NO863294L - Fremgangsmaate ved fremstilling av elektrokjemisk celle og en elektrokjemisk celle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrolyseenhet fullstendig fremstilt fra flere deler satt sammen på en enestå-ende måte. Flere slike enheter plassert i operabel kombinasjon er spesielt anvendelige ved fremstillingen av klor og kaustik.

"Elektrolysecelle" slik uttrykket her brukes, betyr en sammensetning som i det minste inneholder en anode i et anoderom og en katode i et katoderom, hvori anoderommet og katoderommet er adskilt med en ionebytteraktiv, i det vesentlige hydraulisk ugjennomtrengelig membran.

"Elektrolyseenhet" betyr en sammensetning som i det minste inneholder to elektrodekomponenter adskilt med en plan bærerdel. Elektrodekomponentene i en elektrolyseenhet kan være motsatt ladet som tilfelle er i en bipolarenhet, eller likt ladet som tilfelle er i en monopolar enhet. Således kunne monopolarenheter være enten anode eller katodeenheter.

"Elektrodekomponent" betyr en elektrode eller et element i forbindelse med en elektrode så som et strømfordelingsgitter eller strømsamler. Komponenten kan foreligge i form av en trådduk, vevet wire, stanset plate, metallsvamp, ekspandert metall, perforert eller ikke-perforert metallplate, flatt eller korrugert gitterverk, adskilte metallstrimler eller staver eller andre kjente former på området.

Klor og kaustik er grunnkjemikalier i store volumer som oftest fremstilles elektrolytisk fra en vandig løsning av et alkalimetallklorid i elektrolyseceller. I den senere tid er det gjort en rekke teknologiske fremskritt for å minimalisere gapet mellom anoden og katoden i en elektrolysecelle for å minimalisere den elektriske motstanden til elektrolysecellen og således få elektrolysecellen til å gå mer effektivt. Fremskritt er slike ting som dimensjonsstabile anoder, ionebyttermembraner, depolar-iserte elektroder, nullgaps-cellekonfigurasjoner og faste polymere elektrolyttmembraner.

Det finnes to hovedtyper av elektrolyseceller som normalt brukes for fremstillingen av klor og kaustik, d.v.s. monopolare og bipolare celler.

En bipolar celle består av flere elektrokjemiske enheter i serie, hvori hver enhet unntatt de to ende- eller terminalenheter virker som en anode på en side og en katode på den motstående side. Elektrolyseenheter er tettbart adskilt ved en ionebytteraktiv membran som derved danner en elektrolysecelle eller rekke av elektrolyseceller. Elektrisk energi innføres i en terminal-celle ved en ende av en serie bipolare celler, går gjennom celleserien og fjernes fra den terminale celle ved den andre ende av celleserien. En alkalimetallhalogenid-løsning føres inn i anoderommet eller rommene hvor en halogengass dannes ved anoden. Alkalimetallioner transporteres selektivt gjennom de(n) ionebytteraktive membran(er) til katoderommet eller rommene hvor alkalimetallhydroksydet dannes.

Monopolare elektrolyseceller omfatter minst to terminale celler og flere anodeenheter og katodeenheter plassert annenhver en derimellom. De monopolare enheter er adskilt med en ione-byttermembran som således danner flere monopolare celler. Hver enhet er utstyrt med et innløp hvorgjennom elektrolytt kan føres til enheten, og med minst ett utløp hvorgjennom væsker og gasser kan fjernes fra enheten. Hver enhet er elektrisk forbundet med en energikilde. Energi føres til en monopolar enhet og fjernes fra en tilstøtende enhet.

For å utnytte de nye teknologiske fremskritt er en rekke elektrolyseenhetskonstruksjoner foreslått. Imidlertid er mange av disse temmelig kompliserte og krever bruk av dyre materialer. En ukomplisert elektrolyseenhet som anvender lett tilgjengelige, billige materialer ville være megetønskelig. Det er et mål for denne oppfinnelse å frembringe en slik elektrolyseenhet som kan brukes enten som en monopolar eller en bipolarenhet.

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å fremstille en elektrolyseenhet med

et i det vesentlige plant elektrisk strømtransmisjonselement omfattende en generelt plan bærerdel, en kantflensdel og;

flere knaster som stikker ut fra hver side av bærerdelen;

flensdelen er konstruert av minst én seksjon og har en innvendig flate som tettbart rommer alle ytterkantene av bærerdelen;

hvilken fremgangsmåte består av trinnene:

sammenknytning i enhver rekkefølge av:

(a) flere knaster til minst én side av bærerdelen; (b) minst ett avsnitt av flensdelen til ytterkantene av bærerdelen; og (c) flere foringsavsnitt til minst én del av knastene på minst én side av bærerdelen.

Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte for å fremstille en elektrolyseenhet ved å sette sammen et elektrisk strømtransmisjonselement med minst tre deler, d.v.s. en rammelignende flensdel, knaster og en plan bærerdel. Motstående sider av det således dannede transmisjonselement kan utflates før, under og etter ferdig sammensetning av delene. En sideforing settes deretter på i det minste én del av i det minste én side av det sammensatte transmisjonselement.

