一種電解槽的電路和用於減小該電解槽附近的電磁場的方法

2024-03-08 09:16:15 2

專利名稱：一種電解槽的電路和用於減小該電解槽附近的電磁場的方法
一種電解槽的電路和用於減小該電解槽附近的電磁場的方法本發明涉及電解槽，特別涉及這種電解槽的電源。本發明更特別地涉及用於給雙極電極電解槽提供整流電流的電路。被提供以直流的電解槽，特別是《*電極電解槽，通常用於電化學工業。 這樣的電解槽通常被用於電解氯化鈉的水溶液以產生氯、氫氧化鈉的水溶液 或氯酸鈉的水溶液。鑑於雙極電極電解槽中所採用的高電流密度，所以通常用整流的交流電 代替直流電。該整流的交流電通常具有若干相，這些相的頻率和幅值依賴於 所使用的整流器。此外，公知的是高電磁場強度，特別是那些由整流的交流電所產生的高 電磁場由於極可能在人體中產生感應電流而可能在極端的情況下對人的身 體產生有害的後果。因此，採W^施以保護工業裝置附近的人員或減小那裡 的電磁場強^A非常重要的。而且關於這點，已經發布了若干標準，要求減小工業場所的電磁場強度。在這些標準中，歐洲標準89/391/EEC是特別嚴 格的。本發明的目的是提供一種用於向工業電解槽提供大電流的設計新穎的 電路。特別地，本發明的目的是提供一種電路，用該電路可以將電解槽附近的 電磁場減小到足夠低的值以遵守前述的歐洲標準。更特別地，本發明的目的是減小沿著雙極電極電解槽的側壁而延伸的通 道上的電磁場強度。因此，本發明涉及一種用於減小電解槽附近電磁場的電路，所述電路包 括主電路，主電路本身包括電解槽和電線路，所述電線路包括用於將電解槽 中流動的電流返回的至少一個母線，所述電路還包括至少部分地設置在主電 路附近的次級電路，所述次級電路用於使一電流按照與主電路中的電流流向 相反的方向流動，以補償由主電路所產生的電磁場。根據本發明，次級電路被設置在主電路的附近.在次級電路中以相反方 向流動的電流用來產生電磁場，該電磁場至少部分地抵消主電路電流所產生
的電磁場。因此，次級電路必須能夠輸送足夠強的電流以獲得需要的補償。 為了獲得好的場補償，次級電路必須被儘可能設置在主電路附近。考慮到可 能使得有必要在特定位置處將兩個電路分開的結構要求，建議次級電路的一 個部分應該附著到電解槽，而另一部分應該優選地附著到母線，以便於獲得 場的最佳補償。為了使補償最優化，次級電路的特定段通常分布在多個並聯 連接的導體上。可以使用主電路的電源經由控制電阻器給次級電M電。然 而，建議應該對次級電路的至少位於返回線路附近的部分單獨供電。分開供電也具有優點，即次級電路的頻率能夠被修改以便於優先地消除由電解槽 所產生的磁場的某些特別有問題的頻率。通常，建議次級電路的位於母線附 近的部分應該輸送的電流強於(優選至少5倍地強於)附著到電解槽的部分 中流動的電流，其電流比是母線和電解槽之間距離的函數。還建議位於整流器和電解裝置之間的電路部分應該被配置以獲得好的場補償.因此要注意電流饋送和返回導體是彼此接近的。為此，建議這些導體應該被分支成多個並聯連接的元件，以使得這些導體能夠彼此交織，例如 每個導體的元件交替層疊。本發明應用於任何類型的電解槽，如單極或雙極水銀、隔膜或膜電解槽。 然而，本發明特別應用於具有基本上垂直的雙極電極的電解槽。這種電解槽 在工程中眾所周知，其中它們廣泛地用於電解金屬卣化物的7jc溶液，尤其是氯化鈉。