SE418508B - Elektrodpaket avsett att anvendas i en cell, i vilken en elektrokemisk reaktion utfores samt anvendning av detsamma i en membrancell i en elektrolysorcell av filterpresstyp - Google Patents

Description

PJ 'J1 30 35 7903503-5 2 Elektroderna utformas ofta som genomströmningselektroder för att ge största möjliga yta och för att membranet skall kunna läggas så nära elektroden som möjligt. Man har också återgått till fil- terpressceller, då dessa passar bättre ihop med de tvådimensionel- la membranen. Ett problem har dock varit underhållet. önskemålet har varit att undvika att bli tvungen att stänga av en hel cell- rad, medan man reparerar t.ex. ett trasigt membran eller något iannat fel. En föreslagen lösning på detta är att utforma varje elektrodpar som ett individuellt utbytbart paket, t.ex. som an- givits i USP 4 056 458.

Ett genomgående drag hos alla dessa lösningar är dock att de är mycket hårt anpassade till en process, vanligtvis k1or-alka- liframställning. De är sällan lämpade för andra elektrokemiska processer. Speciellt kännbart blir detta när volymerna är små och produkterna inte längre kan bära kostnaden för specíalanpassa- de konstruktioner. Framförallt visar sig detta inom den organiska elektrokemin, där många i och för sig lovande processer har hål-7 lits tillbaka av tvånget att även konstruera en lämplig elektro- lysutrustning.

En flexibel, mångsidigt användbar cell mäste uppfylla delvis andra krav än en klorcell. Gemensamt är kravet på små elektrod- avstånd och önskvärdheten av någon form av paketprincip. Elek- troderna måste dock vara enkelt utbytbara, då olika processor kräver olika elektrodmaterial. Dessutom måste cellen vara konstru- erad 1 ett material som motstär korrosion I sä många tänkbara eloktrolyter som möjligt. Det är också känt, att många metaller stör elektrodprocesserna och leder till förgiftningar av elek- troderna. Det vore alltså mycket önskvärt med en cell i ett inert plastmaterial. Kan komponenterna i cellen formsprutas, kan man uppnå den precision, som krävs för att få ordentlig tätning, och undvika för stora potentialgradienter över elektrodytan på grund av varierande elektrodavstånd. Dessutom kommer priset att kunna hållas lågt, om serierna blir något så när långa. Formsprutníng förutsätter dock att antalet olikformade delar kan hållas lagt.

Allt detta möjliggöres genom det nya elcktrodpakclet enligt föreliggande uppfinning. Detta uppnås i sin tur genom att elektrod- paketet har givits de kännetecken som framgår av bifogade patent- krav. g _ _i_i_~_l_____-l .~~~.

Det kännetecknande för elektrodpaketet enligt uppfinningen är sålunda att det innefattar en í huvudsak plan olcktrod, som 10 15 20 30 35 7903503-5 3 längs sin periferikant är omgiven av och insatt mellan tva mot varandra anliggande, i huvudsak plana innerramar, varvid elek- troden är lägesfixerad däremellan, företrädesvis genom att den vilar 1 urtag vid ramarnas innerkant, att det inuti varje innerram finns ett galler, som är så dimensionerat att det täcker den cen- trala öppníng som definieras av innerramen, att nämnda öppning grän- sar mot urtag i innerramen, vilka urtag bildar en kammare för in- kommande elektrolyt och en kammare för utgående elektrolyt, varvid elektroden och ínnerramarna företrädesvis är i huvudsak rektangu- lära och nämnda kammare är placerade i innerramens undre respektive övre kant, att de båda innerramarna i sin tur längs sin periferi- kant är omgivna av en i huvudsak plan ytterram, vilken uppvisar minst ett hål för ínmatning och minst ett hål för utmatning av elektrolyt, där åtminstone ett av respektive hål via var sin kanal i ytterramen samt via in- resp. utloppskanaler i innerramarna står i förbindelse med innerramarnas respektive kammare, att ytterramen vid sin inre kant är låst mellan de båda innerramarna medelst lås- organ, vilka företrädesvis är anordnade enbart på ínnerramarna för att direkt låsa dessa vid varandra, att åtminstone den ena av in- nerramarna på den mot elektroden vända sidan i kammaren för inkom- mande elektrolyt är försedd dels med en klackliknande upphöjning, som är avsedd att tjäna som anslagsyta för den inkommande elektro- lyten och fördela denna i sidled, dels med ett flertal strypnings- organ För elektrolyten, företrädesvis upphöjningar, mellan vilka det bildas kanaler ln till den centrala öppningen, all alminulnnu den andra av innerramarna i kammaren för utgående elektrolyt är försedd med ett flertal av nämnda strypningsorgan, företrädesvis upphöjningar, samt att innerramarnas galler utgöres av i två plan liggande ribbor, vilka bildar sned vinkel med till elektroden in- matat elektrolytflöde. 4 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är de båda innerramarna och ytterramen av en formsprutbar polymer och formsprutade var för sig i två separata verktyg. Innerram och galler utgör härvid en sammanhängande enhet och gallret sitter lämpligen fast i innerkanten på innerramens centrala öppning.

