NO863295L - Delvis fabrikert elektrokjemisk celle-element. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrolytisk

enhet fremstilt fra flere deler satt sammen på en enestående måte. Flere slike enheter plassert i operabel kombinasjon er spesielt anvendelige ved fremstillingen av klor og kaustikk i en elektrolysecelle.

Uttrykket "elektrolysecelle" betyr her 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 ionebytter aktiv i det vesentlige hydrau-

lisk ugjennomtrengelig membran.

"Elektrolytisk enhet" betyr en enhet som i det minste inneholder to elektrodekomponenter adskilt med et sentralt bærerelement. Elektrodekomponentene i en elektrolyseenhet kan være motsatt ladet som i tilfellet i en bipolar enhet,

eller likt ladet som tilfellet er i en monopolar enhet. Således kunne monopolære enheter være enten anode-eller katodeenheter.

"Elektrodekomponent" betyr en elektrode eller et

element i forbindelse med en elektrode såsom et strømforde-lingsgitter eller strømsamler.

Klor og kaustikk er grunnkjemikalier i store volumer

som fremstilles oftest elektrolytisk fra en vandig løsning av et alkalimetallklorid i elektrolyseceller. Nylig har man hatt en rekke teknologiske fremskritt for å minimalisere gapet mellom anoden og katoden i en elektrolysecelle for å minimalisere den elektriske motstand i elektrolysecellen,

og således få elektrolysecellen til å gå mer effektivt.

Fordeler innbefatter slike ting som dimensjonsstabile ano-

der, ionebyttermembraner, depolariserte elektroder, null gap cellekonfigurasjoner og faste polymer-elektrolyttmembarner.

Det er to hovedtyper elektrolytiske celler som gjerne brukes for fremstillingen av klor og kaustikk, dvs. monopolare og bipolare celler.

En bipolar celle består av flere elektrokjemiske enheter

i en serie, hvori hver enhet, unntatt de to ende- eller termi-nalenheter, virker som en anode på en side og en katode på den motsatte side. Elektrolyseenheter er tettbart adskilt med en

ionebytteraktiv membran som derved danner en elektrolysecelle eller serie av elektrolyseceller. Elektrisk energi innføres i en endecelle ved én ende av en serie bipolare celler, går gjennom seriene av bipolare celler og fjernes fra endecellen ved den andre ende av celleseriene. En alkalimetallhalogenidløsning føres til anoderommet eller rommene hvor en halogengass dannes ved anoden. Alkalimetall-ioner transporteres selektivt gjennom ionebyttermembranen(e) til katoderommet (eller rommene) hvor alkalimetallhydroksy-der dannes.

Monopolare elektrolyseceller omfatter minst to termi-nalceller og flere anodeenheter og katodeenheter alternativt plassert mellom disse. De monopolare enheter er adskilt med en ionebytteraktiv membran som således danner flere monopolare celler. Hver enhet er utstyrt med minst ett innløp, hvorigjennom elektrolytten kan føres til enheten, og med minst ett utløp, hvorigjennom væsker og gasser kan fjernes fra enheten. Hver enhet er elektrisk forbundet med en energikilde. Energi føres til en monopolar elektrolyseenhet og fjernes fra minst 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 meget ønskelig.. Det er et mål for denne oppfinnelse å til-veiebringe en slik elektrolyseenhet.

Grunnlaget for oppfinnelsen bygger i en fremgangsmåte for å sette sammen en elektrolyseenhet som omfatter flere deler forbundet på en måte som danner delen. Denne enhet er i det vesentlige plan og inneholder et elektrisk strøm-transmisjonselement (heretter kalt et ECTE) som omfatter en plan bærerdel, en rammelignende flensdel festet til ytterkanten av bærerdelen, og flere knaster som stikker utover fra hver side av bærerdelen. De motstående sider av den således dannede ECTE kan flates før, under eller etter ferdig sammensetning av delene om nødvendig. En sideforing påføres så i det minste en del av i det minste én side av den sammensatte ECTE. Elektrolyseenheten ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes enten som en monopolar eller bipolar enhet.

Den ramme-lignende flensdel består av minst ett rom og har en innvendig flate som tettbart rommer og som er festet til minst en del av ytterkantene av den plane bærerdel.

Knastene er fortrinnsvis adskilt på en måte som stivt bærer minst én elektrodekomponent. Knastefrekvensen, enten disse har rundt tverrsnitt eller langstrakt eller ribbe-typetverrsnitt, pr. enhetsflate av elektrodekomponenten i forbindelse med denne kan variere innenfor vide grenser.

Oppfinnelsen kan bedre forstås ved henvisning til teg-ningene som illustrerer oppfinnelsen og hvori like henvisningstall viser til like deler på de forskjellige tegne-figurer, og hvor: Figur 1 er et delvis vekkbrudt perspektiv av én ut-førelsesform av elektrolyseenheten ifølge oppfinnelsen tatt fra hverandre; Figur 2 er et tverrsnitt av én utførelsesform av elektrolyseenheten som er vist på figur 1 tatt fra hverandre; Figur 3 er et tverrsnitt av flere elektrolyseenheter plassert i operabel kombinasjon som danner en serie elektrolyseceller; Figur 4 er et tverrsnitt av en elektrolysecelle med en sidef6ring laget av flere stykker.

Under spesiell henvisning til figurer 1 til 3, anvender foreliggende oppfinnelse et elektrisk strømtransmisjonsele-ment (ECTE) 14 som én komponent av en ikke-foret elektrolyseenhet 10 eller foret elektrolyseenhet 11. Fortrinnsvis omfatter ECTE 14 en generelt plan bærerdel 17 som har tilstrekkelig strukturell enhet til å gi en bærer for flere knaster 18 og 18A, en ramme-lignende flensdel 16 og side-fSringer 26 eller 26A, hvis fSringer brukes. ECTE 14 er i det vesentlige mer massiv og stivere enn sideforingen 26 eller 26A og noen elektrodekomponenter 36, 36A, 46 eller 46A som normalt brukes i elektrolyseceller.

