专利名称：尤其用于氯的电化学制造的电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解槽，它尤其用于由氯化氢水溶液来电化学制造氯。
背景技术：
已经知道在电解槽内进行盐酸电解，其中，带有一涂有贵金属涂层的阳极的阳极空间充满了盐酸并且一种含氧气体或纯氧气位于阴极空间内。如上所述，例如在US-A-5770035中，阳极空间和阴极空间通过一阳离子交换膜被彼此隔开，阳离子交换膜位于一个以下称作GDE的气体扩散电极上。该气体扩散电极位于集电器上。
JP-A-9 078279描述了GDE被粘结在阳离子交换膜上。其缺点在于，GDE必须精确裁切并随后被精确粘到阳离子交换膜上。这种方法不太方便并且费事。另外，如果发生阳离子交换膜或GDE的损坏，则GDE和阳离子交换膜都必须换掉。
发明内容
本发明的目的是提供一种可靠运行的且易于操作的电解槽。
根据本发明，通过权利要求1的特征实现了此目的。
本发明的电解槽具有一个由一阳极框架的承载的阳极、一个由一阴极框架承载的集电器和一个布置在阳极和集电器之间的气体扩散电极(GDE)如耗氧电极。另外，电解槽具有一个同样布置在阳极与集电器之间的阳离子交换膜。阳极空间由阳极、阳极框架和后壁形成并具有用于电解液的入口和出口。阴极空间由集电极、阴极框架和后壁形成并具有用于气体的入口和出口，在耗氧阴极的情况下，该阴极空间具有用于氧气或含氧气体的入口和出口。
根据本发明，GDE被固定在该集电器上。与把GDE粘在该阳离子交换膜上相比，这有以下优势，即在GDE或阳离子交换膜损坏的情况下，不需要更换两个部件。
将GDE固定在集电器上的另一个优点是避免了GDE滑动。因此，也避免了氢出现在暴露的集电器上。
由于根据本发明地把GDE固定在集电器上，因此可以这样布置GDE，即GDE的边缘区不一定要布置在密封之间。因此，可充分利用GDE的整个区域。
GDE可以通过粘结与该集电器相连。因为通过粘结而主要防止了GDE在安装时滑动并且在装配状态下没有很大的力作用在GDE上，这是因为它被夹紧在阳离子交换膜的阳极与集电器之间，所以，只在少数点上把GDE粘到集电器上就够了。例如，在垂直布置的电解槽的情况下，只在上部区域粘结GDE就够了。通过设置少数粘接面或者只是一些粘接点，就可以减小例如可起密封作用的粘接剂对GDE性能的不利影响。
GDE最好可卸下地被固定在集电器上。例如通过缝合在一成孔板等形式的集电器上，就可以实现可卸下的固定。为此使用不会被电解槽内的化学制品腐蚀的适当的塑料丝。也可以在GDE与该集电器之间拟定附着连接形式如钩环接合。
也可以将GDE与该阳离子交换膜一起夹紧在阳极框架与阴极框架之间。在这种情况下，可以设置任何附加的密封。在这种布置结构中，可以保证GDE完全覆盖集电器，但GDE遇到了在工作中出现的较大的力。该力是由于在阳极空间与阴极空间之间的静压差而产生的，这个静液差是使GDE压在集电器上而必不可少的。在把GDE夹紧在这两个框架之间的情况下，所述力可能导致在该密封区内的GDE或阳离子交换膜的损坏。如果在GDE内发生开裂，则导致电解电压不希望地升高。另外，该集电器在GDE的开裂区中暴露了出来，所以不希望地形成氢。另一方面，如果开裂发生在阳离子交换膜内，则氯进入在阴极空间内出现的氧中。就象常发生的那样，如果氧被过度消耗，则氯和氧一起从电解槽中排出并且接着不得不很费事地分开或被除去。此外，相当大的拉伸使阳离子交换膜的重新利用变为不可能或增大了在重新使用时开裂的危险。
