NO159296B - Tilfoersels- og uttaksanordning for en flytedne elektrolytt ved elektrolysoer av filterpressetypen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning til tilførsel og uttak av elektrolytt ved en elektrolysar av filterpressetypen, f.eks. en elektrolysør som vist i søkernes franske patentskrifter 2 448 581 og 2 448 583.

Elektrolysører av filterpressetypen er satt sammen av en rekke elementær-elektrolyseceller, hver bestående av to parallelle metalliske elektrodeplater plassert i innbyrdes avstand, slik at de mellom seg levner et rom, som så igjen er underoppdelt i to kamre ved en plan membran som er parallell med elektrodene. Kammeret mellom den positive elektrode, altså anoden, og membranen betegnes som anodekammer, mens kammeret mellom den nega-tive elektrode, altså katoden, og membranen betegnes som katodekammer. Man lar en elektrolytt sirkulere dels i anodekammeret, hvor den betegnes som anolytt, og dels i katodekammeret, hvor elektrolytten betegnes som katolytt. I alminnelighet blir hver elementærcelle anbragt oppreist på sin sville, og elektrolytten sirkulerer nedenfra og oppover. Man oppsamler da de blandinger av væske og gass som skyldes elektrolysereak-sjonene dels i anodekammeret og dels i katodekammeret, i elek-trolysecellens øvre del, hvorfra den katodiske og den anodiske blanding tas ut separat.

I en elektrolysør av filterpressetypen bestående av et stort antall elementærceller foreligger følgende sammenstilling: en metallplate forbundet med negativ potensial, i alminnelighet anleggets godspotensial,

et katodekammer,

en membran,

et anodekammer,

en elektrisk isolert metallplate, som med den side som vender mot anodekammeret og således ved influens er ladet med positiv elektrisitet, utgjør anoden i første celle, mens den annen side, som nødvendigvis lades med negativ elektrisitet ved bevaring av elektrisiteten, utgjør katoden i annen celle,

et annet katodekammer,

en annen membran,

et annet anodekammer,

en annen elektrisk isolert metallplate,

osv. frem til siste metallplate, som er forbundet med elektrolysørens positive tilførselsklemme og danner siste anode. I praksis er metallplaten hos alle de omtrent femti celler

en tykk plate, noe som gjør det mulig å sette elektrolysøren mekanisk sammen av et system av cellepakker.

Ved en slik elektrolysør blir elektrolytten således innført

i nedre del av hvert kammer via minst én tilførselskanal med lite tverrsnitt og så tatt ut fra kammeret ved dettes øvre del via minst én uttakskanal, likeledes med lite tverrsnitt. Man gir disse kanaler lite tverrsnitt innen de grenser som settes av hydrauliske hensyn, slik at lekkasjestrømmen gjennom dem blir minst mulig.

Forøvrig munner hver av cellenes uttakskanaler ved elektro-lysører som for tiden er kjent, ut i en. uttakskanal som er felles for alle cellene for katolyttens vedkommende, og i en tilsvarende uttakskanal for anolyttens vedkommende, og hver av disse kanaler er parallell med celleradens akse. Videre går hver av tilførselskanalene ut enten fra en eneste felles tilførselskanal for elektrolytt (jfr. fransk patentskrift 24 48 583) likeledes parallell med radens akse, eller fra en første felles kanal av samme art, men bestemt for anodekamrene, og fra en annen kanal av samme art, men bestemt for katode-kamrene (jfr. fransk patentskrift 24 48 581).

Disse konvensjonelle anordninger til tilførsel og uttak av elektrolytt har to ulemper som er uheldige for elektrolysørens virkningsgrad:

For det første skjer denne tilførsel og avgang under trykk

med en dynamisk komponent som er ganske meget høyere for cellene i nærheten av elektrolysørens inngang og utgang enn for celler i større avstand fra disse; følgelig blir strømnings-

mengder og dermed trykkfall og oppvarming ikke like store for alle cellene i raden, noe som er ytterst ugunstig ikke bare for elektrolysørens virkningsgrad, men også for dens levetid.

For det annet betyr denne form for mating gjennom tre eller fire fordelingskanaler som er parallelle med radens akse, at der i elektrisk henseende blir innført tre eller fire små mot-stander parallelt med elektrolysøren, hvor der sirkulerer en lekkasjestrøm som minsker elektrolysørens virkningsgrad ved minskning av nyttestrømmen.

