CN101463486B

CN101463486B - 在电解设备中支撑电极的装置

Info

Publication number: CN101463486B
Application number: CN2008101878874A
Authority: CN
Inventors: J-P·莫米
Original assignee: SNECMA Propulsion Solide SA
Current assignee: Ou Annuoxunhuan
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: DE102008062394A1; US20090159437A1; RU2481419C2; DE102008062394B4; FR2925531A1; RU2008149913A; CN101463486A; US8012320B2; CH698285A2; FR2925531B1

Abstract

本发明涉及一种在电解设备中支撑电极的装置，所述支撑装置包括具有固定于其上的电极的母线，所述电极置于所述母线的任何一侧、并且竖直地在所述母线以下延伸，所述母线和所述电极被设计为至少一部分浸在释放出一种或者多种腐蚀性气体物质的电解液中。所述支撑装置进一步包括位于所述母线之下的炭/炭材料的保护元件，所述保护元件具有不小于所述母线的长度和宽度的长度和宽度。

Description

在电解设备中支撑电极的装置

技术领域

本发明涉及电解槽或电解设备的领域。

背景技术

图1是用于制造氟的电解设备100的视图。设备100包括液体池101，所述液体池101包含例如氢氟酸溶液(HF)的电解液102，以及具有两组(series)浸入其中的电极，即第一组的阴极103和第二组的阳极104。阳极104固定且电性连接到母线(busbar)105的每一侧。母线105用作电极104的支撑装置以及电极104的电解液电流的分配器。众所周之的方式是，母线105通过置于牙条(threaded rod)107中的导体106连接到直流(DC)发电机(图中未示出)的正极端子，而阴极103连接到发电机的负极端子。阳极104在母线105的每一侧纵向分布，并且突出母线的底面105a。

图2显示了在运行中的电解设备110，即当电极103、104浸入电解液中，以及通过DC发电机供电。当电解液由氢氟酸组成时，例如电解导致在阳极104释放出气态氟的气泡108，并且在阴极103释放出氢的气泡109。这两种气体物质的气泡上升到电解液的表面以及在电解设备100的顶部通过独立的导管(在图中未示出)收集。

气态氟的气泡108在电解时接触电解设备而引起设备元件的腐蚀与侵蚀。根据其化学性质，气泡108具有很强的腐蚀性，并且当其上升到电解液表面时，其带来阳极104的腐蚀现象，更具体的说是母线105的腐蚀现象，母线105的下表面105a实际上接收阳极104的内侧壁释放的所有氟气泡，这些气泡然后沿底面105a流动直到其找到到达电解液102的表面的路径。

从而，在任何制造一种或多种腐蚀性气体物质的电解设备中，释放的气体产生的腐蚀和侵蚀使母线和阳极需要被频繁地更换。

为了减轻这个问题，一种方案包括使用石墨制造母线以及还可能制造阳极，石墨是已知的很好的防腐蚀材料。然而，即使相对于通常使用的金属材料而言，石墨确实更好的防止了腐蚀和侵蚀现象，但还是不足以在电解期间防止阳极和首要是母线的损坏。从而，即使由石墨制成，母线还是需要频繁更换。在每一次更换中，电解设备以及由此引起的气体物质的产生必须被停止。从而遭受腐蚀-侵蚀现象的母线带来了电解设备不运行的周期，以及从而需要缩短所述周期进而提高设备的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够保护电解设备的母线免于受到电解过程中释放的气体物质所引起的腐蚀和侵蚀现象、从而增加母线的使用寿命的设计方案。

为此，本发明提供一种在电解设备中支撑电极的装置，所述支撑装置包括具有固定于其上的电极的母线，所述电极置于母线的任何一侧，以及竖直地在所述母线以下延伸，母线和所述电极被设计为至少一部分浸在释放出一种或者多种的腐蚀性气体物质的电解液中。

其中，装置进一步包括位于母线之下的保护元件，其具有不小于母线的长度和宽度的长度和宽度，以及其中所述保护元件由炭/炭材料制成。

从而，通过在母线下面布置炭/炭元件，母线被保护从而在电解过程中免于受到电极释放的腐蚀物质的气泡的腐蚀。由于保护元件至少覆盖母线的底面，其防止上升到电解液的表面的腐蚀物质的气泡接触母线，进而防止上述腐蚀-侵蚀现象导致的损坏。母线的寿命由此得到显著的延长。

此外，保护元件由特别能经受腐蚀-侵蚀现象的炭/炭材料制成。从而在释放出腐蚀性气体的情况下，由母线和保护元件形成的组件比起单独的母线有可能经受更长的腐蚀-侵蚀现象，即使母线由石墨制成。从而，以本发明的电极支撑装置，电解装置被关闭以更换旧的母线的频率比起一般的频率显著地降低。

