FI63602C - Central elektrodsamling foer en elektrolyscell - Google Patents

Description

1 63602

Elektrolyysikennon keskielektrodikokoonpano Tämä keksintö koskee kloorin, alkalimetallihydroksidien ja vedyn valmistamiseen tarkoitetun yksinapaisen elektrolyyttisen membraanikennon keskielektrodikokoonpanoa. Sopiva kennojärjestelmä, jonka yhteydessä keksinnön mukainen päätyelektrodikokoonpano on tarkoitettu käytettäväksi, on kuvattu suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 77 2530. Tarkemmin sanottuna mainittu kenno-järjestelmä koostuu keskielektrodikokoonpanosta, jonka molemmille puolille on sisällytetty tämän keksinnön mukainen päätyelektrodikokoonpano suljetun kennon muodostamiseksi siten, että kun useita kennoja on liitetty sarjaan tai rinnan elektrolyysikennoryhmän muodostamiseksi, mikä tahansa annettu kenno voidaan poistaa siitä keskeyttämättä tuotantoa muista samanlaisista kennoyksiköistä. Tässä käytetään hyväksi tasomaisia elektrodielementtejä siten, että tasomainen membraani voidaan asettaa erilleen elementtien väliin, elektro-lyyttisen membraanikennon aikaansaamiseksi, joka sopii erityisesti kloorin, emäksen (natriumhydroksidi) ja vedyn tuottamiseen.

Tunnetuilla kennosysteemeillä on haittapuolena se, että yhden kennon rikkoontuminen tai joutuminen muuten toimintakunnottomaksi aiheuttaa sen, että koko laitos on pysäytettävä vaihdon tai korjauksen ajaksi, mistä seuraa luonnollisesti tuotantotappioita ja huomattavan paljon ylimääräistä työtä koko laitteiston purkamiseksi ja saattamiseksi taas tuotantokuntoon.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tämän vuoksi saada aikaan keskielektrodikokoonpano käytettäväksi yksinä- 2 63602 paisessa elektrolyyttisessä membraanikennossa, joka on erillinen siten, että se voidaan poistaa elektrolyysi-kennojen sarjasta pakottamatta keskeyttämään tuotantoa koko kennosarjasta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on lisäksi saada aikaan keskielektrodikokoonpano käytettäväksi yksinapaisessa elektrolyyttisessä membraanikennossa, joka voidaan kokonaan sulkea valmistusvaiheessa, niin että tällaisten yksikköjen kuljetus ja käynnistys voidaan toteuttaa kennojen pienemmällä paikalla tapahtuvalla valmistelulla elektrolyysikennosarjän muodostamiseksi.

Vielä on tämän keksinnön tarkoituksena saada aikaan keskielektrodikokoonpano käytettäväksi yksinapaisessa elektrolyyttisessä membraanikennossa, joka voidaan poistaa elektrolyytikennosarjasta ja lähettää keskus-käsittelylaitokseen jokaisen annetun kennon ylläpitoa ja korjausta varten aiheuttamatta tuotannon keskeytymistä koko elektrolyysikennosarjasta.

Tämän keksinnön muuna tarkoituksena on saada aikaan keskielektrodikokoonpano, joka voidaan kerrostaa kahden päätyelektrodikokoonpanon väliin kuinka monena kappaleena tahansa eri kokoisten elektrolyysikennojen rakentamiseksi.

Nämä ja muut tämän keksinnön tarkoitukset yhdessä niiden etujen kanssa olemassa oleviin ja alan aikaisempiin muotoihin nähden, jotka käyvät alaan perehtyneelle ilmi tämän keksinnön alla esitetystä yksityiskohtaisesta selostuksesta, toteutetaan parannuksilla, jotka tässä on esitetty, kuvattu ja joille patenttivaatimukset on esitetty.

