NO753404L - - Google Patents

Description

Elektrolysecelle»

Foreliggende oppfinnelse angår elektrolyseceller som er egnet for elektrolyse av vandige løsninger. Oppfinnelsen gjelder videre særlig elektrolyseceller som ér beregnet for elektrolyse av vandige løsninger av alkalimetallklorid..

Elektrolyseceller har vært anvendt'i stor utstrekning i mange år for fremstilling av klor, kl or a" ter, klorider, natriumhydroksyd, hydrogen gg andre.beslektede kjemikalier» I lopet av disse år

har -sådanne celler blitt utviklet i sådan grad- at det kan oppnås høye drif.tsvirkningsgrader' på'grunnlag av den "anvendte elektriske effekt» Disse driftsvirkningsgråder omfatter strøm-, spennings-og éffektvirkningsgrado I den senere tid har imidlertid den tekniske utvikling av sådanne elektrolyseceller forst og fremst tatt sikte, på å gjøre forbedringer med det formål å øké produksjons-evnen for de enkelte, celler, samtidig som nevnte høye drif tsvirknings-gråder opprettholdes. Dette er i høy grad oppnådd ved modifisering eller omkbnstruksjon av de enkelte celler samt okning av.de

strømstyrker som de enkeltecceller arbeider med. Den økede

produksjonsevne for de enkelte celler som drives med høyere strømstyrker -medfører høyere produksjonstakt for et gitt gulvareal i-elektrolysehallen og nedsetter derved kapitalinvesteringer og driftsomkostninger. Den, senere tids utvikling for elektrolyseceller

har i sin alminnelighet gått i retning mot større celler med høyere produksjonsevne og som er konstruert for å 'drives med høyere strømstyrker samtidig som-høye driftvirkningsgrader opprettholdes.

Innenfor visse driftsparametre vil en celles, produksjonsevne være høyere jo høyere strømstyrke vedkommende celle ér beregnet for.

. Ettersom den; fastlagte strømstyrke for en celle økes, er det imidlertid viktig at høye driftsvirkningsgråder bibeholdes. En

økning av komponentenes størrelse-i en celle beregnet på å drives ved lav strømstyrke,'vil imidlertid ikke uten videre frembringe en celle som kan drives ved høy strømstyrke og likevel bibeholde høye driftsvirkningsgråder. Tallrike kdnstruksjonsf orbedring.er må inngå.i en celle for høye strømstyrker, hvis høye driftsvirkningsgråder skal kunne opprettholdes og en høy produksjonsevne skal kunne oppnås. Den tekniske utvikling, av elektrolyseceller av foreliggende .art er anskueliggjort i tabell 1:

Det er kjent å utføre elektrolyse av vandige løsninger i industriell' skala, ved hjelp av celler enten utstyrt méd horisontale elektroder med helning mot gulvets horisontalplan, eller med vertikale elektroder.' Foreliggende oppfinnelse:'beskriver en ny celle med vertikale elektroder. Celler med vertikale elektroder omfatter minst en anode og en katode, men fortrinnsvis et større antall anoder og katoder, idet de aktive anode- og katodeflater er anordnet hovedsakelig vertikalt og innbyrdes parallelt. Gapet raefclom hver anode- og katodeflate er fylIt med elekfcrolyt.. Et viktig anvendelsefelt for celler med vertikale elektrolyser er f.eks. elektrolytisk fremstilling av klor, natriumhydroksyd og hydrogen fra alkaliske klorider. For dette anvendelsef elt må' det benyttes en separator i elcktrolysérommet mellom anode-og katode-flåtene.'Denne ^separator bør utgjøre så liten hindring som mulig for den nødvendige elektrolytiske ipnetransport, samtidig som den bør i'stcrst mulig grad hindre enhver blanding av de prddukter som • -f. ■

dannes ved el ektrodef låtene.' Forskjellige materialer er kjent for å. ha" de nødvendige'egenskaper ■ f or å oppfylle det. nevnte .formål å tjene som separator under elektrolyse av alkaliklorid. Det kan f.eks. anvendes asbest såvel som forskjellige mikroporose plast-materialer "eller ikke porøse -ioneveksel-materialer.

Et grunnleggende krav til enhver- elektrolysecelle er å bibeholde elektrolysegapet, hvilket vil si avstanden mellom anode- og katodeflaten, på et minimum, idet energitapene vil stige betraktelig med aket élektrodeavstand, på grunn av elektrolytens høye elektriske motstand..

I henhold til tidligc-kjent teknikk var klor/alkali-membranceller beregnet for drift ved de ovenfor angitte strømstyrker med de angitte produksjonskapasiteter. I den utstrekning produksjonstakten for .elektrolysecellene således var begrenset, måtte anleggene f.or industriell fremstilling'omfatte et stor antall celler i elfektrisk seriekobling. Samleskinher av et material méd-god elektrisk ledningsevne, f.eks., kobber eller aluminium, ble anvendt for elektrisk sammenkobling av cellene. Den spesifikke belastning, hvilket .vil si strømstyrke pc.'tverrsnittenhet for disse samileskinner, er' gjenstand for begrensning idet de fysiske lover angir at

temperaturen for en elektrisk leder nødvendigvis må stige etter som "den spesifikke belastning økes-, og også energitapet på grunn av ledermotstande.n vil øke-" Når elektrolyseceller drives ved høy strømstyrke må således tverrsnittet av saml esk i tinene, dimensjoneres

• tilsvarende. Ved f.eks. en strømstyrke på 200 kA må tverrsnittet.

av samleskinnene for hver celleforbindelse være omkring 1000 cm<2.>

for samleskinner. av kobber.

