201123. lajstromszámú szabadalom • Cellaszerkezet bipoláris elektródos, szűrőprés jellegű elektrolízis cellaegységhez
1 HU 201123 B 2 A jelen találmány tárgya cellaszerkezet bipoláris elektródos, szürőprés 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 katolitkamráját elválasztó középső cellaeleme, anolitkamra felőli oldalán anódja, katolitkamra felőli oldalán pedig katódja van és a középső cellaelem, valamint az anód, illetve katód között áramvezető elemek és távtartó elemek vannak. Ismeretesek különböző cellaszerkezetek bipoláris elektródos, szürőprés jellegű elektrolízis cellaegységekből képezett cellaegységsorokhoz, amelyeket különösen előnyösen használnak fel alkálifém-kloridok vizes oldatának elektrolíziséhez, például nátriumklorid oldat elektrolíziséhez. A szóban forgó típusú cellaszerkezeteket továbbá előnyösen használják más oldatok elektrolíziséhez, különböző termékek, mint például káliumhidroxid, jód, bróm, brómsav, 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 elektródok között egyenlőtlen az árameloszlás, könnyen kialakulnak magas áramsűrüségü, úgynevezett lokális forró foltok, amelyek megrongálhatják a permszelektiv 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 alkalmazását a cellában és csökkentette a cella működési hatékonyságát. A szakirodalomban számos bipoláris elektródos, szürőprés jellegű elektrolízis cellaszerkezet leírása található. Ilyeneket ismertet 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 cellaszerkezetek mechanikusan bonyolult felépítésűek és villamos érintkezéseik nem eléggé megbízhatóak. A 4.111.179 és a 4.194.670 számú US szabadalmi leírások olyan cellaszerkezetet 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 étvezetések 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 szürőprés jellegű szeparátorokat ismertetnek, amelyek középső eleme villamosán vezető anyagból (például grafitból és hőre lágyuló gyantából) van kialakítva. Ennél a megoldásnál ugyan külön áramátvezető 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 hiányosságok megszüntetése a célunk és olyan cellaszerkezet kialakítása bipoláris elektródos szürőprés jellegű elektrolízis cellaegységhez, illetve több cellaegység összekapcsolásával képzett cellaegységsorhoz, amely egyrészt inex-evségével 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 katolitkamrót, valamint ezeket elválasztó ioncserélő permszelektiv membránt tartalmaz; a cellaszerkezetnek két szomszédos cellaegység anolitkamráját, illetve katolitkamráját elválasztó középső cellaeleme, anolitkamra felőli 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 fedelemet, 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 acél, nikkel, alumínium, réz, króm, magnézi-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
