TW494144B - Electrolyser for the production of halogen gases - Google Patents

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494144 A7 B7 五、發明説明（ί ) 本發明僳關於一種從水狀鹼性鹵化物溶液中産生鹵素 氣體的電解槽，它是使用許多並排成一値堆疊（Stack) 且電氣相連之板狀電解電池。每一電池是由兩個導電材 料做成之半外殼（S e m卜S h e 1 1 )所包住，在外殼至少一値 後壁上之外側裝有接觸板（Contact Strips)，該外殼裝 有電池電流及電解液原料之供給器（f e e d e r )，也裝有輸 出電池電流和電解産生物之裝置，以及有兩個電極（陽 極和陰極），每一該電極實質上有一平表面及窗式（louvre) 開口可使電解原料及産生物流過，該電極彼此被一隔板 所隔開，並且被配置成彼此平行並電導性地經由金屬補 強托架而連到各外殼的後壁。 每一個別電解電池被製成為，其每一外殼包含兩個半 外殼，其中包括所有必須裝置包括陽極、陰極與隔板。 這些裝置使用金屬補強托架將其固定，且陽極與陰極是 電氣來接至外殼。如此之板狀電解電池隨後被配置並排 成一個堆疊，彼此電氣連接並彼此在堆疊中托抵著以確 保持續性地接觸。 電池電流經由堆疊電池之外部電池而供給到電池堆疊 。從此處電池電流在經由電池堆疊另一側之外部電池而 輸出之前，被分佈到堆疊板狀電解電池之中心平面而分 佈到所有的電池堆疊。電池電流在堆疊中心平面處可達 到平均電流密度至少為4 KA/in 2。 本申請人了解有此種電解槽在DE 196 41 125 A1中被 提到。在此已知電解槽中，陽極與陰極均由垂直之金屬 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 被以觸從一流電被 觸陽 個底。之 解過們性中 板 板用接池 α 電一而 接住 各之方成 電解它苛程 隔 觸是著電極使次焊 與蓋 成殼下形 酸電，或過 ， 接板沿處陽，入點. 它且 隔外之子 鹽物鉀打解 開 値觸流此個取進由 ，並 分半殼板 、化化蘇電 隔 一接電從整接在是 式， 間一外由 解氯氛性水 所 有該 ◦。到所後件。形度 空每半値 電性及苛在。板 。，觸架佈極而元度板長 之在每各 物鹼銷如。生隔 上壁接托分陰，性密心壁 面裝在到 化 c 化，氣産的 壁後電強被被壁導峰實後 後被佈應 氯槽氯液氫上到 後之做補而會後電尖成値 極器分供 性解如性或極提 之殼池屬S)它之此生計整 電配均而 鹼電，鹼氣電所 殼外電金，側。産設伸 把分平器 如種液狀氯在份-外半解之Γ}極板處被延 板 口更配 ，此溶水如氣部 4 値之電直α/ίΗ陰觸點架邊 直入可分 程用物成體氧言 -半極的垂 入接焊托側。垂一液口 過使化形氣及引 各陰同入彳牆流入在強其度之有解入 解均鹵以素氣被 到及相進強板架進流補且長中 c 電由 電 ，性解鹵氫此 連極之而(-¾隔托先電屬並一殼份使經。之解鹺電及使彼 而陽鄰壁點過強前池金，某外部保可份體電狀被以解份 架一相後觸經補之電直著極半導確料部氣水水而，電部 托每與經接流莨池。垂接陰一電以原殼生性用流液被極 強在保流 ϋ 電垂雷接該緊或每解用解外産鹼使電溶水電 補裝確板金0沿解連 板極 電部電半 或程用鉀， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 494144 A7 B7 五、發明説明（々 種、 一 力 由壓 是 ， 膜質 薄介 。有 膜所 換的 交中 子池 離電 的在 謂料 所材 或該 膜成 薄做 f 1 ίτ 種料 一 材 是性 常孔 通多 交氣過 子為流 離均子 。膜離 性薄的 定些中 穩這場 之 。電 械成讓 機做可 及所但 、物 ， 熱合體 、化液 學氫過 化磺通 持化不 維氟上 能全質 均由實 下常a 度通 ， 溫膜件 及換密 被保形 是確情 膜可多 換為許 交因在 子，。 