ECTE 14 kan være laget av en rekke materialer som til-fredsstiller de ovenfor skisserte behov. Fortrinnsvis er, imidlertid, materialet et metall valgt fra jernmetaller såsom jern, grå-jern, tempergods, smitbart jern,(i det følgende kalt smijern), stål og rustfritt stål , og andre metaller såsom nikkel, aluminium, molybden, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav.

Fortrinnsvis er ECTE 14 konstruert fra jernmetaller

hvis hovedbestanddel er jern. Helst er ECTE-et konstruert av smijern fordi dets stabilitet, lave pris og den lette til-gjengelighet av smijern med meget nøyaktige dimensjoner.

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 massen sin, eller deler av massen sin, i en loddrett retning på den plane bærerdel 17. Den elektriske ledning finner sted gjennom knastene 18 og 18A, i stedet for gjennom massen av bærerdelen 17, unntatt i det tilfellet hvor knastene 18 og 18A er forskjøvet, - da må bærerdelen 17 være tilstrekkelig ledende til å overføre elektrisk energi gjennom sin masse eller deler av sin masse.

I de tilfeller hvor elektrolyseenheten 10, 11 brukes

som en monopolar elektrolyseenhet, bør bærerdelen 17 være tilstrekkelig ledende til å overføre elektrisk energi gjennom i det vesentlige hele sin masse. Dette gjør det mulig å opp-rette en elektrisk forbindelse fra en strømkilde til selve bærerdelen 17 og fordele den elektriske energi til forskjellige punkter av en- elektrodekomponent i elektrisk kontakt med bærerdelen 17.

Uavhengig av om ECTE-et 14 brukes som en monopolar eller en biplar enhet, er det mulig å konstruere bærerdelen 17 fra metaller som er lett tilgjengelige, og generelt billige uten å måtte bekymre seg for mye om metallets spesifikke motstand. Dette er mulig fordi den store massen og tverrsnittsflaten til bærerdelen 17 er tilstrekkelig stor i tverrsnittsflate til å minimalisere den elektriske motstanden. Det faktum at bærerdelen 17 har en stor tverrsnittsflate muliggjør bruken av me taller med en høyere spesifikk motstand enn det som kunne brukes i tidligere kjente konstruksjoner. Således er jernmetaller såsom jern, stål, smijern og grått jern og temper-jern fullstendig egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse. Nærmere bestemt kan metaller med så høy eller høyere spesifikk motstand enn kobber brukes økonomisk for å danne bærerdelen 17. Mer økonomisk kan metaller med større spesifikk motstand enn ca. 10 mikro-ohm-cm brukes. Mest økonomisk brukes metaller med så høye eller høyere spesifikke motstander enn ca. 50 mikro-ohm-cm.

Når elektrolyseenheten 10, 11 i foreliggende oppfinnelse brukes som en monopolar enhet, kan bærerdelen 17 ha én eller flere passasjer som forbinder motsatte sider derav. Passasjene lar elektrolytt eller gasser gå fra én side av bærerdelen 17 til den annen side. Slike passasjer bør ikke oppta mer enn ca. 60 volum-% av totalvolumet til bærerdelen. Åpningene gjør det mulig å bruke mindre metall under dannel-sen av bærerdelen 17 og gjør cellefremstillingen mer økonomisk. I tillegg kan åpninger være adskilt for å dirigere strøm til bestemte deler av cellen.

Flere knaster 18 og 18A er festet til motsatte sider av bærerdelen 17. Disse knaster stikker en forutbestemt lengde ut fra bærerdelen 17 i et område som til slutt vil bli et elektrolyttrom. Knastene 18 og 18A kan forbindes elektrisk enten direkte til en elektrodekomponent 36, 36A, 46 eller 46A, eller indirekte til elektrodekomponenten gjennom en sideffiring 26, 26A. Fortrinnsvis ligger endene av knastene 18 og 18A i det samme geometriske plan, henholdsvis, og er i det vesentlige kompakte. De kan, imidlertid, inneholde innvendige hulrom, som et resultat av støping.

Knastene 18 og 18A kan være plassert i et rygg-til-rygg-forhold til hverandre på tvers av bærerdelen 17. Eventuelt kan de være forskjøvne fra hverandre på tvers av bærerdelen 17. De kan plasseres i en rekke andre tverrsnittsformer fra hverandre .

Knastene 18 og 18A kan være laget av det samme metall

som metallet som brukes for bærerdelen 17. Eventuelt kan knastene være laget av et annet metall enn det som brukes til

å konstruere den plane bærerdel 17.

Fortrinnsvis er knastene 18 og 18A laget av jernmetall såsom jern, grå-jern, temper jern, smijern, stål,,

rustfritt stål eller fra molybden, nikkel, aluminium, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav. Helst er knastene konstruert av smijern p.g.a. dets stabilitet, lave pris og lette.tilgjengelighet.

Knastene 18 og 18A er fortrinnsvis adskilt på en slik måte at de stivt kan bære alle elektrodekomponenter 36, 36A, 46 eller 46A som er ønsket for bruk i elektrolysecellen. Avstanden mellom knastene på hver side av bærerdelen vil generelt avhenge av planets spesifikke motstand i det spesielle elektrodeelement som brukes. For tynnere elektrode-elementer eller med høyere spesifikk motstand vil avstanden til knastene være mindre og således gi en tettere punkt-mengde for elektrisk kontakt. For tykkere elektrodekomponenter og/eller med mindre spesifikk motstand kan avstanden mellom knastene være større. Normalt ligger avstanden mellom knastene innenfor 5 til 30 cm, selv om mindre eller større rom kan anvendes avhengig av totalekonstruksjons-betraktninger.

