TW201702433A - 電極總成、電極結構和電解器 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種電極總成、電極結構及使用所述的總成/結構之電解器，且特別是提供一種電極總成包含一陽極結構和一陰極結構，各該陽極結構和陰極結構包含：i)一凸緣其能與在另一電極結構上之一凸緣交互作用而將一分隔物固持於該二者之間；ii)一電解間室其包含一電極，且其在使用時含有一要被電解的液體；iii)一入口用於要被電解的液體；及iv)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中在該陽極結構和該陰極結構之一者上的出口集管為一外部出口集管，且在該陽極結構和該陰極結構之另一者上的出口集管為一內部出口集管；以及有關包含多數個此等電極結構的電解器。

Description

電極總成、電極結構和電解器
本發明係有關一種電極總成、電極結構及一種使用該等總成/結構的電解器，特別是但非唯獨供用於鹼金屬氯化物之電解者。
雙極電解器係已習知於該領域中，例如在GB 1581348或US 6761808等專利中所述者。
供使用於鹼金屬氯化物之水溶液的電解之雙極電解器可包含一電極模組，含有一陽極其係可適於呈一薄膜形成金屬之板或網的形式，通常為鈦而帶有一電觸媒活性塗層，例如一鉑群金屬氧化物，及一陰極係可適於呈一穿孔的金屬板或網的形式，通常為鎳或軟鋼。該陽極和陰極係被一分隔物分開，典型為一隔膜，而形成一模組。
在一商用的模組化電解器中，多數個此等模組會被依序置設，而使一雙極模組的陽極緊鄰並電連接於一相鄰的雙極模組之陰極。
在操作一該雙極式的電解器時，較有利的是盡可能在該陽極和陰極之間以一最小的距離(陽極/陰極間隙)來操作，俾可使電阻損耗和該電解槽電壓保持一最小值。
另一種雙極電解器係為所謂的“濾壓電解器”，例如在GB 1595183專利中所述者。在該等電解器中雙極電極單元會被形成包含一陽極結構和一陰極結構，它們係互相電連接。該等雙極電極單元嗣會透過相鄰單元上的凸緣之間之一分隔物和密封裝置而被連接於相鄰的雙極電極單元，且該等單元會被緊壓在一起來形成一濾壓電解器。
US 6761808專利揭述一種電極結構，包含具有一碟狀凹部之一盤，及用以支撐一密合墊之一凸緣，其能夠密封一在一陽極與一陰極的表面之間的分隔物。該等碟狀凹部具有數個突出物，其會與一相鄰的電極結構上之突出物配對。此等電極結構可被組合成電解器模組或雙極電極單元，然後進一步組合來形成模組化電解器或濾壓電解器。
在一雙極電解器中的陽極和陰極結構包含獨立的入口等可用於要被電解的液體，及出口等可用於被釋出的氣體。如在US 6761808專利中所示，該等出口能被提供成在該電極結構中的電解間室上方之一非電解區域中的出口集管。因為它們係被提供在該電極結構中的電解間室外部，故該等出口可被稱為“外部出口集管”。
CA892733係有關一種電解裝置。於該文件中係描述用於陽極電解液和陰極電解液區域的內部集管之存在，它們分別地與用於各區域組的外部集管導通。因此在該文件中的出口集管係為內部集管，而如所述的外部集管係為收集集管，其會收集來自多個出口集管的產物。
US 3463722專利揭述一種推拔的外部集管，其會垂直於不同的電解室延伸並由之收集產物。如圖4或12-16中所示每個槽室皆有一分開的內部出口集管，其會與共同的外部收集集管導通。
US 2006/108215案揭述一種微槽道電化學反應器，其中該等內部集管是推拔的。
US 2004/118677案揭述一種濾壓電解器可用於水的電解，其具有一推拔的內部集管。
今已發現一種改良的電極總成可藉使該陽極和陰極之一者設具一外部出口集管，而另一者設具一內部出口集管來被獲得。
故，在一第一態樣中，本發明提供一種電極總成，包含一陽極結構及一陰極結構；各該陽極結構和陰極結構皆包含：i)一凸緣其能與另一電極結構上之一凸緣交互作用以在該二者之間固持一分隔物；ii)一電解間室包含一電極，且其在使用時含有一要被電解的液體；iii)一入口用於該要被電解的液體；及iv)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中在該陽極結構和該陰極結構之一者上的出口集管係為一外部出口集管，且在該陽極結構和該陰極結構之另一者上的出口集管係為一內部出口集管。
本發明的該第一態樣有關於一種電極總成，包含一陽極結構和一陰極結構。若被用於此該“電極總成”乙詞意指單一陽極結構與單一陰極結構之一組合總成。該“電極總成”乙詞包括雙極電極單元和電極模組兩者，乃視該陽極和陰極係如何連接而定。
為有助於概括地瞭解該等結構和本發明，以下的更多定義適用於此：“雙極電極單元”係為一電極總成，包含一陽極結構和一陰極結構，它們係互相電連接。雙極電極單元可透過一介於相鄰單元上的凸緣之間的分隔物和密封裝置而被連接於相鄰的雙極電極單元來形成一濾壓電解器。
“電極模組”係為一電極總成，包含一陽極結構和一陰極結構，它們係被一介於各別的凸緣之間的分隔物分開。該電極模組係設有一密封裝置，用以在該分隔物與各別的凸緣之間達到一液密和氣密的密封。電極模組可被電連接於相鄰的電極模組來形成一模組化電解器。
電極結構”意指單一的陰極結構或單一的陽極結構。如被界定於此，各電極結構包含一凸緣，一電解間室，一入口及一出口集管。
“電解器”當獨自使用時，意指一濾壓電解器或一模組化電解器。
“電解器收集集管“係為一容積，其會收集電解時由多個出口集管之出口釋出的氣體，並將它們送去進一步處理。一電解器可具有一個電解器收集集管或多個電解 器收集集管，但其恒會有比電極結構顯著較少的電解器收集集管。
“電解器饋供集管“係為一容積，其會饋供要被電解的液體至多個電極結構的入口，譬如多個入口集管(當有存在時)的入口。一電解器可具有一個電解器饋供集管或多個電解器饋供集管，但其恒會有比電極結構顯著較少的電解器饋供集管。
“電解間室”係為該電極結構內之一容積，其包含一電極且其在使用時含有一要被電解的液體。
“電極”當獨自使用時，係指設在一電極結構之電解間室中的導電板或網。此同樣適用於“陽極”和“陰極”，當它們獨自使用時。
“外部出口集管”意為一出口容積，當電解時離開該電極結構的氣體可由它釋出，且其係被提供於該電極結構上而在該電極間室外部。
“濾壓電解器”意指多數個連接的雙極電極單元，相鄰的雙極電極單元係透過一介於該等相鄰單元上的凸緣之間的分隔物和密封裝置來連接。
“入口”若被用於此係指要被電解的液體會由之進入一電極結構的入口。每個電極結構會有至少一個入口。較佳的入口係呈“入口集管”的形式。多數個同一種電極結構(陽極或陰極)的入口在使用時可被由一共同的電解器饋供集管饋供。