Den nya elektrodpaketkonstruktionen innebär sålunda att det nu för första gången blivit möjligt att tillverka syntes- celler av formsprutade ramdelar. Formsprutningstekniken blir genom den nya konstruktionen ekonomiskt försvarbar genom att en rad tekniska funktioner, som krävs för ett brett processomräde, 10 15 20 25 }O 55 40 7903503-5 är inbyggda i endast två ramdelar, vilka omsluter elektroden (endast två formverktyg).

Genom föreliggande uppfinning nedbringas sålunda antalet olikformade och för cellens funktion kritiska konstruktione- element till ett minimum, vilket är ett ekonomiskt villkor, efter- som formsprutningsverktygen är dyra. Ett stort antal identiska de- taljer kan emellertid till låg kostnad framställas i varje verk- tyg för sig, och inte minst viktigt är att detaljmaterialet kan väljas med tanke på resistens mot processkemikalier. Exempelvis kan material av typen polyvinylfluorid eller polyvinylidenfluo- rid (t.ex. "Dyflor 2000" eller "Kynar"), som är i det närmaste omöjligt att maskinbearbeta till konstruktionselement med tunna tvärsektioner och höga krav på toleranser, användas. För att åstadkomma god tätning av cellen, fixering och tätning av mem- bran, fixering av elektroden, små måttavvikelser i elektrod- avstånd och framför allt ett elektrolytfördelningssystem och barriärsystem för kontrollerad och Jämn flödesfördelning är det helt nödvändigt att sätta mycket höga måttstoleranskrav på de detaljer i en cellkonstruktion som omfattas av dessa funktioner.

Formsprutningstekniken är den enda tillverkningsmetod som klarar dessa krav för denna typ av material. Även om polyvinylidenfluorid ovan har angivits som ett speciellt lämpligt material, kan ramarna mycket väl sprutas i andra material, t.ex. polypropen, polystyren, nylon, etc., dvs. av vilken som helst formsprutbar plast.

Genom den speciella elektrolytfördelningsutformningen av innerramarna, vilket har kunnat åstadkommas genom formsprutnings- teknikens precisionsmöjligheter, har ett väl definierat s.k. pluggflöde kunnat erhållas genom cellen. Med elektrolytfördel- ningsutformning avses sålunda i föreliggande fall innerramarnas klackliknande upphöjning, vilken lämpligen är så hög att den ligger an mot den motstående innerramen, samt strypningsorgan, vilka företrädesvis utgöres av ett flertal mindre upphöjningar, mellan vilka det bildas kanaler in till elektroden. Även sist- nämnda upphöjningar bör vara så höga att de ligger an mot elek- troden eller den motstående innerramen. I och med att det ovan omtalade fallet med enbart två formverktyg (för inner- resp. ytterram) naturligtvis representerar idealfallet, är en föredragen utföringsform av uppfinningen identiskt lika innerramar. Detta innebär naturligtvis i sin tur att såväl de klaokliknande upp- lO 15 20 25 BO 35 40 7903503-5 höjningarna som strypningsorganen finns på båda innerramarna och är så höga att de i det hopsatta clektrodpaketet ligger an mot varandra.

Den klackliknande upphöjningens bredd anpassas efter in- gående elektrolytström, dvs. så att denna avledes i sidled i båda riktningarna ända fram till den yttersta kanalen in till elektroden. Elektrolytfördelningsutformningen gör att synner- ligen jämn fördelning av elektrolyt över hela elektroden erhål- les, dvs. såväl över hela elektrodens bredd som över elektroden i höjdled. Pluggflödet innebär sålunda att elektrolytflödet över elektroden har i huvudsak rak front.

