CN1074954A - 电化学电解池 - Google Patents

Abstract

一种电解池，具有第一和第二电极装置，第一电 极装置具有一个与电极液形成热传导关系的表面区 域，并且上述表面区域上仅有一部分对电解液是活性 的。

第一电极装置可以是适于用来产生臭氧的阳极 装置，并且该阳极装置表面区域上的剩余部分可以与 阴极装置屏蔽，使其对电解液呈惰性。阳极装置上的 上述屏蔽的表面与电解液之间维持热传导的关系。

Description

本发明涉及一种电解池，特别是一种能产生臭氧的电解池。

把其中的水分离成它的单体物质，即O₂和H₂，分别从电解池的阳极和阴极上释出的电解池是公知的。在合适的条件下，也可以在阳极上产生O₃。

在欧洲专利说明书0，041，365号中描述了一种生产臭氧的电解方法，其中的电解质包括一种由具有很高负电性的离子构成的水溶液，例如六氟化物离子的酸或盐，使这种电解质电解。

据报道产生臭氧的电流效率已经达到了35%。电流效率（同时也称为臭氧的产生效率）是在给定输入电流时相对于理论臭氧产量的实际臭氧产量的量度，即35%的电流效率意味着在所述条件下从阳极发出的O₂-O₃气体中包括占重量35%（O₃的理论产量的）的O₃，并且有35%的电流被用于产生臭氧。

产生臭氧的电解池也是公知的，它包括有空气阴极，在其中所发生的阴极反应把周围的空气改变成酸性电解质中的水，然后在阳极使水氧化成氧气和臭氧。由于在阴极表面上不产生氢气，电解池的电压明显地降低。此外，与包括发出氢气的阴极的电解池相比，这种电解池的构造比较简单，例如，因为阴极上不发出氢气，不需要在阳极和阴极之间设置隔离器，并且比较容易控制整个过程，也就是说，减少了定期加水的需要。

在美国专利4，541，989号中描述了一种产生臭氧的电解池，它包括一个管状阳极结构，其外表面在一个管状空气阴极结构内作为一个阳极，管状阴极的内表面作为一个阴极。按上述美国专利中公开的内容，在产生臭氧的电解池中最好是使阳极表面上的电流密度大于阴极表面的电流密度，特别是阳极表面的电流密度至少应约为阴极表面电流密度的二倍，以便能减少由于阴极表面极化损耗造成的功率损耗，从而避免氢气逸出并且增加空气阴极的寿命。

此外，在用电解法生产臭氧的过程中，要求阳极表面是冷的。采用冷却的阳极表面可以明显地改变处理过程中的电流效率。例如公知的情况是，当阳极温度从25℃降低到0℃时，电流效率可以获得4倍的改进。更进一步，在产生臭氧的电解池中使用冷却的阳极可以增加阳极的使用寿命。

通常采用在阳极内流通一种冷冻液的方法使阳极冷却。因此，重要的是要使阳极的表面区域尽可能大，以便与电解液发生有效的热交换，从而保证有效地使阳极冷却。另一方面，相对于阴极而言，希望具有较小的阳极表面区域，以便提高阳极的电流密度。

如美国专利4，541，989号中所述的同心圆筒结构提供了一种使阳极电流密度大于阴极电流密度，并且仍然能进行有效地热交换的途径。

然而，上述同心圆筒结构具有这样的缺点，那就是其内部的电极间隙，也就是阳极外表面与阴极内表面之间的距离有可能会由于阳极表面区域相对于阴极较小的要求而变得过大。例如，在一个电解池中，包括一个外部半径为2cm的内圆筒阳极，以及一个内表面区域为阳极的二倍的外圆筒阴极，该阴极的内部半径应为4cm，也就是说，内部电极间隙为2cm。这样大的内部电极间隙会对流经电解池的电流形成很高的电阻，并且会使电解池的电压出现不希望的增加。

特别是在阴极是一个空气阴极的情况下，这种结构就会出现上述问题。除了上述操作问题之外，空气阴极很难制成圆筒形状，并且在电解池的装配过程中会导致机械方面的问题，例如电解池内部的密封问题。

