PL188243B1 - Elektrolizer do wytwarzania gazów z grupy fluorowców i sposób wytwarzania elektrolizera do wytwarzania gazów z grupy fluorowców - Google Patents

Abstract

1. Elektrolizer do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca, z kilkoma ustawionymi obok siebie w stosie i styka- jacymi sie elektrycznie, plytkowymi ogniwami elek- trolitycznymi, z których kazde ma korpus zlozony z dwóch polówek w postaci plaszczowych elemen- tów z materialu przewodzacego prad elektryczny, zaopatrzonych w zewnetrzne paski stykowe na co najmniej jednej tylnej sciance korpusu, przy czym korpus zawiera doprowadzenia i odprowadzenia pradowe, urzadzenia do doprowadzania elektrolitów i odprowadzania produktów elektrolizy oraz majaca w zasadzie plaska powierzchnie anode i katode, przy czym anoda i katoda sa oddzielone od siebie przegroda i ustawione równolegle do siebie oraz polaczone przewodzaco z przyporzadkowana im tylna scianka korpusu za pomoca metalowych usztywnien w postaci pokrywajacych sie z paskami stykowymi zeber, których boczne krawedzie przyle- gaja do tylnej scianki i anody wzglednie katody na calej wysokosci tych elementów, znam ienny tym, ze paski stykowe (7) maja w przekroju ksztalt litery U, przylegajacej podstawa do tylnej scianki (4A), zas w srodkowym obszarze tej podstawy sa na calej wysokosci polaczone przewodzaco z tylna scianka (4A) i odpowiednim zebrem (10) za pom oca......... F ig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer do wytwarzania gazów z grupy fluorowców 1 sposób wytwarzania elektrolizera do wytwarzania gazów z grupy fluorowców.

Prąd elektrolizy jest doprowadzany do stosu ogniw elektrolitycznych na jednym z ogniw zewnętrznych, następnie przechodzi przez stos ogniw w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do płaszczyzn symetrii płytkowych ogniw elektrolitycznych i jest odprowadzany na drugim ogniwie zewnętrznym stosu. W odniesieniu do płaszczyzny symetrii średnia gęstość prądu elektrolizy osiąga wartość co najmniej 4 kA/m².

Taki elektrolizer jest znany z europejskiego zgłoszenia nr EP 0 189 535 Bl tego samego Zgłaszającego. W tym znanym elektrolizerze anoda względnie katoda jest połączona za pomocą metalowych usztywnień kratownicowych z tylną ścianką przyporządkowanego jej, płaszczowego elementu, stanowiącego połowę korpusu. Na tylnej powierzchni anodowego względnie katodowego płaszczowego elementu korpusu umieszczone są paski stykowe, zapewniające styk elektryczny z sąsiednim, tak samo zbudowanym ogniwem elektrolitycznym. Prąd płynie poprzez paski stykowe przez tylną ściankę i stamtąd rozdziela się, wychodząc z metalicznych punktów styku - usztywnienie/anoda - przez anodę. Po przejściu prądu przez membranę jest on przejmowany przez katodę, aby poprzez kratownicowe usztywnienia wpłynąć do tylnej ścianki, następnie ponownie do pasków stykowych, a stamtąd do następnego ogniwa elektrolitycznego. Połączenie przewodzących prąd elementów odbywa się przy tym za pomocą zgrzewania punktowego. W punktach zgrzewania prąd elektrolizy ulega koncentracji, osiągając maksymalne wartości gęstości prądu.

Wadą tego znanego elektrolizera okazał się przede wszystkim fakt, że prąd nie płynie przez całą powierzchnię paska stykowego, ponieważ począwszy od metalicznego połączenia między kratownicowym usztywnieniem i tylną ścianką katody jest wprowadzany w paski stykowe punktowo. Wraz ze zmniejszaniem się powierzchni paska, przez którą przepływa prąd, rośnie jednak napięcie niezbędne do przepływu prądu, zwane napięciem stykowym. Ponieważ ilość energii, niezbędnej do wytwarzania produktów elektrolizy, rośnie liniowo wraz ze wzrostem napięcia, pociąga to za sobą wzrost kosztów produkcji.

Kolejną wadę znanego elektrolizera stanowi fakt, że kratownicowe usztywnienia, łączące ze sobą tylną ściankę korpusu i elektrody, ze względu na elastyczność nie są ustawione prostopadle pomiędzy tylną ścianką i elektrodą, co wydłuża drogę prądu, a to z kolei powoduje wzrost napięcia ogniwa. Poza tym prąd wchodzi z kratownicowego usztywnienia w elektrodę jedynie punktowo, co z jednej strony prowadzi do nierównomiernego rozkładu prądu, z drugiej zaś powoduje wzrost napięcia ogniwa. Nierównomierny rozkład prądu na elektrodach prowadzi poza tym do nierównomiernej koncentracji elektrolitu, co pociąga za sobą zmniejszenie wydajności prądu i skrócenie czasu życia membrany.

