ES2209875T3 - Estructura electrodica. - Google Patents

Abstract

Estructura electródica, que comprende: (i) una cubeta (1) con un rebaje embutido (3) y una brida (2) alrededor de su periferia para soportar medios de juntas obturadoras (14) para sellar un separador (13) entre las bridas (2) en estructuras electródicas adyacentes, estando dispuesto dicho separador (13) entre la superficie del ánodo (8) de una primera estructura electródica y el cátodo (8) de una segunda estructura electródica de modo que la superficie del ánodo sea prácticamente paralela y situada frente a, aunque aislada y espaciada de, respecto a la superficie del cátodo por el separador (13) y esté herméticamente sellada en el separador; (ii) una placa eléctricamente conductora (8) separada de la cubeta; (iii) una entrada para lícor electrolítico y (iv) una salida (11) para fluidos.

Description

Estructura electródica.

La presente invención se refiere a estructuras electródicas para utilizar en, por ejemplo, electrolizadores bipolares, especialmente un electrolizador bipolar modular y también en pilas de combustible.

Los electrolizadores monopolares de membrana del tipo de filtro prensa son bien conocidos, por ejemplo, según se describe en nuestra patente GB 1.595.183. Dichos electrolizadores son de disposición inmediata, bajo coste y de fácil montaje.

Los electrolizadores bipolares son conocidos en esta técnica, por ejemplo, según se describe en nuestra patente GB 1.581.348.

En los electrolizadores bipolares de diseño convencional para uso en la electrólisis de soluciones acuosas de cloruro metálico alcalino, la unidad bipolar comprende un ánodo que suele adoptar la forma de una placa de metal generadora de película, normalmente, titanio, presentando la placa un revestimiento activo por medios electrocatalíticos, por ejemplo, un óxido de metal del grupo del platino, y un cátodo que tiene convenientemente la forma de una placa perforada, por ejemplo, una placa de metal foraminoso, que suele ser níquel o acero dulce, estando el ánodo y el cátodo eléctricamente unidos de manera conductora entre sí para formar una unidad bipolar. Los separadores se colocan entre unidades bipolares sucesivas dispuestas en serie en el electrolizador, de modo que el ánodo de una unidad bipolar quede frente al cátodo de la unidad bipolar adyacente con un separador interpuesto. El electrolizador comprende también unidades terminales del ánodo y cátodo.

Para hacer funcionar una célula electrolítica del tipo bipolar, es ventajoso hacerlo con una distancia lo más pequeña posible entre el ánodo y el cátodo (la separación ánodo/cátodo) con el objetivo de mantener al mínimo las pérdidas óhmicas y por lo tanto, el voltaje de la pila.

Los separadores suelen estar adyacentes, o incluso en contacto, con el cátodo y con el fin de conseguir una separación ánodo/cátodo pequeña, sin dañar, al mismo tiempo, al separador, es necesario prestar considerable cuidado en fabricar electrodos que presenten un grado de planeidad adecuado y también es necesario mantener la planeidad durante el tratamiento térmico implicado al recubrir el electrodo con un revestimiento electrocatalíticamente activo. Además, debe prestarse la máxima atención en montar las unidades en un electrolizador bipolar, si hay que evitar daños en los separadores.

En la patente US 4.557.816 se revela que la distribución de concentración uniforme de electrolitos a través de los electrodos, en el electrolizador bipolar que constituye su objetivo, puede mejorarse mediante la provisión de conductos verticales, en el lado del electrodo alejado del separador, para un flujo descendente del líquido.

En la patente US 4.643.818 se revela que puede disminuirse la resistencia eléctrica del electrolizador bipolar que constituye su objetivo y puede obtenerse una densidad de corriente uniforme usando medios conductores eléctricos rígidos, de contacto múltiple, entre las pilas individuales en un electrolizador bipolar.

La patente US 4.734.180 se refiere a un electrolizador tipo bipolar, que comprende unidades bipolares que están dispuestas, en oposición, con una placa de hierro-titanio con unión por explosión y en donde nervaduras conductoras están soldadas al electrodo y al cuerpo en forma de cubeta.

En la patente US 5.225.060 se revela que la formación de zonas de gas en las partes superiores de las estructuras del ánodo y del cátodo del electrolizador bipolar, que constituye su objetivo, puede evitarse mediante el uso de un espacio sin circulación de corriente en la parte superior de las estructuras.

En la patente EP 0.704.556 se revela que la provisión de separadores de gas-líquido, en la parte superior de las estructuras del ánodo y del cátodo del electrolizador bipolar, que constituye su objetivo, reduce al mínimo las fluctuaciones de la presión, el deterioro de la membrana y la variación del voltaje.

La patente WO 98/55670 se refiere a un elemento para un electrolizador bipolar, cuyos dos lados están formados con bridas y salientes o soportes de columna. Los salientes presentan, en una realización preferible, la forma de conos truncados y están preferentemente dispuestos en la forma de hexágonos centrados para mejorar la mezcla lateral del electrolito. Sin embargo, la mezcla vertical se consigue por medio de conductos de bajada que disminuyen el área activa del electrodo ampliando así la variación de la densidad de corriente a través del electrodo, que es un problema particular cuando funciona a una densidad de corriente elevada con una configuración de separación del ánodo/cátodo estrecha o nula y con membranas de intercambio de iones sensibles a las impurezas.

La patente EP 0.521.386 se refiere a un electrolizador bipolar que comprende unidades de células electrolíticas con particiones electródicas provistas de rebajes y salientes de coincidencia así como mallas electródicas unidas directamente, o a través de un resorte, a los salientes. Una pila de dichas unidades de células electrolíticas verticales está unida en serie con una membrana de intercambio de iones entre unidades de células electrolíticas adyacentes, para formar así un conjunto de célula electrolítica. Sin embargo, mientras que los rebajes y los salientes garantizan una excelente mezcla lateral del electrolito, la mezcla vertical es deficiente. En consecuencia, para mantener la variación de la temperatura y la concentración en las unidades celulares dentro de límites aceptables, se necesita la recirculación externa bombeada, con energía intensiva, provista de tuberías y depósitos adicionales de alto coste.

En las células electrolíticas, en las que la separación ánodo-cátodo es nula, existe una tendencia, en la presión aplicada al separador a través del ánodo y el cátodo con los que está en contacto, a dar lugar a desviaciones de uniformidad, abrasión, o incluso rotura, del separador. Este es especialmente el caso en que el separador es una membrana de intercambio de iones, donde es deseable aplicar una presión uniforme a la membrana a través del ánodo y del cátodo.

Ahora el solicitante ha concebido una estructura electródica, para un electrolizador bipolar, que permite utilizar separaciones del ánodo/cátodo muy pequeñas, o incluso nulas, en dichos electrolizadores sin dañar el separador, lo cual reduce al mínimo la resistencia eléctrica usando una longitud corta del recorrido de transporte de corriente perpendicular entre los electrodos y materiales de baja resistencia para casi toda la longitud del recorrido de transporte de corriente perpendicular y que proporciona una excelente distribución de la corriente a través de toda la zona electródica. La estructura de los electrodos permite el flujo, tanto vertical como horizontal, de los licores electrolíticos allí existentes, ayudando así a su circulación y mezcla y presentando una mejor rigidez y resistencia, lo que permite conseguir una tolerancia más estrecha en la construcción de la pila. La estructura electródica es de construcción simple y fácil de fabricar.

Según el primer aspecto de la presente invención, se proporciona una estructura electródica para uso, por ejemplo, en un electrolizador bipolar que comprende:

(i) una cubeta con un rebaje embutido y una brida alrededor de su periferia para soportar medios obturadores para sellar un separador entre las bridas en estructuras electródicas adyacentes, cuyo separador está dispuesto entre la superficie del ánodo de una primera estructura electródica y la superficie del cátodo de una segunda estructura electródica, de modo que la superficie del ánodo sea prácticamente paralela y situada frente a, aunque aislada y espaciada de, la superficie del cátodo por el separador y está herméticamente sellada al separador;

(ii) una placa eléctricamente conductora espaciada de la cubeta;

(iii) una entrada para licor electrolítico y

(iv) una salida para fluidos;

en la que la placa está eléctricamente conectada a la cubeta por medios, de forma opcional en la forma de una pluralidad de elementos conductores a los que está unida, de forma eléctricamente activa, la placa también conductora y que proporciona recorridos eléctricamente conductores entre la cubeta y dicha placa a condición de que, donde la placa sea una placa anódica, pueda, de forma opcional, tener una conexión eléctrica directa a la cubeta y que se caracteriza porque, en donde la estructura electródica sea una estructura de ánodo, el rebaje embutido está provisto de una pluralidad de salientes hacia dentro y, cuando la estructura electródica es una estructura de cátodo, el rebaje embutido está provisto de una pluralidad de salientes hacia fuera, de modo que los salientes hacia dentro, en el rebaje embutido de la cubeta de la estructura de ánodo, coincidan con los salientes hacia fuera en el rebaje embutido de la cubeta de una estructura de cátodo adyacente en un conjunto que comprende una pluralidad de las estructuras electródicas.

La placa eléctricamente conductora es, en una realización preferida, un metal o una aleación según mejor se describe a continuación. En general, será del mismo material que la cubeta. De este modo, cuando la estructura electródica ha de utilizarse como ánodo en la electrólisis de un haluro metálico alcalino, la placa eléctricamente conductora puede estar hecha de un metal para válvulas o una de sus aleaciones, consistiendo principalmente en un metal para válvulas. Cuando la estructura electródica ha de usarse como un cátodo en la electrólisis de un haluro metálico alcalino, la placa conductora puede ser, por ejemplo, de acero inoxidable, acero dulce, níquel o cobre.

Hay que advertir que cuando la placa eléctricamente conductora es un ánodo, para su uso en electrólisis de salmuera, deberá disponer de un recubrimiento electrocatalíticamente activo.

La placa conductora puede tener cualquier estructura adecuada según se describe con más detalle a continuación. La estructura precisa no es crítica.

Con el fin de que la presión aplicada al separador situado entre las placas conductoras de estructuras electródicas adyacentes, en un módulo según la presente invención, se aplique de forma uniforme, la placa conductora ha de ser preferentemente flexible.

En una realización preferida, cada saliente en el rebaje embutido está, de forma electroconductora, conectado a un elemento conductor de modo que los salientes proporcionen más puntos de alimentación de corriente, mejorando así la distribución de corriente a través de la cubeta que conduce a una tensión más baja, menos consumo de potencia y mayor duración del recubrimiento del separador y de los electrodos.

Los salientes en el rebaje embutido están preferentemente separados entre sí en una primera dirección y en una dirección transversal a la primera dirección. En una realización más preferible, los salientes están simétricamente separados. Por ejemplo, pueden estar separados por una distancia igual en una primera dirección, y espaciados en una distancia igual, que puede ser la misma, en una dirección transversal, por ejemplo, prácticamente en ángulo recto, a la primera dirección. En una realización preferible, la separación de los salientes es la misma en ambas direcciones.

Los salientes en el rebaje embutido pueden presentar varias formas, por ejemplo, abovedada, cóncava, cónica o preferentemente frustocónica. Como ejemplos de los procedimientos de conformación de salientes pueden mencionarse, entre otros, la vacuoconformación, conformación por explosión, prensado o preferiblemente mediante la aplicación de una herramienta modelada con una forma adecuada a la superficie opuesta del rebaje.

Suelen existir en torno a 20-200, preferentemente 40-100 salientes/m^{2} en el rebaje embutido de la cubeta de la estructura electródica.