Oppfinnelsen kan forstås bedre ved henvisning til tegningene som illustrerer oppfinnelsen og hvor like henvisningstall refererer til like deler på forskjellige tegnede figurer og hvor: Figur 1 er en delvis vekkbrukket perspektivisk avbildning av en utførelsesform av elektrolyseenheten i foreliggende oppfinnelse tatt fra hverandre; Figur 2 er et tverrsnitt fra siden av en utførelsesform av elektrolyseenheten vist på figur 1 tatt fra hverandre; Figur 3 er et tverrsnitt av flere elektrolyseenheter plassert i operabel kombinasjon under dannelse av en serie elektrolyseceller; Figur 4 er et tverrsnitt av en elektrolyseenhet med en sideforing laget av flere komponenter.

Under spesiell henvisning til figur 1 til 3 anvender foreliggende oppfinnelse et elektrisk strømtransmisjonselement 14, heretter kalt ECTE, som en komponent i en uforet elektrolyseenhet 10 eller foret elektrolyseenhet 11. Fortrinnsvis omfatter ECTE'et en generelt plan bærerdel 17 som har tilstrekkelig strukturell integritet til å bli en bærer for flere knaster 18 og 18A, en rammelignende flensdel 16 og foringer 26 eller 26A hvis foringer brukes. ECTE'et er betydelig mer massivt og stivere enn foringen 26 eller 26A og alle elektrodekomponenter 36, 36A,

46 eller 46A som normalt brukes i elektrolyseceller.

ECTE'et kan være laget av en rekke materialer som tilfredsstiller de overfor skisserte krav. Imidlertid velges materialet fortrinnsvis fra jernmetaller så som jern, støpejern, smibart jern (i det følgende kalt smijern), stål og rustfritt stål og nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav.

Fortrinnsvis er ECTE'et konstruert fra jernmetaller hvis primære bestanddel er jern. Enda heller er ECTE'et konstruert av lavkarbonstål eller smijern fordi det er billig og lett tilgjengelig. Smijern har mer dimensjonsstabilitet når det avkjøler etter støping. Lavkarbonstål er mer sveisbart.

I slike tilfeller hvor elektrolyseenheten 10 eller 11 brukes som en bipolar elektrolyseenhet, bør knastene 18 og 18A være tilstrekkelig ledende til å overføre elektrisk energi gjennom sin masse eller deler av sin masse i en loddrett retning og den plane bærerdel 17. Den elektriske ledning foregår gjennom knastene 18 og 18A istedenfor gjennom massen av den plane bærerdel 17, unntatt i det tilfelle hvor knastene 18 og 18A er forskjøvet, - da må den plane bærerdel 17 være tilstrekkelig ledende til å føre elektrisk energi gjennom sin masse eller deler av sin masse.

I de tilfeller hvor elektrolyseenheten 10 eller 11 brukes som en monopolar elektrolyseenhet, er ECTE'et fortrinnsvis tilstrekkelig ledende til å føre elektrisk energi gjennom hele sin masse. Dette gjør det mulig å forbinde en elektrisk forbindelse fra en energikilde til flensdelen 16 eller til et punkt på selve den plane bærerdel 17 og fordele den elektriske energi til forskjellige punkter av en elektrodekomponent i elektrisk kontakt med den plane bærerdel.

Uavhengig av om ECTE'et brukes som en monopolar eller som en bipolar enhet, er det mulig å konstruere ECTE'et fra materialer som er lett tilgjengelige og generelt billige uten å måtte bekymre seg for meget om materialets spesifikke motstand. Dette er mulig på grunn av den store massen og tverrsnittflaten av ECTE'et som er tilstrekkelig stor i tverrsnittflate til å minimalisere dens elektriske motstand. Det faktum at ECTE'et har en stor tverrsnittflate tillater bruk av materialer med en høyere spesifikk motstand enn det som kunne brukes i tidligere kjente konfigurasjoner. Således er jernmetaller så som jern, stål, smijern og støpejern perfekt egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse. Nærmere bestemt kan metaller med så høy spesifikk motstand som eller høyere enn kobber, brukes økonomisk til å forme ECTE'et. Enda mer økonomisk kan metaller med større spesifikk motstand enn ca. 10 mikro-ohm-cm anvendes. Mest økonomisk kan metaller med så høye spesifikke motstander som eller høyere enn ca. 50 mikro-ohm-cm anvendes.

Når elektrolyseenheten 10 eller 11 i foreliggende oppfinnelse brukes som en monopolar enhet, kan den plane bærerdel 17 av ECTE 14 ha en eller flere forede passasjer som forbinder motsatte sider derav. Passasjene gjør det mulig for elektrolytt eller gasser å passere fra en side av den plane bærerdel 17 til den annen side. Slike passasjer bør ikke oppta mer enn ca. 60 volumprosent av totalvolumet til den plane bærerdel 17. Åpningene gjør det mulig å bruke mindre metall ved formingen av den plane bærerdel og således gjøre cellen mer økonomisk. I tillegg kan åpningene være adskilt for å dirigere elektrisk strøm til bestemte deler av cellen.

