HU201123B - Cell structure for electrolysis cell unit of filter press type, with bipolar electrode - Google Patents

Description

A jelen találmány tárgya cellaszerkezet bipoláris elektródos, szüróprés jellegű elektrolízis cellaegységhez, illetve több cellaegység összekapcsolásával képzett cellaegységsorhoz, ahol egy cellaegység legalább egy elektrolit 5 bevezető és kivezető nyílással ellátott anolitkamrát és katolitkamrát, valamint ezeket elválasztó ioncserélő permszelektív membránt tartalmaz; a cellaszerkezetnek két szomszédos cellaegység anolitkamráját, illetve katolitkam- 10 raját elválasztó középsó cellaeleme, anolitkamra felőli oldalán anódja, katolitkamra felőli oldalán pedig katódja van és a középső cellaelem, valamint az anód, illetve katód között áramvezető eleinek és távtartó elemek 15 vannak.

Ismeretesek különböző cellaszerkezetek bipoláris elektródos, szüróprés jellegű elektrolízis cellaegységekből képezett cellaegységsorokhoz, amelyeket különösen előnyösen 20 használnak fel alkálifém-kloridok vizes oldatának elektrolíziséhez, például nátriumklorid oldat elektrolíziséhez.

A szóban forgó típusú cellaszerkezeteket. továbbá előnyösen használják más olda- 25 tok elektrolíziséhez, különböző termékek, mint például káliumhidroxid, jód, bróm, brömsav, perkénsav, klórsav, deutérium, tricium adipinsavnitril és más szerves vegyületek nyerése céljából.

Ismeretes, hogy a szóban forgó elektrolízis által történő előállítási eljárásokhoz használt cellaszerkezetek bonyolult felépítésűek, a cellaszerkezet elemei hajlamosak a vetemedésre, az elektrolit térfogatban az 35 elektródok között egyenlőtlen az árameloszlás, könnyen kialakulnak magas áramsűrüségü, úgynevezett lokális forró foltok, amelyek megrongálhatják a permszelektív ioncserélő membránokat.

A fent említett úgynevezett forró foltok elkerülésére a technika állása szerinti megoldásoknál nagyobb elektródköz távolságot alkalmaztak, amely természetesen szükségessé tette a magasabb üzemi feszültség alkalmazá- 45 sát a cellában és csökkentette a cella működési hatékonyságát.

A szakirodalomban számos bipoláris elektródos, szüróprés jellegű elektrolízis cellaszerkezet leírása található. Ilyeneket ismer- 50 tét számos egyéb között 4.014.375, 4.364.815, 4.115.236, 3.859.197, 3.788.966, 3.884.781,

4.137.144 és 3.960.699 számú US szabadalmi leírások.

Általában a jelenleg alkalmazott cella- 55 szerkezetek mechanikusan bonyolult felépítésűek és villamos érintkezéseik nem eléggé megbízhatóak.

A 4.111.179 és a 4.194.670 számú US szabadalmi leírások olyan cellaszerkezetet 60 ismertetnek, ahol a középső falelem úgynevezett köztartó elemekkel van a síklemez formájú elektródokhoz csatlakoztatva. Ezek a cellaszerkezetek azonban a korábban ismertetetteknél is bonyolultabb kialakításúak.

A 3.752.757 és a 3.960.698 számú US szabadalmi leírásokban olyan siklemezes elektródokkal kialakított cellaszerkezetek ismertetése található, amelyeknél a középső falelem elektromosan nem vezető anyagból van. Ezért a középső falelemekhez tartozó távtartókon kívül villamos áramvezető betétekkel is el vannak látva. Ezek a betétek hegesztéssel, csavarozással vagy egyéb kötőelemek segítségével vannak a középső falelemhez erősítve. Ezek az átvezetések az egyenletes villamosáram elosztás szempontjából változatlanul nem kielégítően működnek.

További hiányosságot jelent ezeknél a megoldásoknál, hogy a középső falelem pereme mentén az anolit és a katolit kamra tömítését csak bonyolult módon lehet megoldani.

