NO853041L - En flercellet elektrolysator. - Google Patents
En flercellet elektrolysator.Info
- Publication number
- NO853041L NO853041L NO853041A NO853041A NO853041L NO 853041 L NO853041 L NO 853041L NO 853041 A NO853041 A NO 853041A NO 853041 A NO853041 A NO 853041A NO 853041 L NO853041 L NO 853041L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- electrically conductive
- unit
- anode
- cathode
- cell
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 14
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 4
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N sulfonic acid Chemical compound OS(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
- C25B9/66—Electric inter-cell connections including jumper switches
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
En flercellet elektrolysecelle bestående av et antall enhetsceller (17) hver av hvilke består av et anodekammer (14) som inneholder en anode (4) og et katodekammer (16) som inneholder en katode (4) og en kationbyttemembran (12) for oppdeling av nevnt enhetscelle (17) i nevnte anodekammer (14) og nevnte katodekammer. (16) og hver av hvilke er tilpasset for å ha et indre trykk som holdes på et høyere nivå enn det atmosfæriske trykk når elektrolysecellen er i drift, hvorved nevnte antall enhetsceller anordnes i serier og tilpasses for tilføring av energi gjennom et antall strmfrende plater (19) og et stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter anordnet mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strmfrende blyplate og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil, hvorved det etableres elektrisk kontakt mellom de ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strmførende blyplate (19) og enhetscellen (17) som ligger tilstøtende hertil.
Description
Denne oppfinnelse vedrører en flercellet elektrolysator.
Mer spesielt, vedrører foreliggende oppfinnelse en flercellet elektrolysator som er egnet for anvendelse i den elektrolytiske produksjon av et alkalimetallhydroksyd og klor fra en vandig alkalimetallkloridoppløsning. Den fler-cellede elektrolysator i henhold til foreliggende oppfinnelse består av flere enhetsceller, av hvilke hver består av et anodekammer som inneholder en anode og et katodekammer som inneholder en katode og en kationbyttemembran som deler nevnte enhetscelle i nevnte anodekammer og nevnte katodekammer, og hver av disse er tilpasset for å kunne opprettholde et indre trykk på et høyere nivå enn det atomsfæriske trykk ved drift av elektrolysatoren. Et antall enhetsceller er anordnet i serier og tilpasset for å tilføres energi ved et antall strømførende plater, og stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter som er anordnet mellom to ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/ eller mellom hver strømførende plate og den hertil til-støtende enhetscelle slik at det etableres elektrisk for-bindelse mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strømførende plate og den hertil tilstøtende enhetscelle.
Eksempler på alkalimetallklorider som kan elektorlyseres
med foreliggende elektrolysator omfatter natriumklorid, kaliumklorid og litiumklorid. Av disse er natriumklorid den viktigste fra et kommersielt synspunkt. I det følgende vil foreliggende oppfinnelse beskrives på grunnlag av elektrolyse av en vandig natriumkloridoppløsning, dog burde foreliggende oppfinnelse naturligvis ikke begrenses til elektrolysator for natriumklorid.
Det er velkjent at ionebyttermembranelektrolysatorer for vandig natriumkloridoppløsning vanligvis omfatter to typer av elektrolysatorer, en bipolarsystemelektrolysator og en monopolarsystemelektrolysator. Med hensyn til disse to typer av elektrolysatorer har det til nå vært foreslått ulike forbedringer.
Foreksempel med hensyn til bipolarsystemelektrolysator har det vært foreslått en elektrolysator hvori sideveggene til de ved siden av hverandre liggende enhetsceller er eksplo-sjonsbundet (explosion-bonded) for å etablere elektrisk kontakt mellom ved siden av herandre liggende enhetsceller (se foreksempel US patent nr. 4.111.779, en elektrolysator hvori en elastisk strimmel er føyd inn mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller for å frembringe elektrisk kontakt derimellom (se foreksempel US patent nr. 4.108.752) en elektrolysator i hvilken enhetscellene er fremstilt av plastisk materiale og ved siden av hverandre liggende enhetsceller er elektrisk forbundet ved hjelp av bolt og mutter (se foreksempel tysk patent nr. 2551234) og lignende.
Med hensyn til en monopolarsystemelektrolysator har det vært foreslått en elektrolysator i hvilken et antall bly-stenger er innføyet i elektrolytiske celler for å utføre strømfordeling (se foreksempel japansk patent søknad utlagt spesifikasjon nr.52-153877) og en elektrolysator i hvilken det ledende område er redusert og en samleskinne er direkte forbundet til den avsluttende del av hver elektrode (se foreksempel US patent nr. 4.252.628).
De hittil foreslåtte elektrolysatorer som nevnt ovenfor er de som er forbedret for å være egnet for anvendelse i ione-byttermembranelektrolyse av saltoppløsning. Disse er like-vel fremdeles utilfredstillende på grunn av de har slike ulemper at kompliserte prosedyrer er nødvendig for samling, at den elektriske motstand mellom ved siden av hverandre enhetsceller er stor og at strømtettheten i den elektrolytiske celle er ikke-enhetlig og at de er dyre ved fremstilling .
Videre er det bemerket at de konvensjonelle elektrolysatorer som nevnt ovenfor har den ulempe at det ikke er mulig-het for utveksling mellom en bipolar type enhetscelle og en monopolar type enhetscelle og derfor i henhold til avhengig av arten elektrolysator er det nødvendig å fremstille en
rekke enhetsceller til denne type separat.
På den annen side er det kjent at kraftforbruket kan reduseres kraftig hvis elektrolysatoren arbeides under et høy-ere indre trykk i elektrolysecellen enn det atmosfæriske trykk (se foreksempel US patent nr. 4.105.515). Ved elekt-rolyser som gjennomføres ved et forhøyet indre trykk i elektrolysecellen, anvendes fremdeles de vanlige elektrolysatorer som har de ulike tidligere nevnte ulemper og derfor oppnås ikke i praksis de tilfredstillende effekter som forventes grunnet bruk av overtrykksceller.
Derfor er det en hovedsaklig hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe en flercellet elektrolysator hvori den elektriske motstand mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strømførende plate og den tilstøtende enhetscelle er liten og strømmtettheten er enhetlig i cellen og som er lett å sette sammen og kan fremstilles ved lave kostnader.
Det er en annen hensikt med denne oppfinnelse å frembringe en flercellet elektrolysator som lett kan konstrueres enten i en bipolar form eller i en monopolar form under anvendelse av enhetsceller som er vanlige både for de bipolare og de monopolare former.