188 243

Celem wynalazku jest opracowanie elektrolizera, w którym powierzchnie, przez które przepływa prąd, są jak największe, aby uniknąć wyłącznie punktowego wprowadzania prądu w elektrody i paski stykowe, a co za tym idzie, nierównomiernego rozkładu prądu.

Elektrolizer do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca, z kilkoma ustawionymi obok siebie w stosie i stykającymi się elektrycznie, płytkowymi ogniwami elektrolitycznymi, z których każde ma korpus złożony z dwóch połówek w postaci płaszczowych elementów z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaopatrzonych w zewnętrzne paski stykowe na co najmniej jednej tylnej ściance korpusu, przy czym korpus zawiera doprowadzenia i odprowadzenia prądowe, urządzenia do doprowadzania elektrolitów i odprowadzania produktów elektrolizy oraz mającą w zasadzie płaską powierzchnię anodę i katodę, przy czym anoda i katoda są oddzielone od siebie przegrodą i ustawione równolegle do siebie oraz połączone przewodząco z przyporządkowaną im tylną ścianką korpusu za pomocą metalowych usztywnień w postaci pokrywających się z paskami stykowymi żeber, których boczne krawędzie przylegają do tylnej ścianki _;i anody względnie katody na całej wysokości tych elementów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że paski stykowe mają w przekroju kształt litery U, przylegającej podstawą do tylnej ścianki, zaś w środkowym obszarze tej podstawy są na całej wysokości połączone przewodząco z tylną ścianką i odpowiednim żebrem za pomocą połączenia trzyczęściowego, którego obszar w przekroju rozciąga się kielichowo do wewnątrz, począwszy od podstawy litery U.

Korzystnie żebra są na całej swej wysokości połączone przewodząco z anodą względnie katodą.

Korzystnie żebra mają ciągłą powierzchnię.

Korzystnie żebra są zaopatrzone w otwory lub szczeliny.

Korzystnie elektrolizer zawiera rozdzielacz wlotowy do wprowadzania elektrolitów w płaszczowe elementy korpusu.

Korzystnie rozdzielacz wlotowy jest zaopatrzony w otwory, przy czym każdy segment jednego płaszczowego elementu korpusu jest zasilany świeżym elektrolitem przez co najmniej jeden otwór w rozdzielaczu wlotowym, zaś suma powierzchni otworów w rozdzielaczu wlotowym jest mniejsza lub równa powierzchni przekroju rozdzielacza wlotowego.

Sposób wytwarzania elektrolizera do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca, z kilkoma ustawionymi obok siebie w stosie i stykającymi się elektrycznie, płytkowymi ogniwami elektrolitycznymi, z których każde ma korpus złożony z dwóch połówek w postaci płaszczowych elementów z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaopatrzonych w zewnętrzne paski stykowe na co najmniej jednej tylnej ściance korpusu, przy czym korpus zawiera doprowadzenia i odprowadzenia prądowe, urządzenia do doprowadzania elektrolitów i odprowadzania produktów elektrolizy oraz mającą w zasadzie płaską powierzchnię anodę i katodę, przy czym anoda i katoda są oddzielone od siebie przegrodą i ustawione równolegle do siebie oraz połączone przewodząco z przyporządkowaną im tylną ścianką korpusu za pomocą metalowych usztywnień w postaci pokrywających się z paskami stykowymi żeber, których boczne krawędzie przylegają do tylnej ścianki i anody względnie katody na całej wysokości tych elementów, w którym to sposobie poszczególne korpusy ogniw montuje się z dwóch płaszczowych elementów, wstawiając pomiędzy nie wymagane urządzenia, katodę i anodę oraz przegrodę i mocując je za pomocą metalowych usztywnień w kształcie żeber, po czym łączy się ze sobą przewodząco anodę i korpus względnie katodę i korpus, według wynalazku charakteryzuje się tym, że metaliczne i przewodzące prąd elektryczny połączenie żebrowych usztywnień z przyporządkowaną im tylną ścianką i paskiem stykowym oraz anodą względnie katodą wykonuje się za pomocą redukcyjnej metody spiekania lub za pomocą zgrzewania.

Korzystnie do zgrzewania stosuje się wiązkę laserową.

Korzystnie przy zgrzewaniu wiązką laserową polaryzuje się ją prostopadle do kierunku zgrzewania, zmniejszając znacznie stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia.