3 63602

On todettu, että yksinapainen elektrolyyttinen membraa-nikenno voidaan koota: kahdesta päätyelektrodilaatikos-ta, joilla on identtinen rakenne ja joissa on ympärys-laippa; kahdesta elektrodielementistä, yksi kiinnitettynä molempien sisäsyvennykseen; vähintään yhdestä keski-kehyksestä, jonka molemmilla puolilla on ympäryslaippa, joka sopii toisten samanlaisten kehysten tai pääty-elektrodilaatikoiden vastaaviin laippoihin; kaksihaaraisesta elektrodielementistä siten, että jokainen osa muodostaa oleellisesti tasomaisen pinnan toisille identtisille elektrodielementeille tai vastaaville pääty-elektrodielementeille; membraanista, joka erottaa elektrodielementit, kun kenno kootaan; virranjakajista napaisuudeltaan vastakkaisen sähköenergian syöttämiseksi peräkkäisiin elektrodielementteihin; ja vähintään yhdestä sisääntuloaukosta jokaisessa keskielektrodissa ja jokaisessa päätyelektrodilaatikossa materiaalien lisäämiseksi ja tuotteiden poistamiseksi.

On myös havaittu, että elektrolyysikennon keskielektro-dikokoonpano voi käsittää; kehyksen, jonka molemmilla puolilla on ympäryslaipat; kaksihaaraisen elektrodiele-mentin, joka on kiinnitetty sanotun kehyksen sisä-kynnyksiin ja joka muodostaa oleellisesti tasomaisen pinnan sanotun kehyksen molemmille puolille ja on lähes samassa tasossa ympäryslaippojen kanssa; vähintään kaksi virranjakajaa sanotun kaksihaaraisen elektrodi-elementin pintojen välissä sähköenergian syöttämiseksi sanottuun kaksihaaraiseen elektrodielementtiin, jotka on sähköisesti ja mekaanisesti liitetty sanottuun kaksihaaraiseen elektrodielementtiin ja ulottuvat sanotun kehyksen ulkopuolelle; ja vähintään yhden sisääntuloau-kon sanotussa kehyksessä materiaalien lisäämiseksi sanotun kehyksen sisälle ja poistamiseksi siitä.

63602

Kyseessä olevan keskielektrodikokoonpanon suositeltavat toteutusmuodot esitetään esimerkkinä liitteenä olevissa piirroksissa yrittämättä esittää kaikkia eri muotoja ja muunnoksia, joilla keksintö saatettaisiin toteuttaa; keksinnön ollessa määritelty liitteenä olevilla patenttivaatimuksilla eikä tämän patenttimääri-tyksen yksityiskohdilla.

Kuvio 1 on perspektiivinen etukuvanto tämän keksinnön käsitteiden mukaisesta kolmen yksinapaisen elektrolyyttisen membraanikennon sarjasta, jossa käytetään keksinnön mukaista keskielektrodikokoonpanoa.

Kuvio la on osittainen leikkauskuvanto yhdestä kennosta.

Kuvio 2 on sivuleikkauskuvanto keskielektrodikokoonpa-nosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 1 viivaa 5-5. Kuvio 3 on leikkauskuvanto keskielektrodikokoonpanosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 2 viivaa 6-6.

Kuvio 4 on leikkauskuvanto keskielektrodikokoonpanosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 2 viivaa 7-7.

Kuvio 5 on leikkauskuvanto yksinapaisen elektrolyyttisen membraanikennon vaihtoehtoisesta toteutusmuodosta, jossa on useampia kuin yksi keskielektrodikokoonpano järjestettynä suotoputistimen tapaan.

Viitaten piirrosten kuvioon 1 numero 12 viittaa yksinapaiseen elektrolyyttiseen membraanikennoon jossa käytetään keksinnön mukaista keskielektrodikokoonpanoa. Kuvio 1 esittää kolmea tällaista elektrolyysikennoa 12, koska niitä yleisesti käytettäisiin elektrolyysikenno-sarjana kloorin ja emäksen tuotantoon. Näillä kuviossa 1 esitetyillä elektrolyysikennoilla 12 olisi yleensä jokin ympäröivä tukirakenne tai perustus jokaisen elektro-lyysikennon 2 pitämiseksi suorassa linjassa elektrolyysi-kennojen sarjan rakentamiseksi tuotantotarkoituksiin.

