Przedmiotem wynalazku jest jednobiegunowe ogniwo elektrolityczne, typu pracy filtracyjnej.Jednobiegunowe ogniwo elektrolityczne typu pra¬ sy filtracyjnej zawiera liczne, ulozone na przemian anody i katody, przy czym kazda anoda jest od- 5 dzielona od sasiedniej katody lub katod za pomoca separatora, który dzieli ogniwo na wiele przedzia¬ lów anodowych i katodowych. Przedzialy anodowe w ogniwie sa wyposazone w elementy doprowadza¬ jace elektrolit do ogniwa, korzystnie ze wspólnego io przewodu rozgaleznego oraz w elementy odprowa¬ dzajace z ogniwa produkty elektrolizy. Podobnie przedzialy katodowe w ogniwie sa wyposazone w elementy odprowadzajace z ogniwa produkty elektrolizy oraz ewentualnie w elementy doprowa- 15 dzajace do ogniwa wode lub inny plyn.Ogniwo elektrolityczne moze byc typu przepono¬ wego lub membranowego. W ogniwie typu przepo¬ nowego separatory, umieszczone pomiedzy anoda¬ mi i katodami, sa mikroporowate i w trakcie pracy 20 elektrolit przechodzi przez przepony z przedzialów anodowych do przedzialów katodowych ogniwa.W ogniwie typu membranowego separatory sa zasadniczo nieprzepuszczalne dla plynu i w trakcie pracy ogniwa przez membrany sa przenoszone jony 25 pomiedzy przedzialami anodowymi i katodowymi ogniwa. Membrany sa przepuszczalne wybiórczo dla kationów.Ogniwa elektrolityczne moga byc stosowane przy elektrolizie wodnych roztworów chlorków metali 30 alkalicznych. Przy elektrolizie takiego roztworu w ogniwie elektrolitycznym typu przeponowego, roztwór jest doprowadzany do przedzialów anodo¬ wych ogniwa, a powstaly w drodze elektrolizy chlor jest usuwany z przedzialów anodowych. Roz¬ twór chlorku metalu alkalicznego przechodzi przez przepony, zas wodór i wodorotlenek metalu alka¬ licznego, wytworzone w drodze elektrolizy sa usu¬ wane z przedzialów katodowych, przy czym wodo¬ rotlenek metalu alkalicznego jest usuwany w po¬ staci wodnego roztworu chlorku metalu alkalicz¬ nego i wodorotlenku metalu alkalicznego. Przy elek¬ trolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicz¬ nego w ogniwie elektrolitycznym typu membrano¬ wego, zawierajacym membrany przepuszczalne wy¬ biórczo dla kationów, roztwór jest doprowadzany do przedzialów anodowych ogniwa, zas chlor po¬ wstajacy w drodze elektrolizy i zubozony roztwór chlorku metalu alkalicznego sa usuwane z prze¬ dzialów anodowych, jony metalu alkalicznego sa przenoszone przez membrany do przedzialów ka¬ todowych ogniwa, do których moze byc doprowa¬ dzana woda lub rozcienczony roztwór wodorotlen¬ ku metalu alkalicznego, zas wodór i rozfwór wodo¬ rotlenku metalu alkalicznego sa odprowadzane z przedzialów katodowych ogniwa.Jednobiegunowe ogniwo elektrolityczne typu pra¬ sy filtracyjnej moze byc korzystnie stosowane przy wytwarzaniu chlorku i wodorotlenku sodu w dro¬ dze elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. Te- 129 872129 872 3 4 go rodzaju ogniwo zawiera wiele na przemian ulo¬ zonych anod i katod, na przyklad piecdziesiat anod przedzielonych kolejno piecdziesiecioma katodami, jakkolwiek ogniwo moze zawierac jeszcze wiecej anod i katod, na przyklad do stu piecdziesieciu. 5 W ogniwie elektrolitycznym typu prasy filtracyj¬ nej kazda anoda ogniwa polaczona jest ze wspólna anodowa szyna zbiorcza za pomoca przewodnika o dobrej przewodnosci elektrycznej i sosunkowo du¬ zych rozmiarach, zas kazda katoda jest polaczona 10 takim samym przewodnikiem ze wspólna katodowa szyna zbiorcza. Przewody elektryczne sa korzystnie wykonane z miedzi, jakkolwiek mozna tez zasto- |g sowac inne metale o dobrej przewodnosci elektrycz- "^ nej. W ogniwie elektrolitycznym typu prasy filtra-^- *5 cyjnej, które zawiera duza ilosc naprzemianleglych ainod i katod, wystepuje duza liczba przewodów o stosunkowo duzych "rozmiarach. Przewody te,, zwlaszcza wykonane z miedzi, sa kosztowne, a ze wzgledu na ich wymagana duza ilosc, koszt tych 20 przewodów stanowi zasadnicza czesc calkowitego kosztu ogniwa. Ponadto podczas pracy na kazdym takim przewodzie wystepuje maly, ale istotny spa¬ dek napiecia.Znane jest na przyklad z brytyjskiego opisu pa- 25 tentowego nr 1479 490 urzadzenie elektrolityczne, zawierajace przynajmniej dwa ogniwa elektroli¬ tyczne, z których kazde zawiera zasadniczo piono¬ we i równolegle plytki anodowe, ulozone na prze¬ mian z pionowymi i równoleglymi katodami, pod- 30 laczonymi do sciany ogniwa, przy czym kazde z nich jest polaczone z rura doprowadzajaca elek¬ trolit do elektrolizy i z ruTami odprowadzajacymi produkty elektrolizy. Ogniwa sa nalozone pionowo jedno na drugim, a ich anody sa polaczone równo- 35 legie ze wspólnym kolektorem pradu. W urzadze¬ niu tym kazde ogniwo jest typu tzw. zbiornikowe¬ go i zawiera pojedynczy przedzial anodowy, pola¬ czony z wieloma anodami oraz oddzielony odpowied¬ nim separatorem od pojedynczego przedzialu kato- 40 dowego, polaczonego z wieloma wzajemnie polaczo¬ nymi gniazdami katodowymi. Anody sasiednich ogniw sa