NO753816L - - Google Patents

Description

Holdeanordning for elektroder og membran i en elektrolysecelle.

Foreliggende oppfinnelse angår en holdeanordhing for anvendelse

ved oppbygning av elektrolyseceller og sammenstilling av sådanne celler.<*>Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en celleramme støpt i syntetisk organisk polymermaterial med innstøpte deler og kanaler for fastholding av cielleelementer., tilførsel og fjerning av céllefluider samt oppstilling og innbyrdes sammenføyning av

cellerammer i sammenstillinger.

For tilvirkning av klor, natriumhydroksyd og hydrogen ut fra vandige løsninger av natriumklorid har det tidligere vært anvendt elektrolyseceller av enten membran- eller kvikksølvtype. I de senere år har imidlertid merabrancellene fått stadig økende betydning på grunn av tiltagende pris på kvikksølv og forurensnings-problemer i forbindelse med anvendelse -av kvikksølvceller. De fleste membranceller har tidligere vært utført i betong, men anvendelse av foringer av forskjellige polymer-måterialer, innbefattet polyviriyl-klorid og polypropylen, har vært foreslått.

Ved utvikling av dimensjonalt stabile anoder og effektive permsellektive membraner har det nå blitt mulig å øke produksjonsevnen for batterier av membranceller. E>å grunn av den nå foreliggende mulighet å anvende flate elektroder med et tynt skillemembran mellom elektroden, er hå sammenstillinger av tynne celler blitt, mulig. Massive cellevegg-konstruksjoner er således ikke "lenger nødvendige eller ønskelige, og det har blitt gjort anstrengelser for å utvikle konstruksjonsmaterialer som er tilfredsstillende for

fremstilling av elektrolyseceller og som lett kan fremstilles i tynne plater samt er i stand til å motstå de foreliggende

omgivelser, reaktakter og fremstilte produkter under elektrolysen. Det er gjort forsøk på å fremstille celler og cellerammer av . syntetiske organiske polymermaterialer', men dettefhar ofte vist seg å være dyrt og de fremstilte produkter har ikke vært tilstrekkelig bestandige under de foreliggende driftsbetingelser,

muligens på grunn av dpenningstilstander som er frembragt i plast-materialet under verktøybearbeiding eller på grunn av matérial-svekninger frembragt ved denne prosess. Verktøybearbeiding av fylte polymermaterialer frilegger flater av fyllmaterialet, og

dette kan være ugunstig for lengere tids bruk under elektrolyse-forhold, særlig i nærvær av elektrolytt og de fremstilte celle-produkter ved høyere temperaturer e&ler når temperaturen varierer innenfor et område som er tilstrekkelig stort til å frembringe vesentlige utvidelser og sammentrekninger som kan medføre svekkelser i de flater av fylt polymermaterial hvor fyllmaterialet er frilagt.

Polypropylen har vært brukt som syrebestandig og hydroksydbestandig konstruksjonsmaterial og har vært fylt med forskjellige høy-temperaturbestandige materialer, somff.eks. talkum, mika og asbest, men'har ikke tidligere vært anvendt for fremstilling av støpte rammer av foreliggende type for sammenføyning til dannelse av batterier av elektrolyseceller. Sådanne produkter er forholdsvis enkle å tilvirke, sette sammen og anvende samt har lang levetidv

idet vedkommende rammer eller holdeanordninger har vist seg meget bestandige møt mekaniske påkjenninger, sljevbelastningér, utvidelser, sammentrekninger, krympning og andre deformasjoner under elektrolyse

av vandige løsninger av natriumklorid. Holderammen i henhold til oppfinnelsen utgjøres av en syntetisk organisk .ramme av polymer-material for omslutting av anode og katode samt understøttelse

av et membran, og hvis særtrekk i henhold til oppfinnelsen består 1

at den i sammenstilling med en tilsvarende annen holdeanordning på sådan måte at de innbyrdes nærmest liggende elektroder i de to. anordninger har motsatt polaritet, danner en elektrolysecelle med anode, anode og et mellomliggende membran, idet hver hoildeanordning'. :-\ : omfatter innløp og utløp for elektrolysevæsker til anolytt- og katolytt-kammere, således at den celle som dannes av to sammensatte

holdeanordninger får minst et innløp til og utløp fra anolyttkammeret samt minst et innløp til og et utløp fra katolyttkammeret, hvorunder

hvert innløp og utløp står i forbindelse méd uttak som inngår i vedkommende holdeanordning.

I foretrukkede utførelser av oppfinnelsens anordning utgjøres det syntefeiské og organiske polymer av polypropylen med innhold av et fyllmaterial som asbest, mika, kalsiumsilikat, talkum eller blandinger av disse materialer,- idet holdeanordningen er sprøyte-støpt til en ramme hvori det inngår setre innstillings- og festeorganer for korrekt sammenstilling av et antall holderammer til et ceilefoatteri, samt er utstyrt med innstøpte monterlngsorganer for fastholding av forskjellige celledeler i ønsket stilling. Oppfinnelsen omfatter også fremgangsmåter for. elektrolyse ved

anvendelse av elektrolyseceller som omfatter foreliggende holdeanordninger, fremgangsmåter for tilvirkning av sådanne holdeanordninger samt mellomliggende monteringsorganer eller elektrode-ramme for å holde disse i ønsket stilling i foreliggende holdeanordninger.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått, ut ifra følgende'beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en perspektivskisse av en cellesammenstilling som omfatter et antall holdeanordninger i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et vertikalt snitt gjennom et par holderammer i henhold til foreliggende oppfinnelse og med «isse bortskårne deler, samt partier av ytterligere, tilstøtende holdeanordninger, idet to fullstendige sådanne anordninger må kombineres for dannelse av en elektrolysecelle", Fig. 3 viser et snitt langs planet 3 - 3 i fig. 2, idet visse deler er bortskåret, og Fig. 4 vi3er et delsnitt gjennom den T-formede rektangulære "billedramme" som anvendes som mellomlegg for forbindelse av en elektrode med holderamraen av polymermaterial i henhold til foreliggende oppfinnelse..

Sammenstillingen 11 av elektrolyseceller i fig. 1 omfatter et fundament 13, enkelte cellerammer 15 montert sammen med mellomliggende pakninger (ikke vist) for tetnihgsformål, fremre og bakre i klemplater, henhv. 17 og 19, horisontale understøttende sidestengér 21 og 23 som er fast forbundet med fundamentet 13 og holdes i

svstand ovenfor dette ved hjelp av vertikale partier 25, 27, 29 og 31, samt stenger 33, 35, 37, 39 og 41 som hver er gjenget i begge ender og forsynt med tiltrekningsmuttere for pressing av endeplatene mot hverandre for derved å holde rammene sammen i lfluid-tett innbyrdes forbindelse, vanligvis ved hjelp av mellomliggende pakninger. De gjengede ender 43 og 45 samt tiltrekkingsmutterne 47 og 49 på stangen 41 er vist, og det vil være åpenbart åt de

øvrige stenger er utstyrt med lignende gjengede ender og fcil^fcekkingsmuttere. En valse som gjør tjeneste som opplagring for å lette glidebevegelse av platen 17 er betegnet ved henvisnings-tallet 51. Platene 17 og 19 er utstyrt med gjennomgående passasjer for å holde klemstengene i stilling og overføring av sammenholdings-kreftene til- platene. Eolderammene 15, hvis konstruksjon vil bli nærmere omtalt i forbindelse med fig. 2 og 3, omfatter ytre innstillingsorganer 53, som er utstyrt med ytre stykker i fast forbindelse med rammene og støpeformen.(ved 53) for tilpasning til og hvilé mot støttestaven 23 for å lette innbyrdes sammenstilling av.hoIderammene, slik det vil bli beskrevet senere i forbindelse med fig. 2 og 3.