Flere knaster 18 og 18A er festet til motsatte sider av den plane bærerdel 17. Disse knaster stikker en forutbestemt avstand ut fra den plane bærerdel 17 i et område som til slutt vil bli et elektrolyttrom. Knastene kan forbindes elektrisk enten direkte til en elektrode 36, 36A, 46 eller 47A, eller indirekte til elektroden gjennom en sideforing. Fortrinnsvis ligger endene av knastene 18 og 18A i det samme geometriske plan henholdsvis og er i det vesentlige kompakte. De kan imidlertid inneholde inn-vendige tomrom som følge av støping.

Knastene 18 og 18A kan plasseres i et rygg-mot-rygg forhold til hverandre gjennom den plane bærerdel 17. Eventuelt kan de være forskjøvet i forhold til hverandre gjennom bærerdelen 17. De kan være plassert i en rekke andre tverrsnitt-konfigurasjoner fra hverandre.

Knastene 18 og 18A kan være laget fra de samme metaller som metallet som brukes for bærerdelen 17. Eventuelt kan knastene være laget fra et forskjellig metall fra det som brukes til å konstruere bærerdelen 17. Fortrinnsvis er knastene laget av jernmetaller, så som jern, støpejern, smijern, stål, rustfritt stål eller fra nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav. Fortrinnsvis er knastene konstruert av smijern eller lavkarbonstål på grunn av dets stabilitet, lave pris og lette tilgjengelighet.

Knastene 18 og 18A er fortrinnsvis adskilt på en måte slik at de stivt kan bære alle elektrodekomponenter 36, 36A, 46 eller 46A, som ønskes brukt i elektrolysecellen. Avstanden mellom knastene på hver side av bærerdelen 17 vil generelt avhenge av den spesifikke elektriske motstand i det spesielle elektrode-element som brukes. For tynnere elektrodeelementer eller med høyere spesifikk motstand vil knastenes avstander være mindre og således gi et tettere punkttall for elektrisk kontakt. For tykkere elektrodekomponenter eller med mindre spesifikk motstand kan knastenes mellomrom være større. Normalt ligger mellomrommet mellom knastene innenfor 5 til 30 cm, selv om større eller mindre mellomrom kan anvendes avhengig av de totale konstruksjonshensyn.

Knastene kan lett sveises eller bindes til bærerdelen 17, eller de kan skrus inn i bærerdelen 17 som vist ved henvisnings-tallet 93. I begge tilfeller er det ønskelig å gjøre festet slik at den elektriske kontakt mellom bærerdelen 17 og knastene maksimaliseres. I tilfelle en uforet elektrolyseenhet 10 eller i tilfelle hvor bare en foring brukes, foretrekkes det at knastene er sveiset, selv om de er skrudd inn i eller bundet til bærerdelen 17. I tilfelle en foret elektrolyseenhet 11, foretrekkes det at knastene ikke er sveiset, men kunne inneholde en heft-sveising.

Knastene kan ha en flat overflate 28 og 28A som er maskin-behandlet før, under eller etter sammensetning av enheten. Disse flater er forberedt for å festes til en foring eller til en elektrodekomponent ved hjelp av mellomkuponger (30, 30A, 31 eller 31A) .

Rundt ytterkantene av bærerdelen 17 er det en rammelignende flensdel 16. Den er en vindusrammelignende struktur med en større tykkelse enn eller i det minste lik tykkelsen av en knastholdig barrieredel 17. Fortrinnsvis strekker flensdelen 16 seg videre fra planet til bærerdelen 17 enn endene av knastene 18 og 18A gjør. Dette gir et rom for elektrodekomponenter 36, 36A, 46 eller 46A som vil foreligge når elektrolyseenheten 10 eller 11 i foreliggende oppfinnelse er stablet til hverandre i operabel kombinasjon. Fortrinnsvis er tykkelsen av flensdelen minst ca. 2 til 6 ganger større enn tykkelsen til bærerdelen. Enda heller er kantflensdelen ca. 60 til 70 mm tykk når den plane bærerdel 17 er ca. 20 til 25 mm tykk.

Flensdelen 16 kan være laget av en rekke materialer som tilfredsstiller de overfor skisserte krav. Materialene kan være metaller og kan være det samme eller forskjellig fra metallene som brukes til å danne bærerdelen 17. Hvis metallene er forskjellige, er de forskjellige metaller fortrinnsvis sveisbart forenlige. Ellers kan et metallmellomstykke som er sveisbart forenlig med begge metaller, plasseres mellom de to metaller. Fortrinnsvis velges metallene fra jernmetaller så som jern, grått jern, og tempergods, smijern, stål, rustfritt stål eller fra nikkel, aluminium, kobber, molybden, magnesium, bly, legeringer av hver av disse metaller og legeringer derav. Helst er kantflensdelen 16 laget av smijern på grunn av dets stabilitet, lave pris og lette tilgjengelighet.

Hvis den plane bærerdel er laget av et jernmetall, kan flensdelen være laget av kobber eller ethvert av de andre metaller som egner seg for anvendelse i bærerdelen.