De forut nevnte og andre hensikter, trekk og fordeler av foreliggende oppfinnelse vil bli åpenlyse for fagmann fra den følgende detaljerte beskrivelse og vedlagte krav sammen med de vedlagte tegninger hvori: Fig. 1 er et skjematisk tverrsnitt som illustrerer en ut-førelsesform av foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er en skjematisk tegning av en form av en kammerenhet som kan anvendes som en anodekammerenhet og et katodekammerenhet til utførelsesformen av fig. 1, sett fra elekt-rodesiden med eletroden delvis skåret bort, Fig. 3 er et skjematisk tverrsnitt av fig. 2 tatt langs
linjen III-III i fig.2
Fig. 4 (a) er et skjematisk plan skisse av en form av et stivt elektrisk ledende lag som har et antall fremspring; Fig. 4 (b) er et skjematisk forstørret sideblikk på frem-springet fra fig. 4 (a); Fig. 5 (a) er en skjematisk plan skisse av en annen art av et stivt elektrisk ledende lag som har et antall fremspring i form av utvidet metall, Fig. 5 (b) er et skjematisk forstørret perspektiv blikk av en del av det utvidete metall fra fig. 5 (a); Fig. 6 er en skjematisk skisse av en annen art av en kammerenhet som skal anvendes som en anodekammerenhet og en katodekammerenhet til utførelsesformen av fig. 1, sett fra eletrodesiden, med elektrodene delvis skåret bort, Fig. 7 er et skjematisk tverrsnitt av fig. 6 tatt langs linjene VII-VII på fig. 6, Fig. 8 er et skjematisk tverrsnitt av en annen form av en kammerenhet hvori sideveggen har i sin ytre del har en fordypning for opptak av en rammevegg fremstilt av et syntet-isk harpiksmaterial, Fig. 9 er et skjematisk tverrsnitt som illustrerer en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse i hvilken stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter er anordnet mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og er i form av utspring formet på overflaten til sideveggene av en av de ved siden av hverandre liggende enhetsceller, Fig. 10 er en skjematisk skisse fra siden av en annen form av elektrolysator i henhold til foreliggende oppfinnelse som har et monopolart system og er utformet i form av en filterpressesammensetning og Fig. 11 er en skjematisk skisse fra siden av en annen form av elektrolysator i henhold til foreliggende oppfinnelse som har et monopolart system og er utformet i form av en filterpressesammensetning.
I fig. 1 til og med 11' er de samme deler og områder be-tegnet med samme tall. Videre bør det bemerkes at det i fig. 1 til og med 11 ikke er vist de dimensjonale forhold mellom de respektive deler og områder med den hensikt å gjøre det enkelt å forstå de essensielle trekk av foreliggende oppfinnelse, og hver figur er en skisse for illu-strasjon av foreliggende oppfinnelse.
I henhold til foreliggende oppfinnelse frembringes en flercellet elektrolysator bestående av et antall enhetsceller, hver enhetscelle består av en anodekammerenhet og en katodekammerenhet, hvorved nevnte anodekammerenhet består av en rammevegg, en metallisk sidevegg som samarbeider med nevnte rammevegg for å danne en beholder, og en anode sveiset til nevnte sidevegg gjennom et antall elektrisk ledende ribber, hvorved nevnte katodekammerenhet består av en rammevegg, en metallisk sidevegg som samarbeider med nevnte rammevegg for å danne en beholder, og en anode sveiset til nevnte sidevegg gjennom et antall elektrisk ledende ribber, en kation-byttermembran anordnet mellom anode og katodekammerenheten og katoden til katodekammerenheten som ligger ved siden av nenvte anodekammerenhet slik at nevnte anode og nevnte katode står mot kationbyttermembranen på henholdsvis motsatte sider, hvorved nevnte antall av enhetsceller anordnes i serier og tilpasses tilføring av energi gjennom et antall strømførende plater, og et stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter hvorved nevnte stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter anordnes mellom de ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strøm-førende plate og enhetscellen tilstøtende hertil, slik at det derved etableres stiv fast kontakt derimellom ved et antall punkter og at et elektrolysatoren herved tilpasses for å arbeide under opprettholdelse av et indre trykk i hver enhetcelle som er høyere enn atmosfæretrykket.
Det refereres nå til fig. 1 til 4, der det vises en utfør-eslesform av foreliggende oppfinnelse som har et bipolart system. Hver av et antall enhetsceller består av en anodekammerenhet 14, en katodekammerenhet 16 og en kationbytter-membran 12 plassert mellom anodekammerenheten 14 og katodekammerenheten 16, med anoden 4 og katoden 4 anordnet på hver sin side av kationbyttermembranen 12. Hver anodekammerenhet 14 og katodekammerenhet 16 består av en rammevegg 1, metalliske sidevegger 2 utformet slik at det dannes en beholderform (som skissert i fig. 2 og 3) i samarbeid med rammeveggen 1, og en elektrode sveiset sammen med sideveggen 2 gjennom et antall elektrisk ledende ribber 3.
Hver elektrisk ledende ribbe 3 har et antall hull 7 for gjennomstrømning av elektrolyttoppløsning og elektrolytisk produkt. Rammeveggen 1 har en innførsel 5 for elektrolytt-oppløsning ved sin nedre ende og et utløp 6 for elektro-lyttoppløsningen og elektrolytisk produkt på dens øvre side. Innførselsen 5 og utløpet 6 er henholdsvis festet til en forsyningstank (ikke vist) for elektrolyttoppløsning og en avfallstank (ikke vist) for elektrolyttoppløsning og elektrolytisk produkt gjennom en fleksibel slange (ikke vist). Ved drift av elektrolysatoren holdes hver enhetscelle under overtrykk for å opprettholde det indre trykk på et nivå som er høyere enn det atmosfæriske trykk.
Som illustrert ovenfor og fremstilt i fig. 1 anordnes et antall enhetsceller i serier. Hver celle har på begge sider sideveggen 2 til anodekammerenheten 14 og sideveggen 2 til katodekammerenheten 16 respektiv. Sideveggene 2, 2 til ved siden av hverandre liggende enhetsceller som vender mot hverandre med et mellomrom. Mellom de ved siden av hverandre liggende enhetsceller (nemlig i det ovenfor nevnte mellomrom) er anordnet stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter. I denne utførelsesform anvendes som det stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter et elektrisk ledende lag 18 som har et antall fremspring. Som det elektriske ledende lag 18 kan det foreksempel anvendes en "burring" som vist på fig. 4 (a). Denne "burring" består av en stiv metallplate 8 og en rekke fremspring 9 utformet på platen 8 ved en vanlig fremgangs-måte så som pressing. Ved foreliggende oppfinnelse anvendes uttrykket "stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter" for å beskrive utstyr for å oppnå kontakt med et annet legeme med et antall punkter er elektrisk ledende og fri for elastisitet og er av slik stivhet at når utstyret holdes mellom et par plater og et trykk på 3 kgf/cm<2>G (0,294 Mpa) eller mindre utøves på begge sider av plate-paret som holder utstyret mellom seg, vil utstyret hovedsaklig ikke derformeres eller forandres i tykkelse. Det stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter har et antall fremspring. Det stive elektriske utstyr med flere kontakter er ikke begrenset med hensyn til art og fasong eller form så lenge den tilfredstiller hensikten med foreliggende oppfinnelse. Som beskrevet ovenfor kan det som stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter anvendes et stivt elektrisk ledende lag som har et antall fremspring så som en "burring" vist på fig. 4 (a) og et utvidet metall som skal forklares senere i sammenheng med fig. 5. Alternativt kan det stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter bestå av et antall fremspring dannet på overflaten til sideveggen til minst en ved siden av hverandre liggende enhetsceller som skal senere i sammenheng med fig. 9. I tilfelle av den spesielle form av det stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter som er vist på fig. 9 må det sikres at sideveggen ikke brekkes eller får hull ved utforming av fremspringene på sideveggen. I tilfelle av det elektrisk ledende laget som har et antall fremspring så som vist på fig. 4 (a) og fig. 5 (a), kan fremstillingen av laget gjennomføres uten spesielle forhåndsregler som nevnt ovenfor. Generellt i det elektrisk ledende utstyr med flere kontakter kan høyden på hver fremspring være 1,0 til 4,0 mm, fortrinnsvis 1,5 til 3,0 mm og størrelsen på hvert fremspring kan være 2 til 10 mm i diameter, fortrinnsvis 3 til 5 mm i diameter. Fremspringene kan være fordelt med en avstand på 5 til 30 mm, fortrinnsvis 10 til 20 mm. I det tilfelle at det elektrisk ledende lag har et antall fremspring så som vist i fig. 4 (a) og 5 (a), kan tykkelsen på laget være 0,3 til 2,0 mm, fortrinnsvis 0,5 til 1,5 mm.