Iffig 2,,hvor sammenstilling av holderammer for dannelse av elektrolyseceller er vist uten rammenes ytre deler, bortsett fra elektriske tilslutninger, idet øvre innløps- og utløps-passasjer. pg tilslutninger ikke er vist' (vist iflg. 3) holdes rammene 15 sammen med mellomliggende pakninger 61 for fluidtett anlegg, således at det dannes en elektrolysecelle når elektroder og mellomliggende membraner er bragt på plass. Rammenell5 har vegger 16 som avgrenser den celle som opprettes ved sammenstilling av rammene og hindrer lekkasje inn i de nærmest tilstøtende celler, 65 og 67. Cellen 69 som dannes ved sammenstilling av rammene 15, omfatter en anode

71, en katode 73 og et membran 75, som her er vist fastholdt ved den indre, passive flate av anoden 71. Anoden 71 er elektrisk og mekanisk (ved sveisning) forbundet til lederen 77> og katoden 73 er på lignende måte tilsluttet lederen 79. Begge disse ledere er anordnet hovedsakelig vertikalt og har sine øvre ender ført ut

gjennom åpninger, henhv. 81 og 83, i rammene samt til kontakt med ytre ledere 85 og 87, for tilførsel av elektrisitet til cellen 69

fra katodelederen i cellen 67 og. strømoverføring fra cellen 69

til anodelederen i cellen 65. Tetningsorganer &9 og 91 er anordnet for å sikre fluidtett forbindelse for å forhindre gass- eller væske-tap. Som vist for den utgående anodeleder fra cellen 65, omfatter tetningen et antall ettergivende neopren-skiver eller p-ringer 63 som er sammenpresset mot et frems<p>rin<g>95 ved tiltrekning av en gjenget hett<£e97 i en gjenget krave" 99 mot.en kraftoverførende stiv skive 101. Skivene eller O-ringene eller eventuelt festeorganer av annen hensiktsmessig type, som f.eks. kiler, presses således mot anodelederen og holder denne tett på plass for å

hindre fluidtap fra cellen.

Lederne 77 og 79, og ved dem også elektrodene 71 og 73, fastholdes på plass ved hjelp av støttebraketter 103 og 105, som ved hjelp av skruer 107 og 109 er festet til faststøpte fremspring 111 og 113. Lederne kan være sveiset eller på annen måte fåst forbundet med

brakfetténe for ytterligere understøttelse.

Som vist, passer katoden 73 inn i en særlig anordnet åpning i hoiderammen ved katodeenden og holdes ytterligere på plass ved anleggstrykk fra den tils-feøtende pakning når holderammene presses sammen. For å forbedre anodens stivhet, er den montert på en vinkelholder eller en rekke vinkelbraketter 115, som holdes i stilling 1 forhold til holderammeri-15 ved hjelp .av hensiktsmessige midler, f.eks. skruår, bindemidler, presspakninger 61, etc. Anvendelse av vinkelbrakettene 115 eller mellomliggende roonterings-organer i form av en T-formet "billedramme<*>av den type som er vist i fig. 4.og kan utveksles med de foreliggende vinkelstykker, tjener

til å gi tilleggsstyrke og forhindre uønsket utUøyning av anode-materialet.

Membrahet 75, som i den viste utførelse holdes mot anoden 71, bibeholdes i stilling ved tett innpassing på plass mellom vinkel-stykkene 115, rammepartiene 117, 119 og 121 samt også innført i hensiktsmessige kanaler eller spor som de som fastholder stykkene 127 og 129 ved 123 og 125, samt holdes på plass i rammen 15 ved hjelp av skruer. Det vil bemerkes at membranet ikke er vist fullstendig vertikalt i hele sin utstrekning, men er presset mot anoden for å holdes bedre på plass. Det er viktig at avstanden mellom! elektrodene bibeholdes konstant for å oppnå best mulig elektrolytisk virkning, og det er også viktig at membranet holdes tett mot anoden for å hindre at klorgass som frembringes på anodens aktive side,

som vender bort fra membranet, kan trenge inn mellom anode og membran. På lignende måte bør avstanden mellom membran og katode holdes konstant for å ikke hindre fjerning av den frembragte hydrogengass og tillate fri strømning av elektrolytt* Det vil være åpenbart at det i andre utførelser i henhold til oppfinnelsen, hvori membranet holdes i stilling mellom de to elektroder med klaring mellom membranet og elektrodene, kan det være ønskelig åt anodens aktive side vender mot membranet eller at begge anodesider er aktive. Ved utførelser hyear membranet skal anbringes mot katoden, må cellekonstruksjonen modifiseres tilsvarende.

Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er innstøpning av forskjellige organer for tilførsel og fjerning av fluid fra de fremstilte elektrolyseceller, således at det ikke vil være nødvendig å bore ut sådanne passasjer i holderamman. I fig. 2 er den eneste viste sådanne passasje anordnet for tilførsler til anolytt- og katolytt-rommet samt for anolytt-tilslutningén eller -forgreningen. Andre tilslutninger for innløp og utløp er vist i fig. 3. Anolytt-tilslutningen 131, som er støpt inn i holderammen 15, står gjennom eh passasje 133 i forbindelse med anolyttrommet 135 i cellen $9. Ved den ende av passasjen 133 som munner ut i anolytt-rommet, er en tetningsplugg 139 skrudd inn på plass ved hjelp av på forhånd ihnstøpte gjenger i rammen 15, eller festet på annen måte i rammen, for derved å innsnevre passasjen til den åpning som er vist ved 139. På samme måte stiår én tilfør sel sforgr ening 134

(fig. 3) for katolytt i forbindelse gjennom passasjen 141 med katolyttrommet 143, samt er innsnevret til åpningen 45.

Anvendelse av sådanne innsnevrede åpninger, som Kan utskiftes med andre med forskjellig størrelse^: tillater regulering av strømnings-takten inn i cellen...

I fig. 3 omfatter holderammen 15 og cellen 69 en ytterligere, valgfritt anoaSdnet tilf ør sels forgrening 147, en uti øpsforgr ening

151 for klor, en utløpsforgrening 149 for hydrogen, uttakstilslutning 153 for natriumhydroksyd-løsning samt uttaksforbindelse 155 for

uttynnet anolytt. Det vil bemerkes at over1øpspassasjene 157 og 159 fører ée respektive overløp fra anolytten 161 og katolytten 163 (bak membranet) til uttakene for henhv. katolytt og anolytt.

Holdeanordningen 15 er også utstyrt med et ytterligére anolytt-ihntak 167 og et ytterligere katolyttinntak 165, som begge kan være

forbundet med kanaler eller passasjer, som ikke er vist, til cellens

indre. Sådanne passasjer kan være utboret i rammen hvis det

ønskes å anvende tilførsler fra oversiden av cellen, samt kan være innstøpt på forhånd og gjenplugget når de ikke er i bruk.

Hvis det på lignende måte ikke Ønskes å anvende bunntilførsler, kan passasjene 133 og 141 plugges igjen. Forgreningen 147 kan være

til nytte når det ønskes å anvende flere membraner for dannelse av

et buffer-rom, som skal tilføres væske. Som nevnt i forbindelse med

de øvrige tilleggstilslutninger, kan enhver passasje åpnes eller gjenplugges alt etter den anvendelse som ønskes.

Skjønt det. ikke er spesielt vist, ligger det innenfor oppfinnelséns ramme å anvende "labyrint-passaspr" for innløps- og utløps-strftsmninger,

for derved å øke motstanden i enhver strøm hvorigjennom strøm-lekkasje kan opptre* Ved væsketilførsler gjennom innsnevrede åpninger vil således motstanden bli større og strømlekkasjen nedsatt, på grunn av større motstand gjennom det mindre strømningstverrsnitt. Dette vil særlig bli effektivt i forbindelse med øvre strømningstil£ førsler, når det anvendes tilstrekkelig små åpninger til å frembringe

diskontinuerlig væsketilførsel i form av dråper som faller ned gjennom klor- og hydrogenfaser over elektrolytten 1 henhv. anode-og

katode-rommet. Sådanne diskontinuerlige væsketilførsler utgjør ' naturligvis meget høy motstand mot strømlekkasje. 'Sådanne avbrudte strømninger kan likeledes frembringes ved tilbaketrukket overløp, idet cellevæske og uttynnet anolytt drypper fra celleeléktrolytt-nivåene til lavere nivåer for frembringelse av diskontinuerlige "strømninger". Elektrolyttene kan naturligvis også avbrytes ved

fjerning fra celleveggene for å forhindre elekkasje gjennom disse.