polaczone równolegle do wspólnego ko¬ lektora pradu.Z brytyjskiego opisu patentowego nr 13621(27 znane jest przeponowe ogniwo elektrolityczne, za¬ wierajace wiele ogniw podstawowych, które sa za¬ montowane jedno na drugim.W tego rodzaju elektrolitycznym ogniwie, ogni¬ wa podstawowe sa poziome i zawieraja anody i ka¬ tody, polaczone elektrycznie do plytek ustawionych zasadniczo poziomo. Ogniwa podstawowe zawieraja metalowy korpus katodowy, metalowy ekran kato¬ dowy w ksztalcie falistym tworzacy szereg wysta¬ jacych ku górze zeberek oraz znajdujacych sie. po¬ miedzy nimi przestrzeni usytuowanych poprzecznie ..do korpusu katodowego oraz metalowa plyte dolna, do której jest podlaczona elektrycznie katoda, a takze korpus anodowy z pozioma plyta tylna oraz plytkami wchodzacymi miedzy zebra ekranu kato¬ dowego. Ogniwa podstawowe w tym znanym ogni¬ wie sa typu zbiornikowego, przy czym kazde ogni¬ wo zawiera pojedynczy przedzial anodowy i poje- dyczny przedzial katodowy. Ogniwa podstawowe sa zamontowane jedno nad drugim, przy czym pomie¬ dzy ogniwami istnieje polaczenie dwubiegunowe.Zalecana postac polaczenia elektrycznego polega na zastosowaniu pofalowanej plyty katodowej jednego ogniwa podstawowego, wspólpracujacej, z pofalowa¬ na plyta katodowa sasiedniego ogniwa podstawo¬ wego, przy czym przez odprowadzenie powietrza z przestrzeni pomiedzy plytami moga one byc utrzy¬ mywane w kontakcie elektrycznym. Przed uzyciem powierzchnie czolowe plyt moga byc wypiaskowa- ne oraz jedna lub obie powierzchnie moga miec na¬ lozona powloke natryskowa z miekkiego metalu, na przyklad z miedzi, srebra, olowiu, cyny lub alumi¬ nium.- Ogniwo elektrolityczne typu prasy filtracyjnej, ^zawierajace jednobiegunowe ogniwo podstawowe majace wiele pionowych umieszczonych na prze¬ mian anod i katod, przy czym kazda anoda jest oddzielona od sasiedniej katody lub katod za po¬ moca separatora, które to separatory dziela ogni¬ wo podstawowe na wiele przedzialów anodowych i katodowych, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze zawiera przynajmniej dwa ogniwa podsta¬ wowe zamontowane jedno nad drugim, przy czym kazda anoda pierwszego ogniwa podstawowego jest dolaczona swym przewodem elektrycznym do jed¬ nej szyny zbiorczej, a kazda katoda drugiego ogni¬ wa podstawowego jest dolaczona swym przewo¬ dem elektrycznym do drugiej szyny zbiorczej. Po¬ nadto anody i katody sasiadujacych ze soba ogniw podstawowych nie dolaczone do przewodów elek¬ trycznych sa za pomoca dwubiegunowego zlacza lub zlacz elektrycznych polaczone wzajemnie parami tak, ze anoda drugiego ogniwa podstawowego jest polaczona z katoda sasiedniego pierwszego ogniwa podstawowego, umieszczonego nad lub pod tym ogniwem.Kazda katoda pierwszego ogniwa podstawowego jest polaczona elektrycznie z odpowiednia anoda drugiego ogniwa podstawowego za pomoca zlacza dwubiegunowego. .Polaczone elektrycznie anoda i katoda sasiednich ogniw podstawowych sa umieszczone zasadniczo w jednej linii. Zlacze dwubiegunowe jest wykona¬ ne z metalu lub stopu elektrycznie -przewodzace¬ go i odpornego na przechodzenie wodoru.Korzystnym jest, jesli separatory ogniw podsta¬ wowych stanowia mikroporowate przepony z ma¬ terialu polimerowego zawierajacego fluor. Korzy¬ stnie separatory ogniw podstawowych stanowia membrany kationitowe wykonane z zawierajacego fluor materialu polimerowego zawierajacego grupy kationitowe.Kazde ogniwo podstawowe zawiera plyty anodo¬ we majace anodowa czesc metaliczna oraz plyty ka¬ todowe majace katodowa czesc metaliczna. Plyty anodowe i katodowe maja liczne otwory, które two¬ rza w kazdym ogniwie podstawowym- liczne wzdluz¬ ne kanaly dla doprowadzania elektrolitu do prze¬ dzialów anodowych i usuwania produktów elektro- lizy z przedzialów anodowych.Kazde ogniwo podstawowe zawiera plytki dystan¬ sowe majace wiele otworów, które tworza w ogni¬ wie podstawowymi liczne wzdluzne kanaly.Plyty katodowe oraz plyty anodowe ogniw pod¬ stawowych sa elastyczne. Podluzne kanaly ogniw 10 "15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 655 129872 t podstawowych sa polaczone z przedzialami anodo¬ wymi i katodowymi za pomoca kanalów wykona¬ nych w sciankach plyt anodowych i katodowych.Tak wiec w rozwiazywaniu wedlug wynalazku ogniwa podstawowe sa typu prasy filtracyjnej, a kazde z nich zawiera liczne przedzialy anodowe i katodowe. Niektóre anody i katody sasiednich ogniw podstawowych sa polaczone ze soba za po¬ moca dwubiegunowego polaczenia lub polaczen elektrycznych, tak ze w trakcie pracy nastepuje przeplyw pradu elektrycznego pomiedzy anodami jednego ogniwa podstawowego a katodami sasied¬ niego ogniwa podstawowego, umieszczonego w za¬ leznosci od przypadku, powyzej lub ponizej tego ogniwa.Polaczenie elektryczne ogniw podstawowych we¬ dlug wynalazku jest znacznie prostsze niz w przy¬ padku znanych rozwiazan, poniewaz nie wymaga ono uzyskania kontaktu elektrycznego pomiedzy ca¬ lymi powierzchniami