Innerramarnas galler, som företrädesvis utgör en del av själva ramarna, tjänar flera viktiga syften. Genom att gallret utgöres av i två plan liggande ribbor kommer turbulens att ut- vecklas därigenom att flödet omväxlande tvingas att passera över och under nämnda ribbor. Det faktum att ribborna bildar sned vinkel med det till elektroden inmatade elektrolytflödet inne- bär att gasavgången underlättas, då några gasbubblor inte fast- nar i gallret. En speciellt föredragen vinkel för ribborna i för- hållande till elektrolytflödet är mellan ca 30 och 600, t.ex. ca 50°. I det fall det är fråga om en membrancell utgör gallret dessutom ett stöd för det membran som avskiljer katod- och anod- elektrolyt. Gallrets utformning förbättrar genom sin påverkan av elektrolytflödet utbytet vid reaktionen, eftersom det ger förut- sättningar för en jämn strömbelastning över hela elektrodytan, och det förbättrar även masstransporten.

Ytterramen har som första funktion att ge plats för hål för in- och utmatning av elektrolyt till resp. från cellen. Desa hål är lämpligen placerade nedtill resp. upptill på ramen. Från dessa hål går sedan åtminstone en fördelningskanal till innerramarnas in- resp. utloppskanaler.

I syntesceller av ovan beskrivet slag krävs ofta en delning av elektrolytsystemet genom ett membran, så att man får ett elek- trolytflöde fördelat runt anoden och ett runt katoden. Detta in- nebär således två separata elektrolytkretsar, som skall ledas in och fördelas efter ett regelbundet system i cellen. Enligt den kända tekniken har detta hittills inneburit behov av ett större antal olikformiga konstruktionselement. Vid den speciellt före- dragna utföringsform av föreliggande uppfinning som innebär att ytterramen uppvisar två hål för inmatning och två hål för utmat- 10 15 20 m m 30 35 40 7903503-5 ning av elektrolyt samt att endast ett av respektive hål står i förbindelse med innerramarna via en fördelningskanal, klaras dessa två funktioner av en och samma detalj. Enbart genom att varannan ytterram vrides 1800, kan elektrolyten fördelas växel- vis till anod- resp. katodelektrolytutrymmen. I och med denna vridning av ytterramen kommer även elektrodens strömtillcdare, vilka kommer att omtalas mera neda, att växelvis utgå åt ena eller andra sidan, vilket i hög grad underlättar sammankopplingen av dessa för parallell- och seriekoppling. Även större antal hål för in- och utmatning av elektrolyt är tänkbart i de fall fler än två olika elektrolyter skall fördelas i cellen, exempelvis vid elektrodialys.

En annan viktig funktion som är inbyggd i ytterramen har samband med användning av elektrodpaketet i en membrancell.

Ytterramen är härvid på sin ena sida försedd med ett flertal, t.ex. tre, runtomgående eggar eller upphöjningar. Härigenom upp- nås kombinerad inspänning och avtätning av membranet. Mot eggar~ na infästes sålunda det membran, som avskiljer elektrolytrummen, på ett enkelt sätt genom att man helt enkelt pressar membranet mot eggarna. Denna infästning ger kombinerad egg- och labyrint- tätning, där eggtätningen innebär effektivt utnyttjande av mem- branarean och labyrinttätningen innebär att risken för läckage till det yttersta spåret, efter sista eggen, och därmed ut ur elektrolytrummet blir ytterst liten. Genom den framtagna utform- ningen har sålunda den erforderliga membranytan kunnat minimeras i förhållande till elektrodytan, vilket är av stor ekonomisk be- tydelse, eftersom membrankostnaden är en i sammanhanget dyr post.

Tätningen kan dessutom åstadkommas utan användning av tätnings- massor, packningar eller O-ringar, vilket får anses vara ett be- tydande framsteg jämfört med dagens teknik.

Låsorganen för låsning av innerramarna vidiytterramen ut- göres lämpligen av minst två på insidan av vardera innerramen placerade han- resp hondelar utformade i ett stycke med inner- ramarna, eftersom sådana låsorgan ger mycket enkel montering.

Företrädesvis har låsorganen dessutom inbördes olika konfigura- tion, varigenom man undviker att ramarna vid montering kan vändas fel. Låsningen sker sålunda företrädesvis genom att de båda innerramarna låses direkt vid varandra, varvid inner- ramarna sjunker in í spår på ytterramens innerkant och därmed 10 15 20 30 35 7903503-5 fixeras i sid- och höjdled. Uppfinningen är dock inte begränsad till nämnda låsning utan andra alternativ är naturligtvis tänk- bara. Sålunda kan t.ex. de båda innerramarna medelst lñsorgan vara låsta direkt vid vardera sidan av ytterramen.

