FI73244C - Elektrolyscell. - Google Patents

Description

, 73244

Elektrolyysikenno Tämä keksintö kohdistuu elektrolyysikennoon ja erikoisesti suodatintyyppiseen elektrolyysikennoon.

5 Tunnetaan elektrolyysikennoja, jotka muodostuvat useista anodeista ja katodeista, jolloin jokainen anodi on erotettu viereisestä katodista erottimen avulla, joka jakaa elektrolyysikennon useisiin anodi- ja katodiosastoihin. Tällaisen kennon anodiosastot on varustettu välineillä 10 elektrolyytin syöttämiseksi kennoon, sopivasti yhteisestä kokoojasta ja välineillä elektrolyysituotteiden poistamiseksi kennosta. Samoin kennon katodiosastot on varustettu välineillä elektrolyysituotteiden poistamiseksi kennosta ja haluttaessa välineillä veden tai muiden nesteiden syöttä-15 miseksi kennoon, sopivasti yhteisestä kokoojasta.

Tällaisessa elektrolyysikennossa erotin voi olla oleellisesti hydraulisesti läpäisemätön, ioneja läpäisevä membraani, esimerkiksi kationeja läpäisevä membraani.

Suodatinpuristustyyppiset elektrolyysikennot voivat 20 muodostua useista vuorottelevista anodeista ja katodeista, esimerkiksi 50 anodista, jotka vuorottelevat 50 katodin kanssa, vaikka kenno voi sisältää vielä useampia anodeja ja katodeja, esimerkiksi 150 vuorottelevaa anodia ja katodia.

Viime vuosina on kehitetty suodatinpuristusmembraani-25 tyyppisiä elektrolyysikennoja käytettäviksi valmistettaessa klooria ja alkalimetallihydroksidin vesiliuosta elektroly-soimalla alkalimetallikloridiliuosta. Jos alkalimetalliklo-ridin vesiliuosta elektrolysoidaan membraanityyppisessä elektrolyysikennossa. liuosta syötetään kennon anodiosastoon 30 ja elektrolyysissä muodostunut kloori ja laimentunut alkali-metallikloridiliuos poistetaan anodiosastoista, alkalimetal-li-ionit siirtyvät membraanien lävitse katodiosastoihin kennossa, joihin johdetaan vettä tai laimeaa alkalimetalli-nydroksidiliuosta ja vety sekä alkalimetallihydroksidiliuos. 35 jotka muodostuvat alkalimetalli-ionien reaktiossa hydroksyy-li-ionien kanssa, poistetaan kennon katodiosastoista.

2 73244 Näissä suodatinpuristustyyppisissä elektrolyysiken-noissa elektrolyyttiä voidaan syöttää yhteisestä kokoojasta kennon yksittäisiin anodiosastoihin ja vettä tai laimeaa alkalimetallihydroksidiliuosta voidaan johtaa yhteisestä 5 kokoojasta kennon yksittäisiin katodiosastoihin ja elektro-lyysituotteet voidaan poistaa kennon yksittäisistä anodi-ja katodiosastoista johtamalla tuotteet yhteisiin kokoojiin. Välineet elektrolyytin ja veden tai laimean alkalimetalli-hydroksidiliuoksen syöttämiseksi ja välineet elektrolyysi-10 tuotteiden poistamiseksi voivat olla erillisiä putkia, jotka johtavat erillisistä yhteisistä kokoojista elektrolyysi-kennon jokaiseen anodi- ja katodiosastoon. Vaihtoehtoisesti elektrolyysikenno voidaan muodostaa useista anodilevyistä, katodilevyistä ja tiivisteistä, jotka on sijoitettu vierek-15 käisten anodilevyjen ja katodilevyjen väliin tai anodilevyistä ja katodilevyistä, jotka on sijoitettu tiivisteisiin, esimerkiksi niissä oleviin syvennyksiin ja tiivisteissä ja mahdollisesti anodi- ja katodilevyissä voi olla useita aukkoja, jotka kennossa yhdessä muodostavat useita kanavia 20 kennon pituussuunnassa ja jotka toimivat kokoojina. Tällaisessa kennossa välineet elektrolyytin syöttämiseksi ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi voivat olla kulkuteitä tiivisteiden ja/tai anodi- tai katodilevyjen seinissä, mitkä aukot yhdistävät kokoojat elektrolyysikennon anodi- ja 25 katodiosastoihin. Jälkimmäistä tyyppiä olevia elektrolyysi-kennoja on esitetty esimerkiksi GB-patentissa 1 595 183, joka kohdistuu membraanityyppisiin elektrolyysikennoihin.

Elektrolyysikennoissa ja erikoisesti suodatinpuris-tintyyppisissä elektrolyysikennoissa, joihin kuuluu useita 30 yksittäisiä anodi- ja katodiosastoja, on erittäin suotavaa, että elektrolyytin virtausnopeus on oleellisesti sama jokaiseen anodiosastoon, niin että elektrolyytin jakautuminen yhteisestä kokoojasta anodiosastoihin on tasainen. Jos elektrolyytin virtausnopeudet kokoojasta anodiosastoihin 35 ovat erilaiset, elektrolyytin keskimääräinen väkevyys ja elektrolyytin lämpötila voivat vaihdella anodiosastosta

II

3 73244 toiseen anodiosastoon, mikä vaikuttaa sitten haitallisesti elektrolyysikennon toimintatehoon. Samoin on erittäin edullista, että nesteiden jakautuminen kennon katodiosastoissa on tasainen ja sellainen, että nesteiden väkevyydet ja nii-5 den lämpötilat vaihtelevat vain vähän tai eivät lainkaan kennon katodiosastoissa.

