CN107750284B - 电极组件、电极结构以及电解器 - Google Patents

电极组件、电极结构以及电解器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电极组件、电极结构以及使用所述组件/结构的电解器，并且具体地提供一种电极组件，所述电极组件包括阳极结构和阴极结构，所述阳极结构和阴极结构中的每一者包括：i)凸缘，所述凸缘能够与另一电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在所述两者之间，ii)电解隔室，所述电解隔室包含电极，并且所述电解隔室在使用中包含待电解的液体，iii)用于待电解的液体的入口，以及iv)用于逸出气体和废液的出口集管，其中，所述阳极结构和所述阴极结构中的一者上的出口集管是外部出口集管，并且所述阳极结构和所述阴极结构中的另一者上的出口集管是内部出口集管，以及本发明涉及包括多个这样的电极组件的电解器。

Description

电极组件、电极结构以及电解器
技术领域
本发明涉及电极组件、电极结构以及使用所述组件/结构的电解器，具体地但非排他地使用在碱金属氯化物的电解中。
背景技术
双极电解器在本领域中是已知的，例如如在 GB 1581348或US 6761808中所描述的那样。
使用在碱金属氯化物的水溶液的电解中的双极电解器可包括电极模块，电极模块包括：阳极，其适合地采用成膜金属的板或网状物的形式，成膜金属通常为携带电催化活性涂层（例如，铂族金属氧化物）的钛；以及阴极，其适合地采用金属穿孔板或网状物的形式，所述金属通常为镍或软钢。阳极和阴极由分隔件（通常为膜）分开，以形成模块。
在商用模块化电解器中，按顺序放置大量这样的模块，使得一个双极模块的阳极靠近并电连接到相邻的双极模块的阴极。
在操作双极类型的电解器中，有利的是，在阳极与阴极之间的距离（阳极/阴极间隙）尽可能小的情况下操作以便将欧姆损耗及因此的电池电压保持在最低限度。
另一种类型的双极电解器是所谓的“压滤器型电解器”，例如如GB 1595183中所描述。在这些电解器中，形成了双极电极单元，其包括彼此电连接的阳极结构和阴极结构。然后，经由相邻单元上的凸缘之间的分隔件和密封装置将双极电极单元连接到相邻双极电极单元，并且将这些单元压缩在一起以形成压滤器型电解器。
US 6761808描述了一种电极结构，其包括具有碟形凹陷部的盘状部（pan）和用于支撑垫圈的凸缘，所述垫圈能够密封阳极与阴极的表面之间的分隔件。碟形凹陷部具有与相邻电极结构上的突起配对的突起。这些电极结构可组装到电解器模块或双极电极单元中，并且然后进一步组合以形成模块化电解器或压滤器型电解器。
双极电解器中的阳极结构和阴极结构包括用于待电解的液体的独立入口和用于逸出气体的出口。如US 6761808中所示，这些出口可以被提供为非电解区域中的在电极结构中的电解隔室上方的出口集管（outlet header）。由于它们提供在电极结构中的电解隔室的外部，所以可将这样的出口称为“外部出口集管”。
CA892733涉及一种电解设备。在该文献中，描述了存在用于阳极液区和阴极液区两者的内部集管，这些内部集管分别与用于区中的每一组的外部集管连通。因此，在该文献中的出口集管是内部集管，而如所描述的外部集管是收集来自多个出口集管的产物的收集集管。
US 3463722公开了一种锥形外部集管，其垂直于不同电解室延伸并收集来自每个电解室的产物。如图4或图12-图16中所示，每个电池具有与共同的外部收集集管连通的分开的内部出口集管。
US 2006/108215描述了一种微通道电化学反应器，在微通道电化学反应器中，内部集管是锥形的。
US 2004/118677描述了用于电解水的压滤器型电解器，其具有锥形内部集管。
现已发现，通过向阳极和阴极中的一者提供外部出口集管同时向另一者提供内部出口集管，可获得改进的电极组件。
发明内容
因此，在第一方面中，本发明提供一种电极组件，其包括阳极结构和阴极结构，所述阳极结构和阴极结构中的每一者包括：
i) 凸缘，其可以与另一个电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在这两者之间，
ii) 电解隔室，其包含电极并且在使用中包含待电解的液体，
iii) 用于待电解的液体的入口，以及
iv) 用于逸出气体和废液的出口集管，
其中，阳极结构和阴极结构中的一者上的出口集管是外部出口集管，且阳极结构和阴极结构中的另一者上的出口集管是内部出口集管。
本发明的第一方面涉及一种电极组件，其包括阳极结构和阴极结构。如本文中所使用，术语“电极组件”意指单个阳极结构与单个阴极结构构成的组件。术语“电极组件”涵盖双极电极单元与电极模块两者，这取决于阳极和阴极是如何连接的。
为有助于理解这样的结构和本发明，通常以下进一步的限定应用在本文中：
“双极电极单元”是电极组件，其包括彼此电连接的阳极结构和阴极结构。可经由相邻单元上的凸缘之间的分隔件和密封构件将双极电极单元连接到相邻双极电极单元，以形成压滤器型电解器。
“电极模块”是电极组件，其包括由相应凸缘之间的分隔件分开的阳极结构和阴极结构。电极模块设置有密封装置，以实现分隔件与相应凸缘之间的液密和气密式密封。电极模块可电连接到相邻电极模块，以形成模块化电解器。
“电极结构”意指单个阴极结构或单个阳极结构。如本文中所限定的，每个电极结构包括凸缘、电解隔室、入口和出口集管。
当单独使用时，“电解器”意指压滤器型电解器或模块化电解器。
“电解器收集集管”是收集在电解期间从多个出口集管的出口逸出的气体并将它们传递到另外的处理过程的体积。电解器可具有单个电解器收集集管或多个电解器收集集管，但存在始终显著少于电极结构的电解器收集集管。
“电解器供给集管”是将待电解的液体供给到多个电极结构的入口（诸如，到多个入口集管（当存在时）的入口）的体积。电解器可具有单个电解器供给集管或多个电解器供给集管，但存在始终显著少于电极结构的电解器供给集管。
“电解隔室”是电极结构内的体积，其包含电极并且其在使用中包含待电解的液体。
当单独使用时，“电极”是指出现在电极结构的电解隔室中的电传导板或网状物。当单独使用时，上述情况应用到术语“阳极”和“阴极”。
“外部出口集管”意指出口体积，在电解期间逸出的气体通过该出口体积离开电极结构，且该出口体积在电解隔室的外部被提供在电极结构上。
“压滤器型电解器”意指多个相连接的双极电极单元，相邻双极电极单元经由相邻单元上的凸缘之间的分隔件和密封装置而连接。
如本文中使用的“入口”是指如下的入口，即，待电解的液体通过所述入口进入电极结构。每个电极结构将具有至少一个入口。优选的入口呈“入口集管”的形式。可在使用中从共同的电解器供给集管供给同一类型（阳极或阴极）的多个电极结构的入口。
如本文中使用的“入口集管”意指作为单个电极结构的一部分的入口体积，待电解的液体通过该入口体积进入电极结构的电解隔室。入口集管通常是经延伸的体积，其与电极结构的长水平轴线平行对准。可在使用中从共同的电解器供给集管供给同一类型（阳极或阴极）的多个电极结构的入口集管的入口。