A 4.197.178 és a 4.214.969 számú US szabadalmi leírások olyan szűröprés jellegű szeparátorokat ismertetnek, amelyek középső eleme villamosán vezető anyagból (például grafitból és hőre lágyuló gyantából) van kialakítva. Ennél a megoldásnál ugyan külön áramátvezetö elemekre nincs szükség, viszont igen komoly gondokat okoz a középső elem vetemedése és csekély szilárdsága. Ennek megfelelően ezek a berendezések csak viszonylag kis méretekben készíthetők.

A jelen találmánnyal ezért a fenti hiá30 nyosságok megszüntetése a célunk és olyan cellaszerkezet kialakítása bipoláris elektródos szüróprés jellegű elektrolízis cellaegységhez, illetve több cellaegység összekapcsolásával képzett cellaegységsorhoz, amely egyrészt merevségével és robosztusságával lehetővé teszi tetszőleges nagyságú berendezések elkészítését, vetemedésre, deformálódásra nem hajlamos és alkalmazásával kiküszöbölhető a külön elektromos átvezető, illetve távtartó elemek alkalmazása.

A kitűzött feladatot olyan cellaszerkezettel oldottuk meg, ahol egy cellaegység legalább egy elektrolit bevezető és kivezető nyílással ellátott anolitkamrát és katolitkamrát, valamint ezeket elválasztó ioncserélő permszelektív membránt tartalmaz; a cellaszerkezetnek két szomszédos cellaegység anolitkamráját, illetve katolitkamráját elválasztó középső cellaeleme, anolitkamra felöli oldalán anódja, katolitkamra felőli oldalán pedig katódja van és a középső cellaelem, valamint az anód, illetve katód között áramvezető elemek és távtartó elemek vannak, ahol a találmány szerint a középső cellaelem egyetlen darabból, fémöntvényként van kialakítva oly módon, hogy sík középső falelemet, ennek kerülete mentén a középső falelemből két oldalt kinyúló peremet, valamint a középső falelemből ugyancsak két oldalt kiálló távtartó és egyidejűleg áramvezető elemekként kialakított anódcsúcsokat és katódcsúcsokat tartalmaz.

A középső cellaelemet alkotó fémöntvény anyaga célszerűen vas, acél, rozsdamentes 65 acél, nikkel, alumínium, réz, króm, magnézi3

HU 201123 Β um, tantál, kadmium, cirkónium, ólom, cink, vanádium, wolfram, irídium, ródium, kobalt vagy ezek valamilyen ötvözete.

A középső cellaelemnek legalább az anolitkamra felőli oldalén általában olyan fém burkolólemez van, amelynek alakja követi a középső cellaelem felületét és amely az anódcsúcsokkal és/vagy a katódcsúcsokkal úgy van összehegesztve, hogy közöttük saját anyagával, a burkolólemez anyagával és a középső cellaelem anyagával egyaránt hegeszthető fém közbetét elemek vannak elhelyezve.

Ha a középső cellaelem vastartalmú anyagból van, az anolit oldali burkolólemezt célszerű titánból, tantálból, niobiumból, hafniumból, cirkóniumból vagy ezek valamilyen ötvözeteiből kialakítani.

Az alkalmazott közbetét elemek lehetnek két egymáshoz felületileg kötött fémrétegből kialakítva. Egy célszerű megoldásnál az anolit oldali burkolólemez titánból, a betételemek pedig vanádiumbói vannak.

Ha a középső cellaelem vastartalmú anyagból van, és katolit oldali burkolólemezt is alkalmazunk, azt célszerű vastartalmú fémekből, nikkelből, nikkelötvözetekböl, krómból, tantálból, kadmiumból, cirkóniumból, ólomból, cinkből, vanádiumbói, wolframból, irídiumból, kobaltból vagy ezek valamely ötvözetéből kialakítani. A középső cellaelem, a katolit oldali burkolólemez és a szomszédos cellaegység katódja egyaránt vastartalmú fémekből van kialakítva.