Esillä oleva keksintö kohdistuu elektrolyysikennoon, joka on varustettu välineillä nesteiden tasaisen jakautumi-misen ylläpitämisen helpottamiseksi anodi- ja/tai katodiosas-10 toissa elektrolyysikennossa.

Esillä olevan keksinnön mukaan saadaan suodatinpu-ristustyyppiä oleva elektrolyysikenno, joka käsittää useita anodeja, katodeja ja sähköä eristävää materiaalia olevia tiivisteitä, jolloin anodit ja katodit on sijoitettu vuoro-15 telien ja jolloin ioninvaihtomembraani on sijoitettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin, useiden anodi-osastojen ja katodiosastojen muodostamiseksi kennoon, missä kennossa on kaksi syöttökokocjaa, joista vastaavasti voidaan elektrolyyttiä syöttää kennon anodiosastoihin ja nesteitä 20 voidaan syöttää kennon katodiosastoihin ja kaksi poistoko-koojaa, joista vastaavasti elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodiosastoista ja katodiosastoista, jolloin on tunnusomaista se, että kennossa on yhteinen kammio, joka on yhteydessä kunkin anodiosaston kanssa ja/tai yhteinen 25 kammio, joka on yhteydessä kunkin katodiosaston kanssa, ja kammiot (kammio) on varustettu välineillä liuosten kierrättämiseksi anodiosastoihin ja/tai välineillä liuosten kierrättämiseksi katodiosastoihin, ja kammiot (kammio) ovat yhteydessä anodiosastojen poistokokoojien kanssa ja/tai kato-30 diosastojen poistokokoojien kanssa.

Anodit ja katodit ovat yleensä levyjä suodatinpuris-tustyyppisessä elektrolyysikennossa ja keksintöä esitellään seuraavassa anodilevyihin ja katodilevyihin viitaten.

Elektrolyysikennossa anodiosastot ovat yhteydessä 35 syöttökokoojan ja poistokokoojan kanssa, joka voi sijaita kennon pituussuunnassa. Elektrolyysikennon suositeltavassa

____ - TT

4 73244 toteutuksessa jokainen näistä kokoojista on muodostettu tiivisteissä olevien aukkojen avulla ja haluttaessa anodile-vyissä ja katodilevyissä olevien aukkojen avulla, mitkä aukot yhdessä muodostavat kokoojat. Yhteys voi muodostua tii-5 visteiden ja/tai anodilevyjen seinissä olevien aukkojen välityksellä .

Samoin elektrolyysikennossa katodiosastot ovat yhteydessä syöttökokoojän ja poistokokoojän kanssa, jotka voivat sijaita kennon pituussuunnassa.

10 Elektrolyysikennon suositeltavassa toteutuksessa jokainen näistä kokoojista on muodostettu tiivisteissä ja haluttaessa anodilevyissä ja katodilevyissä olevien aukkojen välityksellä. Yhteys voi muodostua tiivisteiden ja/tai ka-todilevyjen seinissä olevien aukkojen välityksellä.

15 Edellä esitetyn tyyppisessä tunnetussa elektrolyysi kennossa liuokset anodiosastoista ja katodiosastoista vir-taavat vastaaviin, näiden osastojen kanssa yhteydessä oleviin kokoojiin. Näissä kokoojissa tapahtuu elektrolyysin kaasumaisten ja nestemäisten tuotteiden erottelu. Esimerkik-20 si elektrolysoitaessa natriumkloridin vesiliuosta, kaasumaisen kloorin erotus laimentuneesta natriumkloridin vesiliuoksesta tapahtuu kokoojassa, joka on yhteydessä anodiosasto-jen kanssa ja vedyn erotus natriumhydroksidiliuoksesta tapahtuu kokoojassa, joka on yhteydessä katodiosastoihin.

25 Näi ssä poistokokoojissa olevat liuokset eivät muodos ta vakiota liuoksen hydrostaattista painetta niiden kanssa yhteydessä oleviin kennon anodi- ja katodiosastoihin, koska liuosten tiheys poistokokoojissa on muuttuva, mikä aiheutuu kaasumaisista elektrolyysituotteista ja muuttuvasta korkeu-30 desta. Liuosten korkeustaso poistokokoojissa voi jopa olla anodiosastoissa ja/tai katodiosastoissa olevien liuosten korkeustasojen alapuolella. Jokaisen anodiosaston ja niiden poistokokoojän kanssa yhteydessä olevan yhteisen kammion ja jokaisen katodiosaston ja niiden poistokokoojan kanssa yh-35 teydessä olevan yhteisen kammion tarkoituksena on muodostaa tällainen vakio hydrostaattinen paine liuoksiin anodiosas- 5 73244 toissa ja/tai katodiosastoissa. Tämän hydrostaattisen paineen muodostamiseksi yhteiset kammiot täytyy varustaa välineillä liuosten kierrättämiseksi anodiosastoihin ja/tai ka-todiosastoihin, vaikka käytön aikana tätä liuosten kierrä-5 tystä voi tapahtua itse asiassa vain vähän jos lainkaan.