Eventuelt kan flensdelen være laget av et kunstharpiksmater-iale. Uten å skulle være begrenset til de spesifikke kunsthar-piksmaterialer som heretter er nevnt, er eksempler på slike egnede materialer polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid, klorert polyvinylklorid, akrylonitril, polystyren, polysulfon, styrenakrylonitril, butadien og styren-kopolymerer, epoksy, vinylestere, polyestere og fluorplaster og kopolymerer derav. Det foretrekkes at et harpiksmateriale så som polypropylen brukes for flensdelen, da det gir en form med riktig strukturell helhet ved høyere temperaturer, er lett tilgjengelig,

og er relativt billig i forhold til andre egnede harpiksmateri-aler.

Flensdelen 16 kan være en enkel enhetlig billedramme-type struktur, eller den kan være flere stykker skjøtt sammen fra mer enn et strukturelt stykke og danne en fullstendig rammetype struktur rundt ytterkantene av den plane bærerdel 17. Flensdelen gir tetningsflate 16A og 16C som ligger i omtrent plan som de flate ender 28, 28A av knastene 18 og 18A etter de er festet til bærerdelen 17. Hvis flensdelen består av separate stykker, kan de festes til bærerdelen 17 før eller etter knastene er festet til bærerdelen. Bærerdelen 17 og knastene kan flates (maskinbehandles) før eller etter flensdelen er festet til bærerdelen om nødvendig.

Hvis elektrolyseenheten skal brukes som en bipolarenhet, behøver flensdelen 16 ikke være laget av et elektrisk ledende materiale fordi det ikke behøver å lede elektrisitet. Hvis imidlertid elektrolyseenheten skal brukes som en monopolarenhet, er kantflensdelen fortrinnsvis elektrisk ledende. Flensdelen gir en hensiktsmessig anordning til å føre elektrisk energi inn og ut av elektrolyseenheten 10 og 11 som foreligger i en operativ serie av enheter. Mindre foretrekkes det at flensdelen er laget av et elektrisk ikke-ledende materiale og utstyrt med passasjer gjennom seg som gir en vei for ledere som skal gå gjennom flensdelen for å føre elektrisk energi inn og ut av elektrolyseenheten.

Hvis flensdelen 16 ikke er formet som et-stykkslegeme med bærerdelen 17, er den fortrinnsvis fast knyttet til bærerdelen. En fast tilknytning sikrer dimensjonsstabilitet for elektrolyseenheten og opprettholder den ønskede åpning mellom elektrodekomponentene til tilstøtende enheter. Fortrinnsvis er flensdelene festet til bærerdelen ved sveising.

Når elektrolyseenheten skal brukes som en bipolarenhet og enheten ikke er foret, er det spesielt viktig å sveise flensdelen tettbart til bærerdelen for å forhindre fluidstrøm fra en side av bærerdelen til den annen side.

Når flere elektrolyseenheter 10, 11 er satt sammen i operativ kombinasjon, plasseres en ionebytteraktiv membran 27 og 27A mellom tilstøtende elektrolyseenheter 10, 11. En membran anvendes mellom enten bipolare eller monopolare elektrolyseenheter. I hvert tilfelle skiller membranen et elektroderom fra et tilstøtende elektroderom.

Membranen 27 og 27A som er egnet for bruk i foreliggende

oppfinnelse, kan inneholde en rekke ionebytteraktive punkter. For eksempel kan de inneholde sulfon eller karboksylsyre-ionebytteraktive punkter. Eventuelt kan membranen være en bi-sjikt membran og ha en type ionebytterpunkter i det andre sjikt. Membranen kan være forsterket for å forhindre misforming under elektrolyse eller den kan være uforsterket for å maksimalisere elektrisk ledning gjennom membranen. Ionebytteraktive membraner som er

egnet for bruk i elektrolyseceller i foreliggende oppfinnelse, er velkjente på området.

Andre elementer som kan brukes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, er sammensetninger for nullgaps-konfigurasjoner eller faste polymer elektrolyttmembraner. Enhetene ifølge foreliggende oppfinnelse kan også tilpasses for et gasskammer for bruk i forbindelse med en gassforbrukende elektrode, noen ganger kalt en depolarisert elektrode. Gasskammeret kreves i tillegg til væskeelektrolyttrommene. En rekke celleelementer som kan brukes i foreliggende oppfinnelse er f.eks. beskrevet i US patenter 4.457.823, 4.457.815, 4.444.623, 4.340.452, 4.444.641, 4.444.639, 4.457.822 og 4.448.662.

Foringer 26 eller 26A dannes fortrinnsvis med et minimum av spenninger i seg for å minimalisere varping. Unngåelse av disse spenninger i foringen kan oppnås ved varmforming av foringen i en presse ved en høyere temperatur fra 482°C til 704°C. Både foringsmetallet og metallpressen oppvarmes til denne høye temperatur før pressing av foringen til den ønskede form. Foringen holdes i den oppvarmede presse og kjøles under en programmert syklus for å forhindre dannelse av spenninger i seg når den avkjøles til romtemperatur.

Foringer 26 eller 26A egnet for bruk i kloralkalikatoderom velges fortrinnsvis fra jernmetaller, nikkel, rustfritt stål, krom, monel og legeringer derav. Egnede foringer for bruk i kloralkali-anoderom velges fortrinnsvis fra titan, vanadium, tantal, kolumbium, hafnium, zirkonium og legeringer derav.

