具有弹性保持元件的电解槽的制作方法

具有弹性保持元件的电解槽
[0001]
电解槽
[0002]
本发明涉及电解槽(electrolysis cell)，该电解槽包括通过离子交换膜彼此分开的阳极室和阴极室，其中，该电解槽还包括阳极、气体扩散电极和阴极电流分配器，其中，阳极、离子交换膜、气体扩散电极和阴极电流分配器均以所陈述的顺序彼此直接触摸接触，并且其中，弹性保持元件布置在阳极的另一侧和/或阴极电流分配器的另一侧，该弹性保持元件在阳极和/或阴极电流分配器上施加接触压力。
[0003]
本发明特别涉及根据odc技术来操作的具有去极化氧阴极(oxygen-depolarized cathode)的电解装置中的电解槽。在通过氯碱电解或盐酸电解生产氯的过程中可以如目前常规的那样，根据以下方程式在阳极处形成所需的主产物氯：
[0004]
2cl-→
cl
2
+2e-[0005]
根据以下在阴极处形成作为副产物的氢：
[0006]
4h
2
o+4e-→
2h
2
+4oh-[0007]
或者，在盐酸电解的情况下：
[0008]
2h
+
+2e-→
h
2
[0009]
通过使用气体扩散电极和氧气作为附加反应组分，在盐酸电解的情况下发生以下反应：
[0010]
2h
+
+1/2o
2
+2e-→
2h
2
o
[0011]
本发明特别涉及根据上面再现的方程式的具有去极化氧阴极(oxygen-depolarized cathode，odc)的用于盐酸电解的电解槽。在这种hcl-odc技术中，迄今为止，电解装置通常被设计成在阳极电极与膜之间具有限定的间隙，由于过程压力，该间隙抵靠去极化氧阴极。由于槽的所有内部部件在形式上都是刚性的，所以将它们的公差设计成用于产生间隙，以避免过度挤压。
[0012]
根据nacl技术(氯碱电解)已知用于实现所谓的“零间隙”配置的各种设计，在这些设计中，阳极电极和阴极电极与膜直接接触。这些构思利用在刚性镍部件与柔性镍部件之间通过触摸接触进行电流传输来操作。然而，由于hcl-odc槽中的腐蚀性条件，该原理不可移植至这种类型的槽。因此，在这种类型的槽中使用钛合金，该钛合金在与介质接触时形成致密的氧化物层，从而产生对介质的抵抗性。然而，该氧化物层具有绝缘效果，使得触摸接触在此将随着时间而失效。
[0013]
在零间隙配置的情况下，主要可以期望元件能在较低的操作电压下以相同的电流密度来进行操作。此外，在阳极侧hcl浓度较低的情况下，预计槽的工作电压将比常规设计的情况下增加得更少，因为在零间隙配置中，介质的电导率的影响起到较小的作用。
[0014]
根据wo 03/014419 a2已知用于电化学生产氯的电解槽，在该电解槽中，阳极、阳离子交换膜、气体扩散电极和集电器被弹性地保持在一起，使得在各个部件之间没有间隙。通过将集电器弹性地固定至阴极框架或将阳极弹性地固定至阳极框架来实现弹性内聚。由此使用以下保持元件：所述保持元件被配置成弹簧元件并且例如在后壁与集电器之间的阴极室中延伸。使用以下螺旋弹簧：所述螺旋弹簧一方面在一端处经由z形轮廓件紧固至后
壁，另一方面在它们的另一端处在它们的轴向方向上对集电器施加压力。这些螺旋弹簧以它们的轴向方向在电解槽的横向方向上延伸，也就是说在垂直于电极的平面的方向上延伸。
[0015]
在us 2009/0050472 a1中描述了具有通过离子交换膜彼此分开的阳极室和阴极室的电解槽，其中，电解槽还包括气体扩散电极。电解槽中各个结构元件的布置使得阳极后面是离子交换膜，然后是渗滤器，然后是阴极、弹性集电器和阴极后壁。电解槽是具有去极化氧阴极的氯-碱槽。这里使用的弹性集电器由一种类型的镍垫构成。可替选地，可以使用具有梳状布置的弹性弹簧接头或具有固定在一侧的突出弹簧板的集电器，该突出弹簧板推抵阴极或阳极并将它们压靠在离子交换膜上。