“内部出口集管”意指出口体积，在电解期间逸出的气体通过该出口体积离开电极结构，且该出口体积在电解隔室的内部被提供在电极结构上。
“模块化电解器”意指多个相连接的电极模块。
如本文中使用的“出口集管”意指出口体积，其提供在单个电极结构上并且在电解期间逸出的气体通过该出口体积离开电极结构。电解器中的每个电极结构将具有出口集管。特定电极结构的出口集管可以在内部或在外部。
如本文中使用的“翻修”是指修理、重新涂覆和/或更换电极的全部或一部分。
“密封装置”是由耐化学、绝缘、可压缩物质制成的结构（诸如，垫圈），其设计成被压缩在凸缘与分隔件之间以实现液密和气密式密封。
“分隔件”用来指这样的装置，即该装置位于阳极结构中的阳极与相邻阴极结构中的阴极之间，同时提供所述阳极结构与阴极结构的相应电解隔室之间的流体分离。分隔件优选地为电传导膜，诸如离子交换膜。
每个电极结构包括凸缘，所述凸缘可以与另一个电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在这两者之间。通常，凸缘支撑垫圈，所述垫圈能够将分隔件密封在电极模块中的阳极与相邻阴极之间或密封在压滤器型电解器中的双极电极单元之间。
虽然下文中进一步描述了本发明优选和有利的更特定的特征，但是不同于本发明中对相应集管的要求，电极结构优选地如US 6761808中那样被广泛地限定。
如US 6761808中所描述，这样的结构允许使用非常小或甚至为零的阳极/阴极间隙而不损害分隔件，并通过使用电极之间的短的垂直的载流路径长度和将低电阻材料用于几乎整个垂直载流路径长度来最小化电阻，且其获得在整个电极区域中的卓越的电流分布。所述电极结构准许其内的溶液进行水平与竖直两种流动从而有助于其循环和混合，并且具有允许在电池构造中实现更紧的公差的改进的刚性和强度，而且还具有简单构造且易于制造。
例如，每个电极结构优选地包括具有碟形凹陷部的盘状部，其中，凸缘在盘状部的围界周围，且电极与盘状部间隔开。
每个电极结构包括电解隔室，所述电解隔室是电极结构内的体积，其包含电极并且其在使用中包含待电解的液体。在使用包括具有碟形凹陷部的盘状部（其中，凸缘在盘的围界周围）的电极结构时，电解隔室是由一侧上的盘状部和另一侧上的被保持在电极与相邻电极之间的分隔件形成的体积。具体地，凸缘可以支撑垫圈，所述垫圈能够密封阳极结构的阳极与阴极结构的阴极之间的分隔件，使得阳极基本上平行于且面向阴极但通过分隔件与阴极间隔开，并且电极结构在凸缘处被气密密封到分隔件。
用于密封凸缘之间的分隔件的垫圈通常为如本领域中已知的那样。它们在阳极结构和阴极结构中可不同，但通常由具有适当的耐化学性和物理性质的合适材料制成，诸如塑化EPDM树脂。在材料不具有耐化学性和物理性质的合适组合的情况下，由具有合适的物理性质的材料制成的垫圈可在其内边缘上设置有耐化学衬垫（例如，由PTFE制成）。
垫圈可呈优选地为连续的框架的形式，使得当两个垫圈放置在分隔件的任一侧并经由盘状部向其施加负载时，实现对模块的气密密封。
垫圈可包含孔以容纳密封螺栓。
分隔件优选地为基本上电解质不能透过的离子交换膜。然而，我们不排除其可以是电解质能透过的多孔隔膜。用于氯/碱生产的离子选择性透过膜在本领域中是众所周知的。所述膜优选地为包含阴离子基团（anionic group）的含氟聚合材料。优选地，其是包含所有C-F键且无C-H键的含阴离子基团的聚合物。合适的阴离子基团的示例可提到-PO3 2-、-PO2 2-或优选地-SO3 -或-COO-。
膜可呈现为单层膜或多层膜。其可通过利用编织布或微孔薄板层压或被涂覆到编织布或微孔薄板上来被加固。此外，其可在一侧或两侧上涂覆有耐化学的颗粒涂层，以改进润湿性（wetting）和释气性。
在氯碱应用中采用载有表面涂层的膜的情况下，该表面涂层通常由对化学环境不活泼的金属氧化物（例如，氧化锆）形成。
用于氯碱应用的合适的膜例如由Chemours Company LLC（E I Du Pont deNemours and Company的子公司）以商标名“Nafion”、由Asahi Glass Co. Ltd.以商标名“Flemion”和由Asahi Kasei Co. Ltd.以商标名“Aciplex”出售。
电极为成形或穿孔的电传导性板或网状物。在操作中，对电极实施电解。优选地，电极涂覆有电催化涂层，以有助于以更低电压来电解。电极可以是阳极或阴极，这取决于它们促进的电化学反应是氧化还是还原。
碟形凹陷部可具有突起，这些突起允许一个电极结构与相邻电极结构配对。碟形凹陷部中的突起优选地沿第一方向和沿横向于第一方向的方向彼此间隔开。
本发明中的优选的凹陷部和突起如US 6761808中那样被广泛地限定。例如，优选地，阳极结构和阴极结构中的一者的碟形凹陷部设置有多个向外突出型突起，且阳极结构和阴极结构中的另一者设置有多个向内突出型突起，这些突起使得向外突出型突起可以与模块化电解器中的相邻电极结构或电极模块中的向内突出型突起配对。（如本上下文中使用的“向内”是指从凹陷部突出到电解隔室中的突起，而“向外”则是指从凹陷部自电解隔室中突出来的突起）。
优选地，阴极结构包括设置有多个向外突出型突起的碟形凹陷部，且阳极结构包括设置有多个向内突出型突起的碟形凹陷部。
碟形凹陷部中的突起优选地沿第一方向和沿横向于第一方向的方向彼此间隔开。更优选地，这些突起被不对称地间隔开。例如，它们可沿第一方向被间隔开相等的距离，且沿横向于（例如，基本上处于直角）第一方向的方向被间隔开相等的距离，所述距离可以是相同的。优选地，突起的间隔开的情况沿两个方向是相同的。
优选地，碟形凹陷部中的每个突起电传导地连接到电传导构件，使得这些突起提供许多电流供给部位，因此改进了跨越盘状部的电流分布，从而导致电压更低、功率消耗更低且分隔件和电极涂层的寿命更长。
碟形凹陷部中的突起可具有多种形状，例如圆顶状、碗状、圆锥形或截头圆锥形。本发明中的优选形状是截头球形。这样的突起制造简单，同时提供改进的耐压性。
在本发明中，电极结构的盘状部的碟形凹陷部上通常每米存在有约20-200、优选地60-120个突起。
突起距碟形凹陷部基部处的平面的高度可例如在0.5 cm-8 cm、优选地1 cm-4 cm的范围内，这取决于盘状部的深度。凹陷的碟上的相邻突起之间的距离可例如是中心到中心1 cm-30 cm，优选地5 cm-20 cm。电极结构沿电流流动方向的尺寸优选地在1 cm-6 cm的范围中（如从电极到碟形凹陷部基部处的平面测得），以便在不使用复杂的载流装置的情况下提供短的电流路径，这确保电极结构中的低压降。
根据本发明的用于液体的入口可以是任何合适的入口，例如一个或多个管。其通常驻留在电极结构的下部分处。例如，其可提供在电极结构的底部处，沿结构的宽度从其一侧纵长地延伸到另一侧，以允许向其供应液体。在模块化双极电解器将被用于盐溶液电解的情况下，入口允许向阴极结构供应苛性碱（caustic）且向阳极结构供应盐溶液。端口可沿入口长度间隔开，以改进跨越电极结构的宽度的液体供给分布。对于任何特定应用而言，可容易由本领域技术人员计算出端口的数目。