Esimerkiksi yhteys yhteisen kammion ja anodiosastojen ja/tai yhteisen kammion ja katodiosastojen välillä voidaan muodostaa kahden yhteystien välityksellä yhteisen kammion ja jokaisen anodiosaston välillä ja/tai kahden yhteystien välityk-10 sellä yhteisen kammion ja jokaisen katodiosaston välillä. Yhteystiet voidaan muodostaa tiivisteiden ja/tai anodi-ja/tai katodilevyjen seiniin. Yhteystiet muodostavat kulkutiet, joiden kautta liuosta voidaan siirtää anodiosaston ja yhteisen kammion välillä ja katodiosaston ja erillisen yh-15 teisen kammion välillä, jolloin muodostuu hydrostaattinen paine, joka vaikuttaa liuoksiin anodiosastoissa ja hydrostaattinen paine, joka vaikuttaa liuoksiin katodiosastoissa.

Jos anodit ja katodit on sijoitettu tiivisteisiin, esimerkiksi tiivisteiden syvennyksiin, yhteiset kammiot, 20 jotka ovat yhteydessä anodiosastojen ja poistokokoojan kanssa anodiosastoista, voidaan muodostaa aukkojen avulla tiivisteissä, mitkä aukot yhdessä muodostavat yhteisen kammion. Samoin yhteinen kammio, joka on yhteydessä katodiosastojen ja poistokokoojän kanssa katodiosastoista, voidaan muodos-25 taa aukkojen avulla tiivisteissä, mitkä aukot yhdessä muodostavat yhteisen kammion.

Jos tiivisteet on sijoitettu vierekkäisten anodien ja katodien väliin niin, että ne eristävät sähköisesti anodin viereisestä katodista, täytyy anodeissa ja katodeissa 30 olla myös aukkoja, jotka muodostavat osan yhteisistä kammioista .

Vaihtoehtoisessa toteutuksessa yhteinen kammio, joka on yhteydessä anodiosastojen ja poistokokoojan kanssa anodiosastoista, voidaan muodostaa avoimen kourun avulla, joka 35 on sijoitettu kokoojaan. Samoin yhteinen kammio, joka on yhteydessä katodiosastojen ja poistokokoojan kanssa 6 73244 katodiosastoista, voidaan muodostaa avoimen kourun avulla, joka on sijoitettu kokoojaan.

Käytössä avoimet kourut täyttyvät nesteellä ja muodostavat vakion hydrostaattisen nestepaineen anodiosastoi-5 hin ja katodiosastoihin.

Keksinnön mukaisen elektrolyysikennon suositeltavia toteutuksia esitellään seuraavien piirrosten avulla, joissa kuvio 1 on sivukuva anodista, kuvio 2 on sivukuva katodista, 10 kuvio 3 on osiin hajotettua rakennetta esittävä isometrinen kuva osasta elektrolyysikennoa, joka sisältää kuvioiden 1 ja 2 mukaiset anodit ja katodit, kuvio 4 on sivukuva anodin vaihtoehtoisesta muodosta, kuvio 5 on sivukuva katodin vaihtoehtoisesta muodosta 15 ja kuvio 6 on osiin hajotettua rakennetta esittävä isometrinen kuva osasta elektrolyysikennoa, joka sisältää kuvioiden 4 ja 5 mukaiset anodit ja katodit.

Kuvion 1 mukaan anodi käsittää levyn 1, jossa on 20 keskiaukko 2, jonka ylitse on sijoitettu useita pystysuorassa olevia liuskoja 3, jotka muodostavat anodin aktiivisen pinnan. Nämä liuskat 3 ovat erillään levystä 1 ja sijaitsevat sen kanssa yhdensuuntaisessa tasossa. Ryhmä liuskoja on sijoitettu levyn 1 molemmille puolille. Levy 25 (1) käsittää neljä aukkoa 4, 5, 6, 7, jotka kennossa muo dostavat osan erillisistä pituussuuntaisista kokoojista vastaavasti anodiosastoihin syötettävää elektrolyyttiä, anodi-osastoista poistettavia elektrolyysituotteita, katodiosastoihin syötettävää liuosta ja katodiosastoista poistettavia 30 elektrolyysituotteita varten. Anodilevy 1 käsittää myös kaksi muuta aukkoa 8, 9, jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan yhteisistä kammioista, jotka ovat yhteydessä vastaavasti anodiosastojen ja katodiosastojen ja niiden poistokokoo-jien kanssa. Aukko 8 on yhteydessä anodilevyn 1 seinässä 35 olevan aukon 10 välityksellä aukon 5 kanssa ja se on yhteydessä anodilevyn 1 seinässä olevien kulkuteiden 11, 12 7 73244 välityksellä keskiaukon 2 kanssa, joka elektrolyysikennossa muodostaa osan anodiosastosta. Anodi levy 1 on varustettu myös kulkutiellä 13, joka yhdistää aukon 4 keskiaukon 2 kanssa ja ulkonemalla 14, joka on liitetty kiskoon 15 kyt-5 kernistä varten virtakiskoon.