I denne forbindelse er det polymeriske konstruksjonsmaterial for cellens holdeanordninger gunstig på grunn av at det ikke er elektrisk ledende.

I fig. 4 er det vist en del av en T-formet "billedramme" som utgjør

et monteringsorgan i form av mellomlegg for fastholding av en elektrode, som f.eks. den uttrukkede nettinganode 71 i fig. 2 og 3 i

holderammen; 15. I flg. 2 er rammeverket 115 vist som et vinkel-stykke, mens det i fig. 4 utgjøres av en T-form 169 med et horisontalt avsftitt 171 samt et øvre vertikalt topp-avsnitt 173

og eh tilsvarende nedre avsnitt 175. Den Øvre del av T-formens toppavsnitt 173 fastholdes i en massiv del av holderammen 15 méns

det nedre avsnitt fastholder den uttrukkede hettinganode 177.

Som vist, er det frembragt én klaring mellom.anoden 177 og membranet 179 som fastholdes mellom den øvre del av T-formen og pakningen

181. Ved varierende forhold og plasseringer kan det hele naturligvis anordnes slik at klaringen blir større, mindre eller opphører.

Ved modifikasjon av den viste konstruksjon, kan en monopolar celletype lett frembringes ganske enkelt ved å forandre de elektriske forbindelser på sådan måte at hver celle Lades uavhengig med en elektrolysegpenning. På lignende måte kan innbyrdes elektrisk forbindelse mellom bipolare celler utføres innvendig i stedet for

på utsiden av cellene. I stedet for at sådanne elektriske forbindelsei utføres på cellens overSide kan de også utføres langs den ene eller annen sidevegg av cellene. Cellens hovedseparatorer, som er vist s<p>m midtre vertikale konstruksjonsdeler av rammene, kan erstattes med flere sådanne deler, som da fortrinnsvis er utført med mindre tykkelse for å spare plastmaterial. Disse skillevegger kan forskyves til den ene eller den annen side av holderammen, men det foretrekkes at dé hovedsakelig er plassert i holderammens.midtområde, slik det er vist i figurene, for oppdeling av vedkommende celler i omtrent like rom og for å oppnå større styrke og dimensjonstabilitet for

den støpte piastramme. I stedet for å anvende néopren-skiver, som presses tett mot elektrodelederne ved sammentrykning av en paknings-mutter, kan det anvendes andre tetningstyper, for eksempel enkelte O-ringer, sylindere, hule koniske kiler etc... Sådanne komponenter kan være av neopren eller andre egnede polymer-materialer, f.eks.

polytetrafluoroetylen og andre fluorholdige polymere. I stedet for å anvende stivt-fastholdte organer for feste av membranet og/eller elektrodene på plass, kan disse organer være elastiske, slik som f.eks. neoptoobånd, som trykker pakningen eller andre deler mot rammen under samménstillingsmontasjen, og som eventuelt passer inn i uttagninger i rammen. Sådanne midlertidige organer kan anvendes inntil de forskjellige holderammer befinner seg tett sammenpresset under oppbygning av cellebatteriet. I stedet for å anvende sådanne

midler, kan en sement, som f.eks. neopren-sement, anvendes for å holde elektrodene og membranene midlertidig på plass. En sådan sement bør være tilstrekkelig sterk til å holde dé forskjellige deler sammen 1 korrekt innbyrdes forhold inntil de bringes til permanent sammenstilling ved sammenpressing av de.forskjellige holderammer. Ved demontering vil ikke,sementen binde de forskjellige deler i så høy grad at disse ikke kan fjernes uten varig skade.

I visse tilfeller kan det være mulig å avstå fra bruk av pakninger og istedet anvende innbyrdes tilpassede deler av polypropylen-

rammene som sammenholdes så tett ved hjelp av de anvendte sammen-pressihgsorganer at de forskjellige sammenstilte deler holdes.i ønsket permanent innbyrdes forhhld uten behov for mykere paknings-materiMérr for å hindre lekkasjer. I de tilfeller neopren-pakningene utelates, kan polypropylen-rammenes ettérgivenflet økes ved å blande inn gummi eller andre elastomer-materialer i støpe-blandingene, f.eks. 5 til 25% etylen-pjsopylen-elastomer.

De celler som er vist i fig. 2 og 3 utgjør en midtre del av en cellesammenstilling. Det vil være åpenbart at cellebatteriets ende-rammer må være av avvikende utførelse, idet de utgjøres av hver sin halve celleramme med ytterendene utelatt. Det antas at det ikke vil være nødvendig å beskrive en sådan konstruksjon nærmere i denne forbindelse, da den antas å være selvinnlysende.

Det eneste konstruksjonsmaterial for de foreliggende holdeanordninger som er funnet tilfredsstillende i bruk og lett kan sprøytestøpes, er polypropylen og nærmere bestemt polypropylenSfrlt med et hensiktsmessig fyllmaterial, som f.eks. kan velges fra den materialr gruppe som består av.asbest, raika, kalsium-silikat, fcalkum samt blandinger av disse materialer. Fyllmaterialet kan utgjøres av blandinger av to,\ tre, eller fire komponenter, og det anses særlig gunstig å la både kalsiumsilikat og mika inngå1 i sådanne blandinger.

I visse tilfeller kan visse andre anerkjente tilsvarende fyllmaterialer også anvendes. Hvis bare et av de nevnte fyllmaterialer skål anvendés, er bruk av kalsiumsilikat å foretrekke, idet dette material har den fiberform som anses best egnet. Det polypropylen-material som det er henvist til, kan utgjøres av et vanlig harpiks-material beregnetpå sprøytestøpning, slik som f.eks. de umodifiserte inertfylte eller slagfaste (gummi-modifiserte) polypropylen-mateTria.le>T* SV knnnl vmerf unp snui •Fr/r-o-r f 41 -nT-z-i/JitVt-csi» maA Aa anon ole a r\ atr

som er angitt i 1973 - 74 Modem Plastics Encyclopedia på side

552. Når sådanne harpiksmaterialer sprøytestøpes i henhold til

de fremgangsmåter som er beskrevet på sidene 338 - 410 i den nettopp nevnte publikasjon, vil det således kunne frembringes hensiktsmessige golderammer egnet for anvendelse ved sammenstilling av elektrolyseceller av "filterpresse"-type og bestående av 10 - 60 sådanne rammer, for elektrolyse av vandige natriumklorid- løsninger.

De nettopp beskrevne rammer vil være i stand til å motstå påvirkning av elektrolytten og de frembragte elektrolyseprodukter, samt vil være tilfredsstillende dimensjonsstabile under elektrolyseprosesser selv ved temperaturvariasjoner mellom 40 og 95°C og pH-variasjoner fra 3 til 14. Skjønt det vil være mulig å anvende polypropylen-harpiks som verken inneholder kopolymer eller gummi, forutsatt at det ønskede innhold av fyllwateriali tilstrekkelig grad forbedrer dimensjonsstabiliteten, varmebestandigheten etc, til å gjøre materialet egnet for klorceller i kommersiell drift, vil

vanligvis en blanding av homopolymer ogkkopolymer være å foretrekke, i en sådan blanding vil forholdet mellom disse bestanddeler normalt." være fra 10 til 40% kopolymer, f.eks. av den type som markedsføres av Shell Chemical Company som Shell 7525," samt 10 til 40% homopolymer,hvorunder det totale innhold av disse komponenter bør være 40 til 90% i sluttproduktet. I stedet for homopolymer-matérialet, kan kopolymer av dette material med andre materialer anvendes, f.eks. propylen/akrylsyre-kopolymere som Exxon D-561. Andeleneav s.lagmodlf iser ende gummi akan være fra 0 - til 20%, idet det foretrekkes at sådant material i alle fall foreligger i en viss liten prosentandel, normalt fra 3 til 15% av det totale produkt. , Når betegnelsen "polypropylen" her anvendes i alminnelig betydning omfatter den kopolymer og kopolymere av homopolymer og bindemidler som lavere umettede organiske syrer, f.eks. akrylsyre, metakrylsyce samt andre monoalkeno-syrer med 3 til 6 karbonatomer og ekvivalente syrer, såvel som homopolymere.

