專利名稱：尤其用于氯的電化學制造的電解槽的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電解槽，它尤其用于由氯化氫水溶液來電化學制造氯。
背景技術：
已經知道在電解槽內進行鹽酸電解，其中，帶有一涂有貴金屬涂層的陽極的陽極空間充滿了鹽酸并且一種含氧氣體或純氧氣位于陰極空間內。如上所述，例如在US-A-5770035中，陽極空間和陰極空間通過一陽離子交換膜被彼此隔開，陽離子交換膜位于一個以下稱作GDE的氣體擴散電極上。該氣體擴散電極位于集電器上。
JP-A-9 078279描述了GDE被粘結在陽離子交換膜上。其缺點在于，GDE必須精確裁切并隨后被精確粘到陽離子交換膜上。這種方法不太方便并且費事。另外，如果發生陽離子交換膜或GDE的損壞，則GDE和陽離子交換膜都必須換掉。
發明內容
本發明的目的是提供一種可靠運行的且易于操作的電解槽。
根據本發明，通過權利要求1的特征實現了此目的。
本發明的電解槽具有一個由一陽極框架的承載的陽極、一個由一陰極框架承載的集電器和一個布置在陽極和集電器之間的氣體擴散電極(GDE)如耗氧電極。另外，電解槽具有一個同樣布置在陽極與集電器之間的陽離子交換膜。陽極空間由陽極、陽極框架和后壁形成并具有用于電解液的入口和出口。陰極空間由集電極、陰極框架和后壁形成并具有用于氣體的入口和出口，在耗氧陰極的情況下，該陰極空間具有用于氧氣或含氧氣體的入口和出口。
根據本發明，GDE被固定在該集電器上。與把GDE粘在該陽離子交換膜上相比，這有以下優勢，即在GDE或陽離子交換膜損壞的情況下，不需要更換兩個部件。
將GDE固定在集電器上的另一個優點是避免了GDE滑動。因此，也避免了氫出現在暴露的集電器上。
由于根據本發明地把GDE固定在集電器上，因此可以這樣布置GDE，即GDE的邊緣區不一定要布置在密封之間。因此，可充分利用GDE的整個區域。
GDE可以通過粘結與該集電器相連。因為通過粘結而主要防止了GDE在安裝時滑動并且在裝配狀態下沒有很大的力作用在GDE上，這是因為它被夾緊在陽離子交換膜的陽極與集電器之間，所以，只在少數點上把GDE粘到集電器上就夠了。例如，在垂直布置的電解槽的情況下，只在上部區域粘結GDE就夠了。通過設置少數粘接面或者只是一些粘接點，就可以減小例如可起密封作用的粘接劑對GDE性能的不利影響。
GDE最好可卸下地被固定在集電器上。例如通過縫合在一成孔板等形式的集電器上，就可以實現可卸下的固定。為此使用不會被電解槽內的化學制品腐蝕的適當的塑料絲。也可以在GDE與該集電器之間擬定附著連接形式如鉤環接合。
也可以將GDE與該陽離子交換膜一起夾緊在陽極框架與陰極框架之間。在這種情況下，可以設置任何附加的密封。在這種布置結構中，可以保證GDE完全覆蓋集電器，但GDE遇到了在工作中出現的較大的力。該力是由于在陽極空間與陰極空間之間的靜壓差而產生的，這個靜液差是使GDE壓在集電器上而必不可少的。在把GDE夾緊在這兩個框架之間的情況下，所述力可能導致在該密封區內的GDE或陽離子交換膜的損壞。如果在GDE內發生開裂，則導致電解電壓不希望地升高。另外，該集電器在GDE的開裂區中暴露了出來，所以不希望地形成氫。另一方面，如果開裂發生在陽離子交換膜內，則氯進入在陰極空間內出現的氧中。就象常發生的那樣，如果氧被過度消耗，則氯和氧一起從電解槽中排出并且接著不得不很費事地分開或被除去。此外，相當大的拉伸使陽離子交換膜的重新利用變為不可能或增大了在重新使用時開裂的危險。