[0016]
de 10 2007 042 171 a1描述了电解槽，在该电解槽中，在阳极侧提供了由可气动膨胀的接触管形成的气动接触机构。这些接触管连接至气动系统，并且膨胀至接触所需的程度。接触管由硅橡胶构成，因此不导电。接触压力借助于加压的辅助介质来生成。这样的接触管没有由至少部分地通过接触压力而可塑性变形的材料构成。
[0017]
本发明的根本问题在于提供一种具有开始时提到的一般类型的特征的电解槽，在该电解槽中，确保了离子交换膜对去极化氧阴极的有效机械接触压力，以便产生零间隙配置。
[0018]
上述问题的解决方案产生了一种具有权利要求1的特征的在开始时提到的类型的电解槽。
[0019]
根据本发明，提供了：弹性保持元件包括轴线定向在电解槽的高度方向或纵向方向上的环形元件或至少一个管状部分。因此，根据本发明的解决方案与上述现有技术有很大的不同，因为在现有技术中使用了以下弹性保持元件：其设计类似于螺旋弹簧，并且以它们的轴线在电解槽的横向方向上延伸的方式布置在电解槽中。
[0020]
此外，保持元件，特别是环形元件或其管状部分，在电解槽中除了弹性变形之外，还至少部分地经受塑性变形，并且被配置成具有弹塑性弹性。由于环形元件或管状部分在电解槽中在径向方向上受到压缩载荷，因此由于接触压力而发生这样的塑性变形。上述塑性变形是永久变形，例如通过径向载荷对环形元件的径向压缩。这与现有技术中已知的解决方案不同，在现有技术中使用例如在压缩下暂时变形的螺旋弹簧状元件，但是由于其弹性，当压缩力减小时会发生再次恢复，并因此再次呈现其原始形式。
[0021]
在本申请中限定电解槽在三个相互垂直的空间方向上的范围，使得平行于大部分平面的电极和平面膜的方向被称为纵向方向。垂直于纵向方向的方向，也就是在电解槽中从底端到顶端的同样平行于平面电极的范围的方向，被称为高度方向。横向于电极的方向——也就是说电极和膜的表面法线的方向——且因此横向于纵向方向和高度方向的方向被称为横向方向。
[0022]
因此，根据本发明的电解槽可以具有例如近似四边形的基本形状，其中，电解槽在以上限定的横向方向上的范围通常小于在纵向方向上的范围。此外，在横向方向上，在电解装置中，多个电解槽优选并排或一个接一个串联连接地布置，使得在串联连接中一个槽的阴极室始终接着下一个电解槽的阳极室，其中，在每种情况下离子交换膜布置在第一电解槽的阴极室与下一个相邻电解槽的阳极室之间。
[0023]
根据本发明的问题解决方案的优选的进一步发展提供了弹性保持元件的环形元
件或管状部分布置在阳极和阴极电流分配器之间使得它们在径向方向上受到压缩。这意味着在根据本发明的解决方案中，环形元件的径向方向对应于电解槽的横向方向，也就是说，离子交换膜对去极化氧阴极的接触压力的方向是期望的方向。因此，环形元件或管状部分在其径向方向上是柔性的。通过环形元件或管状部分在其径向方向上的偏转生成平面膜/电极结构的接触压力，其中，实现了电极在朝向室的后壁的方向上的位移，而没有同时的横向位移，因为后者将引起损坏膜的风险。
[0024]
然而，在本发明的范围内，作为其替代方案，还可以将电解槽中的弹性保持元件布置在阳极室和/或阴极室中，使得它们的轴线不是在高度方向上而是在电解槽的纵向方向上延伸。在这种情况下，优选地配置成具有弹塑性弹性的保持元件也将在径向方向上受到压缩载荷。
[0025]