Den ovan beskrivna paketprincipen med en ytter- och två innerramar kring varje elektrod torde vara unik och underlättar hanteringen väsentligt. Principen möjliggör dessutom hantering av en hel stapel, sammansatt av ett flertal elektrodpaket, som en enhet. Trots paketprincipen innebär dock uppfinningen att elektroder och membran mycket lätt kan demonteras och bytas ut, vilket måste anses vara ett mycket väsentligt bidrag till tek- niken på området. ' Användningen av ytterramen enligt uppfinningen innebär ännu en fördel därigenom att den möjliggör uttag av elektrodens ström- tilledare via hål genom ramens kant. Härigenom elimineras prak- tiskt taget helt de tätningsproblem som vanligen förekommer i Sflmbflkpjl med Stfömtillpeflflre- ___, ._ Enligt en speciellt föredragen utföringsform av uppfin- ningen är elektrodens strömtilledare placerade på dess ena sido- kant och hålen i ytterramen resp. innerramarna för genomföring av strömtilledarna på motsvarande sätt gjorda i ytterramens resp. innerramarnas sidokant. Genom koppling direkt i sidled mel- lan seriekopplade elektroder uppnås fördelen med kort strömöver- föring, vilket medför liten ledararea, och goda kylningsmöjlig- heter. Strömtilledarna ges dessutom lämpligen cirkulärt tvärsnitt, vilket också bidrar till att de blir lättare att täta av än tl~ digare förekommande strömtilledare, vilka vanligen har haft formen av platta tungor anordnade på elektrodplattan och uppskjutande från dess övre kant. Genom vridning av varannan ytterram 1800 upp- nås dessutom den ovan omtalade fördelen med strömtilledare som växelvis utgår åt ena eller andra sidan.

Uppfinningen avser även användning av det ovan beskrivna elektrodpaketet i en membrancell i en elektrolysör av filter- presskonfiguration, där dess fördelar torde vara uppenbara för en fackman på området.

Uppfinningen kommer att belysas ytterligare i anslutning till bifogade ritningar, på vilka: fig. lA visar en frontvy av innerram, fig. lB visar ett snitt sett ovanifrån av samma ram¿_och fig. lC visar ett snitt 10 15 20 25 35 7903503-5 sett från sidan av nämnda ram; _ fig. ZA visar en frontvy av ytterramen, fig. ZB visar ett snitt av samma ram sedd från sidan, och fig. ZC visar en del av baksidan av nämnda ram; fig. 3 visar en elektrodplatta; fig. 4 visar en frontvy av ett elektrodpaket enligt upp- finningen; fig. 5 visar en sidovy av ett helt cellpaket med ett fler- tal elektrodpaket anordnade bredvid varandra; fíg. 6 visar cellpaketet enligt fig. S sett ovanifrån; fíg. 7 visar ett tvärsnitt av detalj A från fig. 5; fíg. 8 visar ett tvärsnitt av detaljcn B från fig. 6; fig. 9A visar ett tvärsnitt genom en cell med genomström- ningselektrod, och fig. 9B och 9C visar olika strömningsbilder för celler med genomströmningselektroder; fig. 10A visar ett tvärsnitt genom en bipolär cell, och fig. l0B visar en strömningsbild för en bipolär cell; och fig. ll schematiskt visar elektrisk uppkoppling och två se- parata elektrolytsystems uppdelning och utformning för en hel cellenhet.

Fig. 1A visar en ínnerram 1 med rektangulär form och med ett inlopp 2 nedtill och ett utlopp 3 upptill för elektrolyt.

Vid den visade utföringsformen är in- och utloppet spår i ramen anordnade på mitten av dess nedre kant 4 resp övre kant 5. Den nedre kanten 4 är så bred att den rymmer en fördelningskammare 6, i vilken elektrolytströmmen hinner fördelas på ett jämnt flö- de innan den matas in i elektrolysrummct i kontakt med elektro- den. I fördelningskammaren 6 mitt för inloppet 2 finns en klack 7, vilken elektrolytströmmen är avsedd att stöta emot och för- delas i sidled. Kammaren 6 gränsar mot den av ramen l definiera- de öppningen 8, vilken är avsedd att ge tillträde för elektrolyten till elektroden, och vid kanten av öppningen 8 är kammaren 6 för- sedd med ett flertal upphöjningar 9, vilka tjänar som strypning- ar för att öka elektrolytens tryckfall. Vid den visade utförings- formen är dessa upphöjníngar jämnt fördelade men uppfinningen är naturligtvis inte inskränkt till någon speciell fördelning eller något speciellt utseende för upphöjningarna. Mellan dessa upphöj- ningar bildas sålunda kanaler 10, som ger upphov till synnerligen jämn__elektrolytfördelning med pluggflöde. Den visade utförings- 10 15 20 30 7903503-5 formen av ínnerramen är även i sin övre kant S försedd med en kam- mare ll, med ett flertal upphöjningar l2, vilka företrädesvis är jämnt fördelade och ligger i linje med upphöjníngarna 9 i den nedre kammaren 6 för att strömningsbilden skall bli ännu mera homogen.

