FI63603B

FI63603B - AENDELEKTRODSAMLING FOER EN ELEKTROLYSCELL

Info

Publication number: FI63603B
Application number: FI811170A
Authority: FI
Inventors: Gerald Reuben Pohto; Michael Joseph Kubrin; Robert Carl Sutter
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1983-03-31
Also published as: FI811169L; FI63602B; FI811170L; FI63602C; FI63603C

Description

1 636031 63603

Elektrolyysikennon päätyelektrodikokoonpano Tämä keksintö koskee kloorin, alkalimetallihydroksi-dien ja vedyn valmistamiseen tarkoitetun yksinapaisen elektrolyyttisen membraanikennon päätyelektrodikokoon-panoa. Sopiva kennojärjestelmä, jonka yhteydessä keksinnön mukainen päätyelektrodikokoonpano on tarkoin tettu käytettäväksi, on kuvattu suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 77 2530. Tarkemmin sanottuna mainittu kennojärjestelmä koostuu keskielektrodikokoon-panosta, jonka molemmille puolille on sisällytetty tämän keksinnön mukainen päätyelektrodikokoonpano suljetun kennon muodostamiseksi siten, että kun useita kennoja on liitetty sarjaan tai rinnan elektrolyysikenno-ryhmän 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 elektrolyyttisen membraanikennon aikaansaamiseksi, joka sopii erityisesti kloorin, emäksen (natriumhydroksidi) ja vedyn tuottamiseen.This invention relates to an end electrode assembly for a single-pole electrolytic membrane cell for the production of chlorine, alkali metal hydroxides and hydrogen. A suitable cell system in connection with which the end electrode assembly according to the invention is specifically intended for use is described in Finnish Patent Application No. 77 2530. More specifically, said cell system consists of a central electrode assembly on both sides of which in series or in parallel to form an electrolytic cell array, any given cell may be removed therefrom without interrupting production from other similar cell units. Here, planar electrode elements are utilized so that the planar membrane can be spaced apart between the elements to provide an electrolytic membrane cell, which is particularly suitable for the production of chlorine, base (sodium hydroxide) and hydrogen.

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 laitteiston purkamiseksi ja saattamiseksi taas tuotantokuntoon.The disadvantage of known cell systems is that the failure or otherwise inoperability of one cell results in the entire plant having to be shut down during replacement or repair, which naturally results in production losses and considerable extra work to dismantle and restore the equipment to production.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tämän vuoksi saada aikaan päätyelektrodikokoonpano käytettäväksi yksina-paisessa elektrolyyttisessä membraanikennossa, joka on erillinen siten, että se voidaan poistaa elektrolyysi- 2 63603 kennojen sarjasta pakottamatta keskeyttämään tuotantoa koko kennosarjasta.It is therefore an object of the present invention to provide an end electrode assembly for use in a single pole electrolytic membrane cell that is separate so that it can be removed from a series of electrolytic cells without forcing production to be interrupted from the entire set of cells.

Tämän keksinnön tarkoituksena on lisäksi saada aikaan päätyelektrodikokoonpano 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.It is a further object of the present invention to provide an end electrode assembly for use in a single pole electrolytic membrane cell which can be completely sealed during manufacture so that transport and start-up of such units can be accomplished by preparing the cells at a smaller location to form an electrolytic cell array.

Vielä tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan päätyelektrodikokoonpano käytettäväksi yksinapaisessa elektrolyyttisessä membraanikennossa, joka voidaan poistaa elektrolyysikennosarjasta ja lähettää keskuskäsit-telylaitokseen jokaisen annetun kennon ylläpitoa ja korjausta varten aiheuttamatta tuotannon keskeytymistä koko elektrolyysikennosarjasta.It is a further object of the present invention to provide an end electrode assembly for use in a single pole electrolytic membrane cell that can be removed from an electrolytic cell array and sent to a central processing plant for maintenance and repair of each given cell without interrupting production of the entire electrolytic cell array.

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.These and other objects of the present invention, together with the advantages over existing and prior art embodiments that will become apparent to those skilled in the art from the detailed description of the present invention below, are accomplished by the improvements set forth, described, and claimed herein.

