CN111139492A - 适于底部、中部进液的电解室及其电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于底部、中部进液的电解室，电解室分隔为独立的上电解室以及下电解室；下电解室边缘开设多个第一进液孔；下电解室上部设第一氧气出孔和第一氢气出孔；上电解室下部开设多个第二进液孔；上电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出。一种电解槽，采用上述的适于底部、中部进液的电解室；将多个电解室相互叠加组合。将电解室分隔为上下两个独立的电解室，缩短电解液的进液口与气体出孔之间的距离，从而使电解液可以高效在电解室内传质，将该电解槽用来制备气体(氧气和氢气)，可以提升气体的产量。

Description

适于底部、中部进液的电解室及其电解槽
技术领域
本发明涉及一种适于底部、中部进液的电解室及其电解槽。
背景技术
电解槽由多个电解室堆叠组合在一起，单个电解室内设置离子膜，以将电解室分阴极室和阳极室，阴极室内设置阴极板，阳极室内设置阳极板，电解液进入到电解室内，水电解分为氢气和氧气，阳极室产出的氧气从氧气出孔输出，阴极室产出的氢气从氢气出孔输出；
列举一篇专利——US4758322公开了电解槽的一种已知的结构，所谓的滤压式结构。大量的双极电池串联地堆叠且共同设置在通过拉杆互相连接的两个端板间。双极电池中的每一个包括由隔膜或薄膜分开的阳极室和阴极室。依次地，每一电池与下一电池通过导电壁分开，所谓的双极板在两个表面上具有相反极性。电池堆通过形成所述堆的阳极(+)和阴极(-)的端部连接的端板设置在一起。端板通过拉杆而朝向彼此施力，拉杆是电绝缘的以避免电池短路。将液态电解液加入电池中，并且从电池中收集产生的气体。
目前的电解槽存在的问题是：电解液在电解室内流通路径长，电解液无法进行高效传质；原因在于：电解液刚进入电解室内时，传质效率最高，能产出最多的氢气和氧气，随着电解液流动距离增加，通过电极板电解出来的气体，在电解液中气体分压增加，造成电极上气体向电解液扩散梯度减小，扩散速度或传质速度降低，不利电解反应的发生；传统圆形的电解室，直径达到2-3米，电解液从电解室底部进入，随着电解反应，产生的氢气、氧气、气体与电解液的混合物一起从顶部出气通道排出，电解液在电解室中流通的路径为电解室的直径长度，因为以往这种底部输入、顶部输出、电解液需要横穿整个电解室的设计，造成以往电解槽(电解室)不能高效的产出气体，影响气体(氢气和氧气)的产量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适于底部、中部进液的电解室及其电解槽，以解决以往电解液流通方式不合理、造成电解液传质效率低，从而影响电解槽制备气体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适于底部、中部进液的电解室，
电解室分隔为独立的上电解室以及下电解室；
下电解室边缘开设多个第一进液孔，适于向下电解室内输入电解液；
下电解室上部设第一氧气出孔和第一氢气出孔；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出；
上电解室下部开设多个第二进液孔，适于向上电解室内输入电解液；
上电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出。
进一步的，包括两个隔圈组件、外密封件以及内密封件；
隔圈组件包括外隔圈、内隔圈、内隔板以及侧隔板，所述内隔板设置在外隔圈内，以将外隔圈分隔为上半孔和下半孔，侧隔板固定设置在外隔圈外侧；
所述内隔圈与内隔板固定连接，所述内隔圈上半部位于上半孔内，下半部位于下半孔内；
各个第一进液孔开设在外隔圈下半边缘，第一氧气出孔和第一氢气出孔开设在内隔圈下半部；各个第二进液孔开设在内隔圈上半部，各个第二氧气出孔和第二氢气出孔开设在外隔圈上半边缘；
两个外隔圈夹紧外密封件、两内隔圈夹紧内密封件以形成电解室，两个内隔板相密封贴合以形成上电解室和下电解室；