“入口集管”若被用於此意為一入口容積，其係為 一個別的電極結構的一部份，要被電解的液體會由之進入該電極結構的電解間室。該入口集管概為一伸長的容積，其係與該電極結構的長水平軸平行排列。多數個同一種電極結構(陽極或陰極)的入口集管之入口在使用時可被由一共同的電解器饋供集管饋供。
“內部出口集管”意為一出口容積，當電解時離開該電極結構的氣體會由之釋出，且其係被提供於該電極結構上在該電解間室內部。
“模組化電解器”意為多數個連接的電極模組。
“出口集管”若被用於此意為一出口容積，其係被提供在一個別的電極結構上，且當電解時離開該電極結構的氣體會由之釋出。在一電解器中的每個電極結構會有一個出口集管。一特定的電極結構之該出口集管可為內部或外部的。
“整修”若被用於此係指修復、再塗層及/或更換一電極的一部份或全部。
“密封裝置”係由抗化學性、絕緣的可壓縮物質製成的結構物，譬如密合墊等，設計成能被壓縮於一凸緣與一分隔物之間來達到一液密和氣密的密封。
“分隔物”係用來指該裝置，其置設在一陽極結構的陽極與一相鄰的陰極結構的陰極之間，而可提供該等陽極和陰極結構之各別的電解間室之間的流體分隔。該分隔物較好為一導電隔膜，譬如一離子交換膜。
各電極結構包含一凸緣，其能與一在另一電極結 構上的凸緣交互作用來將一分隔物固持於該兩者之間。通常，該凸緣會支撐一密合墊其能將該分隔物密封於一電極模組中之一陽極與一相鄰的陰極之間，或在一濾壓電解器中的雙極電極單元之間。
雖本發明之較佳及有利的更多具體特徵會被進一步說明於後，但與對本發明中之各別的集管的要求不同，該等電極結構較好係大致如在US 6761808專利中所界定者。
如US 6761808專利中所述，此一結構容許非常小或甚至零的陽極/陰極間隙能被使用而不會損及該分隔物，並會最小化電阻，乃藉使用一較短的垂直電流帶送路徑長度於電極之間，及低電阻材料用於幾乎該整個垂直電流帶送路徑長度，且其會提供絕佳的電流分佈遍及該電極區域。該電極結構容許液體在其中水平和垂直地流動而有助於其循環及混合，並具有改良的剛性和強度，此可讓較緊密的容差能被達成於電解槽構造中，且亦是簡單的構造而易於製造。
例如，各電極結構較好包含一盤具有一碟狀凹部，其中該凸緣係圍繞該盤的周緣，及一電極相隔開於該盤。
各電極結構包含一電解間室，其係為該電極結構內之一容積，其包含一電極，且其在使用時含有一要被電解的液體。在使用一電極結構包含一盤具有一碟狀凹部其中該凸緣係圍繞該盤的周緣時，該電解間室係為在一側由一盤，而在另一側由一被固持於該電極與一相鄰電極之間 的分隔物所形成的容積。特別是該凸緣可支撐一密合墊能夠密封在一陽極結構的陽極與一陰極結構的陰極之間的分隔物，而使該陽極係實質上平行於並面向該陰極，但係被該分隔物隔離於該陰極，且該等電極結構係在該凸緣處被氣密地密封於該分隔物。
用以將該分隔物密封於該等凸緣之間的密合墊概已習知於該領域中。它們在陽極和陰極結構中可能不同，但典型係由一適當的材料製成，具有所需的化學耐抗性和物理性質，譬如一易塑化的EPDM樹脂。若一材料沒有化學耐抗性和物理性質之一適當的組合，則由一種具有適當物理性質製成的密合墊可被提供一抗化學性襯裏，例如由PTFE製成者，於其內緣上。
該密合墊可呈一框的形式，較好是連續的，因此當二密合墊配設在一分隔物的兩側上，且一負荷透過該盤施加其上時，該模組的氣密密封會被形成。
該密合墊可含有孔洞以容納密封螺栓等。
該分隔物較好為一實質上電解液不能滲透的離子交換膜。但是，我們並不排除其可為一多孔的電解液可滲透的隔膜之可能性。用於於氯/鹼產物之離子選擇滲透膜係泛知於該領域中。該隔膜較好為一含有陰離子群的含氟聚合物材料。其較好為一含有全部C-F而沒有C-H鍵的含陰離子群聚合物。適當的陰離子群之例可為所述的-PO3 2-，-PO2 2-，或較好為-SO3 -，或-COO-。
該隔膜可被呈現為一單層或多層膜。其可藉以一 織布或微孔片層合或覆層於上而被補強。又，其可在一面或兩面上被覆以一抗化學性微粒塗層來改良濕化和氣體釋放。
若一承覆一表面塗層的隔膜被使用於氯鹼用途，則該表面塗層典型係由一對化學環境呈惰性的金屬氧化物來形成，例如氧化鋯。
可供氯鹼用途的適當隔膜為例如由The Chemours Company LLC(E I Du Pont de Nemours and Company之一子公司)以商標“Nafion”銷售者，由Asahi Glass Co.Ltd.銷售的“Flemion”，及由Asahi Kasei Co.Ltd.銷售的“Aciplex”。
該電極為一成形或打孔的導電板或網。在操作時，電解係在該電極上進行。較好是該電極被覆以一電觸媒塗層俾能以較低的電壓促進電解。電極可為陽極或陰極，乃視它們所促行的電化學反應是氧化或還原而定。
該碟狀凹部可具有突出物等其容許一電極結構與一相鄰的電極結構配對。該等碟狀凹部的突出物較好係在一第一方向及一橫交於該第一方向的方向彼此相隔分開。
在本發明中之較佳的凹部和突出物係大致如US 6761808專利中所界定者。例如，較好是該陽極結構與陰極結構之一者的碟狀凹部係設多數個向外突出的突出物，且該陽極結構與陰極結構的另一者係設有多數個向內突出的突出物，而使該等向外突出的突出物能與在一相鄰的電極 結構或在一模組化電解器中的電極模組中之向內突出的突出物相配。(“向內”若被用於本文中係指會由該凹部突入至該電解間室內的突出物，而“向外”係指會由該凹部突出至該電解間室外的突出物)。
較好是該陰極結構包含一碟狀凹部設有多數個向外突出的突出物，且該陽極結構包含一碟狀凹部設有多數個向內突出的突出物。
在該碟狀凹部中的突出物較好係在一第一方向及在一橫交於該第一方向的方向彼此相隔分開。更好是該等突出物係對稱地相隔分開。例如，它們可為在一第一方向以一相等距離相隔分開，並在一例如實質上以直角橫交於該第一方向的方向，以一相等距離，其可為同前的，來相隔分開。較好是該等突出物的相隔分開在兩個方向係為相同的。
較好是在一碟狀凹部中的每個突出物係導電地連接於一導電構件，而使該等突出物提供許多電流饋供點，以改良遍及該盤的電流分佈，導致較佳的電壓，較低的功率消耗及較長的分隔物和電極塗層壽命。
該碟狀凹部中的突出物可具有多種形狀，例如圓拱形、碗形、錐形或截頂錐形。在本發明中的較佳形狀為截頂球形。此等突出物係容易製造而可提供改良的壓力阻抗性。
在本發明中於該電極結構之盤的碟狀凹部上典型每平方公尺係有大約20~200，較好為60~120個突出 物。
