FI71356C - Elektrodstruktur foer anvaendning i elektrolytisk cell - Google Patents

Description

! 71356

Elektrolyyttisessä kennossa käytettävä elektrodirakenne Tämä keksintö kohdistuu elektrolyyttisessä kennossa käytettävään elektrodirakenteeseen ja erikoisesti suoda-5 tinpuristintyyppisessä elektrolyyttisessä kennossa käytettävään elektrodirakenteeseen.

Tunnetaan elektrolyyttisiä kennoja, jotka sisältävät useita rei1itetyn rakenteen omaavia vuorottelevia anodeja ja katodeja sijoitettuina erillisiin anodi- ja kato-10 diosastoihin. Kennot sisältävät myös erottimen, joka voi olla hydraulisesti läpäisevä huokoinen diafragma tai oleellisesti hydraulisesti läpäisemätön ioninvaihtomem-braani, joka on sijoitettu vierekkäisten anodien ja katodien väliin erottaen tällöin anodiosastot katodiosastoista 15 ja kennot on varustettu myös välineillä elektrolyytin syöttämiseksi anodiosastoihin ja tarvittaessa liuoksen syöttämiseksi katodiosastoihin sekä välineillä elektrolyy-situotteiden poistamiseksi näistä osastoista.

Tällaisessa elektrolyyttisessä kennossa elektro-20 lyyttirakenteen voi muodostaa kaksi erillään sijaitsevaa revitettyä levymateriaalia.

Elektrolyyttistä kennoa voidaan käyttää esimerkiksi alkalimetallikloridiliuoksen, esimerkiksi natriumkloridin vesiliuoksen elektrolyysissä. Tapauksessa, jolloin kenno 25 on varustettu huokoisella diafragmalla, alkalimetalliklo-ridin liuosta syötetään kennon anodiosastoihin ja klooria poistetaan anodiosastoista ja vetyä ja alkalimetallihyd-roksidia sisältävää kennoliuosta poistetaan kennon anodiosastoista. Tapauksessa, jolloin kenno on varustettu io-30 ninvaihtomembraanilla, alkalimetallikloridin vesiliuosta syötetään kennon anodiosastoihin ja vettä tai laimeaa al-kalimetallihydroksidin vesiliuosta syötetään kennon katodiosastoihin ja klooria sekä laimentunutta alkalimetalli-kloridiliuosta poistetaan kennon anodiosastoista ja vetyä 35 sekä alkalimetallihydroksidia poistetaan kennon katodi-osastoista .

2 71 356

On edullista käyttää näitä kennoja mahdollisimman pienellä jännitteellä mahdollisimman vähäisen sähkötehon kuluttamiseksi. Jännite määärytyy osaksi elektrodien välisen raon vaikutuksesta, joka on anodin ja sen viereisen 5 katodin välinen rako ja viimeaikaisissa elektrolyyttisten kennojen rakenteissa on pyritty pieneen anodi-katodi-ra-koon, jopa olemattomaan anodi-katodi-rakoon, jolloin anodi ja katodi ovat kosketuksessa anodin ja katodin väliin sijoitetun erottimen kanssa.

10 Kuitenkin elektrolyyttisissä kennoissa, joissa anodi-katodi-rako on nolla, esiintyy hankaluuksia, koska erottimen koskettaessa anodia ja katodia voi aiheutua erottimeen kohdistuvaa painetta ja tämä voi aiheuttaa muutoksia erottimen tasaisuuteen tai jopa johtaa erottimen 15 murtumiseen.

Tämä tapahtuu erikoisesti tapauksessa, jossa erotin on ioninvaihtomembraani, jolloin on edullista kohdistaa tasainen paine membraaniin rei'itetyn anodin ja katodin lävitse .

20 Ratkaisuja edellä esitettyjen vaikeuksien poistami seksi on esitetty. Elektrodina on ehdotettu käytettäväksi rakennetta, joka muodostuu keskeisestä pystysuorasta levystä, toisistaan erillään olevista pystysuoraan sijoitetuista liuskoista, jotka ovat levyn jommalla kummalla puo-25 lella ja liuskoihin kiinnitetyistä rei'itetyistä seuloista. Kun tällainen elektrodirakenne sijoitetaan elektrolyyttiseen kennoon, anodin liuskat ovat erillään viereisen katodin liuskoista siten, että elektrodien väliin sijoitettu erotin ei ole kiinni vierekkäisten liuskojen välissä ja 30 saa hieman sinimuotoisen muodon. Toisessa ehdotetussa elektrodirakenteessa levy ja liuskat on korvattu metalli-levyllä, joka on taivutettu siten, että muodostuu pystysuunnassa sijaitsevia kärkipisteitä ja rei'itetyt seulat on sijoitettu levyn toiselle puolelle ja kiinnitetty kär-35 kipisteisiin. Kun tällainen rakenne sijoitetaan elektrolyyttiseen kennoon anodin kärkikohdat ovat erossa vierei- 3 71356 sen katodin kärkikohdista siten, että elektrodien väliin sijoitettu erotin ei ole kiinni viereisissä kärkikohdissa ja saa hieman sinimäisen muodon.

Edellä mainittua tyyppiä olevia elektrodirakentei-5 ta on esitetty GB-patenttihakemuksessa n:o 2,032,458A. Tässä patenttihakemuksessa eletrodirakenteita käytetään sähkövirran jakolaitteina ja erotin on kiinteä polymeeri-elektrolyytti, ts. ioninvaihtomembraani, johon elektrodit on kiinnitetty, esimerkiksi upottamalla membraanin pin-10 taan.

