CN107151804B - 一种双螺旋电极组件及具有双螺旋电极组件的电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双螺旋电极组件和具有双螺旋电极组件的电解槽，属于电解设备技术领域，其中双螺旋电极组件包括：第一螺旋电极板；第二螺旋电极板，至少一段第一螺旋电极板与至少一段第二螺旋电极板同轴且相互间隔设置形成双螺旋状；壳体，壳体呈圆筒状，第一螺旋电极板和第二螺旋电极板设于壳体内部；以及芯体，芯体位于第一螺旋电极板和第二螺旋电极板中心；壳体、第一螺旋电极板、第二螺旋电极板和芯体围合形成双螺旋状且密封的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道。本发明应用于高压、大流量动态电解工艺时，可将电解过程中产生的气体及时排出，防止气体聚集造成电解效率降低。

Description

一种双螺旋电极组件及具有双螺旋电极组件的电解槽

技术领域

本发明涉及电解设备技术领域，具体涉及一种双螺旋电极组件及具有双螺旋电极组件的电解槽、电化学设备及系统。

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(长方形或正方形)，电极板为平板形状，并采用电极板完全正相对的排列方式。

传统的方形电解槽难以承受较高的操作压力，当操作压力较高时，电解槽的各壁会承受较大的向外膨胀力，对电解槽的设计承压强度提出了较高的要求，势必会提高制造成本。

并且，方形电解槽在使用过程中，特别是采用大流量动态电解工艺时，电解槽内容易产生液体死角，电解过程中产生的气体不能够及时排出，气体在电解槽中聚集造成了电解效率的降低。

中国实用新型专利CN201120216104.8公开了一种电解水用电极对，构成电极对的二只电极均为螺旋状金属体，所述二只电极固定在电解槽内形成双螺旋结构。电解槽可以为筒状或者管状；该螺旋状金属体可以是用横截面为圆形的金属条绕制而成，线状或管状电极属于“绕组”结构，有效电解面积很小，电场不均匀，难以形成螺旋式通道，电解效率不高。

中国实用新型专利CN201220364589.X公开了一种电解电极结构，所述电极包括正电极和负电极，所述正电极与正极接线柱连接，所述负电极与负极接线柱连接，所述正电极是由金属丝编织的支撑轴杆，所述负电极为外圆套网，所述外圆套网套在支撑轴杆外，所述支撑轴杆上设有螺旋式导流阻隔齿条，从而在外圆套网和支撑轴杆之间的间隙中形成螺旋节槽通道。该电解电极结构，采用金属丝编织的支撑轴杆和外圆套网，并在其间隙处设置了螺旋式导流阻隔齿条形成螺旋节槽通道，从而延长污水和电极有效接触时间，提高电解效果且不增加成本。

但是，以上专利的技术方案不能解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种双螺旋电极组件及具有双螺旋电极组件的电解槽，双螺旋电极组件及电解槽采用一对双螺旋状的电极板组合，形成双螺旋状的电解液通道，应用于大流量动态电解工艺时，可将电解过程中产生的气体及时排出。

本发明的一方面，提供一种双螺旋电极组件，包括：第一螺旋电极板；第二螺旋电极板，至少一段第一螺旋电极板与至少一段第二螺旋电极板同轴且相互间隔设置形成双螺旋状；壳体，壳体呈筒状，第一螺旋电极板和第二螺旋电极板设于壳体内部，且与壳体的内壁密封连接；以及，芯体，芯体位于第一螺旋电极板和第二螺旋电极板中心，且芯体的外壁与第一螺旋电极板和第二螺旋电极板密封连接；壳体、第一螺旋电极板、第二螺旋电极板和芯体围合形成双螺旋状的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道。

该双螺旋电极组件应用于大流量动态电解工艺时，电解液沿着第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道流通，不会产生液体死角，能够将电解过程中产生的气体随电解液及时排出，防止气体在电解组件中聚集而降低电解效率。

作为本发明双螺旋电极组件的改进，第一螺旋电极板和第二螺旋电极板同为左螺旋或者同为右螺旋。

在上述的双螺旋电极组件中，第一螺旋电极板和第二螺旋电极板的旋转方向既可以同为左螺旋，也可以同为右螺旋，只要能够形成双螺旋状的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道即可。

