Электродное устройство

Электродное устройство

Реферат

 

Устройство предназначено для использования в биполярных - фильтр-прессных и модульных электролизерах. Электродное устройство содержит поддон с чашеобразным углублением и фланцем, расположенным по его периферии для опоры прокладочного материала, предназначенного для уплотнения разделителя между фланцами смежных электродных устройств, причем разделитель расположен между поверхностью анода первого электродного устройства и поверхностью катода второго электродного устройства так, что поверхность анода практически параллельна поверхности катода и обращена к ней, но при этом изолирована и удалена от поверхности катода разделителем и герметично уплотнена с разделителем, электропроводящую пластину, впускное и выпускное отверстия. Пластина электрически подсоединена к поддону с помощью средства, выполненного в виде множества электропроводящих элементов. Если электродное устройство является анодным устройством, то чашеобразное углубление имеет множество выступающих внутрь выступов. Если электродное устройство является катодным устройством, то чашеобразное углубление имеет множество выступающих наружу выступов, так что выступающие внутрь выступы поддона анодного устройства сопряжены с выступающими наружу выступами чашеобразного углубления поддона смежного катодного устройства в сборке, содержащей множество электродных устройств. Электродное устройство может быть использовано в качестве биполярного узла и модуля для электролизера. Данное устройство отличается упрощенной технологией изготовления. 16 с. и 68 з.п. ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к электродным устройствам, предназначенным для использования, например, в биполярных электролизерах, в частности в модульном биполярном электролизере, а также в топливных элементах.

Однополюсные мембранные фильтр-прессные электролизеры хорошо известны, например, из патента GВ 1595183, принадлежащего заявителю настоящего изобретения. Такие электролизеры просты в изготовлении, экономичны и легко собираются.

Известны также биполярные электролизеры, например, из патента GВ 1581348, принадлежащего заявителю настоящего изобретения.

В обычных биполярных электролизерах, предназначенных для использования в электролизе водных растворов хлорида щелочного металла, биполярный узел содержит анод, выполненный преимущественно в форме пластины из пленкообразующего металла, обычно титана, причем данная пластина имеет электрокаталитически-активное покрытие, например, из оксида металла платиновой группы, и катод, преимущественно имеющий форму перфорированной, например, пористой пластины из металла, обычно никеля или малоуглеродистой стали, при этом анод и катод электропроводяще соединены друг с другом, образуя биполярный узел. Между следующими один за другим биполярными узлами, последовательно расположенными в электролизере, установлены разделители, так что анод одного биполярного узла обращен к катоду смежного биполярного узла, а между ними находится разделитель. Электролизер также содержит выводы анода и катода.

При работе электролизера биполярного типа целесообразно, чтобы расстояние между анодом и катодом (зазор между анодом и катодом) было как можно меньше, чтобы свести к минимуму активные потери, а значит, и напряжение в электролизере.

Разделители обычно располагают рядом или даже в контакте с катодом и, чтобы обеспечить малый промежуток между анодом и катодом и в то же время не повредить разделитель, требуются особые усилия для получения электродов, имеющих соответствующую степень плоскостности, и сохранения этой плоскостности во время термообработки, применяемой при покрытии электрода электрокаталитически-активным покрытием. Кроме того, чтобы избежать повреждения разделителей, следует осуществлять сборку узлов в биполярном электролизере с большой осторожностью.

В патенте США 4557816 описано, что можно повысить равномерность распределения концентрации электролита на электродах описанного в нем биполярного электролизера посредством обеспечения определенных вертикальных каналов для стока жидкости на стороне электрода, противоположной от разделителя.

В патенте США 4643818 описано, что можно снизить электрическое сопротивление описанного в нем биполярного электролизера и получить равномерную плотность тока за счет использования определенного жесткого многоконтактного электропроводящего средства между отдельными элементами биполярного электролизера.