該等突出物由該碟狀凹部的底部之平面算起的高度可例如在0.5~8cm，較好為1~4cm的範圍內，乃視該盤的深度而定。在該凹碟上之相鄰的突出物之間距可例如為中心至中心有1~30cm，較好為5~20cm。該電極結構於電流流動方向的尺寸較好係在1~6cm的範圍內，若由該電極至該碟狀凹部的底部之平面測得，俾能提供較短的電流路徑，其會確保該電極結構中的低電壓減降，而不必使用複雜的電流帶送裝置。
依據本發明的液體入口可為任何適當的入口，例如一或更多個管。其一般設在該電極結構的較下部位。例如，其可被設在該電極結構的底部，而沿該結構的寬度縱長地延伸由其一邊至另一邊，以容許液體被充入其中。若該模組化雙極電解器係被用於鹽水電解，則該入口容許苛性物被充入該陰極結構，且鹽水被充入該陽極結構。各孔口可沿一入口的長度相隔開，以改良遍及該電極結構之寬度的液體饋供分佈。用於任何特定用途之孔口的數目可由專業人士輕易地算出。
釋出的氣體會從該等電極結構經由一出口集管排出。雖該等出口集管於此係被界定為有關於電解期間釋出的氣體，但用過的液體/汁液通常亦會與該等釋出氣體一起經由該出口集管排出。在該出口集管中氣體/液體分離會發生，因此該氣體和液體能被分開地回收。該等氣體和液體流會經由一或更多個出口孔離開該出口集管，較好是一 個出口孔，更好是設在其之一末端。
該等氣體和液體流一般會流出該出口集管進入一電解器收集集管中，其會將它們送去進一步處理。同種的多個電極結構(陽極或陰極)之出口集管的出口在使用時通常係連接至一共同的電解器收集集管。一電解器可具有一個電解器收集集管或多個電解器收集集管，但其恒會有比電極結構顯著較少的電解器收集集管。為避免懷疑，如於此所界定者，一出口集管係為一與一電解器收集集管分開且不同的細構，不僅是因為每個電極結構會包含一個別的出口集管，而一個電解器收集集管會由多個電極結構收集氣體。
其所存在的另一個不同點係在該等出口集管和收集集管的定向。
詳言之，每個依據本發明的出口集管概係為一伸長的容積，其會與該電極結構的長水平軸線平行排列。此會使該出口集管能沿該電極結構的長度在多數個點處導通(而得能移除釋出的氣體和用過的液體)，此會提供更有效率的移除。
相對地，一電解器收集集管通常係排列在一垂直於個別的電極結構之長水平軸線的方向，因其目的是要由多個電極結構的多數個出口集管收集釋出的氣體(和液體)。
在本發明中，在該陽極結構和陰極結構之一者上的出口集管是一外部出口集管，且在該陽極結構和陰極結 構之另一者上的出口集管是一內部出口集管。
為避免懷疑，雖一所請求的電極總成係包含一電極結構具有一外部出口集管，及一電極結構具有一內部出口集管等二者，但該等個別的電極結構較好係只包含一個如於此界定的內部出口集管，或只有一個如所界定的外部出口集管，而並非內部和外部出口集管二者皆在同一個電極上。
在本發明中“內部出口集管”係指一出口容積被提供在該電極結構上且在該電解間室內部。內部出口集管一般係能較低廉地製造，因為它們需要較少的金屬。又，具有內部出口集管的電極結構具有一較高壓力額度的優點，而以較高壓力操作容許一較低的電壓。該內部出口集管較好係位在或靠近於該電解間室的頂部。較好是該內部出口集管的頂部位在該電極結構上的凸緣之上緣下方。
該內部出口集管通常會透過一或更多個出口孔隙或隙縫來與該電解區域導通。較好是，當電解時由該電解所獲得的氣體/液體混合物會向上流經該電解間室，然後由該電解區域的頂部穿過形成於該出口集管壁的頂部與該電解間室的頂部之間的一或多個出口孔隙或隙縫等而水平地溢入該內部出口集管中。
該氣體/液體混合物會在該內部出口集管中迅速地分離，其較好係實質上沿該電極結構的整個寬度延伸。
該內部出口集管較好具有一概呈矩形的截面。該等出口孔隙或隙縫的高度和寬度及該出口集管的截面積， 可參酌該電流密度、電極面積和溫度及其它事物等來被選擇，而使其適裝於該電解間室的深度內，以提供足夠的空間可供汁液和氣體在其內自由地循環，同時容許該集管內有充分的空間，以確保沿該集管的分層水平氣體/液體流，較好具有一平順的介面，會被保持。
該內部出口集管可具有一或更多個各別的深度尺寸，取決於其形狀。典型地該內部出口集管的最大深度係為該電解間室之深度的30%~85%之間，更好係在該電解間室之深度的50%~70%之間。該內部出口集管的高度係被制定成能以該出口集管的形狀和深度來達到所需的截面積。(“深度”若被用於本文中係指沿一軸線所測得，其係垂直於該電極盤的後壁之平面；而“高度”係沿著在該電極盤之該後壁的平面中之一軸線所測得，其當該盤在操作時是垂直的。(該第三維向是“寬度”，且係沿著在該電極盤之該後壁的平面中之一軸線所測得，其當該盤在操作時是水平的。))
該等出口孔隙或隙縫係設計成能確保該氣相會在該電解間室中之一連續的液相中分散如氣泡並穿過該等出口隙縫，而不會有太早的氣體釋離或淤滯。該出口縫隙的高度係典型為2~20mm，較好為5~10mm。若有一個以上的出口隙縫被提供，則它們較好係均勻地分佈遍及該電解間室的寬度。較好是該等出口隙縫的總長度係大於該電解間室之寬度的70%，更好為大於90%。最好是單一出口隙縫係被提供成延伸該電解間室的整個寬度(100%)。
該內部出口集管較好係透過一單孔來與外部管 路導通。
在該等電極之一者上使用一外部出口集管具有的優點係，該電解間室的上部區域能被保持“充滿液體”，因此在該電解間室之該上部區域中相鄰該分隔物之一氣體空間的形成所造成之對該分隔物的損害會減少，且時常會消除。
又，因為各別的氣體不會在該分隔物的兩邊集中於該電解間室的頂部中，故本發明會消除氣體由一邊滲透至另一邊的任何風險。例如，以氫和氯可能導致形成該二者之一***性混合物的風險。(典型是氫遷移的結果，因為該分隔物的氫邊通常係以一比該氯邊稍微更高的壓力運作)。
在本發明中“外部出口集管”係指一出口容積，其係被提供在該電解間室的電極結構外部。較好是該外部出口集管的底部位在該電解間室的上緣上方。
通常，在該外部出口集管中該氣體/液體混合物會從該電解區域向上流經在該電解間室頂部的一或更多個出口孔隙或隙縫，並流入該外部出口集管內。流體之一表面水平可在該外部出口集管內被保持。在一較佳實施例中，該外部出口集管係實質上沿該電極結構的整個寬度來被提供。該一或多個出口隙縫較好係實質上沿著與該外部出口集管相同的寬度延伸。
該等出口隙縫的深度會被參酌其電流密度、電極面積和溫度及其它事物來選擇，而使該氣相會在一連續的 液相中分散如氣泡。該出口隙縫的深度典型係為該電解間室結構的深度，即穿過該碟狀凹部之底部的平面與該分隔物存在之處之間的距離的大約5~70%，較好為大約10~50%。
該氣體/液體混合物會在該外部出口集管中迅速地分離，其實質上沿該電極結構的整個寬度延伸。
