dem Dichtungsmaterial, meist ein Fluorelastomer-Gummi, und dem erzeugten Fluor und bewirkt dann eine Fluorleckage. In Extremfällen verschmoren die Dichtung und das Metall der elektrischen Anschlüsse im Fluorgasstrom sogar und verursachen einen Anschlußbrand.

Ein weiteres Problem besteht bei bekannten Fluorzellen darin, eine genaue vertikale Ausrichtung der Anode innerhalb des Anodenraumes sicherzustellen, um eine gleichmäßige Beabstandung von Anode und Kathode zu gewährleisten, und im Extremfall sicherzustellen, daß keinerlei elektrischer Kontakt mit den umgebenden Zellenwänden, welche die Kathode der Zelle bilden können, zustandekommt. Ein Folgeproblem der Ungenauigkeit der Anodenbefestigung bei bekannten Zellen ist es, daß gelegentlich Fluorblasen auf die Wasserstoffseite der Zelle gelangen und während der Rekombination von Fluor und Wasserstoff eine heftige Reaktion verursachen.

Die EP 0 534 081 beschreibt eine Anoden-Befestigungsanordnung mit einer Metallhülle zum Aufhängen einer Anode.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Möglichkeit zur Befestigung der Anode innerhalb der Zelle zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche Zellenbauweise bereitzustellen, daß Leckage und Brände an den Anschlüssen wegfallen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anoden-Befestigungsanordnung innerhalb eines Anodenraumes einer Fluorzelle bereitgestellt, wobei die Anordnung folgendes umfaßt: ein Anodenteil, mit dem eine biegsame Aufhängungseinrichtung verbunden ist, wobei die biegsame Aufhängungseinrichtung mit einer Wand des Anodenraumes verbunden ist, um eine Bewegung zwischen der Anode und den Wänden des Anodenraumes zu ermöglichen, und elektrisch isolierende Führungselemente, die zwischen der Anode und den Wänden angeordnet sind.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die biegsame Aufhängungseinrichtung durch ein Verfahren, bei dem kein Durchgangsloch in der Wand des Anodenraumes gebildet wird, z. B. durch Schweißen, mit einer Innenfläche des Anodenraumes verbunden sein, wobei ein elektrischer Anschlußkontakt durch ein geeignetes Mittel, wie z. B. Schweißen, mit der Außenfläche des Anodenraumes verbunden ist. Diese Anordnung verhindert das Auftreten von Leckagen und Bränden an den Anschlüssen, da keine Notwendigkeit besteht, an diesem Punkt Dichtungsmittel vorzusehen und auch kein Loch vorhanden ist, durch das Fluor am Anodenbefestigungspunkt austreten kann.

Der biegsame Anodenhalter kann eine Metallstange, z. B. aus Weichstahl, umfassen. Es kann jedoch auch jedes andere geeignete Metall verwendet werden. Mit dem Begriff "biegsam" wird hier die Fähigkeit der Anode bezeichnet, sich biegen zu lassen, um jegliche Verschiebung oder Maßungenauigkeiten zwischen dem Kohleabschnitt und den isolierenden Führungselementen ausgleichen zu können.

Bevorzugt können die elektrisch isolierenden Führungselemente z. B. ganz oder teilweise Fluorkunststoffe umfassen, so daß die Anode mit dem biegsamen Aufhängungsteil sich innerhalb des Anodenraumes der Fluorzelle selbst ausrichtet. Alternativ dazu können keramische Materialien, wie z. B. Aluminiumoxid, eingesetzt werden, unter der Voraussetzung, daß die keramischen Führungen so angeordnet sind, daß sie nicht vom flüssigen Elektrolyt benetzt werden.

Solche Führungselemente können an der Wand oder den Wänden des Anodenraumes angebracht sein. Alternativ dazu können die Führungselemente am Anodenteil selbst, an Kathodenplatten oder am Boden der Zelle angebracht sein. Die beste Position kann von der Innengeometrie jeder einzelnen Zelle abhängen.

Der Anodenraum kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Führungselemente dann vorzugsweise an jeder Wand befestigt sein können. Der Anodenraum kann auch einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei das Führungselement dann entweder kreisförmig sein oder zwei oder mehrere bogenförmige Abschnitte aufweisen kann.

Die Führungselemente können sich in einer Axialposition befinden und eine relativ lange Axiallänge aufweisen, oder sie können auf zwei Axialpositionen, z. B. mit im Verhältnis kürzerer Axiallänge, angeordnet sein.

Es wurde festgestellt, daß die Führungselemente eine elektrische Isolierung zwischen der Anode und der Anodenraumwand aufrechterhalten. Ein besonderer Vorteil der Befestigungsstruktur der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es sich als möglich herausstellte, den Elektrolyt gefrieren zu lassen, ohne daß die Anode durch Kontraktionswirkungen beschädigt wird. Die biegsame Aufhängungseinrichtung gestattet eine gewisse Bewegung der Anode relativ zu den Anodenraumwänden, so daß eine Schrumpfung des Elektrolyts während des Einfrierens automatisch ausgeglichen werden kann; und die Isolierelemente verhindern jeglichen möglichen Kontakt zwischen der Anode selbst und den Anodenraumwänden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun rein veranschaulichend Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein schematisches Diagramm einer Fluorzelle mit der Anoden- Befestigungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Anodenraum von Fig. 1 entlang der Linie 3-3, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Anode von Fig. 2 entlang der Linie 4-4.

Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen identische Merkmale mit gemeinsamen Bezugszeichen versehen sind.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein schematisches Diagramm einer Fluorzelle mit einer Anoden- Befestigungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Zelle umfaßt einen Zellenbehälter 12 in Weichstahlbauweise, der kathodisch ist. Der Zellenbehälter ist mit einem Mantel zum elektrischen Widerstandserwärmen 14 für das Schmelzen des Elektrolyts 16 innerhalb der Zelle versehen. Am oberen Ende des Zellenbehälters ist eine Dichtplatte 18 befestigt, die durch ein Isolier- und Abdichtelement 20 gegenüber dem kathodischen Zellenbehälter isoliert ist. Ein elektrisch neutrales Schürzenteil 22, das in diesem Fall aus Monel-Metall (Warenzeichen) besteht, hängt von der Platte 18 herab und läuft von dieser auch nach oben zu einem Flanschteil 24. Ein Dichtungsdeckelteil 26 ist an dem Flansch 24 befestigt, aber durch ein Abdicht- und Isolierteil 28 von diesem isoliert, wobei der Deckel 26 anodisch ist. Das Schürzenteil 22 erstreckt sich nach unten, wobei sein Ende 30 in den Elektrolyten 16 getaucht ist, um zwei verschiedene Kammern oberhalb des Pegels 32 des Elektrolyten zu bilden: einen Kathodenraum oder eine Wasserstoffkammer 34 und einen Anodenraum oder eine Fluorgaskammer 36, die beide durch das Schürzenteil 22 und den Elektrolytpeget 32 voneinander getrennt sind. Im Anodenraum 36 ist eine mit 40 bezeichnete Anode angeordnet, die an einem biegsamen Anodenhalter 42 in Form einer Weichstahlstange, die an der Unterseite des Deckels 26 angeschweißt 44 ist, vom Dichtungsdeckel 26 herabhängt. Die Anode erstreckt sich bis unter das Ende 30 des Schürzenteils 22. An der Wand auf der im Anodenraum 36 gelegenen Seite der Schürze 22 sind Anodenführungsblöcke 46 aus Fluorkunststoff angebracht, welche die Anode 40 im wesentlichen in der Mitte des Anodenraums 36 halten und einen Kontakt der Anode 40 mit der Schürze 22 verhindern. An der Außenfläche des Deckelteils ist ein Anodenanschlußkontakt 50 angeschweißt 48, so daß im Deckelteil 26 kein Durchgangsloch vorgesehen ist. Im oberen Abschnitt der Fluorkammer 36 befindet sich eine Auslaßleitung 52 mit einem Ventil 54. Gleichermaßen befindet sich im oberen Abschnitt des Kathodenraums eine Leitung 56 mit einem Ventil 58. Leitfähigkeitssensorsonden 60, 62 sind vorgesehen, um jeweils die minimale und die maximale Höhe des Elektrolytpegels 32 zu erfassen. Die Sonden sind an eine Vorrichtung 66 angeschlossen, welche die Elektrolyse abhängig von Signalen aus den Sonden startet und anhält, indem sie eine mit 68, 70 bezeichnete Stromversorgung der Anode und der Kathode der Zelle bereitstellt.

Am Innenboden des Zellenbehälters 12 ist eine PTFE-Grundschicht 72 befestigt, um die Erzeugung von Wasserstoffgas unter dem Anodenraum 36 zu verhindern.


Anspruch[de]

1. Anoden-Befestigungsanordnung innerhalb eines Anodenraumes (36) einer Fluorzelle (10), wobei die Anordnung folgendes umfaßt: ein Anodenteil (40), mit dem eine biegsame Aufhängungseinrichtung (42) verbunden ist, wobei die biegsame Aufhängungseinrichtung (42) mit einer Wand (26) des Anodenraumes (36) verbunden ist, um eine Bewegung zwischen der Anode (40) und den Wänden (22) des Anodenraumes (36) zu ermöglichen, und elektrisch isolierende Führungselemente (46), die zwischen der Anode (40) und den Wänden (22) angeordnet sind.

2. Anoden-Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die biegsame Aufhängungseinrichtung (42) mit einer Innenfläche des Anodenraumes (36) durch ein Verfahren verbunden ist, bei dem kein Durchgangsloch in der Wand des Anodenraumes (36) entsteht.

3. Anoden-Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, wobei das Verbindungsverfahren Schweißen ist.

4. Anoden-Befestigungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch 1 bis 3, bei der die elektrisch isolierenden Führungselemente (46) Fluorkunststoffe umfassen.

5. Anoden-Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei der die Führungselemente (46) an der Wand oder den Wänden (22) des Anodenraumes (36) angebracht sind.

6. Fluorzelle mit einer Anoden-Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5.







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