根据本发明，因为GDE未被牢固连接在阳离子交换膜上，所以相应的拉伸应力没有出现在GDE的外部区内。因此，避免了出现开裂和与之相关的缺点。相反，保证了GDE的更大的可移动性。根据本发明的GDE安置结构的另一优点是，因为一部分区域没有因夹在这两个框架之间而被盖住，所以基本上利用了GDE的整个区域。
为了保证GDE完全覆盖集电器，GDE最好略大于集电器。在装配时，例如突出超过集电器的GDE边缘被略微压入该集电器与阴极框架之间。因此，GDE的外边缘抵靠在该阴极框架上。
一个最好基本上具有阴极框架尺寸的密封和GDE最好被布置成该密封的朝向阳极的密封面和GDE的也朝向阳极的表面位于一个平面内。由此保证了GDE贴靠在集电器和阳离子交换膜上。这样一来，防止了GDE打弯或滑动。在此实施例中，在装配状态下，密封的厚度最好基本上等于GDE的厚度。在这里，该集电器基本上与该阴极框架齐平，所以，该集电器和该框架的顶面构成一个平面，密封可被安放在该阴极框架区内并且GDE可被安放在该集电器本身上，所述密封和所述GDE又具有一个朝向该阳极的公共平面。
在另一实施例中，该集电器在两个如相互对置的侧边缘上或所有四个侧边缘上弯曲，其中这些边缘区突入该阴极空间内并且一道缝隙形成在该集电器与阴极框架的边缘区之间。该集电器和阴极框架的朝向阳极空间的那个表面基本上构成一个平面。在此实施例中，GDE的边缘区也弯曲。在这种情况下，GDE的边缘被移入集电器与阴极框架之间的缝隙内。
在另一实施例中，该集电器与该阴极框架如此连接，即该集电器的表面不与该阴极框架的朝向阳极那个表面齐平，而是突出超过该表面。在这种情况下，有一个较大的厚度，它大于该集电器突出超过该阴极框架的程度。这样做的优点是，密封位置由集电器来限定。此外，密封又形成一个框架，GDE可以插入该框架中。例如，通过缝合或粘结点把GDE固定在该集电器上。这样做的优点是，在组装电解槽时能够精确地确定这些部件的位置。
在本发明的另一优选实施例中，设有一个密封，它至少部分包围气体扩散电极并有一个在该阴极框架与集电器之间突出的延伸部分。为固定该气体扩散电极，气体扩散电极被保持在该延伸部分与集电器之间。固定尤其通过夹紧来实现。
除了或代替在该密封上设置一延伸部分地，可以设置一个用于固定GDE的弹性楔。在此实施例中，该弹性楔被布置在该集电器与密封之间。它可以是一个包围GDE的并最好成框架形的单独的弹性楔。此外，可以按照一定距离设置多个楔来固定GDE。
在另一实施例中，如此实现GDE的固定，即它部分地包围和后卡在该集电器上。这种包围最好在该集电器的两个对置侧上进行，或者在该集电器为矩形的情况下，在所有四个侧面上进行。为此，可以使GDE的一个边缘与一个轨道相连，以允许简单固定至该集电器上。所述轨道例如可以是一个塑料板条，在这里，该塑料板条是这样形成的，即它可以穿过在该集电器与阴极框架之间的一道缝隙。
下面，结合附图，根据优选实施例来详细说明本发明，其中图1是电解槽的一个第一优选实施例的示意纵截面图，图2是该电解槽的一个第二优选实施例的示意纵截面图，图3是电解槽的一个第三优选实施例的示意纵截面图，图4是电解槽的一个第四优选实施例的示意纵截面图，图5是电解槽的一个第五优选实施例的示意纵截面图，图6是电解槽的一个第六优选实施例的示意纵截面图。
具体实施例方式
电解槽(图1)具有一个装有一阳极12的阳极框架10。此外，阳极框架10与一后壁14连接，结果，由阳极框架10、后壁14和阳极12形成一阳极空间16。此外，阳极框架10有一入口18和一出口20。
一阴极框架22装有一集电器24。阴极框架22还有一后壁26，结果，由阴极框架22、集电器24和后壁26形成一个阴极空间28。此外，该阴极框架22与一个入口30和一个出口32相连。
