SU869564A3 - Система электродов дл электрохимических чеек - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к химическому машиностроению и, в частности, касаетс  систем электродов дл  электрохимических  чеек.

Известна система электродов дл  электрохимических  чеек, содержаща , по меньшей мере, один электродный рулон, образованный путем намотки деформируемого материала в спираль, а деформируемый материал состоит из расположенных поочередно электродных и изол ционных слоев, по меныией 5мере один из изол ционных слоев  вл етс  ионопроницае1ллм, а электрод- ,, ные и изол ционные слои имеют форму и структуру, позвол ющие течение электролита через электродный рулон l .

Недостаток известной системы электродов - относительно невысокие технологические показатели.

Цель изобретени  - повышение технологических показателей электрохимических  чеек за счет обеспечени  большого соотношени  поверхности электродов с объемом  чейки и равно-., мерного распределени  разности потенциалов в самой системе.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что электродные слои смещены

по оси .относительно друг друга, так что у каждого осевого конца рулона имеетс  полосообразна  поверхность дл  подвода электрического тока, при этом кажда  продольна  сторона расположенных друг под другом слоев имеет полосообразный слой из электропроводного материала, которьй перекрывает один продольный конец

10 одного электрода и находитс  с ним в непосредственном электрическом контакте.

Полосообразные слои из электропроводного материала  вл ютс  непрони5 цаемлми дл  электролита, а их толщина выбираетс  из услови  уплотнени  ими обоих концов рулона в осевом направлении.

Система содержит полую ось, вокруг которой намотан электродный рупон , причем ось имеет отверсти  дл  протока электролита из оси в рулон.

Система содержит, по меньшей мере, одну пару электродных рулонов, расположенных на полой оси и имеющих зазор между отдельными рулонами, который уплотн етс  герметичной лентой .

Claims (5)