Korzystnie wiązkę laserową formuje się za pomocą układu luster, wytwarzając jednocześnie co najmniej dwa ogniska, przesunięte względem siebie o zadany wymiar.

188 243

Korzystnie wiązkę laserową skanuje się o zadany wymiar poprzecznie do kierunku zgrzewania za pomocą mechanizmu skanującego o wysokiej częstotliwości, korzystnie wibratora kwarcowego.

Konstrukcja elektrolizera według wynalazku pozwala w dużej mierze wyeliminować nierównomiemość przepływu prądu przez powierzchnie, zaś prąd jest wprowadzany w elektrody i paski stykowe nie tylko punktowo, lecz całą powierzchnią. Drogi przepływu prądu są krótkie, ponieważ żebra usztywniające można ustawić pionowo między każdą z tylnych ścianek i odpowiednią elektrodą. Dzięki takiemu ukształtowaniu wymagane napięcie ogniw jest znacznie mniejsze niż w znanych elektrolizerach.

Katody mogą być wykonane z żelaza, kobaltu, niklu lub chromu względnie ich stopów, zaś anody z tytanu, niobu lub tantalu względnie stopów tych metali, albo z tworzywa metalicznego lub tlenkowego tworzywa ceramicznego. Ponadto elektrody są korzystnie pokryte działającą katalitycznie powłoką. Elektrody są przy tym korzystnie zaopatrzone w otwory (blacha perforowana, jednolita siatka, plecionka lub cienka blacha z żaluzjowymi otworami), których rozmieszczenie w ogniwie elektrolitycznym sprawia, że gazy powstające podczas elektrolizy mogą łatwo wchodzić do tylnej przestrzeni ogniwa elektrolitycznego. Odciąganie gazu powoduje, że elektrolit między elektrodami zawiera możliwie mało pęcherzyków gazu, a co za tym idzie, ma maksymalną przewodność.

W przypadku przegrody, zwanej membraną, chodzi korzystnie o membranowy wymiennik jonowy, który jest wykonany z kopolimeru policzterofluoroetylenu lub jednej z jego pochodnych i kwasu perfluorowinyloeterosulfonowego i/lub kwasu perfluorowinylokarboksylowego. Odpowiada on za to, by produkty elektrolizy nie ulegały zmieszaniu, a dzięki swej selektywnej przepuszczalności dla jonów metali alkalicznych umożliwia przepływ prądu. Poza tym jako przegrodę można również zastosować diafragmę. Diafragma jest przegrodą o małych porach, która zapobiega zmieszaniu gazów i stanowi elektrolityczne połączenie między przestrzenią katodową i anodową, umożliwiając tym samym przepływ prądu.

Żebra tworzące metalowe usztywnienia mogą mieć ciągłą powierzchnię względnie mogą być zaopatrzone w otwory lub szczeliny.

Aby osiągnąć optymalne doprowadzanie elektrolitów, elektrolizer zawiera rozdzielacz wlotowy, za pomocą którego elektrolity są wprowadzane w płaszczowe elementy korpusu. Ten rozdzielacz wlotowy jest tak ukształtowany, że każdy segment jednego płaszczowego elementu korpusu jest zasilany świeżym elektrolitem przez co najmniej jeden otwór w rozdzielaczu wlotowym, zaś suma powierzchni otworów w rozdzielaczu wlotowym jest mniejsza lub równa powierzchni przekroju rozdzielacza wlotowego.

Szczególnie korzystne jest, jeżeli anoda względnie katoda jest spojona z żebrami za pomocą przewodzącego prąd elektryczny, połączenia dwuczęściowego. Płasko-równoległe paski stykowe są szczególnie korzystnie spojone integralnie z tylną ścianką i leżącym poniżej żebrem za pomocą przewodzącego prąd elektryczny, metalicznego połączenia trzyczęściowego.

Każda z tylnych ścianek może być również integralnie spojona z żebrami za pomocą przewodzącego prąd elektryczny, metalicznego połączenia dwuczęściowego, przy czym korzystne jest wówczas, jeżeli paski stykowe stanowią elementy napawane na tylnej ściance.

Dzięki integralnemu spojeniu dwu- lub trzyczęściowego połączenia w elektrolizerze według wynalazku nie ma powierzchni łączenia pomiędzy żebrem i tylną ścianką z jednej strony oraz pomiędzy tylną ścianką i paskami stykowymi z drugiej strony względnie pomiędzy żebrem i elektrodą. Przepływ prądu elektrolizy nie musi już przy tym pokonywać powstających na powierzchniach łączenia, elektrycznych powierzchniowych oporów stykowych.