Innerramens öppning 8 är täckt av ett galler 13, vilket vid den visade utföringsformen föreligger i ett stycke med ramen och är fästat vid innerkanten på innerramens centrala rektangulära öppning 8. Såsom framgår av ritningen utgöres gallret 13 av sned- ställda ribbor 14, 15, där den ena raden av med varandra parallella ribbor 14 ligger i ett plan och den andra raden av med varandra liggande parallella ribbor 15 ovanpå den första raden i ett plan som är parallellt med det plan som bildas av den första raden av ribbor 14. Vid den visade utföringsformen av galler är vinkeln u mellan ribborna 14 resp 15 och det inmatade elektrolytflödet, eller ramens längdriktning, ca 500.

Innerramen 1 är slutligen í sin nedre resp övre kant 4 resp 5 försedd med vardera två låsorgan ló och 17. Dessa låsorgan 16 och 17 är inbördes olika, varigenom man undviker att ramarna vid montering i ytterramen vändes fel. vid 31A visas dessutom ur- tag avsedda för genomföring av elektrodens strömtilledare.

Pig. lB visar ett snitt taget utefter linjen B-B i fig. lA, och Pig. lC visar ett snitt efter linjen A-A i fig. 1A. Den sida av ramen l som är vänd bort från elektroden är sålunda i prin- cip en slät ram, vars öppning 8 är täckt av gallret 13, som företrädesvis är formsprutat i ett stycke med ramen i övrigt.

Pig. ZA visar en ytterram 20, vilken nedtíll uppvisar två hål Zl och 22 för inmatníng av elektrolyt och på motsvarande sätt upptill uppvisar två hål 23 och 24 för uttag av elektrolyt.

Från dessa hål leder fördelningskanaler 25 och 26 (i detta fall visade från hålen 22 resp 24) till den av ytterramen 20 definie- rade öppningen 27, vilka kanaler är avsedda att stå i förbindel- se med innerramarnas inlopp Z resp utlopp 3. Ramen 20 är dess- utom försedd med runtomgående upphöjningar eller eggar 28, i detta fall tre stycken, vilka fungerar som s.k. labyrinttätning och infästning för ett membran i en membrancell. I figuren visas också spår 29 och 30 för O-ringtätningar för hälen Zl-24 resp ramen 20.

Fig. ZB visar ett snitt taget utefter linjen A-A i fig. ZA, och förutpm_de iwfig. ZA visade detaljerna syns här två genopï 10 15 20 30 7903503-5 10 ramens 20 sidokant genomgående hål Sflšavsedda för genomföring av elektrodens strömtilledare.

Fig. ZC visar del av baksidan av ytterramen 20 frän fig.

ZA med hålen 23 och 24 samt öppningen 27. Såsom framgår av Figu- ren är baksidan slät, dvs ej försedd med de runtomgående cggarna za. ” Fig. 3 visar en homogen,rektangu1är elektrodplatta 32 av- sedd att placeras mellan innerramarna l, varvid den lämpligen är något större än öppningen 8 i innerramarna för att vila i ett runtomgâende spår i dessa. Elektrodplattan 32 är försedd med två strömtilledare 33 i form av rundstänger, vilka är pla- cerade vid den rektangulära elektrodplattans ena långsida och mitt för motsvarande hål 31 i ytterramen.

Fig. 4 visar en frontvy av elektrodpaketet i monterat skick med elektrodplattan 32 anordnad mellan de två innerramarna 1, vilka i sin tur är låsta vid varandra och med ytterramen 20 låst däremellan. Av figuren framgår dessutom 0-ringspâren 29 kring ytterramens hål Zl-24, vilka även kan benämnas elektro- lytstamkanaler, samt 0-ríngspåret 30 utanför de runtomgående eggarna 28 på ytterramen. Ut genom ytterramens 20 långsida stick- er dessutom strömtilledarna 33.

