電化學電解池的製作方法
2023-08-11 05:19:56 2
專利名稱：電化學電解池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電解池，特別是一種能產生臭氧的電解池。
把其中的水分離成它的單體物質，即O2和H2，分別從電解池的陽極和陰極上釋出的電解池是公知的。在合適的條件下，也可以在陽極上產生O3。
在歐洲專利說明書0，041，365號中描述了一種生產臭氧的電解方法，其中的電解質包括一種由具有很高負電性的離子構成的水溶液，例如六氟化物離子的酸或鹽，使這種電解質電解。
據報導產生臭氧的電流效率已經達到了35%。電流效率(同時也稱為臭氧的產生效率)是在給定輸入電流時相對於理論臭氧產量的實際臭氧產量的量度，即35%的電流效率意味著在所述條件下從陽極發出的O2-O3氣體中包括佔重量35%(O3的理論產量的)的O3，並且有35%的電流被用於產生臭氧。
產生臭氧的電解池也是公知的，它包括有空氣陰極，在其中所發生的陰極反應把周圍的空氣改變成酸性電解質中的水，然後在陽極使水氧化成氧氣和臭氧。由於在陰極表面上不產生氫氣，電解池的電壓明顯地降低。此外，與包括發出氫氣的陰極的電解池相比，這種電解池的構造比較簡單，例如，因為陰極上不發出氫氣，不需要在陽極和陰極之間設置隔離器，並且比較容易控制整個過程，也就是說，減少了定期加水的需要。
在美國專利4，541，989號中描述了一種產生臭氧的電解池，它包括一個管狀陽極結構，其外表面在一個管狀空氣陰極結構內作為一個陽極，管狀陰極的內表面作為一個陰極。按上述美國專利中公開的內容，在產生臭氧的電解池中最好是使陽極表面上的電流密度大於陰極表面的電流密度，特別是陽極表面的電流密度至少應約為陰極表面電流密度的二倍，以便能減少由於陰極表面極化損耗造成的功率損耗，從而避免氫氣逸出並且增加空氣陰極的壽命。
此外，在用電解法生產臭氧的過程中，要求陽極表面是冷的。採用冷卻的陽極表面可以明顯地改變處理過程中的電流效率。例如公知的情況是，當陽極溫度從25℃降低到0℃時，電流效率可以獲得4倍的改進。更進一步，在產生臭氧的電解池中使用冷卻的陽極可以增加陽極的使用壽命。
通常採用在陽極內流通一種冷凍液的方法使陽極冷卻。因此，重要的是要使陽極的表面區域儘可能大，以便與電解液發生有效的熱交換，從而保證有效地使陽極冷卻。另一方面，相對於陰極而言，希望具有較小的陽極表面區域，以便提高陽極的電流密度。
如美國專利4，541，989號中所述的同心圓筒結構提供了一種使陽極電流密度大於陰極電流密度，並且仍然能進行有效地熱交換的途徑。
然而，上述同心圓筒結構具有這樣的缺點，那就是其內部的電極間隙，也就是陽極外表面與陰極內表面之間的距離有可能會由於陽極表面區域相對於陰極較小的要求而變得過大。例如，在一個電解池中，包括一個外部半徑為2cm的內圓筒陽極，以及一個內表面區域為陽極的二倍的外圓筒陰極，該陰極的內部半徑應為4cm，也就是說，內部電極間隙為2cm。這樣大的內部電極間隙會對流經電解池的電流形成很高的電阻，並且會使電解池的電壓出現不希望的增加。
特別是在陰極是一個空氣陰極的情況下，這種結構就會出現上述問題。除了上述操作問題之外，空氣陰極很難製成圓筒形狀，並且在電解池的裝配過程中會導致機械方面的問題，例如電解池內部的密封問題。
本發明的首要目的是提供一種電解池，它包括第一和第二電極裝置，至少在第一電極裝置上有一個與電解液形成熱交換關係的表面區域，並且上述表面區域上僅有一部分對電解液是活性的。
特別是，第一和第二電極裝置具有一個與電解液形成熱交換的表面區域，第一電極裝置的上述表面區域僅有一部分對電解液是活性的，並且上述第二電極的活性表面區域比第一電極裝置的活性表面區域要大。