A találmányt a továbbiakban rajzon és példák segítségével ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1. ábra a bipoláris elektródos, szűrőprés jellegű elektrolízis térbeli képe részben metszve, a

2. ábra az egységes szerkezetű cellaelemmel kialakított három egymás mellett elrendezett cellaegységet mutat metszetben, a

3. ábra a cellaszerkezet metszetben vett, a

4. és 5. ábra 3-3 metszetvonala mentén rögzített képe, a

4. ábra a cellaegység elölnézeti képe a katód irányából, az

5. ábra a cellaegység elölnézeti képe az anód irányából.

Az 1., 2. és 3. ábrán a bipoláris elektródos szűrőprés jellegű elektrolízis 10 cellaegységet ábrázoltuk, amelyet a találmány szerint az egységes szerkezetű 12 cellaelemmel alakítottunk ki·. Szokás az ilyen típusú cellaegységet siklemezes cellaegységnek is nevezni.

Egyik előnyös kiviteli alakjánál az egységes szerkezetű 12 cellaeleniet acélőntvényböl készítettük. Szilárd 14 középső falelemének kerületén 16 perem van kialakítva. A 16 perem akárcsak a 18 anódcsúcsok kiemelkednek a 14 középső falelem síkjából.

Mivel a felsorolt szerkezeti részeket egyetlen öntvényből állítottuk elő, az egységes szerkezetű 12 cellaelem révén egyidejűleg számos problémát kiküszöböltünk, vagy nagymértékben csökkentettünk. Például a vetemedési problémákat, az elektrolitszivárgási problémákat, az elektromosáram egyenlőtlen eloszlását, valamint a cellaszerkezet bonyolult konstrukciójából fakadó tőraeggyártási hátrányokat nagymértékben kiküszöböltük.

Az egységes szerkezetű 12 cellaelem jobb oldalán a 22 anolitkamra látható, az egységes szerkezetű 12 cellaelem bal oldalán a 24 katolitkamrát szemléltettük. Ezáltal az egységes szerkezetű 12 cellaelem elválasztja egymástól a cellaegységeket. A cellaegységek szerkezeti kialakításánál törekedtünk a minél egyszerűbb konstrukcióra, valamint arra, hogy az egyik cellaegységből a másik cellaegységbe az áramot minél egyszerűbben és alacsonyabb költséggel vezethessük át.

Az egységes szerkezetű 12 cellaelem 22 anolitkamra felőli oldalán 26 burkolólemezt helyeztünk el, amelyet titánból állítottunk elő. Ez a 26 burkolólemez melegalakltással, sajtolással nyerte el formáját, amelynek révén az egységes szerkezetű 12 cellaelem 22 anolitkamra felőli oldalához illeszkedik. A 26 burkolólemez felhasználásával az volt a célunk, hogy megóvjuk az egységes szerkezetű 12 cellaelem acélanyagét attól a korroziv környezettől, amely a 22 anolitkamrában tapasztalható. A 26 burkolólemez egyidejűleg a baloldali határoló felületét képezi a 22 anolitkamrának, egy permszelektiv ioncserélő 27 membrán pedig a jobboldali határoló felület képezi (lásd 3. ábra). Az egységes szerkezetű 12 cellaelem kerületi része olyan 16 peremmel van kialakítva, amely mind az anolitkamra felöli oldalon, mind a katolitkamra felőli oldalon kerületi határoló felületet képez. A titán anyagú 26 burkolólemezt célszerűen húzás, illetve mechanikai feszültségek létrehozása nélkül gyártjuk, hogy azt az atomos állapotú hidrogén ne támadhassa meg, rideg, villamosán nem vezető titánhidrideket alkotva. Közismert, hogy az atomos állapotú hidrogén a mechanikai feszültségeket tartalmazó titánt könnyebben megtámadja. E feszültségek, valamint a nyomukban fellépő káros hatások elkerülése céljából a titánt melegalakitással alakítjuk. A melegalakítás hőmérséklete előnyösen 482-538 °C. A melegen sajtolt fémlemezt formájának elnyerése után mintegy 45 percig hőntartjuk, hogy a benne fellépő feszültségek kiegyenlítődjenek, majd szobahőmérsékletre hűtjük.