作为本发明双螺旋电极组件的进一步改进，第一螺旋电极板与第二螺旋电极板结构相同。

在上述的双螺旋电极组件中，第一螺旋电极板与第二螺旋电极板的结构相同从而便于生产制造，从而便于控制生产成本。

作为本发明双螺旋电极组件再进一步改进，第一螺旋电极板与第二螺旋电极板等间距间隔设置。

在上述的双螺旋电极组件中，第一螺旋电极板与第二螺旋电极板等间距间隔设置，形成的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道的通径相同，从而流经第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道的电解液流量相同，提高了电解液在双螺旋电解组件中的均匀性。

作为本发明双螺旋电极组件的改进，芯体的外轮廓呈圆柱状。

在上述的双螺旋电极组件中，芯体的外轮廓呈圆柱状便于与第一螺旋电极板和第二螺旋电极板相配合，更有利于芯体与第一螺旋电极板和第二螺旋电极板之间形成密封，形成通径一致的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道，具有圆柱状外轮廓的芯体相对于棱柱形状的芯体也更容易生产制造和控制生产精度。

作为本发明双螺旋电极组件的改进，壳体呈圆筒状。

圆筒状的壳体相对于方形的壳体在相同的设计强度时，消耗较少的材料；并且，圆筒状的壳体可一体成型，相对于方形的壳体连接点较少，各处的受力均匀，使用的可靠性较高。

另外，内轮廓为圆筒状的壳体与第一螺旋电极板和第二螺旋电极板组合形成的第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道截面更为均匀，有利于电解液的流通。

本发明的另一方面，还提供一种包括上述任意一种双螺旋电极组件的电解槽。

作为上述电解槽的改进，其包括：第一端盖，第一端盖与壳体的一端密封连接，第一端盖上设有电解液入口；第二端盖，第二端盖与壳体的另一端密封连接，第二端盖上设有电解液出口。

在上述的电解槽中，电解液在第一端盖的电解液入口流入，在第二端盖上的电解液出口流出，电解液通过第一螺旋电解液通道和第二螺旋电解液通道。

作为上述电解槽的进一步改进，该电解槽还包括：正极端子，正极端子与第一螺旋电极板电连接；负极端子，负极端子与第二螺旋电极板电连接。

作为上述电解槽的再进一步改进，正极端子与负极端子同设于第一端盖或者第二端盖上。

在上述电解槽中，正极端子与负极端子设于电解槽的同侧便于接线，提高了安装施工的便利性。

作为上述电解槽的再进一步改进，正极端子与负极端子分别设于第一端盖和第二端盖上。

本发明的再一方面，本发明公开的双螺旋电极组件和含有双螺旋电极组件的电解槽，可以作为其他电化学设备的部件使用。

本发明的又一方面，包括本发明公开的双螺旋电极组件和含有双螺旋电极组件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。

本发明具有以下技术效果：

1、壳体为圆筒状，能够承受较高的操作压力，可以应用于电解液在高压、大流量情况下的动态电解工艺。

2、电解液沿着双螺旋电解液通道流动，不仅增加了电解液与电极板的有效接触时间，而且还不会产生液体死角，能够将电解过程中的气体及时排出，防止气体在电解槽中聚集而降低电解效率。

3、本电解槽只需要将电源的正负两极分别与第一螺旋电极板和第二螺旋电极板电连接即可，简化电解电路，提高电控系统的可靠性。

附图说明

图1：一种实施例的双螺旋电极组件将壳体局部剖开后的结构示意图。

图2:一种实施例的第一螺旋电极板和第二螺旋电极板组合方式示意图。

图3:另一种实施例的第一螺旋电极板和第二螺旋电极板组合方式示意图。

图4:一种实施例的电解槽结构示意图。

图5:标记有尺寸代号的电解槽结构示意图。

附图标记说明

1-双螺旋电极组件，11-壳体，12-第一螺旋电极板，13-第二螺旋电极板，14-芯体，A-第一螺旋电解液通道，B-第二螺旋电解液通道，2-第一端盖，3-第二端盖，4-电解液入口，5-电解液出口，6-正极端子，7-负极端子。

具体实施方式

通过解释以下本申请的优选实施方案，本发明的其他目的和优点将变得清楚。

图1示例性示出了本发明一种实施例的双螺旋电极组件的局部剖开结构。

请参考图1所示，一种双螺旋电极组件1，包括：第一螺旋电极板12；第二螺旋电极板13，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13同轴且相互间隔设置形成双螺旋状。第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13的长度可以相同也可以不同，或者说，可以较短的第一螺旋电极板12与较长的第二螺旋电极板13同轴且相互间隔设置为双螺旋状；也可以较长的第一螺旋电极板12与较短的第二螺旋电极板13同轴且相互间隔设置为双螺旋状。