Innvendig' i elektrolysecellen utgjøres-' den elektriske forbindelsen mellom samleskinnene og anoder- og katodef låtene av henhv. en anode-og en katodekonstruksjon, som også må være fremstilt av materialer med god elektrisk ledniggsevne*

Av de .grunner som er antydét ovenfor, må således også tverrsnitt-områdene for anode- og katodestrukturen være dimensjonert i forhold til cellens strømbelastning. Da det totale forbruk av ledende materiale-fremkommer ved produktet av ledertverrsnittet og leder-lengden, og idet ledertverrsnittet for en gitt cellebelastning er fastlagt av ovenfor angitte grunner, vil det være en annen ~grunnleggende konstruksjohsbétingelse for elektrolysecelle at den totale lederlengde i celleranlegget "gjøres .så liten som mulig med det formål å, begrense forbruket av ledermaterialet..

I konvensjonelle anlegg oppnås dette ved å anordne cellene i en rekke å nedsette mellomrommet mellom celibene innenfor rekken.

Dette prinsipp med kortest mulig strømbane er kjennetegnet ved det iSorhold at nedsettelse av ledermaterialf-orbruket og de elektriske •energitap også krever nedsettelse av mellomrommet mellom midtlinjen avde tilstøtende elektrolyseceller som er anordnet i en.rekke.

<:>En måte å redusere avstanden mellom midtlinjene i tilstøtende celler ;

er å gjøre det- frie rom mellom cellene så lite som mulig. Denne

fremgangsmåte er vanlig praksis i konvensjonelle elektrolyseanlegg.

Avstanden mellom elektrolysecellenes midtlinjer kan imidlertid også nedsettes ved å nedsette cellebredden,hvilket vil si cellens utstrekning i retning av cellerekken, slik det- ér. antydet i. fig.

1, 2 og 3. Da et visst bestemt antall elektrodeelementer må

installeres f or'å bibeholde cellens konvensjonelle produks j.onstakt, og den plass som opptas av disse elementer tilsvarer produktet av cellebredden og celleléngden, (cellelengden betyr her cellens utstrekning vinkelrett på cellerekkens utstrekning, slik det er

vist i fig. 1, 2 og 3) må cellelengden utvides omvendt proporsjonalt med enhver redufesjon av cellebredden.

Prinsippet med kortest mulig strømbane fører således til et

sådant konstruksjonskrav til elektrolysecellene :at forholdet cellelengde/cellebredde bør være så stort som mulig.

Celler med horisontale eller skråstilte elektroder, oppviser ingen store vanskeligheter ved konstruksjon for en stor verdi av nevnte forhold.

Mange typer .av kjente kvikksølvceller for fremstilling av klor

og NaOH har blitt konstruert med et lengde/bredde-forhold på 8-10 eller til og med høyere..

Ved de kjente celletyper med vertikale elektroder3og spesielt kjente membranceller for fremstilling av klor og NaOH, er imidlertid, cellekonstruksjonen enten kvadratisk eller' i form av et relativt bredt rektangel med et ibengde/bredde-forhold på omkring 1 til 2.

For celler.med vertikale elektroder vil en økning av tiette forhold i vesentlig grad by på" grunnleggende vanskeligheter.

Flere- anode- og katodeelementer må installeres vekselvis i serie i cellens lengderetning når cellelengden dkes. .Samtidig må mellomrommet mellom tilstøtende anode- og katodeelementer holdes på et minimum, slik som antydet .ovenfor. Fordi ;anodedelen .og katodedelen av en- celle fremstilles i adskilte tilvirkningstrinn, og for det meste på forskjellige steder, og fordi hver,'tilsvirkningsprosess innebærer uunngåelige dimensjons^

toleranser, kan vanskelig full dimensjonen overensstemmelse mellom anode-, og:katodedeler bli oppnådd. ' Da hvert enfeelt element av anode- og katodedelene allerede er gjenstand for dimensjons-toleranser, vil nødvendigvis det totale innbyrdes avvik av anode— 0g ka,t6"dé—"'d éifcené fra den teoretiske dimensjon sver di eke med antallet elektrodeelementer anordnet i serie. Déttle økede avvik fra den "teoretiske diraensjonsvérdi for anode- og katodedeler ved økende

céllelengde kan føre til-en betraktelig avstandsfOrskjell mellom en anodedel og en tilstøtende katodedel under sammenstilling av, de to deler. Dette vil i ethvert tilfelle få en uheldig innvirkning på elektrolyseprosessen; og' det angitte, mellomrom kan også bli så lite at det ikke er noen plass tilgjengelig for separatoren, eller også at anode- og katodedelene vil kunne komme i direkte kontakt under sammenstillingen.