A titánból készült 26 burkolólemezt az egységes szerkezetű 12 cellaelemhez, amely acélból készül, ellenálláshegesztéssel rögzítjük. A hegesztést a 18 anódcsúcsok és a 26 burkolólemez közé helyezett . vanádium 30 közbetét elemek segítségével végezzük. A vanádium önmagával, valamint a két olda-35

HU 201123 Β

Ián vele érintkező fém anyagával egyaránt hegeszthető.

A 2. ábrán látható a 26 burkolólemez kialakítása. A 26 burkolólemezt bemélyedő 32 sapkával alakítottuk ki, amelyek a 18 anódcsúcsokra illeszkednek. A 18 anódcsúcsok és a 32 sapkák 34 feneke között helyezzük el a vanádium 30 közbetét elemeket hegesztéshez. A 18 anódcsúcsok keresztmetszetének alakja általában közömbös. A 18 anódcsúcsok 28 tetősikját azonban egy síkba esóen képeztük ki.

A 36 anódot előnyösen sik fémlemezből, vagy fémszövetből alakítjuk ki, anyaga pedig titán. A 36 anódot előnyösen ruténiumoxid katalizátorral vonjuk be. A 36 anód közvetlenül a 26 burkolólemezen kialakított 32 sapkák 38 sapkatetőihez hegeszthető. A 36 anód előállításánál természetesen más típusú katalizátorokat is alkalmazhatunk.

A 2. ábrán látható, hogy a permszelektiv ioncserélő 27 membrán az egyik 10 cellaegység 36 anódja és a másik 10 cellaegység 46 katódja között helyeztük el, azaz egy cellaegység két egymás melletti 14 középső falelem közötti térben van kialakítva.

A 22 anolitkamrában a 36 anód 27 membrán és 14 középső falelem közötti helyzetét a 16 perem 14 középső falelem függőleges szimmetriatengelyétől mért távolságával, illetve a 18 anódcsúcsok magasságéval és a 30 közbetételemek vastagságával, valamint a 26 burkolólemez szélességi méretével határozzuk meg. Célszerű, ha a 16 perem szélső mérete és a 18 anódcsúcsok magassága a 14 középső falelem függőleges szimmetriatengelyétől azonos távolságra van, hiszen ezáltal az öntvény, illetve a munkadarab egy befogással gépi úton megmunkálható.

Folyadék-, illetve elektrolit szigetelési célokból a 27 membrán és a 16a függőleges peremfelület egymáshoz képesti helyzetét oly módon rendezzük el, hogy a 16a függőleges peremfelület a serpenyószerűen kialakított 26 burkolólemez 42 kihajlított pereméhez illeszkedik, amely 42 kihajlitott peremhez a 44 kerületi tömítés csatlakozik és a 44 kerületi tömítés másik oldalához a 27 membrán illeszkedik. A kerületi folyadék-, illetve elektrolitszigetelésnek számos változata megoldható, figyelembe véve, hogy a 27 membrán mindegyik, vagy mindkét oldalán elhelyezhetünk kerületi tömítést. Olyan változat is előfordulhat, amikor a serpenyőszerű keresztmetszettel kialakított 26 burkolólemez nincs ellátva 42 kihajlitott peremmel.

Az egységes szerkezetű 12 cellaelem anyagától, illetve az elektrolit összetételétől függően szükségünk lehet arra, hogy úgy 26 burkolólemezt alkalmazzunk az anolit oldalon, mint 48 burkolólemezt alkalmazzunk a katolit oldalon.