保护元件可以保持在电极上形成的槽中，或可以通过固定部件固定在母线上。

在本发明的一个方面中，保护元件的与面对母线的面相对的面显示出凹陷的轮廓。该轮廓用于引导电极释放出的腐蚀性气体物质的气泡，将其引导到保护元件的纵向末端。凹面还可以具有朝向保护元件的纵向末端的其中之一的微小倾斜角度，以便将气泡引导到末端。

在本发明的另一个方面中，保护元件包括在其纵向延伸侧上的鳍(fin)，所述鳍在元件的面对母线的一面之上延伸。所述鳍展现出实质上对应于邻近电极对之间留出的间隙的宽度，以及所述鳍彼此分开实质上对应于电极宽度的距离。具有这样的鳍，保护元件也保护暴露于两个电极之间的母线的腰侧。

保护元件可以由单层制成(单层结构)，或者可以由通过重叠部分组装在一起的多个邻近部件而制成。

本发明同样提供包括至少一个上述电极支撑装置的电解设备。

附图说明

参考附图，以及通过作为非限制性示例的本发明的特定实施例的以下描述来说明本发明的其他特征和优点，其中：

图1是电解设备的分解示意图；

图2是组装好并运行的图1的电解设备的截面图；

图3是本发明实施例的电极支撑装置的示意性透视图；

图4是当通过电极释放出腐蚀性物质的气泡时，图3中的电极支撑装置的截面图；

图5是本发明的另一个实施例的电极支撑装置的透视的局部示意图；

图6是本发明的另一个实施例的电极支撑装置的透视的示意图；

图7是当通过电极释放出腐蚀性物质的气泡时，图6中的电极支撑装置的截面图；

图8和9是本发明另一实施例的电极支撑装置的示意性透视图；以及

图10显示了图3中的电极支撑装置的实施例的变体。

具体实施方式

本申请的发明的特别的但是非单一的领域是例如产生诸如氟或者氯的腐蚀性气体物质的电解装置。本发明寻求保护在这样的设备中用作电极的载体的所述母线在通过电极释放出腐蚀性气体物质时免于上述的腐蚀-侵蚀现象。为此目的，本发明提出了使用炭/炭制成的保护元件，其用于将母线与电解过程中释放的腐蚀性气体相隔离。电极支撑装置的实施例使用下文所述的保护元件。

下文描述的每个保护元件是由炭/炭(C/C)复合材料制成，所述炭/炭(C/C)复合材料是以已知方式通过炭基体(carbon matrix)增加密度的碳纤维增强件构成的材料。C/C复合材料显示出很强的防腐蚀与防侵蚀特性。

C/C复合材料制成的部件的制造是众所周知的。通常包括制造形状接近于要制造部件的碳纤维预制件，以及然后以炭基体增加预制件的密度。

纤维预制件构成部件的增强件以及其涉及机械特性的基本功能。预制件从纤维织物得到：纱、丝束(tow)、编织物、织物、毡制品……。成型可以通过以下方式实现：缠绕、编制、堆叠，以及还可能通过缝合织物或丝束组成的片的二维的板(plies)……。

可以通过液体技术(注入作为炭基体的前体的树脂，然后通过交叉结合和高温分解转化树脂，可以重复上述步骤)，或气体技术(炭基体的化学气态渗透)对纤维增强件增加密度。

图3显示了根据本发明的支撑装置10的第一实施例。支撑装置10包括矩形块状的母线11，所述母线11具有顶面11a，底面11b，以及两个侧面11c和11d。在描述的示例中，母线11由铜制成。然而，母线也可以由例如石墨的其他导电材料制成。第一组电极12和第二组电极13分别固定在母线11的侧面11c和11d上。电极12和13沿母线11均匀分布，母线11具有在相邻的一对电极之间的间隙。电极12和13由石墨制成。每个电极都由矩形片构成，该矩形片在母线11的底面11d之下延伸。电极12和13电性连接到母线11，而母线11用于向电极提供用于电解的电流。为此目的，电极可以用保证导电的连接方式固定在母线上。特别是，电极可以通过铜焊接(brazing)或者通过与导电胶接合由母线固定。母线11从而执行电极的载体和向电极传送电解电流的双重功能。

根据本发明，支撑装置包括由C/C复合材料制成的片所构成的保护元件14。保护元件14置于母线11之下，接近其底面11b。更确切的说，保护元件14通过在槽12A和13A中滑入的方式被安置到位，所述槽12A和13A分别形成于电极12和13上。这些槽用于将保护元件保持在母线之下的距离确定的位置。在保护元件和母线之间优选地保留特定的间隙的量，以便于补偿母线的材料(铜或者其他金属)和保护元件的材料(C/C复合材料)之间的不同的膨胀。

