密封电解池的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的密封电解池。

背景技术：

1、用于大规模生产(即兆瓦级)氢气和/或氯气的双极电解器可以分为两种主要设计类别，即单一元件设计和压滤机设计。

2、在单一元件设计的电解池中，电解池是单独密封的单元。每个电解池包括形成具有盘形中心部分和周向凸缘部分的半壳的两个元件。两个半壳在其凸缘部分用螺栓连接在一起，分隔件、垫圈和绝缘层介于其间。用于密封电解池的密封力由沿着元件的凸缘部分周向分布的多个螺栓提供。分隔件穿过密封装置延伸到池的外部，并且由重叠的垫圈从两侧夹紧。从de 102004028761a1中已知这种类型的电解池的示例。

3、在压滤机电解器中，通过在相邻元件之间插入片状分隔件和垫圈的情况下堆叠多个元件并且压缩整个堆叠以便一次密封所有电解池，从而在池架中形成电解池堆。在压滤机设计的电解池中，每个元件通过双极壁限定堆中一个电解池的阳极室和相邻电解池的阴极室。所有池的密封力由沿着堆延伸的拉杆提供。分隔件延伸到池外部并且由从两侧重叠的垫圈夹紧，具有这种分隔件的密封装置类似于单一元件设计。从jp 2012-193437 a中已知这种类型的电解池的示例。

4、在这两种类型的电解池中，根据电解池的预期用途，使用离子交换膜或多孔膜作为分隔件。例如，在氯碱电解中，使用膜作为分隔件，因为阳极室和阴极室填充有不同类型的电解质，即盐水和碱液，并且要通过膜来防止这些电解质的混合。相反，例如在碱水电解中，多孔膜是优选的。在这两种情况下，延伸到密封装置外部的分隔件是电解质泄漏到池外部的潜在风险，例如由于组装期间的不准确。特别地，在多孔膜的情况下，由于基于膜的内部结构的狭窄空间，孔隙的毛细管效应增加了风险，通过孔隙效应，电解质可以从池内部离开到达外部。毛细管效应是无法停止的，这不取决于所施加的力。相反，第一次泄漏何时出现只是时间问题。

5、ep 3608445 a1解决了传统密封装置的上述缺点，并且提供了一种碱水电解器，其中，多孔膜通过阳极垫圈和阴极垫圈保持在阳极室框架与阴极室框架之间，其中，阳极垫圈和阴极垫圈通过压缩阳极和阴极垫圈而在多孔膜的周向边缘周围彼此接触。为了将多孔膜固定在池内同时安全地防止从池泄漏，ep 3608445 a1教导对于膜与垫圈之间的接触宽度以及垫圈的直接接触宽度，分别至少具有3mm的宽度。为了同时完成这两项任务，分隔件必须在严格的公差范围内制造和定位，或者必须使用高宽度的垫圈，需要更高的压缩力才能提供指定的密封表面压力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有密封装置的电解池，其易于组装并且安全地防止池泄漏。

2、该目的通过根据权利要求1的特征的电解池来实现。

3、由此，提供了一种电解池，该电解池包括两个元件和周向凸缘部分，每个元件包括分别限定阳极室和阴极室的中心部分。电解池还包括容纳在阳极室中的阳极、容纳在阴极室中的阴极以及具有周向边缘的片状分隔件。分隔件设置在两个元件之间，并将阳极室和阴极室分隔开。此外，电解池还包括具有至少第一垫圈和第二垫圈的密封装置，其中，密封装置设置在元件的凸缘部分之间的间隙中以紧固分隔件并且密封阳极室和阴极室。根据本发明，第一垫圈是定位在间隙的与室相邻的部分中的内垫圈，并且第二垫圈是定位在间隙的远离室的部分中的外垫圈。垫圈在间隙中以一间隔彼此间隔开，并且分隔件通过第一垫圈紧固在池中。分隔件的周向边缘在径向上位于第一垫圈的中点与第二垫圈的中点之间。

4、垫圈之间的间隔由内部第一垫圈的外边缘与外部的第二垫圈的内边缘限定。本公开意义上的间隔应理解为封闭的间隔，即包括其端点。

5、根据本发明的密封装置的优点在于，垫圈的两个功能，即将分隔件固定在电解池内部以避免室之间的内部泄漏以及防止泄漏到外部，分别由一个垫圈来实现。通过第一垫圈和第二垫圈的偏移布置以及将分隔件边缘定位在两个垫圈的中点之间的空间中，实现了分隔件不与池的外部直接接触。元件的凸缘部分之间的间隙几乎完全被外部的外垫圈的宽度的至少一半所封闭。内垫圈将分隔件固定在电解池中，并且防止阳极与阴极室之间的泄漏，特别是气体泄漏。

6、两个垫圈之间的间隔还具有有利的效果，即其提供了针对分隔件切割的额外制造公差以及针对池的组装期间的分隔件定位的公差。分隔件边缘定位在两个垫圈的中点之间，分隔件的公差对应于两个垫圈的间隔和平均宽度之和。因此，简化了池的制造。

7、优选地，分隔件的边缘位于第一垫圈与第二垫圈之间的间隔中。因此，分隔件的边缘可以处于第一垫圈的外边缘与第二垫圈的内边缘之间，或者与这些边缘中的任一个齐平。在这些实施例中，利用第一垫圈的完整宽度来将分隔件固定在池中，并且利用第二垫圈的完整宽度来进行外部池密封，导致池的特别安全的密封。此外，在池的组装期间，外垫圈可以用作分隔件的形状配合定位辅助件。

