FI77270C

FI77270C - Monopolar, bipolar and / or hybrid membrane cell.

Info

Publication number: FI77270C
Application number: FI843345A
Authority: FI
Inventors: Donald W Abrahamson; Marilyn J Harney; Andrew J Niksa; James J Stewart; Jr Elvin M Vauss
Original assignee: Eltech Systems Corp
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1984-08-24
Publication date: 1989-02-10
Also published as: AU565760B2; GR79738B; AU2438884A; PT77900A; KR840007608A; FI843345A; PT77900B; ATE42580T1; ES528412A0; IL70543A; WO1984002537A1; IT8349571A0; DK406684A; FI843345A0; ES8501453A1; EP0130215A1; IL70543A0; ES8706216A1; CA1225964A; NZ206668A

Abstract

Monopolar, bipolar, and highbrid filter press electrolytic cells for electrolytic processes utilizing a novel method of introducing and removing electrical energy. The invention contemplates a novel low pressure, high surface contact area connecting means for joining the anode element and cathod element of electrode assemblies. The invention also contemplates a low pressure, high surface contact area contact of the current distributor member to the back plate.

Description

1 772701 77270

Monopolaarinen, bipolaarinen ja/tai hybridimembraani-kennoMonopolar, bipolar and / or hybrid membrane cell

Monet tärkeät nykyaikaisessa yhteiskunnassa käytetyt peruskemikaalit valmistetaan elektrolyysin avulla. Lähes kaikki nykyisin maailmassa käytetty kloori ja emäs valmistetaan natriumkloridin (suolan) vesiliuosten elektro-lysoinnilla. Veden elektrolysointiin on olemassa lisääntyvää mielenkiintoa hapen ja erikoisesti vedyn, jonka käyttö on kasvamassa yhteiskunnassa, tuottamiseksi. Muita elektrolyysin käyttöjä ovat elektro-orgaaninen synteesi, paristot ja vastaavat ja myös tavallisemmat sovellutukset kuten vedenpuhdistusjärjestelmät ja uima-altaiden kloorauslaitteet.Many of the important basic chemicals used in modern society are produced by electrolysis. Almost all of the chlorine and base currently used in the world are prepared by electrolysis of aqueous solutions of sodium chloride (salt). There is a growing interest in the electrolysis of water to produce oxygen and especially hydrogen, the use of which is growing in society. Other uses of electrolysis include electro-organic synthesis, batteries and the like, and also more common applications such as water purification systems and swimming pool chlorination equipment.

Kloorin ja emäksen elektrolyyttisestä tuotannosta on pääosa aikaansaatu virtaavilla elohopeakatodikennoilla ja diafragmakennoilla. Viimeaikoina membraanityyppinen kenno on tullut suosituksi sen käytön helppoudesta johtuen ja erityisesti koska siitä ei aiheudu saastuttavia jätteitä kuten elohopeasta ja koska siinä ei käytetä karsinogeenisia aineita, kuten asbestia. Membraanityyp-piset elektrolyyttiset kennot muodostuvat tavallisesti anodikammiosta ja katodikammiosta, joita rajoittaa niiden yhteisellä sivulla hydraulisesti läpäisemätön ioninvaihto-membraani, jollaisia on nykyisin kaupallisesti saatavilla monen tyyppisinä mutta jotka tavallisesti ovat fluo-rattuja polymeerimateriaaleja.Most of the electrolytic production of chlorine and base is provided by flowing mercury cathode cells and diaphragm cells. Recently, a membrane-type cell has become popular because of its ease of use and, in particular, because it does not generate polluting wastes such as mercury and because it does not use carcinogenic substances such as asbestos. Membrane-type electrolytic cells usually consist of an anode chamber and a cathode chamber bounded on their common side by a hydraulically impermeable ion exchange membrane, such as are currently commercially available in many types but are usually fluorinated polymeric materials.

Membraanityyppiset elektrolyysikennot ovat tavallisesti jompaa kumpaa kahdesta tyypistä, ts. joko monopolaarista 2 77270 tyyppiä, jossa jokaisen kennon elektrodit on kytketty suoraan teholähteeseen, tai bipolaarista tyyppiä, jossa kennoston vierekkäisten kennojen välissä on yhteinen elektrodiyksikkö, joka on toiselta puolelta katodinen ja toiselta puolela anodi-nen.Membrane-type electrolytic cells are usually one of two types, i.e., either a monopolar 2,77270 type in which the electrodes of each cell are connected directly to a power supply, or a bipolar type in which there is a common electrode unit between adjacent cells and a cathode on one side. .

Nämä kaksi rakennetta ovat kuitenkin tähän asti olleet niin erilaisia, että vain harvat näiden elektrolyysikennojen osat ovat olleet keskenään vaihdettavia. Siten kumpikin kennotyyppi on edellyttänyt oleellisesti kokonaan erilaisia komponentteja kumpaakin tapausta varten. Lisäksi jopa silloin kun komponentit ovat olleet samanlaisia, ne ovat yleensä edellyttäneet täysin erillisiä valmistustyökaluja ja prosesseja.However, the two structures have so far been so different that only a few parts of these electrolytic cells have been interchangeable. Thus, each cell type has required substantially completely different components for each case. Moreover, even when the components have been similar, they have generally required completely separate manufacturing tools and processes.

Useisiin sekä monopolaarisiin että bipolaarisiin membraaniken-norakenteisiin sisältyy metallilaatikkorakenteiden pari, jotka muodostavat anodi- ja katodiosastot, kun samanlaisia laatikoita yhdistetään vastakkain toistensa suhteen siten, että membraa-ni sijoitetaan niiden välille. Tämän tyyppisiä kennoja on kuvattu esimerkiksi US-patenteissa 4 017 375 ja 4 108 752.Many monopolar and bipolar membrane cell structures include a pair of metal box structures that form anode and cathode compartments when similar boxes are joined together with respect to each other so that the membrane is placed between them. Cells of this type are described, for example, in U.S. Patents 4,017,375 and 4,108,752.

Sekä anodi- että katodikammioiden elektrolyyteissä esiintyvistä vaikeista syövyttävistä olosuhteista johtuen anodi- ja katodilaatikot on ollut muodostettava elektrolyyttiä sietävästä materiaalista. Useimmissa tapauksissa anodilaatikot on muodostettu levymuotoisesta titaanista tai muista venttiilime-talleista tai niiden lejeeringeistä. Vastaavasti katodilaatikot on muodostettu rautametalleista kuten teräksestä, ruostumattomasta teräksestä sekä sellaisista metalleista kuten nikkeli. Eräs esimerkki tällaisista monopolaarisen kennon laatikoista on kuvattu US-patentissa 4 244 802. Haittana on kuitenkin, että tässä patentissa tarvitaan kallista hyvin johtavan metallisen ulkokerroksen laminointia laatikkoon, mikä on tarpeetonta, kun laatikoita käytetään esillä olevassa keksinnössä.Due to the severe corrosive conditions in the electrolytes of both the anode and cathode chambers, the anode and cathode boxes have had to be formed of an electrolyte tolerant material. In most cases, the anode boxes are formed of plate-shaped titanium or other valve metals or their alloys. Correspondingly, the cathode boxes are formed of ferrous metals such as steel, stainless steel, and metals such as nickel. An example of such monopolar cell boxes is described in U.S. Patent 4,244,802. However, a disadvantage is that this patent requires expensive lamination of a highly conductive metallic outer layer into the box, which is unnecessary when the boxes are used in the present invention.

3 772703,77270

Bipolaarisessa kennossa bipolaarisen elementin anodi/katodi-osien väliset sähköiset kytkennät ovat aiheuttaneet vakavia suunnitteluongelmia. Anodi- ja katodiosien erilaisista korroo-rioympäristöistä johtuen osat on tehty erilaisista materiaaleista. Näiden materiaalien sähköinen kytkentä on toteutettu erilaisilla tavoilla, joihin jokaiseen liittyy joitakin sille ominaisia epäkohtia. Esimerkiksi titaani/tappiliitos-levyjen käytön ongelmana on, että vety diffusoituu tappilevyn läpi ja hybridisoi titaanin tuhoten siten liitoksen. Kolmi-metallilevyt (titaani/kupari/teräs) ovat poistaneet hybridisoi-tumisongelman, mutta kustannukset ovat erittäin suuret.In a bipolar cell, the electrical connections between the anode / cathode parts of the bipolar element have caused serious design problems. Due to the different corrosion environments of the anode and cathode parts, the parts are made of different materials. The electrical connection of these materials has been implemented in various ways, each of which has some inherent disadvantages. For example, the problem with using titanium / pin joint plates is that hydrogen diffuses through the pin plate and hybridizes the titanium, thus destroying the joint. Three-metal plates (titanium / copper / steel) have eliminated the hybridization problem, but the cost is very high.

Muut mekaanisten kytkentöjen muodot ovat olleet vaikeita johtuen siitä, että ne edellyttävät sisäisiä pultteja tai kiin-nittimiä aikaansaamaan liitospaineen, joka vaaditaan näiden mekaanisten kytkentöjen saamiseksi toimintakelpoisiksi.Other forms of mechanical connections have been difficult because they require internal bolts or fasteners to provide the connection pressure required to make these mechanical connections operational.

Monopolaarisessa kennossa on tarvittavan korroosion keston lisäksi suoritettava virran johtaminen ulkoisesta teholähteestä monopolaarisiin elementteihin ja niistä pois ja virta on jaettava tasaisesti aktiivisille elektrodipinnoille. Tämän virran kuljettamiseksi ja jakamiseksi pienillä ohmisilla häviöillä (erikoisesti suuripintaisissa elektrodeissa) on käytettävä pieniresistanssista johdinta. Tämä johdin voi olla tehty poikkileikkaukseltaan suurena korroosiota kestävästä metallista tai poikkileikkaukseltaan pienempänä sellaisesta metallista kuten kupari tai alumiini, jonka ominaisresistanssi on 5-50 kertaa pienempi kuin korroosiota kestävillä metalleilla. Nämä pieniresistanssiset metallit on tietenkin suojattava elektrolyyttien aiheuttamalta korroosiolta niiden saamiseksi käyttökelpoisiksi materiaaleiksi elektrolyysikennoihin.In addition to the required corrosion resistance, the monopolar cell must conduct current from and out of the external power supply to the monopolar elements and distribute the current evenly over the active electrode surfaces. A low-resistance conductor must be used to transport and distribute this current with small ohmic losses (especially in large-area electrodes). This conductor can be made of a corrosion-resistant metal with a large cross-section or a metal such as copper or aluminum with a smaller cross-section, which has a specific resistance of 5 to 50 times lower than that of the corrosion-resistant metals. These low-resistance metals must, of course, be protected from corrosion by electrolytes in order to make them useful materials for electrolytic cells.

Eräänä aikaisemmin käytettynä menetelmänä, joka on auttanut helpottamaan ongelmia, jotka liittyvät sähkövirran tuomiseen elektrodin aktiiviselle pinnalle siten, että rakenteelliset jännitehäviöt pysyvät alhaisina ja membraanin virranjakautuma pysyy tasaisena monopolaarisissa membraanielektrolyysilait- ^ 77270 teissä, on ollut käyttää kuparijohdinkiskoa, jossa kupariin on liitetty tai se on päällystetty sopivalla korroosiota kestävällä materiaalilla. Tämän lähestymistavan haittoina ovat korkeat valmistuskustannukset, käytettävissä olevien muotojen ja kokojen rajoittuneisuus, hitsausvaikeudet, kammio, jonka leveyttä rajoittaa johdinkiskon leveys, elektrolyyttivirtauksen häiriytyminen, pidemmät virtatiet, jotka tarvitaan johtimien väleistä johtuen, mikä aiheuttaa virran epätasaista jakautumista membraaniin, kennojen tiivistysongelmat kohdissa, joissa johdinkiskot kulkevat kennorakenteen läpi, korkeat kustannukset, jotka edellyttävät suurempaa virtatiheyttä ja siten suuria IR-häviöitä ja johdinkiskojen poistamisen välttämättömyys ennen kuin elektrodit voidaan päällystää uudelleen. (IR on lyhennys Ohmin lain yhtälöstä V = IR, joka tarkoittaa, että jännite on virta kerrottuna resistanssilla. Siten merkinnällä IR tarkoitetaan jännitettä).One previously used method that has helped to alleviate the problems associated with introducing an electric current to the active surface of the electrode so that structural voltage losses remain low and the membrane current distribution remains uniform in monopolar membrane electrolysis equipment has been to use a copper conductor. with a suitable corrosion-resistant material. Disadvantages of this approach are high manufacturing costs, limited shapes and sizes available, welding difficulties, a chamber limited by the width of the conductor rail, disturbance of electrolyte flow, longer current paths required due to conductor spacing, causing uneven distribution of conductors in the membranes through the cell structure, high costs that require higher current densities and thus high IR losses, and the need to remove the conductor rails before the electrodes can be recoated. (IR is an abbreviation of the equation of Ohm's law V = IR, which means that the voltage is the current multiplied by the resistance. Thus, the notation IR means voltage).