5 6 3 6 0 2 Tämän ympäröivän rakenteen yksityiskohtia ei ole esitetty tämän keksinnön käsitteiden kuvaamisen helpottamiseksi .

Kuten kuvion la osittaisesta leikkauskuvannosta voidaan havaita, jokaisessa elektrolyysikennossa 12 on kaksi päätyelektrodikokoonpanoa 14, joiden väliin on kerrostettu vähintään yksi keksinnön mukainen keskielektro-dikokoonpano 16. Kun nämä kokoonpanot 14 ja 16 yhdistetään ja suljetaan, ne tuottavat umpirakenteisen elektrolyysikennon 12, joka voidaan yhdistää elektrolyysikenno j on sarjaan. Tämäntyyppistä kennosarjaa käytettäessä mikä tahansa kuviossa 1 esitetyistä kolmesta elektrolyysikennosta 12 voidaan poistaa samalla, kun ylläpidetään jäljellä olevien elektrolyysikennosat.jas-sa olevien kennojen tuotantoa. Tämä saa aikaan selvän taloudellisen edun niihin kennoihin nähden, joissa koko kennosarjan tuotanto on keskeytettävä jonkin annetun huonon osaston poistamiseksi ylläpitoa tai korjausta varten. On myös todettu, että mikä tahansa lukumäärä elektrolyysikennoja 12 voidaan yhdistää kennosarjaksi annetun tuotantovaatimuksen aikaansaamiseksi halutulla tavalla. On myös todettu, että yksinapainen suotopuris-tintyyppinen elektrolyysikenno 60 voitaisiin koota kerrostamalla napaisuudeltaan vastakkaisia keskielektrodi-kokoonpanoja 16 yhteen päätyelektrodikokoonpanojen 14 kanssa, jotka ovat elektrolyysikennorakenteen molemmissa päissä, kuten parhaiten nähdään kuviossa 5.

Kuvio 2 on leikkauskuvanto keskielektrodikokoonpanosta 16 otettuna oleellisesti pitkin kuvion 1 viivaa 5-5. Kuvio 3 on pöhjaleikkauskuvanto keskielektrodikokoonpanosta 16 otettuna kuviosta 2. Kuvio 4 on etuleikkausku-vanto keskielektrodikokoonpanosta otettuna kuviosta 2.

6 63602

Kuten kuvioista 2, 3 ja 4 voidaan nähdä, keskielektrodi-kokoonpanossa 16 on kehys 32 siten, että elektrodipin-nat voidaan asettaa esille kahteen suuntaan keski-elektrodikokoonpanon 16 kerrostamisen sallimiseksi kahden muun identtisen, napaisuudeltaan vastakkaisen kokoonpanon tai päätyelektrodikokoonpanojen 14 väliin. Tämä saa aikaan paremman kalliiden materiaalien hyväksikäytön ja pienentää merkittävästi saadun elektrolyysikennon 12 painoa. Kehyksellä 32 on ympäryslaipat 34 sen molemmilla puolilla kanavamaisen osan muodostamiseksi. Nämä kehyksellä 32 olevat ympäryslaipat 34 vastaavat identti-sesti päätyelektrodilaatikolla 18 olevia ympäryslaippo-ja 20 niin, että niiden välille voidaan saada sulkulii-tos käyttäen tiivistettä 22. Kehyksessä 32 on myös si-sääntuloaukot 36 siten, että elektrolyyttiä voidaan kierrättää keskielektrodikokoonpanon 16 läpi, enemmän materiaalia voidaan lisätä keskielektrodikokoonpanoon 16 ja tuotteita poistaa keskielektrodikokoonpanosta 16.

