NL8902713A - Inrichting voor het uitvoeren van een electrolyse en daarbij te gebruiken bipolaire electrode. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het uitvoeren van een electrolyse en daarbij te gebruiken bipolaire electrode.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een electrolyse waarin meerdere eiectrolysecellen bestaande uit electroden en een diafragma electrisch in serie zijn geschakeld, waarbij elke cel is voorzien van een toevoer en afvoer voor electrolyt, eventueel gecombineerd met een afvoer voor het ontwikkelde gas, welke cellen zijn omgeven door een omhulling met twee kopse platen. Een dergelijke inrichting is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7213157 waarin een meervoudige electrolysecel met diafragma is beschreven, welke electrolysecel bipolaire electroden bevat. Met een dergelijke inrichting is het mogelijk diverse electrolysebewerkingen uit te voeren, zoals de ontwikkeling van chloorgas door de electrolyse van een oplossing van een chloride in water. Hoewel de verdere beschrijving betrekking heeft, op een dergelijke bij voorkeur uit te voeren electrolyse ter bereiding van chloorgas zal het duidelijk zijn dat ook andere electrolyses in een dergelijke inrichting kunnen plaatshebben. De ontwikkeling van chloorgas staat met name in de belangstelling voor het zuiveren van zwemwater in zwembaden, omdat door het gebruik van het ontwikkelde chloorgas de toepassing van chloorbleekloog en dergelijke achterwege kan blijven. De inrichting volgens de uitvinding kan echter ook worden toegepast ter vermijding van algengroei bij koeltorens, voor het pasteuriseren van melk of ijs, hetgeen ook met UV-licht kan plaatshebben en in zijn algemeenheid op die plaatsen waar kiemen en dergelijke worden gedood.

Een probleem bij de bestaande electrolyse-apparatuur waarin meerdere bipolaire electroden in serie zijn geschakeld zodat een zogenaamd filterperstypecel ontstaat is dat veel aandacht moet worden besteed aan het goed afdichten van de cellen zodat geen lekkage optreedt van het electrolyt uit de electrolysecel. Hoewel in de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage niet veel aandacht is besteed aan dergelijke pakkingen is wel vermeld dat via bekende niet-afgebeelde dichtingsmiddelen tussen de afzonderlijke elementen zoals metaalelectroden, ramen en diafragma's de dichtheid wordt verkregen. In de Europese octrooiaanvragen 55.931 en 280.359 en in het Amerikaanse octrooischrift 4.344.633 is speciale aandacht gericht op dergelijke pakkingen. Deze pakking is met name van belang omdat door de electrolyse chemisch aggressieve stoffen ontstaan die zeer corrosief zijn ten aanzien van de omgeving van de cel. De constructie van dergelijke pakkingen maakt de electrolysecellen duur en ze zijn slechts via arbeidsintensieve werkwijzen te vervaardigen. Verder is gebleken dat de tot nu toe toegepaste pakkingen zeker na een bepaalde tijd toch lekkages vertonen. Verder is het door het gebruik van de verschillende pakkingen problematisch of kostbaar de bipolaire electroden vlak te spannen in de ramen. Een ander nadeel van de te gebruiken pakkingen is dat deze vaak bepalend zijn voor de afstand tussen de electroden en een grotere afstand tussen de electroden geeft een lager stroomrendement.

Dit probleem ten aanzien van de te gebruiken pakkingen bij electrolysecellen is thans opgelost door het gebruik van een inrichting volgens de uitvinding zoals in de aanhef vermeld en deze inrichting wordt hierdoor gekenmerkt, dat tussen de omhulling en de buitenkant der celramen een vloeistofmantel is aangebracht voorzien van een vloeistoftoevoer en een vloeistofafvoer. Zodoende wordt binnen de onhulling van de inrichting en rond het stelsel van de celramen met bipolaire electroden een vloeistofmantel aangebracht, welke vloeistof bij voorkeur bestaat uit water, zodat een eventueel lek uit de electrolysecellen kan worden toegestaan omdat de eventueel weglekkende vloeistof wordt opgenomen in de watermantel die periodiek of continue wordt ververst. Daarbij kan een geringe inlek van water worden getolereerd. Verder verdient het de voorkeur boven de electrolysecellen in de watermantel de ontgassingsbuizen op te nemen in welke ontgassingsbuizen een scheiding plaats heeft van electrolyt en het ontwikkelde gas, zodat waterstof en chloorgas uit deze ontgassingsbuizen makkelijk kunnen worden gewonnen. Het zal duidelijk zijn dat dergelijke ontgassingsbuizen ook kunnen worden toegepast op de aangegeven plaats en met de beoogde constructie volgens de uitvinding bij electrolysecellen waarin op zich bekende pakkingen zijn gebruikt, zodat het niet noodzakelijk is de vloeistofmantel binnen de omhulling aan te brengen. De constructie van de ontgassingsbuizen en de toevoer van electrolyt en gas aan deze ontgassingsbuizen zal hierna verder worden toegelicht.

