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本发明涉及一种为氯碱电解器设计的单部件类型的电解槽，包括阳极室和阴极室，两室中的每一个包含通过平行杆与相应室后壁相连接的电极。电极因而被细分为若干节段。根据本发明，两电极中的至少一个具有在每一节段中的弯曲形状，此弯曲节段朝向相对电极突出并且将薄膜区域按压抵靠在相对电极上。根据优选地实施例，各电极节段的弯曲形状通过弹簧获得。

1.  一种设计用于氯碱电解的单部件类型电解槽，包括阳极室和阴极室，所述阳极室和所述阴极室中的每一个均由后壁限定边界，所述阳极室和所述阴极室的每一个中均设置有相应的电极，所述电极包括设置在所述阳极室中的阳极和设置在所述阴极室中的阴极，所述电极中的每一个均通过平行的杆与相应室的所述后壁连接，所述平行的杆将相应的电极分为多个节段，所述两个电极中的至少一个电极的所述节段具有朝向相对的电极突出的弯曲部分。

2.  按照权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述至少一个电极的所述弯曲部分的轮廓限定了顶点线，并且所述弯曲部分设置成将位于所述顶点线两侧的薄膜区域按压抵靠在所述相对的电极上。

3.  按照权利要求2所述的电解槽，其特征在于，被按压的区域的宽度为所述节段的宽度的至少20％。

4.  一种用于安装在按照权利要求1到3中任一项所述的电解槽中的电极，其包括多个并列的且在相同方向上突出的弯曲部分。

5.  按照权利要求4所述的电极，其特征在于，所述弯曲部分的数量与相应电解槽室的节段的总数量一致。

6.  按照权利要求4或5所述的电极，其特征在于，所述弯曲部分覆盖整个电极高度的至少90％。

7.  按照权利要求1到3中任一项所述的电极，其特征在于，所述弯曲部分的顶点线在未装配的情况下从电极主平面突出大约0.4到1.0mm。

8.  按照权利要求1到7中任一项所述的电解槽，其特征在于，所述弯曲部分的弯曲形状通过作用于电极后侧上的至少一个弹簧来获得。

9.  按照权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述至少一个弹簧具有两个臂，所述两个臂分别位于所述平行杆中的一个杆的相对两侧。

10.  按照权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述弹簧为U形或V形。

11.  按照权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述至少一个弹簧在至少一个所述电极节段的中央处施加压力。

12.  按照权利要求11所述的电解槽，其特征在于，所述弹簧为板簧或L形弹簧，其被夹紧在所述平行杆的两个杆之间，或者被夹紧在外周边框和所述平行杆中的一个杆之间。

13.  按照权利要求8到12中任一项所述的电解槽，其特征在于，在每个所述电极节段中设置有至少一个载荷分配元件，所述至少一个载荷分配元件为棒形或杆形，并且与所述杆平行地定位在相应电极节段的中心处，其中至少一个弹簧施加压力于所述至少一个载荷分配元件上。

