FI80298C - Elektrolyscell. - Google Patents

Description

1 80298

Elektrolyysikenno Tämä keksintö liittyy painesuodatintyyppiseen elek-trolyysikennoon, Jossa on joukko levymäisiä anodeja, kato-5 deja ja sähköisesti eristävästä materiaalista olevia tiivisteitä sekä ioninvaihtokalvo kunkin anodin ja viereisen katodin välissä muodostamassa kennoon useita anodiosastoja ja katodiosastoja, jossa elektrolyysikennossa ainakin tiivisteet sisältävät kukin joukon aukkoja, jotka elektrolyy-10 sikennossa muodostavat kennon pituussuunnassa osastoja, jotka toimivat osana kokoojaa, joista elektrolyysi voidaan ladata kennon anodiosastoihin, osana kokoojaa, josta nesteet voidaan ladata kennon katodiosastoihin, ja osana kokoojia, joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon 15 anodiosastoista ja katodiosastoista, kennon käsittäessä yhteysvälineet kokoojien ja anodi- ja katodiosastojen välillä,

Elektrolyysikennot muodostuvat tunnetusti joukosta anodeja ja katodeja, niin että kukin anodi on erotettu vie-20 reisestä katodista erottimella, joka jakaa elektrolyysi-kennon joukkoon anodi-katodiosastoja. Tällaisen kennon ano-diosastoissa ovat välineet elektrolyytin lataamiseksi kennoon, parhaiten yhteisestä kokoojasta ja välineet elektro-lyysituotteiden poistamiseksi kennosta. Samalla tavoin ken-25 non katodiosastoilla ovat välineet elektrolyysituotteiden poistamiseksi kennosta ja valinnaisesti välineet veden tai muiden nesteiden lataamiseen kennoon, parhaiten yhteisestä kokoojasta.

Tällaisissa elektrolyysikennoissa erotin voi olla 30 oleellisesti hydraulisesti läpäisemätön ja ionisesti valikoivasti läpäisevä kalvo, esim. kationeja valikoivasti läpäisevä kalvo.

Painesuodatintyyppiset elektrolyysikennot voivat muodostua suuresta määrästä vuorottelevia anodeja ja kato-35 deja, esimerkiksi 50 anodia vuoroin 50 katodin kanssa, 2 80298 vaikka kennossa voi olla vieläkin enemmän anodeja ja katodeja, esimerkiksi aina 150 anodia ja katodia. Anodit ja katodit voivat olla rakenteeltaan levymäisiä ja olla sähköisesti eristetty toisistaan sähköisesti eristävistä ai-5 neista valmistetuilla tiivisteillä. Vaikka painesuodatin-tyyppisiä elektrolyysikennoja voidaan käyttää monenlaisten elektrolyyttien elektrolyysissä, on niitä viime aikoina kehitetty käytettäviksi ensisijaisesti kloorin ja alkali-metallihydroksivesiliuosten tuotantoon.

10 Kun alkalimetallikloridin vesiliuosta elektrolysoi- daan kalvotyyppisessä elektrolyysikennossa, liuos ladataan kennon anodiosastoihin ja elektrolyysissä syntynyt kloori ja köyhtynyt alkalimetallikloridiliuos poistetaan anodi-osastoista, alkalimetalli-ionit kulkeutuvat kalvojen läpi 15 kennon katodiosastoihin, joihin on ladattu vettä tai laimeaa alkalimetallihydroksidiliuosta ja vety sekä alkali-metallihydroksidiliuos, jotka syntyvät alkalimetalli-ionien reagoidessa hydroksyyli-ionien kanssa, poistetaan kennon katodiosastoista.

20 Tällaisissa painesuodatintyyppisissä elektrolyysi- kennoissa elektrolyytti voidaan ladata kokoojasta kennon yksittäisiin anodiosastoihin ja vesi tai laimennettu alka-limetallihydroksidiliuos voidaan ladata kokoojasta kennon yksittäisiin katodiosastoihin ja elektrolyysituotteet voi-25 daan poistaa yksittäisistä anodi- ja katodiosastoista kennossa syöttämällä tuotteet erillisiin kokoojiin. Välineet elektrolyytin sekä veden tai laimean alkalimetallihydrok-sidiliuoksen lataamiseksi ja välineet elektrolyysituotteiden poistamiseksi voivat olla erillisiä putkia, jotka muo-30 dostavat yhteyden kokoojien ja kunkin kennon anodi- ja ka-todiosaston välillä. Vaihtoehtoisesti elektrolyysikenno voi muodostua joukosta anodilevyjä, katodilevyjä ja sähköisesti eristävästä aineesta olevia tiivisteitä tiivisteiden sijaitessa vierekkäisten anodilevyjen ja katodilevyjen 35 välissä eristäen näin kunkin anodilevyn viereisestä katodi-

