[发明专利]电化学电解池

说明书

本发明涉及一种电解池，特别是一种能产生臭氧的电解池。

把其中的水分离成它的单体物质，即O₂和H₂，分别从电解池的阳极和阴极上释出的电解池是公知的。在合适的条件下，也可以在阳极上产生O₃。

在欧洲专利说明书0，041，365号中描述了一种生产臭氧的电解方法，其中的电解质包括一种由具有很高负电性的离子构成的水溶液，例如六氟化物离子的酸或盐，使这种电解质电解。

据报道产生臭氧的电流效率已经达到了35%。电流效率（同时也称为臭氧的产生效率）是在给定输入电流时相对于理论臭氧产量的实际臭氧产量的量度，即35%的电流效率意味着在所述条件下从阳极发出的O₂-O₃气体中包括占重量35%（O₃的理论产量的）的O₃，并且有35%的电流被用于产生臭氧。

产生臭氧的电解池也是公知的，它包括有空气阴极，在其中所发生的阴极反应把周围的空气改变成酸性电解质中的水，然后在阳极使水氧化成氧气和臭氧。由于在阴极表面上不产生氢气，电解池的电压明显地降低。此外，与包括发出氢气的阴极的电解池相比，这种电解池的构造比较简单，例如，因为阴极上不发出氢气，不需要在阳极和阴极之间设置隔离器，并且比较容易控制整个过程，也就是说，减少了定期加水的需要。

在美国专利4，541，989号中描述了一种产生臭氧的电解池，它包括一个管状阳极结构，其外表面在一个管状空气阴极结构内作为一个阳极，管状阴极的内表面作为一个阴极。按上述美国专利中公开的内容，在产生臭氧的电解池中最好是使阳极表面上的电流密度大于阴极表面的电流密度，特别是阳极表面的电流密度至少应约为阴极表面电流密度的二倍，以便能减少由于阴极表面极化损耗造成的功率损耗，从而避免氢气逸出并且增加空气阴极的寿命。

此外，在用电解法生产臭氧的过程中，要求阳极表面是冷的。采用冷却的阳极表面可以明显地改变处理过程中的电流效率。例如公知的情况是，当阳极温度从25℃降低到0℃时，电流效率可以获得4倍的改进。更进一步，在产生臭氧的电解池中使用冷却的阳极可以增加阳极的使用寿命。

通常采用在阳极内流通一种冷冻液的方法使阳极冷却。因此，重要的是要使阳极的表面区域尽可能大，以便与电解液发生有效的热交换，从而保证有效地使阳极冷却。另一方面，相对于阴极而言，希望具有较小的阳极表面区域，以便提高阳极的电流密度。

如美国专利4，541，989号中所述的同心圆筒结构提供了一种使阳极电流密度大于阴极电流密度，并且仍然能进行有效地热交换的途径。

然而，上述同心圆筒结构具有这样的缺点，那就是其内部的电极间隙，也就是阳极外表面与阴极内表面之间的距离有可能会由于阳极表面区域相对于阴极较小的要求而变得过大。例如，在一个电解池中，包括一个外部半径为2cm的内圆筒阳极，以及一个内表面区域为阳极的二倍的外圆筒阴极，该阴极的内部半径应为4cm，也就是说，内部电极间隙为2cm。这样大的内部电极间隙会对流经电解池的电流形成很高的电阻，并且会使电解池的电压出现不希望的增加。

特别是在阴极是一个空气阴极的情况下，这种结构就会出现上述问题。除了上述操作问题之外，空气阴极很难制成圆筒形状，并且在电解池的装配过程中会导致机械方面的问题，例如电解池内部的密封问题。

本发明的首要目的是提供一种电解池，它包括第一和第二电极装置，至少在第一电极装置上有一个与电解液形成热交换关系的表面区域，并且上述表面区域上仅有一部分对电解液是活性的。

特别是，第一和第二电极装置具有一个与电解液形成热交换的表面区域，第一电极装置的上述表面区域仅有一部分对电解液是活性的，并且上述第二电极的活性表面区域比第一电极装置的活性表面区域要大。

在产生臭氧的电解池内部，第一电极装置是阳极装置，而第二电极装置是阴极装置，阴极装置上对电解质呈活性的表面区域大于阳极装置的活性表面区域。

尽管本发明是以产生臭氧的电解池为例来描述的，我们并不排除本发明的用于产生臭氧之外的其它产品的可能性。

阳极和阴极装置的活性表面区域通常具有这样的尺寸，即在操作时出现在阳极装置表面上的电流密度至少比阴极装置表面上的电流密度大20%。

最好的情况是使出现在阳极装置表面上的电流密度至少比阴极装置表面的电流密度大50%，特别的情况下则至少大80%。