专利名称：用于电解槽的微结构隔离框架的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于隔膜电解槽的部件，并特别地针对设置有结构化 内部部分的隔离框架，其允许处理电解液也渗透到与隔膜直接接触的 区域中。在另一方面中，本发明针对配备有这种微结构隔离框架的电
背景技术：
在现有技术中已知几种类型的用于生产氯化物和氢气和/或苛性 钠溶液的电解槽。特别地，现有工业应用中的大部分普通的槽设计是 压滤器型和"单槽元件"型的，其中元件串连电连接。
例如DE 102 49 508 Al和DE 10 2004 028 761 Al公开的单槽元件 设计由容纳相应的阳极和阴极的阳极或阴极半壳体构成。离子交换隔 膜放置在电极之间，并通过适合的凸缘保持在适当的位置处。如DE 10 2004 028 761 Al中描述的那样，在阳极半壳体的凸缘和隔膜之间布置 隔离框架，使得隔膜被夹在隔离框架和阴极半壳体的表面之间，并因 此保持在适当的位置处。
由于通常包括磺酸层和羧酸层的隔膜在槽装配期间没有张紧，而 是简单地水平放置在半壳体中的一个上，因此隔离框架也用于在操作 期间防止隔膜振动并与阳极半壳体的金属表面接触。在这点上，阳极 半壳体和凸缘之间的过渡区域对于防止短路和保护隔膜不受到损坏是 非常重要的。由于上述原因，隔离框架是过大的，使得它伸出到内室 中几毫米，并使隔膜与半壳体的相邻的金属表面分离。
这个安全措施的不利效果在于接触区域中隔膜的失效。由于阴极 室中的压力高于阳极室中的压力，因此隔膜被压向阳极室和/或压在框 架的伸出区域上，从而它仅在接触区域中的相反側部上变湿。由于阳极側部上的这个阻塞(blinding)现象，阴极侧部上出现 的吸湿碱性溶液趋向于使这个区域中的隔膜脱水，从而使羧酸层中的 盐沉淀，并最终导致两个隔膜层起泡、分层和/或龟裂现象。这些损坏 有时候是可见的，但由于氯离子通过扩散穿过损坏的区域迁移到阴极 室，因此这些现象也可以通过碱性产物中的较高的氯化物浓度检测到。 至今为止，通过改进隔离框架的尺寸或位置来克服这个不利效果所进 行的努力仍不能令人满意，使得或者长时间地忍受较高的氯化物浓度， 或者不得不更频繁地更换隔膜。
本发明的目的之一是通过最小化氯离子到阴极侧部的流量或通过 完全地防止氯离子到阴极侧部来减轻对隔膜的外围区域的损坏。
通过所附权利要求中公开的技术方案实现这个和其他目的，这个 和其他目的对本领域技术人员是清楚的。
发明内容
在一个实施方式中，本发明针对一种用于电解槽的隔离框架，所 述隔离框架设置有包括阳极側部和阴极侧部的平坦部分并具有外部和 内部邻接表面，所述隔离框架包括与所述内邻接表面连接的外边缘部， 所述外边缘部构造成使得在部分或完全覆盖或重叠的情况下可以被电 解液透过。在一个优选实施方式中，所述外边缘部具有微结构的表面。 优选地，所述外边缘部是连续的，并沿着所述内邻接表面的整个周边 设置。
在一个优选实施方式中，所述外边缘部是平坦台阶的形式，所述 平坦台阶设置有多个不同形状的突出部；有利地，所述突出部是圆柱 形或球形突起的形式。
在另一个实施方式中，所述外边缘部设置有一组波状的或锯齿状 的突起和凹陷，所述波状的或锯齿状的突起和凹陷的结构构造成使得 所述波状的或锯齿状的突起和凹陷沿所述框架的宽度是打开的，以使 阳极电解液可以从阳极室到这个区域来回流动或扩散。在特别优选的 构造中，这些波状或锯齿状部设置有多个小开口，以改善阳极电解液在两个方向上的通过。这些开口的形状可以设置成孔、凹槽或任何其 他适合的几何形式。
在根据本发明的隔离框架的一个实施方式中，通过位于外边缘部 中并贯穿隔离框架的整个厚度的多个小开口、钻孔或孔提供另外的有 利特征。所述开口通过设置在隔离框架的表面(优选地设置在阳极侧 部上，即设置在与隔膜相对的侧部上)中的通道相互流体连通。使开 口相互或与内邻接表面流体连通的通道可以有利地设置在隔离框架的 两个平坦部上。通道结构在两个侧部上的出现改善了阳极电解液的供 应和排出。
这个构造的另一个益处在于它允许更大的制造和装配公差。 在另一方面下，本发明针对一种包括如上所述的隔离框架的电解
槽，所述隔离框架用于密封槽的两个半壳体和/或把隔膜保持在适当的
位置处。
图1示出了现有技术的电解槽的凸缘区域的截面。
图2示出了根据本发明的包括隔离框架的电解槽的凸缘区域的截面。
图3a和图3b示出了根据本发明的隔离框架的一个实施方式的构 成细节。
具体实施例方式
图1示出了现有技术中已知的电解槽的凸缘区域的截面。隔膜1 夹在阳极半壳体2和阴极半壳体3的两个凸缘之间，并且隔离框架4 放置在阳极半壳体2和隔膜1之间。在标准组件的情况下，隔离框架 4的区域5伸出到电解槽的内部中。