Kun tällaisia elektrodirakenteita, tai virranjako-laitteita, asennetaan eletkrolyyttiseen kennoon, pystysuoraan sijoitetut liuskat ja kärkikohdat, vaikka ne sallivat liuosten pystysuuntaisen virtauksen kennon anodi-15 ja katodiosastoissa, eivät salli liuosten vaakasuuntaisia virtauksia, minkä vuoksi liuosten sekoittuminen erillisissä anodi- ja katodiosastoissa ei ehkä ole riittävän hyvä. Itse asiassa liuoksissa kennon osastoissa voi esiintyä pitoisuusgradientteja, jotka aiheutuvat epätäydelli-20 sestä sekoittumisesta.

Tämä keksintö kohdistuu elektrodirakenteeseen, joka sallii tasaisesti jakaantuneen paineen kohdistumisen erottimeen, joka on sijoitettu vierekkäisten rakenteiden väliin kosketukseen niiden kanssa, jonka elektrodirakenne 25 on yksinkertainen ja helppo valmistaa ja sallii liuosten sekä vaakasuuntaiset että pystysuuntaiset virtaukset kennon elektrodiosastoissa, jolloin liuosten sekoittuminen on hyvä kennon elektrodiosastoissa.

Tämän keksinnön mukaan saadaan elektrodirakenne, 30 joka muodostuu sähköisesti johtavasta levystä ja vähintäin yhdestä joustavasta, sähköisesti johtavasta revitetystä levystä, joka sijaitsee erillään levystä ja joka on yhdistetty sähköä johtavasti siihen, ja elektrodiraken-teelle on tunnusomaista se, että useita ulokkeita on si-35 joitettu vähintäin toiselle levyn pinnalle, mitkä ulokkeet ovat erillään toisistaan ensimmäisessä suunnassa ja 4 71 356 ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa ja että joustava, sähköisesti johtava, rei'itetty levy (levyt) on liitetty sähköä johtavasti ulokkeisiin, ja että levyssä on aukkoja, jotka sallivat liuoksen virtauksen 5 kohtisuoraan levyn tason suhteen.

Elektrodirakennetta, jossa rei'itetty levy on liitetty levyn pinnan ulokkeisiin, voidaan käyttää pääte-elektrodina elektrolyyttisessä kennossa. Jos elektrodirakennetta käytetään sisäelektrodina elektrolyyttisessä ken-10 nosa, on elektrodirakenteessa edullisesti ulokkeita levyn molemmilla pinnoilla ja rei'itetyt levyt on kytketty sähköä johtavasti molempien pintojen ulokkeisiin.

On huomattava, että ulokkeet levyn pinnalla ovat toisistaan erillään ensimmäisessä suunnassa sekä ensimmäi-15 sen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa sallien nesteen virtauksen sekä pystysuunnassa että vaakasuunnassa levymateriaalin ja rei'itetyn levyn välisessä tilassa. Liuoksen virtauksen sallimiseksi rei'itetyn levyn tason poikittaissuunnassa ja levyn tason poikittasissuunnasa on 20 myös edullista, jos elektrodirakenne käsittää kaksi revitettyä levyä ja että levyssä on aukkoja.

Levyn materiaali voi olla metallia. Levyn rakenne-materiaali riippuu siitä, käytetäänkö elektrodirakennetta anodina vai katodina sekä elektrolysoitavan elektrolyytin 25 luonteesta. Esimerkiksi jos elektrodirakennetta käytetään anodina, erikoisesti elektrolyyttisessä kennossa, jossa elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, voidaan se sopivasti valmistaa niin sanotusta kalvonmuodosta-vasta metallista, esimerkiksi titaanista, sirkoniumista, 30 niobiumista, tantaalista tai volframista tai metalliseoksesta, joka sisältää pääasiassa yhtä tai useampaa näistä metalleista. Jos elektrodirakennetta käytetään katodina, levymateriaali voi olla esimerkiksi terästä, kuten ruostumatonta terästä tai valanneterästä, nikkeliä, kuparia tai 35 nikkelillä tai kuparilla päällystettyä terästä.

Elektrodirakenteen levymateriaalin paksuus on edul- 5 71356 lisesti sellainen, että levy itse on kimmoinen ja edullisesti taipuisa.

Levyn pinnalla olevat ulokkeet ovat sähköä johtavia ja voivat ne olla metallia ja ne voidaan muodostaa 5 lukuisilla tavoilla. Esimerkiksi levyn pinnalla olevat ulokkeet voivat olla kartiomaisia tai katkaistun kartion muotoisia ja voidaan ne muodostaa käsittelemällä sopivasti muotoillulla työkalulla levyn vastakkaista pintaa. Jos kartion tai katkaistun kartion muotoiset ulokkeet muodos-10 tetaan tällä tavalla levyn molemmille pinnoille, levyn toisella pinnalla olevien ulokkeiden täytyy luonnollisesti sijaita porrastettuina levyn toisella pinnalla olevien ulokkeiden sijaintien suhteen. Seuraavassa menetelmässä ulokkeet voidaan muodostaa muodostamalla rakopareja 15 levymateriaaliin ja puristamalla rakojen välissä oleva osa levymateriaalista ulospäin levyn tasosta. Tässä tapauksessa myös levyn toisella pinnalla olevien ulokkeiden täytyy olla porrastettuina levyn vastakkaisella pinnalla olevien ulokkeiden sijainnin suhteen.

20 Ulokkeet on edullisesti sijoitettu symmetrisesti toisistaan erilleen. Esimerkiksi ne voivat sijaita tasavälein ensimmäisessä suunnassa ja voivat sijaita myös tasavälein, jolloin väli voi olla sama, poikittaissuunnassa esimerkiksi oleellisesti suorassa kulmassa ensimmäisen 25 suunnan suhteen.