Knastene 18 og 18A kan gjerne være sveiset eller bundet til bærerdelen 17 eller de kan skrus inn i bærerdelen som vist ved henvisningstall 93 i figurer 2 og 3. I begge tilfeller kan det være ønskelig å foreta festet slik at den elektriske kontakt mellom bærerdelen 17 og knastene maksi-maliseres. I tilfellet en uforet elektrolyseenhet 10 eller i tilfellet hvor bare én foring brukes, foretrekkes det at knastene er sveiset, selv om de er skrudd inn i eller bundet til bærerdelen 17. I tilfellet av en foret elektrolyseenhet 11 foretrekkes det at knastene ikke er sveiset, men kunne inneholde en stiftsveis (tack weld).

Knastene har en flat overflate 28 og 28A som er bearbei-det før, under eller etter sammensetning av enheten. Disse flater er forberedt for å festes til en ffiring eller til en elektrodekomponent ved hjelp av mellomliggende oblater

(30, 30A, 31 eller 31A).

Rundt kantene av bærerdelen 17 er en ramme-lignende flensdel 16. Den er en vindusramme-lignende konstruksjon med en større tykkelse enn eller i det minste lik tykkelsen av en knast-holdig bærerdel 17. Fortrinnsvis går flensdelen 16 videre fra bærerdelens 17 plan enn endene av knastene 18 og 18A. Dette gir et rom for elektrodekomponentene 36/36A, 46 eller 46A som vil foreligge når elektrolyseenheten 10, 11 i foreliggende oppfinnelse er stablet nær hverandre i operabel kombinasjon. Fortrinnsvis er flensens 16 tykkelse minst ca. 2 til 6 ganger større enn tykkelsen av bærerdelen 17. Fortrinnsvis er flensdelen ca. 60 til 70 mm tykk når bærerdelen 17 er ca. 20 til 25 mm tykk. Flensdelen 16 kan være en enkelt eller enhetlig billedrammelig-nende struktur, eller den bestårav flere stykker eller avsnitt slått sammen under dannelse av en fullstendig ramme-lignende struktur rundt ytterkantene av bærerdelen 17.

Den ramme-lignende flensdel kan være laget av et metall valgt fra de samme metallene som anvendes for den plane bærerdel. Det er også meningen at metallet i flensdelen

kan være et annet metall enn metallet som brukes for den plane bærerdel. Hvis f.eks. den plane bærerdel er laget av et jernmetall, kan flensdelen være laget av kobber eller hvilket som helst annet metall som er egnet for anvendelse for den plane bærerdel. Eventuelt kan flensdelen være laget av et kunstharpiksmateriale.

Uten at man skal begrense seg til de spesifikke kunst-harpiksmaterialer som heretter er nevnt, er eksempler på slike egnede materialer polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid, klorert polyvinylklorid, akrylonitril, polystyren, polysul-fon, styrenakrylonitril, butadien og styrenkopolymerer, epoksy, vinylestere, polyestere og fluorplaster og kopolymerer derav. Det foretrekkes at et slikt materiale som polypropylen brukes for flensdelen, da det gir en form med passende strukturell integritet ved høyere temperaturer, er lett tilgjenge-lig og er relativt billig i forhold til andre egnede materialer.

Plastflensdelen kan fremstilles ved enhver av en rekke prosesser som er kjent for en fagmann på området plast-støping. Slike støpeprosesser er f.eks. injeksjonsstøping, kompresjonsstøping, overføringsstøping og støping. Blant disse prosesser er injeksjonsstøping funnet å være tilfreds-stillende for å oppnå en struktur med riktig styrke for bruk i en elektrokjemisk celle.

Flensdelen gir tetningsflater 16A og 16C som ligger i omtrent det samme plan som de flate ender 28, 28A av knastene 18 og 18A etter de er festet til bærerdelen 17. Hvis flensdelen er satt sammen av separate stykker kan de være festet til bærerdelen før eller etter knastene festet til bærerdelen. Bærerdelen og knastene kan være planet (behandlet)

før eller etter flensdelen festes til bærerdelen om nødvendig.

Hvis elektrolyseenheten skal brukes som en bipolar enhet, behøver flensdelen 16 ikke være laget av et elektrisk ledende materiale, fordi det ikke behøver å føre elektrisi-tet. Hvis, imidlertid, elektrolyseenheten skal brukes som en monopolar enhet, er flensdelen eller i det minste en del av flensdelen elektrisk ledende. Flensdelen gir en grei anordning for å føre elektrisk energi i og ut av elektrolyseenhetene 10, 11 som foreligger i en virksom serie enheter. Flensdelen kan også være laget av et ikke-ledende materiale og utstyrt med passasjer som går gjennom den og gi en bane for elektriske ledninger som går gjennom flensdelen for å for-binde til bærerdelen for å lede elektrisk energi inn og ut av den monopolare enhet.

Flensdelen 16 er, hvis den ikke er formet som et legeme ett eneste stykke med bærerdelen 17, fortrinnsvis fast knyttet til bærerdelen. En fast tilknytning sikrer dimensjonsstabi-liteten til elektrolyseenhetene og opprettholder den ønskede åpning mellom elektrodekomponenter av tilstøtende enheter. Hvis flensdelen er laget av et metall, er det knyttet til bærerdelen ved sveising.

Når elektrolyseenheten kan brukes som en bipolar enhet, og enheten ikke er foret, er det spesielt viktig å tettbart sveise flensdelen til bærerdelen for å forhindre strøm av fluider fra én side av bærerdelen til den annen side.

- v •-Når* f lere elektrolyseenheter 10,' 11 er sammensatt i "en1 operabel kombinasjon, plasseres en ionebytteraktiv membran 27 og 27A mellom tilstøtende elektrolyseenheter 10, 11. En membran brukes mellom enten bipolare eller monopolare elektrolyseenheter. I begge tilfeller skiller membranen et elektroderrom fra et tilstøtende elektroderom.

