FI79146B - Cellenhet och -element foer en elektrolyscell av filterpresstyp. - Google Patents

Description

! 79146

Kennoyksikkö ja -elementti suodatuspuristintyyppistä elektrolyysikennoa varten Tämä keksintö kohdistuu suodatuspuristintyyppistä 5 elektrolyysikennoa varten tarkoitettuun kennoelementtiin sekä kennoyksikköön, joka voidaan yhdistää muiden kennoyk-siköiden kanssa muodostamaan bipolaarisia elektrodeja käyttävän, suodatuspuristintyyppiä olevan elektrolyyttisen kennosarjan. Tarkemmin sanottuna keksintö kohdistuu niihin 10 näistä kennoista, joissa käytetään selektiivisesti läpäiseviä ioninvaihtomembraaneja, jotka on sijoitettu tasapintaisiksi tasoitettujen, yhdensuuntaisten, rei'itettyjen metallianodien ja katodien välissä olevaan tasoon, jolloin mainitut anodit ja katodit on sijoitettu määrätyn matkan 15 päähän bipolaarisen elektrodin nestettä läpäisemättömästä rakenteesta, joka fysikaalisesti eroittaa vierekkäiset elektrolyysikennot. Nämä kennot ovat erikoisen käyttökelpoisia alkalimetallikloridien vesiliuosten elektrolyysissä; erikoisesti natriumkloridin vesiliuosten (suolaliuos-20 ten) elektrolyysissä. Kennorakennetta voidaan käyttää myös elektrolysoitaessa muita liuoksia valmistettaessa tuotteita kuten kaliumhydroksidia, jodia, bromia, bromihappoa, perrikkihappoa, kloorihappoa, deuteriumia, tritiumia, adi-ponitriiliä ja muita orgaanisia yhdisteitä, joita valmis-25 tetaan elektrolyysin avulla.

Esillä olevan keksinnön mukainen suodatuspuristin-kennoelementti alentaa kustannuksia kennoyksiköitä valmistettaessa, vähentää niiden asentamiseen vaadittavaa työtä, yksinkertaistaa niiden valmistuksen, pienentää suuresti 30 kennoyksikön osien vetäytymistä kieroon ja antaa huomattavasti tukevamman kennorakenteen kuin alan aikaisemmat bipolaariset suodatuspuristinkennot.

Kennon rakenteen kieroutumisen pieneneminen sallii kennon tehokkaamman käytön, s.o. valmistetaan useampia 35 yksiköitä elektrolyysituotteita yhtä yksikköä kohti säh- 2 79146 köä. Kieroutumisen väheneminen alentaa poikkeamaa suunnitellusta rakoleveydestä jokaisen elektrolyysikennon anodin ja katodin välillä. Ideaalisesti tämä rako on tasainen anodin ja katodin välissä tasaisen virtatiheysjakauman 5 saamiseksi kennon elektrodien pintojen väliin. Muiden seikkojen lisäksi rakenteellinen kierous aiheuttaa poikkeamia tähän rakoon, jolloin anodin ja katodin eräät kohdat ovat lähempänä toisiaan kuin toiset kohdat. Näissä kohdissa sähkövastus on pienempi, sähkövirran määrä on 10 suurempi ja siten sähkön aiheuttama kuumeneminen on suurempi. Tämä sähkön aiheuttama kuumeneminen on useissa tapauksissa riittävä membraanin tuhoutumiseen näissä kohdissa. Näitä kohtia, joissa sähkövirran tiheys on epäsuo-tavan suuri ja joissa kehittyy runsaasti lämpöä, kutsutaan 15 tässä "ylikuumennuskohdiksi".

Näiden ylikuumennuskohtien välttämiseksi on alalla aikaisemmin suunniteltu kennorakenteet siten, että käytetään suurempaa kuin edullista rakoa anodin ja katodin välissä jokaisessa elektrolyysikennossa. Tämä suurentaa 20 luonnollisesti kennon toimintajännitettä ja pienentää kennon toimintahyötysuhdetta. Suunnittelun ja valmistuksen monimutkaisuus on näiden kennojen toinen epäkohta.

Esimerkkejä bipolaarisista suodatuspuristinkennois-ta, jotka toimivat kennosarjoina, ovat esittäneet Seko, 25 US-patentissa no 4 111 779 (5. syyskuuta 1978) ja Pohto US-patentissa no 4 017 375 (12. huhtikuuta 1977). Muita edustavia tasapintaisia bipolaarisia elektrodeja käyttäviä suodatuspuristintyyppisiä elektrolyyttisiä kennoja on esitetty myös US-patentissa no:t 4 364 815, 4 115 236, 30 3 960 698, 3 859 197, 3 752 757, 4 194 670, 3 788 966, 3 884 781, 4 137 144 ja 3 960 699.

Alalla on aikaisemmin esitetty myös monimutkaisia ja huolella tehtyjä suunnitelmia, jotka on tarkoitettu kennon eri osien kytkemistä varten sähköisesti ja/tai me-35 kaanisesti, jolloin käytetään titaania ja titaaniseoksia.

Il 3 79146 Tämä monimutkaisuus on erikoisen ilmeistä osien suhteen, joita tässä kutsutaan eroituskappaleiksi, jotka kytkevät bipolaarisen elektrodirakenteen tasapintaisen anodin ja katodin sähköäjohtavaan keskeiseen sulkuseinään määrätyllä 5 etäisyydellä keskeisestä sulkuseinästä; katso esimerkiksi US-patentit no:t 4 111 779 ja 4 194 670. Muita eroituskap-paleita käytetään tasapintaisten elektrodien tukemiseen ja niiden kytkemiseen sähköisesti ja mekaanisesti aukkojen lävitse johtamattomassa keskeisessä sulkuseinässä, katso 10 esimerkiksi US-patentteja no:t 3 752 757 ja 3 960 698. Voidaan havaita, että näissä liitoksissa käytetään hitsauksia ja/tai pultteja eroituskappaleiden kiinnittämiseksi elektrodeihin ja sitten jälleen keskeiseen sulkuseinään tai vastakkaisiin eroituskappaleisiin, jotka kulkevat kes-15 keisen sulkuseinän lävitse. Näihin liitoksiin liittyy useita hankaluuksia asianmukaisen sähköisen virtajakauman saamiseksi.

Esillä oleva keksintö vähentää näitä vaikeuksia poistamalla useat näistä liitoksista. Tämä suoritetaan 20 valamalla nämä eroituskappaleet yhtenäisiksi keskeisen sulkuseinän kanssa. Lisäksi liitännät, joita käytetään keskeisen sulkuseinän liittämiseen anolyytti- ja katolyyt-tiosastojen ulkorakenteisiin, poistetaan myös valamalla nämä rakenteet yhtenäisiksi keskeisen sulkuseinän kanssa. 25 Vertailtaessa on esillä olevan keksinnön (valetut yhtenäiset kennorakenteet) avulla poistettu useimmat niistä vaikeuksista, jotka ovat yleisiä hitsaustyyppisissä rakenteissa ja hitsausta ja pultteja käytettävissä rakenteissa. Tuloksena kennon elektrodit ovat tasaisemmin yh-30 densuuntaisia, sähkövirran jakauma on tasaisempi kuten myös elektrolyyttinen reaktio käytön aikana ja keksinnön avulla saadaan myös vuotamaton keskilevy tai keskeinen sulkuseinä.