Keskielektrodielementti 38 on mekaaniselta rakenteeltaan samanlainen kuin päätyelektrodielementti siinä, että se on yleensä luonteeltaan reikäinen ja tehty venytetystä metalliverkosta, jossa on alaskäännetty reuna keski-elektrodielementin 38 ympärysreunan ympäri. Keskielektro-dielementti 38 on kaksihaaraista rakennetta muodostaakseen aktiivisen pinnan kehyksen 32 molemmille puolille. Jäljempänä käytettynä kaksihaarainen viittaa kaksitasoisiin elektrodielementteihin, jotka ovat yhdensuuntaisesti toisistaan erillään. Keskielektrodielementti 38 sisältyy kahdessa osassa kehyksen 32 rajojen sisälle. Virranjakajat 40 kulkevat keskielektrodikehyksen 32 keskiosan läpi jakaen energiaa keskielektrodielementin 38 koko pinnalle. Nämä virranjakajat 40 ulottuvat kehyksen 32 läpi yhdistettäväksi sähköisesti teholähteeseen, jota tässä ei ole esitetty, sähköpiirin täydentämiseksi, 7 63602 jolla elektrolysoivaa virtaa voidaan syöttää yksina-paiseen elektrolyyttiseen membraanikennoon 12. Näihin virranjakajiin 40 on kiinnitetty tavanomaisilla hitsaus-menettelyillä väliketangot 42, jotka pitävät keski-elektrodielementtiä 38 lähes samantasoisessa suhteessa ympäryslaippojen 34 kanssa. Nämä väliketangot 42 eivät ylety virranjakajien 40 koko pituudelle parantaakseen elektrolyyttiliuoksen kiertoa keskielektrodikokoonpanos-sa 16. Elektrolyyttiliuoksen kierron parantamiseksi edelleen keskielektrodikokoonpanossa 16, väliketangois-sa 42 on niiden läpi kulkevat aukot. Väliketangot 42 tukevat niiden molemmin puolin kaksihaaraisella tavalla sarjaa kefckielektrodielementtejä 38 keskielektro-dielementtien 38 saamiseksi peittämään molempia kahta päätyelektrodikokoonpanoa 14 tai muita päätyelektrodi-kokoonpanoja 14 tai muita napaisuudeltaan vastakkaisia keskielektrodikokoonpanoja 16, kun ne kootaan suotopu-ristintyyppisen yksinapaisen elektrolyyttisen membraa-nikennon 60 muodostamiseksi.

Anodeina käytettävät keskielektrodielementit 38 voidaan rakentaa mistä tahansa tavanomaisesta sähköä johtavasta, elektrolyyttisesti aktiivisesta materiaalista, joka kestää anolyyttiä, kuten venttiilimetallista, esim. titaanista, tantaalista tai niiden lejeeringeistä, jonka pinnalla on jalometallia, jalometallioksidia (joko yksin tai yhdistettynä venttiilimetallioksidiin), tai muista elektrokatalyyttisesti aktiivisista korroosionkestoi-sista materiaaleista. Tämän luokan anodeja kutsutaan mittastabiileiksi anodeiksi, jotka ovat hyvin tunnettuja ja laajasti käytettyjä teollisuudessa. Katso esim. US-patentit 3 117 023} 3 632 498; 3 840 443 ja 3 846 273. Suositeltava venttiilimetalli perustuen hintaan, saatavuuteen, sähköisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin, näyttää tällä hetkellä olevan titaani. Jos titaania 63602 käytetään anodielementteihin, keskielektrodikokoonpanon 16 valmistusta voidaan helpottaa käyttäen titaanimate-riaaleja kehykseen 30 ja väliketankoihin 42. Titaanin käytön ja sen myötä kustannusten pienentämiseksi virranjakajat 40 voivat olla kuparia sen erinomaisen sähkönjohtokyvyn vuoksi# jonka päällä on titaanikerros. Tämä tekee tällöin mahdolliseksi keskielektrodikokoonpanon 16 valmistuksen tavanomaisilla hitsauksilla ilmatiiviin systeemin aikaansaamiseksi, kun se asennetaan yksinapai-seen elektrolyyttiseen membraanikennoon 12.

