CN85109705A - 分部组装的电化学槽 - Google Patents

Abstract

本发明是一种由一组零件以某种方式连接在一起而构成基本上为平面的电解单元，此电解单元包括一个由以下各部分组成的输电元件；一个平面的支承部分，一组在该支承部分的相对的二面上，并由所说的支承部分向外凸出的凸块，以及一个象框架的凸边部分，该凸边部分由至少一片材料构成，并有一个内表面，支承零件的至少一部分外周边表面密封地安放并连接到该内表面上。

Description

本发明涉及一种电解单元，该单元由一组以独特方式组装的零件制成，按可正常工作所需要的结合方式而安置的一组上述单元尤其适用于在电解槽中生产氯气和苛性碱。

这里所用的“电解槽”是指一种组合件，该组合件至少包括一个在阳极室的阳极和一个在阴极室内的阴极，其中阳极室和阴极室由基本上不透水的离子交换活性膜所隔开。

“电解单元”是指一种组合件，该组合件包括至少两个由中心支承元件隔开的电极元件。在一个电解单元内的电极元件可以带相反电荷，如双极性单元，或带相同电荷，如单极性单元。因此，单极性单元可以是阳极单元或阴极单元。

“电极元件”是指电极或与电极相连的元件，如电流分配栅或集流器。

氯气和苛性碱是量大的基本化学产品，通常用电解法由碱金属氯化物的水溶液在电解槽中产生。最近，出现了许多将电解槽的阳极和阴极之间的间隙减小到最小的先进技术，以将电解槽的电阻减至最小，从而使电解槽更有效地工作。这些先进技术包括尺寸不变的阳极、离子交换膜、去极化电极、零间隙槽的结构以及密实的聚合物电解质膜。

常用来产生氯气和苛性碱的电解槽有两种主要的类型，即单极性槽和双极性槽。

双极性槽由几个串联的电化学单元组成，其中每个单元（除了两端的单元以外）的一边起阳极的作用，而另一边起阴极的作用。电解单元可密封地由离子交换活性膜隔开。由此而形成电解室，或一系列电解室。电能送入一系列双极性室一端的端部室，通过该一系列双极性室，然后由另一端的端部室送出。将碱金属卤化物溶液加入阳极室，在阳极室的阳极上产生卤气。碱金属离子选择性地通过离子交换活性膜而迁移到阴极室，在阴极室生成碱金属的氢氧化物。

单极性电解槽包括至少两个终端室以及在两个终端室之间交替地放置的一组阳极单元和阴极单元。这些单极性单元由离子交换活性膜隔开，从而形成一组单极性的室。每个单元配备至少一个入口管，电解液通过入口管加入该单元，同时还配备至少一个出口管，液体和气体通过该出口管从该单元排出。每个单元都与电源相接。电力送入一个单极性电解单元，并由至少一个邻近的单元送出。

为了利用新技术先进性的优点，人们提出了许多电解单元的设计方案。但是，这些设计方案中，有很多是很复杂的，并需要采用昂贵的材料。因此，迫切希望有一种不复杂的，采用易于获得且便宜的材料制成的电解单元。本发明的目的即提供一种这样的电解单元。

本发明基本上属于一种装配电解单元的方法，该单元由一组以某种方式连接，从而构成该单元的零部件所组成。这种单元基本上是平面的，并包括一个输电元件。该输电元件包括一个平面的支承部分，一个连接到支承部分周边上的象框架的凸边部分，以及一组由支承部分的每一面向外凸出的凸块。在必要时，可在这些零部件装配之前、装配过程中或装配完之后，把如此而构成的输电元件的相对两面加以修平。然后将包衬贴到装配好的输电元件的至少一面的至少一部分上。本发明的电解单元可用作单极性单元或双极性单元。

上述象框架的凸边部分至少由一个构件组成，并有内表面，平面支承部分的外周边的至少一部分密封地安放并连接到该内表面上。

凸块最好这样分隔开，使其能牢固地支承至少一个电极元件。无论是用圆形横截面、长形横截面或肋形横截面的凸块，联结凸块的电极元件的单位面积上的凸块数都可在较宽的范围内变化。

参照说明本发明的附图，可更好地理解本发明，其中在不同附图中的相同参照数字代表相同的零部件，其中：

图1是部分剖开的本发明电解单元的一个实施例的部件分解视图。

图2是签1中所示的一个电解单元实施例的部件分解侧视图。

图3是一组按可正常工作的结合形式放置而构成一系列电解室的电解单元的侧视图。

图4是带有侧面包衬的电解单元的侧视图，该包衬由一组薄片制成。

详细地参照图1到图3，本发明采用输电元件14作为未包衬的电解单元10或包衬的电解单元11的一个组件。输电元件14最好包括一个通常为平面的支承部分17，该支承部分具有足够的结构牢固性而能支承一组凸块18和18A，输电元件还包括一个象框架的凸边部分16和侧面包衬26和26A（如使用包衬时）输电元件14实质上比侧面包衬26和26A以及通常在电解槽中的任何电极元件36，36A、46和46A更结实和坚固。

