CN1100476A - 电解槽 - Google Patents

Abstract

在用成型薄板作隔板构成的电解槽中，在竖型电 解槽单元的阳极侧隔板和阴板侧隔板上互相嵌合形 成凹凸，在将两隔板重合并一体化的隔壁板的凸部连 接有电极板的电解槽上部，设置有气液分离室，其断 面积为离排出口近的部分比离排出口远的部分大，据 此防止了因气液分离所产生的脉动而造成的电解室 内的压力变动。

Description

本发明涉及压力过滤器型电解槽，特别是涉及具有以分离相邻电极室间电解液的隔板为特征的电解槽。

过滤器型电解槽首要用于电解食盐制造氯气和氢氧化钠，在有机物的电解制造，海水的电解等领域获得广泛应用。

在使用压力过滤器型电解槽的代表性电解方法所用的该类型电解槽中，有在相邻的阳极室和阴极室中插入隔板，在以电气和机械方式相结合的多极式电解槽单元间插入阳离子交换膜，形成多层叠加，而在两端则叠加在单面上具有阳极或阴极的端部电极室单元，并由油压式的压力机等固定的多极式压力过滤器型电解槽;以及在框缘状电极室框架的两面具有同一电极的阳极室单元和阴极室单元间插入阳离子交换膜，形成多层叠加，在两端部则叠加在单面上具有阳极或阴极的电极室单元的单极式压力过滤器型电解槽。单极式电解槽的电极室单元在用电极室框架增强的同时，又设置了促进电解液循环作用的下降管及凸缘等，将电极安装在这样的凸缘等之上，因而通常没有分离电解液的隔板。

一方面，在多极式电解槽单元中，设置有在将阳极室和阴极分离的同时并起到电解电流传达作用的隔极，在分离阳极室和阴极室的隔板上分别设置阳极和阴极。阳极室和阴极室在电解质的电解反应中，一个形成氧化性环境，而另一个成为还原性环境。为说明起见，在利用有代表性的离子交换膜的电解方法的食盐电解中，在阳极产生氯气，在阴极生成氢氧化钠和氢，阳极室内使用对氯气等耐蚀性大的钛、钽、锆等薄膜形成性金属或其合金。另外，在阴极室的气氛下，由于钛吸收氢而发生脆化，因而即使耐蚀性大的钛也不在阴极室内使用。

因此在阴极室中使用铁、镍、不锈钢等铁系金属或其合金。用金属材料隔板形成各个电极室，每二者的接合可采用电气的连接，而阳极室侧的钛和阴极室侧的铁、镍、不锈钢等通过直接焊接接合，由于钛和阴极室侧的铁系金属形成金属间化合物，从而不能得到具有实用强度的接合体。

因此，对于多极式电解槽正实施着多种方案。例如在特公昭53-5880号公报中就有使用贯通合成树脂材料隔板的螺栓将阳极室侧的部件与阴极室侧的部件相连接的记载。

此外，在特公昭52-32866号公报中叙述了将铁系金属和钛爆炸复合的板状体作为隔板，在各个面上焊接凸缘，并在凸缘上焊接阳极和阴极。特公昭56-36231号公报使用了用在钛和铁中夹杂铜的方法将三者接合的复合材料，将该复合材料的钛与多极式电解槽单元阳极侧隔板的钛焊接，同样将该复合材料的铁与阴极侧的铁系金属隔板通过焊接结合。

如上所述，虽然多极式电解槽隔板有各种方式，但不论在哪种电解槽中都是将凸缘结合在隔板上，将电极通过焊接等方法安装在凸缘上，而使用凸缘不能避免电压的下降。此外为接合阴极侧的金属和阳极侧的金属，有必要采用特殊的方法。

为了解决这些问题，出现了通过冲压加工制造能形成相互嵌合的凹凸的隔壁板，再在凸部上接合电极的电解槽单元，针对这种构造和制造方法在特开昭平3-24918（特愿平2-45855号）中提出了简单的多极式电解槽。