根据本发明的进一步发展，在电解槽中，除了弹性变形之外，保持元件的环形元件或管状部分还可以至少部分地由于接触压力而发生塑性变形。塑性变形在此理解为材料的永久变形，在该变形中，作用在材料中的应力超过材料的屈服极限(yield limit)或0.2％弹性极限。在这种情况下，根据本发明的保持元件表现出弹塑性行为。因此，在本申请中在下文中也使用弹塑性保持元件和弹塑性环形元件的表述。环形元件或管状部分通过在其径向方向上的弹塑性偏转来实现平面膜/电极结构的接触压力。这意味着，当电解槽被拆卸时，然后可以确定环形元件或管状部分也永久地轻微变形，然而，这可以可选地通过机械校正，也就是说，例如通过在车间中的矫直操作来进行再次校正，使得电解槽中的环形元件或管状部分的塑化再次成为可能。
[0026]
由于环形元件或管状部分的塑性变形，至少部分地有效地防止了膜的过度挤压。由于在超过最大限制力之前发生了永久变形，环形元件或管状部分仅能施加一定的最大限制力。
[0027]
弹性保持元件包括环形元件或至少一个管状部分，所述环形元件或至少一个管状部分在电解槽中除了弹性变形之外还至少部分地经历塑性变形，并且被配置成具有弹塑性弹性。
[0028]
根据本发明的优选的进一步发展，弹塑性弹性的保持元件例如可以具有彼此平行地布置的、彼此间隔的、彼此连接的多个环形元件。例如，环形元件可以使用在垂直于环形元件的平面的方向上延伸的腹板(web)连接在一起。这样的腹板允许保持元件在组装电解槽时具有更好的可加工性，因为柔性保持元件然后可以例如借助于激光不间断地焊接至阳极室或阴极室的后壁和/或焊接至阳极或阴极。否则，将需要在设备方面的额外费用。
[0029]
根据本发明的保持元件的环形结构具有进一步的优点，即它允许电解槽的附件，例如出口管，安装在由环形元件形成的环形空间中，例如大致同心地安装在环形元件的中间。
[0030]
根据本发明的优选的进一步发展，环形元件具有不同于圆形形状的椭圆形横截面。特别的是，如果环形元件具有不同于圆形形状的横截面并且在周界上两个彼此相对的区域中变平则是有利的。这样的对称横截面确保电极(阳极或阴极)仅在垂直于电极表面的方向上移位，也就是说在电解槽的横向方向上移位。椭圆形或具有大的半径的形状还确保均匀变形。特别是在塑性变形的情况下，其他几何形状，例如菱形形状，可能会导致顶点中的材料相当多的塑化。这将促进裂纹形成，且然后，结构的机械矫直可能会导致弹性结构的
损坏。
[0031]
本发明的优选的进一步发展提供了弹性保持元件焊接至电解槽的至少一个相邻的结构元件，尤其是焊接至阳极和/或电解槽的后壁。焊接建立了柔性保持元件与室的后壁和电极(特别是阳极)之间的接触，由此确保了最佳的低损耗电流传输。由于接触面积增加，环形元件在周界上的两个相对侧的变平横截面改善了这种接触。焊接例如可以经由在保持元件的竖直方向(电解槽的高度方向)上延伸的激光焊缝来实现。
[0032]
当使用具有两个或更多个彼此间隔开的环形元件并经由相对于环形元件在垂直方向上延伸的腹板连接在一起的保持元件时，在各个环形元件之间形成自由空间，该自由空间允许电解槽的操作介质流过保持元件，由此实现有效的冷却并保持低的欧姆电压损耗。
[0033]
本发明的替代实施方式涉及具有一个或更多个管状部分的保持元件。在横截面中，这些至少在一些区域中呈管状形式的保持元件可以是例如多边形形状的。特别地是，为了确保较低的材料要求，菱形形状是有利的。多边形几何形状在横截面上也优选是对称的或双重对称的，以便在可能的情况下获得垂直于膜表面的变形。如果选择菱形形状横截面用于管状部分，那么保持元件优选地以如下方式布置在电解槽的室之一中：即菱形的对角线之一大致在电极的平面布置的表面法线的方向上延伸。
[0034]