La altura de los salientes, desde el plano del rebaje, puede encontrarse, por ejemplo, en el margen de 0,5 a 8 cm, preferiblemente 1-4 cm, dependiendo de la profundidad de la cubeta. La distancia entre salientes adyacentes, en la cápsula rebajada, puede ser, por ejemplo, de 1-30 cm, entre centros, preferentemente de 5 a 20 cm. Las dimensiones de la estructura electródica, en la dirección del flujo de corriente, están preferentemente en el margen de 1-6 cm, según se mide desde la placa conductora a la base de la cubeta, con el fin de proporcionar recorridos cortos de la corriente, que garanticen caídas de tensión bajas en la estructura electródica, sin el uso de dispositivos de transporte de corriente complicados.

Los elementos conductores de la electricidad, a los que la placa conductora se acopla en la estructura electródica, comprenden preferentemente soportes de columna.

Cuando el elemento conductor al que se acopla la placa eléctricamente conductora tiene la forma de un soporte de columna y se conecta eléctricamente a un saliente que sobresale hacia dentro en el rebaje embutido de la cubeta, pudiéndose hacerse mínima la longitud del recorrido de corriente entre la placa conductora y la cubeta.

Cuando el soporte del ánodo es de titanio o de una de sus aleaciones y el del cátodo es de níquel o de una de sus aleaciones, la longitud del recorrido eléctricamente conductor, a través del soporte del cátodo, es preferentemente mayor que la longitud del recorrido eléctricamente conductor del soporte del ánodo. En una realización preferible, la relación de la longitud del recorrido eléctricamente conductor, a través del soporte del cátodo, a la longitud del recorrido conductor, a través del soporte del ánodo, es por lo menos 2:1, preferentemente por lo menos 4:1 y más preferentemente, por lo menos 7:1. En condiciones normales, la proporción suele ser por lo menos 10:1.

La longitud de los soportes de columna depende del diseño del electrolizador y de que estén asociados con una placa del ánodo o del cátodo. Con frecuencia, la longitud de soporte puede estar en el margen de 0 a 10 cm, preferentemente de 0 a 4 cm. Cuando la longitud es cero, se entenderá que la invención se refiere a una disposición modificada en la que la placa eléctricamente conductora, cuando se pretende que funcione como una placa del ánodo, puede conectarse directamente, por medios eléctricos, a la cubeta asociada o, como alternativa, conectarse a través de un portador de corriente, según se define más adelante.

Cuando los elementos conductores a los que se acoplan las placas conductoras tienen la forma de soportes de columna, cada soporte está preferentemente provisto de un portador de corriente, por ejemplo, un anillo, malla o lana de alambre, adyacente a la placa conductora para establecer un contacto eléctrico multipunto. En una realización preferible, el portador de corriente es un portador de corriente multiterminal, al que en lo sucesivo se hace referencia como "spider" (araña) En algunas circunstancias, se considera que las conexiones eléctricas pueden hacerse sin utilizar un soporte de columna; por ejemplo, en el caso de una estructura de ánodo, el ápice de cada saliente orientado hacia dentro puede estar eléctricamente conectado a la placa del ánodo por medio de un portador de corriente, como se ha dicho anteriormente, por ejemplo, un dispositivo tipo "araña".

La provisión de "arañas" aumenta el número y la distribución de puntos de alimentación de corriente a la placa eléctricamente conductora, mejorando con ello la distribución de corriente que conduce a una tensión más baja y a un consumo de potencia más bajo y a una mayor duración de los separadores y revestimientos electródicos.

La longitud de las patillas y su número en el dispositivo tipo "araña", cuando esté presente, puede variar dentro de amplios límites. El dispositivo tipo "araña" suele contener entre 2 y 100 patillas, preferentemente entre 2 y 8. Cada terminal de patilla suele tener una longitud entre 1 mm y 200 mm, preferentemente entre 5 mm y 100 mm. Un operador capacitado, por simple experiencia, será capaz de determinar las longitudes y números adecuados de patillas del dispositivo tipo "araña" para cualquier aplicación concreta.

Un dispositivo "araña" puede ser flexible o rígido. La forma y las propiedades mecánicas de las "arañas" en la estructura de ánodo puede ser la misma o diferente de la forma o de las propiedades mecánicas de las "arañas" en la estructura de cátodo. Por ejemplo, las "arañas" no elásticas relativamente, con patillas cortas se suelen preferir en la estructura de ánodo y "arañas" relativamente elásticas con grandes patillas tienen preferencia en la estructura de cátodo.

El uso de "arañas", por lo menos en la placa del cátodo, permite que las estructuras electródicas de resorte para conseguir la operación con separación cero con una óptima presión para reducir al mínimo el riesgo de daños en el electrodo/separador. Por "separación cero" queremos significar que, prácticamente, no existe separación entre la placa electroconductora de cada estructura electródica y el separador adyacente, es decir, que las placas electroconductoras adyacentes se utilizan solamente separadas por el espesor del separador.

Cuando el separador es una membrana, las "arañas" de resorte proporcionan un soporte más uniforme para la membrana a través de una superficie mayor, reduciendo por ello el desplazamiento que podría conducir a daños en la membrana por, por ejemplo, abrasión o por la irrupción de los pliegues.

Una "araña" puede, en una realización preferible, estar formada del mismo material que la placa eléctricamente conductora con la que está en contacto eléctrico.

Una "araña" puede conectarse al soporte por procedimientos conocidos en la técnica, por ejemplo, mediante soldadura, fijación por tornillos o conectores de ajuste sin huelgo.

Las patillas de cada "araña" pueden extenderse, en sentido radial, desde una parte central para su uso en la conexión de una "araña" a un soporte o, en algunas circunstancias, directamente al vértice de un saliente asociado. las patillas de la "araña" pueden espaciarse de forma equiangular.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una "araña" para su uso en la estructura electródica cuya "araña" está conectada, de forma electroconductora a un elemento eléctricamente conductor y a una placa eléctricamente conductora, de modo que la distribución de corriente a la placa eléctricamente conductora se vea mejorada.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un conjunto del ánodo o cátodo que comprende una placa eléctricamente conductora que tiene conectada a una de sus caras una pluralidad de "arañas" de distribución de corriente que comprende una parte para conexión, en uso, a una cubeta y a un número de patillas en forma de radios desde la parte de conexión en la que el alimentación de corriente eléctrica a las placas se produce a través de dichas patillas. Dicha disposición permite que el conjunto del ánodo o del cátodo sea soldado prontamente o fijado de otro modo dentro de un compartimiento celular o módulo, y retirado, por ejemplo, para reparación de la placa eléctricamente conductora o sustitución de cualquier revestimiento electrocatalítico.

Cuando el soporte está provisto de un portador de corriente, puede proporcionarse además, un tapón de aislamiento en su extremo, adyacente al separador.

Cuando la estructura electródica es una estructura de ánodo, su cubeta puede ser unida de manera contigua a la cubeta de una estructura electródica que es una estructura de cátodo, de modo que los salientes que sobresalen hacia dentro en la cubeta de la estructura de ánodo coincidan con los salientes que sobresalen hacia fuera sobre la cubeta de la estructura de cátodo para formar una unidad bipolar.

Según otro aspecto de la presente invención, se facilita una unidad bipolar en la que la cubeta de una estructura electródica según la presente invención, que es una estructura de ánodo, se une a la cubeta de una estructura electródica según la presente invención que es una estructura de cátodo, de modo que los salientes que sobresalen hacia dentro sobre la cubeta de la estructura de ánodo coincidan con los salientes que sobresalen hacia fuera sobre la cubeta de la estructura de cátodo para formar una unidad bipolar.

En la unidad bipolar según la presente invención, las estructuras electródicas son prensadas o unidas juntas, preferentemente por enlace por explosión, de modo que el contacto eléctrico se efectúe entre el rebaje embutido en sus cubetas.

Una pluralidad de dichas unidades bipolares entremezcladas con separadores adecuados, juntas obturadoras y medios de presión puede ser ensambladas para formar un electrolizador bipolar de presión por filtro.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un electrolizador bipolar con filtro prensa, el cual comprende:

a) medios de distribución de corriente y

b) por lo menos una unidad bipolar montada sobre un bastidor de montaje y ensamblada en serie, tanto mecánica como eléctricamente,

caracterizado porque las unidades bipolares son unidades bipolares según un aspecto adicional de la presente invención.

Por "medios de distribución de corriente" se entiende, sistemas, normalmente conectados al interior de los bastidores finales del bastidor de montaje del electrolizador, diseñado para transportar corriente desde una fuente de alimentación, como por ejemplo, cables alimentadores de energía de un cuadro de baterías, o barras colectoras a las cubetas de los electrodos terminales de un electrolizador de filtro prensa a las cubetas exteriores de módulos finales de un electrolizador modular, de modo que la alimentación de corriente sea uniformemente distribuida sobre todos los puntos de contacto eléctricos en estas cubetas. Típicamente, los medios de distribución de corriente pueden ser placas simples o sistemas de placas cables o alambres fabricados con metales conductores. De forma opcional, pueden acoplarse con revestimientos que mejoren la conductividad, conexiones o dispositivos para mejorar la conexión eléctrica entre los medios de distribución de corriente y el electrodo final. Como alternativa, especialmente en un electrolizador de presión de filtro, los electrodos terminales pueden ser permanentemente conectados a medios de distribución de corriente, por ejemplo, mediante soldadura.

Una forma preferida de medios de distribución de corriente que es especialmente útil en el electrolizador de esta invención, implica varias placas de cobre que pasan verticalmente, de la parte inferior a la parte superior del bastidor final del electrolizador estando dichas placas de cobre eléctricamente unidas, todas ellas conectadas en la parte inferior a una única barra de cobre horizontal. En el extremo del bastidor del electrolizador, cuando las placas de cobre están destinadas a ser conectadas a una cubeta que forma parte de una estructura de ánodo, pueden acoplarse con salientes conductores que sobresalen hacia fuera, o soportes conductores que coinciden con los salientes del ánodo que sobresalen hacia dentro. En el otro extremo del electrolizador, en el que las placas de cobre están destinadas a ser conectadas a una cubeta que forma parte de una estructura de cátodo, pueden ser planas, o pueden ser acopladas con salientes que sobresalen hacia dentro, que coincidan con los salientes que sobresalen hacia fuera del cátodo. De forma opcional. las placas de cobre de los medios de distribución de corriente pueden ser acoplados con revestimientos que mejoran la conductividad o dispositivos para mejorar el contacto eléctrico de la cubeta de la estructura electródica.

Los electrodos terminales en el electrolizador bipolar de presión de filtro, según la presente invención, comprenden preferentemente estructuras electródicas según la presente invención.

Cuando la estructura electródica según la presente invención, proporciona los extremos de un electrolizador bipolar, puede estar provisto de medios para su alimentación de energía eléctrica. Por ejemplo, estos medios pueden incluir un saliente que está adecuadamente formado para conexión a una barra colectora cuando la estructura electródica se ensambla en un electrolizador.

Típicamente, el electrolizador, bipolar de filtro prensa según la presente invención, comprende hasta 300 unidades bipolares.

Medios para proporcionar una carga para cerrar herméticamente electrolizadores bipolares de filtro prensa según la presente invención, son conocidos para una persona capacitada.

Existen electrolizadores bipolares modulares conocidos como los descritos en las patentes US 4.108.752 y US 4.664.770.