離的荷 或要負 膜重槭 薄是 ,這 為 〇 一 個 之一 中之 點中 持極 程電 過個 解兩 電少 此r-*.至 這向 0 機 之 小 最 到 受 僅 而 因 定 固 被 板 隔 板 隔件 ,元 中有 抵 許 容 僅 板 隔 及 極 電 所法 保方 確一 是唯 這之 為命 因壽 ，務 値服 一 能 之可 極長 電最 個有 兩可 住丨 , 直 生極 産電 間個 之兩 極與 電板 及隔 板若 隔 ， 在生 會産 應上 反極 學電 化在 ， 會 中體 形氣 情 ， 此一一 的 某別 在特 C 更 間出 空釋 一·被 有極 中電 程從 過會 解物 電化 物催 UL· 戾巨 /Ί 氛則 性否 鹼 ， 在間 ，之 故極 〇 陰 話及 的膜 觸薄 接在 接設 中 解 電 性 鹼 之 水 在 用 被 ο 出 釋 極 陰 鎳 性 釋導 來是 用鎳 間因 之 0 極鎳 電成 與原 板還 隔會 若鎳 〇 化 子氣 例 ， 個話 一 的 另小 是太 活板間 非隔空 從鎳的 會化氣 鎳氧氫 者之放 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隔 或 膜 薄 裝 上 極 電 個ο 1 路少 短至 成在 造 ， 會 中 地程 免過 可 的 不體 故氣 ，生 體産 電在 電 阻於 解用 電適 的也 間此 之 〇 板中 隔之 或Γ) 膜ye 薄la 與 r 極ie 8 Γ 霄 Γ 在ba 束 C ΪΓ ,1 拘 t 被ly 體ro 氣ct 得le 使(Θ 會 層 板障 品 産 及 料 原 解 電 使 可 成 口 設開 被有 是設 它極 8 , 霄 極種 電此 的 。 提過 所流 中地 ^一 1Π 由 弓 自 屬 金 的 ΠΤΓ 擴 板 孔 多 層 界 在 中 解 電 使 \—/ Η 屬 金 薄 的 Π 窗 開 有 或 Η 子 格 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 494144 A7 B7 五、發明説明（4 ) 中形成的氣體可更容易地進入電解電池之後部之隔間， 而儘管電極在電池中是平面配置。 在電解液中的氣泡向上流動主要地會聚集在開口之方 向向下之邊緣上，並且阻塞在鄰近隔板（薄膜）與開口邊 緣之間的部份中。這些氣泡干涉了粒子通過隔板之流動 ,因為阻礙了薄膜交換區域，故它無法被接近而失去活 件。 由由請者創造出減少氣體拘束之電極型式（述於專利 説明DE 44 1 5 1 46 C2)被想出，例如，加入溝槽及孔。 此使得氣體可更容易逃出，並且新電解液可進入電極與 薄膜之間的活性電解阻障層。但是，若超過4 K A / m 2的 電流被施加這種形狀電極時，氣體釋出會增加，並且成 型之電極會達到其最大氣體移動率。 另外，在産生氣體的電解反應中會産生一個分離問題 ,如在氯鹼性電解過程中陽極産生氛氣，或在水之鹼性 電解過程中陽極産生氣氣，即産生的氣體不從電極分離 ，故泡沫會産生。此問題會使電流密度不均勻地分佈， 尤其當電流密度超過4 KA/m 2時。第一，此會限制了活 性電池元件如薄膜，隔板及電極作用層之服務壽命，第 二，電解槽被限制在最大電流密度4 ICA/m 2。起泡沫亦 造成電化學電池中之壓力變化，因為泡沫暫時塞住了電 池中之氣體出口。此出口可由稍徹增加電池中之壓力而 予以吹開。但是此亦會造成了很慢之流動效應以及上述 之壓力變化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7 五、發明説明（上-） 元件之服務壽命，尤其是薄膜會受濃度分佈之影響。 薄膜之服務壽命，例如，在鹼性氯化物電解槽之陽極間 隔中是鹽水溶液濃度均質性之函數。電解液之均質性分 佈可以由使用一外在泵來增加額外循環，或裝一擋板在 電池中以造成密度變化來改善内部循環，這兩種方法來 達成。 