這些電極一般由一連串金屬框架形成，每個金屬框架包括雙極電極， 這些框架以壓濾機方式被並列i殳置(Morden Chlor-Alkali Technology(現 代氯鹼技術)，巻3， SCI， 1986，笫13章"Operating experience gained with the bipolar Hoechst-Uhde membrane cell (用雙極Hoechst-Uhd膜室獲得的l^作經 驗);MordernChlor-Alkali Technology (現代氯鹼技術)，巻4， SCI， 1990， 第 20 章 "Hoechst-Uhde single element membrane electrolyzer: concept-experiences-applications (Hoechst—uhde單元件膜電解槽概念-經^~應 用)")。所述框架通常具有正方形或矩形輪廓以使得當它們以壓濾機的方式 被並列放置時，它們形成電解槽的上壁、下或底壁以及兩個側壁。電解槽通 常被供以直流或更一般地被供以整流的交變電流。直流或整流的電流從直流 源或整流器的一個端子經過電極，然後經由位於電解槽外部的電流線路返回 到直流源或整流器的另一個端子。根據本發明的電路最好被供以整流的交變電流。三相交變電流整流提供 一電流，所述電流的振蕩具有為三相電流基頻的六倍高的基頻(例如50Hz 的6倍)和完全諧波頻語。 在本發明的一個推薦的實施方式中，電路包括使用至少兩個整流器的電 源以便輸送的電流的波形彼此有相移。電解電路最好被供以三相交變電流。根據本實施方式，至少兩個相互相移的整流器的4吏用<吏得可以增加揭_供 給電解槽的整流電流的振蕩頻率。給定電解槽中所涉及的電流的強度和特定設置，那麼根據本發明的電路使得可以充分減小裝置附iOC射的電磁場。在本實施方式的一種有益變形中，電路包括兩個整流器，所述整流器的相移在29°和31°之間，優選地接近30。。在這種變形中，所獲得的電流波形 具有為未整流的三相電流的基頻12倍高的基頻。在電路的這個實施方式的另一有益的變形中，電路更進一步包括耦合至 少兩個整流器的輸出的至少一個排流線圏。該排流線圏用來在整流器輸出之 間建立反並聯的電抗。所述線圏最好通過組裝鐵的板和片來形成，以限制熱 損失。整流器的輸出以相反的方向輸入排流線團中，以使得存在於輸出之一 中的電流擾動通過電抗在來自另 一輸出的電流中感應出相反的擾動。從而當 通過並聯連接將兩個輸出疊加時，獲得較少幹擾的總電流。在根據本發明的電路的一種優選的變形中，返回電流線路包括至少一個 母線，設置在電解槽的下面或上面。根據有關電解槽的結構和雙私板的組裝 模式的考慮來規定選擇是將母線設置在電解槽的下面還是上面。作為變形， 前述的電流線路可以包括一個設置在電解槽下面的母線，以及設置在電解槽 上面的另一母線。根據另一變形，電解槽也可以包括在電解槽下面的多個母 線和/或在電解槽上面的多個母線。在實踐中，考慮到關於電解槽的組裝和 維護，通常優選地是前述的電流線路應該不包括在電解槽上面的母線。在所有其他方面都一樣的條件下，發現，本發明的電路充分減小了雙 極電極電解槽附近的、主要是沿著電解槽側壁的電磁場，尤其減小了通常沿 著側壁存在而且由操作和維護人員所使用的通道上的電磁場。在根據本發明的電路中，母線的材料對於本發明的限定是不重要的。一 般地，母線用銅、鋁或鋁Air製成。在根據本發明的電路中，母線的橫截面的輪廓對於本發明的限定是不重 要的。它可以是例如正方形、矩形、圓形或多邊形。在根據本發明的電路的第一具體實施方式
中，母線具有矩形剖面並且定 向為使得它的大的面基本上水平。在所有其他方面都一樣得情況下，已經觀 察到如果選擇矩形截面的、水平設置在電解槽的下面和上面的母線，將把電 解槽附近的電磁場的大小減到最小。還觀察到當母線的厚度和寬度之間的比