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 keskikehyksestä, jonka molemmilla puolilla on ympärys-laippa, joka sopii toisten samanlaisten kehysten tai päätyelektrodilaatikoiden vastaaviin laippoihin; kaksihaaraisesta elektrodielementistä siten, että jokainen osa muodostaa oleellisesti tasomaisen pinnan toisille identtisille elektrodielementeille tai vastaaville 63603 päätyelektrodielementeille; membraanista, joka erottaa elektrodielementit, kun kenno kootaan? virranjakajista napaisuudeltaan vastakkaisen sähköenergian syöttämiseksi peräkkäisiin elektrodielementteihin; ja vähintään yhdestä sisääntuloaukosta jokaisessa keski-elektrodissa ja jokaisessa päätyelektrodilaatikossa materiaalien lisäämiseksi ja tuotteiden poistamiseksi.It has been found that a single-pole electrolytic membrane cell can be assembled from: two end electrode boxes having an identical structure and having a circumferential flange; two electrode elements, one attached to the inner recess of each; at least one central frame having a circumferential flange on each side that mates with corresponding flanges of other similar frames or end electrode boxes; a bifurcated electrode element such that each portion forms a substantially planar surface for other identical electrode elements or corresponding end electrode elements 63603; from the membrane that separates the electrode elements when the cell is assembled? current distributors for supplying electrical energy of opposite polarity to successive electrode elements; and at least one inlet in each center electrode and each end electrode box for adding materials and removing products.

On myös havaittu, että elektrolyysikennon päätyelektro-dikokoonpano voi käsittää laatikon, jossa on keskisyven-nys ja ympäryslaippa; elektrodielementin, joka on liitetty sanotun laatikon keskisyvennykseen; vähintään kaksi virranjakajaa sähköenergian syöttämiseksi sanottuun elektrodielementtiin, joka on sähköisesti ja mekaanisesti yhdistetty sanottuun elektrodielementtiin ja ulottuvat sanotun laatikon ulkopuolelle; ja vähintään yhden sisääntuloaukon sanotussa laatikossa materiaalien lisäämiseksi sanotun laatikon sisälle tai poistamiseksi siitä.It has also been found that the end electrode assembly of the electrolytic cell may comprise a box having a central recess and a circumferential flange; an electrode element connected to a central recess of said box; at least two current distributors for supplying electrical energy to said electrode element electrically and mechanically connected to said electrode element and extending outside said box; and at least one inlet opening in said box for adding or removing materials within said box.

Kyseessä olevan polyelektrodikokoonpanon 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 patenttimäärityksen yksityiskohdilla.Preferred embodiments of the present polyelectrode assembly are exemplified in the accompanying drawings without attempting to illustrate all the various forms and modifications by which the invention may be practiced; the invention being defined by the appended claims and not by the details of this specification.

Kuvio 1 on perpsektiivinen etukuvanto kolmen yksinapai-sen elektrolyyttisen membraanikennon sarjasta, jossa on käytetty tämän keksinnön mukaista päätyelektrodikokoon-panoa.Figure 1 is a perspective view of a series of three unipolar electrolytic membrane cells using an end electrode assembly in accordance with the present invention.

Kuvio la on osittainen leikkauskuvanto yhdestä kennosta. Kuvio 2 on sivuleikkauskuvanto päätyelektrodikokoonpa-nosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 1 viivaa 2-2. Kuvio 3 on leikkauskuvanto päätyelektrodikokoonpanosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 2 viivaa 3-3.Figure 1a is a partial sectional view of one cell. Figure 2 is a side sectional view of the end electrode assembly taken substantially along line 2-2 of Figure 1. Figure 3 is a sectional view of the end electrode assembly taken substantially along line 3-3 of Figure 2.

6 3 6 O 36 3 6 O 3

Kuvio 4 on leikkauskuvanto päätyelektrodikokoonpanosta otettuna oleellisesti pitkin kuvion 2 viivaa 4-4.Figure 4 is a sectional view of the end electrode assembly taken substantially along line 4-4 of Figure 2.