Når det igjen refereres til fig. 1 betegner tallet 18 et elektrisk ledende lag som har et antall fremspring som vist på fig. 4 (a). Det elektrisk ledende lag 18 er anordnet mellom de to ved siden av hverandre liggende enhetsceller, mer spesielt mellom sideveggen 2 til katodekammerenhet 16 og sideveggen 2 til anodekammerenhet 14 slik at det oppnås stiv fast kontakt mellom de ved siden av hverandre liggende enheter på en rekke punkter, slik at det etableres elektrisk kontakt mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller ved de elektrisk ledende lag 18.
Et antall enhetsceller anordnes alternativt med de elektrisk ledende lag 18 og utformet som en filterpresse elektrolysator, som skal forklares i sammenheng med fig. 10. I tilfelle anordningen vist i fig. 1 og 10 er elektrolysatoren et polart system og innebefatter et par strømførende plater 19, 19 som respektivt er anordnet på begge ender av serieanordningen av et antall enhetsceller. I dette tilfelle er det elektrisk ledende lag 18 også anordnet mellom hver av de strømførende plater 19,19 og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil, slik at det derved etableres elektrisk kontakt mellom hver av de strømførende plater 19, 19 og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil.
Som nevnt ovenfor har elektrolysatoren i drift et høyere indre trykk i hver enhetscelle enn det atmosfæriske trykk og derfor ekspanderes begge sidevegger til hver enhetscelle utover. Som et resultat av dette kan det sikres stiv fast kontakt mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller gjennom de elektrisk ledende lag 18 og mellom hver av de strømførende plater 19, 19 og enhetscellen som ligger til-støtende hertil gjennom det elektrisk ledende lag over hele området til sideveggen av enhetscellen på et antall kontakt-punkter. I dette tilfellet for å minimere den elektriske motstand er det meget viktig å øke kontakttrykket. I den foreliggende oppfinnelse er kontakten oppnådd ved stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter som har et antall fremspring og derfor blir kontakttrykket på kontakt-punktene meget stort med store fordeler. Dette fører ikke bare til minimering av den elektriske kontaktmotstand mellom ved siden av hverandre liggende celler og mellom hver av de strømførende plater 19,19 og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil, men fører også til enhetlighet av strømtetthetfordelingen i den elektrolytiske celle. I tillegg bør det bemerkes at den foreliggende elektrolysator har en enkel konstruksjon som nevnt ovenfor og derfor er ekstremt enkel å sette sammen og kan fremstilles med lave kostnader.
Det refereres igjen til fig 2 og 3 der det illustreres en form av en kammerenhet som skal anvendes som anodekammerenhet og katodekammerenhet. Tykkelsen av rammeveggen 1 er ikke spesielt begrenset bortsett fra at det kan dannes inn-føringsanordningen 5 og utløpet 6 og at rammeveggen har en tilstrekkelig styrke for dette formål, men kan generellt være 0,5 til 5,0 cm, fortrinnsvis 1,0 til 3,0 cm. Råmaterialet for rammeveggen som skal anvendes i foreliggende oppfinnelse er ikke kritisk. Som et egnet råmaterial kan det nevnes foreksempel metaller så som jern, nikkel, titan og legeringer derav og plastikkmaterialer så som polyetylen, polypropylen og polyvinylklorid. Av disse vil metallene foretrekkes fra synspunktet å forhindre lekkasje av elektro lyttoppløsningen og forbedring av den mekaniske styrke til elektrolysatoren. Disse fordeler kan oppnås ved anvendelse av metaller fordi metallene kan sveises til sideveggene for å danne en forenet struktur. Videre kan det være foretrukket å anvende titan eller en titanlegering som råmaterialet for rammeveggen til anodekammerenheten. På den annen side kan det være foretrukket å anvende jern, nikkel eller en legering av disse så som rustfritt stål som råmaterial for rammeveggen til katodekammerenheten.
De elektrisk ledende ribber 3 er sveiset sammen med sideveggen 2, og elektroden 4 er sveiset til den elektrisk ledende ribbe. Ethvert materiale som er inert under elektrolytiske betingelser kan anvendes for sideveggen og den elektriske ledende ribbe. Foreksempel med hensyn til anodekammerenheten kan titan eller en titanlegering anvendes som råmaterial til sideveggen og den elektrisk ledende ribbe.
På den annen side med hensyn til katodekammerenheten kan jern, nikkel eller en legering derav så som rustfritt stål anvendes som råmaterialet for sideveggen og den elektrisk ledende ribbe.
Det er foretrukket at de ytre sideoverflater til sideveggen 2 utstyres med et overtrekk av et metall som utviser en høy elektrisk ledeevne og en lav hardhet for å minke den elektriske kontaktmotstand mellom sideveggen og den som ligger ved siden av denne og mellom sideveggen og den strømførende plate. Som et sådant metall kan det nevnes foreksempel kobber, tinn, aluminium og lignende. Det ovenfor nevnte overtrekk er spesielt nyttig når sideveggen er fremstilt av titan, fordi dannelsen av en oksidfilm som har en tendens til å oppstå i tilfelle av titanfremstilte sidevegger, kan forhindres ved et slikt overtrekk. Fremgangsmåten for å frembringe et slikt overtrekk er ikke kritisk. Foreksempel kan et slikt overtrekk frembringes ved vanlige anvendte teknikker så som ikke-elektrolytisk metallovertrekk, alani-sering, smeltesprøyting og dampavsetting.
Det er ønskelig at sideveggen har en tykkelse som gjør veggen istand til passende å ekspandere grunnet det indre trykk i cellen og som muliggjør at veggen kan bli tilstrekkelig sveiset til den elektrisk ledende ribbe. Det er generellt foretrukket at tykkelsen ligger i området fra ca.
1 til ca. 3 mm.
Sideveggen og rammeveggen danner sammen en beholder. Illu-strativt nevnt kan sideveggen festes til rammeveggen foreksempel ved sveising, bolting, festing med et klebemiddel eller lignende. Av disse vil sveising eller festing med et klebemiddel være foretrukket fordi de er fordelaktige ved utforming av en forenet struktur. I tilfelle der rammeveggen er fremstilt av et material så som et plastisk material som ikke har tilstrekkelig motstand mot den vandige elektrolyttoppløsning eller det elektrolytiske produkt kan sideveggen konstrueres slik at den ved sitt kantområde har en fordypning som er tilpasset for å kunne motta den plast-ikk fremstilte rammevegg herinn som vil forklares senere med hensyn til fig. 8.