Például olyan cellaegységsornál, amelyet nátriumklorid vizes oldatával működtetünk és ahol maró hatású és/vagy hidrogéngáz keletkezik a 24 katolitkainrában, a vas alapanyagú acél teljesen megfelelő a 24 katolitkamra anyaga gyanánt, ha a maróanyag koncentráció 22% alatt és a cella működési hőmérséklete 85 °C alatt marad. Ebben az esetben az egységes szerkezetű 12 cellaelem vastartalmú acélanyaga teljesen megfelelő, azonban az anolit oldalon 22 anolitkamrát 26 burkolólemezzel kell ellátnunk, amelyet titánból készítünk. A fentieknek megfelelően az 1. ábrán nem ábrázoltunk katolit oldali 48 burkolólemezt.

A 2. és 3. ábrán az egységes szerkezetű 12 cellaelem jobb és bal oldalán tükörképszerűen alakítottuk ki a 22 anolitkamrát és a 24 katolitkamrát, valamint a cellaegység jellemző szerkezeti részeit. Sikfelületű acélból készült 46 katódot a 20 katódcsúcsokhoz hegesztéssel rögzítettük.

A 2., 3. és 4. ábrán látható 48 burkolólemez, amely a 24 katolitkamrában van elhelyezve, hidegen jól alakítható és megmunkálható, valamint a korroziv környezeti hatásoknak jól ellenálló anyagból van gyártva. A 48 burkolólemezre bemélyedésszerű 70 sapkákat sajtolunk, hogy illeszkedjék a 20 katódcsúcsokra. A 48 burkolólemez előnyösen kerülete mentén 72 kihajlított peremmel van kialakítva, amelyet a 16a függőleges peremfelületre illesztünk. A 48 burkolólemezt előnyösen az egységes szerkezetű 12 cellaelemhez ponthegesztéssel rögzíthetjük a 48 burkolólemezen kialakított 70 sapkák magasságában. Ha 48 burkolólemez anyaga és a 20 katódcsúcsok anyaga egymással közvetlenül nem hegeszthető, 78 közbetét elemeket használunk, amelyeknek anyagát úgy választjuk meg, hogy az önmagával, illetve mindkét hegesztendö fémmel hegeszthető legyen. A katolit oldali 78 közbetét elemeket, illetve az anolit oldali 30 közbetét elemeket természetesen kettőnél több rétegből is kialakíthatjuk, például titán, réz és egy vastartalmú anyagú réteg felületi kötésével.

A találmány szerinti megoldás működését nátriumklorid oldat elektrolízisének bemutatásával szemléltetjük. A nátriumklorid oldatot folyamatosan tápláljuk a 22 anolitkamrába, a 60 anolit bevezető vezetéken keresztül, mig a friss vizet a 24 katolitkamrába a 64 katolit bevezető vezetéken keresztül tápláljuk be (4. és 5. ábra). Az elektromos áramot (egyenáramot) úgy vezetjük át a ceUaegységsoron, hogy minden egyes 10 cellaegység 36 anódja pozitív a 46 hatódhoz képest. Elvonatkoztatva a depolarizált katódok és anódok felhasználásától az elektrolízis folyamata a következő: A 36 anódnál folyamatosan keletkezik a klórgáz: a nátrium kationokat a 27 membránon keresztül a 24 katolitkamrába vonzza a 46 katód. A 24 katolitkamrában hidrogéngáz és nátriumhidroxid vizes oldata keletkezik. A klórgáz és a kimerült sóoldat folyamatosan távozik a 22 anolitkamrából a 62 anolit kivezető vezetéken keresztül, míg a hidrogéngáz

HU 201123 Β és a nátriumhidroxid folyamatosan elhagyja a 24 katolitkamrát a 66 katolit kivezető vezetéken keresztül. Depolarizált elektródok alkalmazásával a hidrogén és a klór keletkezése csökkenthető szükség szerint.

