FI58656C - Elektrolyscell och saett att framstaella densamma - Google Patents

Description

rBl KUULUTUSJULKAISU rftÄr, LBJ utlAggningsskrift Oöoöo * C Patentti .Ty önnetty 10 03 1331 ^ ^ (51) K».lk.^lnt.CI^ C 25 B 9/04 SUOMI —FINLAND (21) P»t«nttih»k«mu* —Ptt«nc»n«öknln* 7βΐ8θ3 (22) H»k*mUpIlvt — An*ftknlnf*dtf O6.O6.78 (23) Alkuptlvl — GiltlchMsdtf Ο6.Ο6.78 (41) Tullut |ulklstksl — Blivlt offantllg q-j ^2 79

Patentti- ja rekisterihallitut Nihtivik.ip.non ja kuuLjulkalaun pvm.—

Patent- och registerstyrelsen ' ' Aruölun utligd och uil.*krift.n publk«rad 28.11.80 (32)(33)(31) Pyy41 «tty «uolkmis —Begird pr lorit et (71) Finnish Chemicals Oy, Keikyä, 327^0 Äetsä, Suomi-Finland (FI) (72) Osmo Johannes Kuusinen, Äetsä, Väinö Olavi Rintanen, Äetsä,

Suomi-Finland(FI) (7M Berggren Oy Ab (5^) Elektrolyysikenno ja tapa sen valmistamiseksi - Elektrolyscell och sätt att framställa densamma Tämä keksintö kohdistuu elektrolyysikennoon erityisesti kloorin ja alkalin, hypokloriittien ja kloraattien elektrolyyttiseksi valmistamiseksi sekä tapaan keksinnön mukaisen elektrolyysikennon valmistamiseksi, erityisesti tapaan kiinnittää virtakiskot elektrolyytti-astian kuoriosaan erityisesti anodipotentiaalin omaavaan kuoriosaan, tai titaanielektrodin kuoriosan läpi sovitettuun osaan.

Nykyisin käytetään hyvin yleisesti kloorin ja alkalin, hypokloriittien ja kloraattien valmistuksessa jalometalleilla tai niiden oksideilla päällystettyjä titaanianodeita. Nämä yhdistetään hyvin yleisesti virtakiskoon esim. elektrolyysiastian seinämän läpi viedyllä tiivisteellä varustetulla ruuviliitoksella. Tällaisilla tai tämäntapaisilla liitoksilla, esim. laippaliitoksilla, voidaan yhdistää myös muista metalleista kuin titaanista tehtyjä osia virtakiskoon. Esimerkkinä on eräissä tapauksissa käytetty titaaniputkikuparisydän-elektrodivarsi, jolloin kuparisydän on siinä olevien kierteiden avulla kiinnitetty itse anodiin ja toisesta päästä vuorostaan ruuvi-liitoksen avulla toisaalta elektrodiastian seinämään ja toisaalta virtakiskoon. Kaikilla ruuviliitoksilla on se huono puoli, että 2 58656 ne aiheuttavat kosketuspinnoissa ylimenovastuksia ja täten energia-häviöitä. Elektrolyysiastian sisäpuoliset ruuviliitokset ovat siinäkin mielessä huonoja, että elektrolyyttiliuos voi päästä liitoksen väliin aiheuttaen korroosiota, varsinkin jos on kyse erilaisten materiaalien liittämisestä toisiinsa ja ruuviliitoksissa käytetyt tiivisteet aiheuttavat käytännössä paljon huoltotoimenpiteitä. Lisäksi titaaniset ruuviliitokset aiheuttavat pitkän ja huonosti sähköä johtavan titaanisen virtatien.

Alumiinisia virtakiskoja on liitetty titaanielektrodien päähän myös ilman ruuviliitosten välitystä. Kennon kuoriosan läpi tulevan elektrodin varteen voidaan valaa alumiinimöhkäle, joka vuorostaan kiinnitetään esim. ruuviliitoksella alumiiniseen virtakiskoon, kuten englantilaisessa patentissa 1 127 484 on esitetty. Tällöin titaani-nen virtatie tulee suhteellisen pitkäksi aiheuttaen titaanin huonon sähkönjohtavuuden takia energiahäviöitä. Lisäksi elektrodin pitkä varsi aiheuttaa ylimääräistä titaanin kulutusta. Myös ripojen päiden valaminen alumiiniin on hankala työvaihe.

Virtakiskon ja titaanianodin välinen liitos on toteutettu myös siten, että elektrodi kiinnitetään pulteilla elektrolyysiastian sisäpuolella oleviin anoditukiin. Nämä tuet voidaan vastushitsata yhdessä vaiheessa titaaniseen kuoriosaan ja tämä vuorostaan alumiiniseen johti-meen, edellyttäen, että alumiinin paksuus on alle 3 mm, kuten englantilaisessa patentissa 1 125 493 on selvitetty. Tämän rakenteen heikkous on lähinnä siinä, ettei se sovellu tapauksiin, joissa virta-kisko on paksu, kuten on asianlaita suuria virtoja ja virtatiheyksiä käytettäessä. Ohuiden alumiinilevyjen ollessa kyseessä täytyy alumiininen pintakerros liittää alumiiniseen virtajohtimeen vielä erillisellä liitoksella. Sama koskee tässä patentissa mainittuja muita keinoja titaanin päällystämiseksi alumiinilla, kuten räjäytyslii-tosta. Tällöin tulee läpivientien, kuten esim. putkiyhteiden tekeminen hankalaksi ja lisäksi tällainen rakenne on kallis.

Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DOS 2603626 on esitetty toinen ratkaisu alumiinisen virtakiskon kiinnittämiseksi titaanisen elektrolyysiastian kuoriosaan. Tällöin on kitka- tai kondensaattorin pur-kautumispulttihitsauksella liitetty kupari-, alumiini-, teräs- tai titaanitappi titaaniseen kuoriosaan. Alumiinitappi voidaan sitten 3 58656 upottaa virtakiskoon porattuihin reikiin ja hitsata kiskoon kiinni. Rakenteen heikkoutena on se, että titaanin huonon sähkönjohtavuuden takia tarvitaan suuri lukumäärä edellä mainittuja alumiinitappeja virran ohjaamiseksi elektrolyysiastiaan.

Kuten aikaisemmin on esitetty, voidaan titaanianodit kiinnittää pulteilla titaanisen kuoriosan sisäpintaan hitsattuihin tukiin, jolloin kosketuspinnoissa syntyy ylimenovastus. Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DOS 2 603 626 on taas esitetty, että alareunastaan taivutettu anodilevy pienahitsataan tukirimoihin. Siinä on myös esitetty, että anodit voidaan hitsata suoraan metallisen pohjalevyn yläpintaan. Edellä esitetty liitostapa on siinä mielessä huono, että anodilevyt täytyy hitsauksen aikana -jollain tavalla kohdistaa, jotta ne kiinnittyisivät oikeaan kohtaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada elektrolyysikenno, jossa virtalähteen toiseen napaan yhdistettyjen virtakiskojen tai riippujohtimien ja niiden elektrodien välinen ylimenovastus on mahdollisimman alhainen.

Tällainen elektrolyysikenno on esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaatu siten, että virtakiskojen kiinnitys astian kuoriosaan tai kuoriosan läpi sovitettuun elektrodin osaan on suoritettu kaa-sukaarihitsaamalla alumiinilisäaineella tai että astian kuoriosa tai sen läpi sovitettu elektrodin osa on päällystetty alumiinilla kaasukaarihitsaamalla, jolle virtakisko on kiinnitetty tavanomaiseen tapaan, esim. hitsaamalla tai ruuviliitoksella.

Keksinnön mukaisessa elektrolyysikennossa vältytään ylimenovastuk-silta. Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan alumiininen virtakisko hitsataan suoraan titaaniseen kuoriosaan MIG- tai TIG-hitsauksella. Hitsatulla koesauvalla tehdyissä veto-kokeissa on hitsisauman lujuus todettu yhtä tai lähes yhtä suureksi kuin alumiinin lujuus. Vastusmittauksilla on hitsisauman ylimeno-vastuksen havaittu olevan nolla kokonaisvastuksen ollessa Ti- ja Al-sauvojen vastuksien summa. Täten voidaan todeta, että kaasukaari-hitsauksella aikaansaadaan titaanin ja alumiinin välillä kosketuspinta, jossa ylimenovastus on nolla. Kun alumiiniset virtakiskot hitsataan keksinnön mukaisesti saadaan suuri alumiinin ja titaanin välinen kosketuspinta. Sellaisen kosketuspinnan saavuttamiseksi, 4 58656 jonka ylimenovastus on nolla, voidaan menetellä myös siten, että titaaniseen kuoriosaan tai titaahielektrodin kuoriosan läpi ulottuvaan osaan päällehitsataan MIG- tai TIG-hitsauksella alumiini-kerros ja tähän liitetään normaaleilla tavoilla virtakiskot tai riippujohtimet.

Sellaisen kosketuspinnan saavuttamiseksi, jonka ylimenovastus on nolla, voidaan menetellä myös siten, että titaaniseen kuoriosaan tai titaanielektrodiin päällehitsataan MIG- tai TIG-hitsauksella alumiinikerros ja tähän liitetään normaaleilla tavoilla virta-johtimet esim. hitsaamalla tai ruuviliitoksella (ylimenovastus välillä Al/Al on pieni).

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää poikkileikattua sivukuvantoa keksinnön mukaisesta elektrolyysikennosta, kuva 2 esittää osakuvantoa leikattuna pitkin viivaa A-A kuvassa 1, kuva 3 esittää poikkileikattua osakuvantoa eräästä vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta ja kuva 4 esittää poikkileikattua osakuvantoa eräästä toisesta suoritusmuodosta anodien sovittamiseksi titaanisen kuoriosan läpi.