Toisena aikaisemmin käytettynä lähestymistapana on luopua kuparista ja johtaa virta korroosiota kestävää metallia olevassa elektrodirakenteessa. Koska korroosiota kestävän metallin (esim. titaanin, nikkelin, ruostumattoman teräksen) sähköinen resistanssi on kupariin ja alumiiniin verrattuna suuri, jännitehäviö kasvaa ja virtatien pituus on pidettävä niin lyhyenä kuin mahdollista (ts. elektrodien mittojen virtatien suunnassa on oltava pieniä). Tämä rajoittaa tällöin elektrodin aktiivista pintaa, suurentaa tiivistettävän kehäpituuden ja aktiivisen pinnan suhdetta ja edellyttää useita pienempiä komponentteja saman aktiivisen kokonaispinta-alan aikaansaamiseksi. Suuremmalla aktiivisen pinnan ja tiivistettävän kehän suhteella saavutettaisiin siten myös lisäetuna tehokkaampi membraanipinta-alan käyttö (so. aktiivisen pinta-alan ja ostetun pinta-alan suhde on suurempi). Virranjakelu ulkoisen kiskoston yhteydessä on myös vaikea tässä lähestymistavassa.Another approach used in the past is to abandon copper and conduct current in a corrosion-resistant metal electrode structure. Because the electrical resistance of corrosion-resistant metal (e.g., titanium, nickel, stainless steel) is high compared to copper and aluminum, the voltage drop increases and the current path length must be kept as short as possible (i.e., the electrode dimensions in the current path direction must be small). This then limits the active surface of the electrode, increases the ratio of the circumferential length to be sealed to the active surface, and requires several smaller components to provide the same total active surface area. A higher ratio of active surface to sealable circumference would thus also provide the added advantage of more efficient use of membrane surface area (i.e. a higher ratio of active surface area to purchased surface area). Power distribution in the case of an external busbar is also difficult in this approach.

Tämän keksinnön etuna ovat siten ohmisten häviöiden pienentyminen monopolaarisissa tai bipolaarisissa elektrolyysiraken- 5 77270 teissä rakenteellisten komponenttien ja mekaanisten kytkentä-ongelmien aiheuttaman sähköisen vastuksen pienentämisen ansiosta, virran jakautumisen parantuminen, elektrodien suurempien aktiivisten pintojen aikaansaaminen ja tiivistyspituuden ja aktiivisen pinnan suhteen pienentyminen.The present invention thus has the advantage of reducing ohmic losses in monopolar or bipolar electrolysis structures by reducing the electrical resistance caused by structural components and mechanical coupling problems, improving current distribution, providing larger active surfaces of the electrodes and reducing sealing length and active surface.

Erään piirteen mukaan näitä etuja tehostetaan bipolaarisessa membraanityyppisessä kennossa käyttämällä uusia pienipaineisia, suurikosketuspintaisia, pienivirtatiheyksisiä mekaanisia kytkentöjä bipolaarisen elektrodiyksikön anodi- ja katodielementtien takalevyjen välillä. Esillä olevan keksinnön toisen piirteen mukaan vastaavia uusia pienipaineisia, suuripintaisia kontakteja käytetään kennojen takalevyjen välissä monopolaaristen ja/tai bipolaaristen kennojen hybridielektrolyysilaiteyhdistel-mien yksiköissä.In one aspect, these advantages are enhanced in a bipolar membrane type cell by the use of new low pressure, high contact surface, low current density mechanical couplings between the anode and cathode elements backplates of the bipolar electrode unit. According to another aspect of the present invention, corresponding novel low pressure, high surface area contacts are used between the backplates of the cells in units of hybrid electrolytic device assemblies of monopolar and / or bipolar cells.

Keksinnön avulla saadaan myös membraanikennorakenne, jossa tarvitaan vähän tai ei ollenkaan jälkiasennusta. Uusia ja parempia elektrodielementtejä kehitettäessä niiden jälkiasennus voi tapahtua uudesta virranjakeluelimestä ja/tai uudesta monopolaaristen, bipolaaristen tai hybridikennojen välisestä pienipaineisesta kosketusominaisuudesta luopumatta.The invention also provides a membrane cell structure in which little or no retrofitting is required. With the development of new and better electrode elements, their retrofitting can take place without losing the new current distribution element and / or the new low-pressure contact feature between the monopolar, bipolar or hybrid cells.

Tämän keksinnön tavoitteena on myös katodirakenne, anodirakenne ja virranjakeluelimen rakenne, joita voidaan käyttää muutoksitta sekä bipolaarisissa että monopolaarisissa membraani-kennojärjestelyissä, mikä mahdollistaa yhdenlaisten kappaleiden valmistamisen, joita voidaan käyttää kummankin tyyppisissä elektrolyysilaitteissa yksinkertaisesti asennusjärjestystä muuttamalla. Tästä ainutlaatuisesta ominaisuudesta johtuen tavoitteena on toisenlainen elektrolyysilaitekokoonpano, joka on hybridinen eli monopolaaristen ja/tai bipolaaristen kenno-järjestelyjen yhdistelmä yhdessä elektrolyysilaitteessa. Hybridielektrolyysilaite voi tällöin muodostua joukosta mono-polaarisia osia, jotka on järjestetty sähköisesti sarja- (ts. bipolaariseen) muotoon tai joukosta bipolaarisia osia, jotka 6 77270 on järjestetty sähköisesti rinnakkais- (ts. monopolaariseen) muotoon tai mistä tahansa bipolaarisen ja monopolaarisen muodon yhdistelmästä. Etuina ovat mahdollisuus valita elektro-lyysilaitteen virta sopivan tai olemassa olevan tasasuuntaaja-kapasiteetin mukaiseksi, välttää bipolaarisen rakenteen heikkoudet (kuten vuotovirrat, yksi ainoa virtatie elektrolyysi-laitteen läpi, suurjännitteiset piirit), välttää monopolaarisen rakenteen heikkoudet (vaadittavan kiskoston määrän pieneneminen, pienempivirtaiset piirit). Hybridirakenteen muut edut ja muodot ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä.It is also an object of the present invention to provide a cathode structure, an anode structure and a current distribution member structure that can be used without modification in both bipolar and monopolar membrane cell arrangements. Due to this unique feature, the aim is to provide a different type of electrolytic device assembly, which is a hybrid, i.e. a combination of monopolar and / or bipolar cell arrangements in one electrolytic device. The hybrid electrolysis device can then consist of a plurality of mono-polar parts arranged in an electrically serial (i.e., bipolar) form or a plurality of bipolar parts arranged in an electrically parallel (i.e., monopolar) form, or of any combination of a bipolar and a monopolar form. The advantages are the possibility to select the current of the electrolysis device according to the suitable or existing rectifier capacity, to avoid weaknesses of the bipolar structure (such as leakage currents, single current path through the electrolysis device, high voltage circuits), to avoid monopolar structure weaknesses (reduced bus . Other advantages and forms of the hybrid structure will be apparent to those skilled in the art.

Keksinnön muihin etuihin sisältyy mahdollisuus virranjakelu-elinten vaihtamiseen muita komponentteja vaihtamatta, mahdollisuus kennoelementtien vaihtamiseen muita komponentteja vaihtamatta, mahdollisuus erilaisten virtatiheyksien käyttämiseen energiakustannusten ja pääomakustannusten suhteen optimoimiseksi ja mahdollisuus välttää johdinkiskojen tarve.Other advantages of the invention include the ability to replace power distribution members without replacing other components, the ability to replace cell elements without replacing other components, the ability to use different current densities to optimize energy and capital costs, and the ability to avoid the need for conductor rails.

Esillä olevan keksinnön kohteena on siten suodatinpuristin-elektrolyysilaite, jossa on ainakin yksi elektrolyysikenno elektrolyyttisiä prosesseja varten, joka elektrolyysilaite on varustettu päätylevyillä, jotka muodostavat päätyseinämät mainitulle elektrolyysilaitteelle, jolloin mainittuun kennoon on sijoitettu pystysuuntaisiksi asetetut elektrodiyksiköt ja ainakin yksi membraani mainitun kennon sisältäessä välineet nesteiden, kaasujen ja sähköenergian syöttämistä ja poistamista varten, jolloin mainituissa elektrodiyksiköissä on takalevyt, jotka ovat sähköäjohtavaa materiaalia, joka on kennon sisäisissä olosuhteissa korroosiota kestävää, ja joiden kautta virta syötetään elektrodeille ja johdetaan pois elektrodeilta, johon sisältyy parannuksena sähköinen kytkentä vastakkain olevien elektrodiyksikön takalevyn ja virransyöttövälineiden välillä kosketusliitoksen välityksellä, jossa sähköisen kosketuksen mitat ovat oleellisesti yhtäsuuria kuin mainitun kennon mainittujen elektrodiyksiköiden mitat ja mainittu kosketus-liitos muodostuu pienipaineisesta, suurikosketuspintaisesta, 7 77270 pienvirtatiheyksisestä mekaanisesta kytkennästä ilman metallurgista liitosta ja jossa mainitut virransyöttövälineet on valittu joukosta anoditakalevy, katoditakalevy, virranjakelu-elin tai näiden yhdistelmät, jolloin mainittu sähköinen koske-tusliitos on kennon ulkopuolella vastassa olevan takalevyn elektrolyytistä erottamana.The present invention thus relates to a filter press electrolysis device having at least one electrolytic cell for electrolytic processes, which electrolytic device being provided with end plates forming end walls for said electrolytic device, said cell being provided with electrodes and for supplying and discharging electrical energy, said electrode units having backplates of an electrically conductive material that is corrosion resistant under the conditions of the cell and through which current is applied to and removed from the electrodes, including improved electrical connection between the backing plate and current of the opposite electrode unit. wherein the dimensions of the electrical contact are substantially equal to the dimensions of said electrode unit of said cell; n dimensions and said contact connection consists of a low pressure, high contact surface, 7 77270 low current density mechanical connection without a metallurgical connection and wherein said power supply means is selected from anode plate, cathode plate, current distribution means or combinations thereof, wherein said electrical contact separated from the electrolyte.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös edellä olevan kappaleen mukaisen elektrolyysilaitteen käyttöön emäksen ja halogeenin tuottamiseen suolaliuoksesta.The present invention also relates to the use of the electrolysis apparatus according to the preceding paragraph for the production of base and halogen from brine.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös prosessiin emäksen ja halogeenin tuottamiseksi suolaliuoksesta, johon sisältyy vaiheina (1) suolaliuoksen asettaminen läheiseen kosketukseen suodatinpuristinelektrolyysilaitteen kanssa, johon sisältyy ainakin yksi elektrolyysikenno elektrolyyttisiä prosesseja varten,, joka elektrolyysilaite on varustettu päätylevyillä, jotka muodostavat päätyseinämät mainitulle elektrolyysilait-teelle, jolloin mainittuun kennoon on sijoitettu pystysuuntaisiksi asetetut elektrodiyksiköt ja ainakin yksi membraani mainitun kennon sisältäessä välineet nesteiden, kaasujen ja sähköenergian syöttämistä ja poistamista varten, jolloin mainituissa elektrodiyksiköissä on takalevyt, jotka ovat sähköä-johtavaa materiaalia, joka on kennon sisäisissä olosuhteissa korroosiota kestävää ja joiden kautta virta syötetään elektrodeille ja johdetaan pois elektrodeilta, ja (2) sähköenergian syöttäminen mainittuun kennoon emäksen ja halogeenin tuottamiseksi tämän avulla, johon menetelmään sisältyy parannuksena sähköinen kytkentä vastakkain olevien elektrodiyksikön takalevyn ja virransyöttövälineiden välillä kosketusliitoksen välityksellä, jossa sähköisen kosketuspinnan mitat ovat oleellisesti samat kuin mainitun kennon elektrodiyksiköiden mitat ja jossa mainittu kosketusliitos muodostuu pienipaineisesta, suurikosketuspintaisesta, pienivirtatiheyksisestä mekaanisesta kytkennästä, jossa ei ole metallurgista liitosta ja jossa mainitut virransyöttövälineet on valittu joukosta, johon sisäl- 8 77270 tyvät anoditakalevy, katoditakalevy, virranjakeluelin tai näiden yhdistelmät, jolloin mainittu sähköinen kosketusliitos on kennon ulkopuolella vastakkaisen takalevyn elektrolyytistä erottamana.The present invention also relates to a process for producing a base and a halogen from a brine, comprising in steps (1) bringing the brine into close contact with a filter press electrolytic apparatus comprising at least one electrolytic cell for electrolytic processes, the electrolytic apparatus being provided with end plates forming disposed in said cell are vertically arranged electrode units and at least one membrane, said cell comprising means for supplying and removing liquids, gases and electrical energy, said electrode units having back plates of electrically conductive material which is corrosion resistant under internal cell conditions and through which electrodes and is removed from the electrodes, and (2) supplying electrical energy to said cell to produce base and halogen thereby, to which method includes, as an improvement, an electrical connection between opposing electrode unit backplate and power supply means via a contact connection, wherein the dimensions of the electrical contact surface are substantially the same as said cell electrode units and wherein said contact connection is comprised of a low pressure, high contact surface from the group consisting of an anode backplate, a cathode backplate, a current distribution member, or combinations thereof, wherein said electrical contact connection is outside the cell separated from the electrolyte of the opposite backplate.

Edellä olevissa kappaleissa mainitut virransyöttövälineet voivat olla anoditakalevy, katoditakalevy tai virranjakeluelin.The power supply means mentioned in the above paragraphs may be an anode back plate, a cathode back plate or a current distribution member.

