电渗析隔室和单元、安装电渗析器的方法和电渗析器的利记博彩app

专利名称：电渗析隔室和单元、安装电渗析器的方法和电渗析器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电渗析单元和电渗析器。
背景技术：
电渗析器为本领域所公知，具体用于从含盐水起始生产软水或从钠盐例如氯化钠、碳酸钠或硫酸钠的水溶液起始生产氢氧化钠水溶液。其通过在两个端电极之间组装多个相同的电渗析单元而形成。电渗析单元由两个或更多限定在两个离子选择性渗透膜之间的隔室组成。为了在膜之间保持足够的空间以允许电解质循环接触膜，所述单元还提供有隔离器框架。钻有孔以允许电解质从一个单元流向另一单元的隔离器框架置于膜之间并位于膜外周上(Techniques de l’Ingéngieur，Chimie-Génie chimique，3-1988，J2840，1-21页)。制作在隔离器框架和膜中的孔叠置因而形成分布器导管，该导管构成电渗析器中的电解质回路。此外，隔离器框架必须提供有装置，使得允许来自管状导管的电解质以尽可能最均匀的方式分布在隔室内部的膜表面上。
工业电渗析器一般在两个端电极之间包含大量的电渗析单元，其数量可以达到甚至超过100个。因此，目的是使用薄膜和薄隔离器框架以使分隔两电极的距离缩短。一般而言，隔离器框架的厚度仅为几毫米，通常小于5mm。很少大于3mm。膜厚度一般小于1mm且很少超过0.3mm，或甚至0.2mm。此外，膜面积可达到或甚至超过1m2。隔室的这种高面积/厚度比使得来自管状导管的电解质在隔室内部的膜表面上的均匀分布变得复杂。
已知沿隔离器框架厚度方向提供来自管状导管且终止于隔室内的极细通道。为了保证良好的分布均匀性，通道的尺寸必须受到非常精确的控制，使其难以产生具有约几毫米的厚度。
本发明的目的是提供改进的电渗析器，其中电解质以简单且精确的方式分布。
因此，本发明涉及用于电渗析单元的隔室，其由位于隔离器框架任一侧的两个离子选择性渗透膜所限定，所述隔室的特征在于隔离器框架由至少两层的组合件形成，从而在所述层之间使得来自循环孔的电解质进料通道进入隔室的内部容积中，至少一部分进料通道壁由所述两层的内表面形成。
在根据本发明的电渗析单元隔室中，隔离器框架是矩形的并限定矩形内部容积。其四个面的至少一面钻有沿横切框架开口方向的至少一个孔。当几个类似的框架与膜连接在一起形成电渗析器时，该孔构成输送电解质的导管的截面。钻有孔的一面可以是框架的水平面或垂直面。一般是水平面，可以是框架的顶面或底面。作为变化方案，框架的两水平面或两垂直面均钻有孔。
实际上，隔离器框架的顶面和底面钻有几个不同的孔，用来通过重叠形成用于循环电解质的分离管状导管。有利的是对称钻出这些孔，并且有利的是使用其所构成的导管，使得通过旋转框架或将其倒置而使单一隔离器框架模型可用于为各种类型隔室供应不同电解质。例如，在顶面和底面上钻有四个对称孔的隔离器框架可以通过将其第一顶孔和倒数第二底孔与由框架限定的隔室接触，并通过将其倒置和旋转180°，来提供可由四种不同电解质通过的四种类型的隔室。
根据本发明，隔离器框架由至少两层的组合件形成，以便在所述层之间留出从循环开口至隔室内部容积的电解质进料通道，至少一部分进料通道壁由所述两层的内表面形成。
有利的是，至少一层在其部分厚度上凹陷，以便在组装之后提供进料通道。
在根据本发明的隔室的优选实施方案中，隔离器框架包含两层之间的中间层，中间层在其整个厚度上凹陷以提供进料通道。
在该实施方案中，可以通过将中间层置于平坦表面上并利用任意合适的切割工具例如冲裁模在其中切出通道以产生凹陷。因为切割从头到尾进行，因而由于厚度精确对应于中间层的厚度从而避免通道厚度的任意波动。通过切割而凹陷的中间层构成通道的两侧面。通过结合中间层任一面的外层，在保留的两面上闭合通道。因为膜并不直接接触进料通道中密集的电解质流，因此接近通道处膜的损伤风险下降。组装操作可仅包括简单接触操作，当隔离器框架置于电渗析器中时，通过夹紧进行流体密封组装。有利的是，组装可包括将外层固定至中间层的步骤。优选其通过胶粘剂结合或通过焊接来固定。推荐利用激光技术进行焊接。