输电元件14可由满足以上所概述的要求的各种材料制成。但是，该材料是选自亚铁金属中的一种金属，例如铁、灰口铸铁、可煅铸铁、球墨铸铁、钢和不锈钢，以及其他金属，例如镍、铝、钼、铜、镁、铅每种这些金属的合金以及由这些金属制成的各种合金。

较佳方案是输电元件14由主要成分为铁的亚铁金属构成。最佳方案是输电元件由球墨铸铁构成。因为球墨铸铁的稳定性好、成本低，而且尺寸很精确的球墨铸铁也容易获得。

在电解单元10或11用作双极性电解单元的情况下，凸块18和18A应具有足够好的导电性，以通过其本体或其一部分以垂直于平面支承部分17的方向而输送电能。电流通过凸块18和18A而传导，而不是通过支承部分17的本体而传导，只有在凸块18和18A相互错位的情况下，这时支承部分17必须有足够的导电能力，以通过其本体或其一部分而输送电能。

在电解单元10、11用作单极性电解单元的情况下，支承部分17应具有足够的导电能力，以基本上通过其本体全部而输送电能。这样，可在被连接的电源与支承部分本身之间形成电的连接，并将电能分配到与支承部分17电接触的电极元件的各个点上。

无论输电元件14用作单极性单元还是双极性单元，都可以用易于获得而一般来说又便宜的金属来构成支承部分17，而不必过多地考虑该金属的电阻率。由于大体积和大横截面的支承部分17具有足够大的横截面而将其电阻减小到最小，所以这样做是可行的。支承部分17具有大横截面的事实允许采用电阻率比现有技术的结构形式所采用的金属更高的金属。因此，亚铁金属，例如铁、钢、可煅铸铁和球墨铸铁完全适用于本发明。更特别地，电阻率与铜同样高或比铜更高的金属用来构成支承部分17是经济的。从更经济的角度看，可采用电阻率大于约10微欧姆-厘米的金属。最经济的方案是采用电阻率高达或高于约50微欧姆-厘米的金属。

当本发明的电解单元10、11用作单极性单元时，支承部分17可有一条或多条连接其相对两面的通道。该通道可使电解液或气体由支承部分17的一面通到另一面。这样的通道所占的体积应不超过该支承部分总体积的60%。由于开孔的缘故，可使用较少量的金属来构成该支承部分17，因而使该电解槽更为经济。此外，可将通道隔开，以便将电流送到槽的确定部分。

一组凸块18和18A连接到支承部分17的相对的两面上，这些凸块由支承部分17向外伸出一定的距离，并伸入最终成为电解液室的范围内。凸块18和18A可直接地与电极元件36、36A、46和46A电连接，或间接地通过侧面包衬26、26A与电极元件电连接这些凸块18和18A最好分别位于同一几何平面上，而且基本上是实心的。但是，由于浇铸的结果，凸块18和18A也会含有一些内部孔隙。

凸块18和18A可以相互背对背地放置在支承部分17的两面。也可以选择将凸块18和18A在支承部分17的两面相互错位地放置的方法。它们也可放置成相互之间形成各种其他形状的横截面。

凸块18和18A可由与支承部分17所用的同样金属制成。

凸块18和18A也可选择由亚铁金属，例如铁、灰口铸铁、可煅铸铁、球墨铸铁、钢、不锈钢制成，或由钼、镍、铝、铜、镁、铅，这些金属的每一种合金、以及由这些金属组成的合金所制成。最佳的方案是用球墨铸铁构成凸块，因为球墨铸铁的稳定性好、成本低，而且易于获得。

凸块18和18A最好以某种形式相互隔开，以便能牢固地支承该电解槽中所需用的电极元件36、36A、46或46A。支承部分每一面上凸块之间的距离一般取决于具体所用的电极元件的平面电阻率。对于较薄和/或电阻率较高的电极元件，凸块之间的间隔应较小，这样可提供更密集的一组电接触点。对于较厚和/或电阻率较小的电极元件，凸块之间的间隔可较大些。虽然从整个设计方案来考虑，可采用更小些或更大些的间隔，通常凸块之间的间隔为5～30厘米。