Los electrolizadores bipolares modulares tienen las ventajas de que se les aplica una carga completa menor que a los electrolizadores bipolares convencionales dado que la carga se necesita para obtener solamente contacto eléctrico entre módulos adyacentes no para el cierre de cada celda en el electrolizador. El uso de una carga completa inferior elimina la necesidad de placas finales macizas y sistemas de compresión. Además, el uso de módulos facilita tanto la fabricación/montaje como el mantenimiento de un electrolizador bipolar. La Patente US 4.108.752 describe un electrolizador bipolar modular que comprende una diversidad de módulos extraíbles. Cada módulo comprende un par de cubetas coincidentes, teniendo cada una un rebaje embutido y una brida periférica que rodea el rebaje, estando las cubetas conectadas juntas de forma periférica en las bridas de tal manera que el rebaje de cada cubeta mira a la de cubeta conectada. Un separador planar generalmente está situado entre las cubetas. El rebaje de una cubeta y el correspondiente lado plano del separador define una primera estructura y el rebaje de la otra cubeta y el lado opuesto del separador define una segunda estructura. Un electrodo planar está posicionado dentro de cada estructura en paralelo con el plano del separador y conectados eléctrica y estructuralmente a la cubeta correspondiente, por ejemplo, por medio de soportes de columna. El electrolizador bipolar de filtro prensa se monta alineando una pluralidad de los módulos, de modo que la superficie exterior planar de las cubetas esté en paralelo. Asimismo, por lo menos dispone de una banda conductora multicontacto que se interpone entre las superficies de las cubetas de módulos adyacentes, de modo que las superficies exteriores planares de las cubetas son paralelas y cuando los módulos son comprimidos juntas, las bandas conductoras se intercalan entre ellos para establecer un contacto eléctrico positivo entre celdas adjuntas en una pluralidad de puntos.

La patente US 4.664.770 describe un módulo para un electrolizador bipolar modular que comprende un alojamiento formado por dos estructuras cada una de ellas con un lado inferior que se extiende en un plano paralelo a los planos, que comprende un ánodo y un cátodo. El ánodo y el cátodo están separados por una membrana y ambos, el ánodo y el cátodo, tienen una pluralidad de secciones perforadas y no perforadas dispuestas en paralelo. Un refuerzo de configuración de bastidor metálico está situado entre el ánodo y el cátodo y una superficie interna adyacente del lado inferior de la otra estructura. Una banda de contacto se acopla a la superficie exterior de cada uno de los lados inferiores, estando conectadas eléctricamente las bandas de contacto de celdas adyacentes. También se proporcionan medios para conectar cada una de las bandas de contacto al refuerzo metálico y las secciones no perforadas del electrodo en la estructura adjunta. Una membrana de separación se extiende entre el ánodo y el cátodo en cada uno de los módulos y medios de junta cierran las estructuras a la membrana. Cuando un electrolizador es montado alineando una diversidad de dichos módulos con la ayuda de dispositivos de tensado conocidos, el contacto eléctrico entre módulos adyacentes queda asegurado por las bandas de contacto eléctricamente conductoras.

Hemos descubierto ahora que cuando los elementos eléctricamente conductores sobre los que se montan las placas eléctricamente conductoras en las estructuras electródicas, según la presente invención, tienen forma de soportes de sustentación de carga. Un módulo para un electrolizador bipolar modular puede prepararse a partir de dichas estructuras electródicas. Dicho módulo es fácil de montar y es particularmente fácil de montar y colocar con otros módulos sobre un bastidor de electrolizador. Una buena conexión eléctrica entre un módulo y el siguiente es particularmente fácil de obtener. El porcentaje de área de membrana que se somete a electrólisis se mejora también notablemente en comparación con los diseños modulares conocidos.

Según un aspecto preferido de la presente invención se proporciona un módulo para su uso en un electrolizador bipolar modular, que comprende:

a)

una estructura de ánodo que comprende (i) una cubeta con un rebaje embutido y una brida alrededor de su periferia, (ii) una placa del ánodo que, de forma opcional, tiene una superficie electrocatalíticamente activa, (iii) medios opcionales que comprenden una pluralidad de elementos portadores de carga eléctricamente conductores a los que el ánodo está conectado de forma conductora, proporcionando recorridos electroconductores entre la cubeta y la placa del ánodo, (iv) una entrada para líquidos y (v) una salida para fluidos;

b)

una estructura de cátodo que comprende (i) una cubeta con un rebaje embutido y una brida alrededor de su periferia, (ii) una placa del cátodo que, de forma opcional, tiene una superficie activa electrocatalíticamente, (iii) medios, de forma opcional, que comprenden una pluralidad de elementos portadores de carga eléctricamente conductores a los que el cátodo está conectado, de forma electroconductora, proporcionando recorridos eléctricamente conductores entre la cubeta y la placa del cátodo, (iv) una entrada para líquidos y (v), una salida para fluidos;

c)

un separador dispuesto entre la placa del ánodo y la del cátodo de modo que la superficie del ánodo sea prácticamente paralela y situada frente a, aunque aislada y espaciada de, la superficie del cátodo por el separador que así divide el módulo en compartimentos separados del ánodo y cátodo;

d)

medios de juntas obturadoras de que cierran el separador entre las bridas de la periferia de las cubetas y

e)

medios para aplicar presión a los medios de junta para cerrar herméticamente el separador, caracterizado porque

i)

el rebaje embutido de la cubeta de la estructura de ánodo está provisto de una pluralidad de salientes que sobresalen hacia dentro y el rebaje embutido de la cubeta de la estructura de cátodo está provista de varios salientes que sobresalen hacia fuera de modo que los salientes que sobresalen hacia dentro de la estructura de ánodo de un módulo coincida con los salientes que sobresalen hacia fuera de la estructura de cátodo de un módulo adyacente en un electrolizador bipolar modular que comprende una pluralidad de los módulos; y

ii)

de forma opcional una o más unidades bipolares según la presente invención, preferentemente con soportes sustentadores de carga eléctricamente conductores, separadores asociados entremezclados entre las estructuras del ánodo y cátodo.

Se apreciará que por la inclusión de una o más unidades bipolares de esta invención, junto con las juntas obturadoras y separadores asociados, entre la estructura de ánodo y la estructura de cátodo de un módulo de esta invención, y utilizando medios similares para aplicar presión para cerrar herméticamente los separadores de las juntas obturadoras y las juntas a las estructuras de del electrodo, es posible crear un "módulo híbrido" que contiene dos o más estructuras del ánodo y dos o más estructuras del cátodo con dos o más estructuras del cátodo con dos o más separadores. Deberá entenderse que la creación de módulos híbridos está dentro del ámbito de nuestra invención.

Un beneficio del módulo híbrido es que se requieren cantidades reducidas de operaciones de elevación dentro del entorno operativo del espacio de células, que llevan a riesgos de seguridad reducidos y menos tiempo inactivo del electrolizador para sustitución de módulos o estructura electrónica durante operaciones de mantenimiento o revisión general.

Los medios para aplicar presión a las juntas obturadoras para cerrar herméticamente su separador en el módulo están preferentemente provistos de pernos a través de orificios en las bridas. Sin embargo, no excluimos la posibilidad de que puedan utilizarse, como alternativa, medios para aplicar presión.

Cuando los soportes soporte de carga eléctricamente conductores en el módulo están provistos de portadores de corriente, cada soporte de columna está preferentemente provisto de un tapón aislante y más preferentemente, un orificio de coincidencia se forma en la placa eléctricamente conductora, especialmente cuando la placa eléctricamente conductora tiene la forma de una red. Cuando un orificio de coincidencia está formada en la placa eléctricamente conductora, el tapón aislante tiene preferentemente una forma de amortiguador.

Según un aspecto preferido adicional de la presente invención, se proporciona una placa eléctricamente conductora bipolar modular que comprende:

uno o más módulos ensamblados sobre un bastidor de montaje en serie, tanto mecánica como eléctricamente y

placa de distribución de corriente en cada extremo del electrolizador, caracterizado porque los módulos son módulos según un aspecto preferido de la presente invención.

Los amortiguadores de aislamiento eléctricamente, transferencia de carga están dispuestos, preferentemente, en los extremos de los soportes de columna eléctricamente conductores adyacentes a la placa eléctricamente conductora en el electrolizador bipolar modular según la presente invención y, cuando los soportes son de soporte de cargan en los extremos de los soportes adyacentes a la placa eléctricamente conductora en el electrolizador bipolar de filtro prensa según la presente invención. Dichos amortiguadores aislantes impiden daños mecánicos a la membrana y, dado que la electrólisis no se produce en estos puntos, la membrana no sufre daño de electrólisis alguno.

Dichos amortiguadores aislantes pueden estar hechos de un material no conductor que es resistente al entorno químico dentro de la pila, por ejemplo, fluoropolímeros tales como PTFE, FEP, PFA, polipropileno, CPVC y cauchos fluoroelastoméricos. Los amortiguadores pueden estar dispuestos en vástagos de metal que están situados entre los soportes de columna y la placa eléctricamente conductora con los amortiguadores presentados frente al separador o membrana.

En el electrolizador bipolar modular según la presente invención que comprende una pluralidad de módulos, el rebaje de la cubeta del ánodo de un módulo de la cubeta del cátodo de un módulo adyacente están eléctricamente unidos, preferentemente en los extremos de los salientes.

La conductividad eléctrica entre módulos adyacentes en el electrolizador bipolar modular puede alcanzarse por el uso de interconectores o en una realización preferible por, como mínimo, un contacto estrecho entre módulos adyacentes.

La conductividad eléctrica entre módulos adyacentes puede ser mejorada por la provisión de materiales de mejora de conductividad o dispositivos de mejora de conductividad sobre la superficie exterior de las cubetas. Como ejemplo de materiales que mejoran la conductividad, pueden mencionarse inter alia espumas de carbono conductoras, grasas conductoras y revestimientos de un metal de alta conductividad, por ejemplo, plata u oro.

En una realización preferible, se utilizan dispositivos que mejoran la conductividad se utilizan para la conductividad eléctrica entre módulos adyacentes. Como ejemplos de dispositivos que mejoran la conductividad, pueden citarse, inter alia, placas bimetálicas eléctricamente conductoras soldadas al ánodo, placas bimetálicas eléctricamente conductora vinculadas por explosión, dispositivos metálicos electroconductores, por ejemplo, arandelas, o preferentemente dispositivos metálicos electroconductores adaptados para (a) efectuar una abrasión o perforación de la superficie de las cubetas mediante corte o penetración a través de cualquier revestimiento eléctricamente aislante, por ejemplo, una capa de óxido, y (b) por lo menos, inhibir la formación de capa aislante entre el dispositivo y la superficie de la cubeta.

Según otro aspecto de la presente invención se proporciona un dispositivo metálico electroconductor adaptado para (a) raspar o perforar la superficie de las cubetas mediante corte o penetración a través de cualquier revestimiento eléctricamente aislante, por ejemplo, una capa de óxido, y (b) por lo menos, inhibir la formación de capa aislante entre el dispositivo y la superficie de la cubeta (mencionado en lo sucesivo, para comodidad, como "dispositivo de abrasión").

El dispositivo está provisto de con uno o más salientes. Como ejemplo de dispositivo de abrasión, puede mencionarse, una arandela en estrella, por ejemplo, provista de 18 salientes. En una realización preferible, si embargo, el dispositivo de abrasión está provisto con no más de seis salientes. Con frecuencia se prefiere, por estabilidad mecánica durante el montaje de un electrolizador, que el dispositivo de abrasión esté provisto de por lo menos tres salientes. En una realización preferible, dichos salientes están provistos en ambos lados del dispositivo de abrasión.