在產生臭氧的電解池內部，第一電極裝置是陽極裝置，而第二電極裝置是陰極裝置，陰極裝置上對電解質呈活性的表面區域大於陽極裝置的活性表面區域。
儘管本發明是以產生臭氧的電解池為例來描述的，我們並不排除本發明的用於產生臭氧之外的其它產品的可能性。
陽極和陰極裝置的活性表面區域通常具有這樣的尺寸，即在操作時出現在陽極裝置表面上的電流密度至少比陰極裝置表面上的電流密度大20%。
最好的情況是使出現在陽極裝置表面上的電流密度至少比陰極裝置表面的電流密度大50%，特別的情況下則至少大80%。
陽極裝置可以具有較大的表面區域與電解液形成熱交換關係，從而促進有效的熱交換，同時僅有一部分表面區域對電解質是活性的，以便保證獲得比陰極電流密度相對較高的陽極電流密度。
所謂對電解質呈活性的陽極表面意味著在陽極表面上的這一部分發生電解反應，也就是說陽極表面的這一部分與陰極表面之間具有明顯的相互電作用，即通過電解液在活性陽極表面與活性陰極表面之間會出現電離子流形式的電流。
在本發明的一種形式中，陽極裝置可以由不同的材料構成;例如陽極裝置的一部分可能由一種適當的陽極材料構成，它構成上述對電解質呈活性的陽極表面，而另一部分可以由不能用作對電解質呈活性的陽極表面的材料構成。在此情況下，儘管起到活性陽極表面作用的僅是適用作陽極材料的那部分表面，該陽極表面仍然包括由適用的陽極材料和不適用的陽極材料構成的兩部分。
然而，為了使結構簡化，我們建議完全用一種適合於做陽極的材料至少製成陽極裝置的一部分，該部分的表面區域在電解池操作時是暴露於電解質的，並且藉助於對暴露的陽極表面上的另一部分與陰極裝置之間的相互電解作用進行抑制，使其不能起到活性陽極表面的作用，例如使用一個把陽極表面的這一部分與陰極表面屏蔽的裝置。
本發明的第二個目的是提供一種電解池，它具有第一和第二電極裝置，至少在第一電極裝置上僅有一部分表面區域對電解質是活性的;以及用於屏蔽第一電極表面區域的剩餘部分的裝置，使該表面區域的上述剩餘部分變成對電解質呈明顯的惰性。
該屏蔽裝置可以由例如塗料，包皮，襯墊或任何其它適當的部件構成，使得陽極表面的被屏蔽部分與陰極表面之間基本上沒有產生臭氧的相互電解作用。
只要能抑制陽極表面的被屏蔽部分與陰極表面之間的相互電解作用，屏蔽裝置可以具有任意的形狀和結構。因此，用於實現屏蔽的材料通常是一種電絕緣材料。這種材料還應當是對具有很強腐蝕性的電解液呈惰性的。適用的材料包括惰性的聚合物材料，例如聚氯乙烯或多氟化的聚合物，例如，聚四氟乙烯，它是一種電絕緣材料，能耐受氧化性氣體，並且對高度酸性和腐蝕性溶液具有良好的耐性。
屏蔽的範圍應該能使活性陽極表面與陰極表面之間獲得所需的電流密度差。因此，被用作活性陽極表面的未屏蔽的陽極表面區域應該小於陰極表面區域的大約80%，最好是小於陰極表面的大約60%。
陽極裝置可以具有任何適當的結構，例如可以是管狀或平面的陽極。陽極裝置上對電解質呈活性的和惰性的表面區域或以圍繞著陽極裝置的周邊分布。該陽極裝置可以具有一種延伸的外形，活性和惰性表面可以在延伸的陽極裝置的高度方向上延伸。
電解池還應進一步包括供冷卻劑流通的裝置，以如下方式與陽極裝置形成熱傳導關係，即通過陽極裝置的活性和惰性表面區域保證在冷卻劑與電解液之間形成熱交換。能使冷卻劑流通的最佳陽極結構是一種管狀的陽極，其內腔構成冷卻液的流通路徑。冷卻液可以流經陽極的內腔，或者可以在內腔中設一個在腔內延伸的部件，例如一個可供冷卻液流通的空心指狀物。這種冷卻指狀物可以用例如銅製成。