在电解槽的装配状态下，这两个框架10、22被紧固在一起。为了分隔阳极空间16和阴极空间28而设有一片阳离子交换膜34。阳离子交换膜34大于集电器24的阳极12，因而它也被布置在这两个框架10、22之间。这些框架最好有矩形的外部尺寸。阳离子交换膜也成矩形，因而阳离子交换膜被布置在两个框架10、22之间的整个区域里。为了密封，一密封36或38设置在阳离子交换膜34的两侧。此外，一气体扩散电极40布置在阳离子交换膜34与集电器24之间。在装配状态下，GDE40安放在集电器24上，阳离子交换膜34贴在GDE40上。
根据本发明，GDE40通过夹紧、粘结、钩环连接、缝合等方式与集电器24相连。集电器24和阳极12与电接点相连。
在本发明的第一优选实施例(图1)中，集电器24超过阴极框架22。密封38的厚度大于阳离子交换膜34或阴极框架22的两个表面42、44之间的距离。由此形成的突出部构成一个框架，GDE40可被装入该框架内。这大大简化了装配。为保证集电器被GDE40覆盖，GDE40的外部尺寸略大于集电器24的尺寸。GDE40的外部尺寸最好略小于密封38的尺寸，因而它直接贴在密封36的内侧面上。
在电解槽工作中，例如沿箭头46方向通过入口18将盐酸送入阳极空间16。在电解过程中，沿箭头48方向并过出口32再次排出盐酸。在箭头50方向上通过入口30把氧气送入阴极空间28并在箭头52方向上通过出口32再次排出。在电解过程中，氯产生在阳极空间16内，它通过阳极空间16的出口20排出。其它的用于流经阳极空间16及阴极空间28的变型流动方式也是可行的。
图2-图5所示的实施例原则上可以是一个类似于图1所示电解槽的电解槽，因此，相同或类似的部件用相同的符号表示。
图2所示实施例的主要区别在于，集电器54没有超过框架22，而是与之形成一个平面。集电器54被布置在与阴极框架22表面相同的平面内。由此出现的另一个区别在于，代替密封38(图1)地设有一个密封56。密封56比密封38薄并且可以具有如与GDE40相同的厚度。因此，GDE40的朝向阳极12方向的表面被布置在一个密封56的也朝向阳极12的表面所设置的平面内。这在装配状态下尤为如此，在该装配状态下，密封56可被压缩。另外，两个所示实施例的部件和所示电解槽的功能是相同的。
在本发明的第三实施例(图3)中，在阳极框架10与阴极框架22之间设有一个密封60，该密封具有伸入阴极框架22内的一个延伸部分62。因此，延伸部分62布置在阴极框架22与集电器24之间。为了固定GDE40，它在区域64内弯曲并且尤其通过夹紧被固定在密封60的延伸部分62与集电器24之间。这种固定可以环绕地或在集电器24的两个彼此对置的侧面上完成。
在本发明的第四实施例(图4)中，所设的密封对应于密封38(图1)。此实施例的区别在于，集电器24略微小一些并且气体扩散电极40的一个边缘区64又是弯曲设置的。为固定GDE40，一个弹性楔66设置在密封38与GDE40或其边缘区64之间。通过楔66，GDE40的边缘区64被压在集电器24上并因而被固定住。楔66最好成框形。此外，可以使用多个单独的楔66。
在本发明的第五实施例(图5)中，集电器54的结构基本上与图2所示实施例中的结构相同。但集电器54在其与阴极框架22之间至少部分地具有一道缝隙68。通过缝隙68，可以插入一条塑料板条70，该塑料板条70尤其由PVC制成。板条70与GDE40相连。GDE40被紧固在集电器54上是这样实现的，即GDE40卡在集电器54的后面。此实施例最好在密封56与GDE40之间还有一个其结构基本与在图4所示实施例中的一样的弹性楔(在此未示出)。该楔最好以框架形方式围绕GDE。但也可以按照有规律或无规律的间隔安置多个单独的楔。
