专利名称：双极电解装置结构部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种根据压滤技术的双极电解装置结构部件，尤其是用于根据膜片方法将氯化氢水溶液电解。
例如在EP-A 0785294中所描述的，用于氯化氢水溶液(盐酸)电解的电化槽通常由钛或者钛合金、例如钛钯合金制成。跟标准氢电极相比，作为防腐在EP-A 0785294中，一种带有特别是0.3-0.6V的氧化还原电位的氧化剂被添加到盐酸中。选择三价铁作为优选的氧化剂。然而在现实情况下盐酸的腐蚀性只是钛作为电化槽材料的其中一个缺陷。另一个缺陷在于导电性差，因此导致了在电流供给电极时和在槽内电流分布时的电压损失。最后还有就是钛是一种非常贵的材料。
因此本发明的任务是提供一种根据膜片方法将氯化氢水溶液电解的双极电解装置结构部件，它抗腐蚀，电压损失小，并且同时由廉价的材料组成。结构部件根据压滤技术装入以双极电路工作的电解装置。
本发明的主题是一种根据压滤技术的双极电解装置结构部件，至少包括第一个半壳体，第二个半壳体和一个框架形的支承件，其中半壳体中的至少一个包含有塑料件，两个半壳体在支承件之内这样布置，以使第一个半壳体的后壁与第二个半壳体的后壁相互贴紧，支承件以及两个半壳体具有至少两个用于电解液和/或者气体供给和排出的孔，并且两个半壳体具有在底部重叠的、用于容纳至少一个导电连接件的通孔，在第一个半壳体中第一电极固定在导电连接件上，并且在第二个半壳体中第二电极也固定在导电连接件上。
在单元件技术中，由阳极半元件、阴极半元件和一个将两个半元件相互分隔开的离子交换器膜片组成的电化槽形成了构成电解装置的结构部件，而在压滤技术中结构部件由电化槽的阳极半元件和一个相邻的电化槽的阴极半元件构成，其中两个半元件相互背靠背的布置。因此在压滤技术中电化槽由一个结构部件的半元件和一个相邻的结构部件的半元件构成，其中构成电化槽的两个半元件用离子交换器膜片相互分隔开。
被两个相邻的电化槽的两个半壳体插入，并且与两个半壳体以及连接件和两个作为阴极和阳极的电极共同构成根据本发明的结构部件的框架形的支承件优选的是由金属，尤其是由钢或者由用塑料，例如聚偏氟乙烯(PVDF)或者聚氯乙烯(PVC)涂层的钢制成。
半壳体分别由底板和环绕的、优选是折弯的边组成，它用这个弯边插入支承件。环绕的边压在支承件上。两个半壳体，即阳极半壳体和阴极半壳体这样插入支承件，以使半壳体处于相互背靠背的位置，即半壳体的底板用它们的外侧(后壁)相互贴紧。半壳体可以作为两个分开的部件加工，它们要么可拆卸的、要么不可拆卸的相互连接。作为替代方案半壳体也可以做成一体结构。半壳体优选可拆卸的相互连接。
半壳体的底板具有用于容纳连接件的通孔。当半壳件用它的后壁相互贴紧时，那么在半壳体中的通孔相重叠。它使得连接件可以穿过半壳件。通孔可以是任意形状，例如圆的，多角形的。
跟在两个半元件之间的简单隔板相比，例如由EP-A0999294所熟知的，由两个半壳件构成，并且借助于可拆卸连接相连接的根据优选的实施方式的结构部件的两个半元件具有优点，单个的半壳件可由结构部件中取出，并且可以用另一个更换。它使得在电解装置改装或者损坏时的维修变得简单。
半元件的两个半壳体可以结构相同。但是它们也可以具有不同的深度。优选的是作为阴极将气体扩散电极装入结构部件中。在这种情况下阴极半壳体优选比阳极半壳体深度浅，它一方面节省了材料，并且另一方面节约了电解装置的空间。
如果对于半壳体和支承件使用不同的材料，则必须考虑材料的不同的热膨胀。它尤其适用于两个塑料半壳体尺寸相对于金属框架形支承件的尺寸的选择，以及其用于容纳金属连接件的孔相对于连接件直径的选择。氯化氢水溶液的电解优选的是在30-70℃的温度下进行。