plyt4 anodowych i katodo¬ wych, trudnego do zrealizowania w praktyce, ani nie wymaga stosowania prózni.Anody jednego ogniwa podstawowego sa polaczo¬ ne elektrycznie z katodami sasiedniego ogniwa pod¬ stawowego za pomoca stosunkowo prostych pola¬ czen dwubiegunowych pomiedzy pojedynczymi ano¬ dami i katodami. Na przyklad anody i katody mo¬ ga byc ze oba skrecone, zespawane lub przyluto- wane, wzglednie polaczone prostym elementem la¬ czacym, na przyklad zwyklym lacznikiem miedzio¬ wym o stosunkowo malych rozmiarach.Alternatywnie, anody jednego ogniwa podstawo¬ wego moga byc polaczone elektrycznie z katodami sasiedniego ogniwa podstawowego za pomoca zwy¬ klego przewodu elektrycznego, na przyklad przewo¬ du miedziowego o stosunkowo malych wymiarach.Polaczenia elektryczne sa mozliwe jak najkrótsze w celu minimalizowania strat mocy. Zlacza elek¬ tryczne moga byc proste, a zwlaszcza nie powinny to byc stosunkowo masywne laczniki profilowe, na przyklad masywne laczniki miedziowe. W miejscu laczenia korzystne jest nalozenie pomiedzy anoda¬ mi i katodami przewodzacej elektrycznie warstewki metalu lub stopu, która stanowi jednoczesnie za¬ pore przeciwko przedostawaniu sie wodoru. Mozna w tym celu zastosowac miedz lub srebro.Niezaleznie od wybranych elementów laczacych, w ogniwie elektrolitycznym wedlug wynalazku, w którym ogniwa podstawowe sa zamontowane jed¬ ne nad drugim, uzyskuje sie zmniejszenie ilosci przewodów elektrycznych o stosunkowo duzych roz¬ miarach, potrzebnych do podlaczenia do szyn zbior¬ czych, w porównaniu z iloscia tego rodzaju prze¬ wodów, wymaganych w ogniwie elektrolitycznym typu prasy filtracyjnej wedlug rozwiazania kon¬ wencjonalnego. W ogniwie wedlug wynalazku licz¬ ba potrzebnych przewodów elektrycznych o stosun¬ kowo duzych wymiarach jest odwrotnie propor¬ cjonalna do liczby ogniw podstawowych zamonto¬ wanych jedno nad drugim.Ponadto, ogniwo elektrolityczne wedlug wynalaz¬ ku posiada dodatkowa zalete polegajaca na tym, ze przeplyw pradu pomiedzy anodami i katodami sa¬ siednich ogniw podstawowych, polaczonych ze soba elektrycznie, moze odbywac sie po stosunkowo prostej drodze. Z tego wzgledu zaleca sie, aby ano^ dy i katody sasiednich ogniw podstawowych, po¬ laczone ze soba elektrycznie, byly usytuowane za¬ sadniczo w tej samej linii jedne nad drugimi, tak aby mozna bylo dokonac mozliwie najprostszych polaczen i zeby prad elektryczny przeplywal w mozliwie prostej linii. Nalezy takze zauwazyc, ze gdy ogniwa podstawowe sa umieszczone jedno nad drugim, wówczas powierzchnia zajmowana w pomieszczeniu przez ogniwo o danej wydajnosci produkcyjnej jest znacznie zredukowana w porów¬ naniu ze znanym ogniwem elektrolitycznym typu prasy filtracyjnej, w którym ogniwa podstawowe sa umieszczone obok siebie na tym samym pozio¬ mie.Liczba ogniw podstawowych, zalecana do zamon¬ towania jedno nad drugim w ogniwie elektrolitycz¬ nym wedlug wynalazku, zalezy od wymiarów po¬ jedynczych ogniw podstawowych, zwlaszcza od ich wysokosci, i od sumarycznej wysokosci zadanej dla ogniwa elektrolitycznego.Ogniwo elektrolityczne moze na przyklad zawie¬ rac dwa ogniwa podstawowe,, zamontowane jedno nad drugim, trzy lub wiecej ogniw podstawowych, zamontowanych jedno nad drugim.W przypadku, gdy ogniwo elektrolityczne zawie¬ ra trzy ogniwa podstawowe, anody dolnego ogniwa podstawowego moga byc podlaczane do przewodów elektrycznych przylaczajacych je do jednej szyny zbiorczej, katody górnego ogniwa podstawowego moga byc podlaczone do przewodów elektrycznych przylaczajacych je do drugiej szyny zbiorczej, zas anody i katody srodkowego ogniwa podstawowego moga byc dolaczone elektrycznie odpowiednio do katod dolnego ogniwa podstawowego i do anod gór¬ nego ogniwa podstawowego.Alternatywnie, jezeli ogniwo elektrolityczne za¬ wiera trzy ogniwa podstawowe, to anody górnego ogniwa podstawowego na szczycie moga byc pod¬ laczone przewodami elektrycznymi do jednej szy¬ ny zbiorczej, katody dolnego ogniwa podstawowe¬ go moga byc podlaczone przewodami elektryczny¬ mi do drugiej szyny zbiorczej, zas anody i katody srodkowego ogniwa podstawowego moga byc dola¬ czone elektrycznie odpowiednio do katod górnego ogniwa podstawowego i do anod dolnego ogniwa podstawowego.Najprostszy uklad ogniwa elektrolitycznego we¬ dlug wynalazku obejmuje dwa ogniwa podstawo¬ we zamontowane jedno nad drugim. W tym przy¬ padku anody dolnego ogniwa podstawowego moga byc dolaczone przewodami elektrycznymi do jed¬ nej szyny zbiorczej, katody górnego ogniwa pod¬ stawowego moga byc dolaczone przewodami elek¬ trycznymi do drugiej szyny zbiorczej, a katody dol¬ nego ogniwa podstawowego moga byc dolaczone elektrycznie do anod górnego ogniwa podstawowe¬ go. Alternatywnie anody górnego ogniwa podsta¬ wowego moga byc dolaczone przewodami elek¬ trycznymi do jednej szyny zbiorczej, katody dol¬ nego ogniwa podstawowego moga byc dolaczone przewodami elektrycznymi do drugiej szyny zbior¬ czej, zas katody górnego ogniwa podstawowego mo¬ ga byc dolaczone elektrycznie do anod dolnego ogni¬ wa podstawowego. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 129 872 8 Przedzialy anodowe kazdego ogniwa podstawo¬ wego sa wyposazone w elementy do doprowadza¬ nia do nich elektrolitu, korzystnie za pomoca wspól¬ nego przewodu rozgaleznego, oraz w elementy do oprowadzania produktów elektrolizy. Podobnie, przedzialy katodowe kazdego ogniwa podstawowe¬ go sa wyposazone w elementy do odprowadzania z nich produktów elektrolizy oraz ewentualnie w elementy do doprowadzania do tych przedzialów wody lub innego plynu.Na przyklad jezeli ogniwo ma byc uzyte do elek¬ trolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicz¬ nego, wówczas przedzialy anodowe kazdego z ogniw podstawowych beda wyposazone w elementy dopro¬ wadzajace wodny roztwór chlorku metalu alkalicz¬ nego do tych przedzialów anodowych i w elementy do odprowadzania chloru oraz ewentualnie w ele¬ menty do odprowadzania zubozonego wodnego -roz¬ tworu chlorku metalu alkalicznego z przedzialów anodowych, zas przedzialy katodowe kazdego ogni¬ wa podstawowego beda wyposazone w elementy do odprowadzania wodoru oraz roztworu zawierajace¬ go wodorotlenek metalu alkalicznego z tych prze¬ dzialów katodowych, oraz ewentualnie w elementy do doprowadzania do przedzialów katodowych wo¬ dy lub rozcienczonego roztworu wodorotlenku me¬ talu alkalicznego.Ogniwo elektrolityczne moze byc typu przepono¬ wego lub membranowego. W ogniwie typu przepo¬ nowego zastosowane sa mikroporowate separatory, umieszczone pomiedzy sasiednimi anodami i kato¬ dami, tworzac w ogniwach podstawowych oddziel¬ ne przedzialy anodowe i przedzialy katodowe i w trakcie pracy ogniwa elektrolit przechodzi przez przepony z przedzialów anodowych do przedzialów katodowych. Tym samym,, w przypadku gdy jest poddawany elektrolizie wodny roztwór chlorku me¬ talu alkalicznego wówczas powstajaca kapiel za¬ wiera wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego oraz wodorotlenku metalu alkalicznego. W ogniwie elektrolitycznym typu membranowego separatory sa zasadniczo nieprzepuszczalne dla plynu, zas przez membrany pomiedzy przedzialami ogniwa przecho¬ dza w trakcie jego pracy jedynie jony. Tym samym, jezeli membrana jest przystosowana do wymiany kationów, wówczas przez membrane te przechodza kationy, zas przy elektrolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego kapiel zawiera wodny roztwór wodorotlenku metalu alkalicznego.Jezeli zastosowany w ogniwie elektrolitycznym separator stanowi mikroporowata przepone, wów¬ czas charakter przepony bedzie zalezal od charak¬ teru elektrolitu poddawanego elektrolizie w ogni¬ wie. Przepona powinna byc odporna na zniszcze¬ nie pod wplywem dzialania elektrolitu i produktów elektrolizy i zgodnie -l tym jezeli elektrolizie ma byc poddany wodny roztwór chlorku metalu alka¬ licznego, to przepona powinna byc wykonana ko¬ rzystnie z materialu polimerowego zawierajacego fluor, poniewaz tego rodzaju materialy sa odporne na zniszczenie pod wplywem dzialania chloru i wo¬ dorotlenku metalu alkalicznego, wytworzonych w drodze elektrolizy. Korzystnie, mikroporowata przepone wykonuje sie z politetrafluoroetylenu, jakikolwiek mozna tez stosowac na przyklad kopo¬ limery tetrafluoroetylenoheksafluoropropylenowa polimery i kopolimery fluorku winylidenu oraz fluorowane kopolimery etylenowo-propylenowe.Poleca sie jako odpowiednie do stosowania prze¬ pony mikroporowate opisane na przyklad w bry¬ tyjskim opisie patentowym nr 1503 915, w którym jest przedstawiona mikroporowata przepona wyko¬ nana z politetrafluoroetylenu o mikrostrukturze wezlów polaczonych wlóknami, oraz w brytyjskim opisie patentowym nr 1081046, w którym jest przedstawiona mikroporowata przepona wytworzo¬ na przez odciaganie wypelniacza z arkusza polite¬ trafluoroetylenu.Jezeli w ogniwie jest zastosowana jako separa¬ tor membrana kanonowa, wówczas charakter mem¬ brany zalezy równiez od charakteru elektrolitu pod¬ dawanego elektrolizie w ogniwie. Membrana powin¬ na byc odporna na zniszczenie pod wplywem dzia¬ lania elektrolitu oraz produktów elektrolizy i w przypadku, gdy elektrolizie jest poddawany wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego, to membrana jest korzystnie wykonana z materialu polimerowego zawierajacego fluor oraz zawieraja¬ cego grupy kationitowe, na przyklad grupy kwasu sulfonowego, karboksylowego lub fosfoniowego, ich pochodne lub mieszaniny dwóch lub wiecej grup.Jako membrany kationitowe zaleca sie na przy-N klad membrany opisane w brytyjskich opisach pa¬ tentowych nr-y 1 184 321, 1 402 920, 1 406 673, 1 455 070, 1 497 748, 1 497 749, 1 518 387 i 1 531 068.Separatory sa montowane korzystnie na odpo¬ wiednio uksztaltowanych plytach, które pracuja ja¬ ko uszczelki, umieszczone pomiedzy sasiadujacymi anodami i katodami lub tez alternatywnie separa¬ tory moga byc jedynie utrzymywane