NO138033B - Elektrolysecelle for fremstilling av natriumhypokloritt - Google Patents

Description

Alger, slim og ukontrollerte bakteriekonsentrasjoner for-

urenser ofte vannlagrings- eller tilførselssystemer, som kloakk-systemer, kjøletårnkomplekser, tilførsler for drikkevann, brannhindringssystemer og vanningssystemer etc. Havvannslagrings-eller tilførselssystemer vil tilsmusses med alger, slim og et antall ytterligere organismer som rankeføttinger, kappedyr, småmaneter, bryozoer og andre. Formeringen av disse organismer hindres ved anvendelse av klor.

Klorgass kan, selv om den er økonomisk;ikke lagres og anvendes uten risiko. Vannfritt, flytende klor er også farlig å lagre og anvende og har en høy varmeutvidelseskoeffisient slik at selv en moderat hevning av temperaturen kan forårsake hydrostatisk spreng-

ning av en beholder.

Natriumhypokloritt er den alternative form for klor som kommer nærmest til å være et økonomisk anvendbart kloreringsmiddel. Selv om den relative sikkerhet for anvendelse av natriumhypokloritt er velkjent, byr det på lagringsproblemer på grunn av de store mengder som må anvendes. Løsningen på lagrings- og sikkerhetsproblemet er å anvende et system som kan produsere natriumhypokloritt når det behøves uten at det kreves noen lagring. Dette krav kan tilfreds-stilles ved en elektrolytisk natriumhypoklorittgenerator i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen angår således en elektrolysecelle for fremstilling av natriumhypokloritt, omfattende en sylindrisk anode og en sylindrisk katode, og elektrolysecellen er særpreget ved at anoden og katoden er anordnet aksialt i avstand fra hverandre og sammen med en elektrisk isolerende, sylindrisk del anordnet mellom anoden og katoden danner eri av veggene til en ringformig kanal for gjennomstrømning av en elektrolytt, og ved at en enkelt stasjonær, sylindrisk, bi-

polar elektrode er anordnet konsentrisk i avstand fra anoden,

"katoden og den isolerende del og danner den _xingformige gjenhom-strømningskanals annen vegg.

Ifølge oppfinnelsener elektrodene fortrinnsvis fremstilt av titan. Overflaten av anoden er belagt med.et belegg av et platinagruppemetall, eksempelvis platina, rhodium, iridium, eller rutheniumoxyd, fortrinnsvis platina, og en del av den bipolare elektrode mot-stående katodeelektroden er belagt med et platinagruppemetall eller rutheniumoxyd, fortrinnsvis platina. Imidlertid kan overflatene av både anoden og katoden tilstøtende den bipolare elektrode samt hele overflaten av den bipolare elektrode tilstøtende anode- og katodeelektrodene være belagt med et platinagruppemetall. Hver av anode-og katodeelektrodene er forsynt med elektriske tilførselsledere. Når elektrolysecellen tilføres elektrisk energi mens sjøvann eller en saltvannoppløsning føres gjennom denne mellom den bipolare elektrode og anode- og katodeelektrodene, dannes natriumhypokloritt elektrolytisk og føres ut av cellen. Med dette arrangement til-lates en elektrisk strømgjennomgang mellom elektrodene og gjennom saltlakeoppløsningen uten anvendelse av noen ledningsforbindelser inne i cellen.

Fig. 1 viser et delvis tverrsnitt og et delvis oppriss av

en elektrolysecelle ifølge foreliggende oppfinnelse,

Fig. 2 viser skjematisk gjennomstrømningssystemet for en

sammenkoblet rekke av elektrolyseceller i henhold til fig. 1, Fig. 3 viser et delvis tverrsnitt og delvis sideoppriss av en annen utførelsesform av elektrolysecellen ifølæ oppfinnelsen enn den som er vist på fig. 1, og Fig. 4 viser skjematisk gjennomstrømningssystemet for et

antall sammenkoblede elktrolyseceller i henhold til ±ig. 3.

Under henvisning til fig. 1 omfatter elektrolysecellen en elektrisk ledende, langstrakt, rørformet, hylse 1 dannet av et par rørformede elektroder 2 og 3 som er isolerende adskilt fra hverandre i et ende-til-ende-forhold ved en isolerende avstandsring 4 og 5 montert koaksialt på hylsen 1. Ringene 4 og 5 er laget av et isolerende materiale, som en methylmethacrylatpolymer ("Plexiglass"), en glassfiberforsterket polyesterharpiks, en acrylharpiks eller en epoxyharpiks. Tilsvarende eller identiske isolerende avstandsringer 6 og 7 er montert på hver av de motsatte ender av hylsen 1.