Kuvio 1 on osiin hajotettu kuvanto keksinnön mukaisesta mono-polaarisesta suodatinpuristinelektrolyysikennosta, kuvio 2 on osiin hajotettu kuvanto kennosta, kuvio 3 on osittainen sivuleikkauskuvanto keksinnön monopolaa-risesta suodatinpuristinelektrolyysikennosta, kuvio 4 on leikkauskuvanto yhteenrakennetusta jakoputkistosta, kuvio 5 on graafinen kuvanto monopolaarisesta katodiyksiköstä, kuvio 6 on graafinen kuvanto monopolaarisesta anodiyksiköstä, kuvio 7 on osiin hajotettu osittainen leikkauskuvanto keksinnön eräästä yhteenrakennetusta jakoputkistojärjestelystä, kuvio 8 on osiin hajotettu kuvanto keksinnön bipolaarisesta suodatinpuristinelektrolyysikennosta, kuvio 9 on osiin hajotettu kuvanto keksinnön hybridipolaarisen suodatinpuristinelektrolyysikennon eräästä muodosta, kuvio 10 on osittainen sivuleikkauskuvanto keksinnön suodatin-puristinelektrolyysikennosta, kuvio 11 on osittainen sivuleikkauskuvanto keksinnön hybridipolaarisen suodatinpuristinelektrolyysikennon monopolaarisesta osasta, kuvio 12 on osittainen sivuleikkauskuvanto keksinnön suodatin-puristinelektrolyysikennon hybridipolaarisen osan eräästä muodosta, kuvio 13 on graafinen kuvanto katodilaatikosta, kuvio 14 on graafinen kuvanto anodilaatikosta.Fig. 1 is an exploded view of a mono-polar filter press electrolysis cell according to the invention, Fig. 2 is an exploded view of the cell, Fig. 3 is a partial side sectional view of a monopolar filter press electrolysis cell of the invention, Fig. 4 is a graphical a diagrammatic view of a monopolar anode unit, Fig. 7 is an exploded partial sectional view of an integrated manifold arrangement of the invention, Fig. 8 is an exploded view of a bipolar filter press electrolysis cell of the invention; 11 is a partial side sectional view of a monopolar cell of a hybrid polar filter press electrolysis cell of the invention; Fig. 12 is a partial side sectional view of a form of a hybrid polar portion of a filter-press electrolysis cell of the invention; Fig. 13 is a graphical view of a cathode box; Fig. 14 is a graphical view of an anode box.

Esillä oleva keksintö liittyy elektrolyysilaitteeseen, jossa on elektrolyyttisissä prosesseissa käytettäväksi tarkoitettu monopolaarinen suodatinpuristinelektrolyysikenno. TämänThe present invention relates to an electrolytic apparatus having a monopolar filter press electrolysis cell for use in electrolytic processes. this

IIII

9 77270 tyyppisiin kennoihin sisältyy tavallisesti anodit, katodit, membraanit ja kennot ovat seinämien välissä, jotka on yhdistetty sidetangoilla, jotka joko ovat tai eivät ole jousikuor-mitteisia. Esillä olevan keksinnön monopolaarisessa suoritusmuodossa virranjakeluelimet on ajateltu sijoitetuiksi vierekkäisten katodien ja vierekkäisten anodien välille, mikä mahdollistaa virran tuomisen ja pois johtamisen mainittujen kennojen mainituista anodeista ja katodeista esillä olevan keksinnön uuden pienipaineisen, pienivirtatiheyksisisen suuri-pintaisen kytkennän kautta.Cells of the 9,77270 type usually include anodes, cathodes, membranes, and the cells are between walls connected by tie rods that are either spring-loaded or not. In a monopolar embodiment of the present invention, current distribution means are thought to be located between adjacent cathodes and adjacent anodes, allowing current to be introduced and removed from said anodes and cathodes of said cells via the new low pressure, low current density high surface area connection of the present invention.

Esillä oleva keksintö liittyy myös elektrolyysilaitteeseen, jossa on elektrolyyttisissä prosesseissa käytettäväksi tarkoitettu bipolaarinen suodatinpuristinelektrolyysikenno. Tämän tyyppisiin kennoihin sisältyy yleensä bipolaariset elektrodi-yksiköt ja membraanit ja kennot sijaitsevat seinämien välissä, jotka joko ovat tai eivät ole jousikuormitteisia. Erään suoritusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön bipolaarisessa suoritusmuodossa esillä oleva uusi virranjakeluelin on ajateltu sijoitetuksi jokaisen päätylevyn ja bipolaarisen elektrodi-yksikön välille siten, että toista päätylevyä vastassa on ano-dipuoli ja toista päätylevyä vastassa on katodipuoli, mikä mahdollistaa virran tuomisen ja pois johtamisen mainituista kennoista esillä olevan keksinnön uuden pienipaineisen, pieni-virtatiheyksisen suuripintaisen kytkennän välityksellä. Lisäksi sähkövirran johtaminen kennosta toiseen on toteutettu bipolaa-risten elektrodiyksiköiden anodi- ja katodielementtien takalevyjen välisten uusien pienipaineisten, suurikosketuspln-taisten, pienivirtatiheyksisten mekaanisten kytkentöjen välityksellä.The present invention also relates to an electrolysis apparatus having a bipolar filter press electrolysis cell for use in electrolytic processes. Cells of this type generally include bipolar electrode units and membranes and cells located between walls that are either spring loaded or not. According to one embodiment, in the bipolar embodiment of the present invention, the present novel current distribution member is intended to be positioned between each end plate and the bipolar electrode unit with an anode side facing one end plate and a cathode side facing the other end plate, allowing current to be brought in and out of said via the novel low pressure, low current density high surface area circuit of the present invention. In addition, the conduction of electric current from one cell to another has been implemented via new low-pressure, high-contact-plane, low-current-density mechanical connections between the anode and cathode elements backplates of the bipolar electrode units.

Esillä oleva keksintö kohdistuu myös elektrolyysilaitteeseen, johon sisältyy yhdessä elektrolyysilaitteessa hybridikombinaatio elektrolyyttisissä prosesseissa käytettäväksi järjestettyjä monopolaarisia ja/tai bipolaarisia kennoja. Tämän tyyppiset elektrolyysilaitteet voidaan muodostaa joukosta bipolaarisia osia, jotka on järjestetty monopolaarisella tavalla eli kukin 10 77270 bipolaarinen osa on kytketty sähköisesti rinnan yhden elektro-lyysilaitteen päätyseinämien välillä tai se voi muodostua joukosta monopolaarisia osia, jotka on järjestetty bipolaa-risella tavalla eli kukin monopolaarinen osa on kytketty sähköisesti sarjaan yhden elektrolyysilaitteen päätyseinämien välillä, jolloin sähköiset kytkennät elektrodeille tehdään käyttämällä uutta pienipaineista, suuripintaista kytkentää joko virranjakeluelimen ja takalevyn tai toisen elektrodin takalevyn välillä. Esillä olevan keksinnön hybridisuoritus-muodossa on myös ajateltu monopolaaristen ja/tai bipolaaris-ten yksiköiden järjestämistä mielivaltaisella tavalla yhdessä elektrolyysilaitteessa. Hybridisuoritusmuodossa on ajateltu uuden pienipaineisen, suuripintaisen, pienivirtatiheyksisen kytkennän käyttämistä siten, että mainitun kytkennän kosketuspinta on mitoiltaan oleellisesti yhtä suuri kuin mainittujen elektrodien aktiiviset pinnat.The present invention also relates to an electrolytic apparatus comprising a hybrid combination of monopolar and / or bipolar cells arranged in one electrolytic apparatus for use in electrolytic processes. Electrolytic devices of this type may be formed from a plurality of bipolar parts arranged in a monopolar manner, i.e. each bipolar part is electrically connected in parallel between the end walls of one electrolysis device, or it may consist of a plurality of monopolar parts arranged in a bipolar part, i.e. each monopolar electrically connected in series between the end walls of one electrolysis device, the electrical connections to the electrodes being made using a new low-pressure, high-surface connection between either the current distribution member and the back plate or the back plate of the other electrode. In the hybrid embodiment of the present invention, it is also contemplated to arrange the monopolar and / or bipolar units in an arbitrary manner in a single electrolytic apparatus. In a hybrid embodiment, it is contemplated to use a new low pressure, high surface area, low current density connection such that the contact area of said connection is substantially equal in size to the active surfaces of said electrodes.

Monopolaarisille, bipolaarisille ja hybridisuoritusmuodoille on myös esitetty menetelmä järjestelmän tiivistämiseksi syöttö-aineiden ja mainitussa kennossa tuotettujen tuotteiden vuotojen estämiseksi sekä välineet, joko ulkoiset tai yhteenrakenne-tut, raaka-aineiden vastaanottamiseksi ja tuloksena olevien tuotteiden poistamiseksi. Lisäksi on esitetty menetelmä sähköenergian tuomiseksi kennoihin ja johtamiseksi pois kennoista. Tätä sähköjärjestelmää kutsutaan yleisesti kiskojärjestelmäksi ja esillä olevassa keksinnössä se on kennojen ulkopuolinen järjestelmä.Also provided for monopolar, bipolar and hybrid embodiments is a method of sealing the system to prevent leakage of feedstocks and products produced in said cell, and means, either external or integrated, for receiving the raw materials and removing the resulting products. In addition, a method for introducing electrical energy into and conducting electrical energy from the cells is disclosed. This electrical system is commonly referred to as a rail system and in the present invention it is an extracellular system.

Esillä olevassa keksinnössä käytettävät anodit käsittävät anoditakalevyn ja aktiivisen anodipinnan.The anodes used in the present invention comprise an anode back plate and an active anode surface.

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa aktiivinen anodipinta muodostuu sen tyyppisestä alalla yleisesti tunnetusta huokoisesta anodista, joka muodostuu venttiilimetallialustasta, jolle on päällystetty elektrokatalyyttinen päällyste jalometalleja ja/tai niiden oksideja, siirtymämetallien oksideja tai joidenkin näiden materiaalien seoksia. Anodielin on yleensä n 77270 muodoltaan tasomainen ja se voi olla konstruoitu mistä tahansa huokoisesta materiaalista, kuten metalliverkosta, revitetystä levystä tai lankaristikosta. On myös selvää, että tällä huokoisella materiaalilla on suuri pinnan ala ja suuri joukko kosketuspisteitä membraaniin, jotka on aikaansaatu muodostamalla suuri joukko pieniä reikiä, esimerkiksi: käyttämällä metalliverkkoa, joka tunnetaan yleisesti verkkona, jossa on "mikrosilmukkakokoa" olevat reiät. Sopiva on myös verkkomainen titaanimetallinen anodi, jonka päällysteenä on DSAR™ (elektro-katalyyttinen päällyste) jollainen on esitetty US-patenttihake-muksessa 396 747, jonka hakemispäivä on 9.7.1982 ja hakijat Harney et ai ja joka sisällytetään tähän viitteenä. Tämä aktiivinen anodipinta on liitetty mekaanisesti ja sähköisesti anoditakalevyyn edullisimmin hitsaamalla. Lisäksi aktiivinen anodipinta on edullisimmin liitetty takalevyyn jousilla.In a preferred embodiment, the active anode surface consists of a porous anode of the type commonly known in the art, consisting of a valve metal substrate coated with an electrocatalytic coating of precious metals and / or their oxides, transition metal oxides, or mixtures of some of these materials. The anode generally has a planar shape of about 77270 and can be constructed of any porous material such as wire mesh, torn sheet or wire mesh. It is also clear that this porous material has a large surface area and a large number of points of contact with the membrane, provided by forming a large number of small holes, for example: using a metal mesh commonly known as a mesh with "micro-loop size" holes. Also suitable is a reticulated titanium metal anode coated with DSAR® (electro-catalytic coating) as disclosed in U.S. Patent Application No. 396,747, filed July 9, 1982 to Harney et al., Which is incorporated herein by reference. This active anode surface is mechanically and electrically connected to the anode back plate, most preferably by welding. In addition, the active anode surface is most preferably connected to the back plate by springs.

Anodi voi siten olla jousikuormitettu membraania vastaan auttamaan monien kosketuspisteiden aikaansaamisessa. Nämä jouset voivat olla monen muotoisia ja tehty erilaisista metalleista, edullisimmin samasta metallista kuin mitä on käytetty aktiivisen anodipinnan muodostamiseen. Hitsausmuotona voi olla esimerkiksi vastushitsaus, TIG-hitsaus (wolframi-suojakaasu-hitsaus), elektronisädehitsaus, diffuusiohitsaus (diffuusio-liitos) ja laserhitsaus. Tällä hetkellä parhaana pidetty tekniikka on vastushitsaus.The anode can thus be spring loaded against the membrane to help make many points of contact. These springs can be of many shapes and made of different metals, most preferably the same metal used to form the active anode surface. The welding mode can be, for example, resistance welding, TIG (tungsten shielded gas welding), electron beam welding, diffusion welding (diffusion joining) and laser welding. Currently, the preferred technique is resistance welding.

On kuitenkin selvää, että verkkomaista anodia käytettäessä verkkomainen materiaali voidaan valaa paikalleen ja yhdistää laatikkoon diffuusioliitoksella tai hitsaamalla jollakin sopivalla edellä olevista hitsausmenetelmistä.However, it is clear that when using a reticulated anode, the reticulated material can be cast in place and connected to the box by diffusion bonding or welding by any of the suitable welding methods above.