如同用食盐的离子交换膜法进行电解那样，由于大量产生气体的电解反应，在电极室的上部形成所生成的气体或在液体中气泡含量多的区域。在气体或气泡滞留的区域，因长时间的运转对离子交换膜产生不良的影响则是公知的。为减少气体或气泡滞留的区域，人们从电解液或者所产生气体向外部流出的喷口安装位置想办法，采用通过在电解槽单元的上部设置气液分离室，使离子交换膜不和气泡接触。此外，在电极面积大的电解槽中，由于电极室内电流分布的不均匀化、进行看电极的部份消耗、离子交换膜部份劣化等对电解槽性能不理想现象的发生，所以人们如同使所谓阳极-隔板-阴极-阳极电流的流动通路大致相等那样，从电极和集电部件的安装位置处想办法，以使电极室内的电流分布均匀。

并且使电极室内电解液的浓度和温度分布减小。为使电解液的浓度和温度分布减小，将由外部向电极室内供给然后使之排出的电解液循环速度或循环量加大，但为使循环量增多则有必要采用大型的循环装置，此时在所说的电解液浓度或温度均匀化方面不能得到充分必要的效果。

然而在平板冲压加工的电解槽单元的场合下，虽然在电解液或所产生气体流出时所用的喷管安装位置上想办法，但也不能避免在电解室上部产生气体滞留部份。

此外，为使电解液浓度或温度均匀化，将电解液均匀地供入电极室也是有效果的方法，但在平板冲压成形的电解槽单元中，由于在电解槽单元下部设置了电解槽框架，所以不能设置电解液分散装置，另外与电解槽单元上部相同，不能设置电解液的气液分离装置。

本发明人将在先前的特愿平3-154687号、特愿平3-154688号、特愿平3-160260号（美国专利申请号07/904251）中提出平板冲压成形电解槽的同时，提出了在电解槽单元的下部设置电解液分散供给室，在上部设置气液分离室。

但是，即将由电极室向上部气液分离室排出的电解液和气体的量在电解槽的横方向中是相等分布的，因而随着由接近排出口左右的气体、气液混向流、液体等构成的流体的流量增加，室内流体速度增大，压力损失也同样增大。

结果在排出侧及其对侧在气液分离内部产生压力差，其结果是产生气液混相流的脉动和电解室内部的压力变动。由于电解质内部压力变动，产生了划分阳极室和阴极室的离子交换膜振动、离子交换膜损伤等问题。

本发明的目的是，在平板冲压成形的电解槽单元上部设置气液分离装置等的电解槽中，防止由气液分离室内部生成的气液混相流脉动而产生的电解室内部的压力变动所引起的离子交换膜振动等问题，提供一种使电解槽运行稳定化的，同时离子交换膜能长期持续稳定使用的电解槽。

本发明提出了这样一种电解槽，在竖型电解槽单元阳极侧隔板和阴极侧的隔板上形成互相嵌合的凹凸，在使两隔板重合合并一体化形成的隔壁板凸部处结合电极板，同时在电解槽单元的上部，具有相同与隔板构成一体的部件形成的电解液气液分离室，在这样的电解槽单元中，在与向气液分离室内部排出口的流路相垂直的断面中，使切断气液分离室的断面积在离排出口近的部份比离排出口远的部份大。

此外，本发明提出的是这样一种电解槽，在该电槽的下部具有用与隔板形成一体的部件构成的电解液分散供给室。

本发明在竖形电解槽单元的阳极侧隔板和阴极侧隔板上形成互相嵌合的凹凸，在使两隔板重合合并一体化形成的隔壁板的凸部结合电极板，在这样的电解槽中，在电极室上部形成的气液分离室内部与朝排出口的流路相垂直的断面中，使切断气液份离室的断面积在离排出口近的部份比离排出口远的部份大，因此电解槽内产生的气液混相流流向排出口的时候，有可能使因产生脉动而引起的压力变动减小，并能防止因划分阴极室和阳极室的离子交换膜振动等造成的损伤。