II

3 80298 levystä tai katodilevyt ja anodilevyt voivat sijaita tiivisteiden sisässä, esimerkiksi kehysmäisten tiivisteiden syvennyksessä ja tiivisteet ja valinnaisesti katodi- ja anodilevyt, voivat sisältää joukon aukkoja, jotka yhdessä 5 muodostavat kennossa pituussuunnassa joukon kanavia, jotka toimivat kokoojina. Tällaisissa kennoissa välineet elektrolyytin lataamiseksi ja elektrolyysi tuotteiden poistamiseksi voivat olla kulkuteitä, esimerkiksi rakoja, tiivisteiden ja/tai anodi- tai katodilevyjen seinissä ja jotka kulkutiet 10 yhdistävät kokoojat elektrolyysikennon anodi- ja katodi-osastoihin. Tämäntyyppisiä elektrolyysikennoja kuvataan esimerkiksi GB-patentissa nro 1 595 183 ja EP-patenttiha-kemuksessa nro 0 064 608-A.

Elektrolyysikennoissa ja erityisesti painesuodatin-15 tyyppisissä elektrolyysikennoissa, jotka muodostuvat suuresta määrästä erillisiä anodi- ja katodiosastoja, on hyvin toivottavaa, että elektrolyytin virtausnopeus kuhunkin anodiosastoon olisi oleellisesti sama eli että täytyisi vallita elektrolyytin tasainen jakautuminen kokoojasta ano-20 diosastoihin. Mikäli esiintyy eri elektrolyytin virtausnopeuksia kokoojasta anodiosastoihin, elektrolyytin keskimääräinen konsentraatio ja elektrolyytin lämpötila voivat vaihdella anodiosastosta anodiosastoon, mistä aiheutuu epäedullisia seurauksia elektrolyysikennon käytön tehok-25 kuudelle. Edelleen ja erityisesti silloin kun elektrolyysi-kennoa käytetään nostetussa paineessa, on erityisen tärkeää, että paine kussakin elektrolyysikennon anodiosastos-sa on oleellisesti sama. Samalla tavoin on hyvin toivottavaa, että kennon katodiosastoissa on tasainen nesteiden ja-30 kauma ja tämän vuoksi nesteiden konsentraatiossa saisi olla vähän tai ei ollenkaan vaihtelua kennon katodiosastoissa ja kun elektrolyysikennoa käytetään nostetussa paineessa, tuli paineen kussakin elektrolyysikennon katodiosastossa olla oleellisesti sama.

35 Esillä oleva keksintö liittyy elektrolyysikennoon.

4 80298 jossa ovat välineet, jotka auttavat ylläpitämään nesteiden tasaista jakautumista elektrolyysikennon anodiosastoihin ja/tai katodiosastoihin ja jotka muttavat ylläpitämään samanlaista painetta kussakin anodiosastossa ja/tai saman-5 laista painetta kussakin katodiosastossa.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle painesuodatin-tyyppiselle elektrolyysikennolle on tunnusomaista, että ainakin kukin tiiviste sisältää aukon, jotka yhdessä muodostavat kennon pituussuunnassa osaston, joka on yhteydes-10 sä pelkästään kennon anodiosastojen kanssa, tai kennon pituussuunnassa osaston, joka on yhteydessä pelkästään kennon katodiosastojen kanssa ja jotka toimivat tasapainottavana kokoojana tai kokoojina.

Ensimmäisentyyppisessä elektrolyysikennossa anodit 15 ja katodit voivat olla sijoitettuina kehysmäisten tiivisteiden aukkoihin ja tässä tapauksessa kokoojat, joista elektrolyysi voidaan ladata kennon anodiosastoihin ja josta neste voidaan ladata kennon katodiosastoihin ja johon elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodiosastois-20 ta ja katodiosastoista, muodostuvat kussakin tiivisteessä olevista aukoista, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennon kokoojat. Tämäntyyppisessä kennossa välineet, jotka yhdistävät kokoojat kennon anodi- ja katodiosastoihin, voivat olla tiivisteiden tasoon sopivasti sijoitettu ja 25 kanavia, kuten tiivisteen seinän sisällä olevia kanavia tai tiivisteiden pinnalla olevia kanavia.

Toisessa, vaihtoehtoisessa, elektrolyysikennotyy-pissä tiivisteet, jotka voivat olla rakenteeltaan kehysmäi-siä, voivat olla sijoitettuna kunkin anodin ja viereisen 30 katodin väliin, näin eristäen kunkin anodin viereisestä katodista ja tässä tapauksessa kokoojat, joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodiosastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katodiosastoihin ja joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi-ja katodiosas-35 toista, muodostaa kussakin tiivisteessä, anodissa ja kato-

II

5 80298 dissa olevat aukot, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysi-kennon kokoojat. Tämäntyyppisessä kennossa välineet, jotka yhdistävät kokoojat kennon anodi- ja katodiosastoihin, voivat olla tiivisteiden tasoon sopivasti sijoitettuja ka-5 navia tai kanavia anodien tasossa ja kanavia katodien tasossa, kuten tiivisteiden, anodien tai katodien seinien sisällä olevia kanavia.

