NO811688L - Innretning for fordeling av elektrolytt paa de enkelte elementene til bipolare plateceller og for fjerning av elektrolyseprodukter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for fordeling av elektrolytten på de enkelte elementene til bipolare plateceller og fjerning av elektrolyseprodukter fra disse elementene.

Bipolare elektrolyseceller har ovenfor monopolare celler den fordel at det ikke er nødvendig med strømtilførsel til elektrodene og cellene kan bli trykket svært kompakt sammen. De anvendes f. eks. for vannelektrolyse og også for klorkali-elektrolyse blir spesielt ved membranmetoden benyttet bipolare cellekonstruksjoner.

Den bipolare koblingen av celle-elementer innenfor en celle-blokk medfører imidlertid også faren for at det kan oppstå betraktelige strømtap på grunn av shunt-strømmer, som strømmer direkte mellom de ytre elementene ved omgåelse av de mellom-"' koblede elementene eller at det oppstår elektrolytiske korrosjoner på grunn av ukontrollerte elektriske potensialer.

Dette problemet kontrollerer man best når man anordner de enkelte elementene væsketett adskilt fra hverandre, og med til-og bortføringsledninger av elektrisk ikke-ledende materiale, som på grunn av konstruktive grunner må være så lange at shunt-strømtapene også ved et større antall i seriekoblede bipolare elementer ikke blir overmåte stor. Ytre til- og bortførings-ledninger betinger imidlertid visse minstetykkelser på elementene, som er vesentlig større enn kravet ved elektrolysen. Elementene har således behov for vesentlig mer materiale, og celleblokkene får lengder som gjør det nødvendig med hydrau-liske strammeinnretninger eller skruing av de enkelte elementene som følge av at det ved drift oppstår termiske utvidel-ser og krymping.

Ved den indre fordelingen og samlingen av elektrolyttene og produktene av elektrolysen er det mulig med en vesentlig min-dre lengde. En slik konstruksjon er derfor å foretrekke når det lykkes å løse problemet med shunt-strømmene. Ved elektro-lyseprosesser, hvor anode- og katodeproduktene skal bli holdt adskilt, er det dessuten vesentlig at de indre fordelerinn-retningene ikke påvirker den sikre tetningen mellom anode-

og katoderommet.

Oppfinnelsen har til oppgave å tilveiebringe en innretning

av den type som nevnt i innledningen som tilfredsstiller de nevnte kravene. Spesielt blir det i forbindelse med en bipo-larelektrode ifølge den samtidig inngitte patentsøknaden for-søkt å tilveiebringe en svært kompakt og materialsparende cellekonstruksjon.

Denne oppgaven blir ifølge oppfinnelsen løst ved at elementene er forsynt med dobbeltringformede innsatser av elektrisk ikke-ledende materiale, som til-hverandre-liggende med deres, indre boring danner fordeler- og samlekanaler for elektrolyseproduktene, mens de er forbundet'med elektrolysekammeret ved hjelp av forskjøvne anordnede boringer i den indre og ytre ringen slik at ringrommet mellom den ytre og den indre ringen utgjør en forstørret motstandsbane for å begrense de elektriske shunt-strømmene.

Andre fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er beskre-vet i underkravene. Innretningen ifølge oppfinnelsen mulig-gjør på en fordelaktig måte en forholdsvis stor væskesirkulasjon gjennom elektrolyseinnretningen uten at shunt-strømtapene blir spesielt store.

Innretningen ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av tegningene, hvor: Fig. 1 viser et snitt i lengderetningen av en elektrolyseinn-retning med bipolare celle-elementer med indre fordeling og samling av elektrolytten og elektrolyseproduktene. Fig. 2 viser et celle-element sett forfra delvis mot separatoren og delvis en av elektrodene med fjernet separator. Fig. 3 viser et sideriss av en foretrukket utførelsesform av

en innsats.

De bipolare celle-elementene består i det vesentlige av skilleveggen 2, rammen 3, den perforerte anoden 4 og katoden 5. Mellom to bipolare elementer er anordnet henholdsvis en separator 6, idet elementene blir adskilt fra hverandre ved hjelp av ano-. de- og katodeproduktene. Strømmen blir tilført ved det første celle-elementet 7 som kun har en anode og bortført fra det siste celle-elementet 8 som har kun en katode.

Fig. 2 viser et celle-element sett forfra delvis mot separatoren og delvis mot elektroden idet separatoren er fjernet.

Ifølge oppfinnelsen har celle-elementene for tilførsel av anolytt og katolytt og for bortføring av elektrolyseproduktene ringformede innsatser 9 av elektrisk ikke-ledende materiale. Innsatsene danner anordnet ved siden av hverandre med deres boringer fordeler- og samlekanaler for elektrolytten og elektrolyseproduktene. Ringrommet 10 mellom den indre ringen 11 og den ytre ringen 12 utgjør en motstandsbane for begrensning av de elektriske shunt-strømmene. Denne er ved hjelp av en rekke boringer i den ytre ringen forbundet med elektrolysekammeret 14 og i den indre ringen med fordelings- henholdsvis samlekanalen 15. For å gjøre motstandsbanen mulig stor, er boringene i den indre og i den ytre ringen anordnet på motsatte sider, idet boringen er anordnet i øvre del av den indre ringen og i den nedre del av den ytre ringen ved innløpskanalen og ved utløps-kanalen er boringen anordnet i den øvre delen av den ytre ringen og i den nedre delen av den indre ringen.

