RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)168915 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 294252 (22) Data zgłoszenia: 16.04.1992 (51) IntCl6: C25B 9/04 C25C 7/02 (54) Przewód elektryczny i sposób wytwarzania przewodu elektrycznego, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera (30) Pierwszeństwo: 18.04.1991,BE,09100361 (73) Uprawniony z patentu: Solvay (Société Anonyme), Bruksela, BE (43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.10.1992 BUP 21/92 (72) Twórcy wynalazku: Emile Cabaraux, Bruksela, BE Edgard Nicolas, Rosignano, IT (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.1996 WUP 05/96 (74) Pełnomocnik: Palka Grażyna, PHZ POLSERVICE PL 168915 B1 (57) 1. Przewód elektryczny, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera, zawierający pręt metalowy otoczony osłoną z metalu innego niż pręt, znamienny tym, ze pręt (1) ma co najmniej jeden podłużny rowek (3, 3'), w którym jest umieszczona żyłka (4,4') z tego samego metalu jak osłona (2) przyspawana do pręta (1) oraz osłona (2) ma naprzeciw żyłki (4, 4') otwór, w którym jest umieszczona masa metalowa (9, 9') przyspawana do żyłki (4,4') i do osłony (2). 5. Sposób wytwarzania przewodu elektrycznego, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera, przez połączenie pręta metalowego i osłony z metalu innego niż pręt, znamienny tym, ze wykonuje się w pręcie co najmniej jeden podłużny rowek, umieszcza się w rowku żyłkę z tego samego metalu jak osłona i przyspawa się żyłkę do osłony, wykonuje się w osłonie otwór naprzeciw żyłki oraz umieszcza się w otworze osłony masę metalową, którą przyspawa się do żyłki i do osłony. FIG. 1
Przewód elektryczny i sposób wytwarzania przewodu elektrycznego, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera Zastrzeżenia patentowe 1. Przewód elektryczny, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera, zawierający pręt metalowy otoczony osłoną z metalu innego niż pręt, znamienny tym, ze pręt (1) ma co najmniej jeden podłużny rowek (3,3'), w którym jest umieszczona żyłka (4,4') z tego samego metalu jak osłona (2) przyspawana do pręta (1) oraz osłona (2) ma naprzeciw żyłki (4, 4') otwór, w którym jest umieszczona masa metalowa (9, 9') przyspawana do żyłki (4, 4') i do osłony (2). 2. Przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że pręt (1) ma dwa podłużne rowki (3, 3'), z których w każdym jest umieszczona żyłka (4, 4') z tego samego metalu jak osłona (2) oraz osłona (2) jest utworzona przez dwie oddzielne podłużne części (5,6), które pokrywają wzdłużnie pręt (1), z odstępem pomiędzy ich podłużnymi krawędziami (7 i 8), (7' i 8') naprzeciw siebie, który to odstęp stanowi otwór naprzeciw każdej żyłki (4,4'). 3. Przewód według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jeden podłużny rowek (3,3') lub każdy podłużny rowek (3, 3') jest wykonany na całej długości pręta (1). 4. Przewód według zastrz. 3, znamienny tym, że pręt (1) jest wykonany z miedzi a osłona (2) jest wykonana z metalu wybranego spośród żelaza, niklu, stopów żelaza i stopów niklu. 5. Sposób wytwarzania przewodu elektrycznego, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera, przez połączenie pręta metalowego i osłony z metalu innego niż pręt, znamienny tym, ze wykonuje się w pręcie co najmniej jeden podłużny rowek, umieszcza się w rowku żyłkę z tego samego metalu jak osłona i przyspawa się żyłkę do osłony, wykonuje się w osłonie otwór naprzeciw żyłki oraz umieszcza się w otworze osłony masę metalową, którą przyspawa się do żyłki i do osłony. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wykonuje się w pręcie dwa podłużne rowki oraz stosuje się osłonę otrzymaną przez złączenie dwóch podłużnych metalowych części, z odstępem pomiędzy ich krawędziami umieszczonymi naprzeciw siebie, przez co tworzy się otwór w osłonie. 7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu do otworu w osłonie. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się pręt z miedzi i osłonę z metalu wybranego spośród żelaza, niklu, stopów żelaza i stopów niklu oraz przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu identycznego z metalem osłony. * * * Przedmiotem wynalazku jest przewód elektryczny i sposób wytwarzania przewodu elektrycznego, zwłaszcza dla elektrody elektrolizera. Przewód elektryczny zawiera pręt metalowy otoczony osłoną z metalu innego niż metal pręta. Znane są przewody elektryczne tego typu, które stosuje się powszechnie do wykonywania elektrod elektrolizerów przeznaczonych do elektrolizy roztworów wodnych, zwłaszcza roztworów chlorku sodowego. W tym zastosowaniu przewody zawierają zwykle pręt miedziany otoczony osłoną z metalu obojętnego względem środowiska chemicznego w elektrolizerze oraz są osadzone poziomo lub pionowo pomiędzy parą pionowych płyt metalowych tworzących właściwą elektrodę. Na przykład w przypadku katod przeznaczonych do wytwarzania metodą elektrolityczną wodoru i wodnych roztworów wodorotlenku sodowego metal osłony dobiera się na ogół spośród żelaza, niklu i ich stopów. Pręt miedziany stosuje się ze względu na dużą przewodność elektryczną miedzi i możliwość przenoszenia dużych gęstości prądu, natomiast
168 915 3 osłona służy do izolowania pręta miedzianego od korodującego działania elektrolitów w elektrolizerze. Osłona pełni dodatkową funkcję polegającą na zapewnieniu przepływu prądu elektrycznego pomiędzy prętem a płytami elektrody. Zmniejszenie do minimum rezystancji stykowej pomiędzy prętem a osłoną uzyskano na przykład w wyniku wytwarzania przewodów elektrycznych za pomocą metalurgicznej operacji współciągnienia pręta i osłony. Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 647 358 sposób wytwarzania przewodu elektrycznego przeznaczonego do elektrolitycznej rafinacji miedzi, w którym wytwarza się oddzielnie pręt miedziany i osłonę przeciętą na całej długości, wstawia się pręt w osłonę oraz zespawa się ze sobą krawędzie szczeliny osłony. Przewody elektryczne otrzymane tym sposobem mają jednak niewielką przewodność elektryczną na powierzchni styku pomiędzy prętem a osłoną. W przewodzie elektrycznym według wynalazku pręt metalowy ma co najmniej jeden podłużny rowek, w którym jest umieszczona żyłka z tego samego metalu jak osłona przyspawana do pręta. Osłona ma naprzeciw żyłki otwór, w którym jest umieszczona masa metalowa przyspawana do żyłki i do osłony. Korzystnie pręt ma dwa podłużne rowki, z których w każdym jest umieszczona żyłka z tego samego metalu jak osłona. Osłona jest utworzona przez dwie oddzielne podłużne części, które pokrywają wzdłużnie pręt, z odstępem pomiędzy ich podłużnymi krawędziami naprzeciw siebie. Odstęp stanowi otwór naprzeciw każdej żyłki. Jeden podłużny rowek lub każdy podłużny rowek jest wykonany na całej długości pręta. Korzystnie pręt jest wykonany z miedzi a osłona jest wykonana z metalu wybranego spośród żelaza, niklu, stopów żelaza i stopów niklu. Sposób według wynalazku polega na tym, że wykonuje się w pręcie co najmniej jeden podłużny rowek, umieszcza się w rowku żyłkę z tego samego metalu jak osłona i przyspawa się żyłkę do osłony, wykonuje się w osłonie otwór naprzeciw żyłki oraz umieszcza się w otworze osłony masę metalową, którą przyspawa się do żyłki i do osłony. Korzystnie wykonuje się w pręcie dwa podłużne rowki oraz stosuje się osłonę otrzymaną przez złączenie dwóch