1. Электродные рулоны имеют, по меньшей мере, одну пару электродных елоев дл  бипол рных операций, кажда  пара состоит из множества перфорированных электродных полос, намотанных вокруг оси на рассто нии друг от друга, а кажда  полоса одного сло  перекрывает две половины смежных полос другого электродного сло . На фиг. 1 схематически изображена Система электродов, поперечный разрез на фиг. 2 - то же, изометри ; на фиг. 3.- то же, поперечный разрез на фиг. 4 - некоторые структуры мате риалов, примен емых дл  изготовлени  электродов или изол ции, на фиг. 5 система электродов, вид сверху на фиг. 2, где каждый электрод имеет только одно электрическое соединение (иэолирукмцие материалы не изобра жены) ; на фиг. 6 - система электродов , вид сверху на фиг. 1, где кажды электрод имеет несколько электрических соединений (изолирующие материал не показаны); на фиг. 7 схематически изображена система электродов, поперечный разрез с сегментными электродами (до наматывани  электродной сис темы) дл  бипол рного режима работы На фиг. 8 - электрохимическа   чейка с электродными рулонами, поперечный разрез на фиг. 2; на фиг. 9 - система электродов до наматывани , примен ема  при втором варианте выполнени электрохимической  чейки, вид .сверху и поперечный разрез; на фиг. 10 - . то же, после наматывани , изометри , на фиг. 11 схематически изображена намотанна  система электродов, поперечный разрез на фиг.10; на фиг. 12 - бипол рна  система электро дов, примен ема  в третьем варианте выполнени  электрохимической  чейки, поперечный разрез; на фиг. 13 - то же, разрез. Система электродов (фиг.1) содержит , по меньшей мере, два расположен ных друг над другом электрода 1 и 2, состо щих из деформируемого материала , первый слой 3 изол ции, предотвр тающий непосредственный электрический контакт между электродами, и пер вый слой 4 изол ции, предотвравдагаций непосредственный контакт между внешним электродом 2 системы 5 электродов и другими электродами или токопровод щими част ми электрохимичес-кой  чейки (например, сосудом, в котором находитс  система электродов) Дл  применени  систе1 щ 5 электродов в электрохимической  чейке целесообразно сфо1 4овать систему так, чтобы поверхность электродов на объемную единицу  чейки прин ла как можно большее значение. На фиг. 2 представлена система 6 электродов, изготовленна  по этим соображени м и образованна  путем наматывани  предлагаемой систе1лл 5 электродов в виде спирали вокруг геометрической оси А-А. Слои 3 и 4 изол ции (фиг.З), отел нвдие электроды 1 и 2 друг от руга, выполн ют две функции. Вопервых , они изолируют друг от друга электроды разного потенциала. Вовторых , они образуют полости 7, через которые протекает электролит. Дополнительной функцией изолируницих материалов 3 и 4 может быть отделение друг от друга растворов, окружагацих разные электроды. Изолирующим материалом может служить любое химическое инертное вещество , обладающее подход щими формой и структурой материала. Как показано на фиг. 4/ изолирующими материалами  вл ютс  пористые 8, фольга 9, перфорированные 10, ткани 11. Ионообменные диафрагмы могут тоже примен тьс  как изолирующие материалы. Дл  работы электролизера полости 7 системы электродов должны быть заполнены электролитом. Дл  этого электролит пропускаетс  через систему электродов, предпочтительно по одному из двух главных направлений. Электролит либо пропускаетс  через систему электродов параллельно оси А-А (в этом случае необходимо закрыть пространство между системой электродов и внутренней стенкой электролизера, чтобы направить поток электролита через систему электродов ), либо электролит протекает через электродный рулон в радиальном направлении, в этом случае ось 12 (фиг. 5 и 6). электродного рулона должна быть полой или иметь подход щую механическую структуру, чтобы обеспечить радиальное течение электролита ) . Кроме того, электродные и Изолирующие материалы должны быть проницаемыми дл  электролита. Снабжение системы электродов током осуществл етс  через простые соединени . Внутренний электрод 1 (фиг.5) соединен с осью 12 контактно, внешний электрод 2-е сосудом электролизера через соединительный пункт 13. Электроэнерги  подводитс  к системе через ось 12 и сосуд электролизера. Система электродов может снабжатьс  электроэнергией и через несколько соединений (фиг.6), наход щихс  на краю электродов, например через соединени  14-16, на краю электрода 1 и через соединени  17-19 на краю электрода 2. Такой вид соединени  предотвращает значительное падение напр жени  по всей, длине электрода. Треть  возможность подвода к электродам электроэнергии заключаетс  в бипол рном токоподводе. На фиг.7 показан такой вид систеки до наматывани  электродных слоев 20 и 21, состо щих из сегментов 22 и 23, электрическ и изолированных друг от друга. и изолирующих материалов 24 и 25 вокруг оси 12. Каждый сегмент 26 пе вого электродного сло  21 расположен напротив двух