En ytterligere begrensning med hensyta til strømbelastning og produksjonstakt-i konvensjonelle celler med vertikale anoder

frembringes av de sterke magnetiske felter i celleområdet, idet diése f el ter il tøver betraktelige krefter på alle celledeier av magnetisk material, som f.eks. jern- stål, rustfritt stål etc. Disse magnetiske krefter.kan i betydelig grad forstyrre driften av

et elektrolyseanlegg» Når f.eks. en celle skal utskiftes,, vil den kran som skal. fjerne cellen ikke bare bli belastet med cellens vekt, men må også overvinne betraktelige magnetiske krefter som

•utvikles fra de nærliggende celler. Videre vil den cellen srora løftes av kranen ha en'tendens til å.orientere seg i overensstemmelse med gradienten av det foreliggende magnetfelt, hvilket kan føre til uf orutsebare. og farlige bevegelser av.-eellen.. tøidere kan alle

deler av magnetisk material, som f.eks. skruer, bolter, kiemmer,. rørskjøter etc.,,bare monteres og demonteres etter at tilstrekkelige sikkerhetsforanstaltninger, er" foretatt i forbindelse medGeiler utsatt for sterke magnetiske krefter-

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en ny elektrolysecelle. Denne nye celle- omfatter et toppdeksel, en ny katodekoblet ytterveggstruktur, nye katodesaml>eskinner, nye - katodeelementer av boks-lignende konstruksjon samt en ny anodebærende bunnkonstruksjo-n, som omfatter en'céllebunn. Den nye katodékoblede-ytterveggstruktur omfatter fire vegger som danner en rektangulær veggomhylning med lengde- eller sideveggen som er minst dobbelt så lange, som -endeveggene i veggs tr uk turen,- hvilket vil si åt lengdefoirholdet mellom sideveggene og endeveggene er minst 2sl,

idet en sidevegg av ytterveggstrukturen er fremstilt sv ledende metall og utstyrt ..med minst en utgående ,katodesamleskinne, og veggstrukturen omslutter et antall katodeelementer. : Nevnte katodesamlejskinner omfatter nevnte ledende metall-sidevegg og nevnte utgående katodcs-aTnleskinne. Denne utgående- katodesamlcskinne kan anvendes som en gangvei eller som understøttelse for en sådan. Den nye katodékoblede ytterveggstruktur og de nye katodesamleskinner gjør bruk av investert kapital pa mest mulig økonomisk måte, idet mengden av ledende metall..:!- katpdeskinnéne nedsettes. Utformingen og de forskjellige, relative dimensjoner' av den eller de utgående samleskinner og <det store antall samleskinne-strimler-nedsette i vesentlig grad den mengde ledende metall som er påkrevet i katodesamleskinnene?idet samleskinnenes utforming og forskjellige relative dimensjoner er tilpasset føring av elektrisk strøm og sikring av hovedsakelig likeartet strømfordeling over katodesarale-skinnene. v

Den nye konstruksjon av katodesamibeskinnene kan utstyres med midler for tilslutning av forbikoblingsbrytere, når én tilstøtende elektrolysecelle skal forbikobles og f-jérnes fra den elektriske krets.

De nye katodeelementer har en boks-lignende konstruksjon som omfatter metall organer med sammensatt arbeidsfunksjon-, nemlig konstruktiv understøttelse eller forsterkning og'elektrisk strøm-ledning, idet nevnte boks-lignende konstruksjon omfatter to paiallelle perforerte plater med øvre og nedre encier utbøyd for

derved, å danne vedkommende boks, som er åpen på'begge sider-'etter _sammenstilling. : Nevnte perforerte plater sammenstilles ved at

de sveises til avstandsstykker som hovedsakelig anordnes vinkelrett 'mellom de perforeifee plater og har form av rette- platestykker med tannformede kanter langs langsidene, idet sveisoingen utføres som. motstandssveisning for- å sikre jevn nominell avstand mellom de perforerte pibater, således at det dannes et gassførende rom innwendig i katodebpks-konstruksjonen, for å. tillate vertikal fluidstrømnårig innvendig i nevnte katodeboks. Metallorganene befinner seg i elektrisk kontakt med det indre av nevnte ledénde metalljsidevegg og er innrettet for å føre strøm med hovedsakelig likeartet' s tr ømf or del ing over katodeelementet. Nevnte katodékoblede.. ytterveggstruktur omslutter et antall katodeelementer som strekker seg hovedsakelig tvers over den.innvendige lengde av veggstrukturen^ idet nevnte ledende metallsidevegg utgjør en komponent.av samleskinne-konstruksjonen på katodesiden. Tverrsnittet av nevnte avstandsstykker kan i strømretningen tilpasses den 'økende strømtetthet, og befinner seg i elektrisk kontakt med nevnte ledende metallsidevegg,