В патенте США 4734180 описан электролизер биполярного типа, содержащий биполярные узлы, которые расположены обратными сторонами друг к другу, а между ними расположена соединенная взрывом титан-железная пластина, имеющая проводящие ребра, приваренные к электроду и к элементу в форме поддона.

В патенте США 5225060 описано, что можно предотвратить образование газовых зон в верхних частях анодного и катодного устройств описанного в нем биполярного электролизера за счет использования пространства, в котором не протекает ток, в верхней части устройств.

В ЕР 0704556 описано, что обеспечение газожидкостных разделителей вверху анодного и катодного устройств описанного в нем биполярного электролизера уменьшает колебания давления и напряжения, а также износ мембраны.

В WО 98/55670 описан элемент для биполярного электролизера, две стороны которого снабжены фланцами и противоположными выступами. Выступы предпочтительно имеют форму усеченных конусов и предпочтительно расположены в виде центрированных шестиугольников, чтобы улучшить поперечное перемешивание электролита.

Однако вертикальное перемешивание обеспечивается с помощью опускных труб, которые уменьшают активную площадь электрода и тем самым увеличивают колебания плотности тока на электроде, что составляет существенную проблему при работе с высокой плотностью тока в сборке анод-мембрана-катод с узким или нулевым зазором, в которой используются чувствительные к примесям ионообменные мембраны.

Из ЕР 0521386 известен биполярный электролизер, содержащий электролизные узлы, в которых предусмотрены электродные перегородки с сопряженными углублениями и выступами, к которым прямо или через пружину присоединены электродные сетки. Батарею таких вертикальных электролизных узлов соединяют последовательно, располагая ионообменную мембрану между смежными электролизными узлами, чтобы получить электролизный агрегат.

Однако, хотя углубления и выступы обеспечивают хорошее поперечное перемешивание электролита, вертикальное перемешивание остается неудовлетворительным. Поэтому, чтобы удерживать изменения концентрации и температуры в электролизерах в допустимых пределах, требуется энергоемкая внешняя рециркуляция с перекачкой, для которой необходимы дополнительные трубопроводы и резервуары.

В электролизерах с нулевым зазором между анодом и катодом обычно к разделителю прикладывается давление через анод и катод, с которыми он находится в контакте, что приводит к отклонениям от равномерности, истиранию или даже к разрушению разделителя. Это особенно характерно для случая, когда разделителем является ионообменная мембрана, к которой желательно прикладывать равномерное давление через анод и катод.

Наиболее близкими аналогами для заявленных электродного устройства, биполярного фильтр-прессного электролизера и его узла, модульного биполярного электролизера и его модуля, способов их изготовления, электродной сборки, носителя тока и электропроводящего металлического устройства являются решения, заявленные в ЕПВ 0456295, кл. С 25 В 9/00, от 13.11.1991.

Для способа электролиза галоида щелочного металла ближайшим аналогом является заявка РСТ 9845503.

Для способа восстановления электродного устройства ближайшим аналогом является патент США 5454925, кл. С 25 В 11/03, от 03.10.1995.

Для прокладки ближайшим аналогом является патент США 4342460, кл. С 25 В 9/20, от 03.08.1982.