On odotettavissa, että jokainen elektrodikokoonpano· 14 tai 16 on erotettava jokaisesta muusta napaisuudeltaan vastakkaisesta elektrodikokoonpanosta 14 tai 16 membraa-nilla 44. Membraani 44 voi olla mikä tahansa oleellisesti hydraulisesti läpäisemätön kationinvaihtomembraani, joka on kemiallisesti kennonestettä kestävä, jolla on alhainen resistiivisyys, joka vastustaa kloridi-ionien eteenpäinva eltamista ja vastustaaa hydroksidi-ionien takaisinvaeltamista. Membraaniin 44 käytetyn meteriaa-lityypin on oltava pieniä kationeja läpäisevä vain niin, että natrium- ja kaliumionit vaeltavat sen läpi, mutta että todellisuudessa mikään suurempi kationi, kuten kennonesteen metalliepäpuhtaudet eivät läpäise sitä. Näiden materiaalien käyttö membraaniin 44 johtaa alkali-metallihydroksidiin, jolla on merkittävästi suurempi puhtaus ja suurempi väkevyys.

Käytettäväksi sopivia membraaneja on kuvattu laajemmin esimerkiksi suomalaisen patenttihakemuksen nro 77 2530 yhteydessä. Samassa patenttihakemuksessa on kuvattu myös tarkemmin, kuinka keksinnön mukaiset päätyelektro-dikokoonpanot voidaan koota muiden osien kanssa kokonaisiksi kennosysteemeiksi, joiden käytöstä ja rakenteesta on annettu tarkempi ka.vaus myös em. patentissa.

9 63602

Kuten kuviosta 5 voidaan edelleen nähdä, alaan perehtyneet voivat rakenteen suotopuristintyyppisen yksinapai-sen elektrolyyttisen membraanikennon 60 sijoittamalla useita keskielektrodikokoonpanoja 16 kahden pääty-elektrodikokoonpanon 14 väliin. Useita keskielektrodikokoonpanoja 16 on valmistettava yllä kuvantunkaltai-sista sopivista materiaaleista sekä anodi- että katodi-osastojen aikaansaamiseksi kennorakennetta varten. Kukin kenno 60 toimii osastot kytkettyinä sarjapiiriin. Useita kennoja 60 voi olla kytkettynä joko sarjassa tai rinnan olevaan piiriin kennoryhmän rakentamiseksi. Kuten kuviosta 11 nähdään keskielektrodin ympäryslaippaa 34 voidaan jatkaa tukipinnan aikaansaamiseksi vapaasti seisovaa kennorakennetta varten.

Claims (4)

10 63602

1. Elektrolyysikennolle tarkoitettu keskielektrodi-kokoonpano, tunnettu siitä/ että se käsittää: kehyksen (32), jonka molemmilla puolilla on ympärys-laipat (34)j kaksihaaraisen elektrodielementin (38), joka on kiinnitetty kehyksen sisäreunoihin muodostaen oleellisesti tasomaisen pinnan kehyksen (32) molemmille puolille ja lähes samantasoisen ympäryslaippojen (34) kanssa; vähintään kaksi virranjakajaa (40) kaksihaaraisen elektrodielementin pintojen välissä sähköenergian syöttämiseksi kaksihaaraiseen elektrodielement-tiin, jotka on sähköisesti ja mekaanisesti liitetty kaksihaaraiseen elektrodielementtiin ja jotka ulottuvat kehyksen ulkopuolelle: ja vähintään yhden sisääntuloau-kon (36) kehyksessä materiaalien lisäämiseksi tai poistamiseksi kehyksen sisältä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskielektrodikokoon-pano, tunnettu siitä, että se käsittää edelleen väliketangot (42), jotka on tangentiaalisesti liitetty virranjakajiin (40), niiden jommalle kummalle puolelle ja liitetty kohtisuoraan kaksihaaraisen elektrodielementin (38) kummallekin puolelle.

3. Patenttivaatimuksen 2 mikainen keskielektrodikokoon-pano, tunnettu siitä, että väliketangot (42) ulottuvat osalle kaksihaaraisen elektrodielementin (38) koko pituudesta.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen keskielektrodikokoon-pano, tunnettu siitä, että väliketangoissa (42) on niiden läpi kulkevat aukot kierron helpottamiseksi keskielektrodikokoonpanon (16) sisällä.