为了在具有管状部分的变型的情况下实现减小的刚度或期望的塑性变形以便最小化在膜和电极布置上的压力，在管状部分中设置通孔，所述通孔例如可以以行和/或例如平行于管状部分的轴线延伸来布置。例如，这些通孔可以是近似槽状的。构成管状部分的材料被通孔削弱，并且保持元件的塑性变形性因此增加。
[0035]
原则上，可以在电解槽的阳极侧和阴极侧使用根据本发明的保持元件。然而，在本发明的范围内已经发现，由于通常的压差和更好的结构冷却，在阳极侧使用它们是特别有利的。电阻略微增加导致热量的生成，并且可以通过阳极侧的介质冷却来消散该热量。由于设置的出口尺寸，阳极室的安装高度大于阴极室的安装高度。作为结果，在阳极室中弹性保持元件的更大的径向范围是可能的，这降低了它们的刚度。
[0036]
迄今为止，根据现有技术，已经确保了膜通过阳极侧的例如约200mbar的超压(overpressure)而抵靠去极化氧阴极。当根据本发明机械地产生零间隙配置时，可以可选地降低该超压。这潜在地导致阴极侧的氯漂移较低。这可以对例如腐蚀情况(冷凝物中较低的hcl浓度)具有积极的影响。此外，阴极室中的绝对压力可以因此升高至阳极室的绝对压力。在wo 03/014419 a2中，描述了在去极化氧阴极处增加的氧压力降低了电解槽的操作电压。
[0037]
在本发明的范围内，使用相对薄的金属板材料来制造保持元件是有利的。特别地，如果环形元件和/或将环形元件连接在一起的腹板由具有以下材料厚度的金属板条制成，则是有利的：该金属板条具有小于一毫米的材料厚度，优选地具有小于0.8mm且大于0.4mm的材料厚度，例如在从大约0.5mm至大约0.7mm的范围内。由此在现有的安装空间中实现了期望的弹性。为了在使用薄金属板时保持增加的欧姆压降为低，保持元件中的电流路径也应该保持为低。另一方面，推荐一定的最小材料厚度，以便确保足够的横截面来用于低损耗电力传输。
[0038]
根据本发明的优选的进一步发展，电解槽包括在电解槽的纵向方向上彼此间隔布
置的至少两个弹塑性弹性保持元件。这对于在较大表面区域中实现包含离子交换膜、去极化氧阴极和阳极的平面结构的均匀接触压力是有利的。
[0039]
根据本发明，弹性保持元件优选地至少部分地由金属材料制成，特别是由钛材料制成。钛材料理解为钛或钛合金。然而，由于存在由操作介质引起的钛材料的钝化，因此推荐通过物质-物质结合(substance-to-substance bond)将弹性保持元件连接至相邻部件。因此，焊接连接至相邻部件是优选的。
[0040]
然而，也可以使用用于电解槽中的具有足够导电性的其他材料。这样的材料特别是具有小于100欧姆mm
2
/m的电阻率的导电材料。尤其是，对于hcl电解以外的应用领域中的电解，这样的材料可以是例如镍或石墨。在hcl电解的应用领域中，例如可以使用钽、铌或石墨。
[0041]
在根据本发明的类型的电解槽中，支撑结构优选地布置在阴极室中，该支撑结构包括在电解槽的横向方向上延伸的至少两个z形轮廓件，优选地是在电解槽的纵向方向上彼此间隔地布置的多个这样的z形轮廓件。当使用这样的具有z形轮廓件的支撑结构时，根据本发明的问题解决方案的优选结构形式，有利的是，弹塑性弹性保持元件布置在阳极室中，并且在每种情况下布置成使得：当沿电解槽的纵向方向看时，弹性保持元件均相对于z形轮廓件偏移地布置。基于阴极室中两个z形轮廓件的相应间隔，保持元件的近似中心偏移是特别有利的。作为结果，电极的弯曲弹性也可以用于在尽可能大的表面部分上实现零间隙配置，且避免对保持元件与z形轮廓件之间的接触区域中的膜的损坏。
[0042]
根据本发明的优选的进一步发展，如果当在电解槽的高度方向上看时，至少两个保持元件布置成一个在另一个之上沿轴向延伸，则更为有利。优选地，至少三个保持元件布置成一个在另一个之上沿轴向延伸。以这种方式，可以在电极的主要部分或理想地在整个高度上实现接触压力和支撑。