Esillä olevassa keksinnössä käytettäväksi sopivat katodit voidaan yleisesti kuvata katoditakalevyn ja aktiivisen katodi-pinnan käsittäviksi. Esillä olevan keksinnön parhaana pidetyssä suoritusmuodossa katodilaatikko on ajateltu edullisimmin meistettäväksi tasomaisesta nikkelin, raudan, teräksen, ruostumattoman teräksen tai muun vastaavan seosmetallin tasomaisestaCathodes suitable for use in the present invention can be generally described as comprising a cathode backplate and an active cathode surface. In a preferred embodiment of the present invention, the cathode box is most preferably intended to be stamped from a planar nickel, iron, steel, stainless steel or other similar alloy metal.

____TZ____TZ

12 77270 levystä. Aktiivinen katodipinta on myös tehty sellaisesta materiaalista kuten raudasta, teräksestä, ruostumattomasta teräksestä tai muusta vastaavasta seosmateriaalista. Katodin aktiivinen pinta on luonteeltaan huokoinen ja edullisimmin verkkomainen metallielin, joka on muodostettu siten kuin on esitetty FI-hakemuksessa 832063, Stewart et ai. On kuitenkin selvää, että edellä anodeihin liittyen selitetyn kaltaiset nikkeliverkko, teräsverkko ym. sekä jousikuormitteiset järjestelmät ovat myös sopivia. Myös muun tyyppiset nollavälin ja/tai äärellisen välin kennot sopivat käytettäväksi esillä olevassa keksinnössä. Katodin aktiivinen pinta on liitetty sähköisesti ja mekaanisesti katodilaatikkoihin. Tapauksessa, jossa katodit on valmistettu edellä selitettyjen verkkoanodien kaltaisesta metalliverkosta, parhaana pidettynä liitosmenetelmänä on hitsaus. Verkkomaisten katodien valmistuksen tapauksessa parhaana pidettynä liitosmenetelmänä on metallointi, edullisimmin galvaaninen metallointi. Tämä kontakti voidaan haluttaessa aikaansaada pelkästään mekaanisella puristuksella.12,77270 records. The active cathode surface is also made of a material such as iron, steel, stainless steel or other similar alloy material. The active surface of the cathode is porous in nature and most preferably a reticulated metal member formed as disclosed in FI application 832063, Stewart et al. However, it is clear that nickel mesh, steel mesh, etc. as well as spring-loaded systems such as those described above in connection with the anodes are also suitable. Other types of zero-spacing and / or finite-spacing cells are also suitable for use in the present invention. The active surface of the cathode is electrically and mechanically connected to the cathode boxes. In the case where the cathodes are made of a metal mesh such as the network anodes described above, the preferred connection method is welding. In the case of the manufacture of reticulated cathodes, the preferred connection method is metallization, most preferably galvanic metallization. If desired, this contact can be achieved by mechanical compression alone.

Lopuksi vaikka anodeja ja katodeja on selitetty esillä olevan keksinnön parhaana pidettyyn suoritusmuotoon eli membraanivä-likennoon (nollavälikennoon) liittyen, on pidettävä selvänä, että esillä olevan keksinnön kannalta ei ole olennaisen tärkeää merkitystä sillä onko membraanin ja elektrodin välillä äärellistä väliä vai ei. Esillä oleva keksintö on siten täysin käyttökelpoinen nollasta eroavaa väliä käyttävissä kennoissa, jotka ovat alalla yleisesti tunnettuja ja ymmärrettyjä eikä niitä tämän vuoksi selitetä tässä lähemmin.Finally, although the anodes and cathodes have been described in connection with the preferred embodiment of the present invention, i.e. the membrane gap cell (zero intermediate cell), it is to be understood that whether or not there is a finite gap between the membrane and the electrode is not essential to the present invention. The present invention is thus fully applicable to non-zero spacing cells which are generally known and understood in the art and will therefore not be explained in more detail here.

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa esillä olevan keksinnön elektrodeissa käytetään laatikoita, joissa on vain yhdenmuo-toisia takalevyjä. Siten anodien ja katodien laatikot on molemmat muodostettu samanlaisilla meisteillä ja ovat kooltaan ja muodoltaan oleellisesti samanlaisia. Eroina niissä ovat: 13 77270 käytetty jakoputkistojärjestely, joka mahdollistaa asianomaisten virtaavien aineiden syöttämisen ja poistamisen määrätyltä alueelta, ts. katodialueelta tai anodialueelta, ja laatikoiden materiaalit anodilaatikon ollessa yleensä tehty venttiili-metallista edullisimmin titaanista tai titaaniseoksesta tai muusta anodikammion syövyttäviä olosuhteita kestävästä metallista ja katodilaatikon ollessa tehty nikkelistä, teräksestä, ruostumattomasta teräksestä tai niiden seoksista tai muusta katodikammion syövyttäviä olosuhteita kestävästä metallista, ja tiivistyselinten tai tiivistyselimet sisältävän uran sijainti.In a preferred embodiment, the electrodes of the present invention use boxes with only one-dimensional backplates. Thus, the boxes of anodes and cathodes are both formed with similar dies and are substantially similar in size and shape. The differences are: the 13 77270 manifold arrangement used to allow the relevant fluids to be fed and removed from a given area, i.e. cathode area or anode area, and the box materials are generally made of valve metal most preferably titanium or titanium alloy made of nickel, steel, stainless steel or their alloys or other metal resistant to corrosive conditions in the cathode chamber, and the location of the sealing members or the groove containing the sealing members.

Laatikot on muodostettu aikaansaamaan rakenteeltaan yhtenäisen takalevyyn kiinnitetyn kehyksen, joka muodostaa kammion elektrolyyttejä ja elektrodien aktiivisia alueita varten. Takalevy on yleensä tasomainen ja edullisimmin taipuisa siten, että se voi mukautua virranjakeluelimeen tai toisen elektrodin takalevyyn hyvän sähköisen kytkennän aikaansaamiseksi. Laatikon kehys voi sisältää alueen, joka on jäykistetty lisäämällä valumassa- tai täytemateriaalia, ja lisäksi päätypinnan, joka voi olla tiivistetty litteillä tiivisteillä, O-renkailla tai muunmuotoisilla tiivisteillä, kun laatikot on järjestetty vastakkain siten, että membraani on niiden välissä.The boxes are formed to provide a structurally uniform frame attached to the backplate that forms a chamber for electrolytes and active areas of the electrodes. The backplate is generally planar and most preferably flexible so that it can conform to the current distribution member or the backplate of the second electrode to provide a good electrical connection. The frame of the box may include an area stiffened by the addition of casting or filling material, and in addition an end surface which may be sealed with flat seals, O-rings or other shaped seals when the boxes are arranged opposite each other so that the membrane is between them.

Laatikoiden valumassa- tai täytemateriaalilla jäykistämisen eräänä tarkoituksena on vahvistaa laatikoiden metallia siten että se kestää kokoonpainumatta puristavan tiivistysvoiman ja mahdollistaa siten kalliiden korroosiota kestävien metallien taloudellisen käytön ohuiden materiaalien ts. suuruusluokkaa 0,038-0,254 cm paksun metallilevyn käytön ansiosta. Muita tarkoituksia ovat elektrodien käsittelyn helpottaminen ja sisäisen paineen kestävyyden suuren telminen.One of the purposes of stiffening boxes with casting or filling material is to strengthen the metal of the boxes so that it can withstand the compressive sealing force without compression and thus allow economical use of expensive corrosion-resistant metals due to thin materials, i.e. 0.038-0.254 cm thick sheet metal. Other purposes are to facilitate the handling of the electrodes and to increase the resistance to internal pressure.

Valumassa- tai täytemateriaaleina käytettäväksi sopivat esimerkiksi termoplastiset aineet, elastomeerit, hartsit, uretaa-nit, muotoillut metallikappaleet ja erilaiset polyfluoratut materiaalit. Tällä hetkellä edullisimpina pidetyt ovat epoksi-ryhmä ja lasikuituvahvisteinen polyesteri tai vinyyliesterit.Suitable thermoplastic materials, elastomers, resins, urethanes, shaped metal bodies and various polyfluorinated materials are suitable for use as casting or filling materials. Currently most preferred are an epoxy group and glass fiber reinforced polyester or vinyl esters.

14 7727014 77270

Valumassa- tai täytemateriaalit voidaan "valaa paikalleen" tai valmistaa ennakolta ja tämän jälkeen asettaa ja/tai kiinnittää paikalleen. Kummassakin tapauksessa on edullista voida poistaa nämä materiaalit suhteellisen helposti elektrodien uudelleenpäällystysprosesseja varten.The casting or filling materials can be "cast in place" or prefabricated and then placed and / or fixed in place. In either case, it is advantageous to be able to remove these materials relatively easily for electrode recoating processes.

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa esillä olevassa keksinnössä on ajateltu anodilaatikoita, jotka ovat pääasiassa venttii-limetallilevyä, joka on puristettu laatikon muotoon. Parhaana pidetty anodimateriaali on titaanimetalli tai sen seos.In a preferred embodiment, the present invention contemplates anode boxes, which are primarily a valve metal plate pressed into the shape of a box. The preferred anode material is titanium metal or an alloy thereof.

Anodin aktiivinen pinta on liitetty sähköisesti ja fysikaalisesti anodilaatikkoon.The active surface of the anode is electrically and physically connected to the anode box.

Esillä olevassa keksinnössä on myös ajateltu, että elektrodi-kotelo voi olla kehys, joka muodostaa elektrolyytit ja elektrodit sisältävän kammion ja kehys voi olla takalevystä irrotettava sen sijaan, että se olisi kiinnitetty pysyvästi takalevyyn. Kehys voi olla tehty erilaisista materiaaleista, kuten muoveista, metalleista jne. Reunakehys on erillinen elin, joka on tiivistetty tiivisteillä elektrodirakenteeseen laatikon sijasta. Sekä anodi- että katodielementit on täydennetty kehyksellä suljetun tilan muodostamiseksi elektrodeja ympäröiville elektrolyyteille ja syöttö- ja poistoelimien aikaansaamiseksi kehyksessä olevien kanavien kautta. Kehys on tiivistetty sen kehää ympäröivään korroosiota kestävään levyyn ja kehys on tiivistetty myös vastakkaisella puolella, joka suorittaa tiivistyksen membraaniin muodostaen siten suljetun elektro-ditilan. Anodi- ja katodielementtejä pinotaan vuorotellen membraanien erottamina ja ne puristetaan yhteen päätylevyillä (seinämillä) ja sidetangoilla. Kehykset voi olla (1) valettu jostain sopivasta korroosiota kestävästä muovista (anodi: kynar, CPCV, teflonit, elastomeerit, ABS jne. katodi: CPVC, polypropeeni, ABS, elastomeerit, teflonit jne.) tai (2) valmistettu hitsaamalla, liimaamalla jne. näistä muovimateriaaleista tai (3) valmistettu umpinaisista tai putkimuotoisista - ontoista - korroosiota kestävistä metalleista (anodi: titaanista 15 77270 tai sen seoksista, katodi: teräksestä, nikkelistä, ruostumattomasta teräksestä jne.) valmistuksen tapahtuessa puristamalla, vetämällä, valssaamalla, hitsaamalla, pursottamalla, takomalla jne. tai näiden yhdistelmillä. Tiivistyksenä voivat olla 0-renkaat, litteät tiivisteet, pursotetut tiivisteet tai muut yleisesti tunnetut elimet (US-patentti 4 344 633).It is also contemplated in the present invention that the electrode housing may be a frame forming a chamber containing electrolytes and electrodes, and the frame may be removable from the backplate instead of being permanently attached to the backplate. The frame can be made of different materials such as plastics, metals, etc. The edge frame is a separate member sealed to the electrode structure instead of the box. Both the anode and cathode elements are complemented by a frame to create a closed space for the electrolyte surrounding the electrodes and to provide supply and discharge means through the channels in the frame. The frame is sealed to a corrosion-resistant plate surrounding its circumference, and the frame is also sealed on the opposite side, which performs sealing on the membrane, thus forming a closed electrode space. The anode and cathode elements are stacked alternately separated by membranes and pressed together with end plates (walls) and tie rods. The frames may be (1) molded from any suitable corrosion-resistant plastic (anode: kynar, CPCV, Teflon, elastomers, ABS, etc. cathode: CPVC, polypropylene, ABS, elastomers, Teflon, etc.) or (2) made by welding, gluing, etc. of these plastic materials or (3) made of solid or tubular - hollow - corrosion-resistant metals (anode: titanium 15 77270 or its alloys, cathode: steel, nickel, stainless steel, etc.) during manufacture by pressing, drawing, rolling, welding, welding etc. or combinations thereof. The seal may be O-rings, flat seals, extruded seals, or other commonly known members (U.S. Patent 4,344,633).