根據本發明，因為GDE未被牢固連接在陽離子交換膜上，所以相應的拉伸應力沒有出現在GDE的外部區內。因此，避免了出現開裂和與之相關的缺點。相反，保證了GDE的更大的可移動性。根據本發明的GDE安置結構的另一優點是，因為一部分區域沒有因夾在這兩個框架之間而被蓋住，所以基本上利用了GDE的整個區域。
為了保證GDE完全覆蓋集電器，GDE最好略大于集電器。在裝配時，例如突出超過集電器的GDE邊緣被略微壓入該集電器與陰極框架之間。因此，GDE的外邊緣抵靠在該陰極框架上。
一個最好基本上具有陰極框架尺寸的密封和GDE最好被布置成該密封的朝向陽極的密封面和GDE的也朝向陽極的表面位于一個平面內。由此保證了GDE貼靠在集電器和陽離子交換膜上。這樣一來，防止了GDE打彎或滑動。在此實施例中，在裝配狀態下，密封的厚度最好基本上等于GDE的厚度。在這里，該集電器基本上與該陰極框架齊平，所以，該集電器和該框架的頂面構成一個平面，密封可被安放在該陰極框架區內并且GDE可被安放在該集電器本身上，所述密封和所述GDE又具有一個朝向該陽極的公共平面。
在另一實施例中，該集電器在兩個如相互對置的側邊緣上或所有四個側邊緣上彎曲，其中這些邊緣區突入該陰極空間內并且一道縫隙形成在該集電器與陰極框架的邊緣區之間。該集電器和陰極框架的朝向陽極空間的那個表面基本上構成一個平面。在此實施例中，GDE的邊緣區也彎曲。在這種情況下，GDE的邊緣被移入集電器與陰極框架之間的縫隙內。
在另一實施例中，該集電器與該陰極框架如此連接，即該集電器的表面不與該陰極框架的朝向陽極那個表面齊平，而是突出超過該表面。在這種情況下，有一個較大的厚度，它大于該集電器突出超過該陰極框架的程度。這樣做的優點是，密封位置由集電器來限定。此外，密封又形成一個框架，GDE可以插入該框架中。例如，通過縫合或粘結點把GDE固定在該集電器上。這樣做的優點是，在組裝電解槽時能夠精確地確定這些部件的位置。
在本發明的另一優選實施例中，設有一個密封，它至少部分包圍氣體擴散電極并有一個在該陰極框架與集電器之間突出的延伸部分。為固定該氣體擴散電極，氣體擴散電極被保持在該延伸部分與集電器之間。固定尤其通過夾緊來實現。
除了或代替在該密封上設置一延伸部分地，可以設置一個用于固定GDE的彈性楔。在此實施例中，該彈性楔被布置在該集電器與密封之間。它可以是一個包圍GDE的并最好成框架形的單獨的彈性楔。此外，可以按照一定距離設置多個楔來固定GDE。
在另一實施例中，如此實現GDE的固定，即它部分地包圍和后卡在該集電器上。這種包圍最好在該集電器的兩個對置側上進行，或者在該集電器為矩形的情況下，在所有四個側面上進行。為此，可以使GDE的一個邊緣與一個軌道相連，以允許簡單固定至該集電器上。所述軌道例如可以是一個塑料板條，在這里，該塑料板條是這樣形成的，即它可以穿過在該集電器與陰極框架之間的一道縫隙。
下面，結合附圖，根據優選實施例來詳細說明本發明，其中圖1是電解槽的一個第一優選實施例的示意縱截面圖，圖2是該電解槽的一個第二優選實施例的示意縱截面圖，圖3是電解槽的一個第三優選實施例的示意縱截面圖，圖4是電解槽的一個第四優選實施例的示意縱截面圖，圖5是電解槽的一個第五優選實施例的示意縱截面圖，圖6是電解槽的一個第六優選實施例的示意縱截面圖。
具體實施例方式
電解槽(圖1)具有一個裝有一陽極12的陽極框架10。此外，陽極框架10與一后壁14連接，結果，由陽極框架10、后壁14和陽極12形成一陽極空間16。此外，陽極框架10有一入口18和一出口20。
一陰極框架22裝有一集電器24。陰極框架22還有一后壁26，結果，由陰極框架22、集電器24和后壁26形成一個陰極空間28。此外，該陰極框架22與一個入口30和一個出口32相連。