[0043]
在本发明范围内的测试中，最初在接通电源后不久，在测试槽中测量到例如在5ka/m
2
处为1.30v的槽电压。在延长的运行时间之后，可以测量到在5ka/m
2
处为1.25v的进一步降低的操作电压。因此，当使用根据本发明的保持元件时，可以实现在100mv至150mv或更高的范围内电压降低。与迄今常规的5ka/m
2
处的1.4v槽电压相比，这相当于将能量消耗降低约7.1％至10.7％。
[0044]
在上述弹性保持元件的原型上的弹簧刚度的机械测试中，在弹簧偏转2.5mm的情况下实现了大约100mbar的膜载荷。
[0045]
本发明还提供一种在电解槽中使用的弹性保持元件，用于在包括至少两个电极和离子交换膜的平面结构上生成接触压力，其中，保持元件被配置成具有弹塑性弹性。
[0046]
优选地，上述弹性保持元件包括多个环形元件，所述多个环形元件彼此平行且彼此相距一定距离布置，并且连接在一起，或者该弹性保持元件包括至少一个管状部分。
[0047]
优选地，在具有环形元件的上述弹性保持元件的变型中，环形元件还经由在与环形元件的平面垂直的方向上延伸的腹板连接在一起。
[0048]
优选地，在具有管状部分的保持元件的变型中，这些部分设置有用于降低它们的刚度的通孔。
[0049]
这样的弹性保持元件还优选具有在解释根据本发明的电解槽时的上述描述中提到的一个或更多个特征。
[0050]
本发明还提供包括至少一个保持元件的电解槽，所述保持元件被配置成具有含有上述特征的弹塑性弹性。
[0051]
本发明还提供包括至少一个电解槽的电解装置，所述电解槽具有包含上述特征的至少一个弹性保持元件。
[0052]
优选地，本发明提供包括至少两个具有上述特征的电解槽的电解装置，优选地包括更大数量的电解槽的电解装置，在每种情况下所述电解槽在它们的横向方向上以并排的电解槽的布置串联连接，其中，在每种情况下，一个电解槽的阴极室之后是相邻电解槽的阳极室。这样的布置也被称为背靠背布置堆叠的单槽，或者也被称为双极式或滤压式。
[0053]
下面将参照附图通过示例性实施方式更详细地解释本发明，在附图中：
[0054]
图1是根据本发明的电解槽的示例的示意性简化视图；
[0055]
图2示出了图1的电解槽的放大的垂直截面；
[0056]
图3示出了图1的电解槽的放大的水平截面；
[0057]
图4是根据本发明的示例性变型的弹性保持元件的平面图；
[0058]
图5是根据图4的弹性保持元件的侧视图；
[0059]
图6是根据图5的弹性保持元件的横截面的视图；
[0060]
图7示出了根据图4至图6的弹性保持元件的改型；
[0061]
图8示出了电解装置中多个单槽的布置的示例；
[0062]
图8a是图8的细节的放大详细视图；
[0063]
图9是示出了根据本发明的弹塑性弹性保持元件的依赖于弹簧偏转的平均接触压力的力/路径图；
[0064]
图10示出了具有根据本发明的替选变型的保持元件的示例的电解槽的水平截面；
[0065]
图11是用于根据图10的电解槽的变型中的保持元件的侧视图；
[0066]
图12是图11的保持元件的透视图。
[0067]