該出口集管較好具有一概呈矩形的截面。該出口集管的截面積能被參酌其電流密度、電極面積和溫度及其它事物來選出，而使分層的水平氣體/液體流會沿該集管流動，且較好有一平順的介面會被保持。
但是今已發現一具有一外部出口集管之改良的電極結構能夠被獲得，假使VE/(AE x LE)之比係小於1，其中VE是該外部出口集管的內部容積以cm3計，AE是在該集管之出口端處的內部截面積，LE是其內部長度。
若被用於此，該長度、容積和面積係依該外部集管的內部來決定。該內部長度係由該集管的出口端至相反端的最小內部直線距離。在本發明中，該長度、截面積和該容積應不管該集管中有任何內含物存在來被決定。
至於該容積，VE係被界定為包含在該電極結構內，而在一沿著與該集管之長度相同方向的軸線水平地延伸之平面上方，且位在該電極所製成的氣體和汁液會通過以達到該出口端的槽道之底部的總容積。
在傳統的集管中沿其長度具有恒定的截面例如矩形者，則VE/(AE x LE)係等於1。
VE/(AE x LE)小於1乃可藉令一集管沿其長度具有一非恒定的截面而被達成。
更好是VE/(AE x LE)係小於0.95。雖沒有特定的下限，但VE/(AE x LE)通常可為小於0.7，譬如低至0.4。
VE典型係小於3100cm3，譬如小於2800cm3，例如2300cm3。
AE較好為至少7cm2，且較好為至少15cm2。
該陽極的長度LE典型係大於50cm，且較好大於150cm，譬如230cm。
在該內部出口集管之出口端處的容積、長度和內截面積(VI、LI和AI)亦可為會使VI/(AI x LI)係小於1，例如小於0.75。沒有特定的下限，但VI/(AI x LI)通常可為小於0.55，譬如低至0.35。
在一較佳實施例中，該比值VE/(AE x LE)小於1係藉使該外部出口集管呈推拔，而使其截面積沿其長度朝該出口端增加來達成。但顯然可知其它的選擇，譬如令集管具有階部會縮小截面亦能得到該所需的關係。
例如，當相比於一非推拔狀出口集管時，一推拔狀集管可使用較少的金屬。該推拔狀出口集管的另一優點係藉由增加金屬厚度或添加內部支撐物可使其能以較高的壓力操作，而只需要較少的補強，故會減少製造成本。
本發明的又一特別的優點，係因只有該陽極出口集管和該陰極出口集管之一者為一外部出口集管，故在一電極模組或一雙極電極單元上方會有更大的空間可供用於 該存在的單一出口集管，此能使其設計更有調適性，且特別是在其水平深度。(為避免懷疑，“深度”若被用於該集管的內容中，為了與該電極結構一般所用的名稱一致，係指沿一垂直於該電極盤的後壁之平面的軸線所測得者。)此能使對分離的進一步改良可在該集管中被獲得。
例如，該外部出口集管的深度可超過其所附接的電極結構之電解間室的深度。如一特別之例，具有所述的外部出口集管之電極結構的該外部出口集管可占據一空間，其係在一電極模組、雙極電極單元、模組化電解器或濾壓電解器中之相鄰電極結構的垂直上方。
又使用一內部出口集管相較於使用兩個外部集管者，會減少製造能以較高壓力運作之電解器所需的金屬厚度，因為該內部集管不需要是耐抗壓力的。因此較少的金屬和較薄的金屬能被用於該內部出口集管。
在一特別較佳的實施例中，於該陽極結構上的出口集管是一外部出口集管，且該陰極結構上的出口集管是一內部出口集管。此乃是較佳的，因已發現該分隔物係最易於受到因在該電解間室的上部區域中於該陽極側形成一氣體空間相鄰該分隔物而造成的損害，且亦因為由用過的鹽水形成的氯之分離乃是最麻煩的。此係由於，例如，該氯氣體/液體鹽水混合物的密度、黏度及表面張力所致，且特別是該氯和鹽水的混合物最容易起泡。
位在該電解間室上方的外部出口集管可以最少化該等問題，因為其位置會將該氣體釋離區移離該分隔物， 並會提供增加的調適性來設計其形狀和尺寸以改善該分離。
該等出口集管的一或二者可包含一或更多個內部橫越構件，且特別是橫越構件可被沿該集管的部份或全部長度置設，並內部地附接於該集管的側邊。較好該等橫越構件係為在內部延伸的片條，例如水平地沿該出口集管的長度延伸，而附接於該等集管的側邊。該等橫越構件可被設有孔洞等穿過該等片條由頂部導通至底部。
此等橫越構件可被提供用來，例如，增加該等集管的壓力額度。其較好是至少該外部出口集管會包含一或更多個此等內部橫越構件。
但已發現該等橫越構件亦能幫助改良該集管內的分離。故，即使若改良的壓力額度並不需要，譬如在該內部集管中，但橫越構件的使用亦是有利且較佳的。
在該較佳的電極結構中包含一盤具有一碟狀凹部(其中該凸緣係圍繞該盤的周緣，並有一電極相隔開於該盤)，導電路徑等會形成於該碟狀凹部與該電極之間。
在一實施例中導電柱(以下簡稱為“柱”)可將該碟狀凹部直接連接於該電極。
該等導電路徑較好係由電流載體所形成，包含一中央部份而有一或更多的腳由之輻狀伸出，且該等電流載體之該等腳的末端處係連接於該電極。
在最佳實施例中該等導電路徑包含一或更多個電流載體，各包含一中央部份而有一或更多的腳由之伸出， 且該等電流載體的腳之末端係電連接於該電極，而該等中央部份係電連接於該盤的碟狀凹部。該等中央部份較好係藉由柱等電連接於該盤的碟狀凹部，即該等導電路徑係藉由柱等被形成由該碟狀凹部的突出物至電流載體，其各包含一中央部份而有一或更多的腳由之伸出，且該等電流載體之腳的末端係電連接於該電極。
同樣地此一構造亦概如US 6761808專利中所述。
例如，該電流載體較好係為一多腳的電流載體，包含一中央部份而有多支腳會由之伸出，該等電流載體之腳的末端係電連接於該電極，為了方便以下稱為一“蜘蛛”。該等電連接可被形成而不使用一柱；例如，若為一陽極結構，每個向內的突出物之頂端可被以一電流載體電連接於該陽極板。使用柱和電流載體乃是較佳的。
蜘蛛的提供會增加對該導電板之電流饋供點的數目和分佈，故可改良電流分佈而導致較低的電壓和功率消耗，及分隔物和電極塗層的較長壽命。
在該等蜘蛛上之腳的長度及其數目，若一蜘蛛存在，係可在寬廣的限制內改變。典型地每一蜘蛛含有2至100支腳，較好係在2至8支腳之間。典型地每支腳係為1mm至200mm長，較好長為5mm至100mm之間。專業人士以簡單的實驗將能夠決定蜘蛛腳的適當長度和數目以供任何特定用途。
一蜘蛛可為撓性或剛性的。在該陽極結構中的蜘 蛛之形狀和機械性質，可為相同或不同於陰極結構中的蜘蛛之形狀和機械性質。在一較佳實施例中，與該陽極結構相關的電流載體之腳可為比與該陰極結構相關的電流載體之腳更短，譬如更短5~50%，較好為更短10~30%。例如，具有較短之腳而較無彈性的蜘蛛通常在該陽極結構中是較好的，且具有較長之腳而較有彈性的蜘蛛在該陰極結構中是較佳的。