podłużnych metalowych części, z odstępem pomiędzy ich krawędziami umieszczonymi naprzeciw siebie, przez co tworzy się otwór w osłonie. Przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu do otworu w osłonie. Korzystnie stosuje się pręt z miedzi i osłonę z metalu wybranego spośród żelaza, niklu, stopów żelaza i stopów niklu oraz przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu identycznego z metalem osłony. W przewodzie elektrycznym według wynalazku głównym zadaniem pręta metalowego jest przewodzenie prądu elektrycznego. Osłona spełnia dwie funkcje, z jednej strony służy do izolowania pręta od środowiska chemicznego, w którym przewód elektryczny jest stosowany, a z drugiej strony służy do przenoszenia prądu elektrycznego w kierunku poprzecznym do pręta, pomiędzy nim a elementem metalowym (np. elektrodą) połączonym z osłoną. Profil pręta nie jest krytyczny. Może on stanowić np. walec o przekroju okrągłym lub owalnym bądź też równoległościan wydłużony, którego przekrój poprzeczny tworzy kwadrat, prostokąt, trapez lub inny wielokąt foremny lub nieforemny. Ze względu na łatwość wykonania stosuje się pręt prostoliniowy o kwadratowym lub prostokątnym przekroju poprzecznym. Osłona natomiast powinna mieć profil, który odpowiada profilowi pręta, i otacza go w przybliżeniu na całej długości. Otwór osłony może być szczeliną, która biegnie na całej jej długości lub tylko na części długości. Metal osłony zależy od przeznaczenia przewodu elektrycznego. Należy go wybrać spośród takich metali, które nadają się do zespawania z metalem pręta. Stopy żelaza stosowane na osłonę obejmują zwykłe stale węglowe oraz nierdzewne stale stopowe: chromową, niklową i molibdenową oraz stale krzemowe mające szczególne właściwości elektryczne. Przykładami stopów niklowych są monel (stop niklu, miedzi, żelaza, manganu, krzemu) oraz inconel (stop niklu, manganu, żelaza, krzemu, chromu, aluminium i tytanu).
4 168 915 Takie przewody elektryczne znajdują zastosowanie w szczególności do konstruowania katod elektrolizerów stosowanych do elektrolizy roztworów wodnych chlorku metalu alkalicznego. Osłonę może też tworzyć blacha zagięta dokoła pręta a otwór stanowi szczelina powstająca pomiędzy znajdującymi się obok siebie krawędziami blachy. Złącze spawane pręta z osłoną zapewnia optymalne połączenie elektryczne między nimi i zmniej sza dzięki temu oporność przy przepływie prądu elektrycznego pomiędzy prętem a osłoną. Pręt można otrzymać np. za pomocą metalurgicznej operacji walcowania. Rowek można uformować w pręcie podczas walcowania lub też może on być wykonany później za pomocą operacji obróbki skrawaniem. Osłonę można otrzymać za pomocą operacji walcowania jak przy wytwarzaniu rur metalowych a otwór w osłonie uzyskuje się wówczas za pomocą obróbki skrawaniem. Korzystniejsze jest stosowanie osłony otrzymanej przez zaginanie lub zwijanie blachy. W tym celu stosuje się osłonę uzyskaną przez zwijanie lub zaginanie blachy z odstępem tworzącym otwór przeznaczony do umieszczenia w nim masy metalowej. Przewód elektryczny według wynalazku jest przeznaczony szczególnie do przenoszenia prądu elektrycznego wzdłużnie w pręcie i poprzecznie poprzez osłonę. Nadaje się on do prądu zarówno stałego, jak i zmiennego. Znajduje on zastosowanie przy wykonywaniu elektrod elektrolizerów, np. katody z żelaza, stali lub niklu stosowane powszechnie w procesach elektrolizy wody lub wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych. Elektroda taka znajduje zastosowanie jako katoda do wytwarzania wodoru i wodnych roztworów wodorotlenku sodowego w elektrolizerze do elektrolizy wodnych roztworów chlorku sodowego. W elektrodzie według wynalazku płyta może być pełna lub ażurowa. Może być ona wykonana np. z siatki blaszanej. Zaletą wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania przewodu elektrycznego utworzonego przez pręt otoczony osłoną i mającego dużą przewodność elektryczną w obszarze stykowym pomiędzy prętem a osłoną. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład wykonania przewodu elektrycznego w przekroju poprzecznym, fig. 2 - przykład wykonania elektrody w przekroju wzdłuż płaszczyzny poziomej II-II na fig. 3 i fig. 3 - elektrodę z fig. 2 w pionowym przekroju poprzecznym wzdłuż płaszczyzny III-III na fig. 2. Przewód elektryczny przedstawiony na fig. 1 zawiera pręt miedziany 1 w osłonie niklowej 2. Pręt miedziany 1 jest prętem prostoliniowym o przekroju prostokątnym, wytworzonym przez walcowanie. Na dwóch przeciwległych powierzchniach pręt 1 posiada rowki 3 i 3' wypełnione niklowymi żyłkami 4 i 4'. Żyłki niklowe zostały uformowane w rowkach przez naniesienie w stanie roztopionym za pomocą konwencjonalnej metody spawania łukowego, z zastosowaniem pałeczki do spawania z niklu lub stopu niklowego w celu przyspawania do pręta 1. Osłona 2 składa się z dwóch części 5 i 6 mających postać rynienek przylegających dokładnie do obwodu pręta 1. Części 5 i 6 osłony otrzymano przez wytłoczenie dwóch blach niklowych a ich wymiary dobrano tak, żeby pomiędzy podłużnymi krawędziami 7 i 8 naprzeciw żyłki 4 była ograniczona jedna szczelina, a pomiędzy innymi podłużnymi krawędziami 7' i 8' naprzeciw żyłki 4' - druga szczelina. Te dwie szczeliny są wypełnione dwiema masami metalowymi 9 i 9' z niklu, które otrzymuje się przez naniesienie w stanie roztopionym za pomocą konwencjonalnej metody spawania łukowego, z zastosowaniem pałeczki do spawania z niklu lub stopu niklowego, w celu zespawania z żyłkami 4, 4' oraz częściami 5 i 6. W przewodzie przedstawionym na fig. 1 żyłki 4 i 4' oraz masy metalowe 9 i 9' służą jednocześnie do mechanicznego przymocowania osłony 2 do pręta 1 oraz połączenia elektrycznego o małej rezystancji pomiędzy prętem 1 a osłoną 2. Elektroda przedstawiona na fig. 2 i 3 zawiera parę ażurowych pionowych płyt 10, 10' z niklu umieszczonych równolegle i naprzeciw siebie z obu stron poziomego metalowego przewodu 11. Dwie fałdowane blachy 12,12' z niklu służą do połączenia płyt 10 i 10' z przewodem 11 opisanym w odniesieniu do fig. 1.
168 915 5 Przymocowanie płyt 10 i 10' do blach 12 i 12' jest realizowane za pomocą spoin punktowych. Przymocowanie blach 12 i 12' do przewodu 11 jest realizowane również za pomocą operacji spawania wzdłuż mas metalowych 9 i 9' przewodu elektrycznego w celu zmniejszenia do minimum przewodności elektrycznej styku pomiędzy płytami 10, 10' a prętem 1 przewodu elektrycznego 11. Sposób przeprowadza się w ten sposób, że wykonuje się w pręcie co najmniej jeden podłużny rowek, umieszcza się w rowku żyłkę z tego samego metalu jak osłona i przyspawa się żyłkę do osłony, wykonuje się w osłonie otwór naprzeciw żyłki oraz umieszcza się w otworze osłony masę metalową, którą przyspawa się do żyłki i do osłony. Wykonuje się w pręcie dwa podłużne rowki oraz stosuje się osłonę otrzymaną przez złączenie dwóch podłużnych metalowych części, z odstępem pomiędzy ich krawędziami umieszczonymi naprzeciw siebie, przez co tworzy się otwór w osłonie. Przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu do otworu w osłonie. Stosuje się pręt z miedzi i osłonę z metalu wybranego spośród żelaza, niklu stopów żelaza i stopów niklu oraz przyspawa się osłonę do żyłki przez naniesienie metalu identycznego z metalem osłony.
168 915 FIG. 2
168 915 FIG. 3
168 915 FIG. 1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł