FI59817C - Elektrolyscell och saett att framstaella densamma - Google Patents

Description

Ιν^Τ·Ί [Β] {11)KUULUTUSJULKAISU r q η Λ rj l J 1 υ utläggningsskrift 59817 • * ^ (S1) Kv.ik?/Int.ci.3 C 25 Β 9/02 SUOMI-FINLAND (21) Ptttnttlhiktmui — Ptttntaiubkning 8θθ136 (22) Hak«mlipilvi —» Ansöknlngidag 13-02.80 ^ (23) Alkupllvi — Glltlghttsdag O6.O6.78 (41) Tullut julkiseksi — Bllvlt offantilg 13.02.80

Patentti- ia rekisterihallitus .... , .......

_ * , (44) Nlhtivikalpanon Ja kuuLJulkaltun pvm. — ^ „

Patent- och registerstyrelsen ' Anaökan utlagd <xh utl.akrlfun publlctrad 30.06.81 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeui— Begird prlorltet (71) Finnish Chemicals Oy, Keikyä, 327^0 Äetsä, Suomi-Finland(Fl) (72) Osmo Johannes Kuusinen, Äetsä, Väinö Olavi Rintanen, Äetsä,

Suomi-Finland(FI) (7*0 Berggren Oy Ab . (5U) Elektrolyysikenno ja tapa sen valmistamiseksi - Elektrolyscell och sätt att framställa densamma (62) Jakamalla erotettu hakemuksesta 7Ö1803 (patentti 58656) -Avdelad frän ansökan 781603 (patent 58656) Tämä keksintö kohdistuu elektrolyysikennoon erityisesti kloorin ja alkalin, hypokloriittien ja kloraattien elektrolyyttiseksi valmistamiseksi sekä tapaan keksinnön mukaisen elektro-lyysikennon valmistamiseksi, erityisesti tapaan kiinnittää elektrodit elektrolyyttiastian kuoriosan sisäpintaan erityisesti anodipotentiaalin omaavan kuoriosan sisäpintaan.

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 titaaniputkikuparisydänelektrodi-varsia, 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, 2 59817 että ne aiheuttavat kosketuspinnoissa ylimenovastuksia ja täten energiahäviöitä. 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 titaaninen virtatie tulee suhteellisen pitkäksi aiheuttaen titaanin huonon sähkönjohtavuuden takia energia-häviöitä. 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 vas-tushitsata yhdessä vaiheessa titaaniseen kuoriosaan ja tämä vuorostaan alumiiniseen johtimeen, 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 virtakisko 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 räjäytys-liitosta. Tällöin tulee läpivientien, kuten esim. putki-yhteyden tekeminen hankalaksi ja lisäksi tällainen rakenne on kallis.

3 . 5981 7

Kuten aikaisemmin on esitetty, voidaan titaanianodit kiinnittää pulteilla titaanisen kuoriosan sisäpintaan hitsattuihin tukiin, jolloin kosketuspinnoissa syntyy ylimenovastus. Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DOS 2603626 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 ja niiden elektrodien välinen virtatie on mahdollisimman lyhyt ja ylimenovastus mahdollisimman alhainen.

Esillä olevan keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Anodit voidaan keksinnön erään suoritusmuodon mukaan hitsata kuoriosan sisäpintaan hitsattuihin anoditukiin- tai ripoihin yms., joihin on koneistettu lovi, tai hitsata titaaniseen kuoriosan sisäpintaan koneistettuun loveen edellyttäen, että titaaninen kuoriosa on riittävän paksu, jolloin loven kohtisuora seinämä toimii anodin ohjaimena ja hitsaus suoritetaan anodin toiselta puolelta.

Keksinnön mukaisessa elektrolyysikennossa vältytään ylimenovas-tuksilta ja saadaan aikaan lyhyt titaaninen virtatie ja pystytään kohdistamaan anodit toisaalta toisiinsa nähden samojen välimatkojen päähän ja toisaalta kohdistamaan ne virransyöttöön nähden edullisesti.

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 perspektiiviosakuvantoa eräästä vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta, kuva 4 esittää poikkileikattua osakuvantoa kuvan 3 mukaisesta elektrolyysikennosta, kuva 5 esittää poikkileikat- 4 5981 7 tua osakuvantoa eräästä kolmannesta suoritusmuodosta anodien kiinnittämiseksi titaaniseen kuoriosaan, kuvat 6 ja 7 esittävät poikkileikattua osakuvantoa rivoilla ja ilman ripoja olevan anodin kiinnittämiseksi titaaniseen kuoriosaan.

Kuvassa 1 esitetyssä elektrolyysikennossa on elektrolyytin sisältävä astia merkitty viitenumerolla 1 ja sen titaaninen kuori-osa viitenumerolla 2. Titaaninen kuoriosa 2 on sähköeristet-ty 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. Vir-takiskot voivat sijaita toisillakin tavoilla kuin kuvassa 1 on esitetty riippuen siitä mille seinämälle elektrodit on kiinnitetty.