管狀陽極裝置上用於接觸電解液的暴露的表面區域可以是管狀裝置的外表面或周邊，並且該表面上對電解質呈活性和惰性的部分可以圍繞著圓周分布，並且向管狀裝置的長度方向延伸。
為了能通過陽極裝置的惰性表面形成熱交換，電解池最好是包括一個用於沿著一條路徑輸送電解液的裝置，在該裝置中，電解液與陽極裝置表面區域上對電解質呈明顯惰性的部分形成熱交換關係。如果陽極裝置具有延伸的外形，上述輸送裝置最好能提供至少一條沿著陽極裝置長度方向延伸的流體路徑。
陽極裝置上的活性和惰性表面通常可以沿著陽極裝置長度方向彼此沿同一範圍延伸。
為了儘量減少陰極裝置與惰性陽極表面之間的相互電解作用，電解池中最好是包括用於阻止電解液在陽極裝置的周邊上從電解液與陽極裝置的活性表面相連接的部分流到設有惰性表面區域部分的裝置。
儘管我們通常喜歡採用平面或管狀的結構，陰極裝置可以具有任何適當結構。如果陰極裝置採用了管狀結構，管的內表面則可以是對電解質呈活性的陰極表面，並且陰極裝置內表面的半徑可以比前述的美國專利4，541，989號中採用的半徑縮小，從而減小內部電極間隙，但仍在對電解質呈活性的陽極表面與陰極表面之間維持不同的電流密度。
不過，由於我們更喜歡採用一種空氣陰極，(如後文所述)，陰極裝置最好是具有平面的外形。平面外形的空氣陰極容易製造，並且便於安裝在電解池裡。更進一步，包括至少一個管狀陽極和至少一個平面陰極的電解池也可以允許對很大尺寸的電解池進行簡單的標定，如下文所述。並且容易獲得按照本發明的第一個目的所限定的那種活性陽極表面與陰極表面之間的電流密度差。
如果陰極裝置具有平面的形狀，在電解池內最好有兩個上述的平面外形陰極裝置，把陽極裝置設在兩者之間並與上述陰極裝置之間留有空隙，並且在陽極裝置上設有分開的電解質活性表面，該表面面對陰極裝置。因此，陽極裝置上在上述分開的活性表面區域之間可以設有對電解質呈惰性的表面區域。我們特別建議採用多個上述陽極裝置，它們各自都具有對電解質呈活性的和惰性的陽極表面區域。陽極裝置可以布置在兩個平面陰極之間與上述陰極裝置平行的方向上。
本發明的第三個目的是提供一種產生臭氧的電解池，它包括至少一個外表面用作陽極表面的管狀裝置，以及一個平面陰極裝置。
按照本發明的第三個目的的電解池可以綜合(幾個或全部或任何組合)前述的本發明第一和第二個目的中所述的特徵。
在按照本發明的第三個目的最佳實施例中，電解池包括至少兩個平面陰極，在兩者之間設有一個或多個管狀陽極，最好是至少有兩個管狀陽極。所用的管狀陽極的數量至少在某種程度上取決於一些量值，例如所需的電解池中產生臭氧的生產率，特別是管狀陽極的長度及直徑等尺寸，以及在電解池操作期間對電解液呈活性的陽極表面上的電流密度。因此，如果所需的臭氧產量為100g/小時，電解池可以包括多達12個管狀陽極。本發明第三個目的所具有的顯著優點是，通過在空氣陰極之間設置更多的管狀陽極。並且增加陽極管的長度和平面陰極的面積尺寸，可以很容易按比例增大電解池的尺寸，以便增加臭氧的產量。更進一步，電解池可以包括兩個以上的平面陰極裝置，在每對陰極裝置之間布置一個或多個管狀陽極裝置，從而使電解池可以包括設在各對面對面的平面陰極之間的一個管狀陽極陣列。
此外，在按照本發明的第三個目的的電解池中，與電解液形成熱交換關係的管狀陽極外表面上最好是僅有一部分對電解液呈活性，並且電解池應包括使陽極裝置表面區域的剩餘部分屏蔽的裝置，使該部分對電解液呈現明顯的惰性。
