CN100497749C - 用于对卤化物化合物执行电解过程的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对卤化物化合物执行电解过程的设备，在该设备中几个电解池串联电连接，所述电解池每个包括：池元件，提供有下部供应管，用于供应电解液，并提供有靠近其上侧设置的收集排放管，用于排放电解液和在所述电解过程期间形成的气体；包括阴极的阴极室和包括阳极的阳极室；以及隔膜或半渗透膜；其中所述电解池已经利用偏置在两个端板之间被压在一起，使得每个阳极室和每个阴极室与所述供应管及所述收集排放管一起构造为一个单元。
Description
本发明涉及一种用于对卤化物化合物执行电解过程的设备，在该设备中几个电解池(electrolytic cell)串联电连接，所述电解池每个包括：池元件，提供有下部供应管，用于供应电解液，并提供有靠近其上侧设置的收集排放管，用于排放电解液和在所述电解过程期间形成的气体；包括阴极的阴极室和包括阳极的阳极室；以及隔膜或半渗透膜；其中所述电解池已经利用偏置在两个端板(end plate)之间被压在一起，使得每个阳极室和每个阴极室与所述供应管及所述收集排放管一起构造为一个单元。
从美国专利No.5,064,514中公知一种用于从次氯酸(hypochlorous acid)制备氯酸(chloric acid)的装置，该装置包括仅一个单池构造。因此从所述文件中公知的所述装置不包括双极电极或中间板。用于所述装置的冷却系统由相邻于阳极和阴极背板设置的两个冷却板组成，所述板具有在相邻于所述阴极与阳极的侧上打开的挖空或有槽区，但其在相邻于所述背板的侧上的冷却板表面处是闭合且是实心的。所述有槽区将准许冷却剂的循环以便控制所述电解过程期间所产生的热。由于在此使用的构造，所述冷却剂与所述电极直接电接触。
从美国专利No.5,082,543公知一种用于产生过氧(peroxy)及全卤(perhalogenate)化合物的压滤器(filter press)型的电解池。从所述文件中公知的所述池是半压滤器型，因为每个池是分离电连接的。因此，不使用双极电极或中间板。完全由金属制成的所使用的电极是双壁的，冷却剂在所述平行的壁之间被抽运。在实际中，由于大量的电连接，所述池在冷却剂中的完全浸没是不可能的。由于所述双壁电极的构造，通过其中的冷却剂处于电极电压下。
从德国公开说明书No 199 10 639中公知一种用于生成臭氧的反应器；然而所述文件不提供关于所使用的电解池的任何信息。
在引言中提及的设备本身从NL 8303210公知，其中借助于电解过程来制备希望用于对诸如游泳池水、饮用水或废水的水进行氯处理的氯气。所述荷兰公开文件示出由以交替关系设置的两个阳极室和两个阴极室组成的电解池。设置在第一阳极室与第一阴极室之间的是由适合于该目的的材料制成的膜，该膜对阳离子是可渗透的而对阴离子是不可渗透的。类似的模块化池单元由第二阳极室、第二阴极室以及设置在其之间的阳离子可渗透膜形成。所述模块化池单元彼此相邻而设置，其中插入液体不可渗透的衬垫或绝缘体。端板排设置在所述池单元结构的端部，系杆(tie rod)或其它适合的固定装置通过其中，所述系杆还延伸通过所述池单元以便以该方式将整个结构保持在一起。每个池元件被提供有收集管，也称为脱气器(degasser)，在其中在所述电解过程期间形成的气体与所述电解液分离。
以上所述设备的一个缺点是所述串联连接电解池的温度可升高到不期望的水平的事实。由于化学和机械原因，在实际中理想的是具有影响所述温度的可能性。在实际中，所谓的热交换器被用于该目的，然而该热交换器安装在所述池块(cell block)外，这意味着温度被外部地影响。然而这样的外部影响不能防止所述电解池特别是在所述池封装中心展示不允许的热偏差。因此理想的是提供一种设备，借助于其，可主要在所述热偏差最大的位置处实现热影响。
因此，本发明的目的是提供一种用于对卤化物化合物执行电解过程的设备，该设备提供了在所述热偏差起源的位置的内部热影响的可能性，由此确保内部的热稳定性。
本发明的另一个目的是提供一种用于对卤化物化合物执行电解过程的设备，该设备收集可能已经由于泄漏而形成的腐蚀性液体或气体。