本發明的目的在發明一種電解槽，它可在電流密度超 调4 KA / m 2下操作，故可增加氣體在阻障層之釋出，並 可保持薄膜之服務壽命，並使變動維持在最小。 引言中所述之電解槽依照本發明可達成此目的，此可 使陽極及陰極中的窗式開口（louvre-type opening)向 水平而傾斜而達成。 已經被證實，依本發明之電解槽可改善薄膜附近電解 界層之氣體輸送，因而第一次可使電流密度達到8 KA/m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •‘訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 傾邊加減所板例外此 ， 之極沫積動隔，除。少 面電泡體移或中。動減 平在得體緣膜程命流度 水塞使氣邊薄過壽之密 向仍加的極入之務性之 棒與增區電吸物服導物 極們積性著被化之引合 電0^體活沿可氯膜一混 ct/o之電泡液性薄成體 命滾成在氣解鹼長形氣 壽緣造 ，於電在延可 \ 務下後時由的。可故液 服之隨同 α 新中於向解 _ 膜棒。 。壓 了區在方電-7 薄極合象電保性性値得 之電結現中確活要一使 理箸且速池 ，電重向會 合沿撞加電應的之導量 一 體相動 了效間應被含 持氣沫自低入之效泡體 保得泡即降吸極此氣氣 而使的 ，而之電 ，因加 ，斜緣速少生與如 ，增 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7 五、發明説明（t ) 舱産生内部循環此電解液流動速率大到1 0至1 0 0倍。因 而確保了最好之電解均質化。 研究顯示，最佳之結果是窗式開口與水平面之傾斜角 在7 °到1 0 °之間。 本發明較通用之實體中，每一外殼之下側平行於水平 而，而陽極及陰極之窗式開口向每一外殼之下側傾斜。 故，探討的之電解槽與其它已知電解槽比較僅須稍微改 良，S卩僅陽極及陰極必須傾斜，並且邊緣被加工成使該 電極可被安裝。 另外一種方法，每一外殼的下側可向水平面傾斜。與 以前已知外殼相反，探討中的每一外殼可僅須保持向水 平而傾斜。此可自動地使陽極及陰極之窗式開口向水平 而傾斜。 本發明將由下列附圖之肋而更詳細說明之。 第1圓是一個電解槽中配置兩個平行電解電池之剖面。 第2圖是第1圖剖面之透視圖。 第3圖是第1圖一値放大剖面之透梘。 一種從水狀鹼性鹵化物溶液中産生鹵素氣體之電解槽 (1)有很多板狀電解電池（2)配置成並列成一値堆疊並電 力連接，兩個此種電解電池配置成平行顯示在第1圖中 。每一此種電解電池（2 )是包在兩個凸緣頸部之半外殼 (3,4)之中。有一隔板（薄膜）（6)由一襯墊 （5)而被裝 在兩値半外殼之間，可用其它方法去安裝薄膜（6) 很多接觸板（7)可成平行配置在每一電解電池（2)之每 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

494144 A7 B7 五、發明説明（？） 一外殼之後壁（4 A)整値寬度，並且它們可由焊接或其它 方法而固定到各外殼壁（4A)。這些接觸板（7)與相鄰沒 有其自己的接觸板卻有外殼後壁之電解電池（2A)産生電 力接觸。 每一半外殼（3 , 4 )有一平面陽極（8 )或陰極（9 )靠近薄 膜（6)，陽極（8)或陰極（9)被連到補強托架，托架是與 接觸板（7)齊平並且其形式是一種金屬板（10)。這些托 架板（1 0 )是以金屬電導方式沿著其整個側緣（1 〇 A )連到 各個陽極及陰極（8 , 9 )。托架板（1 0 )是其寬度從一個側 緣（1 0 A )向另一個長度與接觸板相同之側緣（1 0 B )逐漸變 小。此使得電解原料可被輸送，且電解産生可被輸出。 相同方法亦可施用到，使兩個托架邊緣（1 0)沿箸接觸板 (7 )整個長度而被固定到接觸板（7 )另一側之外殼後壁 (1 2 A 或 4 A )上。 每一電解電池（2 )設有一個裝置（11 )用來供給電解原 料。