Kuitenkin ulokkeiden välinen etäisyys ensimmäisessä suunnassa, ts. ulokkeiden jakoväli, voi erota ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisen suunnan ulokkeiden jako-välistä. Täten, jos ulokkeisiin kiinnitetyn rei'itetyn le-30 vyn sähköjohtavuus on suurempi ensimmäisessä suunnassa kuin sen suhteen poikittaisessa suunnassa, kuten metalli-verkon muodostamassa reikälevyssä, on edullista käyttää suurempaa ulokkeiden kärkiväliä ensimmäisessä suunnasa kuin sen suhteen poikittaisessa suunnassa jännitehäviön 35 minimoimiseksi ja sähkövirran tasaisen jakautumisen saamiseksi elektrodin rei'itetyn levyn ylitse.

6 71356

Ulokkeiden korkeus levyn tasosta määrittää levy-materiaalin ja rei'itetyn levyn välisen etäisyyden ja kaksi tällaista rei'itettyä levyä käsittävässä rakenteessa määrää se rei'itettyjen levyjen välisen etäisyyden ja 5 siten elektrodiosaston syvyyden elektrodirakenteen sisältävissä elektrolyyttisessä kennossa.

Ulokkeiden korkeus levyn tasosta voi olla esimerkiksi alueella 2-15 mm. Kahden vierekkäisen ulokkeen välinen etäisyys levyn pinnalla voi olla esimerkiksi 10 alueella 1-50 cm, esimerkiksi 2-25 cm.

On edullista erottimen kiinnitarttumisen estämiseksi vierekkäisten elektrodien ulokkeiden väliin, jos levyn toisella pinnalla olevat ulokkeet on porrastettu levyn vastakkaisella pinnalla olevien ulokkeiden sijain-15 tien suhteen.

Rei'itetty levy on edullisesti metallia tai metalliseosta ja on se yleensä samaa materiaalia kuin levy. Täten jos elektrodirakennetta käytetään anodina, rei'itetty levy voidaan valmistaa kalvonmuodostavasta metallista 20 tai metalliseoksesta, joka pääasiallisesti sisältää kal- vonmuodostavaa metallia. Jos elektrodirakennetta käytetään katodina, rei'itetty levy voi olla esimerkiksi ruostumatonta terästä, valanneterästä, nikkeliä, kuparia tai nikkelillä tai kuparilla päällystettyä terästä.

25 Rei'itetyn levyn rakenne voi olla jokin sopiva ja sen tarkka rakenne ei ole kriittinen. Täten rei'itetty levy voi olla puristamalla lävistetty levy tai kudottu metalliverkko tai voi se olla rei'itetty levy. Rei'itetty levy voidaan kiinnittää sähköäjohtavasti levyn ulokkei-30 siin jollain sopivalla tavalla, esimerkiksi hitsaamalla tai kovajuottamalla tai käyttäen sähköäjohtavaa sementtiä.

Paineen kohdistamiseksi tasaisesti vierekkäisten eletkrodirakenteiden väliin sijoitettuun erottimeen rei'itetyn levyn täytyy olla joustavan ja on erikoisen 35 edullista, jos sen joustavuus on suurempi kuin eletkrodi-rakenteen levymateriaalin. Täten rei'itetyn levyn mitat 71 356 7 ja erikoisesti sen paksuus on valittava siten, että haluttu joustavuus saavutetaan. Vaikka haluttu joustavuus riippuu osaksi rei'itetyn levyn rakennemateriaalista, paksuus on yleensä alueella 0,1-1 mm. On edullista, 5 jos rei'itetty levy on taipuisa.

Elektrodirakenteet tai ainakin niiden rei'itetyt levyt voidaan päällystää sopivalla sähköäjohtavalla, sähkökatalyyttisesti aktiivisella materiaalilla. Esimerkiksi jos elektrodirakennetta käytetään anodina esimer-10 kiksi alkalimetallikloridin vesiliuoksen elektrolyysissä, voidaan anodi päällystää yhdellä tai useammalla platina-ryhmän metallilla, kuten platinalla, rodiumilla, iridiumilla, ruteniumilla, osmiumilla tai palladiumilla ja/tai yhdellä tai useammalla näiden metallien oksidilla. Plati-15 naryhmän metallia ja/tai oksidia oleva päällyste voi sisältää sekoitettuna siihen yhtä tai useampaa epäjalon metallin oksidia, erikoisesti yhtä tai useampaa kalvonmuo-dostavan metallin oksidia, esimerkiksi titaanidioksidia. Sähköäjohtavat, sähkökatalyyttisesti aktiiviset materiaa-20 lit, joita käytetään anodin päällysteinä elektrolyyttisessä kennossa, erikoisesti kennossa, jota käytetään alka-limetallikloridien vesiliuosten elektrolyysissä, sekä menetelmät näiden päällysteiden levittämiseksi ovat alalla hyvin tynnettuja.

25 Jos elektrodirakennetta käytetään katodina esimer kiksi elektrolysoitaessa alkalimetallikloridin vesiliuosta, voidaan katodi päällystää materiaalilla, joka on tarkoitettu alentamaan vedyn ylijännitettä katodilla. Alalla tunnetaan sopivia päällysteitä.