陽極表面區域的活性和惰性部分可以這樣來確定，即在電解池中提供一個第一邊界裝置，用來與陰極裝置以及陽極裝置表面區域上的一部分一起接合成一個容納電解液的容器，其中陽極表面區域的上述一部分構成陽極裝置上對電解液呈活性的表面區域，以及一個第二邊界裝置，用於與上述陽極裝置表面區域的其它部分接合在一起，構成至少一條與上述容器連通的流體通路，使電解液經過陽極裝置表面區域上的上述其他部分流動，上述其它部分構成陽極裝置上對電解液呈明顯惰性的表面區域。第一和第二邊界裝置可以進一步包括上文所述的屏蔽裝置，並且它可以由例如伸入陽極表面與陰極表面之間的絕緣體構成。這種絕緣體可以採用例如楔形部件，或者截去其端頭，使其窄端接觸陰極表面並由此伸向寬端，其寬端接觸一個或多個陽極裝置的外表面，由此使陽極裝置表面區域上不面對陰極表面的部分與陰極表面屏蔽。
第一和第二邊界裝置，例如是由一個或多個絕緣體構成，它們可以在電解池內部構成隔離器件。不過，為了方便起見，使該絕緣體構成支撐著陽極和陰極裝置的電解池殼體的一部分。從而使電解池殼體具有這樣的形狀，即用它屏蔽不面對陰極表面的那部分陽極表面。
在此情況下，與陰極表面相鄰的陽極表面將作為活性陽極表面，並且活性陽極表面與陰極表面間的平均距離小於10mm，若小於5mm甚至小於4mm則更好。
如上所述，希望使接觸電解液的陽極裝置的面積越大越好，以便在電解液與陽極表面之間獲得良好的熱交換效率，從而能有效地冷卻活性陽極表面。因此我們希望使陽極表面上被屏蔽的那部分依然暴露給電解液。
如果屏蔽裝置採用一個或多個從陰極表面伸向陽極表面的楔形絕緣體，可以把楔形體加工成使其僅接觸被屏蔽的陽極表面上的一個很小的面積。例如，可以把與被屏蔽的陽極表面相鄰的一部分楔形體削去，形成循環通路，使電解液在楔形屏蔽部件與陽極表面之間流過陽極表面。
因此，儘管陽極裝置的被屏蔽部分不產生明顯的相互電解作用，電解液仍可以自由地流動，覆蓋住陽極裝置上被屏蔽的，並且對電解液呈惰性的部分上的絕大部分面積，從而使熱交換的總面積增大，以便冷卻活性陽極表面。
在與被屏蔽並對電解液呈惰性的陽極部分相鄰的位置設置往復循環的通路還有進一步的優點，例如，電解液可以循環流過活性陽極表面，從而除去可能在活性陽極表面上形成的氣體產物的氣泡，這些氣泡如果不除去就可能導致電解池內電壓降的增高。由於在往復循環通路中基本上不發生電解作用，通路中的電解液不會出現氣化現象，而發生在電解液容器中的電解作用所形成的氣體產物則會使電解液充氣，因此能使電解液流動。在充氣和非充氣的電解液之間的密度差使得電解液往複流動。在電解液容器與往復循環通路之間應該保持液體的密封，以便防止處在活性陽極和陰極表面之間的電解液與流經往復通路的電解液之間出現洩漏。
本發明的第四個目的是提供一種產生臭氧的電解池，它包括一個陽極裝置，一個陰極裝置以及一個容納電解液的容器，在該容器內發生電解作用。以及進一步包括至少一條與電解液連通的液體往復循環通路，但是在該通路中不發生電解作用。
上述循環通路可以設在電解池內部，或者也可以延伸到電解池外部。
如上文所述，我們建議在電解池內部，特別是在與電解液呈惰性的陽極表面相鄰處裝置循環通路。
用作氣體產物的排放區域和電解液儲存器的電解池頂部空間可以設在電解池內部，其內部的電解液在活性陽極表面與陰極表面間的電解液容器和循環通路之間可以流動，並且可以從該頂部空間中收集氣體產物。
空氣陰極可以採用市場上出售的器件，它們通常由包含少量催化性材料例如鉑的一種聚四氟乙烯膠結碳構成。
在本發明的電解池中使用的陽極表面材料可以是例如歐洲專利0，041，365號中所詳細描述的那樣普通的陽極材料。該陽極表面可以由鉑或鉛的氧化物，特別是成為結晶狀態的鉛氧化物構成。不過，有一種特殊結構的碳，具體地說就是一種透明或玻璃狀的碳特別適合作陽極表面材料，因為它具有很高的氧超電勢，因此能高效地產生臭氧。它在強酸性的電解液中以及電解池內部形成的氧化環境中都是穩定的。此外，玻璃狀的碳是一種具有不良導電性的材料，因此，當電流通過一個僅與陽極上的電解液活性表面(如下文所述)連接的導電元件流入陽極裝置時，電流傾向於不會從電解液活性陽極表面洩漏到對電解液呈惰性的陽極表面。