凸块18和18A可很方便地焊接或粘接到支承部分17上，或可将它们拧入该支承部分内，如图2和图3中参照数字93所示。对于每种方式来说，都要求该连接方法能在支承部分17和凸块之间产生最大的电接触。在未加包衬的电解单元10或只有一面加包衬的情况下，即使凸块是拧入或粘接到支承部分17上，也最好将凸块焊接。在加包衬的电解单元11的情况下，凸块最好不要焊接，但也可以有一个接触焊的焊点。

凸块上有平坦表面28和28A，该平面可在该单元装配之前、装配过程中、或装配之后机械加工出来。这些表面适宜于通过中间样片（30、30A、31或31A）而连接到包衬或电极元件上。

围绕支承部分17的周边是象框架的凸边部分16，该凸边部分是象窗框的结构件，其厚度大于，或至少等于含有凸块的支承部分17的厚度。最好该凸边部分从支承部分17延伸得比凸块18和18A的两端更远。这样可提供安放电极元件36、36A、46或46A的空间当本发明的电解单元10、11按可正常工作的结合形式相邻地叠合起来时，即形成此空间。最好凸边部分16的厚度至少比支承部分17的厚度大2至6倍。更具体地说，该凸边部分约为60至70毫米厚，而支承部分17约为20至25毫米厚。凸边部分16可以是单个的或是整体的类似画框的结构，或者它可由许多分段或部分连接在一起而构成包住支承部分17的周边的一个完整的似框架的结构件。

上述象框架的凸边部分可由一种金属制成，这种金属可选自制造平面支承部分所用的同样金属。也可考虑用与平面支承部分所用的金属不同金属来制成凸边部分。例如，如平面支承部分由亚铁金属制成，凸边部分可由铜或任何一种其他适用于平面支承部分的金属所制成，该凸边部分也可选用合成树脂材料制成。

这些适用的材料的例子包括以下几种，但不限于以下所述的特定的合成树脂材料：聚乙烯;聚丙烯;聚氯乙烯;氯化聚氯乙烯;丙烯晴、聚苯乙烯、聚钒，苯代乙撑丙烯晴、丁二烯和苯乙烯和共聚物;环氧乙烯脂;聚酯;和氟塑料以及它们的共聚物。最好采用聚丙烯材料来制造凸边部分，因为聚丙烯在高温下能制成具有合适结构的整体的型材，该材料易于获得，而且与其他适用的材料相比，也比较便宜。

上述凸边部分可采用多种方法中的任何一种来生产，这些方法为具有熟练的塑料模制技术的人们所熟知。这种模塑方法包括，例如注射模塑法、压缩模塑法、传递模塑法和浇铸模塑法。在这些方法中，注射模塑法能令人满意地生产出具有合适强度的用于电化学槽中的结构件。

该凸边部分提供了密封表面16A和16C，此凸边部分与支承部分17连接后，该密封表面与凸块18和18A的平坦端部28、28A大致位于同一平面上。如果凸边部分由分开的片段所组成，该凸边部分，可在凸块与支承部分连接之前或之后连接到支承部分上，必要时，支承部分和凸块可在凸边部分连接到支承部分上之前或之后修平（机械加工）。

如果电解单元用作双极性单元时，凸边部分16不必由导电材料制成，因为不需要凸边来导电。但是，如果该电解单元用作单极性单元时，该凸边部分，或至少该凸边部分的一部分应是导电的，凸边部分提供了一种方便的方法来将电能输入和输出一串工作单元中的电解单元10、11。凸边部分也可由非导电的材料制成，并设有穿过该凸边部分的通道，以提供一条通路，使导体穿过凸边部分而与平面支承部分连接，从而将电能输入和输出该单极性单元。

如果凸边部分16不是整个地与支承部分17构成一个整体，则最好将该凸边牢固地连接到该支承部分上，牢固的连接可保证电解单元的尺寸稳定，并维持邻近单元的电极元件之间所要求的间隙。如果凸边部分由金属制成，则可通过焊接将其连接到支承部分上。

当电解单元用作双极性单元，而且该电解单元又未加包衬时，尤为重要的是要将凸边部分密封地焊接到支承部分上，以防止流体由该支承部分的一面流到另一面。

当一组电解单元10、11按可正常工作的结合方式而装配到一起时，离子交换活性膜27和27A放置在邻近的电解单元10、11之间。双极性电解单元之间和单极性电解单元之间都使用了膜。在这两种情况下，该膜都将一个电极室与邻近的电极室隔开。