Membranen 27 og 27A som er egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse kan inneholde en rekke ionebytteraktive punkter. F.eks. kan de inneholde sulfon eller karboksylsyreionebytter-aktive punkter. Eventuelt kan membranen være en to-sjikts membran og ha én type ionebytteraktivt punkt i ett sjikt og en annen type ionebytteraktive punkter i det andre sjikt. Membranen kan forsterkes for å forhindre deformering under elektrolyse eller den kan være uforsterket for å maksimali-sere den elektriske strømføring gjennom membranen. Ionebytteraktive membraner egnet for bruk i elektrolyseceller ifølge foreliggende oppfinnelse er velkjente på feltet.

Andre elektrodekomponenter som kan brukes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse er strømsamlere, avstandsholdere, matter og andre elementer som er kjent for en fagmann på området. Spesielle elementer eller sammensetninger for null åpningsformer eller faste polymerelektrolyttmembraner kan anvendes. Også de elektrolytiske enheter i foreliggende oppfinnelse kan være tilpasset for bruk i et gasskammer i forbindelse med en gassforbrukende elektrode, noen ganger kalt en depolarisert elektrode. Gasskammeret er krevet i tillegg til væskeelektrolyserommene. En rekke elektrodekomponenter som kan brukes i foreliggende oppfinnelse er velkjente for en fagmann på området og er f.eks. beskrevet i U.S. patent nr. 4,,457,823; 4,457,815; 4,444 ,623; 4,340,452; 4 ,444 ,641;

4,444 ,639; 4 ,457,-82? og 4 ,448,662.

En foretrukket fremgangsmåte for å danne ECTE-et eller den plane bærerdel integralt er ved sandstøping av smeltet, metall, fortrinnsvis støping av smeltet jernmetall. Andre metoder for å danne ECTE-et eller bærerdelen innbefatter kokillestøping, pulverisert mctallpressing og sintring, varm

isostatisk pressing, varmsmiing og kaldsmiing.

Videre ligger det innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse under formingen av ECTE-et eller den plane bærerdel 17 å anvende metalldannelsesteknikker som medfører bruk av innsetninger, kokiller og kjerner i den integrale forming av bærerdelen. Faktisk har den spesielle plassering av kokiller av spesielle metaller ført til det overraskende resultat at det ikke bare dannes en jevnere støp, men sam-tidig dannes en ECTE med bedre elektriske ledningsegenskaper. Under dette blir kokillene selvfølgelig til innsetninger.

For å klarlegge definisjonen skal betydningen av kokiller, innsetninger og kjerner i metallstrukturforming nå beskrives nærmere slik disse uttrykk brukes av foreliggende oppfinnere. Kokiller er gjenstander som plasseres i formen som virker som hjelp under støping av delen. Deres primære hensikt er å kontrollere avkjølingshastigheten til det smeltede metall ved det spesielle sted i formen. Ved å kontrollere avkjølingen av det smeltede metall, kan metallkrymping kontrolleres nøyaktigere, hvorveddelkvalitet forbedres gjennom reduserte svakheter og defekter. Kokiller kan,

men behøver ikke bli en integrerende del av støpen og kan selvfølgelig i noen tilfeller også virke som innsetninger.

Innsetninger er gjenstander som plasseres i formen for

å hjelpe formens funksjon, hjelp ved dannelse av delen,

eller som vil bli en funksjonell del av den ferdige gjen-stand. De beholder sin identitet i varierende grad etter formingen er avsluttet. De kan også være laget av et metall, selv om alle andre egnede materialer kan brukes. Innsetninger kan i noen tilfeller også virke som kokiller.

Kjerner er gjenstander som plasseres i formen som

tjener til å unngå metall i uønskede områder av et støp. Kjerner brukes i formen hvor det ville være upraktisk eller umulig å danne formen på en slik måte at uønsket metall unn-gås. Et typisk eksempel ville være en kjerne som ble brukt til å skape det innvendige hulrom av et støpt metall-legeme. Kjerner kan i noen tilfeller virke som kokiller også.

De spesielt anvendelig kokiller som blir innsetninger

for å øke den elektriske ledningsevnen til bærerdelen be-finner seg på tvers av bærerdelen og går inn i knastene.

De foretrukne innsetninger eller kokiller som. brukes er

laget av et fast metall som har metallvolumet av bærer-

delen som dannes rundt seg.

Det kan være fordelaktig å ha åpninger som går hele

veien gjennom bærerdelen i en monopolar celleenhet for å forbedre sirkulasjon. En slik åpning ville ikke bety noen nevneverdig ulempe i en bipolar celleenhet så lenge bærerdelen har minst én foring på én av sidene sine for å forhindre blandingen av anolytt eller katolytt fra de tilstøtende elektrolyttrom.

Foringen 2 6 eller 26A kan være konstruert av ett stykke eller den kan være konstruert av flere stykker bundet sammen. FSringen 26 er vist som en ett stykks foring, mens foring 26A er vist som flere stykker. En ett stykks foring foretrekkes fordi den minimaliserer muligheten for lekkasjer som gir væsker adgang til bærerdelen. Fortrinnsvis har fSringen en tilstrekkelig tykkelse til å være fullstendig hydraulisk ugjennomtrengelig.

Ett stykks sideforinger formes fortrinnsvis med et mini-mum spenninger i seg for å minimalisere varping. Unngåelse av disse spenninger i fSringen kan oppnås ved varmforming av ffiringen i en presse ved en høyere temperatur fra 482°C

til 704°C. Både foringsmetallet og metallpressen oppvarmes til denne høyere temperatur før pressing av foringen til den ønskede form. FSringen holdes i den oppvarmede presse og kjøles under en programmert syklus for å forhindre dannelse av spenninger i den når den kjøler seg til romtemperatur.

Foringene 26 eller 26A som er egnet for bruk i klor-alkali-katoderom velges fortrinnsvis fra jernmetaller,

nikkel, rustfritt stål, krom, monell og legeringer derav. Egnede ffiringer for bruk i klor-alkalianoderom velges fortrinnsvis fra titan, vanadium tantal, kolumbium, hafnium, zirkonium og legeringer derav.