14.  按照权利要求13所述的电解槽，其特征在于，所述至少一个载荷分配元件至少部分地由非导电材料制成。

15.  按照权利要求8到14中任一项所述的电解槽，其特征在于，所述弹簧相对于竖直的电解质流是敞开的。

16.  按照权利要求8到15中任一项所述的电解槽，其特征在于，所述至少一个电极由多个单独的段部分组成，所述段部分通过弹簧连接，但不固定到所述平行杆上。

17.  按照权利要求16所述的电解槽，其特征在于，每个所述电极节段中均设置有一个所述电极段部分。

18.  一种大体上如参照附图描述的电解槽。

电解槽
技术领域
本发明涉及一种设计用于氯碱电解器的、主要包括阳极室和阴极室的单部件类型的电解槽，上述两室中的每一个配备了相应的电极，并且每个电极通过平行杆与相应室的后壁连接。电极因而被这样的杆细分为多个节段。
背景技术
单部件类型设计的氯碱电解器在现有技术中是已知的，并且在各种工业场合广泛应用。例如这种电解器已经在DE 198 16 334A1，
DE 44 14 146A1或EP 0 095 039A1公开。
如DE 10 2005 003527A1或DE 10 2005 006555A1中所述，已经尝试在具有越来越窄公差范围的平面平行结构中，尽可能接近地布置两电极。但是很明显地，由于极片需要的厚度减小，所以所述平行平面定位是有限制的。如果电极以偏离平行的方式设置，则局部电压峰值是不可避免的，从而损害设备的效率。很明显地，多种小偏差的总和最终将导致不利的经济成本。
很窄的电极间隙将产生额外的问题：气体在阳极周边积聚，这在DE 10 2005 006555A1中有详细描述。气体的形成引起电极和薄膜之间的空间堵塞，从而将影响电解质的补充。在该具体案例中，高性能电极的外形被改进，并且具有适当的微观结构，然而，其不能解决从宏观的角度而言所需要的极为严格的制造公差问题。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的局限性，特别是提供经济上有利的电解器，其适于减小由于结构公差而产生的电压方面的不利结果。上述和其它目的通过以下详细描述将更加清楚，这些描述不应视为对本发明的限制，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
本发明的目的能够通过权利要求1所述的电解器实现。根据本发明的电解器包括阳极室和阴极室，每一室通过具有外周边框和外周凸缘的后壁限定边界，并且每一室中设置有电极，即阳极设置在阳极室中，阴极设置在阴极室中。两电极具有多个开口，并且通过平行杆与相应的室的后壁连接，从而将电极和它们相应的后部空间分为多个节段。根据本发明，就每一电极节段的宏观结构而言，两电极中的至少一个电极的每一节段具有从该电极的主平面朝向相对电极突出的弯曲部分。从而在两电极之间将产生薄膜的大范围按压。
结合本发明，术语“弯曲部分”应理解为是指整个部分的宏观形式或形状，其区别于例如如DE10 2005 006555A1中所描述的、电极形状存在微观范围内的变形的现有技术。至于“电极主平面”，其在本文中为一理想平面，该平面与后壁平行，并且包括与后壁的距离最小的电极表面点。
在一个优选的实施例中，弯曲电极部分设置成在位于弯曲部分的顶点线两侧的大区域上将介于其间的薄膜按压抵靠到相对电极上，被按压表面区域的宽度形成为相应节段宽度的至少20％。已经惊讶地发现，如果对接触表面压力进行限制以防止薄膜受损，则电极彼此之间也不再必须要间隔开。通过将电极之间薄膜的接触压力与经由杆跨越平行的各个电解槽施加的压力解耦，可以不再考虑所有已知的平面平行电极设计。
在根据本发明的电解槽的一个优选实施例中，至少一个电极具有多个并列的并且在相同方向突出的弯曲部分，弯曲部分的数量与节段的数量相对应。本文中涉及的弯曲部分应覆盖电极总高度的至少90％，更优选地为整个电极高度。
在一个实施例中，电极的弯曲部分限定了顶点线，在没有装配的情况下，顶点线从电极主平面突出大约0.4到1.0mm。
根据本发明的一个实施例，电极弯曲部分的形状通过以向电极的后侧施加力的方式设置的至少一个弹簧获得。此处，“后侧”为与面向薄膜的电极侧相反的电极侧。
在一个实施例中，在杆区域中设置有多个双臂式弹簧，所述双臂式弹簧可选地由U形或V形弹簧组成。弹簧安装成使得两个臂位于一个杆的相对两侧，从而作用于相应电极以便于相应电极的每一节段朝向相对电极弯曲。这样，电极本身具有与板簧相似的弹簧型特性。这样的构造提供了额外的优点，即当接触压力使电极纵向边缘向外侧移动时，与电极接合的单个弹簧臂可以经受侧向位移。
在另一实施例中，一个或几个弹簧在电极的后侧中心施加压力，从而使每一节段朝向相对电极弯曲。这种情况下的适当设计例如可以是夹紧在两杆之间或者夹紧在外壳边框和杆之间的板簧或L形弹簧。