Esillä olevassa keksinnössä voidaan käyttää monen tyyppisiä tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla olevia membraanityyp-pejä, jotka ovat yleensä fluorattuja polymeerimateriaaleja, joissa on ioninvaihtotoiminnan suorittamiseksi tarpeelliset pintamodifikaatiot. Eräs tällä hetkellä edullisena pidetty materiaali on polyfluorattu kopolymeeri, jossa on riippuvia kationinvaihtokykyisiä ryhmiä. Nämä perfluorikarbonit ovat ainakin kahden monomeerin kopolymeerejä toisen monomeerin ollessa valittu ryhmästä, johon sisältyvät vinyylifluoridi, heksafluoripropeeni, vinylideenifluoridi, trifluorieteeni, klooritrifluorieteeni, perfluori(alkyylivinyylieetteri), tetra-fluorieteeni ja niiden seokset. Toinen monomeeri on usein valittu monomeeriryhmästä, johon tavallisesti sisältyy S02F tai sulfonyylifluoridiryhmä. Esimerkki tällaisesta toisesta monomeerista voidaan esittää yleisessä muodossa kaavalla CF2 = CFR^S02F. Yleisen kaavan on kaksitoiminen perfluo rattu radikaali, jossa on tavallisesti 1-8 mutta joissakin tapauksissa jopa 25 hiiliatomia. Yleisen kaavan eräänä rajoituksena on yleinen vaatimus ainakin yhden fluoriatomin läsnäolosta hiiliatomissa -S02F-ryhmän vieressä, erikoisesti, kun reaktiokykyinen ryhmä esiintyy -(-S02NH)mQ-muodossa. Tässä muodossa Q voi olla vety tai alkalinen maametallikationi ja m on Q:n valenssi. Yleisen kaavan osa voi olla minkä tahansa sopivan tai tavanomaisen muotoinen, mutta on havaittu edulliseksi, että vinyyliradikaalin komonomeeri liittyy R^-ryhmään eetterisidoksen kautta.Many types of currently commercially available membrane types can be used in the present invention, which are generally fluorinated polymeric materials with the surface modifications necessary to perform the ion exchange function. One currently preferred material is a polyfluorinated copolymer with pendant cation exchange groups. These perfluorocarbons are copolymers of at least two monomers, the second monomer being selected from the group consisting of vinyl fluoride, hexafluoropropene, vinylidene fluoride, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (alkyl vinyl ether), tetrafluoroethylene, and mixtures thereof. The second monomer is often selected from a monomer group, usually including an SO 2 F or sulfonyl fluoride group. An example of such a second monomer can be represented in general form by the formula CF2 = CFR2SO2F. The general formula is a double-acting perfluoro radical having usually 1 to 8 but in some cases up to 25 carbon atoms. One limitation of the general formula is the general requirement for the presence of at least one fluorine atom on the carbon atom adjacent to the -SO 2 F group, especially when the reactive group is present in the - (- SO 2 NH) mQ form. In this form, Q may be hydrogen or an alkaline earth metal cation and m is the valence of Q. The moiety of the general formula may be of any suitable or conventional form, but it has been found advantageous that the comonomer of the vinyl radical is attached to the R 1 group via an ether bond.

Tällaisia perfluorikarboneja on yleisesti saatavilla kaupallisesti toimittajana esim. E.I. duPont, jonka tuotteet tunnetaan ie 77270Such perfluorocarbons are commonly available commercially as a supplier, e.g., E.I. duPont, whose products are known ie 77270

RTMRTM

yleisesti tavaramerkillä NAFION . Perfluorikarbonikopoly-meerit, jotka sisältävät perfluori(3,6-dioksi-4-metyyli-7-okteenisulfonyylifluoridi)-komonomeeria ovat osoittautuneet erityisen edullisiksi CI2-kennoissa. Käytettäessä natrium-kloridiliuosta kloorialkalituotteiden valmistamiseen sähkökemiallisessa kennossa on havaittu edulliseksi käyttää membraa-neja, joiden pääosa muodostuu perfluorikarbonikopolymeerista, jossa on riippuvia sulfonyylifluoridijohdannaisia reaktiokykyi-sinä ryhminä ja suhteellisen ohut kerros perfluorikarboni-kopolymeeria, jossa on karbonyylifluoridijohdannaisia reaktio-kykyisinä ryhminä membraanin toisen pinnan lähellä. Tällä hetkellä pidetään edullisena näiden membraanien modifiointia edelleen epäorgaanisilla pintakäsittelyillä/ jotka kyllästävät mainittujen membraanien pinnan metallisilla aineilla esim.generally under the trademark NAFION. Perfluorocarbon copolymers containing perfluoro (3,6-dioxo-4-methyl-7-octenesulfonyl fluoride) comonomer have proven to be particularly advantageous in Cl2 cells. When using sodium chloride solution for the preparation of chlor-alkali products in an electrochemical cell, it has been found advantageous to use membranes consisting mainly of a perfluorocarbon copolymer with dependent sulfonyl fluoride derivatives as reactive groups and a relatively thin layer of perfluorocarbon copolymers It is currently preferred to further modify these membranes with inorganic surface treatments / which impregnate the surface of said membranes with metallic substances e.g.

ZrC>2 ja Ti02· Tämän modifikaation uskotaan auttavan membraanin ja elektrodin rajapinnalle kerääntyvien kaasukuplien ongelman estämisessä. Kun tämä ongelma poistetaan, kenno voi toimia tehokkaammin. Yksityiskohtaisempi selostus tämän tyyppisestä membraanin modifioinnista on löydettävissä US-patenttihakemuk-sesta 277 918, jonka hakemispäivä on 22.10.1982 ja hakijat Covitch et ai ja joka sisällytetään tähän viitteenä.ZrC> 2 and TiO2 · This modification is believed to help prevent the problem of gas bubbles accumulating at the membrane-electrode interface. When this problem is eliminated, the cell can operate more efficiently. A more detailed description of this type of membrane modification can be found in U.S. Patent Application No. 277,918, filed October 22, 1982 to Covitch et al., Which is incorporated herein by reference.

Esillä olevassa keksinnössä käytetään uutta virranjakeluelintä virran syöttämiseksi kennoihin tai johtamiseksi pois kennoista. Sitä käytetään monopolaarisissa kennoissa tai bipolaarisissa kennoissa ulkoisen teholähteen kytkennöissä tai hybridikennois-sa kytkennöissä ulkoisiin teholähteisiin tai elektrolyysilait-teen muihin osiin. Sen avulla saadaan mahdollisuus virran syöttämiseksi ja jakelemiseksi kennoon ja kennosta pois tasaisesti ja pienillä IR-häviöillä, ilman että anodien ja katodien IR-häiriöt rajoittaisivat kennokokoa. Tämä on mahdollista käyttämällä virranjakeluelimiä, joiden sähköisen kosketuksen mitat ovat oleellisesti samansuuruisia kuin elektrodiyksiköiden mitat. Luonnollisesti on mahdollista käyttää virranjakelu-elimiä, jotka ovat mitoiltaan elektrodiyksiköitä pienempiä, tällöin on kuitenkin pidettävä mielessä, että virranjakelueli-men koon pienentyessä IR-häviöt kasvavat. Ilmeisestikin on 17 77270 olemassa piste, jossa IR-häviöt tulevat liian suuriksi ollakseen hyväksyttäviä. Samaten on selvää, että virranjakelu-elimet voivat olla mitoiltaan elektrodiyksiköitä suurempia.The present invention uses a novel current distribution member to supply or discharge current to and from the cells. It is used in monopolar cells or bipolar cells in external power supply connections or in hybrid cells in connections to external power supplies or other parts of the electrolysis unit. It makes it possible to supply and distribute current to and from the cell evenly and with low IR losses without limiting the cell size by IR interference from the anodes and cathodes. This is possible by using current distribution members whose electrical contact dimensions are substantially the same as the dimensions of the electrode units. Of course, it is possible to use current distribution elements which are smaller in size than the electrode units, in which case it must be borne in mind that as the size of the current distribution element decreases, the IR losses increase. Apparently, there are 17,772,70 points where the IR losses become too large to be acceptable. It is also clear that the current distribution members may be larger in size than the electrode units.

Koska tämä ei kuitenkaan lisäisi kosketuspintaa, siitä ei olisi hyötyä. Ilmaisulla "mitoiltaan" tarkoitetaan pituus-ja leveysmittoja, jotka määräävät pinnan alan, joka on käytettävissä mekaaniseen ja sähköiseen kosketukseen elektrodiyksiköi-den kanssa. Koska kupari ja alumiini ovat paljon parempia sähkövirran johteita kuin venttiilimetallit, tietyt ruostumatonta terässeosta olevat kennot voivat olla kooltaan suurempia säilytettäessä hyväksyttävän alhainen IR-häiriötaso. On kuitenkin selvää, että vaikka kupari ja alumiini ovat edullisimpia painon ja kustannusten säästöistä ja tarvittavasta pienemmästä metallitilavuudesta johtuen, mikä tahansa johtava metalli toimii, mikäli käytetään riittävää tilavuutta tarvittavan virran kuljettamiseksi hyväksyttävillä IR-häiriöillä. Lisäksi tämä uusi virranjakeluelin mahdollistaa suurempien virtatiheyksien käyttämisen kennoissa ja siten suuremman alkalin ja kloorin tuotannon verrattuna kennoon, jonka on toimit-, tava pienemmällä virtatiheydellä, pinta-alayksikköä kohden.However, since this would not increase the contact area, it would not be useful. By "dimensions" is meant length and width dimensions that determine the area of the surface that is available for mechanical and electrical contact with the electrode units. Because copper and aluminum are much better conductors of electrical current than valve metals, certain stainless steel alloy cells may be larger in size while maintaining an acceptably low level of IR interference. However, it is clear that while copper and aluminum are the most preferred due to weight and cost savings and the smaller volume of metal required, any conductive metal will work if sufficient volume is used to carry the required current with acceptable IR interference. In addition, this new current distribution member allows the use of higher current densities in the cells and thus higher alkali and chlorine production compared to the cell, which has to operate at a lower current density per unit area.

Virranjakeluelin on yleensä umpinainen tasomainen kuparilevy mutta se voi myös muodostua mistä tahansa sopivasta johtimesta, jolla on riittävä poikkileikkauspinta-ala vaaditun virran johtamiseksi pienillä IR-häiriöillä ja hyvällä virtajakautumalla. Sopivia esimerkkejä näistä muista johtavista metalleista ovat esimerkiksi nikkeli, rauta, teräs sekä näiden metallien ja kuparin ja alumiinin seokset.The current distribution member is generally a solid planar copper plate but may also consist of any suitable conductor having a sufficient cross-sectional area to conduct the required current with low IR interference and good current distribution. Suitable examples of these other conductive metals are, for example, nickel, iron, steel and alloys of these metals and copper and aluminum.

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa monopolaarisissa kennoissa ja hybridikennojärjestelmien monopolaarisissa kennoyhdistel-missä virranjakeluelimet on sijoitettu anodilaatikoiden välille kunkin laatikon takasivun ollessa virranjakeluelimeen päin, jolloin muodostuu yksi monopolaarinen anodielementti. Vastaavasti katodilaatikoiden välille on sijoitettu virranjakelu-elimet kummankin laatikon takasivun ollessa virranjakeluelimeen päin, jolloin muodostuu yksi monopolaarinen katodielement-ti.In a preferred embodiment, in monopolar cells and monopolar cell combinations of hybrid cell systems, current distribution members are disposed between the anode boxes with the back of each box facing the current distribution member to form a single monopolar anode element. Correspondingly, current distribution members are arranged between the cathode boxes, with the back side of each box facing the current distribution member, whereby one monopolar cathode element is formed.

77270 1877270 18

Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa bipolaarisissa kennoissa ja hybridikennojen virranjakelujärjestelmän bipolaarisissa osissa on virranjakeluelin jokaisen kennon takalevyn ja bi-polaarisen elektrodiyksikön välissä anodipuolen ollessa toiseen takalevyyn päin ja katodipuolen ollessa toiseen takale-vyyn päin. Virranjakeluelimet ulkonevat kennon reunan ohi vain yhdellä puolella. Vierekkäisten anodien väliset elimet ulkonevat toiselle puolelle ja vierekkäisten katodien väliset elimet ulkonevat vastakkaiselle puolelle. Tätä ulkonemaa käytetään tällöin kytkennän suorittamiseksi kiskojärjestelmän välityksellä teholähteeseen tai elektrolyysilaitteen muihin osiin. Tapa, jolla kiskosto kytketään virranjakeluelimiin ei ole kriittinen ja menetelmät ovat alalla yleisesti tunnettuja eikä niitä tämän vuoksi käsitellä tässä lähemmin.In the preferred embodiment, the bipolar cells and in bipolar sections of hybrid cells, the power distribution is a power distribution between the body of each cell back sheet and the bi-polar electrode while the anode side facing the other back plate and a cathode side facing the other of the back plate. The current distribution members protrude past the edge of the cell on only one side. The members between adjacent anodes protrude on one side and the members between adjacent anodes protrude on the opposite side. This protrusion is then used to make a connection via the rail system to the power supply or to other parts of the electrolysis unit. The manner in which the busbar is connected to the current distribution members is not critical and the methods are well known in the art and will therefore not be discussed in more detail here.