Fyllmaterialet, som kan utgjøres av talkum, asbest, kalsiumsilikat, mika eller en blanding av disse materialer, omfatter fortrinnsvis kalsiumsilikat-fibre, slik som f.eks. Wollastonite-fibre eller syntetiske kalsiumsilikat-fibre, og kan fortrinnsvis i tillegg inneholde mika-flak eller småskiver. Disse fibre av kalsium-

silikat, enten det er naturlig eller syntetisk, asbest og talkum kan foreligge med et stort antall kommersielt tilgjengelige diametre, f.eks. fra 180 Å for krysotil-asbest til så meget som 1 mm, skjønt fiberdiameterne vanligvis vil være mindre enn 0.1 mm,

f.eks. 0.001 til 0.05 mm. Fiberlengdene vil normalt ligge i området 10 til 1 million ganger diameteren, fortrinnsvis

20 til 1000 ganger, og vil vanligvis foreligge i lengdeområdet

1 mm til 2 cm. Det anvendte mika-matérial vil vanligvis være tilstrekkelig finoppdelt til å kunne passere gjennom en sikt med masketall 40, og fortrinnsvis gjennom en sikt med masketall 200 (standard sikt-serie for OSA). Skjønt disse størrelser er angitt som ledetråder, vil det være åpenbart at det i visse tilfeller kan -Være ønskelig å anvende andre materialdimensjoner for å oppnå spesielle virkninger.

Andelen av det beskrevne uorganiske fyllmaterial i de foreliggende sprøytestøpte holderammer er fra 10 til 60%, fortrinnsvis 15 til 50% og helst 20 til 40%. 50 til 100% av fyllmaterialet utgjøres arv kalsiumsilikat-f ibre. - I visse utførelser av oppfinnelsen vil imidlertid.10 til 30% asbest bli anvendt sammen med 90 til 70% polypropylen-homopolymer eller 5 til 20% mikå-flak, 10 til 30% asbest-fiber, 15 til 50% polypropylen-homopolymer samt 20 til 60% polypropylen-kopolymer, og sådanne sammensetninger vil frembringe

tilfredsstillende produkter. I stedet for en viss del av kålsium-silikatet kan det tilsettes en tilsvarende andel av talkum-pulver,

som kan utgjøre 10 til 50% av det førstnevnte material. Det anvendte kalsiumsilikat og/eller talkum kan også behandles med silåner eller Silikoner for å modifisere disse materialers silanol- og siloksan-gruppe samt for å variere egenskapene for

det støpte polypropylen. Forskjellige slagmodifiser.ende gummimaterialer av kjent type kan anvendes for åpenbare formål. De anvendte gummi-arter kan være av hvilken som helst type som normalt er ansett, anvendbart for det foreliggende formål Innenfor polymer-teknikken, og blandinger av disse materialer kan også anvendes, men elastomer-materialer basert på etylen eller polypropylen er å foretrekke, liksom materialer basert på begge disse polymere.

Forskjellige andre tilsatser kan foreligge i små andeler, vanligvis ikke med mer enn 10% og fortrinnsvis ikke mer enn 5%, i de foreliggende støpte produkter, og kan f.eks. utgjøres av farge-midler, midler for å slippe støpeformen, samt brannhemmende kjemi-kalier. Beskrivelse av sådanne materialer og av dé polymerer, fyllmaterialer og gummimaterialer som anvfendss for sammensetning av den sprøytestøpbare polypropylen-harpiks som anvendes i henhold

til foreliggende oppfinnelse, er nærmere beskrevet i 1973 - 1974 Modern Plastics Encyclopedia samt i 1972 - 1973 utgaven av dette oppslagsverk, og vil følgelig ikke bli nærmere beskrevet her.

Sprøjtestøpningen av holderammene finner sted 1 overensstemmelse med kjente prosesser for støpeing av store gjenstander (ramme-dimensjonene vil være omkring 1.1 m x 1.1 m x 1.1 m x 9 cm, og avstanden mellom anode og katode i éeti celle som dannes ved sammenstilling av to rammer, vil normalt være omkring 1 cm). En beskrivelse av sådan støpning kan finnes i artiklen med titlen: Giant, Thick-Sectioned Plastic Parts Achieved by Nevj Method, i tidsskriftet Product Engineering for mai 1972 samt i en artikkel med titlen: Onusual Technique Makes Impossible Parts, i tidsskriftet Modern Plastics for september 1971. Hensiktsmessige støpemétbder er detaljert angitt i de nevnte artikler.: Den fremstilte støpte ramme vil, skjønt den er fremstilt av termoplastmaterialer, ikke mykne ved de foreliggende elektrolyse-cellers driftstempera tur, som kan være så høy som 95°C. Disse

celler er i kontinuerlig drift i lange tidsperioder, f.eks. 6 måneder, uten at det fremkommer skjevheter, sprekker, materialkrympning, stivnihg- eller andre skadelige te^ppå manglende dimensjonsstabilitet. Uten de forsterkende uorganiske fyllmaterialer er ikke resultatene så tilfredsstillende, men dé støpte holdeanordninger er fremdeles anvendbare. Det antas at støpeprosessen, sdra vil ha en tendens til å dekke til alt fibermateriål nær overflatene av den støpte gjenstand, på denné måte forhindrer enhver

frilegging av sådant forsterkningsmatérlal for påvirkning av innholdet 1 elektrolysecellen, hvilket bidrar til stabilisering av de sprøytestøpte rammer. Sådanne produkter anses å være overlegne sammenlignet med tilsvarende gjenstander frembragt ved maskinbearbeidning av lagermaterialer av forsterket polypropylen.

Konstruksjonsmaterialene for de forskjellige komponenter i foreliggen.de celler er valgt ut i fra krav om bestandighet overfor de spesielle foreliggende stoffer i omgivelsen. Anoden, som fortrinnsvis er utført av uttrukket titan-netting, skjønt andre ventilmetaller også kan anvendes, f.eks. tantal, og som kan være belagt på sin aktive overflate med et edelmetall eller en edelmetall-oksyd, f.eks. rutenium-oksyd, vil være bestandig overfor klor og syrlig saltløsning i anolytt-rommet. De lederstaver som anvendes i et sådant rom er fortrinnsvis av kobber for å oppnå god ledningsevne, samt er belagt med titan for bestandighet mot elektrolytten. Netting-delen av anoden har åpninger på 2 til 700 mm 2i fortrinnsvis 100 til 600 mm 2, og forholdet mellom åpningene og

den nominelle ene hovedflate av anoden ligger i områder omkring

25 til 70%, fortrinnsvis 40 til 70%. Nettingen har normalt

en tykkelse fra 0.2 til 2.5 mm, fortrinnsvis 1 til 2 mm, og dens streng- eller snippbredde er fra 0.7 til 2.5 mm; fortrinnsvis 1 til 2 mm. Anoden er fortrinnsvis aktivert med ruteniumoksyd på sin bakside/ nemlig den side som vender bort fra membranet.

De anvendte katoder kan være av hvilket soin helst elektrisk

ledende material som er i stand til å motstå angrep £ra den/foreliggende cellevæske, som har et forholdsvis høyt innhold av natriumhydroksyd. Hensiktsmessige katoder er utført i stålnetting og forbundet med en kobberleder, men andre katodématerialer og ledermaterialer kan også anvendes, blant annet jern, grafitt, blydioksyd på grafitt, blydioksyd på titan samt edélmetaller,

, som platina, irridium, rutenium og rodium. Edélmetallene kan påføres som overflatebelegg på ledende substrater, som f.eks. kan være av kobber, sølv, aluminium, stål eller jern. Dé anvendte katoder foreligger fortrinnsvis som skjerm eller uttrukket metall-netting, og vil, liksom anodene, være av flat eller annen hensiktsmessig utformning, således at avstanden mellom elektrodene vil være omtrent dan samme over hele de aktive elektrodeflater.