隔离器框架的“外”和中间层可由能够承受电渗析器单元中通常存在的化学或热环境的任意刚性或柔性材料制成。例如可以由聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯制成，优选刚性聚丙烯。
然而，优选中间层由比外层更软的材料制成。在该实施方案中，有利的是中间层的ShoreA硬度为50-85，优选60-65。这可以例如由各种弹性物质得到。其随后构成扩散器接头。
在根据本发明的隔室的推荐实施方案中，中间层的厚度小于每一外层。例如非常合适的是隔离器框架由厚度为0.5-0.7mm的中间层和厚度为0.9-1.1mm的外层构成。
在根据本发明的电渗析器单元隔室中，离子选择性渗透膜可以是阴离子的、阳离子的或双极性的。已经使用厚度约150μm的MORGANEAW(阴离子)和CRA(阳离子)膜得到极好结果。至于双极性膜，可以使用例如通过在文件WO 01/79335中描述的条件下交叠阳离子MORGANE CDS膜(150μm)和阴离子MORGANE ADP膜(50μm)得到的膜。
在根据本发明的隔室的推荐实施方案中，隔室包含基本填满隔室整个内部容积的格栅，该格栅由膜表面和隔离器框架内表面所限定。
在该实施方案的优选变化方案中，格栅包含位于两个薄的细孔层之间的厚的大孔层。有利的是，厚层的厚度至少是每一薄层的两倍。优选该厚度比不超过5。例如，可以使用厚层厚度为1-2mm和两薄层厚度为0.4-0.6mm的格栅。
在该变化方案的有利版本中，大孔直径至少是细孔直径的两倍。优选该直径比不超过5。此外，仅作为实例，具有2-3mm细孔和直径为5-10mm大孔的格栅得到良好的结果。
格栅可以由能够承受电渗析器单元中通常存在的化学或热环境的任意刚性或柔性材料制成。优选由刚性材料制备，例如刚性聚氯乙烯、刚性聚乙烯或刚性聚丙烯。优选刚性聚丙烯。
格栅和隔离器框架可以集成并作为单一部件制造。然而，推荐不将格栅与框架集成。这使得这些处于良好工作状态的部件在电渗析器工作期间可以单独恢复。
电渗析器通过在两个端电极之间组装若干相同的电渗析单元而形成，一个电渗析单元由两个或更多隔室组成。例如，用于共同生产氢氧化钠和盐酸的电渗析单元包括三个隔室，分别流过氯化钠溶液、盐酸和氢氧化钠。
因此，本发明还涉及包含至少一个根据本发明的隔室的电渗析单元。还涉及包含至少一个这样的单元的电渗析器。
由于根据本发明的隔室、单元和电渗析器是通过将几个元件连接在一起而得到的，因此必须特别注意所使用的组装方法。
因而，本发明还涉及安装包含多个电渗析单元的电渗析器的方法，其中，第一步是分别形成各自由至少两个单元的组合件组成的组件，第二步是将所述组件在端壁之间连接在一起以形成电渗析器。
在根据本发明的方法中，优选水平地工作，也就是说将第一构件-通常是隔离器框架-放置在平坦表面上，并且依次在其上堆叠构成单元的所有部件(膜、隔离器框架、格栅)。
随后，继续通过叠合第二单元的构件来组装，接着任选继续直至得到包含所需数量单元的组件。
有利的是，此数目可至少为3。推荐不超过50。优选数目范围为5-20。
当隔离器框架本身通过交叠各种层而形成时，有利的是这些层在形成组件期间通过叠合而叠置。
随后，再次重新开始操作，以形成用于生产完整的电渗析器的所需数目的组件。
为了正确操作电渗析器，重点是用于在隔室自身内分布电解质的通道是适当流体密封的。推荐对每一组件单独测试流体密封性，例如使用水压或气压装置。
在根据本发明的方法的第二步骤中，还要做的是将构成电渗析器的多个组件叠置在两端盒之间并利用合适的固定装置将其定位。某些情况下，推荐在组件之间提供密封并采取措施以确保固定装置使得组件相互压紧，从而使其更加流体密封。
在根据本发明方法中，将组装过程分为两步具有几个优点。这是因为这样甚至可以在不同的环境或甚至不同的地理位置下，允许将两步的执行委托给不同的人员。将组件结合到一起需要在合适环境中的密切关注和非常精确。然而，较少数量组件的叠置更容易在工业环境下完成。此外，提供有根据本发明隔离器的用于氢氧化钠生产的电渗析器由超过1500个部件叠合而成，最细小的组装错误例如倒置也危及整个电渗析器操作的安全。已经证明，对于操作者而言更难的是在整个安装操作期间以及组装组件期间保持警惕。最后，两步组装允许每一组件得以单独测试并得到更可靠的电渗析器。