保护元件14显示出了在长度和宽度上比母线11略大的尺寸。这样，保护元件形成了朝向母线的整个底面11b的屏障，从而在通过电极释放腐蚀性气体物质时保护母线免于受到腐蚀-侵蚀现象影响。如图4所示，在电解过程中，即当电极12和13浸入电解液16并通以电解电流时，在电极的较低部分释放出腐蚀性物质的气泡15，以及被保护元件14阻止上升，保护元件14在母线的底面11b之前形成屏障。气泡15之后通过穿过保护元件14的边界而被排放到电解液的表面。这样，由于保护元件14的存在，释放出的腐蚀性物质的气泡不再到达母线的底面，从而明显减小了腐蚀现象所造成的影响。

图5显示了本发明的支撑装置20的实施例的变体，其与上文描述的不同点在于：该变体包括通过螺栓25保持在母线21之下以及电极22和23之间的位置的保护元件24。保护元件包括用于穿过螺栓25以及调整元件位置的长圆孔24A，螺栓拧入形成于母线′21上的抽头孔(tapped hole)21A中。

保护元件的用于接收由电极释放的腐蚀性气体物质的气泡的一面可以具有如图3至5所示的平面。然而，如图6所示，保护元件也可以具有凹面形状的表面。更确切的说，像图3中的装置，图6显示了支撑装置30包括保护元件34，所述保护元件34通过分别形成于电极32和33上的槽32A和33A而保持在母线31之下，但是具有形成为凹陷轮廓的底面34A。如图7所示，保护元件的底面34A的凹形用于引导通过电极32释放的腐蚀性气体物质的气泡35，将气泡35引导向保护元件34的纵向末端。这样降低了通过电极32或33之间留下的间隙所逃逸的气泡35的量，从而更好地保护了在间隙中暴露的母线的腰侧。保护元件的底面的凹面也可以具有小的斜度，从而更好地引导气泡朝向保护元件的一个纵向末端。

图8和9显示了本发明的支撑装置的另一个实施例，分别是保护元件组装之前和组装之后。在上述图中显示的支撑装置40与上文描述的不同之处在于保护元件44也设有横向保护鳍45。选择鳍45的距离和宽度以填充电极42之间以及电极43之间所留下的间隙。保护元件44可以通过粘合或通过螺纹固定类型的固定装置而固定在母线41上。一旦支撑装置40组装在母线41以下，鳍45就覆盖暴露于电极之间的母线的腰侧，从而保护其免于受到两个电极之间逃逸的腐蚀性气体物质气泡的危害。图8和9中显示的保护元件44具有凹陷轮廓的底面44A，用于引导由电极释放的气泡朝向保护元件的纵向末端。然而，保护元件44也可以具有平的底面。

如本发明上文所述的保护元件可以由单片炭/炭复合材料制成。然而，特别是当保护元件具有大的尺寸时，元件可以由多个部件组装构建而成，每个部件独立地由炭/炭复合材料制成。图10显示了保护元件140的实施例，与图3中的保护元件14相似，不同之处在于由多个部件141组装而成。所述部件优选地具有一个或两个重叠部分141a，141b(每个末端部件具有一个重叠部分，每个中间部件具有两个重叠部分)，使部件可以例如通过铜焊接彼此组装。

Claims

1.一种在电解设备中支撑电极的装置，所述支撑装置包括具有固定于其上的电极的母线，所述电极置于所述母线的任何一侧并且竖直地在所述母线以下延伸，所述母线和所述电极被设计为至少一部分浸在释放出一种或者多种腐蚀性气体物质的电解液中，

其中，所述装置进一步包括位于所述母线之下的保护元件，所述保护元件具有不小于所述母线的长度和宽度的长度和宽度，并且其中所述保护元件由炭/炭复合材料制成。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件保持在所述电极上形成的槽中。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件通过固定部件固定在所述母线上。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件的与面对所述母线的面相对的面显示出凹陷的轮廓。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述保护元件的与面对所述母线的面相对的面还可以具有朝向所述保护元件的其中一个纵向末端倾斜的斜度。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件包括在其纵向两侧上的鳍，所述鳍在所述保护元件的面对所述母线的一个面的上方延伸、并且展现出实质上对应于两个邻近电极之间的间隙的宽度。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件是单层结构。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述保护元件包括通过重叠部分组装在一起的多个邻近部件。

9.一种电解设备，其包括至少一个如权利要求1所述的电极支撑装置。