Yleensä tiivisteet ja valinnaisesti anodit ja katodit, sisältävät neljä aukkoa, jotka elektrolyysikennossa 10 muodostavat kennon pituussuunnassa neljä osastoa, jotka toimivat kokoojina, joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodiosastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katodiosastoihin ja joihin elektrolyysi tuotteet voidaan poistaa kennon anodi- ja katodiosastoista. Elektro-15 lyysikenno ei rajoitu pelkästään tapaukseen, jossa tiivisteet ja valinnaisesti anodit ja katodit, sisältävät neljä sellaista aukkoa, jotka muodostavat kennon pituussuunnassa neljä osastoa, jotka toimivat kokoojina. Tiivisteet ja valinnaisesti anodit ja katodit, voivat sisältää enemmän kuin 20 neljä tällaista reikää. Elektrolyysikenno kuvataan kuitenkin tämän jälkeen nelireikäisenä.

Elektrolyysikennossa anodit, katodit ja tiivisteet ovat levymäisiä, jolla tarkoitetaan, että ne ovat oleellisesti tasomaisia rakenteeltaan, vaikka on ymmärrettävä, 25 että anodien, katodien ja tiivisteiden ei tarvitse olla täsmälleen tasomaisia.

Elektrolyysikenno voi olla monopolaarinen tai se voi olla bipolaarinen. Monopolaarisessa elektrolyysikennossa on ioninvaihtokalvo sijoitettuna kunkin anodin ja 30 vierekkäisen katodin väliin. Bipolaarisessa elektrolyysikennossa ioninvaihtokalvo on sijoitettu bipolaarisen elektrodin kunkin anodin ja viereisen bipolaarisen elektrodin kunkin katodin väliin.

Elektrolyysikennossa tasapainottava kokooja on yh-35 teydessä kunkin kennon anodiosaston tai katodiosaston kans- 6 80298 sa. Ensisijaisessa toteutuksessa elektrolyysikenno sisältää kunkin anodiosaston kanssa yhteydessä olevan tasapainottavan kokoojan ja erillisen tasapainottavan kokoojan, joka on yhteydessä kunkin katodiosaston kanssa.

5 Tässä kuvattavassa ensimmäisentyyppisessä elektro- lyysikennossa tasapainottavan kokoojan muodostaa kussakin tiivisteessä oleva aukko, näiden aukkojen yhdessä muodostaessa kennossa kennon pituussuunnassa osaston, joka toimii tasapainottavana kokoojana. Yhteys anodi- tai katodi-10 osastojen kanssa voidaan toteuttaa kanavalla ainakin joidenkin tiivisteiden tasossa, esim. tiivisteen seinäss tai tiivisteen pinnalla. Se, onko jossakin nimenomaisessa tiivisteessä kanava, riippuu siitä, onko tasapainottava kokooja yhteydessä elektrolyysikennon anodiosastojen vai kato-15 diosastojen kanssa. Kanavalla tulisi olla kohtalainen poikkipinta-ala, jotta siitä ei aiheutuisi merkittävää painehä-viötä ja jotta se pystyy nopeasti tasapainottamaan paineja nestetasot anodiosastoissa tai katodiosastoissa.

Tässä kuvattavassa toisentyyppisessä elektrolyysi-20 kennossa tasapainottavan kokoojan muodostavat kussakin tiivisteessä, anodissa ja katodissa olevat aukot, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennossa kennon pituussuunnassa osaston, joka toimii tasapainottavana kokoojana. Yhteys anodi- ja katodiosastojen kanssa voidaan toteuttaa 25 kanavalla ainakin joidenkin tiivisteiden tasossa, esim. tiivisteen seinässä tai tiivisteen pinnalla tai samanlaisella kanavalla anodien tai katodien tasossa. Se, onko jossakin nimenomaisessa tiivisteessä, anodissa tai katodissa kanava, riippuu siitä, onko tasapainottava kokooja yh-30 teydessä elektrolyysikennon anodiosastojen vai katodiosastojen kanssa.

Tiivisteet, sekä anodit että katodit, milloin välttämätöntä, voivat kukin sisältää kaksi aukkoa, jotka muodostavat kennossa kaksi tasapainottavaa kokoojaa, joista 35 toinen on yhteydessä pelkästään anodiosastojen kanssa ja li 7 80298 -toinen katodiosastojen kanssa.

