PL164675B1 - Segment elektrolizera typu prasy filtracyjnej oraz elektrolizer monopolarny typu prasy filtracyjnej PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest segment elektrolizera typu prasy filtracyjnej oraz elektrolizer monopolarny typu prasy filtracyjnej.

Elektrolizery typu prasy filtracyjnej są utworzone na ogół przez stos pionowych segmentów które tworzą na przemian anodowe i katodowe komory elektrolizy, w których elektrody są ustawione pionowo. Membrany o selektywnej przepuszczalności lub przepony, przepuszczające elektrolity można wstawiać pomiędzy segmentami, w celu oddzielenia komór elektrolizy.

Wynalazek dotyczy głównie segmentów wchodzących w skład konstrukcji elektrolizerów tego typu, przy czym każdy z tych segmentów zawiera ramę pionową, ograniczającą komorę elektrolizy. Ta ostatnia mieści elektrodę, mającą postać pary pionowych blach ażurowych, położonych naprzeciw siebie. Pomiędzy blachy wstawione są poziome pręty metalowe, przymocowane do blach za pomocą odpowiednich elementów łączących. W segmentach tego typu pręty metalowe i elementy łączące służą do podtrzymywania blach elektrody w komorze elektrolizy i do przyłączenia ich do źródła prądu. Powinny one mieć taką konstrukcję, aby umożliwić pionowy przepływ elektrolitu i produktów elektrolizy pomiędzy blachami elektrody. W tym celu zaproponowano nadanie prętom przekroju poprzecznego, mniejszego od odstępu pomiędzy blachami, oraz aby na elementy łączące stosować pręty pionowe, wstawione pomiędzy pręty poziome i blachy elektrody. Pręty pionowe mogą mieć bardzo różne profile opis patentowy RFN nr 2 821984; oraz zgłoszenie japońskie nr 58-123 885. W japońskim opisie nr 58-123 885 proponuje się, aby na pręty stosować pionowe taśmy metalowe zgięte w kształcie rynienki. W tych znanych segmentach pręty poziome i pręty pionowe tworzą zespół kratowy w komorze elektrolizy, który przeszkadza w ujednoradnianiu warunków elektrolizy. Wada ta jest szczególnie dotkliwa gdy podczas elektrolizy na elektrodzie

164 675 generowany jest gaz, ponieważ wówczas zespół kratowy stanowi przeszkodę w przepływie gazu i elektrolitu w komorze elektrolizy.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji segmentu elektrolizera która ułatwi naturalny przepływ gazu i elektrolitu podczas elektrolizy oraz ujednolici warunki elektrolizy wewnątrz komory elektrolizy.

Celem wynalazku jest również opracowanie nowej konstrukcji elektrolizera, który będzie posiadał stos takich właśnie segmentów i nie będzie posiadał wad elektrolizerów znanych ze stanu techniki.

Segment elektrolizera typu prasy filtracyjnej zawierający ramę pionową otaczającą komorę elektrolizy, w której znajduje się elektroda utworzona przez parę pionowych blach ażurowych, umieszczonych naprzeciw siebie, pomiędzy którymi znajdują się poziome lub skośne pręty metalowe oraz elementy do łączenia prętów z blachami charakteryzuje się tym, że elementy łączące stanowią pary pionowych kształtowników metalowych o przekroju poprzecznym w kształcie litery U lub V, umieszczonych symetrycznie z obu stron prętów i połączonych ze sobą za pomocą pionowych płyt, schodzących się z prętami z wytworzeniem pionowych szybików w komorze elektrolizy. Powierzchnie kształtowników i płyt, które są zwrócone do wewnątrz szybików, są korzystnie wykonane z materiału, obojętnego dla środowiska reakcji elektrolizy. Korzystnie pomiędzy blachami a częścią środkową kształtownika umieszczone są przekładki. Przekładki są przyspawane do blach i do kształtowników. Korzystnie część środkowa kształtowników posiada otwory, a przegroda pionowa, która jest połączona z dwoma pasami kształtownika oddziela szybik pionowy od kanału pionowego, ciągnącego się wzdłuż części środkowej kształownika. Korzystnie segment elektrolizera zawiera dwa stojaki pionowe, połączone za pomocą podłużnic poziomych. Podłużnice tworzą kanały wewnętrzne, które posiadają otwory na ich odpowiednich ściankach, znajdujących się naprzeciw siebie w komorze elektrolizy, przy czym kanały są połączone z przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi elektrolit. Kanał podłużnicy dolnej jest połączony z przewodem do doprowadzania elektrolitu, natomiast kanał podłużnicy górnej jest połączony z przewodem do odprowadzania elektrolitu. Korzystnie podłużnica górna posiada otwór o zukosowanej krawędzi którego przekrój poprzeczny maleje w kierunku kanału. Korzystnie przewód do odprowadzania elektrolitu stanowi kanał wewnętrzny stojaka.