Ffiringen kan ha samme utstrekning som bare bærerdelen

17 av ECTE-et som inneholder knastene 18 og 18A, eller den kan som utstrekning som hele lengden og bredden av ECTE-et.

For å sikre den maksimale fysiske og elektriske kontakt mellom foringen og knastene, foretrekkes det at ffiringen sveises til de flate ender 28, 28A av knastene 18 og 18A. Eventuelt kan ffiringen ikke bare være sveiset til de flate ender av knastene, men på forskjellige steder hvor de to kommer i kontakt med hverandre. Kondensatorutladningssveising er en foretrukket sveisingsteknikk som brukes til å sveise f6ringen til knastene 18 og 18A.

For fluidtetningsformål!mellom membranen 27 eller 27A,

og tetningsflåtene 16A eller 16C av flensdelen 16, foretrekkes det at foringene 26 eller 26A dannes i form av en panne med en forskjøvet leppe 4 2 eller 4 2A som går rundt kanten sin. Leppe 4 2 og 4 2A går i flukt mot tetnings-

flaten 16A eller 16C. Kanten av membranen 27 eller 27A

går i flukt mot ffiringsleppen 42, og en kanttetningslist 44 går i flukt mot den andre side av kanten av membranen 2 7

eller 27A. I en serie av elektrolyseenheter går kantlisten 44 i flukt mot sideflaten 42A av fSringen 26A og i flukt mot sideflaten 16C av flensdelen 16 når det ikke er noen f6ring.

Hvis ffiringene 26 og 26A er laget av titan og ECTE-et

er laget av et jernmetall, kan de forbindes ved motstands-sveising eller kondensatorutladningssveising. Motstands-eller kondensatorutladningssveising utføres indirekte ved sveising av f6ringene til de flate ender 28 og 28A av knastene 18 og 18A gjennom metallmellomstykker som generelt kalles oblater eller kuponger. Vanadium er ett metall som er sveisbart forenelig med titan og jernmetaller. Sveisbart forenelig betyr at ett 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 forenelige med vanadium. Følgelig brukes vanadiumoblater 30 og 30A som et mellomliggende metall mellom jernmetallknastene 18 og 18A og titanffiringene 26 og 26A for å utføre sammensveising av dem under dannelse av en elektrisk forbindelse

mellom ffiringene og knastene, samt å danne en mekanisk bæreranordning for ffiringene 26 og 26A.

Fortrinnsvis brukes et andre metallmellomstykke eller oblat 31 og 31A og plasseres mellom oblatene 30 og 30A

og ffiringene 26 og 2 6A. Den andre oblat er å foretrekke for når bare én oblat brukes, har man funnet at de korroderende materialer som kommer i kontakt med ffiringen under cellens-drift og gir klor og kaustikk synes å trenge inn i titan-vanadiumsveisen og. korrodere sveisen. De korroderende materialer trenger også inn i legemet av ECTE-et og korro-derer det. I stedet for å bruke en tykkere foring , er det meget mer økonomisk å innsette en andre oblat 31 og 31A

med en tilstrekkelig tykkelse til å minimalisere muligheten for at korroderende materialer trenger inn i ECTE-et.

For å innføre reaktanter i elektrolysecellene som dan-

nes når flere elektrolyseenheter 10, 11 stables i operabel kombinasjon, foreligger fortrinnsvis flere dyser (ikke vist)

i hver elektrolyseenhet. Selv om en rekke konstruksjoner og former kan anvendes, er en foretrukken konstruksjon som følger. Flere metalldyser dannes, f.eks. ved innesluttings-stø.ping. Dysestøpen bearbeides så til den ønskede størrelse.

En rekke slisser arbeides inn i hver flensdel 16 og flere ønskede steder for å romme dysene. Slissene er av en stør-relse som tilsvarer tykkelsen til dysen som skal settes inn i slissen for å sikre en tetning når elementene i elektrolysecellen til slutt settes sammen. Hvis en ffiring 26 eller 26A brukes, skjæres den til å passe rundt dysen. Dysen festes fortrinnsvis til ffiringen 26 eller 26A, f.eks. ved sveising. FSring-dysekombinasjonen plasseres så i elektrolyseenheten og ffiringsdeksler 32 eller 32A sveises deretter til knastene 18 og 18A.

Når flere elektrolyseenheter 10, 11 er satt sammen inntil hverandre, plasseres fortrinnsvis tetningslister 44

mellom enhetene. Tetningslistene tjener tre formål:

1) tetning, 2) elektrisk isolering og 3) setting av elektrode-åpningen. Det finnes en rekke egnede tetningslist 44 materialer som kan brukes såsom f.eks. etylenpropylendienterpolymer, klorert polyetylen, polytetrafluoretylen, perfluoralkoksy-harpiks eller gummi. Selv om bare en tetningslist 44 er vist, omfatter oppfinnelsen bruken av tetningslister på begge sider av membran 27 eller 27A.

Inntil ECTE-et eller ffiringen 26 eller 26A, hvis ffiringen brukes, er det en elektrodekomponent 36, 36A, 4 6 eller 46A som kan være festet eller presset mot ffiringen eller ECTE 14. Fortrinnsvis har elektrodekomponenten samme utstrekning som bærerdelen 17 og strekker seg ikke over flensdelen 16. Ellers ville det være vanskelig å tette inntil elektrolyseenhetene 10, 11 når de plasseres i operabel kombinasjon.

Elektrodekomponenter som kan anvendes er fortrinnsvis hullede strukturer som er i det vesentlige flate og kan være laget av en plate av ekspandert metall, perforert plate, stanset plate eller vevet metallduk. Eventuelt kan élek-trodekomponentene være strømsamlere som kontakter en elektrode eller de kan være elektroder. Elektroder kan eventuelt ha et katalytisk aktivt belegg på overflaten sin. Elektrodekomponenten kan være sveiset til knastene eller til ffiringen hvis en ffiring brukes. Fortrinnsvis er elektrodekomponentene sveiset, fordi den elektriske kontakt er bedre.