适合于与本发明一起使用的膜27和27A可含有许多离子交换活性点。例如含有硫酸或羧酸离子交换活性点。该膜也可以是双层膜，在膜的一层有一种类型的离子交换活性点，而在另一层有另一种类型的离子交换活性点。可将该膜加固，以减少电解过程中的变形，也可不加固该膜，使通过该膜的导电率增至最大。适合于与本发明的电解槽共用的离子交换活性膜的技术是为大家所熟知的。

其他与本发明结合使用的电极元件包括集流器、间隔垫圈、密封垫以及其他为技术熟练的人们所熟知的元件。用于零间隙结构的特定的元件和装配件，或坚固的聚合物电解膜也可被采用。本发明的电解单元也可适用于气体室中与消气电极（有时称为去极化电极）一起使用。除了液体电解液室以外，还需要有一个气体室。本发明中可用的许多电极元件是为技术熟练的人们所熟知的，并公开在例如，专利号为4，457，823;4，457，815;4，444，623;4，340，452;4，444，641;4，444，639;4，457，822;和4，448，662的美国专利中。

一种整体地构成输电元件或平面支承部分的方法是用砂型铸造熔融的金属，最好是浇铸熔融的亚铁金属。其他制成输电元件或平面支承部分的方法包括压铸法、粉末金属模压法和烧结法、热等压模压法和冷煅造法。

此外，在构成输电元件或平面支承部分时采用包括该支承部分整体成型时所用的内冷铁、冷铁和泥芯的金属成型技术亦属于本发明的范围之内。实际上，将特定金属制成的冷铁在特定的位置，产生了令人吃惊的结果;不但制造出更均匀的铸造件，而且同时生产出具有更好导电性能的输电元件。这时，这些冷铁当然就变成内冷铁。

为了使定义更明确，与本发明中所用的其他词语一样，以下将给出冷铁、内冷铁和泥芯的含义。

冷铁是放在模型中的零件，在浇铸零件时起辅助作用。其主要目的是控制模型内特定位置的熔融金属的冷却速度。通过控制熔融金属的冷却，可更精确地控制金属的收缩，因此减少了缺陷和疵点，从而提高了零部件的质量。冷铁可以成为也可以不成为铸件整体的一部分，在某些情况下，同样可起内冷铁的作用。

内冷铁是放在模型内的零件，用来帮助模型工作;帮助零部件的成型;或该内冷铁可成为最终制件的功能部分。在成型结束后，内冷铁在不同程度上保持其原状。虽然也可用其他任何适用的材料，但内冷铁通常由金属制成。在某些情况下，内冷铁同样也可用作冷铁。

泥芯是放在模型内的零件，用来除去铸件多余部分的金属。当要制成一种可除去铸件上多余金属的模型是不实际的或不可能的时候，则可采用泥芯。典型的例子是用来在浇铸金属体内形成内孔的泥芯。在某些情况下，泥芯也同样可起冷铁的作用。

特别有用的，转变为内冷铁以增加支承部分的导电率的冷铁是沿着支承部分的横向放置、并***凸块之间的冷铁。所用的内冷铁和冷铁最好由坚固的金属制成，该金属使大量的构成支承部分的金属围绕着它而成型。

在单极性槽的单元中，如有穿过整个支承部分的通道来改进循环状况可能更为有利。这种通道在双极性槽的单元中也没有明显的缺点，只要支承部分至少在其一面有一个包衬，以防止邻近电解液室的阳极电解液和阴极电解液混合。

包衬26或26A可由一整片材料构成，或可由许多片粘结在一起的材料而构成。所示出的包衬26是一整片的包衬，而所示出的包衬26A是多片的。一整片的包衬是较好的，因为它可使漏泄以及流体与支承部分接触的可能性减小到最小。该包衬最好有足够的厚度，使得其实际上完全不透水。

构成一整片的包衬时，最好使其带有最小应力，以使其变形减小到最小的程度。防止包衬内产生应力的方法是，在压模内，在488℃至704℃的高温下使包衬热成型。先将包衬金属和金属压模都加热至该高温，然后将包衬压制成所需要的形状。将该包衬继续保留在模内，并在控制的工作周期内冷却，以防止在冷却至室温的过程中，在包衬内产生应力。

适用于氯-碱阴极室的包衬26或26A最好选自亚铁金属、镍、不锈钢、铬、蒙乃尔合金、及它们的合金。适用于氯-碱阳极室的包衬最好选自钛、钒、钽、铪、铌、锆，及其合金。

该包衬的大小可以仅与包含凸块18和18A的输电元件的支承部分17相同，或其长度和宽度可与整个输电元件的长度和宽度相同。

为了保证包衬和凸块之间最大的物理和电接触，最好将包衬焊接到凸块18和18A的平坦端部28、28A上。也可选择将包衬不但焊接到凸块的平坦端部，而且在包衬和凸块相互接触的其他地方加以焊接电容放电焊接是用来焊接包衬和凸块18、18A的最佳焊接技术。