30 Elektrolyyttinen kenno, johon keksinnön mukainen elektrodi asennetaan, voi olla diafragma- tai membraani-tyyppiä. Diafragmatyyppisessä kennossa erottimet, jotka on sijoitettu vierekkäisten anodien ja katodien väliin erillisten anodiosastojen ja katodiosastojen muodosta-35 miseksi, ovat mikrohuokoisia ja käytön aikana elektro- 3 71356 lyytti kulkee diafragmojen lävitse anodiosastoista kato-diosastoihin. Täten tapauksessa, jossa elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, muodostunut kenno-liuos sisältää alkalimetallikloridin vesiliuosta ja alka-5 limetallihydroksidin vesiliuosta. Membraanityyppisessä elektrolyyttisessä kennossa erottimet ovat oleellisesti hydraulisesti läpäisemättömiä ja käytön aikana ionilajit siirtyvät kennon osastojen välisten membraanien lävitse. Täten jos membraani on kationinvaihtomembraani, siirty-10 vät kationit membraanin lävitse ja tapauksessa, jossa elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, ken-noliuos sisältää alkalimetallihydroksidin vesiliuosta.

Jos elektrolyyttisessä kennossa käytettävä erotin on mikrohuokoinen diafragma, diafragman luonne riippuu 15 kennossa elektrolysoitavan elektrolyytin luonteesta.

Diafragman täytyy kestää elektrolyytin ja eleketrolyysi-tuotteiden hajoittavaa vaikutusta ja, jos elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, diafragma on sopivasti valmistettu fluoripitoisesta polymeerimateriaa-20 lista, koska nämä materiaalit yleensä kestävät kloorin ja alkalimetallihydroksidin hajoittavaa vaikutusta, joita tuotteita muodostuu elektrolyysissä. Edullisesti mikrohuokoinen diafragma on valmistettu polytetrafluoroety-leenistä ja muihin käyttökelpoisiin materiaaleihin kuu-25 luvat esimerkiksi tetrafluoroetyleeni-heksafluoropropy-leeni-kopolymeerit, vinylideenifluoridi-kopolymeerit ja -polymeerit sekä fluoratut etyleenipropyleeni-kopolymee-rit.

Sopivia mikrohuokoisia diafragmoja on esitetty 30 esimerkiksi GB-patentissa 1 503 915, jossa on esitetty polytetrafluoroetyleeniä oleva mikrohuokoinen diafragma, jossa fibrillit yhdistävät solmukohdat ja GB-patentissa 1 081 046, jossa on esitetty mikrohuokoinen diafragma, joka on valmistettu uuttamalla määrätty täyteaine poly-35 tetrafluoroetyleenikalvosta. Alalla on esitetty muitakin 9 71 356 sopivia mikrohuokoisia diafragmoja.

Jos kennossa käytettävä erotin on kationin-vaihtomembraani, membraanin luonne riippuu myös kennossa elektrolysoitavan elektrolyytin luonteesta. Membraanin 5 täytyy kestää elektrolyytin ja elektrolyysituotteiden hajoittavaa vaikutusta ja jos elektrolysoidaan alkali-metallikloridin vesiliuosta, membraani valmistetaan sopivasti fluoripitoisesta polymeerimateriaalista, joka sisältää kationirvaihtoryhmiä, esimerkiksi sulfoni-10 happo-, karboksyylihappo- tai fosfonihapporyhmiä tai niiden johdannaisia tai kahden tai useamman tällaisen ryhmän seosta.

Sopivia kationinvaihtomembraaneja on esitetty esimerkiksi GB-patenteissa 1 184 321; 1 402 920; 15 1 406 673; 1 455 070; 1 497 748; 1497 749; 1 518 387 ja 1 531 068.

Tämän keksinnön mukaisia elektrodirakenteita voidaan käyttää virranjakolaitteita elektrolyyttisessä kennossa, joka on varustettu ioninvaihtomembraanilla, joka 20 on niin sanottu kiinteä polymeerielektrolyytti.Kiinteä polymeerielektrolyytti muodostuu ioninvaihtomembraanista, jonka yhdelle pinnalle on yhdistetty sähköäjohtavaa, sähkökatalyyttisesti aktiivista anodimateriaalia ja jonka toiselle pinnalle on liitetty sähköäjohtavaa, sähkö-25 katalyyttisesti aktiivista katodimateriaalia. Alalla tunnetaan näitä kiinteitä polymeerielektrolyyttejä.

Anodivirranjakajan, joka elektrolyyttisessä kennossa kiinnittyy kiinteän polymeerielektrodin anodipin-nalle, kloorin ylijännitteen täytyy tapauksessa, jossa 30 elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, olla suurempi kuin anodin membraanin pinnalla sen todennäköisyyden pienentämiseksi, että klooria kehittyisi anodi-virrajänjakajan pinnalla. On kuitenkin edullista, että anodivirranjakajan pinnalla tai ainakin niillä pinnoilla, 35 jotka ovat kosketuksessa anodin kanssa membraanin a on 10 71 356 passiivinen päällyste erikoisesti, jos anodivirranjakaja on valmistettu kalvonmuodostavasta metallista.

Jos elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesi-liuosta, on vastaavista syistä edullista, että katodi-5 virranjakajan vedyn ylijännite on korkeampi kuin anodin membraanin pinnalla.

Elektrodirakenteet voidaan varustaa välineillä sähkötehon syöttämiseksi niihin. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi ulokkeen avulla, joka on sopivasti muotoiltu 10 kiinnittämistä varten virtakiskoon asennettaessa rakenne elektrolyyttiseen kennoon.

Elektrodirakenteiden mitat sähkövirran suunnassa ja erikoisesti elektrodirakenteiden rei'itettyjen levyjen mitat tässä suunnassa ovat edullisesti alueella 15-60 cm 15 lyhyiden virtateiden muodostamiseksi, mikä takaa pienet jännitehäviöt elektrodirakenteissa tarvitsematta käyttää monimutkaisia virransyöttölaitteita.