For å sikre den maksimale fysiske og elektriske kontakt mellom foringen og knastene foretrekkes det at foringen er sveiset til de flate ender 28, 28A av knastene 18 og 18A. Eventuelt kan foringen være sveiset, ikke bare ved de flate ender av knastene, men ved .forskjellige andre steder hvor de to får kontakt med hverandre. Kondensatorutladningssveising er en foretrukket sveiseteknikk som kan brukes til å sveise foringen til knastene. For fluidum tetningsformål mellom membranen 27 eller 27A og tetningsflåtene 16A eller 16C som befinner seg på flensdelen 16, foretrekkes det at foringene 26 eller 26A er formet som en panne med en forskjøvet leppe 42 eller 42A som går rundt kanten sin. Leppen 42 og 42A går i flukt med tetnings- flatene 16A eller 16C. En kantdel av membranen 27 eller 27A går i flukt mot foringsleppe 42, og en kanttetningslist 44 går i flukt mot den andre side av kantdelen av membranen 27 eller 27A. I en serie elektrolyseceller går tetningslisten 44 i flukt mot leppen 42A av foringen 26A og i flukt med tetningsflaten 16C når det ikke er noen foring.

Hvis foringene 26 og 26A er laget av titan og ECTE 14 er laget av et jernmetall, kan de forbindes ved motstandssveising eller kondensator-utladningssveising. Motstands-eller konden-satoruttømmingssveising utføres indirekte ved sveising av foringene til de flate ender 28 og 28A av knastene 18 og 18A gjennom metallmellomstykke, fortrinnsvis vanadiumoblatet 30 eller 30A. Vanadium er et metall som er sveisbart forenlig med titan og jernmetaller. Sveisbart forenlig betyr at et sveisbart metall vil danne en seig fast løsning med et annet sveisbart metall etter sammensveising av de to metaller. Titan og jernmetaller er ikke normalt forenlige med vanadium. Følgelig brukes vanadiumoblater 30 og 30A som et mellomstykke mellom jernmetallknastene og titanforingene 26 og 26A for å oppnå sammensveisingen av dem under dannelse av en elektrisk forbindelse mellom foringene og ECTE 14 samt å danne en mekanisk bæreranordning for ECTE'et til bærerforingene 26 og 26A.

Fortrinnsvis brukes et andre metall mellomstykke eller oblat 31 og 31A og plasseres mellom oblaten 30 og 30A og foringen 26 og 26A. Den andre oblat er å foretrekke, fordi når bare en oblat brukes, har man oppdaget at de korroderende materialer som kommer i kontakt med foringen under cellens drift og gir klor og kaustik, synes å trenge inn i titan-vanadiumsveisen og korroderer sveisen. De korroderende materialer trenger også inn i legemet av ECTE'et og korroderer det. Istedenfor å bruke en tykkere foring, er det mye mer økonomisk å sette inn en annen oblat 31 og 31A i tilstrekkelig tykkelse til å minimalisere muligheten for at korroderende materialer trenger inn i ECTE'et.

For å innføre reaktanter i elektrolysecellene som dannes når flere elektrolyseenheter 10 og 11 stables i operabel kombinasjon, foreligger flere dyser (ikke vist) i hver elektrolyseenhet fortrinnsvis. Selv om en rekke konstruksjoner og former kan anvendes, er en foretrukket konstruksjon som følger. Flere metalldyser formes, f.eks. ved omgivelsesstøping. Dysestøpen maskinbehandles til den ønskede størrelse. En rekke slisser lages i hver flensdel 16 på flereønskede steder for å motta dysene. Slissene har en størrelse som tilsvarer tykkelsen til dysen som skal settes inn i slissen for å sikre en tetning når elektrolyse-cellens elementer sammensettes til slutt. Hvis en foring 26 eller 26A brukes, skjæres den til å passe rundt dysen. Dysen er fortrinnsvis festet til foringen 26 eller 26A, f.eks. ved sveising. Foring-dysekombinasjonen plasseres så i elektrolyseenheten 10 eller 11, og dekslene 32, 32A av foringene sveises så til knastene 18 og 18A.

Når flere elektrolyseenheter 10 eller 11 settes sammen mot hverandre, plasseres -fortrinnsvis tetningslister 44 mellom enhetene. Tetningslistene tjener tre hovedfunksjoner: tetning, elektrisk isolasjon og fastsettelse av elektrodegapet. Det finnes en rekke egnede tetningslist 44 materialer som kan brukes, så som for eksempel gummitetningslister. Selv om bare en tetningslist 44 er vist, omfatter oppfinnelsen også bruken av tetningslister på begge sider av membranen 27 eller 27A.

Inntil ECTE 14 eller foringen 26 eller 26A, hvis foringer brukes, er en elektrodekomponent 36, 36A, 46 eller 46A som kan være festet eller presset til foringen eller ECTE'et. Fortrinnsvis har elektrodekomponenten samme utstrekning som bærerdelen 17 og går ikke inn i flensdel 16 området. Ellers ville det være vanskelig å tette tilstøtende elektrodeenheter når de plasseres i operativ kombinasjon.