为了密封膜27或27A与凸边部分16的密封表面16A或16C之间的流体，包衬26或26A最好做成盘状，并带有沿其周边伸出的外边42或42A。外边42和42A齐平地紧贴着密封表面16A或16C。膜27或27A的边缘齐平地紧贴着包衬的边42，外部的密封垫片44与膜27或27A的周边的另一侧紧密相贴在一串电解单元中，密封垫片44紧贴着旁边的包衬26A的表面42A，在没有包衬时，密封垫片44紧贴着旁边单元的凸边部分16的表面16C。

如果包衬26和26A是由钛制成，而输电元件是由亚铁金属制成时，可采用电阻焊接或电容放电焊接的方法将其连接。电阻或电容放电焊接是直接将包衬通过金属中间体焊接到凸块18和18A的平坦端部28和28A上而完成的，该金属中间体一般称为圆片或样片。钒是一种与钛和亚铁金属焊接上相容的金属。焊接上相容是指将两种金属焊接在一起时，一种可焊接的金属能与另一种可焊接的金属形成延性的固溶体。钛和亚铁金属通常是不相容的。因此，采用钒圈片30和30A作为亚铁金属的凸块18和18A与钛包衬26和26A之间的中间体金属，将它们焊接在一起而在包衬和凸块之间形成电连接，同时也构成包衬26和26A的机械支承工具。

较佳的方案是用第二种金属中间体或圆片31和31A放置在圆片30和30A与包衬26和26A之间。该第二种圆片是更可取的，因为只用一种圆片时，曾发现，在电解槽工作产生氯气和苛性碱的期间，与包衬接触的腐蚀性材料看来是渗入钛-钒焊缝中，并腐蚀该焊缝。该腐蚀性材料也渗入输电元件主体内并腐蚀输电元件。***一个具有足够厚度的圆片31和31A可以将腐蚀性材料渗入输电元件的可能性减小到最小，比采用较厚的包衬更为经济。

为了将反应物导入由一组电解单元10、11叠合在一起而构成的电解槽中，在每个电解单元中最好有一组喷嘴（未示出）。虽然有许多设计方案和结构形式可供采用，较佳的一种设计方案如下所述。例如，用熔模铸造法制成一组金属喷嘴。然后将此喷嘴铸件机械加工成所要求的尺寸。在每个凸边部分16的一组所要求的位置上机械加工出许多狭缝，用来安放该喷嘴。狭缝的大小与***该狭缝的喷嘴的厚度相当，以保证最终将电解单元的元件装配在一起时的密封性。如采用包衬26和26A时，要将包衬26和26A切割成适合于包住该喷    的尺寸。该喷嘴最好连接到包衬26和26A上，例如通过焊接法连接。然后将包衬-喷嘴组合件放入电解单元内，再将包衬的盖32或32A焊接到凸块18和18A上。

当一组电解单元10、11相互邻接地装配在一起时，密封垫片44最好放置在这些单元之间。该密封垫片有三个功能：（1）密封，（2）电绝缘，以及（3）设定电极间隙。有许多种合适的密封垫片44可供选用，例如，乙烯丙烯二烯三聚物、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂、或橡胶。虽然图中只示出一片密封垫片44，本发明在膜27或27A的两侧都采用密封垫片。

与输电元件或包衬26或26A（如采用包衬时）相邻的是电极元件36、36A、46或46A，这些电极元件可连接或压紧在包衬或输电元件上。电极元件的尺寸最好与支承部分17相同，并且不伸出凸边部分16之外。否则，相邻的电极单元按可正常工作的结合方式放置在一起时，很难将它们密封。

可采用的电极元件最好是基本上平坦的多孔结构物，可由一片多孔的打眼金属平板、冲孔金属平板或金属丝网所制成。也可选择集流器作为电极元件，该集流器与一个电极相连接，或其本身就可以是电极。可以选择表面上有催化活性涂层的电极。该电极元件可焊接到凸块或包衬（如果采用电衬时）上。最好用焊接法连接电极元件，因为焊接的电接触更好。

电极元件36、36A、46或46A的边最好朝着支承部分17向内卷，并离开离子交换活性膜27和27A。这样做是为了防止有时这些电极元件的粗糙不平的边与离子交换活性膜相接触并将其撕破。电解单元10、11可采用各种元件由各种方法制成。每个用来制造输电元件14的基本元件，即平面支承部分17;周围的凸边部分16;以及凸块18和18A都可由许多片或部分所组成。例如，支承部分17可由许多片连接在一起的材料所制成。同样，凸边部分16可由许多片或许多部分连接在一起的材料构成。类似地，凸块可以是穿过支承部分的整体式零件，或者可以是不穿过支承部分，而仅是连接在支承部分的一个表面或相对的两个表面上的分开的零件。