Kuvio 5 on leikkauskuvanto, joka esittää vaihtoehtoista muotoa päätyelektrodikokoonpanosta, jossa on levitettävä katodi.Fig. 5 is a sectional view showing an alternative form of end electrode assembly with a cathode to be applied.

Viitaten piirustusten kuvioon 1 numero 12 viittaa yksinapaiseen elektrolyyttiseen membraanikennoon jossa on käytetty keksinnön mukaista päätyelektrodikokoonpa-noa. Kuvio 1 esittää kolmea tällaista elektrolyysiken-noa 12, koska niitä yleisesti käytettäisiin elektrolyy-sikennosarjana kloorin ja emäksen tuotantoon. Näillä kuviossa 1 esitetyillä elektrolyysikennoilla 12 olisi yleensä jokin ympäröivä tukirakenne tai perustus jokaisen elektrolyysikennon 2 pitämiseksi suorassa linjassa elektrolyysikennojen sarjan rakentamiseksi tuotantotar-koituksiin. Tämän ympäröivän rakenteen yksityiskohtia ei ole esitetty tämän keksinnön käsitteiden kuvaamisen helpottamiseksi.Referring to Figure 1 of the drawings, reference numeral 12 refers to a unipolar electrolytic membrane cell using an end electrode assembly according to the invention. Figure 1 shows three such electrolysis cells 12 as they would be commonly used as an electrolysis cell series for chlorine and base production. These electrolytic cells 12 shown in Figure 1 would generally have some surrounding support structure or foundation for keeping each electrolytic cell 2 in direct line to build a series of electrolytic cells for production purposes. Details of this surrounding structure are not provided to facilitate the description of the concepts of this invention.

Kuten kuvion la osittaisesta leikkauskuvannosta voidaan havaita, jokaisessa elektrolyysikennossa 12 on kaksi keksinnön mukaista päätyelektrodikokoonpanoa 14, joiden väliin on kerrostettu vähintään yksi keskielektro-dikokoonpano 16. Kun nämä kokoonpanot 14 ja 16T yhdistetään ja suljetaan, ne tuottavat umpirakenteisen elektrolyysikennon 12, joka voidaan yhdistää elektrolyy-sikennojen sarjaan. Tämäntyyppistä kennosarjaa käytettäessä mikä tahansa kuviossa 1 esitetyistä kolmesta elektrolyysikennosta 12 voidaan poistaa samalla, kun ylläpidetään jäljellä olevien elektrolyysikennosarjas-sa olevien kennojen tuotantoa. Tämä saa aikaan selvän taloudellisen edun niihin kennoihin nähden, joissa koko kennosarjan tuotanto on keskeytettävä jonkin annetun 63603 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.As can be seen from the partial sectional view of Figure 1a, each electrolytic cell 12 has two end electrode assemblies 14 according to the invention interposed with at least one central electrode assembly 16. When these assemblies 14 and 16T are connected and sealed, they produce a closed electrolyte cell 12 which can be to a series of cells. When using this type of cell array, any of the three electrolysis cells 12 shown in Figure 1 can be removed while maintaining the production of the remaining cells in the electrolysis cell array. This provides a clear economic advantage over those cells where production of the entire cell array must be suspended to remove any of the given 63603 bad compartments for maintenance or repair. It has also been found that any number of electrolytic cells 12 can be combined to achieve a production requirement given as a series of cells as desired. It has also been found that a unipolar filter press type electrolytic cell 60 could be assembled by depositing center electrode assemblies 16 of opposite polarity with end electrode assemblies 14 at both ends of the electrolytic cell structure.