用在電解池中的電解液通常是一種公知的電解液，例如是一種具有很高負電性離子(及其相應的陽離子)的水溶液，例如歐洲專利0，041，365號中所述的電解液。所用的負電性離子的負電性越強越好，並且最好是一種氟離子。這樣氟離子可以用元素周期表V-B族中的元素的氟離子，例如磷和砷構成的六氟離子。其它相近的非金屬元素例如Si和Sb也能構成六氟離子。另外一些適用的氟離子也值得提及，它們有FO2F2-、HTiF6-、NbF72-、
F72-、NiF62-、ZrF62-、GeF62-、FeF62-。磷、砷、硼以及矽的氟離子最適合添加到含水的電解液中，特別是添加到多滷化硼烷中。我們特別建議採用四氟硼酸鹽離子。
氟離子可以以它們各自的酸或水溶性的鹽的形態加入含水電解液溶劑中。其中以酸形態的氟離子最好，因為它們在水中具有較高的可溶解性，氟離子的鹽例如鈉或鉀鹽所具有的優點是它們的水溶液與其各自的酸形態的溶液相比具有較高的PH值，因此對陰極的腐蝕性較小。
考慮到電流效率，希望把電解液中的氟離子濃度增加到其最大的溶解度，因為離子濃度的增大可以增加臭氧流的供給量。不過離子濃度的增大同樣會使電解液對陰極的腐蝕性增強。通過常規的試驗可以容易地確定適當的離子濃度。
電解池的構造也可以不同於上文所述的本發明各類型的構造，而仿效傳統的技術，需要考慮氟子電解液的腐蝕性和臭氧氣體的強氧化能力。因此，電解池中接觸腐蝕性電解液和電解的氧化產物的部分最好是由對高度腐蝕性的電解液和氧化氣體都呈惰性的材料構成。因此，電解池殼體可以由一種惰性材料構造或覆蓋，這種材料例如是一種惰性的聚合物材料，比如聚氯乙烯或多氟化聚合物，例如聚四氟乙烯，它能承愛氧化氣體，並且對強酸和腐蝕性溶液具有良好的耐性。
如果發生在電解池中的陰極反應產生氫氣，則應把電解池的陽極和陰極艙室隔開，使得從陰極上發出的氫氣不能隨著流動的液體與陽極上的氣體接觸。這種隔離器在現有技術中是公知的。它們通常是由過氟化聚合陽離子交換材料製成，例如「Nafion」(E·I·DuPont登記的商標)。如果採用空氣陰極，並且在陰極反應中不產生氫氣，在本發明的最佳實施例中就不必使用這種隔離器。
陽極和陰極裝置設在電解池內部，使其電引線接到電解池外部。可以用一個例如銅構成的導電元件把電壓加到陽極上，使其僅與陽極裝置表面的一部分連接，該部分對應陽極裝置的電解液活性表面區域，導電元件沿著陽極設置，與活性陽極表面相鄰，以便使電流主要流向活性陽極表面。並且不會流向與陰極屏蔽的陽極表面。導電元件最好設在不直接接觸電解液的陽極表面上。例如，如果陽極是一個中空的管狀體，導電元件可以設在管狀體的內腔裡，以便使導電元件免受電解液的損害。
電解池在使用之前密封，並且在電解池的頂部空間設有適當的入口及出口管可供充水用，必要時還設有排放陰極發出的氣體(此處產生氫氣)和陽極發出的氣體的排氣口。在必要的情況下，可以使用分離的排氣系統以保持陰極氣體與陽極氣體的隔離。可以通過氣體輸送系統例如泵來添加氮氣和/或空氣，以便輸送陰極和陽極發出的氣體並把它們排放到電解池外部貯存或用於所需的用途。
陽極和陰極裝置由上文所述的電引線連接通過一個附加的導電元件連接到電解池的一個外部電源。電解池的操作電壓等級通常為3-7伏。陽極表面上的電流密度範圍可以是從每平方釐米有效陽極面積上大約十分之一安培到每平方釐米有效陽極面積上大約1.0安培。
以下參照附圖解釋本發明