Авторы изобретения разработали электродное устройство для биполярного электролизера, которое позволяет использовать в таких электролизерах очень малые или даже нулевые зазоры между анодом и катодом без ущерба для разделителя, что снижает электрическое сопротивление благодаря использованию короткого перпендикулярного токопроводящего пути между электродами и материалов с низким сопротивлением практически по всей длине перпендикулярного токопроводящего пути и обеспечивает отличное распределение тока по всей площади электрода. Электродное устройство позволяет получить как горизонтальный, так и вертикальный поток растворов в нем, способствуя их циркуляции и перемешиванию, и имеет повышенную жесткость и прочность, что позволяет обеспечить более жесткие допуски в конструкции электролизера. Электродное устройство имеет простую конструкцию и его легко изготовить.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено электродное устройство для использования, например, в биполярном электролизере, содержащее (i) поддон с чашеобразным углублением и фланцем, расположенным по его периферии, для опоры прокладочного средства, предназначенного для уплотнения разделителя между фланцами смежных электродных устройств, причем разделитель расположен между поверхностью анода первого электродного устройства и поверхностью катода второго электродного устройства так, что поверхность анода практически параллельна поверхности катода и обращена к ней, но при этом изолирована и удалена от поверхности катода разделителем и герметично уплотнена с разделителем; (ii) электропроводящую пластину, удаленную от поддона; (iii) впускное отверстие для раствора; и (iv) выпускное отверстие для текучих сред; при этом пластина электрически присоединена к поддону посредством множества электропроводящих элементов, к которым электропроводяще присоединена электропроводящая пластина и которые образуют электропроводящие пути между поддоном и электропроводящей пластиной, при условии, что, если пластина является анодной пластиной, она может быть факультативно электрически присоединена прямо к поддону; и при этом, если электродное устройство является анодным устройством, то чашеобразное углубление имеет множество выступающих внутрь выступов, а если электродное устройство является катодным устройством, чашеобразное углубление имеет множество выступающих наружу выступов, так что выступающие внутрь выступы чашеобразного углубления поддона анодного устройства сопряжены с выступающими наружу выступами чашеобразного углубления поддона смежного катодного устройства в сборке, содержащей множество электродных устройств.

Электропроводящая пластина предпочтительно выполнена из металла или сплава, как будет более подробно описано ниже. Обычно ее выполняют из того же самого материала, что и поддон. Таким образом, если электродное устройство должно использоваться в качестве анода в электролизе галоида щелочного металла, электропроводящая пластина может быть выполнена из вентильного металла или его сплава, состоящего, в основном, из вентильного металла. Если же электродное устройство должно использоваться в качестве катода в электролизе галоида щелочного металла, то электропроводящая пластина может быть выполнена, например, из нержавеющей стали, низкоуглеродистой стали, никеля или меди.

Понятно, что если электропроводящая пластина является анодом для использования в электролизе для получения хлора и щелочи, она будет иметь электрокаталитически-активное покрытие.

Электропроводящая пластина может иметь любую подходящую структуру, как будет более подробно описано ниже. Точность структуры не имеет критического характера.

Для того, чтобы давление, прикладываемое к разделителю, расположенному между электропроводящими пластинами смежных электродных устройств в модуле согласно настоящему изобретению, было равномерным, электропроводящую пластину предпочтительно выполняют гибкой.

Каждый выступ чашеобразного углубления предпочтительно электропроводяще присоединен к электропроводящему элементу, чтобы выступы создавали множество точек токоввода, улучшая тем самым распределение тока по поддону, что позволяет снизить напряжение и потребление энергии, а также увеличить срок службы разделителя и покрытия электрода.

Выступы чашеобразного углубления предпочтительно разнесены друг от друга в первом направлении и в направлении, поперечном первому направлению. Более предпочтительно, чтобы выступы были разнесены симметрично. Например, они могут быть разнесены на равное расстояние в первом направлении и разнесены на равное расстояние, которое может быть таким же, в поперечном направлении, например, по существу перпендикулярном к первому направлению. Предпочтительно, выступы одинаково разнесены в обоих направлениях.

Выступы чашеобразного углубления могут иметь разнообразные формы, например куполообразную, чашеобразную, коническую или предпочтительно в виде усеченного конуса. В качестве примеров способов получения выступов можно упомянуть, в частности, вакуумную формовку, взрывную формовку, прессование или, предпочтительно, применение инструмента соответствующей формы к противоположной поверхности углубления.

Обычно на квадратный метр чашеобразного углубления поддона электродного устройства приходится 20-200, предпочтительно 40-100, выступов.