下面将首先参照图1至图3更详细地说明根据本发明的电解槽10的基本结构。图1是从阴极侧所见的电解槽的视图，但是其中，为了清楚起见，未示出电极本身。在侧视图中，电解槽10原则上具有近似矩形的轮廓。在电解装置中，图1所示类型的大量元件(电解槽10)通常彼此组合在一个块中。由此，多个电解槽可以以已知的方式以双极布置串联连接在一起，其中，相邻的单槽背靠背堆叠。在这种结构形式中，从阳极到阴极的距离被最小化，其中，在常规的结构形式中，通过刚性部件的适当的公差来确保在电极与膜之间仅存在最小的间隙，从而排除对膜的损坏。在常规槽的情况下，这被称为“有限间隙槽”。通过改变根据本发明的设计并引入弹塑性部件，获得“零间隙槽”，也就是说，阳极和阴极仅通过离子交换膜彼此分开。图8中示出了这种形式的串联的多个槽的布置，并且将在下面参照该附图进行更详细的解释。由于形成实际阴极电极的气体扩散电极和在其上布置气体扩散电极的平面丝网在图1中未示出，因此可以看到阴极侧的支撑结构11。
[0068]
根据图3的详细图示可以清楚地看到阴极侧的该刚性支撑结构11的更多细节。可以看出，在此在阴极侧布置有多个z形轮廓件12，在每种情况下，在电解槽10的纵向方向上彼此间隔一定距离，其中，“z”的较长的腿在每种情况下在电解槽的横向方向上延伸，并因此朝向阳极侧。纵向方向是指在根据图1的附图中从右到左的、电解槽10的矩形轮廓中的较大(水平)范围的方向。在图1的附图中，电解槽的矩形轮廓中从底部到顶部的较小(垂直)范
围的方向被限定为高度方向。电解槽垂直于图1中的平面的延展方向被称为横向方向。“z”的两个较短端腿大致垂直于“z”的较长的腿来延伸，因此在电解槽的纵向方向上延伸，并且通常被焊接至在纵向方向上延伸的另外的支撑结构。如图3所示，“z”的位于外侧的较短端腿例如通过焊接来连接至在本申请中称为电流分配器13的阴极。在这种类型的电解槽中，实际的阴极由去极化氧电极形成，因此阴极在此称为电流分配器。
[0069]
图3中同样示出了阳极14。管状阳极液体入口15在图3中位于图的右手侧。阳极液体出口16向下延伸并可在图2中看到。阴极气体入口18a——经由该入口可以供应例如高纯度氧或至少供应富氧气体——在图3中位于左手侧，且因此当在电解槽10的纵向方向上看时，其位于与阳极液体入口15相对的一侧。用于所形成的冷凝物的阴极液体出口19可以在图2中电解槽10的底侧看到。阴极气体出口18b——与气体入口一样——可以在图1中在阴极室的平面图中看到。
[0070]
在图3中还可以看到位于阳极室中的根据本发明的弹性保持元件30，其功能将在下面参照图4至图7更详细地解释。这些弹性保持元件30以其轴线在电解槽的高度方向上延伸的方式布置在电解槽10中。弹性保持元件在横截面上具有两侧略微变平的近似椭圆环形形状，并且以如下方式定位于电解槽10中：即，在周界上的彼此相对的略微变平的区域在一侧抵靠阳极14，并且在另一侧抵靠阳极后壁17。因此，保持元件30将阳极14压靠在膜上(也见图8)，并且在另一侧受到包括z形轮廓件12的阴极室的支撑结构的作用。然而，如图3所示，保持元件30并非精确地位于z形轮廓件12所处的位置，而是当在槽的纵向方向上看时，在每种情况下都相对于z形轮廓件12偏移，使得当在纵向方向上看时，保持元件30在每种情况下优选地大致居中地位于两个z形轮廓件12之间。
[0071]
在图2中，如图3所示，可以看到电解槽10的周界框架20，该框架能够可释放地连接至其他结构元件，并且其特别地用于将元件相对于彼此而密封。为此，框架例如为实心钢材料的形式，以便最佳地支撑阳极室和阴极室的凸缘表面。相对于夹紧的膜来密封元件的密封件优选地放置在凸缘表面上。用于密封槽堆叠所需的力显著大于使根据本发明的优选地弹塑性部件变形所需的力。
[0072]
在图2中，还可以看到阳极室中的上述弹性保持元件30，其中，在每种情况下环形元件31在这里是可见的。在示例性实施方式中，阳极室在电解槽10的宽度方向(横向方向)上具有比阴极室稍大的范围。阴极室中的支撑结构的z形轮廓件12中的一个的较长腿还可以在图2中看到。
[0073]