在電解槽的裝配狀態下，這兩個框架10、22被緊固在一起。為了分隔陽極空間16和陰極空間28而設有一片陽離子交換膜34。陽離子交換膜34大于集電器24的陽極12，因而它也被布置在這兩個框架10、22之間。這些框架最好有矩形的外部尺寸。陽離子交換膜也成矩形，因而陽離子交換膜被布置在兩個框架10、22之間的整個區域里。為了密封，一密封36或38設置在陽離子交換膜34的兩側。此外，一氣體擴散電極40布置在陽離子交換膜34與集電器24之間。在裝配狀態下，GDE40安放在集電器24上，陽離子交換膜34貼在GDE40上。
根據本發明，GDE40通過夾緊、粘結、鉤環連接、縫合等方式與集電器24相連。集電器24和陽極12與電接點相連。
在本發明的第一優選實施例(圖1)中，集電器24超過陰極框架22。密封38的厚度大于陽離子交換膜34或陰極框架22的兩個表面42、44之間的距離。由此形成的突出部構成一個框架，GDE40可被裝入該框架內。這大大簡化了裝配。為保證集電器被GDE40覆蓋，GDE40的外部尺寸略大于集電器24的尺寸。GDE40的外部尺寸最好略小于密封38的尺寸，因而它直接貼在密封36的內側面上。
在電解槽工作中，例如沿箭頭46方向通過入口18將鹽酸送入陽極空間16。在電解過程中，沿箭頭48方向并過出口32再次排出鹽酸。在箭頭50方向上通過入口30把氧氣送入陰極空間28并在箭頭52方向上通過出口32再次排出。在電解過程中，氯產生在陽極空間16內，它通過陽極空間16的出口20排出。其它的用于流經陽極空間16及陰極空間28的變型流動方式也是可行的。
圖2-圖5所示的實施例原則上可以是一個類似于圖1所示電解槽的電解槽，因此，相同或類似的部件用相同的符號表示。
圖2所示實施例的主要區別在于，集電器54沒有超過框架22，而是與之形成一個平面。集電器54被布置在與陰極框架22表面相同的平面內。由此出現的另一個區別在于，代替密封38(圖1)地設有一個密封56。密封56比密封38薄并且可以具有如與GDE40相同的厚度。因此，GDE40的朝向陽極12方向的表面被布置在一個密封56的也朝向陽極12的表面所設置的平面內。這在裝配狀態下尤為如此，在該裝配狀態下，密封56可被壓縮。另外，兩個所示實施例的部件和所示電解槽的功能是相同的。
在本發明的第三實施例(圖3)中，在陽極框架10與陰極框架22之間設有一個密封60，該密封具有伸入陰極框架22內的一個延伸部分62。因此，延伸部分62布置在陰極框架22與集電器24之間。為了固定GDE40，它在區域64內彎曲并且尤其通過夾緊被固定在密封60的延伸部分62與集電器24之間。這種固定可以環繞地或在集電器24的兩個彼此對置的側面上完成。
在本發明的第四實施例(圖4)中，所設的密封對應于密封38(圖1)。此實施例的區別在于，集電器24略微小一些并且氣體擴散電極40的一個邊緣區64又是彎曲設置的。為固定GDE40，一個彈性楔66設置在密封38與GDE40或其邊緣區64之間。通過楔66，GDE40的邊緣區64被壓在集電器24上并因而被固定住。楔66最好成框形。此外，可以使用多個單獨的楔66。
在本發明的第五實施例(圖5)中，集電器54的結構基本上與圖2所示實施例中的結構相同。但集電器54在其與陰極框架22之間至少部分地具有一道縫隙68。通過縫隙68，可以插入一條塑料板條70，該塑料板條70尤其由PVC制成。板條70與GDE40相連。GDE40被緊固在集電器54上是這樣實現的，即GDE40卡在集電器54的后面。此實施例最好在密封56與GDE40之間還有一個其結構基本與在圖4所示實施例中的一樣的彈性楔(在此未示出)。該楔最好以框架形方式圍繞GDE。但也可以按照有規律或無規律的間隔安置多個單獨的楔。