本发明的首要目的是提供一种电解池，它包括第一和第二电极装置，至少在第一电极装置上有一个与电解液形成热交换关系的表面区域，并且上述表面区域上仅有一部分对电解液是活性的。

特别是，第一和第二电极装置具有一个与电解液形成热交换的表面区域，第一电极装置的上述表面区域仅有一部分对电解液是活性的，并且上述第二电极的活性表面区域比第一电极装置的活性表面区域要大。

在产生臭氧的电解池内部，第一电极装置是阳极装置，而第二电极装置是阴极装置，阴极装置上对电解质呈活性的表面区域大于阳极装置的活性表面区域。

尽管本发明是以产生臭氧的电解池为例来描述的，我们并不排除本发明的用于产生臭氧之外的其它产品的可能性。

阳极和阴极装置的活性表面区域通常具有这样的尺寸，即在操作时出现在阳极装置表面上的电流密度至少比阴极装置表面上的电流密度大20%。

最好的情况是使出现在阳极装置表面上的电流密度至少比阴极装置表面的电流密度大50%，特别的情况下则至少大80%。

阳极装置可以具有较大的表面区域与电解液形成热交换关系，从而促进有效的热交换，同时仅有一部分表面区域对电解质是活性的，以便保证获得比阴极电流密度相对较高的阳极电流密度。

所谓对电解质呈活性的阳极表面意味着在阳极表面上的这一部分发生电解反应，也就是说阳极表面的这一部分与阴极表面之间具有明显的相互电作用，即通过电解液在活性阳极表面与活性阴极表面之间会出现电离子流形式的电流。

在本发明的一种形式中，阳极装置可以由不同的材料构成;例如阳极装置的一部分可能由一种适当的阳极材料构成，它构成上述对电解质呈活性的阳极表面，而另一部分可以由不能用作对电解质呈活性的阳极表面的材料构成。在此情况下，尽管起到活性阳极表面作用的仅是适用作阳极材料的那部分表面，该阳极表面仍然包括由适用的阳极材料和不适用的阳极材料构成的两部分。

然而，为了使结构简化，我们建议完全用一种适合于做阳极的材料至少制成阳极装置的一部分，该部分的表面区域在电解池操作时是暴露于电解质的，并且借助于对暴露的阳极表面上的另一部分与阴极装置之间的相互电解作用进行抑制，使其不能起到活性阳极表面的作用，例如使用一个把阳极表面的这一部分与阴极表面屏蔽的装置。

本发明的第二个目的是提供一种电解池，它具有第一和第二电极装置，至少在第一电极装置上仅有一部分表面区域对电解质是活性的;以及用于屏蔽第一电极表面区域的剩余部分的装置，使该表面区域的上述剩余部分变成对电解质呈明显的惰性。

该屏蔽装置可以由例如涂料，包皮，衬垫或任何其它适当的部件构成，使得阳极表面的被屏蔽部分与阴极表面之间基本上没有产生臭氧的相互电解作用。

只要能抑制阳极表面的被屏蔽部分与阴极表面之间的相互电解作用，屏蔽装置可以具有任意的形状和结构。因此，用于实现屏蔽的材料通常是一种电绝缘材料。这种材料还应当是对具有很强腐蚀性的电解液呈惰性的。适用的材料包括惰性的聚合物材料，例如聚氯乙烯或多氟化的聚合物，例如，聚四氟乙烯，它是一种电绝缘材料，能耐受氧化性气体，并且对高度酸性和腐蚀性溶液具有良好的耐性。

屏蔽的范围应该能使活性阳极表面与阴极表面之间获得所需的电流密度差。因此，被用作活性阳极表面的未屏蔽的阳极表面区域应该小于阴极表面区域的大约80%，最好是小于阴极表面的大约60%。

阳极装置可以具有任何适当的结构，例如可以是管状或平面的阳极。阳极装置上对电解质呈活性的和惰性的表面区域或以围绕着阳极装置的周边分布。该阳极装置可以具有一种延伸的外形，活性和惰性表面可以在延伸的阳极装置的高度方向上延伸。