下面将参照图4至图7，并且将借助于这些附图更详细地解释根据本发明的保持元件30的示例的结构。在电解槽中的安装状态下也部分地塑性变形的弹性保持元件30包括多个环形元件31，这些环形元件31彼此平行地定向并且彼此间隔开，并且如从根据图6的横截面图中可看到的，环形元件的轮廓不是圆形的，而是在周界上彼此相对的两个区域32的每一个中具有略微变平的形状，且因此，整体上是近似椭圆形的。这些环形元件31，与弹性保持元件30整体上一样，可以由具有例如小于1mm的材料厚度的金属板条制成。保持元件30的所有环形元件31在每种情况下经由两个腹板33、34连接在一起，其中，腹板33、34各自在轴线平行方向上延伸，也就是说，在保持元件的纵向方向上延伸。腹板33、34的这种轴线平行延伸在每种情况下相应地大致垂直于环形元件31的周界方向。从根据图6的截面图中可以看出，基于单个环形元件31的两个腹板33、34在周界上彼此相对地定位，其中，腹板33、34在
每种情况下都位于在环形元件31具有变平区域32的位置处。
[0074]
图7示出了上述保持元件30的可能的改型或示例性坯料，其中根据本发明的保持元件弯曲成在两侧变平的筒状形式，如图6所示。在此可以看到形成多个平行环形元件31的金属板条，以及在纵向方向或轴向方向上延伸的两个腹板33中的一个。在根据图7的坯料中，在每个边缘处设置第二腹板的一半，使得在其已经弯曲成筒状形状之后，两个半体34a、34b可以接合在一起，然后形成第二腹板34。
[0075]
下面将参照图8和图8a更详细地描述具有串联连接的上述类型的多个电解槽的电解装置的示例的结构和功能。在附图中，通过举例的方式示出了以背靠背布置方式串联连接的四个电解槽10，电解槽10以这样的方式布置：即它们在上述的它们的横向方向上一个位于另一个后面，使得阳极室和阴极室总是交替，其中，在每种情况下离子交换膜23布置在两个相邻电解槽10的阴极室21与阳极室22之间。通过弯曲箭头24以示意性简化的形式在图8中示出了通过电解槽的布置的电流流动，其中，电流流动实际上发生在整个电极表面上。
[0076]
在根据图8a的更详细的表示中，可以看到布置的进一步细节。在平面图中可以看到位于阳极室22中的弹性保持元件30中的一个，其具有变平的环形结构。当在布置的横向方向上看时，从顶部起的第二电解槽开始到最顶部的第一电解槽，各个结构元件以如下顺序定位：从顶部起的第二电解槽的阳极14、离子交换膜23、气体扩散电极(odc或去极化氧阴极)24和阴极电流分配器13(其属于最顶部的第一电解槽)。然后，在串联连接的多个电解槽的布置中以该方式继续所述顺序。在图8a中可以看出，弹性保持元件30相应地通过它们的环形元件31支撑阳极14，并抵靠离子交换膜23，其中，离子交换膜又紧密地抵靠气体扩散电极24，气体扩散电极24又紧密地抵靠相邻电解槽的阴极电流分配器13，阴极电流分配器13具有作为支撑结构的z形轮廓件12。在附图中，在每种情况下在阳极14、离子交换膜23和气体扩散电极24之间示出了距离，但这仅用于改进附图中的表示，也就是说，附图几乎是局部分解的表示。实际上，目标是使阳极、离子交换膜、气体扩散电极和阴极电流分配器彼此紧密地抵靠(在彼此上)，从而获得所谓的“零间隙”配置。这个目的通过根据本发明的保持元件30来辅助，因为由于它们的弹塑性弹簧力和它们在一定程度上塑性变形的能力，它们将阳极压靠在气体扩散电极和该布置另外的平面元件上，从而防止在其间形成间隙。
[0077]
因此，保持元件30在阳极室中布置成使得：它们的轴线在电解槽的高度方向上延伸，使得经由弹性且可变形的环形元件31的挤压几乎在其径向方向上发生，而不是例如在螺旋弹簧的情况下经由弹簧效应在弹簧的轴向方向上发生。