Den elektrisk ledende ribbe 3 er utformet med hull 7 som tjener som passasje for en elektrolyttoppløsning og elektrolytiske produkter. Høyden (som tilsvarer avstanden mellom sideveggen og elektroden) av den elektrisk ledende ribbe 3 er tilpasset slik at det er nesten ingen eller ingen plass mellom kationutbyttermembranen 12 og elektroden 4. I til-pasningen av høyden til den elektrisk ledende ribbe 3, be-traktes ulike faktorer så som bredden av rammeveggen 1 og tykkelsen av pakkskivene 13 og 15 og elektroden 4. Med hensyn til posisjonene til de elektrisk ledende ribber er det foretrukket at de elektrisk ledende ribber til anodekammerenheten og de til katodekammerenheten fordeles på en annen måte som sett fra toppen av cellene. Når hver av de elektrisk ledende ribber til anodekammerenheten plasseres på linje hver av de elektrisk ledende ribbene til katodekammerenheten som sett fra den øvre ende av cellen, foreligger den fare i det tilfelle at ribbenes høyde er for stor at kationbyttermembranen 12 knuses av katoden og anoden i et område hvori den elektrisk ledende ribbe i anodekammerenheten står mot den i katodekammerenheten gjennom anoden, membranen og katoden, hvorved det forårsak-es kortslutning. På den annen side når de elektrisk ledende ribber fra anodekammerenheten og de fra katodekammerenheten fordeles på en annen måte som sett fra den øvre enden av cellen, selv når høyden av de elektrisk ledende ribber er noe større enn det som i nevnte tilfelle var på-krevet for å oppnå nesten null fritt område mellom membranen og de respektive elektroder, kan det ved å forandre formen av elektrodene og/eller de metalliske sidevegger fra en flat form til en bølget form ikke bare eliminere faren for at membranen knuses av katoden og anoden men også det frie området mellom membranen og katoden og området mellom membranen og anoden bli null.
Som elektroden 4 kan det anvendes konvensjonelle porøse elektroder så som de fremstilt av ekspandert metall, perforerte plater, stav, nett og lignende. Av disse er foretrukket den porøse elektrode fremstilt av en perforert plate (perforert plateelektrode) fordi de frie områder mellom membranen og elektrodene kan være null uten fare for å ødelegge membranen. Den perforerte plateelektrode er en elektrode fremstilt av en plate og utstyr med et antall åpninger som har en sirkulær form, oval form, firkantet form, rektangulær form, korsform eller lignende. Åpningene kan vanligvis utformes ved stansing. Formen av åpningene er fortrinnsvis sirkulær fordi åpninger som har en sirkulær form kan lett danne ved stansing. Diameteren for åpningen kan være i område fra 0,5 til 6 mm, fortrinnsvis fra 1 til 5 mm. Åpningsgraden for den perforerte plateelektrode kan ligge i området fra 10 til 70% fortrinnsvis fra 15 til 60 % Når diameteren for åpningen og åpningsgraden er for liten, er det vanskelig å fjerne de dannede gasser. På den annen side når diameteren for åpningene og åpningsgraden er for stor vil strømtettheten i kationbyttermembranen ufordel-aktig bli ikke-enhetlig.
Som anode kan det anvendes anoder som vanligvis anvendes i elektrolyse av vandig alkalimetallkloridoppløsning. Foreksempel kan det anvendes en anode bestående av et substrat fremstilt av titan, zirkon, tantal, niob eller en legering derav og et anodisk aktivt overtrekk dannet på overflaten derav bestående hovedsaklig av et oksid av et platingruppe-metall så som ruteniumoksid eller lignende.
Katoden som skal anvendes i de elektrolytiske celler av foreliggende elektrolysator kan fremstilles av et metall så som jern, nikkel eller en legering derav, eller kan være dannet av et metall så som et substrat og et katodisk aktivt overtrekk dannet derpå av "Raney" nikkel, nikkel-rodanid, nikkel oksid og lignende.
Det refereres igjen til fig. 4 (a) og 4 (b). Som beskrevet tidligere er "burring" fortrinnsvis et eksempel på et elektrisk ledende lag som har et antall fremspring som kan anvendes som en form av det stive elektriske ledende utstyr med flere kontakter. Selvfølgelig kan det foruten "burring" vist på fig. 4 (a) og 4 (b) kan det anvendes andre ulike former av lag som har et antall fremspring på sin ene side eller på begge sider. Tykkelsen til det elektrisk ledende lag er ikke kritisk men vil generelt være i området fra 0,1 til 3 mm. Det tidligere nevnte ekspanderte metall og "burring" kan fortrinnsvis anvendes fordi de er ekstremt effektive ved minimering av elektrisk kontaktmotstand mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og mellom hver strømførende plate og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil. Det elektrisk ledende lag er ikke kritisk med hensyn til størrelse, men kan foretrukket strekke seg over hele området til sideveggen 2 til enhetscellen og fremspringene kan foretrukket være distribuert over hele området til sideveggen 2 til enhetscellen. Materialet til det elektrisk ledende lag har et antall fremspring som kan være et hvert metall som har en høy elektrisk ledeevne så som kobber, tinn, aluminium, jern, nikkel og en legering derav så som rustfritt stål.
Pakkskiven 13 til anodekammeret og pakkskiven 15 for katodekammeret tjener til å forsegle hver av kammerene mot lekkasje av elektrolyttoppløsningen. I tilfelle der overflaten til kationbyttermembranen er så plan at den medbringer for-seglende egenskaper mot elektrolyttoppløsningen kan en eller begge av disse pakkskiver utelates.
Ethvert materiale som har klorgassresistanse og elastisitet kan anvendes for å forme pakkskiven 13 for anodekammeret. Foretrukne eksempler på materialet er kloroprengummi, en fluorgummi, en silikongummi og lignende. Som det egnede material for pakkskiven 15 for katodekammeret kan det nevnes foreksempel en etylenpropylengummi, en kloroprengummi, en butylgummi, en fluorgummi og lignende. Pakkskiven 13 eller 15 kan forsterkes med en forsterkende duk. Tykkelsen til pakkskivene som skal anvendes i foreliggende oppfinnelse er ønskelig tilstrekkelig for å fullstendig å forsegle elektrolyttoppløsningen. Den egnede tykkhet av-henger av hardheten til pakkskiven. Den vil dog vanligvis variere i området fra 0,5 til ca. 3 mm.
Kationbyttermembranen 12 som skal anvendes ved foreliggede oppfinnelse er ikke spesielt begrenset og det kan anvendes enhver membran som vanligvis anvendes ved elektrolyse av vandig alkalimetallkloridoppløsning.