Un dispositivo de abrasión está preferentemente dispuesto en un saliente que se proyecta hacia dentro en el rebaje embutido en la cubeta de una estructura de ánodo, para proporcionar contacto eléctrico entre la cubeta y el saliente que se proyecta hacia dentro en el rebaje embutido en la cubeta de una estructura de cátodo. En una realización preferible, se disponen dispositivos de abrasión en cada saliente orientado hacia dentro en el ánodo.

El dispositivo de abrasión puede ser de material eléctricamente conductor, suficientemente duro para cortarse en por lo menos una de las cubetas de la estructura electródica, especialmente un ánodo de titanio, perforar cualquier revestimiento de óxido de la misma. Como ejemplos de metales adecuados, con los que se pueden fabricar dichos dispositivos de abrasión, podemos mencionar, inter alia, el acero al carbono. níquel, aleación de níquel o preferentemente, aleación de berilio/cobre.

El dispositivo de abrasión puede acoplarse al ánodo, por ejemplo, mediante atornillado, soldadura o empernado, utilizando una lengüeta metálica, por ejemplo, Ti. En una realización preferible, dicho dispositivo se conecta de modo que esté libre para girar en, por lo menos, una extensión limitada.

El dispositivo de abrasión es preferentemente reutilizable, es decir, puede utilizarse para realizar repetidas conexiones, sin necesidad de sustitución.

La presente invención se describirá de aquí en adelante con más detalle, por referencia al uso de varios de sus aspectos en aplicaciones de cloro/álcali, por ejemplo, electrólisis de la salmuera.

El número de módulos y unidades bipolares en los electrolizadores según la presente invención, serán elegido por el especialista a la luz de, inter alia, el volumen de producción requerido, la potencia y tensión disponibles y algunas limitaciones conocidas por el especialista.

Como norma, un electrolizador bipolar modular según la presente invención, comprende de 1 a 300 módulos.

El filtro prensa y los electrolizadores bipolares modulares según la presente invención, pueden ser manejados a presiones entre 50 y 600 kPa (0,5 y 6 bares), preferentemente entre 50 y 150 kPa (500 y 1500 mbares).

En la parte inferior de la estructura electródica está dispuesto un tubo de entrada, que se extiende preferentemente desde uno de sus lados a otro, para permitir que se cargue el licor electrolítico. Por ejemplo, cuando el electrolizador bipolar modular va a utilizarse para electrólisis de agua del mar, los tubos de entrada permiten que la sosa cáustica sea cargada en la estructura de cátodo y la salmuera sea cargada en la estructura de ánodo. En una realización preferible, el licor electrolítico se alimenta al tubo de admisión desde un extremo solamente.

Los orificios se espacian a lo largo del tubo de entrada, preferentemente equidistantes, para mejorar la distribución de alimentación a través de la estructura electródica. En una realización preferible, los orificios están formados de modo que cuando un desviador, como más adelante se describe aquí, ha sido dispuesto en la estructura electródica, el licor electrolítico descargado desde los orificios, es dirigido a la corriente de recirculación generada por el desviador. Las dimensiones de los orificios serán tales que la bajada de presión en el tubo de entrada sean reducidas al mínimo.

El número de orificios en el tubo de admisión para cualquier aplicación puede calcularse fácilmente por la persona especializada. Normalmente, existen alrededor de 2-10, preferentemente unos 6, orificios por metro de tubo de admisión. Habitualmente, cada orificio tiene un diámetro de 1 a 3 mm, preferentemente unos 2 mm de diámetro.

El tubo de alimentación a través del cual el licor electrolítico es suministrado al tubo de entrada, es de un material no conductor y puede insertarse dentro del tubo de entrada a cualquier profundidad, por ejemplo, hasta que casi alcance el final del tubo de entrada. En los electrolizadores bipolares la longitud aumentada del tubo de alimentación no conductor aumenta la longitud del camino del licor electrolítico entre celdas en el electrolizador, reduciendo así la oportunidad de daños en el electrolizador, por corrosión de la corriente de fuga.

Los tubos de entrada están construidos convenientemente del mismo material que las estructuras electródicas que alimentan. Por ejemplo, cuando el ánodo está fabricado con titanio o una de sus aleaciones, el tubo de entrada al ánodo está fabricado preferentemente de titanio o una aleación de titanio, y cuando el cátodo está fabricado con níquel, o una aleación de níquel, el tubo de entrada al cátodo se fabrica preferentemente con base de níquel o una de sus aleaciones.

Como ejemplos de materiales no conductores adecuados, de los que el tubo de alimentación puede elaborarse, pueden mencionarse fluoropolímeros tales como PTFE, FEP y PFA.

La presencia de placas eléctricamente conductoras separadas entre sí por el separador forma una zona de electrólisis en electrodos modulare y bipolar con filtro prensa.

El licor electrolítico agotado y los gases del producto son descargados de la estructura electródica a través de un sistema de salida de líquido/gas que comprende una ranura de salida, en cabezal de salida y donde se produce la separación gas/líquido y un orificio de salida. Los daños al separador, provocados por la formación de un espacio de gas adyacente al separador en la región superior de la zona de electrólisis que, por lo menos, reducida y, con frecuencia, eliminada, por la provisión del cabezal de salida en la zona de no electrólisis por encima de la zona de electrólisis en la estructura electródica.

En el sistema de salida, la mezcla de gas/líquido fluye hacia arriba desde la zona de electrólisis a través de una ranura de salida por encima de los compartimentos del electrolizador en el cabezal de salida. La profundidad de la ranura de salida, que discurre a lo largo de prácticamente toda la anchura de la estructura electródica, será elegida a la luz de, inter alia, la densidad de corriente, la superficie y temperatura del electrodo de modo que la mezcla de gas sea dispersada como burbujas en una fase de líquido continuo. La profundidad de la ranura de salida es típicamente alrededor del 5-50%, preferentemente en torno al 10-30%, de la profundidad de la estructura electródica, es decir, la distancia entre el rebaje embutido y la placa del electrodo.

La mezcla gas/líquido se separa rápidamente en el cabezal de salida, que discurre a lo largo de, prácticamente, toda la anchura de la estructura electródica. El área de sección transversal del cabezal será elegida a la luz de, inter alia, la densidad de corriente, la superficie y temperatura del electrodo, de modo que se mantenga el flujo de gas/líquido horizontal estratificado, a lo largo del cabezal, preferentemente con una suave interfase.

Las corrientes de gas y líquido abandonan el cabezal de salida a través de uno o más orificios de salida, preferentemente un orificio de salida y más preferentemente dispuesto en uno de sus extremos. La zona de sección transversal del orificio de salida se elegirá a la luz de, inter alia, la densidad de corriente, la superficie y temperatura del electrodo de modo que la película anular de gas/líquido que desciende a través del orificio de salida con una película de líquido sobre la pared y se obtenga preferentemente un núcleo de gas central.

El sistema de salida de gas/líquido descrito anteriormente tiene la ventaja de que la caída de presión baja evita la depresión de gas/líquido en la zona de electrólisis del sistema electródico, eliminando por consiguiente los daños al separador provocados por la formación de un espacio de gas adyacente al separador en la zona superior de la zona de electrólisis. Una ventaja adicional del sistema de salida de gas/líquido es la reducción al mínimo de la fluctuación de presión que causa daños físicos al separador por abrasión del contacto con la placa electródica. La película líquida sobre el tubo de salida proporciona una ventaja adicional, aumentando la resistencia del recorrido del licor electrolítico entre celdas en el electrolizador, reduciendo de esta forma la posibilidad de daños al electrolizador por corrosión de corriente de fuga.

En una realización preferida de la presente invención, el cabezal de salida de gas/líquido tiene la forma de una estructura rectangular proporcionada a lo largo de, esencialmente, toda la anchura de la estructura electródica. La placa trasera del cabezal de salida es una extensión hacia delante del reverso de la cubeta en la dirección vertical de la estructura electródica. La placa posterior se dobla hasta 90 grados, perpendicular al reverso de la cubeta en la dirección del electrodo para formar la placa superior del cabezal de salida y hasta otros 90 grados hacia abajo, para formar la placa frontal del cabezal, de modo que la parte frontal del cabezal esté, esencialmente, en paralelo con el reverso del cabezal. De forma opcional, la placa puede ser doblada hasta 90 grados en dirección a la placa posterior, para formar el fondo del cabezal y hacia abajo otros 90 grados para formar la placa frontal de la ranura de salida. Como alternativa, la placa frontal de la ranura de salida puede ser una continuación de la placa frontal del cabezal de salida.

En la parte inferior de la ranura de salida, la placa frontal es doblada hasta unos 90 grados adicionales, perpendicular a, y lejos de la placa posterior para formar la placa superior de la cubeta.

La altura de la brida define de manera efectiva el recorrido del flujo de gas/líquido vertical a través de la ranura de salida y el cajetín rectangular por encima de la brida forma el cabezal de salida. Típicamente, la altura de la brida es de aproximadamente 20-80% de la altura del cabezal de salida.

Las juntas obturadoras para cierre del separador entre las bridas sobre las cubetas en electrolizadores bipolares según la presente invención, que pueden ser diferentes en las estructuras del ánodo y del cátodo, están fabricadas con un material adecuado con apropiada resistencia química y propiedades físicas, por ejemplo, una resina plastificada EPDM. Cuando un material no tiene una combinación adecuada de resistencia química y propiedades físicas, puede proporcionarse una junta fabricada con un material que tenga adecuadas propiedades físicas, con un revestimiento químicamente resistente, por ejemplo, fabricado con base de PTFE en su borde interno.

La junta puede presentar la forma de un bastidor, preferentemente continuo, de modo que cuando las dos juntas obturadoras estén dispuestas a ambos lados del separador, y se le aplique una carga a través de las cubetas, se efectúe el cierre hermético del módulo.

Entre el ánodo y el separador, y entre el cátodo y el separador, está provista una junta.

El bastidor puede ser, en plano, cualquier configuración posible capaz de cerrar herméticamente el separador en el módulo o compartimiento. Típicamente, el bastidor es de configuración cuadrada o rectangular. La sección transversal del bastidor puede de cualquier configuración capaz de efectuar el cierre con el separador, por ejemplo, podría tener una sección transversal circular, triangular, o cuadrada, aunque es preferentemente una sección transversal rectangular con una dimensión perpendicular a la junta siendo el plano más pequeño que la dimensión en el plano de la junta.

Convenientemente, la sección transversal del bastidor de junta obturadora comprende un saliente o "nariz" alrededor de prácticamente toda la longitud perimetral del bastidor para acoplamiento con el separador, siendo normalmente la protuberancia o saliente dispuestos en el interior y/o la periferia exterior del bastidor.

La protuberancia o saliente puede ser de una forma adecuada capaz de efectuar un cierre en pinza con el separador, aunque preferentemente es de configuración en forma de bulbo, por ejemplo, generalmente una parte circular en la sección transversal.