根据本发明，如在引言中提及的本发明的特征在于端板与电解池的组件存在于包含液体、热传递介质的容器中，其中非导电池分隔(partition)存在于所述阴极与所述阳极之间，除了对应于所述池元件的供应管和收集排放管，所述池分隔还包括一个或多个通过通道(through channel)，用于使存在于所述容器中的热传递介质通过其中，所述通道已经以如此方式在所述池分隔中形成，使得存在于所述通道中的所述热传递介质不处于电压下，并且在所述电解池外，存在于所述电解池中的电解液和存在于所述容器中的热传递介质之间没有液体接触发生。
根据本发明，包括两个端板的整个池封装因此放置于热传递介质，例如水中，其中所述热传递介质实际执行两个功能，即冷却介质的功能，既在存在于所述池分隔中的通过通道中内部地执行又在所述电解池外、在所述容器中外部地执行，以及阻止任何泄漏的介质的功能。因为作为在本发明中所实现的冷却动作的结果为电解过程而供应的电能的显著部分被收集在所述热传递介质中，能量恢复变得可行，作为其结果实现了能量节约。
原则上，本发明中所使用的通过通道可具有任何可想到的形状，例如圆形、矩形、梯形等等。本发明特别用于想要气态卤化物的环境中，例如用作用于游泳池或饮用水的消毒剂。
在一个优选实施例中，阴极和阳极的每个组合由当前的池分隔分离，使得冷却功能将总是在热生成的位置执行。优选地使用双极电极。
在一个特定的实施例中，对于存在于所述容器中的热传递介质，理想的是以强制方式通过一通过通道，这可以例如通过放置一个或多个泵来实现。
例如通过改变所述介质的温度和/或循环率，例如借助于强制循环，使用一个或多个泵，存在于所述容器中的热传递介质还可被利用于调节所述电解池封装中的温度以及由此的所述电解过程的温度。因为整个电解单元浸没在所述热传递介质中，气体或电解液泄漏出去的风险也被防止。
本发明的一个特定实施例的特征在于反转元件(reversing element)相邻于电解池封装而设置，该反转元件被提供有下部供应管，用于供应电解液到相邻电解池封装，并且进一步被提供有在其上侧附近设置的收集排放管，用于排放相邻电解池封装中的电解液及在所述电解过程期间形成的气体，用于实现从所述收集排放管到所述供应管的电解液的返回，该反转元件被提供有一个或多个通过通道，用于使所述热传递介质的通过其中，所述通道被如此配置以使在所述电解池外，存在于所述电解池中的电解液与存在于所述容器中的热传递介质之间没有液体接触发生。
在一个特定实施例中，所述非导电池分隔被提供有装置，用于使各个相邻电极电互连而没有经由各个电极金属之间的所述连接或电解腐蚀的两个电解池之间的电解液的任何交换发生。
除此之外，有可能经由一管将在所述电解过程之后要排放的废弃电解液引导通过存在于所述容器中的热传递介质，以便包含在所述电解液中的热能被传递到所述热传递介质。
在以下将参考许多附图来说明本发明，然而所述附图不应理解为构成了对本发明的限制。
图1是当前设备的透视图。
图2是图1的设备的示意性横截面视图。
图3是当前池分隔的示意性表示。
图4是图3的池分隔的示意性表示。
根据图1，串联电连接的压滤器型的两个电解池存在于容器1中，所述容器1包含热传递介质2，例如水；为简单起见，用于供应电解液，例如HCl的元件未在图中示出。应该理解本发明决不受限于这些。阳极14通过半渗透膜6与阴极15分离。阴极15借助于池分隔9与阳极16分离，而阳极16又通过半渗透膜6与阴极17分离。经由收集排放管13、19及用于供应电解液的供应管7和22经过电解池的电解液在阳极经历电解过程，在该过程期间形成氯气，例如，该氯气经由所述阳极室结束于收集排放管19中并且随后经由气体排放管12离开所述设备。由于电解过程，在阴极15、17形成氢气，该氢气源自所述阴极室并且收集在收集排放管13中，在该收集排放管13中发生电解液与氢气之间的分离。从所述收集排放管13，仍然热的电解液可随后经由管24从所述设备排放，所述管24被引导通过所述介质以便实现能量传递。最后，已经在所述电解设备中形成的氢气经由管11排放。为了实现当前设备中的适当电解液流动，优选地使用反转元件4，其被提供有下部供应管，用于将电解液供应到相邻电解池封装，并且其进一步被提供有靠近其上侧设置的收集排放管，用于排放相邻电解封装中的电解液及在所述电解过程期间形成的气体，用于实现从所述收集排放管到所述供应管的电解液的返回。为了能够控制存在于所述反转元件中的电解液的温度，所述反转元件被提供有一个或多个通过通道(未示出)，用于使热传递介质2通过其中，所述通道被如此配置以使在所述电解池外，在存在于所述电解池中的电解液与存在于所述容器中的热传递介质之间没有液体接触发生。