[0078]
图9示出了力/路径图，其示出了依赖于以mm为单位的环形元件的弹簧偏转的、基于电极表面的以mbar为单位的平均接触压力，该平均接触压力由根据本发明的弹塑性弹性保持元件施加在膜上。在图中记录了两条曲线。顶部曲线35是根据对具有0.6mm材料厚度的钛板环形元件的测量获得的。底部曲线36是根据对具有仅0.5mm的较小材料厚度的环形元件的测量获得的。可以看出，在两个曲线的情况下，接触压力随着弹簧偏转的增加而越来越小地增加，从而获得了与水平方向的渐进近似，并且因此不会超过接触压力的特定限制值，因为环形元件预先以塑性变形作出反应。该限制值在具有较小材料厚度的金属板的环形元件情况下比在具有较大材料厚度的环形元件的情况下更低(曲线35)。
[0079]
下面将参照图10至图12说明本发明的替选实施方式变型。图10是与上面参照图3已经说明的电解槽类似的水平剖视图，因此这里不再说明类似的部件。然而，在根据图10的
示例性实施方式的该变型中，保持元件具有不同的形式，这里保持元件由附图标记40表示。如上所述，这些保持元件40可以布置在阳极14与阳极后壁17之间的阳极室中使得：它们在平面电极结构上施加接触压力，其中，保持元件是柔性的并且在阳极室的横向方向上——也就是说，保持元件在电极的平面布置的表面法线的方向上——以一定程度上是可塑性变形的。在该变型中，保持元件40具有多边形的、例如近似菱形形状的横截面，并且优选地沿菱形的对角线之一的方向被加载。在该变型中，保持元件40也可以例如由钛、镍或上述其他材料之一的金属板材料构成。
[0080]
根据分别示出保持元件的侧视图和透视图的图11和图12，保持元件40的菱形形状的更多细节将变得明显。可以看出，保持元件40至少在一些区域具有横截面为近似菱形形状的细长管状形式，其中，它们在安装状态下的轴向范围对应于电解槽的高度方向(也参见图10)。为了在安装状态下实现柔性和可选地特定塑性变形，保持元件40在其形成管状部分的壁41中具有多个通孔42或穿孔，该通孔42或穿孔例如为槽状形式并且可以成排地、特别是多排地布置，在保持元件的纵向方向上延伸。另外的管状保持元件40被通孔42稍微削弱，使得其刚度降低并且实现了在横向方向(对角线方向)上所期望的柔性。在图10中，可以看出横截面的菱形形状在抵靠阳极14的角部区域和相对的角部区域中具有略微变平部分43，类似于上面参照图3所描述的变型中的变平区域32。
[0081]
附图标记列表
[0082]
10
ꢀꢀ
电解槽
[0083]
11
ꢀꢀ
支撑结构
[0084]
12
ꢀꢀ
z形轮廓件
[0085]
13
ꢀꢀ
电流分配器
[0086]
14
ꢀꢀ
阳极
[0087]
15
ꢀꢀ
阳极液体入口
[0088]
16
ꢀꢀ
阳极液体出口
[0089]
17
ꢀꢀ
阳极后壁
[0090]
18a
ꢀꢀ
阴极气体入口
[0091]
18b
ꢀꢀ
阴极气体出口
[0092]
19
ꢀꢀ
阴极液体出口
[0093]
20
ꢀꢀ
周界框架
[0094]
21
ꢀꢀ
阴极室
[0095]
22
ꢀꢀ
阳极室
[0096]
23
ꢀꢀ
离子交换膜
[0097]
24
ꢀꢀ
电流流动的箭头
[0098]
30
ꢀꢀ
弹性保持元件
[0099]
31
ꢀꢀ
环形元件
[0100]
32
ꢀꢀ
变平区域
[0101]
33
ꢀꢀ
轴向腹板
[0102]
34
ꢀꢀ
轴向腹板
[0103]
35
ꢀꢀ
顶部曲线
[0104]
36
ꢀꢀ
底部曲线
[0105]
40
ꢀꢀ
弹性保持元件
[0106]
41
ꢀꢀ
保持元件的壁、管状部分
[0107]
42
ꢀꢀ
通孔
[0108]
43
ꢀꢀ
变平部分