Med hensyn til typen harpiks for kationbyttermembranen kan det anvendes foreksempel harpiks av sulfonsyreart en kar-boksylsyreart, en sulfonaminart og en kombinasjonstype av karboksylsyre og sulfonsyre. Av disse er kombinasjonstypen av karboksylsyre og sulfonsyre særlig foretrukket da den gir et høyt overføringstall for et alkalimetall. I tilfelle av kombinasjonstypen kan kationbyttermembranen mest foretrukket plasseres mellom anoden fra anodekammerenheten og katoden fra katodekammerenheten slik at anoden ligger mot kationbyttermembranen på dens ene side der sulfonsyregruppene foreligger og katoden ligger mot membranen på den annen side der karboksylsyregruppene foreligger. Med hensyn til harpiksmatriksen av kationbyttermembranen er fluor-karbonharpikser fordelaktige fra synspunktet klorresistens. Membranen kan forsterkes med en duk, netting eller lignende for å øke styrken av membranen.
Når det refereres til fig. 5 (a) der det er vist et ekspandert metall som skal anvendes i en annen foretrukket form av et stivt elektrisk ledende lag som har flere fremspring. Fig. 5 (b) illustrerer en skjematisk forstøtter perspektivisk fremstilling av en del av det ekspanderte metall fra fig. 5 (a). Det ekspanderte metall kan foretrukket anvendes i foreliggende oppfinnelse og er ekstremt effektiv ved minimering av den elektriske kontaktmotstand.
På fig. 6 er det vist en kammerenhet som har en rammevegg med en sidelengde som er så stor som en meter eller mer. I dette tilfellet, hvis en forsterkningsribbe 10 er anordnet mellom den øvre side og nedre side av remmeveggen 1 på et sentralt sted, kan tykkelsen til sideveggen 2 og rammeveggen med fordel reduseres. På fig. 7 er det vist et skjematisk tverrsnitt av fig. 6 tatt langs linjene VII-VII på fig. 6. Forsterkningsribben 10 er sveiset eller festet ved hjelp av en bolt ved dens ene ende til den øvre side av rammeveggen 1 og ved den andre side derav med den lavere side av rammeveggen 1. Forsterkningsribben 10 har hull 7 for gjennomstrømning av en vandig elektrolyttoppløsning og et elektrolytisk produkt. Det er foretrukket at forsterkningsribben 10 ikke blir sveiset til sideveggen 2. Hvis ribben 10 er sveiset til sideveggen 2 blir den utovergående ekspansjon av sideveggen til enhetscellen på grunn av det indre trykk i enhetscellen utilstrekkelig, noe som med-fører en økning i den elektriske kontaktmotstand mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og mellom hver av de strømførende plater og enhetscellene som ligger tilstøt-ende hertil.
På fig. 8 er det vist et skjematisk tverrsnitt av ennå en annen form av en kammerenhet hvori rammeveggen er utformet av et material så som et plastisk material som ikke har tilstrekkelig motstand mot den vandige elektrolyttoppløs-ning eller elektrolytiske produkt. I dette tilfelle er den metalliske sidevegg konstruert slik at den i sitt kantområde har en fordypning 11 tilpasset for å oppta den plast-ikk formede rammevegg (ikke vist) derinn. Fordypnings-delen av den metalliske sidevegg kan formes ved pressing, trekking eller lignende.
På fig. 9 er det vist et skjematisk tverrsnitt som illustrerer en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse
hvori det stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter er anordnet mellom ved siden av hverandre liggende celler og er i form av fremspring formet på overflaten til sideveggene til en av de ved siden av hverandre liggende celler..
Ved å anvende en slik struktur, blir tilleggsanordningen og et elektrisk ledende lag som har et antall fremspring unød-ig. Fremspringene 2 bringes i kontakt med den ovenforligg-ende sidevegg 2, hvorved det etableres elektrisk kontakt derimellom. Begge sideveggene til enhetscellen kan være lignede utformet for å ha fremspring.
Når det refereres til fig. 10 der det er vist et skjematisk sideblikk av en form av en elektrolysator i henhold til foreliggende oppfinnelse som har et bipolart system og er konstruert i form av en filterpressesammensetning. På en side av kationbyttermembranen 12 er det anordnet katodekammerenhet 14 gjennom pakkskiven 13. På den motsatte side av kationbyttermembranen 12 er anordnet anodekammerenheten 16 gjennom pakkskiven 15. Slik utgjør delene 12, 13, 14,
15 og 16 en enhetscelle 17. Et antall enhetsceller 17 er anordnet alternerende med de elektrisk ledende lag 18 som har et antall fremspring plassert derimellom på en slik måte at sideveggen 2 til hver anodekammerenhet 16 ligger mot sideveggen 2 til hver katodekammerenhet 14. På begge ender av serieanordningen av de elektrolytiske celler er det anordnet de strømførende plater 19,19 respektivt, og enhetscellene og de strømførende plater er klemt sammen ved hjelp av en filterpressefesteramme for å danne en filter-presseelektrolysator av et bipolart system i henhold til foreliggende oppfinnelse. De strømførende plate 19 kan ha samme størrelse som det som defineres av de ytre kanter til rammeveggen slik at den strømførende plate bringes i kontakt med sideveggen med hele området for å gi enhetlig strømtetthet i enhetscellene, og har sin øvre kontaktdel 21 festet til en likerettet over en samleskinne. Tykkelsen av den strømførende plate kan bestemmes slik at det ikke skjer en for storøkning i det ohmske tap, og hvorved det tas i
betraktning at området som gjennomstrømmes av strømmen og strømtettheten.
Som det egnede material for den strømførende plate kan det nevnes metaller med en høy elektrisk ledeevne så som kobber
aluminium og lignende.
Ved drift av elektrolysatoren i henhold til foreliggende oppfinnelse som beskrevet ovenfor holdes det indre trykk i hver enhetscelle på et høyere nivå enn det atmosfæriske trykk. Fremgangsmåten for å oppnå overtrykk i enhetscellen er ikke spesielt begrenset. Foreksempel utladningspassasj-ene for klorgass og hydrogengass kan utstyres med en trykk-regulerende ventil slik at gasstrykket appliseres til det indre av enhetscellen, eller det indre trykk i enhetscellen kan justeres passende ved å regulere sirkulasjonsvolumet av anolytten og katolytten som tilføres til den elektrolytiske celle. Enhetscellen gis et overtrykk til et nivå på 0,2 til 3 kg/cm<2>G, fortrinnsvis 0,5 til 2,0 kg/cm<2>G. Hvis det indre trykk i enhetscellen er for lavt, vil kontakttrykket mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og mellom hver av de strømførende plater og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil utilstrekkelig, noe som medfører enøkning i elektrisk kontaktmotstand. På den annen side hvis det indre trykk i enhetscellen er for høyt er det nød-vendig å gjøre elektrolysatorens konstruksjon motstands-dyktig for ekstremt høye trykk, noe som medfører ufordel-aktige høye kostnader.
Forklaringen ovenfor gjelder først og fremst en elektrolysator med et bipolart system, dog er foreliggende oppfinnelse også nyttig for et monopolart system.