Omdat bij de constructie volgens de uitvinding minder of geen aandacht hoeft te worden besteed aan het pakkingsmateriaal en de daarbij noodzakelijke spanningen die worden uitgeoefend op de celramen waarin de bipolaire electroden zijn geplaatst is het thans mogelijk specifieke bipolaire electroden te gebruiken die tussen celramen zijn gespannen. De bipolaire electroden volgens de uitvinding, bestaande uit een anodeplaat, een kathodeplaat en daartussen een middenwand zijn voorzien van langsrillen, welke rillen aan de onderzijde zijn gelast op de middenwand. Daarbij verdient het de voorkeur dat de las van de anode en de las van de kathode in hetzelfde vlak liggen loodrecht op de middenwand, zodat geen lasspanningen ontstaan waardoor de platen zouden kunnen kromtrekken. In zijn algemeenheid zijn bipolaire electroden bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7808691, waarbij bipolaire electroden zijn beschreven voorzien van afstandhouders tussen de anodeplaat en de kathodeplaat. Uit deze Nederlandse octrooivrage blijkt hoe belangrijk het is dat een constante afstand wordt gehandhaafd tussen de anodeplaat en de kathodeplaat ten opzichte van de middenplaat en dat bij de bekende bipolaire electroden kostbare maatregelen moeten worden genomen om goed werkende bipolaire electroden te verkrijgen. Volgens de uitvinding is het nu mogelijk goedkope constructies voor bipolaire electroden te verkrijgen waarbij zeker is gesteld dat de bipolaire electroden een blijvende vlakheid hebben en de afstand tussen de anodeplaat en de kathodeplaat van de bipolaire electrode zo klein mogelijk is.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving, waarbij is verwezen naar de bijgevoegde tekening waarin: fig. 1 een inrichting volgens de uitvinding weergeeft bestaande uit meerdere electrolysecellen met bipolaire electroden, waarbij de inrichting in doorsnede is weergegeven, fig. 2 perspectivisch de opbouw weergeeft van een dergelijke inrichting en fig. 3 in perspectief de ontgassingsbuis weergeeft met daarin uitmondend de toevoer van electrolyt.

In fig. 1 is in doorsnede de inrichting volgens de uitvinding weergegeven bestaande uit een omhulling met twee kopplaten 1 en 2 voorzien van een stroomtoevoer 12 en een stroomafvoer 11, waartussen meerdere elctrolytische cellen zijn aangebracht, waarbij een cel bestaande uit een bipolaire electrode 6 nader is aangegeven. De bipolaire electrode 6 bestaat uit een kathode 4 en een anode 3, beide gelast op een middenplaat 5. De beide electroden 3 en 4 zijn voorzien van rillen zoals aangegeven met 18, welke rillen aan de onderzijde zijn gelast op de middenplaat 5. Daar het lassen, met name door punt lassen zeer nauwkeurig kan plaatshebben, wordt een vlakke bipolaire electrode verkregen met in bedrijf zijnde een constante stroomverdeling over de gehele electroden 3 en 4. De electrolysecellen zijn voorzien van een toevoer van elec.trolyt 9 en een afvoer 10 voor het electrolyt, welke afvoer 10 uitmondt in een stijgbuis 13 die uitmondt in de ontgasser 8. De electrolyt die wordt afgevoerd bij 10 en 13 omvat het. door de electrolyse ontstane gas, hetgeen b.v. waterstof of chloor kan zijn dat in de ontgasser vrijkomt van de meegevoerde vloeistof. In de ontgasser wordt dan ook een schuimvormig produkt gebracht via leiding 13, dat in de ontgasser wordt gescheiden in vloeistof en gas. Dit is nader toegelicht in fig. 3.

Om de lekkages uit de electrolysecellen te voorkomen in de bekende inrichting zijn de bipolaire electroden gevat in pakkingen. In de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in fig. 1 is een grotere tolerantie mogelijk bij de plaatsing van de electroden tussen raamwerken, omdat een eventueel lekkend electrolyt wordt opgevangen in de watermantel 7a, 7b en 7c. De inrichting volgens de uitvinding is aan de bovenzijde voorzien van en waterdoseervoorziening 14 en een waterafvoer 15 die uitmondt in de electrolyt die wordt toegevoerd aan de cel via leiding 16. Zodoende kan het water dat dienst doet om eventueel lekkende electrolyt op te vangen worden gebruikt in de cel als de te electrolyseren vloeistof. Omdat de vloeistof in de watermantel zeer weinig corrosief is door de sterke verdunning van eventueel aanwezige electrolyt of electrolyseprodukt kan de omhulling zijn voorzien van goedkope pakkingen waarbij een aansluiting wordt verkregen tussen de horizontale omhullingsgedeelten en de kopse platen. Hiertoe kan een eenvoudige rubbere pakking worden gebruikt, zoals in de tekening is aangegeven met 17.