电解池还应进一步包括供冷却剂流通的装置，以如下方式与阳极装置形成热传导关系，即通过阳极装置的活性和惰性表面区域保证在冷却剂与电解液之间形成热交换。能使冷却剂流通的最佳阳极结构是一种管状的阳极，其内腔构成冷却液的流通路径。冷却液可以流经阳极的内腔，或者可以在内腔中设一个在腔内延伸的部件，例如一个可供冷却液流通的空心指状物。这种冷却指状物可以用例如铜制成。

管状阳极装置上用于接触电解液的暴露的表面区域可以是管状装置的外表面或周边，并且该表面上对电解质呈活性和惰性的部分可以围绕着圆周分布，并且向管状装置的长度方向延伸。

为了能通过阳极装置的惰性表面形成热交换，电解池最好是包括一个用于沿着一条路径输送电解液的装置，在该装置中，电解液与阳极装置表面区域上对电解质呈明显惰性的部分形成热交换关系。如果阳极装置具有延伸的外形，上述输送装置最好能提供至少一条沿着阳极装置长度方向延伸的流体路径。

阳极装置上的活性和惰性表面通常可以沿着阳极装置长度方向彼此沿同一范围延伸。

为了尽量减少阴极装置与惰性阳极表面之间的相互电解作用，电解池中最好是包括用于阻止电解液在阳极装置的周边上从电解液与阳极装置的活性表面相连接的部分流到设有惰性表面区域部分的装置。

尽管我们通常喜欢采用平面或管状的结构，阴极装置可以具有任何适当结构。如果阴极装置采用了管状结构，管的内表面则可以是对电解质呈活性的阴极表面，并且阴极装置内表面的半径可以比前述的美国专利4，541，989号中采用的半径缩小，从而减小内部电极间隙，但仍在对电解质呈活性的阳极表面与阴极表面之间维持不同的电流密度。

不过，由于我们更喜欢采用一种空气阴极，（如后文所述），阴极装置最好是具有平面的外形。平面外形的空气阴极容易制造，并且便于安装在电解池里。更进一步，包括至少一个管状阳极和至少一个平面阴极的电解池也可以允许对很大尺寸的电解池进行简单的标定，如下文所述。并且容易获得按照本发明的第一个目的所限定的那种活性阳极表面与阴极表面之间的电流密度差。

如果阴极装置具有平面的形状，在电解池内最好有两个上述的平面外形阴极装置，把阳极装置设在两者之间并与上述阴极装置之间留有空隙，并且在阳极装置上设有分开的电解质活性表面，该表面面对阴极装置。因此，阳极装置上在上述分开的活性表面区域之间可以设有对电解质呈惰性的表面区域。我们特别建议采用多个上述阳极装置，它们各自都具有对电解质呈活性的和惰性的阳极表面区域。阳极装置可以布置在两个平面阴极之间与上述阴极装置平行的方向上。

本发明的第三个目的是提供一种产生臭氧的电解池，它包括至少一个外表面用作阳极表面的管状装置，以及一个平面阴极装置。

按照本发明的第三个目的的电解池可以综合（几个或全部或任何组合）前述的本发明第一和第二个目的中所述的特征。

在按照本发明的第三个目的最佳实施例中，电解池包括至少两个平面阴极，在两者之间设有一个或多个管状阳极，最好是至少有两个管状阳极。所用的管状阳极的数量至少在某种程度上取决于一些量值，例如所需的电解池中产生臭氧的生产率，特别是管状阳极的长度及直径等尺寸，以及在电解池操作期间对电解液呈活性的阳极表面上的电流密度。因此，如果所需的臭氧产量为100g/小时，电解池可以包括多达12个管状阳极。本发明第三个目的所具有的显著优点是，通过在空气阴极之间设置更多的管状阳极。并且增加阳极管的长度和平面阴极的面积尺寸，可以很容易按比例增大电解池的尺寸，以便增加臭氧的产量。更进一步，电解池可以包括两个以上的平面阴极装置，在每对阴极装置之间布置一个或多个管状阳极装置，从而使电解池可以包括设在各对面对面的平面阴极之间的一个管状阳极阵列。