Elektrodekomponenter er fortrinnsvis hullede konstruksjoner som er hovedsaklig flate og kan være laget av en plate av ekspandert metall, perforert plate, stanset plate eller vevet metalltråd. Eventuelt kan elektrodekomponentene være strømsamlere som har kontakt med en elektrode eller de kan være elektroder. Elektroder kan eventuelt ha et katalytisk aktivt belegg på overflaten. Elektrodekomponentene kan være sveiset til knastene eller til foringen hvis en foring brukes. Fortrinnsvis er elektrodekomponentene sveiset fordi den elektriske kontakt er bedre.

Andre elektrodekomponenter som kan brukes i forbindelse

med foreliggende oppfinnelse er strømsamlere, avstandsholdere,

og andre elementer som er kjent for en fagmann. Spesialelementer eller sammensetninger for null-åpningskonfigurasjoner eller faste polymere elektrolyttmembraner kan brukes. Elektrolyttenhetene i foreliggende oppfinnelse kan også tilpasses for et gasskammer for bruk i forbindelse med en gassforbrukende elektrode, noen ganger kalt en depolarisert elektrode. Gasskammere kreves i tillegg til væskeelektrolyttrommene. En rekke elektrodeelementer som kan brukes i foreliggende oppfinnelse, er velkjente for fagmannen og er for eksempel beskrevet i US patenter nr. 4.457.823, 4.457.815, 4.444.623, 4.340.452, 4.444.641, 4.444.639, 4.457.822 og 4.448.662.

Elektrodene 36, 36A, 46 eller 46A har fortrinnsvis sine kanter rullet innover mot ECTE'et og vekk fra den ionebytteraktive membran 27 og 27A. Dette er foretatt for å forhindre de noen ganger takkede kanter av disse elektrodekomponenter i å komme i kontakt med den ionebytteraktive membran og rive den opp.

Elektrolyseenheten 10 og 11 kan fremstilles på en rekke måter ved bruk av en rekke elementer. Hver av grunnelementene som brukes ved fremstilling av elektrolyseenheten i foreliggende oppfinnelse, d.v.s. den plane bærerdel 17, den rammelignende flensdel 16 og knastene 18 og 18A kan være satt sammen av flere stykker. For eksempel kan bærerdelen 17 være konstruert av flere stykker som er satt sammen. Likeledes kan flensdelen 16 være konstruert av flere stykker som er koblet sammen. I likhet med dette kan knastene 18 og 18A være enstykks-enheter som går gjennom bærerdelen 17, eller de kan være delenheter som ikke går gjennom bærerdelen 17, men bare er festet til en overflate eller motsatt overflate derav.

Grunnelementene kan settes sammen ved først å feste knastene til bærerdelen 17 og deretter feste flensdelen 16 til kanten av bærerdelen 17. I en annen rekkefølge festes først flensdelen 16 til bærerdelen 17 og deretter festes knastene.

For å sikre at elektrolyseenheten 10 eller 11 er så plan som mulig, kan man eventuelt utflate eller plane overflatene av de sammensatte eller delvis sammensatte elektrolyseenheter. Elektrolyseenheten kan utflates ved et eller flere av de forskjellige sammensetningstrinnene for elektrolyseenheten. For eksempel kan den flates: etter alle knastene er blitt festet til en side av bærerdelen 17;

etter bare en del av knastene er blitt festet til bærerdelen 17;

etter alle eller en del av knastene er blitt festet til bærerdelen 17, men før flensdelen 16 er blitt festet; eller etter alle knastene og flensdelen 16 er blitt festet.

Elektrolyseenheten i foreliggende oppfinnelse kan flates for bruk av en rekke teknikker som er godt kjent for en fagmann, så som båndsliping og mekanisk maling. Fortrinnsvis flates enheten tilstrekkelig, slik at når to enheter tilpasses hverandre i operabel kombinasjon, minimaliseres antallet lekkasjer. For bruk i kloralkali-elektrokjemiske celler foretrekkes det at elektrolyseenheten 10 eller 11 har et flathetsavvik på mindre enn ca. 0,4 mm gjennom hele sin masse.

Feste av knastene 18 og 18A til bærerdelen 17 av ECTE'et 14 kan foretas ved å bruke en rekke teknikker. For eksempel kan bærerdelen 17 støpes som en kompakt enhet og senere få huller boret og tappet gjennom tykkelsen, eller delvis gjennom tykkelsen av bærerdelen. Knastene kan være gjenget og så skrus inn i hullene i bærerdelen 17 fra begge sider. Eventuelt kan knastene være gjenget over sin halve lengde og deretter skrus halvveis gjennom bærerdelen 17. Fortrinnsvis er endene av knastene maskinelt flatet før de festes til bærerdelen 17.

En annen måte å feste knastene på er ved sveising. Fortrinnsvis er knastene og bærerdelen 17 laget av metaller som er sveisbart forenlige. Hvis de to metaller ikke er sveisbart forenlige, kan et metallmellomstykke som er sveisbart forenlig med begge metaller innsettes mellom de to metaller. Fortrinnsvis sveises knastene langsomt, slik at varpingen av bærerdelen 17 som skyldes varmen ved sveisingen, minimaliseres.