pomiedzy ano¬ dami i katodami ogniw podstawowych. W razie po¬ trzeby ogniwa podstawowe moga zawierac plytki dystansowe, które stanowia uszczelki, umieszczone pomiedzy anodami z separatorami i/lub pomiedzy katodami i separatorami w celu utworzenia w ogni¬ wach podstawowych przedzialów anodowych i ka¬ todowych o pozadanych wymiarach, a zwlaszcza po¬ zadanych szczelin anodowo-katodowych.Plytki dystansowe powinny byc wykonane z ma¬ terialu izolujacego elektrycznie, korzystnie odpor¬ nego na dzialanie kapieli i gazów obecnych w ogni¬ wach podstawowych. Odpowiednimi materialami sa materialy polimerowe zawierajace fluor, jakkolwiek mozna tez stosowac materialy niefluorowane.Materialy z których wykonuje sie anody i kato¬ dy w ogniwach podstawowych zaleza od charakte¬ ru elektrolitu, poddawanego elektrolizie. Tak wiec, jezeli elektrolizie jest poddawany wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego, wówczas anoda jest korzystnie wykonana lub chociaz posiada powierz¬ chnie aktywna pokryta warstewka metalu lub sto¬ pu, na przyklad cyrkonu, niobu, wolframu lub tan¬ talu, ale korzystnym jest, jezeli anoda jest wyko¬ nana lub ma powierzchnie czynna utworzona przez warstwe tytanu, przy czym powierzchnia anody ko¬ rzystnie jest pokryta powloka z przewodzacego elek¬ trycznie materialu aktywnego elektrokatalitycznie.Ptowloka moze zawierac jeden lub wiecej metali z grupy platynowców, to jest platyne, rod, iryd, ru- ten, osm lub pallad i/lub tlenek jednego lub kilku 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 W12*872 tych metali. Powloka z metali grupy platynowców i/lub tlenków moze byc domieszkowana jednym lub kilkoma tlenkami metali nieszlachetnych, a zwla¬ szcza blonotfwórczymi tlenkami metali, na przyklad dwutlenkiem tytanu.Anoda korzystnie ma strukture porowata i moze na przyklad miec postac perforowanej plyty, siatki lub sita, rozciaganej siatki metalowej, lub tez mo¬ ze wystepowac w postaci licznych podluznych czlo¬ nów usytuowanych zasadniczo pionowo i równole¬ gle wzgledem siebie, na przyklad w postaci wielu zaluzji, lopatek lub pasków. Podluzne czlony sa ko¬ rzystnie wytwarzane z arkusza metalu blonotwór- czego poprzez nacinanie arkusza i nastepnie wytla¬ czanie powstalych pasków; Na przyklad uzyskane w ten sposób listwy korzystnie zagina sie pod ka¬ tem prostym do plaszczyzny arkusza metalu blono- twórczego, lub tez w razie potrzeby pochyla sie je wzgledem tej plaszczyzny, Korzystne jest nachyle¬ nie listew wzgledem plaszczyzny arkusza anodowe¬ go pod katem wiekszym niz 60°.Katody podstawowych ogniw elektrolitycznych moga byc utworzone lub moga przynajmniej posia¬ dac aktywna powierzchnie utworzona z zelaza lub miekkiej stali wzglednie innego odpowiedniego me¬ talu, na przyklad niklu i moga miec podobnie jak anody strukture porowata, na przyklad moga miec postac porowatej plyty, siatki lub sita, rozciaganej siatki metalowej, wzglednie wielu podluznych czlo¬ nów.Pojedyncze przedzialy anodowe ogniw podstawo¬ wych sa wyposazone w elementy do doprowadza¬ nia do tych przedzialów elektrolitu i w elementy do odprowadzania z przedzialów produktów elek¬ trolizy. Analogicznie, indywidualne przedzialy ka¬ todowe ogniw podstawowych sa wyposazone w ele¬ menty do odprowadzania produktów elektrolizy z tych przedzialów,'i ewentualnie w elementy do doprowadzania do przedzialów wody lub innego ply¬ nu. Jakkolwiek jest mozliwe zastosowanie w tym celu osobnych przewodów prowadzacych do i z kaz¬ dego odpowiedniego przedzialu, to uklad tego rodza¬ ju bedzie niepotrzebnie skomplikowany i klopotli¬ wy. W zalecanym rozwiazaniu ogniwa elektrolitycz¬ nego wedlug wynalazku, ogniwa podstawowe sa wykonane z plyt anodowych majacych aktywna, metalicza czesc anodowa, plyt katodowych maja¬ cych aktywna, metaliczna czesc katodowa, separa¬ torów zamontowanych na plytach oraz z plytek dy¬ stansowych, przy czym plyty i separatory, gdy nie sa zamontowane na tych plytach, maja liczne otwo¬ ry, które wyznaczaja w ogniwach podstawowych : oddzielne kanaly wzdluzne ogniw podstawowych, którymi to kanalami elektrolit moze byc doprowa¬ dzany; do przedzialów anodowych i którymi moga byc odprowadzane produkty elektrolizy z przedzia¬ lów anodowych i katodowych ogniw podstawo¬ wych.Jezeli ogniwo podstawowe zawiera przepony prze¬ puszczalne dla plynu, wówczas w plytach moga wy¬ stepowac dwa lub trzy otwory, które wyznaczaja dwa lub trzy kanaly podluzne wzgledem ogniwa podstawowego, z których to kanalów moze byc do¬ prowadzany elektrolit do przedzialów anodowych i przez które moga byc odprowadzane produkty elektrolizy z przedzialów anodowych i katodowych ogniwa podstawowego.Jezeli ogniwo podstawowe zawiera membrany przepuszczalne wybiórczo dla kationów, wówczas w plytach moga byc cztery otwory, wyznaczajace cztery kanaly przebiegajace podluznie wzgledem ogniwa, którymi to kanalami moze byc doprowa¬ dzany elektrolit i woda lub inny plyn odpowiednio do