Elektrolyysikennossa tasapainottavan kokoojan tulisi olla sijoitettuna sen tason alapuolelle, jonka neste on suunniteltu saavuttamaan anodiosastossa tai katodiosastos-5 sa, kuten saattaa olla, kun kenno on toiminnassa.

Hydraulisesti läpäisemättömät ioninvaihtokalvot ovat alalla tunnettuja ja ovat ensisijaisesti fluoria sisältäviä polymeerisiä materiaaleja, joissa on anioniryhmiä. Polymeeriset materiaalit ovat ensisijaisesti fluorihiiliä, joissa 10 on toistuvia ryhmiä (CBF2B)M ja (CF2-CF)N

X

missä m on 2-10 ja on ensisijaisesti 2, M:n suhde N:ään on ensisijaisesti sellainen, että ryhmien X ekvivalentti paino on 500 - 2 000 ja X valitaan 15 A tai

(0CF2-CF )pA Z

missä P:n arvo on esim. 1-3, Z on fluori- tai perfluori-alkyyliryhmä, jossa on 1-10 hiiliatomia ja A on ryhmä, joka 20 on valittu ryhmistä:

-S03H, -CF2S03H, -CC12S03H, -X1S03H, -P03H2, -P02H2, -C00H ja X*0H

tai mainittujen ryhmien johdannaisista, missä X1 on aryyli-ryhmä. Ensisijaisesti A esittää ryhmää S03 tai -C00H. S03-25 ryhmän sisältäviä ioninvaihtokalvoja myy E.I. DuPont de Nemours Co Inc kauppanimellä "Nafion" ja -COOH-ryhmän sisältäviä ioninvaihtokalvoja kauppanimellä "Flemion" Asahi Glass Co Ltd.

Elektrolyysikenno sisältää joukon sähköisesti eris-30 tävästä aineesta olevia tiivisteitä. Tiivisteet ovat mie lellään joustavia ja ensisijaisesti kimmoisia, jotta saataisiin vuotamattomat saumat elektrolyysikennoon ja niiden tulisi kestää elektrolyyttiä ja elektrolyysituotteita. Tiiviste voidaan tehdä orgaanisesta polymeeristä, esimerkiksi 35 polyolefiinistä, kuten polyetyleeni tai polypropyleeni; 8 80298 hiilivetyelastomeeristä, kuten etyleeni-propyleeni-pohjai-sista kopolymeereistä olevasta elastomeeristä tai etyleeni-propyleeni-dieeni-kopolymeereistä, luonnonkumista tai styreeni -butadieeni-kumista; tai klooratuista hiilivedyistä, 5 kuten polyvinyylikloridi tai polyvinylideenikloridi. Alka-limetallikloridin vesiliuoksen elektrolyysiin tarkoitetussa elektrolyysikennossa tiivisteen materiaali voi olla fluo-rattua polymeeristä materiaalia, esimerkiksi polytetra-fluorietyleenia, polyvinyylifluoridia, polyvinylideenifluo-10 ridia, tetrafluorietyleeniheksafluoripropyleenikopolymeeriä tai substraatti, jossa on ulkopinta fluorattua polymeeri-materiaalia tai joka on täytetty tällaisella materiaalilla.

Elektrolyysikennossa tiivisteessä voi olla keski-reikä, jonka määrää kehysmäinen osa, joka kennossa määrää 15 osan anodiosastosta tai katodiosastosta ja johon anodit tai katodit voidaan valinnaisesti sijoittaa. Tiivisteessä olevat aukot, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennossa osan kokoojista, joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodiosastoihin ja joista nesteet voidaan ladata 20 kennon katodiosastoihin ja joihin elektrilyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi- ja katodiosastoista, voivat sijaita parittain tiivisteen vastakkaisilla reunoilla, esim. tiivisteen kehysmäisessä osassa. Aukot, jotka yhdessä muodostavat kennossa tasapainottavan kokoojan tai ko-25 koojat, voivat samalla tavoin sijaita tiivisteen kehysmäisessä osassa.

Anodi voi olla metallinen ja metallin luonne riippuu elektrolyysikennossa elektrolysoitavan elektrolyytin luonteesta. Ensisijainen metalli on kalvon muodostava me-30 talli, erityisesti kun kennossa elektrolysoidaan alkali- metallikloridin vesiliuosta.

Kalvon muodostava metalli voi olla yksi metalleista titaani, sirkonium, niobium, tantaali tai wolframi tai metalliseos, joka koostuu pääasiassa yhdestä tai useammas-35 ta näistä metalleista ja jonka anodipolarisaatio-ominai-

II

9 80298 suudet ovat verrattavissa puhtaan metallin ominaisuuksiin. Titaanin käyttöä yksinään pidetään ensisijaisena tai metalliseosta, joka perustuu titaaniin ja jonka polarisaatio-ominaisuudet ovat verrattavissa titaanin vastaaviin omi-5 naisuuksiin.