外密封件下半边缘开设多个第一进液贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第一进液孔；所述内密封件下半部开设多个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈的第一氢气出孔；以及开设多个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈的第一氧气出孔；
所述内密封件上半部开设第二进液贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第二进液孔；所述外密封件上边缘开设多个第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈的第二氢气出孔；以及开设多个第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈的第二氧气出孔。
进一步的，所述内隔板穿过侧隔板向外伸出形成外隔板。
进一步的，所述内隔圈包括上隔块以及下隔块；
所述内密封件包括内上密封件以及内下密封件。
又一方面，一种电解槽，采用上述的适于底部、中部进液的电解室；
将多个电解室相互叠加组合；
各个下电解室的第一进液孔组成第一进液通道、各个第一氧气出孔一一对应连通并构成第一氧气输出通道、各个第一氢气出孔一一对应连通并构成第一氢气输出通道；
各个上电解室的第二进液孔组成第二进液通道、各个第二氧气出孔一一对应连通并构成第二氧气输出通道、各个第二氢气出孔一一对应连通并构成第二氢气输出通道。
进一步的，应用于水电解制氢。
进一步的，应用于氯碱电解制氢。
进一步的，应用于氢燃料电池。
本发明的有益效果是：
提供一种电解室及电解槽，将电解室分隔为上下两个独立的电解室，缩短电解液的进液口与气体出孔之间的距离，从而可以使电解液可以高效在电解室内传质，将该电解槽用来制备气体(氧气和氢气)，可以提升气体的产量。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明电解室立体图；
图2是本发明内隔圈、外隔圈、内隔板之间的结构图；
图3是两个内隔圈夹紧内密封件的示意图；
图4是上电解室边缘氢气出孔处的半剖图；
图5是本发明电解槽示意图；
其中，1、外隔圈，2、内隔圈，31、外密封件，32、内密封件，4、侧隔板，5、内隔板，61、第一进液孔，62、第一氢气出孔，63、第一氧气出孔，71、第二进液孔，72、第二氢气出孔，73、第二氧气出孔，8、径向连通口，9、离子膜。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
一种适于底部、中部进液的电解室，电解室分隔为独立的上电解室以及下电解室；
下电解室边缘开设多个第一进液孔61，适于向下电解室内输入电解液；
下电解室上部设第一氧气出孔63和第一氢气出孔62；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出；
上电解室下部开设多个第二进液孔71，适于向上电解室内输入电解液；
上电解室边缘开设多个第二氧气出孔73和第二氢气出孔72；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出。
具体的，本实施例中，电解室的包括两个隔圈组件、外密封件31以及内密封件32；隔圈组件包括外隔圈1、内隔圈2、内隔板5以及侧隔板4，所述内隔板5设置在外隔圈1内，以将外隔圈1分隔为上半孔和下半孔，侧隔板4固定设置在外隔圈1外侧；
所述内隔圈2与内隔板5固定连接，所述内隔圈2上半部位于上半孔内，下半部位于下半孔内；
各个第一进液孔61开设在外隔圈1下半边缘，第一氧气出孔63和第一氢气出孔62开设在内隔圈2下半部；各个第二进液孔71开设在内隔圈2上半部，各个第二氧气出孔73和第二氢气出孔72开设在外隔圈1上半边缘；
两个外隔圈1夹紧外密封件31、两内隔圈2夹紧内密封件32以形成电解室，两个内隔板5相密封贴合以形成上电解室和下电解室；
外密封件31下半边缘开设多个第一进液贯通孔，以连通相邻外隔圈1上的第一进液孔61；所述内密封件32下半部开设多个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈2的第一氢气出孔62；以及开设多个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈2的第一氧气出孔63。