De rørformede elektroder 2 og 3 består eksempelvis av titan med elektroden 2 montert mellom avstandsringene 4 og 6 og elektroden 3

montert mellom avstandsringene . 5 og 7. Den rørformede elektrode

2 er forsynt med flenser 3 og 9 ved motsatte ender derav, og den rørformede elektrode 3 er forsynt med flenser 10 og 11 ved motsatte ender derav. En støttepakning 12 sikrer at flensen 8 ligger an mot avstandsringen 6. Flensen 9 er sikret i kontakt med avstandsringen 4 ved hjelp av støttepakningen 13. Flensen 11 er på tilsvarende måte festet til avstandsringen 5 ved støtte<p>akningen 14, og flensen 10 eir likeledes festet til avstandsringen 7 ved hjelp av støttepakningen 15. De rørformede elektroder 2 og 3 er festet i et ende-til-ende-forhold ved hjelp av boltene 16 og 17 som går gjennom et par av tilstøtende avstandsringer 4 og 5. Selv om fig. 1 illustrerer en enkelt sammensatt elektrolysecelle, vil det være åpenbart at et antall elektrolyseceller 1 kan monteres og festes til hverandre ved a bolte avstandsringer 6 til avstandsringer på en annen elektrolysecelle ved hjelp av boltene 18 og 19, som vist forbundet med avstandsringer 6, og ved å bolte avstandsringen 7 til ytterligere en annen elektrolysecelle ved hjelp av boltene 20 og 21, vist festet til avstandsringen 7, for å gi et antall cellekom-binasjoner i et ende-til-ende-forhold som skjematisk illustrert på fig. 2. Hver av de rørformede elektroder 2 og 3 er forsynt med elektriske tilførselsledninger, henholdsvis 22 og 23. Den rør-formede hylse 1,omfattende elektrodene 2 og 3, inneholder en konsentrisk og i det vesentlige med samme utstrekning bipolar, rør-formet elektrode 24, fortrinnsvis bestående av titan. Den indre overflate av hylseelektroden 2 som fungerer som anode, er forsynt med et.lag 25 av et platinagruppemetall, fortrinnsvis platina, og en ytre overflate av den bipolare elektrode som fungerer som anode relativt til hylseelektroden 3, er belagt med et lag 26 av et platinagruppemetall, fortrinnsvis platina, over et areal tilstøtende hylseelektroden 3 som virker som katode. Den bipolare elektrode 24 er adskilt i forhold til innerveggen av hylsen 1, innbefattende anode-elektroden 2, katodeelektroden 3 og avstandsringene 4 og 5, for å gi en ringformet strømningskanal 27 hvorigjennom elektrolytten kan strømme. Motsatte endedeler.28 og 29 av den rørformede bipolare elektrode 24 er hver forsynt med isolasjonsplugger 30 og 31. Pluggene strekker seg innover og utover i forhold til endedelene av elektroden 24. Delene av pluggene 30 og 31 som strekker seg utover fra elektroden 24, er hver henholdsvis forsynt méd en sentral ;utboret fordypning 3 2 og 33 rettet innover mot den rørformede,.bipolare elektrodé- Styreringer 34 og 35 .er montert på motsatte sider av elektrolysecellen "1, hver støtende til en av avstandsringene 6 og 7. Styxeringene 34 og 35-er hver forsynt med en sentral åpning

hhv. 36 og 37 som hver kommuniserer med de utborede fordypninger hhv. 32 og 33. En styrepinneanordning 38 er montert gjennom en styreåpning 3 6 og strekker ség inn i den utborene fordypning 32, mens en motsatt endedel derav strekker seg utover fra styrering-åpningen 36. En tilsvarende styrepinneanordning (ikke vist) er montert gjennom en styreringåpning 37 og er anordnet i den utborede fordypning 33 av isolasjonspluggen 31. Styreringen 34 er forsynt med et antall langs periferien adskilte spalter 39 og 40 som kommuniserer med en elektrolyttstrømningskanal 27, og styreringen 3 5 er forsynt med et antall langs sin omkrets adskilte spalter 4J. og 42 som kommuniserer med elektrolyttstrømningskanalen 27.