Esillä oleva keksintö kohdistuu titaanisten anodien kiinnitykseen titaaniseen kuoriosaan 2 siten,että aikaansaadaan mahdollisimman lyhyt titaaninen virtatie ja alhainen ylimenovastus. Alumiinisen virtakiskon 4 kiilamaisella muodolla kompensoidaan katodisten teräsvirtakiskojen 6 huonompi sähkönjohtokyky 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 voidaan hitsata suoraan titaaniseen kuoriosaan 2 ja tällä tavoin aikaansaada yksinkertainen ja halpa rakenne, jossa ei ole ylimenovastuksia ja joka takaa virran tasaisen jakautumisen kansiosan 2 sisäpinnalla oleviin titaanianodeihin 3. Virtakiskot 4 on kiinnitetty kuori-osaan 2 kaasukaarihitsauksella, edullisesti nk. MIG- tai TIG-hitsauksella. Kuparisten virtakiskojen hitsaaminen titaaniseen kuoriosaan suoritetaan MIG- tai TIG-hitsauksena käyttäen alumiini-lisäainetta .

5 5981 7

Kuvissa 3 ja 4 esitetyssä suoritusmuodossa on titaanisen kuori-osan 2 sisäpuolelle hitsattu MIG- tai TIG-hitsauksella välimatkan päähän toisistaan useita anodien 3 tukia 7 tai yksi yhtenäinen tuki kutakin anodia varten. Mikäli anodit 3 on kiinnitetty kuoriosaan 2 ja anodien 3 ja kuoriosan 2 väliin tulee jättää rakoja kaasuvirtauksia ja liuoskiertoa varten, voidaan tällöin edullisesti käyttää useita erillisiä tukia 7 kutakin anodia 3 varten. Tuet 7 ovat titaania ja niiden toiseen särmään on koneistettu muiden samaa anodia 3 kannattavien tukien 7 kanssa yhdensuuntainen lovi, jonka kuoriosaa 2 vasten kohtisuora seinämä 8 toimii anodin ohjaimena ja hitsaus suoritetaan toiselta puolelta loven toiseen sivuun 9. Siten saadaan anodit 3 sovitetuiksi täsmälleen oikeisiin kohtiin ja tarkasti kohdistetuiksi toisiinsa ja katodeihin nähden ja anodien 3 vaihdon yhteydessä voidaan anodit 3 helposti ja nopeasti irrottaa tuista 7 hiomalla hitsisauma 10 pois ja uudet anodit 3 voidaan sen jälkeen kiinnittää hitsaamalla samaan asentoon kuin vanhat anodit, sillä lovien ohjauspintaan 8 ei ole kajottu anodien 3 vaihdon yhteydessä.

Keksinnön mukaan voidaan titaaniseen kuoriosaan 2, edellyttäen että se on riittävän paksu, vaihtoehtoisesti koneistaa esim. suorakaiteen muotoinen lovi, edullisesti kuitenkin kuvan 5 mukainen lovi, jolloin loven kohtisuora sivu 17 toimii anodin 3 ohjaimena ja hitsaus suoritetaan toiselta puolen. Kun lovet tehdään oikean pituisina ja kaikki lovet anodiryhmän keskiviivaan nähden samankeskisestä, saavutetaan anodien helppo kohdistus myös sivusuunnassa. Lisäksi saadaan anodilevyä 3 hitsattaessa suuri kosketuspinta titaanisen kuoriosan 2 ja anodin 3 välille. Anodien 3 poisto on yhtä helppo suorittaa kuin edellä kuvatussa tapauksessa, mutta rakenteen etuna on se, ettei erillisiä anodien 3 tukia tarvitse kiinnittää titaanisen kuoriosan 2 sisäpintaan. Lisäksi titaaninen virtatie tulee vieläkin lyhyemmäksi. Kun käytetään levymäisiä titaanianodeita 3, ei näitä tarvitse päällystää aivan reunaan saakka, jolloin vältytään mahdolliselta pinnoitteen vahingoittumiselta hitsauksen yhteydessä (pinnoitus on kuvissa 6 ja 7 merkitty vinoruudutuksella).

Jos anodien 3 virransyöttö tapahtuu elektrolyysiastian 1 pohjasta tai sivulta, voivat anodit 3 olla yhtenäisiä levyjä. Jos

Claims (8)