图1是表示本发明一个实施例的平面图和沿A-A线切断的断面图。

图2是将气液分离室部份的一部份切开的斜视图。

图3是气液分离室的断面图。

图4是表示在电解槽单元的下部设置的电解液分散供给室的图。

图5是表示在隔板上设置凹凸的另一实施例的图。

图6是表示在隔板上设置凹凸的再一实施例的图。

图7是表示将电解槽单元叠加组装成电解槽时相邻电解槽单元断面的图。

以下参照附图说明本发明。

图1（A）示出将表示本发明1个实施例的电解槽的一部份局部切开，由阳极侧观看的平面图，图1（B）示出将图1（A）沿A-A线切断的断面图，图1（C）示出纵向断面图。

电解槽单元1阳极侧的隔板2是用选自钛、锆、钽等薄膜形成性金属及其合金的薄板成形加工为锅状，阴极侧的隔板3是用铁、镍、不锈钢等薄板以同样方式加工而成。而且各个隔板均安装有电解槽框架4。两隔板形成互相嵌合的凹凸部，阳极侧的隔板上设置沟状的凹部5和凸部6，阴极侧的隔板在嵌合位置设置与阳极侧同样的沟状凹部7和凸部8。

在各个电极室的内部，为形成电解液循环回路，与电极室上下和左右壁面相邻接的部份不设置凹凸部为好。此外，在多孔金属网、多孔性板等上形成由铂族金属氧化物等构成的阳极活性复盖层所得到的阳极9，通过焊接等方式设置在阳极侧隔板的凸部，而在多孔金属网、多孔性板等上形成由镍系、铂族金属系物质构成的阴极活性复盖层所得到的阴极10，则通过焊接等方式结合在阴极侧隔板的凸部。

为使在电解槽单元上部设置的气液分离室11中，将电解槽框架4包容在内，将垂直延伸的隔板向电极安装面侧沿直线弯曲或成直角，此外，气液分离室的外面以与电极室厚度相当的长度弯成直角，以形成电解槽的凸缘12。并且将隔板的端部13与电极部份接合以固定电极，为提高气液分离室和电极室之间的气液分离效率，在两室之间设置连通路14作为划分区。

图2示出了将气液分离室的一部份局部切开的斜视图，由成型隔板设置连通路14，同时经过在电解槽单元凸缘12里侧的连接，设置保持电解槽单元机械强度的连接面15。此外，在隔板上形成安装电解槽框架的凹处16，在气液分离室的端部，设置了为使电解液及所产生气体由电解槽内外部放出的排出口。

另外图3是气液分离室的断面图。如图3（A）所示，构成气液分离室的隔板面17、18的间隔，接近排出口19的部份比离排出口远的部份大，所以断面积越接近排出口越大。

此外图3（B）是将阳极侧气液分离室20和阴极侧气液分离室21相叠加的断面图，将各自气液分离室的倾斜面结合，由于与电解槽单元的厚度相同，所以在组装电解槽的时候，作为电解槽单元的凸缘面能够起到它的功能。

阳极侧和阴极侧隔板上设置的凹凸部是用通常的冲压机单个地制成，由于是将阳极侧和阴极侧的隔板制成同一形状，所以对于阳极侧和阴极侧仅准备同一个冲压用的金属模具为好。另外，由于是按照将阳极侧隔板和阴极侧隔板的各自材料逐个叠加的状态进行冲压，使得在两隔板上形成凹凸的同时能将两隔板做成一个整体，所以可能使制造工艺简化。

阳极侧的隔板和阴极侧的隔板以点焊方式直接接合为佳，在阴极侧的隔板和阳极侧的隔板之间存在有导电性润滑脂，所以全部不用焊接等永久性连接的手段，使凹凸部份嵌合，形成电或机械方式的接合。

再将各电解槽单元叠加组装成电解槽，向电极室内加压，由于在两隔板和外部之间形成压差，使阳极侧隔板和阴极侧隔板的接触性提高，由两隔板和电极室框架形成的空间变得气密，再对该空间减压，使其与电极室内之间形成压力差以提高两隔板的接触性为佳。