Működő cellaegységsorban, mint például nátriumklorid oldat elektrolizáló cellasorban bizonyos üzemeltetési feltételek megvalósítása célszerű. A 22 anolitkamrában előnyös 0,5-5-ig terjedő pH értéket fenntartani. A betáplált nátriumklorid sóoldat előnyösen csupán kisebb mennyiségben tartalmaz több értékű kationokat (kevesebb, mint 0,8 g-ot 1 liter térfogatra és kalcium egyenértékre vonatkoztatva). Magasabb többértékű kation koncentráció megengedhető, ha a betáplált sóoldat széndioxidot tartalmaz 70 ppm mértéknél alacsonyabb érték alatt és ha a betáplált sóoldat pH értéke kisebb, mint 3,5. Az előnyös működési hőmérsékletek 0-250 °C-ig terjednek, de legcélszerűbben körülbelül 60 °C körül adható meg. A sóoldat megtisztítását a többértékű kationoktól ioncserélő gyantákkal végezhetjük, amely különösen előnyös a membrán élettartamának meghosszabbítása céljából. Ugyancsak a membrán élettartamának meghosszabbítását eredményezi, hogy ha a betáplált sóoldat alacsony vastartalni&L rögzítjük. A betáplált sóoldat pH értékét előnyösen 4,0 érték alá vihetjük klórhidrogénsav hozzáadáséval.

A 24 katolitkamrában a nyomást előnyösen a 22 anolitkamra nyomása felé emelhetjük, amely nyomásdifferencia nem nagyobb, mint körülbelül 300 mm-es vízoszlop nyomásának megfelelő nyomasérték. A nyomásdifferenciát előnyösen kiegyenlítő tartállyal szabályozhatjuk; ilyen megoldást ismertet a 4.105.515 számú US szabadalmi leirás.

Előnyösen az üzemeltetési nyomás alacsonyabb, mint 7 atm.

Szokásos üzemeltetési viszonyok mellett a cellaegységet körülbelül 0,00155-0,0062 A/mm^z áram&űrüséggel működtetjük.

Az alkáli-kloridok elektrolízisnél a 48 burkolólemezt nikkelből készítjük, ha a 24 katolitkamrában a lúgkoncentráció 22 súly% felett és az elektrolízis cella működési hőmérséklete 80 °C felett van.

A fent leirt működés megvalósításához a 22 anolitkamra 56 bevezető nyílással és 50 kivezető nyílással van kialakítva. A ki- és bevezető nyílások a 16 perem testében oly módon vannak kialakítva, hogy azokon a közegáramlás mind a 22 anolitkamrában megvalósuljon. A cellaszerkezetet 26, illetve 48 burkolólemezekkel alakítjuk ki, a megfelelő nyílásokat a 26 és 48 burkolólemezeken alakítjuk ki. Ezek a nyílások az 1. és 2. ábrán láthatók.

A felsorolt nyílásokhoz csatlakozó vezetékeket a 4. és 5. ábrán ábrázoltuk. Látható a 60 anolit bevezető vezeték, a 62 anolit kivezető vezeték, a 64 katolit bevezető vezeték és a 66 katolit kivezető vezeték.

Az egységes szerkezetű 12 cellaelem vastartalmú anyagokon, mint például acélt,.: és rozsdamentes acélon kivül kialakítható más önthető fémekből is, mint például nikkelből, alumíniumból, rézből, krómból, magnéziumból, titánból, tantálból, kadmiumból, cirkóniumból, ólomból, cinkből, vanádiumból, wolframból, irídiumból, ródiumból, kobaltból és ötvözeteikből. A 48 burkolölemez szokásosan ugyanezen anyagokból állítható elő, kivéve a magnéziumot és az alumíniumot.

