ITBO20080688A1

ITBO20080688A1 - Cella elettrochimica

Info

Publication number: ITBO20080688A1
Application number: IT000688A
Authority: IT
Inventors: Sandro Quadrelli
Original assignee: Gima Spa
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-14
Also published as: EP2396282A1; AU2009315640A1; SMAP201100036A; WO2010055108A1; US20110284392A1; SMP201100036B; AU2009315640B2; CA2743695A1

Description

CELLA ELETTROCHIMICA

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione s'inquadra nel settore concernente l’elettrochimica ed in particolare si riferisce ad una cella elettrochimica adatta, ad esempio per la produzione elettrolitica di un anolita.

Sono note celle elettrolitiche a forma di parallelepipedo con elettrodi piani separati dalla membrana tramite spaziatori drenanti destinati a mantenere la membrana stessa in posizione ed a consentire il flusso di un liquido elettrolitico, ad esempio una salamoia, tra ciascun elettrodo e la rispettiva membrana.

Sono noti spaziatori, in forma di reti drenanti, realizzati con poliolefine od in fibra di vetro e PTFE.

Gli spaziatori realizzati con poliolefine presentano lo svantaggio di essere scarsamente resistenti ed insufficientemente duraturi, particolarmente dal lato dell’anodo, dove l’ambiente è molto acido.

Tutti gli spaziatori drenanti noti sopra menzionati presentano lo svantaggio di causare elevate perdite di carico del flusso del liquido che provocano rischi di surriscaldamento della cella e ripercussioni sulla membrana che si trova sottoposta ad un gradiente di pressione dannoso.

Altro svantaggio degli spaziatori noti sopra menzionati consiste nel fatto che schermano gli elettrodi a cui sono associati creando delle zone d’ombra su di essi e causando una riduzione di efficienza.

Ulteriore svantaggio degli spaziatori noti sopra menzionati consiste nel fatto che la loro forma a rete drenante può “segnare” e danneggiare la membrana, toccandola in modo non uniforme, ma attraverso piccole cuspidi.

Altro svantaggio di detti spaziatori noti consiste nel fatto che possono essere di difficile montaggio nella cella con perdite di tempo, aumento dei costi e rischi di errori di montaggio.

Ulteriore svantaggio di detti spaziatori noti consiste nel fatto che richiedono un disegno ed una realizzazione delle celle elettrolitiche assai complesso e costoso. Uno scopo della presente invenzione è quello di proporre una cella elettrochimica con basse o bassissime perdite di carico del flusso del liquido.

Altri scopi sono di proporre una cella ad elevata efficienza, in grado di funzionare con tensioni elettriche ridotte, esente dal rischio di danneggiamento erosivo e/o meccanico della membrana ed esenta da surriscaldamenti.

Ulteriori scopi sono di proporre una cella di semplice disegno e produzione, facile e veloce da montare e sicura.

Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:

- la figura 1 illustra una vista assonometrica della cella elettrochimica oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 illustra una vista laterale e trasparente della cella di figura 1;

- le figure da 3 a 5 illustra una viste in sezione secondo i piani rispettivamente III -III; IV - IV e V - V di figura 2;

- la figura 6 illustra una vista parziale ed ingrandita di un particolare di figura 5; - la figura 7 illustra una vista assonometrica ed esplosa della cella di figura 1;

- la figura 8 illustra una vista assonometrica ed ingrandita di un elettrodo di figura. Con riferimento alle figure da 1 ad 8, con 1 viene indicata la cella elettrochimica oggetto della presente invenzione di tipo a due od a quattro camere.

La cella è dotata, ad esempio, di due cavità interne, ciascuna divisa, da una rispettiva membrana 2, in due camere 3 affacciate, ciascuna attraversata da flussi di liquidi e ciascuna dotata di almeno un rispettivo elettrodo 4 avente una propria faccia piana a diretto contatto con la membrana 2.

Ciascuno di tali quattro elettrodi presenta una pluralità di aperture 5 che consentono il passaggio del liquido.

Tali aperture 5 consistono in fori passanti attraverso lo spessore di detto elettrodo 4 e preferibilmente sono regolarmente distribuiti a matrice su tutta la superficie di tale elettrodo 4.

