CN107142498A - 一种电极交错排列的圆筒形电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极交错排列的圆筒形电解槽。该电解槽包括圆环形电极板，其中直径相等的圆环形电极板沿轴向同轴设置，且间隔第一间距；直径不相等的圆环形电极板同轴嵌套设置，在圆环形电极板径向，直接相邻的两个圆环形电极板互相交叠设置，其交叠距离占圆环状电极高度的10‑45％，径向间隔第二间距，且第一间距大于第二间距。本发明的有益效果是能够承受较高的操作压力，可以对高压、高流量电解液进行高效电解；能够将电解过程产生的气体及时排出，防止气体在电解槽中的聚集而降低电解效率；电极板采用交错排布方式，电极端子无需与所有电极板相连接，大大简化了电解电路。

Description

一种电极交错排列的圆筒形电解槽

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种电极交错排列的圆筒形电解槽。

背景技术

电解槽在电化学领域有广泛的应用。通常情况下，电解槽多为方形，例如，长方体形或正方体形，电极为平板形状，并采用完全正相对的排列方式。这样的技术方案不足之处是：方形电解槽难以承受较高的操作压力和较高的电解液流量，而且电解产生的气体不易排出，产生安全隐患；对于复极式电解槽，电解电源必须连接到每一个电极板，需要复杂的连接电路，电解工作效率低。

中国专利授权公告号为CN205710969U的实用新型公开了一种增大接触面积的微蚀液电解槽，利用圆环形电极板作为阳极组和阴极组，增加电极板与废水的接触面积，提高回收率。但是，该电解槽结构单一、阴阳极设置方式简单，其应用受到限制，也不能大幅提高电解效率。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明公开了一种电极交错排列的圆筒形电解槽，该电解槽包括电解槽本体和电解槽端盖，还包括圆环形电极板，其中：直径相等的圆环形电极板沿轴向同轴设置，且间隔第一间距；直径不相等的圆环形电极板同轴嵌套设置，在圆环形电极板径向直接相邻的两个圆环形电极板互相交叠设置，且径向间隔第二间距，所述第一间距大于所述第二间距。

作为本发明可选实施例，在圆环形电极板径向方向直接相邻的两个圆环形电极板互相交叠设置，其交叠距离占圆环形电极板高度的10-45％。

作为本发明可选实施例，至少部分所述的圆环形电极板的交叠距离相等

进一步，作为优选实施例，所述的圆环形电极板的交叠距离都相等。

作为本发明可选实施例，至少部分所述的圆环形电极板的高度相等。

进一步，作为优选实施例，所述的圆环形电极板的高度都相等。

作为本发明可选实施例，所述的圆环形电极板两个端面电绝缘。

作为本发明可选实施例，本发明提供的电解槽还包括定位轴，该定位轴位于圆筒形电解槽的轴心，与电解槽连接固定，圆环形电极板与圆筒形电解槽同轴设置。

更进一步，作为本发明可选实施例，所述定位轴形状为圆柱体，其表面电绝缘。

作为本发明可选实施例，电解槽还包括以下部件：

正极端子：与至少一个圆环形电极板电连接；

负极端子：与至少一个圆环形电极板电连接；

出口：电解液流出电解槽的通道；

入口：电解液流入电解槽的通道；

而且该正极端子与负极端子分别位于电解槽的两端。

本发明公开的电解槽，可以作为其他电化学设备的部件使用。

包括本发明公开的电解槽的电化学设备，还可以作为其他系统的组成部件使用。

本发明公开的圆筒形电解槽，耐压力大，电解效率高，尤其适合于电解液处理量大、电解液流速快的电解技术应用领域，而且圆筒形电解槽和互相嵌套、交错设置的圆环形电极板结合，组成了电解过程中供电解电流通过的空间通道，能够保证电解液迅速高效的流过电解槽，电解液流体不会有滞留在电解槽中的现象发生，电解过程中产生的气体不会滞留在电解槽内，避免产生局部气体空间，影响电解液与电极板的有效接触，提高了电解安全性，提高了电解效率，电极端子只需跟位于电解槽两端的部分电极电联接，电解电路简单。