此外，在按照本发明的第三个目的的电解池中，与电解液形成热交换关系的管状阳极外表面上最好是仅有一部分对电解液呈活性，并且电解池应包括使阳极装置表面区域的剩余部分屏蔽的装置，使该部分对电解液呈现明显的惰性。

阳极表面区域的活性和惰性部分可以这样来确定，即在电解池中提供一个第一边界装置，用来与阴极装置以及阳极装置表面区域上的一部分一起接合成一个容纳电解液的容器，其中阳极表面区域的上述一部分构成阳极装置上对电解液呈活性的表面区域，以及一个第二边界装置，用于与上述阳极装置表面区域的其它部分接合在一起，构成至少一条与上述容器连通的流体通路，使电解液经过阳极装置表面区域上的上述其他部分流动，上述其它部分构成阳极装置上对电解液呈明显惰性的表面区域。第一和第二边界装置可以进一步包括上文所述的屏蔽装置，并且它可以由例如伸入阳极表面与阴极表面之间的绝缘体构成。这种绝缘体可以采用例如楔形部件，或者截去其端头，使其窄端接触阴极表面并由此伸向宽端，其宽端接触一个或多个阳极装置的外表面，由此使阳极装置表面区域上不面对阴极表面的部分与阴极表面屏蔽。

第一和第二边界装置，例如是由一个或多个绝缘体构成，它们可以在电解池内部构成隔离器件。不过，为了方便起见，使该绝缘体构成支撑着阳极和阴极装置的电解池壳体的一部分。从而使电解池壳体具有这样的形状，即用它屏蔽不面对阴极表面的那部分阳极表面。

在此情况下，与阴极表面相邻的阳极表面将作为活性阳极表面，并且活性阳极表面与阴极表面间的平均距离小于10mm，若小于5mm甚至小于4mm则更好。

如上所述，希望使接触电解液的阳极装置的面积越大越好，以便在电解液与阳极表面之间获得良好的热交换效率，从而能有效地冷却活性阳极表面。因此我们希望使阳极表面上被屏蔽的那部分依然暴露给电解液。

如果屏蔽装置采用一个或多个从阴极表面伸向阳极表面的楔形绝缘体，可以把楔形体加工成使其仅接触被屏蔽的阳极表面上的一个很小的面积。例如，可以把与被屏蔽的阳极表面相邻的一部分楔形体削去，形成循环通路，使电解液在楔形屏蔽部件与阳极表面之间流过阳极表面。

因此，尽管阳极装置的被屏蔽部分不产生明显的相互电解作用，电解液仍可以自由地流动，覆盖住阳极装置上被屏蔽的，并且对电解液呈惰性的部分上的绝大部分面积，从而使热交换的总面积增大，以便冷却活性阳极表面。

在与被屏蔽并对电解液呈惰性的阳极部分相邻的位置设置往复循环的通路还有进一步的优点，例如，电解液可以循环流过活性阳极表面，从而除去可能在活性阳极表面上形成的气体产物的气泡，这些气泡如果不除去就可能导致电解池内电压降的增高。由于在往复循环通路中基本上不发生电解作用，通路中的电解液不会出现气化现象，而发生在电解液容器中的电解作用所形成的气体产物则会使电解液充气，因此能使电解液流动。在充气和非充气的电解液之间的密度差使得电解液往复流动。在电解液容器与往复循环通路之间应该保持液体的密封，以便防止处在活性阳极和阴极表面之间的电解液与流经往复通路的电解液之间出现泄漏。

本发明的第四个目的是提供一种产生臭氧的电解池，它包括一个阳极装置，一个阴极装置以及一个容纳电解液的容器，在该容器内发生电解作用。以及进一步包括至少一条与电解液连通的液体往复循环通路，但是在该通路中不发生电解作用。

上述循环通路可以设在电解池内部，或者也可以延伸到电解池外部。

如上文所述，我们建议在电解池内部，特别是在与电解液呈惰性的阳极表面相邻处装置循环通路。

用作气体产物的排放区域和电解液储存器的电解池顶部空间可以设在电解池内部，其内部的电解液在活性阳极表面与阴极表面间的电解液容器和循环通路之间可以流动，并且可以从该顶部空间中收集气体产物。