同樣，亦設有一個用來輸出電解産生物之裝置，但 未示於圖中。 電極（陽極8及陰極9 )被設計成可電解原料及電解産 物流過。在此點，陽極（8 )及陰極（9 )有窗式開口設計， PJ它們包含有痼別窗式開口之電極棒：此可適用於陽極 (8 )及陰極（9 )，雖然僅有一個電極（8 , 9 )顯示在第2及 3鼷之中。此値別電極棒為8 A , 9 A ,而窗式開口以8 B , 9B表示。本發明一値重要前提是窗式開口（8B, 9B)是向 水平而傾斜，較通常為^^至1 〇 °之間。此角度在第2圖 一 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7 五、發明説明（# ) 中以α表示。 從第2及3圖可看出，電極（8或9 )後面之空間被垂直 板（1 0 )所分隔成幾個部份。已被證實，本發明此種實例 使氣泡由於電極（8Α, 9Α)之傾斜配置而沿著陽極（8)或 陰極（9 )之下緣滾動。這些氣泡然後與仍然塞在電極邊緣 之氣泡相榛並結合。隨後增加氣體體積使得氣泡加速産 生自動加速現象。同時，在電活性區之氣體體積減少而 降低電池電壓。由氣泡沿著電極邊緣移動造成之激增效 應使得新的電解液可被吸入薄膜/隔板（6 )與電極（8 , 9 ) 之間的電活性區。在鹼性氯化物過程中，例如，此效應 之重要性在可延長薄膜之服務壽命。除外，因為所有氣 泡均被引導向一値方向，故可逹成一引導性之流動。此 流動如第2圖之箭頭所示。這種隨後氣體含量的增加使 電解液氣體混合物之密度減少，而導致一値内部循環比 電解液流大1 0到1 0 0次方。此確保了電解之均質性。 電解槽的構造與已知電解槽没有不同。板狀電解電池 (2 )並配置成並列在一個架構稱為電池架構中。板狀電解 電池（2 )被懸吊在兩個上樑之間，其平面且垂直於上樑 軸。板狀電解電池（2 )在兩側之上板邊緣有一懸樑 (cant i 1 eve「ed)式抓持件，使得它們可移轉其重量到上 樑之上密封件。抓持件位在一水平位置（參照電池板之 平而），並延伸超過凸緣頸部之邊線。該抓持件之下邊 緣抵在該懸吊於架構之板狀電解電池之上凸緣頸部。 板狀電解電池（2)懸吊在電池骨架上就像懸吊的卷宗 . -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----II---#1 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 Α7 Β7 五、發明説明（？） 一樣。電解電池之板表面是在電池架構内做機槭及電力 接觸，就像配置在一値堆疊一樣。有此架構形狀之電解 槽被稱為懸吊堆驀構造之電解槽。 使用已知張力裝置來結合並列成懸吊堆疊構造的電解 雷池（2 )，電解電池（2 )經由接觸板（7 )而電力連接到相 鄰堆譽之電解電池。刖電流從接觸板（7 )通過實心板（1 0 ) 流經半外殼而進入陽極（8)。電流在通過薄膜（6)之後被 陰極（9 )所接收，並從此處經實心板（1 0 )流入另一半外 殼，或更正確的說，流入半外殼（3 A )之後壁，從此處 再進入次一電池之接觸板（7 )。依此方式，電池電流由 進入外部電池進入並且從另一側之外部輸出而得以散佈 到整値電解堆疊。 在較不詳細之附圖中，電解電池（2)在其下方有一電解 液入口。電解液可在一單點被供應入電池中，或由所諝 的入口分配器供入。入口分配器是以具有開口之管狀形 式裝在元件中。因為每一半外殼被實心板（1 0 )所切割， 而造成後壁（3A/4A)與電極（8, 9)之連接之故，若兩個 半外殼（3，4)裝有一入口分配器時可獲得最適之濃度分 佈，由此，在半部中之入口分佈器長度相當於半外殼之 寬度，並且每一部份（Segment)經由人口分配器中至少 一個開口而被輸入電解液。又口分配器之開口截面積之 和必須小於或等於技管（in a n i f ο 1 d )之内截面積。 如第1圖所示，兩個半外殼是在凸緣頸部以螺栓鎖住 。