Più in particolare, ciascun elettrodo 4 è reticolare con fori a forma di losanga che costituiscono le aperture 5; a titolo d’esempio le porzioni dell’elettrodo che circondano le aperture 5 possono essere viste come due gruppi di aste rettilinee, piatte e complanari ove le aste di ciascun gruppo sono reciprocamente parallele, equidistanziate ed inclinate rispetto alle aste dell’altro gruppo. Le facce principali dell’elettrodo, costituite dal reticolo, sono reciprocamente parallele, piane e la faccia a contatto con la membrana, è priva di sporgenze od asperità che possano danneggiare la membrana stessa.

Gli elettrodi 4 sono preferibilmente in titanio, lega di nichel o simili conduttori elettrici e sono preferibilmente rivestiti con un catalizzatore, preferibilmente per gli elettrodi 4 anodici, in ossido di iridio e/o rutenio.

Ciascun elettrodo 4 è provvisto di uno o più mezzi a contatto 7 per l’alimentazione elettrica.

Ciascun elettrodo 4 è quindi a forma di lastra o piastra forata o di forma reticolare con la faccia piana maggiore opposta a quella a riscontro con la rispettiva membrana 2 che delimita un passaggio 6 realizzato nella rispettiva camera 3 per il flusso di un liquido che lambisce tale faccia e che raggiunge la membrana 2 attraverso le aperture.

Ciascuna camera 3 reca due sedi 8 laterali per ospitare porzioni laterali del bordo del rispettivo elettrodo 4. Tali sedi 8 della camera 3 delimitano lateralmente il passaggio 6 che ha un forma in pianta simile a quella dell’elettrodo. Il passaggio 6 ha uno spessore sufficiente al passaggio con poca resistenza del liquido che entra ed esce da tale passaggio attraverso condotti di alimentazione e di deflusso sfocianti nella rispettiva camera. Lo spessore del passaggio è alquanto inferiore alla altre dimensioni del passaggio stesso che quindi assume l’aspetto di un parallelepipedo schiacciato.

Ciascuna camera reca uno o più mezzi di riscontro 9 destinati a riscontare con l’elettrodo per supportarlo. La membrana è a forma di foglio o film, preferibilmente di tipo a gruppi attivi, quali i gruppi solfonati, su matrice teflonata. Il bordo di tale membrana è serrato a tenuta tra due corpi 11, 12 della cella ciascuno avente una delle due camere 3 separate dalla membrana 2 stessa.

Ciascuno dei mezzi di riscontro 9 sopra menzionati consiste in una nervatura o costola, ad esempio rettilinea, realizzata nel rispettivo corpo 11, 12 sporgente nella camera e che attraversa longitudinalmente tutto lo spessore del passaggio 6 toccando l’elettrodo per tutta la sua estensione longitudinale impedendogli di allontanarsi o flettersi rispetto alla sua corretta posizione di totale riscontro con la membrana.

La membrana 2 è serrata tra due elettrodi 4 piani affacciati e contrapposti, ciascuno a diretto contatto con una rispettiva faccia di tale membrana 2. La porzione di membrana serrata tra gli elettrodi è complanare al bordo della membrana serrato tra i due corpi, in questo modo la membrana non è sollecitata, è ben protetta ed insensibile o quasi a vibrazioni od urti.

I condotti di alimentazione e di deflusso dei liquidi e di sfiato dei gas prodotti sono ricavati, almeno in parte, nei corpi 11, 12 della cella.

Ciascun mezzo a contatto 7 è ortogonale al piano delle facce del rispettivo elettrodo 4 ed esce dalla rispettiva camera 3 attraverso un foro 10 praticato in un corpo 11, 12 della cella per la connessione elettrica a un attacco di un mezzo di connessione elettrica 20 ad esempio a forma di barra o stecca con fori di attacco per i contatti elettrici. Tale mezzo di connessione elettrica 20 può essere infilato per scorrimento in una rispettiva sede ricavata in un corpo ed in cui sfociano i fori 10 per i mezzi a contatto 7.

Ciascun mezzo a contatto 7 comprendendo una porzione filettata impegnabile a mezzi a dado filettato di serraggio e regolazione nella rispettiva camera 3.

Ciascun mezzo di connessione elettrica 20 è dotato di attacchi per uno o più mezzi a contatto 7 di uno o più elettrodi 4 e per cablaggi elettrici di collegamento ad una polarità di una sorgente elettrica.

La parte della sede per il mezzo di connessione elettrica 20 opposta ai fori 10 per i mezzo a contatto 7 è aperta verso l’esterno tramite un’asola per consentire di avvitare i dadi filettati alla porzione filettata dei mezzo a contatto 7.