8、在优选的实施例中，分隔件是多孔膜。本发明的密封装置与多孔膜结合特别有用，因为在传统的密封装置中特别难以防止由于毛细管效应引起的泄漏。由于多孔结构的毛细管效应仅到达分隔件的边缘，该边缘通过第二垫圈安全地密封到外部，因此毛细管效应不能避开根据本发明的密封装置。

9、优选地，密封装置包括恰好两个垫圈。两个垫圈足以为每个功能、即池的内部和外部密封提供一个垫圈。免除任何附加的垫圈简化了组装并且降低了材料成本。

10、在优选的实施例中，密封装置还包括电绝缘层，电绝缘层设置在间隙中，使得该层的第一侧与第一垫圈接触，并且该层的相对的第二侧与第二垫圈接触。绝缘层提供元件之间的电绝缘。通过将垫圈布置在绝缘层的相对侧上，实现了特别好的密封性能，因为每个凸缘部分与垫圈中的一个直接接触。

11、垫圈之间的间隔宽度在由于在高间隔宽度下的大公差而导致的容易制造与高间隔宽度带来的大空间要求之间进行权衡。出于实际原因，间隔优选地选择在1mm至20mm的范围内，更优选地在2mm至10mm之间。特别地，间隔优选地在垫圈的最小宽度的0.5至1.5倍的范围内。

12、优选地，垫圈通过凸缘部分的螺纹连接压缩在间隙内。特别优选的是，螺纹连接包括从两侧压缩凸缘部分的至少两个梁和连接梁的螺栓，这些螺栓定位在第二垫圈的外侧上。在这种布置中，螺栓不会损害垫圈的密封效果，因为其定位在两个垫圈的外侧。使用梁将螺栓施加的力径向向内传递到第一和第二，以提供所需的密封表面压力。

13、在优选的实施例中，中心部分是盘形半壳，电解池是单一元件设计。在替代实施例中，中心部分形成双极壁，并且凸缘部分由实心框架提供，使得元件配置为根据压滤机设计堆叠。

14、这些元件优选地由金属制成，特别优选地由镍和/或钛制成。

15、特别地，本发明涉及用于氯碱或碱水电解的工业规模的电解池。因此，根据本发明的电解池的分隔件优选具有1m2至5m2的面积。此外，电解池优选地配置为至少3ka/m2的电流密度。

16、下面关于附图中所示的实施例来描述本发明的其他优点。

技术特征：

1.一种电解池，包括：

2.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于，所述分隔件(12)的边缘(13)位于所述第一垫圈(15)与所述第二垫圈(16)之间的所述间隔(i)中。

3.根据权利要求1或2所述的电解池，其特征在于，所述分隔件(12)为多孔膜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解池，其特征在于，所述密封装置(14)包括恰好两个垫圈(15、16)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电解池，所述密封装置(14)还包括电绝缘层(18)，所述电绝缘层设置在所述间隙(17)中，使得所述层(18)的第一侧(19)与所述第一垫圈(15)接触，并且所述层的相对的第二侧(20)与所述第二垫圈(16)接触。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电解池，其特征在于，所述间隔(i)在1mm至20mm的范围内。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电解池，其特征在于，所述间隔(i)在所述垫圈(15、16)的最小宽度(w1、w2)的0.5倍至1.5倍的范围内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电解池，其特征在于，所述垫圈(15、16)通过所述凸缘部分(8、9)的螺纹连接(21)压缩在所述间隙(17)内。

9.根据权利要求8所述的电解池，其特征在于，所述螺纹连接(21)包括从两侧压缩所述凸缘部分(8、9)的至少两个梁(22、23)和连接所述梁(22、23)的螺栓(24)，所述螺栓(24)定位在所述第二垫圈(16)的外侧。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电解池，其特征在于，所述中心部分(4、5)为盘形半壳，并且所述电解池(1)为单一元件设计。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的电解池，其特征在于，所述中心部分(4、5)形成双极壁，并且凸缘部分(8、9)由实心框架(27)提供，使得所述元件(2、3)配置为根据压滤机设计堆叠。

技术总结
电解池包括：两个元件(2、3)，每个元件包括分别限定阳极室(6)和阴极室(7)的中心部分(4、5)和周向凸缘部分(8、9)；片状的分隔件(12)，其具有周向边缘(13)，分隔件(12)设置在两个元件(2、3)之间并且分隔阳极室(6)和阴极室(7)；和密封装置(14)，其包括至少第一垫圈(15)和第二垫圈(16)，其中，密封装置(14)设置在凸缘部分(8、9)之间的间隙(17)中，其中，第一垫圈(15)是定位在间隙(17)的与室(6、7)相邻的部分中的内垫圈，并且第二垫圈(16)是定位在间隙的远离室(6、7)的部分(17)中的外垫圈，其中，垫圈(15、16)在间隙(17)中以间隔(I)彼此间隔开，并且其中，分隔件(12)的周向边缘(13)在径向上位于第一垫圈(15)的中点(M1)与第二垫圈(16)的中点(M2)之间。

技术研发人员：埃姆雷·艾拉克,彼得·托罗斯,斯特凡·克林克,乔纳斯·布林克曼
受保护的技术使用者：蒂森克虏伯新纪元氯氢股份有限及两合公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16