所述内密封件32上半部开设第二进液贯通孔，以连通相邻内隔圈2上的第二进液孔71；所述外密封件31上边缘开设多个第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈1的第二氢气出孔72；以及开设多个第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈1的第二氧气出孔73。
本实施例的中，内隔板5穿过侧隔板4向外伸出形成外隔板。该外隔板可以在电解室叠加组合的时候作为相邻电解室的内隔板5来使用。
本实施例中，内隔圈2可以为一个整体件，以穿过内隔板5的方式固定，也可以是将内隔圈2分为上隔块以及下隔块，上隔块即为上述的上半部，下隔块即为上述的下半部，然后分别固定在内隔板5上。相应的，内密封件32同样可以分为半圆的上密封件以及半圆的内下密封件。
本发明的电解室内部结构与现有电解室结构原理相同；
本实施例中，优选的，电解室内部设置离子膜9，离子膜9竖直设置在电解室内，离子膜9将电解室分隔为阴极室和阳极室，阴极室内设置阴极板，阳极室内设置阳极板，阳极室产出氧气，产出的氧气(会带有部分电解液)从氧气出孔排出，产出的氢气(会带有部分电解液)从氢气出孔排出。
本实施例中，阴极板和阳极板采用镍丝网制成；
作为优选，在阴极板与隔板之间还设置支撑架和支撑网，用于支撑阴极板，支撑架上开设导流槽，适于导流电解液，相同的，在阳极板与隔板之间也设置支撑架和支承网，同样适于支撑阳极板和导流电解液。
关于外隔圈1下边缘的第一进液孔61以及内隔圈2上半部的第二进液孔71的一侧端壁上开设径向连通口8，另一侧为端平面，贴合之后可以端面密封，该径向连通口8用于连通电解室，从而实现向电解室内输入电解液；外隔圈1、外密封件31、外隔圈1依次设置，进液孔的孔道依次进液孔、进液贯通孔、进液孔依次叠加，再将外隔圈1、外密封件31、外隔圈1夹紧之后，进液孔和贯通孔之间保持密封，进液孔道内的电解液只能从径向连通口8输入至电解室内。
对于氧气出孔和氢气出孔的结构与进液孔依靠径向连通口8连通电解室的结构相同，如图4所示，电解室边缘处氢气出孔的截面图，离子膜9与左侧的内密侧隔板4之间形成阳极室，离子膜9与右侧的内密侧隔板4之间形成阴极室，右侧外隔圈1上的氢气出孔左侧设有径向连通口8，右侧为端平面，该径向连通口8正好可以连通右侧的阴极室，将氢气(带有部分电解液)输入氢气出孔内，此次时，左侧外隔圈1上的径向连通口8未能连通左侧的阳极室，从而避免氧气混入氢气出孔内，阳极室内的氧气会通过另外的氧气出孔的径向连通口8进行连通以输送至氧气出孔内。
本实施例的电解室，第一进液孔61输入的电解液在下电解室内由下向上流动，整个下电解室内电解液流通的距离为半径距离，路径缩短一半，反应生成的氧气和氧气分别从内隔圈2的第一氧气出孔63和第一氢气出孔62排出。
同样，通过第二进液孔71向上电解室内输入电解液，电解液也是由下向上流动，整个上电解室内电解液流通的距离为半径距离，路径缩短一半，反应生成的氧气和氧气分别从内隔圈2的第二氧气出孔73和第二氢气出孔72排出。
本发明的电解室，将电解室分隔为上下两个独立的电解室，缩短电解液的进液口与气体出孔之间的距离，从而可以使电解液可以高效在电解室内传质，将该电解槽用来制备气体(氧气和氢气)，可以提升气体的产量。
实施例二
如图5所示，一种电解槽，采用上述的适于底部、中部进液的电解室；
将多个电解室相互叠加组合；
各个下电解室的第一进液孔61组成第一进液通道；
各个第一氧气出孔63一一对应连通并构成第一氧气输出通道，第一氧气输出通道连通各个下电解室的阳极室；同样的，各个第一氢气出孔62一一对应连通并构成第一氢气输出通道，第一氢气输出通道连通各个下电解室的阴极室；
各个上电解室的第二进液孔71组成第二进液通道；
各个第二氧气出孔73一一对应连通并构成第二氧气输出通道，各个第二氧气出孔73连通各个上电解室的阳极室；
各个第二氢气出孔72一一对应连通并构成第二氢气输出通道；氢气输出通道连通各个上电解室的阴极室；
本实施例的电解槽应用于水电解制氢，水电解制氢时，电解液从中部的进液口输入电解室内反应，分离出氢气和氧气，氢气和部分电解液从氢气输出口排出，氢气和电解液混合物经过气液分离器进行分离，分离出的氢气灌装进行使用；氧气和部分电解液从氧气输出口排出，氧气和电解液混合物经过气液分离器进行分离，分离出的氧气灌装进行使用。