空气阴极可以采用市场上出售的器件，它们通常由包含少量催化性材料例如铂的一种聚四氟乙烯胶结碳构成。

在本发明的电解池中使用的阳极表面材料可以是例如欧洲专利0，041，365号中所详细描述的那样普通的阳极材料。该阳极表面可以由铂或铅的氧化物，特别是成为结晶状态的铅氧化物构成。不过，有一种特殊结构的碳，具体地说就是一种透明或玻璃状的碳特别适合作阳极表面材料，因为它具有很高的氧超电势，因此能高效地产生臭氧。它在强酸性的电解液中以及电解池内部形成的氧化环境中都是稳定的。此外，玻璃状的碳是一种具有不良导电性的材料，因此，当电流通过一个仅与阳极上的电解液活性表面（如下文所述）连接的导电元件流入阳极装置时，电流倾向于不会从电解液活性阳极表面泄漏到对电解液呈惰性的阳极表面。

用在电解池中的电解液通常是一种公知的电解液，例如是一种具有很高负电性离子（及其相应的阳离子）的水溶液，例如欧洲专利0，041，365号中所述的电解液。所用的负电性离子的负电性越强越好，并且最好是一种氟离子。这样氟离子可以用元素周期表V-B族中的元素的氟离子，例如磷和砷构成的六氟离子。其它相近的非金属元素例如Si和Sb也能构成六氟离子。另外一些适用的氟离子也值得提及，它们有FO₂F₂ ^-、HTiF₆ ^-、NbF₇ ^2-、

F₇ ^2-、NiF₆ ^2-、ZrF₆ ^2-、GeF₆ ^2-、FeF₆ ^2-。磷、砷、硼以及硅的氟离子最适合添加到含水的电解液中，特别是添加到多卤化硼烷中。我们特别建议采用四氟硼酸盐离子。

氟离子可以以它们各自的酸或水溶性的盐的形态加入含水电解液溶剂中。其中以酸形态的氟离子最好，因为它们在水中具有较高的可溶解性，氟离子的盐例如钠或钾盐所具有的优点是它们的水溶液与其各自的酸形态的溶液相比具有较高的PH值，因此对阴极的腐蚀性较小。

考虑到电流效率，希望把电解液中的氟离子浓度增加到其最大的溶解度，因为离子浓度的增大可以增加臭氧流的供给量。不过离子浓度的增大同样会使电解液对阴极的腐蚀性增强。通过常规的试验可以容易地确定适当的离子浓度。

电解池的构造也可以不同于上文所述的本发明各类型的构造，而仿效传统的技术，需要考虑氟子电解液的腐蚀性和臭氧气体的强氧化能力。因此，电解池中接触腐蚀性电解液和电解的氧化产物的部分最好是由对高度腐蚀性的电解液和氧化气体都呈惰性的材料构成。因此，电解池壳体可以由一种惰性材料构造或覆盖，这种材料例如是一种惰性的聚合物材料，比如聚氯乙烯或多氟化聚合物，例如聚四氟乙烯，它能承爱氧化气体，并且对强酸和腐蚀性溶液具有良好的耐性。

如果发生在电解池中的阴极反应产生氢气，则应把电解池的阳极和阴极舱室隔开，使得从阴极上发出的氢气不能随着流动的液体与阳极上的气体接触。这种隔离器在现有技术中是公知的。它们通常是由过氟化聚合阳离子交换材料制成，例如“Nafion”（E·I·Du    Pont登记的商标）。如果采用空气阴极，并且在阴极反应中不产生氢气，在本发明的最佳实施例中就不必使用这种隔离器。

阳极和阴极装置设在电解池内部，使其电引线接到电解池外部。可以用一个例如铜构成的导电元件把电压加到阳极上，使其仅与阳极装置表面的一部分连接，该部分对应阳极装置的电解液活性表面区域，导电元件沿着阳极设置，与活性阳极表面相邻，以便使电流主要流向活性阳极表面。并且不会流向与阴极屏蔽的阳极表面。导电元件最好设在不直接接触电解液的阳极表面上。例如，如果阳极是一个中空的管状体，导电元件可以设在管状体的内腔里，以便使导电元件免受电解液的损害。