逸出气体通过出口集管从电极结构排放。虽然本文中关于在电解期间逸出的气体来限定出口集管，但是废液/废溶液通常也和逸出气体一起通过出口集管排放。在出口集管中，发生气体/液体分离，使得可以分开地回收气体和液体。气体流和液体流通过一个或多个出口端口而离开出口集管，所述出口端口优选地为一个出口端口，更优选地放置在出口集管的一端处。
气体流和液体流通常离开出口集管进入到电解器收集集管中，所述收集集管将它们传递到另外的处理过程。同一类型（阳极或阴极）的多个电极结构的出口集管的出口通常在使用中联结到共同的电解器收集集管。电解器可具有单个电解器收集集管或多个电解器收集集管，但存在始终显著少于电极结构的电解器收集集管。为避免疑义，如本文中所限定的，出口集管是与电解器收集集管独立的、有着显著差别的特征，尤其是因为每个电极结构包括单个出口集管，而单个电解器收集集管收集来自多个电极结构的气体。
出现的另外的区别点是在出口集管和收集集管的取向方面。
具体地，根据本发明的每个出口集管通常是经延伸的体积，其与电极结构的长水平轴线平行对准。这使得出口集管能够沿电极结构的长度在多个部位处连通（且因此去除逸出气体和废液），这提供更有效的去除。
相比之下，电解器收集集管大体上沿垂直于单个电极结构的长水平轴线的方向对准，因为其目标是收集来自多个电极结构的多个出口集管的逸出气体（和液体）。
在本发明中，在阳极结构和阴极结构中的一者上的出口集管是外部出口集管，且在阳极结构和阴极结构中的另一者上的出口集管是内部出口集管。
为避免疑义，虽然所要求保护的电极组件既包括具有外部出口集管的电极结构又包括具有内部出口集管的电极结构，但是单个电极结构优选地仅包括如本文中所限定的内部出口集管或仅包括如所限定的外部出口集管，而非在同一电极上既包括内部出口集管又包括外部出口集管。
在本发明中，“内部出口集管”是指在电解隔室内部提供在电极结构上的出口体积。内部出口集管的制造成本通常更小，因为它们需要更少的金属。此外，具有内部出口集管的电极结构具有压力额定值更高的优点，并且以更高压力来操作允许电压更低。内部出口集管优选地位于电解隔室的顶部处或接近电解隔室的顶部。优选地，内部出口集管的顶部驻留在电极结构上的凸缘的上水平面下方。
内部出口集管通常经由一个或多个孔口或槽与电解区域连通。优选地，在电解期间，通过电解获得的气体/液体混合物向上流动穿过电解隔室，并然后通过一个或多个孔口或槽从电解区域的顶部水平地溢出到内部出口集管中，所述孔口或槽形成在出口集管壁的顶部与电解隔室的顶部之间。
气体/液体混合物在内部出口集管中快速分离出来，所述内部出口集管优选地沿电极结构的基本上全部的宽度来延伸。
内部出口集管优选地具有大体上矩形的截面。可以特别就电流密度、电极区域和温度来选择出口孔口或槽的高度和宽度以及出口集管的截面面积，使得出口集管配合在电解隔室的深度内，从而提供足够的空间来使溶液和气体在其内自由地循环，同时允许集管自身中有足够的空间以确保维持沿集管的分层水平气体/液体流动，优选地，具有平滑的界面。
内部出口集管可具有一个或多个离散深度尺寸，这取决于其形状。通常，内部出口集管的最大深度在电解隔室的深度的30%到85%之间，更优选地在电解隔室的深度的50%到70%之间。内部出口集管的高度是规定的，以便实现受制于出口集管的形状和深度的所需截面面积。（如本上下文中使用的“深度”是沿垂直于电极盘状部后壁的平面的轴线测得的，而“高度”则是沿在电极盘状部后壁的平面中的轴线测得的，其当盘状部在操作中时是竖直的。） （第三尺寸是“宽度”并且是沿在电极盘状部后壁的平面中的轴线测得的）。
出口孔口或槽设计成确保气相在电解隔室中以及通过出口槽被分散为连续液相中的气泡，而无过早的气体脱离或段塞流。槽的高度通常为2 cm-20 cm，优选地为5 cm-10cm。在提供不止一个槽的情况下，它们优选地跨越电解隔室的宽度均匀地分散。优选地，一个或多个槽的总长度大于电解隔室的宽度的70%，更优选地大于90%。最优选地，提供单个槽，其沿电解隔室的全部宽度（100%）延伸。
内部出口集管优选地经由单个节流孔与外部管道连通。
在其中一个电极上使用外部出口集管具有以下优点：电解隔室的上部区域可以保持为“满液”，且因此由在电解隔室的上部区域中形成与分隔件相邻的气体空间所造成的对分隔件的损害得以减小且常常被消除。
此外，由于相应的气体并未在分隔件的两侧上收集在电解隔室的顶部中，所以本发明消除了来自一侧的气体渗溢到另一侧的任何风险。例如，就氢气和氯气而言，这可导致形成两者的爆炸性混合物的风险。（通常，这是氢气迁移的结果，因为分隔件的氢气侧通常在略高于氯气侧的压力下运行）。
在本发明中，“外部出口集管”是指在电解隔室外部提供在电极结构上的出口体积。优选地，外部出口集管的底部驻留在电解隔室的上水平面上方。
通常，在外部出口集管中，气体/液体混合物从电解区域向上流动穿过电解隔室顶部处的一个或多个孔口或槽并进入到外部出口集管中。可在外部出口集管中维持流体的液面。在优选实施例中，沿电极结构的基本上全部宽度来提供外部出口集管。一个或多个出口槽优选地沿与外部出口集管基本相同的宽度延伸。
将特别就电流密度、电极区域和温度来选择槽的深度，使得气相被分散为连续液相中的气泡。出口槽的深度通常为电解隔室结构的深度（即，穿过碟形凹陷部的底部的平面与分隔件（如果存在）之间的距离）的约5%-70%，优选地为约10%-50%。
气体/液体混合物在外部出口集管中快速分离出来，所述外部出口集管沿电极结构的基本上全部宽度延伸。
该出口集管优选地具有大体上矩形的截面。可以特别就电流密度、电极区域和温度来选择出口集管的截面面积，使得维持沿集管的分层水平气体/液体流动，优选地，具有平滑的界面。
然而，现已发现，如果比VE/(AE x LE)小于1，则可以获得具有外部出口集管的改进的电极结构，其中VE是以cm3为单位的外部出口集管的内部体积，AE是在集管的出口端处的内部横截面积，LE是内部长度。
如本文中所使用的，长度、体积和面积在外部集管上是从内部确定的。内部长度是从集管的出口端到相反端的最小内部直线距离。在本发明中，应忽略集管中存在任何内部件来确定长度、截面面积和体积。
就体积而言，VE被限定为总体积，其被包含在电极结构内、在沿与集管长度相同的方向沿着轴线水平地延伸且位于将由电极产生的气体和溶液引导到出口端的槽（trough）的底部处的平面上方。
在沿其长度具有恒定的截面（例如，矩形）的常规集管中，则VE/(AE x LE)等于1。
可以通过具有沿其长度具有不恒定的截面的集管来实现小于1的VE/(AE x LE)。
更优选地，VE/(AE x LE)小于0.95。不存在特定的下限，但是VE/(AE x LE)可通常小于0.7，诸如低至0.4。
VE通常小于3100 cm3，诸如小于2800 cm3（例如，2300cm3）。
AE优选地至少为7cm2，且优选地至少为15 cm2。
阳极的长度LE通常大于50 cm，且优选地大于150 cm，诸如，230 cm。