Высота выступов над плоскостью чашеобразного углубления может быть, например, в пределах 0,5-8 см, предпочтительно 1-4 см, в зависимости от глубины поддона. Расстояние между смежными выступами на чашеобразном углублении может быть, например, 1-30 см, между центрами предпочтительно 5-20 см. Размеры электродного устройства в направлении потока тока предпочтительно составляют 1-6 см, если считать от электропроводящей пластины до основания поддона, чтобы обеспечить короткие пути тока, обеспечивающие низкое падение напряжения в электродном устройстве без использования сложных токонесущих устройств.

Электропроводящие элементы, к которым электропроводяще присоединена электропроводящая пластина в электродном устройстве, предпочтительно элементы представляют собой столбики.

Если электропроводящий элемент, к которому присоединена электропроводящая пластина, имеет форму столбика и электрически присоединен к выступающему внутрь выступу в чашеобразном углублении поддона, то длина пути тока между электропроводящей пластиной и поддоном может быть минимальной.

Если анодный столбик выполнен из титана или его сплава, а катодный столбик из никеля или его сплава, то длина электропроводящего пути через катодный столбик предпочтительно должна быть больше, чем длина электропроводящего пути через анодный столбик. Предпочтительно отношение длины электропроводящего пути через катодный столбик к длине электропроводящего пути через анодный столбик составляет по меньшей мере 2:1, предпочтительно по меньшей мере 4: 1 и более предпочтительно по меньшей мере 7:1. Обычно данное отношение составляет по меньшей мере 10:1.

Длина столбика зависит от конструкции электролизера и от того, связан ли данный столбик с анодной пластиной или катодной пластиной. Обычно длина столбика может быть в интервале от 0 до 10 см, предпочтительно от 0 до 4 см. Если эта длина равна нулю, то понятно, что изобретение предусматривает модифицированную компоновку, в которой электропроводящая пластина, если она предназначена работать как анодная пластина, может быть электрически присоединена к прямо соответствующему поддону или, альтернативно, присоединена к нему через носитель тока, как будет описано ниже.

Если электропроводящие элементы, к которым присоединены электропроводящие пластины, выполнены в форме столбика, то каждый столбик предпочтительно оснащен носителем тока, например кольцом, сеткой или проволочной ватой, расположенными рядом с электропроводящей пластиной для образования многоточечного электрического контакта с ним. Предпочтительно, чтобы носитель тока был многолучевым носителем, который для простоты в дальнейшем именуется как "звезда". В некоторых обстоятельствах предусмотрена возможность выполнения электрических соединений без использования столбиков; например, в случае анодного устройства вершина каждого направленного внутрь выступа может быть электрически присоединена к анодной пластине с помощью упомянутого выше носителя тока, например звезды.

Наличие звезд увеличивает количество и распределение точек токоввода в электропроводящую пластину, а значит, улучшает распределение тока, приводя к снижению напряжения и потребления энергии и увеличению срока службы разделителей и электродных покрытий.

Длина лучей и их количество на звезде в случае ее наличия могут колебаться в широких пределах. Обычно звезда содержит от 2 до 100 лучей, предпочтительно от 2 до 8 лучей. Обычно каждый луч имеет длину от 1 мм до 200 мм, предпочтительно от 5 мм до 100 мм. Специалисты смогут определить подходящую длину и количество лучей звезды для любого конкретного применения путем простого экспериментирования.

Звезда может быть гибкой или жесткой. Форма и механические свойства звезд в анодном устройстве могут быть такими же или отличными от формы и механических свойств звезд в катодном устройстве. Например, относительно непружинящие звезды с короткими лучами часто бывают предпочтительными в анодном устройстве, а относительно пружинящие звезды с длинными лучами - в катодном устройстве.

Использование подпружиненных звезд по меньшей мере в катодной пластине позволяет подпружинивать электродные устройства, чтобы обеспечить работу с нулевым зазором при оптимальном давлении для снижения риска повреждения разделителя и электрода. Под "нулевым зазором" подразумевается, что между электропроводящей пластиной каждого электродного устройства и смежным разделителем по существу не существует зазора, т.е. что смежные электропроводящие пластины разнесены между собой только на толщину разделителя.