Kuvassa 1 esitetyssä elektrolyysikennossa on elektrolyyttiä sisältävä astia merkitty viitenumerolla 1 ja sen titaaninen kuoriosa viitenumerolla 2. Titaaninen kuoriosa 2 on sähköeristetty astiasta 1. Kuoriosa 2 on useiden vierekkäisten kiilamaisten alumiinisten virtakiskojen avulla yhdistetty virtalähteen anodipotentiaaliin ja kuoriosan 2 vastakkaiselle puolelle on kiinnitetty useita levymäisiä titaanielektrodeja 3 samansuuntaisesti vierekkäin ja poikittain titaanisen kuoriosan 2 vastakkaiselle puolelle kiinnitettyihin virtakiskoihin 4 nähden. Elektrolyyttiastian 1 alaosaan ulottuu lisäksi virtalähteen katodipotentiaaliin yhdistettyjä virtakiskoja 6, joihin on kiinnitetty useita levymäisiä katodeja 5, jotka ovat limittäin anodien 3 kanssa välimatkan päässä näistä elektrolyytissä. Virtakiskot voivat sijaita toisillakin tavoilla kuin kuvassa 1 on esitetty riippuen siitä mille seinämälle elektrodit on kiinnitetty.

Esillä oleva keksintö kohdistuu lähinnä virtakiskojen 4 ja titaanis-ten anodien kiinnitykseen titaaniseen kuoriosaan 2 siten, että aikaansaadaan mahdollisimman alhainen ylimenovastus. Alumiinisen virta- 5 58656 kiskon 4 kiilamaisella muodolla kompensoidaan katodisten teräs-virtakiskojen 6 huonompi sähköjohtokyky ja aikaansaadaan tällä tavoin tasainen virran jakauma. Jos katodisena perusmateriaalina on titaani, voidaan keksinnön mukaista menetelmää soveltaa myös katodipuolella samalla tavalla kuin anodipuolella.

Kuvasta 2 ilmenee lähemmin, että virtakiskot 4 on hitsattu suoraan titaaniseen kuoriosaan 2 ja tällä tavoin on saatu yksinkertainen ja halpa rakenne, jossa ei ole ylimenovastuksia ja joka takaa virran tasaisen jakautumisen kansiosan 2 sisäpinnalla oleviin titaani-anodeihin 3. Virtakiskot 4 on kiinnitetty kuoriosaan 2 kaasukaari-hitsauksella, edullisesti nk. MIG- tai TIG-hitsauksella, ja käyttäen alumiinilisäainetta.

Kuvissa 3 ja 4 on esitetty suoritusmuoto, jossa titaanianodit 3 on sovitettu kuoriosan 2 läpi ja osa anodista 3 on päällystetty alumiinilla 7 kaasukaarihitsaamalla ja tähän on ruuviliitoksella liitetty virtakisko 4.

Claims (3)

58656

1. Elektrolyysikenno, jossa on astia elektrolyyttiä varten ja siinä useita levymäisiä titaanielektrodeja (3 ja mahdollisesti 5) ja kuoriosan (1 tai 2) ulkopuolella elimiä elektrodien (3 ja mahdollisesti 5) yhdistämiseksi sähkövirtalähteeseen, jolloin ainakin sähkövirtalähteen toiseen napaan yhdistetyt elimet ovat alumiinisia tai kuparisia virtakiskoja (4 ja mahdollisesti 6), jotka on kiinnitetty astian titaaniseen kuoriosaan (1 tai 2), jonka vastakkaiselle puolelle elektrodit on kiinnitetty, tai titaani-elektrodien kuoriosan läpi sovitettuihin osiin, tunnettu siitä, että virtakiskojen (4 ja mahdollisesti 6) kiinnitys astian kuoriosaan (1 tai 2) tai kuoriosan läpi sovitettuun elektrodin osaan on suoritettu kaasukaarihitsaamalla alumiinilisäaineella tai että astian kuoriosa tai sen läpi sovitettu elektrodin osa on kaasukaarihitsaamalla päällystetty alumiinilla, jolle virtakisko on kiinnitetty tavanomaiseen tapaan, esim. hitsaamalla tai ruuvi-liitoksella .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että virtakiskot (4 ja mahdollisesti 6) on kiinnitetty titaaniseen kuoriosaan (1 tai 2) MIG- tai TIG-hit-sauksella.

3. Tapa valmistaa patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno sovittamalla useita levymäisiä elektrodeja (3 ja mahdollisesti 5) vierekkäin elektrolyyttiastiaan ja yhdistämällä elektrodit (3 ja mahdollisesti 5) sähkövirtalähteeseen alumiinisilla tai kuparisilla virtakiskoilla (4 ja mahdollisesti 6), tunnettu siitä, että virtakiskot (4 ja mahdollisesti 6) kaasu-kaarihitsataan alumiinilisäaineella elektrolyyttiastian titaaniseen kuoriosaan (1 tai 2), jonka vastakkaiselle puolelle kiinnitetään elektrodit, tai kuoriosan läpi sovitettuun elektrodin osaan, tai astian kuoriosa tai sen läpi sovitettu elektrodin osa päällystetään ensin alumiinilla kaasukaarihitsaamalla, minkä jälkeen virtakisko (4 ja mahdollisesti 6) kiinnitetään tavanomaiseen tapaan esim. hitsaamalla tai ruuviliitoksella.