Esillä olevan keksinnön mukaan alenee myös voimak-35 kaasti vaara titaanihydridin muodostumiseksi muodostamalla , 79146 rakenne, jossa on titaanivuoraus, jossa on vain verrattain harvoja rasituskohtia ja sijoittamalla myös nämä rasitus-kohdat äärimmäisen kauas vetylähteestä teräsmäärän suhteen, jonka täytyy siirtyä saavuttaakseen jonkun näistä 5 harvoista rasituskohdista. Ainoat rasituskohdat, jotka on löydetty esillä olevan keksinnön mukaisessa titaania olevassa kuumapuristetussa vuorauksessa, on löydetty kohdissa, joissa se on kiinnitetty hitsaamalla yhtenäisiksi valettujen anodiulokkeiden päihin. Tätä tarkastellaan myö-10 hemmin. Tässä on kuitenkin huomattava, että vaikka esillä olevaa keksintöä esitellään pääasiassa yleisesti käytettyjen teräksen ja titaanin yhteydessä, ei se rajoitu näihin rakennemateriaaleihin, vaikka ne ovatkin suositeltavia rakennemateriaalej a.

15 Esillä oleva keksintö kohdistuu tarkemmin sanottuna kennoelementtiin suodatuspuristintyyppistä elektrolyysi-kennoa varten sekä kennoyksikköön, joka voidaan yhdistää muiden kennoyksiköiden kanssa muodostamaan bipolaarisia elektrodeja käyttävän, suodatuspuristintyyppiä olevan 20 elektrolyyttisen kennosarjan, jolloin kennoyksikkö erote taan viereisestä kennoyksiköstä selektiivisesti läpäisevän ioninvaihtomembraanin avulla, joka on tiivistävästi sijoitettu kunkin kennoyksikön väliin; kukin kennoyksikkö käsittää keskuskennoelementin, joka fyysisesti erottaa ken-25 noelementin toisella puolella sijaitsevan anolyytti- osaston katolyyttiosastosta, joka sijaitsee kennoelementin vastakkaisella puolella; kennoelementillä on toisella puolellaan anodi anolyyttiosaston muodostamiseksi ja vastakkaisella puolella katodi katolyyttiosaston muodostamisek-30 si; anodi on sähköisesti kytketty kennoelementin läpi katodiin kennoelementin täydentämiseksi.

Keksinnön mukaiselle kennoelementille on tunnusomaista, että kennoelementti on yhtenäisesti muodostettu valet-35 tavan metallin yhdestä yksikkövalusta ja se käsittää

II

79146 5 oleellisesti tasomaisen sulkuseinäosan, perifeerisen laip-paosan, ja anodin ja katodin erotusvälineet kahden vierekkäisen kennon anodin ja katodin pitämiseksi ennaltamäärä-tyn välimatkan päässä tasomaisesta sulkuseinäosasta; 5 anodin erotusvälineet käsittävät lukuisia anodi- ulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta anolyyttiosastoon, joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä; katodin erotusvälineet käsittävät lukuisia katodi-10 ulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta katolyyttiosastoon, joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä; anodiulokkeet sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että anolyytti voi vapaasti kiertää koko ano-15 lyyttiosaston läpi, ja vastaavasti katodiulokkeet sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että katolyytti voi vapaasti kiertää koko katolyyttiosaston läpi.

Keksinnön mukaiselle kennoyksikölle ovat puolestaan tunnusomaisia patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa 20 kuvatut piirteet.

Edullisesti kennoelementin valettava materiaali on rautaa tai terästä tai niiden seoksia.

Keksinnön mukaisen kennoyksikön eräälle suoritusmuodolle on tunnusomaista, että se käsittää 25 anolyytin puoleisen vuorauksen, joka on valmistettu metallilevystä ja sovitettu kennoelementin pintojen yli; anolyytin puoleinen vuoraus on sähköä johtavaa metallia, joka on anolyyttiosastoympäristön aiheuttamaa korroosiota kestävä; 30 vuoraus on muodostettu siten, että se sovittuu ano- diulokkeiden yli ja niiden ympäri, ja että vuoraus on yhdistetty anodiulokkeisiin; ja että vuoraus on riittävästi puristettu välimatkan päässä toisistaan olevien anodiulokkeiden ympärille kohti taso-35 maista sulkuseinäosaa, ulokkeiden välisiin tiloihin siten, 6 791 46 että anolyytti voi vapaasti kiertää vuoratun kennoelemen-tin ja viereisen kennoyksikön membraanin välissä, jolloin vuoraus korvaa kennoelementin anolyyttikammion vieressä sijaitsevan pinnan yhtenä anolyyttiä koskettavana rajapin-5 tana.

Edullisesti tämä anolyytin puoleinen sivuvuoraus on yhdistetty hitsaamalla anodiulokkeisiin metallivälikap-paleen välityksellä, joka välikappale sijaitsee ulokkeiden ja vuorauksen välissä, ja jolloin metallivälikappaleen 10 metalli ei ole pelkästään itsessään hitsattava, vaan se on myös hitsauksen suhteen yhteensopiva sekä anolyytin puoleisen vuorauksen metallin että sen metallin kanssa, josta kennoelementti on valmistettu.

Vielä edullisemmin anodiulokkeiden ja anolyytin 15 puoleisen vuorauksen väliin on sijoitettu metallivälikap-paleita, joista kullakin metallivälikappaleella on ainakin kaksi metallikerrosta liitettynä toisiinsa siten, että välikappaleen toisen puolen ulkopuolinen metallikerros koskettaa anodiuloketta ja välikappaleen vastakkaisen puo-20 Ien ulkopuolinen metallikerros koskettaa anolyytin puoleista vuorausta, jolloin välikappaleen kutakin anodiuloketta koskettava metallikerros on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen rautametallin kanssa, josta anodiulokkeet on valmistetut, ja jolloin metallikerros on hitsattu ano-25 diulokkeisiin, ja välikappaleen sen puoleinen metallikerros, joka koskettaa anolyytin puoleista vuorausta on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen metallin kanssa, josta anolyytin puoleinen vuoraus on valmistettu, jolloin tämä metallikerros on hitsattu mainittuun vuoraukseen siten, 30 että vuoraus on hitsattu anodiulokkeisiin välikappaleiden välityksellä.

Vanadiinia olevat välikappaleet ovat erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti sijoitettu anodiulokkeiden ja viereisen titaania olevan anolyytin puoleisen vuorauk-35 sen väliin, ja että titaania oleva anolyytin puoleinen 7 791 46 vuoraus on hitsattu rautametallia oleviin metalliulokkei-siin vanadiinia olevien välikappaleiden välityksellä.

Katolyytin vuorausta vaaditaan tavallisesti harvemmin kuin anolyytin vuorausta. On kuitenkin useita tapauk-5 siä, kuten suuriväkevyyksisissä emäksisissä katolyytti-osastoissa, jolloin katolyytin puoleinen vuoraus vaaditaan yhtenäisen kennoelementin katolyytin puolella. Täten tämän keksinnön eräälle suoritusmuodolle on tunnusomaista, että se käsittää 10 katolyytin puolella olevan vuorauksen, joka on val mistettu metallilevystä, joka on sovitettu kennoelement-tiin pintojen yli; katolyytin puoleinen vuoraus on sähköä johtavaa metallia, joka on katolyyttiosastoympäristön aiheuttamaa 15 korroosiota kestävä; vuoraus on muodostettu siten, että se sovittuu ka-todiulokkeiden yli ja niiden ympäri, jolloin vuoraus on yhdistetty kennoelementtiin ulokkeiden kohdalla; ja että 20 vuoraus on riittävästi puristettu välimatkan päässä toisistaan olevien katodiulokkeiden ympärille kohti tasomaista sulkuseinäosaa ulokkeiden välisiin tiloihin siten, että katolyytti voi vapaasti kiertää vuoratun kennoelementin ja viereisen katolyyttikammion membraanin välissä, 25 jollon vuoraus korvaa kennoelementin katolyyttiosaston pinnan yhtenä katolyyttiä koskettavana rajapintana.