附图说明

图1本发明电极交错排列的圆筒形电解槽剖面结构示意图。

图2本发明公开实施例1中电解槽剖面结构示意图。

图3本发明公开实施例2中电解槽剖面结构示意图。

图4本发明公开实施例3中电解槽剖面结构示意图。

图5本发明公开实施例3中圆环形电极板固定连接示意图。

附图标记

1 圆筒形电解槽 1.1 电解槽本体 1.2 电解槽端盖

2 定位轴 3、4 电极端子

5、6 出入口 7 圆环形电极板 8 补位电极板

a 第一间距 b 第二间距

7.11、7.12、7.21、7.22、7.23、7.24、7.31、7.32、7.33、7.34、7.35 圆环形电极板

9.1、9.2、9.3、9.11、9.12、9.13 固定支架

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为示例性说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了诸多具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。

应理解，本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明公开的内容。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义。

以下结合本发明公开的圆环形电解槽的示意图，如图1，说明本发明公开实施例的技术方案。圆筒形电解槽1包括两部分，电解槽本体1.1和电解槽端盖1.2。电解槽本体1.1，是形成电解槽内腔的主体组成部分，电解槽端盖1.2位于电解槽本体两端，主要用于形成完整的电解槽内腔。圆筒形电解槽主要是指电解槽的内腔空间结构为圆筒形，其外形并不限于圆筒形，外形可以根据电解槽的使用环境，可以设计为方形、椭圆形，或其他任何可以满足使用需求的形状。

本发明公开述及的圆环形电极板7，是指其形状为圆环形，作为电极使用时其材料符合本领域技术人员对电解电极的通常理解，材料材质是导电材料，或者其表面为导电材料。圆环形电极板的高度，是指电极在其轴向的延伸距离，圆环形电极板的厚度，是指其电极材料自身的厚度，是指其电极材料在径向的延伸距离。电极材料通常为板材，具有一定的厚度和长度，此厚度即为电极板的厚度，是本文述及的圆环形电极板的厚度，也是本文述及的电极端面的厚度。本发明述及的圆环形电极板和圆环形电极具有同样的含义，电极即是圆环形电极板，补位电极板是指在电解槽两端补齐电极板交错排列造成的电极板缺位，除非明确指定其他的含义。

圆环形电极板的厚度，可以根据使用需求进行设定。例如，可以根据材料的强度确定其厚度，以确保圆环形电极板的结构稳定，本发明公开的圆环形电极板直径较小，直径在此范围内的电极其径向距离、外形的任何变化，会对电极的工作性能产生很大的影响，所以保持圆环形电极板的形状稳定才能确保实现稳定的电解反应。电极板材料厚度变大，圆环形电极板的结构强度和稳定性随着增加，但是电极板厚度增大会导致其端面附近的电流流向更加复杂，降低整个圆环形电极板的工作效率，进而降低电解槽的工作效率。电极板厚度变小，其端面面积变小，端面附近的电流流向变得简单，但是电极强度明显下降，大电解液流量情况下圆环形电极板的形状控制难度增大。

圆环形电极板的高度，也可以根据使用需求进行设定。电解槽的使用需求，需要考虑的因素主要包括电解液的流量、电解电压、电解槽的容积等因素，可以根据这些因素来确定圆筒形电解槽的直径大小，和电解槽中电极的数量，设置合理数量的电极。

本发明公开的圆环形电极板中，直径相等的圆环形电极板沿其轴向间隔排列，该间隔距离称为第一间距a。在相同的直径位置上，多个第一间距a可以相等，也可以不相等；在不同的直径位置上，多个第一间距a可以相等，也可以不相等。比较优选的方案是，直径相同的圆环形电极板形成的多个第一间距a相等，更为优选的方案是，在不同直径位置上，所有的第一间距a都相等。

直径相等、直接相邻的两个圆环形电极板之间，保持第一间距的空隙，保证电解液能够自由通过此空隙，电极端面表面设置为电绝缘，确保在直接相邻的两个电极端面之间不形成电流流动；也可以在两个相邻电极端面之间采用电绝缘材料间隔部件，此电绝缘间隔部件的作用，既可以是确保两个相邻的电极端面电绝缘，也可以是固定两个相邻的圆环形电极板；作为两个相邻电极之间的电绝缘间隔部件，可以与两个电极端面密封固定，使得位于圆环形电极板内、外的电解液不能互相流动，也可以只有部分端面接触固定，圆环形电极板内、外的电解液可以在电解过程中根据电流的方向自由流动。