.som er utstyrt med minst en utgående katodesamleskinne. Den nye anodebærer.de konstruksjon omfatter en bærer som gjør tjeneste som cellebunn og er utstyrt med gjennomgående hull for •mottagelse av anodestaver, idet.et korrosjonsbestandig lag dekker' bæreren'og er forsynt med hull tilsvarende hullene gjennom bæreren. .Nevnte lag er anordnet for.å motta en sammenpressbar tetnings-pakning mellom anodestavene'og skiktet, når anodene monteres • . gjennom.nevnte hull. Metallanodene omfatter anodeblader med påført elektrisk, ledéndé belegg på ventilmetall-substrat, idet nevnte anodeblader er montert på anddestavene for således å danne nevnte

metal1anoder. Anodestavene er forsynt med en krave, f or å danne en sammenpressbar pakning mellom anodestavene og bærerne samt for vertikal innstilling av newnte anoder, idet.de deler av- anddestavene som befinner seg under de påførte kraver strekker seg gjennom anodebæreren, og anodestavene er fast forbundet med og elektrisk isolert fra bæreren, således at ingen elektrisk- sjfcrøm kan flyte fsa anodestavene, inn i"den bærende bunn. På undersiden

av bunnen-.er anodene enkeltvis forbundet Tned anodesamleskinner som

er tilsluttet<:>den utgående katodesamleskinne for den tilstøtende celle. Den katodékoblede. ytre veggstruktur for elektrolysecellen inneholder en periferisk kanal for fremføBing av gasser. .Sideveggene "i den .ytre-veggstruktur har minst dobbelt så stor lengdeu ts trekning som endeveggene.

Den ledende: metallsidevegg for elektrolysecellen er utført i kobber.

Fog å oppnå en bedre elektrisk strømføri.ng*er den ledende metall-sidévegg og utgående-samleskinne utført i kobber.'

I en annen celleutforel.se, er den ledende sidevegg utført i et sammensatt metdll, som kan utgjøres av kobber.ogsståi eller aluminium og-stål.

KatodeeLementenes mfetallorgåner for konstruktiv avstiving eller forsterkning samt elektrisk strømføring er utført i sammensatt metall. For å oppnå god kontakt er dette sammensatte metall frembragt ved ekplpsjonssveising.-

Focj å opprette god kontakt mellom de tannf ormede sidekanter . av metallorganene og de perforerte plater samt for å unngå blokkering av hullerei platene, bør det fortrinnsvis".benyttes én tanndeling som er forskjellig fra hulldelingen samt et rektangulært tann-tverrsnitt med en side lengere og den annen side kortére enn hull—- - diameteren for hullene i de perforerte plater. Nevnte avstandsstykker er forbundet med strømkollektorene på vanlig.måte. Disse

.strømkollektorer bør være mindre enn innerdiameteren av katodeelementene. Tverrsnittet av strømkollektorene øker i retning mot

den ledende metallsidevegg.

For å forenkle sammensettningen av cellen, er hullene i den bærende bunn dimensjonert for å motta anodestavene på sådan måte at det medg<i>s, separat innstilling av hver anode i forhold til dens tilordnede katoderom.

For å:oppnå likeartet innstilling, bibeholdes metallanodehés innstilling av en eller flere avstandsstrimler montert på anodenes overside. Denne avstandsstéimmel er utført i ventilmetall.

Særtrekkené ved den nye celle i henhold til oppfinnelsen gjør det, som tidligere hé\?nt, mulig å overvinne vesentlige begrensninger som gjelder for konvensjonelle celler med vertikale elektroder. Mens lengden av konvensjonelle elektrolyseceller er begrenset til 2-3 m, kan den nye celle i henhold til oppfinnelsen.konstrueres for lengder på 3 - 8 m og mere uten uheldig påvirkning av elektrolysé-prosessen.. Oppfinnelsens celle kan følgelig utstyres med et

.vesentlig-høyere antall anode- og katodeelementer, og kan som følge av dette drives med betraktelig høyere strømstyrke'r og høyere produksjonstapt. I den følgende tabell vil cellen i' henhold til oppfinnelsen bli sammenlignet med en konvensjonell celletype med hensyn til antall og anordning av anodeelementer.i celler for elektrolyse av alkaliklorid.'

Sammenligningen viser at den nye celle kan konstrueres for strøm-styrker opptil 400 kA og mer samt med klor—produksjbnstakt opp til. 12 tonn pr. dag ved utvidelse av cellelengden opptil ca. 8,2 m,

mens konvensjonelle celler med begrenset cellelengde på ca. 2,2 m maksimalt er beregnet for 200 kA og 6 tonn klor pr. dag. Fra en fysi'sk lov er dét kjent at de magnetiske krefter som utvikles ved en.viss bestemt strømstyrke, vil øke proporsjonalt med konsentrasjon" av elektrisk strøm langs hovedstrømretningens akse, hvilket i dette tilfelle vil si langs retningen av cellerekken. På grunn av den begrensede cellelengde for konvensjonelle elektrolyseceller, vil strømkonsentrasjonen langs aksen av hver cellerekke vsjre

betraktelig høyere enn ved cellen i henhold til foreliggende oppfinnelsen Denne konsentrasjon kahnumerisk uttrykkes ved den . strømstyrke som transporteres pr. meter cellelengde. Tabell 2

viser at denne strømkonsentrasjon i den nye celle ikke overstiger..