Edullisimpina pidettyjen tasomaisten levyjen lisäksi mainitut virranjakeluelimet voivat myös olla levyjä, joissa on kalante-roidut, syvennyksillä varustetut, aallotetut tai uurretut pinnat tai joihin on kiinnitetty tai joiden pintojen väliin on sijoitettu liitäntämateriaalia tai joiden pinnoilla on johtavia koostumuksia eli rasvoja, jotka sisältävät johtavia metallihiukkasia siihen jakautuneina. Näiden pinnan modifikaatioiden tarkoituksena on, mikäli niitä käytetään, auttaa parantamaan sähköistä kosketusta virranjakeluelinten ja anodien ja/tai katodien välillä varmistamalla mahdollisimman suuren mekaanisen pintakosketuksen säilyminen ja kosketusresistanssin minimointi mainittujen virranjakeluelinten ja mainittujen anodien tai katodien välillä. Lisäksi on ajateltu, että virranjakeluelinten paksuus voi vaihdella elimen pituudella virta- ja jännitevaatimuksista riippuen kustannusten pienentämiseksi tietyn kokoisen kennon tapauksessa. On kuitenkin selvää, että mikäli tällaisia kapenevia elimiä käytetään, anodien kapenevuus ja katodien välisten katodielinten kapenevuus tehdään vastakkaisissa yhdensuuntaisen kennopakan saamiseksi puristettavaksi päätyseinämien väliin. Lopuksi virranjakelu-elintä voidaan myös käyttää antamaan rakenteellista tukea kennolle.In addition to the most preferred planar plates, said current distribution means may also be plates having calendered, recessed, corrugated or grooved surfaces or to which a bonding material is attached or interposed between the surfaces or having conductive compositions on the surfaces, i.e. greases containing conductive metal particles. distributed. These surface modifications, if used, are intended to help improve electrical contact between the current distribution means and the anodes and / or cathodes by ensuring that maximum mechanical surface contact is maintained and contact resistance is minimized between said current distribution means and said anodes or cathodes. In addition, it is contemplated that the thickness of the current distribution members may vary along the length of the member depending on current and voltage requirements to reduce costs in the case of a cell of a certain size. However, it is clear that if such tapered members are used, the taper of the anodes and the taper of the cathode members between the cathodes are made in opposite directions to cause the parallel cell pack to be compressed between the end walls. Finally, the power distribution member can also be used to provide structural support to the cell.

Il i9 77270Il i9 77270

Monopolaarisen, bipolaarisen tai hybridikennon tapauksessa virranjakeluelin tai elektrodin takalevy pysyy mekaanisessa kosketuksessa elektrodin takalevyyn oleellisella osalla koko pinta-alasta laatikoissa olevien elektrolyyttien hydraulisen tai staattisen paineen vaikutuksesta, anodi- ja/tai katodi-rakenteiden jousipaineen vaikutuksesta ja päätysidetanko-yhdistelmien suodatinpuristinjärjestelmissä aiheuttaman tukien puristuksen vaikutuksesta. Uusi sähköinen kytkentä suoritetaan kennon ulkopuolella, niin että takalevy erottaa sen elektrolyytistä. Takalevy rajaa elektrolyytin siten, että elektrolyytti ei ole kosketuksessa uuteen sähköiseen kytkentään.In the case of a monopolar, bipolar or hybrid cell, the current distribution member or electrode backplate remains in mechanical contact with the electrode backplate over a substantial portion of the surface area due to hydraulic or static pressure of The new electrical connection is made outside the cell so that the back plate separates it from the electrolyte. The back plate delimits the electrolyte so that the electrolyte is not in contact with the new electrical connection.

2 Käytetty puristus on alueella noin 0,035-7,03 kg/cm edullisim- 2 min alueella noin 0,0703-1,403 kg/cm . Puristuksen suurentaminen pienentää kosketusresistanssia. Normaalisti yleisesti tunnetuissa sähköisten kytkentöjen (ts. kiskoston) mekaanisissa liitoksissa alalla käytetään pienipintaista, suuripaineista (ts. 35,15-351,5 kg/cm ) liitosta alhaisen ominaiskosketus- resistanssin saamiseksi ja liitoksen virtatiheydet ovat suuria 2 (ts. 31-310 A/cm ) liitoksen kosketusjännitehäviön ollessa ominaisresistanssin ja virtatiheyden tulo. Myös muut tekijät, kuten "virranahtautumisilmiöt" vaikuttavat tämän tyyppisen mekaanisen liitoksen kokonaisjännitehäviöön. Esillä olevan keksinnön virranjakeluelimen ja takalevyn tai kahden takalevyn välisen kosketuksen tapauksessa liitospaine on alhaisempi 2 (0,0703-1,403 kg/cm ), mikä antaa korkeamman ominaisresistanssin, mutta liitoksen pinta-ala on erittäin suuri, millä saa- 2 daan pieni virtatiheys (ts. 0,0775-1,55 A/cm ) ja siten pienet ohmiset häviöt liitoksen yli. Esimerkiksi kupari-titaani- liitoksella, jollaista voitaisiin käyttää anodissa ja joka toi- 2 2 mii virtatiheydellä 0,465 A/cm ja paineella 0,3515 kg/cm -3 2 (ominaisresistanssi 22,58 x 10 Ω/cm ) olisi jännitehäviö -2 1,05 x 10 V, kupari-nikkeliliitoksella, jollaista voitaisiin käyttää katodilla ja joka toimii virtatiheydellä 0,465 A/cm^ 2 -5 ja paineella 0,3515 kg/cm (ominaisresistanssi 49,68 x 10 2 i Ω/cm ) olisi jännitehäviö 2,33 x 10 V. Kupari-titaaniliitok-sen ja kupari-nikkeliliitoksen välinen ero johtuu kosketus- 77270 20 resistanssien eroista, jotka johtuvat erilaisista materiaaleista ja erilaisista pintakäsittelyistä, oksideista jne. Metallipintojen modifikaatiota tai liitäntämateriaalien käyttöä eri metallien alhaisemman kosketusresistanssin hyödyntämiseksi käsitellään enemmän seuraavassa.The compression used is in the range of about 0.035 to 7.03 kg / cm, most preferably in the range of about 0.0703 to 1.403 kg / cm 2. Increasing the compression reduces the contact resistance. Normally commonly known mechanical connections for electrical connections (i.e., busbars) in the art use a low surface area, high pressure (i.e., 35.15-351.5 kg / cm) connection for low specific contact resistance and high current densities of 2 (i.e., 31-310 A). / cm) when the contact voltage drop of the connection is the product of the resistivity and the current density. Other factors, such as "current congestion phenomena", also affect the overall voltage drop of this type of mechanical connection. In the case of contact between the current distribution member of the present invention and the backplate or two backplates, the connection pressure is lower 2 (0.0703-1.403 kg / cm), which gives a higher resistivity, but the connection area is very large, resulting in a low current density (i.e. 0.0775-1.55 A / cm) and thus small ohmic losses over the joint. For example, a copper-titanium connection of the type that could be used at the anode and operating at a current density of 0.465 A / cm and a pressure of 0.3515 kg / cm -3 2 (specific resistance 22.58 x 10 Ω / cm) would have a voltage drop of -2 1 .0.5 x 10 V, a copper-nickel alloy such as could be used with a cathode and operating at a current density of 0.465 A / cm ^ 2 -5 and a pressure of 0.3515 kg / cm (specific resistance 49.68 x 10 2 i Ω / cm) would have a voltage drop of 2 .33 x 10 V. The difference between the copper-titanium bond and the copper-nickel bond is due to the differences in contact resistances due to different materials and different surface treatments, oxides, etc. Modification of metal surfaces or use of bonding materials to further utilize lower contact resistance of different metals.

Ohut laatikko on edullisempi, koska se on taipuisa ja mukautuu virranjakeluelimeen tai vastakkaisen laatikon takalevyyn suuren kosketuspinnan muodostavaksi kytkennäksi. Lisäksi sellaisia materiaaleja kuten johtavia verkkomaisia aineita (metallisieni, Multilam, johtavia villoja ja vastaavia voidaan käyttää virranjakeluelimeen tai takalevyihin kosketuksessa olevana liitäntänä kosketuspinta-alan suurentamiseksi. Koska kosketusresistanssi riippuu myös kosketuksessa olevista materiaaleista, virranjakeluelin ja/tai laatikko voidaan päällystää liitäntänä toimivalla materiaalilla kosketusresistanssin tekemiseksi pienemmäksi. Sopivia esimerkkejä ovat mm. päällystäminen ja metallointi sellaisilla metalleilla kuten hopea, kulta, platina, nikkeli ja kupari sellaisilla menetelmillä kuten plasmaruiskutus, maalaus, liekkiruiskutus, metalliruis-kutus, höyrystys ja edellä mainittujen yhdistelmät.A thin box is more advantageous because it is flexible and adapts to the power distribution member or the back plate of the opposite box for a large contact area connection. In addition, materials such as conductive reticulated materials (metal sponge, Multilam, conductive wool, and the like can be used as a contact connection to the current distribution member or backplates to increase the contact area. Suitable examples include coating and metallization with metals such as silver, gold, platinum, nickel and copper by methods such as plasma spraying, painting, flame spraying, metal spraying, evaporation, and combinations of the foregoing.

Edellä mainittujen materiaalien lisäksi tiivistyselin, kuten tiiviste, voidaan sijoittaa jakeluelimen ja laatikon tai kehyksen välille tai bipolaaristen elektrodiyksiköiden anodi-ja katodielementtien välille. Tämä tiivistyselin sijoitetaan siten, että se tulee virranjakeluelimen ja/tai anodielementin ja katodielementin kehän ympärille estämään korroosiota aiheuttavien elementtien pääsyn, jotka voivat hapettaa kontaktin ja siten lisätä resistanssia, ja siinä voidaan myös käyttää johtavaa ja/tai hapettumista estävää materiaalia.In addition to the above materials, a sealing member, such as a seal, may be placed between the dispensing member and the box or frame, or between the anode and cathode elements of the bipolar electrode units. This sealing member is positioned so that it comes around the current distribution member and / or the circumference of the anode element and the cathode element to prevent the entry of corrosive elements which can oxidize the contact and thus increase the resistance, and a conductive and / or antioxidant material can also be used.

Avain näiden liitosten menestyksekkääseen käyttöön on se tosiasia, että vaadituista pienistä virtatiheyksistä ts. noin 2 0,0775-1,55 A/cm liitoksen puristuksen ollessa likimain alle 2 0,0703-7,03 kg/cm on tuloksena pienet IR-häviöt suuriohmi-sessa kytkennässä (Liitoksessa) .The key to the successful use of these joints is the fact that the required low current densities, i.e. about 2 0.0775-1.55 A / cm with a joint compression of approximately less than 2 0.0703-7.03 kg / cm, result in small IR losses at high ohms. connection (Joint).

Il 21 77270 Päätyseinämät, sidetangot ja niihin liittyvät laitteet, joita käytetään kennojen paikallaan pitämiseen ja kennojen tiivistämiseen, ovat alalla yleisesti tunnettuja. Ne on mitoitettu pääasiassa samankokoisiksi kuin seinämien välille puristettavat kennot ja yleensä konstruoitu paksusta teräksestä. Seinämät ja sidetangot voivat olla kennoista sähköisesti eristettyjä tai eristämättömiä, riippuen siitä, mikä kussakin määrätyssä käyttötapauksessa on edullista. Koska tämän tyyppiset materiaalit ovat alalla yleisesti tunnettuja ja ymmärrettyjä, niitä ei selitetä tässä tarkemmin.Il 21 77270 End walls, tie rods, and related devices used to hold cells in place and seal cells are well known in the art. They are dimensioned essentially the same size as the cells pressed between the walls and are usually constructed of thick steel. The walls and tie rods may be electrically insulated or uninsulated from the cells, depending on which is advantageous in each particular application. Because these types of materials are well known and understood in the art, they are not explained in more detail herein.

Suolaliuoksen, alkalin ja veden syöttö ja vedyn, kloorin, alkalin, anolyytin ja katolyytin poisto voidaan suorittaa joko sisäisellä, yhteenrakennetulla tai ulkoisella jakoputkistolla. Mikäli ulkoista jakoputkistoa käytetään, erilaisten virtaavien aineiden ja kaasujen johtamiseen sopivat materiaalit ovat alalla yleisesti tunnettuja eikä niitä käsitellä tässä lähemmin. Sisäisen tai yhteenrakennetun jakoputkiston tapauksessa tulo- ja poistokanavat voidaan rakentaa sellaisista materiaaleista, joihin kemikaalit normaalisti käytön aikana vaikuttaisivat, mutta jotka on vuorattu muoveilla tai orgaanisilla polymeerimateriaaleilla, jotka ovat käyttöolosuhteissa inerttejä. Yhteenraken-nettu jakoputkisto on kuitenkin edullisimmin konstruoitu titaa-nimetallista tai nikkelimetallista, siten kuin tilanne vaatii, määrätyissä tulo- ja poistokohdissa tulo- ja poistokanavia varten ja mainittu yhteenrakennettu ja/tai sisäinen jakoputkisto on sähköisesti eristetty yksityisistä kennoista edullisimmin siten, että se on sijoitettu välimatkan päähän, niin että se ei tule kosketukseen kyseisen jakoputkiston kannalta ei-halutun kennon polariteetin kanssa.The supply of saline, alkali and water and the removal of hydrogen, chlorine, alkali, anolyte and catholyte can be carried out by either internal, integrated or external manifolds. If external manifolds are used, materials suitable for conducting various fluids and gases are well known in the art and will not be discussed further herein. In the case of internal or integrated manifolds, the inlet and outlet ducts may be constructed of materials that would normally be affected by chemicals during use, but lined with plastics or organic polymeric materials that are inert under the conditions of use. However, the integrated manifold is most preferably constructed of titanium or nickel metal, as the situation requires, at specific inlet and outlet ducts for the inlet and outlet ducts, and said assembled and / or internal manifold is electrically isolated from private cells, most preferably spaced apart. so that it does not come into contact with the polarity of the cell, which is undesirable for the manifold in question.