Przedmiotem wynalazku jest również elektrolizer monopolaniy typu prasy filtracyjnej zawierający stos segmentów, w których znajdują się komory elektrolizy, na przemian, anodowe i katodowe mieszczące elektrody pionowe, przy czym każdy z segmentów zawiera ramę pionową otaczającą komorę elektrolizy, w której znajduje się elektroda utworzona przez parę pionowych blach ażurowych umieszczonych naprzeciw siebie, pomiędzy którymi znajdują się poziome lub skośne pręty metalowe oraz elementy do łączenia prętów z blachami według wynalazku, charakteryzuje się tym, że elementy łączące segmentów obejmują pary pionowych kształtowników metalowych o przekroju poprzecznym w kształcie litery U lub V, umieszczonych symetrycznie z obu stron prętów i połączonych ze sobą za pomocą pionowych płyt, schodzących się z prętami z wytworzeniem pionowych szybików w komorze elektrolizy.

Korzystnie kształtowniki pionowe są przyspawane swymi pasami podłużnymi do prętów, a w swej części środkowej do blach. Powierzchnie kształtowników i płyt, które są zwrócone do wewnątrz szybików, są wykonane z materiału, obojętnego dla reakcji elektrolizy.

Korzystnie elektrolizer posiada przekładki umieszczone pomiędzy blachami a częścią środkową kształtownika. Przekładki są przyspawane do blach i do kształtowników, natomiast część środkowa kształtowników posiada otwory, a przegroda pionowa, która jest połączona z dwoma pasami kształtownika, oddziela szybik pionowy od kanału pionowego, ciągnącego się wzdłuż części środkowej kształtownika.

Korzystnie elektrolizer zawiera dwa stojaki pionowe, połączone za pomocą podłużnic poziomych. Podłużnice tworzą kanały wewnętrzne, które posiadają otwory na ich odpowiednich ściankach, znajdujących się naprzeciw siebie w komorze elektrolizy, przy czym kanały są połączone z przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi elektrolit.

Kanał podłużnicy dolnej jest połączony z przewodem doprowadzającym elektrolit, natomiast kanał podłużnicy górnej jest połączony z przewodem odprowadzającym elektrolit.

164 675 5

Korzystnie podłużnica górna posiada otwór o krkosowaz-j krawędzi, którego przekrój poprzeczny maleje w kierunku kanału.

Korzystnie przewód odprowadzający elektrolit obejmuj- kanał wewnętrzny stojaka ramy.

Korzystnie segmenty elektrolizera ęWWkiclęzc są ocobyaoaoi o przepuszczalności selektywnej.

Wynalazek dotyczy segmentu clcktyęlizcya typu prasy filtracyjnej, który to scgoczt zawiera: ramę pionową ograniczającą komorę elektrolizy, elektrodę w komorze elektrolizy, obejmującą parę pionowych blach ażurowych, uoi-skckozych naprzeciw siebie, oraz doprowadzenie prądu do , zawierające poziome lub skośne pręty oetalęoc, uoieskckęzc pomiędzy blachami, oraz eleoczjt do łączenia prętów z blachami, przy czym cleoczjt łączące mają w myśl wynalazku pary pionowych kształtowników o przekroju pępykcczzto w kształcie litery U lub V, uoicszckęzych symetrycznie z obu stron prętów i połączonych ze sobą za pomocą płyt pionowych, schodzących się z prętami tak, aby tworzyć pionowe szybiki w komorze elektrolizy.

W segmencie według wynalazku, rama może mieć dowolny profil, kompatybilny z konstrukcją clcktyęlizcra typu prasy filtracyjnej. Może ona mieć dowolny profil okrągły lub oίelokątzt, np. kwadratowy, trapezowy lub prostokątny. Powinna być ona wykonana z materiału, który jest odporny chemicznie na warunki elektrolizy. Można ją wykonać np. z tytanu lub niklu w zależności od tego, czy ma tworzyć komorę anodową czy katodową w elektyęlizcrze do elektrolizy roztworów wodnych chlorku sęWęoegę.

Blachy, tworzące elektrodę, mogą być np. blachami, zaopatrzonymi w otwory, ocjalęoyoi siatkami lub kratkami.

Wybór materiału na blachy zależy od pyk-kzack-nia elektrody.