Если разделителем является мембрана, то подпружиненные звезды обеспечивают более равномерную поддержку для мембраны на большей площади и тем самым уменьшают смещения, которые могут приводить к повреждению мембраны, например к сгибам, истиранию или образованию складок.

Звезда предпочтительно выполнена из того же металла, что и электропроводящая пластина, с которой она находится в электрическом контакте.

Предпочтительно, чтобы электродное устройство, которое является анодным устройством, выполнялось из титана или его сплава, а перегородки были выполнены из титана или его сплава, причем если электродное устройство является катодным устройством, выполненным из никеля или его сплава, то перегородки выполняются из никеля или его сплава.

Обычно звезду приваривают к электропроводящей пластине, с которой она находится в электрическом контакте.

Звезду можно присоединить к столбику известными методами, например сваркой, винтами или соединением с плотной посадкой.

Лучи каждой звезды могут расходиться от центральной части для использования их при прикреплении звезды к столбику или в некоторых случаях прямо к вершине соответствующего выступа. Лучи звезды могут быть расположены под одинаковыми углами.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложена звезда для использования в электродном устройстве, которая электропроводяще присоединена к электропроводящему элементу и к электропроводящей пластине, чтобы улучшить распределение тока по электропроводящей пластине.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен анодный или катодный узел, содержащий электропроводящую пластину, к одной поверхности которой присоединено множество токораспределительных звезд, каждая из которых имеет часть для присоединения во время использования к поддону и несколько лучей, расходящихся от данной присоединяемой части, чтобы обеспечить подвод электрического тока к пластине через такие лучи. Такая компоновка позволяет легко приваривать или иным образом закреплять анодный или катодный узел в камере электролизера или модуля и извлекать его, например, для ремонта электропроводящей пластины или замены любого электрокаталитического покрытия на ней.

Если столбик снабжен носителем тока, он может дополнительно содержать изолирующий колпачок на своем конце, расположенном рядом с разделителем.

Желательно, чтобы электропроводящий столбик нес нагрузку.

Если электродное устройство является анодным устройством, его поддон может быть присоединен обратной стороной к обратной стороне поддона электродного устройства, являющегося катодным устройством, так, что выступающие внутрь выступы в поддоне анодного устройства будут сопряжены с выступающими наружу выступами поддона катодного устройства, образуя биполярный узел.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен биполярный узел, в котором поддон электродного устройства согласно настоящему изобретению, являющегося анодным устройством, присоединен к поддону электродного устройства согласно настоящему изобретению, являющемуся катодным устройством, так, что выступающие внутрь выступы на поддоне анодного устройства сопряжены с выступающими наружу выступами на поддоне катодного устройства, образуя биполярный узел.

В биполярном узле согласно настоящему изобретению электродные устройства спрессованы или соединены друг с другом, предпочтительно сваркой, более предпочтительно взрывным соединением, чтобы образовать электрический контакт между чашеобразными углублениями в поддонах.

Множество таких биполярных узлов, чередующихся с соответствующими разделителями, прокладками и прижимными средствами, можно собрать вместе, чтобы получить биполярный фильтр-прессный электролизер.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен биполярный фильтр-прессный электролизер, который содержит а) токораспределительное средство и b) по меньшей мере один биполярный узел, установленный на монтажной раме и собранный последовательно как механически, так и электрически, отличающийся тем, что в качестве биполярных узлов использованы биполярные узлы согласно другому аспекту настоящего изобретения.

Желательно, чтобы на концах столбиков рядом с электропроводящей пластиной были расположены электроизоляционные, передающие нагрузку амортизаторы.

Желательно, чтобы в качестве разделителя была использована по существу непроницаемая для электролита ионообменная мембрана.