Åpningene i katodeskjermen eller -nettingen vil normalt utgjøre minst 25% av overflateområdet på den ene katodeside, og fortrinnsvis 30 til 80% av denne flate, samt helst omkring 45 til 65% av flaten.

Åpningsflaten er vanligvis 0.5 til 1000 mm 2, og fortrinnsvis 2 til 100 mm<2>Når det anvendes en nettingskjerm vil nettingstr&ngene fortrinnsvis .ha en diameter på 0.5 til 3 mm. Begge elektrodene vil

f

normalt bli holdt i fullstendig eller hovedsakelig vertikal stilling^Cmed avvik vanligvis ikke mer enn 10° fra vertikal-retningen og fortrinnsvis ikke mer enri 5°. Det for nærværende foretrukkede kationftpermsellektive membran er av en hydrolysert kopolymer av perfluorinert hydrokarbon og en fluorosulfonert perfluorovinyleter. Det perfluorinerte hydrokarbon er fortrinnsvis tetrafluoroetylen, skjønt andre perfluorinerte og mettede eller umettede hydrokarboner med 2 til 5 karbonatomér også akan anvendes, hvorav monooléfin-hydrokarboner er å foretrekke, særlig de som har to til fire karbonatomér og aller helst de med to til tre karbonatomér, f.eks. tetrafluoroetylen, heksafluoropropylen. Den sulfonerte perfluoroviny1-eter som er mest anvendbar, er den som har formlen FS02CF?CF2OCF(CF3)-CF2QCF=CF2. Et sådant material, som betegnes perf luoro^2-(2-f luorosulfonyletoksy)-propyl-vinyl-eterj?, vil 1 det følgende bli henvist til som PSEPVE og kan modifiseres til ekvivalente monomere, som f.eks. ved modifisering av den indre perflDorosulfonyletoksy-komponent til den tilsvarende propoksy-komponent samt ved forandring av propyl til etyl eller butyl, pluss omvandling av substituerings-stillingene for sulfonyl,

henhv. anvendelse av isomerer av perfluoro-lavere alkylgrupper.

Det foretrekkes imidlertid helst å anvende PSEPVE.

Fremgangsmåten, for fremstilling av den hydrolyserté kopolymer er beskrevet i eksempel XVII i US patentskrift nr. 3.282.865, mens en alternativ fremgangsmåte er nevnt i canadisk patentskrift nr. 849.670, som også beskriver anvendelse av det ferdige membran

i brenselceller, som i dette skrift er betegnet som elektrokjemiske

celler. Det nevnte kopolymer kan kort fortalt fremstilles ved. reaksjon ay PSEPVE eller ekvivalent material med tetrafluoroetylen eller tilsvarende i Ønskede mengdeandéler i vann ved forhøyet temperatur og trykk i mer enn 1 time, hvoretter blandingen a^ikjølesi Den vil da skilles i et nedre perfluoroeter-lag og ét øvre lag av vandig medium med dispergert innhold ay det ønskede polymer. Molekylvekten er ubéstembar, men ekvivalentvekten ligger omkring 900 til 1600, fortrinnsvis fra 1100 til 1400, og prosentandelen av PSEPVE eller tilsvarende forbindelse er omkring 10 til 30%, fortrinnsvis 15 til 20% og helst omkrihng 17%. Den uhydrolyserte kopolymer kan presstøpes ved høy temperatur og høyt trykk for fremstilling av platacreller membraner som kan variere i tykkelse

fra.0.02 til 0.5 mm. Disse behandles så ytterligere for hydrolysering av foreliggende -S02F-grupper til -S03H-grupper,

ved behandling med 10 prosentig svovelsyre eiler ved de fremgangsmåter som er angitt i de ovenfor nevnte patentskrifter. Nærvær ,

av -SbjH-grupper kan fastslås ved titreiring, slik som beskrevet ; i det nevnte canadiske patentskrift. Ytterligere detaljer ved de forskjellige prosenttrinn er beskrevet i canadisk patentskrift nr. 752.427 samt i US patentskrift 3.041.317.

Forbedrede versjoner av de ovenfor beskrevne kopolymere kan

oppnås ved kjemisk overflatebehandling av disse, som f.eks. ved behandlinger med' det formål å modifisere -S03~gruppen i overflaten.

. Sulfon-gruppen kan f.eks. forandres på membranet for frembringelse av en konsentrasjonsgradient eller kan delvis utskiftes med en fosfor- eller fosfon-gruppe. Sådanne forandringer kan utføres under fremstillingsprosessen eller etter membranéts fremstilling. Utført som etterfølgende overflatebehandling av membKanér, vil behandl ing sdybden vanligvis være. fra 0.001 til 0.01 ram. I visse tilfeller kan det være ønskelig å omvandle sulfonyl- eller sulfonsyre-gruppen på membranéts ene side (som f.eks. anodesiden) til' sulfonamid, som er mer hydrofilt, hvilket kan utføres på den måte som er beskrevet i US patentskrift nr. 3.784.399. Membranet kan også foreligge i laminert form, hvilket er å foretrekke, idet laminatene er av en tykkelse i området 0.07 til 0.17 mm på anodesiden ogOO. 01 til 0.07 mm på katodesiden, idet vedkommende laminater henhv. har ekvivalentvekter i områdene 1000 til 1200 og 1350 til 1600. En foretrukket tykkelse for laminatet på anodesiden ligger 1 området 0.07 til 0.12 mm og er fortrinnsvis omkring 0.1 mm, mens. den foretrukkede tykkelse for laminatet på katodesiden er 0.02 til 0.07 mm, og helst omkring 0.05 mm. Foretrukkede og mest foretrukkede ekvivalentvekter er henhv. 1050 til 1150 og 1100 .samt 1450 til 1550 og 1500. Jo høyere ekvivalentvekt for det enkelte laminat, jo mindre tykkelsesforetrekkes anvendt, innenfor de gitte områder.

I tillegg til de tidligere omtalte kopolymere og de nevnte r-^j:: modifikasjoner av disse, er det funnet at. også en annen type membran-material er vesentlig bedre enn kjente membrantyper for anvendelse i forbindelse med de foreliggende prosesser. Skjønt det kan synes at tetrafluoroetylen-polymere (TFE) som i rekkefølge er styrenert og sulfonert ikke kan være anvendbare for tilvirkning av tilfredsstillende kationaktiye permsellektive raembæaner for

anvendelse i foreliggende elektrolyseprosesser, er -det likevel fastslått at perfluorinert etylen/propylen-polymer (FEP).

som er styrenert og sulfonert utgjør et anvendbart membran. Sulfostyrenert:FEP er overraskende beiandig mot forhårdning og annen svikt ved anvendelse under de foreliggende driftsforhold.

Eksempler på hensiktsmessige membranen tilvirket ved den beskrevne

prosess er produkter fra RAI Research Corporation, New York,

med betegnelser 18ST12S samt 16ST13S, idet det førstnevnte er styrenert til 18% og har 2/3 av fenyl-grupperie monosulfonert,

og det sistnevnte er styrenert til .16% og har ,13/16 av fenyl-gruppene monosulfonert. For å oppnå 18% styrenering anvendes enlløsning på 17%% styren i metyl-klorid, og for "å oppnå 16%

styrenering benyttes en løsning på 16% styren i metylen-klorid.

Membranveggene vil vanligvis ha en tykkelse på 0.02 til 0.5 mm,

fortrinnsvis £na 0.07 til 0.4mm, og aller helst 0.1 til 0.2 mm. Tykkelsesområdene for de forskjellige.deler av de tidligere nevnte laminerte membraner er allerede angitt. Montert på et hensiktsmessig nettverk av polytetrafluoroetylen-asbest, titan eller annet hensiktsmessig nettverk for understøttelse, vil nettverkets tråder eller fibre vanligvis ha en tykkelse på 0.01 til 0.5 mm, fortrinnsvis 0.05 til 0.15 mm, hvilket tilsvarer en tykkelse opp til membran-tykkelsen. Det vil ofte være å foretrekke at trådtykkelsen er mindre enn halvparten av membrantykkelsen, men trådtykkelser større enn membrantykkelsen kan også anvendes, f.eks. 1.1 til 5

ganger membran-tykkelsen. Vedkommende nettverk, skjerm eller duk vil ha en åpningsandel på omkring 8 til 80%, fortrinnsvis 10 til 70% og aller helst 30 til 70%. Trådenes tverrsnitt vil vanligvis være sirkulært, men andre former, som f .eks. ellipseform, kszadrat-ogrektangelformer, kan også anvendes. Det understøttende nettverk utgjøres fortrinnsvis av en skjerra eller en duk, og skjønt det

kan klebes til," membranet er det å foretrekke at det fastsmeltes ved høy temperatur og høyt trykk før hydrolyse av vedkommende kopolymer. Sammenstillingen av membran og nettverk kan fastklemmes eller festes på annen måte på plass i en holder eller bærer. For

å bibeholde ønsket avstand mellom membranet og den ene eller den:annen, eller eventuelt begge elektroder, anvendes pakninger og/eller vertikaltråder eller -strimler av hensiktsmessig plastmaterial, f.eks. polytetrafluoroetylen. Cellebredden vil vanligvis være fra 0.3 til 1 cm, mens avstanden fra anoden til membfanet vil være fra 1.5 til 6 mm, men kån også væré 0 mm. Lignende avstandsangivelser gjelder.også katode/membran-avstandene.

Etter sprøytestøpning av holderammene ved forhøyet temperatur

og trykk, sammenstilles rammene til celler og cellebatterier, slik som vist i fig. 1.- 4, Når den T-formede ramme eller "billedrammen" i rett vinkal anvendes for fastholding av elektrodene og eventuelt også membranet, vil denne ramme fooe-ligge i et material som er i stand til å motstå angrep Æra den omgivende elektrolytt. Rammen på anodesiden vil således ofte være utført i titan eller titan-belagt metall, mens rammen på katodesiden vanligvis vil være utført i bløtt stål. Lignende regler' gjelder for forskjellige støpeinnretninger, støtte-braketter etc.

Etter sammenstilling av rammene til celler og sammenspenring

av disse til cellebatterier, slik det er vist i fig. 1, fylles cdlerie med elektrolyt-væske og elektrolyseprosessen kan igangsettes. Anoderommet er fylt med en nesten mettet saltløsning med natriumkloridinnhold på omkring 25%, og katodeirommet er fylt

med vann, som innledningsvis inneholder en liten saltmengde

for å forbedre vannets ledningsevne. Elektrolysestrømmen slås på,

og det klor og hydrogen som fremstilles i cellene fjernes kontinuerlig, idet klor og anolytt- i visse cellekonstruksjoner adskilles etter fjerning fra cellen teller enn før denne'prosess. Natriumhydroksyd fjernes fortrinnsvis kontinuerlig under elektrolyseprosessen, men kan også tas ut etter at en elektrolysepefiode er fullført. Fortynnet anolytt føres gjennom et metningstrinn,

hvori natriumkloridinnholdet. atter økes, hvoretter væsken tilbakeføres til anoderommet. Natriumklorid-innholdet i den uttatte anolytt ligger på omkring 22 vektprosent, mens den tilsvarende prosentandel i den tilbakeførte anolytt fra metnings-trinnet ligger omkring 25%. Anolytten kan gis øket surhetsgrad og har fortrinnsvis en pH-verdi å området 1 til 6, fortrinnsvis

1 til 5, og aller helst omkring 3 til 4.5, f.eks. 3.9 til 4.3. Katolyttens pH-verdi ligger naturligvis omkring 14 på grunn av

det høye natriumhydroksyd-innhold. Elektrolyttémperaturen vil bli holdt på mindre enn 105°C, idet den fortrinnsvis ligger i området 20 til 95°C og aller helst omkring 80 til 95°C. Elektrolyttemperaturene kan reguleres ved resirkulasjon av

deler av elektrolyttene, ved regulering av tilfØrselsahdeler

til de forskjellige soner samt ved forandring av temperaturene for de tilførte væsker. Nedkjøling og andre avkjølingsmidler kan også anvendes.

Den spenning som påtrykkes pr.celle vil vanligvis være fra 2.3

til 5 eller 6 volt, og ligger fortrinnsvis i området 3.3 til 4.3 volt. Ved en foretrukket fremgangsmåte kan spenningen iblant være så høy som 4.5 volt. Aller helst bør imidlertid spenningen ligge mellom 3.3 og 4.1 volt. Strømtettheten vil vanligvis være fra 0.2 til 0.5 araper/cm 2 og fortrinnsvis omkring 0.3 amper/cm 2 Uttaket av natriumhydroksyd fra katolyttrommet finner sted i sådan takt at det fremstilte produkt befinner seg ved en konsentrasjc på 5 til 45%, fortrinnsvis 5 til 25% og aller helst omkring 8 til 12%.

De følgende, utførelseseksempler vil anskueliggjøre, men er på ingen måte ment å avgrense oppfinnelsen til disse utførelser.

H<y>is intet annet er angitt, vil alle andeler være angitt i vektandeler og alle temperaturer i °Ci

EKSEMPEL 1

En holderamme av den type som er vist i fig. 2 og 3 sprøytestøpes ved den såkalte "Eimco Envirotech"-metode for sprøytestøpning av store plastartikler ved vanlige forhøyede støp&teraperaturer og trykk.

Støpeformen er konstruert slik at passasjer, utstikkere, avsatser, ribber, forgreninger, innstillings- og fastseennings-organer er støpt inn i den fremstilte ramme. Når dette er av betydning, støpes også gjengede eller delvis gjengede hull for å vare til-gjengelig for mottagelse a<y>gjengede åpningsplugger eller andre deler av holderammen. Rammene er fremstilt av en blanding av "25% kalsiumsilikat-fibre, 10% slag-modifiserende EP-gurami,

37.5% Exxon D-561 propylen-akrylsyre-polymer samt 27.5% Shell 7525 polypropylen kopolymer, hvoretter de fremstilte produkter undersøkes og prøves. Det er funnet at rammenes overflatematerial er harpiks-beriket i forhold til de åndre deler av rammematerialet, således at få eller ingen fibre

av uorganisk material befinner seg utildekket på overflatene. Ved utprøving i representativ vandig elektrolyttløsning egnet for anvendelse i én elektrolysecelle for fremstilling av klor og natriumhydroksyd fra natriumkloridløsninger, vil følgelig rammen ikke oppvise noen vesentlig svekning, muligens fordi det ikke foreligger noen innoverrattede sprekker eller punkter hvor kalsiumsilikat ar frilagt. Ved prøver for fastleggelse av dimensjohsstabilitet ved temperaturer innenfor området 40 til 95°C, idet sådanne temperaturer vanligvis opptrer, ved normal elektrolyse i denne celletype, er holderammene også funnet å være stabile uten forkastninger, sprekkdannelser, riss eller andre uregelmessigheter.

De fremstilte holderammer sammenstilles til celler ved anvendelse av neopren-pakninger, mellomliggende "billedramme"-holdere av titan for anodene og lignende holdere av stål for katodene, idet nylon-skruer og polypropylen rektangulære nring2-stykker anvendes for å fastholde membranet i rammen og' i tett anlegg mot anoden. Den anvendte anode utgjøres av en uttrukket titan-netting mens katoden består av en stålskjerm. Anodelederen er av titan-belagt kobber mens katodelederen er av kobber. Den uttrukkede nettinganode er av en tykkelse på omkring. 2.0 mm,

og nettingens strengtykkelse er ca. 2 mm; Nettingåpningene har rombe-form med den lengste akse:; i horisontalretningen og utgjør omtrent 50% av nettingoverflaten. Avstandene tvers over rombe-åpningene er henhv. 0.75 og 1.25 cm. Anoden er på den side som vender bort fra membranet belagt med et aktivt belegg av rutenium-oksyd av eåntykkelse på 0.07 mm, og som er påført.i samsvar med kjente standard-metoder for fremstilling av dimensjonsstabile anoder. Katoden er utført i netting av mykt stål og med ekvivalent diameter på 2.0 mm, samt en åpningsandel på omkring 50%. ■.■

Membranet utgjøres av hydrolysert PSEPVE. av den tidligere beskrenne type, og utgjøres av et laminat med tykkelse på 0.17 mm, og : hvorav .2/3 har en ekvivalentvekt på omkring 1100 og 1/3 har en ekvivalentvekt på omkring 1500.. Membransiden. med høyest molekylar

vekt vender mot katoden, mens den side som utgjøres av det flatere og tykkere skikt med lav molekylvekt, er tett presset mot anoden og avstivet med en støttenetting av polytetrafluoroetylen-trådEr med diameter på omkring 0.3 mm og som er vevet inn i en skjerm eller duk med en åpningsandel på omhring 22%.