половин расположенных р дом сегментов 22 и 23 другого электродного сло  20. При бипол рном токоподводе рабочее напр жение подаетс  к сегментированному электродному слою между концевыми сегментами 27 и 28. Концевые сегменты электродного сло  20, к котор подаетс  рабочее напр жение, называютс  питак цими сло  20 и сегменты электродного сло  21 называютс  бипол рными электродами. Приложенное рабочее напр жение распредел етс  равномерно по образованной таким об разом цепи питакхцих и бипол рных электродов. Дл  обеспечени -эффективности би пол рного режима работы необходимо примен ть дл  изол ции 24 между эле тродными сло ми 20и 21 материалы, обладающие ионной проводимостью. Дл  электрической изол ции различны пар электродных слоев 20 и 21 друг друга необходимо примен ть изолирую щие материалы 25, необладающие ни ионной, ни электронной проводимость Это имеет значение в случае наматывани  шихтованной системы электродо вокруг оси 12. На фиг. 8 представлена электрохи .мическа   чейка 29, содержаща  несколько систем электродов 3D (обычн четное число), намотанный вокруг оси 12. Ось 12  чейки пола , и состоит, например, из трубы. Строение систем электродов соответствует описанной системе, представленной на фиг. 2. Электродные рулоны 30 смонтированы попарно на оси 12. Во врем  работы  чейки электроли подкачиваетс  по оси в пространства 31 между каждыми двум  образующими пару электродами 32 через отверсти  33. Электродные рулоны, образующие пару, соединены друг с другом предпо тительно через уплотнительную метал лическую манжету 34. Она преграждае электролиту, подкаченному в простра ства между электродами, путь во внеш ние пространства  чейки. Таким образом , электролит не может не проходит через попарно расположенные электрод ные рулоны, например, через полости 7 (фиг.З). Выход щий из электрод . ных пар электролит проходит через пространства 35 между расположенными р дом электродными парами 32, поступает во внешнее пространство 36  чей ки и выходит из нее через отверстие 37. На фиг. 8 представлено последовательное соединение токоподводов, причем током питаютс  последние электродные рулоны 38 и 30. В одном случае током питаетс  аноД, а в другом - катод. Последние электродные рулоны 38 и 30 соедин ютс  через токопровода 39 и 40 и изолированные металлические части 41 и 42 оси 12, служающие питающими лини ми с источником электроэнергии. Электродные рулоны пары 32 соединены друг с другом через провод щую уплотнительную манжету 34. Электродные рулоны отдельных пар соединены друг с другом через изолированные провод щие части 43 оси 12. Система (фиг.9) содержит шесть частей: анод и катод 44 и 45, изготовленные из электродных лент с отверсти ми 46 на одном краю, два изолирующих материала 3 и 4 и две оконечные уплотнительные ленты 47 и 48. Оконечные уплотнительные ленты изготавливаютс  из провод щего материала , например металла. Уплотнение электродного рулона в аксиальном направлении может быть улучшено с помощью уплотнительной массы. На фиг. 9 показано необходимое перекрытие отдельных частей системы электродов до ее сматывани . Фиг. 10 показывает систему электродов , намотанную вокруг оси 12. Уплотнительные ленты должны иметь подход щую толщину, чтобы концы электродных рулонов были массивными и непроницаемыми дл  электролита. На фиг. 11 показано, что электролит подкачиваетс  через отверсти  49 оси 12 к входным отверсти м 46 электрода , откуда он поступает в электродный рулон, где он и распредел етс . Входные отверсти  46 на поверхности электродного рулона уплотн ютс  подход щим уплотнением 50 так, что электролит не может утечь через эти отверсти . Затем электролит проходит через электродный рулон (показано направлением потока 51) выходит из рулона через выходное отверстие 46 другого электрода. Токопитание  чейки обеспечиваетс  сборными шинами 52 и 53, смонтированными непосредственно на концах электродного рулона. Такое выполнение электрических соединений позвол ет снабжать электроды током по всей длине их краев. Благодар  этому возможно произвольно увеличивать длину электродов и диаметр систеьлл электодов , не наруша  при этом работу чейки. Отверсти  46 одного электроа служат входными отверсти ми, а отерсти  другого - выходными. Дл  варианта исполнени  электроимической  чейки, представленной на иг.12 и 13 примен етс  тоже пола  сь, как и у первых двух.