体积、长度和在内部出口集管的出口端处的内部截面面积（VI、LI和AI）也可使得VI/(AI x LI)小于1，例如小于0.75。不存在特定的下限，但是VI/(AI x LI)可通常小于0.55，诸如低至0.35。
在优选的实施例中，通过使外部出口集管变成锥形来实现小于1的比VE/(AE xLE)，使得其截面面积沿其长度朝出口端增加。然而，将明白的是，其他选项（诸如，具有逐步减小的截面的集管）也可以获得所需的关系。
例如，当与非锥形出口集管相比时，锥形集管可以使用更少的金属。锥形外部出口集管的另外的优点在于：更少需要通过增加金属厚度或增加内部支撑来加固以使其能够在更高压力下操作，因此降低了制造成本。
在阳极出口集管和阴极出口集管中只有一者是外部出口集管的情况下的本发明的另外特别的优点在于：对于存在的单个出口集管，在电极模块或双极电极单元上方有更多的空间，这使得其设计且具体地在其水平深度方面能够更加灵活。（为避免疑义，如在集管的上下文中使用的“深度”是沿垂直于电极盘状部后壁的平面的轴线测得的，为的是与将该术语通常用于电极结构的情况一致。）这使得能够进一步改进待在集管中获得的分离性。
例如，外部出口集管的深度可以超过其所附接的电极结构的电解隔室的深度。作为特定的示例，具有所述外部出口集管的电极结构的所述外部出口集管可以占据在电极模块、双极电极单元、模块化电解器或压滤器型电解器中的相邻电极结构的竖直上方的空间。
此外，与两个外部集管的替代例相比，使用内部出口集管减小了使电解器能够以升高的压力运行所需的金属的厚度，因为内部集管不必耐压。因此，可以将更少的金属和更薄的金属用于内部出口集管。
在特别优选的实施例中，阳极结构上的出口集管是外部出口集管，且阴极结构上的出口集管是内部出口集管。这是优选的，因为已发现，分隔件最容易受到由在电解隔室的上部区域中在阳极侧上形成与分隔件相邻的气体空间所造成的损害，并且还因为所形成的氯气与废盐溶液的分离是最成问题的。这是由于例如氯气体/液体体盐溶液混合物的密度、黏度和表面张力所致，且具体地由于氯气和盐溶液的混合物最容易发泡。
位于电解隔室上面的外部出口集管允许使这些问题最小化，因为其位置使气体脱离接触区域移动离开分隔件，并且还提供增加的灵活性来设计其形状和尺寸以改进分离性。
出口集管中的一者或两者可包括一个或多个内部横向构件（cross member），且具体地横向构件可沿该集管的长度的一部分或全部定位并且在内部附接到该集管的侧部。优选地，横向构件是沿（一个或多个）出口集管的长度在内部（例如，水平地）延伸的条状物，其附接到（一个或多个）集管的侧部。横向构件可设置有孔，所述孔穿过这些条状物从而自上而下连通。
可提供这样的横向构件，以例如提高集管的压力额定值。优选的是，至少外部出口集管包括一个或多个这样的内部横向构件。
然而，已发现，横向构件也可以帮助改进集管中的分离性。因此，即使在不需要改进的压力额定值的情况下（诸如，在内部集管中），使用横向构件仍是有利的且是优选的。
在包括具有碟形凹陷部的盘状部（其中，凸缘在盘状部的围界周围，且电极与盘状部间隔开）的优选电极结构中，在碟形凹陷部与电极之间形成了点传导通路。
在一个实施例中，电传导柱（下文中简单地称为“柱”）可将碟形凹陷部直接连接到电极。
电传导通路优选地形成为经由电流载体，所述电流载体包括中心部分，一个或多个支腿从该中心部分辐射，并且其中，电流载体的支腿（支脚）的端部电连接到电极。
在最优选的实施例中，电传导通路包括一个或多个电流载体，每个电流载体包括中心部分，一个或多个支腿从该中心部分辐射，并且其中，电流载体的支腿（支脚）的端部电连接到电极，且中心部分电连接到盘状部的碟形凹陷部。中心部分优选地经由柱电连接到盘的碟形凹陷部，即电传导通路形成为从碟形凹陷部的突起经由柱到电流载体，每个电流载体包括中心部分，一个或多个支腿从该中心部分辐射，并且其中，电流载体的支腿（支脚）的端部电连接到电极。
再次，这样的构型为如US 6761808中所大致描述的那样。
例如，电流载体优选地为多支腿型电流载体，其包括中心部分，多个支腿从该中心部分辐射，并且其中，电流载体的支腿（支脚）的端部电连接到电极，下文中出于方便将该多支腿型电流载体称为“蜘蛛件（spider）”。可在不使用柱的情况下产生电连接；例如，在阳极结构的情况下，每个向内导引的突起的顶点可借助于电流载体电连接到阳极板。使用柱和电流载体是优选的。
提供蜘蛛件提高了至电传导板的电流供给部位的数目和分布，因此改进了电流分布，从而导致电压和功率消耗更低且分隔件和电极涂层的寿命更长。
在蜘蛛件存在的情况下，蜘蛛件上的支腿的长度及其数目可在宽泛的限度内变化。通常，每个蜘蛛件包含在2与100个之间的支腿，优选地在2与8个之间的支腿。通常，每个支腿的长度在1 mm与200 mm之间，优选地在5 mm与100 mm之间。通过简单的实验，本领域技术人员将能够针对特定应用来确定蜘蛛件支腿的合适长度和数目。
蜘蛛件可以是柔性的或刚性的。阳极结构中的蜘蛛件的形状和机械性质可与阴极结构中的蜘蛛件的形状和机械性质相同或不同。在优选的实施例中，与阳极结构相关联的电流载体的支腿可短于与阴极结构相关联的电流载体的支腿，诸如短5%到50%，优选地短10%到30%。例如，具有短支腿的相对无弹性的蜘蛛件在阳极结构中常常是优选的，而具有长支腿的相对有弹性的蜘蛛件则在阴极结构中是优选的。
至少在阴极板处使用弹簧加载型蜘蛛件使得电极结构能够被弹簧加载，以实现零间隙操作并且具有最佳的压力以将分隔件/电极受损的风险最小化。就“零间隙”而言，我们意指在每个电极结构的电传导板与相邻分隔件之间基本上不存在间隙，即使得相邻电传导板在使用中仅被分隔件的厚度隔开。
使用具有柱和电流载体的这样的构型在允许电极断开连接并进行更换方面也是有利的。
阳极电流载体可由阀金属或其合金制造而成。“阀金属”是在暴露于空气中时生长钝化氧化物层的金属。通常理解的阀金属和由该术语在本文中的使用所限定的阀金属是Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W、Al和Bi。阳极电流载体优选地由钛或其合金制造而成。
阴极电流载体可由诸如不锈钢、镍或铜（尤其是镍或其合金）的材料制造而成。
每个电流载体优选地由与其所电接触的电传导板相同的金属制成，且更优选地，其所接触的每个柱也由相同的金属制成。
因此，阳极结构中的柱（“阳极-柱”）也可由阀金属制成，且优选地由钛或其合金制成，而阴极结构中的柱（“阴极-柱”）则可由不锈钢、镍或铜（尤其是镍或其合金）制成。在这样的情况下，穿过阴极-柱的电传导通路的长度优选地大于穿过阳极柱的电传导通路的长度。优选地，穿过阴极柱的电传导通路的长度与穿过阳极柱的电传导通路的长度的比至少为2:1，优选地至少为4:1，且更优选地至少为6:1。这最容易通过使用阴极结构来实现，所述阴极结构包括设置有多个向外突出型突起的碟形凹陷部，而阳极结构则包括设置有多个向内突出型突起的碟形凹陷部。
柱和电流载体的中心部分可承载负载，并且在它们承载负载的情况下，它们优选地与电极中的孔对准。可提供电绝缘的承载负载的插脚，其设置在柱/电流载体的与电极相邻的端部处。