Keksinnönmukainen elektrodirakenne voidaan sijoittaa tiivisteeseen asentamisen helpoittamiseksi elektro-20 lyyttiseen kennoon. Tiiviste voi esimerkiksi olla upotetun kehyksen muotoinen, jolloin syvennyksen mitat ovat sellaiset, että elektrodirakenteen levy sopii siihen. Tiivisteen paksuus on sopivasti oleellisesti sama kuinelektro-dieakenteen rei'itetyn levyn ulospäin suuntautuvien pintojen 25 välinen etäisyys. Vaihtoehtoisesti levyn mitat, sen pituus ja leveys, voivat olla hieman suuremmat kuin rei'itettyjen levyjen vastaavat mitat ja levy voidaan sijoittaa kahden kehysmäisen tiivisteen väliin.

Tiivisteet täytyy valmistaa sähköisesti eritävästä 30 materiaalista. Sähköisesti eristävä materiaali kestää edullisesti kennon liuosten vaikutuksia ja on se sopivasti fluoripitoista polymeerimateriaalia, esimerkiksi poly-tetrafluoroetyleeniä, polyvinylideenifluoridia tai fluorattua etyleenipropyleeni-kopolymeeriä . Sopiva materiaali on myös 3 5 EPDM-kumi.

• I

11 71356

Elektrolyyttisessä kennossa, johon keksinnön-mukainen elektrodirakenne asennetaan, kennon yksittäiset anodiosastot on varustettava välineillä elektrolyytin syöttämiseksi osastoihin, sopivasti yhteisestä kokoojasta 5 sekä välineillä elektrolyysituotteiden poistamiseksi osastoista. Samoin kennon yksittäiset katodiosastot on varustettava välineillä elektrolyysituotteiden poistamiseksi osastoilla ja haluttaessa välineillä veden tai muun liuoksen syöttämiseksi osastoihin, sopivasti yhteisestä kokoo-10 jasta.

Esimerkiksi jos kennoa käytetään aikaiimetalli-kloridin vesiliuoksen elektrolyysissä, kennon anodiosastot varustetaan välineillä alkalimetallikloridin vesiliuoksen syöttämiseksi anodiosastoihin ja tarvittaessa välineillä 15 laimentuneen aikalimetal1ikloridin vesiliuoksen poistamiseksi anodiosastoista ja kennon katodiosastot varustetaan välineillä vedyn ja alkalimetallihydroksidia sisältävän kennoliuoksen poistamiseksi katodiosastoista ja mahdollisesti tarvittaessa välineillä veden tai laimean 20 alkalimetallihydroksidin vesiliuoksen syöttämiseksi katodi-osastoihin.

Vaikka on mahdollista käyttää välineinä elektrolyytin syöttämiseksi ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi erillisisä putkia, jotka johtavat vastaaviin kennon 25 anodi- ja katodiosastoihin, tällainen järjestely on tarpeettoman monimutkainen ja hanka]a,erikoisesti suodatinpuristin-tyyppisessä elektrolyyttisessä kennossa, johon voi sisältyä suuri lukumäärä näitä osastoja. Suositeltavaa tyyppiä olevassa elektrolyyttisessä kennossa tiivisteissä on useita 30 aukkoja, jotka kennossa muodostavat erilliset kennon pituussuuntaiset osastot ja joiden kautta elektrolyyttiä voidaan johtaa kennoon, esimerkiksi kennon anodiosastoihin ja joiden kautta elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennosta, esimerkiksi kennon anodi- ja katodi-osastoista. Kennon 35 pituussuuntaiset osastot voivat olla yhteydessä kennon anodiosastojen ja katodiosastojen kanssa tiivisteissä i2 71 356 olevien kanavien välityksellä, esimerkiksi tiivisteen seinissä olevien kanavien välityksellä.

Jos elektrolyyttinen kenno sisältää hydraulisesti läpäisemättömiä diaf r agmoja, voidaan käyttää kahta 5 tai kolmea aukkoa niissä,jotka muodostavat kaksi tai kolme kennon pituussuuntaista osastoa, joista elektrolyyttiä voidaan syöttää kennon anodiosastoihin ja joiden kautta elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi- ja katodioastoista.

10 Jos elektrolyyttinen kenno sisältää ioninvaihto- membraaneja, voi niissä olla neljä aukkoa, jotka muodostavat neljä kennon pituussuuntaista osastoa, joista elektrolyyttiä ja vettä tai muuta liuosta voidaan vastaavasti johtaa kennon anodi- ja katodiosastoihin ja 15 joiden kautta elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi- ja katodiosastoista.

Vaihtoehtoisessa toteutuksessa elektrodiraken-teessa, esimerkiksi levymateriaalissa voi olla aukkoja, jotka elektrolyyttisessä kennossa muodostavat osan 20 kennon pituussuuntaisista osastoista.

On välttämätöntä, että elektrolyyttisessä kennossa kennon pituussuuntaiset osastot, jotka ovat yhteydessä kennon anodiosastojen kanssa, on eristetty sähköisesti kennon pituussuuntaisista osastoista , jotka 25 oyat yhteydessä kennon katodiosastojen kanssa. Täten tässä vaihtoehtoisessa toteutuksessa yhdessä tai useammassa elektrodirakenteen aukossa täytyy olla vähintäin sähköisesti eristävää materiaalia oleva verhous tarvit-tayan sähköisen eristyksen saavuttamiseksi osastojen 30 välille tai tarvittava eristys voidaan saavuttaa käyttämällä elektrodirakenteessa yhtä tai useampaa aukkoa, jotka muodostavat osan rakenteesta ja jotka itse on tehty sähköisesti eristävästä materiaalista.