Eräissä tapauksissa on edullista, että katolyytin puoleinen vuoraus on liitetty katodiulokkeisiin hitsaamalla metallivälikappaleen välityksellä, joka välikappale 30 sijaitsee ulokkeiden ja vuorauksen välissä, jolloin metal-livälikappaleen metalli ei ole pelkästään itsessään hitsattava, vaan se on myös hitsauksen suhteen yhteensopiva sekä katolyytin puoleisen vuorauksen metallin että sen metallin kanssa, josta kennoelementti on valmistettu.

35 Edelleen on edullista, että metallivälikappaleella 8 79146 on ainakin kaksi yhteenliitettyä metallikerrosta, joista välikappaleen kuhunkin katodiulokkeeseen koskettava metal-likerros on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen rautametallin kanssa, josta anodiulokkeet on valmistettu, jolloin 5 mainittu metallikerros on hitsattu katodiulokkeisiin, ja että välikappaleen katolyytin puoleista vuorausta koskettavan seinän metallikerros on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen metallin kanssa, josta katolyytin puoleinen vuoraus on valmistettu, jolloin tämä metallikerros on hit-10 sattu vuoraukseen siten, että vuoraus on hitsattu katodi-ulokkeisiin välikappaleiden välityksellä.

Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viittaamalla piirroksiin, jotka esittävät keksinnön suositeltavaa toteutusta. Samat viitenumerot tarkoittavat samoja osia 15 eri piirroksissa, jolloin kuvio 1 on osiinsa hajotettu, osittain avattu, perspektiivikuva tämän keksinnön mukaisesta yhtenäisestä kennoelementistä 12 ja siitä on esitetty toisiinsa liittyvät osat, jotka muodostavat bipolaarisia elektrodeja 20 käyttävän suodatuspuristustyyppisen kennoyksikön 10 tällaisten kennoyksikköjen muodostamasta kennosarjasta, kuvio 2 on poikkileikkausesitys kolmesta suodatus-puristustyyppisestä kennoyksiköstä 10, joissa käytetään esillä olevan keksinnön mukaisia yhtenäisiä kennoelement-25 tejä 12. Kennoyksiköt on esitetty tavalla, jolla ne esiintyisivät suodatuspuristinkennosarjassa. Poikkileikkaus on pitkin viivaa 2-2 kuvioissa 4 ja 5, kuvio 3 on osiinsa hajotettu osasivukuva kennora-kenteesta pitkin viivaa 3-3 kuvioissa 4 ja 5, 30 kuvio 4 on osittain avattu pintakuva kennoyksiköstä 10 katsottuna katodin puolelta ja kuvio 5 on osittain avattu pintakuva kennoyksiköstä 10 katsottuna anodin puolelta.

Tarkasteltaessa kuvioita 1, 2 ja 3, on niissä esi-35 tetty bipolaarisia elektrodeja käyttävä, suodatuspuristin- il 79146 9 tyyppinen elektrolyyttinen kennoyksikkö 10, jossa käytetään tämän keksinnön mukaisen yhtenäisen keskeisen kenno-elementin 12 suositeltavaa toteutusta. Tätä kennoa kutsutaan myös tasolevykennoksi.

5 Suositeltavassa toteutuksessa kennoelementti on valmistettu valetusta teräksestä. Siinä on yhtenäinen kes-kisulkuseinä 14, kehälaippa 16, joka ulottuu sivusuunnassa keskeisen sulkuseinän 14 kehän molemmille puolille, esiin pistävät ja toisistaan erillään olevat anodiulokkeet 18 10 ja esiin pistävät ja toisistaan erillään olevat katodi-ulokkeet 20.

Koska nämä osat on kaikki valettu yhtenäiseksi yhdeksi elementiksi 12, monet vaikeudet poistuvat samanaikaisesti tai pienenevät suuresti. Esimerkiksi useimmat 15 kieroutumisvaikeudet, nestevuotovaikeudet, sähkövirran väärän jakautumisen aiheuttamat vaikeudet ja hankaluudet kennoa rakennettaessa massatuotannossa vähenevät voimakkaasti. Tämä kennorakenteen yksinkertaisuus sallii ken-norakenteiden rakentamisen, jotka ovat huomattavasti luo-20 tettavampia ja valmistettavissa paljon taloudellisemmin.

Viereisen kennon anolyyttiosasto 22 voidaan nähdä kennoelementin 12 oikealla puolella. Kennoelementin 12 vasemmalla puolella voidaan nähdä toisen viereisen kennon katolyyttiosasto. Täten kennoelementti 12 eroittaa yhden 25 kennon toisesta. Eräs tämäntyyppisten kennojen erittäin tärkeä piirre on sähkön johtaminen yhdestä kennosta toiseen mahdollisimman halvalla.

Keskielementin 12 anolyyttiosaston puoleisella sivulla on vuoraus 26, joka on tehty yhdestä titaanilevystä. 30 Tämä vuoraus 26 on kuumamuotoiltu puristimessa sillä tavalla, että se mukautuu tiiviisti yhtenäisen keskikennoyk-sikön 12 pinnan ylitse ja oleellisesti sitä vastaan sen anolyyttiosaston puolella. Tämän tarkoitus on suojata ken-noelementin 12 teräs anolyyttiosaston 22 korrosioivaa ym-35 päristöä vastaan. Vuoraus 26 muodostaa myös anolyyttiosas- 10 791 46 ton 22 vasemman rajapinnan, jolloin ioninvaihtomembraani 27 muodostaa oikean rajapinnan (kuten kuviosta 3 voidaan havaita). Kennoelementti 12 on valettu siten, että sen kehärakenne muodostaa laipan 16, joka toimii anolyytti- 5 osaston 22 ulkorajapinnan lisäksi myös katolyyttiosaston 24 ulkorajapintana. Edullisesti titaanivuoraus 26 on muodostettu jännityksettömänä vuorauksen saamiseksi, johon atomimuodossa oleva vety ei vaikuta nopeasti hauraan, sähköä johtamattoman titaanihydridin muodostamiseksi. Atomi-10 muodossa olevan vedyn tiedetään vaikuttavan nopeammin jännityksen alaiseen titaaniin. Näiden jännitysten välttäminen vuorauksessa aikaansaadaan kuumamuotoilemalla vuoraus puristimessa kohotetussa, noin 482-538°C olevassa lämpötilassa. Sekä vuorausmetalli että puristin kuumennetaan 15 tähän lämpötilaan ennen vuorauksen puristamista haluttuun muotoon. Vuorausta pidetään sitten kuumennetussa puristimessa noin 45 minuuttia jännitysten muodostumisen estämiseksi sen jäähtyessä huoneenlämpötilaan.

Titaanivuoraus 26 kiinnitetään teräksiseen kenno-20 elementtiin vastushitsauksen avulla. Tämä suoritetaan epäsuorasti hitsaamalla vuoraus 26 katkaistun kartion muotoisten, yhtenäisten anodiulokkeiden 18 tasomaisiin päihin 28 vanadiinikiekkojen välityksellä. Vanadiini on metalli, joka itsessään on hitsattava ja joka hitsauksen suhteen 25 on yhteensopiva titaanin ja teräksen kanssa. Hitsauksen suhteen yhteensopivalla tarkoitetaan, että yksi hitsattava metalli muodostaa taipuisan kiinteän liuoksen toisen hitsattavan metallin kanssa kiinnitettäessä metallit hitsaamalla yhteen. Titaani ja teräs eivät ole keskenään hit-30 sauksen suhteen yhteensopivia, mutta molemmat ovat hitsauksen suhteen yhteensopivia vanadiinin kanssa. Täten va-nadiinikiekkoja 30 käytetään välimetallina teräksisten anodiulokkeiden 18 ja titaanivuorauksen välillä niiden hitsaamiseksi toisiinsa sähkökytkennän muodostamista var-35 ten vuorauksen 26 ja keskikennoelementin 12 välille sekä η 79146 mekaanisen tuen muodostamiseksi keskikennoelementtiin 12 vuorauksen 26 tukemiseksi.