Nieoczekiwany dodatkowy efekt, otrzymano z zastosowania integralnie spojonego połączenia trzyczęściowego. Połączenie trzyczęściowe zwiększa bowiem w znacznym stopniu wytrzymałość na zginanie tylnych ścianek płaszczowych elementów korpusu. Ponieważ między tylnymi ściankami ogniw elektrolitycznych następuje zarówno przenoszenie panującej w stosie siły wstępnego docisku, jak też przepływ prądu elektrolizy - oba te oddziaływania zachodzą bezpośrednio i jednocześnie przez odpowiednie paski stykowe tylnych ścianek sąsiednich ogniw elektrolitycznych - paski stykowe muszą pozostawać płaskie pod działaniem siły wstępnego docisku, aby przepływ prądu pomiędzy sąsiednimi paskami stykowymi mógł

188 243 zachodzić w miarę możliwości na całej ich powierzchni. Wyższa wytrzymałość na zginanie połączenia trzyczęściowego zmniejsza elektryczny opór przejścia pomiędzy poszczególnymi ogniwami elektrolitycznymi w stosie.

Anodowe płaszczowe elementy korpusu są korzystnie wykonane z materiału odpornego na fluorowce i roztwór soli kuchennej, natomiast katodowe płaszczowe elementy korpusu są wykonane z materiału odpornego na ługi alkaliczne.

Sposób wytwarzania opisanego powyżej elektrolizera według wynalazku charakteryzuje się tym, że metaliczne i wykazujące przewodność elektryczną połączenie żebrowych usztywnień z odpowiednią tylną ścianką i anodą względnie katodą wykonuje się za pomocą redukcyjnej metody spiekania lub za pomocą zgrzewania.

Przy redukcyjnej metodzie spiekania używa się kleju, składającego się w zasadzie z tlenków, na przykład NiO, oraz spoiwa organicznego. Klejem tym pokrywa się żebro i łączony z nim element, na przykład tylną ściankę, po czym dociska do siebie obie części za pomocą urządzenia mocującego. Po utwardzeniu spoiwa organicznego tlenkowy składnik kleju spieka się redukcyjnie na gorąco w atmosferze redukującej (na przykład HĘ, CO i inne).

Jeżeli stosuje się metodę zgrzewania, wówczas korzystne jest zgrzewanie wiązką laserową. Polaryzacja wiązki laserowej prostopadle do kierunku zgrzewania pozwala osiągnąć wyraźnie mniejszy stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dwa, umieszczone obok siebie ogniwa elektrolityczne elektrolizera w przekroju, fig. 2 - fragment fig. 1 w widoku perspektywicznym, fig. 3A do 3D - różne warianty usztywnień w postaci żebra, zaś fig. 4A do 4C - różne warianty trzyczęściowego połączenia metalicznego pomiędzy paskiem stykowym, tylną ścianką korpusu i żebrem, w powiększeniu.

Elektrolizer 1 do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca ma kilka ustawionych obok siebie w stosie i pozostających w kontakcie elektrycznym, płytkowych ogniw elektrolitycznych 2, z których na fig. 1 przedstawione są przykładowo dwa takie ogniwa elektrolityczne 2, umieszczone obok siebie. Każde z tych ogniw elektrolitycznych 2 ma korpus złożony z dwóch połówek w postaci płaszczowych elementów 3, 4, zaopatrzonych w kołnierzowe krawędzie, pomiędzy którymi za pomocą uszczelek 5 zamocowane są przegrody (membrany) 6. Membrany 6 mogą być również zamocowane w inny sposób.

Na całej szerokości tylnych ścianek 4A korpusu każdego z ogniw elektrolitycznych 2 usytuowanych jest kilka wzajemnie równoległych pasków stykowych 7, zamocowanych poprzez zgrzewanie lub temu podobne techniki, co będzie jeszcze opisane poniżej, na zewnętrznej powierzchni danej tylnej ścianki 4A korpusu. Paski stykowe 7 wytwarzają styk elektryczny z sąsiednim ogniwem elektrolitycznym 2, mianowicie z odpowiednią tylną ścianką 3A korpusu, która nie jest zaopatrzona we własny pasek stykowy.

Wewnątrz każdego korpusu 3, 4 znajdują się graniczące z membraną 6 elektrody, mianowicie płaska anoda 8 i płaska katoda 9, przy czym anoda 8 względnie katoda 9 są połączone z, pokrywającymi się z paskami stykowymi 7, usztywnieniami w postaci żeber 10. Zebra 10 są korzystnie zamocowane wzdłuż całej swej krawędzi bocznej 10A na anodzie 8 względnie katodzie 9, przy czym połączenie to jest połączeniem metalicznym, zapewniającym przewodzenie prądu elektrycznego. Aby umożliwić doprowadzanie elektrolitów i odprowadzanie produktów elektrolizy, żebra 10 zwężają się, począwszy od bocznych krawędzi 10A, na całej ich szerokości aż do sąsiedniej bocznej krawędzi 10B i mają tam wysokość, odpowiadającą wysokości paska stykowego 7. Są one odpowiednio, swymi bocznymi krawędziami 10B, zamocowane na całej wysokości pasków stykowych 7 na leżących naprzeciw pasków stykowych 7, tylnych ściankach 3A względnie 4A korpusu.

Dla doprowadzania elektrolitów do każdego z ogniw elektrolitycznych 2 zastosowane jest odpowiednie urządzenie 11. Również dla odprowadzania produktów elektrolizy w każdym z ogniw elektrolitycznych umieszczone jest odpowiednie urządzenie, które jednak nie zostało zaznaczone na rysunku.

188 243

Elektrody (anoda 8 i katoda 9) są tak ukształtowane, że umożliwiają swobodny przepływ elektrolitów i produktów elektrolizy, do czego służą odpowiednie szczeliny 8A lub temu podobne elementy, jak widać również na fig. 2. Kilka płytkowych ogniw elektrolitycznych 2 jest umieszczonych obok siebie w rzędzie na ruszcie. Płytkowe ogniwa elektrolityczne są tak zawieszone pomiędzy obydwoma wspornikami rusztu, że płaszczyzna ich płytek jest prostopadła do wzdłużnej osi wspornika. Aby płytkowe ogniwa elektrolityczne 2 mogły przenosić swój ciężar na górny kołnierz wzdłużnego wspornika, mają one na górnej krawędzi płytki, z każdej strony, kołnierzowy uchwyt.

Uchwyt rozciąga się poziomo w kierunku płaszczyzny płytki i wystaje poza obrzeże kołnierzy. W zawieszonych na ruszcie płytkowych ogniwach elektrolitycznych dolna krawędź kołnierzowego uchwytu spoczywa na górnym kołnierzu.

Płytkowe ogniwa elektrolityczne 2 są zawieszone na ruszcie na podobieństwo kart w kartotece. Na ruszcie powierzchnie płytek ogniw elektrolitycznych pozostają w kontakcie mechanicznym i elektrycznym, jakby były ustawione w stosie. Elektrolizery tego typu są zwane elektrolizerami o konstrukcji stosu podwieszonego.

Dzięki umieszczeniu obok siebie w rzędzie, za pomocą znanych urządzeń mocujących, kilku ogniw elektrolitycznych 2 w konstrukcji typu stosu podwieszonego każde z ogniw elektrolitycznych 2 jest poprzez pasek stykowy 7 połączone z sąsiednimi ogniwami elektrolitycznymi w stosie tak, że pomiędzy nimi przepływa prąd elektryczny. Z pasków stykowych 7 prąd płynie wówczas przez połówki płaszcza korpusu i żebra 10 do anody 8. Po przejściu przez membranę 6 prąd jest odbierany przez katodę 9, aby poprzez żebra 10 przepłynąć do drugiego płaszczowego elementu korpusu względnie do jego tylnej ścianki 3A i tam wpłynąć do pasków stykowych 7 następnego ogniwa. W ten sposób prąd elektrolityczny przechodzi przez cały stos ogniw elektrolitycznych, przy czym jest on wprowadzany na jednym ogniwie zewnętrznym i odprowadzany na drugim ogniwie zewnętrznym.

W ukazanym na fig. 2 fragmencie ogniwa elektrolitycznego przedstawiony jest fragment tylnej ścianki 4A płaszczowego elementu 4 korpusu, na której zamocowany jest pasek stykowy 7 w kształcie litery U. Widać tu wyraźnie, że z tyłu, w położeniu pokrywającym się z paskiem stykowym 7, na tylnej ściance 4A korpusu zamocowane jest żebro 10, przy czym żebro 10 znajduje się w przybliżeniu w środku paska stykowego 7 w kształcie litery U, co będzie jeszcze opisane w odniesieniu do fig. 4A do 4C. Na drugiej bocznej krawędzi 10A żebra 10 jest zamocowane na anodzie 8, która w obszarze połączenia z żebrami 10 ma ciągłą powierzchnię, natomiast w sąsiedztwie tych obszarów znajdują się szczeliny 8A do przepływu elektrolitów i produktów elektrolizy. W taki sam sposób zrealizowane jest również połączenie między każdym z żeber 10 i katodą 9.

Jak wynika z fig. 3A do 3D, żebra 10 mogą mieć różny kształt. W przykładzie wykonania uwidocznionym na fig. 3A żebra 10 mają ciągłą powierzchnię, przy czym jedynie obie boczne krawędzie 10A i 10B mają ze wspomnianych przyczyn różną długość.