50 kA/m, selv i det-tilfeil et cellebefcastningeh er 400 kA, méns

•■ en konsentrasjon på ca. 90 kA/ib oppnås allerede ved en cellebelastning på 200 kA-i konvensjonelle celler. Den nye celletype utmerker seg således, ved. dét forhold at den forstyrrende inflytélse. av magnetiske krefter, selv ved ekstremt høye strømstyrker, er betraktelig mindre alvorlig enn ved konvensjonelle celler med vertikale elektroder og som arbeider med lavere strømstyrker.-. Cellen i henhold til, foreliggende oppfinnelseiibidrar således til å.forbedre driftssikkerheten under vedlikehold- og reparasjons-arbeidet célleanlegget. Den nye elektrolysecelle i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes i mange forskjellige élektro- lyseprosesser. Elektrolyse av vandige løsnigger av alkalimetall-klorider er av størst betydning, og1 oppfinnelsens elektrolysecelle vil bli nærmere beskrevet under henvisning til denne prosesstype. Det vil imidlertid forstås at en sådan beskrivelse på ingen måte har til hensikt å begrense elektrolysecellens anvendbarhet på annen .. måte énn det som er angitt i de etterfølgende patentkrav, som definerer foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen.vil nu bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde'tegninger, hvérpå:

Fig. 1 viser elektrolyseceller i tre rekker,'

Fig. 2 viser celler i to rekker,

Fig. 3 viser celler i en enkelt rekke,

Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom en anodedel,

Fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom en katodedel,

,Eig. 6 viser et tverrsnitt gjennom en ferdig montert celle, som omfatter anodedel, katodedel og celledeksel,

.Fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom cellens katodedel,

Fig. 8 viser et lengdesnitt gjennom cellens anddedel,

Fig. 9 viser et lengdesnitt gjennom en ferdig montert celle, som omfatter anodedel, katodedel,og celledeksel,

Fig. 10 viser de enkelte deler av et teatodeeleraent,

Fig. 11 ..viser mer detaljert sammensveisingen av et kafcodeelement,

Fig. 12 viser et. sammenstilt katodeelement,

Fig. 13 viser en gruppe katodeelementer som danner.tilsvarende anodemellomrdm mellom seg, Fig. 14 og 15 viser enravstaridsstrimmel og den ovre ende av en anode med tilsvarende endeplugg Fig..16 viser en anodegruppe med avstandsstrimmél og den anvendte sammenstillingsmetode, Fig. 17 viser hvorledes anodene kan festes til cel.lebunnen og samleskinnestrimlene.:og Fig, 18 viser en annen festemåte for anodene til cellebunnen og samleskinnestrimlene. Fig..1 til 3 viser skjematisk og sett ovenfra anoder anordnet i henhv. tre>to og en cellerekke, idet de'viste celler har samme totale antall anoder 1 og er konstruert for samme strømbelastning .og produksjonsevne. Hver pil 2 representerer en strømstyrkeenhet. En sammenligning mellom figurene anskueliggjør at strømkonsentra-sjonen avtar og strømbanen blir kortere etter som cellelengden øker. Sammenligningen gjelder, celler mea henhv.. to og tre'anoderekker og beregnet for en strømstyrke på f.éks, 200 kA, slik det også vil fremgå fra tabell 2. .Som det vil fremgå av.fig. 4, passerer den elektriske strøm gjennom en anodesamlerskinné 3 og en anodestav 4 frem til anodeblader 5. Anodestavene er festet i og isolert elektrisk fra anodebæreren 6.

Denne bærer gjør tjeneste som cellebunn og'er dekket med et

x korrosjonsbeskyttende lag 7.'

Fig. 5 viser den elektriske strømpassasje fra anodebladene 5 gjennom elektrolytten og en separator vist ved 8c i fig. 5, til de perforerte pitater 8 i katodeelementet. Fra disse plater flyter strømmen védere gjennom avstandsstykkene 8 og strømkollektorene

•10 til den ledende metall sidevegg 11 hvis nedre del går over i den utgående katodesaml-eskinne 12.. Katodeelementene 17 understøttes ved hjelp, av avstandsstykker 9 på sideveggen 26. Fig. 6 viser den • sammenstilte celle bestående av de viste elementer, i fig. 4 og fig. 5, samt av cellens toppdeksel 13 med dens pakning 14. Figuren viser også strømforbindelseri til dé' tilstøtende -celler samt en pakning 15 innlagt mellom cellebunnen og den katodékoblede ytterveggstruktur.

Anodesamleskinnene 3 utgjøres helt eller delvis av bøyelige ledere. Denne konstruksjon gjør det mulig for anodesamleskinner festet til anodestavene.å følge stavenes bevegelse ved innstallasjonbg feste av anodene.ved hjelp av mutterene.38.

I" tillegg lettes slutning og brytning av den elektriske forbindelse med tilstøtende celler i vesentlig grad ved at anodeskinnenes ender

(yist ved stiplede linjer i fig. 6) kan svinges opp. Videre forhindrer, den nevnte bøyelighet oppbyggnihg av mekaniske spenninger

mellom anodesamleskinnene og anodestavene, idet sådanne spenninger f.eks. kan fremkomme ved forskjellig termisk utvidelse av anodebæreren dg anodesamleskinnene. Den nevnte'bøyelighet sikrer også kompensasjon"for sammenstill i ngstoSieranser med hensyn på tilstøtende celler, således at innstallasjon av elektriske forbindelser og utskiftningnav en celle i cellerekken lettes.

Bunnen er festet til den katodékoblede ytterveggstruktur ved hjelp av isolerende bolter 16 for å hindre enhver elektrisk strøm direktefra katodedelen til- anodedelen.