由于阴极室6内的压力比阳极室7内的压力高20至40 mbar,因 此隔膜1被压在框架的伸出区域5上，并且来自阳极室7的阳极电解 液在局部不再会使该处变湿。图2示出了电解槽的凸缘区域的相似截面，其中安装了根据本发 明的隔离框架。隔离框架4的形状设置成台阶状，其中与外边缘部8 对应的台阶边缘10与周围区域相比具有减小的厚度。为了保持隔膜1 处于与水结合的条件，在外边缘部8中设置多个球形突起9，为隔膜1 提供支撑而不完全阻塞面向阳极室7的隔膜侧部的所述突起9保持部 分地暴露。
在这种情况下，隔离框架4和台阶边缘10放置成使得所述边缘 IO位于两个半壳体的凸缘区域内。因此，在安装时，隔膜1在边缘10 处被挤出，并在任一側部上钝化，从而排除单侧变湿，并防止隔膜退 化。不同于图1中所示的现有技术的设计，在这种情况下，框架的伸 出区域5可以以较大的公差制造和装配。
图3a示出了根据本发明的隔离框架4的角部的俯视图，其设置有 通道14和小的开口 15。外邻接表面13和内邻接表面12之间的外边 缘部8i殳有多个开口 15，该多个开口 15通过沿横向方向和纵向方向 行进的示出为直线的微通道14相互流体连通。外边缘部8外部的较大 的开口 11用于固定凸缘的夹紧螺栓(未示出)。
图3b示出了沿图3a的剖面线A-A的隔离框架4的放大细节。其 示出了阳极侧部17的形状设置成与阴极侧部16相同，并且微通道14 设置在隔离框架的两个侧部上，这些微通道14设置成网络，以使开口 15相互流体连通。布置成垂直于内邻接表面12的微通道14在阳极室 7的方向上是打开的，使得阳极电解液可以透过通道的网络，流过开 口 15，并最终到达面向阳极室7的隔膜侧部。
实施例
为了比较，在标准条件下以6 kA/n^的电流密度操作具有2.7m2 的隔膜表面面积的工业用电解槽，监测碱性产物中的氯化物浓度。苛 性钠产物中氯化物浓度的初始值介于14至20ppm之间，并在经过约 200天的操作后开始緩慢增加，在约一年后超过50 ppm的值。
在150天的周期后，已经可以观察到隔膜的外边缘上开始起泡。对具有2.7平方米的隔膜表面面积的、配备有根据本发明的隔离 框架的相同的电解槽进行类似的耐久性测试。
在经过200天的测试后，没有观察到氯化物浓度的增加。更重要 地，在整个测试期间没有发生起泡现象。后一方面可靠地表明，阴极 室中的氯化物浓度一直保持为较低的水平，从而可以延长隔膜的使用 寿命。
上述说明不应当被理解为是对本发明的限制，在不背离本发明的 范围的前提下，本发明可以根据不同的实施方式实施，本发明的范围 通过所附权利要求唯一地限定。
在本发明的说明和权利要求中，词语"包括"不用于排除其他元 件或额外的部件的出现。
权利要求
1、一种用于电解槽的隔离框架，所述隔离框架设置有包括阳极侧部和阴极侧部的平坦部分并具有外部和内部邻接表面，其特征在于，与所述内邻接表面连接的外边缘部构造成使得在部分或完全覆盖或重叠的情况下，所述外边缘部能被电解液透过。
2、 根据权利要求1所述的框架，其特征在于，所述外边缘部具有 微结构的表面。
3、 根据权利要求1或2所述的框架，其特征在于，所述外边缘部 是连续的，并沿着所述内邻接表面的整个周边设置。
4、 根据前述权利要求中的任一项所述的框架，其特征在于，所述 外边缘部的形状设置成包括多个突出部的平坦台阶。
5、 根据权利要求4所述的框架，其特征在于，所述突出部是圆柱 形或球形突起的形式。
6、 根据权利要求1-4中的任一项所述的框架，其特征在于，所述 外边缘部设置有一组波状的或锯齿状的突起和凹陷。
7、 根据权利要求6所述的框架，其特征在于，所述波状的或锯齿 状的突起和凹陷沿所述框架的宽度是打开的。
8、 根据前述权利要求中的任一项所述的框架，其特征在于，所述 外边缘部设置有多个开口。
9、 根据权利要求8所述的框架，其特征在于，所述多个开口的形 状设置成孔或凹槽。
10、 根据权利要求8或9所述的框架，其特征在于，所述多个开 口通过设置在所述外边缘部的至少一个侧部上的通道相互流体连通。
11、 根据权利要求IO所述的框架，其特征在于，所述框架的设置 有通道的所述至少一个侧部是阳极侧部。
12、 一种电解槽，所述电解槽包括阳极室和阴极室，所述阳极室 和所述阴极室通过隔膜再分开，所述电解槽的特征在于它还包括前述 权利要求所述的隔离框架。
13、 一种基本上由附图示出并参考所述附图描述的用于电解槽的 隔离框架。
全文摘要
本发明涉及一种电解槽的隔离框架(4)，所述隔离框架具有微结构的内部部分(9)，即使该结构部分被隔膜(1)部分地或完全地重叠，所述内部部分也允许电解液透过。本发明还涉及一种配备有该隔离框架的电解槽。
文档编号C25B9/08GK101432465SQ200780015510
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年4月28日
发明者K-H·杜勒, P·沃尔特林, R·基弗, S·厄尔曼, U-S·鲍伊默, W·施托尔普 申请人:乌德诺拉股份公司