L’attacco del mezzo di connessione elettrica 20 per i cablaggi elettrici di collegamento è ricavato ad un’estremità del mezzo di connessione elettrica 20 stesso sporgente dal corpo.

L’invenzione prevede anche mezzi isolanti di chiusura delle asole e di protezione delle estremità sporgenti del mezzo di connessione elettrica 20.

Un vantaggio della presente invenzione è di fornire una cella elettrochimica con basse o bassissime perdite di carico del flusso del liquido.

Altri vantaggi sono quelli di fornire una cella ad elevata efficienza, in grado di funzionare con tensioni elettriche ridotte ed esente dal rischio di danneggiamento erosivo e/o meccanico della membrana e pressoché esente da rischio di surriscaldamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Cella elettrochimica dotata di almeno una cavità interna divisa, da almeno una membrana (2), in almeno due camere (3) ciascuna attraversata da flussi di liquidi e ciascuna dotata di almeno un rispettivo elettrodo (4); detta cella essendo caratterizzata dal fatto che almeno uno degli elettrodi (4) reca una propria faccia a diretto contatto con la membrana (2) e presenta una pluralità di aperture (5) per il liquido.
2) Cella secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che le aperture (5) di ciascun elettrodo (4) a diretto contatto con la membrana (2) consistono in fori passanti attraverso lo spessore di detto elettrodo (4) e preferibilmente sono regolarmente distribuiti a matrice su tutta la superficie di tale elettrodo (4).
3) Cella secondo la rivendicazione 1 oppure la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che ciascun elettrodo (4) a diretto contatto con la membrana (2) è a forma di lastra o piastra con una faccia piana maggiore a riscontro con la rispettiva membrana (2) e con la rimanente faccia piana maggiore che delimita un passaggio (6) realizzato nella rispettiva camera (3) per il flusso di un liquido che lambisce tale faccia e che raggiunge la membrana (2) attraverso le aperture.
4) Cella secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che ciascuna camera (3) reca almeno una sede (8) per bordi del rispettivo elettrodo (4) e delimitante il passaggio (6); tale camera reca inoltre un insieme di mezzi di riscontro (9) destinati a riscontare con l’elettrodo per supportarlo.
5) Cella secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che gli elettrodi (4) sono preferibilmente in titanio, lega di nichel o simili conduttori elettrici e sono preferibilmente rivestiti con un catalizzatore, preferibilmente per gli elettrodi (4) anodici, in ossido di iridio e rutenio.
6) Cella secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la membrana è a forma di foglio o film, preferibilmente di tipo a gruppi attivi, quali i gruppi solfonati, su matrice teflonata; il bordo di tale membrana essendo serrato a tenuta tra due corpi (11, 12) della cella ciascuno avente una delle due camere (3) separate dalla membrana (2) stessa.
7) Cella secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto di essere di tipo a due od a quattro camere con i condotti di alimentazione e di deflusso dei liquidi e di sfiato dei gas prodotti ricavati, almeno in parte, nei corpi (11, 12) della cella.
8) Cella secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la membrana (2) è serrata tra almeno due elettrodi (4) piani affacciati e contrapposti, ciascuno a diretto contatto con una rispettiva faccia di tale membrana (2).
9) Cella secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che ciascun elettrodo (4) a diretto contatto con la membrana (2) è a forma di reticolo, preferibilmente con fori a forma di losanga che costituiscono le aperture (5), tale elettrodo (4) essendo provvisto di almeno un mezzo a contatto (7) per l’alimentazione elettrica.
10) Cella secondo la rivendicazione 9 caratterizzata dal fatto che ciascun mezzo a contatto (7) è ortogonale al piano delle facce del rispettivo elettrodo (4) ed esce dalla rispettiva camera (3) attraverso un foro (10) praticato in un corpo (11, 12) della cella per la connessione elettrica a un attacco di un mezzo di connessione elettrica (20); ciascun mezzo a contatto (7) comprendendo una porzione filettata impegnabile a mezzi a dado filettato di serraggio e regolazione nella rispettiva camera (3); ciascun mezzo di connessione elettrica (20) essendo dotato di attacchi per uno o più mezzi a contatto (7) di uno o più elettrodi (4) e per cablaggi elettrici di collegamento ad una polarità di una sorgente elettrica.