Желательно, чтобы он был снабжен выпускным коллектором, в котором при использовании происходит разделение газа или жидкости в безэлектродной области каждого устройства, находящегося над электролизной областью, в которой нет мембраны, открытой для раствора.

Желательно, чтобы прокладочное средство было выполнено из пластифицированного каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера.

Желательно, чтобы прокладочное средство было снабжено химически инертным носиком на его внутренней кромке.

Желательно, чтобы химически энертный носик был выполнен из политетрафтоэтилена.

Под "токораспределительным средством" подразумеваются системы, нормально присоединенные к внутренней стороне концевых рам монтажной рамы электролизера и предназначенные для переноса тока от источника питания, такого как питающие кабели гальванического цеха или шинопроводы, к поддонам контактных электродов фильтр-прессного электролизера или к наружным поддонам концевых модулей модульного электролизера так, что подаваемый ток равномерно распределяется по всем точкам электрического контакта на этих поддонах. Обычно токораспределительные средства могут быть единичными пластинами или системами пластин, кабелями или проводами, выполненными из проводящих металлов. Факультативно, они могут быть снабжены повышающими проводимость покрытиями, приспособлениями или устройствами, чтобы улучшить электрическое соединение между токораспределительными средствами и концевым электродом.

Обычно для обеспечения электропроводности между электродными устройствами в биполярном узле осуществляют прямой контакт между смежными электродными устройствами.

Обычно для повышения электропроводности между электродными устройствами в биполярном узле используют повышающий проводимость материал или устройство между смежными электродными устройствами.

В качестве повышающего проводимость устройства используется электропроводящая металлическая шайба, выполненная с возможностью врезания в поддон.

Альтернативно, особенно в фильтр-прессном электролизере, контактные электроды могут быть постоянно присоединены к распределительному средству, например, путем сварки.

Один из предпочтительных вариантов выполнения токораспределительного средства, который особенно пригоден для предложенного электролизера, содержит ряд медных пластин, проходящих вертикально снизу вверх по концевой раме электролизера, причем медные пластины связаны электрически тем, что они все присоединены внизу к одной горизонтальной медной шине. На одном конце рамы электролизера, где медные пластины должны соединяться с поддоном, являющимся частью анодного устройства, они могут быть снабжены проводящими, выступающими наружу выступами или проводящими столбиками, сопряженными с выступающими внутрь выступами анода. На другом конце электролизера, где медные пластины должны присоединяться к поддону, являющемуся частью катодного устройства, они могут быть плоскими или могут быть снабжены выступающими внутрь выступами, которые сопряжены с выступающими наружу выступами катода. Факультативно, медные пластины токораспределительного средства могут иметь повышающие проводимость покрытия или устройства для улучшения электрического контакта с поддоном электродного устройства.

Контактные электроды в биполярном фильтр-прессном электролизере согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат электродные устройства согласно настоящему изобретению.

Если электродное устройство согласно настоящему изобретению образует концы биполярного электролизера, оно может быть снабжено средством для подвода к нему электроэнергии. Например, это средство может содержать выступ соответствующей формы для присоединения к шине, когда электродное устройство собирается в электролизере.

Обычно биполярный фильтр-прессный электролизер согласно настоящему изобретению содержит до 300 биполярных узлов.

Средства, обеспечивающие нагрузку для герметизации биполярных фильтр-прессных электролизеров согласно настоящему изобретению, известны специалистам.

Модульные биполярные электролизеры известны, например, из патентов США 4108752 и 4664770.

Преимущество модульных биполярных электролизеров состоит в том, что к ним прикладывается более низкая сжимающая нагрузка, чем к обычным биполярным электролизерам, так как эта нагрузка требуется только для образования электрического контакта между смежными модулями без герметизации каждой ячейки в электролизере. Использование более низкой сжимающей нагрузки исключает потребность в массивных концевых пластинах и соответствующих системах сжатия. Кроме того, использование модулей облегчает как изготовление и сборку, так и эксплуатацию биполярного электролизера.