在本发明的第六实施例(图6)中，集电器54与图2所示实施例相似地没有超过框架22，而是与之构成一个平面。与图2所示实施例不同的是，该集电器的边缘没有环绕弯曲。在这里，GDE40的边缘被弯曲，其中边缘部64被插入阴极框架22与集电器54之间的缝隙内。
权利要求
1.一种电解槽，它尤其用于由氯化氢水溶液电化学制造氯并至少包括一阳极空间(16)，它由一阳极(12)、一阳极框架(10)和一后壁(14)形成，该阳极框架(10)承载着该阳极(12)并且该阳极空间(10)具有用于电解液的一入口(18)和一出口(20)；一阴极空间(28)，它由一集电器(24)、一阴极框架(22)和一后壁(26)形成，该阴极框架(22)承载着该集电器(24)并且该阴极空间(28)具有用于气体的一入口(30)和一出口(32)；一气体扩散电极(40)，它布置在该阳极(12)与该集电器(24，54)之间；一阳离子交换膜(34)，它布置在该阳极(12)与该气体扩散电极(40)之间，其特征在于，该气体扩散电极(40)被固定在该集电器(24，54)上。
2.如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，该气体扩散电极(40)可卸下地被固定在该集电器(24，54)上。
3.如权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于，该气体扩散电极(40)的面积是这样确定的，即该气体扩散电极以一个边缘突出超过该集电器(24，54)。
4.如权利要求1-3之一所述的电解槽，其特征在于，一个密封(38，56，60)沿该阴极框架(22)延伸，其中该密封(38，56，60)的朝向该阳极(12)的那个密封面被布置在一个包括该气体扩散电极(40)的朝向该阳极(12)的表面的平面内。
5.如权利要求4所述的电解槽，其特征在于，该集电器(24)在该阳离子交换膜(34)方向上相对该阴极框架(22)突出并且被沿该阴极框架(22)延伸的密封(38，60)包围。
6.如权利要求4和5所述的电解槽，其特征在于，该密封(60)具有一个在该阴极框架(22)与该集电器(24)之间突出的延伸部分，并且该气体扩散电极(40)的边缘(64)被固定在该延伸部分(62)与该集电器(24)之间。
7.如权利要求4-6之一所述的电解槽，其特征在于，设有至少一个弹性楔(66)以便把该气体扩散电极(40)固定在该集电器(24)与该密封(38)之间。
8.如权利要求1-7之一所述的电解槽，其特征在于，该气体扩散电极(40)部分包围住该集电器(24)。
9.如权利要求1-8之一所述的电解槽，其特征在于，该气体扩散电极(40)的一个边缘(64)与至少一个板条(70)连接，以便固定在该集电器(24)上。
全文摘要
本发明涉及一种电解槽，它尤其适用于由氯化氢水溶液电化学制造氯。该电解槽具有一个承载一阳极(12)的阳极框架(10)。也设有一阴极框架(22)，所述阴极框架承载一集电器(24)。在该阳极(12)与该集电器(24)之间设有一个气体扩散电极(40)。根据本发明，例如经粘接或钩环连接把该气体扩散电极(40)连接到该集电器(24)上。
文档编号C01B7/01GK1564879SQ02819583
公开日2005年1月12日 申请日期2002年9月19日 优先权日2001年10月2日
发明者A·布兰, F·格斯特尔曼, M·马尔, W·汉森, M·格罗斯霍尔茨 申请人:拜尔材料科学股份公司