I fig. 5 visas en sídovy av ett helt cellpaket med ett flertal bredvid varandra i filterpresskonfiguration anordnade elektrodpaket 34 enligt uppfinningen, och i fig. 6 visas samma cellpaket sett ovanifrån. Såsom framgår av fig. 6 är strömtill- ledarna 33 omväxlande uttagna genom ytterramarnas ena resp andra lângsida, varigenom varannan elektrodplatta blir positiv och varannan negativ, vilket har markerats i fig. 5.

Fig. 7 visar i tvärsnitt den del i fig. 5 som har markerats med A och fig. 8 visar i tvärsnitt del B från fig. 6.

I fig. 7 visas sålunda två elektrodpaket 34 med mellan- liggande membran 35 och inlagda 0-ringar 36. Övriga visade de- taljer kommer ej att beskrivas närmare utan belyses enbart med hjälp av de tidígare använda hänvisningsbeteckningarna.

Fig. 8 visar ytterramen 20 med eggar 28 och O-ring 36 samt de båda innerramarna l med galler 13 och strömtilledare 33.

Den i ovanstående figurer åskådliggjorda konstruktionen kan sägas avse ett cellutförande för en monopolär, delad (vad avser elektrolyten) cellkonstruktion med fasta, homogena e1ektroder¿__ 10 15 20 30 7903503-5 ll Genom några enkla förändringar av konstruktionens ramdelar, alternativt elektroder, kan dock cellkonstruktionen inom upp- finníngens ram modifieras till bl.a. en monopolär delad cell med porösa genomströmningselektroder. Elektrolytintaget nedtill av- tätas på ena sidan, varvid elektrolyten fördelas upp på endast ena sidan om den porösa elektroden, passerar genom nämnda po- rösa elektrod samt avledes längs motsatta elektrodsidan upptill i cellen. Avtätning upptill sker på motsatt sida jämfört med nedtill. Gallret, vilket även kan kallas stöd för membran, bör naturligtvis ingå även vid denna utföringsform och förutsättes formsprutat tillsammans med innerramen såsom tidigare.

Genomströmningselektroden, vilken t.ex. kan utgöras av porös grafit, porös titan, en nätelektrod, etc., användes vid sådana processer där det är speciellt viktigt att den specifika elektrodyta, som elektrolyten kommer i kontakt med, är stor.

En cell med genomströmningselektrod visas i genomskärníng i fig. 9A, där pilarna visar elektrolytströmningen i cellen.

För tydlighets skull har innerramarnas galler inte utritats i figuren, men såsom omtalats ovan förutsättes detta vara närvaran- de. Ytterramen är som tidigare försedd med hål 22 resp 24 för in- resp utmatning av elektrolyt, vilka hål via kanaler 25 och 26 står i förbindelse med innerramarnas in- resp utlopp. Ytter- ramen uppvisar dessutom O-ringspår 29 och 30 samt eggar 28, mot vilka membranet 35 är inspänt. En porös genomströmningselektrod 32 är anordnad mellan innerramarna 1. Genom att den vänstra innerramen är avtätad nedtill vid 37 och den högra innerramen upptill vid 38, kommer elektrolyten att tränga in i den högra elektrolytspalten 39, passera genom elektroden och in i den vänstra elektrolytspalten 40 samt utträda ur elektrolytkammaren till vänster om elektroden 32.

Olika tänkbara strömningsbilder för celler med genomström- níngselektroder visas schematiskt i fig. 9B och 9C, där elek- troderna är markerade 32 och membranen 35. Elektrodernas ladd- ning är markerade med + eller - och elektrolytströmningen är markerad med pilar. _ En annan modifierad cellkonstruktion inom uppfinníngcns ram är en bipolär delad cell med fasta, homogena elektroder, där man växelvis leder in anolyten (elektrolyt för anodsidans elektrod) pä ena sidan och katolyten på andra sidan om den bi- 10 15 20 ZS 30 35 7903503-5 12 polära elektroden. En sådan bipolär cell visas i tvärsnitt i fig. 10A, där hänvisningsbeteckningarna är desamma som tidigare för detaljer som har visats tidigare. De skillnader som före- ligger i förhållande till tidigare visade utföringsformor är att ytterramens fördelningskanaler 25 och 26 får ändras till det utseende som visas i fig. l0A, dvs med den vänstra elektro- lytkammaren 41 i förbindelse med t.ex. hålen Zl och 23 i ytter- ramen och med den högra elektrolytkammaren 42 i förbindelse med de båda andra hålen 22 och 24 i ytterramen. Dessutom är inner-_ ramarna i såväl övre som undre kammare ll resp 6 försedda med barriärdelar 43 resp 44, som vid montering av de båda inner- ramarna mot varandra avskiljer separata kammare på vardera sidan av elektroden. Ej heller i detta fall är innerramarnas galler visade men förutsättes ingå.