根据本发明半壳体中的至少一个含有塑料。优选的是两个半壳体由塑料、尤其是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、或者氯化聚氯乙烯(CPVC)制造。因此本发明的优点在于，电解装置的主要结构部件由耐腐蚀、尤其是由耐盐酸腐蚀、并且同时廉价的材料制成。
连接件可以是销子、销钉、螺纹件或者这一类的物体。优选的是两个半壳体在连接件的至少一个端部例如借助于螺母连接件可拆卸连接。连接件优选是销子、销钉、或者这一类的物体，它们至少在一个端部具有外螺纹，并且用螺母一方面与阳极半壳体相连接，另一方面与阴极半壳体相连接。
此外连接件承担在两个半元件中电极供电的功能。因此连接件是导电的。尤其是连接件由钛、耐酸的钛合金制成或者用耐酸的钛合金涂层。优选的是连接件具有一个高导电性的金属芯，尤其是铜，并且具有钛或者钛合金的，尤其是钛钯合金或者钛钌合金制成的外壳。这种连接件的实施方式有利的利用了铜的高导电性。
作为阳极和阴极的两个电极以低电阻方式固定在连接件上。例如它们可以与连接件焊接，即不可拆卸的连接。例如它可以这样实现，装入一个类似于螺纹件或者类似于销子的连接件，其中螺纹件头伸入半壳体的一个、例如阳极半壳体，并且连接件的带有螺纹与螺母的另一端部伸入到另一个半壳体、例如阴极半壳体中。然后电极、例如阳极可以与连接件的螺栓头焊接。在一种优选的实施方式中电极可拆卸的、例如通过螺纹件固定在连接件上。为此连接件至少在一个端部具有内螺纹。电极与连接件的可拆卸连接具有优点，因为如果电极由于电化学活跃的涂层磨损或者损伤必须被更换时，它可以用比较低的花费装拆。在另一种优选的实施方式中作为阳极的电极与连接件不可拆卸连接，例如借助于焊接，而作为阴极的电极、尤其是气体扩散电极，可拆卸的，例如借助于螺纹件与连接件相连接。
连接件的数量取决于由何种材料并且在什么厚度下被制作，以及取决于阳极和阴极的横向导电性。材料的导电性和电极的横向导电性越高，需要的销子就越少。此外连接件越薄，使用的连接件就越多。两个相邻连接件的间隔在10到20厘米的范围内。
阳极例如由钛、钛合金、尤其是钛钯合金制成，例如它用在钌钛混合氧化物，或者钌钛铱氧化物基底上的耐酸涂层组成。阴极可以类似于阳极构造。然而根据使用情况它也可以配备其它的涂层。在气体扩散电极作为阴极的情况下，可以使用作为包括催化剂的涂层的载体的与阳极相应的材料。例如可以使用气体扩散电极，它包括铂金族、优选是铂金或者铑催化剂。例如E-TEK(美国)公司的气体扩散电极提到，它在带有1.2mgPt/cm2贵金属涂层的碳基片上具有30％重量的铂作为催化剂。在一种优选的实施方式中气体扩散电极作为氧消耗阴极工作。
除了连接件优选在阳极半壳体和阳极之间和/或者在阴极半壳体和阴极之间设有销形间隔件。间隔件防止电极或者半壳体可能的变形，以使在阳极和阴极之间的间隔保持不变。间隔件例如可以是销形的或者可以构成T型或者Z型结构或者这一类的物体。它们例如可以由塑料制成并且与半壳体制成一体。然而它们也可以以任意的其它方式一侧与半壳体另一侧与电极相连接。如果间隔件还要有利于更好的电流分布，那么它们是能导电的。间隔件可以借助于横向连接件相互连接。横向连接件可以是钢丝、网、织物或者这一类的物体。为了改善电流分布，横向连接件可以是导电的。
框架形支承件例如具有用于电解液和/或者气体供给和排出的管道形通孔。在传统电极作为阴极和阳极的情况下，对于每个半壳体需要电解液的供给和排出以及在阳极半元件中附加需要氯的排出。可能的情况下氯也可以与电解液共同排出。如果使用气体扩散电极作为阴极，那么气体必须供给阴极半元件，并且剩余的气体以及液体必须由阴极半元件中排走。例如管子被插入到支承件中的例如管道形通孔中，管子要么可拆卸的要么不可拆卸的与各个半壳体相连接。例如管子在半壳体内的端部可以折边，以使它可以从半壳体的内部塞入通孔中。
在多个根据本发明的结构部件根据压滤原理装配成电解装置时，框架形的支承件相互压紧。另外结构部件的相互密封可以用商业上常用的耐介质密封，例如聚四氟乙烯或者含聚四氟乙烯的密封材料来实现。