przedzialów anodowych i katodowych i przez które z tych przedzialów moga byc odprowadzane produkty elektrolitzy.Kanaly podluzne wzgledem ogniwa podstawowe¬ go moga laczyc sie z przedzialami anodowymi i ka¬ todowymi ogniwa poprzez przewody utworzone w plytach, na przyklad w powierzchniach lub sciankach plyt, korzystnie w plytkach dystanso¬ wych. Plyty sa korzystnie elastyczne oraz sprezy¬ ste, poniewaz ich elastycznosc i sprezystosc pozwa¬ la na uzyskanie dobrej szczelnosci wzgledem plynu przy montowaniu ogniw podstawowych.W ogniwie podstawowym podluzne kanaly, pola¬ czone z przedzialami anodowymi sa izolowane elek¬ trycznie od podluznych kanalów, polaczonych z przedzialami katodowymi ogniwa. Tego rodzaju odizolowanie elektryczne jest realizowane w roz¬ maity sposób. Na przyklad otwory w kazdej z plyt moga byc ograniczone materialem izolujacym elek¬ trycznie. Plytki dystansowe, jezeli wystepuja, mo¬ ga miec postac korpusu wykonanego z materialu izolujacego elektrycznie, w którym to korpusie sa wykonane otwory tworzace pewien odcinek podluz¬ nych kanalów. Podobnie kazda anoda i katoda ogni¬ wa podstawowego moze byc osadzona i podparta w korpusie z materialu izolujacego elektrycznie, w którym sa wykonane otwory, tworzace pewien od¬ cinek podluznych kanalów ogniwa podstawowego.W razie potrzeby, -funkcja plytki dystansowej i podpory dla anody lub katody moze byc przejeta przez odpowiednio uksztaltowany pojedynczy kor¬ pus.Alternatywnie, anody i katody ogniw podstawo¬ wych moga byc wykonane czesciowo z materialu izolujacego elektrycznie a czesciowo z metalu.Otwory w plytach,, tworzace w ogniwach odcinki podluznych kanalów, moga byc wykonane w meta¬ licznej czesci anody lub katody i w tej czesci ply¬ ty, która jest wykonana z materialu izolujacego elektrycznie, przez co uzyskuje sie pozadana izola¬ cje elektryczna podluznych kanalów.Plytki dystansowe powinny byc wykonane z ma¬ terialu izolujacego elektrycznie. Material izolujacy elektrycznie powinien byc odporny na oddzialywa¬ nie roztworu w ogniwie i jest to korzystnie mate¬ rial polimerowy zawierajacy fluor.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie czesci ogniwa elek¬ trolitycznego, zawierajacego dwa jednobiegunowe ogniwa podstawowe zamontowane jedno nad dru¬ gim, fig. 2 —anode dolnego ogniwa podstawowego z fig. li katode górnego ogniwa podstawowego umieszczona bezposrednio nad anoda, fig. 3 — ka¬ tode dolnego ogniwa podstawowego z fig. 1 i ano¬ de górnego ogniwa podstawowego umieszczona bez¬ posrednio nad katoda, ? a fig. 4 przedstawia rzut 10 IB 20 25 30 35 40 U 50 55 60129872 11 18 afcsonometryczny jednómiarowy czesci ogniwa elek¬ trolitycznego z fig. 1.Jak przedstawiono na fig. 1, ogniwo elektroli¬ tyczne zawiera dolne ogniwo podstawowe 1 maja¬ ce wiele Lopatkowych katod 2 ulozonych na prze¬ mian z wieloma lopatkowymi anodami 3, oraz ka- tionitowe membrany 5, umieszczone pomiedzy kaz¬ da sasiednia anoda i katoda dla przedzielenia ogni¬ wa podstawowego na wiele przedzialów anodowych i katodowych. Podobnie, górne ogniwo podstawowe 6 zawiera wiele lopatkowych katod 2, ulozonych na przemian z wieloma lopatkowymi anodami 3, oraz kationitowe membrany 5, umieszczone pomiedzy kazda sasiednia anoda i katoda dla przedzielenia ogniwa podstawowego na wiele przedzialów anodo¬ wych i katodowych. Kazda katoda 2 dolnego ogni¬ wa podstawowego 1 jest umieszczona ponizej ano¬ dy 3 górnego ogniwa podstawowego 6, przy czym kazda z katod 2 dolnego ogniwa podstawowego 1 jest podlaczona do przewodu 7, który moze byc wy¬ konany z miedzi, w celu przylaczania do katodo¬ wej szyny zbiorczej, zas kazda z anod 3 górnego ogniwa podstawowego 6 jest podlaczona do prze¬ wodu &, równiez miedziowego w ^celu przylaczenia do anodowej szyny zbiorczej.Polaczenie miedzy katodami i przewodami,, jak równiez miedzy anodami i przewodami jest zreali¬ zowane za pomoca dowolnych odpowiednich srod¬ ków, na przyklad przez przykrecenie przewodu do wystajacego kolnierza na katodzie lub anodzie, jak w przypadku rozwiazania z fig. 3.Kazda anoda 3 dolnego ogniwa podstawowego 1 znajduje sie ponizej katody 2 górnego ogniwa pod¬ stawowego 6, a poza tym jest polaczona elektrycz¬ nie dowolnymi odpowiednimi elementami z kato¬ da 2, umieszczona bezposrednio ponad nia, na przy¬ klad poprzez przykrecenie srubami kolnierza kato¬ dy do sasiadujacego z nim kolnierza anody, jak w rozwiazaniu z fig. 2. Pomiedzy, katoda a towa¬ rzyszaca jej anoda, w miejscu polaczenia moze byc umieszczony pasek przewodzacego elektrycznie ma¬ terialu odpornego na przejscie wodoru, na przy¬ klad miedzi lub srebra, w celu zapewnienia skutecz¬ nego polaczenia elektrycznego i w celu zmniejsze¬ nia dyfuzji wodoru od katody do anody.Katoda 2 jest wykonana z miekkiej stali, niklu lub innego odpowiedniego metalu, zas anoda 3 jest wykonana z metalu blonotwórczego, np. z tytanu i moze miec powloke z przewodnego elektrycznie materialu aktywnego