Anolyytin puoleisen vuorauksen 26 edullinen, tiivis mukautuminen keskikennoelementtiä 12 vastaan voidaan ha-5 väitä piirroksesta (kuvio 2). Vuorauksessa 26 on syvennyksiä tai onttoja kupuja 32 siihen puristettuina. Nämä kuvut 32 on muotoiltu katkaistun kartion muotoisiksi ja ovat ne onttoja yhtenäisyyden asemasta kuten anodiulokkeet 18 ovat. Kupujen 32 koko ja sijainti ovat sellaiset, että ne 10 sopivat tiiviisti anodiulokkeiden 18 päälle ja ympärille. Kupujen painumasyvyys on sellainen, että niiden sisäpuoliset päät 34 ovat päittäin kiinni vanadiinikiekoissa 30, kun kiekot 30 ovat päittäin kiinni anodiulokkeiden 18 tasomaisissa päissä 28, kun nämä osat hitsataan yhteen.

15 Ulokkeiden ja kupujen muoto ei ole merkityksellinen. Ne voivat olla muodoltaan neliömäisiä tai muoto voi olla jokin muu sopiva. Kuitenkin niiden päiden 28 täytyy kaikkien olla tasomaisia ja niiden kaikkien täytyy olla samassa kuvitellussa geometrisessa tasossa. Itse asiassa nämä ano-20 diulokkeet ja kuvut voidaan muotoilla ja sijoittaa siten, että ne ohjaavat anolyytin ja kaasun kierrätystä.

Vuoraus 26 on kiinnitetty hitsaamalla sen kupujen 32 sisäpuolisista päistä 34 anodiulokkeiden 18 tasaisiin teräspäihin 28 niiden väliin sijoitettujen, hitsauksen 25 suhteen yhteensopivien vanadiinikiekkojen 30 välityksellä.

Anodi 36 on oleellisesti tasainen, rei'itetty metallilevy tai kudottu metallilankaverkko, joka on valmistettu titaanista ja on sillä edullisesti ruteenioksidika-talyyttiä oleva päällyste. Se on hitsattu suoraan vuorauk-30 sen 26 syvennysten 32 tasomaisiin päihin 38. Nämä hitsit muodostavat sähköisen kytkennän ja mekaanisen tuennan anodia varten. Muita katalyyttipäällysteitä voidaan myös käyttää.

Kuviossa 2a membraani 27 on sijoitettu yhden kenno-35 yksikön 10 anodin 36 ja seuraavan viereisen kennoyksikön 12 79146 10 katodin väliin niin, että muodostuu elektrolyysikenno jokaisen kahden vierekkäisen yhtenäisen keskikennoelemen-tin 12 keskisulkuseinien väliin.

Edustavia selektiivisesti läpäisevistä membraani-5 tyypeistä, joita voidaan käyttää tässä keksinnössä, ovat ne, jotka on esitetty seuraavissa US-patenteissa: 3 909 378, 4 329 435, 4 065 366, 4 116 888, 4 126 588, 4 209 635, 4 212 713, 4 251 333, 4 270 996, 4 123 336, 4 151 053, 4 176 215, 4 178 218, 4 340 680, 4 357 218, 10 4 025 405, 4 192 725, 4 330 654, 4 337 137, 4 337 211, 4 358 412 ja 4 358 547.

Luonnollisesti kuuluu tämän keksinnön alueeseen elektrolyysikenno, joka on muodostettu kahden kennoyksikön väliin moniosastoiseksi elektrolyysikennoksi käyttäen 15 useampaa kuin yhtä membraania, esimerkiksi kolmeosastoi-seksi kennoksi kahden membraanin kanssa, jotka on sijoitettu toisistaan erilleen osaston muodostamiseksi niiden väliin sekä osaston muodostamiseksi kummankin membraanin vastakkaiselle puolelle jokaisen membraanin ja sitä vas-20 taavan viereisen kennoyksikön 10 väliin.

Anodin 36 sijainti anolyyttiosastossa 22 membraanin 27 ja titaanilla vuoratun keskisulkuseinän 14 suhteen määrätään laipan 16 sivusuuntaisen etäisyyden mukaan keski-sulkuseinästä 14, anodiulokkeiden etäisyydestä keskisulku-25 seinästä 14, vanadiinikiekkojen 30 paksuudesta, vuorauksen 26 paksuuden mukaan ja niin edelleen. Voidaan helposti havaita, että anodia 36 voidaan siirtää asemasta, jossa se on päivittäin kosketuksessa membraanin 27 kanssa, asemaan, jolloin on verrattain suuri rako membraanin 27 ja 30 anodin 36 välillä muuttamalla näitä suhteita, esimerkiksi muuttamalla anodiulokkeiden 18 etäisyyttä keskisulkusei-nästä 14. On kuitenkin edullista, jos laippa 16 keskisulkuseinän 14 anolyytin puolella ulottuu samalle etäisyydelle kuin anodiulokkeet 18 ulottuvat keskisulkuseinästä 14. 35 Tämä auttaa kennoelementin 12 rakenteen yksinkertaistamis-

II

791 46 13 ta, koska tässä tapauksessa metallin tasoituskone voi tasoittaa anodiulokkeiden 18 molemmat päätypinnat 28 sekä laippapinnan 16a samanaikaisesti siten, että nämä pinnat ovat kaikki samassa geometrisessä tasossa. Sama etu saa-5 vutetaan vastaaville pinnoille kennoelementin 12 katolyy-tin puolella, s.o. on edullista, jos katodiulokkeiden 20 tasomaiset päädyt 40 ja laipan pinta 16c, joka sijaitsee elementin 12 katolyytin puolella, kaikki koneistetaan siten, että ne kaikki ovat samassa geometrisessa tasossa.

10 Nesteen tiivistystarkoituksia varten membraanin 27 ja laipan pinnan 16a välillä on edullista muotoilla ano-lyyttivuoraus 26 kupin muotoon, jonka erillään oleva reunus 42 ulottuu sen kehän ympäri. Reunus 42 sopii tiiviisti laipan pintaa 16a vastaan. Membraanin ulkokehä sopii tii-15 viisti anolyytin vuorauksen reunusta 42 vastaan ja kehä-tiiviste 44 sopii tiiviisti membraanin 27 kehän toista pintaa vastaan. Kennosarjassa, kuten kuviossa 2 on esitetty, tiiviste 44 on tiiviisti laipan pintaa 16c vastaan seuraavan viereisen kennoelementin 12 katalyyttipuolella 20 ja on tiiviisti membraania 27 vastassa, jos vuorausta 48 ei käytetä.

Vaikka vain yksi tiiviste 44 on esitetty, käsittää tämä keksintö tiivisteiden käytön membraanin 27 molemmilla puolilla. Se käsittää myös tapauksen, jossa reunusta 42 25 ei käytetä.