Lähempi katsaus päätyelektrodikokoonpanoon 14 voidaan nähdä kuviossa 2, joka on sivuleikkauskuvanto päätvelektrodi- kokoonpanosta 14 otettuna oleellisesti pitkin kuvion 1 viivaa· 2-2. Kuvio 3 esittää pöhjaosakuvantoa pääty- elektrodi/cokoonpanosta 14 ja kuvio 4 esittää etuosaku-vantoa päätyelektrodikokoonpanosta 14 kuten kuviosta 2 yksityiskohtaisesti selviää. Kuten kuvioista 2, 3 ja 4 voidaan nähdä päätyelektrodikokoonpanossa 14 on pääty-elektrodilaatikko 18, joka voidaan vaivattomasti valmistaa stanssaamalla yhdestä levystä. Päätyelektrodi-laatikossa 18 on ympäryslaippa 20, jonka avulla päätyelektrodikokoonpano 14 kiinnitetään ja yhdistetään tiiviisti keskielektrodikokoonpanoon 16. Ympäryslaipan 20 on tämän vuoksi oltava suhteellisen tasomainen ja tasainen luonteeltaan tehokkaan sulun muodostamiseksi tiivis-temateriaalin kanssa, joka tulee sen päälle. Tiiviste 22 asetetaan ympäryslaipan 20 päälle ennenkuin se yhdistetään keskielektrodikokoonpanoon 16 liitettäväksi siihen, kuten kuviosta 1 voidaan nähdä. Yleensä yhtä tiiviste-kappaletta 22 käytetään kummallakin ympäryslaipalla siten, että kahta kappaletta käytetään jokaisessa annetussa liitoksessa minkä tahansa kahden kokoonpanon 14 ja 16 välillä. Päätyelektrodilaatikoiden 18 paksuus on yleensä välillä 0,794 - 9,525 mm. On todettu, että jos halutaan suurempaa jäykkyyttä päätyelektrodilaatikoille 18, harjanteita voidaan stanssata jokaisen laatikon 18 6 63603 keskisyvennykseen tai lujittavia osia kiinnittää sy-vennysalueen ulkopuolelle.A closer look at the end electrode assembly 14 can be seen in Figure 2, which is a side sectional view of the end electrode assembly 14 taken substantially along line · 2-2 of Figure 1. Fig. 3 shows a bottom partial view of the end electrode / assembly 14 and Fig. 4 shows a front view of the end electrode assembly 14 as shown in detail in Fig. 2. As can be seen from Figures 2, 3 and 4, the end electrode assembly 14 has an end electrode box 18 which can be easily fabricated by stamping from a single plate. The end electrode box 18 has a circumferential flange 20 by which the end electrode assembly 14 is secured and tightly connected to the center electrode assembly 16. The circumferential flange 20 must therefore be relatively planar and flat to form an effective seal with the sealing material that comes on it. The seal 22 is placed on the circumferential flange 20 before it is connected to the center electrode assembly 16 for connection thereto, as can be seen in Figure 1. Generally, one seal piece 22 is operated on each circumferential flange so that two pieces are used in each given joint between any two assemblies 14 and 16. The thickness of the end electrode boxes 18 is generally between 0.794 and 9.525 mm. It has been found that if greater rigidity is desired for the end electrode boxes 18, the ridges can be punched into the central recess of each box 18 6 63603 or the reinforcing portions can be attached outside the recess area.

Kuten kuviosta 2 parhaiten voidaan nähdä, on olemassa useita sisääntuloaukkoja 24 päätyelektrodilaatikon 18 läpi riittävän kierron aikaansaamiseksi elektrolyysi-kennon 12 päätyelektrodikokoonpanossa 14. Sen lisäksi, että nämä sisääntuloportit 24 aikaansaavat kiertoa, niitä käytetään raaka-aineiden syöttöön ja kaikkien tuotteiden poistoon, jotka saattavat olla tarpeen tietylle elektrolyysikennolle 12. Päätyelektrodilaatikon 18 syvennettyyn alueeseen sisältyvät päätyelektrodiele-mentit 26, jotka ovat yleensä luonteeltaan revitettyjä niin, että sen läpi ja ympäri voidaan aikaansaada kiertoa. Yleensä rei'itetyn päätyelektrodielementin 26 materiaali on venytettyä metalliverkkoa, jossa on litistetty reuna toisella puolella ja pyöristetty reuna vastakkaisella puolella. Se voitaisiin aivan yhtä helposti tehdä kudotusta lankaverkosta, valssilankaseu-lasta tai rei'itetyistä levyistä reikäisen aktiivisen pinnan toteuttamiseksi.As best seen in Figure 2, there are a plurality of inlets 24 through the end electrode box 18 to provide sufficient rotation in the end electrode assembly 14 of the electrolysis cell 12. In addition to circulating, these inlet ports 24 are used to feed raw materials and remove any products that may be required. for a particular electrolytic cell 12. The recessed area of the end electrode box 18 includes end electrode elements 26 which are generally torn in nature so that rotation can be effected through and around it. Generally, the material of the perforated end electrode element 26 is a stretched metal mesh with a flattened edge on one side and a rounded edge on the opposite side. It could just as easily be made of a woven wire mesh, a wire mesh screen or perforated sheets to provide a perforated active surface.