对应的柱和插脚可以提供在相邻电极结构中，使得当它们与其间的分隔件连接时，负载经由分隔件从分隔件一侧上的柱/电流载体/插脚组合被传递到分隔件另一侧上的插脚/载体/柱组合。负载帮助维持分隔件一侧上的盘与相邻电极结构中的盘之间良好的电连接，同时绝缘插脚通过分隔件转移负载而不对其造成机械损害。由于在这些部位处不发生电解，所以分隔件不遭受任何电解损害。
图1-图6中示出了优选的构型，如下文进一步论述的那样。
绝缘插脚可完全由绝缘材料制成，或可由电传导材料制，配合有与膜相邻的绝缘盖或垫。
这样的绝缘垫可由对电池内的化学环境有抵抗力的非传导性材料制成，例如含氟聚合物（诸如，PTFE、FEP、PFA、聚丙烯、CPVC和含氟弹性体橡胶）。所述垫可提供在金属螺柱（stud）上，这些金属螺柱定位成使垫呈现为朝向分隔件。
具体地，在阴极结构中，承载负载的绝缘插脚可由镍制成并具有含氟聚合物绝缘盖，而在阳极结构中，承载负载的绝缘插脚可由钛制成并配合有含氟聚合物绝缘盖。
电流载体优选地设计成使得：在包括装配有密封装置和分隔件的阳极结构和阴极结构的电极模块中，在凹陷部的相邻行与列之间的区域中，分隔件上的任何部位与电流载体的附接到阳极的最近支脚或与电流载体的附接到阴极的最近支脚的最大距离是50 mm或更小，诸如30 mm-50 mm。
在另外的优选的实施例中，在阳极结构和阴极结构中的一者中的电流载体的支腿或支脚是弹性的，而在阴极结构和阴极结构中的另一者上的电流载体则是刚性的，使得当阳极结构和阴极结构被这两个结构之间的分隔件分隔开时，弹性支腿或支脚经由分隔件将来自一个结构的电极的压力施加到另一个结构的电极。优选地，由一个电极施加到另一个电极（经由分隔件）的压力大于0 g/cm2且小于400 g/cm2，诸如小于100 g/cm2，且更优选地大于10 g/cm2和/或小于40 g/cm2。
能够使用弹性支腿/支脚提供低水平的压力是有利的，因为其使得能够在对分隔件造成损害的风险最小的情况下施加压力。
一般地，在特定的电极结构中，盘状部、电极、用于流体的入口和出口以及电传导路径全部由相同的金属制成。在阳极结构中，此优选地为钛。在阴极结构中，此优选地为镍。
电极结构的任一者或两者可配合有挡板，例如以便将电极结构分割成沿电解器竖直地向上延伸的两个连通的流动区，这些流动区通过采用水动升力来促进提高内部液循环的速度。
例如，一个或多个挡板优选地提供在阳极结构和阴极结构中，以在挡板的第一侧与电极板之间形成第一通道且在挡板的第二侧与盘状部的凹陷的碟之间形成第二通道，所述第一通道和第二通道彼此连通，优选地至少在电极结构的顶部和底部处或在与电极结构的顶部和底部相邻处。第一通道提供上升管（riser）以使充气盐溶液升至在电极结构的顶部处的出口集管。第二通道提供下降管（downcomer）以使去气盐溶液下降到电极结构的底部。挡板优选地被竖直地放置。挡板利用所产生的气体的气举作用（gas-lift effect）来提高溶液循环和混合，这产生某些优点。
阳极结构和阴极结构中的改进的混合将这些结构中的浓度和温度梯度最小化，因此提高了阳极涂层和膜的使用寿命。具体地，在阳极结构中，在没有经由质子化对膜造成损害的风险的情况下，改进的混合允许使用高度酸性盐溶液以获得氯中的低含氧量。对阴极结构中的混合的改进允许直接添加去离子水，以在去除浓苛性碱之后使苛性碱含量的浓度保持恒定。
在电极结构的上部区域中提供倾斜挡板通过加速气体/液体混合物从电解区域的向上流动因此增强气泡聚并（coalescence）来增加气体/液体分离性。
挡板由对电池中的化学环境有抵抗力的材料制成。阳极结构中的挡板可由含氟聚合物或合适的金属（例如，钛或其合金）制成。阴极结构中的挡板可由含氟聚合物或合适的金属（例如，镍）制成。
在优选的实施例中，肩部可以提供在连接到电流载体的电传导柱上。这可以有助于将挡板安装在电极结构中，这使制造变得更容易。
根据本发明的电极组件可以是“双极电极单元”或“电极模块”，这取决于阳极和阴极是如何连接的。
双极电极单元包括彼此电连接的阳极结构和阴极结构。优选地，具体地在使用包括具有碟形凹陷部的盘状部的优选的电极结构的情况下，阳极盘状部的凹陷的碟和阴极盘状部的凹陷的碟被电联结，优选地在突起的顶点处。
可通过使用互连器或通过电极结构之间的紧密接触来实现电传导性。通过在盘状部的外表面上提供电传导性增强材料或电传导性增强装置，可提高电传导性。作为电传导性增强材料的示例，可特别提到电传导碳泡沫、电传导脂和高传导性金属（例如，银或金）的涂层。
优选地，经由焊接、爆炸结合或螺钉连接来电连接双极电极单元中的阳极结构和阴极结构。
附图说明
通过参考以下附图，但决不限于以下附图，来进一步说明本发明，在附图中：
图1是根据本发明的双极电极单元的顶部部分的截面；
图2是根据本发明的电极模块的顶部部分的截面；
图3A和图3B分别示出了适合在阳极结构和阴极结构中使用的“蜘蛛件”的示例；
图4A和图4B示出了在外部出口集管和内部出口集管中的横向构件的优选结构的特写；
图5是着眼根据本发明的阳极结构的等轴测视图；以及
图6是根据本发明的双极电极单元的底部部分的截面。
具体实施方式
在图1中，示出有双极电极单元，其包括阳极结构（10）和阴极结构（30）。
阳极结构（10）包括凸缘（11）和具有向内突出型突起（13）的碟形凹陷部（12），阳极结构（10）形成包含阳极（15）的电解隔室（14）。阳极结构具有外部出口集管（16）。阳极（15）通常采用穿孔板的形式。
阴极结构（30）包括凸缘（31）和具有向外突出型突起（33）的碟形凹陷部（32），阴极结构（30）形成包含阴极（35）的电解隔室（34）。阴极结构具有内部出口集管（36）。阴极（35）通常采用穿孔板的形式。
阳极结构（10）经由传导性增强装置（50）电连接到阴极结构（30），传导性增强装置（50）设置在阳极结构（10）上的向内突出型突起（13）与阴极结构（30）上的向外突出型突起（33）之间。
在实践中，存在有在每个电极结构上的多个向内突出型突起和向外突出型突起以及存在有多个传导性增强装置，使得当两个电极结构被推在一起时，传导性增强装置提供阴极结构突起（33）和阳极结构突起（13）的顶端（peak）之间的良好的电连续性。传导性增强装置可采用磨损装置或（更优选地）双金属盘的形式。当供应预组装成用于在压滤器型双极电解器中使用的双极电极单元时，有可能完全省略传导性增强装置（50），并且作为替代通过焊接、爆炸结合或螺钉连接将阳极结构和阴极结构电连接并机械连接在一起。
阳极结构和阴极结构还包括：电传导柱（17、37），其连接到相应的突起（13、33）；电绝缘垫（18、38）；以及电流载体（下文中称为“蜘蛛件”）（19、39），电流载体各自采用如下形式：具有中心部分，两个或更多个支腿从中心部分辐射。蜘蛛件（19、39）安装在相应的柱（17、37）与相应电极（15、35）之间。在相应的柱（17、37）的位置处，电极（15、35）是有孔口的，并且垫（18、38）被接收于孔内并搁在蜘蛛件（19、39）的中心基部上。
经由阳极结构（10）的上端部处的出口槽，发生溶液从阳极电解隔室（14）流动到外部出口集管（16），该出口槽定位成紧接在阳极（15）的上方。