Kennoelementin 12 sillä puolella, joka on vastassa anolyyttiosastoa, s.o. katolyytin puolella, ei ole kuviossa 1 esitetty katolyytin puoleista vuorausta, vaikka kuvioissa 2, 3 ja 4 on esitetty katolyytin puoleinen vuoraus 30 48. Tämän tarkoitus on esittää sitä seikkaa, että kahden vuorauksen käyttö on joskus edullista mutta joskus ei ole. Useimmiten metalli, josta keskikennoelementti 12 on valettu, soveltuu myös käytettäväksi joko katolyyttiosastossa 24 tai anolyyttiosastossa 22. Esimerkiksi kennosarjassa, 35 jossa elektrolysoidaan natriumkloridin vesiliuosta nat- 14 79146 riumhdyroksidin ja/tai vetykaasun muodostamiseksi kato-lyyttiosastossa 24, rautamateriaali kuten teräs on täysin sopiva käytettäväksi katolyyttiosaston metalliosana useimmissa kennon käyttölämpötiloissa ja emäsväkevyyksissä, 5 esimerkiksi natriumhydroksidin 22 prosentin väkevyyden alapuolella ja noin 85°C alapuolella olevissa käyttölämpötiloissa. Täten jos kennoelementti 12 on valmistettu rautamateriaali s ta kuten teräksestä ja jos natriumhydroksidia valmistetaan pitoisuuksina, jotka ovat pienempiä kuin noin 10 22 prosenttia ja kennon käyttölämpötila on 85°C alapuolel la, ei suojavuorausta vaadita kennoelementin 12 katolyytin puolella teräsosan 12 suojaamiseksi korroosiolta. Kuitenkin vaaditaan titaania oleva anolyyttipuolen vuoraus 26 anolyytin puolella. Täten kuviossa 1 ei ole esitetty kato-15 lyyttipuolen vuorausta 48. Sen asemasta tasomainen, rei-itetty metallikatodi 46 (joka myös on valmistettu tässä kuvion 1 mukaisessa toteutuksessa teräksestä) on kiinnitetty vastushitsauksen avulla suoraan katodiulokkeiden 20 päihin.

20 Tarkasteltaessa kuvioita 2 ja 3, kennoelementin 12 katolyyttipuoli (vasen puoli) on esitetty sen anolyyttipuolen peilikuvana. Laippa 16 muodostaa katolyyttiosaston 24 ulkokehän rajapinnan, kun taas keskisulkuseinä 14 ja membraani 27 muodostavat sen muut rajapinnat. Toisistaan 25 erillään olevat katodiulokkeet ovat yhtenäisiä, katkaistun kartion muotoisia ulokkeita, jotka ulottuvat ulospäin kes-kisulkuseinästä 14 katolyyttiosastoon 24. Tasopintainen, rei'itetty teräslevykatodi 46 on kiinnitetty hitsaamalla suoraan katodiulokkeiden 20 tasomaisiin päätyihin 40.

30 Kuvioiden 2, 3 ja 4 mukaan katolyytin puoleinen vuoraus 48 on valmistettu metallista, joka vastustaa erittäin hyvin katolyyttiosaston 24 ympäristön korrosioivaa vaikutusta, kuten kuvioissa on esitetty. Metallin täytyy olla riittävän taipuisaa ja työstettävä niin, että se voi-35 daan puristaa yhdestä metallilevystä esitettyyn ei-taso- 791 46 15 maiseen muotoon. Tämä käsittää kyvyn syvennysten tai kupujen 70 muodostamiseen levyyn. Kuvut 70 sijaitsevat toisistaan erillään siten, että ne sopivat tiiviisti toisistaan erillään olevien katodiulokkeiden 20 ylitse ja ympä-5 ri. On edullista, jos katolyytin puoleisessa vuorauksessa on syvennetyt reunukset, jotka ulottuvat sen kehän ympäri siten, että ne ovat kosketuksessa laipan pinnan 16c kanssa keskikennoelementin 12 sivulla, joka on katolyyttiosaston 24 vieressä. Vuoraus 48 on edullisesti kiinnitetty keski-10 kennoelementtiin 12 vastushitsauksen avulla vuorauksen syvennysten sisäpuolisista päädyistään katodiulokkeiden 20 tasomaisiin päätyihin 40. Täten on edullista, jos vuorauksen 48 metalli ja keskeinen tukielementti 12 ovat hitsauksen suhteen yhteensopivia keskenään. Jos nämä metal-15 lit eivät ole hitsauksen suhteen yhteensopivia keskenään, on käytettävä metallikiekkoja tai välikappaleita tai välikappaleiden yhdistelmiä, jotka ovat hitsauksen suhteen yhteensopivia vuorauksen 48 ja kennoelementin 12 metallien kanssa. Nämä kiekot 78 sijoitetaan katodiulokkeiden taso-20 maisten päiden 40 ja vuorauksen syvennysten 70 sisäpuolisten päätyjen 74 väliin, jotka vastaavat ulokkeiden päitä 40 ja hitsataan ne katodiulokkeiden 20 päihin 40. Kato-lyyttivuoraus 48 kiinnitetään sitten hitsaamalla katodi-ulokkeiden 20 päihin 40 metallikiekkojen 78 välityksellä. 25 Katodi hitsataan sitten kiinni syvennysten 70 ulkopuolisiin päätyihin 76. Vuorauksen jokaisen syvennyksen 70 kiinnittäminen metallikiekkojen 78 välityksellä katodi-ulokkeiden 20 päätyihin 40 voidaan tehdä vain yhden hitsin avulla, s.o. metallikiekkoa ei tarvitse itse hitsata etu-30 käteen.

Metallikiekot 78 ja 30 voidaan valmistaa metallista, joka on hitsauksen suhteen yhteensopiva sekä kennoelementin 12 ja vastaavien vuorausten 26 tai 48 metallien kanssa. On huomattava, että metallikiekot voivat muodostua 35 useammasta kuin kahdesta metallikerroksesta, kuten kolme- 16 79146 kerroksisesta, räjähdysliitetystä kiekosta, joka muodostuu titaanista, kuparista ja rautamateriaalista.

Sekä tasopintaisen anodin 36 ja tasopintaisen katodin 46 ulkoreunat on valssattu sisäänpäin kohti kennoele-5 menttiä 12 ja poispäin membraaneista 27. Tämä tehdään estämään näiden elektrodien joskus hammasmaisten reunojen kosketus membraanien 27 kanssa ja sen repeytyminen.

On huomattava, että keskikennoelementin kehälaipan 16 kulmat 16b on valmistettu siten, että kenno voi toimia 10 normaali-ilmanpainetta korkeammassa paineessa. Luonnollisesti kennon muoto voi olla pyöreä tai suorakulmainen tai muodoltaan jokin muu sopiva. Pyöreä muoto olisi todennäköisesti käytännöllisin erittäin korkeita paineita varten.

Käytettäessä suolaliuosta syöttönä kennoon toimii 15 kenno seuraavasti. Suolaliuossyöttöä johdetaan jatkuvasti anolyyttiosastoon 22 putken 60 kautta ja tuoretta vettä voidaan syöttää katolyyttiosastoon 24 putken 64 kautta (kuviot 4 ja 5). Sähköteho (tasavirta) kytketään kennosar-jan ylitse siten, että jokaisen elektrolyysikennon anodi 20 on positiivinen tämän elektrolyysikennon katodin 46 suhteen. Poisluettuna depolarisoidut katodit ja anodit etenee elektrolyysi seuraavasti. Kloorikaasua muodostuu jatkuvasti anodilla 36; natriumkationit siirtyvät membraanin 27 lävitse katolyyttiosastoon katodin 46 sähköstaattisen ve-25 tovoiman vaikutuksesta. Katolyyttikammiossa 24 muodostuu jatkuvasti vetykaasua ja natriumhydroksidin vesiliuosta. Kloorikaasu ja laimentunut suolaliuos virtaavat jatkuvasti anolyyttiosastosta 22 putken 62 kautta, kun taas vetykaasua ja natriumhydroksidia poistuu jatkuvasti katolyytti-30 osastosta 24 putken 66 kautta. Depolarisoituja elektrodeja voidaan käyttää haluttaessa vedyn tai kloorin tai molempien muodostumisen estämiseksi.