W przypadku, gdy elektroda ma działać jako katoda do wytwarzania wodoru w komorze do elektrolizy wody lub roztworów wodnych, blachy mogą być wykonane z żelaza, stali, niklu lub dowolnego izzcgę materiału przcoędząccgę, aktywnego przy elektrolittckzto wytwarzaniu wodoru, jak to np. opisano w opisach patentowych eurępejskio nr 08 476, francuskim nr 2 460 343, oraz europejskich nr nr 113931, 131978 (firmy Solvay et Cie). W przypadku gdy elektroda ma działać jako anoda do wytwarzania chloru w komorze do elektrolizy wodnego roztworu chlorku sęWęocgę blachy mogą być wykonane korzystnie z materiału prkewędkac-go, wybranego spośród tytanu, tantalu, niobu, cyrkonu, wolframu i stopów tych metali, mających aktywną powłokę prkcoędkącc z materiału, wybranego spośród platyny, rut-nu, rodu, palladu, osmu, irydu oraz stopów i związków tych metali, zwłaszcza ich tlenków. Elektrody, przystosowane specjalnie do wytwarzania chloru za drodze elektrolizy roztworów wodnych chlorku sodowego, są elektrodami, w których aktywny materiał powłoki zawiera oieskanizn tlenku rutenu i dwutlenku tytanu lub jeden ze związków, opisanych w belgijskich opisach patentowych nr nr 769 677,769 678,769 679, 776709, 785 605 (firmy Solyay et Cie).

Pręty metalowe mają grubość, mniejszą od odstępu pomiędzy dwiema blachami, tworzącymi elektrodę. Są onc ustawione poziomo lub skośnie pomiędzy blachami, z którymi są połączone za pomocą pionowych kształtowników metalowych o przekroju poprzecznym w kształci- litery U.

Za pomocą tcroizr „kształtowniki o przekroju porzccznym w kształcie litery U lub V określa się kształtowniki o wypukłym przekroju poprzecznym, mające konfigurację rynienki.

Kształtowniki mogą mieć odtąd półokrągły, półowalny lub półwiclokajzt przekrój poprzeczny.

Pręty i kształtowniki przeoędkc prąd elektryczny pomiędzy źródłem prądu a blachami elektrody podczas procesu elektrolizy W rozwiązaniu alteyzatyonyo mogą onc również podtrzymywać blachy elektrody w ramie. Ich wypukły przekrój poprzeczny nadaje ponadto kształtownikom dużą wytrzymałość na zginanie, tak, iż służą onc także jako elementy, usztywniające blachy elektrody. Pręty i ksztatłowniki powinny być wykonane z materiału, przewodzącego prąd elektryczny i zdolnego wykazywać odporność na środowisko chemiczne podczas elektrolizy. Stosuje się korzystni- pręty złożone, mając- rdzeń z metalu lub stopu, dobrze prk-oodkccegę prąd elektryczny (np. z miedzi lub aluminium), w powłoce z tytanu lub niklu. Takie pręty złożone można otrzymywać np. w ramach operacji hutniczej współcicgzi-zia. Kształtowniki pionowe mogą być wykonane z taśm metalowych np. z tytanu lub niklu, zgiętych tak, aby nadać im żądany profil w

164 675 kształcie litery U lub V, określony powyżej. Płyty pionowe można wykonywać z dowolnych materiałów, zdolnych do znoszenia obciążeń o charakterze mechanicznym, cieplnym i chemicznym, występujących normalnie w elektrolizerach. Mogą one być z metalu lub materiału polimerowego.

Kształtowniki o przekroju w kształcie litery U lub V są rozmieszczone parami symetrycznie z obu stron prętów. Obydwa kształtowniki każdej pary są połączone ze sobą za pomocą płyt pionowych, schodzących się z prętami tak, aby tworzyć szybik pionowy, który uchodzi do komory elektrolizy na obu swych końcach, korzystnie w sąsiedztwie ramy. W segmencie skonstruowanym według wynalazku przestrzeń, ograniczona pomiędzy dwiema blachami elektrody, zostaje w ten sposób odgrodzona przez szybiki tak, iż podczas elektrolizy elektrolit przemieszcza się do góry pomiędzy szybikami pod działaniem gazu generownego na elektrodzie, a w szybikach przemieszcza się do dołu. Wskutek tego powstaje ruch wewnętrzny elektrolitu w obrębie komory elektrolizy, co sprzyja ujednolicaniu warunków elektrolizy.

Przestrzeń wewnętrzna szybików nie może być miejscem wywiązywania się gazu. W tym celu przestrzeń wewnętrzną szybików należy odizolować od elektrod. Ponadto powierzchnie kształtowników i płyt, które są zwrócone do wnętrza szybików, powinny być wykonane z materiału, który nie bierze udziału w reakcji elektrolizy podczas pracy elektrolizera.