如图4所示，较佳的是在电解槽单元的下部形成向电极室内均匀供给电解液的电解液分散供给室。电解液分散供给室与气液分离室同样，使其包容电解槽的框架，并将垂直延伸的隔板沿水平的直线方向在电极安装面侧弯成直角，并按照在电解液分散供给室的外面形成电解槽的凸缘12那样在与电极室厚度相当的长度处弯成直角。同时隔极的端部与电极部份地连接，以固定电极。

为了在电解液分散供给室和电极室之同，高速地向电解室内供给电解液，在电解液分散供给室和电极室之间设置小断面积的通路。

图5示出了在电解槽隔板上设置凹凸部的其它例子。图5（A）示出将电解槽一部份局部切割的电解槽平产，图5（B）示出由C-C线的断面图。在图5所示的电解槽中，所形成的碗状凹凸31代替了图1所示的沟状凹凸。

另外在隔板上设置的凹凸较佳是如图6所示的那样，将隔板分割成上部22，中部23和下部24三个区域。并且各个区域的凹部和凸部形成沿电解槽单元上下方向延伸的凹条25和凸条26，在各区域间形成连络相邻凹条同时连络上下区域间凹条的液体连络部27。使电解液由下部导入，在电解槽内产生的气体在电极室的凹条部沿箭头所示的方向上升，由液体连络部向左右的凹条部一边改变流向一边上升，在上升的过程中进行电解液的混合，使电解液的浓度均匀化。

另外，图7示出了将电解槽单元叠加而组装成电解槽的场合下其相邻电解槽单元的断面，一侧的极性凸部按同一直线状配置，离子交换膜32夹在相邻接的电解槽单元之间，凸部和凹部按相向嵌合那样未配置，使电流分布均匀化良好。

在隔板上形成的凹凸部份以在隔壁板整个面上形成为好，为了设置数量多的电解液流路，在凹条部的底面或凸条部的上面，采取焊接电极等进行安装所必要的小面积为好。

总之，本发明在竖型电解槽单元阳极侧隔板和阴极侧隔板上形成互相嵌合的凹凸，在将两隔板重合合并一体化的隔板凸部上连接电极板的电解槽当中，位于电极室上部形成的气液分离室内部，与通向排出口的流路相垂直的断面中，剖断气液分离室的断面积使离排出口近的部份比离排出口远的部份大，因而得到了这样的结果，即在电解槽内产生的气液混相流向排出口流动时，因所生的脉动造成的电解室内部压力变动变小，从而防止了因隔开阴极室和阳极室的离子交换膜的振动所引起的损伤。

Claims (5)

1、一种竖型电解槽，其特征在于，在该竖形电解槽单元的阳极侧隔板和阴极侧隔板上形成互相嵌合的凹凸，在将两隔板重合合并一体化的隔壁板的凸部连接电极板，同时在该电解槽单元的上部具有用与隔板连成一体的部件形成的电解液气液分离室，在该电解槽单元中，在与朝向气液分离室内部排出口的流路相垂直的断面处将气液分离室剖断的断面积，离排出口近的部份比离排出口远的部份大。

2、权利要求1所述的电解槽，其特征在于，在该电解槽单元的下部，具有用与隔板连成一体的部件形成的电解液分散供给室。

3、权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于，在气液分离室或电解液供给分散室的外侧面上，形成用于电解槽单元叠加的凸缘面。

4、权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于，在气液分离室之间，电解液分散供给室和电解室之间，设置有将各自两室相连络的通路。

5、权利要求1至4中任一项所述的电解槽，其特征在于，在该竖型电解槽单元的阳极侧和阴极侧隔板上互相嵌合的凹凸，形成为沿电解槽单元上下方向延伸的凹条、凸条，该凹凸在电解槽单元的高度方向被分割形成多个区域，各区域的凹条部份与另外区域的凸条部份在同一直线上，在相邻区域的结合部份中，具有结合同一区域相邻凹条同时结合相邻区域凹条的液体连络部分。

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