Anodissa voi olla ainakin anodin keskiosa ja silloin kun se sisältää aukkoja, jotka kennossa muodostavat osan kokoojista, joista elektrolyytti voidaan ladata kennon ano-diosastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katoit) diosastoihin ja joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi- ja katodiosastoista. Aukot voivat sijaita pa-rittain anodin vastakkaisten reunojen lähellä, esim. anodin keskiosan kummallakin puolella. Silloin kun anodit sisältävät aukkoja, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennos-15 sa osan tasapainottavasta kokoojasta tai kokoojista, aukot voivat samalla tavoin sijaita anodin reunan lähellä ja anodin keskiosan sivulla.

Anodiosa voi olla foraminaattia, esimerkiksi se voi sisältää joukon pidennettyjä jäseniä, jotka ovat ensisijai-20 sesti sijoitettu pystysuuntaan, esimerkiksi vinorakolevyjä ja liuskoja tai se voi muodostua verkkomaisesta foraminaat-tipinnasta, laajennetusta metallita tai revitetystä pinnasta. Anodiosa voi muodostua parista foraminaattipintoja, jotka on sijoitettu oleellisesti samansuuntaisesti toisten-25 sa kanssa.

Anodin anodiosa voi olla päällystetty sähköä johtavalla elektrokatalyyttisesti aktiivisella materiaalilla. Erityisesti tapauksessa, jolloin elektrolysoidaan alkali-metallikloridin vesiliuosta, tämä päällyste voi esimerkik-30 si muodostua yhdestä tai useammasta platinaryhmän metallista eli platinasta, rodiumista, iridiumista, ruteniumis-ta, osmiumista ja palladiumista tai mainittujen metallien seoksista ja/tai niiden oksidista tai oksideista. Päällyste voi muodostua yhdestä tai useammasta platinaryhmän me-35 tallista ja/tai niiden oksidista sekoitettuna yhden tai 10 80298 useamman epäjalon metallioksidin kanssa, erityisesti kalvon muodostavan metallioksidin kanssa. Erityisen sopivat elektrokatalyyttisesti aktiiviset päällysteet sisältävät itse platinan ja ne jotka perustuvat ruteniumdioksidiin/-5 titaanidioksidiin, riteniumdioksidiin/tinadioksidiin ja ruteniumdioksidiin/tinadioksidiin/titaanidioksidiin.

Tällaiset päällysteet ja niiden valmistus ovat alalla hyvin tunnettuja.

Katodi voi olla metallinen ja metallin luonne myös 10 riippuu elektrolyysikennossa elektrolysoitavasta elektro- lyytistä. Silloin kun elektrolysoidaan alkalimetalliklori-din vesiliuosta, katodi voidaan tehdä esimerkiksi, teräksestä, kuparista, nikkelistä tai kupari- tai nikkelipääl-lysteisestä teräksestä.

15 Katodissa on ainakin katodin keskiosa ja silloin kun se sisältää aukkoja, jotka kennossa muodostavat osan kokoojista, joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodiosastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katodiosastoihin ja joihin elektrolyysituotteet voidaan 20 poistaa kennon anodiosastoista ja katodiosastoista, aukot voivat sijaita pareittain katodien vastakkaisten reunojen lähellä, esim. katodin keskiosan kummallakin puolella. Silloin kun katodi sisältää aukkoja, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennossa osan tasapainottavasta kokoojasta tai 25 kokoojista, aukot voivat samalla tavoin sijaita katodin reunan lähellä ja anodin keskiosan sivulla.

Katodiosa voi olla foraminaattia, esimerkiksi se voi sisältää joukon pidennettyjä jäseniä, jotka on ensisijaisesti sijoitettu pystysuuntaan, esimerkiksi vinorako-30 levyjä tai liuskoja tai se voi muodostua verkkomaisesta foraminaattipinnasta, laajennetusta metallista tai revitetystä pinnasta. Katodiosa voi muodostua parista forami-naattipintoja, jotka on sijoitettu oleellisesti samansuuntaisesti toistensa kanssa.

35 Katodin katodiosalla voi olla päällysteenä materi-

II

11 80298 aalia, joka pienentää vedyn ylijännitettä katodilla kun elektrolyysikennoa käytetään alkalimetallikloridivesi-lluoksen elektrolyysiin. Tällaiset päällysteet ovat alalla tunnettuj a.