Eroittimissa itsessään elektrolyyttisessä ken-35 nossa voi olla useita aukkoja, jotka kennossa muodostavat osan kennon pituussuuntaisista osastoista tai voivat 11 13 71 356 ne liittyä tiivisteeseen tai tiivisteisiin, joissa on tarvittava määrä aukkoja.

Tämän keksinnön mukainen elektrodirakenne voi olla bipolaarinen rakenne , joka käsittää ensimmäisen 5 levyn,edullisesti metallia ja toisen levyn, joka myös on edullisesti metallia, sähköisesti kytkettynä siihen, jolloin levyissä on useita ulokkeita niiden pinnalla, mitkä ulokkeet ovat erillään toisistaan ensimmäisessä suunnassa ja ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisessa 10 suunnassa ja jolloin levyjen jokaisella pinnalla on taipuisa, sähköä johtava, rei'itetty levy liitettynä sähköä johtavasti ulokkeisiin, Esimerkiksi jos bipo-laarisena elektronirakennetta käytetään elektrolyyttisessä kennossa alkalimetallikloridin vesiliuoksen elek-15 trolyysissä, ensimmäinen levy ja sillä oleva rei'itetty levy voivat toimia anodina ja voidaan ne valmistaa ka1vonmuodostavasta metallista tai sen seoksesta ja toinen levy sekä sillä oleva rei'itetty levy voivat toimia katodina ja voidaan ne valmistaa teräksestä, 20 nikkelistä tai kuparista tai nikkelillä tai kuparilla päällystetystä teräksestä.

Keksintöä on esitetty elektrodirakenteeseen viitaten, joka soveltuu käytettäväksi elektrolyyttisessä kennossa alkalimetallihalidin vesiliuoksen elektrolyysiä 25 varten. On kuitenkin huomattava, että elektrodiraken- netta voidaan käyttää elektrolyyttisessä kennossa, jossa elektrolysoidaan muita liuoksia tai toisen tyyppisissä elektrolyyttisissä kennoissa, esimerkiksi polttokennoissa.

Keksintöä esitellään edelleen mukaanliitettyihin 30 piirroksiin viitaten.

Kuva 1 on isometrinen esitys osastosta keksinnön-mukaista elektrodirakennetta, osittain aukileikattuna.

Kuva 2 on päätykuva kolmen kuvassa 1 esitetyn keksinnönmukaisen elektrodirakenteen kokoonpanosta.

35 Kuva 3 on isometrinen esitys osasta keksinnön mukaisen elektrodirakenteen vaihtoehtoista toteutusta ja 71356 14 kuva 4 on osiinsa hajoitettu isometrinen esitys osasta elektrolyyttistä kennoa, joka sisältää keksinnön -mukaisen elektrodirakenteen.

Tarkasteltaessa kuvaa 1 on siinä esitetty elektrodi-5 rakenne 1 , joka käsittää taipuisan metallilevyn 2 , jossa on useita aukkoja 3 , jotka muodostavat läpikulun liuoksen virtaukselle levyn toiselta puolelta toiselle.

Levyn 2 toiselle pinnalle on sijoitettu useita katkaistun kartion muotoisia ulokkeita 4 , jotka on sijoitettu 10 toisistaan erilleen ensimmäisessä suunnassa ja ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa. Samoin leyyn vastakkaiselle pinnalle on sijoitettu useita katkaistun kartion muotoisia ulokkeita 5 , jotka sijaitsevat toisistaan erillään ensimmäisessä suunnassa ja ensim-15 mäisen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa. Katkaistun kartion muotoiset ulokkeet 4,5 joiden kunkin korkeus on 5 mm, on muodostettu iskemällä levyyn sopivasti muotoillun työkalun avulla ja toisessa pinnassa olevat ulokkeet 4 ovat erillään vastakkaisen pinnan 20 ulokkeiden sijaintikohdista.

Metallilevyssä 2 on jatke 5 , jossa on useita aukkoja, joiden avulla voidaan tehdä liitäntä sopivaan sähkövirtalähteeseen. Verkon 8 muodossa oleva joustava taipuisa metallilevy on sijoitettu katkaistun kartion 25 muotoisille ulokkeille 4 levyn 2 toiselle pinnalle ja yhdistetty sähköisesti siihen hitsaamalla kiinni ulokkeisiin. Verkkolevyn 8 joustavuus on suurempi kuin levyn 2 . Samoin joustava taipuisa metalliverkko 9 on sijoitettu levyn 2 vastakkaisella pinnalla 30 oleville katkaistun kartion muotoisille ulokkeille 5 ja kiinnitetty hitsaamalla niihin.

Levyn 2 ja metalliverkkojen 8, 9 metallimateriaali riippuu siitä, käytetäänkö elektrodia anodina vai katodina sekä sen elektrolyytin luonteesta, jota 35 elektrolysoidaan siinä elektrolyyttisessä kennossa,

H

is 71356 johon elektrodi on asennettu. Jos elektrodia käytetään anodina elektrolysoitaessa aika limetallikloridin vesi-liuosta, voidaan elektrodi sopivasti valmistaa kalvon muodostavasta metallista, esimerkiksi titaanista ja jos 5 elektrodia käytetään katodina tässä elektrolyysissä, elektrodi voidaan sopivasti valmistaa valanneteräksestä, ruostumattomasta teräksestä, kuparista tai nikkelistä tai nikkelillä tai kuparilla päällystetystä teräksestä.