使用彈簧載壓的蜘蛛，至少在該陰極板中，會使該要被彈簧載壓的電極結構能以最佳的壓力來達到零間隙操作，以最小化分隔物/電極損害的風險。藉由“零間隙”，吾人意指在各電極結構的導電板與相鄰的分隔物之間係實質上沒有間隙，即，因此相鄰的導電板在使用時係僅被該分隔物的厚度分開。
使用此一具有柱和電流載體的構造對容許該電極能被斷接和更換亦是有利的。
該陽極電流載體可被由一閥金屬或其之一合金製成。“閥金屬”係為當曝露於空氣時會生長出一鈍化之氧化物層的金屬。一般瞭解的閥金屬，及於此使用之物所界定者，係為Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W、Al和Bi。該陽極電流載體較好係由鈦或其之一合金製成。
該陰極電流載體可被由譬如不銹鋼、鎳或銅等材料製成，尤其是鎳或其之一合金。
各電流載體較好係由與其形成電接觸之導電板相同的金屬製成，且更好是每個與其接觸的柱亦由該相同 金屬製成。
在一陽極結構中的柱(“陽極柱”)因此亦可被由一閥金屬製成，且較好係由鈦或其之一合金製成，而在一陰極結構中的柱(“陰極柱”)可由不銹鋼、鎳或銅製成，尤其是其之一合金。在此一情況下，通過該陰極柱的導電路徑之長度較好係大於通過該陽極柱的導電路徑之長度。較好是通過該陰極柱的導電路徑對通過該陽極柱的導電路徑之長度的比率係為至少2：1，較好為至少4：1，且更好為至少6：1。此係可藉使用一陰極結構其包含一碟狀凹部設有多數個向外突出的突出物，且該陽極結構包含一碟狀凹部設有多數個向內突出的突出物等，來最輕易地達成。
該等電流載體的柱和中央部份可被載壓，且在它們被載壓處，它們較好係與該電極中的孔洞對準。電絕緣的載壓銷等可被提供，設在相鄰該電極的柱/電流載體之末端處。
對應的柱和銷等可被提供在一相鄰的電極結構中而使當與一在其間的分隔物連接時，負載會由一在該分隔物之一側的柱/電流載體/銷之組合，透過該分隔物，傳送至一在該分隔物的另一側之銷/載體/腳的組合。該等負載會協助在該分隔物之一側的盤與在相鄰電極結構中的盤之間保持一良好的電連接，而該等絕緣銷會將該負載傳經該分隔物但不會對它造成機械性損害。因電解並不發生在該等點處，故該分隔物不會遭受任何電解損害。
該較佳的構造係被示於圖1~6中，如後之進一步 描述。
該等絕緣銷可完全由一絕緣材料製成，或可被由一導電材料製成並配設一絕緣蓋或墊相鄰該隔膜。
此等絕緣墊可由一非導電材料製成，其係能耐抗該電解槽中的化學環境，例如，氟聚合物譬如PTFE、FEP、PFA、聚丙烯、CPVC及氟彈性橡膠等。該等墊可被提供在金屬樁上，其係被設成會使該墊朝向該分隔物。
詳言之，在該陰極結構中該等載壓絕緣銷可由套設絕緣氟聚合物蓋的鎳製成，且在陽極結構中該等載壓絕緣銷可由套設絕緣氟聚合物蓋的鈦製成。
該等電流載體較好係設計成，在一包含一陽極結構和一陰極結構而與密封裝置及一分隔物組合的電極結構中，會使在凹部的相鄰各排和列之間的區域中，該分隔物上的任何點離一附接於該陽極的電流載體之最近的腳，或離一附接於該陰極的電流載體之最近的腳之最大距離係為50mm或更小，譬如30至50mm。
於一更佳實施例中，在該陽極結構和陰極結構之一者中的電流載體之腳是有彈性的，而在該陽極結構和陰極結構的另一者上之電流載體是剛性的，因此當一陽極結構和一陰極結構被一在該二結構之間的分隔物分開時，該等有彈性的腳會由一結構的電極透過一分隔物施加壓力於另一者的電極。較好是，由一電極(透過該分隔物)施加於另一電極的壓力係大於0g/cm2並小於400g/cm2，譬如小於100g/cm2，且更好是大於10g/cm2且/或小於40g/cm2。
使用彈性的腿部/腳來提供低標度壓力的能力乃是有利的，因其能使壓力以對該分隔物最小的損害風險來被施加。
通常，在一特定的電極結構中，該盤、該電極、該等流體入口和出口，及該等導電路徑係全部由相同的材料製成。在一陽極結構中此係較好為鈦。在一陰極結構中此係較好為鎳。
任一或兩種電極結構皆可被配設障板，例如用以將該電極結構分隔成二個導通的流動區域垂直地延伸至該電解器上部，其可藉利用液動揚升而促進增加的內部汁液循環速率。
例如，一或更多個障板較好係被提供於該陽極和陰極結構中，以在該障板之一第一側與該電極板之間形成一第一槽道，及在該障板的第二側與該盤的凹碟之間形成第二槽道，該第一和第二槽道係互相導通，較好至少在或鄰近該電極結構的頂部和底部處。該第一槽道會提供一升流管可供充滿氣體的鹽水上升至在該電極結構頂部的出口集管。該第二槽道會提供一降流管可供該除氣的鹽水掉落至該電極結構的底部。該等障板較好係垂直地佈設。該等障板會利用所產生的氣體之氣體揚升作用來加強汁液循環及混合，此會造成某些優點。
在該等陽極和陰極結構中之改良的混合會最小化該等結構中的濃度和溫度梯度，故會增加陽極塗層及隔膜的壽命時間。特別是，在該陽極結構中該改良的混合容 許使用高酸性鹽水來在氯中獲得低標度的氧，而不會有因質子注入而損及該隔膜的風險。在該陰極結構中混合的改良容許直接添加去離子水，以在濃縮的苛性物被移除之後來將苛性物的濃度保持固定。
在該電極結構的上部區域中提供一傾斜的障板，會因加速該氣體/液體混合物由該電解區域的向上流動，而更增加氣體/液體分離，故會加強氣泡的合併。
該等障板係由耐抗該電解槽中之化學環境的材料製成。在該陽極結構中的障板可由一氟聚合物或一適當的金屬製成，例如鈦或其之一合金。在該陰極結構中的障板可由一氟聚合物或一適當的金屬製成，例如鎳。
在一較佳實施例中，一肩部可被提供在連接於該電流載體的導電柱上。此能方便障板安裝於該電極結構中，其會使製造較容易。
依據本發明的電極總成可為一“雙極電極單元”，或一“電極模組”，乃視該陽極和陰極如何連接而定。
一雙極電極單元包含一陽極結構和一陰極結構，它們係互相電連接。較好是，尤其使用包含一盤具有一碟狀凹部之較佳電極結構者，該陽極盤的凹碟和該陰極盤的凹碟係被電連接，較好在該等突出物的頂端處。
電的傳導可藉使用互接物或藉該等電極結構之間的緊密接觸來達成。電的傳導可藉在該等盤的外表面上提供加強導電性的材料或加強導電性的裝置而被加強。可被提及的加強導電性材料之例包括導電的碳發泡物，導電 氣體，及高導電性金屬的塗層，例如銀或金。
較好是在一雙極電極單元中的陽極結構和陰極結構係藉由焊接、***黏接或螺絲連接來被電連接。
10‧‧‧陽極結構
11、31‧‧‧凸緣
12、32‧‧‧碟狀凹部
13、33‧‧‧突出物
14、34‧‧‧電解間室
15‧‧‧陽極
16‧‧‧外部出口集管
17、37‧‧‧導電柱
18、38‧‧‧絕緣墊
19、39‧‧‧電流載體(蜘蛛)
20、40‧‧‧支持凸緣
21、41‧‧‧中央部段
22、42‧‧‧腳
23、43‧‧‧障板