根据本发明的方法也适合用于组装包括含有离子交换膜的大量相同单元的电解装置。尤其适合组装包含离子交换膜的燃料电池。
根据本发明的方法特别适合用于组装包括至少一个根据本发明的部件的电渗析器。
在根据本发明方法的优选实施方式中，组件在形成后被包装起来，接着，在连接在一起之前拆开包装。其优点在于更好地保护组件并易于运输。有利的是包装由非常薄的金属箔例如铝箔制成，涂覆有允许方便焊接的热塑性材料层。在某些情况下，推荐在包装中放入能够含有进一步改善组件保存尤其是改善所含离子交换膜保存的材料的装置。例如，可以在包装内放置一定量的吸附性物质，例如浸渍有用于保湿的溶液的吸水纸。
在该实施方法的变化方案中，在真空中进行包装操作。
中等水平的真空例如对应于至少0.1巴负压的真空即足够。真空包装改善膜的保存。此外，由于真空使得包装明显变得更刚硬，各种层更难以相互滑动。这种刚性差异允许在使用中快速检查包装质量。也能够使其更容易处理。
为了使这种处理更容易，推荐在包装中的每一组件下方放置运输带。因此，该带与组件包装在一起。当包装被拆开使用时，已经存在的带子提供一种方便的握持手段，例如在拆开包装之后，通过任意合适的传统固定装置将组件系在运输架上。随后，可将组件与其他相似组件叠置以形成电渗析器，同时降低在该处理操作中各构成层相互移位的风险。
在组件与其他组件叠置之后，通常失去其个体性，无法将其与其周围组件区分开。
但是，在根据本发明方法的优选变化方案中，在第一和第二步骤之间包括附加步骤，该步骤包括形成由一个或多个组件构成的中间模块，这些中间模块的构件利用固定装置固定在一起。仅作为例子，这些固定装置包括由金属或塑料例如聚丙烯制成的两个刚性框架和围绕形成中间模块的组件或多个组件的连接材料(ties)。随后将中间模块与其他中间模块连接以形成电渗析器，同时保持其个体性。由此变化方案得到的电渗析器的优点是允许电渗析器中的中间模块相互快速替换，例如在检测到中间模块之一局部故障后的维护操作期间。
因此，本发明还涉及可以通过根据本发明方法得到的电渗析器，其包含组成模块的多个电渗析单元和用来将各模块固定在一起的固定装置，从而允许在已经组装电渗析器之后方便替换模块。
通过对附图的以下说明，本发明的具体特征和细节变得显而易见。


图1是由两层组装形成的根据本发明隔离器框架的部分剖面前视图。
图2是沿图1的I-I平面的垂直截面图。
图3是由三层组装形成的根据本发明隔离器框架的可选实施方案的部分剖面前视图。
图4是沿图3的II-II平面的垂直截面图。
在这些图中，相同的附图标记指示相同元件。
图1所示的隔离器框架(1)由两个组装层(2)、(4)构成。该层钻有用于循环电解质的进口孔(7)和出口孔(8)。两层(2)、(4)在其部分厚度上凹陷以提供循环通道(5)，使孔(7)与隔离器框架内部容积(6)连通。使隔离器框架内部容积(6)与孔(8)连通的第二类似通道没有示出。
在图3所示的实施方案中，中间层(3)在其整个厚度上凹陷以提供通道(5)。
以下实施例用于说明本发明。
实施例以下实施例说明用于形成电渗析器的组件的组装，所述电渗析器用于从氯化钠水溶液(“盐水”)起始生产氢氧化钠和盐酸。
将具有1540mm和1195mm的侧面和10mm厚度的矩形PVC片材水平放置，并在所述平板的四周提供直径33mm的4根垂直引导柱。全面检查柱与平板的正交性。将各自具有用于安置引导柱的33mm直径的4个孔的以下部件依次叠合在上述片材上1.由Monsanto的SANTOPRENE制造的0.35mm厚的密封垫；2.隔离器框架构件，即由1mm厚刚性聚丙烯制成的两外层，位于由Monsanto的SANTOPRENE弹性体制成的中间层的各一侧上，中间层的Shore A硬度为64，厚度为0.6mm。中间层根据本发明而凹陷，以形成宽15mm、长60mm的通道；3.由Monsanto的SANTOPRENE制造的0.35mm厚的第二密封垫，该密封垫和三层的框架具有1340×1020mm尺寸的矩形框架形状并预涂覆有用于塑料的胶粘剂层；和4.厚度为150μm、尺寸976×1114mm的SOLVAYCRA阳离子膜，被外部尺寸为1340×1020mm、内部尺寸为982×1120mm的矩形“支架”所围绕。