本发明公开的圆筒形电解槽中，直径不相等的圆环形电极板同轴嵌套设置，且径向间隔第二间距b。圆筒形电解槽中不同位置的第二间距b，可以不相等，也可以相等，比较优选的方案是有部分第二间距b相等，更为优选的是第二间距b都相等。

本发明公开述及的第一间距a大于第二间距b，是指任何一个圆环形电极板，与其直接相邻的圆环形电极板会形成两种间距，即与其直径相同、直接相邻的圆环形电极板形成第一间距a，与其直径不同、直接相邻嵌套的圆环形电极板形成第二间距b，其中的第一间距a大于第二间距b。

本发明公开的圆筒形电解槽中，在圆环形电极板径向直接相邻嵌套的两个圆环形电极板互相交叠设置，是为了确保在这两个电极的交叠部分形成的区域内电解液形成有效的电流通路，保证本发明公开的圆筒形电解槽的电解效率。作为本发明可选实施例，在圆环形电极板径向方向直接相邻的两个圆环形电极板互相交叠设置，其交叠距离为圆环形电极板高度的10-45％，也可以选择范围小的距离，如20-45％，或者30-45％，或者30-40％。

圆筒形电解槽中，圆环形电极板的交叠距离可以不等，也可以相等，作为较为优选的方案，至少有部分电极的交叠距离是相等的，更为优选的技术方案，是所有电极的交叠距离相等，能够确保电解电流的高效传输。

本发明公开的圆筒形电解槽中，圆环形电极板的高度可以根据电解槽使用条件需求进行设定，多个电极的高度可以相等，也可以不相等，作为比较优选的技术方案，至少部分电极的高度相等，作为更优选的技术方案，电极的高度都相等。由于电极交叠设置，在电解槽的端部，会出现形成第一间距的电极的缺失，作为较为优选的技术方案，可以用补位电极板8与相邻圆环形电极板形成第一间距，补位电极板8通常设置为与直径相同的圆环形电极板高度不同的相同电极板。

本发明公开的圆筒形电解槽中，位于电解槽端部的圆环形电极板7或者补位电极板8，可以直接与电解槽端部固定连接，与其直径相同的圆环形电极板7可以用电绝缘套环与其固定连接。直径最大的圆环形电极板可以与电解槽内壁固定连接，互相嵌套设置的电极板可以依次固定在其外侧的电极板上，如图2中，采用固定支架9.11、9.12和9.13固定连接。电极的固定还可以与定位轴2配合，例如，直径最小的电极板也可以与电解槽内部的定位轴2固定连接，互相嵌套设置的电极板可以依次固定在其内部的电极板上，如图5中，采用固定支架9.1、9.2和9.3固定连接。

本发明公开的电解槽中，圆环形电极板之间连接的目的之一是为了固定圆环形的电极板，保持其相对位置的稳定，在电解过程中能够确保电解电流的合理流动，确保电解效率最大化。

本发明公开的圆筒形电解槽中可以设置定位轴2。该定位轴2设置在圆筒形电解槽的轴心，与电解槽连接。本发明公开的圆筒形电解槽，其电极为圆环形，与电解槽同轴、嵌套设置，位于最内层的圆环形电极板内，电场强度很弱，电解作用也很弱，此部分空间内的电解液很难通过电解作用进行有效的反应，尤其对于流过电解槽的动态电解液，其处理效果与电解槽内其他部分差异很大，会影响整体电解液的电解处理效率，所以，定位轴的功能之一，就是占据电解槽中位于轴心位置及附近的空间，确保电解液能够流经有效的电解空间。为此目的，定位轴必须具有一定的体积和形状，例如，定位轴可以是实心圆柱体，也可以是空心圆柱体，也可以是实心的长方体，也可以是空心的长方体，其体积与形状与最内侧电极相匹配设置，可以达到最优的电解效果，但其表面必须是电绝缘材料。定位轴还可以作为圆筒形电极的固定支撑部件，最内侧的电极与定位轴固定连接，直径较大的电极板依次固定在其内侧的电极板上，可以使所有的电极板固定连接，例如，可以采用固定支架9.1、9.2、9.3，如图5所示。作为固定电极的支撑部件使用，定位轴还需具备足够的强度，确保电解槽使用过程中电极和定位轴自身结构和形状的稳定。