Om ønsket, kan en foring 26 eller 26A plasseres over det område av elektrolyseenheten som vil komme i kontakt med et korroderende miljø. Eventuelt kan flensdelen 16 av ECTE'et også være foret, selv om flensdelen ikke behøver å utsettes for et korroderende miljø. Eventuelt kan en foring plasseres på en side av ECTE'et eller på begge sider av ECTE'et. Foringen kan være konstruert av et enkelt enhetlig stykke, eller den kan være konstruert av flere stykker bundet sammen (som vist på figur 4). Den bør imidlertid ha tilstrekkelig tykkelse til å være hovedsaklig fullstendig hydraulisk ugjennomtrengelig.

Foringen 26 eller 26A kan ha samme utstrekning som bærerdelen 17 av ECTE'et, eller den kan ha samme utstrekning som hele lengden og bredden av ECTE'et innbefattet kantflensdelen 16.

Når flere elektrolyseenheter er satt sammen mot hverandre, plasseres fortrinnsvis tetningslister 44 mellom de tilstøtende enheter. Tetningslister tjener tre hovedfunksjoner; 1) tetning, 2) elektrisk isolasjon og 3) fastsettelse og opprettholdelse av elektrodeåpningen. Det finnes en rekke egnede tetningslist 44 materialer som med hell kan brukes, så som f.eks. etylenpropylen-dien-terpolymer, klorert polyetylen, polytetrafluoretylen, perfluoralkoksyharpiks.

Fortrinnsvis har elektrodene 36, 36A, 46 eller 46A samme utstrekning som bærerdelen 17 og går ikke over kantflensdelen 16. Ellers ville det være vanskelig å tette tilstøtende elektrolyseenheter når de plasseres i opererbar kombinasjon.

En spesielt egnet måte for å fabrikere ECTE'et ifølge foreliggende oppfinnelse på, er å bruke et flatt materialstykke til å plassere ECTE'et på som forut hadde hull boret og tappet i sin bærerdel for å romme knastene. Flere knaster skjæres i lik lengde og hver knast får en gjenget midtdel. De ikke-gjengede endepartier har forskjellige diametre. En endedel har mindre diameter enn den annen del og har en diameter som er mindre enn diameteren til hullet som er boret i bærerdelen. Den mindre endedel av en knast føres gjennom hullet og inntil den gjengede del av knasten kommer i kontakt med den gjengede del av hullet. Knastene skrus inn i de gjengede hull i bærerdelen inntil de berører det flate materialstykket. På denne måte er det lett å sikre at alle knastene stikker samme lengde ut fra barrieredelen.

Eksempel 1

En 122 cm x 244 cm bipolar flatplate-filterpressetype-ionebyttermembrancelle ble konstruert som følger.

En 122 cm x 244 cm stålplate, 1,27 cm tykk, ble boret og tappet slik at den hadde 116, 25 mm hull i seg i et kvadratisk mønster. Stålplaten ble brukt som bærerdel av ECTE'et og hadde rundt sin kant sveiset en 19 mm tykk, 70 mm bred lavkarbon-stålbilledrammetype-flensdel.

Flere 25 mm gjengede stålstaver ble skrudd fast inn i hvert av de 116 hull. På den side som skulle bli anodesiden, ble en vanadiumoblat plassert over enden av hver stav og et titandeksel ble deretter plassert over staven og vanadiumoblaten. Dekslet ble sveiset til hver av de 116 staver gjennom vanadiumoblaten. På den side som skulle bli katodeside, ble et nikkeldeksel plassert over og sveiset til hver av de 116 staver. Da nikkel relativt lett kan sveises til stål, krevdes ingen mellomoblat på katodesiden. Vanadiumoblaten var ca. 0,13 mm tykk. Dekslet var ca. 0,9 mm tykt.

For korrosjonsbeskyttelse ble anoderommet foret med 0,9 mm tykk titanforing som var laget av en flat titanplate sveiset til en U-formet titansidedekning på alle fire kantsider. Titanforingen hadde 116 hull konsentrisk til hullene på bærerdelen for å passe over forbindelsesstavene. Titanforingen ble sveiset til titandekslet på forbindelsen.

Katoderommet ble foret med en 1,5 mm tykk nikkelforing som var laget av en flat nikkelplate sveiset til et U-formet nikkel-sidedeksel på kantsidene. Nikkelforingen hadde også 116 hull konsentrisk til hullene på bærerdelen for å passe over forbindelsesstavene. Nikkelforingen ble sveiset rundt hvert nikkeldeksel .

Anoden var en 1,6 mm tykk, 40 prosent åpen ekspandert titanduk med et diamantmønster på 0,65 mm (SWD) x 1,3 mm (LWD). Anoden ble motstandssveiset til titandekslene på toppen av forbindelsene på anodesiden.

Katoden var laget av nikkelgitter med samme spesifikasjoner som titangitteret. Katoden ble motstandssveiset til nikkel-dekslene på toppen av forbindelsene på katodesiden.