Еще одним аспектом изобретения является способ электролиза галоида щелочного металла, который осуществляют в устройстве биполярного фильтр-прессного электролизера.

В патенте США 4108752 описан модульный биполярный электролизер, содержащий множество съемных модулей. Каждый модуль содержит два согласованных поддона, каждый из которых имеет чашеобразное углубление и окружающий его периферический фланец, поддоны соединены вместе по периферии на фланцах таким образом, что углубление каждого поддона обращено к углублению присоединенного поддона. Между поддонами размещен обычно плоский разделитель. Углубление одного поддона и соответствующая плоская сторона разделителя образуют первую конструкцию, а углубление другого поддона и противоположная сторона разделителя образуют вторую конструкцию. Плоский электрод располагается в каждой конструкции параллельно плоскости разделителя и электрически и конструктивно присоединен к соответствующему поддону, например, с помощью столбика. Биполярный фильтр-прессный электролизер собирают посредством такой ориентации множества модулей, при которой плоские внешние поверхности поддонов располагаются параллельно. По меньшей мере одна многоконтактная проводящая полоса проложена между обращенными к поддону поверхностями смежных модулей, так что плоские наружные поверхности поддонов параллельны, и когда модули сжимают друг с другом, проводящие полосы зажимаются между ними, обеспечивая положительный электрический контакт между прилегающими ячейками в множестве точек.

В патенте США 4664770 описан модуль для модульного биполярного электролизера, содержащий корпус, выполненный из двух конструкций, каждая из которых имеет нижнюю сторону, простирающуюся в плоскости, параллельной плоскостям, включающим анод и катод. Анод и катод разделены мембраной и оба имеют множество перфорированных и неперфорированных секций, расположенных параллельно. Между анодом и смежной внутренней поверхностью нижней стороны одной конструкции и между катодом и смежной внутренней поверхностью нижней стороны другой конструкции расположено металлическое каркасное упрочнение. Контактная полоса присоединена к наружной поверхности каждой из нижних сторон, при этом контактные полосы смежных ячеек соединены электрически. Также предусмотрено средство для присоединения каждой контактной полосы к металлическому упрочнению и к неперфорированным секциям в электроде в присоединенной конструкции. Мембранная перегородка простирается между анодом и катодом в каждом из модулей и прокладочное средство герметично соединяет конструкции с мембраной. Если электролизер собирается путем укладки множества таких модулей с помощью известных натяжных устройств, электрический контакт между смежными модулями обеспечивается электропроводящими контактными полосами.

Авторы изобретения обнаружили, что если выполнить электропроводящие элементы, на которых смонтированы электропроводящие пластины в электродных устройствах согласно настоящему изобретению в форме несущего нагрузку столбика, то можно получить модуль для модульного биполярного электролизера из таких электродных устройств. Такой модуль легко собирается и особенно легко монтируется с другими модулями на раме электролизера. Хорошее электрическое соединение между одним модулем и следующим модулем обеспечивается очень легко. Процент площади мембраны, подвергающейся электролизу, также значительно увеличивается по сравнению с известными модульными конструкциями.

Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения предложен модуль для использования в модульном биполярном электролизере, содержащий а) анодное устройство, содержащее (i) поддон с чашеобразным углублением и фланцем по его периферии, (ii) анодную пластину, которая факультативно имеет электрокаталитически-активную поверхность, (iii) средство, факультативно содержащее множество электропроводящих несущих элементов, к которым электропроводяще присоединен анод, обеспечивая электропроводящие пути между поддоном и анодной пластиной, (iv) впускное отверстие для раствора и (v) выпускное отверстие для текучих сред; b) катодное устройство, содержащее (i) поддон с чашеобразным углублением и фланцем по его периферии, (ii) катодную пластину, которая факультативно имеет электрокаталитически-активную поверхность, (iii) множество электропроводящих несущих нагрузку элементов, к которым электропроводяще присоединен катод и которые обеспечивают электропроводящие пути между поддоном и катодной пластиной, (iv) впускное отверстие для раствора и (v) выпускное отверстие для текучих сред; с) разделитель, расположенный между анодной пластиной и катодной пластиной так, что поверхность анода по существу параллельна поверхности катода и обращена к ней, но изолирована и удалена от нее разделителем, который тем самым делит модуль на отдельные анодную и катодную камеры; d) прокладочное средство, уплотняющее разделитель между фланцами на периферии поддонов; и е) средство для приложения давления к прокладочному средству для герметичного уплотнения разделителя с ним, отличающийся тем, что i) чашеобразное углубление поддона анодного устройства снабжено множеством выступающих внутрь выступов, а чашеобразное углубление поддона катодного устройства снабжено множеством выступающих наружу выступов так, что выступающие внутрь выступы анодного устройства модуля сопряжены с выступающими наружу выступами катодного устройства смежного модуля в модульном биполярном электролизере, содержащем множество модулей; и (ii) факультативно один или более биполярных узлов согласно настоящему изобретению, предпочтительно содержащих электропроводящие несущие столбики, и соответствующие разделители расположены между анодным и катодным устройствами.

Понятно, что путем включения одного или более биполярных узлов согласно изобретению вместе с соответствующими прокладками и разделителями между анодным устройством и катодным устройством предложенного модуля и использования аналогичных средств для приложения давления в целях герметизации разделителей с прокладками и прокладок с электродными устройствами можно получить "гибридный модуль", содержащий два или более анодных устройств и два или более катодных устройств с двумя или более разделителями. Создание таких гибридных модулей подпадает под объем изобретения.

Одно из преимуществ гибридного модуля заключается в том, что требуется меньшее количество подъемных операций в условиях гальванического цеха, что снижает риск для безопасности и уменьшает время простоя электролизера для замены электродного устройства или модуля во время технического обслуживания или капитального ремонта.

Средство для приложения давления к прокладкам в целях герметизации его с разделителем в модуле предпочтительно обеспечивается болтами, проходящими через отверстия в фланцах. Однако не исключается возможность применения альтернативных средств для приложения давления.

Если электропроводящие несущие нагрузку столбики в модуле снабжены носителями тока, то каждый столбик предпочтительно имеет изолирующий колпачок, и более предпочтительно согласованное отверстие выполнено в электропроводящей пластине, в частности, если электропроводящая пластина выполнена в форме сетки. Если в электропроводящий пластине выполнено согласованное отверстие, то изолирующий колпачок предпочтительно имеет форму амортизатора.

Согласно следующему предпочтительному аспекту настоящего изобретения предложен модульный биполярный электролизер, который содержит один или более модулей, собранных на монтажной раме последовательно как механически, так и электрически, и токораспределительные пластины на каждом конце электролизера, отличающийся тем, что в качестве модулей использованы модули согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения.

Электроизоляционные, передающие нагрузку амортизаторы предпочтительно расположены на концах электропроводящих несущих столбиков рядом с электропроводящей пластиной в модульном биполярном электролизере согласно настоящему изобретению, и, если столбики несут нагрузку, то они расположены на концах столбиков рядом с электропроводящей пластиной в биполярном фильтр-пресном электролизере согласно настоящему изобретению. Такие изолирующие амортизаторы препятствуют механическому повреждению мембраны, и, поскольку электролиз в этих точках не идет, мембрана не подвергается каким-либо повреждениям в результате электролиза.

Такие изолирующие амортизаторы могут быть выполнены из непроводящего материала, инертного к химической среде в электролизере, например из фторсодержащих полимеров, таких как РТFЕ, FЕР, РFА, полипропилена, СРVС и фторсодержащих эластомерных смол. Амортизаторы могут быть установлены на мет