W jednym ze szczególnych przykładów wykonania segmentu, według wynalazku, rama zawiera dwa pionowe stojaki, połączone za pomocą dwóch poziomych podłużnie, przy czym obydwie podłużnice są tak skonstruowane, iż tworzą dwa kanały wewnętrzne, zaopatrzone w otwory na ich odpowiednich ściankach, które znajdują się naprzeciwko siebie w komorze elektrolizy. Jeden z kanałów jest przyłączony do przewodu, doprowadzającego elektrolit, natomiast drugi kanał jest połączony z przewodem do odprowadzania produktów elektrolizy. W tym przykładzie wykonanie segmentu według wynalazku, kanały podłużnie służą do rozprowadzania elektrolitu w komorze elektrolizy oraz do usuwania produktów elektrolizy. Kanał podłużnicy dolnej jest połączony korzystnie z przewodem do doprowadzania elektrolitu, natomiast kanał podłużnicy górnej -z przewodem do odprowadzania produktów elektrolizy.

Segment skonstruowany według wynalazku, jest przeznaczony do zamontowania w elektrolizerze typu monopolamego.

Wynalazek dotyczy również elektrolizera typu monopolamego, typu prasy filtracyjnej, zawierającego stos segmentów skonstruowanych według wynalazku, w których znajdują się na przemian anodowe i katodowe komory elektrolizy. Wynalazek znajduje zastosowanie w szczególności do elektrolizerów, w których komory elektrolizy są oddzielone przegrodami, przepuszczającymi jony. Przegrody te mają postać błon, wstawionych pomiędzy kolejne segmenty stosu i wykonanych z materiału, przez który może przechodzić strumień jonów podczas pracy elektrolizera. Mogą to być dowolne przepony, przepuszczające elektrolity wodne, lub membrany o przepuszczalności selektywnej.

Przykładami przepon, mogących znaleźć zastosowanie w elektrolizerach według wynalazku, są przepony z azbestu, np. opisane w opisie patentowym USA nr 1 855 497 (firmy Stuart oraz w opisach patentowych: francuskim 2400 569, europejskich nr 1644 i 18 034 (firmy Solvay et Cie). Mogą to być także przepony z polimerów organicznych, np. opisane w opisach patentowych: francuskim 2 1710247 (firmy Imperial Chemical Industries PLC, europejskich nr nr 7 674 i 37 140 (firmy Solvay et Cie).

Jako membrany o przepuszczalności selektywnej określa się cienkie, nie porowate membrany, zawierające substancję do wymiany jonów. Wybór materiału, z jakiego wykonane są membrany, oraz substancji do wymiany jonów zależy od rodzaju elektrolitów, poddawanych elektrolizie, i od produktów, jakie zamierza się otrzymać. Materiały membran wybiera się spośród tych, które są zdolne do sprostania warunkom cieplnym i chemicznym, występującym normalnie w elektrolizerze podczas elektrolizy, natomiast substancję do wymiany jonów - spośród substancji do wymiany anionów lub substancji do wymiany kationów zależności od procesów elektrolizy, do jakich elektrolizer jest przeznaczony.

164 675

W przypadku elektrolizerów, przeznaczonych do elektrolizy roztworów wodnych chlorku sodowego do wytwarzania chloru, wodoru, a także roztworów wodnych wodorotlenku sodowego. Stosowanymi membranami są membrany kationowe z polimeru fluorowanego, zwłaszcza nadfluorowego, zawierającego kationowe grupy funkcyjne, pochodzące od kwasów sulfonowych, kwasów karboksylowych lub kwasów fosfoniowych, albo mieszaniny takich grup funkcyjnych. Przykłady membran tego typu są opisane w brytyjskich opisach patentowych nr nr 1 497 748 i 1497 749 (firmy Asahi Kasei Kogyo K.K.), 1518 387, 1 522877 i USA nr 4 126588 (firmy Asahi Glass Company Ltd) oraz brytyjskim 1402 920 (firmy Diamond Shamrock Gorp.). Membranami, przystosowanymi w sposób szczególny do zastosowania elektrolizera według wynalazku, są membrany, znane pod nazwami: „Nafion (firmy Du Pont de Nemours et Co) oraz „Flemion (firmy Asahi Glass Company Ltd).

Szczególnie korzystne zastosowanie znajdują elektrolizery według wynalazku w przypadku wytwarzania chloru i wodnych roztworów wodorotlenku sodowego przez elektrolizę wodnych roztworów chlorku sodowego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku,na którym fig. 1 przedstawia segment według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania w rzucie pionowym, z wyrwaniem; fig. 2 -segment z fig. 1 w przekroju poziomym wzdłuż płaszczyzny II-II na fig. 1i 3, fig. 3 - segment z fig. 1 w przekroju pionowym wzdłuż płaszczyzny III-III na fig. 1 i 2; fig. 4 - szczegół z fig. 2 w widoku w dużej skali; fig. 5 - ramę segmentu według fig. 1-3 w przekroju wzdłuż środkowej płaszczyzny pionowej V-V na fig. 2 i 3; fig. 6 - inny przykład wykonania szczegółu z fig. 5 w widoku w dużej skali, fig. 7 - dodatkowy przykład wykonania segmentu, a fig. 8 - szczególny przykład wykonania elektrolizera według wynalazku w podłużnym przekroju pionowym. Na figurach tych te same oznaczenia dotyczą identycznych elementów.