24、44‧‧‧肩部
25、45‧‧‧橫越構件
26、46‧‧‧入口管
30‧‧‧陰極結構
35‧‧‧陰極
36‧‧‧內部出口集管
50‧‧‧導電性加強裝置
51‧‧‧隔膜
52‧‧‧密合墊
本發明會參照，但並不受限於以下圖式來進一步說明，其中：圖1為一依據本發明的雙極電極單元之頂部的截面；圖2為一依據本發明的電極模組之頂部的截面；圖3A和3B分別示出可適用於該等陽極和陰極結構中的“蜘蛛”之例；圖4A和4B示出在外部和內部出口集管中的橫越構件之較佳結構的放大圖；圖5為一依據本發明的陽極結構之立體圖；圖6為一依據本發明的雙極電極單元之底部的截面；且在圖1中係示出一雙極電極單元包含一陽極結構10和一陰極結構30。
該陽極結構10包含一凸緣11，及一碟狀凹部12具有一向內突出的突出物13，其會形成一電解間室14含有一陽極15。該陽極結構具有一外部出口集管16。該陽極15典型係呈一多孔板的形式。
該陰極結構30包含一凸緣31，及一碟狀凹部32具有一向外突出的突出物33，其會形成一電解間室34含有一陰極35。該陰極結構具有一內部出口集管36。該陰極35 典型係呈一多孔板的形式。
該陽極結構10係經由一設在該陽極結構10上之向內突出的突出物13與該陰極結構30之向外突出的突出物33之間的導電性加強裝置50電連接於該陰極結構30。
實際上在各電極結構上有多數個向內及向外突出的突出物，及多數個導電性加強裝置，使當該二電極結構被緊迫在一起時，該等導電性加強裝置會在該等陰極結構突出物33與陽極結構突出物13等的頂端之間提供良好的導電性。該導電性加強裝置可呈一磨蝕裝置，或(更好)為一雙金屬碟的形式。當該雙極電極單元係被預先組合地供使用於一濾壓雙極電解器中時，該導電性加強裝置50係可能被完全地略除，且該陽極和陰極結構則會藉焊接、***黏接或螺絲連接來被機械地及電連接在一起。
該等陽極和陰極結構更包含導電柱17、37等，其連接於各別的突出物13、33，電絕緣墊18、38等及電流載體19、39等，它們係各呈一形狀具有一中央部份由之輻狀伸出二或更多的腳(以下稱為“蜘蛛”)。該等蜘蛛19、39係裝在各別的柱17、37與各別的電極15、35之間。在該各別的柱17、37位置處，該等電極15、35設有孔隙，且該等墊18、38係容納於該孔洞內，並承抵在該等蜘蛛19、39的中央底部上。
汁液的從該陽極電解間室14流至該外部出口集管16會經由一在該陽極結構10之頂端的流出隙縫發生，該流出縫隙係緊在該陽極15的上方。
汁液從該陰極電解間室34流至該內部出口集管36之流動會經由一在該陰極結構30之較上區域中的內部出口集管中的隙縫發生。
圖2中係示出一電極模組，包含一陽極結構10和一陰極結構30。該等陽極和陰極結構係大致如圖1中所界定者，且相同的編號會被用於如圖1中已經描述的對應特徵細構。但是，該等各別的電極結構於此圖中係使該陽極15和陰極35彼此相向並有一隔膜51在其間地接合。特別是，該等凸緣11、31係設有支持凸緣20、40等，其具有孔洞能承納螺栓(未示出)用以螺接該陽極結構10和該陰極結構30及二密合墊52與該隔膜51，而來形成一依據本發明的模組。該隔膜51會在該陽極15與陰極35之間向下通過該電極模組，而在該等陽極和陰極結構10、30之各別的電解間室14、34之間提供流體分離。
在該陽極電解間室14中的蜘蛛19包含一碟狀中央區部21，其能被例如以焊接、螺絲固定或塞套連接物等來連接於該柱17的末端，及若干個腳22會由該中央區部21輻伸，並在它們的自由端被例如藉焊接連接於該陽極15。通常該等腳22係被安排成使通過該柱17的電流供應會分散至若干個圍繞著該柱17的相等間隔點處。
在該陰極電解間室34中的蜘蛛39包含一碟狀中央區部41，其能被例如以焊接、螺絲固定或塞套連接物等連接於該柱37的末端，及若干個腳42等它們會由該中央部段41輻伸，並被例如藉焊接使它們的自由端連接於該陰極 35。通常該等腳42係被安排成使通過該柱37的電流供應會分散至若干個圍繞著該柱37的相等間隔點處。
實際上，當製造該等電極結構10、30時，該等蜘蛛19、39可被焊接或者連接於該等電極15、35，且該等蜘蛛嗣可被隨後焊接或者固定於該等柱17、37。此安排會方便該等陽極/陰極板的更換或修理，或其上之任何電觸媒活性塗層的更新/置換。
在圖2中亦示出二障板23、43，其可分別地用來將各陽極間室和各陰極間室分隔成兩個導通的區域以提供汁液的再循環，如進一步說明於後者。該障板的提供於任一間室中乃是可擇的，但其特別較好係有障板被提供於該陽極間室中。不希望被理論束縛，但相信該陽極間室內的再循環對提供增加的電解速率是有用的，例如因促進以較高的電流密度操作。
該等障板23、43可被裝在該等導電柱17、37上。每個該等柱可被設具一肩部24、44，以方便該等障板的安裝和精確定位。
圖2中亦示出有一橫越構件25在該陽極的外部出口集管16中，及一橫越構件45在該陰極的內部出口集管36中。
圖3A和3B分別示出供用於該陽極和陰極結構中的適當“蜘蛛”之例。
針對圖3A該蜘蛛包含一碟狀中央部段21及四個腳22等由該中央部段21輻狀伸出。該等腳22係對稱地輻伸， 因此在使用時電流供應會分散至若干個等間隔點處。
尤其是當要供使用於鹼金屬鹵化物的電解時，該等陽極蜘蛛係由一閥金屬或其合金製成。
針對圖3B該蜘蛛包含一碟狀中央部段41及四個腳42等由該中央部段41輻狀伸出。該等腳42係對稱地輻伸，因此在使用時電流供應會分散至若干個等間隔點處。
尤其是當要供使用於鹼金屬鹵化物的電解時，該等陰極蜘蛛可被由某些金屬製成，譬如不銹鋼、鎳或銅。
如所示，該陰極蜘蛛的腳42係較長，且構製成較有彈性，而該陽極蜘蛛的腳22係較短且較為剛性。
圖4A和4B分別示出該等橫越構件25和45之較佳結構的放大圖。在該外部出口集管16中的橫越構件25之較佳結構係呈一“梯”式安排的形式，而該內部出口集管36中的橫越構件45之較佳結構係呈數個具有圓孔之板的形式。如圖4B中所示，於該出口集管36內可有多於一個橫越構件45。雖只有單一個橫越構件25被示於圖1和2中，但亦可有多於一個橫越構件在該出口集管16內。
圖5更詳細地示出一陽極結構10，乃示出向內突出的截頂球形突出物13等及一推拔的外部出口集管16。圖5亦例示用以測量該AE和LE的位置。
圖6示出一雙極電極單元的底部之一截面。如同以上各圖，相同的編號會被使用於已經描述者的對應特徵細構。在本圖中該陽極結構係設有一陽極入口管26，而該陰極結構係設有一陰極入口管46。孔口(未示出)係被設在該 等各別的入口管中用以將汁液充入各別的電解間室內，且較好係被形成為會使由之充入的汁液被導向在該等障板23、43後方之該等盤的背部以幫助混合。該等障板23、43會在各別的陽極和陰極間室內由該電極結構的下端垂直地延伸至其上端，並在各電極結構內形成二槽道，其會導通至少鄰近該結構的頂部和底部處。