装配这些基本元件的方法是先将凸块18和18A连接到支承部分17上，然后将凸边部分16连接到支承部分17的周边上。另一种装配的顺序是先将凸边部分或几个凸边部分连接到支承部分或几个支承部分上，然后连接凸块。

另一种装配本发明的电解单元的方法是将基本元件制成（例如用浇铸法）分装配件，然后将其余的元件连接到该分装配件上。例如，先制成至少有一部分凸块18和18A的组合支承部分17（如用浇铸法）然后连接其余的凸块18和18A（若有的话）和凸边部分16。另一种方法是先用浇铸法制成至少有一部分凸块18和18A的支承部分17然后连接凸边部分16，接着连接凸块18和18A。

为了保证电解单元10、11尽可能地平坦，可以将装配好的，或部分装配好的输电元件的表面修平。具体地说，输电元件可以在装配的不同阶段中的任何一步或几步中修平。例如，输电元件可以被修平。

在所有凸块连接到支承部分的一面上之后;

在一部分凸块连接到支承部分上之后;

在所有或一部分凸块连接到支承部分上之后，但在连接凸块部分到支承部分之前;或

在把所有凸块和凸边部分连接到支承部分之后。

输电元件可采用各种为技术熟练的人们所熟知的技术进行修平，例如研磨带研磨和机械磨削。输电元件最好有足够的平坦度，使得两个电解单元10、11按可正常工作的结合方式相互装配成对时，其漏泄量减少到最少。对于用于氯-碱电解槽的输电元件，最佳的情况是，整个输电元件的平坦度偏差小于约0.4毫米。

凸块18和18A可以采用各种技术连接到支承部分上。例如，先浇铸成实心的支承部分，然后钻孔，并通过支承部分的整个厚度或部分厚度在孔上攻出螺纹。将凸块车出螺纹，然后由两面拧入支承部分的孔内。也可以在凸块的一半长度上刻出螺纹，然后拧过支承部分的一半距离。最好将凸块的端部机械修平，然后再连接到支承部分上。

另一种连接凸块18和18A的方式是焊接。凸块最好采用与支承部分17焊接上相容的金属所制成。如果这两种金属焊接上不相容的，则可将与该两种金属焊接上相容的中间体金属圆片***该两种金属之间最好缓慢地焊接凸块，使得由焊接热而引起的支承部分17的变形减小到最小。

如果需要，可将包衬仅放置于输电元件与腐蚀性电解液相接触的表面上。可以选择将包衬26或26A仅放在支承部分17的一面或两面上。包衬26或26A可以是整片的，或者由很多片粘结在一起的。但是，该包衬应是实际上完全不透水的。包衬26或26A的大小可与支承部分17相同，或其长度和宽度与输电元件14的整个长度和宽度相同。

电极元件36、36A、46或46A的尺寸最好与支承部分17相同，并不伸出凸边部分16之外。否则，当邻近的电解单元按可正常工作的结合方式放置在一起时很难将它们密封。

一种特别适用于装配支承部分的方法是采用一个平坦的，用来支撑支承部分的工作件，该支承部分预先钻好了孔，并在孔内攻出了螺纹以容纳凸块。将一组凸块切成相等的长度，每个凸块的中间部分都有刻了螺纹的部分。未刻螺纹的两端的直径是不相同的。一端的直径小于另一端，而且小于支承部分内所钻的孔的直径。将凸块的较小的一端穿过孔直至凸块的刻有螺纹的部分与孔的刻有螺纹的部分相接触。将凸块拧入支承部分内刻了螺纹的孔内，直至该凸块碰到平坦工作件。用这种方法很容易确定所有凸块都由支承部分伸出了相同的长度。

实例1

一个尺寸为122厘米×244厘米、双极性的平坦的平板压滤型离子交换膜电解槽按以下方法构成。

将一块122厘米×244厘米，厚度为1.27厘米的钢板钻孔并攻出螺纹，使其具有成方阵的116个孔，每个孔的直径为25毫米该钢板用作输电元件的支承部分，并在其周边焊接上厚度为19毫米，70毫米宽的低碳钢画框型凸边部分。

将一组25毫米的刻出螺纹的钢棍牢固地拧入116个孔中。在预定作为阳极面的一面，将钒圆片放在每根棍的端部上，然后将钛盖子放在棍和钒圆片之上。将盖子通过钒圆片与116根棍的每一根相焊接。在预定作为阴极面的一面，将镍盖子放在116根棍之上，并与其每根棍相焊接。由于镍比较容易与钢焊接，因此在阴极面不需要中间圆片，钒片厚约0.13毫米。盖子约0.9毫米。