本发明公开的圆筒形电解槽，其电极端子可以设置在电解槽的端部，正极端子3与圆环形电极板电连接，负极端子4与其它圆环形电极板电连接；作为可选的技术方案，正极端子3只与部分电极板电连接，正极端子3也可以与更少的电极板电连接，正极端子3也可以只与一个电极板电连接。进一步，作为优选技术方案，3正极端子与位于电解槽端部的直径最大的电极板电连接，或直径最小的电极板电连接。负极端子4的电连接技术方案类似于正极端子3的电连接技术方案。如果正极端子3与直径最小的电极电连接，作为优选的技术方案，负极端子4需要与直径较大的电极电连接，更为优选，与直径最大的电极电连接。

电极端子的设置，优选的技术方案是正极端子3与负极端子4分别设置在电解槽的两端，电极端子设置在电解槽的两端，能够保证电解槽中的电解液与发生电解反应的电极接触面积增大，电解时间增加，电解效率提高。

本发明公开述及的正极端子3和负极端子4，可以是通常理解的电源的正极和负极，也可以是电位大小不同的电极端子，此时，正极端子3表示高电位电极端子，负极端子4表示低电位负极端子，此时，在电解槽中可以设置参比电极，以标定高电位与低电位的电位值。

需要说明的是，本发明公开述及的电极端子，其正、负极位置设定并不限定为以上描述的位置，也可以将电极端子3设定为负极，此时电极端子4为正极。

本发明公开的电解槽其出入口5、6是电解液进出电解槽的通道，可以根据出、进电解槽的电解液流量需求设置，需考虑的因素主要有出入口位置、出入口大小，通常设置在电解槽的两端不影响电极端子设置的位置。需要说明的是，本发明公开的电解槽其出入口并不限定其位置，如果入口为5，则出口为6，反之也可。电解槽的出入口设置在圆筒形电解槽的两端，而且电极为与电解槽同轴设置的圆环形，电解液流经电解槽的过程中，不会有电解液的滞留现象发生，电解产生的气体随着电解液的流出能够全部排出，不会遗留在电解槽中，留下安全隐患。

本发明公开述及的电解液，泛指能够发生电化学反应的物质，尤其是，含有阳离子、阴离子的溶液，阳离子包括但不限于H⁺、碱金属离子、碱土金属离子等，阴离子包括但不限于卤素离子、OH^-等。

本发明公开的电解槽，其功能之一主要是对电解液进行电解处理，尤其适用于电解液处理量比较大、电解液流动速度比较快的处理过程。作为电解槽，可以作为基本部件用于电化学设备中，例如，可以作为电解水的电解槽，作为氧气发生器的部件，也可以作为氢气发生器的部件。例如，可以作为电解食盐水的电解槽，作为工业电解设备，制备氯气、氢气，或者制备氢氧化钠。

包括本发明公开的电解槽的电化学设备，还可以作为其他系统的组成部件使用。如需要利用氢气作为原料的燃料电池系统，可以将此电化学设备作为电解水部件；需要处理海水得到氯气或氢氧化钠原料的海水处理系统，可以将此电化学设备作为其组成部件。

以下在具体实施例描述的细节中，本发明公开的技术方案会更加清楚，具体，但作为示例性公开说明，以下实施例不能理解为对本公开技术方案的限制。

实施例1

本实施例1公开的一种电极交错排列的圆筒式电解槽，如图2所示，包括：

两种圆环形电极板，电极7.11的半径为25mm，电极7.12的半径为20mm，高度均为150mm，数量各3块。将其中半径为20mm的一块电极分割为高度相等的两部分，作为部位电极8，其高度为75mm；

第一间距a为10mm，第二间距b为5mm；

采用固定支架9.12将电极7.11与电解槽内壁固定连接，采用固定支架9.11将电极7.12与电解槽内壁固定连接，采用固定支架9.13将补位电极板8与电极7.11固定连接。