小時，電解槽附近的電磁場的減小量相當大。因此，實踐中優選使用金屬板 作為母線。作為變形，可以使用並排設置在電解槽下面或上面的多個金屬板。在所有其他方面都一樣的情況下，更進一步觀察到當將母線靠近電解槽 的壁設置時，電解槽附近的電磁場的大小減小。因此，在根據本發明的電路的第二實施方式中，將母線緊鄰電解槽的壁 設置。在本發明的這個實施方式中，取決於母線是位於電解槽的下面還是上 面，電解槽的所述壁是電解槽下或底部的壁或是它的上壁。在本發明的這個 實施方式中，表述"緊鄰電解槽的壁"意味著這個壁和母線之間的距離最多 等於五倍(優選三倍)的母線厚度。優選地，這個距離不超過母線的厚度。在本發明的前述第二實施方式的優選的變形中，母線被附著到電解槽的 所述壁。在本發明的這個優選的替代實施例中，母線最好是金屬板，所述金 屬板的大面中的一個附著到所述壁，只有必要的電絕緣體的厚度將母線和壁 分開。金屬板可以附著到所述壁的表面區域的一部分。優選地，金屬板應該 被附著到所述壁的基本上整個表面區域。在本發明的第三具體實施方式
中，前述的電線路更進一步包括兩個附加 的母線，分別緊鄰電解槽的兩個側壁設置。在本發明的這個實施方式中，表 述"緊鄰"對應於上述第二實施方式中的所給出的定義。在所有其他方面都一樣的情況下，附加母線的存在減小了電解槽附近的 電磁場的大小。在根據本發明的這個第三實施方式中，附加的母線可以具有與電解槽的 結構兼容的任何形狀。它們可以是例如正方形、矩形、多邊形、橢圓或圓形 剖面。而且附加的母線可以具有相同的或不同的剖面，而且它們可以具有相 同的尺度或不同的尺度.然而，實踐中優選地，附加的母線應該具有相同的 剖面和相同的尺度。進一步優選地，附加的母線應該具有矩形剖面，而且它 們應該分別經由它們的大面被附著到電解槽的兩個側壁。在剛剛描述的本發明的第三實施方式中，根據想要的在這些母線之間分 配電流的方式，來確定被設置在電解槽下面和/或上面的附加母線各自的尺 度以及所述母線或每個母線各自的尺度。在本發明特別有益的第四實施方式中，電路的電流迴路的位置使得產生 關於電解槽的垂直中心面基本上對稱的電磁場。通過對所述母線或每個母線 適當地確定尺度和定位來獲得這個實施方式的目的(產生關於電解槽的垂直 中心面基本上對稱的電磁場)。最佳的尺度和最佳的位置的選擇由本領域的
技術人員確定，特別是才艮據電解槽的形狀和尺度來確定。實踐中，這個結果 通常可以通過關於電解槽的垂直中心面對稱地設置母線而獲得.根據本發明的電路充分減小了雙極電極電解槽附近的電磁場。因此，本發明也涉及用於減少電解槽的電路附近的電磁場的方法，所述 電路包括主電路，主電路本身包括電解槽和電線路，所述電線路包括用於將電解槽中流動的電流返回的至少一個母線；才艮據該方法，l吏一電流以與主電 路中的電流流向相反的方向流過設置在主電路附近的次級電路.根據本發明的方法的優選的變形，主電路包括使用兩個整流器的電源以 輸送波形相對於彼此相移30°的電流.在這個變形的有利的版本中，主電路更進一步包括耦合兩個整流器的輸 出的排流線圏。根據本發明的電路特別應用於電解槽，所述電解槽用於連續電解水或水 溶液，如鹼金屬卣化物的7jc溶液，特別是氯化鈉。在本發明的優選的實施方式中，電解槽因此包括用於連續輸入水電解液的管道和用於連續排出水電解 液的管道。本發明特別應用於通過電解氯化鈉的水溶液來製造氯酸鈉的電解槽。