Den isolerende bolfe.eforbindelse 16 for. anodebæreren 6 hindrer. strømlekkasje mellom anodedelen dg katodedelen. Konvensjonelle celler som ikke benytter seg av denne dobbelte isolasjon, kan

ikke beskyttes på den foreliggende hensiktsmessige -måte mot enhver risiko for strømlekkasje. Det er kjent at sådan lekkasje vil ha en tendens til å bevirke både elektrokjemisk korrosjon og elektriske

effekttap.

Fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom cellens katodedel, som er utstyrt med et antall katodeelementer 17;

.Fig. 18.viser et lengdesnitt gjennom cellens anodedel med et

antall anoder 5 og anodesamleskinner 3.

Fig. 4 viser et lengdesnitt gjennqm den sammenstilte celle som utgjøres av de deler som er vist i fig. 7 og 8, samt cellens toppdéksel og rørledningsforbindelser for anolytt 18, katolytt •

19, anodegass 20 og katodegass 21. Den katodegass sorn utvikles-i katodeelementene oppsamles i et periferisk kammer 27.

Cellens katodedel er utstyrt med vanlige støtte-innretnihger 22, innstillingsskruer 23 og isolatorer 24. Støtteanordningene 22

er festet til de to endevegger 25. Den katodékoblede ytterveggstruktur er følgelig konstruert'for å bære cellens totale drifts-vekt. De to endevegger 25 og sideveggen 26 sammen med den ledende .. metall sidevegg som er vist i fig. 5. danner tilsammen den rektangulære veggomslutning fdr katodedelen. Det er bare den ledende sidevegg 11 som nødvendigvis må være utført i et ledende metall. Dette ledende metall bør.ha tilstrekkelig elektrisk ledningsevne og bør være hensiktsmessig beskyttet mot'korrosjon.

De tre øvrige vegger behøver ikke ha strømledendé egenskaper. De kan således også være utført i et hensiktsmessig ikke-ledende material.. Fig. 10 viser de forskjellige deler av et katodeelemeiQfeo Disse deler omfatter perforerte plater 8a og 8b, avstandsstykker 9 mellom nevnte plater samt strømkollektorer- 10 forbundet med nevnte stykker. Fig. 11 viser.mer detaljert forbindelsepunktene 28 mellom avstandsstykket og de perforerte plater, idet nevnte forbindelse i henhold 'tir:foreliggende oppfinnelse frembringes ved motstandssveisning. under påføring av mekanisk trykk for å oppnå den rette forut bestemte avstand 29.

Avstandsstykkenes tannform er tilpasset nevnte motstandssveisning. I tillegg sikrer den spesielle utførelse åv disse tenner god stcømoverføring fra de perforerte plater til avstandsstykkene, mens tallrike gap mellom tennene tillater uhindret strømning av natrium-hydroksydløsning og den hydrogengass som utvikles i katodeelementene, således at hydrogen fritt kan slige opp til det periferiske, kammer 27, mens natriumhydroksydløsningen kan trenge frem til og bli oppsamlet langs c.ellesidene.

Nevnte tenner har fortrinnsvis et rektangulært tverrsnitt med ert rektangelside lenger enn åpningsdiameteren for hullene i de perforerte plater, men; den annen rektangelside er kortere enn nevnte diameter. Tennene har fortrinnsvis en delnihg som er

forskjellig fra delningen for'åpningene i.de perforerte plater. Denne foretrukkede utformning av tennene medfører den fordel at åpningene ikke kan bli fullstendig tildekket av tannendene ved sveisning av avstandsstykkene.på plass, samt at ikke alle tenner på et og sammé avstandsstykke kan sammenfalle med åpningene i en hvilken som helst åpningsrékke.

Hvis avstandsstykkene konstrueres i overensstemmelse med de

ovenfor angitte prinsipper, kan det utfores perfekt automatisk sveising uten å skade åpningenes arbeidsfunksjon som utløpsåpninger for natriumhydrogenløsning og hydrogen.

Dert:spesielle utforming av avstandsstykkene i kombinasjon med den

automatiske sveising ay disse stykker til de perforerte plater tillater ytterst nøyaktig fremstilling,;av katodeelementene, og utgjør - således et vesentlig særtrekk ved den foreliggende; celle i henhold til oppfinnelsen..

Fig. 11 viser også forbindelsen 30 mellom, avstandsstykket og strømkollektoren, idet denne forbindelse i henhold til foreliggende oppfinnelse f.eks. kan utføres ved eksplosjonsveisning.

Sammenstillingen av hele katodeelementeiiLer vist i fig. 12, mens fig. 13 viser sammensetning av flere sådanne katodeelementer.

Denne sammensetning viser at det dannes anodekammere 31 mellom de respektive, katodeelementer, idet nevnte kammere fremkommer som.

r følge av den spesielle utforming av de to perforerte plater i hvert katodeelement.

Figv 14 og 15 viser avstandsstrimmelen 3.2 for oppstilling av anodene på linje, samt endepluggen 33 for £§>rbiridelsé med strimmelen

Fordelen ved konstruksjonen i henhold til oppfinnelsen med hensyn

i • ■. " ■ . - ■

til %>p still ah gen av de forskjellige anoder på linje, er vist i fig. 16. Alle anoder i en rekke holdes nødvendigvis parallelt på linje ved hjelp av avstandsstrimmelen .32.