Az anolit, illetve katolit oldali 26, illetve 48 burkolólemezeket előnyösen jól megmunkálható fémekből készítjük, amely egyetlen darabból húzással a kívánt formára alakítható. Ily módon a burkolólemezekben a 32, illetve 70 sapkák kialakíthatók. Természetesen a szabadalmi bejelentés oltalmi terjedelmén belül a csonkakúp alakú 32, 70 sapkákon kívül más anódcsúcsokhoz, illetve katódcsúcsokhoz illeszkedő alakú sapkák is kialakíthatók. A 18 anódcsúcsok és a 20 katódcsúcsok függőleges határolófelületének a siklemez elektród felületekkel párhuzamosaknak kell lenniük. A 18 anódcsúcsok és a 20 katódcsúcsok függőleges határolófelületének elegendően nagynak kell lennie ahhoz, hogy a létrehozott kötés keresztmetszetén keresztül megfelelően alacsony villamos ellenállású áramköri utak alakulhassanak ki. A 18 anolit csúcsokat és a 20 katódcsücsokat 14 középső falelemből kiemelkedően egyenletesen szükséges elrendezni ahhoz, hogy eléggé alacsony villamospotenciál grádiens alakuljon ki az elektród felületek vonatkozásában. A 18 anódcsucsokat, illetve 20 katódcsúcsokat oly módon szükséges elrendezni, hogy lehetővé tegyék a szabad elektrolitkamra térfogatban a szabad elektrolitáramlást.

A találmány szerinti megoldást a továbbiakban konkrét kiviteli példák segítségével ismertetjük.

1. példa

Az egységes szerkezetű 12 cellaelemet SA-216 minőségű WCB-acélból öntöttük. A 14 középső falelem vastagságét körülbelül 12,7 mm-re vettük. A kiemelkedő csonkakúp alakú csúcsok átmérője 76,2 mm, felső átmérője 38,1 mm volt. A 14 középső falelem, illetve az egységes szerkezetű 12 cellaelem befoglaló méretei 406,4 x 508 mm, minden egyes oldalán 10 csúccsal elrendezve (10 anódcsúcs és 10 katódcsucs), Az anód-, illetve katódcsúcsok alapvonalának egymástól vett távolsága mintegy 63,5 mm.

Finom megmunkálás után a csúcsok függőleges határoló felülete, illetve a 16 perem függőleges határoló felülete, azaz a 16a függőleges peremfelület tökéletesen egy síkban feküdt. A csúcsok felületén gyakorlatilag barázdáltság nem, vagy csupán alig · volt tapasztalható. A nyert cellaszerkezetet kiváló

HU 201123 Β eredménnyel alkalmazhattuk bipoláris elektródokhoz.

2. példa

A 14 középső falelemet, illetve az egységes szerkezetű 12 cellaeleniet SA-216 minőségű WCB acélból öntöttük. A szerkezet befoglaló méretei, mintegy 610 x 610 mm-sek, ahol a 14 középső falelem vastagságát 12,7 mm-re vettük. A csonkakúp alakú csúcsok alapátmérője mintegy 76,2 mm és a felső átmérőjük mintegy 38,1 mm. A csúcsok alapvonalának távolsága mintegy 63,5 mm. Öntés után a munkadarabot mind az anód, mind a katód oldalon megmunkáltuk két párhuzamos síkban. A megmunkált felületeken csupán apróbb barázdákat észleltünk. Apróbb megmunkálással a kerületi peremet is alkalmassá tettük tömítésekkel megoldott szigetelési célokra.

3. példa

A cellaszerkezet befoglaló méreteit 1220 x 2440 mm-re vettük. A célunk ennél a kiviteli alaknál az volt, hogy igazoljuk az önthetőséget és igen vékony 14 középső falelemmel kialakított megoldást. A 14 középső falelera vastagságát ennél a kiviteli alaknál körülbelül 14,3 mm-re vettük. A csonkakúp alakú csúcsok alapkör átmérője 76,2 mm, felső átmérője 38,1 mm volt. A csúcsokat egymástól 63,5 mm-es távolságra rendeztük el. Az anód és a katód oldali felületeken csupán kisebb egyenlőtlenségeket tapasztaltunk. Az öntőforma többszöri felhasználása után sem tapasztaltunk jelentős minőségromlást vagy eltérést az eredeti öntvényhez képest. Ez a példa bizonyítja, hogy ilyen méretű és alakú acélöntvényböl kialakítható és megvalósítható tömeggyártásban a találmány szerinti cellaszerkezet.