Kuvassa 2 on esitetty kolmen, kuvan 1 mukaista 10 tyyppiä olevan elektrodirakenteen 10, 11, 12 kokoonpano. Jokaiseen elektrodirakenteeseen kuuluu useita katkaistun kartion muotoisia ulokkeita 13 levyn 14 toisella pinnalla, useita samanlaisia ulokkeita 15 leyyn 14 vastakkaisella pinnalla ja joustavat taipuisat 15 metalliverkot 16,17 liitettyinä sähköä johtavasti ulokkeisiin. Jokaisen elektrodiparin väliin on sijoitettu kationinvaihtomembraani 18,19 , joka on kosketuksessa toisiaan vastassa olevien elektrodien metalliverkkojen kanssa. Paineen kohdistuessa kationinvaihto-20 membraanin on huomattava, että koska vierekkäisten elek-toridien levyillä olevat ulokkeet sijaitsevat sivussa toisistaan, ei kationinvaihtomembraani tartu kiinni vierekkäisten ulokkeiden väliin ja metalliverkot ja mem-braani saavat hieman sinimuotoisen muodon.

25 Kuvassa 3 on esitetty osa elektrodirakenteesta 20 , johon kuuluu taipuisa metallilevy 21 , jossa on useita aukkoja 22 , jotka muodostavat läpikulun liuoksen virtaukselle levyn toiselta puolelta toiselle, kun elektrodi on asennettu elektrolyyttiseen kennoon. Levyn 30 21 toiselle pinnalle on sijoitettu useita siltamaisia ulokkeita 23 , jotka ovat erillään toisistaan ensimmäisessä suunnassa ja ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa. Samoin levyn 21 vastakkaiselle pinnalle on sijoitettu useita siltamaisia ulokkeita 24 , 35 jotka ovat toisistaan erillään ensimmäisessä suunnassa i6 71 356

Siltamaiset ulokkeet 23, 24 on muodostettu tekemällä kaksi yhdensuuntaista rakoa levyyn 21 ja puristamalla osa rakojen välissä olevasta levystä ulos levyn tasosta leyyn toiselle puolelle tai vastakkaiselle puolelle, 5 kuten tarvitaan. Tällä tavalla saadaan levyn 21 toisella pinnalla olevat siltamaiset ulokkeet 23 erilleen levyn 21 vastakkaisella pinnalla olevista ulokkeista 24 . Vaikka selvyyden vuoksi kuvassa 3 ei ole esitetty, joustavat, taipuisat metalliverkot on sijoitettu levyn 10 21 siltamaisille ulokkeille 23,24 ja liitetty sähköi sesti johtavasti niihin. Metallilevyssä 21 on myös jatke (ei esitetty) liittämistä varten sopivaan sähkö-yirtalähteeseen.

Kuvassa 4 osaksi esitetty elektrolyyttinen kenno 15 käsittää edelläesitettyä tyyppiä olevan katodin 26 ja taipuisasta, sähköä eristävästä materiaalista valmistetun iivisteen 27 .

Tiivisteessä 27 keskiaukko 28 ja syvennys 29 , johon katodi 26 on sijoitettu. Kaksi aukkoa 30,31 on 20 .muodostettu keskiaukon 28 toiselle sivulle ja kaksi aukkoa 32 , toista ei ole esitetty) on muodostettu keskiaukon 28 vastakkaiselle sivulle. Elektrolyyttiseen kennoon sisältyy myös anodi 33 ja tiiviste 34 , jossa on syvennys 35 , johon anodi 33 on sijoitettu. Tiivis-25 teessä 34 on keskiaukko 36 ja neljä aukkoa 37, 38, 39,40 sijoitettuina parittain keskiaukon 36 molemmille siyuille. Tiiviste 41 on valmistettu joustavasta, sähköisesti eristävästä materiaalista ja on siinä keskiaukko 42 , neljä aukkoa 43, 33,45,46 sijoitettuina pareittain 30 keskiaukon molemmille sivuille ja kaksi kanavaa 47, 48 tiivisteen seinissä, mitkä kanavat muodostavat yhteyden keskiaukon 42 ja aukkojen 43, 36 välille vastaavasti. Tiiviste 49 on valmistettu joustavasta, sähköisesti eristävästä materiaalista ja käsittää se samalla tavalla 35 keskiaukon 50 , neljä aukkoa 51,52, 53, yhtä ei ole esitetty) sijoitettuina pareittain keskiaukon molemmille i7 71 356 sivuille sekä kaksi kanavaa 54, toista ei ole esitetty) tiivisteen seinissä, mitkä kanavat muodostavat yhteyden keskiaukon 50 ja aukkojen 52, toista ei ole esitetty) välille vastaavasti.

5 Elektrolyyttinen kenno käsittää myös kationin- yaihtomembraanikalvot 55,56 , jotka pidetään kennossa paikallaan tiivisteiden 34, 49 ja tiivisteiden 27, 41 välissä vastaavasti.

Elektrolyyttisessä kennossa tiiviste 41 ja 10 tiiviste 34 , johon anodi on asennettu, muodostavat yhdessä kennon anodiosaston, mitä osastoa rajoittavat kationinyaihtomembraanit 55,56 . Samoin kennon katodi-osaston muodostayat tiiviste 27 , johon katodi 26 on asennettu ja kohdassa 49 esitettyä tyyppiä oleva 15 tiiviste sijoitettuna tiivisteen 27 viereen, jolloin katodiosastoa rajoittaa myös kaksi kationinvaihtomem-braania. Selvyyden vuoksi kuvan 4 toteutuksessa ei ole esitetty kennon päätylevyjä, jotka luonnollisesti muodostavat osan kennosta eikä välineitä, esimerkiksi 20 pultteja, joita käytetään tiivisteiden, elektrodien ja membraanien yhdistämiseksi toisiinsa vuotamattomaksi kokoonpanoksi. Kennoon kuuluu useita anodeja ja katodeja, kuten edellä on esitetty, sijoitettuina vuorotellen .