Wynalazek stosuje się w szczególności do elektrolizerów monopolamych typu prasy filtracyjnej z membranami kationowymi, przeznaczonych do wytwarzania chloru, wodoru i wodnych roztworów wodorotlenku sodowego przez elektrolizę wodnych roztworów chlorku sodowego.

Segment elektrolizera według wynalazku, przedstawiony na fig. 1-5, tworzy komorę anodową elektrolizera. Zawiera on ramę pionową 1 mającą w przybliżeniu kwadratowy przekrój poprzeczny. Rama 1 zawiera dwa stojaki pionowe 2 i 3 wykonane z tytanu, przyspawane do dwóch podłużnic 4 i 5 wykonanych również z tytanu.

Przestrzeń objęta ramą 1, stanowi anodową komorę elektrolizy 13. Mieści ona anodę, utworzoną przez parę blach pionowych 6 mających postać siatki, umieszczonych z obu stron szeregu poziomych prętów metalowych 7. Blachy 6 są przyspawane do kształtowników pionowych 8, które są ponadto przyspawane do prętów poziomych 7. Pręty 7 są przyspawane do stojaków 2 i 3 ramy 1, przez którą przechodzą. Są one przymocowane razem do pręta przyłączeniowego 24, który podłączony jest do źródła prądu. Pręty 7 i kształtowniki 8 służą do łączenia blach 6 ze źródłem prądu oraz podtrzymują blachy 6 wewnątrz ramy 1.

Blachy 6 są blachami wykonanymi z tytanu z powłoką przewodzącą prąd elektryczny, o małym nadnapięciu dla elektrochemicznego utleniania jonów chlorkowych.

Pręty 7 zawierają rdzeń z miedzi, znajdujący się w osłonie z tytanu. Ksztatłowniki pionowe 8, widoczne lepiej na fig. 2,3 i 4, mają postać taśmy pionowej z tytanu, zgiętej w kształt litery U lub V tak, aby tworzyły rodzaj rynienki. Są one przymocowane do blach 6 wzdłuż środkowej części osiowej 9 przekroju w kształcie litery U, i do prętów 7 wzjdłuż ich pasów bocznych 10 (fig. 4).

Kształtowniki pionowe 8 są umieszczone symetrycznie parami z obu stron prętów 7. Obydwa kształtowniki 8 każdej pary są połączone za pomocą płyt pionowych 11, ciągnących się pomiędzy kolejnymi prętami 7 tak, aby pomiędzy dwiema blachami 6 powstał szybik pionowy 12. Płytami pionowymi 11 są arkusze blachy z tytanu, przyspawane do pasów bocznych 10 kształtowników 8 (fig. 4). Każdy szybik 12 jest w ten sposób izolowany od blach 6, tworzących anodę tak, iż nie jest on miejscem powstawania chloru podczas elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodowego na styku z blachami 6. Górny i dolny koniec kształtowników 8 znajduje się w pewnej odległości od podłużnic 4 i 5 ramy 1. Dzięki temu szybiki 12 posiadają wlot do komory elektrolizy na obu swych końcach.

Podłużnice 4 i 5 oraz stojak 3 ramy 1 mają taką konstrukcję, że tworzą kanały wewnętrzne o kwadratowym lub prostokątnym przekroju poprzecznym, które mają służyć, odpowiednio, do

164 675 doprowadzania wodnego roztworu chlorku sodowego do komory elektrolizy 13 oraz do odprowadzania z niej produktów, powstających podczas elektrolizy (chloru i rozcieńczonego roztworu wodnego chlorku sodowego). W tym celu podłużnice 4 i 5 posiadają otwory 14, rozłożone równomiernie na ich ściankach, położonych naprzeciw siebie w komorze 13. Podużnica dolna 5 jest zaopatrzona w króciec 15 do doprowadzania do jej kanału 16 wodnego roztworu chlorku sodowego, poddawanego elektrolizie. Kanał 17, powstały w podłużnicy górnej 4, służy jako komora odgazowywania, w celu oddzielania chloru od rozcieńczonego roztworu wodnego chlorku sodowego, wychodzącego z komory elektrolizy 13. Uchodzi on do kanału 18, znajdującego się w stojaku 3, zaopatrzonym w krrciie 19 do odprowadzania cdoru orrz w króciie 20 do odprowacdama rozcieńczonego roztworu chlorku sodowego. Próg 01, oddzielający kanały 17 i 18 służy do utrzymywania stałego poziomu roztworu w kanale 17.