elektrokatalitycznie. Pokaza¬ ne na fig. 1 rozwiazanie ogniwa elektrolitycznego stanowi jedynie widok schematyczny i ma na celu glównie pokazanie polaczen elektrycznych w ogni¬ wie elektrolitycznym oraz uklad katod i anod jed¬ nego ogniwa podstawowego wzgledem anod i katod drugiego ogniwa podstawowego.Nie pokazano natomiast elementów doprowadza¬ jacych elektrolit do ogniwa oraz elementów odpro¬ wadzajacych z ogniwa produkty elektrolizy.W trakcie pracy ogniwa do przedzialów anodo¬ wych ogniw podstawowych jest doprowadzany elek¬ trolit i jednoczesnie jest z nich usuwany elektrolit zubozony, zas produkty elektrolizy sa usuwane z przedzialów anodowych i katodowych. Na przy¬ klad, jezeli elektrolit stanowi wodny roztwór idalor- ku metalu alkalicznego, to roztwór ten jest wpro¬ wadzany do przedzialów anodowych ogniw podsta¬ wowych, zas usuwany jest z nich chlor i zubozony roztwór chlorku metalu alkalicznego, a wodór 5 i wodny roztwór wodorotlenku metalu alkaliczne¬ go sa usuwane z przedzialów katodowych. Ogniwa podstawowe sa ponadto wyposazone w elementy do doprowadzania wody do przedzialów katodo¬ wych. io. Podczas pracy ogniwa prad elektryczny przeply¬ wa przewodami 7 dolnego ogniwa podstawowego 1 do katody 2 tego ogniwa, nastepnie przez membra¬ ny 5 do anod 3 umieszczonych po kazdej stronie katod 2, z anod 3 dolnego ogniwa podstawowego 15 do katod 2 górnego ogniwa podstawowego 6, z ka¬ tod 2 górnego ogniwa poprzez membrany 5 do anod 3 górnego ogniwa i wreszcie z anod 3 do przewo¬ dów 8 górnego ogniwa podstawowego 6.Na figurze 2 pokazana jest anoda 3 dolnego ogni- 20 wa podstawowego 1 i towarzyszaca jej katoda 2 górnego ogniwa podstawowego 6, umieszczona bez¬ posrednio nad ta anoda. Anoda 3 zawiera liczne umieszczone pionowo lopatki 9 oraz cztery otwory 18, 11, 12 i 13,, które przy montowaniu ogniwa po- 25 mocniczego z anod 3, katod 2 i membran 5, maja¬ cych podobne otwory, wyznaczaja cztery kanaly biegnace wzdluz ogniwa. Otwór 13 w anodzie 3, tworzacy odcinek podluznego kanalu ogniwa, przez który jest doprowadzany do tego ogniwa elektrolit, 30 jest polaczony czescia anody 3 zawierajaca lopatki 9, a tym samym z przedzialami anodowymi za po¬ moca kanalu 14 w anodzie. Otwór 11, przez który usuwane sa z przedzialów anodowych ogniwa pod¬ stawowego zubozony elektrolit i produkty elektro- 35 lizy, jest polaczony z czescia anody 3 zawierajaca lopatki 9, a tym samym z przedzialami anodowymi za pomoca kanalu 1,5 w anodzie. Przynajmniej ta czesc anody, która zawiera lopatki 9, jest wykona¬ na z metalu. Czesc, w której wykonane sa otwory 40 io, 11, 12, 13 jest wykonana z materialu izoluja¬ cego elektrycznie, a wiec na przyklad metalowa czesc anody z lopatkami 9 jest wlozona w uszczel¬ niacz z materialu izolujacego elektrycznie, w któ¬ rym wykonane sa otwory 10, 11, 12, 13. W rozwia- 45 zaniu alternatywnym proponuje sie wykonanie z materialu izolujacego elektrycznie tej czesci ano¬ dy, w której sa utworzone jedynie otwory 11 i 13, tak ze sa one odizolowane elektrycznie wzgledem otworów 10 i 12, które moga byc otoczone materia- 50 lem metalicznym.Katoda 2 zawiera liczne pionowe lopatki 16 i czte¬ ry otwory 17,18, 19 i 20, które po zmontowaniu ka¬ tod 2, anod 3 i membran 5 o podobnych otworach w ogniwie podstawowym wyznaczaja cztery kana- 55 ly, biegnace wzdluz tego ogniwa. W katodzie 2 otwór 17, tworzacy odcinek podluznego kanalu ogni¬ wa, przez który do ogniwa podstawowego jest do¬ prowadzana woda, jest polaczony z czescia kato¬ dy 2 posiadajaca lopatki 16, a tym samym z prze- 60 dzialami katodowymi za- pomoca kanalu 21 w ka¬ todzie. Otwór 19, przez który usuwa sie z przedzia¬ lów katodowych produkty elektrolizy, jest polaczo¬ ny z czescia katody 2, zawierajaca lopatki 16, a tym samym z przedzialami katodowymi za pomo- 65 ca kanalu 22 w katodzie. Przynajmniej ta czesc ka-13 129 872 14 tody, która zawiera lopatki 16, jest wykonana z me¬ talu. Czesc zawierajaca otwory 17, 18,, 19 i 20 moze byc wykonana z materialu izolujacego elektrycznie, tak wiec na przyklad mozna ulozyc metaliczna czesc katody z lopatkami 16 w uszczelniacz z materialu izolujacego elektrycznie, w którym wykonane sa otwory 17, 18, 19, 20. W rozwiazaniu alternatywnym mozna wykonac z materialu izolujacego elektrycz¬ nie te czesci, w których utworzone sa otwory 17 i 19, tak ze otwory te beda odizolowane elektrycz¬ nie od otworów 18 i 20, które moga byc wykonane w materiale metalicznym.Podluzne kanaly w ogniwach podstawowych sa dolaczone do odpowiednich przewodów rozgalez- nych (nie pokazanych), z których jest doprowadza¬ ny do ogniw elektrolit i woda, i do przewodów roz- galeznych (nie pokazanych), do których sa odpro¬ wadzane produkty elektrolizy ogniw podstawowych.Anoda 3 posiada wystajacy kolnierz 23. polaczony elektrycznie z odpowiadajacym kolnierzem (nie po¬ kazanym) na katodzie 2 za pomoca srub 24. ' Na figurze 3 jest pokazana katoda 2 dolnego ogni¬ wa podstawowego 1 i