Holderammene og celleveggene har et omfang på omkring 1.1.x 1.1 m, og cellene har en tykkelse på omkring 11 cm. ' Celleveggene og andre plastdeler i cellen, slik som f.eks. fUenser, vegger som danner anlegg, tilslutninger og passasjer, samt avsatsér og kanaler har vanligvis en tykkelse fra 1 til 3 cm.

Mellom katoden og membranet er det anordnet en rekke avstands-sylindre med 2.5 ram diameter, og som anvendes som vertikale avstandsstykker for hver 15 cm langs gapet mellom membran og k&tode, idet avstandsstykkene sammen med pakningen, som er av en sådan tykkelse at det frembringes et gap på omkring 2.5 mm mellom katode og. membran, holder membranet i fast avstand fra katoden samt i tett anlegg mot anoden.

Ved sammenstilling av cellen anbringes de forskjellige rammer

på de midlertidige oppstiliingsorganer eller staver, hvoretter

elektrodene innsettes og membranene midlertidig holdes på plass ved hjelp.av bindemiddel (Velcro eller andre hensiktsmessige midlertidige eller varige tetninger kan også anvendes)(samt senere ved hjelp av tetningspakningene. Før innbyrdes tett sammenføyning av de forskjellige holderammer, anbringes membran&t normalt i stilling i rammen ved anvendelse av ét hensiktsmessig løsningsmiddel, f.eks. glycerol, som hindrer uttørkning av membranet under sammenstilling av cellen og er av. særlig.stor nytte når et større antall celler (35), slik som i foreliggende tilfelle, skal'sammenføyes til et cellebatteri. Etter sammenstilling av cellene i ønsket stilling, nemlig i et filterpresse-arrangeraent, trekkes cellene så tett sammen at væskelekkasjer forhindres. I fig. 1 er det vist et sammenstilt cellebatteri. Cellene tilsluttes

så kilder for tilførsel av fluider og elektrisk effekt samt.til:

utløpsrør.

Anoderommene fylles derpå med en nesten mettet syrlig saltløsning

med en konsentrasjonsgrad på omkring 25% og. en pH-verdi på omkring 4.1, mens katoderommene fylles med vann, som innledningsvis tilsettes en liten méngde natriumhydroksyd for økning av løsningens ledningsevne. Elektrolysestrømmen innkobles og .en strømtetthet på 0.3 amper/cm opprettes. Spenningstapet over hver celle noteres under fremstilling i likevekt av vandig natriumhydroksyd-løsnittg, klor og hydrogen. Under sådanne forhold vil spennings-fallet over cellen være omkring 4 volt, strømbelastningen være omkring 3 kijioamper og den totale spenning omkring 12.0 volt likestrøm. Ved en driftstemperatur på omkring S0°C og øvrige temperaturer 1 området 85 til 95°C vil cellébattériet fremstilles omkring 3 tonn klor pc dag méd en klor-virkningsgrad på omkring 96% med syretilgåtc"]; - Hiens natriumhydroksyd-virkningsgraden ligger på omkring 90% ved en konsentrasjon på 80 til 100 g/1. Klor-virkningsgraden uten syretilsats vil være av størrelsesorden 90%. Etter € måneders drif t under de forkold som er beskrevet-ovenfor, åpnes cellébattériet og elektroder? membran, holderammer, pakninger og festeorganer undersøkes. Elektrodene og membranet var fremdeles driftsdyktige, og rammen viste ingen tegn på vesentlig svekning eller deformasjon, på tross av det forhold at temperaturen under normal celledrift, innbefattet visse utkoblinger, varierte innenfor området 40 til ,95°C. Den anvendte neoprencement

som bindemiddel kunne fremdeles lett fjernes fra membranet og rammeveggene, således at membranet kan anvendes på nytt. Ved en modifikasjon av den foreliggende utprøvning, hvorved Velcro- •

festeorganer ble anvendt for å fastholde membranene i stilling, •" ;

kunne.membranene lett fraskilles og fjernes uten membranskader.

Ved en utførelsesvariant av denne utprøvning, ble den anvendte fylte polypropylénharpiks fremstilt av en harpiksblanding på 30% av de tidligere nevnte kalsium-silikat-fibre,. 10% slag-modifiserende EP-gurnmi, 45% Exxon D--561 propylen/akrylsyre-kopolymerblanding

samt 15% polypropylen-kopolymer av typen Shell 7525. De oppnådde resultater var i disse tilfeller nesten like gode som ved den tidligere nevnte raaterialformer, bortsett fra at det ble bemerket at rammene var noe mer mottagelige for sprekkdannelse under

ekstreme forhold.. Ved en ytterligere utf ørelsesirarianfe ble det anvendt 20% asbest og 80% polypropylen-homopolymer. Skjønt den således fremstilte holderamme vil være godt anvendbar, har den -på ingen måte vist seg så god som den innledningsvis beskrevne utførelse. En forbedring av dette konstruksjonsmaterial somt utført og utprøvet på samme måte som beskrevet ovenfor, utgjøres imidlertid av en blanding av 20% asbest, 10% mika, 40%- homopolymer, samt 30% kopolymer.

EKSEMPEL 2

Den angitte fremstillingsprosess i eksempel .1 gjentas ved anvendelse . av 30% kalsiumsilikat-fibre, 10% slagmodifiserende EP-gummi,

45% Exxon D-561 propylen/akrylsyre-kopolymerharpiks samt 15% pOlypropylen-kopolymer av typen Shell 7525, mens det som membran-•material ble anvendt ulaminert PSEPVE hydrolysert kopolymer med tykkelse på omkring 0.2 mm i forbindelse med samme type forsterkende polytetrafluoroetylen-skjerm. På lignende måte ble vedkommende membraner også erstattet av membrantyper- med betegnelsene 18ST12S og 163T13s med "tilsvarende tykkelser fra RAI Research Corporation.. Ved anvendelse av en strømtetthet på 0.3 amper/cm under alle disse forhold ble det oppnådd tilfredsstillende drift av cellene uten skade på rammematerialet verken fra den' syrlige anolytt eller fra den alkaliske katolytt. Ved modifikasjoner av cellene ble belegget av rutenium-oksyd på titananodene utstrukket tii aktivt belegg på alle anodeflater, samtidig- som avstanden,mellom katode og membran ble nedsatt til 2 mm. Undsr sådanne forhold ble effektiv elektrolyse utført uten -skade på rammematerialet. Når elektrodene ble fastholdt ycd hjelp av T-formede, mellomliggende hoidestykker, viste de. seg også å ha mindre tSndens til signing enn når de bare ble fastholdt av pakninger, skjønt vinkelrammer også vil ha tilfredsstillende stivhet.

Cellene i henhold til dette utf#relseseksempel viste seg også å arbeide tilfredsstillende når membranene var fastholdt mot katodene eller var anbragt halveis mellom anode og katode, samt fastholdt

i ønsket stilling ved hjelp av avstandsstykker av teflon og med diameter på 1.5 mm.

EKSEMPEL 3

Holderammer fremstilles ved den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel 1, fra konstruksjonsmaterialet bestående av 35% polypropylen-homopolymer , 35% polypropylen-kopolymer samt resten av materialet (uten slagmodifiserende bestanddeler) i form av mika-flak (maskevidde 200), kalsiumsilikat-fibre (Wollastonite),

kalsiumsilikatfibre (syntetiske), talkum eller asbest (chroysotile).