Fig. 3 viser den foretrukne utførelsesformen av innsatsene i snitt. Innsatsene er satt sammen av to adskilte deler - indre og ytre ring - og fast sammensatt med skilleveggen av metall 2, og den indre ringen forsynt med et bånd blir f. eks. satt inn i en tilsvarende boring i skilleveggen og deretter blir den ytre ringen påkrympet. Innsatsen har tilsvarende tetning 16 som etter sammensettingen av celleblokkene sikrer en gass- og væsketett adskillelse av anolytt- og katolyttrommet. Membranet har i området hvor innsatsene befinner seg, utsparinger i størrelse av den indre boringen. Etter sammensettingen av celle-elementene ligger de først løst på ringinnsatsene og blir først ved sammenmonteringen av blokken faststrammet.

Et celle-element har ved en celle uten separator minst to innsatser og ved en celle med separator ifølge fig. 2 minst fire innsatser: for innløp av anolytten 17, innføring av katolytten 18, utføring av anolytten og anodegassen 19, utførsel av katolytten og katodegassen 20.

Som det fremgår av fig. 1 består det bipolare celle-elementet

1 til elektrolyseinnretningen i det vesentlige av skilleveggen 2, rammen 3, den perforerte anoden 4 og katoden 5.. Mellom to bipolare elementer er anordnet hver gang en separator 6 som blir adskilt fra hverandre ved hjelp av anode- katodeproduktet. Strømmen blir ført til det første celle-elementet 7 som har

kun en anode og bortført ved siste celle-elementet 8 som er ut-ført med kun en katode.

Ifølge oppfinnelsen har celle-elementet 1 for tilførsel av anolytt og katolytt og for bortføring av elektrolyseproduktet ringformede innsatser 9 av elektrisk ikke-ledende materiale. Innsatsene danner anordnet ved siden av hverandre med sin indre boring fordeler- og samlekanaler for elektrolytt og elektrolyseproduktene. Som det fremgår av fig. 2, utgjør ringrommet 10 mellom den indre ringen 11 og den ytre ringen 12 en motstandsbane for begrensning av de elektriske shunt-strømmene. Denne er forbundet ved hjelp av en rekke boringer 13 i den ytre ringen med elektrolysekammer 14 og i den indre ringen med fordeler-henholdsvis samlekanalen 15. For å gjøre motstandsbanen muligst stor, er boringene i den indre og i den ytre ringen anordnet på motsatte sider, idet boringen er anordnet i den øvre delen av den indre ringen og i den nedre delen i den ytre ringen ved innløpskanalen, mens ved utløpskanalen er boringene anordnet i den øvre delen av den ytre ringen og i den nedre delen til den indre ringen.

Innsatsene er som det fremgår av fig. 3 ved den foretrukne ut-førelsesformen satt sammen av to adskilte deler - indre og ytre ring - og fast sammenmontert med skilleveggen av metall 2, og den indre ringen forsynt med et bånd blir f. eks. satt inn i en tilsvarende boring i skilleveggen og tilslutt blir den ytre ringen påkrympet. Innsatsen har tilsvarende tetning 16 som etter sammenbygningen av celleblokken sikrer en gass- og væsketett adskillelse av anolytt- og kåtolyttrommet. Membranet har der hvor det blir anbragt utsparinger for den indre boringen. Etter sammensettingen av celle-elementet ligger dette først løst over ringinnsatsen og blir først etter sammensettingen av blokken faststrammet.

Et celle-element har ved en celle uten separator minst to innsatser, ved en celle med separator ifølge fig. 2 minst fire innsatser: for innførsel av anolytt 17, innførsel av katolytten 18, utførsel av anolytt og anodegass: 19, utførsel av katolytt og katodegass 20.

Med denne utførelsesformen er det mulig å gi til- og bortfør-ingsledningene relativt stort tverrsnitt for å muliggjøre en stor væskesirkulasjon gjennom elektrolyseinnretningen uten at shunt-strømtapene blir spesielt store. Ved 20 celle-elementer koblet i serie og med et tverrsnitt som muliggjør en gjennomføring av mer enn 200 liter elektrolytt pr. ampere blir f. eks. energitapet som følge av shunt-strømmer under

Claims (4)

1. Innretning for fordeling av elektrolytten for de enkelte elementene til bipolare plateceller og fjerning av elektrolyseprodukt fra disse elementene, karakterisert ved at elementet (1) er forsynt med dobbelringformede innsatser (1) av elektrisk ikke-ledende materiale, som ved-siden-av-hverandré-ordnet med sine indre boringer danner fordeler- og samlekanaler for elektrolytten og elektrolyseproduktene, mens de er forbundet med elektrolysekammeret (14) ved hjelp av forskjøvet anordnede boringer i den indre og ytre ringen slik at ringrommet (10) mellom den ytre og den indre ringen (12, henholdsvis 11) utgjør en forstørret motstandsbane for begrensning av elektriske shunt-strømmer.

2. Innretning ifølge krav 1, for anvendelse i elektrolyse-innretning med metallisk skillevegg, karakterisert ved at innsatsen (1) avdekker skilleveggen (2) så mye at det ikke oppstår på noe sted større potensialdifferanse mellom den metalliske skilleveggen (2) og elektrolytten.

3. Innretning ifølge krav 1 for anvendelse av elektrolyseinnretningen med separator for adskilling av anolytt og katolytt, karakterisert ved at de enkelte innsatsene sørger for til- og bortføring av anolytten, og at andre lignende konstruerte innsatser sørger for til- og bortføringen av katolytten.

4. Innretning ifølge krav 1 og 3, karakterisert ved at innsatsen er forsynt med tetning (16), som etter sammensettingen av elektrolyseinnretningen sikrer en væske- og gass-tett adskilling av anolytten og katolytten.