Elektrodekomponentene 36, 36A, 46 eller 46A har fortrinnsvis sine kanter rullet innover mot bærerdelen 17 og vekk fra den ionebytteraktive membran 2 7 og 2 7A. Dette er gjort for å forhindre at de takkede kanter av disse elektrodekomponenter noen ganger kommer i kontakt med den ionebytteraktive membran og river den opp.

Elektrolyseenheten 10, 11 kan fremstilles på en rekke måter ved bruk av en rekke elementer. Hver av disse grunn-elementer som brukes ved fremstilling av ECTE-et 14, dvs.

den plane bærerdel 17, kantflensdelen 16 og knastene 18 og 18A kan være satt sammen av en rekke stykker eller avsnitt. F.eks. kan bærerdelen 17 være laget av en rekke stykker som er skjøtt sammen. Likeledes kan flensdelen 16 være konstruert av en rekke stykker eller avsnitt som er skjøtt sammen. På lignende måte kan knastene være laget av enkelte stykkeenheter som går gjennom bærerdelen eller de kan være delenheter som

ikke går gjennom bærerdelen, men bare er festet til én overflate eller motsatte overflater av denne.

Grunnelementene kan være satt sammen ved først å feste knastene 18 og-18A til bærerdelen 17 og deretter feste flensdelen 16 til ytterkantene av bærerdelen 17. I en annen rekkefølge festes flensdelen eller delene først til bærerdelen eller delene og deretter festes knastene.

En annen fremgangsmåte for å sette sammen de elektrolytiske enheter i foreliggende oppfinnelse er ved å forberede (f.eks. ved støping) grunnelementene i underkombinasjoner etterfulgt av feste av de gjenværende elementer til under-enheten. F.eks. kan en forenet bærerdel 17 med i det minste en del av knastene 18 og 18A dannes såsom ved støping. Den gjenværende del av knastene 18 og 18A om slike foreligger,

og flensdelen 16 kan så tilknyttes. Alternativt kan en bærerdel 17 med i det minste en del av knastene 18 og 18A formes ved støping. Så kan flensdelen 16 festes, etterfulgt av feste av knastene 18 og 18A.

For å sikre at elektrolyseenheten 10, 11 er så plan som mulig, er det en mulighet å utflate eller plane overflaten av det sammensatte eller delvis sammensatte ECTE. Spesifikt kan ECTE utflates ved ett eller flere forskjellige sammen-setningstrinn av ECTE-komponentene. F.eks. kan det flates: etter at alle knastene er blitt festet til''én side av bærerdelen;

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

etter at alle eller en del av knastene er blitt festet

til bærerdelen, men før flensdelen er blitt festet; eller

etter at alle knastene og flensdelene er blitt festet.

ECTE-et kan flates ved å bruke en rekke velkjente teknikker for en fagmann, såsom beltesliping og mekanisk maling. Fortrinnsvis flates ECTE-et tilstrekkelig slik at når to elektrolyseenheter 10, 11 tilpasses hverandre i operabel kombinasjon, minimaliseres antallet lekkasjer. For bruk i klor-alkali-elektrokjemiske celler foretrekkes det for ECTE-et å ha et flat-hetsavvik på mindre enn 0,4 mm over hele sin utstrekning.

Festingen av knastene 18 og 18A til bærerdelen kan foretas ved å.bruke en rekke teknikker. F.eks. kan bærerdelen 17 støpes som en fast enhet og senere få huller boret og tappet gjennom tykkelsen eller delvis gjennom tykkelsen derav. Knastene kan være gjenget og deretter skrues inn i hullene i bærerdelen fra begge sider. Eventuelt kan knastene være gjenget over halve sin lengde og så skrudd halvveis gjennom bærerdelen. Fortrinnsvis flates knastenes ender maskinelt før de festes til bærerdelen.

En annen måte å feste knastene 18 og 18A på er ved sveising. Fortrinnsvis er knastene og bærerdelen 17 laget fra metaller som er sveisbart forenelige. Hvis de to metaller ikke er sveisbart forenelige, kan en mellomliggende metall-oblåt som er sveisbart forenelig med begge metaller innsettes mellom de to metaller. Fortrinnsvis sveises knastene lang-somt slik at varping av bærerdelen 17 som forårsakes av sveisingens varme minimaliseres.

Om ønsket kan en foring plasseres bare over området

av ECTE-et som vil komme i kontakt med en korroderende elektrolytt. Eventuelt kan en foring 26 eller 26A plasseres bare på den ene side eller på begge sider av bærerdelen 17. Ffiringen 26 eller 26A kan være ett stykke eller det kan være flere stykker bundet sammen. Det bør imidlertid være av en i det vesentlige fullstendig hydraulisk ugjennomtrengelig konstruksjon. Ffiringen 26 eller 26A kan ha samme utstrekning som bærerdelen 17, eller den kan være av samme utstrekning som hele lengden og bredden av ECTE-et 14.

Fortrinnsvis har elektrodekomponenten 36, 36A, 46 eller 4 6A samme utstrekning som bærerdelen 17 og strekker seg ikke over flensdelen 17. Ellers ville det være vanskelig å tette tilstøtende elektrolyseenheter når de plasseres i operabel kombinasjon.

En spesielt velegnet måte for å fabrikere en bærerdel

er å bruke et flatt materialstykke hvorpå bærerdelen som allerede forut har båret og tappet huller deri for å motta knastene plasseres. Flere knaster skjæres til samme lengde og hver knast gjenges i midtpartiet. De ikke-gjengede ende-

partier har forskjellige diametere.. En endedel har forskjellige diametere. En endedel er mindre i diameter enn den andre del og har en diameter som er mindre enn diamteren 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 skrues inn i de gjengede huller i bærerdelen inntil de berører det flate materialstykket. På denne måten er det lett å sikre at alle knastene går samme lengde ut fra bærerdelen.