电解池在使用之前密封，并且在电解池的顶部空间设有适当的入口及出口管可供充水用，必要时还设有排放阴极发出的气体（此处产生氢气）和阳极发出的气体的排气口。在必要的情况下，可以使用分离的排气系统以保持阴极气体与阳极气体的隔离。可以通过气体输送系统例如泵来添加氮气和/或空气，以便输送阴极和阳极发出的气体并把它们排放到电解池外部贮存或用于所需的用途。

阳极和阴极装置由上文所述的电引线连接通过一个附加的导电元件连接到电解池的一个外部电源。电解池的操作电压等级通常为3-7伏。阳极表面上的电流密度范围可以是：从每平方厘米有效阳极面积上大约十分之一安培到每平方厘米有效阳极面积上大约1.0安培。

以下参照附图解释本发明：

图1是本发明的电解池局部剖开的示意图;

图2是沿图1中A-A线的部分视图;

图3是沿着图2中B-B线穿过图1所示电解池的局部视图;

图4是沿着图2中C-C线穿过图1所示电解池的局部视图;

图5是沿着图3中D-D线的局部视图;

图6是沿着图3中E-E莼的局部视图;

以及

图7是沿着图3中F-F线的局部视图。

参见图1到7，如图1所示，适用于产生臭氧的电解池都用1表示，它包括一个电解池主体2，该主体工具有顶部和底部部分4，6以及在这两部分之间延伸的有间隔的柱状物8。尽管在所述实施例中仅画出了一对端柱8A和一个中间柱8B组成的三个柱状物8，但其数量可以按照所采用的阳极装置的数量而增减，一对空气阴极10以及相应的空气室12，以及设在空气阴极10之间但彼此留有空隙的一对管形的玻璃状炭阳极14被支撑在电解池壳体内。支撑着阳极和阴极使它们相互留有空隙的柱状物8与空气阴极10的活性表面16和面对空气阴极活性表面的那部分阳极18的外表面接合在一起，构成电解液的容器20。电解液容器20从顶部4沿着长度方向延伸到底部6，并且其两端与分别设在顶部和底部部分4和6内的（见图3）电解池顶部空间22及底部空间24连通，这种布置方式使得每个电解池空间均与位于一个阳极14两侧的一对电解液容器连通。

柱状物具有楔状的外形，并具有向内倾斜的表面26，相邻柱状物的表面以一定的会聚角度从阴极向阳极会聚，从而确定使沿着长度方向延伸的活性阳极表面面积等于由柱状物限定的阴极表面16面积的一半。由此达到活性阳极与阴极表面的面积差要求，在活性阳极与阴极表面之间获得所需的电流密度差，同时允许使活性阳极与阴极之间的平均距离小于4mm。

柱状物8使阳极表面的剩余部分28与阴极表面屏蔽，该柱状物上与阳极14的惰性表面上至少一部分28a相邻处设有曲线形的，例如半圆形剖面的凹槽或通路，该通路作为往复循环通路30。每条循环通路30沿长度方向从顶部4延伸到底部6，并且其两端开口与设在顶部和底部4、6之内的电解池上部和下部空间22、24（见图4）连通，这种布置方式使每个空腔22，24均连通与柱状物相邻的一对通路30和前述的一对电解液溶器20。用一个在长度方向上延伸的弹性可变形封条32使阳极表面与电池壳体的柱状物之间保持流体密封，从而防止围绕着阳极周边流动的电解液从电解液容器20周围流入往复循环通路30。

在与阳极的活性表面18邻接的每个阳极空腔34中设有铜制的导电体36，它用于在每个阳极的电解液活性表面18与电源之间形成电连接。阳极由呈现不良导电性的玻璃状的炭构成，因此它能减少电流泄漏到与往复循环通路30邻接的惰性阳极表面上的可能性。空腔34同时为冷却剂提供循环流动的路径，使冷却剂与阳极装置的活性和惰性表面均形成热交换关系。