En la práctica, el separador se insertará en cada lado por medio de una junta obturadora respectiva, de modo que los salientes de las juntas obturadoras estén en alineamiento entre sí y, cuando se comprimen, efectúan la extricción localizada de la junta alrededor del perímetro completo de las juntas obturadoras para impedir la infiltración o "absorción tipo mecha" de los licores electrolíticos de las celdas a través, o a lo largo, de la estructura del separador desde el interior del compartimiento de la electrólisis a lugares externos al compartimiento. Este diseño de la junta se ha demostrado como especialmente efectivo para prevenir la "absorción tipo mecha" de los líquidos de las celdas, especialmente cuando el separador es áspero o tiene una superficie no uniforme (por ejemplo, causado por la presencia de una malla de refuerzo) o contiene canales abandonados por la disolución de componentes sacrificatorios allí existentes o cuando el compartimiento de electrólisis está funcionando a una presión superior a la que tiene la atmósfera exterior.

En una modificación, cada junta puede ir provista de un saliente o protuberancia en su lado opuesto para enganche con una brida respectiva de una estructura electródica.

La junta o bastidor puede contener orificios para acoger pernos de cierre, especialmente cuando la junta se utiliza en un módulo.

Cuando la junta está dotada de un revestimiento resistente químico como se describe anteriormente, el revestimiento puede extenderse sobre la protuberancia o saliente que efectúa la extricción.

Los electrolizadores según la presente invención pueden ser accionados a una densidad de corriente elevada, es decir > 4,5 kA/m^{2}.

El separador es preferiblemente una membrana de intercambio de iones prácticamente impermeable para los electrolitos. No obstante no excluimos la posibilidad de que pueda ser un diafragma poroso permeable a los electrolitos.

Cuando el separador es una membrana de intercambio de iones, puede estar formado de cualquier material de membrana de intercambio de iones adecuado.

Las membranas permselectivas (permeables y selectivas) de iones para la producción de cloro/álcali, son muy conocidas en la técnica. La membrana es, en una realización preferible, de un material polimérico con contenido de flúor, que comprende grupos aniónicos. En una realización preferible, se trata de un polímero perteneciente al grupo de aniones que contiene todos los enlaces C-F y C-H. Como ejemplos de grupos de aniones adecuados, podemos citar -PO_{3}^{2-}, -PO_{2}^{2-}, o preferentemente -SO_{3} o -COO^{-}.

Las membranas pueden presentes como películas mono- o multi-capas. Pueden ser reforzadas para ser laminadas o revestidas sobre una lámina de tejido trenzado o microporoso. Además, puede ser recubierta en uno o en ambos lados con un revestimiento particulado químicamente resistente para mejorar su humedad y liberación de gas.

Cuando una membrana que incorpora un revestimiento superficial se emplea en aplicaciones del denominado Chlor/álcali, el revestimiento de superficie está típicamente formado de un óxido de metal inerte al entorno químico, por ejemplo circonio.

Membranas adecuadas para aplicaciones en chlor/álcali se venden, por ejemplo, bajo las marcas comerciales "Nafion", por E.I. Du Pont de Nemeurs and Co. Inc., "Flemion" por la firma Asahi Glass Co. Ltd. y "Aciplex" por la firma Asahi Chemical Co. Ltd.

El separador está situado entre placas del ánodo y placas del cátodo adyacentes y, por lo tanto, separan la estructura de ánodo de la estructura de cátodo.

La separación ánodo/cátodo se encuentra, adecuadamente, en la escala de 3 mm a cero, preferentemente 1 mm a cero. Así, cuando la separación del ánodo/cátodo es cero, los ánodos del módulo se ponen en contacto con el separador.

En electrolizadores bipolares equipados con una membrana de intercambio de iones esencialmente impermeable, se carga una solución acuosa de cloruro metálico alcalino en las estructuras del ánodo del electrolizador bipolar y el cloro y la solución acuosa de cloruro alcalino agotada, se descargan de las estructuras del ánodo del electrolizador bipolar, y el hidrógeno y el hidróxido de metal álcali se descargan de las estructuras del cátodo del electrolizador bipolar.

La placa del ánodo en la estructura electródica puede ser metálica y la naturaleza del metal dependerá de la naturaleza del electrolito a ser electrolizado en el electrolizador. Como metal preferido se utiliza un metal que forme una película, especialmente cuando en el electrolizador se va a electrolizar una solución acuosa de un cloruro de metal alcalino. El metal que forme película puede ser uno cualquiera de los metales de titanio, circonio, niobio, tantalio o tungsteno o una aleación consistente principalmente de uno o más de estos metales y con propiedades de polarización anódica comparables con los de titanio. Se prefiere utilizar titanio solo o una aleación con base de titanio que tenga propiedades de polarización anódica comparables a las del titanio.

La placa del ánodo tiene un revestimiento de un material electroconductor, electrocatalíticamente activo. Especialmente en el caso en que se vaya a electrolizar una solución acuosa de un cloruro de metal alcalino, este revestimiento puede, por ejemplo, incluir uno o más metales del grupo de platino, es decir, platino, rodio, iridio, rutenio, osmio y paladio.

Los materiales electroconductores, electrocatalíticamente activos, para utilización como revestimientos del ánodo en un electrolizador son muy conocidos en la técnica, por ejemplo, como se describen en nuestras patentes EP 0.0522.986, EP 0.101.934 y EP 0.129.374.

Cualquier metal adecuado que sea diferente del metal que forme película del ánodo puede utilizarse en la placa del cátodo en la estructura electródica, siempre que, por supuesto, el metal utilizado para la placa del cátodo sea conductora y resistente al electrolito utilizado en la celda electrolítica. En una realización preferible, la placa del cátodo está fabricada de níquel o una aleación de níquel o de otro material que tenga una cara exterior de níquel o de aleación de níquel. Por ejemplo, la placa del cátodo puede incluir un núcleo de otro metal, por ejemplo, acero o cobre, y una cara exterior de níquel o aleación de níquel. Se prefiere níquel o aleación de níquel, teniendo en cuenta la resistencia a la corrosión de dichos materiales en una célula electrolítica en la que se electroliza una solución acuosa de cloruro alcalino y, habida cuenta, la sobretensión de hidrógeno bajo de larga duración del níquel o de la aleación de níquel.

La placa del cátodo puede ser tratada para incrementar su área superficial, por ejemplo, mediante secado con arenisca silícea.

La placa del cátodo puede estar provista de un revestimiento electrocatalíticamente activo, conductor de electricidad. Los materiales de conducción eléctrica, electrocatalíticamente activos, para utilizar como revestimientos del cátodo en un electrolizador, son muy bien conocidos en la técnica, por ejemplo, como se describe en nuestras EP 0.479.423, WO 95/05499, WO 95/05498, EP 0.546.714, WO 96/24705, EP 0.052.986 y EP 0.107.934.

La divulgación de nuestras especificaciones de patentes antes mencionadas se incorpora aquí, a título de referencia.

La placa electródica puede tener cualquier estructura deseada. Por ejemplo, podría comprender una pluralidad de capas. En una realización preferible, sin embargo, cada placa electródica es una placa foraminada, es decir, puede ser perforada o puede tener la forma de un metal expandido o puede ser una paleta de tipo linterna o apersianada. En una realización más preferible, las placas del ánodo y del cátodo tienen la forma de mallas.

Como ya se ha mencionado anteriormente, la cubeta en una estructura electródica será, en general, del mismo material que la placa eléctricamente conductora. El material de la cubeta tiene, normalmente, un espesor tal que la cubeta sea flexible y preferiblemente elástico.

Se disponen, en una realización preferible, uno o más desviadores en las estructuras del ánodo y cátodo para formar un primer canal entre un primer lado del desviador y la placa electródica y un segundo canal entre el segundo lado del desviador y el rebaje embutido de la cubeta, estando comunicados entre sí el primero y el segundo canales, preferentemente por lo menos en, o adyacentes a, la parte superior e inferior de la estructura electródica. El primer canal proporciona un conducto ascendente para que la salmuera llena de gas ascienda al cabezal de salida en la parte superior de la estructura electródica. El segundo canal proporciona un conducto de tubo descendente para que la salmuera desgaseada caiga en el fondo de la estructura electródica. Los desviadores están preferentemente dispuestos verticalmente. Los desviadores utilizan el efecto de elevación del gas generado para aumentar la circulación y mezcla del líquido, lo que produce determinadas ventajas.

La mezcla mejorada en las estructuras del ánodo y el cátodo reduce al mínimo la concentración y los gradientes de temperatura dentro de las estructuras aumentando así la duración de revestimiento y la membrana del cátodo. En particular, en la estructura de ánodo, la mezcla mejorada permite el uso de sal marina altamente ácida para obtener niveles bajos de oxígeno en el cloro sin el riesgo de daños a la membrana mediante protonación. La mejora en la mezcla en la estructura de cátodo permite la adición directa de agua desionizada para mantener la concentración de nivel cáustico constante después de eliminar la materia cáustica concentrada.

La provisión de una placa de desviador inclinada en la zona superior de la estructura electródica aumenta además la separación de gas/líquido, mediante la aceleración del flujo hacia arriba de la mezcla de gas/líquido desde la zona de electrólisis, aumentando así la fusión de la burbuja de gas.

Los desviadores están fabricados con un material que es resistente al entorno químico en la celda. Los desviadores de la estructura de ánodo pueden ser fabricados de un fluoropolímero o un metal adecuado, por ejemplo, titanio o una de sus aleaciones. Los desviadores de la estructura de cátodo pueden estar fabricados con un fluoropolímero o un material adecuado, por ejemplo, níquel.

En la estructura de ánodo, los desviadores, cuando están presentes, se acoplan preferiblemente a los salientes que sobresalen hacia dentro en la cubeta del ánodo. En la estructura de cátodo, los desviadores, cuando están presentes, se acoplan preferentemente a los soportes.

Un desviador puede ser una estructura de una sola pieza extendiéndose completamente a través de la estructura electródica en dirección horizontal, o en una realización preferible comprende una pluralidad de piezas, por ejemplo, dos, cada una de las cuales se extiende a través de la estructura electródica con una separación horizontal entre ellos. Cuando se utiliza un desviador de dos piezas, la pieza inferior promueve la recirculación del líquido, y la pieza superior ayuda a mantener una zona en la parte superior de la estructura para contraer la espuma cuando se opera a densidades de corriente elevadas.

En funcionamiento, varios electrolizadores bipolares según la presente invención, puede disponerse de modo que sean eléctricamente alimentados desde el propio rectificador.

El licor electrolítico se alimenta preferentemente en paralelo a todos los módulos en el electrolizador bipolar modular según la presente invención, desde la misma sal de mar y cabezales cáusticos.

La salmuera de salida y los líquidos cáusticos de salida salen, en una realización preferible, en paralelo desde todos los módulos en el electrolizador bipolar modular según la presente invención, a cabezales de salmuera y materia cáustica comunes.

Los módulos en el electrolizador bipolar modular según la presente invención, se montan en un bastidor porta-corrientes y se mantienen juntos por cualquier medio conveniente, por ejemplo, tornillo, clavija, medio hidráulico o neumático.

Los electrolizadores modulares y bipolares de filtro prensa según la presente invención, son especialmente útiles en la fabricación de cloro por electrólisis de soluciones acuosas de cloruro metálico alcalino, especialmente cloruro sódico.

La estructura electródica según la presente invención, puede utilizarse como un dispositivo de distribución de corriente en una celda electrolítica equipada con una membrana de intercambio de iones que es un, así llamado, electrolito de polímero sólido.

La presente invención ha sido descrita con referencia a una estructura electródica adecuada para su uso el un electrolizador para la electrólisis de una solución acuosa de haluro metálico álcali. Deberá entenderse, sin embargo, que la estructura electródica puede utilizarse en electrolizadores en donde pueden electrolizarse otras soluciones, o en otros tipos de pilas electrolíticas, por ejemplo, en pilas de combustible.