Ved den endelige tilsetning av anodemutteren 38»vil avstands-strimlene hindre enhver forskyvning av anodene, således at sammen-, stillingsprosessen i vesentlig grad kan lettes. Anodemutterene 38 kan skrues til på -nytt selv under drift av cellen. Fornyet tilskr.uing vil være nddvendig■ved ethvert tilfelle når pakningenes

, virkning har blitt nedsatt på grunn av naturlig eldning. Fjerning av lekkasjer i anodesammenstillinger for konvensjonelle celler

krever avbrytelse av ceilens drift og åpning ay; cellen, således at en motvirkende kraft kan påfores fra cellens innside mot vedkommende anode ved .hjelp av en skrunøkkel eller lignende

•innretning, for ytterligere tilstramning av anodemutteren og

korrekt innstilling' av anoden etter- mutterens tilstramning.

I forbindelse med elektrolyseceller med.vertikale elektroder utgjør midlene i henhold til foreliggende oppfinnelse' for feste av anodeelementene i en vesentlig forbedring med hensyn til den oppnådde nøyaktige oppstilling av anodeelementene på lirje, cellens sammensetning, den kontinuerlige celledrift samt. vedlikeholds-omkostninger. Avståndsstrimlene må utføres i et material irned høy mekanisk styrke fordi de skal kunne motstå betraktelige påkjenninger når. anodeelementene fastskrues. Dette material må også være korrosjonsbestandig med hensyn til de produkter som foreligger i anolyttrommet. Dette krav tilfredsstilles vanligvis ved et

hvilket som.helst material som er hensiktsmessig for anodeelementets •konstruksjon, hvilket for alkaliklorid-celler betyr ventilmetaller, f.eks. titan, tantalium eller niobium.

Fig. 17 viser feste av ånodestaven 4 på anodebæreren 6 samt til. anodesamleskinnen 3 med elektriske isolasjoner 34 og 35. Den eksakte vertikalinnstilling av anodene og nedpressingen av pakningen 36 sikres, ved hjelp av en kraftig dimensjonert krave 37 som tvinges

mot skiktet 7 av mutteren 38;- Denne konstruksjon tillater gjentatt innklemning av pakningen. Den elektriske forbindelse mellom anodestav og"anodesamleskinne oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse ved hjelp av et konisk avsnitt 39. Den således oppnådde kontakt har vist. seg å være særlig pålitelig..

Fig. 18 viser en annen utførelse a<y>feste av ånodestaven 4. på anodebæreren 6. og til anddesamleskinnen 3, uten anvendelse av spesielle elektriske isolas.johsmidler mellom ånodestaven og anodebæreren.

Den nye • elektrolyseselle i henhold til-foreliggende oppfinnelse kan

ha mange andre-anvendelser. Således kan f.eks.* alkalimfetall—. klorater fremstilles ved anvendelse av elektrolysecellen i henhold

til foreliggende oppfinnelse, idet det fremstilte natriumhydroksyd

og klor bringes; til innbyrdes reaksjon utenfor cellen. I dett.e-tilfelle kan løsninger med innehold av både. alkalimétall-klorat og alkalimetall-klqrid resirkuleres, til elektrolysecellen for ytterligere elektrolyse. Elektrolysecellen kan utnyttes for

elektrolyse av saltsyre alene eller i kombinasjon med en alkalimetallklorid. Den nye elektrolysecelle i henhold til foreliggende

oppfinnelse er således meget anvendbar i de nevnte og mange andre élektrolyseprose.seer i vandig løsning. -

Skjønt det er beskrevet forskjellige'utførelser av foreliggende

oppfinnelse, må de beskrevede:apparater ikke betraktes Som begrensende

for oppfinnelsens omfang. Det vil forstås at konstruksjonsvarianter er mulig. Hver angitt komponent i de følgende, kcav er ment å

representere enhver tilsvarende komponent for oppnåelse av samme resultat på hovedsakelig samme eller tilsvarende måte. kravene

har til hensikt å'definere foreliggende oppfinnelse i hele sitt

omfang "i hvilken form oppfinnelsens prinsipper enn måtte bli anvendt.

Claims (2)

1: Elektrolysecelle med vertikale elektroder og'utstyrt med toppdeksel pg bunn samt'en rektangulær katpdekoblet ytterveggstruktur,. katodesamleskinner, boks-lignende katodeelementer og en anodebærende bunnfconstruksjon; k ar a;k.t e r i s e r t ved at nevnte katodékoblede ytterveggstruktur omfatter fire vegger med forhold 2:1 mellom