1. Elektrolyysikenno, jossa on astia elektrolyyttiä varten ja siinä useita samansuuntaisia levymäisiä titaanielektrodeja (3 ja mahdollisesti 5) ja kuoriosan (1 tai 2) ulkopuolella elimiä elektrodien (3 ja mahdollisesti 5) yhdistämiseksi sähkö-virtalähteeseen, jolloin titaanielektrodit (3 ja mahdollisesti 5. on hitsaamalla kiinnitetty elektrolyysikennon titaaniseen kuoriosaan (1 tai 2) joko suoraan tai ainakin yhden tuki-kappaleen (7) avulla, tunnettu siitä, että kuoriosan (1 tai 2) sisäpinnassa tai tukikappaleiden (7) kuoriosaan nähden vastakkaisella puolella on ura tai leikkaus kunkin titaani-elektrodin (3 ja mahdollisesti 5) reunaa varten, johon uraan tai leikkaukseen titaanielektrodi on reunastaan hitsattu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että uran toinen sivu (17) on kohtisuorassa kuoriosan (1 tai 2) pintaan nähden titaanielektrodin (3) kohdistamiseksi ja vastakkainen sivu (18) on edullisesti viistetty, jolloin hitsisauma (10) on viistetyn sivun (18) puolella ja urat on keskitetty samaan linjaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että tukikappaleen (7) leikkauksen toinen sivu (8) on kuoriosan (1 tai 2) pintaan nähden kohtisuora sitä vasten sovitetun titaanielektrodin (3) kohdistamiseksi titaani-elektrodin (3) ollessa hitsisaumalla (10) kiinnitetty leikkauksen 5981 7 7 toiseen sivuun (9), joka on joko viistetty kuoriosaa (1 tai 2) kohti tai samansuuntainen sen kanssa, jolloin sitä vasten olevan titaanielektrodin (3) reuna edullisesti on viistetty kuoriosasta (1 tai 2) poispäin.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen elektrolyysi-kenno, tunnettu siitä, että elektrodit (3 ja mahdollisesti 5) on kiinnitetty titaanisen kuoriosan (1 tai 2) sisäpinnassa olevaan leikkaukseen tai uraan MIG- tai TIG-hitsauksella.

5. Tapa valmistaa patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysi-kenno hitsaamalla useita levymäisiä elektrodeja (3 ja mahdollisesti 5) samansuuntaisesti vierekkäin elektrolyyttiastian titaanisen kuoriosan (1 tai 2) sisäpintaan ja yhdistämällä elektrodit (3 ja mahdollisesti 5) sähkövirtalähteeseen kiinnittämällä kuoriosan vastakkaiselle puolelle virtakiskoja (4 ja mahdollisesti 6), tunnettu siitä, että kuoriosan (1 tai 2. sisäpintaan tai sisäpintaan kiinnitettyihin tukikappaleisiin (7) koneistetaan ura tai leikkaus kutakin elektrodia varten, minkä jälkeen elektrodi (3 ja mahdollisesti 5) hitsataan reunoistaan uraan tai leikkaukseen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tapa, tunnettu ' siitä, että elektrolyysikennon titaanisen kuoriosan (1 tai 2) sisäpintaan kiinnitettyyn yhteen tai useampaan tukikappalee-seen (7) koneistetaan sellainen leikkaus, että sen toinen sivu (8) on kohtisuorasti kuoriosan (1 tai 2) sisäpintaa vasten, titaaninen elektrodi (3 ja mahdollisesti 5) sovitetaan sen jälkeen leikkaukseen niin, että se on mainittua toista sivua (8) vasten titaanielektrodin (3 ja mahdollisesti 5) kohdistamiseksi ja titaanielektrodi hitsataan loveen vastakkaiselta puolelta.

6 5981 7 virransyöttö taas tapahtuu elektrolyysiastian 1 kannesta 2, voidaan kaasunpoisto ja liuoskierto varmistaa, siten että anodien tuki ei ole yhtenäinen vaan koostuu tietyin välimatkoin koostuvista anodituista 7. Kuvassa 3 on esitetty eräs jakotapa. Jos anodilevyt 3 taas kiinnitetään titaanisen kannen 2 sisäpintaan tehtyihin uriin, voidaan titaanianodi 3 varustaa rivoilla 11, joiden välistä kaasu pääsee poistumaan ja liuos kiertämään. Esimerkki eräästä konstruktiosta on esitetty kuvassa 6. Kuvan 7 esittämässä konstruktiossa on anodi 3 kiinnitetty titaaniseen kuoriosaan 2 ja anodi 3 on tehty ilman ripoja. Titaanisesta perusmateriaalista tehtyjä katodeita käytettäessä voidaan kaikkia em. esimerkkejä soveltaa myös katodipuolella.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että elektrolyysikennon titaanisen kuoriosan (1 tai 2) sisäpintaan koneistetaan pitkänomainen ura siten, että sen toinen seinämä (17) on kohtisuorasti kuoriosan sisäpintaa vasten ja vastakkainen sivuseinämä (18) viistetty, titaanielektrodin (3 ja mahdollisesti 5) reuna sovitetaan uraan, niin että se on vasten mainittua kohtisuoraa sivuseinämää (17) titaanielektrodin 3 59817 (3 ja mahdollisesti 5) kohdistamiseksi, minkä jälkeen se hitsataan kuoriosan (1 tai 2) sisäpintaan uran viistetyn sivuseinä-män (18) puolelta, urien ollessa kohdistettu samaan linjaan.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 5-7 mukainen tapa, tunnettu siitä, että elektrodi (3 ja mahdollisesti 5) MIG-tai TIG-hitsataan elektrolyysikennon titaanisen kuoriosan (1 tai 2) sisäpinnassa olevaan uraan tai leikkaukseen.