Käytettäessä kennosarjaa elektrolyyttisenä kenno-sarjan NaCl-liuosta varten ovat määrätyt käyttöolosuhteet 35 suositeltavia. Anolyyttiosastossa on edullista ylläpitää

II

791 46 17 pH-arvoa 0,5 - 5,0. Syöttösuolaliuos sisältää edullisesti vain vähäisiä määriä moniarvoisia kationeja (vähemmän kuin noin 0,8 g/1 ilmaistuna kalsiumina). Suurempi moniarvoisen kationin pitoisuus voidaan sietää samoin edullisin tulok-5 sin, jos syöttösuolaliuos sisältää hiilidioksidia, jonka pitoisuus on pienempi kuin noin 70 ppm, jos syöttösuola-liuoksen pH-arvo on pienempi kuin 3,5. Käyttölämpötilat voivat olla alueella 0°C - 250°C mutta edullisesti ovat ne noin 60°C yläpuolella. Suolaliuos, josta on poistettu mo-10 niarvoiset kationit ioninvaihtohartsin avulla tavanomaisen suolaliuoksen käsittelyn jälkeen, on osoittautunut erikoisen käyttökelpoiseksi membraanin käyttöiän suhteen. Pieni rautapitoisuus syöttösuolaliuoksessa on edullinen membraanin eliniän pidentämiseksi. Edullisesti syöttösuolaliuok-15 sen pH-arvo pidetään pienempänä kuin 4,0 lisäämällä suolahappoa.

Edullisesti pidetään paine katolyyttiosastossa hieman korkeampana kuin anolyyttiosastossa, mutta edullisesti paine-ero ei ole suurempi kuin noin 30 vesisenttimetriä. 20 Tätä paine-eroa valvotaan edullisesti tasoitussäiliön avulla, jollainen on esitetty esimerkiksi US-patentissa ’ 4 105 515.

Edullisesti käyttöpaine pidetään pienempänä kuin 7 ilmakehää.

25 Tavallisesti kennoa käytetään virtatiheydellä 0,155 0,62 A/cm2, mutta eräissä tapauksissa toiminta virtatiheydellä 0,62 A/cm2 on täysin hyväksyttävä.

Jos metallivuorausta käytetään kennorakenteen molemmilla puolilla kloorialkalikennossa, on katolyyttipuo-30 Ien vuorauksen 48 valmistaminen nikkelistä edullista, jos emäksen pitoisuus katolyyttiosastossa 24 pidetään suurem-pana kuin noin 22 painoprosenttia ja kennon elektrolyytin toimintalämpötila pidetään noin 80 eC yläpuolella. Tämä nikkelivuoraus 48 muodostetaan, työstetään oikeisiin mit-35 töihin ja kiinnitetään keskikennoelementtiin 12 oleelli- 18 791 46 sesti samalla tavalla kuin titaanivuoraus 26 anolyytin puolelle. Kuitenkin koska nikkeli ja teräs ovat hitsauksen suhteen yhteensopivia, ei niiden välissä sijaitsevien metallisten välikappaleiden tai kiekkojen käyttö ole tar-5 peen. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että keksinnön alueeseen ei kuuluisi hitsauksen suhteen yhteensopivien metal-likiekkojen käyttö katodiulokkeiden 20 ja katolyyttivuo-rauksen 48 välissä, jos anolyyttivuoraus 26 on liitetty anodiulokkeisiin 18 metallisten välikappaleiden välityk-10 sellä tai ilman niitä. Vuorausta voidaan käyttää yhdellä puolella, molemmilla puolilla tai ei kummallakaan puolella yhtenäistä kennoelementtiä 12.

Anolyyttiosaston syöttöaukko 56, anolyyttiosaston poistoaukko 50, katolyyttiosaston syöttöaukko 56 ja kato-15 lyyttiosaston poistoaukko (ei esitetty) on muodostettu valettaessa laipan 16 runkoon siihen osaan laippaa, joka on yhteydessä niitä vastaavan anolyyttiosaston 22 ja katolyyttiosaston 24 kanssa. Jos näissä osastoissa on vuoraukset 26, 48, muodostetaan vastaavat aukot vuorauksiin. Nämä 20 aukot voidaan nähdä kuvioissa 1 ja 2.

Kuvioissa 4 ja 5 on esitetty putket, jotka on liitetty vastaaviin aukkoihin, anolyytin syöttöputki 60, ano-lyytin poistoputki 62, katolyytin syöttöputki 61 ja kato-lyytin poistoputki 66.

25 Rautamateriaalien kuten raudan, teräksen ja ruos tumattoman teräksen lisäksi kennoelementti 12 voidaan valaa myös jostain muusta valettavasta metallista kuten nikkelistä, alumiinista, kuparista, kromista, magnesiumista, titaanista, tantaalista, kadmiumista, sirkoniumista, lyi-30 jystä, sinkistä, vanadiinista, volframista, iridiumista, rodiumista, koboltista ja näiden seoksista. Katolyyttipuo-len vuoraukset 48 on tavallisesti valittu myös näistä materiaaleista, jolloin yleisenä poikkeuksena ovat magnesium ja alumiini.

35 Anolyytin ja katolyytin puoleiset vuoraukset 26 ja

II

19 791 46 48 on edullisesti valmistettu riittävän hyvin työstettävistä materiaaleista niin, että ne voidaan muodostaa yhdestä levystä ja muotoon, jossa ne on piirroksissa esitetty. Tämä käsittää kyvyn niiden puristamiseksi siten, että 5 niihin saadaan katkaistun kartion muotoiset kupit 32 ja 70. On myös huomattava, että keksintöä ei rajoita se, että kupit 32 ja 70 ovat katkaistun kartion muotoiset eikä anodi- ja katodiulokkeiden 18 ja 20 muotoilu katkaistuiksi kartioiksi. Ne voidaan muotoilla ja sijoittaa siten, että 10 ne ohjaavat elektrolyyttien ja kaasun virtausta osastoissa 22 ja 24. Ulokkeiden 18 ja 20 päiden täytyy kaikkien olla tasomaisia ja yhdensuuntaisia tasomaisen elektrodin pinnan kanssa, johon ne tullaan liittämään. Ulokkeiden 18 ja 20 päiden pinta-alan täytyy olla riittävä niin, että sähkö-15 liitokset voidaan tehdä niihin vastaavia elektrodeja varten sähkön kulkutien muodostamiseksi, jonka sähkövastus on riittävän pieni. Ulokkeet 18 ja 20 täytyy sijoittaa erilleen toisistaan siten, että ne muodostavat verrattain tasaisen ja verrattain pienen sähköpotentiaalin gradientin 20 elektrodin pinnan ylitse, johon ne on kiinnitetty. Ne täytyy sijoittaa erilleen toisistaan siten, että ne sallivat vapaan elektrolyytin kierron jokaisesta vapaasta kohdasta niitä vastaavassa elektrolyyttiosastossa jokaiseen muuhun vapaaseen kohtaan tässä osastossa. Täten ulok-25 keet on sijoitettava verrattain tasaisesti toisistaan erilleen vastaavissa osastoissaan. On huomattava, että vaikka anodiulokkeet 18 ja katodiulokkeet 20 on esitetty toisiaan vastassa keskisulkuseinän suhteen, ei näin tarvitse menetellä. Ne voivat olla sijoitettu sivuun toisis-30 taan sulkuseinän 14 suhteen.

Materiaalit, joista anodi- ja katodiulokkeet 18 ja 20 on valmistettu, ovat luonnollisesti samoja kuin kenno-elementissä 12, koska tämän keksinnön osana on niiden muodostaminen kennoelementin yhtenäiseksi osaksi.

35 Anolyytti- ja katolyyttipuolen vuorausten 26 ja 48 20 79146 täytyy olla sähköisesti johtavia, vastustuskykyisiä elekt-rolyyttiosaston ympäristön kemiallista vaikutusta vastaan, jolle ne joutuvat alttiiksi ja riittävän taipuisia syvennysten 32 ja 70 muodostamiseksi niihin.