Gdy segment .przedstawiony na fig. 1-5, zostaje zamontowany w elektrolizerze, wówczas komora elektrolizy 13 jest napełniona wodnym roztworem chlorku sodowego aż do górnego poziomu progu 01. Wodny roztwór chlorku sodowego doprowadza się w sposób ciągły do kanału 16 poprzez króciec 15, po czym dopływa on do komory elektrolizy 13, przepływając przez otwory 14. W komorze elektrolizy 13 jest porywany od dołu do góry przez chlor, który jest wytwarzany na blachach 6 anody. W szybikach pionowych 10 nie powstaje chlor i dlatego masa właściwa roztworu, który się tam znajduje, jest większa od masy właściwej emulsji w pozostałej części komory

13. W ten sposób ustala się obieg wewnętrzny elektrolitu w komorze 13; elektrolit, wchodzący kanałem 16 do komory 13 przesuwa się do góry pomiędzy blachami 6, przy czym jedną jego część odprowadza się wraz z chlorem kanałem 17, natomiast drugą jego część zawraca się do obiegu u dołu komory 13 poprzez pionowe szybiki 10. Obieg wewnętrzny elektrolitu w komorze 13 sprzyja większemu ujednorodnieniu, a tym samym optymalnej sprawności energetycznej procesu elektrolizy. W kanale 17 chlor oddziela się od wodnego roztworu chlorku sodowego i jest odprowadzany króćcem 19. Roztwór wodny przelewa się przez próg 01 i przechodzi do kanału pionowego 18, skąd odprowadza się go poprzez króciec 00.

W powyższym opisie fig. 1-5 wynalazek został zastosowany do segmentu tworzącego komorę anodową elektrolizera. W przypadku segmentu tworzącego komorę katodową elektrolizera, stojaki 0 i 3 oraz podłużnice 4 i 5 ramy 1 są wykonane z niklu, blachy 6 tworzą katodę i są wykonane z niklu (oraz ewentualnie posiadają powłokę przewodzącą o małym nadnapięciu. Pręty 7 są wykonane z niklu i zawierają rdzeń z miedzi, zaopatrzony w osłonę z niklu a kształowniki 8 i płyty 11 są wykonane z niklu.

W zmodyfikowanym przykładzie wykonania segmentu przedstawionym na fig. 4, pomiędzy blachy 6 a część środkową każdego z kształtowników 8 wstawione są przekładki 00. Przekładki 00 wykonane są z materiału, .przewodzącego prąd elektryczny i są przyspawane do blach 6 i do kształtowników 8. Mogą nimi być dowolnie umieszczone pręty, biegnące wzdłuż całej wysokości kształtowników 8, lub równomiernie rozłożone klocki. Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskuje się odstęp pomiędzy blachami 6 a kształtownikami 8 co umożliwia przepływ elektrolitu pomiędzy blachami 6 a kształtownikami 8. Ten przykład wykonania segmentu, według wynalazku, jest przeznaczony w szczególności do elektrolizerów z membranami, w których niezbędne jest zapewnienie efektywnego nawilżania membrany przez elektrolit, znajdujący się w komorze elektrolizy 13.

Figura 6 przedstawia inny przykład wykonania segmentu według wynalazku, przeznaczony również do efektywnego nawilżania membrany przez elektrolit. W tym przykładzie wykonania część środkowa 9 kształtowników 8 jest zaopatrzona w otwory 31. Przegroda pionowa 30, łącząca dwa pasy 33 kształtownika 8 izoluje szybik 10 od kanału pionowego 34. Część pasów 33, położona pomiędzy częścią środkową 9 a przegrodą 3Σ, może być ewentualnie ażurowa, w celu ułatwienia łączności pomiędzy komorą 13 a kanałem 34.

W innym przykładzie wykonania segmentu według wynalazku, przedstawionym na fig. 7, otwory 14 podłużnicy górnej 4 obudowy 1 mają krawędź 03 zukosowaną. Przekrój poprzeczny otworu 14 maleje w kierunku kanału 17, to znaczy patrząc z boku na obudowę - od dołu do góry. Dzięki takiej konstrukcji otworu 14 zostaje przyspieszony przepływ gazu z komory 13 do kanału 17 podczas elektrolizy.