EKSEMPEL 1

En 122 cm x 244 cm biplar, fflat&lafee-filterpressetype-ionebyttermembrancelle ble konstruert som følger.

En 122 cm x 244 cm stålplate med en tykkelse på 1,27 cm ble boret og tappet slik at den hadde 116 huller i seg i et kvadratisk mønster, idet hvert hull hadde en diameter på 2 5 mm. Stålplaten ble brukt som bærerdel av ECTE-et og hadde sveiset rundt ytterkantene sine en 19 mm tykk, 70 mm bred lavkarbon-stål-billedrammetype-flensdel.

Flere 25 mm gjengede stålstaver ble skrudd fast inn i hvert av de 116 hull. På siden som skulle bli anodesiden ble en vanadiumoblat plassert over enden av hver stav og et titandeksel ble så plassert over staven og vanadiumoblaten. Dekselet 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, trengtes ingen mellomoblat på katodesiden. Vanadiumoblaten var ca. 0,13 mm tykk. Dekselet var ca. 0,9 mm tykk.

For korrosjonsbeskyttelse var anoderommet foret med

en 0,9 mm tykk titanffiring som var laget av en flat titan-plate sveiset til et U-formet titansidedekke på alle fire sidekanter. Titanffiringen hadde 116 huller konsentrisk til hullene på bærerdelen for å passe over forbindelsesstavene. Titanffiringen ble sveiset til titandekselet på forbindelsen.

Katoderommet ble foret med en 1,5 mm tykk nikkelffiring som var laget av en flat nikkelplate sveiset til et U-for-

met nikkelsidedeksel på sidekantene. Nikkelforingen hadde også 116 huller konsentrisk over hullene på bærerdelen for å passe over forbindelsesstavene. Nikkelffiringen var sveiset rundt hvert nikkeldeksel.

Anoden var en 1,6 mm tykk, 40% åpen, ekspandert titan-gitter med et diamantmønster på 0,65 mm (SWD) x 1,3 mm (LWD). Anoden ble: motstandsveiset til titandekslene på toppen av forbindelsene på anodesiden.

Katoden var laget av nikkelduk med samme spesifikasjoner som titanduken. Katoden ble motstandssveiset til nikkel-dekslene på toppen av forbindelser på katodesiden.

Et 13 mm diameters titanrør ble sveiset til titanffiringen gjennom et hull ved bunnen til venstre for anoderommet for saltvannsinnløpet. Et annet 19 mm diameter-rør ble sveiset til titanffiringen gjennom et hull på høyre topp av anoderommet for saltvanns- og klorgassutløp. På lignende måte ble nikkelrør sveiset til katoderommet for et katolyttinnløp og utløp.

Cellen var slik oppbygget at anodegitteret gikk ca.

0,4 mm tilbake under titansidetetningsflensen og katodeduken gikk ca. 0,9 mm tilbake under nikkelsidetetningsflensen.

Med en ekspandert polytetrafluoretylentetningslist på ca.

1,3 mm komprimert tykkelse mellom membranen og katodetet-ningsflensen og ingen tetningslist mellom membranen og anode-tetningsflensen, var den nominelle mellomelektrodeåpning ca. 2,5 mm.

EKSEMPEL 2

Fire (4) elektriske strømtransmisjonselementer ble

støpt for en nominell 61 cm x 61 cm monopolar elektroly-sator.

Alle elektriske strømtransmisjonselementer ble støpt

av ASTM A536, GRD65-45-12 smijern og var identiske med hensyn til ferdig-støpte dimensjoner. Avsluttede støp ble inspisert og funnet å være strukturelt hele og fri for alle overflatedefekter. Primære dimensjoner var: nominelle 61 cm x 61 cm utvendige dimensjoner, en 2 cm tykk bærerdel, 16 knaster hver med en diameter på 2,5 cm som befant seg på hver side av bærerdelen og direkte motsatt hverandre, et 2,5 cm bredt tetningsmiddelområde 6,4 cm tykt rundt kantene av cellestøpen. Maskinbehandlede områder innbefattet tet-ningsmiddelsidene (begge sider parallelle) og toppen av hver knast (hver side maskinbehandles i et enkelt plan og parallelt med den motsatte side).

Katodecellen innbefattet 0,9 mm tykke beskyttende nikkelfåringer på hver side av cellestrukturen. Innløps-og utløpsdyser som også er konstruert av nikkel ble forsveiset til ffiringene før punktsveising av ffiringene til cellestrukturen. Ferdig sammensetning innbefattet punktsveising av katalytisk belagte nikkelelektroder til ffiringene på hvert knastpunkt.

Avstanden mellom endeplanene til knastene var 5,8 cm for den monopolare katodecellen og kan kalles ECTE-tykkelsen. Den totale celletykkelse fra utsiden av én nik-kelelektrodekomponent til utsiden av den andre nikkel-elektrodekomponent var 6,9 cm. Således var ECTE-tykkelsen 92% av den totale tykkelse.

Katodeendecellen lignet katodecellen med unntagelse av at en beskyttende nikkelffiring ikke krevdes på én side, samt at den medfølgende nikkelelektrode manglet.

Anodecellen inneholdt 0,9 mm tykke beskyttende titan-ffiringer på hver side av cellestrukturen. Innløps- og ut-løpsdyser også konstruert av titan ble forsveiset til ffiringene før punktsveising av ffiringene til cellestrukturen. Ferdig sammensetning innbefattet punktsveising av titan-elektroder til ffiringene ved hvert knastpunkt gjennom et vanadiummetallmellomstykke. Anodene ble belagt med et katalytisk sjikt av blandede oksyder av rutenium og titan.