本实施例的电解槽应用于氯碱电解制氢，相应的氧气变为氯气。
本实施例的电解槽也可以应用于氢燃料电池；作为氢燃料电池使用时，所述电解槽的作业流程相反，电解槽作为制氢工具的时候，是耗电产气，作为氢燃料电池使用的时候，是耗气(氢气和氧气)发电。
电解槽作为氢燃料电池使用过程中，从氢气输出口和氧气输出口输入氢气和氧气，气体从电解室边缘向中心流动，电解槽的阴极棒和阳极棒产生电输出形成电流；气体在电解室内，随着气体通过电极表面，气体浓度变小，造成电解液向电极表面扩散梯度变小，不利传质(传质速度变慢)，不利于电极反应发生，提升发电效率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种适于底部、中部进液的电解室，其特征是，
电解室分隔为独立的上电解室以及下电解室；
下电解室边缘开设多个第一进液孔，适于向下电解室内输入电解液；
下电解室上部设第一氧气出孔和第一氢气出孔；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出；
上电解室下部开设多个第二进液孔，适于向上电解室内输入电解液；
上电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔；适于将上电解室内产生的氧气和氢气输出。
2.根据权利要求1所述的适于底部、中部进液的电解室，其特征是，包括两个隔圈组件、外密封件以及内密封件；
隔圈组件包括外隔圈、内隔圈、内隔板以及侧隔板，所述内隔板设置在外隔圈内，以将外隔圈分隔为上半孔和下半孔，侧隔板固定设置在外隔圈外侧；
所述内隔圈与内隔板固定连接，所述内隔圈上半部位于上半孔内，下半部位于下半孔内；
各个第一进液孔开设在外隔圈下半边缘，第一氧气出孔和第一氢气出孔开设在内隔圈下半部；各个第二进液孔开设在内隔圈上半部，各个第二氧气出孔和第二氢气出孔开设在外隔圈上半边缘；
两个外隔圈夹紧外密封件、两内隔圈夹紧内密封件以形成电解室，两个内隔板相密封贴合以形成上电解室和下电解室；
外密封件下半边缘开设多个第一进液贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第一进液孔；所述内密封件下半部开设多个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈的第一氢气出孔；以及开设多个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈的第一氧气出孔；
所述内密封件上半部开设第二进液贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第二进液孔；所述外密封件上边缘开设多个第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈的第二氢气出孔；以及开设多个第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈的第二氧气出孔。
3.根据权利要求1所述的适于底部、中部进液的电解室，其特征是，所述内隔板穿过侧隔板向外伸出形成外隔板。
4.根据权利要求1所述的适于底部、中部进液的电解室，其特征是，
所述内隔圈包括上隔块以及下隔块；
所述内密封件包括内上密封件以及内下密封件。
5.一种电解槽，其特征是，采用权利要求1至4任意一项所述的适于底部、中部进液的电解室；
将多个电解室相互叠加组合；
各个下电解室的第一进液孔组成第一进液通道、各个第一氧气出孔一一对应连通并构成第一氧气输出通道、各个第一氢气出孔一一对应连通并构成第一氢气输出通道；
各个上电解室的第二进液孔组成第二进液通道、各个第二氧气出孔一一对应连通并构成第二氧气输出通道、各个第二氢气出孔一一对应连通并构成第二氢气输出通道。
6.根据权利要求5所述的电解槽，其特征是，应用于水电解制氢。
7.根据权利要求5所述的电解槽，其特征是，应用于氯碱电解制氢。
8.根据权利要求5所述的电解槽，其特征是，应用于氢燃料电池。
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