In fig. 2 is schematisch in perspectief de opbouw van de inrichting volgens de uitvinding weergegeven, waarbij de kern van de elctrolysecel wordt gevormd door de bipolaire electrode 6 gevormd uit een middenplaat 5 waarop de kathode 4 en de anode 3 zijn aangebracht. In de kathode 4 zijn de rillen 18 en 18a weergegeven waarbij de onderzijde van de rillen zijn gelast op de middenplaat 5. De bipolaire elertroden zijn gespannen tussen de celramen. In fig. 2 is de bipolaire electrode 6 gespannen tussen celramen 20 en 21. De verschillende bipolaire elertroden zijn van elkaar gescheiden met behulp van de diafragma's 22 en 22a. De kathode en anode zijn bij voorkeur vervaardigd uit een gaas of geperforeerd metaal.

De genoemde onderdelen te weten de bipolaire electrode 6, gespannen in de celramen 20 en 21 en de diafragma's 22 en 22a zijn voorzien van gaten 23-26, welke openingen 23-26 de doorvoeren zijn voor de electrolyt. De openingen 24 en 25 monden uit in de afvoerbuis 13 en 13a voor de electrolyt, welke afvoer van de leidingen 13 en 13a op zich weer uitmonden in de ontgassingsbuizen 8 en 8a. In de ontgassingsbuizen heeft een scheiding plaats van vloeistof en gas, zoals weergegeven in fig. 3. Een ontgasser is op zich bekend uit het Europese octrooi 43.945.

Door de gasontwikkeling in de electrolysecel ontstaat een schuimvormig mengsel dat door de verlaging van het soortelijk gewicht naar boven wordt gestuwd en zodoende uitmondt in de leidingen 13 en 13a. Zodoende wordt met kracht het schuimvormige mengsel bestaande uit vloeistof en gas in de ontgassingsbuis gevoerd, waarin door de plaatsing van de toevoerleiding 13 en 13a in de ontgasser 8, 8a een centrifugale kracht wordt uitgeoefend op het schuimvormige produkt waardoor een scheiding wordt verkregen tussen de vloeistof en het gas, waarbij de vloeistof bij het afvoereinde wordt toegevoerd als electrolyt en het gas uit de ontgasser kan worden gewonnen. „

Zodoende is het op een efficiënte wijze mogelijk b.v. chloorgas te verkrijgen door electrolyse, waarbij de electrolysecel aanzienlijk is verbeterd ten opzichte van de bekende cellen doordat geen kostbare pakkingen behoeven toegepast en de bipolaire electrode efficiënt kan worden gevormd.

Claims (9)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een electrolyse waarin meerdere electrolysecellen bestaande uit electroden en een diafragma, electrisch in serie zijn geschakeld waarbij elke cel is voorzien van een toevoer en afvoer voor electrolyt, eventueel gekombineerd met een afvoer voor het ontwikkelde gas, welke cellen zijn omgeven door een omhulling met twee kopse platen, met het kenmerk, dat tussen de omhulling en de buitenkant der celramen een vloeistofmantel is aangebracht voorzien van een vloeistoftoevoer en een vloeistofafvoer.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vloeistofmantel is gevuld met water.

3. Inrichting volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat ontgassingsbuizen voor het afvoeren van chloorgas en waterstof, bij de electrolyse van chloride zijn aangebracht in de watermantel.

4. Inrichting volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat bipolaire electroden zijn gespannen tussen celramen.

5. Inrichting volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de ontgassingbuizen zijn geklemd tussen de kopse platen.

6. Inrichting volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat een leiding nabij of in de kopse plaat een verbinding geeft tussen de afvoer van electrolyt uit de laatste cel en de toevoer van electrolyt aan de ontgassingsbuis.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de toevoer van electrolyt in de ontgassingsbuis vanuit de cellen zodanig is dat de elctrolyt tangentiaal en axiaal kan worden toegevoerd.

8. Bipolaire electrode te gebruiken in een inrichting volgens conclusies 1-7, met name volgens conclusie 4, welke bipolaire electrode bestaat uit een anodeplaat, een kathodeplaat en hiertussen een middenwand die zowel is verbonden met de anode als met de kathode, met het kenmerk, dat in de kathode en in de anode langsrillen zijn geperst die bij de onderzijde van de ril zijn gelast op de middenwand waarbij de kathode en de anode op tegenover elkaar gelegen plaatsen zijn gelast aan de middenwand.

9. Bipolaire electrode volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de anode en de kathode zijn vervaardigd uit een gaas of geperforeerd metaal.