Kuten kuvioista 3 ja 4 voidaan nähdä, molempien pääty-elektrodielementtien 26 ympärysreuna on käännetty alas suunnilleen 90°, jotta varmistettaisiin, että pääty-elektrodielementtien 26 terävät reunat eivät puhkaise membraanimateriaalia, joka tulisi niiden päälle. Pyöristetyn reunan puoli asetetaan kohti membraania ja venytetyn metalliverkon litistetyn reunan puoli päätyelektrodilaatikon 18 sisäpuolelle yhdessä päätyelektrodielementin 26 alas käännettyjen reunojen kanssa.As can be seen from Figures 3 and 4, the peripheral edge of both end electrode elements 26 is turned down approximately 90 ° to ensure that the sharp edges of the end electrode elements 26 do not puncture the membrane material that would come on top of them. The side of the rounded edge is placed towards the membrane and the side of the flattened edge of the stretched metal mesh is inside the end electrode box 18 together with the edges of the end electrode element 26 turned down.

Päätyelektrodielementit 26 on liitetty päätyelektrodi-laatikkoon 18 virranjakajilla 28 ja välitangoilla 30 siten, että päätyelektrodielementti 26 muodostaa taso- 7 63603 maisen pinnan, joka on lähes täysin samantasoinen pää-tyelektrodilaatikon 18 ympäryslaipan 20 pinnan kanssa. Havaitaan, että välitangot 30 eivät ylety päätyelektro-dielementin 26 koko pituudelle kuten kuviosta 4 parhaiten näkyy. Väliketangoissa 30 on myös säännöllisin välimatkoin niiden läpi kulkevat aukot, kuten kuviosta 4 nähdään niin, että elektrolyyttiliuoksen kierrätys voidaan tehokkaasti toteuttaa päätyelektrodikokoonpanossa 14. Päätyelektrodielementti 26 voidaan kiinnittää väli-ketankoihin 30 millä tahansa sopivalla tavalla hitsauksen ollessa eräs sopivimmista. Virranjakajat 28 tukevat kaikki kahta välitankoa 30 niiden molemmin puolin ja ne ulottuvat päätyelektrodilaatikon 18 ulkopuolelle, kuten kuviosta 1 nähdään kennon 12 sähköiseksi liittämiseksi teholähteeseen, jota ei tässä ole esitetty.The end electrode elements 26 are connected to the end electrode box 18 by current distributors 28 and intermediate rods 30 so that the end electrode element 26 forms a planar surface 63603 which is almost completely flush with the surface of the circumferential flange 20 of the end electrode box 18. It is observed that the intermediate rods 30 do not extend the full length of the end electrode element 26 as best seen in Figure 4. The spacer rods 30 also have openings passing through them at regular intervals, as seen in Figure 4, so that recirculation of the electrolyte solution can be effectively accomplished in the end electrode assembly 14. The end electrode element 26 can be attached to the spacer rods 30 in any suitable manner. The current dividers 28 support all two intermediate rods 30 on either side of them and extend beyond the end electrode box 18, as seen in Figure 1 for the electrical connection of the cell 12 to a power supply not shown herein.

Käytettiinpä mitä tahansa lukumäärää päätyelektrodiele-menttejä 26 päätyelektrodilaatikon 18 rajojen sisällä, jokainen on mieluummin tuettu kahdella päätyelektrodin virranjakajalla 28 hyvän virran jakautumisen varmistamiseksi ja stabiilisuuden aikaansaamiseksi pyörimisvoi-mia vastaan. Tämä järjestely helpottaa myös valmistusprosessia. Yleensä päätyelektrodielementtejä 26 on kaksi, mutta jos laatikon kokoa suurennetaan, useammat saattavat olla toivottavia.Whatever number of end electrode elements 26 are used within the limits of the end electrode box 18, each is preferably supported by two end electrode current dividers 28 to ensure good current distribution and stability against rotational forces. This arrangement also facilitates the manufacturing process. Generally, there are two end electrode elements 26, but if the size of the box is increased, more may be desirable.