Ett exempel på strömningsbild för en bipolär cell visas schematiskt i fig. l0B, där hänvisningsbeteckningarna och mar- ena elek- keringarna har samma betydelser som i fig. 9B och 9C. Den elektrolyten fördelas sålunda till alla negativa sidor på troden och den andra till de positiva sidorna.

Ytterligare cellvarianter är tänkbara. Gemensamt för dessa (ytter- SOIll cellkonstruktioner är att samma grundkonstruktionselement och innerram) fortfarande användes. De enda modifieringar krävs i formsprutningsverktygen är modifierad kärndragning för fördelningskanalerna eller ett enkelt utbyte av barriärdelen.

I fig. ll visas slutligen schematiskt den elektriska upp- kopplingen och de två separata elektrolytsystemens uppdelning och utformning för en hel cellenhet bestående av sex cellpaket 45 om vardera tjugo celler. Elektrodpaketet enligt uppfinningen är markerat 34, och mellan varje paket finns membran. Ström- tilledare 33 och resp laddningar har markerats. Vid 45 inmatas elektrolyt till alla negativa elektroder, och vid 46 inmatas elektrolyt till alla positiva elektroder. Hänvisningsbeteckningen 47 avser ventiler.

Den avbildade enheten består sålunda av 10-ll parallell- kopplade positiva elektroder och motsvarande parallellkopplade negativa elektroder. Sex staplar av dessa är sedan kopplade i serie.

. Förutom i samband med de inledningsvis omtalade processer- 10 15 20 30 7903503-5 13 na kan elektrodpaketet enligt uppfinningen användas i celler, i vilka man t.ex. framställer följande föreningar: l. Reduktion av oxalsyra till glyoxylsyra.

Vid en sådan process utgörs katolyten av en mättad vatten- lösning av oxalsyra och anolyten av utspädd svavelsyra. Elek- troderna tillverkas lämpligen i bly och cellen förses med ett katjonbytarmembran. Glyoxylsyrahalten bör inte tillåtas över- stiga l mol/dms. Vid en temperatur av 14°C och en strömtäthet av 20 A/dmz uppnåddes ett materialutbyte på 98 % och ett ström- utbyte på 75 %. 2. Oxidation av cerium(III) till cerium(IV).

En svavelsur lösning av cerium(III)sulfat oxideras på en blydioxidanod. Katolyten utgörs av utspädd svavelsyra, katoden av stål och membranet är av anjonbytartyp. Med en ingångskon- centration av 0,1 mol/dmš och en strömtäthet av l A/dmz uppnåddes strömutbyten på 83 %. Utfördes oxidationen i stället på en ce- riumnitratlösníng (0,4 mol/dms) med en anod av platiniserat titan steg strömutbvtet till 89 %.

Dessa processer är dock enbart några exempel på de otaliga reaktioner, för vilka den nya cellkonstruktionen kan utnyttjas. Även om uppfinningen ovan har beskrivits i anslutning till rektangulär form hos elektrod och ramar, varvid samtidigt till den rektangulära formen relaterade uttryck, såsom sidokant, övre och undre kant, kammare, etc., har använts, är den naturligtvis inte begränsad till denna i och för sig fördelaktiga form. Elek- troden och ramarna kan sålunda ges praktiskt taget vilken som helst form utan att man därför avviker från uppfinningsidën. Uttryck- en "sidokant" samt "övre" och "undre" blir då relaterade till elektrodpaketets slutgiltiga användning i en elektrolysör och vad som där får anses utgöra "sidled" resp "uppåt" och "nedåt".