5 Luonnollisesti metallit, joista anolyytin ja kato- lyytin puoleiset vuoraukset 26 ja 48 valmistetaan, ovat tavallisesti erilaisia erilaisten elektrolyyttisten korroosio-olosuhteiden vuoksi, joille ne altistuvat. Tämä koskee kloori-alkalikennoelektrolyyttien lisäksi myös mui-10 ta elektrolyyttejä. Täten valittujen metallien täytyy soveltua olosuhteisiin, joihin ne tullaan sijoittamaan. Tyypillisesti titaani on suositeltava metalli anolyytti-osaston vuorausta 26 varten. Muita metalleja, jotka soveltuvat näihin olosuhteisiin, voidaan tavallisesti löytää 15 seuraavasta ryhmästä: titaani, tantaali, niobium, hafnium, sirkonium ja niiden seokset.

Metallien lukumäärä, jotka soveltuvat katolyytin puoleista vuorausta 48 varten, on tavallisesti huomattavasti suurempi kuin niiden lukumäärä, jotka soveltuvat 20 anolyyttiosaston puolelle pääasiallisesti, koska useimmat metallit kestävät kemiallista vaikutusta verrattain suurissa pH-arvoissa, joita käytetään katolyytissa, sen sähköisen katodisen suojan ansiosta, jonka metalli muodostaa kennorakenteen 12 anolyyttipuolelle. Rautamateriaalit ovat 25 tavallisesti suositeltavia näiksi metalleiksi katolyytti-puolen vuorausta varten mukaanluettuna teräs ja ruostumaton teräs. Muihin vuorausmateriaaleihin kuuluvat, nikkeli, kromi, tantaali, kadmium, sirkonium, lyijy, vanadiini, volframi, iridium, koboltti ja näiden kaikkien metallien 30 seokset.

Yleisenä sääntönä metalli, jota käytetään katolyytin puoleista vuorausta 48 varten, soveltuu myös katodin 46 valmistamiseen. Tämä on samoin totta metallille ano-lyyttipuolen vuorausta 26 ja sen anodia 36 varten.

35 Jos käytetään vuorausmetallia, joka on hitsauksen li 791 46 21 suhteen yhteensoveltumaton kennorakenteen 12 metallin kanssa ja jos vuoraus 26 tai 48 on kiinnitettävä kennora-kenteeseen 12 hitsaamalla, sijoitetaan metalliset välikappaleet tai kiekot kennorakenteen ulokkeiden ja metallivuo-5 raueten väliin kohtiin, joissa hitsaukset suoritetaan. Nämä voivat olla yhdestä metallista muodostuvia kiekkoja, monikerroksisia metallikiekkoja tai metallikalvona, joka muodostetaan joko kennorakenteeseen 12 tai vuoraukseen 26 tai 48.

10 Esimerkki 1

Kennorakennekappale valettiin SA-216 laatua WCB olevasta teräksestä. Keskisulkuseinän paksuus oli likimain 1,27 cm. Katkaistun kartion muotoisten ulokkeiden kannan läpimitta oli 7,62 cm ja huipun läpimitta oli 3,81 cm.

15 Rakenteen kokonaismitat olivat likimain 40,64 x 50,8 cm ja ulokkeet sijaitsivat molemmilla puolilla (anodi ja katodi) ja suoraan vastakkain. Ulokkeiden päästä päähän etäisyys oli noin 6,35 cm.

Viimeistellyn valun pinnan laatu oli erinomainen.

20 Siitä leikattiin kappaleita jatkotutkimuksia varten. Sisäpuoliset aukot ulokeosissa olivat minimaaliset tai puur-tuivat kokonaan. Kennorakenteen laatu todettiin hyvin sopivaksi bipolaaristen elektrodien käyttöä varten.

Esimerkki 2

25 Kennorakennekappale valettiin SA-216 laatua WCB

olevasta teräksestä. Tässä määrätyssä rakenteessa oli reuna-alue aiottua kennorakennetta varten. Rakenteen kokonaismitat olivat 61 x 61 cm ja keskisulkuseinän paksuus oli 1,27 cm. Katkaistun kartion muotoisten ulokkeiden kan- 30 nan läpimitta oli 7,62 cm ja huipun läpimitta 3,81 cm. Ulokkeiden päästä päähän etäisyys oli noin 6,35 cm kuten myös kehän paksuus.

Valun jälkeen kappale koneistettiin sekä anodi-että katodipuolelta siten, että muodostui kaksi yhdensuun-*· 35 täistä tasoa. Anolyytin ja katolyytin kehärakenteet tut- 22 79146 kittiin tarkoin. Ei havaittu yhtään isoa aukkoa ja vain muutamia pieniä aukkoja. Kehän sivupinnat soveltuivat viimeisteltäviksi vain vähäisellä konetyömäärällä, mikä vaadittiin tiivistystä ja sulkemista varten. Kappaleesta 5 leikatuissa näytteissä aukkojen määrä oli minimaalinen tai niitä ei ollut lainkaan.

Esimerkki 3

Valettiin kennorakenteita mitoiltaan 1,22 m x 2,44 m olevaa elektrolyysipuristinta varten. Tämän esimerkin 10 tarkoitus oli todentaa määrätyn muodon valettavuus ja määrätä keskisulkuseinän paksuus. Tämän rakenteen keskisul-kuseinän paksuus oli likimain 1,43 cm. Katkaistun kartion muotoisten ulokkeiden kannan läpimitta oli 7,62 cm ja huipun läpimitta oli 3,81 cm. Ulokkeiden päästä päähän 15 etäisyys oli noin 6,35 cm kuten myös ulkokehän paksuus. Anodin ja katodin pintojen laatu oli hyväksyttävä, jolloin vain vähäisiä pintavikoja esiintyi valun muottipuolella. Käytettäessä muottia toistuvasti ei havaittu oleellisia muutoksia valun laadussa. Tämä esimerkki osoittaa että 20 tätä kokoa ja muotoa oleva teräsvalu oli toteutettavissa kennorakenteen massatuotantoa varten.

Il

Claims (10)