在本發明的第六實施例(圖6)中，集電器54與圖2所示實施例相似地沒有超過框架22，而是與之構成一個平面。與圖2所示實施例不同的是，該集電器的邊緣沒有環繞彎曲。在這里，GDE40的邊緣被彎曲，其中邊緣部64被插入陰極框架22與集電器54之間的縫隙內。
權利要求
1.一種電解槽，它尤其用于由氯化氫水溶液電化學制造氯并至少包括一陽極空間(16)，它由一陽極(12)、一陽極框架(10)和一后壁(14)形成，該陽極框架(10)承載著該陽極(12)并且該陽極空間(10)具有用于電解液的一入口(18)和一出口(20)；一陰極空間(28)，它由一集電器(24)、一陰極框架(22)和一后壁(26)形成，該陰極框架(22)承載著該集電器(24)并且該陰極空間(28)具有用于氣體的一入口(30)和一出口(32)；一氣體擴散電極(40)，它布置在該陽極(12)與該集電器(24，54)之間；一陽離子交換膜(34)，它布置在該陽極(12)與該氣體擴散電極(40)之間，其特征在于，該氣體擴散電極(40)被固定在該集電器(24，54)上。
2.如權利要求1所述的電解槽，其特征在于，該氣體擴散電極(40)可卸下地被固定在該集電器(24，54)上。
3.如權利要求1或2所述的電解槽，其特征在于，該氣體擴散電極(40)的面積是這樣確定的，即該氣體擴散電極以一個邊緣突出超過該集電器(24，54)。
4.如權利要求1-3之一所述的電解槽，其特征在于，一個密封(38，56，60)沿該陰極框架(22)延伸，其中該密封(38，56，60)的朝向該陽極(12)的那個密封面被布置在一個包括該氣體擴散電極(40)的朝向該陽極(12)的表面的平面內。
5.如權利要求4所述的電解槽，其特征在于，該集電器(24)在該陽離子交換膜(34)方向上相對該陰極框架(22)突出并且被沿該陰極框架(22)延伸的密封(38，60)包圍。
6.如權利要求4和5所述的電解槽，其特征在于，該密封(60)具有一個在該陰極框架(22)與該集電器(24)之間突出的延伸部分，并且該氣體擴散電極(40)的邊緣(64)被固定在該延伸部分(62)與該集電器(24)之間。
7.如權利要求4-6之一所述的電解槽，其特征在于，設有至少一個彈性楔(66)以便把該氣體擴散電極(40)固定在該集電器(24)與該密封(38)之間。
8.如權利要求1-7之一所述的電解槽，其特征在于，該氣體擴散電極(40)部分包圍住該集電器(24)。
9.如權利要求1-8之一所述的電解槽，其特征在于，該氣體擴散電極(40)的一個邊緣(64)與至少一個板條(70)連接，以便固定在該集電器(24)上。
全文摘要
本發明涉及一種電解槽，它尤其適用于由氯化氫水溶液電化學制造氯。該電解槽具有一個承載一陽極(12)的陽極框架(10)。也設有一陰極框架(22)，所述陰極框架承載一集電器(24)。在該陽極(12)與該集電器(24)之間設有一個氣體擴散電極(40)。根據本發明，例如經粘接或鉤環連接把該氣體擴散電極(40)連接到該集電器(24)上。
文檔編號C01B7/01GK1564879SQ02819583
公開日2005年1月12日 申請日期2002年9月19日 優先權日2001年10月2日
發明者A·布蘭, F·格斯特爾曼, M·馬爾, W·漢森, M·格羅斯霍爾茨 申請人:拜爾材料科學股份公司