W przykładzie wykonania ukazanym na fig. 3B żebra 10 mają szczeliny 13. Przykład wykonania przedstawiony na fig. 3D, na której ukazane jest żebro 10 w widoku z boku według fig. 3C, ma również szczeliny, utworzone z wygiętych elementów wycinanych 15.

Jak już wyjaśniono w odniesieniu do fig. 2, dzięki połączeniom elektrod (anody 8 względnie katody 9) i tylnych ścianek 3A względnie 4A poprzez żebra 10 przepływ prądu zachodzi na maksymalnej powierzchni przekroju, ponieważ żebra są w zasadzie na całej swej długości połączone metalicznie zarówno z tylną ścianką 3A względnie 4A, jak też z odpowiednią elektrodą 8 względnie 9. Poza tym zminimalizowana zostaje droga przepływu prądu, ponieważ żebro 10 stanowi prostopadłe połączenie między tylną ścianką 3A względnie 4A oraz elektrodą 8 względnie 9.

Połączenie żebra 10 z elektrodą 8 lub 9 względnie z tylną ścianką 3A lub 4A jest korzystnie tak ukształtowane, że nie powstają żadne powierzchnie łączące, które stanowiłyby dodatkowe powierzchnie oporu styku dla przepływu prądu. Dlatego też korzystnie pomiędzy łączonymi częściami wytwarza się dwu- lub trzyczęściowe połączenie metaliczne, korzystnie metodą zgrzewania wiązką laserową, chociaż w zasadzie można również zastosować tutaj konwencjonalne techniki zgrzewania, jak na przykład zgrzewanie oporowe. Ponadto można

188 243 również wykorzystać redukcyjne techniki spiekania. Połączenie zgrzewane można również wykonać punktowo, aby w procesie zgrzewania zapewnić jak najmniejszy dopływ ciepła, a zatem minimalne wypaczenie ścianki ogniwa. Poza tym można również wykonać połączenie zgrzewane na całej wysokości pojedynczego ogniwa, przy czym korzystne jest połączenie ciągłe, ponieważ zapewnia ono optymalny rozkład prądu, minimalne opory przejścia, a co za tym idzie, minimalne możliwe napięcie ogniwa.

Różne przykłady wykonania trzyczęściowego połączenia metodą zgrzewania wiązką laserową są przedstawione na fig. 4A do 4C, na których widoczny jest pasek stykowy 7, część tylnej ścianki 4A korpusu i boczna krawędź 10B żebra.

W przykładzie wykonania ukazanym na fig. 4A przedstawione jest zgrzewanie wiązką laserową przy użyciu źródła promieniowania laserowego o współczynniku promieniowania K = 0,5 przy mocy promieniowania P = 2 kW oraz skupieniu, charakteryzującym się współczynnikiem zogniskowania F = 10. Wykonana zgrzeina 16 ma wyraźny kształt kielichowy. Stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia jest typowy i wynosi 2,5.

Za pomocą wiązki laserowej o takiej samej mocy i takim samym współczynniku zogniskowania, jednak o szczególnie wysokim współczynniku promieniowania K = 0,8, otrzymuje się zgrzeinę 16’ o kształcie przedstawionym na fig. 4A liniami ciągłymi. Stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia wynosi przy tym 2,0. Ta bardziej korzystna proporcja przy mniejszym wypaczeniu ścianki ogniwa, osiągana jest jednak przy prawie o 25% mniejszej szerokości połączenia pomiędzy żebrem 10 i tylną ścianką 4A.

W przykładzie wykonania ukazanym na fig. 4B ukazany jest kształt ściegu, osiągnięty przy użyciu tego samego źródła promieniowania laserowego i przy takich samych parametrach ogniskowania, jak w przykładzie wykonania ukazanym na fig. 4A, jednak przy użyciu wiązki laserowej, spolaryzowanej prostopadle do kierunku zgrzewania, która sprawia, że w następstwie promieniowania, które wskutek efektu Brewstera oddziałuje we wzmocniony sposób na boczne powierzchnie ściegu, osiąga się znaczne poszerzenie ściegu. Ścieg jest oznaczony odnośnikiem 16”. Stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia wynosi tutaj około 1,6. Objętość ściegu jest w tym przypadku tego samego rzędu, co przy zgrzewaniu ukazanym na fig. 4A, jednak szerokość połączenia jest większa prawie o 25%.