Kuvion 2 mukaan katodi käsittää levyn 16, jossa on keskiaukko 17, jonka ylitse kulkee useita pystysuoraan sijoitettuja liuskoja 18, jotka muodostavat aktiivisen katodin pinnan. Nämä liuskat 18 ovat erillään levystä 16 ja si-10 jaitsevat sen kanssa yhdensuuntaisessa tasossa. Ryhmä liuskoja on sijoitettu levyn 16 molemmille puolille. Levy 16 käsittää neljä aukkoa 19, 20, 21, 22, jotka kennossa muodostavat osan erillisistä pituussuuntaisista kokoojista vastaavasti katodiosastoihin syötettäviä liuoksia, katodiosas-15 toista poistettavia elektrolyysituotteita, anodiosastoihin syötettävää elektrolyyttiä ja anodiosastoista poistettavia elektrolyysituotteita varten. Katodilevy 16 käsittää myös kaksi muuta aukkoa 23, 24, jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan yhteisistä kammioista, jotka ovat vastaavasti 20 yhteydessä anodiosastojen ja katodiosastojen kanssa ja niiden poistokokoojien kanssa. Aukko 24 on yhteydessä kulkutien 25 välityksellä katodilevyn 16 seinässä aukon 20 kanssa ja se on levyn 16 seinässä olevien kulkuteiden 26, 27 välityksellä yhteydessä keskiaukon 17 kanssa, joka elektro-25 lyysikennossa muodostaa osan katodiosastosta. Katodilevy 16 on varustettu myös kulkutiellä 28, joka yhdistää aukon 19 keskiaukkoon 17 ja ulokkeella 29, joka on liitetty kiskoon 30 kytkemistä varten virtakiskoon.

Kuviossa 3 on esitetty osa elektrolyysikennoa, joka 30 käsittää kaksi katodia 31, 32, joissa molemmissa on kaksi elastomeerista materiaalia olevaa tiivistettä 33, 34 ja 35, 36, jotka on sijoitettu niiden molemmille sivuille. Esitetty kennon osa käsittää myös kaksi anodia 37, 38, joissa molemmissa on kaksi elastomeeristä materiaalia oleva tiivistettä 35 39, 40 ja 41, 42, jotka on sijoitettu niiden molemmille si vuille. Kuviossa on esitetty myös kolme ioninvaihtomembraania s 73244 43, 44, 45, jolloin membraani on sijoitettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin. Membraanit 43 ja 44 muodostavat anodiosaston rajapinnat ja membraanit 44 ja 45 muodostavat katodiosaston rajapinnat. Elektrolyysikenno on va-5 rustettu myös päätyseinillä (ei esitetty) ja välineillä (ei esitetty) liuosten syöttämiseksi kokoojiin ja elektrolyysi-tuotteiden poistamiseksi kokoojista.

Elektrolyysikennon toimintaa esitellään kuvioissa 1 ja 2 esitettyihin anodeihin ja katodeihin viitaten.

10 Kuvioon 1 viitaten elektrolyyttiä, esimerkiksi alka- limetallikloridin vesiliuosta syötetään kokoojaan, josta anodilevyssä 1 oleva aukko 4 muodostaa osan ja elektrolyytti kulkee kulkutien 13 kautta kennon anodiosastoon, josta anodilevyssä 1 oleva aukko 2 muodostaa osan. Kaasumaiset ja 15 nestemäiset elektrolyysituotteet poistuvat anodiosastosta kulkutien 11 kautta ja nestemäinen tuote täyttää kammion, josta aukko 8 muodostaa osan ja kaasumainen elektrolyysi-tuote kulkee kulkutien 10 kautta kokoojaan, josta aukko 5 muodostaa osan ja sitten kennon ulkopuolelle. Nestemäinen 20 elektrolyysituote virtaa myös kulkutien 10 kautta kokoojaan, josta aukko 5 muodostaa osan ja siten kennon ulkopuolelle. Nestemäinen tuote kammiossa, josta aukko 8 muodostaa osan, takaa sen, että vakio hydrostaattinen paine säilyy kulkuteiden 12 välityksellä kaikissa anodilevyissä, jotka ovat yh-25 teydessä kennon anodiosastojen kanssa. Nestemäinen elektrolyysituote kiertää myös anodiosaston ja kammion välillä, josta aukko 8 muodostaa osan kulkuteiden 11 ja 12 kautta.

Kuvioon 2 viitaten liuosta, esimerkiksi vettä tai laimeaa alkalimetallihydroksidin vesiliuosta johdetaan ko-30 koojaan, josta katodilevyssä 16 oleva aukko 19 muodostaa osan ja neste kulkee kulkutien 28 kautta kennon katodiosas-toon, josta katodilevyssä 16 oleva aukko 17 muodostaa osan. Kaasumaiset ja nestemäiset elektrolyysituotteet poistuvat virtaamalla katodiosastosta kulkutien 26 kautta ja neste-35 mäinen tuote täyttää kammion, josta aukko 24 muodostaa osan ja kaasumainen elektrolyysituote kulkee kulkutien 25 kautta 11 9 73244 kokoojaan, josta aukko 20 muodostaa osan ja sitten pois kennosta. Nestemäinen elektrolyysituote virtaa kulkutien 25 kautta kokoojaan, josta aukko 20 muodostaa osan ja sitten pois kennosta. Nestemäinen tuote kammiossa, josta aukko 24 5 muodostaa osan, takaa sen, että vakio hydrostaattinen paine säilyy kulkutien 27 välityksellä kaikissa katodilevyissä, jotka ovat yhteydessä kennon katodiosastojen kanssa. Nestemäinen elektrolyysituote kiertää myös katodiosaston ja kammion välillä, josta aukko 24 muodostaa osan, kulkuteiden 26 10 ja 27 kautta.