Umodifisert homopolymer, kopolymer samt homopolymer og kopolymer

i blandingsforhold på 50:50 ble også anvendt. Holderammer ble

støpt i hvert av disse materialer. Ved utprøvning under praktiske forhold i elektrolytter eller under elektrolyseprosesser, ble det funnet at anvendelse av fealsiumsilikat-fibre i homopolymer/kopolymerblanding gir best resultat, samt at fylte polymere gir klart bedre fysiske egenskaper, særlig med hensyn til dimensjohsstabilitet og varmebestandighet, enn de ikke fylte materialer. Skjønt denne kvalitetsforskjell er vesentlig, vil det være mulig å anvende alle de sammensatte polypropylen-rammer i kommersiell drift, og

de ikke sammensatte rammer vil også'være praktisk anvendbare, skjønt av dårligere kvalitet.

Rammer utført i andre polymere, slik som f .eks, pol'yvinyl-3<brid, polytetrafluoroetylen og polyetylen vil, skjønt de normalt ikke er kommersielt anvendbare for lengere tids drift, være driftsdyktige under kortere tid i elektrolyseceller,<p>g vil være hensiktsmessige når-de ved vanlig sprøytestøpningsteknlkk, er utført med de forskjellige tilslutningetc, passasjer, åpninger, innstillings-,

monterings- og festeorganer £erdig innstøpt.

Kombinasjonen av polypropylen-ramme og kation-aktivt permsellektivt

membran av den type som har betegnelsen Dupont Nafion X R-, '. : . det beste alternativ med hensyn til dimensjonsstabilitet, kjemisk bestandighet og lang levetid,, særlig når membranet fastholdes direkte i rammen uten mellomliggende pakninger.

EKSEMPEL 4

De fremstillingsprosesser som er angitt i eksempel 1 gjentas,

men temperaturene, spenningene og pH~verdiene under de forskjellige elektrolyseprosesser varieres innenfor de angitte områder, nemlig henhv. fra 20 til 95°C, fra 3.3 til 4.3 volt, fra 3 til 4.5

anolytisk pH-verdiisamt fra 0.2 til 0.4 amper/• cm 2. Elektrodenes utforming og plassering varieres også over de tidligere oppgitte områder for åpne nettingflater og åpningsforhold samt avstander mellom elektrodene. Under alle forhold ble tilfredsstillende, elektrolyse oppnådd og rammene viste seg å være tilstrekkelige stabile for kommersiell drift. Ingen vesentlige probfeefemer oppsto under drift av disse celler, og fremstillingsorakostningene for holderammene ble nedsatt i vesentlig grad på grunn av den lette fremstilling av rammene ved sprøytestøpning. På grunn av de på forhånd støpte fremspring, avsatser, akanaler, etc. i holderammene lettes videre komponentsåmmenstillingen, som også kan utføres på kortere tid og følgelig mindre monteringsbmkostninger. Elektrolyseceller av foreliggende utførelse i henhold til oppfinnelsen representerer således et vesentlig fremskritt i forbindelse med elektrolyse av vandige halid-løsninger.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til spesielle konstruksjoner og titf ø>^elseseksempler, men er på ingen måte begrenset til disse, da det vil være åpenbart for fagfølk på området at et stort antall tilsvarende konstruksjoner og prosesser, kan utføres innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (12)

1. Roldeanordning av syntetisk organisk polymer for omslutning av anode og katode samt understøttelse av et membran i en elektrolysecelle, karakterisert ved at den i sammenstilling méd en tilsvarende annen holdeanordning på sådan måte at de innbyrdes rærmest liggende elektroder i de to' anordninger har motsatt polaritet, danner én elektrolysecelle med

anode, katode og et mellomliggende membran, idet hver holdeanordning omfatter innløp og utløp for elektrolysefluid i forbindelse med anolytt- og katolytt-kammeret,.således at den celle som dannes av td sammensatte holdeanordninger, får minst ett innløp til og ét utløp fra anolyttkamraeret samt minst et innløp til og utløp fra katolyttkammeret, idet hvert innløp og utløp står i forbindelse med uttak som inngår i vedkommende holdeanordning.

2. Holdeanordning som angitt i krav 1, for anvehåélse ved elektrolyse av vandige halid-løsninger, karakterisert ved at nevnte syntetiske Organiske polymer er polypropylen fylt med et tallmaterial valgt fra en materialgruppe som består av asbest, mika, kalsium-silikat, talkum og blandinger av disse materialer.

3. Holdeanordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den er av sådan støpt utførelse at holderens overflater har større polymérandel enn de indre områder, for derved å forbedre anordningens bestandighet mot den tilstøtende elektrolytt.

4. Holdeanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at konstruksjonsmaterialet inneholder 15 til 50% kalsiumsilikat-fibre, mika-flak eller en blanding av disse bestanddeler, samt er bestandig mot déformering under anvendelse i en elektrolysecelle for fremstilling av klor og natriumhydroksyd f^ ca vandig natriumhydroksydiø sning.

5. Holdeanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter en ramme med innstøpte ytre innstillings- og festeorgaher for plassering av en holdestav som anvendes for fastholding av et flertall holdeanordninger sammensatt til et cellebatteri av filterpresse-type.

6. Holdeanordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at ytterligere innstillings-anordninger adskilt fra nevnte innstillings- og festeorganer er anordnet for understøttelse av anordningene på et antall horisontalt forløpende understøttelser under sammenstillingen..

7. Holdeanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter innstøpte elektrodene i ønsket stilling, og som omfatter mønteringsstykker for fastholding av en foreløpig monteringskomponent for en elektrode..

8. Holdeanordning som angitt i krav 7 <,> karakterisert ved . at montsringskomponenten har T-form og er av rektangulær "billedramme"-type med den øvre del av T-formen anordnet horisontalt og det vertikale ben ovenpå dette, idet et avsnitt av den horisontale del er anordnet for å festes til holdeanordningen og en annen del er anordnet for feste til elektroden, hvorved elektroden avstøttes- av.T-rammen og derved holdes i ønsket stilling.

9. Rektangulær ramme for en elektrode i en elektrolysecelle for tilvirkning av klor, natriumhydroksyd og hydrogen fra vandige natriurn-kloridløsninger, karakterisert ved at den er innrettet for festé til en del av cellens holdeanordning samt til elektroden for å avstøtte denne, idet rammen har T-formet tverrsnitt med T-formens tverrdel anordnet horisontalt og det vertikale ben ovenpå détte.

10. Fremgangsmåte for elektrolyse av vandig natriumkloridløsning som utrettes for en elektrolysespenning på 2.3 til 6 volt mellom en anode og en katode ved en temperatur på omkring 80 til 95°C i en membrancélle, karakterisert ved at cellens vegger utføres i støpt polypropylen fylt med et fyllmaterial valgt fra en materialgruppe som består av asbest, mika, kalsium-silikat, talkum og blandinger av disse materialer.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at overflaten av celleveggene har en større andel av polypropylen enn veggenes indre, for derved å forbedre veggflåtenes bestandighet overfor tilstøtende elektrolyt, idet det fylte polypropylen omfatter 15 til 50% kaTsiumsilikat-fibre, mika-flak eller en blanding av disse materialer og er bestandig mot deformering under drift.

12. Fremgangsmåte for fremstilling av en holderamme for elektrolyseceller for elektrolyse av vandige natriumklorid-løsninger, karakterisert ved at holderammen sprøytestøpes av en blanding av polypropylen og fyllaaterial som velges fra en materialgruppe som består av asbest, raika, kalsiumsilikat, talkum, og blandinger av disse materialer, i form av sammenstøpte celledeler for to forskjellige celler, idet hver holdeanordning utfø res for sammenfø yning med en annen holdeanordning av samme art for dannelse av en fullstendig celle, idet nevnte holdeanordninger og dannede celler forsynes med innstøpte Innløps- og utløpspassasjer sesmt monteringsinnretninger for fastholding av celledeler.