Szczególnie korzystny stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia wynosi 1,5 i dotyczy przypadku ukazanego na fig. 4C, gdzie złącze zgrzewane oznaczone jest odnośnikiem 16’”. Szerokość połączenia jest w tym przypadku o 50% większa niż w przypadku złącza przedstawionego na fig. 4B. Przedstawiony tutaj kształt ściegu 16”’ osiągnięto za pomocą szczególnego ukształtowania wiązki pochodzącej z tego samego źródła promieniowania, jak w przypadku złącza zgrzewanego według fig. 4B. Wiązka laserowa jest tutaj za pomocą układu luster tak ukształtowana, że powstają jednocześnie dwa ogniska, przesunięte o około 0,5 mm. Taki kształt ściegu można uzyskać również za pomocą skanowania z wysoką częstotliwością lustra ogniskującego przy amplitudzie wynoszącej na przykład 0,5 mm.

Na figurach przedstawione jest również ukształtowanie ogniw elektrolitycznych 2 w dolnej części z wlotem elektrolitu. Wprowadzanie elektrolitu może być punktowe lub realizowane za pomocą tak zwanego rozdzielacza wlotowego. Rozdzielacz wlotowy ma przy tym postać rury umieszczonej w elemencie zaopatrzonym w otwory. Ponieważ jeden płaszczowy element korpusu jest podzielony na segmenty za pomocą żeber 10, stanowiących połączenie między tylnymi ściankami 3A względnie 4A i elektrodami 8, 9, optymalny rozkład stężeń osiąga się wówczas, gdy oba płaszczowe elementy 3, 4 korpusu są zaopatrzone w jeden rozdzielacz wlotowy, przy czym długość rozdzielacza wlotowego, umieszczonego w płaszczowym elemencie korpusu, odpowiada szerokości płaszczowego elementu korpusu, zaś każdy segment jest zasilany elektrolitem przez co najmniej jeden otwór w rozdzielaczu wlotowym. Suma powierzchni przekroju otworów w rozdzielaczu wlotowym powinna być przy tym mniejsza lub równa wewnętrznemu przekrojowi rury rozdzielacza.

Jak widać na fig. 1, oba płaszczowe elementy 3, 4 korpusu są w obszarze kołnierzowym zaopatrzone w skręcone ze sobą kołnierze. Tak zbudowane ogniwa są albo zawieszone, albo postawione w nie przedstawionym ruszcie. Zawieszenie lub wstawienie w ruszt odbywa się za pomocą nie przedstawionych, znajdujących się na kołnierzach, urządzeń mocujących. Elektro188 243 lizer 1 może składać się z jednego ogniwa, korzystnie z kilku ogniw elektrolitycznych 2, umieszczonych w rzędzie na zasadzie stosu podwieszonego. Jeżeli ściśnie się ze sobą kilka ogniw elektrolitycznych na zasadzie stosu podwieszonego, wówczas muszą one być ustawione równolegle względem siebie przed zamknięciem urządzenia zaciskowego, ponieważ w przeciwnym razie prąd nie mógłby przechodzić z jednego ogniwa elektrolitycznego do następnego przez wszystkie paski stykowe 7. Aby móc ustawić ogniwa równolegle po ich zawieszeniu lub wstawieniu w ruszt, konieczne jest, by elementy, które w stanie pustym mają zwykle ciężar około 210 kg, dawały się łatwo poruszać. Aby spełnić ten warunek, nie przedstawione uchwyty względnie powierzchnie podparcia, znajdujące się na ramie lub ruszcie, są pokryte powłokami. Uchwyty znajdujące się na kołnierzowej ramie ogniwa są pokryte tworzywem sztucznym, na przykład polietylenem, polipropylenem, polichlorkiem winylu, perfluorowanym alkoksyalkanem, perfluorowanym kopolimerem etylen/propylen, kopolimerem etylen/tetrafluoroetylen, polifluorkiem winylidenu lub politetrafluoroetylenem, którym pokryte są również powierzchnie podparcia ogniw na ruszcie. Tworzywo to może być przy tym tylko nałożone i poprowadzone w rowku ewentualnie połączone z podłożem za pomocą połączenia klejonego, zgrzewanego lub skręcanego. Istotne jest jedynie unieruchomienie nakładki z tworzywa sztucznego. Styk dwóch powierzchni z tworzywa sztucznego, znajdujących się w ruszcie, na tyle ułatwia przemieszczanie pojedynczych ogniw, że ich równoległe ustawienie można przeprowadzać ręcznie, bez pomocy dodatkowego urządzenia podnośnikowego lub przesuwowego. Przy zamykaniu urządzenia zaciskowego, dzięki łatwości przesuwania ogniw w ruszcie, ustawiają się one płasko na całej tylnej ściance, co stanowi warunek równomiernego rozkładu prądu. Ponadto w ten sposób ogniwo jest odizolowane elektrycznie względem rusztu.