Seuraavassa esitellään kuvioiden 4, 5 ja 6 mukainen toteutus.

Kuvioon 4 viitaten anodi muodostuu levystä 46, jossa on keskiaukko 47, jonka ylitse kulkee useita pystysuuntai-15 siä liuskoja 48, jotka muodostavat aktiivisen anodipinnan. Nämä liuskat ovat erillään levystä 46 ja ovat sen kanssa yhdensuuntaisessa tasossa. Ryhmä liuskoja on sijoitettu levyn 46 molemmille pinnoille. Levyssä 46 on neljä aukkoa 49, 50, 51, 52, jotka kennossa muodostavat osan erillisistä, 20 pituussuuntaisista kokoojista vastaavasti anodiosastoihin syötettävää elektrolyyttiä, anodiosastoista poistettavia elektrolyysituotteita, katodiosastoihin syötettävää liuosta ja katodiosastoista poistettavia elektrolyysituotteita varten. Levy 46 käsittää myös sen seinässä olevan kulkutien 53 25 aukon 49 ja keskiaukon 47 välille ja kulkutiet 54, 55 kes-kiaukon 47 ja aukon 50 välille. Aukkoon 50, joka muodostaa osan kokoojasta, jonka kautta elektrolyysituotteet poistetaan anodiosastoista, on sijoitettu avoin kouru 56, joka on sijoitettu pituussuuntaan koko kennon suhteen, missä kourus-30 sa on laippa 57 ja laippa 58. Anodi 46 on varustettu myös ulokkeella 59, joka on yhdistetty kiskoon 60 kytkemistä varten virtakiskoon.

Kuvioon 5 viitaten katodi käsittää levyn 61, jossa on keskiaukko 62, jonka ylitse ulottuu useita pystysuuntaan 35 sijoitettuja liuskoja 63, jotka muodostavat aktiivisen katodipinnan. Nämä liuskat 63 ovat erillään levystä 61 ja 10 73244 ne ovat sen kanssa yhdensuuntaisessa tasossa. Ryhmä liuskoja on sijoitettu levyn 61 molemmille puolille. Levyssä 61 on neljä aukkoa 64, 65, 66, 67, jotka kennossa muodostavat osan erillisistä pituussuuntaisista kokoojista vastaavasti 5 katodiosastoihin syötettäviä liuoksia, katodiosastoista poistettavia elektrolyysituotteita, anodiosastoihin syötettävää elektrolyyttiä ja anodiosastoista poistettavia elektrolyysituotteita varten. Levyssä 61 on sen seinässä myös kulkutie 68 aukon 64 ja keskiaukon 62 välillä ja kulkutiet 69, 10 70 keskiaukon 62 ja aukon 65 välillä. Aukkoon 65, joka muo dostaa osan kokoojasta, jonka kautta tuotteet poistetaan katodiosastoista, on sijoitettu avoin kouru 71, joka on sijoitettu pituussuuntaan koko kennon suhteen ja jossa on laippa 72 ja laippa 73. Katodi 61 on varustettu myös ulok-15 keella 74, joka on liitetty kiskoon 75 kytkemistä varten virtakiskoon.

Kuvioon 6 viitaten on siinä esitetty osa elektrolyy-sikennoa, joka käsittää kaksi katodia 76, 77, joista molemmissa on kaksi elastomeerista materiaalia olevaa tiivistet-20 tä 78, 79 ja 80, 81, jotka on sijoitettu niiden molemmille puolille. Kennon esitetty osa käsittää myös kaksi anodia 82, 83, joista molemmissa on kaksi elastomeerista materiaalia olevaa tiivistettä 84, 85 ja 86, 87, jotka on sijoitettu niiden molemmille puolille. Kuviossa on esitetty myös kolme 25 ioninvaihtomembraania 88, 89, 90, jolloin yksi membraani on sijoitettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin. Membraanit 88, 89 muodostavat anodiosaston rajapinnat ja membraanit 89 ja 90 muodostavat katodiosaston rajapinnat. Elektrolyysikenno on varustettu myös päätylevyillä 30 (ei esitetty) ja välineillä (ei esitetty) liuosten syöttämiseksi kokoojiin ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi kokoojista.

Kuvion 6 mukaisessa toteutuksessa on esitetty kaksi kourua 91, 92, jotka on sijoitettu kennon pituussuuntaan.