5 Monopolaarisessa kennossa kullakin anodilla ja ka todilla on välineet, joilla se liitetään teholähteeseen. Niissä voi esimerkiksi olla laajennukset, jotka sopivat liitäntään asianmukaisiin kokoomakiskoihin. Bipolaarisessa kennossa pääteanodissa ja päätekatodissa ovat välineet 10 teholähteeseen liittämistä varten,

On toivottavaa, että sekä anodit että katodit ovat joustavia ja myös että ne ovat kimmoisia, koska joustavuus ja kimmoisuus myötävaikuttavat tiivisteen saumojen syntyyn asennettaessa anodeja ja katodeja kennoon.

15 Sopiva anodien ja katodien paksuus on 0,5 - 3 mm.

Silloin kun anodit ja katodit sisältävät aukkoja, jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan kokoojista, joista ja joihin nesteet ja elektrolyysituotteet ladataan, on välttämätöntä varmistua, että kokoojat, jotka ovat yh-20 teydessä kennon anodiosastojen kanssa, ovat sähköisesti eristetty kokoojista, jotka ovat yhteydessä kennon katodi-osastojen kanssa. Sähköiseen eristykseen päästään kehys-mäisten, sähköisesti eristävästä aineesta olevien jäsenten avulla, jotka on sijoitettu osan kokoojista muodostaviin 25 anodien ja katodien aukkoihin. Kehysmäiset jäsenet voivat muodostaa osan tiivisteistä, esim. pystyn kehysmäisen osan tiivisteen pinnalla.

Elektrolyysikennon tiettyjä toteutuksia kuvataan nyt oheisten piirrosten avulla, joissa 30 kuvio 1 on anodin sivukuva, kuvio 2 on katodin sivukuva, kuvio 3 on tiivisteen sivukuva, ja kuvio 4 on hajotettu isometrinen kuva elektrolyysikennon osasta, joka sisältää kuvioiden 1, 2 ja 3 anodit, 35 katodit ja tiivisteet.

12 80298

Tarkastellaan kuviota 1, anodi muodostuu levystä 1, jossa on keskiaukko 2, jonka ylittää joukko pystysuunnassa olevia liuskoja 3, jotka muodostavat aktiivisen anodipin-nan. Nämä liuskat 3 ovat erillään levyn 1 tasosta ja ovat 5 tasossa, joka on levyn 1 tason suuntainen. Liuskaryhmä on sijoitettu levyn 1 kummallekin puolelle. Levyssä 1 on nel-j ä aukkoa (4, 5, 6, 7), j otka kennossa muodostavat osan erillisistä pituussuuntaisista kokoojista elektrolyytin lataamiseksi anodiosastoihin, elektrolyysituotteiden pois-10 tamiseksi anodiosastoista, nesteen lataamiseksi katodi-osastoihin ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi kato-diosastoista. Anodilevyssä 1 on myös kaksi muuta aukkoa 8, 9, jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan kennon pituussuuntaisista osastoista, jotkä toimivat tasapainotta-15 vina kokoojina. Aukko 8 on anodilevyn 1 seinässä olevan kulkutien 10 kautta yhteydessä keskiaukon 2 kanssa ja näin kennon anodiosastojen kanssa. Aukko 9 ei ole kytketty samanlaiseen kulkutiehen, joten se ei ole yhteydessä keskiaukon 2 kanssa eikä kennon anodiosaston kanssa. Anodilevys-20 sä 1 on myös kulkutie 11, joka yhdistää aukon 4 keskiaukon 2 kanssa ja kulkutie 12, joka yhdistää keskiaukon 2 aukkoon 5. Anodilevyssä 1 on myös uloke 13, joka on kytketty johtoon 14 kokoomakiskoon liitäntää varten.

Tarkastellaan kuviota 2, katodi muodostuu levystä 25 20, jossa on keskiaukko 21, jonka ylittää joukko pysty suunnassa olevia liuskoja 22, jotka muodostavat aktiivisen katodipinnan. Nämä liuskat 22 ovat erillään levyn 20 tasosta ja ovat tasossa, joka on levyn 20 tason suuntainen. Liuskaryhmä on sijoitettu levyn 20 kummallekin puolelle. 30 Levyssä 20 on neljä aukkoa 23, 24, 25, 26, jotka kennossa muodostavat osan erillisistä kokoojista nesteen lataamiseksi katodiosastoihin, elektrolyysituotteiden poistamiseksi katodiosastoista, elektrolyytin lataamiseksi anodiosastoihin ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi anodiosastois-35 ta. Katodilevyssä 20 on myös kaksi muuta aukkoa 27, 28,

II

13 80298 jotka elektrolyysikennossa muodostavat osan kennon pituussuuntaisista osastoista ja jotka toimivat tasapainottavina kokoojina. Aukko 28 on yhteydessä katodilevyn 20 seinässä olevan kulkutien 29 välityksellä keskiaukon 21 kanssa ja 5 näin kennon katodiosaston kanssa. Aukko 27 ei ole kytketty samanlaiseen kulkutiehen, joten se ei ole yhteydessä keskiaukon 21 kanssa eikä kennon katodiosastojen kanssa. Katodi-levyssä 20 on myös kulkutie 30, joka yhdistää aukon 23 keskiaukon 21 kanssa ja kulkutie 31, joka yhdistää keskiaukon 10 21 aukkoon 24. Katodilevyssä 20 on myös ulkonema 32, joka on kytketty johtoon 33 kokoomakiskoon liitäntää varten.