odpowiadajaca jest anoda 3 górnego ogniwa podstawowego 6, umieszczona bez¬ posrednio nad ta katoda. Czesc katody 2 i anody 3 z fig. 3, takie same jak na fig. 2 zostaly oznaczone podobnymi oznacznikami. Katoda 2 dolnego ogniwa podstawowego 1 posiada kolnierz 25, polaczony z przewodem miedzianym 26 za pomoca srub 27.Podobnie, anoda 3 górnego ogniwa podstawowego | posiada kolnierz 28, polaczony z przewodem mie¬ dzianym 29 srubami 30, Na figurze 4 przedstawiono rzut aksonometrycz- ny jednomiarowy czesci ogniwa elektrolitycznego z fig. 1. Niektóre czesci na fig. 4, wspólne z poka¬ zanymi na fig, 2 i 3, zostaly oznaczone tymi samy¬ mi oznacznikami, podczas gdy inne dla przejrzysto¬ sci opuszczono. Ogniwo elektrolityczne z fig. 4 za¬ wiera dolne ogniwo podstawowe 1 i górne ogniwo podstawowe 6. W górnym ogniwie podstawowym znajduje sie membrana johowymienna 31, umie¬ szczona pomiedzy katoda 2 a sasiednimi anodami 3.Membrana 31 zawiera otwory odpowiadajace otwo¬ rom 10, 11, 12 i 13 anody 3 w górym ogniwie pod¬ stawowym i otworom 17^ 18, 19 i 20 katody 2 jgór- nego ogniwa podstawowego 6. Podobnie, w dolnym ogniwie podstawowym 1 znajduje §ie..menibrana jonowymienna 32, umieszczona pomiedzy anoda 3 a sasiednimi katodami 2. Membrana 32 zawiera otwory odpowiadajace otworom 17, 18, 19 i 20 ka¬ tody 2 dolnego ogniwa podstawowego i otworom 10, 11, 12 i 13 anody 3 dolnego ogniwa podstawo¬ wego.Ogniwo elektrolityczne jest zmontowane przez za¬ mocowanie razem (na przyklad przez skrecenie) anod, katod i membran ogniw podstawowych. W ra¬ zie potrzeby mozna zastosowac odpowiednie, od- ksztalcalne uszczelki dla zapewnienia szczelnosci ogniw, jakkolwiek tego rodzaju uszczelki nie maja zasadniczego znaczenia. Ogniwa podstawowe za¬ wieraja oczywiscie obudowy, które nie zostaly po¬ kazane.Dla przeprowadzenia elektrolizy wodnego roztwo¬ ru chlorku metalu alkalicznego, roztwór ten jest doprowadzany z nie pokazanego przewodu rozga- leznego do podluznego kanalu dolnego ogniwa pod¬ stawowego, utworzonego czesciowo przez otwory 13 w anodach 3 dolnego ogniwa podstawowego i do podluznego kanalu górnego ogniwa podstawowego, utworzonego czesciowo przez otwory 13 w anodach 3 górnego ogniwa podstawowego. Zubozony roztwór wodny chlorku metalu alkalicznego i chlor wy¬ tworzone w trakcie elektrolizy sa usuwane z dol¬ nego ogniwa podstawowego poprzez podluzny kanal dolnego ogniwa podstawowego, utworzony czescio¬ wo przez otwory 11 w anodach 3 dolnego ogniwa, oraz z górnego ogniwa podstawowego poprzez po¬ dluzny kanal górnego ogniwa, utworzony czescio¬ wo przez otwory 11 w anodach 3 górnego ogniwa podstawowego.Podczas elektrolizy woda lub rozcienczony roz¬ twór wodorotlenku metalu alkalicznego sa odpro¬ wadzane z przewodu rozgaleznego (nie pokazanego) do podluznego kanalu dolnego ogniwa podstawo¬ wego, utworzonego czesciowo przez otwory 17 w katodach 2 dolnego ogniwa podstawowego i do poydluznego kanalu górnego ogniwa podstawowego utworzonego czesciowo przez otwory 17 w katodach 2 górnego ogniwa podstawowego, zas stezony wod¬ ny roztwór wodorotlenku metalu alkalicznego i wo¬ dór, powstajace w trakcie elektrolizy, sa odprowa¬ dzane z dolnego ogniwa podstawowego przez od¬ powiadajacy mu podluzny kanal, utworzony cze¬ sciowo przez otwory 19 w katodach 2 dolnego ogni¬ wa podstawowego i z górnego ogniwa podstawowe¬ go przez odpowiadajacy mu podluzny kapnal utwo¬ rzony czesciowo przez otwory 19"w katodach 2 gór¬ nego ogniwa podstawowego.( Zastrzezenia patentowe 1. Ogniwo elektrolityczne typu prasy filtracyjnej, zawierajace jednobiegunowe ogniwo podstawowe majace wiele pionowych umieszczonych na prze¬ mian anod i katod, przy czym kazda anoda jest oddzielona od sasiedniej; katody lub katod za po¬ moca separatora,.które toseparatory dziela ogni¬ wo podstawowe na wiele przedzialów anodowych i katodowych, znamienne tym, ze zawiera przynaj¬ mniej dwa ogniwa podstawowe (1, 6) zamontowane jedno nad drugim, przy czym kazda anoda (3) pierwszego ogniwa podstawowego (6) jest dolaczo¬ na swym przewodem elektrycznym (8) do jednej szyny zbiorczej, a kazda katoda (2) drugiego ogni¬ wa podstawowego (1) jest dolaczona swym przewo¬ dem elektrycznym (7) do drugiej szyny zbiorczej, ponadto anody (3) i katody (2);sasiadujacych ze so¬ ba ogniw podstawowych (1, 6), nie dolaczone do przewodów elektrycznych, sa za pomoca dwubiegu¬ nowego zlacza lub 2lacz elektrycznych polaczone wzajemnie parami tak, ze anoda (3) drugiego ogni¬ wa podstawowego (1) jest polaczona z katoda (2) sasiedniego pierwszego ogniwa podstawowego (6), umieszczonego nad lub pod tym ogniwem.Z. Ogniwo wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze kazda katoda (2) pierwszego ogniwa podstawowego (6) jest polaczona elektrycznie z odpowiednia ano¬ da (3) drugiego ogniwa podstawowego (1) za pomo¬ ca zlacza dwubiegunowego. 3. Ogniwo wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60129 872 PL PL PL PL PL PL PL PL PL