35 Elektrolyysikennon käyttöä esitellään kuvioissa 4 ja 5 vastaavasti esitettyihin anodeihin ja katodeihin viitaten.

Il 1 1 73244

Kuvioon 4 viitaten elektrolyyttiä, esimerkiksi alka-limetallikloridin vesiliuosta johdetaan kokoojaan, josta anodilevyssä 46 oleva aukko 49 muodostaa osan ja elektrolyytti kulkee kulkutien 53 kautta kennon anodiosastoon, 5 josta anodilevyssä 46 oleva aukko 47 muodostaa osan. Kaasumaiset ja nestemäiset elektrolyysituotteet poistuvat ano-diosastosta kulkutien 54 kautta ja nestemäinen tuote täyttää kourun 56 ja aukon 50 seinän välisen tilan. Kaasumainen elektrolyysituote erottuu ja poistuu sitten kennosta. Nes-10 temäinen elektrolyysituote vuotaa laipan 58 ylitse kouruun 56 ja sitten pois kennosta. Nestettä voidaan kierrättää takaisin anodiosastoon/ josta anodilevyssä 46 oleva aukko 47 muodostaa osan, kulkutien 55 kautta. Neste kourussa 56 kokoojassa, josta aukko 50 muodostaa osan, takaa sen, että 15 vakio hydrostaattinen paine säilyy kaikissa kennon anodi- osastoissa kulkuteiden 55 välityksellä kaikissa anodilevyis-sä.

Kuvioon 5 viitaten liuosta, esimerkiksi vettä tai al-kalimetallihydroksidin liuosta, syötetään kokoojaan, josta 20 katodilevyssä 61 oleva aukko 64 muodostaa osan ja liuos siirtyy kulkutien 68 kautta kennon katodiosastoon, josta katodilevyssä 61 oleva aukko 62 muodostaa osan. Kaasumaiset ja nestemäiset elektrolyysituotteet poistuvat katodiosastos-ta kulkutien 69 kautta ja nestemäinen tuote täyttää kourun 25 71 ja aukon 65 seinän välisen tilan. Kaasumainen elektro- iyysituote erottuu ja poistuu sitten kennosta. Nestemäinen elektrolyysituote vuotaa laipan 73 ylitse kouruun 71 ja sitten pois kennosta. Nestettä voidaan kierrättää takaisin katodiosastoon, josta katodilevyssä 61 oleva aukko 62 muodos-30 taa osan, kulkutien 70 kautta. Neste kourussa 71 kokoojassa, josta aukko 65 muodostaa osan, takaa sen, että vakio hydrostaattinen paine säilyy kennon kaikissa katodiosastoissa kaikissa katodilevyissä.

Alalla tunnetaan hydraulisesti läpäisemättömiä ionin-35 vaihtomembraane ja ja ne ovat edullisesti f 1 uor i.pi toisia polymeerimateriaaleja, jotka sisältävät unionisia ryhmiä.

12 73244

Polymeerimateriaalit ovat edullisesti fluorohiilivetyjä, jotka sisältävät seuraavia toistuvia ryhmiä ‘Wm ia /cf2-cf7n

5 X

jolloin m on välillä 2-10 ja se on edullisesti 2, suhde M:N on edullisesti sellainen, että ryhmien X ekvivalenttipaino saadaan alueelle 500 — 2 000 ja X on joko A tai ryhmä 10 /ocf„-cf7a

P

z jossa p on arvoltaan esimerkiksi 1-3, Z on fluori tai 1-10 15 hiiliatomia sisältävä perfluoroalkyyliryhmä ja A on ryhmä, joka on valittu joukosta, johon kuuluvat -SO^H; -CF2SC>3H; -CCI2SC3H; -X^SO^H; -P03H2; -P02H2; -COOH ja -X^OH tai mainittujen ryhmien johdannaiset, jolloin X1 on aryyliryhmä. Edullisesti A tarkoittaa ryhmää S03H tai -COOIl. S03H-ryh-20 miä sisältäviä ioninvaihtomembraaneja myy kauppanimellä "Nafion" E I DuPont de Nemours and Co Inc ja -COOH-ryhmiä sisältäviä ioninvaihtomembraaneja myy kauppanimellä "Flemion" Asahi Glass Co Ltd.

Elektrolyysikenno käsittää useita sähköisesti eris-25 tävää materiaalia olevia tiivisteitä, jotka eristävät sähköisesti jokaisen anodin viereisistä katodeista. Tiiviste on edullisesti taipuisa ja edullisesti kimmoisa ja sen täytyy kestää elektrolyytin ja elektrolyysituotteiden vaikutusta. Tiiviste voidaan valmistaa orgaanisesta polymeeris-30 tä, esimerkiksi polyolefiinistä, kuten polyetyleenistä tai polypropyleenistä; hiilivetyelastomeerista, kuten elastomee-rista, joka perustuu etyleeni/propyleeni-kopolymeereihin, luonnon kumiin tai styreeni/butadieeni-kumiin; tai klooratusta hiilivedystä esimerkiksi polyvinyylikloridista tai 35 polyvinylideenikloridista. Elektrolyysikennossa alkalime-tallikloridin vesiliuoksen elektrolyysiä varten tiivisteen n 13 73244 materiaali voi olla fluorattua polymeerimateriaalia, esimerkiksi polytetrafluoroetyleeniä, polyvinyylifluoridia, polyvinylideenifluoridia tai tetrafluoroetyleeni-heksafluo-ropropyleeni-kopolymeeriä tai alusta, jonka uloin kerros on 5 fluorattua polymeerimateriaalia.