上述操作之后，对应于堆叠构件1-4，得到用于循环盐水的电渗析器。随后，在文件WO 01/79335中描述的条件下，通过用叠置阳离子MORGANE CDS膜(150μm)和阴离子MORGANE ADP膜(50μm)得到的双极性膜替换SOLVAYCRA膜，重复这些操作以形成其中循环氢氧化钠的隔室。最后，三次重复同样的操作以形成其中将循环盐酸的隔室，这次用SOLVAYAW阴离子膜替换阳离子膜。在这三个系列操作之后，得到电渗析单元。
然后重复这三个系列操作十次，以形成构成组件的十个相同电渗析单元的堆叠。
随后将组件置于压力下并使其经过密封检测，包括在0.02巴压力下将水引入所有三十个隔室中，并且在闭合回路之后测量隔室中压力下降至0.16巴所花费的时间。该时间必须大于15分钟，从而确认组件密封。如果组件正确密封，则将其如下包装。以下制品依次置于组件顶部之上，并再次置于PVC片材上第一矩形包装箔，即由TOMOLPACK生产的MIL-PRF 1315(包括铝层和聚乙烯层)；以及具有1540mm×1195mm的侧面和10mm厚的第二矩形PVC片材。将置于组件任一侧的两个PVC片材夹在一起并将整个组合件翻转。将现在位于第二PVC片材顶部的第一PVC片材移除并用分布在组件长侧面上的长1450mm的PTFE带替换它。最后，第二包装片置于所述带上并被焊接至第一包装片，在包装中保持0.1巴的真空度。
随后将10个包装好的组件以传统方式运输至设计来构建电渗析器的室内。拆开包装，使所述带位于下方。将所述带的末端固定至金属运输框架并且将10个组件以非常精确且其构件没有任何相对位移的方式叠合，随后置于两电极之间并压合在一起。
权利要求
1.一种用于电渗析单元的隔室，其由位于隔离器框架(1)任一侧的离子选择性渗透膜所限定，特征在于隔离器框架由至少两层(2)、(4)的组合件形成，所述两层(2)、(4)的外形使得电解质进料通道(5)在所述层之间从循环孔(7)进入隔室的内部容积(6)中，至少一部分进料通道的壁由所述两层(2)、(4)的内表面(9)、(9’)形成。
2.根据前一权利要求的隔室，特征在于至少一层在其部分厚度上凹陷以在组装之后提供进料通道(5)。
3.根据权利要求1的隔室，特征在于其包含在所述两层(2)、(4)之间的中间层(3)，中间层(3)在其整个厚度上凹陷以提供进料通道(5)。
4.根据前一权利要求的隔室，其中中间层(3)由柔性大于层(2)、(4)的材料制成。
5.根据前述权利要求中任意一项的隔室，其包含基本填充隔室整个内部容积(6)的格栅。
6.根据前一权利要求的隔室，其中格栅包含位于两个薄的细孔层之间的厚的大孔层。
7.电渗析单元，包括根据前述权利要求中任意一项的至少一个隔室。
8.电渗析器，包括根据前一权利要求的至少一个单元。
9.一种安装电解装置的方法，所述电解装置包含含有至少一个离子交换膜的多个单元，其中第一步是分别形成各自由至少两个单元的组合件构成的组件，第二步是将所述组件在两端壁之间连接在一起以形成电渗析器。
10.根据前一权利要求的方法，其中电解装置是电渗析器，其优选包括根据权利要求1-6中任意一项的至少一个隔室。
11.根据权利要求9或10的方法，其中组件在形成之后进行包装，随后在连接到一起之前拆开包装。
12.根据前一权利要求的方法，其中在真空下进行包装。
13.根据权利要求11或12的方法，其中将运输带置于包装中的每一组件下。
14.根据权利要求9-13中任意一项的方法，其包括在第一和第二步骤之间的附加步骤，该附加步骤包括形成由一个或多个组件构成的中间模块，这些中间模块的构件利用固定装置固定在一起。
15.一种可以通过根据权利要求14的方法得到的电渗析器，其包含组成模块的多个电渗析单元和用于将每一个模块固定在一起的固定装置，从而允许在组装电渗析器之后更容易地替换模块。
全文摘要
一种用于电渗析器的隔室，其由位于隔离器框架(1)任一侧的离子选择性渗透膜所限定，特征在于隔离器框架由至少两层(2)、(4)的组合件形成，从而在其间提供电解质进料通道(5)。
文档编号B01D61/50GK1929898SQ200580008286
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月7日 优先权日2004年3月16日
发明者卢克·博特 申请人:索尔维公司