Esimerkiksi esillä olevan keksinnön mukaiset bipolaariset nolla-väliä käyttävät suodatinpuristinelektrolyysikennot on edullisimmin kokoonpantu siten, että anodielementin laatikon taka-seinämä on katodielementin laatikon takaseinämää vastassa ja mainittujen anodielementtien ja katodielementtien kummallakin 22 77270 suojaamattomalla aktiivisen pinnan puolella on membraani, joka on fysikaalisessa kosketuksessa mainittuihin suojaamattomiin aktiivisiin pintoihin, jolloin mainittujen membraanien suojaamattomilla pinnoilla on molemmilla puolilla vastakkaisnapaiset aktiiviset pinnat. Tätä pakkakokoonpanoa toistetaan kunnes haluttu kennomäärä on saavutettu ja tällöin kumpaankin päähän asetetaan yksi virranjakeluelin.For example, the bipolar zero-spacing filter press electrolysis cells of the present invention are most preferably configured such that the rear wall of the anode element box is opposite the rear wall of the cathode element box and each anode , wherein the unprotected surfaces of said membranes have active surfaces with opposite poles on both sides. This forced assembly is repeated until the desired number of cells is reached, in which case one power distribution member is placed at each end.

Esillä olevan keksinnön nollavälin monopolaariset suodatin-puristinkennot on edullisimmin toteutettu siten, että kaksi anodilaatikon takasivua on sijoitettu vastakkain virranjakelu-elimen erottamiseksi. Mainittujen anodien kummallakin suojaamattomalla aktiivisella pinnalla on membraani, joka on fysikaalisessa kosketuksessa mainittuihin anodeihin ja mainittujen membraanien suojaamattomien pintojen kummallakin puolella on puolestaan katodiparit seläkkäin, jolloin kunkin parin välissä on virranjakeluelimet. Tätä pakkakokoonpanoa toistetaan kunnes haluttu kennolukumäärä saavutetaan. Sekä monopolaariset että bipolaariset kennot varustetaan molemmissa päissä pääty-seinämillä ja sidetangoilla ja asianomaisilla lisälaitteilla siten muodostettujen kennojen koossapitämiseksi. On selvää, että mainitun pakan tiivistys aikaansaadaan joko tiivisteillä tai O-renkailla, jotka molemmat ovat alalla tunnettuja ja tavanomaisia. Lisäksi on selvää, että asianomaiset anodi- ja katodi-laatikot on varustettu sopivilla pinnoilla tai urilla tiivisteitä ja/tai O-renkaita varten.The zero-spacing monopolar filter-press cells of the present invention are most preferably implemented with the two back sides of the anode box positioned opposite each other to separate the current distribution member. Each unprotected active surface of said anodes has a membrane in physical contact with said anodes and each side of the unprotected surfaces of said membranes in turn has pairs of cathodes facing each other, with current distributing means between each pair. This forced configuration is repeated until the desired number of cells is reached. Both monopolar and bipolar cells are provided at both ends with end walls and tie rods and appropriate accessories to hold the cells thus formed together. It is clear that the sealing of said pack is provided by either seals or O-rings, both of which are known and conventional in the art. In addition, it is clear that the relevant anode and cathode boxes are provided with suitable surfaces or grooves for seals and / or O-rings.

Esillä olevaa keksintöä selitetään täydellisemmin oheisiin piirustuksiin viitaten ja seuraavan esityksen avulla.The present invention will be more fully explained with reference to the accompanying drawings and the following description.

Kuviot 1 ja 3-7 liittyvät esillä olevan keksinnön monopolaari-seen suoritusmuotoon. Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön monopolaariseen kennototeutukseen liittyvää edullista suoritusmuotoa. Kuviossa 1 on esitetty yksikkö 1, joka muodostuu joukosta pystysuuntaisesti sijoitettuja anodiyksiköitä 4, ja katodiyksiköitä 5, jotka ovat fysikaalisessa kosketuksessa selektiivisesti läpäiseviin membraaneihin 6 (nollaväli).Figures 1 and 3-7 relate to a monopolar embodiment of the present invention. Figure 1 shows a preferred embodiment of a monopolar cell implementation of the present invention. Figure 1 shows a unit 1 consisting of a plurality of vertically arranged anode units 4 and cathode units 5 in physical contact with selectively permeable membranes 6 (zero spacing).

„ 77270 23„77270 23

Lisäksi on esitetty yhteenrakennetut tulo- ja poistoaukot 100. Myös päädyt 2 ja sidetangot 3 on esitetty. Kuvio 2 esittää osiin hajotettuna kuvantona suodatinpuristinkennoa, jollaista on käytetty esimerkissä 1 ja esimerkissä 2. Samoin kuin kuviossa 1 kenno 1 sisältää seinämät 2, sidetangot 3, anodiyksikön 4, katodiyksikön 5 ja membraanin 6. Kuvio 3 esittää osittaista sivuleikkausta kuviosta 1. Tässä kuvannossa näkyvät virranjakeluelimen 30 molemmilla puolilla olevat anodi-laatikot 10. Katodilaatikot 20 ovat vastaavasti virranjakelu-elinten 30 eri puolilla. Anodilaatikoiden aktiiviset pinnat 11 on kiinnitetty mainittuihin laatikoihin jousilla 12 ja anodi-laatikot on myös varustettu tiivistyselimillä 13. Vastaavasti katodilaatikoihin 20 on kiinnitetty aktiiviset katodipinnat 21, jotka ovat tässä erikoistapauksessa jousettomia verkkomaisia rakenteita, ja myös katodilaatikot on varustettu tiivistys-elimillä 23. Nämä anodi- ja katodiyksiköt vuorottelevat ja ovat kosketuksessa membraaneihin 6 ja niiden erottamia. Välikkeitä 40 käytetään tarpeen mukaan kennon oikeiden mittojen säilyttämiseksi. Lisäksi piirustuksessa on esitetty valu-massamateriaali 50 laatikoiden jäykistämiseksi. Kuvio 4 on leikkauskuvanto yhdestä yhteenrakennetun jakoputkiston suoritusmuodosta, jossa on esitetty yhteenrakennetun jatkoputkiston 100 asema membraanien 6, välikkeiden 40, katodiyksiköiden 5 ja anodiyksiköiden 4 suhteen. Yhteenrakennettu jakoputkisto 100 muodostuu välikkeestä loi, tiivistyselimestä 103, jakoputken tiivistyselimistä 106 ja jakoputkiston osista 107. Kuvio 5 esittää yksityiskohtaisemmin monopolaarista katodiyksikköä 5. Kuviossa on esitetty kaksi katodilaatikkoa 20, aktiivinen katodipinta 21, tiivistyselin 23, virranjakeluelin 30 ja yhr teenrakennetut jakoputkistot 100. Kuvio 6 esittää vastaavasti monopolaarista anodiyksikköä 4, joka muodostuu kahdesta anodi-laatikosta 10, aktiivisesta anodipinnasta 11, tiivistyselimistä 13, virranjakeluelimestä 30 ja yhteenrakennetuista jako-putkistoista 100. Kuvio 7 esittää yksityiskohtakuvantoa eräästä yhteenrakennetusta jakoputkistototeutuksesta, jossa on esitetty anodiyksikkö 4, katodiyksikkö 5 ja yhteenrakennettu ___ -· 1... __ 24 77270 jakoputkisto 100. Erikoisesti yhteenrakennetun jakoputkiston 100 on esitetty sisältävän välikeosan 101, tiivistyselimet 103, liitinkappaleen 104 ja jakoputkisto-osat 107. Kuviossa on lisäksi esitetty virranjakeluelin 30 ja välike 40. Kuten on ilmeistä, katodin jakoputkiston jakoputkisto-osat 102 ja välikeosat 101 ovat anodijakoputkistoon verrattuna käänteisiä.In addition, the integrated inlet and outlet openings 100 are shown. The ends 2 and the tie rods 3 are also shown. Fig. 2 shows an exploded view of a filter press cell as used in Example 1 and Example 2. As in Fig. 1, the cell 1 includes walls 2, tie rods 3, anode unit 4, cathode unit 5 and membrane 6. Fig. 3 shows a partial side section of Fig. 1. anode boxes 10 on either side of the current distribution member 30. The cathode boxes 20 are on different sides of the current distribution members 30, respectively. The active surfaces 11 of the anode boxes are fixed to said boxes by springs 12 and the anode boxes are also provided with sealing members 13. Correspondingly, active cathode surfaces 21 are attached to the cathode boxes 20, which in this special case are spring-free reticulated structures, and the cathode boxes are also provided with sealing members 23. and the cathode units alternate and are in contact with and separated by the membranes 6. Spacers 40 are used as needed to maintain proper cell dimensions. In addition, the drawing shows a casting material 50 for stiffening boxes. Fig. 4 is a sectional view of one embodiment of an integrated manifold showing the position of the integrated extension 100 with respect to the membranes 6, spacers 40, cathode units 5 and anode units 4. The integrated manifold 100 consists of a spacer loi, a sealing member 103, manifold sealing members 106 and manifold sections 107. Figure 5 shows in more detail a monopolar cathode unit 5. The figure shows two cathode boxes 20, active cathode surface 21, sealing member 6, shows a monopolar anode unit 4, respectively, consisting of two anode boxes 10, an active anode surface 11, sealing members 13, current distribution member 30 and integrated manifolds 100. Figure 7 shows a detailed view of a built-in manifold implementation · 1 ... __ 24 77270 manifold 100. The specially assembled manifold 100 is shown to include a spacer portion 101, sealing members 103, a connector 104 and manifold portions 107. The figure further shows a current distribution member. 30 and spacer 40. As will be apparent, the manifold portions 102 and spacer portions 101 of the cathode manifold are inverted relative to the anode manifold.

Kuvio 8 esittää esillä olevan keksinnön bipolaarisen elektro-lyysilaitteen parhaana pidettyä suoritusmuotoa kennokokoonpa-non osalta. Kuviossa 8 on esitetty bipolaarinen kennoyksikkö 32, joka käsittää useita pystysuuntaisesti sijoitettuja anodi-laatikkoyksiköitä 35 ja katodilaatikkoyksiköitä 36, jotka ovat fysikaalisessa kosketuksessa selektiivisesti läpäiseviin membraaneihin 37 (nollaväli). Elektrolyysilaitteen kummassakin päässä on yksi virranjakeluelin 61 ja liitäntämateriaa-li 38 on sijoitettu vierekkäisten anodi- ja katodilaatikkoyk-siköiden takapintojen kanssa kosketukseen ja niiden väliin.Figure 8 shows a preferred embodiment of a bipolar electrolysis apparatus of the present invention with respect to a cell assembly. Figure 8 shows a bipolar cell unit 32 comprising a plurality of vertically positioned anode box units 35 and cathode box units 36 in physical contact with selectively permeable membranes 37 (zero spacing). At each end of the electrolysis device there is one current distribution member 61 and the connecting material 38 is placed in contact with and between the rear surfaces of the adjacent anode and cathode box units.

Kuviossa on myös esitetty yhteenrakennetut poisto- ja tulo-aukot 131. Lisäksi on esitetty päätyseinämät 33 ja sidetan-got 34.The figure also shows the integrated outlet and inlet openings 131. In addition, the end walls 33 and the tie rods 34 are shown.

Kuvio 9 esittää esillä olevan keksinnön hybridipolaarisen elektrolyysilaitteen erään version parhaana pidettyä suoritusmuotoa.Figure 9 shows a preferred embodiment of a version of the hybrid polar electrolysis apparatus of the present invention.

Samoin kuin kuviossa 8 kenno 32 sisältää päätyseinämät 33, sidetangot 34, anodiyksiköt 35, katodiyksiköt 36, membraanit 37, liitäntämateriaalin 38, virranjakeluelimet 61 ja yhteenrakennetut poisto- ja tuloaukot 131. Kuvio 10 esittää osittaista leikkauskuvantoa kuviosta 8. Tässä kuvannossa on esitetty anodilaatikot 35 ja katodilaatikot 36. Elektrolyysi-laitteen kummassakin päässä on yksi virranjakeluelin 61. Anodilaatikoissa on aktiiviset anodipinnat 42, jotka on kiinnitetty laatikoihin jousilla 43, ja laatikot on myös varustettu tiivistyselimillä 44. Vastaavasti katodilaatikoihin 36 on kiinnitetty aktiiviset katodipinnat 52, jotka ovat tässä erikoistapauksessa jousettomia verkkomaisia kappaleita, ja laatikot on myös varustettu tiivistyselimillä 54. Nämä anodi- 25 77270 ja katodiyksiköt vuorottelevat ja ovat kosketuksessa membraa-neihin 37 ja niiden erottamia. Liitäntämateriaaleja 38 käytetään tarpeen mukaan auttamaan hyvän sähköisen kosketuksen säilyttämisessä. Lisäksi on esitetty valumassamateriaali 81 laatikoiden tekemiseksi jäykemmiksi. On selvää, että pääty-seinämien välille voidaan sijoittaa niin monta kennoa kuin halutaan erilaisina monopolaarisina ja/tai bipolaarisina lohkoina, jotka on järjestetty ja kytketty yhteen elektrolyysi-laitteen sisällä. Kuvio 11 esittää osittaista sivuleikkausku-vantoa monopolaarisesta elektrolyysilaitteesta tai hybridi-polaarisen elektrolyysilaitteen monopolaarisesta osasta. Tämä kuvanto esittää virranjakeluelimen 61 molemmilla puolilla sijaitsevat anodilaatikot 35. Katodilaatikot sijaitsevat vastaavasti virranjakeluelinten 61 eri puolilla. Anodilaatikois-sa on aktiiviset anodipinnat 42, jotka on kiinnitetty mainittuihin laatikoihin jousien 43 avulla, ja laatikot on myös varustettu tiivistyselimillä 44. Samalla tavalla katodilaatikoissa 36 on niihin kiinnitetyt aktiiviset katodipinnat 52, jotka tässä erikoistapauksessa ovat jousettomia verkkomaisia kappaleita, ja laatikoissa on myös käytetty tiivistyselimiä 54.As in Fig. 8, the cell 32 includes end walls 33, tie rods 34, anode units 35, cathode units 36, membranes 37, connection material 38, current distribution members 61, and integrated outlets and inlets 131. Fig. 10 shows a partial sectional view of Fig. 8; cathode boxes 36. There is one current distribution member 61 at each end of the electrolysis apparatus. The anode boxes have active anode surfaces 42 attached to the boxes by springs 43, and the boxes are also provided with sealing members 44. Correspondingly, active cathode surfaces 52 are attached to the cathode boxes 36. , and the boxes are also provided with sealing members 54. These anode and cathode units alternate and are in contact with and separated by the membranes 37. The connection materials 38 are used as needed to help maintain good electrical contact. In addition, a casting material 81 is shown to make the boxes stiffer. It is clear that as many cells as desired can be placed between the end walls in different monopolar and / or bipolar blocks arranged and connected together inside the electrolysis device. Figure 11 shows a partial side sectional view of a monopolar electrolysis device or a monopolar part of a hybrid polar electrolysis device. This view shows anode boxes 35 on both sides of the current distribution member 61. The cathode boxes are located on different sides of the current distribution members 61, respectively. The anode boxes have active anode surfaces 42 attached to said boxes by springs 43, and the boxes are also provided with sealing members 44. Similarly, the cathode boxes 36 have active cathode surfaces 52 attached thereto, which in this special case are inelastic reticulated bodies, and the boxes also use sealing members 54.