Fig. 2

188 243

Fig.3D Fig.3C Fig.3B Fig.3A

188 243

188 243

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektrolizer do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca, z kilkoma ustawionymi obok siebie w stosie i stykającymi się elektrycznie, płytkowymi ogniwami elektrolitycznymi, z których każde ma korpus złożony z dwóch połówek w postaci płaszczowych elementów z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaopatrzonych w zewnętrzne paski stykowe na co najmniej jednej tylnej ściance korpusu, przy czym korpus zawiera doprowadzenia i odprowadzenia prądowe, urządzenia do doprowadzania elektrolitów i odprowadzania produktów elektrolizy oraz mającą w zasadzie płaską powierzchnię anodę i katodę, przy czym anoda i katoda są oddzielone od siebie przegrodą i ustawione równolegle do siebie oraz połączone przewodząco z przyporządkowaną im tylną ścianką korpusu za pomocą metalowych usztywnień w postaci pokrywających się z paskami stykowymi żeber, których boczne krawędzie przylegają do tylnej ścianki i anody względnie katody na całej wysokości tych elementów, znamienny tym, że paski stykowe (7) mają w przekroju kształt litery U, przylegającej podstawą do tylnej ścianki (4A), zaś w środkowym obszarze tej podstawy są na całej wysokości połączone przewodząco z tylną ścianką (4A) i odpowiednim żebrem (10) za pomocą połączenia trzyczęściowego, którego obszar w przekroju rozciąga się kielichowo do wewnątrz, począwszy od podstawy litery U.
2. 2. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że żebra (10) są na całej swej wysokości połączone przewodząco z anodą względnie katodą.
3. 3. Elektrolizer według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że żebra (10) mają ciągłą powierzchnię.
4. 4. Elektrolizer według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że żebra (10) są zaopatrzone w otwory lub szczeliny (13,14,15).
5. 5. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera rozdzielacz wlotowy do wprowadzania elektrolitów w płaszczowe elementy (3, 4) korpusu.
6. 6. Elektrolizer według zastrz. 5, znamienny tym, że rozdzielacz wlotowy jest zaopatrzony w otwory, przy czym każdy segment jednego płaszczowego elementu (3, 4) korpusu jest zasilany świeżym elektrolitem przez co najmniej jeden otwór w rozdzielaczu wlotowym, zaś suma powierzchni otworów w rozdzielaczu wlotowym jest mniejsza lub równa powierzchni przekroju rozdzielacza wlotowego.
7. 7. Sposób wytwarzania elektrolizera do wytwarzania gazów z grupy fluorowców z wodnego roztworu halogenku litowca, z kilkoma ustawionymi obok siebie w stosie i stykającymi się elektrycznie, płytkowymi ogniwami elektrolitycznymi, z których każde ma korpus złożony z dwóch połówek w postaci płaszczowych elementów z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaopatrzonych w zewnętrzne paski stykowe na co najmniej jednej tylnej ściance korpusu, przy czym korpus zawiera doprowadzenia i odprowadzenia prądowe, urządzenia do doprowadzania elektrolitów i odprowadzania produktów elektrolizy oraz mającą w zasadzie płaską powierzchnię anodę i katodę, przy czym anoda i katoda są oddzielone od siebie przegrodą i ustawione równolegle do siebie oraz połączone przewodząco z przyporządkowaną im tylną ścianką korpusu za pomocą metalowych usztywnień w postaci pokrywających się z paskami stykowymi żeber, których boczne krawędzie przylegają do tylnej ścianki i anody względnie katody na całej wysokości tych elementów, w którym to sposobie poszczególne korpusy ogniw montuje się z dwóch płaszczowych elementów, wstawiając pomiędzy nie wymagane urządzenia, katodę i anodę oraz przegrodę i mocując je za pomocą metalowych usztywnień w kształcie żeber, po czym łączy się ze sobą przewodząco anodę i korpus względnie katodę i korpus, znamienny tym, że metaliczne i przewodzące prąd elektryczny połączenie żebrowych usztywnień z przyporządkowaną im tylną ścianką i paskiem stykowym oraz

   188 243 anodą względnie katodą wykonuje się za pomocą redukcyjnej metody spiekania lub za pomocą zgrzewania.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że do zgrzewania stosuje się wiązkę laserową.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że przy zgrzewaniu wiązką laserową polaryzuje się ją prostopadle do kierunku zgrzewania, zmniejszając znacznie stosunek górnej szerokości ściegu do szerokości połączenia.
10. 10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że wiązkę laserową formuje się za pomocą układu luster, wytwarzając jednocześnie co najmniej dwa ogniska, przesunięte względem siebie o zadany wymiar.
11. 11. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że wiązkę laserową skanuje się o zadany wymiar poprzecznie do kierunku zgrzewania za pomocą mechanizmu skanującego 0 wysokiej częstotliwości, korzystnie wibratora kwarcowego.