在一第二態樣中本發明提供一種模組化或濾壓電解器，包含多數個依據該第一實施例的電極總成。
例如，本發明可提供一濾壓電解器包含多數個連接的雙極電極單元，相鄰的電極單元係透過一分隔物及介於該等相鄰單元上的凸緣之間的密封裝置來被連接。當構製成如在該第一態樣中之一電極模組時，該分隔物和密封裝置較好係如所述介於電極結構之間。
或者，本發明可提供一模組化電解器包含多數個連接的電極模組。於此情況下該等電極模組可藉在相鄰的模組之間提供適當的電連接物而彼此互相連接。
例如，在相鄰模組中之該陽極盤的凹碟和陰極盤的凹碟會被電連接，較好是在該等突出物的頂端處。
電的傳導可藉使用互接物或藉該等電極結構之間的緊密接觸來被達成。導電性可藉在該等盤的外表面上提供導電性加強材料或導電性加強裝置來被加強。可被提及的導電性加強材料之例包括導電性碳發泡物，導電氣體及一高導電性金屬的塗層，例如銀或金。
當將相鄰的電極模組連接在一起時，藉由焊接、 ***黏接或螺絲連接的連接方式並非較佳的。而是藉相鄰的電極結構間之緊密的物理接觸所形成的連接才是較佳的。
能加強該接觸的導電性加強裝置包括導電的雙金屬接觸帶、碟或板，導電的金屬裝置，譬如墊圈，或某些導電金屬裝置可適於：(a)藉切割或刺穿該盤上的任何電絕緣塗層，例如一氧化物層，而磨蝕或穿透該盤的表面；及(b)至少會抑制一絕緣層形成於該裝置與該盤的表面之間(其可被稱為一“磨蝕裝置”)。
此等裝置係被詳述於US 6761808專利中。
模組或雙極單元的數目可由專業人士參酌所需的製造容積，可用的功率與電壓，及專業人士所知的某些特定限制等和其它事物來被選出。但是，典型地，一依據本發明之第二態樣的模組化或濾壓電解器會包含5~300個模組。
在一第三態樣中係提供一種用於一鹼金屬鹵化物之電解的製法，其包含使一鹼金屬鹵化物在一依據該第二態樣的模組化或濾壓電解器中遭受電解。
依據本發明之該第三態樣的模組化或濾壓電解器可被依據習知的方法來操作。例如，其典型係以50至600kPa(0.5至6bar)絕對壓力之間的壓力來操作，較好是在50至180kPa(500至1800mbar)之間。
要被電解的液體會被饋至各電極結構中的入口管。例如，若該電解器是要被用於鹽水電解，則入口管可容苛性物被充入該陰極結構，且鹽水被充入該陽極結構。 其產物，即來自該陽極結構的氯和耗乏的鹽水溶液，及來自該陰極結構的氫和苛性物，會被由各別的集管回收。
該電解能被以高電流密度，即>6kA/m2來操作。
在本發明的又另一態樣中提供一種電極結構包含：i)一盤具有一碟狀凹部及一凸緣其能與在一第二電極結構上之一凸緣交互作用來將一分隔物固定於該二者之間，且該碟狀凹部更具有多數個向內或向外突出的突出物，它們能與在一電極單元或一模組化電解器中之一第三電極結構上的對應突出物配對；ii)一入口用於要被電解的液體；及iii)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中該出口集管為一推拔的外部出口集管，其會在氣體/液體流向該等出口孔的方向增加截面積。
較好是於此態樣中的外部出口集管包含一或更多個內部橫越構件等沿該集管的側邊之全部或部份的水平長度佈設並附接於其內。
於此態樣中該外部出口集管的深度可超過所請求的電極結構之深度。特別是，當連接於一電極模組、電極單元或模組化電解器中的所述第二及/或第三電極結構時，該所請求的電極結構之外部出口集管可占據該第二及/或第三電極結構垂向上方的空間。
該電極結構的其它特徵可為大致如在該第一態樣中所述。例如，該較佳的電極結構包含一碟狀凹部係設 有多數個向內突出的突出物。
在本態樣之一最佳的實施例中，該凸緣係圍繞該碟狀凹部的周緣，且係可支撐一密合墊能夠密封在所請求的電極結構之電極表面與該第二電極的電極表面之間的分隔物，而使該等電極表會實質上彼此面對並互相平行，但被該分隔物相隔開且氣密地密封於該分隔物。又，該電極結構包含一電極相隔開於該盤，但會被該盤與該電極之間的導電路徑連接於該盤，然而若該所請求的電極結構係設有多數個向內突出的突出物，則該電極可被直接地電連接於該盤。
該電極結構較好係為一陽極結構。特別是，如前已述該分隔物最容易因在一電解間室的上部區域中之陽極側上形成一氣體空間相鄰該分隔物而受損，且亦因為形成的氯與用過的鹽水之分離是最易發生問題的。位在該電解間室上方的外部出口集管可以最少化此等問題，因為其位置會將該氣體釋出區域移離該分隔物，且亦會提供增加的調變性來設計其形狀和尺寸以改良該分離。
在又另一態樣中本發明提供一種電極結構包含：i)一盤具有一碟狀凹部及一凸緣其能與在一第二電極結構上之一凸緣交互作用來將一分隔物固持於該二者之間，且該碟狀凹部更具有多數個向內或向外突出的突出物，它們能與在一電極單元或一模組化電解器中之一第三電極結構上的對應突出物配對； ii)一入口用於要被電解的液體；及iii)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中該所請求的電極結構之出口集管係為一內部出口集管，且該等第二和第三電極結構的出口集管係為外部出口集管。
較好是於此態樣中的內部出口集管包含一或更多個內部橫越構件沿該集管之側邊的部份或全部的水平長度佈設，並附接於其內。
於此態樣中該第二和第三電極結構之外部出口集管的深度可超過該等電極結構的深度，而使當所請求的電極結構連接於一電極模組、電極單元或模組化電解器中的所述第二及/或第三電極結構時，該第二或第三電極結構的外部出口集管能占據一空間，其係在所請求的電極結構之垂向上方。
又，該電極結構的其它特徵可為大致如在第一態樣中所述者。例如，該較佳的電極結構包含一碟狀凹部係設有多數個向外突出的突出物。
在本態樣之一最佳的實施例中，該凸緣係圍繞該碟狀凹部的周緣，且係可支撐一密合墊能夠密封在該所請求的電極結構之電極表面與該第二電極結構的電極表面之間的分隔物，而使該等電極表面會實質上彼此平行並相對，但被該分隔物相隔開且係氣密地密封於該分隔物。又該電極結構包含一電極相隔於該盤，但被該盤與該電極之間的導電路徑連接於該盤，然而若該所請求的電極結構係為一 陽極結構，則該電極可被直接地電連接於該盤。
在本態樣中該電極結構較好為一陰極結構。
最後，本發明亦提供整修依據以上態樣之電極總成或模組化或濾壓電解器的方法。
