CN115074748B - 流场板 - Google Patents
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Abstract
一种流场板，包括：基板，所述基板具有相对的第一面和第二面，所述第一面上具有若干沿第一方向延伸的第一流道，所述第一流道适于输送液体，所述第二面上具有若干沿所述第一方向延伸的第二流道，所述第一流道及所述第二流道间具有多个通道。所述流场板能够减少液体内气泡在第一流道内发生积聚的现象，避免所述气泡在第一流道内积聚形成柱塞状大气泡，以保证液体输送顺畅，提高电解效率。
Description
技术领域
本发明涉及水电解技术领域，尤其涉及一种流场板。
背景技术
质子交换膜水电解槽工作过程中，阳极以液态水作为反应物，在膜电极发生电化学反应生成的氧气在阳极以气泡形式存在，氧气经扩散层输送至阳极流道，因此阳极流场中表现为气液两相流。氧气气泡在流场中沿流道流动过程中会发生合并，形成柱状或子弹状的大气泡，这些气泡将会严重影响液态水向膜电极的输送，增加浓差极化，降低电解效率，同时电解产生的热量难以及时排除，可能形成局部热点，造成质子交换膜的降解，降低电解槽寿命。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种流场板，能够减少液体内气泡在第一流道内发生积聚的现象。
为解决上述问题，本发明提供一种流场板，包括：基板，所述基板具有相对的第一面和第二面，所述第一面上具有若干沿第一方向延伸的第一流道，所述第一流道适于输送液体，所述第二面上具有若干沿所述第一方向延伸的第二流道，所述第一流道及所述第二流道间具有多个通道。
可选的，所述第一面朝下，所述第二面朝上放置，所述第一流道的顶壁上具有疏水层。
可选的，所述第一流道的数量为多个，所述第二流道的数量为多个。
可选的，所述第二流道朝向所述第一面的投影位于相邻所述第一流道之间。
可选的，单个所述通道包括通孔及连接槽，所述通孔位于所述第一流道内，所述通孔沿所述基板厚度方向贯穿所述基板，所述连接槽位于所述第二面上，所述连接槽连通所述通孔与所述第二流道。
可选的，所述连接槽延伸方向与所述第一方向垂直。
可选的，所述第一流道具有相对的第一端和第二端，所述液体由所述第一端流向所述第二端，所述第二流道具有相对的第三端和第四端。
可选的，所述第三端朝向所述第一面的投影位于所述第一端和所述第二端之间，所述第四端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第二端之间。
可选的，多个所述第二流道的所述第三端朝向所述第一面的投影相连构成分界线，所述通孔在所述分界线与所述第二端之间的所述第一流道内沿所述第一方向等间隔排布，所述连接槽沿整个所述第二流道等间隔排布。
可选的，所述第三端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第一端之间，所述第四端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第二端之间，所述通孔在整个所述第一流道内沿所述第一方向等间隔排布，所述连接槽沿整个所述第二流道等间隔排布。
可选的，所述第一面上具有相对的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽连通多个所述第一流道的所述第一端，所述第二沟槽连通多个所述第一流道的所述第二端，所述第二面上具有第三沟槽，所述第三沟槽连通多个所述第二流道的所述第四端。
可选的，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均呈圆弧状延伸。
可选的，所述基板呈圆形，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均沿所述基板周向方向延伸。
可选的，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均呈长条状。
可选的，所述基板呈长方形，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均沿所述基板宽度方向延伸。
可选的，所述第一流道的宽度大于所述第一流道的深度。