图2是图1的电解设备的示意性侧视图。在图2中借助于箭头来指示所述电解池封装中的电解液的流动，从中显而易见的是，反转元件4设置成使来自收集排放管13、19的液体返回到用于将电解液供应到讨论中的电解池的供应管7和22。
图3是当前池分隔9的实施例的剖视图，其中示意性地示出通过通道20。特别是通过使热传递介质通过通道20，所述通过通道20设置成使温度调节在放热主要发生的位置，即在所述电极表面上进行。图3所示的池分隔9可由两个对称的一半形成，在所述两个一半的一个中(或其每个中)已经打磨出(mill out)通过通道20，之后所述两个一半已被组装以形成包括所述通过通道20的一个单元。通过略微以一角度这样设置所述通道，一旦将端板和电解池的整体浸没在热传递介质中，所述通道将容易地填充以热传递介质。
图4示出池分隔9，其中阳极16设置在其一侧而阴极15设置在另一侧。阳极16和阴极15经由由两种不同金属组成的连接21、23而电互连，所述连接21、23如此设计以使没有两个电解池之间的电解液交换可经由所述连接21、23发生。将从图4中显而易见的是，特别是通过经由一个或多通过通道20使所述热传递介质2通过所述池分隔9，可能需要的任何冷却将发生在放热主要发生的位置，即接近阳极16和阴极15的位置。
Claims (5)
1.一种用于对卤化物化合物执行电解过程的设备，在该设备中几个电解池串联电连接，所述电解池每个包括：池元件(5，8)，提供有下部供应管(7，22)，用于供应电解液，并提供有靠近其上侧设置的收集排放管(13，19)，用于排放电解液和在所述电解过程期间形成的气体；包括阴极(15，17)的阴极室和包括阳极(14，16)的阳极室；以及隔膜或半渗透膜(6)；其中所述电解池已利用偏置在两个端板(3，10)之间被压在一起，使得每个阳极室和每个阴极室与所述供应管及所述收集排放管构造一起构造为一个单元，特征在于：
端板及电解池的组件存在于包含液体、热传递介质(2)的容器(1)中，其中非导电池分隔(9)存在于两个相邻电解池的阴极与阳极之间，除了对应于所述池元件的供应管和收集排放管，所述池分隔还包括一个或多个通过通道(20)，用于使存在于在所述容器中的热传递介质通过其中，所述通道已经在所述池分隔中形成，使得存在于所述通道中的热传递介质不处于电压下，并且在所述电解池外，在存在于所述电解池中的电解液与存在于所述容器中的热传递介质之间没有液体接触发生。
2.根据权利要求1的设备，特征在于反转元件(4)相邻于所述电解池封装而设置，所述反转元件提供有下部供应管，用于将电解液供应到相邻电解池封装，并且进一步提供有靠近其上侧设置的收集排放管，用于排放相邻电解池封装中的电解液及所述电解过程期间所形成的气体，以便实现从所述收集排放管到所述供应管的电解液的返回，所述反转元件被提供有一个或多个通过通道，用于使所述热传递介质通过其中，所述通道被设计成使得在所述电解池外，在存在于所述电解池中的电解液与存在于所述容器中的热传递介质之间没有液体接触发生。
3.根据权利要求1或2的设备，特征在于所述非导电池分隔被提供有一装置，用于电互连各个相邻电极而不发生经由各个电极金属之间的所述连接或电解腐蚀在两个电解池之间的电解液的任何交换。
4.根据权利要求1或2的设备，特征在于所述电解液经由所述容器中的热传递介质中所设置的管(24)从所述设备排放，以便将所述电解液中所包含的热能传递到所述热传递介质。
5.根据权利要求3的设备，特征在于用于从所述设备中排放电解液的管(24)设置在所述容器中的热传递介质中，以便将所述电解液中所包含的热能传递到所述热传递介质。
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