23 791 46

1. Kennoyksikkö, joka voidaan yhdistää muiden ken-noyksiköiden kanssa muodostamaan bipolaarisia elektrodeja 5 käyttävän, suodatuspuristintyyppiä olevan elektrolyyttisen kennosarjan, jolloin kennoyksikkö erotetaan viereisestä kennoyksiköstä selektiivisesti läpäisevän ioninvaihtomemb-raanin avulla, joka on tiivistävästi sijoitettu kunkin kennoyksikön väliin; kukin kennoyksikkö käsittää keskus-10 kennoelementin (12), joka fyysisesti erottaa kennoelemen-tin toisella puolella sijaitsevan anolyyttiosaston (22) katolyyttiosastosta (24), joka sijaitsee kennoelementin (12) vastakkaisella puolella; kennoelementillä (12) on toisella puolellaan anodi (36) anolyyttiosaston (22) muo-15 dostamiseksi ja vastakkaisella puolella katodi (46) kato-lyyttiosaston (24) muodostamiseksi; anodi on sähköisesti kytketty kennoelementin läpi katodiin kennoelementin täydentämiseksi, tunnettu siitä, että kennoelementti (12) on yhtenäisesti muodostettu va-20 lettavan metallin yhdestä yksikkövalusta ja se käsittää tasomaisen sulkuseinäosan (14), perifeerisen laippaosan (16), ja anodin ja katodin erotusvälineet (18, 20) kahden vierekkäisen kennoyksikön (10) anodin (36) ja katodin (46) pitämiseksi ennaltamäärätyn välimatkan päässä tasomaisesta 25 sulkuseinäosasta; anodin erotusvälineet (18) käsittävät lukuisia ano-diulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta (14) anolyyttiosastoon (22), joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä, jolloin 30 anodiulokkeet voidaan mekaanisesti ja sähköisesti kytkeä joko suoraan tai välillisesti anodiin (36) ainakin yhden yhteensopivan metallivälikappaleen (30) kautta, joka sijaitsee anodin (36) ja anodiulokkeiden (18) välissä; katodin erotusvälineet (20) käsittävät lukuisia 35 katodiulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan 24 79146 ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta (14) katolyytti-osastoon (24), joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä; jolloin katodiulokkeet (20) voidaan mekaanisesti ja sähköisesti kytkeä joko suoraan tai välillisesti katodiin 5 (46) ainakin yhden yhteensopivan metallivälikappaleen (78) kautta, joka sijaitsee katodin (46) ja katodiulokkeiden (20) välissä; ja että anodiulokkeet sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että anolyytti voi vapaasti kiertää koko ano-10 lyyttiosaston (22) läpi, ja vastaavasti katodiulokkeet (20) sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että katolyytti voi vapaasti kiertää koko katolyyttiosaston (24) läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kennoyksikkö, 15 tunnettu siitä, että se käsittää anolyytin puoleisen vuorauksen (26), joka on valmistettu metallilevystä ja sovitettu kennoele-mentin (12) pintojen yli; anolyytin puoleinen vuoraus on sähköä johtavaa me-20 tallia, joka on anolyyttiosastoympäristön aiheuttamaa korroosiota kestävä; vuoraus on muodostettu siten, että se sovittuu ano-diulokkeiden (18) yli ja niiden ympäri, ja että vuoraus on yhdistetty anodiulokkeisiin; ja että 25 vuoraus on riittävästi puristettu välimatkan päässä toisistaan olevien anodiulokkeiden ympärille kohti tasomaista sulkuseinäosaa (14), ulokkeiden välisiin tiloihin siten, että anolyytti voi vapaasti kiertää vuoratun ken-noelementin ja viereisen kennoyksikön membraanin (27) vä-30 Iissä, jolloin vuoraus korvaa kennoelementin anolyyttikam-mion vieressä sijaitsevan pinnan yhtenä anolyyttiä koskettavana rajapintana.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että sivuvuoraus (26) on yhdistetty 35 hitsaamalla anodiulokkeisiin (18) metallivälikappaleen 25 79146 (30) välityksellä, joka välikappale sijaitsee ulokkeiden (18) ja vuorauksen (26) välissä, ja jolloin metalliväli-kappaleen metalli ei ole pelkästään itsessään hitsattava, vaan se on myös hitsauksen suhteen yhteensopiva sekä ano-5 lyytin puoleisen vuorauksen metallin että sen metallin kanssa, josta kennoelementti on valmistettu.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että anodiulokkeiden (18) ja ano-lyytin puoleisen vuorauksen (26) väliin on sijoitettu me- 10 tallivälikappaleita (30), joista kullakin metallivälikap-paleella on ainakin kaksi metallikerrosta liitettynä toisiinsa siten, että välikappaleen toisen puolen ulkopuolinen metallikerros koskettaa anodiuloketta (18) ja välikappaleen vastakkaisen puolen ulkopuolinen metallikerros kos-15 kettaa anolyytin puoleista vuorausta (26), jolloin välikappaleen kutakin anodiuloketta koskettava metallikerros on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen rautametallin kanssa, josta anodiulokkeet on valmistetut, ja jolloin metallikerros on hitsattu anodiulokkeisiin, ja välikappaleen 20 sen puoleinen metallikerros, joka koskettaa anolyytin puoleista vuorausta on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen metallin kanssa, josta anolyytin puoleinen vuoraus on valmistettu, jolloin tämä metallikerros on hitsattu mainittuun vuoraukseen siten, että vuoraus on hitsattu anodi-25 ulokkeisiin välikappaleiden välityksellä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että vanadiinia olevat välikappaleet on sijoitettu anodiulokkeiden (18) ja viereisen titaania olevan anolyytin puoleisen vuorauksen (26) väliin, ·:·. 30 ja että titaania oleva anolyytin puoleinen vuoraus on hit sattu rautametallia oleviin metalliulokkeisiin vanadiinia olevien välikappaleiden välityksellä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että 35 se käsittää katolyytin puolella olevan vuorauksen 26 791 46 (48), joka on valmistettu metallilevystä, joka on sovitettu kennoelementtiin (12) pintojen yli; katolyytin puoleinen vuoraus on sähköä johtavaa metallia, joka on katolyyttiosastoympäristön aiheuttamaa 5 korroosiota kestävä; vuoraus on muodostettu siten, että se sovittuu ka-todiulokkeiden (20) yli ja niiden ympäri, jolloin vuoraus on yhdistetty kennoelementtiin ulokkeiden kohdalla; ja että 10 vuoraus on riittävästi puristettu välimatkan päässä toisistaan olevien katodiulokkeiden ympärille kohti tasomaista sulkuseinäosaa (14) ulokkeiden välisiin tiloihin siten, että katolyytti voi vapaasti kiertää vuoratun ken-noelementin ja viereisen katolyyttikammion membraanin (27) 15 välissä, jollon vuoraus korvaa kennoelementin katolyytti-osaston (24) pinnan yhtenä katolyyttiä koskettavana rajapintana.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että katolyytin puoleinen vuoraus 20 (48) on liitetty katodiulokkeisiin (20) hitsaamalla metal- livälikappaleen (78) välityksellä, joka välikappale sijaitsee ulokkeiden ja vuorauksen välissä, jolloin metalli välikappaleen metalli ei ole pelkästään itsessään hitsattava, vaan se on myös hitsauksen suhteen yhteensopiva 25 sekä katolyytin puoleisen vuorauksen metallin että sen metallin kanssa, josta kennoelementti on valmistettu.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kennoyksikkö, tunnettu siitä, että metallivälikappaleella (78) on ainakin kaksi yhteenliitettyä metallikerrosta, joista vä- 30 likappaleen kuhunkin katodiulokkeeseen (20) koskettava metallikerros on hitsauksen suhteen yhteensopiva sen rautametallin kanssa, josta anodiulokkeet on valmistettu, jolloin mainittu metallikerros on hitsattu katodiulokkeisiin, ja että välikappaleen katolyytin puoleista vuorausta 35 (48) koskettavan seinän metallikerros on hitsauksen suh- II 27 791 46 teen yhteensopiva sen metallin kanssa, josta katolyytin puoleinen vuoraus on valmistettu, jolloin tämä metalliker-ros on hitsattu vuoraukseen siten, että vuoraus on hitsattu katodiulokkeisiin välikappaleiden välityksellä.

9. Kennoelementti (12) suodatuspuristintyyppistä elektrolyysikennoa varten, tunnettu siitä, että kennoelementti (12) on yhtenäisesti muodostettu valettavan metallin yhdestä yksikkövalusta ja se käsittää oleellisesti tasomaisen sulkuseinäosan (14), perifeerisen 10 laippaosan (16), ja anodin ja katodin erotusvälineet (18, 20) kahden vierekkäisen kennon anodin ja katodin pitämiseksi ennaltamäärätyn välimatkan päässä tasomaisesta sul-kuseinäosasta; anodin erotusvälineet (18) käsittävät lukuisia ano-15 diulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta (14) anolyyttiosastoon (22), joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä; katodin erotusvälineet (20) käsittävät lukuisia katodiulokkeita, jotka ulkonevat ennaltamäärätyn matkan 20 ulospäin tasomaisesta sulkuseinäosasta (14) katolyytti-osastoon (24), joka on tasomaisen sulkuseinäosan vieressä; anodiulokkeet sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että anolyytti voi vapaasti kiertää koko ano-lyyttiosaston (22) läpi, ja vastaavasti katodiulokkeet 25 (20) sijaitsevat välimatkan päässä toisistaan siten, että katolyytti voi vapaasti kiertää koko katolyyttiosaston (24) läpi.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kennoelementti, tunnettu siitä, että valettava metalli on rautaa 30 tai terästä tai niiden seoksia. 79146 28