经由阴极结构（30）的上区域中的内部出口集管中的槽，发生溶液从阴极电解隔室（34）流动到内部出口集管（36）。
在图2中，示出有电极模块，其包括阳极结构（10）和阴极结构（30）。阳极结构和阴极结构如针对图1那样被广泛地限定，并且使用如已经针对图1所描述的对应特征的附图标记相同的附图标记。然而，相应的电极结构在该图中与阳极（15）和阴极（35）联结，阳极（15）和阴极（35）面向彼此且其间具有膜（51）。具体地，凸缘（11、31）设置有背衬凸缘（20、40），背衬凸缘（20、40）带有孔以接收螺栓（未示出），螺栓用于利用两个垫圈（52）和膜（51）来栓接阳极结构（10）和阴极结构（30）以形成根据本发明的模块。膜（51）在阳极（15）与阴极（35）之间向下穿过电极模块，从而提供所述阳极结构和阴极结构（10、30）的相应的电解隔室（14、34）之间的流体分离。
阳极电解隔室（14）中的蜘蛛件（19）包括：盘状中心区段（21），其可以连接到柱（17）的端部，例如通过焊接、螺钉固定或推入配合连接器；以及许多支腿（22），其从中心区段（21）辐射并且在它们的自由端处例如通过焊接连接到阳极（15）。通常，支腿（22）布置成使得经由柱（17）的电流供给分布到包围柱（17）的许多等间隔部位。
阴极电解隔室（34）中的蜘蛛件（39）包括：盘状中心区段（41），其可以连接到柱（37）的端部，例如通过焊接、螺钉固定或推入配合连接器；以及许多支腿（42），其从中心区段（41）辐射并且在它们的自由端处例如通过焊接连接到阴极（35）。通常，支腿（42）布置成使得经由柱（37）的电流供给分布到包围柱（37）的许多等间隔部位。
在实践中，在电极结构（10、30）的生产期间，可将蜘蛛件（19、39）焊接或以其他方式连接到电极（15、35），并且然后，可随后将这些蜘蛛件焊接或以其他方式固定到柱（17、37）。该布置结构有助于对阳极板/阴极板的更换或修理，或有助于对其上的任何电催化活性涂层的更新/更换。
图2中还示出了挡板（23、43），其可用于分别将每个阳极隔室和每个阴极隔室分割成两个连通区，以提供如下文进一步论述的溶液再循环。在任一隔室中提供挡板是可选的，但特别优选的是，在阳极隔室中提供挡板。在不希望受理论限制的情况下，人们相信，阳极隔室中的再循环例如通过有助于以更高电流密度来操作对提供增加的电解速度是有用的。
挡板（23、43）可安装在电传导柱（17、37）上。每个柱可设置有肩部（24、44）以有助于对挡板的安装和准确定位。
图2中还示出了在阳极的外部出口集管（16）中的横向构件（25）和在阴极的内部出口集管（36）中的横向构件（45）。
图3A和图3B分别示出了在阳极结构和阴极结构中使用的适合的“蜘蛛件”的示例。
关于图3A，蜘蛛件包括盘状中心区段（21）和从中心区段（21）辐射的4个支腿（22）。支腿（22）对称地辐射，使得在使用中电流供给分布到许多等间隔部位。
尤其是当意图使用在碱金属卤化物的电解时，阳极蜘蛛件由阀金属或其合金制造而成。
关于图3B，蜘蛛件包括盘状中心区段（41）和从中心区段（41）辐射的4个支腿（42）。支腿（42）对称地辐射，使得在使用中电流供给分布到许多等间隔部位。
尤其是当意图使用在碱金属卤化物的电解中时，阴极蜘蛛件可由诸如不锈钢、镍或铜的材料制造而成。
如所示，阴极蜘蛛件的支腿（42）更长，并且配置成相对是有弹性的，而阳极蜘蛛件的支腿（22）更短且更具刚性。
图4A和图4B分别示出了横向构件（25）和（45）的优选结构的特写。外部出口集管（16）中的横向构件（25）的优选结构采用“梯子”型布置结构的形式，而内部出口集管（36）中的横向构件（45）的优选结构采用具有圆孔的板的形式。如图4B中所示，出口集管（36）中可存在有多于一个的横向构件（45）。虽然图1和图2中仅示出单个横向构件（25），但是出口集管（16）中也可存在有多于一个横向构件。
图5更详细地示出了阳极结构（10），其示出了向内突出的截头球形突起（13）和锥形外部出口集管（16）。图5还举例说明了用于测量AA和LA的位置。
图6示出了双极电极单元的底部部分的截面。如上文的各图一样，使用与用于已描述的对应特征的附图标记相同的附图标记。在该图中，阳极结构设置有阳极入口管（26），而阴极结构设置有阴极入口管（46）。端口（未示出）设置在相应的入口管中以用于将溶液排放到相应的电解隔室中，并且优选地形成为使得从中排放的溶液被导引朝向在挡板（23、43）后面的盘状部的背部以有助于混合。挡板（23、43）在相应的阳极隔室和阴极隔室内从电极结构的下端竖直地延伸到其上端，并在每个电极结构内形成两个通道，其至少在与该结构的顶部和底部相邻之处连通。
在第二方面中，本发明提供一种模块化电解器或压滤器型电解器，所述电解器包括根据第一实施例的多个电极组件。
例如，本发明可提供一种压滤器型电解器，其包括多个相连接的双极电极单元，相邻的双极电极单元经由相邻单元上的凸缘之间的分隔件和密封装置而连接。当电极结构被配置为第一方面中的电极模块时，分隔件和密封装置优选地如所描述的那样在这些电极结构之间。
可替代地，本发明可提供一种模块化电解器，其包括多个相连接的电极模块。在这种情况下，可通过在相邻模块之间提供合适的电连接使这些电极模块彼此连接。
例如，相邻模块中的阳极盘状部的凹陷的碟和阴极盘状部的凹陷的碟被电联结，优选地在突起的顶点处。
可通过使用互连器或通过电极结构之间的紧密接触来实现电传导性。通过在盘状部的外表面上提供传导性增强材料或传导性增强装置，可使传导性增强。作为传导性增强材料的示例，可特别提到传导性碳泡沫、传导性脂以及高传导性金属（例如，银或金）的涂层。
当将相邻电极模块连接在一起时，经由焊接、爆炸结合或螺钉连接实现的连接并非是优选的。反而由相邻电极结构之间的紧密物理接触形成的连接是优选的。
可以增强接触的电传导性增强装置包括：电传导性双金属接触条状物、盘或板；电传导性金属装置，诸如垫片；或电传导性金属装置（其可被称为“磨损装置”），其适于(a)通过切穿或咬穿其上的任何电绝缘涂层（例如，氧化物层）来磨损或刺破盘状部的表面；以及(b)至少禁止在装置与盘状部的表面之间形成绝缘层。
US 6761808中进一步描述了这样的装置。
可由本领域技术人员特别就所需要的总产量、可用的功率和电压以及为本领域技术人员已知的某些约束项来选择阳极和阴极的数目。然而，通常，根据本发明的第二方面的模块化电解器或压滤器型电解器包括5-300个组件。
在第三方面中，提供有一种用于碱金属卤化物的电解的过程，其包括在根据第二方面的模块化电解器或压滤器型电解器中使碱金属卤化物经受电解。
根据本发明的第三方面的模块化电解器或压滤器型电解器可根据已知的方法来操作。例如，其通常以50 kPa与600 kPa（0.5与6巴）绝对压力之间的压力来操作，优选地以50 kPa与180 kPa（500与1800毫巴）之间的压力来操作。
待电解的液体被供给到每个电极结构中的入口管。例如，在电解器将被用于盐水电解的情况下，入口管允许向阴极结构供应苛性碱且向阳极结构供应盐水。从相应集管来回收产物，即来自阳极结构的氯和废盐水溶液（brine solution）以及来自阴极结构的氢和苛性碱。