本 發明特別好地應用於通過電解氯化鈉的水溶液製造氯和氫氧化鈉的水溶液 的電解槽，這些電解槽包括可選擇地滲透陽離子、被插入在雙極電;^之間的 膜。根據本發明的電路應用於包括至少一個垂直雙極電極電解槽的任何電 解裝置。因此，本發明也涉及電解裝置，所述電解裝置包括至少一個雙極電極電 解槽，其被連接到根據本發明的電路。根據本發明的裝置可以包括單電解槽， 或被串聯或並聯電連接的多個電解槽。本發明特別涉及使用該裝置產生氯和氫氧化鈉水溶液。根據下面對附圖的說明，將使本發明的特徵和細節變得明了，這些附圖 示出本發明的某些具體的實施方式。

圖1示出才艮據本發明的特定實施方式的電解裝置的總體布局的平面圖；圖2是根據本發明的電解裝置的另一特定實施方式的縱向正視示意圖；圖3是圖2的平面III-III上的垂直橫截面視圖4是類似於圖3的根據本發明的裝置的另一實施方式的視圖；圖5是圖4中的裝置的優選的變形；圖6和7類似於圖4和5，但是它們也示出了次級電路。在這些圖中，相同的元件由相同的參考符號表示。圖1示意的電解裝置包括三個電解槽1、 2和3，其被i殳計為通過電解氯 化鈉的水溶液來產生氯、氫和氫氧化鈉。電解槽1、 2和3是具有垂直雙極 電極的類型。通過並列放置垂直矩形框架4而形成電解槽，每個垂直矩形框 架包含垂直雙極電極(未示出)。框架4以壓濾機的方式被並列放置。選擇 性地滲透陽離子的膜被插入在框架4之間以便於交替地界定陽極腔室和陰極 腔室。電解槽l、 2和3的陽極腔室與用於連續輸入氯化鈉水溶液的管道(未 示出)相連通。此外，它們還與用於連續排出氯的歧管(未示出)相連通。 電解槽1、 2和3的陰極腔室與兩歧管相連，所述兩歧管分別用於連續地抽 出氳和連續地抽出氫氧化鈉水溶液。電解槽l、 2和3通過排流線圏19電串聯地藉助於一電路合到兩個整流 器5a和5b，所述電路一方面包括介於電解槽l、 2和3之間的導體條6，另 一方麵包拾沒置在電解槽1、 2和3外部的返回電流線7。由交流電流源18 以30o相移向整流器5a和5b供電。圖1示意的電解裝置中，三個電解槽1、 2和3中的每個可以例如包括 30至40個基本電解單元，而且電源包括例如能夠輸送8到20kA電流的520V 直流整流器。根據電極的表面面積，這可以形成每平方米陽極面積2. 5至6kA 的陽極電流密度。但是，這些數值是純描述性的，並不限制本發明和隨後的 權利要求的範圍。當雙極開關閉合時，經過整流的電流順序地流入電解槽1、 2和3中， 通過它們的雙極電極並流入到返回線路7中。這個電流在該裝置周圍產生電 磁場。根據本發明，包括段17a和17b的次級電路被設置在電解槽和返回線路 的附近。圖2和3示意的電解裝置說明了本發明的一特定實施方式。次級電路未 被示出在這兩個圖中。只有電解槽3示出在這些圖中。在圖2和3的裝置中， 返回電流線路7包括被設置在電解槽3下壁11下方的兩條母線9和10。母 線9和10是作為電的良導體的金屬(優選銅或鋁)的稜柱條。這些條^J" 稱地設置在電解槽的垂直中心面X-X的每一側。而且，條9和10還被設置
在電解槽3下壁11的附近.以圖3示意的方式設置母線9和10的作用是要 減小通道12上的電磁場，所述通道12沿著電解槽3的側壁13而延伸而且 由電解槽的IMt人員^吏用。在所有其他方面都一樣的情況下，已經觀察到當條9和10接近於中心 面X-X和下壁11時，在通道12上的電磁場強度是相當小的。還已經觀察到 在通道12上的電磁場的大小通過減小條9和10的厚度和寬度比而被減小。 因此對母線可優選地^f吏用水平板或片。