Hensikten med pluggutboringene, lederringen og styrepinne-kombinasjonen er å holde den bipolare elektrode 24 og den rør-formede hylses 1 elektroder 2 og 3 i et konsentrisk adskilt forhold. Gjennomstrømningen av en elektrolytt gjennom cellekombinasjonen i fig. 1 er forseglet mot lekkasje ved hjelp av 0-ringene 43, 44, 45, 46, 47, 48 og 49 som vist. Det vil være åpenbart fra fig. 1 at ved hjelp av avstandsringene 6 og 7, pluggutboringen, styreringen og styrekombinasjonen, kan et antall elektrolyseceller sammenkobles i et ende-til-ende-forhold som vist på fig. 2.

Ved bruk føres en natriumkloridelektrolytt, eksempelvis sjø-vann eller en saltvannsoppløsning, gjennom elektrolyttkanalen 27, mens elektrolysecellen tilføres -elektrisk energi gjennom tllfør-selsledningene 22 og 23. Den elektriske likestrøm går fra den rørformede anode 2 gjennom platinabelegget 25, gjennom elektrolytten i kanalen 27 til en del av den bipolare elektrode 24 som er tilstøtende anoden 2. Det er et spenningsfall over anoden 2 og den del av den bipolare elektrode som er tilstøtende anoden 2 og som er katodisk i forhold til anoden 2. På grunn av spenningen som påtrykkes den bipolare elektrode 24 tilstøtende anoden 2, ledes imidlertid den elektriske strøm langs hele elektrodens 24 lengde. Ved den del av elektroden 24 som er tilstøtende den rørformede katode 3, ledes;den elektriske strøm fra platinabelegget 26 gj-ennom elektrolytten i kanalen 27 til den rørformede katode 3, og da katoden 3 er mer negativ på grunn av spenningsfallet enn den del av den bipolare elektrode som er tilstøtende katoden 3, vil denne del av den bipolare elektrode som er tilstøtende katoden 3, være -anodisk i forhold til katoden 3. Med dette arrangement, og som følge av elektrodens 24 bipolare natur, vil den elektriske strøm gå fra anoden 2 gjennom elektroden 24 og katoden 3 uten anvendelse av noen elektriske ledningsforbindelser inne i cellekombinasjonen.

Fig. 2 viser et skjematisk riss av et gjennomstrømnings-system omfattende et antall elektrolyseceller ifølge fig. 1 i et ende-til-ende forhold.

Ifølge dette arrangment er et antall elektrolyseceller 50, 51, 52 og 53, hver konstruert i henhold til fig. 1, forbundet i

et ende-til-ende-forhold for å gi et gjennomstrømningssystem med et innløp 54 og et utløp 55.

Det" kan bemerkes fra fig. 1 at hver elektrolysecelle egentlig omfatter et par elektrolyseceller i serie i forhold til hverandre, dvs. at anoden 2 og en tilstøtende del av elektroden 24 utgjør én "celle, og at katoden 3 og en del av elektroden 24, tilstøtende katoden 3, utgjør den annen celle. Denne dobbeltcelleenhet som elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen utgjøres avyaktiveres full-stendig eksempelvis ved en likestrømspenning på 14 V til å gi 7 V over hvert cellepar. To av disse dobbeltcelleenheter 50 og 51 er forbundet med en elektrisk leder 56 i serie, og det er derfor fire elektrolysecelleenheter som hver krever 7 V, slik at det totalt må påtrykkes en spenning på 28 V over de serieforbundne enheter 50 og 51. Det er på fig. 2 angitt et annet par identiske kombinasjoner 52 og 53 i et ende-til-ende-forhold. Kombinasjonene 52 og

53 er elektrisk-koblet i serie ved lederen 57.

I den hensikt å holde både tilførsels- og utførelsesendene

54 og 55 av batteriet av elektrolyseceller på jordpotensialet, dvs. O V, er to par slike seriekoblede enheter elektrisk forbundet i en parallellkobling, dvs. at de seriekoblede kombinasjoner 50

og 51 er parallellkoblede med de seriekoblede kombinasjoner 52 og 53,, slik at den serieparallelle strømkrets kan få sin energitil-førsel fra en felles kilde 53 på 28 V. Når midten av dette batteri av enheter holdes ved et positivt potensial på 28 V, kan både til-førselen og utførelsen 54 og 55 for elektrolytten holdes på jord-

potensialet. Dette minsker korrosjonsskader og~*beskytter mot elektriske sjokk og brannfare. Spenningen som påtrykkes systemet, er avhengig- av det karakteristiske spenningsfall -i hver kombina-sjonsenhet og har en slik verdi at såvel innløp som utløp -av systemet er på et null-potensial.