Según otro aspecto de la presente invención se proporciona una estructura electródica que comprende:

(i)

una cubeta con un rebaje embutido y una brida alrededor de su periferia para soportar medios de junta para cerrar un separador entre las bridas, en estructuras electródicas adyacentes,

(ii)

una placa eléctricamente conductora separada de la cubeta;

(iii)

medios, de forma opcional comprendiendo una pluralidad de elementos eléctricamente conductores a los que la placa eléctricamente conductora es conectada electroconductoramente, proporcionando caminos eléctricamente conductores entre la cubeta y la placa eléctricamente conductora;

caracterizada porque:

(a)

elementos eléctricamente conductores, cuando están presentes, tienen la forma de soportes; y

(b)

cuando la estructura electródica es una estructura de ánodo en el rebaje en forma de plato, está provista de una pluralidad de salientes que sobresalen hacia dentro y cuando la estructura electródica es una estructura de cátodo, el rebaje embutido está provisto de una pluralidad de salientes que sobresalen hacia fuera.

La presente invención se ilustra además por referencia a, pero en ninguna forma limitada por, los siguientes dibujos, en los que:

La Figura 1 es una sección transversal de la parte superior de la estructura electródica según la presente invención en forma de una estructura de ánodo;

La Figura 2 es una sección transversal de la parte superior de la estructura electródica según la presente invención, en forma de una estructura de cátodo;

La Figura 3 es una sección transversal de la parte superior de la unidad bipolar según la presente invención;

La Figura 4 es una sección transversal de la parte superior del módulo según la presente invención;

La Figura 5 es una vista isométrica en la estructura de ánodo del módulo según la presente invención;

La Figura 6 es una sección transversal de la parte inferior del módulo según la presente invención y

Las Figuras 7 y 8 son, respectivamente, una vista isométrica y una vista final de un dispositivo de abrasión.

La Figura 9 es una vista de una realización de junta para uso con estructuras electródicas de la invención;

La Figura 10 es una vista en detalle ampliada de parte de la junta de la Figura 9; y

Las Figura 11 es una vista en sección transversal de la junta.

En las Figuras 1 y 2, una cubeta 1 está formada con una brida 2 y un rebaje embutido 3 en donde se forman salientes frustocónicos 4 que sobresalen hacia dentro (en la Figura 1) o salientes frustocónicos (5) que sobresalen hacia fuera (en la Figura 2). Un soporte eléctricamente conductor (6) en el que se ha montado una "araña" (no ilustrada), se conecta eléctricamente a cada saliente 4 ó 5. Se observará que los soportes asociados con la estructura de cátodo son considerablemente mayores que los asociados con la estructura de ánodo. En el caso de la estructura de ánodo, los soportes pueden ser omitidos en conjunto, en cuyo caso la placa del ánodo puede ser conectada directamente a la cubeta asociada, o puede ser conectada e la misma directamente a través de las "arañas". Una placa electródica 8, normalmente en forma de malla, se conecta a las "arañas". Un amortiguador eléctricamente aislante 9, está provisto entre el extremo del soporte 6, y la placa electródica 8. En la ubicación de cada soporte, las placas 8 se abren y los amortiguadores 9 son alojados dentro de dichos orificios. Las bridas 2 están provistas de bridas de soporte (2B, ver Figura 4) y orificios (10, 10B) diseñadas para acoger pernos (no ilustrados) para empernar una estructura de ánodo y una estructura de cátodo con dos juntas obturadoras y una membrana para formar un módulo según la presente invención. 11 es un cabezal de salida. El flujo de lícor a la cabeceral 11 tiene lugar a través de una ranura de salida 35, en el extremo superior de cada estructura electródica, estando la ranura de salida 35 así formada situada inmediatamente por encima de la placa electródica 8 e inmediatamente por debajo de tubos cilíndricos cortos 36 que se alinean con orificios en la base de la cubeta 3 y la brida 2 y alcanzan las principales paredes, que se extienden verticalmente, desde la cabecera 11. Así, el flujo de licor electrolítico entra en la ranura de salida y fluye alrededor de los tubos cortos 36 en la cabecera 11.

Las estructuras electródicas de la presente invención pueden utilizarse el electrolizadores de filtro prensa, pilas modulares y pilas de combustible. La Figura 3 ilustra una unidad en la que dos estructuras electródicas se acoplan para formar un conjunto electródico bipolar para uso en un electrolizador de filtro prensa o en una pila de combustible, estando, en este caso, montadas las estructuras electródicas, con los salientes del ánodo 4, 5 encajados. La Figura 4 ilustra una unidad en la que las estructuras electródicas se acoplan juntas con un separador entre ellas, para utilización en un electrolizador modular o en una pila de combustible. En ambos casos, deberá entenderse que una vez que varias unidades han sido ensambladas, el efecto neto será que los ánodos y cátodos adyacentes, ya sea partes de la misma unidad o parte de distintas unidades, tendrán sus salientes, 4 encajados entre así.

Haciendo referencia al conjunto electródico bipolar de la Figura 3, una estructura de ánodo como la ilustrada en la Figura 1, y una estructura de cátodo como la ilustrada en la Figura 2, se unen contiguos eléctricamente de forma conductora, por medio de un dispositivo de abrasión 12 dispuesto entre el saliente frustocónico 5 que se proyecta hacia fuera en la estructura de cátodo 4, siendo la disposición tal que, cuando las dos estructuras son forzadas conjuntamente, los dispositivos de abrasión aportan excelente continuidad eléctrica entre los picos de los salientes del cátodo 5 y las bases de los salientes del ánodo 4 y por lo tanto entre los soportes 6 que se extienden a las placas del electrodo 8.

Haciendo referencia al conjunto electródico modular de la Figura 4, una estructura de ánodo como la ilustrada en la Figura 1 y una estructura de cátodo como la ilustrada en la Figura 2, están unidas por pernos (no ilustrados) a través de los orificios 10 en las bridas 2. Una membrana 13, está cerrada entre dos juntas obturadoras 14 dispuestas entre bridas 2. Las "arañas" 7, no ilustradas en las Figuras 1 a 3 - proporcionan recorridos electroconductores entre los soportes 6 y las placas electródicas 8. Las "arañas" comprenden secciones centrales en forma de disco 40 que se conectan a los extremos de los soportes 6, por ejemplo, mediante soldadura, fijación de tornillo o conectores de ajuste sin huelgo, y un número de patillas 38 que radian desde la sección central 40 y se conectan en sus extremos libres, por ejemplo, mediante soldadura a la placa electródica asociada 8. Normalmente, las patillas 38 están espaciadas equiangularmente de modo que la alimentación de corriente a través de los soportes 6, es distribuida a varios puntos equidistantes que rodean al soporte de columna. Especialmente cuando están destinadas para uso en la electrólisis de haluros metálicos de álcali, las "arañas" del cátodo pueden obtenerse con materiales tales como acero inoxidable, níquel o cobre, mientras que las "arañas" del ánodo se fabrican de un metal de válvula o su aleación. Las patillas 38 de las "arañas" 7 asociadas con la estructura de ánodo son algo más cortas que las asociadas con la estructura de cátodo.

En la práctica, durante la producción de estructuras electródicas, las "arañas" 7 pueden soldarse o de otro modo conectarse a las placas 8 y las "arañas" 7 posteriormente soldarse o de otro modo fijarse a los soportes 6. Esta disposición facilita la sustitución o reparación de las placas del ánodo/cátodo o la renovación/sustitución de su revestimiento electrocatalíticamente activo.

Como se muestra en la Figura 5, la estructura de ánodo, con los salientes frustocónicos que sobresalen hacia dentro 4 en la cubeta 3, está provista de un tubo de alimentación 15 que conduce al tubo de entrada (no ilustrado) para salmuera y un tubo de salida 16, para mezcla de cloro y salmuera agotada. La estructura de cátodo está provista de un tubo de alimentación 17, que llega al tubo de entrada (no ilustrado) para material cáustico y un tubo de salida para mezcla de hidrógeno y materia cáustica 18.

Como se muestra en la Figura 6, la estructura de ánodo está provista de (a) un tubo de alimentación del ánodo 15, concéntrico con el tubo de entrada 19 formado con orificios 24, y (b) desviadores 21 montados sobre salientes 4 que sobresalen hacia el interior. La estructura de cátodo está provista de (a) tubo de alimentación del cátodo 17, concéntrico con el tubo de entrada 20 formado con orificios 23, y (b) desviadores 22 montados sobre los soportes 6. Los orificios 24, 23 en los tubos de entrada 19 y 20 están formados de modo que el licor electrolítico descargado de ellos en dirección hacia la parte posterior de las cubetas detrás de los desviadores 21, y 22 para ayudar a la mezcla. Los desviadores 21, 22 sirven para la partición de los compartimentos del ánodo y cátodo en dos zonas comunicantes para proporcionar la recirculación de líquidos, como previamente se ha descrito. Los desviadores 21, 22 (no ilustrados en las Figuras 1 a 3) se extienden verticalmente dentro de los compartimientos del ánodo y cátodo desde el extremo inferior de la estructura electródica a sus extremos superiores y formar dos canales dentro de cada estructura electródica que comunican, por lo menos adyacente a la parte superior e inferior de la estructura.

Como se muestra en las Figuras 7 y 8, un dispositivo de abrasión 12 está provisto de cuatro salientes afilados 34 en una cara de la arandela 35 y cuatro salientes afilados 36, sobre la otra cara de la arandela 35, de modo que cuando las adyacentes estructuras del cátodo y ánodo se cargan en compresión, los salientes encajan en el material de las cubetas del cátodo y ánodo.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 9 a 11, cada junta 14 puede presentar, en general, una configuración rectangular con orificios (algunos de los cuales están dibujados por referencia numérica 2A) para alineamiento con los orificios de las bridas 2, de modo que las juntas obturadoras se comprimen a medida que las estructuras electródicas están dispuestas juntas para abarcar el separador/membrana 13 entre ellas. Cada junta es localmente ampliada como su periferia interior para formar un vértice 30 que se proyecta más allá del plano de la junta en uno de sus lados. Las juntas obturadoras se montan e las estructuras electródicas 8, con sus vértices 30, en contacto con la cara adyacente de la membrana 13. En la zona de contacto con la membrana 13, cada vértice 30 puede ser una configuración generalmente circular en sección transversal. En virtud de esta ampliación localizada de las juntas obturadoras, así como comprimidas y cerradas por las caras planares adyacentes de las juntas obturadoras, la membrana 13 es adicionalmente perforada entre los vértices 30, produciendo por ello un cierre de pinza que es particularmente efectivo a la hora de evitar la filtración o "absorción tipo mecha" de licores electrolíticos de celda a través o a lo largo de la estructura de la membrana 13.

Las juntas obturadoras 14 están también provistas en sus periferias internas con un revestimiento 32 de material químicamente resistente, tales como PTFE. En una modificación, cada junta puede estar provista de un vértice o protuberancia en su lado opuesto para acoplamiento con una brida respectiva 2.