Электролит одкачиваетс  через отверсти  49 оси 12 и через отверсти  46 и 54 электродных лентах в электродный улон, где он распредел етс . Электодный рулон состоит из четырех слоев, намотанных вокруг оси 12. На фиг. 13 положение оси 12 представ лено линией 55. Изолирующие материалы 3 и 4 могут иметь одну из вышеопи санных форм. Электродный слой 56 состоит из множества N-электродных лент 57, намотанных с шагом вокруг оси 12, и из двух последних электрод ных лент 58. Другой электродный слой 59 состоит из множеств на N+1-электродных лент 57, которые тоже намотаны вокруг оси 12 с шагом. В цел х обеспечени  бипол рной работы кажда  из лент одного электрода перекрывает примерно две половины соседних лент и наход щийс  между ними зазор 60. Ленты 58 самого широкого электродного сло  56 имеют отверсти  вдоль своего кра  в продольном направлении, чтобы обеспечить течение электролита через электродный рулон. Остальные ленты 57 каждого электрода примерно в два раза шире последних лент 58 и имеют отверсти  54 вдоль своей средней ли нии в продольном направлении. Как показано на фиг. 12 отверсти  46 и 54 лент более широкого электродного сло  56 расположены напротив отверстий 49 оси 12. При таком расположении электролит протекает по направлению потока 61 и выходит из электродного рулона через выходные отверсти  62. Каждое выходное отверстие 62 находитс  напротив отверсти  54 другого электродного сло  59. Как у второго вида  чейки, так и в данном варианте рулон содержит токопровод щие уплотнительные ленты 47 и 48, уплотн ющие концы рулона в осевом направлении 12. Токоснабжение системы электродов такое, как и у второго вида выполне ни , причем электрическа  мощность подводитс  каждой паре электродных слоев 56 и 59 только на последних лентах 58 самого широкого электродного сло  56. Подведенна  мощность передаетс  как обычно при бипол рной работе током, протекающим между электродными лентами. Материалы дл  изготовлени  систе мы электродов, в основном, соответс вуют материалам второго вида выполнени . Электродные ленты, предназна ченные дл  бипол рной работы, отличаютс , однако, от электродов, описанных во втором виде выполнени , тем, что они имеют отверсти  54 вдо своей средней линии, распределенные на всю их длину. Общим дл  всех трех видов выполнени  электрохимической  чейки  вл етс  применение полой оси 12 с отверсти ми 49 дл  ввода электрол та в электродный рулон (и рулоны со ответственно) . Чтобы ось не замыкал накоротко электроды, присоединенные к разным потенциалам, она либо долж на быть изготовлена из непровод щего материала, либо должна иметь определенную конструкцию. Однако, если на изготовл етс  из токопровод щего материала, она должна снабжатьс  минимум частичным изол ционным покрытием . Ось 12 может состо ть также из концентрических труб, причем самые внешние трубы могут использоватьс  как провода дл  токоснабжени  электродов. Трубы с разными потенциалами должны быть изолированы друг от друга. Так как ось 12 служит, кроме того, держателем дл  электродного рулона (рулонов) целесообразно изготавливать ее из материалов, обладающих соответствующей механической прочностью и коррозионностойкостью. С помощью вышеописанных видов выполнени  электрохимической  чейки можно осуществл ть электрохимические способы, в том числе и электролитическое окисление. Формула изобретени  1. Система электродов дл  электрохимических  чеек, содержаща , по меньшей мере, один электродный рулон, образованный путем намотки деформируемого материала в спираль, а деформируемый . материал состоит из расположенных поочередно электродных и изол ционных слоев, по меньшей мере один из изол ционных слоев  вл етс  ионопроницаемым, а электродные и изол ционные слои имеют форму и структуру, позвол ющие течение электролита через электродный рулон, отличающа с  тем, что, с целью улучшени  эксплуатационнотехнических параметров за счет обеспечени  большого соотношени  поверхности электродов с объемом  чейки и равномерного распределени  разности потенциалов в самой системе, электродные слои смещены по оси относительно друг друга так, что у каждого осевого конца рулона имеетс  полосообразна  поверхность из электропроводного материала дл  подвода электрического тока.
2. 2.Система электррдов по п.1, отличающа с  тем, что полосообразные слои из электропроводного материала выполнены непроницаемыми дл  электролита, а их толщина выбираетс  из услови  уплотнени  ими обоих концов рулона в осевом направлении .
3. 3.Система электродов по п.1, отличающа с  тем, что она содержит полую ось, вокруг которой намотан электродный рулон, причем ось имеет отверсти  дл  протока электролита из оси в рулон.
4. 4.Система электродов по п.З, дтлич ающа с  тем, что содержит , по меньшей мере, одну пару электродных рулонов, расположенных на полой оси и имеющих зазор между отдельнЕлми рулонами, который уплотн етс  герметичной лентой.
5. 5. Система электродов по п.4, отличающа с  тем, что электродные рулоны имеют, по. меньшей мере, одну пару электродных слоев дл  бипол рных операций, кажда  пара

   состоит из множества перфорированных электродных полос, намотанных вокруг оси на рассто нии друг от друга, а кажда  полоса одного сло  перекрывает две половины смежных полос другого электродного сло .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР №442035, кл. В 23 Р 1/04, 1972.

   чч ;N /x /X. /x x - X

   fS

   ts

   S2

   .

   ,sJX,, .NN

   (pu.lO

   its

   47

   3/«

   wK

   J /5J tKa

   uz.jf 7 П 57 S4 46 S8 fy 41