Under henvisning til fig. 3 omfatter elektrolysecellen

et elektrisk ledende, forlenget rørformet hus 1' bestående eksempelvis av titan som inneholder koaksialt anordnet et par rørformede elektroder 2' og 3' bestående av titan eller annet egnet materiale. Elektrodene er isolerende adskilt fra hverandre i husets lengde-retning ved hjelp av en isolerende skilleanordning 4'. Som vist er skilleanordningen 4' et sylindrisk element som har en endedel teleskopisk montert i en endedel av elektroden 2' og den annen del likeledes montert i en ^tilstøtende endedel av elektroden 3'. Elektrodene 2' og 3' og skilleanordningen^4' er adskilt i forhold til husets 1' innervegg 5' for å gi en gjennomstrømningskanal 6' for elektrolytten. En kappedel 7' er isolerende anordnet på og dekker en ende 8<1> av huset 1', og en annen kappedel 9' er isolerende montert på og dekker den annen ende 10' av huset 1'. Kappedelene består fortrinnsvis av et isolerende materiale, som en methylmethacrylatpolymer ("Plexiglas"), en glassfiberforsterket polyesterharpiks, en acrylharpiks eller epoxyharpiks. Hver kappedel 7' og 9' er forsynt med en strømningskanal 11' og 12' for elektrolytt og kommuniserer derved med strømningskanalen 6<1>.

Endene av de rørformede elektroder 2' og 3' som ligger lengst bort fra skilleanordningen 4', er hver lukket ved hjelp av en lukkeplugg henholdsvis 13' og 14<1> som strekker seg ut fra hver elektrode med en tungeutformning for å rette en ikke-turbulent strøm av elektrolytt gjennom kanalene og elektrolyttkanalen 6'.

En av kappedelene 7" har en positiv elektrisk leder 15' som går gjennom kappedelen og inn i kanalen 11', gjennom pluggen 13' og i kontakt med anodeelektroden.2<1> til hvilken den er sveiset ved 16'. Den annen kappedel 9' har en negativ elektrisk.leder 17' som går gjennom kappedelen inn i kanalen 12', gjennom pluggen 14" og i kontakt med katodeelektroden 3' til hvilken den er sveiset ved 18'. Den ytre overflate av elektroden 2' er belagt med et platinagruppe-metallbelegg 19', eksempelvis platina, rhodium, iridium, fortrinnsvis platina. Den indre vegg 5" av huset 1' er forsynt med

et belegg av et platinagruppemetall 20', fortrinnsvis platina, på

en del derav som er tilstøtende katoden 3'. Imidlertid kan hele overflaten av den indre vegg 5<1> og de ytre overflater av både anoden 2' og katoden 3J være. belagt med et platinagruppemetall.

En innløpsledning 21' er forbundet med kappedelen 9' i kommunikasjon med kanalen 12' ved hjelp av pakningen 22' som er festet til kappedelen 9' ved hjelp av bolter 23' og 24'. En ut-løpsåpning 25' er forbundet med kappedelen 7' i kommunikasjon med kanalen 11' ved hjelp av pakningen 26' som er festet til kappedelen 7' ved hjelp av bolter 27' og 23'. Kappedelen 7' er forbundet til én ende 8' av huset 1' ved hjelp av pakningen 29' som er forbundet med kappedelen 7' ved hjelp av boltene 30' og 31'. Kappedelen 9' er forbundet med den annen ende 10' av huset 1<*> ved hjelp av pakningen 32' som er festet til kappedelen 9' ved hjelp av boltene 33' og 34'.

Under-drift føres en natriumkloridoppløsningselektrolytt, eksempelvis sjøvann eller en saltlakeoppløsning, gjennom elektrolysecellen mens denne tilføres elektrisk energi gjennom lederne 15' og 17'. Den elektriske likestrøm går fra anoden 2' gjennom elektrolytten .i kanalen 6' til delen A av huset 1' tilstøtende anoden 2'. Det er et spenningsfall over anoden 2' og delen A av huset 1', hvor delen A er katodisk i forhold til anoden 2'. Imidlertid flyter på grunn av det negative potensial som er påtrykket katoden 3' ved hjelp av lederen 17', den elektriske strøm langs hele husets 1' lengde. Ved en del B av huset flyter den elektriske strøm fra belegget 20' gjennom elektrolytten i kanalen 6' til katoden 3', og da katoden 3' er mer negativ enn delen B som følge av spenningsfallet mellom delen B og katoden 3', er delen B anodisk i forhold til katoden 3'. Med dette arrangement og på grunn av den i vesentlig grad bipolare natur av huset 1' kan den elektriske strøm gå fra anoden 2' til delen A, og fra delen B til katoden 3' uten anvendelse av noen elektriske ledningsforbindelser inn i elektrolysecellen.