圖1是本發明的電解池局部剖開的示意圖;
圖2是沿圖1中A-A線的部分視圖;
圖3是沿著圖2中B-B線穿過圖1所示電解池的局部視圖;
圖4是沿著圖2中C-C線穿過圖1所示電解池的局部視圖;
圖5是沿著圖3中D-D線的局部視圖;
圖6是沿著圖3中E-E蓴的局部視圖;
以及圖7是沿著圖3中F-F線的局部視圖。
參見圖1到7，如圖1所示，適用於產生臭氧的電解池都用1表示，它包括一個電解池主體2，該主體工具有頂部和底部部分4，6以及在這兩部分之間延伸的有間隔的柱狀物8。儘管在所述實施例中僅畫出了一對端柱8A和一個中間柱8B組成的三個柱狀物8，但其數量可以按照所採用的陽極裝置的數量而增減，一對空氣陰極10以及相應的空氣室12，以及設在空氣陰極10之間但彼此留有空隙的一對管形的玻璃狀炭陽極14被支撐在電解池殼體內。支撐著陽極和陰極使它們相互留有空隙的柱狀物8與空氣陰極10的活性表面16和面對空氣陰極活性表面的那部分陽極18的外表面接合在一起，構成電解液的容器20。電解液容器20從頂部4沿著長度方向延伸到底部6，並且其兩端與分別設在頂部和底部部分4和6內的(見圖3)電解池頂部空間22及底部空間24連通，這種布置方式使得每個電解池空間均與位於一個陽極14兩側的一對電解液容器連通。
柱狀物具有楔狀的外形，並具有向內傾斜的表面26，相鄰柱狀物的表面以一定的會聚角度從陰極向陽極會聚，從而確定使沿著長度方向延伸的活性陽極表面面積等於由柱狀物限定的陰極表面16面積的一半。由此達到活性陽極與陰極表面的面積差要求，在活性陽極與陰極表面之間獲得所需的電流密度差，同時允許使活性陽極與陰極之間的平均距離小於4mm。
柱狀物8使陽極表面的剩餘部分28與陰極表面屏蔽，該柱狀物上與陽極14的惰性表面上至少一部分28a相鄰處設有曲線形的，例如半圓形剖面的凹槽或通路，該通路作為往復循環通路30。每條循環通路30沿長度方向從頂部4延伸到底部6，並且其兩端開口與設在頂部和底部4、6之內的電解池上部和下部空間22、24(見圖4)連通，這種布置方式使每個空腔22，24均連通與柱狀物相鄰的一對通路30和前述的一對電解液溶器20。用一個在長度方向上延伸的彈性可變形封條32使陽極表面與電池殼體的柱狀物之間保持流體密封，從而防止圍繞著陽極周邊流動的電解液從電解液容器20周圍流入往復循環通路30。
在與陽極的活性表面18鄰接的每個陽極空腔34中設有銅製的導電體36，它用於在每個陽極的電解液活性表面18與電源之間形成電連接。陽極由呈現不良導電性的玻璃狀的炭構成，因此它能減少電流洩漏到與往復循環通路30鄰接的惰性陽極表面上的可能性。空腔34同時為冷卻劑提供循環流動的路徑，使冷卻劑與陽極裝置的活性和惰性表面均形成熱交換關係。
圖3至圖7的截面示意圖更清楚地示出了電解液圍繞著設在一對空氣陰極之間的一個陽極流動的情況。圖3表示電解液從電池的頂部空間22經過往復循環通路30向下流動，通路30沿著陽極裝置長度方向延伸到電解池下部空間24。圖4表示電解液從電池下部空間24經過電解液容器20向上流動，容器20同樣沿著陽極裝置的長度方向延伸到電解池頂部空間22。從設在電解池頂部空間的出氣口38收集產生的氣體。圖5至7清楚地表示了電解池頂部空間22(圖5)和電解池下部空間24(圖7)的艙室內部構造，在這些艙室中，電解液從往復循環通路和電解液容器中來回流動。
在電解池的操作狀態下，把電解液充入電解池，並把陽極10和14連接到一個電源(未示出)。用一個氣泵(未示出)把空氣由空氣容器12泵入，並且從設在電解池外部的冷凍系統(未示出)使一種冷卻液體例如冷凍劑通過陽極空腔34流動。在對電解液活性的陽極表面18上產生的電解氣體產物使電解液通過電解液容器20向上流到電解池的頂部空間22，從那裡排放氣體產物，然後，電解液通過與被屏蔽並且對電解液呈惰性的陽極表面鄰接的往復循環通路30向下流動，在通路中不會形成電解氣體產物。所產生的氣體通過出氣口38收集。