Tilførsels- og uttaksanordningen for elektrolytt i samsvar med oppfinnelsen gjør det mulig å avhjelpe disse ulemper og dermed øke elektrolysørens virkningsgrad påtagelig. For å gi en forestilling om størrelsesorden kan det her dreie seg om en høyning av virkningsgraden fra omkring 0,9 til omkring 0,97. Anordningen er av den type som for ett og samme system av sammenstilte celler, dvs. hver cellerad, omfatter: - minst én for systemet felles elektrolytt-tilførsels-krets hvorfra der går ut kanaler som separat mater hvert anodekammer og hvert katodekammer, - en for systemet felles uttakskanal for elektrolytt hvori der munner ut kanaler separat forbundet med hvert sitt anodekammer, og - en for systemet felles avgangskrets for elektrolytt, hvori der munner ut kanaler som er separat forbundet med hvert sitt katodekammer, - og anordningen er kjennetegnet ved at minst én av de nevnte elektrolytt-tilførselskretser omfatter minst ett beroligelseskammer hvori alle de nevnte med kretsen forbundne kanaler munner ut, og at beroligelseskammeret har lite tverrsnitt og er forbundet med hovedinnløpet eller -utløpet for elektrolytt ved en ledning som oppviser i det minste et parti med trang og snodd form, slik at dette ledningsparti får stor lengde og lite tverrsnitt, og som er utformet i godset av en sylinder eller et rør som begrenser det indre av beroligelses-

kammeret (fig. 1 og 7).

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved lesning av den følgende beskrivelse av to ikke-begrensende utførelseseksempler, hvor der henvises til tegningen. Fig. 1 viser perspektivisk og gjennomskåret en tilførselskrets i samsvar med oppfinnelsen for en del av elektrolysøren. Fig. 2 viser det ekvivalente elektriske skjema for en tilfør-selskrets som den på fig. 1. Fig. 3 viser i lengdesnitt og forenklet en tilførselskrets utformet som på fig. 1, for en første pakke av elektrolysører eller sammensatt av en rad av flere pakker. Fig. 4 viser forenklet og i lengdesnitt den ovennevnte til-førselskrets ved nest siste pakke samt litt av siste pakke. Fig. 5 viser forenklet og i lengdesnitt den samme krets ved enden av siste pakke.

Fig. 5a viser snitt etter linjen AA på fig. 5.

Fig. 6 er et enderiss av den samme tilførselskrets sett i ret-ningen for pilen 10 på fig. 1. Fig. 7 viser forenklet og i lengdesnitt en variant av tilfør-selskretsen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 anskueliggjør perspektivisk matingen av anodekamrene i ni celler hos en elektrolysør av filterpressetypen. For eksempel vil den viste tilførselskrets kunne referere seg til de første celler i den første av pakkene som inngår i en slik elektrolysør. Under denne forutsetning vil den viste sammenstilling innbefatte ved venstre ende, dvs. på oppstrømsiden, den ytterste katodeplate som er forbundet med anleggets godspotensial. For ikke å overbebyrde tegningen eller gjøre den for komplisert er denne plate ikke vist på figuren, men den er vist på fig. 3 som vil bli beskrevet senere.

På fig. 1 ses for det første de metalliske elektrodeplater

1 og de isolerende plater 2 som forbinder platene og avstøtter dem mot hverandre. Videre ses tilførselskanalene 3 for elektrolytt til de enkelte anodekamre. For ikke å overbebyrde tegningen har man her ikke tått med membranene som sitter i midt-planene mellom elektrodeplatene. Når det gjelder den nøyaktige plassering av disse membraner, kan der henvises til øvre del

av fig. 3 i det ovennevnte franske patentskrift 24 48 583.

For nå å gå over til den foreliggende oppfinnelse, blir kanalene 3, som det klart ses på tegningen, matet med elektrolytt fra et halvringformet kammer 4 som har lite tverrsnitt, og som derfor i det følgende vil bli kalt "beroligelseskammer", og hvor elektrolytten tilføres gjennom en skruelinjeformet ledning 51 som har lite tverrsnitt og er utformet i innerveggen av et rør 6 som er utført av isolerende materiale og med tykk vegg. Som det ses, trer elektrolytten inn i ledningen 51 som antydet ved pilen 7 og forlater kammeret 4 som antydet ved pilen 8. Forøvrig har røret 6 en gjennomgående sentral åpning 9 som danner en langsgående kanal hvori der strømmer elektrolytt bestemt til å mate de etterfølgende pakker som antydet ved pilene 10 og 11, mens pilen 12 antyder strømløpet for elektrolytt som mater snodd ledning i tilknytning til den annen pakke. Skjønt det ikke er vist på tegningen, vil det forøvrig lett forstås at beroligelseskammeret 4 er lukket ved sin venstre eller oppstrøms-ende med endeelektroden, som det klart vil fremgå av fig. 3. I tilfellet av at man hadde en elektro-lysør med bare én enkelt pakke, ville kammeret 4 være lukket på oppstrømsiden med den annen endeelektrode, og røret 6, som da ikke ville ha midtåpningen 9, ville være massivt, fråsett det innvendige rom som opptas av ledningen 51. I det foreliggende tilfelle har elektrolysøren 12 pakker, og beroligelses-kamrene for to nabopakker kommuniserer, som det vil bli påpekt senere.