Elektrolyysikennossa tiivisteessä voi olla keskiauk-ko, joka muodostaa kehysmäisen osan, joka kennossa muodostaa osan anodiosastosta tai katodiosastosta ja aukot ke-hysmäisessä osassa, jotka kennossa muodostavat osan pi-10 tuussuuntaisista kanavista, jotka muodostavat kokoojat.

Anodi voi olla metallia ja metallin luonne riippuu elektrolysoitavasta elektrolyytistä elektrolyysikennossa. Suositeltava metalli on kalvonmuodostava metalli, erikoisesti, jos kennossa elektrolysoidaan alkalimetallikloridin 15 vesiliuosta.

Kalvonmuodostusmetalli voi olla jokin metalleista titaani, sirkonium, niobium, tantaali tai volframi tai metalliseos, joka muodostuu pääasiassa yhdestä tai useammasta näistä metalleista ja jonka anodiset polarisaatio-ominai-20 suudet ovat verrattavissa puhtaan metallin ominaisuuksiin.

On edullista käyttää yksinomaan titaania tai titaaniin perustuvaa metalliseosta, jonka polarisaatio-ominaisuudet vastaavat titaania.

Anodissa on keskeinen anodiosa ja, jos siihen sisäl-25 tyy aukkoja, jotka kennossa muodostavat osan pituussuuntaisista kanavista, jotka muodostavat kokoojat, nämä aukot ovat asemassa, joka vastaa tiivisteissä olevien aukkojen asemia. Vaihtoehtoisesti näitä aukkoja ei ole anodissa ja anodi voidaan sijoittaa tiivisteeseen, esimerkiksi tiivisteessä 30 olevaan syvennykseen.

Anodiosa voi muodostua useista pitkänomaisista osista, jotka on sijoitettu edullisesti pystysuuntaan, esimerkiksi säleistä tai liuskoista tai se voi muodostua revitetystä pinnasta, kuten verkosta, lävistetystä metallista tai 35 revitetystä pinnasta. Anodiosa voi käsittää kaksi 14 73244 reititettyä pintaa, jotka on sijoitettu oleellisesti keskenään yhdensuuntaisiksi.

Anodin anodiosalla voi olla sähköäjohtavaa, sähköka-talyyttisesti aktiivista materiaalia oleva päällyste. Eri-5 koisesti tapauksessa, jossa elektrolysoidaan alkalimetalli-kloridin vesiliuosta, voi tämä päällyste muodostua esimerkiksi yhdestä tai useammasta platinaryhmän metallista, so. platinasta, rodiumista, iridiumista, ruteniumista, osmiumis-ta tai palladiumista tai mainittujen metallien seoksista 10 ja/tai niiden oksidista tai oksideista. Päällyste voi käsittää yhtä tai useampaa platinaryhmän metallia ja/tai niiden oksidia sekoitettuna yhden tai useamman epäjalon metallin oksidin, erikoisesti kalvonmuodostavan metallin oksidin kanssa. Erikoisen sopiviin sähkökatalyyttisesti aktii-15 visiin päällysteisiin kuuluvat itse platina ja ne, jotka perustuvat ruteniumdioksidi/titaanidioksidiin, rutenium-dioksidi/tinadioksidiin ja ruteniumdioksidi/tinadioksidi/ titaanidioksidiin.

Alalla tunnetaan hyvin nämä päällysteet ja niiden 20 levitysmenetelmät.

Katodi voi olla metallia ja metallin luonne riippuu myös elektrolyysikennossa elektrolysoitavan elektrolyytin luonteesta. Jos elektrolysoidaan alkalimetallikloridin vesiliuosta, katodi voidaan valmistaa esimerkiksi teräksestä, 25 kuparista, nikkelistä tai kuparilla tai nikkelillä päällystetystä teräksestä.

Katodissa on keskeinen katodiosa ja jos siihen kuuluu aukkoja, jotka kennossa muodostavat osan pituussuuntaisista kanavista, jotka muodostavat kokoojat, ovat nämä au-30 kot asemassa, joka vastaa tiivisteiden aukkojen asemia. Vaihtoehtoisesti katodissa ei ole näitä aukkoja ja katodi voidaan sijoittaa tiivisteeseen, esimerkiksi tiivisteen syvennykseen .

Katodiosa voi muodostua useista pitkänomaisista osis-35 ta, jotka on sijoitettu edullisesti pystysuuntaan, esimerkiksi säleistä tai liuskoista tai se voi muodostua 11 73244 reititetystä pinnasta, kuten metalliverkosta, lävistetystä metallista tai rei'itetystä pinnasta. Katodiosa voi muodostua kahdesta rei’itetystä pinnasta, jotka on sijoitettu oleellisesti keskenään yhdensuuntaisiksi.

5 Katodilevyn katodiosalla voi olla materiaalipäällys- te, joka alentaa vedyn ylijännitettä katodilla, jos kennoa käytetään alkalimetallikloridin vesiliuoksen elektrolyysiin. Nämä päällysteet ovat alalla tunnettuja.

Anodit ja katodit on varustettu välineillä kytkemis-10 tä varten teholähteeseen. Esimerkiksi ne voidaan varustaa ulokkeilla, jotka sopivat liitettäviksi asianmukaisiin vir-takiskoihin.