图2和图3各示出了一种实施例的第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13组合方式。

请参考图2所示，第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13均呈螺旋状，螺旋的中心轴线处具有孔。其中，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13的结构相同，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13同轴且相互间隔设置形成双螺旋状，两者的端部结尾处呈180°对称设置。

请参考图3所示，图3和图2的区别仅在于，第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13的端部结尾处处于相同的角度位置。

由图2和图3可以看出，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13两者之间可以部分同轴且相互间隔设置，也可以全部同轴且相互间隔设置。

再如图1所示，该双螺旋电极组件1还包括壳体11，壳体11呈筒状，第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13设于壳体11内部，壳体11的内壁与第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13密封连接；本发明还包括芯体14，芯体14位于第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13中心，芯体14的外壁与第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13密封连接；壳体11、第一螺旋电极板12、第二螺旋电极板13和芯体14围合形成双螺旋状的第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B。壳体11的内壁与第一螺旋电极板12、第二螺旋电极板13之间密封连接，芯体14外壁与第一螺旋电极板12、第二螺旋电极板13之间也为密封连接，因此，电解液只能沿着第一螺旋电解液通道A或者第二螺旋电解液通道B流通，第一螺旋电解液通道A与第二螺旋电解液通道B之间不会发生电解液的互串。

壳体11和芯体14均与电解液绝缘，壳体11和芯体14可以为绝缘材料，如塑料、橡胶或陶瓷等绝缘材料；或者，壳体11和芯体14为复合材料，如在导电材料的表面设置绝缘材料层，例如，在金属材料的表面设置橡胶层、塑料层或者陶瓷层等绝缘材料层。

该双螺旋电极组件1应用于大流量动态电解工艺时，电解液沿着第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B流通，不会产生液体死角，能够将电解过程中产生的气体随电解液及时排出，防止气体在电解组件中聚集而降低电解效率。

需要说明的是，图1仅列出了一种较简单的情形，还可以在壳体11内设置多段第一螺旋电极板12和/或多段第二螺旋电极板13。

对于第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13的螺旋方向，不作特别地限定，两者既可以同为左螺旋，也可以同为右螺旋，只要能够形成双螺旋状的第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B即可。

对于两螺旋电极板12、13之间的间隔距离，作为优选，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13等间距间隔设置。形成的第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B的通径相同，从而流经第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B的电解液流量相同，提高了电解液在双螺旋电解组件中的均匀性。

第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13还可以非等间距间隔设置，仍然能够形成第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B，此时两通道内的电场强度不同，流经第一螺旋电解液通道A的流量与流经第二螺旋电解液通道B的流量不同，通径较大的螺旋电解液通道的流量较大。极板的间隔距离可以根据电解参数设置和需求进行设置。

芯体14的外轮廓可以为圆柱形、椭圆形或者多棱柱形均可，作为优选，芯体14的外轮廓呈圆柱状。芯体14的外轮廓呈圆柱状便于与第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13的中心孔相配合，更有利于芯体14与第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13之间形成密封，形成通径一致的第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B，具有圆柱状外轮廓的芯体14相对于棱柱形状的芯体14也更容易生产制造和控制生产精度。

壳体11的内轮廓或外轮廓可以为圆柱形、椭圆形或者多棱形，作为优选，壳体11呈圆筒形，圆筒状的壳体11相对于方形的壳体11在相同的设计强度时，消耗较少的材料；并且，圆筒状的壳体11可一体成型，相对于方形的壳体11连接点较少，各处的受力均匀，使用的可靠性较高。

另外，内轮廓为圆筒状的壳体11与第一螺旋电极板12和第二螺旋电极板13组合形成的第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通B道截面更为均匀，有利于电解液的流通。

本发明还提供一种包括上述双螺旋电极组件1的电解槽。需要说明的是，该电解槽可以包括一组上述的双螺旋电极组件1，也可以通过管道连接多组双螺旋电极组件1。

图4为一种实施例的电解槽结构示意图。

请参考图4所示，电解槽包括第一端盖2和第二端盖3，第一端盖2与壳体11的一端密封连接，第一端盖2上设有电解液入口4；第二端盖3与壳体11的另一端密封连接，第二端盖3上设有电解液出口5。电解液在第一端盖2的电解液入口4流入，电解液通过第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B，在第二端盖3上的电解液出口5流出。