25 Valmiissa kennossa aukot 30,37,43,51 tii visteissä 27,34,4,49 vastaavasti muodostavat kennon pituussuuntaisen osaston. Samoin muut aukot tiivisteissä muodostavat yhdessä valmiissa kennossa muita kennon pituussuuntaisia osastoja, näitä osastoja on 30 kaikkiaan neljä. Kennoon kuuluu myös välineet (ei esitetty). joiden avulla elektrolyyttiä voidaan johtaa kennon pituussuuntaiseen osastoon, josta aukko 37 tiivisteessä 34 muodostaa osan ja siitä edelleen kanavan 47 kautta tiivisteessä 41 kennon anodiosastoon.

35 Elektrolyysituotteet voidaan johtaa kennon anodiosas-tosta kanavan 48 kautta tiivisteessä 41 ja kennon 18 71 356 pituussuuntaisen osaston kautta, josta aukko 39 tiivisteessä 34 muodostaa osan, välineisiin (ei esitetty) , joiden avulla elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennosta. Kennoon kuuluu samoin välineet 5 (ei esitetty), joiden avulla liuosta, esimerkiksi vettä, voidaan johtaa kennon pituussuuntaiseen osastoon, josta aukko 45 tiivisteessä 41 muodostaa osan ja edelleen kanavan (ei esitetty) kautta tiivisteessä 49 kennon katodiosastoon. Elektrolyysituotteet voidaan 10 poistaa kennon katodiosastosta kanavan 54 kautta tiivisteessä 49 ja kennon pituussuuntaisen osaston kautta, josta aukko 44 tiivisteessä 41 muodostaa osan, välineisiin (ei esitetty), joiden avulla elektrolyysi tuotteet voidaan poistaa kennosta.

15 Käytettäessä anodit ja katodit on kytketty sopivaan sähkövirtalähteeseen, elektrolyyttiä johdetaan kennon anodiosastöihin ja muuta liuosta, esimerkiksi yettä, kennon katodiosastöihin ja elektrolyysituotteet poistetaan kennon anodi- ja katodiosastoista.

Claims (11)

1. Elektrodirakenne (1), joka muodostuu sähköisesti johtavasta levymateriaalista (2) ja vähintäin yhdestä jous- 5 tavasta, sähköisesti johtavasta revitetystä levystä (8, 9), joka sijaitsee erillään levystä (2) ja joka on yhdistetty sähköisesti siihen, tunnettu siitä, että useita ulokkeita (4, 5) on sijoitettu vähintäin toiselle levyn (2) pinnalle, mitkä ulokkeet ovat erillään toisistaan en-10 simmäisessä suunnassa ja ensimmäisen suunnan suhteen poikittaisessa suunnassa ja että joustava, sähköisesti johtava, rei'itetty levy (levyt) (8, 9) on liitetty sähköä johtavasta ulokkeisiin (4, 5), ja että levyssä on aukkoja (3) , jotka sallivat liuoksen virtauksen kohtisuoraan levyn 15 tason suhteen..

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodirakenne, tunnettu siitä, että levy (2) on joustava.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrodi-rakenne, tunnettu siitä, että levyssä (2) on ulok- 20 keitä (4, 5) sen molemmilla pinnoilla ja että joustavat, sähköisesti johtavat, revitetyt levyt (8, 9) on kiinnitetty sähköä johtavasta molempien mainittujen pintojen ulokkeisiin (4, 5).

4. Jonkun patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen elekt-25 rodirakenne, tunnettu siitä, että levy (2) on taipuisa ja että reVitetyt levyt (8, 9) ovat taipuisia.

5. Jonkun patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen elektrodirakenne, tunnettu siitä, että levyn (2) pinnalla olevat ulokkeet (4, 5) sijaitsevat toisistaan erillään 30 ensimmäisessä suunnassa ja suunnassa, joka on oleellisesti kohtisuorassa ensimmäisen suunnan suhteen.

6. Jonkun patenttivaatimuksen 1-5 mukainen elektrodirakenne, tunnettu siitä, että levyn (2) toisella pinnalla olevat ulokkeet (4) sijaitsevat porrastettuina 35 levyn (1) vastakkaisen pinnan ulokkeiden (5) sijaintien suhteen. 20 71 356

7. Jonkun patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen elekt-rodirakenne, tunnettu siitä, että ulokkeiden (4, 5) korkeus levyn (2) tasosta on alueella 2-15 mm.

8. Jonkun patenttivaatimuksen 1-7 mukainen elekt-5 rodirakenne, tunnettu siitä, että levyn (2) pinnan vierekkäisten ulokkeiden (4, 5) välinen etäisyys on alueella 2 - 25 cm.

9. Jonkun patenttivaatimuksen 1-8 mukainen elekt-rodirakenne, tunnettu siitä, että rakenne (1) on 10 metallia.

10. Jonkun patenttivaatimuksen 2-9 mukainen elektrodirakenne, tunnettu siitä, että rei'itetyn levyn (8, 9) joustavuus on suurempi kuin levyn (2).

11. Jonkun patenttivaatimuksen 1-10 mukainen 15 elektrodirakenne, tunnettu siitä, että rei'itetyn levyn (8, 9) paksuus on alueella 0,1 - 1 mm. 2i 71356