På fig. 2 ses det elektriske skjema som tilsvarer en mating med elektrolytt som den vist på fig. 1. På fig. 2 representerer motstandene Ra motstandene av kanalene 3, og motstandene Ra er de deler av motstanden av kammeret 4 som ligger mellom de to kanaler 3, motstanden RH er motstanden av ledningen 51, og motstanden Rc er motstanden av kanalen 9 mellom utgangspunktet og den snodde ledning. I den foregående setning skal "motstanden" forstås å bety motstanden av kanalen, ledningen eller kammeret når denne resp. dette er fylt med elektrolytt.

Ved en samlet betraktning av fig. 1 og 2 ser man således at man dermed - har skaffet et beroligelseskammer 4 som ved å oppheve det dynamiske trykk som forelå ved innløpet, gjør det mulig å sikre samme strømningsmengde av elektrolytt for alle ele-mentærkanalene, - og har skaffet et motstandsnettverk med høyere ekviva-lent motstand enn tidligere kjente anordninger, dels fordi motstanden av beroligelseskammeret 4 er meget større enn motstanden av tilførseslsledningen ifølge kjent teknikk, og dels fordi motstanden RH av den snodde ledning 51 er tilstrekkelig stor til at dens parallellkobling med motstandene Ra ikke i for sterk grad minsker motstanden av beroligelseskammeret.

Fig. 3-6 gjør det mulig å danne seg et enda mer nøyaktig bilde av utførelsen av tilførselsanordningen for elektrolysøren,

som forutsettes sammensatt av tolv pakker å femti celler som representativt eksempel.

I det forenklede lengdesnitt på fig. 3 ses foruten røret 6 kanalen 9, ledningen 51 og kammeret 4, som alle ble beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1, videre endeelektroden 13 hvor elektrodeplaten 14 danner den annen ende av første pakke, et stykke av den annen snodde ledning 52, som mater annet beroligelseskammer 42 i tilknytning til annen pakke,

som man ser begynnelsen av til høyre på figuren, samt den langsgående kanal 92 som likedan som kanalen 9 for annen pakke har til oppgave å mate den snodde ledning 53 (fig. 6), som selv mater tredje pakke.

Som det ennvidere ses på figuren, kommuniserer beroligelses-kamrene 4 og 42 innbyrdes via en ringkanal eller passasje 17 som er levnet mellom en isolerende ring eller stykke 16 som er montert på innerkanten av plateelektroden 14, og røret 6.

På denne måte fås en optimal hydraulisk fordeling av fluid mellom de forskjellige beroligelseskamre, man minsker maksi-malt den parasittiske forurensning som skyldes sekundære elek-trolysefenomener som opptrer i elektrolytten mellom beroligel-seskamrene, og man unngår korrosjon på elektrodeplatene.

Ut fra det foregående forstår man lett snittegningen på fig.

4. Således ser man her nest siste snodde ledning 511, som mater nest siste beroligelseskammer 411, siste langsgående kanal 911 og siste snodde ledning 512, som mater beroligelseskammeret 412 for tolvte og siste pakke, som det enda tydligere fremgår av fig. 5, hvor 15 likeledes betegner elektrolysørens ytterste anodeplate som er forbundet med den positive pol på dens elektriske forsyningskilde. Spesielt på fig. 4 vil det ses at den snodde ledning som kunstig antydet på denne figur ikke synes å munne ut midt i det tilknyttede beroligelseskammer. Dette er imidlertid bare en konvensjonell fremstillingsform som er valgt for ikke å overdrive tverrdimensjonene på tegningen for sterkt, idet det sier seg selv at hver snodd ledning i virkeligheten munner ut i det tilknyttede beroligelseskammers midtplan, noe som muliggjør optimal fluidumfordeling.

Forøvrig vil det forstås i betraktning av fig. 5 og 5a at beroligelseskammeret 412 for siste pakke ender i et parti 4121 med stort tverrsnitt og i direkte elektrisk kontakt med endeelektroden 15, noe som er funnet gunstig såvel når det gjelder minskning av den forurensning som skyldes det sekundære elek-trolysefenomen, som når det gjelder fordelingen av strømmene i elektrolysøren.