Materiaaleja, joita käytetään päätyelektrodielementin 26 väliketankoihin 30, virranjakajiin 28 ja päätyelektro-dilaatikoihin 18, kun niitä on määrä käyttää elektro-lyysikennon 12 katodipuolelle, voivat olla mitkä tahansa tavanomaiset sähköä johtavat materiaalit, jotka kestävät katolyyttiä, kuten: rauta, hiiliteräs, ruostumaton teräs, nikkeli, ruostumattomalla teräksellä päällystetty kupari tai nikkelillä päällystetty kupari. On havaittu esimerkiksi, että jos kaikki komponentit on tehty te- 63603 räksestä kennon kokoonpano ja lopullinen toiminta helpottuvat suuresti. Yhden ainoan materiaalin käyttö kaikkiin näihin komponentteihin helpottaa tavanomaisia hitsauksia pienentäen lopullisia komponenttiosien kokoon-panokustannuksia. Päällystettyjen materiaalien, kuten ruostumattoman teräksen tai nikkelin käyttö kuparin päällä virranjakajiin 28 saa aikaan jonkin verran jännite-säästöjä johtuen kupariytimen suuremmasta johtokyvystä. Päätyelektrodikokoonpanon 14 valmistuksessa välttämättömien hitsausten on myös oltava ilmatiiviitä siten, että asetettaessa päätyelektrodikokoonpano 14 kennoon 11 se muodostaa suljetun systeemin.The materials used for the spacer rods 30, current distributors 28, and end electrode boxes 18 of the end electrode element 26 when to be used on the cathode side of the electrolysis cell 12 can be any conventional electrically conductive materials resistant to the catholyte, such as: iron, carbon steel, stainless steel, nickel, stainless steel plated copper or nickel plated copper. It has been found, for example, that if all components are made of steel, the assembly and final operation of the cell will be greatly facilitated. The use of a single material for all of these components facilitates conventional welding, reducing the final assembly costs of component parts. The use of coated materials such as stainless steel or nickel on copper for current distributors 28 provides some voltage savings due to the higher conductivity of the copper core. The welds necessary to manufacture the end electrode assembly 14 must also be airtight so that when the end electrode assembly 14 is placed in the cell 11, it forms a closed system.

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 eteenpäinvaeltamista ja vastustaa hydroksidi-ionien takaisinvaeltamista. Membraaniin 44 käytetyn meteriaali-tyypin on oltava pieniä kationeja läpäisevä vain niin, että natrium- ja kaliumionit vaeltavat sen läpi, mutta että todellisuudessa mikään suurempi kationi, kuten kenno-nesteen metalliepäpuhtaudet eivät läpäise sitä. Näiden materiaalien käyttö membraaniin 44 johtaa alkalimetalli-hydroksidiin, jolla on merkittävästi suurempi puhtaus ja suurempi väkevyys.It is expected that each electrode assembly 14 or 16 be separated from any other electrode assembly 14 or 16 of opposite polarity by a membrane 44. The membrane 44 may be any substantially hydraulically impermeable cation exchange membrane that is chemically resistant to cell fluid, has a low resistivity. ion migration and opposes hydroxide ion migration. The type of material used in the membrane 44 must be permeable to small cations only so that sodium and potassium ions migrate therethrough, but that in reality no larger cation, such as metal impurities in the cell fluid, will pass through. The use of these materials in the membrane 44 results in an alkali metal hydroxide with significantly higher purity and higher concentration.