在圖4示意的實施方式中，其中次級電路同樣地沒有被示出，返回電流 線路7包括附著到電解槽下壁11而且基本上覆蓋整個此壁的金屬板或片14。在圖5的裝置中，返回電流線路7包括倚靠著電解槽3下壁11設置的 金屬板14和分別沿著電解槽3的兩個側壁13延伸的兩個附加母線15和16。 這兩個附加母線15和16最好是附著到側壁13的金屬板或片。在類似於圖4和5的圖6和7的裝置中，示出了電路17a、 17b。電流在 導體17b中流動，電流方向與在板14中的電流流向相反。這種情況同樣適 用於導體17a和板15和板16。
權利要求
1.一種用於減小電解槽(1、2、3)附近電磁場的電路，包括主電路，包括所述電解槽和電線路(7)，所述電線路包括用於將所述電解槽中流動的電流返回的至少一個母線(9、10、14)。次級電路(17a、17b)，至少部分地設置在所述主電路附近，用於使一電流以與主電路中的電流流向相反的方向流動，以補償由所述主電路所產生的電磁場。
2. 根據權利要求l所述的電路，其特徵在於母線(9、 10、 14)被設 置在所述電解槽(3)的下面和/或上面。
3. 根據權利要求1所述的電路，其特徵在於所述母線(14 )附著到 所述電解槽(3)的壁(11)。
4. 根據前一權利要求所述的電路，其特徵在於所述壁是所述電解槽 的底壁(11)。
5. 根據權利要求3或4所述的電路，其特徵在於所述母線是金屬板 (14)，所述母線的大面中的一個附著到所述壁(11)。
6. 根據在先權利要求中的任何一項所述的電路，其特徵在於電線路 (7 )進一步包括兩個附加母線(15、 16 )，所述附加母線分別附著到所述電解槽(3)的兩個側壁(13)。
7. 根據在先權利要求中的任何一項所述的電路，其特徵在於電線路 (7 )被定位成產生關於所述電解槽的垂直中心面(X-X)基本上對稱的電磁場。
8. 根據在先權利要求中的任何一項所述的電路，其特徵在於所述電 解槽包括用於連續地輸入水電解液的管道和用於連續地排出水電解液的 管道。
9. 根據前一權利要求所述的電路，其特徵在於所述電解槽包括選擇 性地滲透陽離子、介於所述雙極電極之間的兩個膜。
10. 根據在先權利要求中的任何一項所述的電路，其中所述主電路包 括使用兩個整流器(5a、 5b )以輸送波形相對於彼此有相移的電流的電源。
11. 根據前一權利要求所述的電路，更進一步包括耦合所述兩個整流 器的輸出的排流線圏(19)。
12. —種用於減小電解槽(l、 2、 3)的電路附近的電磁場的方法， 所述電路包括主電路，所述主電路包括所述電解槽和電線路(7)，所述電 線路包括用於將所述電解槽中流動的電流返回的至少一個母線，才艮據該方 法， 一電流以與主電路中的電流流向相反的方向流過i殳置在主電路附近的 次級電路(17a、 17b)。
13. 根據前一權利要求所述的方法，其中所述主電路包括使用兩個整 流器以輸送波形相對於彼此有30度相移的電流的電源。根據前一權利要求所述的方法，其中所述主電路進一步地包括耦合所 述兩個整流器的輸出的排流線圏(19)。
全文摘要
用於減小電解槽附近的電磁場的電路，所述電路包括為電解槽供電的主電路和設置在主電路附近的次級電路，所述次級電路中的電流流向與主電路中的電流流向相反以便於補償由主電路所產生的電磁場。
文檔編號H05K9/00GK101129105SQ200680006414
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月27日 優先權日2005年3月1日
發明者約阿希姆·朗格 申請人:索爾維公司