Fig. 4 viser skjematisk et gjennomstrømningssystem hvori er anvendt et antall elektrolyseceller i henhold til fig. 3.

Ved dette arrangement er et antall elektrolyseceller 35', 36', 37', 38', hver konstruert i henhold til fig. 3, forbundet med hverandre slik at det fås et gjennomstrømningssystem med et innløp 39' og et utløp 40'. Elektrolytten føres fra innløpet 39<* >til elektrolysecellen 35' og derefter inn i elektrolysecellen 36'

ved hjelp av den forbindende rørledning 41', inn i og gjennom elektrolysecellen 37' ved hjélp av den forbindende rørledning 42'„

gjennom elektrolysecellen 38' ved hjelp av den forbindende rør-ledning 43' og derefter ut av systemet ved hjelp av utløpet 40<1->,

Det vil bemerkes fra fig. 3 at hver elektrolysecelle egentlig omfatter et par elektrolysecelleenheter i serie med hverandre, dvs. anoden 2' og delen A i huset.1' utgjør én celleenhet-,-og katoden 3'

og delen B av huset 1' .utgjør den annen celleenhet. Denne dobbeltcelleenhet som elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen utgjøres av, er fullt aktivert eksempelvis ved en likespenning på 14 V for å gi en spenning på 7 V over hvert enkelt cellepar. To av disse dobbeltcelleenheter 35' og 36' er elektrisk forbundet ved hjelp av lederen 44' i serie, og derfor er det i alt fire elektrolysecelleenheter

som hver krever 7 V, slik at det totalt må påtrykkes 28 V over de seriekoblede enheter 35' og 36'. Et annet par identiske elektrolyseceller 37' og 38' er anordnet som er elektrisk koblet i serie ved lederen 45'.

I den hensikt å holde både innløpsenden og utløpsenden av batteriet for de klorproduserende elektrolyseceller ved jordpotensialet, dvs. 0 V, er to par slike seriekoblede dobbeltenheter koblet parallelt, dvs. seriekombinasjonene 35' og 36' er koblet parallet med seriekombinasjonene 37' og 38', slik at den serieparallelle strømkrets kan tilføres energi fra en felles kilde med en spenning på 28 V. Ilidtforbindelsen for dette batteri av celler holdes på et positivt potensial på 23 V, og både innløpet 39' og utløpet 40' for elektrolytten kan holdes på jordpotensialet. Dette minsker korro-sjonsskadene og beskytter mot elektrisk sjokk og brannfare. Spenn- . ingen som påtrykkes systemet er avhengig av det karakteristiske spenningsfall i hver kombinasjon og har en slik verdi at innløpet og utløpet av systemet holdes på nullpotensial.

Fra den foreliggende patentsøknad er patentsøknad nr 763133 blitt avdelt som angår en fremgangsmåte ved fremstilling av natriumhypokloritt under anvendelse av en anordning av elektrolyseceller som vist på fig. 2 og 4.

Claims (4)

1. Elektrolysecelle for fremstilling av natriumhypokloritt, omfattende en sylindrisk anode og en sylindrisk katode, karakterisert ved at anoden (2,2') og katoden (3,3') er anordnet aksialt i avstand fra hverandre og sammen med en elektrisk isolerende, sylindrisk del (4,5 hhv. 4') anordnet mellom anoden og katoden danner en av veggene til en ringformig kanal (27;6') for gjennomstrømning av en elektrolytt, og ved at en enkelt stasjonær, sylindrisk, bipolar elektrode (24,1') er anordnet konsentrisk i avstand fra anoden, katoden og den isolerende del og danner den ringformige gjennomstrømningskanals annen vegg.

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at den isolerende dels (4,5 hhv. 4') overflate er i flukt med anodens (2,2') og katodens (3,3') sylindriske overflater.

3. Elektrolysecelle ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at anoden (2'), katoden (3') og den isolerende del (4') alle ér anordnet inne i den bipolare elektrode (1').

4. Elektrolysecelle ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den bipolare elektrode (24) er anordnet inne i anoden (2), den isolerende del (4,5) og katoden (3).