该电解槽还包括：正极端子6和负极端子7，正极端子6与第一螺旋电极板12电连接；负极端子7与第二螺旋电极板13电连接。

正极端子6与负极端子7可以同设于第一端盖2或者第二端盖3上。如图4所示，正极端子6与负极端子7同设于第一端盖2上，便于接线，提高了安装施工的便利性。

当然，正极端子6与负极端子7也可以根据需要分别设于第一端盖2和第二端盖3上。

下表中列出三种具体尺寸的具有双螺旋电极组件的电解槽，其中的尺寸代号请参考图5所示：

在上表中的各实施例中，第一螺旋电极板12与第二螺旋电极板13的结构、尺寸相同，另外，正极端子6与第一螺旋电极板12连接，负极端子7与第二螺旋电极板13连接。

本发明公开的包含双螺旋电极组件的电解槽，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，或者氢氧化钠，或者次氯酸钠。

包括本发明公开的包含双螺旋电极组件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。

综上所述，本发明应用于大流量动态电解工艺时，不仅能够延长电解液与电极板的有效接触时间，而且电解液沿着第一螺旋电解液通道A和第二螺旋电解液通道B流通，不会产生液体死角，能够将电解过程中产生的气体随电解液及时排出，防止气体在电解组件中聚集而降低电解效率。

参考本申请的优选技术方案详细描述了本申请的装置，然而，需要说明的是，在不脱离本申请的精神的情况下，本领域技术人员可在上述公开内容的基础上做出任何改造、修饰以及变动。本申请包括上述具体实施方案及其任何等同形式。

Claims (12)

1.一种双螺旋电极组件，其特征在于，包括：

第一螺旋电极板(12)；

第二螺旋电极板(13)，至少一段所述第一螺旋电极板(12)与至少一段所述第二螺旋电极板(13)同轴且相互间隔设置形成双螺旋状；

壳体(11)，所述壳体(11)呈圆筒状，所述第一螺旋电极板(12)和所述第二螺旋电极板(13)设于所述壳体(11)内部，且均与所述壳体(11)的内壁密封连接；以及，

芯体(14)，所述芯体(14)位于所述第一螺旋电极板(12)和所述第二螺旋电极板(13)中心，且所述芯体(14)的外壁与所述第一螺旋电极板(12)和所述第二螺旋电极板(13)密封连接；所述壳体(11)、所述第一螺旋电极板(12)、所述第二螺旋电极板(13)和所述芯体(14)围合形成双螺旋状的第一螺旋电解液通道(A)和第二螺旋电解液通道(B)。

2.根据权利要求1所述的双螺旋电极组件，其特征在于，所述第一螺旋电极板(12)和所述第二螺旋电极板(13)同为左螺旋或者同为右螺旋。

3.根据权利要求2所述的双螺旋电极组件，其特征在于，所述第一螺旋电极板(12)与所述第二螺旋电极板(13)结构相同。

4.根据权利要求3所述的双螺旋电极组件，其特征在于，所述第一螺旋电极板(12)与所述第二螺旋电极板(13)等间距间隔设置。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的双螺旋电极组件，其特征在于，所述芯体(14)的外轮廓呈圆柱状。

6.一种包括权利要求1至5中任意一项所述的双螺旋电极组件的电解槽。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于，还包括：

第一端盖(2)，所述第一端盖(2)与所述壳体(11)的一端密封连接，所述第一端盖(2)上设有电解液入口(4)；

第二端盖(3)，所述第二端盖(3)与所述壳体(11)的另一端密封连接，所述第二端盖(3)上设有电解液出口(5)。

8.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于，还包括：

正极端子(6)，所述正极端子(6)与所述第一螺旋电极板(12)电连接；

负极端子(7)，所述负极端子(7)与所述第二螺旋电极板(13)电连接。

9.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述正极端子(6)与所述负极端子(7)同设于第一端盖(2)或者第二端盖(3)上；或者，分别设于第一端盖(2)和第二端盖(3)上。

10.一种包含权利要求1至5中任意一项所述的双螺旋电极组件的电化学设备。

11.一种包含权利要求6至9中任意一项所述的电解槽的电化学设备。

12.一种包括权利要求10至11中任意一项所述的电化学设备的系统。