例如，一種整修一電極總成的方法可包含：a)提供一電極結構；b)整修該電極結構，該整修包含：i)由該盤或由該等電流載體所連接的柱卸除該電極和附接的電流載體；及ii)於後將該整修後的同一電極或一替代電極再附接於該盤，乃藉將與該經整修或替代電極相關聯的電流載體附接於該盤或所述的柱等；及c)再組合該電極結構。
當一電極結構之一陽極或陰極板須要整修時，其可藉移除任何的墊而被由該結構移除，以曝露該等電流載體的中央部段，並可容許它們由該等柱卸除，或者沒有柱存在，則由該電極盤卸除。當該等電流載體已卸除後，該陽極或陰極嗣可被移除以供整修。一電極的整修可包括該電極之各部段的修復及/或依須要重再塗層。或者該電極可被以一完全新的電極更換。該新的或經整修的電極嗣會被實體地且電氣地再附接，例如，藉由點焊、螺紋固緊物或塞套連接物等。
使用於氯鹼製程的電極總成之整修一般係每數年都須要做一次。
在一變化實施例中，整修一電極總成的方法可包含：a)提供一電極結構；及b)當該電極係仍附接於該盤時整修該電極結構的電極。
該整修可包含：i)在現場由包含於該盤中的電極移除電極塗層；ii)去除污染、清潔及乾燥該電極結構；iii)修復任何結構性損壞，例如移除損壞的網或電極片，並再焊接於未塗層的替換物中；iv)在現場於該盤中再塗層該等修復的電極。
10‧‧‧陽極結構
11、31‧‧‧凸緣
12、32‧‧‧碟狀凹部
13、33‧‧‧突出物
14、34‧‧‧電解間室
15‧‧‧陽極
16‧‧‧外部出口集管
17、37‧‧‧導電柱
18、38‧‧‧絕緣墊
19、39‧‧‧電流載體(蜘蛛)
30‧‧‧陰極結構
35‧‧‧陰極
36‧‧‧內部出口集管
50‧‧‧導電性加強裝置

Claims (16)

  1. 一種電極總成包含一陽極結構和一陰極結構，每個所述的陽極結構和陰極結構包含：i)一凸緣其能與在另一電極結構上之一凸緣交互作用以將一分隔物固持於該二者之間；ii)一電解間室其包含一電極，且其在使用時會包含一要被電解的液體；iii)一入口用於要被電解的液體；及iv)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中在該陽極結構和該陰極結構之一者上的出口集管係為一外部出口集管，且在該陽極結構和該陰極結構之另一者上的出口集管係為一內部出口集管。
  2. 如請求項1之電極總成，其中各出口集管係為一出口容積，其係被提供在個別的陽極或陰極結構上，而釋出的氣體會由之離開該陽極或陰極結構流至一電解器收集集管，且較好係為一與該電極結構的長水平軸平行排列的伸長容積。
  3. 如請求項1或2之電極總成，其中VE/(AE x LE)係小於1，其中VE是該外部出口集管以cm3計的內容積，AE是在該集管出口端處的內截面積，LE是其內長度，更好是該外部出口集管係為推拔的，且特別是在氣體/液體流向其出口孔的方向會增加截面積。
  4. 如以上請求項之任一項的電極總成，其中該等出口集管 的一或二者包含一或更多個內部橫越構件沿該集管的側邊之部份或全部的長度置設並附接於其內，且特別是其中該等橫越構件為沿該出口集管的長度穿行其內，而附接於該集管之側邊的片條，且較好是其中該等橫越構件係設有孔等貫穿該等片條由頂部導通至底部。
  5. 如以上請求項之任一項的電極總成，其中具有所述的外部出口集管之電極結構的該外部出口集管會占據一空間，其係在一電極模組、電極單元、模組化電解器或濾壓電解器中之相鄰電極結構的垂向上方。
  6. 如以上請求項之任一項的電極總成，其中在該陽極結構上的出口集管是一外部出口集管，且在該陰極結構上的出口集管是一內部出口集管。
  7. 如以上請求項之任一項的電極總成，其中在各所述的陽極結構和陰極結構中：該電解間室包含一盤具有一碟狀凹部，該凸緣係圍繞其周緣用以支撐一密合墊能夠密封在一陽極結構的陽極表面與一陰極結構的陰極表面之間的分隔物，而使該陽極表面係實質上平行於並面對該陰極表面但被該分隔物相隔開，且係氣密地密封於該分隔物；及一電極相隔開於該盤，但被該盤與該電極之間的導電路徑連接於該盤，然而若該電極結構為一陽極結構則該電極可被直接地電連接於該盤；且較好是其中該陽極結構和陰極結構之一者的碟狀凹部係設有多數個向外突出的突出物，且該陽極結構和陰極結 構之另一者係設有多數個向內突出的突出物，該等突出物係會使該等向外突出的突出物能與在一相鄰的電極結構中或在一模組化電解器中的電極模組之該等向內突出的突出物配對；且其中該等導電路徑包含一或更多個導電柱，其係設有肩部可供障板被安裝於上以改良液體和氣體在該電極結構中的循環。
  8. 一種模組化或濾壓電解器，包含多數個如請求項1至7之任一項所請求的電極總成，且較好係包含5~300個電極總成。
  9. 一種用於一鹼金屬鹵化物之電解的製法，其包含使一鹼金屬鹵化物在一如請求項8所請求的模組化或濾壓電解器中遭受電解。
  10. 一種電極結構，包含：i)一盤具有一碟狀凹部及一凸緣其能與在一第二電極結構上之一凸緣交互作用以將一分隔物固持於該二者之間，且該碟狀凹部更具有多數個向內或向外突出的突出物，其能與在一電極單元或在一模組化電解器中之一第三電極結構上的對應突出物配對；及ii)一入口用於要被電解的液體；及iii)一出口集管用於釋出的氣體和用過的液體；其中該所請求的電極結構之出口集管係為一內部出口集管，且該第二和第三電極結構的出口集管係為外部出口集管。
  11. 如請求項10之電極結構，其中各出口集管是一出口容積，其係被提供在個別的電極結構上，而釋出的氣體會由之離開該電極結構流至一電解器收集集管，且較好是一與該電極結構的長水平軸平行排列的伸長容積。
  12. 如請求項10或11之電極結構，其中該內部出口集管包含一或更多個內部橫越構件沿該集管的側邊之部份或全部的水平長度置設並附接於內。
  13. 如請求項10至12之任一項的電極結構，其係為一陰極結構。
  14. 一種整修一電極總成的方法，該方法包含：a)提供一如在請求項7或10-13之任一項中所界定的電極結構；b)整修所述的電極結構，該整修包含：i)由該盤或由該等電流載體所連接的柱卸除該電極和附接的電流載體；及ii)於後藉將與被整修或替換電極相關聯的電流載體附接於該盤或所述的柱等，而將該經整修後的同一電極或一替換電極再附接於該盤；及c)再組合該電極結構。
  15. 一種整修一電極總成的方法，該方法包含：a)提供一如在請求項7或10-13之任一項中所界定的電極結構；b)當該電極係仍附接於該盤時整修所述的電極結構之該電極。
  16. 一種用以整修一模組化或濾壓電解器的方法，其包含依據請求項14或請求項15的方法來整修一或更多個電極結構。
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