在另一实施例中，在相应电极后侧上的待弯曲相应节段内，设置有至少一个载荷分配元件，所述载荷分配元件具有棒形或轨形，并且与杆平行地定位于相应节段的中心处，其中一个或几个弹簧施加压力于所述载荷分配元件上。这种设计具有以下优点，即这样的分配元件可以用于现有技术中的大多数电解器而无需做实质性的改动。更有利地，至少部分所述载荷分配元件至少部分地由非导电材料制成。弹簧更有利地为具有敞开的外形，以便于它们尽可能小地影响电解质的竖直流通。
在另一实施例中，电极不是由单个构件组成，而是被分为多个的单独的电极段部分，所述电极段部分通过弹簧而不经由杆连接。杆在这种情况下仅用于沿平行设置的电解槽传递压负荷。
附图说明
以下将参照附图描述本发明电解槽的优选实施例，其中：
图1示出了根据本发明的电解槽的第一实施例；
图2示出了图1中电解槽的变形；
图3示出了图1中电解槽的测试结果的图表；
图4示出了根据本发明的电解槽的进一步的实施例；
图5示出了图4中电解槽的变形。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电解槽的第一实施例。在电解槽(1)的该横截面视图中，示出了阴极室的后壁(2)，其配备有用于固定阴极(3)的杆(6)。阳极室具有相似的设计：使用固定到相应后壁(5)的多个杆(7)来固定阳极(4)。薄膜(10)位于两电极即阴极(3)和阳极(4)之间。当多个这样的电解槽并行组装、安装在图中未示出的框架内、并且彼此电接触时，杆(6)和(7)还确保压力的适当传递。
图1示出了杆(6)和(7)是如何将相应的室和相应的电极分为多个节段(8)和(9)的。如上所述，根据本发明的电解槽的此实施例示出了电极中之一——在本实施例中为阳极(4)——已经在制造过程中预成型为弯曲形状。在图中示出的装配构造中，阳极(4)将薄膜(10)按压抵靠于阴极(3)上，其中被按压区域的宽度(11)由大括号示出。在平行节段(9)的每一节段中，电极以相似的方式被按压。
另外，图中还示出了如现有技术中已知的那样，在相对的杆(6)和杆(7)之间的区域设置间隔件(12)，以用于限制在装配期间阳极(4)的变形程度。
图2示出了典型的电解槽(1)的截面图，其中，阳极(4)的弯曲程度使得在安装好以后能够避免将薄膜(10)机械地按压抵靠在阴极(3)上。在该附图平面的预定水平处的、垂直于该附图平面的顶点线的位置由点划线(13)示出。为了更容易地理解此图，相对的阴极室的节段(其与图1所示的节段大致相同)在此情况下没有示出。
图1中类型的电解槽经过了一系列测试和评定，并且与根据现有技术的电解槽进行了比较。两种电解槽在阴极侧是相同的，并且阴极基本上由扁平的金属网板材组成。根据本发明的电解槽的阳极和根据现有技术的对比电解槽的阳极整体上由层状结构组成。本发明的电解槽装配有图1所示类型的阳极组件，阳极以这样的方式向阴极弯曲，即：很大一部分薄膜区域在阳极和阴极之间被按压。向两个电解槽施加5kA/m²的电流密度。图3是示出了在45天的操作期间的测试结果的图表。根据本发明的电解槽在整个测试阶段显示了比对比电解槽低大约0.05V的槽电压。
图4示出了根据本发明的电解槽的另一个实施例。特别地，图4示出了电解槽(20)的阴极室(21)的水平截面视图，包括：后壁(22)、外周边框或侧壁(23)和附近的外周凸缘(24)。用于经并行设置的各电解槽传递操作期间的压负荷的杆(25)将该阴极室划分为竖直的节段(26)。在图中未示出的阳极室可以具有大体上相同的设计。阴极节段(29)固定到U形弹簧(27)和Z型弹簧(28)上。Z型弹簧(28)仅仅沿侧壁(23)定位，而阴极节段(29)紧固到位于阴极室内的两个相同的U形弹簧(27)上。图中的阴极室处在装配之前的状态，并且很清楚地显示了阴极节段(29)的最大弯曲。虚线(30)标记了没有弯曲时的起始位置，而虚线(31)指示了与起始位置(30)相距一定距离(32)的顶点线的高度。
图5示出了根据本发明的电解槽(20)的另一实施例的截面图。阴极室与图4所示实施例相似，但是固定到两个邻近杆(25)的阴极节段(29)通过位于节段(26)中央的弹簧(33)而弯曲。在这种情况下，弹簧(33)被图示为螺旋弹簧(33)，但是正如对于本领域技术人员来说显见的那样，可以使用其它等同的方案。螺旋弹簧(33)被夹紧在下方衬垫(34)和上方衬垫(35)之间，以确保力的均匀传递。
上述说明不应视为对本发明的限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明可以根据不同的实施例而实施，并且本发明的范围只由所附的权利要求书来限定。
在本申请的整个说明书和权利要求书中，术语“包括”和它的变形并不排除其它部件或附加物的存在。
包含在本说明书中的对于文件、法令、材料、设备、物品等的讨论仅仅是为了提供本发明的背景。并非暗示或代表任何或所有的这些对象形成本申请各权利要求的优先权日之前的现有技术的一部分，或者是与本发明相关的本领域公知常识。