164 67S

Elektrolizer, przedstawiony na fig. 8, jest utworzony przez stos pionowych segmentów, na przemian segmentów anodowych 25 i segmentów katodowych 25'. Segmenty anodowe 25 mają konstrukcję analogiczną do konstrukcji segmentów opisanych na fig. 1 - 7. Segmenty katodowe 25' mają konstrukcję analogiczną do segmentów 25, w których elementy składowe z tytanu zostały zastąpione podobnymi elementami z niklu. Elementy niklowe segmentów 25' mają te same oznaczenia liczbowe jak ich odpowiedniki w segmentach 25, lecz są zaopatrzone w indeks prim /'/. Segmenty 25 i 25' są oddzielone za pomocą membran kationowych 26, które ograniczają w ten sposób na przemian anodowe komory elektrolizy 13 i katodowe komory elektrolizy 13. Stos segmentów 25 i 25' oraz membran 26 znajduje się pomiędzy ściankami bocznymi 27, połączonymi za pomocą nie pokazanych ściągów, przy czym uszczelki 28 zapewniają szczelność.

Pionowe pręty łączące 24 (fig. 1) segmentów anodowych 25 są przyłączone do wspólnego pręta zbiorczego połączonego z zaciskiem dodatnim źródła prądu stałego, przy czym pręty łączące, wspólny pręt zbiorczy i źródło prądu nie są widoczne na fig. 7. W podobny sposób segmenty katodowe 25' są przyłączone do wspólnego pręta zbiorczego, połączonego z zaciskiem ujemnym źródła prądu stałego. Ponadto króćce 15 segmentów anodowych 25 (fig. 1 i 5) są połączone ze wspólnym przewodem zbiorczym którym doprowadzany jest wodny roztwór chlorku sodowego, przy czym ani ten przewód zbiorczy, ani też króćce 15 nie są widoczne na fig. 7. Analogicznie odpowiednie króćce segmentów katodowych 25' są połączone ze wspólnym przewodem zbiorczym którym doprowadzana jest woda lub rozcieńczony roztwór wodnego wodorotlenku sodowego.

Króćce 19 i 20 segmentów anodowych 25 są połączone odpowiednio z dwoma ogólnymi przewodami zbiorczymi 29 i 30, przy czym przewód zbiorczy 29 służy do odprowadzania chloru, wytworzonego w komorach anodowych 13, a przewód zbiorczy 30 służy do odprowadzania rozcieńczonego roztworu chlorku sodowego. W podobny sposób króćce 19' i 20' segmentów katodowych 25' są połączone odpowiednio z dwoma ogólnymi przewodami zbiorczymi 29' i 30' przy czym przewód zbiorczy 29' służy do odprowadzenia wodoru, wytworzonego w komorach katodowych 13', a przewód zbiorczy 30' służy do odprowadzania stężonego roztworu wodnego wodorotlenku sodowego.

Podczas pracy elektrolizera ciśnienie hydrostatyczne, panujące w komorach elektrolizy 13 segmentów anodowych 25, jest zazwyczaj niższe od ciśnienia hydrostatycznego, panującego w komorach 13' segmentów katodowych 25'. Wynika stąd, że membrany 26 są popychane ku blachom 6 anod.

Dzięki swemu wypukłemu przekrojowi poprzecznemu kształtowniki pionowe 8 przeciwstawiają się skutecznie wygięciu blach 6.

Odwrotnie jest w przypadku elektrolizera pracującego przy końcowej różnicy ciśnień hydrostatycznych pomiędzy komorami anodowymi 13 a komorami katodowymi 13'. Wówczas kształtowniki pionowe 8' segmentów 25' przeciwstawiają się wygięciu blach 6' katod.

—l^v

FIG.

FIG. 4

FIG

31 6

13

FIG. 6

1 1 1 1 1 1 1 1 1	12
	' z

14

FIG.