權利要求
1.一種電解池，包括第一和第二電極裝置，在第一電極裝置上至少具有一個與電解液形成熱傳導關係的表面區域，並且上述表面區域僅有一部分對電解液是活性的。
2.如權利要求1所述的電解池，其特徵是上述每個第一和第二電極裝置都具有一個與電解液形成熱傳導關係的表面區域，第一電極裝置的上述表面區域僅有一部分對電解液是活性的，並且上述第二電極裝置的活性表面區域大於第一電極裝置的活性表面區域。
3.如權利要求1或2所述的電解池，其特徵在於上述活性表面區域具有這樣的尺寸，即在操作時在上述第一電極裝置上產生的電流密度至少比第二電極裝置表面上產生的電流密度大20%。
4.一種電解池，包括第一和第二電極裝置，在第一電極裝置上至少僅有一部分表面區域對電解質是活性的;以及使第一電極裝置的表面區域上剩餘部分表面出對電解液呈明顯的惰性的裝置。
5.一種電解池，其特徵是包括第一和第二電極裝置，第一電極裝置的至少一部分表面區域是暴露的，以便與電解液相互作用;以及沿著一條通路輸送電解液的裝置，在該通路中，電解液與第一電極裝置的表面區域上對電解液呈明顯惰性的部分形成熱交換關係。
6.如權利要求1至5任何一項所述的電解池，其特徵是第一電極裝置的活性和惰性表面區域是圍繞著第一電極裝置的周邊分布的。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的電解池，其特徵是第一電極裝置具有延伸的構造，並且第一電極裝置的活性和惰性表面區域沿著第一電極裝置長度方向延伸。
8.如權利要求1至7中任何一項所述的電解池，其特徵是包括用於流通冷卻劑的裝置，以如下的方式與第一電極裝置形成熱傳導關係，即使熱交換通過第一電極裝置的活性和惰性表面在冷卻劑與電解液之間進行。
9.如權利要求5至8中任何一項所述的電解池，其特徵是第一電極裝置具有延伸的外形，並且上述輸送裝置具有至少一個沿著第一電極裝置長度方向延伸的流通路徑。
10.如權利要求7或者當權利要求8和9從屬於權利要求7時，如權利要求8和9之一所述的電解池，其特徵是活性和惰性表面區域沿著第一電極裝置長度方向相互並排延伸。
11.如權利要求10所述的電解池，其特徵是上述活性和惰性表面區域通常是沿著第一電極裝置長度方向的同一範圍布置。
12.如權利要求1至11中任何一項所述的電解池，其特徵是包括用於阻止電解液在第一電極裝置的周邊上從電解液與上述活性表面區域相連接的部分流到設有惰性表面區域的部分的裝置。
13.如權利要求1至12中任何一項所述的電解池，其特徵是包括用於向上述第一電極裝置提供電勢的裝置，該裝置僅與第一電極裝置外表面上對應活性表面區域的部分連接。
14.如權利要求13所述的電解池，其特徵是第一電極裝置是由具有不良導電性的材料製造的。
15.如權利要求1至14中任何一項所述的電解池，其特徵是上述第一電極裝置為管狀外形。
16.如權利要求1至15中任何一項所述的電解池，其特徵是上述第二電極裝置具有平面的外形。
17.如權利要求16所述的電解池，其特徵是有兩個上述第二電極裝置，並且第一電極裝置設在兩個第二電極之間，並相互留有空隙，以及使不相連的活性表面區域面對第二電極裝置。
18.如權利要求17所述的電解池，其特徵是上述第一電極裝置上在上述不相連的活性表面區域之間設有惰性的表面區域。
19.如任何一項在前的權利要求所述的電解池，其特徵是包括多個上述第一電極裝置，每個電極裝置上都具有前述的活性和惰性表面區域。