图3至图7的截面示意图更清楚地示出了电解液围绕着设在一对空气阴极之间的一个阳极流动的情况。图3表示电解液从电池的顶部空间22经过往复循环通路30向下流动，通路30沿着阳极装置长度方向延伸到电解池下部空间24。图4表示电解液从电池下部空间24经过电解液容器20向上流动，容器20同样沿着阳极装置的长度方向延伸到电解池顶部空间22。从设在电解池顶部空间的出气口38收集产生的气体。图5至7清楚地表示了电解池顶部空间22（图5）和电解池下部空间24（图7）的舱室内部构造，在这些舱室中，电解液从往复循环通路和电解液容器中来回流动。

在电解池的操作状态下，把电解液充入电解池，并把阳极10和14连接到一个电源（未示出）。用一个气泵（未示出）把空气由空气容器12泵入，并且从设在电解池外部的冷冻系统（未示出）使一种冷却液体例如冷冻剂通过阳极空腔34流动。在对电解液活性的阳极表面18上产生的电解气体产物使电解液通过电解液容器20向上流到电解池的顶部空间22，从那里排放气体产物，然后，电解液通过与被屏蔽并且对电解液呈惰性的阳极表面邻接的往复循环通路30向下流动，在通路中不会形成电解气体产物。所产生的气体通过出气口38收集。

Claims (33)

1、一种电解池，包括第一和第二电极装置，在第一电极装置上至少具有一个与电解液形成热传导关系的表面区域，并且上述表面区域仅有一部分对电解液是活性的。

2、如权利要求1所述的电解池，其特征是：上述每个第一和第二电极装置都具有一个与电解液形成热传导关系的表面区域，第一电极装置的上述表面区域仅有一部分对电解液是活性的，并且上述第二电极装置的活性表面区域大于第一电极装置的活性表面区域。

3、如权利要求1或2所述的电解池，其特征在于上述活性表面区域具有这样的尺寸，即在操作时在上述第一电极装置上产生的电流密度至少比第二电极装置表面上产生的电流密度大20%。

4、一种电解池，包括第一和第二电极装置，在第一电极装置上至少仅有一部分表面区域对电解质是活性的;以及使第一电极装置的表面区域上剩余部分表面出对电解液呈明显的惰性的装置。

5、一种电解池，其特征是包括：

第一和第二电极装置，第一电极装置的至少一部分表面区域是暴露的，以便与电解液相互作用;以及

沿着一条通路输送电解液的装置，在该通路中，电解液与第一电极装置的表面区域上对电解液呈明显惰性的部分形成热交换关系。

6、如权利要求1至5任何一项所述的电解池，其特征是第一电极装置的活性和惰性表面区域是围绕着第一电极装置的周边分布的。

7、如权利要求1至6中任何一项所述的电解池，其特征是第一电极装置具有延伸的构造，并且第一电极装置的活性和惰性表面区域沿着第一电极装置长度方向延伸。

8、如权利要求1至7中任何一项所述的电解池，其特征是包括用于流通冷却剂的装置，以如下的方式与第一电极装置形成热传导关系，即使热交换通过第一电极装置的活性和惰性表面在冷却剂与电解液之间进行。

9、如权利要求5至8中任何一项所述的电解池，其特征是第一电极装置具有延伸的外形，并且上述输送装置具有至少一个沿着第一电极装置长度方向延伸的流通路径。

10、如权利要求7或者当权利要求8和9从属于权利要求7时，如权利要求8和9之一所述的电解池，其特征是活性和惰性表面区域沿着第一电极装置长度方向相互并排延伸。

11、如权利要求10所述的电解池，其特征是上述活性和惰性表面区域通常是沿着第一电极装置长度方向的同一范围布置。

12、如权利要求1至11中任何一项所述的电解池，其特征是包括用于阻止电解液在第一电极装置的周边上从电解液与上述活性表面区域相连接的部分流到设有惰性表面区域的部分的装置。