接下来参考附图详细说明本发明。如图所示
图1所示是根据本发明的结构部件的示意横截面图，图1a所示是图1的局部放大视图，图2所示是根据图1所示的结构部件的示意局部截图，它在横截面上表示了半壳体、连接件的第一种优选的实施例和电极。
图1在横截面上表示了一个框架形的支承件10以及两个半壳体12、14，它在底部11、13的区域背靠背的插入支承件10。半壳体12、14的环绕的弯成角形的边17、18支承在支承件10上。在支承件中设有通孔16、19和半壳体中设有孔用于电解液和/或者气体的供给和/或者排出。例如在图1中表示了一个在支承件10中的管道形通孔16和在半壳体14的边18上的孔19。在通孔16和孔19中布置有一个用于电解液和/或者气体供给或者排出的管23。在图示的实施例中两个半壳体12、14借助于连接件30相互可拆卸连接。连接件30通过重叠的通孔15、15’插入半壳体12、14的底部11、13，并且伸入到由半壳体12、14构成的半槽中。电极42、44固定在连接件上。
图1a在图1的局部放大截图中表示了电解液和/或者气体供给或者排出的实施例。在支承件10中布置有一个管道形的通孔16。半壳体14在它的边18上具有与通孔16相重叠的孔19。尤其是金属的管23插在通孔16和孔19中。管23在它指向半壳体的端部具有弯边25。管23借助于螺纹件22固定在半壳体14的边18上。在螺纹件22和半壳体14的边18之间设有密封件24。
图2表示的是根据图1所示的根据本发明的结构部件的局部截图。半壳体12、14在底部11、13的区域用它们的后壁相互贴紧，并且具有一致的通孔15、15’。通孔15、15’容纳了连接件30。在图2中所示的连接件30的实施例类似于一个螺纹件。螺纹件形的连接件30的两个端部插入到由对应的半壳体12、14形成的空腔中。两个半壳体12、14借助于连接件30相互可拆卸连接。在图2中所示的实施例中连接件30在一个端部31具有外螺纹32，因此在这个端部31连接借助于螺母连接件34来实现。连接件30的另一个端部33具有头部35，它的直径大于通孔15、15’的直径。它防止了连接件30通过半壳体12、14的通孔15、15’滑动。在半壳体12和螺母34之间设有密封件52。以类似的方式密封件54位于半壳体14和连接件30的头部35之间。连接件30的两个端部31、33也可以装备有类似于32的外螺纹，并且两个半壳体12、14借助于类似34的螺母连接件相连接。在图示的实施形式中，连接件30具有一个铜芯38和完全包围着芯38的钛或者钛合金的外壳39。
此外图2表示了电极42、44与连接件30的可拆卸连接的实施例。连接件30在两个端部31、33具有内螺纹36、37，以使电极42、44借助于螺纹件43、45与连接件30相连接。作为替代方案电极42、44中的至少一个也可以通过焊接与连接件30相连接。优选将作为阳极的电极借助于焊接与连接件30相连接。
此外在图2中表示了间隔件52、54以及横向连接件53、55。例如导电间隔件52、54分别位于半壳体12、14和电极42、44之间。它们基本上垂直于半壳体12、14和电极42、44。它们防止了在连接件30之间电极42、44的弯曲，并且保证了在半壳体12、14和电极42、44之间的均匀间隔。间隔件52、54在图示的实施例中是销钉形的。横向连接件53、55例如同样可以是导电的，并且将间隔件52、54彼此连接，借此提高电流的分布。横向连接件可以是钢丝、网、织物或者这一类的物体。
权利要求
1.根据压滤技术的双极电解装置结构部件，至少包括第一个半壳体(12)、第二个半壳体(14)和一个框架形的支承件(10)，其中所述半壳体(12、14)中的至少一个含有塑料，两个半壳体(12、14)在支承件(10)之内的布置使第一个半壳体(12)的后壁与第二个半壳体(14)的后壁相互贴紧，支承件(10)以及两个半壳体(12、14)具有至少两个用于电解液和/或者气体供给和排出的孔(16、19)，并且两个半壳体(12、14)具有在底部(11、13)重叠的、用于容纳至少一个导电连接件(30)的通孔(15、15’)，在第一个半壳体(12)中第一电极(42)固定在导电连接件上，并且在第二个半壳体(14)中第二电极(44)也固定在导电连接件上。