Cuando una placa del ánodo o cátodo de la estructura electródica tiene necesidad de renovación o sustitución., puede retirarse de la estructura eliminando los amortiguadores 9 para exponer las secciones centrales 40 de las "arañas" 7 y con ello permitir su desprendimiento desde los soportes de columna o, cuando no estén presentes, desde la cubeta electródica o desde la placa bipolar. Por ejemplo, cuando las partes centrales de las "arañas" se sueldan, por ejemplo, con soldadura por puntos, la retirada puede efectuarse mediante trepanación a través de la soldadura por puntos, utilizando una herramienta de fresado o perforación. Cuando las partes centrales de las "arañas" se enganchan con los soportes (o cubeta) a través de un tornillo de fijación o conector de ajuste sin huelgo, la retirada se efectúa retirando el tornillo u otro conector. En algunos casos, el sistema de soldadura empleado para acoplar las partes de la "araña" central puede diseñarse para dar solamente juntas soldadas débiles, de modo que las "arañas" puede retirarse de los soportes, la cubeta o placa bipolar simplemente por rotura de las juntas soldadas utilizando la fuerza física. Una vez que las "arañas" se han eliminado, el ánodo o el cátodo pueden, a continuación, retirarse para renovación o sustitución con un conjunto electródico limpio que comprenda un ánodo o un cátodo con un conjunto de "arañas" dispuestas para corresponderse con los emplazamientos de los soportes o salientes (si no hay soportes de columna presentes). El conjunto electródico, nuevo o renovado, es a continuación física y eléctricamente reacoplado, por ejemplo, mediante soldadura por puntos, elementos de sujeción roscados o conectores de ajuste sin huelgo.

Cuando el procedimiento de conexión no implica juntas soldadas, por ejemplo, elementos de sujeción roscados o conectores de ajuste sin huelgo, medios de mejora de conducción, tales como arandelas de estrella, discos de abrasión o revestimientos conductores, pueden insertarse entre, o aplicarse a, la parte central de la "araña" y/o la superficie del soporte de columna, la cubeta o la placa bipolar. De forma opcional, cuando se necesite asegurar una buena unión física y eléctrica con el ánodo o cátodo de sustitución, las superficies rugosas del soporte de columna, cubeta o placa bipolar expuestas por la retirada de una estructura electródica puede rectificarse utilizando, por ejemplo, una herramienta de abrasión, herramienta de esmerilado, lima o similar.

Claims (67)

1. Estructura electródica, que comprende:

(i)

una cubeta (1) con un rebaje embutido (3) y una brida (2) alrededor de su periferia para soportar medios de juntas obturadoras (14) para sellar un separador (13) entre las bridas (2) en estructuras electródicas adyacentes (Fig. 1; Fig. 2), estando dispuesto dicho separador (13) entre la superficie del ánodo (8) de una primera estructura electródica (Fig. 1) y el cátodo (8) de una segunda estructura electródica (Fig. 2) de modo que la superficie del ánodo sea prácticamente paralela y situada frente a, aunque aislada y espaciada de, respecto a la superficie del cátodo por el separador (13) y esté herméticamente sellada en el separador;

(ii)

una placa eléctricamente conductora (8) separada de la cubeta;

(iii)

una entrada para lícor electrolítico y

(iv)

una salida (11) para fluidos;

en la que la placa (8) está eléctricamente conectada a la cubeta (1) por medio, de forma opcional, en la forma de una pluralidad de elementos electroconductores (6) a los que la placa conductora (8) está conectada de forma constructiva, lo cual proporciona recorridos eléctricamente conductores entre la cubeta (1) y la placa conductora (8) con la condición de que, cuando la placa sea una placa del ánodo, pueda, de forma opcional, conectarse eléctricamente de forma directa a la cubeta y donde, cuando la estructura electródica es una estructura de ánodo, el rebaje embutido (3) está provisto de una pluralidad de salientes que sobresalen hacia dentro (4) y, cuando la estructura electródica es una estructura de cátodo, el rebaje embutido (3) está provisto de una pluralidad de salientes que sobresalen hacia fuera (5) de modo que los salientes que sobresalen hacia dentro (4) en el rebaje embutido de la cubeta de la estructura de ánodo (Fig. 1) coincidan con los salientes que sobresalen hacia fuera (5) en el rebaje embutido de la cubeta de una estructura de cátodo adyacente (Fig. 2) en un conjunto que comprende una pluralidad de las estructuras electródicas.

2. Estructura electródica según la reivindicación 1, caracterizada porque la placa eléctricamente conductora (8) es flexible.

3. Estructura electródica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque cada saliente (4, 5) está conectado de forma electroconductora a un elemento también conductor (6).

4. Estructura electródica según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los salientes (4,5) están separados entre sí en una primera dirección y en dirección transversal a la primera dirección.

5. Estructura electródica según la reivindicación 4, caracterizada porque los salientes (4,5) están separados en la misma distancia en la primera dirección y en dirección transversal.

6. Estructura electródica según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los salientes (4, 5) son frustocónicos.

7. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los elementos eléctricamente conductores (6) comprenden soportes de columna.

8. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque cada uno de los elementos electroconductores (6) comprende un portador de corriente (7), preferentemente un portador de corriente multipatillas, adyacente a la placa conductora adyacente (8) para establecer contacto eléctrico multipunto en ella.

9. Estructura electródica según la reivindicación 8, caracterizada porque la estructura electródica es una estructura de ánodo (Fig. 1) provista de portadores de corriente en forma de "arañas" relativamente no elásticas con patillas cortas (38).

10. Estructura electródica según la reivindicación 8, caracterizada porque la estructura electródica es una estructura de cátodo (Fig. 2) provista de portadores de corriente en forma de "arañas" elásticas con patillas largas (38).

11. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque un tubo de entrada (19, 20) está dispuesto en la parte inferior de la estructura electródica, extendiéndose preferiblemente desde un lado al otro.

12. Estructura electródica según la reivindicación 11, caracterizada porque los orificios (24, 23) están espaciados a distancias iguales a lo largo del tubo de entrada (19, 20).

13. Estructura electródica según la reivindicación 12, caracterizada porque las dimensiones de los orificios (24, 23) son tales que se reduce al mínimo el gradiente de presión a lo largo del tubo de entrada (19, 20).

14. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada porque el licor electrolítico se alimenta al tubo de entrada (19, 20) en un extremo solamente.

15. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque el tubo de alimentación (15) al tubo de entrada (19, 20) se extiende a lo largo del tubo de entrada hasta que casi alcance su extremo cerrado.

16. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizada porque el tubo de alimentación (15) al tubo de entrada (19,20) es de un metal no conductor y, en una realización preferible, se extiende a lo largo del tubo de entrada.

17. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque uno o más desviadores (21, 22) están dispuestos para formar un primer canal entre un primer lado del desviador y la placa eléctricamente conductora (8) y un segundo canal entre el segundo lado del desviador y el rebaje embutido (3) y porque el primer canal proporciona un conducto ascendente para el electrolito relleno de gas para ascender al colector de salida en la parte superior de la estructura y el segundo canal proporciona un conducto descendente para que el electrolito desgasificado caiga al fondo de la estructura.

18. Estructura electródica según la reivindicación 17, caracterizada porque los desviadores (21, 22) están dispuestos verticalmente.

19. Estructura electrónica según cualquiera de las reivindicaciones 17 ó 18, caracterizada porque la estructura electródica es una estructura de ánodo (Fig. 1) fabricada en titanio o una de sus aleaciones, y los desviadores (21, 22) están hechos de titanio o una de sus aleaciones y porque la estructura electródica es una estructura de cátodo (Fig. 2) realizadas de níquel o una aleación de níquel, los desviadores (21, 22) están realizados de níquel o una de sus aleaciones.

20. Estructura electrónica según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizada porque la estructura electródica es una estructura de ánodo (Fig. 1), los desviadores (21, 22) están montados en salientes que sobresalen hacia dentro (4) en la cubeta del ánodo y porque la estructura electródica es una estructura de cátodo (Fig. 2) con los desviadores (21, 22) montados en elementos eléctricamente conductores (6).

21. Estructura electrónica según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizada porque el desviador (21, 22) comprende una pluralidad de piezas, cada una de las cuales se extiende a través de la estructura con una separación horizontal entre ellas.

22. Estructura electrónica según la reivindicación 7 o cualquiera de las reivindicaciones 8 a 21, en tanto sea subordinada de la reivindicación 7, caracterizada porque los soportes de columna (6) son sustentadores de carga.

23. Estructura electrónica según la reivindicación 22, caracterizada porque los extremos de los soportes de columna sustentadores de carga (6) están alineados con orificios en la placa eléctricamente conductora (8).

24. Unidad bipolar caracterizada porque la cubeta de una estructura de ánodo (Fig. 1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, está unida a la cubeta de una estructura de cátodo (Fig. 2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, de modo que los salientes, que sobresalen hacia dentro (4), de la estructura de ánodo coincidan con los salientes que sobresalen hacia fuera (5) en la cubeta de la estructura de cátodo para formar una unidad bipolar.

25. Aparato electrolizador bipolar de filtro prensa, que comprende:

a) medios de distribución de corriente;

b) por lo menos dos unidades bipolares (Fig. 3), montadas sobre un bastidor de montaje y ensambladas en serie tanto mecánica como eléctricamente y

c) medios de junta obturadora (14) para cerrar un separador (13) entre las bridas (2) de las estructuras electródicas adyacentes del ánodo y del cátodo (Fig. 1; Fig. 2),

caracterizado porque las unidades bipolares son unidades bipolares según la reivindicación 24.

26. Módulo (Fig. 4), caracterizado porque comprende:

(a) una estructura de ánodo (Fig. 1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23 y una estructura de cátodo (Fig. 2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23:

(b) un separador (13) dispuesto entre la placa del ánodo (8) y la placa del cátodo (8) de modo que la superficie del ánodo sea prácticamente paralela y situada frente a, aunque aislada y espaciada de, la superficie del cátodo por el separador (13) que así divide el módulo en compartimientos separados del ánodo y cátodo;

c) medios de junta obturadora (14) que sellan el separador (13) entre las bridas (2) en la periferia de las cubetas (1) y

d) medios para aplicar presión a los medios de junta (14) para cerrar herméticamente el separador (13), caracterizado porque

i) los salientes (4), que sobresalen hacia dentro, de la estructura de ánodo de un módulo están dispuestos de forma que coincidan con los salientes (5), que sobresalen hacia fuera, de la estructura de cátodo de un módulo adyacente, cuando se utilizan en un electrolizador bipolar modular que comprende una pluralidad de módulos y ii) de forma opcional, una o más unidades bipolares según la reivindicación 24, preferentemente con soportes sustentadores de carga, eléctricamente conductores, y separadores asociados intercalados entre las estructuras del ánodo y del cátodo.

27. Aparato electrolizador bipolar modular que comprende uno o más módulos (Fig. 4) ensamblados en un bastidor de montaje, estando los módulos en serie, tanto mecánica como eléctricamente, estando previstos dos o más módulos y placas de distribución de corriente en cada extremo del electrolizador, caracterizado porque cada módulo (Fig. 4) es un módulo según la reivindicación 26.

28. Aparato según las reivindicaciones 25 ó 27, caracterizado porque la conductividad eléctrica entre módulos adyacentes (Fig. 4) en el electrolizador bipolar modular de la reivindicación 27, o entre las estructuras electródicas en la unidad bipolar (Fig. 3) del aparato según la reivindicación 25, se consigue por contacto directo entre módulos adyacentes o estructuras electródicas adyacentes.

29. Aparato según las reivindicaciones 25 ó 27, caracterizado porque la conductividad eléctrica entre módulos adyacentes en el electrolizador bipolar modular según la reivindicación 27, o entre las estructuras electródicas en la unidad bipolar del aparato según la reivindicación 25, se aumenta por el uso de un material o dispositivo de mejora (12) entre módulos adyacentes (Fig. 4) o estructuras electródicas adyacentes (Fig. 3).