为了防止腐蚀，阳极室衬以0.9毫米厚的钛衬里，该衬里是将一块平坦的钛片材与周边的U-型钛侧面焊接在一起而制成的。该钛衬里有116个与支承部分上的孔同心的孔，用来套在连接棍上。该钛衬里焊接到连接器上的钛盖子上。

阴极室内衬以1.5毫米厚的镍衬里，该衬里由一块平坦的镍片材与周边的U-型镍侧面焊接而成。该镍衬里也有116个与支承部分上的孔同心的孔，用来套在连接棍上。该镍衬里围绕着每个镍盖子而与其焊接。

阳极是1.6毫米厚，开孔度40%，并且有0.65毫米×1.8毫米菱形断面孔的多孔的钛

状物。该阳极用电阻焊接法连接到阳极面的连接器顶部的钛盖子上。

阴极由与钛网物相同规格的镍网状物制成。该阴极用电阻焊接法连接到在阴极面的连接器顶部的镍盖子上。

一根直径为13毫米的钛管子通过阳极室底部左边的孔焊接到钛衬里上，作为氯化钠的入口管。另一条直径为19毫米的管子通过阳极室上部右边的孔焊接到钛衬里上，作为氯化钠和氯气的出口管。

该电解槽应组合成使网状阳极比钛面的密封垫片凸边约低0.4毫米，网状阴极比镍面的密封垫片凸边约低0.9毫米。在膜和阴极密封凸边之间有一片压缩厚度为1.3毫米的多孔聚四氟乙烯密封垫片，而在膜和阴极密封垫片的凸边之间无密封垫片时，公称的电极间的间隙约为2.5毫米。

实例2

浇铸四个输电元件，用于公称尺寸为61厘米×61厘米的单极性电解槽。

所有输电元件都是ASTMA536、GRD65-45-12球墨铸铁的浇铸件，而且其铸造尺寸都相同。检查浇铸好的铸件，并发现其结构应是完好的，且没有表面上的疵点。主要的尺寸包括：公称尺寸为61厘米×61厘米的外边尺寸，2毫米厚的支承部分，16个放置于支承部分的每一面为2.5厘米，一个围绕该电解槽浇铸件周边的2.5厘米宽，6.4厘米厚的密封表面件。机械加工的面积包括密封

的表面（平行的二面）以及每个凸块的顶部（每面加工成一个平面并与相对的另一面平行）。

阴极室包括0.9毫米厚的在室结构每一面上的镍保护衬里。将同样由镍构成的入口和出口喷嘴在衬里点焊接到室结构上之前，预先焊接到衬里上。

最终的装配包括将复盖了催化剂层的镍电极在每个凸块的位置通过点焊接到衬里上。

单极性阴极室中凸块两端平面的距离为5.8厘米，该距离可称为输电元件的厚度。整个室的厚度，即由一个镍电极的外侧至另一个镍电极的外侧为6.9厘米。因此，输电元件的厚度为室的总厚度的92%

除了在一面不需要镍保护衬里以及少一个配对的镍电极以外，槽端部的阴极室与上述阴极室类似。

阳极室包括在室结构的每一面上的0.9毫米厚的钛保护衬里。在将衬里点焊到室结构上之前，将同样由钛构成的入口和出口喷嘴预先焊接到衬里上。最终的装配包括将钛电极在每个凸块的位置通过中间体钒金属点焊到衬里上。该阳极复盖有钌和钛氧化物的混合物催化层，除了在一面不需要钛衬里，以及少一个配对的钛电极以外，该槽端部的阳极室类似于上述的阳极室。

Claims (14)

1、一种制造适用于电解槽中的电解单元的方法，所说的单元包括一个基本上是平面的输电元件，该输电元件包括一个平面的支承部分，一个象框架的凸边部分，以及一组由支承部分的每个面向外凸出的凸块。

所说的凸边部分至少由一个构件构成，并有一个内表面，支承部分的整个外周边密封地安放在该内表面上；

所说的方法包括以下步骤：

(a)制成由支承部分和凸边部分的至少一个构件组成的分装配件；

(b)将任一余下的凸边部分的构件连接到支承部分上，以装配完该支承部分的至少一个面的凸边部分；

(c)将组成该凸边部分的所有余下元件以及所有余下的凸块连接到该支承部分的相对的两个面上，以完成电解单元的装配；

(d)用由一个或多个构件构成的金属包衬复盖住该支承部分的至少一个面上的至少一部分，也可复盖住凸边部分；以及

(e)将所说的金属包衬与该金属包衬相接触的至少一部分凸块连接。

2、一种制造用于电解槽中的电解单元的方法，所说的单元包括一个基本上是平面的输电元件，该输电元件包括一个平面的支承部分、一个象框架的凸边部分，以及一组由支承部分的每个面向外凸出的凸块。