On edullista, että anodit ja katodit ovat taipuisia ja edullisesti ne ovat kimmoisia, koska taipuisuus ja kim-15 moisuus helpottavat vuotamattomien saumojen muodostamisessa asennettaessa ne elektrolyysikennoon.

Anodien ja katodien paksuus on sopivasti alueella 0,5 - 3 mm.

Elektrolyysikenno voi olla monopolaarinen tai bipo-20 laarinen kenno. Monopolaarisessa kennossa ioninvaihtomembraa-ni on sijoitettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin. Bipolaarisessa kennossa ioninvaihtomembraani on sijoitettu bipolaarisen elektrodin anodin ja viereisen bipo-laarisen elektrodin katodin väliin. Monopolaarisen kennon 25 tapauksessa on edullista, että anodien ja katodien mitat sähkön virtaussuunnassa ovat sellaiset, että muodostuu lyhyet virrankulkutiet, jotka vuorostaan muodostavat pienet jännitehäviöt anodeilla ja katodeilla tarvitsematta käyttää monimutkaisia virransyöttölaitteita. Edullinen mitta sähkö-30 virran kulkusuunnassa on alueella 15-60 cm.

Jos anodit ja katodit käsittävät aukkoja, jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan kokoojista, on välttämätöntä huolehtia siitä, että kokoojat, jotka ovat yhteydessä kennon anodiosastojen kanssa, eristetään sähköisesti 35 kokoojista, jotka ovat yhteydessä kennon katodiosastojen ie 73244 kanssa. Tämä sähköeristys voidaan tehdä sähköisesti eristävää materiaalia olevien kehysmäisten osien avulla, jotka sijoitetaan anodeissa ja katodeissa oleviin aukkoihin, jotka muodostavat osan kokoojista.

Claims (9)

17 7 3244

1. Suodatinpuristustyyppinen elektrolyysikenno, joka käsittää useita anodeja (37, 38), katodeja (31, 32) 5 ja sähköä eristävää materiaalia olevia tiivisteitä (33-36, 39-42), joihin anodit ja katodit on sijoitettu vuorottain ja joihin ioninvaihtomembraani (43-45) on sijoitettu kunkin vierekkäisen anodin ja katodin väliin useiden anodi-ja katodiosastojen muodostamiseksi kennoon, jolloin ken-10 nossa on kaksi syöttökokoojaa (4, 19), joista vastaavasti syötetään elektrolyyttiä kennon anodiosastoihin ja liuoksia kennon katodiosastoihin, ja kaksi poistokokoojaa (5, 20), joista vastaavasti poistetaan elektrolyysituotteita kennon anodi- ja katodiosastoista, tunnettu siitä, 15 että kennossa on yhteinen kammio (8, 23), joka on yhteydessä kunkin anodiosaston kanssa ja/tai yhteinen kammio (9, 24), joka on yhteydessä kunkin katodiosaston kanssa, ja kammiot (kammio) on varustettu välineillä (11, 12) liuosten kierrättämiseksi anodiosastoihin ja/tai väli-20 neillä (26, 27) liuosten kierrättämiseksi katodiosastoihin, ja kammiot (kammio) ovat yhteydessä (10) anodiosas-tojen poistokokoojien (5, 22) kanssa ja/tai katodiosasto-jen poistokokoojien (7, 20) kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysiken-25 no, tunnettu siitä, että yhteys yhteisen kammion (8, 23) ja kunkin anodiosaston välille on muodostettu yhteisen kammion ja kunkin anodiosaston välillä olevien kulkutieparien (11, 12) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrolyy-30 sikenno, tunnettu siitä, että yhteys yhteisen kammion (9, 24) ja kunkin katodiosaston välille on muodostettu yhteisen kammion ja kunkin katodiosaston välillä olevien kulkutieparien (26, 27) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen elektrolyy-35 sikenno, tunnettu siitä, että kulkuteinä ovat ylemmät (11, 26) ja alemmat (12, 27) kulkutiet. ----- HL·__ i8 73244

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kulkutiet (11, 12) on muodostettu anodilevyjen (1) seiniin ja/tai kulkutiet (26, 27) on muodostettu katodilevyjen (16) sei- 5 niin.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että yhteinen kammio (8, 23), joka on yhteydessä anodiosastojen ja ano-diosastojen poistokokoojän (5, 22) kanssa, muodostuu ano- 10 deissa (1) ja katodeissa (16) sekä tiivisteissä olevista aukoista (8, 23), jotka yhdessä muodostavat yhteisen kammion .

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että yhteinen 15 kammio (9, 24), joka on yhteydessä katodiosastojen ja ka-todiosastojen poistokokoojän (7, 20) kanssa, muodostuu anodeissa (1) ja katodeissa (16) sekä tiivisteissä olevista aukoista (9, 24), jotka yhdessä muodostavat yhteisen kammion.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että yhteinen kammio, joka on yhteydessä anodiosastojen ja anodiosasto-jen poistokokoojän (5, 22) kanssa, muodostuu mainittuun kokoojaan sijoitetusta avoimesta kourusta (92).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 tai 8 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että yhteinen kammio, joka on yhteydessä katodiosastojen ja katodiosas-tojen poistokokoojän (7, 20) kanssa, muodostuu mainittuun kokoojaan sijoitetusta avoimesta kourusta (91). 19 7 3244