13、如权利要求1至12中任何一项所述的电解池，其特征是包括用于向上述第一电极装置提供电势的装置，该装置仅与第一电极装置外表面上对应活性表面区域的部分连接。

14、如权利要求13所述的电解池，其特征是第一电极装置是由具有不良导电性的材料制造的。

15、如权利要求1至14中任何一项所述的电解池，其特征是上述第一电极装置为管状外形。

16、如权利要求1至15中任何一项所述的电解池，其特征是上述第二电极装置具有平面的外形。

17、如权利要求16所述的电解池，其特征是有两个上述第二电极装置，并且第一电极装置设在两个第二电极之间，并相互留有空隙，以及使不相连的活性表面区域面对第二电极装置。

18、如权利要求17所述的电解池，其特征是上述第一电极装置上在上述不相连的活性表面区域之间设有惰性的表面区域。

19、如任何一项在前的权利要求所述的电解池，其特征是包括多个上述第一电极装置，每个电极装置上都具有前述的活性和惰性表面区域。

20、如权利要求18或从属于权利要求17的权利要求19所述的电解池，其特征是上述第一电极装置被布置成在与上述第二电极装置平行方向上形成彼此屏蔽的关系。

21、如任何一项在前的权利要求所述的电解池，其特征是包括用于为上述第一和第二电极装置提供供电势的装置，上述装置包括一个接点，它与上述第一电极装置上由相应的上述活性区域表面所限定的部分相连接，第一电极装置由具有不良导电性的材料构成，由此来降低出现在惰性表面区域上的电压。

22、一种电解池，其特征是包括：

一个具有延伸外形的阳极装置;

一个阴极装置;

用于支撑阳极和阴极装置，使其彼此成隔离关系的装置;

第一边界装置，用于与上述阴极装置以及上述阳极装置的表面区域上的一部分一起接合成一个容器，用于容纳电解液，其中的上述一部分构成阳极装置上对电解液呈活性的表面区域;

第二边界装置，用于与上述阳极装置表面区域的其它部分接合在一起，构成至少一条与上述容器进行连通的流体通路，用于使电解液经过阳极装置表面区域上的上述其它部分流动，所述其它部分构成阳极装置上对电解液呈明显惰性的表面区域;以及用于提供至少一条路径使冷却剂以下述方式流经阳极装置的装置，即在上述活性及明显惰性的表面区域之间可以形成冷却剂与电解液的热传导。

23、如权利要求22所述的电解池，其特征是阳极装置具有管状外形，并且由阳极装置的内孔构成上述供冷却剂流通的路径。

24、如权利要求22或23所述的电解池，其特征是所述容器和所述通路沿着阳极装置的长度方向延伸。

25、如权利要求22至24所述的电解池，其特征是上述第一和/或上述第二边界装置与上述支撑装置构成一个整体。

26、如权利要求22至25中任何一项所述的电解池，其特征是阴极装置由一个平面空气阴极构成。

27、如任何一项在前的权利要求所述的电解池，其特征是包含一种适用于用电化学方法产生臭氧的电解液。

28、一种用于产生臭氧的电解池，其特征是包括至少一个管状电极，其外表面作为电解池的阳极，以及到少一个平面的阴极装置。

29、当按照权利要求1至27中任何一项做出修改时，如权利要求28所述的那种电解池。

30、一种电解池，其特征是包括第一和第二电极装置，以及至少一个用于容纳电解液的容器，在容器中发生电解作用，并且进一步包括至少一个与电解液相连通的流体往复循环通路，但是在该通路内不发生电解作用。

31、当按照权利要求1至28中任何一项作出修改时，如权利要求30所述的电解池。

32、一种实现电解的方法，其特征是：

通过在第一和第二电极装置之间施加电位差使一种液体电解;

抑制所述第二电极装置与第一电极装置表面区域上的一部分之间的相互电解作用，从而使一个上述装置上的电流密度大于另一个装置上的电流密度;以及

从相互作用的上述第二电极装置与上述第一电极装置的剩余表面区域之间收集电解作用的产物。

33、一种实现电解的方法，其特征是，通过在第一和第二电极装置之间施加电位差使一种液体电解，上述第一和第二电极装置被包括在如权利要求1至31中任何一项所述的电解池中。

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