Käytettäväksi sopivia membraaneja on kuvattu laajemmin esimerkiksi suomalaisen patenttihakemuksen nro 77 2530 yhteydessä. Samassa patenttihakemuksessa on kuvattu myös tarkemmin, kuinka keksinnön mukaiset päätyelektrodi-kokoonpanot voidaan koota muiden osien kanssa kokonai- 63603 siksi kennosysteemeiksi, joiden käytöstä ja rakenteista on annettu tarkempi kuvaus myös em. julkaisussa.Membranes suitable for use have been described in more detail, for example, in connection with Finnish Patent Application No. 77 2530. The same patent application also describes in more detail how the end electrode assemblies according to the invention can be assembled with other parts into complete cell systems, the use and structures of which are also described in more detail in the above-mentioned publication.

Kuvio 5 esittää vaihtoehtoista toteutusmuotoa pääty-elektrodikokoonpanosta 14, jossa on laajeneva elektrodi 54 niin, että kun annettu elektrolyysikenno 12 on koottu, membraania 44 pidetään paikallaan keskielektro-dieleraenttiä 38 vastaan. Suurin ero laajenevassa elektrodissa 54 on tukirakenne virranjakolaitteen 28 ja elektro-dielementih 26 välillä. Sen sijaan, että käytettäisiin väliketankoja 30 laajenevassa katodissa 54 käytetään venytyslaitetta 56, kuten yksikappaleista laakajousta, joka on kiinnitetty virranjakajaan 28 yhdestä kohdasta pitkin sen pituutta ja ulottuu liittymään elektrodi-elementtiin 26 kahdesta etäisestä kohdasta, jotka ovat lähellä elektrodielementin 26 ulointa reunaa. Venytys-laitteessa 56 on myös sen läpi kulkevat aukot hyvän kierron sallimiseksi koko päätyelektrodikokoonpanossa 14. Elektrodielementin 26 toisella puolella ja suoraan vastapäätä kohtia, joissa venytyslaite 56 on yhdistetty elektrodielementtiin 26, on väliketangot 58, jotka puristavat membraania elektrodielementtiä 38 vasten, kun kennon komponentit asennetaan elektrolyysikennoon 12. Näiden väliketankojen 58 tulee yleensä olla tehty sähköisesti johtamattomasta aineesta niin, että se aiheuttaa hyvin vähän häiriöitä elektrodielementtien välisen raon kokonaistasaisuudelle. Polyvinyylifluoridi olisi eräs esimerkki sopivasta materiaalista. On ajateltavissa että laajenevaa elektrodia 54 voidaan käyttää aivan yhtä hyvin keskielektrodikokoonpanossa 16.Figure 5 shows an alternative embodiment of an end electrode assembly 14 with an expandable electrode 54 so that when the given electrolysis cell 12 is assembled, the membrane 44 is held in place against the center electrode dielectric 38. The main difference in the expanding electrode 54 is the support structure between the current distributor 28 and the electrode dielement 26. Instead of using spacer bars 30 in the expanding cathode 54, a stretching device 56 is used, such as a one-piece flat spring attached to the current distributor 28 at one point along its length and extending to join the electrode element 26 at two distal points near the outermost edge of the electrode element 26. The stretching device 56 also has openings therethrough to allow good rotation throughout the end electrode assembly 14. On one side of the electrode element 26 and directly opposite the points where the stretching device 56 is connected to the electrode element 26, there are spacer rods 58 which press the membrane against the electrode element 38 12. These spacer bars 58 should generally be made of an electrically non-conductive material so as to cause very little interference to the overall smoothness of the gap between the electrode elements. Polyvinyl fluoride would be one example of a suitable material. It is conceivable that the expanding electrode 54 may be used just as well in the center electrode assembly 16.

Claims

10 63603

An end electrode assembly for an electrolytic cell, characterized in that it comprises: a box (18) having a central recess and a circumferential flange (20); an electrode element (26) connected to the central recess of the box; at least two current distributors (28) for supplying electrical energy to the electrode element, electrically and mechanically attached to the electrode element and extending outside the box; and at least one inlet (24) in the box for adding and removing materials from inside the box.

The end electrode assembly of claim 1, further comprising spacer rods (30) tangentially attached to either side of said current distributors (28) and attached perpendicular to the electrode element (26).

End electrode assembly according to claim 2, characterized in that the spacer bars (30) do not extend over the entire length of the electrode element (26).

End electrode assembly according to claim 2, characterized in that the spacer bars (30) have openings through them to assist rotation in the end electrode assembly.