2.根据权利要求1所述的结构部件，其特征在于，所述两个半壳体(12、14)可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的结构部件，其特征在于，所述两个半壳体(12、14)在连接件(30)的至少一个端部借助于螺母连接件(34)可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的结构部件，其特征在于，所述两个半壳体(12、14)形成一体结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的结构部件，其特征在于，所述第一电极(42)和/或者第二电极(44)与连接件(30)可拆卸连接。
6.根据权利要求5所述的结构部件，其特征在于，所述连接件(30)至少在一个端部具有内螺纹(36)，并且第一电极(42)和/或者第二电极(44)用螺纹件(43、45)与连接件(30)可拆卸连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的结构部件，其特征在于，在所述第一个半壳体(12)和第一电极(42)之间和/或者在所述第二个半壳体(14)和第二电极(44)之间设置所述间隔件(52、54)。
8.根据权利要求7所述的结构部件，其特征在于，所述间隔件(52、54)是导电的，并且借助于导电的横向连接件(53、55)相互连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的结构部件，其特征在于，两个半壳体(12、14)含有塑料，优选是聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯PVDF，或者氯化聚氯乙烯CPVC。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的结构部件，其特征在于，所述支承件(10)是由金属，尤其是由钢制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的结构部件，其特征在于，所述连接件(30)由铜芯(38)和钛或者钛合金，尤其是钛钯合金或者钛钌合金的外壳(39)构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的结构部件，其特征在于，所述两个电极(42、44)中的一个是气体扩散电极。
全文摘要
本发明描述了一种根据压滤技术的双极电解装置结构部件，至少包括第一个半壳体(12)、第二个半壳体(14)和一个框架形的支承件(10)，其中半壳体(12、14)中的至少一个包含有塑料，两个半壳体(12、14)在支承件(10)之内这样布置，以使第一个半壳体(12)的后壁与第二个半壳体(14)的后壁相互贴紧，支承件(10)以及两个半壳体(12、14)具有至少两个用于电解液和/或者气体供给和排出的孔(16、19)，并且两个半壳体(12、14)具有在底部(11、13)重叠的、用于容纳至少一个导电连接件(30)的通孔(15、15’)，在第一个半壳体(12)中第一电极(42)固定在导电连接件上，并且在第二个半壳体(14)中第二电极(44)也固定在导电连接件上。
文档编号C25B1/00GK1867701SQ200480030169
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月1日 优先权日2003年10月14日
发明者F·格斯特曼, A·布兰 申请人:拜尔材料科学股份公司