正极端子3与半径为25mm的电极7.11电连接，负极端子4与位于电解槽另一端的半径为20mm的补位电极板8电连接；

定位轴为圆柱状橡胶棒，规格为Φ35mm×470mm，设置在圆筒状电解槽的轴心；

出口6、入口5的规格为Φ15mm×40mm。

实施例2

本实施例2公开的一种电极交错排列的圆筒式电解槽，如图3所示，包括：

四种圆环形电极板，电极7.21的半径为40mm，电极7.22的半径为34mm，电极7.23的半径为28mm，电极7.24的半径为22mm，高度均为120mm，数量各4块。另外将其中的电极7.22和电极7.24分别分割为高度相等的两部分，高度为60mm，作为补位电极板8；

第一间距a为10mm，第二间距b为6mm；

电解槽两端的电极和补位电极板与端盖固定连接，依次相邻的直径相等

的电极采用套环依次固定连接。

电解电源负极端子3与电解槽一端的外层电极7.21电连接，正极端子4与另一端的补位电极板8电连接；

定位轴2为圆柱状陶瓷柱，其规格为Φ40mm×510mm，位于圆筒状电解槽的轴心；

出口6、入口5：规格为Φ20mm×40mm。

实施例3

本实施例3公开的一种电极交错排列的圆筒式电解槽，如图4所示，包括：

五种圆环形电极板，电极7.31的半径为45mm，电极7.32的半径为40mm，电极7.33的半径为35mm，电极7.34的半径为30mm，电极7.35的半径为25mm，高度均为150mm，数量各4块。另外将其中的电极7.32、电极7.34各一块分割为高度相等的两部分，高度为60mm，作为补位电极板8；

第一间距a为10mm，第二间距b为5mm；

电解电源正极端子3与电解槽一端的最外层电极7.31电连接，负极端子4与电解槽另一端的内层电极7.35电连接；

定位轴2为圆柱状塑料柱，规格为Φ45mm×790mm，位于圆筒状电解槽的轴心；

出口5、入口6的规格为Φ25mm×50mm。

Claims (12)

1.一种电极交错排列的圆筒形电解槽，包括电解槽本体和电解槽端盖，

其特征在于，还包括圆环形电极板，其中：

直径相等的圆环形电极板沿轴向同轴间隔设置，且间隔第一间距；

直径不相等的圆环形电极板同轴嵌套设置；

在圆环形电极板板径向直接相邻的两个圆环形电极板互相交叠设置，且径向间隔第二间距；

所述第一间距大于第二间距。

2.根据权利要求1所述的圆筒形电解槽，其特征在于：互相交叠设置的两个圆环形电极板的交叠距离为圆环形电极板板高度的10-45％。

3.根据权利要求1所述的圆筒形电解槽，其特征在于：至少部分所述圆环形电极板的交叠距离相等。

4.根据权利要求3所述的圆筒形电解槽，其特征在于：所述圆环形电极板的交叠距离都相等。

5.根据权利要求1所述的圆筒形电解槽，其特征在于：至少部分所述圆环形电极的高度相等。

6.根据权利要求5所述的圆筒形电解槽，其特征在于：所述圆环形电极板的高度都相等。

7.根据权利要求1所述的圆筒形电解槽，其特征在于：圆环形电极板的两个端面电绝缘。

8.根据权利要求1所述的圆筒形电解槽，其特征在于：还包括定位轴，该定位轴设置于圆筒形电解槽的轴心，与电解槽连端面连接固定；

圆环形电极板与圆筒形电解槽同轴设置。

9.根据权利要求8所述的圆筒形电解槽，其特征在于：所述定位轴为表面不导电的圆柱体。

10.根据权利要求1-9任一项所述的圆筒形电解槽，其特征在于，还包括：

正极端子，与至少一个圆环形电极板电连接；

负极端子，与至少另一个圆环形电极板电连接；

出口，电解液流出电解槽的通道；

入口，电解液流入电解槽的通道；

且，所述正极端子与所述负极端子分别设置在电解槽的两端。

11.一种电化学设备，其特征在于：含有权利要求1-10所述的圆筒形电解槽。

12.一种系统，其特征在于：该系统组成部件包括权利要求11所述的电化学设备。