Tarkastellaan kuviota 3, sähköisesti eristävästä elastomeerisestä materiaalista olevassa tiivisteessä 40 on keskiaukko 41 vastaten anodilevyn 1 keskiaukkoa 2 ja aukot 15 42, 43, 44, 45, 46, 47 vastaten anodilevyn 1 aukkoja 4, 5, 6, 7, 8, 9, mutta joiden mitat ovat hieman pienempiä kuin anodilevyn 1 aukkojen mitat. Tiivisteessä 40 olevilla aukoilla 42, 43, 44, 45, 46, 47 on ulkonevat reunat (ei kuviossa), jotka kootussa kennossa sopivat anodilevyn 1 auk-20 koihin 4, 5, 6, 7, 8, 9 tai katodilevyn 20 aukkoihin 23, 24, 25, 26, 27, 28 tilanteen mukaan näin antaen anodilevyn 1 ja katodilevyn 20 aukoille sähköisesti eristävästä materiaalista olevan pinnan.

Tarkastellaan kuviota 4, jossa on esitetty osa elek-25 trolyysikennosta, joka sisältää kaksi katodia 51 ja 52, joiden kummallakin puolella on elastomeerisestä materiaalista tehdyt tiivisteet 53, 54 ja 55, 56. Esitetty kennon osa sisältää myös kaksi anodia 57, 58, joiden kummallakin puolella on elastomeerisestä materiaalista tehdyt tiivis-30 teet 59, 60 ja 61, 62. Kuviossa on myös kolme ioninvaih-tokalvoa 63, 64, 65, kalvon sijaitessa kunkin anodin ja viereisen katodin välissä. Kalvot 63 ja 64 muodostavat anodiosaston seinämät ja kalvot 64 ja 65 muodostavat katodiosaston seinämät. Elektrolyysikennossa ovat myös pääty-35 levyt (ei kuviossa) ja välineet (ei kuviossa) nesteiden 14 80298 lastaamiseksi kokoojiin ja elektrolyysituotteiden poistamiseksi kokoojista.

Elektrolyysikennon toiminta kuvataan viitaten kuvioissa 1 ja 2 kuvattuihin anodeihin ja katodeihin.

5 Tarkastellaan kuviota 1, elektrolyytti, esim. metal- likloridin vesiliuos, ladataan kokoojaan, josta aukko 4 anodilevyssä 1 muodostaa osan ja elektrolyytti kulkee kulkutien 11 kautta kennon anodiosastoon, josta anodilevyssä 1 oleva aukko 2 muodostaa osan. Kaasumaiset ja nestemäiset 10 elektrolyysituotteet virtaavat ulos anodiosastosta kulku tien 12 kautta kokoojaan, josta aukko 5 muodostaa osan ja sitä kautta ulos kennosta.

Tarkastellaan kuviota 2, neste, esim. vesi tai laimea alkalimetallihydroksidiliuos, ladataan kokoojaan, jos-15 ta katodilevyn 20 aukko 23 muodostaa osan ja neste kulkee kulkutien 20 kautta kennon katodiosastoon, josta katodilevyn 20 aukko 21 muodostaa osan. Kaasumaiset ja nestemäiset elektrolyysituotteet virtaavat ulos katodiosastosta kulkutien 30 kautta kokoojaan, josta aukko 24 muodostaa osan ja 20 sitä kautta ulos kennosta.

Elektrolyysikennon toimiessa, tasapainottava kokooja, josta anodilevyn 1 aukko 8 muodostaa osan, on yhteydessä kennon kunkin anodiosaston kanssa kussakin anodilevyssä 1 olevan kulkutien 10 kautta näin sallien elektrolyytin 25 virtauksen anodiosastojen välillä ja varmistaen, että kennon kussakin anodiosastossa on tasainen elektrolyysijakau-ma ja vakiopaine. Tasapainottava kokooja, josta katodilevyn 20 aukko 28 muodostaa osan, on yhteydessä kennon kunkin ka-todiosaston kanssa kussakin katodilevyssä 20 olevan kulku-30 tien 29 kautta näin sallien nesteen virtauksen katodiosas-tojen välillä ja varmistaen, että kennon kussakin katodi-osastossa on tasainen elektrolyysijakauma ja vakiopaine.