可以以高电流密度（即，>6 kA/m2）来操作电解。
在又一另外的方面中，本发明提供一种电极结构，其包括：
i) 具有碟形凹陷部的盘状部和凸缘，所述凸缘可以与第二电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在这两者之间，并且所述碟形凹陷部还具有多个向内或向外突出型突起，多个向内或向外突出型突起可以与电极单元中的或模块化电解器中的第三电极结构上的对应突起配对，
ii) 用于待电解的液体的入口，以及
iii) 用于逸出气体和废液的出口集管，
其中，出口集管是锥形外部出口集管，其截面面积沿气体/液体流动方向朝出口端口增大。
优选地，该方面中的外部出口集管包括一个或多个内部横向构件，内部横向构件沿集管的水平长度的一部分或全部定位并且在内部附接到该集管的侧部。
在这个方面中，外部出口集管的深度可超过所要求保护的电极结构的深度。具体地，当连接到电极模块、电极单元或模块化电解器中的所述第二和/或第三电极结构时，所要求保护的电极结构的外部出口集管可以占据在第二和/或第三电极结构竖直上方的空间。
电极结构的其他特征可通常为如第一方面中所描述的那样。例如，优选的电极结构包括设置有多个向内突出型突起的碟形凹陷部。
在这个方面的最优选的实施例中，凸缘围绕碟形凹陷部的围界并且用于支撑垫圈，所述垫圈能够密封所要求保护的电极结构的电极表面与第二电极结构的电极表面之间的分隔件，使得这些电极表面基本上彼此平行且面向彼此，但由分隔件彼此间隔开并且被气密密封到分隔件。此外，电极结构包括电极，电极与盘状部间隔，但由盘状部与电极之间的电传导通路连接到盘状部，在所要求保护的电极结构设置有多个向内突出型突起的条件下，该电极可直接电连接到盘状部。
电极结构优选地是阳极结构。特别地，如已经描述的，分隔件最容易受到由在电解隔室的上部区域中形成在阳极侧上的与分隔件相邻的气体空间所造成的损害，并且还因为所形成的氯与废盐溶液的分离是最成问题的。位于电解隔室上方的外部出口集管允许使这些问题最小化，因为其位置使气体脱离接触区域移动远离分隔件，并且还提供增加的灵活性来设计其形状和尺寸以改进分离性。
在又一另外的方面中，本发明提供一种电极结构，其包括：
i) 具有碟形凹陷部的盘状部和凸缘，所述凸缘可以与第二电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在这两者之间，并且所述碟形凹陷部还具有多个向内或向外突出型突起，这些突起可以与电极单元中或模块化电解器中的第三电极结构上的对应突起配对，以及
ii) 用于待电解的液体的入口，以及
iii) 用于逸出气体和废液的出口集管，
其中，所要求保护的电极结构的出口集管是内部出口集管，并且第二电极结构和第三电极结构的出口集管是外部出口集管。
优选地，该方面中的内部出口集管包括一个或多个内部横向构件，所述内部横向构件沿该集管的水平长度的一部分或全部定位并且在内部附接到该集管的侧部。
在该方面中，第二电极结构和第三电极结构的外部出口集管的深度可超过所述电极结构的深度，使得当所要求保护的电极结构连接到电极模块、电极单元或模块化电解器中的所述第二电极结构和/或第三电极结构时，第二电极结构或第三电极结构的外部出口集管可以占据在所要求保护的电极结构竖直上方的空间。
再次，电极结构的其他特征可通常为如第一方面中所描述的那样。例如，优选的电极结构包括设置有多个向外突出型突起的碟形凹陷部。
在这个方面的最优选的实施例中，凸缘围绕碟形凹陷部的围界并且用于支撑垫圈，所述垫圈能够密封所要求保护的电极结构的电极表面与第二电极结构的电极表面之间的分隔件，使得这些电极表面基本上彼此平行且面向彼此，但由分隔件彼此间隔开并且被气密密封到分隔件。此外，电极结构包括电极，电极与盘状部间隔但通过盘状部与该电极之间的电传导通路而连接到盘状部，在所要求保护的电极结构是阳极结构的条件下，该电极可直接电连接到盘状部。
这个方面中的电极结构优选地是阴极结构。
最后，本发明还提供翻修根据以上方面的电极组件或模块化电解器或压滤器电解器的方法。
例如，一种翻修电极组件的方法可包括：
a) 提供电极结构，
b) 翻修所述电极结构，所述翻修包括：
i) 将电极和所附接的电流载体从盘状部或从电流载体所连接的柱拆卸，以及
ii) 随后，通过将与已翻修的或更换的电极相关联的电流载体附接到盘或所述柱，将对其进行翻修后的电极或更换的电极重新附接到盘状部，以及
c) 重新组装电极结构。
当电极结构的阳极板或阴极板需要翻修时，该阳极板或阴极板可通过移除任何垫来从结构移除以暴露电流载体的中心区段，并由此允许它们与柱或在柱不存在的情况下与电极盘状部拆开。一旦电流载体已拆开，然后就可以移除阳极或阴极以进行翻修。电极的翻修可涉及根据需要修理电极的多个区段和/或重新涂覆。替代地，可将该电极更换为全新的电极。然后，物理地和电性地重新附接新电极或翻修的电极，例如通过点焊、螺纹紧固件或推入配合连接器。
通常每隔几年就需要翻修氯碱过程中所使用的电极组件。
在替代性实施例中，翻修电极组件的方法可包括：
a) 提供电极结构，以及
b) 翻修所述电极结构的电极，而同时该电极仍附接到盘状部。
翻修可包括：
i) 就地从包含在盘状部中的电极移除电极涂层，
ii) 对电极结构进行去污、清洁和干燥，
iii) 修理任何结构损坏，例如通过移除受损的网状物或电极叶片并在未涂覆的更换件中重焊，
iv) 在盘状部中就地重新涂覆已修复的电极。

Claims (28)

1.一种电极组件，包括阳极结构和阴极结构，所述阳极结构和阴极结构中的每一者包括：
i) 凸缘，所述凸缘能够与另一电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在所述两者之间，
ii) 电解隔室，所述电解隔室包含电极，并且所述电解隔室在使用中包含待电解的液体，
iii) 用于待电解的液体的入口，以及
iv) 用于逸出气体和废液的出口集管，