Enderisset på fig. 6 gjør det mulig å bli klar over plassering-en av begynnelsesendene av de tolv snodde ledninger (51-512) som mater de tolv beroligelseskamre ved den nettopp beskrevne tilførselsanordning for elektrolysøren.

Fig. 7 viser i forenklet lengdesnitt en utførelsesvariant hvor den snodde ledning er erstattet med en labyrintformig strøm-ningsvei tilveiebragt med konsentriske rør (22, 23, 24 og 25, 26, 27) med åpning skiftevis mot den ene og den annen ende, slik at der levnes mellomliggende tynne passasjer som danner en labyrint med trangt tverrsnitt hvor elektrolytten strømmer i en meanderformet bane, som det forøvrig klart fremgår av tegningen, hvor de henvisningstall som tetegner tilsvarende elementer, er overført til denne utførelsesvariant.

Det sier seg selv dels at de to ovenfor beskrevne eksempler

på en snodd strømningsvei med lite tverrsnitt ikke utgjør noen begrensning i så måte, og dels at disse to former for strøm-ningsveier meget godt kan kombineres, eventuelt sammen med andre, i en tilførsels- eller uttaksanordning for elektrolytt ved en elektrolysør ifølge oppfinnelsen. Videre vil form og tverrsnitt av de nevnte strømningsveier og beroligelseskamre kunne varieres med hensyn til dimensjoner avhengig av forhold-ene, særlig for å ta hensyn til de hydrauliske krav med hensyn til fluidstrømninger, krav som alltid gjør det nødvendig å finne et kompromiss, idet man selvsagt hverken kan minske tverr-snittene eller forlenge strømningsveiene for sterkt.

Claims (8)

1. Tilførsels- og uttaksanordning for elektrolytt ved en elektrolysør av filterpressetypen, omfattende for ett og samme system av sammenstilte celler: - minst én for systemet felles elektrolytt-tilførsels-krets hvorfra der går ut kanaler (3) som separat mater hvert anodekammer og hvert katodekammer, - en for systemet felles uttakskanal for elektrolytt hvori der munner ut kanaler separat forbundet med hvert sitt anodekammer, og - en for systemet felles avgangskrets for elektrolytt, hvori der munner ut kanaler som er separat forbundet med hvert sitt katodekammer, karakterisert ved at minst én av de nevnte elektrolytt-tilførselskretser omfatter minst ett beroligelseskammer (4) hvori alle de nevnte med kretsen forbundne kanaler (3) munner ut, og at beroligelseskammeret har lite tverrsnitt og er forbundet med hovedinnløpet eller -utløpet for elektrolytt ved en ledning (51) som oppviser i det minste et parti med trang og snodd form, slik at dette ledningsparti får stor lengde og lite tverrsnitt, og som er utformet i godset av en sylinder eller et rør (6) som begrenser det indre av beroligelseskammeret (4) (fig. 1 og 7).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at beroligelseskammeret (4) er et halvringformet kammer med lite tverrsnitt og i form av en sirkelbue (fig. 6).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nevnte ledning (51) munner ut midt i beroligelseskammeret (4) .

4. Anordning som angitt i krav 1 eller 3 og bestemt for en elektrolysør som er utført i form av flere sammenstilte pakker, karakterisert ved at den oppviser ett beroligelseskammer (4, 42 .... 411, 412) og én snodd ledning (51, 52 ... 511, 512) pr. pakke og alle disse beroligelseskamre kommuniserer, og at sylinderen (6) er felles for alle pakkene og er gjennomsatt av langsgående kanaler (9, 92 .... 911) som kommuniserer innbyrdes ende mot ende og mater de snodde ledninger (51, 52 511, 512) med elektrolytt (fig. 3-6).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at forbindelsen mellom kamrene for to nabopakker dannes av en eller flere passasjer (17) som er uttatt i et isolerende stykke (16) anbragt ved ihnerkanten av de plateelektroder (14) som begrenser de nevnte nabopakker i forhold til hverandre (fig. 3, 4 og 7).

6. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at beroligelseskammeret (412) for siste pakke ender i et parti (4121) som har utvidet tverrsnitt og har elektrisk kontakt med endeelektroden (15).

7. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at den eller de snodde ledninger (51, 52 511, 512) eller i det minste noen av dem har skruelinjeformig forløp, (fig. 1).

8. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at den eller de snodde ledninger (51, 51 511, 512) eller i det minste noen av dem utgjøres av en rekke konsentriske rør (22, 23, 24 og 25, 26, 27) som er adskilt ved korte mellomrom og åpne skiftevis mot den ene og den annen ende, slik at der fås en labyrint med trangt tverrsnitt hvor elektrolytten strømmer i en meanderformet bane (fig. 7).