FIG. 8

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (23)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Segment elektrolizera typu prasy filtracyjnej, zawierający ramę pionową otaczającą komorę elektrolizy w której znajduje się elektroda utworzona przez parę pionowych blach ażurowych, umieszczonych naprzeciw siebie, pomiędzy którymi znajdują się poziome lub skośne pręty metalowe oraz elementy do łączenia prętów z blachami, znamienny tym, że elelmenty łączące stanowią pary pionowych kształtowników metalowych (8) o prekroju poprzecznym w kształcie litery U lub V, umieszczonych symetrycznie z obu stron prętów (7) i połączonych ze sobą za pomocą pionowych płyt (11), schodzących się z prętami (7) z wytworzeniem pionowych szybików (12) w komorze elektrolizy (13).
2. 2. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtowniki pionowe (8) są przyspawane swymi pasami podłużnymi (33,10) do prętów (7), a w swej części składowej (9) do blach (6).
3. 3. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że te powierzchnie kształtowników (8) i płyt (11), które są zwrócone do wewnątrz szybików (12), są wykonane z materiału, obojętnego dla środowiska reakcji elektrolizy.
4. 4. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtownik (8) posiada przekładki (22) umieszczone pomiędzy blachami (6) a częścią środkową (9) kształtownika.
5. 5. Segment według zastrz. 4, znamienny tym, że przekładki (22) są przyspawane do blach (6) i do kształtowników (8).
6. 6. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że część środkowa (9) kształtowników (8) posiada otwory (31), a przegroda pionowa (32), która jest połączona z dwoma pasami (33) kształtownika (8) oddziela szybik pionowy (12) od kanału pionowego (34), ciągnącego się wzdłuż części środkowej (9) kształtownika (8).
7. 7. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dwa stojaki pionowe (2,3), połączone za pomocą podłużnic poziomych (4, 5).
8. 8. Segment według zastrz. 7, znamienny tym, że podłużnice (4,5) tworzą kanały wewnętrzne (16,17), które posiadają otwory (14) na ich odpowiednich ściankach, znajdujących się naprzeciw siebie w komorze elektrolizy (13), przy czym kanały (16,17) są połączone z przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi elektrolit.
9. 9. Segment według zastrz. 8, znamienny tym, że kanał (16) podłużnicy dolnej (5) jest połączony z przewodem doprowadzającym elektrolit, natomiast kanał (17) podłużnicy górnej (4) jest połączony z przewodem odprowadzającym elektrolit.
10. 10 Segment według zastrz. 9, znamienny tym, że podłużnica górna (4) posiada otwór (14) o zukosowanej krawędzi (23), którego przekrój poprzeczny maleje w kierunku kanału (17).
11. 11. Segment według zastrz. 9, znamienny tym, że przewód odprowadzający elektrolit stanowi kanał wewnętrzny (18) stojaka (3) ramy (1).
12. 12. Elektrolizer monopolarny typu prasy filtracyjnej, zawierający stos segmentów, w których znajdują się komory elektrolizy, na przemian, anodowe i katodowe mieszczące elektrody pionowe, przy czym każdy z segmentów zawiera ramę pionową otaczającą komorę elektrolizy, w której znajduje się elektroda utworzona przez parę pionowych blach ażurowych umieszczonych naprzeciw siebie, pomiędzy którymi znajdują się poziome lub skośne pręty metalowe oraz elementy do łączenia prętów z blachami, znamienny tym, że elementy łączące segmentów (25, 25' obejmują pary pionowych kształtowników metalowych (8) o przekroju poprzecznym w kształcie litery U lub V, umieszczonych symetrycznie z obu ston prętów (7) i połączonych ze sobą za pomocą pionowych płyt (11), schodzących się z prętami (7) pionowych szybików (12) w komorze elektrolizy (13).
13. 13. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że kształtowniki pionowe (8) są przyspawane swymi pasami podłużnymi (33,10), do prętów (7), a w swej części środkowej (9) do blach (6).

    164 675
14. 14. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że powierzchnie kształtowników (8) i płyt (11), które są zwrócone do wewnątrz szybików (12), są wykonane z materiału, obojętnego dla środowiska reakcji elektrolizy.
15. 15. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że segment (25,25') posiada przekładki (22) umieszczone pomiędzy blachami (6) a częścią środkową (9) kształtownika (8).
16. 16. Elektrolizer według zastrz. 15, znamienny tym, że przekładki (22) sąprzyspawane do blach (6) i do kształtowników (8).
17. 17. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że część środkowa (9) kształtowników (8) posiada otwory (31), a przegroda pionowa (32), która jest połączona z dwoma pasami (33) kształtownika (8), oddziela szybik pionowy (12) od kanału pionowego (34), ciągnącego się wzdłuż części środkowej (9) kształtownika (8).
18. 18. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera dwa stojaki pionowe (2, 3), połączone za pomocą podłużnie poziomych (4, 5).
19. 19. Elektrolizer według zastrz. 18, znamienny tym, że podłużnice (4, 5) tworzą kanały wewnętrzne (16,17), które posiadają otwory (14) na ich odpowiednich ściankach, znajdujących się naprzeciw siebie w komorze elektrolizy (13), przy czym kanały (16,17) są połączone z przewodami doprowadzającymi odprowadzającymi elektrolit.
20. 20. Elektrolizer według zastrz. 19, znamienny tym, że kanał podłużnicy dolnej górnej (5) jest połączony z przewodem doprowadzającym elektrolit, natomiast kanał (17) podłużnicy górnej (4) jest połączony z przewodem odprowadzającym elektrolit.
21. 21. Elektrolizer według zastrz. 20, znamienny tym, że podłużnica górna (4) posiada otwór (14) o zukosowanej krawędzi (23), którego przekrój poprzeczny maleje w kierunku kanału (17).
22. 22. Elektrolizer według zastrz. 19, znamienny tym, że przewód odprowadzający elektrolit obejmuje kanał wewnętrzny (18) stojaka (3) ramy (1).
23. 23. Elektrolizer według zastrz. 12, znamienny tym, że segmenty (25), (25') oddzielone są membranami (26) o przepuszczalności selektywnej.