Det refereres nå til fig. 11 der det er vist et skjematisk sideblikk av en annen form av elektrolysatorer. i henhold til foreliggende oppfinnelse som har et monopolart system og er utformet i form av en filterpressesammensetning. Ved denne type elektrolysator er et antall enhetsceller 17 arrangert alternerende med strømførende plater 19 plassert mellom dem. Mellom sideveggende til et par av anodekammer-enhetene 17 er det anordnet en strømførende plate 19. Mellom begge sideveggene og den strømførende plate 19 er det anordnet et stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter for å etablere elektrisk kontakt derimellom. På lignende måte er det mellom sideveggene til katodekammerne innført en strømførende plate 19 gjennom stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter for å etablere elektrisk kontakt derimellom. Deretter tilføres elektrolysatoren energi gjennom hver strømførende plate.
Som beskrevet er det i henhold til foreliggende oppfinnelse ikke bare sterkt redusert elektrisk kontaktmotstand mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og mellom hver av de strømførende plater og enhetscellen som ligger til-støtende hertil men også strømtettheten i enhetscellen blir enhetlig og derfor kan den foreliggende elektrolysator holdes i drift med en strømtetthet som er så høy som 30A/ dm<2>eller mer. I konvensjonelle elektrolysatorer i hvilke et elastisk kontaktutstyr er anbragt mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller kan det ikke oppnås høy kontakttrykk mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller på grunn av den dempende virkning i motsetning med det som er tilfelle ved elektrolysatoren i henhold til foreliggende oppfinnelse.
Foreliggende oppfinnelse skal illustreres mer detaljert ved de følgende anvendelseseksempler som ikke bør ansees å være begresende for omfanget av foreliggende oppfinnelse.
Eksempel 1
En flercellet elektrolysator med bipolart system i likhet med det som er vist på figur 10 består av et par av de følgende enhetsceller, kationbyttemembraner, tre stive elektrisk ledende lag med flere kontakter og et par strøm-førende plater.
Hver av enhetscellene omfatter en anodekammerenhet og en katodekammerenhet. Størrelsen av anodekammerenheten er den samme som størrelsen av katodekammerenhetén. Dvs. at rammeveggen til kammerenheten er 2400 mm i bredde, 1200 mm i høyde og 20 mm i tykkelse. Dybden av hver side av rammeveggen er 20 mm. Rammeveggen for anodekammerenheten er utformet av titan, og rammeveggen for katodekammerenheten er fremstilt av rustfritt stål. Rammeveggen til både anodekammerenheten og katodekammerenheten er forsterket med en forsterkningsribbe på 20 mm i høyde, 5 mm i bredde og 1660 mm i lengde. Den forsterkende ribbe er sveiset i begge dens ender henholdsvis med den indre overflate til den øvre side av rammeveggen og den indre overflaten til den nedre side av rammeveggen på en middelposisjon mellom den øvre og nedre side. Den forsterkende ribbe har ti hull med diameter 8 mm hvorigjennom det kan strømme elektrolyttopp-løsning og elektrolytiske produkter. Hullene er anordnet
langsetter den forsterkende ribbe.
Den metalliske sidevegg til hver av anodekammerenheten er 2400 mm i bredde, 1200 mm i høyde og 2 mm i tykkelse, og er sveiset sammen med rammeveggen slik at den metalliske sidevegg samarbeider med rammeveggen for å danne en beholder .
Kammerenheten har et antall elektrisk ledende ribber som er sveiset til rammeveggen og den metalliske sidevegg.
De elektrisk ledende ribber er sveiset til rammeveggen og sideveggen på en slik måte at de elektrisk ledende ribber plasseres i intervaller på 12 cm parallelt med kortsiden til rammeveggen, og at de elektrisk ledende ribber for anodekammerenheten og de elektrisk ledende ribber for katodekammerenheten er plassert på en alternerende måte når sett fra den øvre ende av cellene.
Hver av de elektrisk ledende ribber for anodekammerenheten er 20 mm i høyde, 5 mm i bredde og 1160 mm i lengde og hver av de elektrisk ledende ribber til katodekammeret er 22 mm i høyde, 5 mm i bredde og 1160 mm i lengde. Hver av de elektrisk ledende ribber har 10 hull som har en diameter på 8 mm slik at elektrolyttoppløsningen og de elektrolytiske produkter kan strømme gjennom hullene. Hullene er arrangert langsetter de elektrisk ledende ribber.
Den metalliske sidevegg og de elektrisk ledende ribber er fremstilt fra samme materiale som rammeveggen. Dvs. at de metalliske sidevegger og de elektrisk ledende ribber for anodekammeret er fremstilt av titan og de metalliske sidevegger og de elektrisk ledende ribber for anodekammeret er fremstilt av titan og de metalliske sidevegger og elektrisk ledende ribber til katodekammerenheten er fremstilt fra rustfritt stål. Den ytre overflate av den metalliske sidevegg til anodekammerenheten er belagt med kobber ved elektrolysefri plettering.
En anode fremstilles ved å bore en titanplate slik at denne gis hull med 2 mm diameter med en avstand på 3 mm i en siksakanordning og å belegge overflaten til titanplaten med en oksygeninneholdende fast oppløsning bestående av rutenium, iridium, titan og zirkon. Anoden har en størr-else på 272 dm 2. Anoden er sveiset med sideveggen gjennom et antall elektrisk ledende ribber.
Katoden var fremstilt ved å bore en rustfri stålplate for å danne hull med 2 mm-diameter i en avstand på 3 mm i en zigzag anordning. Størrelsen til katoden er den samme som
den til anoden.
Som det stive elektrisk ledende lag anvendes det et utvidet metall som vist på fig. 5(a) og 5(b) som er fremstilt fra rustfritt stål og som har en tykkelse ( t^) på 1,5 mm. Den korte akse (W ), den lange akse (W ) og høyden til det utvidede metall er 7 mm, 14 mm og 3 mm henholdsvis. Størrelsen til det utvidede metall er den samme
som området som defineres av ytterkantene til rammeveggen. En kobberplate som har en tykkelse på 4 mm anvendes som den strømførende plate.
En pakkskive for anodekammerene og en pakkskive for kato-dekammerene er henholdsvis fremstilt fra en fluorgummi som har en tykkelse på 0,5 mm og en etylenpropylengummi som har en tykkelse på 2,5 mm. Størrelsen og formen til hver pakkskive er den samme som den til rammeveggen.
Kationbyttemembranen som anvendes fremstilles som følger: Tetrafluoretylen kopolymeriseres med perfluor-4,7-dioksy-5-metyl-8-nonensulfonylfluorid for å danne to slags polymere, dvs. polymer 1 som har en ekvivalentvekt på 1300 og polymer 2 som har en ekvivalentvekt på 1130.
De således erholdte polymere varmeformes for å danne et laminat av et 35 u tykt lag av polymer 1 og et 100 u tykt lag av polymer 2. En vevet tekstil fremstilles fra "Tef-lon" (polytetrafluoretylen) dykkes inn i laminatet på siden av laget på polymer 2 ved vakuumlamineringsmetoden. Det resulterende laminat forsåpes for å danne en ione-byttemembran med sulfonsyrer. Laget bestående av polymer 1 av ionebyttemembranen utsettes for reduksjonsbehandling for å omdanne sulfonsyregruppene til karboksylsyregrupper. Slik oppnås det en kationbyttemembran.