30. Aparato según la reivindicación 29, caracterizado porque el dispositivo de mejora de la conductividad es una arandela metálica eléctricamente conductora (12) adaptada para corte en la cubeta.

31. Aparato según la reivindicación 30, caracterizado porque el dispositivo de mejora de la conductividad (12) está dispuesto en cada uno de los salientes (4), que sobresalen hacia dentro, en la cubeta (1) de una estructura de ánodo (Fig. 1) para proporcionar contacto eléctrico entre los salientes (4), que sobresalen hacia dentro, y los salientes (5) que sobresalen hacia fuera, coincidentes en la cubeta de una estructura de cátodo adyacente.

32. Módulo según la reivindicación 26, en la medida en que esté subordinada a la reivindicación 22, o un electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, en la medida en que esté subordinada a la reivindicación 22, caracterizado porque la proporción de la longitud del recorrido eléctricamente conductor a través del soporte de columna (6) del cátodo respecto al recorrido eléctricamente conductor a través del soporte de columna (6) del ánodo, es por lo menos 2:1, preferentemente por lo menos 4:1 y más preferentemente, por lo menos 10:1.

33. Módulo según la reivindicación 26, o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, caracterizado porque los medios para aplicar presión a las juntas obturadoras para cerrar herméticamente el separador se proporcionan mediante pernos a través de orificios (10) en las bridas (2).

34. Módulo según la reivindicación 26, en la medida en que esté subordinada a la reivindicación 22, o un electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, en la medida en que esté subordinada a la reivindicación 22, caracterizado porque amortiguadores (9) de transferencia de carga, eléctricamente aislantes, están dispuestos en los extremos de elementos eléctricamente conductores (6) adyacentes a la placa conductora (8).

35. Módulo según la reivindicación 26 o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, caracterizado porque el separador (13) es prácticamente una membrana de intercambio de iones impermeable a electrolitos.

36. Módulo según la reivindicación 26 o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, provisto de un cabezal colector de salida (11), caracterizado porque la separación gas/líquido tiene lugar, en la práctica, en la zona de no electrólisis en cada estructura por encima de la zona de electrólisis, donde no existe membrana expuesta al licor electrolítico.

37. Módulo según la reivindicación 26 o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, caracterizado porque los medios de junta obturadora (14) son de una resina EPDM plastificada.

38. Módulo según la reivindicación 26 o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, caracterizado porque los medios de junta obturadora (14) están provistos de un saliente químicamente resistente (30) en el borde interno.

39. Módulo o electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 38, caracterizado porque el saliente químicamente resistente (30) es de PTFE.

40. Estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, provisto de cabezal colector de salida (11) en el que, en uso, la separación líquido/gas tiene lugar en la zona de no electrólisis de la estructura, por encima de la zona de electrólisis.

41. Procedimiento para la electrólisis de un haluro de metal alcalino, caracterizado porque se realiza en un electrolizador bipolar según la reivindicaciones 25 ó 27.

42. Procedimiento para obtener un electrolizador bipolar de filtro prensa según la reivindicación 25, que comprende montar medios de distribución de corriente y dos o más unidades bipolares (Fig. 3) en un bastidor de montaje y ensamblarlos en serie, tanto mecánica como eléctricamente, caracterizado porque las unidades bipolares son unidades bipolares según la reivindicación 24.

43. Procedimiento para obtener un electrolizador bipolar tipo filtro prensa según la reivindicación 27, que comprende montar dos o más módulos (Fig. 4) en un bastidor de montaje, en serie tanto mecánica como eléctricamente y disponer placas de distribución de corriente en cada extremo del electrolizador, caracterizado porque los módulos son módulos según la reivindicación 26.

44. Unidad bipolar según la reivindicación 24 o un módulo según la reivindicación 26, caracterizada porque la placa del ánodo (8) y la placa del cátodo (8) presenta una superficie electrocatalíticamente activa.

45. Unidad bipolar (Fig. 3) según la reivindicación 24 o un módulo (Fig. 4) según la reivindicación 26, caracterizada porque la longitud del recorrido eléctricamente conductor entre la cubeta del ánodo y la placa del ánodo es más corta que la longitud del recorrido eléctricamente conductor entre la cubeta del cátodo y la placa del cátodo.

46. Estructura electródica según la reivindicación 1, caracterizada porque la cubeta (1) presenta una base y paredes laterales que sobresalen desde la base para formar el rebaje embutido de recepción del fluido (3);

estando la placa electródica (8) montada, en relación de confrontación espaciada, con la superficie interna de la base;

los salientes (5) son huecos y están dispuestos en la base de la cubeta de modo que se extiendan en una dirección hacia delante desde la placa electródica (8) y

cada saliente hueco aloja un elemento eléctricamente conductor (6) proporcionando continuidad eléctrica entre el vértice del saliente (5) y la placa electródica (8).

47. Estructura electrónica según la reivindicación 46, en la que cada elemento (6) comprende un soporte de columna que está de forma eléctricamente conductora conectado a la placa electródica (8) a través de varias patillas conductoras (38) que están dispuestas en sentido radial desde el soporte (6).

48. Estructura electródica según la reivindicación 1, caracterizada porque:

la cubeta (1) presenta una base y paredes laterales que sobresale de la base para formar el rebaje de recepción de fluido (3);

la placa electródica (8) está montada en relación de confrontación espaciada con la superficie interna de la base;

los salientes (4, 5) son huecos y están dispuestos en la base de la cubeta;

cada saliente hueco tiene asociado un portador de corriente (7) que proporciona continuidad eléctrica entre el vértice del saliente (4,5) y la placa electródica (8) y está conectado a la placa electródica a través de varias patillas eléctricamente conductoras (38) que contacta la placa electródica (8) a diferentes emplazamientos.

49. Estructura electrónica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, 40 y 46 a 48, caracterizado porque los salientes (4,5) de la estructura electródica del ánodo o la estructura electródica del cátodo sobresalen exclusivamente en la misma dirección.

50. Estructura electrónica según cualquiera de las reivindicaciones 46 a 49, caracterizada porque comprende uno o más elementos desviadores (21, 22) situados entre la base de la cubeta y la placa electródica (8) para obtener la partición del espacio entre la base y la placa electródica en dos zonas de flujo de líquido comunicantes.

51. Estructura electródica según la reivindicación 47, caracterizada porque comprende uno o más elementos desviadores (22) situados entre la base de la cubeta y la placa electródica (8) de forma que se produzca la partición del espacio entre la base y la cubeta electródica en dos zonas de flujo de líquido comunicantes, estando los elementos desviadores (22) montados en dichos soportes de columna (6).

52. Estructura electrónica según la reivindicación 48, en la forma de una estructura de ánodo (Fig. 1) en el que dichos salientes (4) se extienden hacia la placa del ánodo (8), comprendiendo la estructura uno o más elementos desviadores (21) montados mediante dichos salientes (4) entre la base de la cubeta y la placa electródica (8), de forma que se produzca la partición entre la base y la placa del electrodo en dos zonas comunicantes de flujo de líquido.

53. Conjunto electródico para utilizar con una estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, 40, y 46 a 52, que comprende una placa eléctricamente conductora (8) y un conjunto de portadores de corriente (7) acoplado a una cara principal de la placa eléctricamente conductora, comprendiendo cada portador de corriente una pluralidad de patillas (38) conectadas a la placa (8).

54. Conjunto según la reivindicación 53, caracterizado porque la placa (8) está provista de un revestimiento electrocatalíticamente activo, en por lo menos una de sus caras principales.

55. Conjunto según la reivindicación 54, caracterizado porque los portadores de corriente (7) están todos conectados a la placa (8) en uno lado de sus lados, por ejemplo, una cara no recubierta de la placa.

56. Conjunto, según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 55, caracterizado porque cada uno de los portadores de corriente (7) presenta una parte de conexión (40) a partir de la cual las patillas (38) están dispuestas en sentido radial.

57. Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 56, caracterizado porque las patillas (38) son elásticas para permitir su flexión.

58. Conjunto, según una de las reivindicaciones 53 a 57, caracterizado porque los portadores de corriente (7) están realizados en el mismo material que el de la placa (8).

59. Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 58, caracterizado porque la placa electródica (8) es foraminosa.

60. Portador de corriente (7) para su utilización con una estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, 40 y 46 a 52, caracterizado porque comprende una parte de acoplamiento central (40) desde donde una pluralidad de patillas (38) están dispuestas en sentido radial, estando las extremidades exteriores de las patillas en un plano diferente al de la parte de conexión.

61. Conjunto o portador según la reivindicación 58, 59 ó 60, siendo los portadores de corriente (7) de un metal seleccionado de entre el grupo constituido por titanio, circonio, niobio, tantalio, tungsteno, níquel o una aleación constituida principalmente por uno o más de estos metales.

62. Conjunto en o para una celda de electrólisis o una pila de combustible que comprende un compartimiento del ánodo que dispone de una placa de ánodo (8), un compartimiento del cátodo que comprende una placa de cátodo (8) y una membrana de intercambio de iones (13) situada entre las placas (8), caracterizado porque la membrana está sellada en, o adyacente a, su perímetro exterior por un par de juntas obturadoras (14) comprendiendo cada junta un bastidor para compresión junto con el bastidor de la segunda junta entre un par de bridas (2), caracterizado porque cada junta presenta un saliente elástico (30) en uno de sus lados, que está situado en, o adyacente a, la periferia interior del bastidor y alejado de la periferia exterior del bastidor, estando las juntas obturadoras situadas una a cada lado de la membrana (13) con sus salientes (30) en alineamiento y adaptando la membrana para formar un cierre de pinza entre ellos.

63. Celda de electrólisis, pila de combustible o conjunto según la reivindicación 62, en los que la periferia interior de cada junta está protegida por un revestimiento químicamente resistente (32) que se extiende por encima del saliente.

64. Aparato según la reivindicación 25 o módulo según la reivindicación 26, en los que los medios de junta obturadora (14) comprenden una junta dispuesta con un revestimiento químicamente resistente (32) en su borde interior.

65. Procedimiento de renovación de una estructura electródica según la reivindicación 8, 9, 10, 47 ó 48, que comprende retirar la cubeta del conjunto que comprende la placa electródica (8) y portadores de corriente acoplados (7) eliminando dichos portadores de corriente de la cubeta (1) o de los soportes de columna (6) a los que están conectados los portadores y a continuación, acoplarlos nuevamente a la cubeta de la misma placa, después de la renovación de dicha placa o una placa electródica de sustitución por conexión de los portadores de corriente (7) asociados con la placa renovada o de sustitución a la cubeta (1) o a dichos soportes de columna (6).

66. Procedimiento según la reivindicación 66, caracterizado porque la renovación de la placa electródica comprende la sustitución de por lo menos algunos de los portadores de corriente (7).

67. Dispositivo de metal electroconductor (12), en o para una estructura electródica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, 40 y 46 a 52, unidad según la reivindicación 24, electrolizador según la reivindicación 25, módulo según la reivindicación 26, o aparato según la reivindicación 27, adaptado para (a) abrasar o perforar la superficie de la cubeta (1) mediante un corte u operación de abrasión a través de cualquier revestimiento eléctricamente aislante existente, por ejemplo una capa de óxido, y (b) inhibir por lo menos la formación de una capa aislante entre el dispositivo y la superficie de la cubeta.