.sidevegger og endevegger, idet en'sidevegg av ytterveggstrukturen er.utført i et ledende metall og utstyrt.med minst en utgående' katodesamleskinne, og veggsscfrukturen omslutter et antall katode-eleraénter samt et periferisk Kammer for gassføring i strukturens øvre del... nevnte katodesamleskinner omfatter nevnte ledende metall-sidevegg og nevnte utgående ka.todesamleskinne? katodeelementene omfatter metallorganer for samtidig konstruktiv understøttelse og ledning av elektrisk strøm, idet raevri-te boks- lignende konstruksjon omfatter to .parallelle perforerte plater med øvre og nedre ender utbøyd for dannelse av et mellomliggende boks-formet rom, søm er åpent på to sider etter.sammenstilling en; nevnte metallorganger omfatter avstandsstykker festet til de perforerte plater foråfastlegge likeartet nominell avstand mellom platene, således at det dannes et gassrom innvendig i det boks-formede katodeelement for å tillate vertikal fluidstrømning innvendig i katodeelementet, idet.metallorganene befinner seg i elektrisk koniåkt med innsiden av nevnte sidevegg av ledende metall og er utført for å føre strøm med hovedsakelig jevn strømtetthet gjennom katodeelementene, som strekker seg hovedsakelig tvers over den indre lengdeutstrekning av den katodékoblede ytterveggstruktur, mens den ledende metallsidevegg omfatter en komponent av katode-samleskinnene; "nevnte anodebærende bunnkønstruksjon omfatter en bærer forsynt med hull for mottagelse av anodestaver■ idet et korrosjonsbestandig og ikke ledende skikt er anordnet dekkende over nevnte bærer og . utstyrt med hull tilsvarende nevnte hull i bæreren.

2. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at avstand sst <y> kk ene er festet til de perforerte flater ved hjelp av motstandssveising. 3_. Elektrolysecelle somuarigitt i krav l, . karakterisert ved : at anodestavene ved sitt feste til anodebæreren .er elektrisk, isolert fra denne bærer. 4... Elektrolysecelle som angitt i krav.l, . karakterisert ved at stavene hver for. seg er forbundet med en anodesamléskinne som i sin tur er tilsluttet den utgående katodesamleskinne fra en tilstøtende celle. 5. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, •-kar ak ter i., se r-t ved at hver anodestav-er utstyrt med en krave for innklemming av en samrnenpressbar pakning' mellom vedkommende anodestav og nevnte skikt på anodebæreren samt vertikal innstilling av nevnte anode. 6. Elektrolysecelle som angitt i krav lt karakterisert ved at lengdeforholdet mellom sideveggene og :endeveggene er minst 3 <:> til 1. 7. Elektrolysecelle, som angitt i krav 1, karakterisert ved ; at lengdeforholdet mellom sidevegggæ og endeveggene er minst 4 til.1. 8. Elektrolysecelle som angitt.i krav 1, karakterisert ved at lengdeforholdet mellom sideveggene og endeveggene er minst 8 til 1. 9. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, k a r a k feri sert: v e d at antallet katodeelementer be&øper seg til minst 50, 10. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at endeveggenes bredde er minst 0,8 m og sideveggenes lengde er minst 4 m. 11. ' Elektrolysecelle som angitt, i krav 1, karakterisert ved at den ledende metallsidevegg er utført i kobber. 12. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ledende metall sidevegg og den utgående samleskinne er utført i et eneste metallstykke. 13. Elektrolysecelle som angitt i krav 12, karakterisert ved at nevnte eneste metallstykke er av kobber. IS. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at den utgående katodesamle/ skinne er anordnet og innrettet Som gangbane mellom cellene. r 15. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, k a r a k t e r:".i s e -r t ved at metallorganeibe for konstruktiv, avstivning eller forsterkning, samt elektrisk strømledning utgjøres av sammensatte metaller, 16» Elektrolysecelle som angitt i krav 15, karakterisert - v e ,d: at den sammensatte metal1-struktur er tilvirket av kobber og stål. l7o Elektrolysecelle som angitt i ..krav 15, karakterisert ved at den sammensatte metall - konstruksjon er frembragt ved eksplosjonssveising. 18. Elektrolysecelle som angitt i krav 15, . karakterisert ved at metallorganene har økende tverrsnitt i retning mot den ledende sidevegg. 19. : Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved'~ 'at metal lorganene er utstyrt med tenner med en delning som er forskjellig fra delningen for hullene i de perforerte plater. 20. "Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved - at'metall organene er utstyrt med tenner med fortrinnsvis rektangulært tverrsnitt, hvis ene rektangelside er lengere og annen rektangelside kortere enn hull-diameteren for hullene i de perforerte plater. ''2-1 i" Elektrolysecelle som'angitt i krav 1, karakterisert ved - at hullene i anodebæreren ér' dimensjonert for å motta anodestavene på sådan måte at det tillates spill for innstilling av anodene hver for seg i forhold til sine tilordnede katoderom. 22. Elektrolysecelle som* angitt i krav 1, t i karakterisert ved at anodesamleskinnene helt eller delvis utgjøres av bøyelige ledere. 23. Elektrolysecelle somaangitt i krav '1,■'~ karakterisert ved' at de elektriske kontakter .mellom anodestavene og anodesamleskinnene utgjøres av koniske deler.. 24. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at metallanodenes oppstilling på lirgs bibeholdes ved hjelp av en eller fibere avstandsstrimler montert langs den" øvre ende av anodene. 25. Elektrolysecelle som angitt i krav. 24, karakterisert ved' at avstandsstrimmelen langs anodenes øvre.ende er av ventilmetall. 26. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, - karakterisert ved at cellens komponenter er dimensjonert for drift ved strømstyrker opp til omkring 500.000 ampere. 27. Elektrolysecelle som angitt i krav 1,. karakterisert , ved åt anoden er adskilt fra katoden ved hjelp av en separator... ...