而後電池被懸吊或者是放置在一電池架構中（未示）。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7 五、發明説明（π ) 這是在凸緣上設有抓持裝置（未示）之肋而逹成。電解槽 (1)可由單一電池，或通常是許多並列成懸吊堆疊構造 狀之電解電池之組合而組成。若有許多値別電池依照懸 吊堆餐原刖而被推壓在一起，個別電池在張力裝置關起 以前必須棑成平面平行，否則電流從一値電池到下一個 電池的移動不會經由所有的接觸板（7 )而完成。為了使 所有電池在被懸吊或被放置在電池架構中後能排成並列 平行，重要的是使通常空重約為2 1 0公斤的元件們可以 很容易地被移動^此可以使抓持件，卽在電池架構上裝 有的支持表面以及電池軌條（未示）上塗上足夠的被覆而 達成。為了此目的，裝在元件凸緣骨架上的抓持件可襯 合成材料如聚乙烯·聚丙烯、聚氯乙烯、PFA、FEP·、 E/TFE、PVDF、或PTFE鐵弗龍，而電池架構上之支持表 面亦塗上這些合成材料之一種。只要合成材料能堅牢地 被固定的話，可簡單地將合成材料放在溝槽中，或用塞 住，焊接或鎖螺絲均可。兩個合成材料層彼此接觸的事 實表示，在架構中之値別元件可以很容易地被移動，因 而可以人工地排列成並列平行狀，而不須其它舉重裝置 或推舉裝置之肋。元件在電池架構中之可動性使得它們 很容易地以關上張力裝置而被沿著後壁整値區域被置放 。此對均勻的電流分佈是重要的。另外，此亦確保了電 池是與電池架構是電氣絶緣的。 本發明當然不限於附圖所示之設計而已。其它之配置 在不偏離其本想法之下亦有很多可能情形。每一電極（8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 494144 A7 B7

2 , 2 A 3,4. 4A 五、發明説明（ ,9)可在各電解電池（2)中安裝成一個角度，使窗式開口 (8 B , 9 B )以及兩電極（8 , 9 )之電極棒（8 A , 9 A )可如圔所 示傾斜向水平面。另外之方法，整値電解電池可以安排 成一個角度，使每一半外殼之下側斜向水平面，則窗式 開口（ 8 B，9 B )亦會如是傾斜，第2圖及第3圖所述之效 果可達成。 符號之説明 電解槽 ...電解電池 半夕卜殼 後壁 襯墊 薄膜 接觸板 陽極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I.訂 B 9 P 棒開 極式 電窗 -線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ο 11 極屬 陰金 給 供 板 架 托 強綠 補側器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 494144

   年月

   第88 103745號「用於製造鹵素氣體之電解槽」專利案 (91年1月修正） 六申請專利範圍 1. 一種從水狀鹼性鹵化物溶液中產生鹵素氣體之電解槽， 其使用很多板狀電解電池配置成並排爲一個堆疊且電氣 相連，每一電池被兩個由導電材料做成之半外殼包住， 而在至少一個外殼後壁之外側有一接觸板，該外殻裝有 電池電流及電解原料之供給器，具有裝置以排放電池電 流以及電解產物，以及有兩個電極（陽極與陰極），每一 電極有一實質爲平表面及可使電解原料及產生物流過之 窗式開口，該電極彼此被一隔板所隔開，並被配置成彼 此平行，並且經由金屬補強托架而電導性地連到各個外 殼之後壁， 其特徵爲， 陽極（8)及陰極（9)之窗式開口（8B，9 B)是以介於7°至 10°之間的角度朝向水平面而傾斜。 2. 如申請專利範圍第1項之電解槽，其中 每一外殻（3，4)之下側是平行於水平面，而且陽極（8) 及陰極（9)中之窗式開口（8 B，9B)亦傾斜向每一外殻之下 側。 3·如申請專利範圍第1項之電解槽，其中 每一外殼（3，4)之下側是傾斜向水平面。