20.如權利要求18或從屬於權利要求17的權利要求19所述的電解池，其特徵是上述第一電極裝置被布置成在與上述第二電極裝置平行方向上形成彼此屏蔽的關係。
21.如任何一項在前的權利要求所述的電解池，其特徵是包括用於為上述第一和第二電極裝置提供供電勢的裝置，上述裝置包括一個接點，它與上述第一電極裝置上由相應的上述活性區域表面所限定的部分相連接，第一電極裝置由具有不良導電性的材料構成，由此來降低出現在惰性表面區域上的電壓。
22.一種電解池，其特徵是包括一個具有延伸外形的陽極裝置;一個陰極裝置;用於支撐陽極和陰極裝置，使其彼此成隔離關係的裝置;第一邊界裝置，用於與上述陰極裝置以及上述陽極裝置的表面區域上的一部分一起接合成一個容器，用於容納電解液，其中的上述一部分構成陽極裝置上對電解液呈活性的表面區域;第二邊界裝置，用於與上述陽極裝置表面區域的其它部分接合在一起，構成至少一條與上述容器進行連通的流體通路，用於使電解液經過陽極裝置表面區域上的上述其它部分流動，所述其它部分構成陽極裝置上對電解液呈明顯惰性的表面區域;以及用於提供至少一條路徑使冷卻劑以下述方式流經陽極裝置的裝置，即在上述活性及明顯惰性的表面區域之間可以形成冷卻劑與電解液的熱傳導。
23.如權利要求22所述的電解池，其特徵是陽極裝置具有管狀外形，並且由陽極裝置的內孔構成上述供冷卻劑流通的路徑。
24.如權利要求22或23所述的電解池，其特徵是所述容器和所述通路沿著陽極裝置的長度方向延伸。
25.如權利要求22至24所述的電解池，其特徵是上述第一和/或上述第二邊界裝置與上述支撐裝置構成一個整體。
26.如權利要求22至25中任何一項所述的電解池，其特徵是陰極裝置由一個平面空氣陰極構成。
27.如任何一項在前的權利要求所述的電解池，其特徵是包含一種適用於用電化學方法產生臭氧的電解液。
28.一種用於產生臭氧的電解池，其特徵是包括至少一個管狀電極，其外表面作為電解池的陽極，以及到少一個平面的陰極裝置。
29.當按照權利要求1至27中任何一項做出修改時，如權利要求28所述的那種電解池。
30.一種電解池，其特徵是包括第一和第二電極裝置，以及至少一個用於容納電解液的容器，在容器中發生電解作用，並且進一步包括至少一個與電解液相連通的流體往復循環通路，但是在該通路內不發生電解作用。
31.當按照權利要求1至28中任何一項作出修改時，如權利要求30所述的電解池。
32.一種實現電解的方法，其特徵是通過在第一和第二電極裝置之間施加電位差使一種液體電解;抑制所述第二電極裝置與第一電極裝置表面區域上的一部分之間的相互電解作用，從而使一個上述裝置上的電流密度大於另一個裝置上的電流密度;以及從相互作用的上述第二電極裝置與上述第一電極裝置的剩餘表面區域之間收集電解作用的產物。
33.一種實現電解的方法，其特徵是，通過在第一和第二電極裝置之間施加電位差使一種液體電解，上述第一和第二電極裝置被包括在如權利要求1至31中任何一項所述的電解池中。
全文摘要
一種電解池，具有第一和第二電極裝置，第一電極裝置具有一個與電極液形成熱傳導關係的表面區域，並且上述表面區域上僅有一部分對電解液是活性的。第一電極裝置可以是適於用來產生臭氧的陽極裝置，並且該陽極裝置表面區域上的剩餘部分可以與陰極裝置屏蔽，使其對電解液呈惰性。陽極裝置上的上述屏蔽的表面與電解液之間維持熱傳導的關係。
文檔編號C25B15/02GK1074954SQ9211184
公開日1993年8月4日 申請日期1992年12月3日 優先權日1991年12月3日
發明者S·布倫 申請人:帝國化學工業公司