所说的凸边部分至少由一个构件构成，并有一个内表面，支承部分的整个外周边密封地安放在该内表面上;

所说的方法包括以下步骤：

（a）制成由支承部分和至少一部分凸块组成的分装配件;

（b）按照要求，将余下的凸块和凸边部分连接到支承部分上，以完成该输电元件的装配;

（c）用由一个或多个构件构成的金属包衬复盖住该支承部分的至少一个面上的至少一部分，也可复盖住凸边部分;以及

（d）将所说的金属包衬和该金属包衬相接触的至少一部分凸块相连接。

3、一种制造适用于电解槽中的电解单元的方法，所说的单元包括一个基本上是平面的输电元件，该输电元件包括一个平面的支承部分、一个象框架的凸边部分，以及一组由支承部分的每个面向外凸出的凸块;

所说的凸边部分至少由一个构件构成，并有一个内表面，支承部分的整个外周边密封地安放在该内表面上;

所说的方法包括以下步骤：

（a）制成由支承部分、凸边部分的至少一个构件，以及至少一部分凸块组成的分装配件;

（b）连接所有余下的凸边部分的构件以及所有余下的凸块，以装配完该输电元件的至少一个面;

（c）用由一个或多个构件构成的金属包衬复盖住该支承部分的至少一个面上的至少一部分，也可复盖住该输电元件的凸边部分;以及

（d）将所说的金属包衬与和该金属包衬相接触的至少一部分凸块连接。

4、一种制造适用于电解槽中的电解单元的方法，所说的单元包括一个基本上是平面的输电元件，该输电元件包括一个平面的支承部分，一个象框架的凸边部分，以及一组由支承部分的每个面向外凸出的凸块;

所说的凸边部分至少由一个构件构成，并有一个内表面，支承部分的整个外周边密封地安放在该内表面上;

所说的方法包括以下步骤：

（a）制成由支承部分的一部分、凸边部分的至少一个构件，以及至少一部分凸块组成的分装配件;

（b）制成由支承部分的其余部分、凸边部分的至少一个构件，以及至少一部分凸块组成的平面分装配件;

（c）连接由（a）步和（b）步制成的组件;

（d）连接所有余下凸边部分的构件以及所有余下的凸块，以装配完该输电元件的至少一个面;

（e）用由一个或多个构件构成的金属包衬复盖住该支承部分的至少一个面上的至少一部分，也可复盖住该输电元件的凸边部分;以及

（f）将所说的金属包衬与和该金属包衬相接触的至少一部分凸块连接。

5、权利要求1至4中任何一项的方法，并包括将至少一个电极元件连接到金属包衬上的步骤。

6、权利要求1至4中任何一项的方法，其中，至少将部分装配的构件进行机械加工，从而为该部分装配的构件提供一个平坦的平面。

7、权利要求1至4中任何一项的方法，其中，凸边部分是用焊接或扩散粘结法而连接到平面支承部分上的。

8、权利要求1至4中的任何一项的方法，其中，所有凸块是在支承部分和凸块修成平坦表面之前与支承部分相连接的。

9、权利要求1至4中任何一项的方法，其中平面支承部分的每一面为包衬所复盖。

10、权利要求1至4中任何一项的方法，其中，包衬用焊接法或扩散粘结法而连接到至少一部分凸台的端部上。

11、权利要求1至4中任何一项的方法，其中，支承部分、凸块和凸边部分都由选自下列金属的至少一种金属制成：亚铁金属、镍、铝、钼、铜、镁、铅、每种这些金属的合金以及由这些金属组成的合金。

12、上述的所有权利要求的任何一项的方法，其中，所说的支承部分，以及至少凸边部分的一部分都由金属制成，并制成整体式的零件，同时有一个电连接器与凸边部分相连接。

13、权利要求1至11中任何一项的方法，其中，所说的支承部分由金属制成。至少一部分所说的凸边部分由合成树脂材料制成，一个电连接器与支承部分相连接。

14、权利要求1至11中任何一项的方法，其中，凸边部分的一部分由金属制成，该凸边部分的其余部分由合成树脂材料制成，一个电连接器至少与金属凸边部分或支承部分之一相连接，其中，凸边部分的厚度至少比支承部分的厚度大两倍。

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