其中，所述阳极结构和所述阴极结构中的一者上的出口集管是外部出口集管，其中，所述外部出口集管是出口体积，在电解期间逸出的气体通过所述出口体积离开所述电极结构，并且所述出口体积在所述电解隔室的外部被提供在所述电极结构上，并且所述阳极结构和所述阴极结构中的另一者上的出口集管是内部出口集管，所述内部出口集管是出口体积，在电解期间逸出的气体通过所述出口体积离开所述电极结构且所述出口体积在所述电解隔室的内部被提供在所述电极结构上。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，每个出口集管是出口体积，所述出口体积提供在单个阳极结构或阴极结构上并且逸出气体通过所述出口体积离开所述阳极结构或阴极结构到电解器收集集管，所述电解器收集集管是收集在电解期间从多个出口集管的出口逸出的气体并将它们传送到另外的处理过程的体积。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中，每个出口集管是与所述电极结构的长水平轴线平行对准的经延伸的体积。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，VE/(AE x LE)小于1，其中，VE是以cm3为单位的所述外部出口集管的内部体积，AE是在所述集管的出口端处的内部截面面积，LE是内部长度。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中，所述外部出口集管呈锥形，并且在截面面积上沿气体/液体流动方向朝其一个或多个出口端口增大。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述出口集管中的一者或两者包括一个或多个内部横向构件，所述一个或多个内部横向构件沿着所述集管的长度的一部分或全部定位并且在内部附接到所述集管的侧部，并且其中，所述横向构件是沿着所述集管的长度在内部延伸的附接到所述集管的侧部的条状物。
7.根据权利要求6所述的电极组件，其中，所述横向构件设置有孔，所述孔穿过所述条状物从而自上而下连通。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，具有所述外部出口集管的所述电极结构的外部出口集管占据在电极模块、电极单元、模块化电解器或压滤器型电解器中的相邻电极结构竖直上方的空间。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述阳极结构上的出口集管是外部出口集管，并且所述阴极结构上的出口集管是内部出口集管。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的电极组件，其中，在所述阳极结构和阴极结构中的每一者中：
所述电解隔室包括具有碟形凹陷部的盘状部，所述凸缘在其围界周围以用于支撑垫圈，所述垫圈能够将所述分隔件密封在所述阳极结构的阳极表面与所述阴极结构的阴极表面之间，使得所述阳极表面基本上平行于且面向所述阴极表面，但通过所述分隔件与所述阴极表面间隔开，并且被气密密封到所述分隔件，以及
电极与所述盘状部间隔但通过所述盘状部与所述电极之间的电传导通路而连接到所述盘状部，在所述电极结构是阳极结构的条件下，所述电极可直接电连接到所述盘状部，并且
其中，所述电传导通路包括一个或多个传导柱，所述一个或多个传导柱设置有肩部，挡板可安装在所述肩部上以改进所述电极结构中的流体和气体的循环。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其中，所述阳极结构和阴极结构中的一者的碟形凹陷部设置有多个向外突出型突起，并且所述阳极结构和阴极结构中的另一者设置有多个向内突出型突起，所述突起使得所述向外突出型突起能够与模块化电解器中的相邻电极结构或电极模块中的向内突出型突起配对。
12.一种模块化电解器或压滤器型电解器，包括根据权利要求1-9中的任一项所述的多个电极组件。
13.一种用于碱金属卤化物的电解的过程，所述过程包括在根据权利要求12所述的模块化电解器或压滤器型电解器中使碱金属卤化物经受电解。
14.一种模块化电解器或压滤器型电解器，包括根据权利要求10所述的多个电极组件。
15.一种用于碱金属卤化物的电解的过程，所述过程包括在根据权利要求14所述的模块化电解器或压滤器型电解器中使碱金属卤化物经受电解。
16.一种电极结构，包括：
i) 具有碟形凹陷部的盘状部和凸缘，所述凸缘能够与第二电极结构上的凸缘相互作用以将分隔件保持在两个电极结构之间，并且所述碟形凹陷部还具有多个向内或向外突出型突起，所述多个向内或向外突出型突起能够与电极单元中或模块化电解器中的第三电极结构上的对应突起配对，以及
ii) 用于待电解的液体的入口，以及
iii) 用于逸出气体和废液的出口集管，
其中，所要求保护的电极结构的出口集管是内部出口集管，其中，所述内部出口集管是出口体积，在电解期间逸出的气体通过所述出口体积离开所述电极结构，并且所述出口体积在所述电解隔室的内部被提供在所述电极结构上，并且所述第二电极结构和第三电极结构的出口集管是外部出口集管，其中，所述外部出口集管是出口体积，在电解期间逸出的气体通过所述出口体积离开所述电极结构且所述出口体积在所述电解隔室的外部被提供在所述电极结构上。
17.根据权利要求16所述的电极结构，其中，每个出口集管是出口体积，所述出口体积提供在单个电极结构上，并且逸出气体通过所述出口体积离开所述电极结构到电解器收集集管，所述电解器收集集管是收集在电解期间从多个出口集管的出口逸出的气体并将它们传送到另外的处理过程的体积。
18.根据权利要求17所述的电极结构，其中，每个出口集管是与所述电极结构的长水平轴线平行对准的经延伸的体积。
19.根据权利要求16所述的电极结构，其中，所述内部出口集管包括一个或多个内部横向构件，所述内部横向构件沿着所述集管的水平长度的一部分或全部定位并且在内部附接到所述集管的侧部。
20.根据权利要求16所述的电极结构，所述电极结构是阴极结构。
21.一种翻修电极组件的方法，所述方法包括：
a)提供根据权利要求10限定的电极结构，
b)翻修所述电极结构，所述翻修包括：
i)将所述电极和所附接的电流载体从所述盘状部或从所述电流载体所连接的柱拆卸，以及
ii) 随后，通过将与经翻修的电极或更换电极相关联的电流载体附接到所述盘状部或所述柱，将对其翻修后的所述电极或更换电极重新附接到所述盘状部，以及
c)重新组装所述电极结构。
22.一种翻修电极组件的方法，所述方法包括：
a)提供根据权利要求10限定的电极结构，
b)翻修所述电极结构的电极，同时所述电极仍附接到所述盘状部。
23.一种用于翻修模块化电解器或压滤器型电解器的方法，所述方法包括根据权利要求12所述的方法来翻修一个或多个电极结构。
24.一种用于翻修模块化电解器或压滤器型电解器的方法，所述方法包括根据权利要求12所述的方法来翻修一个或多个电极结构。
25.一种翻修电极组件的方法，所述方法包括：
a)提供根据前述权利要求16-20中的任一项限定的电极结构，
b)翻修所述电极结构，所述翻修包括：
i)将所述电极和所附接的电流载体从所述盘状部或从所述电流载体所连接的柱拆卸，以及
ii) 随后，通过将与经翻修的电极或更换电极相关联的电流载体附接到所述盘状部或所述柱，将对其翻修后的所述电极或更换电极重新附接到所述盘状部，以及
c)重新组装所述电极结构。
26.一种翻修电极组件的方法，所述方法包括：
a)提供根据前述权利要求16-20中的任一项限定的电极结构，
b) 翻修所述电极结构的电极，同时所述电极仍附接到所述盘状部。
27.一种用于翻修模块化电解器或压滤器型电解器的方法，所述方法包括根据权利要求25所述的方法来翻修一个或多个电极结构。
28.一种用于翻修模块化电解器或压滤器型电解器的方法，所述方法包括根据权利要求26所述的方法来翻修一个或多个电极结构。
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