En elektrolytisk celle settes sammen på en lignende måte som vist på fig. 10 slik at karboksylsyresiden av kation-
byttemembranen ligger mot katoden.
Elektrolysen av en natriumkloridoppløsning gjennomføres som følger: En oppløsning som inneholder 310 g/liter natriumklorid tilføres anodekammeret slik at konsentrasjonen av natriumklorid i oppløsningen ved utløpet er 175 g/ liter. På den annen side innføres en fortynnet natrium-hydroksydoppløsning til katodekammeret slik at konsentrasjonen av natriumhydroksyd i oppløsningen ved utløpet er 30 vekt%. Andre betingelser ved elektrolysen er de følg-ende .
Temperatur for elektrolyse: 90°C
Strømtetthet: 40 A/dm<2>
Trykk ved utløpet av katodekammeret: 1,82 kgf/cm<2>G Trykk ved utløpet av anodekammeret: 1,46 kgf/cm<2>G
Ved elektrolysen er henholdsvis strømmens virkningsgrad og cellespenningen 96,0% og 6,7 V.
Eksempel 2
Elektrolysen av en natriumkloridoppløsning utføres hoved-sakelig på samme måte som i Eksmepel 1, bortsett fra at i stedet for det utvidede metall, anvendes en "burring" som vist på figur 4(a) og Figur 4(b) som stivt elektrisk ledende lag. "burring" består av en 0,8 mm-tykk(t^) rustfri stålplate 8 som har på den ene side et antall fremspring 9 som har en diameter (W-^) på 3 mm og en dybde () på 2 mm. Fremspringene er anordnet i en avstand (d^) på 20 mm og en avstand (c^) på 17,5 mm. Hver av fremspringene har på sin topp en åpning som har en diameter på 1 mm.
Ved elektrolysen er strømvirkningsgraden og cellespenningen henholdsvis 96,0 % og 6,6 V.
Claims (5)
1. En flercellet elektrolysator, karakterisert ved antall enhetsceller; hver enhetscelle omfatter en anodekammerenhet og en katodekammerenhet ;
nevnte anodekammerenhet omfatter en rammevegg, en metallisk sidevegg som i sammenheng med nevnte rammevegg danner en beholderform og en anode sveiset med nevnte sidevegg gjennom et antall elektrisk ledende ribber;
nevnte katodekammerenhet består av en rammevegg, en metallisk sidevegg som i samarbeid med nevnte rammevegg danner en beholderform og en katode sveiset sammen med nevnte sidevegg gjennom et antall elektrisk ledende ribber;
en kationbyttemembran anordnet mellom anoden til anodekammerenheten og katoden til katodekammerenheten ved siden av nevnte anodekammerenhet slik at nevnte anode og nevnte katode ligger mot kationbyttemembranen på henholdsvis motsatte sider;
nevnte antall enhetsceller anordnes i serie og tilpasset å bli tilført energi gjennom et antall strømførende plater; og et stivt elektrisk ledende utstyr med flere kontakter, hvorved nevnte stive elektriske ledende utstyr med flere kontakter anordnes mellom ved siden av hverandre liggende celler og/eller mellom hver strømførende plate og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil hvorved det etableres stiv fast kontakt derimellom på et antall punkter, og hvorigjennom elektrolysatoren tilpasses for å holdes i drift under opprettholdelse av et indre trykk i hver enhetscelle på et høyere nivå enn det atmosfæriske trykk.
2. En elektrolysator i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte stive elektrisk ledende utstyr med flere kontakter utgjøres av et antall fremspring dannet på overflaten til minst en av sideveggene til enhetscellen.
3. En elektrolysator i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte stive elek trisk ledende utstyr med flere kontakter foreligger i form av et stivt elektrisk ledende lag som har et antall fremspring og holdes mellom ved siden av hverandre liggende enhetsceller og/eller mellom hver strømførende plate og enhetscellen som ligger tilstøtende hertil.
4. En elektrolysator i henhold til krav 3, karakterisert ved at nevnte stive elektrisk ledende lag har et antall fremspring i form av en "burring" eller et utvidet metall.
5. En elektorlysator i henhold til et av foregående krav 1 til 4,
karakterisert ved at det indre trykk av hver enhetscelle holdes ved trykk på 0,2 til 3 kg/cm 2G.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164259A JPS6144189A (ja) | 1984-08-07 | 1984-08-07 | イオン交換膜法塩化アルカリ電解槽 |
| JP60145821A JPS627885A (ja) | 1985-07-04 | 1985-07-04 | イオン交換膜法塩化アルカリ多対電解槽 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO853041L true NO853041L (no) | 1986-02-10 |
Family
ID=26476839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO853041A NO853041L (no) | 1984-08-07 | 1985-07-31 | En flercellet elektrolysator. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4643818A (no) |
| EP (1) | EP0172495A3 (no) |
| KR (1) | KR890003860B1 (no) |
| MX (1) | MX157612A (no) |
| NO (1) | NO853041L (no) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674513B2 (ja) * | 1985-10-23 | 1994-09-21 | 旭化成工業株式会社 | 複極式電解槽ユニツト |
| USD303414S (en) | 1987-10-02 | 1989-09-12 | Precor Incorporated | Exercise treadmill |
| USD313826S (en) | 1988-10-12 | 1991-01-15 | Precor Incorporated | Exercise treadmill |
| FR2647468B1 (fr) * | 1989-05-29 | 1992-03-13 | Solvay | Chassis pour electrolyseur du type filtre-presse et electrolyseurs du type filtre-presse |
| DE69220526T2 (de) * | 1991-03-18 | 1998-02-05 | Asahi Chemical Ind | Bipolare filterpressenartige Elektrolysezelle |
| DE4208057C2 (de) * | 1992-03-13 | 1993-12-23 | Deutsche Aerospace | Zellaufbau für Elektrolyseure und Brennstoffzellen |
| IT1273492B (it) * | 1995-02-03 | 1997-07-08 | Solvay | Cassone d'estremita' di un elettrodializzatore,elettrodializzatore munito di un tale cassone e utilizzazione di detto elettrodializzatore |
| US6027620A (en) * | 1995-11-03 | 2000-02-22 | Huron Tech Corp | Filter press electrolyzer |
| DE19641125A1 (de) * | 1996-10-05 | 1998-04-16 | Krupp Uhde Gmbh | Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen |
| US6017445A (en) * | 1997-05-13 | 2000-01-25 | Eskom | Measurement of the cation conductivity of water |
| EP0991794B1 (en) * | 1997-06-03 | 2002-01-23 | UHDENORA TECHNOLOGIES S.r.l | Ion exchange membrane bipolar electrolyzer |
| RU2128145C1 (ru) * | 1998-04-17 | 1999-03-27 | Найда Николай Николаевич | Способ электролиза с управлением процессом электрохимической обработки водных растворов и электролизер |
| US6365032B1 (en) * | 1998-12-31 | 2002-04-02 | Proton Energy Systems, Inc. | Method for operating a high pressure electrochemical cell |
| US20040108204A1 (en) | 1999-05-10 | 2004-06-10 | Ineos Chlor Limited | Gasket with curved configuration at peripheral edge |
| GB9910714D0 (en) | 1999-05-10 | 1999-07-07 | Ici Plc | Bipolar electrolyser |