Et 13 mm diameter titanrør ble sveiset til titanforingen gjennom et hull i bunnen til venstre for anoderommet for salt-vannsinnløpet. Et annet 19 mm diameter rør ble sveiset til titanforingen gjennom et hull på toppen til høyre for anoderommet for saltvann og klorgassutløp. På lignende måte ble nikkelrør sveiset til katoderommet for katolyttinnløp og -utløp.

Cellen ble slik oppbygget at anodegitteret gikk ca. 0,4 mm ned under titanside-tetningsflensen, og katodegitteret gikk ca. 0,9 mm ned under nikkelside-tetningsflensen. Med en ekspandert polytetrafluoretylen-tetningslist på ca. 1,3 mm komprimert tykkelse mellom membranen og katodetetningsflensen og ingen tetningslist mellom membranen og anodetetningsflensen var det nominelle gap mellom elektrodene ca. 2,5 mm.

Avstanden mellom planene til endene av knastene var 65,4 mm for denne bipolare celle, hvilket kan kalles bærerdeltykkelsen. Den totale celleenhettykkelse fra utsiden av nikkelelektrode-komponenten til utsiden av titananode-komponenten var 71,1 mm. Således var celleelement-tykkelsen 92% av den totale enhets-tykkelsen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrolyseenhet med et i det vesentlige plant elektrisk strømtransmisjonselement omfattende en generelt plan bærerdel, en kantflensdel og; flere knaster som stikker ut fra hver side av bærerdelen; flensen er konstruert av minst ett avsnitt og har en innvendig flate som tettbart rommer alle utvendige kanter av bærerdelen; karakterisert ved at fremgangsmåten består av trinnene: feste av i hvilken som helst rekkefølge: (a) flere knaster til minst én side av bærerdelen; (b) minst ett avsnitt av flensdelen til ytterkanten av bærerdelen; og (c) flere foringsseksjoner til minst én del av knastene på minst én side av bærerdelen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet feste av minst ett avsnitt av flensdelen til bærerdelen ved sveising.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å feste alle knastene før flating av enheten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den innbefatter trinnet utflating av den i det minste delvis sammensatte enhet.

5. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere bærerdelen, i det minste et avsnitt av flensdelen og knastene fra metaller'valgt fra jernmetaller, nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav.

6. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere bærerdelen og knastene fra et støpbart metall valgt fra jernmetaller, nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav, og hvor i det minste et avsnitt av flensdelen er laget av et syntetisk harpiksmateriale og festet til en kant av bærerdelen.

7. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere flensdelen med en tykkelse på minst to ganger større enn tykkelsen av bærerdelen.

8. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å dekke begge de knastholdige sider av bærerdelen med en foring.

9. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å velge foringen fra et jernmetall, nikkel, krom, titan, vanadium, tantal, kolumbium, hafnium, zirkonium og legeringer derav.

10. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å feste i det minste én elektrodekomponent til foringen(e) og feste en elektrisk forbindelsesanordning til en del av bærerdelen som har samme utstrekning som elektrodekomponenten.

11. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 9, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å feste en elektrisk forbindelsesanordning til flensdelen.

12. Gjenstand, karakterisert ved at den er fremstilt ved fremgangsmåten ifølge hvert av de foregående krav.

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrolyseenhet med et i det vesentlige plant elektrisk strømtransmisjonselement omfattende en generelt plan bærerdel, en kantflensdel og; flere knaster som stikker ut fra hver side av bærerdelen; flensen er konstruert av minst ett avsnitt og har en innvendig flate som tettbart rommer alle utvendige kanter av bærerdelen; karakterisert ved at fremgangsmåten består av trinnene: feste av i hvilken som helst rekkefølge: (a) flere knaster til minst én side av bærerdelen; (b) minst ett avsnitt av flensdelen til ytterkanten av bærerdelen; og (c) flere foringsseksjoner til minst én del av knastene på minst én side av bærerdelen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet feste av minst ett avsnitt av flensdelen til bærerdelen ved sveising, og utflating av den i det minste delvis sammensatte enhet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å feste alle knastene til bærerdelen.

4. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere bærerdelen, i det minste et avsnitt av flensdelen og knastene fra metaller valgt fra jernmetaller, nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav.

5. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere bærerdelen og knastene fra et støpbart metall valgt fra jernmetaller, nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav, og hvor i det minste et avsnitt av flensdelen er laget av et syntetisk harpiksmateriale og festet til en kant av bærerdelen.

6. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å konstruere flensdelen med en tykkelse på minst to ganger større enn tykkelsen av bærerdelen.

7. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å dekke begge de knastholdige sider av bærerdelen med en foring.

8. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å velge foringen fra et jernmetall, nikkel, krom, titan, vanadium, tantal, kolumbium, hafnium, zirkonium og legeringer derav.

9. Fremgangsmåte ifølge hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å feste i det minste én elektrodekomponent til foringen(e) og feste en elektrisk forbindelsesanordning til en del av bærerdelen som har samme utstrekning som elektrodekomponenten.

10. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 til 8, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å feste en elektrisk forbindelsesanordning til flensdelen.