Il

Claims (12)

1. Painesuodatintyyppinen elektrolyysikenno, jossa on joukko levymäisiä anodeja (1), katodeja (20) ja sähköi-5 sesti eristävästä materiaalista olevia tiivisteitä (40) sekä ioninvaihtokalvo (63) kunkin anodin (1) ja viereisen katodin (20) välissä muodostamassa kennoon useita anodi-osastoja ja katodiosastoja, jossa elektrolyysikennossa ainakin tiivisteet (40) sisältävät kukin joukon aukkoja 10 (42, 43, 44, 45), jotka elektrolyysikennossa muodostavat kennon pituussuunnassa osastoja, jotka toimivat osana kokoojaa (42), josta elektrolyytti voidaan ladata kennon ano-diosastoihin, osana kokoojaa (44), josta nesteet voidaan ladata kennon katodiosastoihin, ja osana kokoojia (43, 45), 15 joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodi-osastoista ja katodiosastoista, kennon käsittäessä yhteysvälineet (11, 12, 30, 31) kokoojien ja anodi- ja katodi-osastojen välillä, tunnettu siitä, että ainakin kukin tiiviste (40) sisältää aukon (46, 47), jotka yhdessä 20 muodostavat kennon pituussuunnassa osaston (46), joka on yhteydessä pelkästään kennon anodiosastojen kanssa, tai kennon pituussuunnassa osaston (47), joka on yhteydessä pelkästään kennon katodiosastojen kanssa ja jotka toimivat tasapainottavana kokoojana tai kokoojina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysiken no, tunnettu siitä, että anodit (1) ja katodit (20) ovat kehysmäisten tiivisteiden syvennyksissä, ja kokoojat (42-45), joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodi-osastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katodi-30 osastoihin ja joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodiosastoista ja katodiosastoista, muodostuvat kussakin tiivisteessä (40) olevista aukoista, jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennon kokoojat.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrolyysiken-35 no, tunnettu siitä, että yhteysvälineet kokoojien 16 80298 (42-45) ja anodi- ja katodiosastojen välillä ovat tiivisteiden (40) tasossa olevia kanavia.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysiken-no, tunnettu siitä, että tiiviste (40) on kunkin 5 anodin (1) ja viereisen katodin (20) välissä, ja kokoojat (42-45), joista elektrolyytti voidaan ladata kennon anodi-osastoihin ja joista nesteet voidaan ladata kennon katodi-osastoihin ja joihin elektrolyysituotteet voidaan poistaa kennon anodiosastoista ja katodiosastoista, muodostuvat 10 kussakin tiivisteessä (40), anodissa (1) ja katodissa (20) olevista aukoista (4-7, 23-26, 42-45), jotka yhdessä muodostavat kennon kokoojat.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elektrolyysiken-no, tunnettu siitä, että yhteysvälineet kokoojien 15 ja anodi- ja katodiosastojen välillä ovat tiivisteiden (40), anodien (1) tai katodien (20) tasossa olevia kanavia (11, 12, 30, 31).

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kussakin 20 tiivisteessä (40) on neljä aukkoa (42-45), jotka yhdessä muodostavat elektrolyysikennon kokoojat.

7. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että tiivisteet (40), anodit (1) ja katodit (20) kukin sisältävät neljä aukkoa 25 (4-7, 23-26, 42-45), jotka yhdessä muodostavat elektrolyy sikennon neljä kokoojaa.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kukin tiiviste sisältää kaksi aukkoa (46, 47), jotka muodostavat 30 kennon pituussuunnassa kaksi osastoa, jotka toimivat tasapainottavina kokoojina ja joista toinen on yhteydessä pelkästään anodiosastojen kanssa ja toinen pelkästään katodi-osastojen kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen elektrolyysiken- 35 no, tunnettu siitä, että yhteyden muodostaa tiili 17 8 0 2 9 8 visteiden tasossa oleva kanava.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1, 4, 5, 7 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kukin tiiviste (40), anodi (1) ja katodi (20) sisältää 5 ainakin yhden aukon (8, 9, 27, 28, 46, 47), jotka yhdessä muodostavat kennon pituussuunnassa osaston, joka on yhteydessä kennon anodiosastojen kanssa tai joka on yhteydessä kennon katodiosastojen kanssa ja joka toimii tasapainottavana kokoojana.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen elektrolyysi kenno, tunnettu siitä, että kussakin tiivisteessä (40), anodissa (1) ja katodissa (20) on kaksi aukkoa (8, 9, 27, 28, 46, 47), jotka muodostavat kennon pituussuunnassa kaksi osastoa, jotka toimivat tasapainottavina kokoojina 15 ja joista toinen on yhteydessä pelkästään anodiosastojen kanssa ja toinen pelkästään katodiosastojen kanssa.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että yhteys muodostuu tiivisteiden (40), anodien (1) tai katodien (20) tasossa 20 olevasta kanavasta. 18 80298