| RU2296108C1 (ru) * | 2005-08-10 | 2007-03-27 | Сергей Николаевич Чувашев | Диафрагменный электролизер |
| EP2229471B1 (en) * | 2008-01-08 | 2015-03-11 | Treadstone Technologies, Inc. | Highly electrically conductive surfaces for electrochemical applications |
| CN102639744A (zh) * | 2009-09-28 | 2012-08-15 | 特来德斯通技术公司 | 用于电化学应用的高导电性表面以及制备所述高导电性表面的方法 |
| US9200375B2 (en) | 2011-05-19 | 2015-12-01 | Calera Corporation | Systems and methods for preparation and separation of products |
| US20140290484A1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Cameron Solutions, Inc. | System and Method For Treating A Saline Feed Stream To An Electro-Chlorination Unit |
| TWI633206B (zh) | 2013-07-31 | 2018-08-21 | 卡利拉股份有限公司 | 使用金屬氧化物之電化學氫氧化物系統及方法 |
| WO2015164589A1 (en) | 2014-04-23 | 2015-10-29 | Calera Corporation | Methods and systems for utilizing carbide lime or slag |
| EP3195395A1 (en) | 2014-09-15 | 2017-07-26 | Calera Corporation | Electrochemical systems and methods using metal halide to form products |
| EP3218702A1 (en) | 2014-11-10 | 2017-09-20 | Calera Corporation | Measurement of ion concentration in presence of organics |
| US10106901B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-10-23 | Edward E. Johnson | Scalable energy demand system for the production of hydrogen |
| BR112017019072B1 (pt) | 2015-03-16 | 2022-11-08 | Calera Corporation | Membrana de troca de íon e método eletroquímico |
| CN112575282B (zh) | 2015-04-15 | 2023-12-19 | 踏石科技有限公司 | 一种用于处理金属部件表面以达到较低的接触电阻的方法 |
| EP3368502B1 (en) | 2015-10-28 | 2020-09-02 | Calera Corporation | Electrochemical, halogenation, and oxyhalogenation systems and methods |
| WO2017147388A1 (en) | 2016-02-25 | 2017-08-31 | Calera Corporation | On-line monitoring of process/system |
| US10847844B2 (en) | 2016-04-26 | 2020-11-24 | Calera Corporation | Intermediate frame, electrochemical systems, and methods |
| EP3464683B1 (en) | 2016-05-26 | 2021-07-07 | Calera Corporation | Anode assembly, contact strips, electrochemical cell, and methods to use and manufacture thereof |
| US10619254B2 (en) | 2016-10-28 | 2020-04-14 | Calera Corporation | Electrochemical, chlorination, and oxychlorination systems and methods to form propylene oxide or ethylene oxide |
| US10556848B2 (en) | 2017-09-19 | 2020-02-11 | Calera Corporation | Systems and methods using lanthanide halide |
| US10590054B2 (en) | 2018-05-30 | 2020-03-17 | Calera Corporation | Methods and systems to form propylene chlorohydrin from dichloropropane using Lewis acid |
| CA3168044C (en) | 2020-02-25 | 2024-04-16 | Michael Joseph Weiss | Methods and systems for treatment of limestone to form vaterite |
| MX2022016196A (es) | 2020-06-30 | 2023-04-26 | Arelac Inc | Métodos y sistemas para la formación de vaterita a partir de piedra caliza utilizando horno eléctrico. |
| TW202214913A (zh) | 2020-07-27 | 2022-04-16 | 美商歐米恩國際公司 | 多孔性電解器氣體擴散層及其製備方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1306151A (en) * | 1919-06-10 | kboil | ||
| US4111779A (en) * | 1974-10-09 | 1978-09-05 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Bipolar system electrolytic cell |
| US4108752A (en) * | 1977-05-31 | 1978-08-22 | Diamond Shamrock Corporation | Electrolytic cell bank having spring loaded intercell connectors |
| DE2914869A1 (de) * | 1979-04-12 | 1980-10-30 | Hoechst Ag | Elektrolyseapparat |
| JPS59133384A (ja) * | 1983-01-19 | 1984-07-31 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | 電解槽 |
-
1985
- 1985-07-31 NO NO853041A patent/NO853041L/no unknown
- 1985-07-31 US US06/760,897 patent/US4643818A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-08-03 KR KR1019850005605A patent/KR890003860B1/ko not_active Expired
- 1985-08-07 EP EP85109944A patent/EP0172495A3/en not_active Withdrawn
- 1985-08-07 MX MX206229A patent/MX157612A/es unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MX157612A (es) | 1988-12-05 |
| KR860001902A (ko) | 1986-03-24 |
| EP0172495A3 (en) | 1988-09-07 |
| EP0172495A2 (en) | 1986-02-26 |
| US4643818A (en) | 1987-02-17 |
| KR890003860B1 (ko) | 1989-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO853041L (no) | En flercellet elektrolysator. | |
| US5082543A (en) | Filter press electrolysis cell | |
| EP0137836B1 (en) | Unitary central cell element for filter press electrolysis cell structure | |
| CA1094505A (en) | Monopolar membrane electrolytic cell | |
| US4923582A (en) | Monopolar, bipolar and/or hybrid memberane cell | |
| US4137144A (en) | Hollow bipolar electrolytic cell anode-cathode connecting device | |
| US4244802A (en) | Monopolar membrane cell having metal laminate cell body | |
| CA1272694A (en) | Monopolar electrochemical cell having a novel electric current transmission element | |
| NO153580B (no) | Elektrolyseapparat til fremstilling av klor. | |
| US3948750A (en) | Hollow bipolar electrode | |
| US4738763A (en) | Monopolar, bipolar and/or hybrid membrane cell | |
| RU2092615C1 (ru) | Электрод для электрохимических процессов, электрическая ячейка, способ получения хлора и щелочи и многокамерный электролизер | |
| US4604171A (en) | Unitary central cell element for filter press, solid polymer electrolyte electrolysis cell structure and process using said structure | |
| US4568434A (en) | Unitary central cell element for filter press electrolysis cell structure employing a zero gap configuration and process utilizing said cell | |
| CA1165727A (en) | Electrolytic cell for ion exchange membrane method | |
| US4560452A (en) | Unitary central cell element for depolarized, filter press electrolysis cells and process using said element | |
| US4236989A (en) | Electrolytic cell | |
| EP0118973B1 (en) | Electrolytic cell | |
| US5141618A (en) | Frame unit for an electrolyser of the filter press type and electrolysers of the filter-press type | |
| US4568433A (en) | Electrolytic process of an aqueous alkali metal halide solution | |
| NO145343B (no) | Bipolar elektrolysecelle for fremstilling av alkalimetallhalater | |
| CA1075200A (en) | Bipolar electrolyzer | |
| NO863296L (no) | Fremgangsmaate ved fremstilling av et enhetlig elektrisk stroemtransmisjonselement for monopolare eller bipolare filterpresse-type elektrokjemiske celle-enheter. | |
| NO863294L (no) | Fremgangsmaate ved fremstilling av elektrokjemisk celle og en elektrokjemisk celle. | |
| CA1225964A (en) | Monopolar, bipolar and/or hybrid membrane cell |