A találmány szerinti megoldás előnye, hogy a korábbi műszaki szint szerinti megoldásoktól eltérően az egységes szerkezeti kialakításból eredően a szerkezeti elemek egymáshoz kötését feleslegessé teszi, kiküszöböli a vetemedési jelenségeket, csökkenti a folyadék (elektrolit) szivárgási problémákat, mérsékli a villamosáram egyenlőtlen felületi eloszlásából eredő problémákat és lehetővé teszi az egyszerűbb tömeggyártás realizálását.

A találmány szerinti megoldás további előnye, hogy a szabályozott és állandó elektródhézagok révén csökkenthető az üzemeltetési feszültség és javul az elektrolízis folyamatának hatékonysága.

Claims (9)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Cellaszerkezet bipoláris elektródos, szűröprés jellegű elektrolízis cellaegységhez, illetve több cellaegység összekapcsolásával képzett cellaegységsorhoz, ahol egy cellaegység legalább egy elektrolit bevezető és kivezető nyílással ellátott anolitkamrát és katolitkamrát, valamint ezeket elválasztó ioncserélő permszelektiv membránt tartalmaz; a cellaszerkezetnek két szomszédos cellaegység anolitkamráját, illetve katolitkamróját elválasztó középső cellaeleme, anolitkamra felőli oldalán anódja, katolitkamra felöli oldalán pedig katódja van és a középső cellaelem, valamint az anód, illetve katód között áramvezető elemek és távtartó elemek vannak, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelem (12) egyetlen darabból, fémöntvényként van kialakítva oly módon, hogy sík középső falelemet (14), ennek kerülete mentén a középső falelemböl (14) két oldalt kinyúló peremet (16), valamint a középső falelemből (14) ugyancsak két oldalt kiálló távtartó és egyidejűleg áramvezetö elemekként kialakított anódcsúcsokat (18) és katódcsúcsokat (20) tartalmaz.

2. Az 1. igénypont szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelemet (12) alkotó fémőntvény anyaga vas, acél, rozsdamentes acél, nikkel, alumínium, réz, króm, magnézium, tantál, kadmium, cirkónium, ólom, cink, vanádium, wolfram, irídium, ródium, kobalt vagy ezek valamilyen ötvözete.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelemnek (12) legalább az anolitkamra (22) felőli oldalán olyan fém burkolólemez (26) van, amelynek alakja követi a középső cellaelem (12) felületét.

4. A 3. igénypont szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a burkolólemez (26) az anódcsúcsokkal (18) és/vagy a katódcsúcsokkal (20) úgy van összehegesztve, hogy közöttük saját anyagával, a burkolólemez (26) anyagával és a középső cellaelem (12) anyagéval egyaránt hegeszthető fém közbetét elemek (30) vannak elhelyezve.

5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelem (12) vastartalmú anyagból, az anolit oldali burkolólemez (26) pedig titánból, nióbiumból, hafniumból, cirkóniumból vagy ezek valamilyen ötvözeteiből van kialakítva.

6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a kőzbetét eleinek (30) legalább két egymáshoz felületileg kötött fémrétegből vannak kialakítva.

7. A 4-6. igénypontok bármelyike szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy az anolit oldali burkolólemez (26) titánból, a betételemek (30) pedig vanádiumból vannak.

-611

HU 201123 Β

8. A 3-7. igénypontok bármelyike szerinti cellaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelem (12, vastartalmú anyagból, a katolit oldali burkolólemez (48) pedig vastartalmú fémekből, nikkelből, nikkelötvöze- 5 tekböl, krómból, tantálból, kadmiumból, cirkóniumból, ólomból, cinkből, vanádiumból, wolframból, irídiumból, kobaltból vagy ezek valamely ötvözetéből vau kialakítva.

9. A 7. igénypont szerinti cellaszerke- 10 zet, azzal jellemezve, hogy a középső cellaelem (12), a katolit oldali burkolólemez (48) és a szomszédos cellaegység katódja (46) egyaránt vastartalmú fémekből van kialakítva. 15