Claims (10)

'7903503-5 14 PATENTKRAV

1. Elektrodpaket avsett att användas i en cell, i vilken en elektrokemisk reaktion utföres, speciellt i en membrancell i en elektrolysör av filterpresstyp, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar en i huvudsak 2 plan elektrod (32), som längs sin periferikant är omgiven av och insatt mellan två mot varandra anliggande, i huvudsak plana innerramar (1), varvid elektroden är lägesfixerad där- emellan, företrädesvis genom att den vilar i urtag vid ramar- nas innerkant, att det inuti varje innerram finns ett galler (13), som är så dimensionerat att det täcker den centrala öppning (8) som definieras av innerramen, att nämnda öppning gränsar mot urtag i innerramen, vilka urtag bildar en kammare (6) för inkommande elektrolyt och en kammare (ll) för utgåen- de elektrolyt, varvid elektroden och innerramarna företrädes- vis är i huvudsak rektangulära och nämnda kammare (6, resp ll) är placerade i innerramens undre respektive övre kant (4, resp 5), att de båda innerramarna i sin tur längs sin periferikant är omgivna av en i huvudsak plan ytterram (20), vilken uppvisar minst ett hål (21, 22) för inmatning och minst ett hål (23, 24) för utmatning av elektrolyt, där ät- minstone ett av respektive hål (22, resp 24) via var sin ka- nal (25, resp 26) i ytterramen samt via in- respektive utlopps- kanaler (2, resp 3) i innerramarna står i förbindelse med innerramarnas respektive kammare (6, resp ll), att yttcrra- men vid sin inre kant är låst mellan de båda innerramarna medelst låsorgan (16, 17), vilka företrädesvis är anordnade enbart på innerramarna för att direkt låsa dessa vid varandra, att åtminstone den ena av innerramarna på den mot elektroden vända sidan i kammaren (6) för inkommande elektrolyt är för- sedd dels med en klackliknande upphöjning (7), som är avsedd att tjäna som anslagsyta för den inkommande elektrolyten och fördela denna i sidled, dels med ett flertal strypningsorgan (9) för elektrolyten, företrädesvis upphöjníngar, mellan vil- ka det bildas kanaler (10) in till den centrala öppningen (8), att åtminstone den andra av innerramarna i kammaren (11) för utgående elektrolyt är försedd med ett flertal av nämnda stryp- ningsorgan (12), företrädesvis upphöjníngar, samt att inner- ramarnas galler utgöres av i två plan liggande ribbor (14, 15), 7903503-'5 15 vilka bildar sned vinkel med till elektroden inmntat elektro- lytflöde.

2. Elektrodpaket enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att ytterramen (20) på sin ena sida är försedd med ett flertal runtomgående eggar eller upphöjningar (28) av- sedda för infästning av ett membran (35) genom att detta pressas mot nämnda eggar eller upphöjningar.

3. Elektrodpaket enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att varje ínnerram (1) och ytterramen (20) är formsprutade av en polymer var för sig med alla ingående element i en integral enhet.

4. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att ytterramen (20) uppvisar två hål (21, 22) för inmatning och två hål (23, 24) för utmatníng av elektrolyt, och att endast ett av respektive hål (22, resp 24) står i förbindelse med kanalen (25, resp 26) i ytterramen, vilket möjliggör användning av samma ytterram, genom vrid- ning 1800, för fördelning av elektrolyt till (från) olika elektrolytkammare vid användning av elektrodpaketet i t.ex. en membrancell i en elektrolysör av filterpresstyp.

5. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att elektrodens (32) strömtill- ledare (33) är placerade så att de vid elektrodpaketets slut- giltiga användning i en elektrolysör är avsedda att skjuta ut i sidled, och att såväl ínnerramarnu (1) som ytterrumen (30) är försedda med motsvarande urtug (3lA, resp SJB) för genomföríng av strömtilledarna.

6. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att båda ínnerramarna (l) vardera uppvisar två kammare, dvs kammare (6) för inkommande elektro- lyt och kammare (ll) för utgående elektrolyt.

7. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att låsorganen (16, 17) utgöres av vardera minst två på insidan av innerramarna placerade hon- respektive handelar, vilka inbördes har olika utformning, vari- genom undvikes att ramarna vid montering vändes fel, och att ytterramen (20) är fixerad mellan de båda innerramarna (1) med hjälp av urtag vid innerramarnas ytterkant.

8. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att gallrets ribbor (14, 15) bil- 7903503-5 16 dar en vinkel av mellan cirka 30 och 600 med det inmatade elektrolytflödet.

9. Elektrodpaket enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att båda ínnerramarna uppvisar varsin klackliknande upphöjning (7) i kammaren (6) för in- kommande elektrolyt, vilka upphöjníngar ligger an met var- andra. _

10. Användning av elektrodpaketet enligt något av kraven 1-9 i en membrancell i cn elektrolysör av filter- presstyp.