Nämä anodi- ja katodiyksiköt vuorottelevat ja ovat kosketuksessa membraaneihin 37 ja niiden erottamia. Välikkeitä 71 käytetään tarpeen mukaan kennojen oikeiden mittojen säilyttämiseksi. Lisäksi on esitetty valumassamateriaali 81 laatikoiden jäykistämiseksi. Lisäksi on esitetty eristimet 91. Kuvio 12 esittää kuvion 9 osittaista sivuleikkauskuvantoa. Tässä kuvannossa on esitetty anodilaatikot 35 ja katodilaatikot 36 sekä membraanit 35, liitäntämateriaalit 38, virranjakelueli-met 61, eristimet 91, valumassamateriaali 81, katodin aktiivinen pinta 52, katodin tiivistyselimet 54, anodin tiivistyseli-met 44, anodin aktiivinen pinta 42 ja anodijouset 43. Kuvio 13 esittää yksityiskohtaista kuvantoa katodilaatikkoyksiköstä 36, jossa on katodilaatikko 51, katodin aktiivinen pinta 52, tiivistyselimet 54 ja yhteenrakennetut poisto- ja tuloaukot 131. Kuvio 14 esittää yksityiskohtaista kuvantoa anodilaatik-koyksiköstä 35, jossa on anodilaatikko 41, anodin aktiivinen 26 77270 pinta 42, tiivistyselimet 44 ja yhteenrakennetut poisto- ja tuloaukot 131.These anode and cathode units alternate and are in contact with and separated by the membranes 37. Spacers 71 are used as needed to maintain the correct dimensions of the cells. In addition, a casting material 81 for stiffening boxes is shown. In addition, insulators 91 are shown. Fig. 12 shows a partial side sectional view of Fig. 9. This view shows anode boxes 35 and cathode boxes 36 as well as membranes 35, connection materials 38, current distribution members 61, insulators 91, casting material 81, cathode active surface 52, cathode sealing members 54, anode sealing members 44, anode active surface 43 and anodes. Fig. 13 shows a detailed view of a cathode box unit 36 having a cathode box 51, a cathode active surface 52, sealing members 54, and integrated outlets and inlets 131. Fig. 14 shows a detailed view of an anode box unit 35 having an anode box 41, anode active 42, 77270 sealing members 44 and integrated outlets and inlets 131.

Esillä olevaa keksintöä havainnollistetaan lisäksi seuraa-villa esimerkeillä, joihin keksintöä ei ole millään tavoin tarkoitus rajoittaa.The present invention is further illustrated by the following examples, to which the invention is not intended to be limited in any way.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki havainnollistaa alhaista kosketusresistanssia ja siten alhaista jännitehäviötä virranjakeluelimen ja anodin sekä virranjakeluelimen ja katodin välillä.Example 1 This example illustrates the low contact resistance and thus the low voltage drop between the current distribution member and the anode and the current distribution member and the cathode.

Elektrolyysikenno, jonka aktiivinen pinta-ala oli 25,4 cm x 76,2 cm, kokoonpantiin käyttämällä kokoonpuristuvaa jousikuor-An electrolytic cell with an active surface area of 25.4 cm x 76.2 cm was assembled using a compressible spring-loaded

RTMRTM

mitteista titaani-DSA -anodia ja verkkomaista nikkelikato- dia, joka oli tehty US-patenttihakemuksen 396 747, hakemispäivätitanium DSA anode and reticulated nickel cathode made from U.S. Patent Application No. 396,747

9.7.1982, esityksen mukaisesti. Kennossa käytettiin lisäksi RTMJuly 9, 1982, as proposed. In addition, RTM was used in the cell

NAFION -membraanierotinta anodin ja katodin välillä. Kennoa käytettiin nollavälillä. Anodin takapinnalle oli sijoitettu verkkomainen kuparielin ja verkkomaista kupaerielintä vastaan kuparinen virranjakeluelin. Katodin takapintaa vastaan oli myös sijoitettu kuparinen virranjakeluelin. Johtavaa Electrolube-rasvaa käytettiin anodin takalevyn ja kuparisen virranjakelu-elimen välillä sekä katodin takalevyn ja kuparisen virran-jakeluelimen välillä.NAFION membrane separator between anode and cathode. The cell was used at zero interval. A reticulated copper member and a copper current distribution member were placed on the rear surface of the anode against the reticulated copper separating member. A copper current distribution member was also placed against the back surface of the cathode. Conductive Electrolube grease was used between the anode backplate and the copper current distributor and between the cathode backplate and the copper current distributor.

22

Virtatiheydellä 0,31 A/cm kosketusresistanssi virranjakeluelimen ja anodin välillä oli likimain 10 mV ja likimain 3 mV virranjakelue1imen ja katodin välillä. Nämä kosketusresistans-sit mitattiin käyttämällä millivolttimittaria laatikon takalevyn ja virranjakeluelimen välillä.At a current density of 0.31 A / cm, the contact resistance between the current distribution member and the anode was approximately 10 mV and approximately 3 mV between the current distribution member and the cathode. These contact resistances were measured using a millivolt meter between the back plate of the box and the current distribution member.

Esimerkki 2 Tämä esimerkki osoittaa verkkomaisen liitäntämateriaalin hyödyllisyyden.Example 2 This example demonstrates the usefulness of a reticulated interface material.

Il 2 27 77270Il 2 27 77270

1935 cm monopolaarista kennoa käytettiin NaCl-elektrolyytti-syötöllä kokoonpuristuvan DSA-päällysteisen ristikkoanodin ja verkkomaisen katodin kanssa, joka oli valmistettu siten kuin on esitetty US-patenttihakemuksessa 386 934, jonka hakemispäivä on 10.6.1982 ja hakijat Stewart et ai. Membraani oli RTMA 1935 cm monopolar cell was used with a NaCl electrolyte-compressible DSA-coated lattice anode and a reticulated cathode prepared as described in U.S. Patent Application 386,934, filed June 10, 1982 to Stewart et al. The membrane was RTM

NAFION -ioninvaihdinmembraani. Kennoa käytettiin sekä verkkomaisen kuparimateriaalin kanssa että ilman sitä, jonka verkkomaisen materiaalin pinta-ala oli oleellisesti yhtä suuri kuin membraanin aktiivinen pinta-ala ja joka oli sijoitettu anodin titaanilevyn takapinnan ja kuparimetallia olevan virranjakelu-elimen välille, jonka pinta-ala myös oli oleellisesti yhtäsuuri kuin membraanin aktiivinen pinta-ala. Virtatiheydellä 0,31 A/cm anodilevyn takapinnan ja virranjakeluelimen välinen kosketusresistanssi oli 64 mV ilman verkkomaista kupariliitän-tämateriaalia ja 12 mV verkkomaista kuparista liitäntämateriaa-lia käytettäessä. Keksinnön tätä suoritusmuotoa käyttäen saavutettava etu on siten selvästi havaittavissa.NAFION ion exchange membrane. The cell was used both with and without a reticulated copper material having a surface area of substantially equal to the active surface area of the membrane and located between the back surface of the anode titanium plate and the copper metal current distribution member also having an area substantially equal to active surface area of the membrane. At a current density of 0.31 A / cm, the contact resistance between the back surface of the anode plate and the current distribution member was 64 mV without a reticulated copper connection material and 12 mV without a reticulated copper connection material. The advantage of using this embodiment of the invention is thus clearly discernible.

Vaikka keksintöä on selitetty edellä esitetyissä esimerkeissä ja edellä mainittujen piirustuksien avulla, myös muita suoritusmuotoja on ajateltu, ja alan ammattimies voi edellä olevan selityksen luettuaan ja ymmärrettyään löytää näistä suoritusmuodoista poikkeavia vaihtoehtoja ja muunnoksia. Kaikki tällaiset suoritusmuodot on tarkoitettu sisällytettäväksi keksinnön piiriin, joka on vain oheisten patenttivaatimusten määrittelemä.Although the invention has been described in the above examples and with the aid of the above-mentioned drawings, other embodiments have been considered, and one skilled in the art will be able to find alternatives and modifications different from these embodiments after reading and understanding the above description. All such embodiments are intended to be included within the scope of the invention, which is defined only by the appended claims.

Claims

A filter press electrolysis device having at least one electrolytic cell (1) for electrolytic processes, which electrolysis device is provided with end plates (2) which form gable walls for said electrolysis device, with upright arranged electrode units (4, 5) and At least one membrane (6) placed in said cell (1) containing means for supplying and removing liquids and electrical energy, said electrode units being provided with backplates (10) of conductive material which, in the conditions inside the cell, are corrosion resistant, and through which electric current is fed to the electrodes and conducted from the electrodes, characterized by manifolds (100) integral with the backplates (10) with means for supplying and removing liquids and at least one electrical connection within the electrolysis device between the backplate (10) and an electrode unit and the opposite solid current supply means (30) which are within the electrolysis device and in the form of a flat disk, mediated by at least n electrical contact coupling, where the measure of the electrical contact is at least as large as the active surface mat of the electrodes in the cell's (1) electrode units and said contact coupling consists of a mechanical coupling with applied pressure, large contact surface and low current density and without metallurgical bond and wherein said current supply means (30) comprises a current distribution means in the form of a fixed planar disk, the electrical contact coupling outside the cell being separated from the cell electrolyte by the opposite back plate (10) of the electrode unit (4).

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the internal current distribution means (30) of said electrolysis device form a support means for the cell.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current distributing means (30) have a coating of conductive material on the sides which are in contact with the backplates. 77270

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current distribution means are metal-coated flat sheets (30) of either conductive or non-conductive material.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that at least one electrode unit is provided with spring clamping means (12).

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the electrode units have substantially identical anode and cathode boilers in size and shape.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the electrode units comprise a boiler having a rear section with associated rigid portions and said rear section forming at least part of the area containing the electrode liquid, the rigid portion being reinforced with mortar. fillers or bed.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the coupling between the anodes (4) and / or the cathodes (5) and the membranes (6) comprises a coupling, wherein the anodes (4) and / or the cathodes (5) are flexible. and having zero-gap contact with the membranes (6), and a coupling with a finite gap between the membranes (6) and the anodes (4) and / or the cathodes (5).

9. Electrolysis device according to claim 8, characterized in that the final gap is created by the use of spacers (40) and the anodes and / or cathodes are flexibly arranged in contact with the membranes by means of the spring means in the anodes and / or cathodes. 34 7 7 2 7 0

10. Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the anodes (4) and / or the cathodes (5) are provided with a conductive metal 1, which is attached to their rear surface.

11. Electrolysis device according to claim 1, characterized in that oxidation-preventing agents were used between the said current distribution means (30) and the backplates (10).

An electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current distribution means includes sealing means (13, 23) arranged around the periphery of said means to prevent intrusion of such corrosive elements which could impair the quality of the electrical contact.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current distribution means and each back plate are contacted by a pressure such as Sr between 3.45 and 689.5 kPa.

Electrolysis device according to claim 1, characterized in that each current distribution means and each back plate are poured into contact with a pressure, which Sr between 6.895 and about 138 kPa.

15. An electrolysis device according to claim 1, characterized in that at least one contact coupling joins the back plate of the electrode unit with the current distribution means, which is the bellows between said back plate and the end plate of the electrolysis device.

Use of a current distribution means in an electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current distribution means (30) is a fixed planar plate, the part of which is in electrical contact having the width and width dimensions, which are at least substantially the same as said electric electrode (4). 5) corresponding dimensions.