Anodeendecellen lignet anodecellen med unntagelse av at en beskyttende titanffiring ikke krevdes på én side, samt mangelen på medfølgende titanelektrode.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrolyseenhet egnet for bruk i en.elektrolysecelle, hvilken enhet omfatter et hovedsakelig plant elektrisk strømtransmisjons-element omfattende en plan bærerdel, en ramme-lignende flensdel og flere knaster som stikker ut fra hver side av bærerdelen ; flensdelen er konstruert av minst én komponent og har en innvendig flate som tettbart rommer alle ytterkanter av bærerdelen, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) dannelse av en forenet under-enhet av bærerdelen og minst én komponent av flensdelen; (b) feste av alle gjenværende komponenter av flensdelen til bærerdelen for å komplettere flensdelen for i det minste én side av bærerdelen; (c) komplettere enheten av elektrolyseenheten ved å feste alle elementer som er igjen i gruppen bestående av flensdelen og alle gjenværende knaster på de motsatte sidene av bærerdelen; (d) dekning av i det minste en del av i det minste én av sidene til bærerdelen og eventuelt flensdelen med en metallf6ring bestående av én eller flere komponenter; og (e) feste av metallffiringen(e) til i det minste en del av knastene som er i kontakt med metallffiringen.

2. Fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrolyseenhet egnet for bruk i en elektrolysecelle, hvilken enhet omfatter et hovedsakelig plant elektrisk strømtransmisjons-element omfattende en plan bærerdel, en ramme-lignende flensdel og flere knaster som stikker ut fra motsatte sider av bærerdelen; hvilken flensdel er konstruert av minst én komponent og har en innvendig flate som tettbart rommer alle ytterkanter av bærerdelen; karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) dannelse av en forenet under-enhet av bærerdelen og i det minste en del av knastene; (b) komplettering om nødvendig av enheten av transmisjonselementet ved å feste alle gjenværende knaster og flensdelen til bærerdelen; (c) dekning av i det minstæ-. en del av i det minste én av sidene til bærerdelen og, eventuelt flensdelen med en metallffiring omfattende én eller flere komponenter; og (d) feste av metallffiringen(e) til i det minste en del av knastene som er i kontakt med metallforingen.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av en elektrolyseenhet egnet for bruk i en elektrolysecelle, hvilken enhet omfatter et hovedsakelig plant elektrisk strømtransmisjons-element omfattende en plan bærerdel, en ramme-lignende flensdel og flere knaster som stikker ut fra motsatte sider av bærerdelen; flensdelen er konstruert av minst én komponent og har en innvendig flate som tettbart rommer alle utvendige kantdeler av bærerdelen; karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) dannelse av en forenet under-enhet av bærerdelen, i det minste én komponent av flensdelen og minst en del av knastene; (b) feste av alle gjenværende komponenter av flensdelen og alle gjenværende knaster for å fullstendiggjøre transmisjonselementet for i det minste én side av trans-misjon se lemen tet ; (c) dekning av i det minste en del av i det minste én av sidene til bærerdelen og, eventuelt, flensdelen av transmisjonselementet med en metallffiring omfattende én eller flere komponenter; og (d) feste av ffiringen(e) til i det minste en del av knastene som er i kontakt med foringen.

4. Fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrolyseenhet egnet for bruk i en elektrolysecelle, hvilken enhet omfatter et hovedsakelig plant elektrisk strømtransmisjons-element omfattende en plan bærerdel, en ramme-lignende flensdel og flere knaster som stikker ut fra motsatte sider av bærerdelen; flensdelen er konstruert av minst én komponent og har en innvendig flate som tettbart rommer alle ytterkanter av bærerdelen; karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) dannelse av en forenet underenhet av en del av bærerdelen, i det minste en komponent av flensdelen og i det minste en del av knastene; (b) dannelse av en forenet plan under-enhet av den gjenværende del av bærerdelen, i det minste en komponent av flensdelen og i det minste en del av knastene; (c) forbindelse av komponentene dannet ved trinnene (a) og (b) : (d) festing av alle gjenværende komponenter i flensdelen og alle gjenværende knaster til å fullstendiggjøre transmisjonselementet for i det minste én side av transmi-sjon se lemen tet ; (e) dekning av i det minste en del av i det minste én av sidene til bærerdelen og eventuelt flensdelen med en metallforing omfattende én eller flere komponenter; og (f) feste av metallforingen(e) til i det minste en del av knastene som er i kontakt med metallforingen.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den omfatter trinnet festing av minst én elektrodekomponent til metallforingen(e).

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den i det minste delvis sammensatte struktur maskinbehandles for å gi en delvis sammensatt struktur med en plan overflate.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at flensdelen festes til bærerdelen ved sveising eller diffusjonsbinding.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at alle knastene festes til bærerdelen før bærerdelen og knastene utstyres med en plan overflate.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at hver av sidene av den plane bærerdel dekkes med en foring.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at ffiringen festes til endene av i det minste en del av knastene ved sveising eller diffusjonsbinding.

11. Fremgangsmåte ifølge ethvert åv kravene 1 til 4, karakterisert ved at bærerdelen, knastene og flensdelen lages fra i det minste ett metall valgt fra jernmetaller, nikkel, aluminium, molybden, kobber, magnesium, bly, legeringer av hver og legeringer derav.

12. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 11, karakterisert ved at bærerdelen og i det minste et avsnitt- av flensdelen lages av et metall og dannes som en enkel enhet, og en elektrisk forbindelse forbundet med flensdelen.

13. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 11, karakterisert ved at bærerdelen lages av et metall og i det minste en del av flensdelen lages av et syntetisk harpiksmateriale, og en elektrisk forbindelse forbundet med bærerdelen.

14. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 11, karakterisert ved at en del av flensdelen lages av et metall og den gjenværende del av flensdelen lages av et kunstharpiksmateriale, og en elektrisk forbindelse festet til minst én av metallflensdelene eller bærerdelen.

15. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 14, karakterisert ved at flensdelen gis en tykkelse som er i det minste ca. to ganger større enn bærerdelens tykkelse.