可选的，所述流场板应用于水电解制备氧气及氢气。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
所述第一流道在输送含有气泡的液体过程中，气泡能够经所述第一流道及所述第二流道间的通道进入所述第二流道，进而及时沿所述第二流道排出，以减少气泡在第一流道内发生会积聚合，避免气泡在第一流道内积聚形成柱塞状大气泡阻碍液体输送，以保证液体输送顺畅，提高电解效率。
附图说明
图1是本发明一实施例的流场板的第一面的示意图；
图2是本发明一实施例的流场板的第二面的示意图；
图3是本发明一实施例的流场板的局部立体示意图；
图4是本发明一实施例的流场板沿另一方向的局部立体示意图；
图5是本发明另一实施例的流场板的第一面的示意图；
图6是本发明另一实施例的流场板的第二面的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1及图2，一种流场板100，包括：基板110，所述基板110具有相对的第一面101和第二面102，所述第一面101上具有若干沿第一方向x延伸的第一流道210，所述第一流道210适于输送液体，所述第二面102上具有若干沿所述第一方向x延伸的第二流道220。
本实施例中，所述流场板100应用于水电解制备氧气及氢气，且所述流场板100为阳极流场板。所述第一流道210输送的所述液体为去离子水，所述液体内含有的气泡内气体为氧气。
参考图3，所述第一流道210及所述第二流道220间具有多个通道300。
所述第一流道210在输送含有气泡的液体过程中，所述气泡能够经所述第一流道210及所述第二流道220间的通道300进入所述第二流道220，进而及时沿所述第二流道220排出，以减少所述气泡在所述第一流道210内发生会积聚合的风险，避免所述气泡在第一流道210内积聚形成柱塞状大气泡，防止形成的柱塞状大气泡阻碍液体向膜电极活化区域的输送，从而改善流场的传质能力，提高电解效率。
所述第二流道220延伸方向与所述第一流道210延伸方向相平行，优点为：所述气泡在从第一流道210转流入所述第二流道220前后，流动方向均沿所述第一方向x，有助于促进所述气泡在所述第二流道220内持续流动，减少所述气泡由于流动方向极大转变(例如转变90°，导致气泡在转入第二流道后的初始速度为零)而造成所述气泡聚集。
结合参考图3及图4，本实施例中，电解槽氧气出口朝上，氢气出口朝下，所述流场板100在应用状态下，所述第一面101朝下，所述第二面102朝上放置，液体沿所述第一流道210流动过程中，液体内的气泡受浮力作用上升，上升的气泡倾向于贴近所述第一流道210的顶壁201移动，在所述气泡经过所述通道300处时，所述气泡由所述通道300进入所述第二流道220，进而沿所述第二流道220流出。
本实施例中，所述第一面101与电解槽内的扩散层相接触，氧气泡在所述扩散层与所述第一面101界面处生成。
本实施例中，所述第一流道210的顶壁201上具有疏水层。利用所述疏水层的疏水特性，能够促使所述气泡附着于所述第一流道210的顶壁201移动，利于所述气泡进入所述通道300。
本实施例中，所述第一流道210与所述第二流道220均呈凹槽状。
参考图4，本实施例中，所述第一流道210的宽度W1大于所述第一流道210的深度H1，使得所述第一流道210垂直于所述第一方向x的截面呈扁方形，利于所述气泡附着于所述第一流道210的顶壁201上。
本实施例中，所述第二流道220的宽度大于所述第二流道220的深度，便于加工，且可以减小流场板100的厚度，多片流场板100相堆叠的情况下，能够减少电解池厚度尺寸，利于提升电解池的体积功率密度。
结合参考图1及图2，本实施例中，所述第一流道210的数量为多个，所述第二流道220的数量也为多个。
本实施例中，多个所述第一流道210沿第二方向y等间距排布，多个所述第二流道220沿所述第二方向y等间距排布，所述第二方向y垂直于所述第一方向x。
本实施例中，所述第二流道220朝向所述第一面101的投影位于相邻所述第一流道210之间，有助于减少所述气泡在所述通道300的出口处聚集阻碍后续气泡通过，同时可以避免大面积薄壁件的加工，提高成品率。其中，所述通道300的出口为所述通道300与所述第二流道220的连接处。
结合参考图1至图3，本实施例中，单个所述通道300包括通孔310及连接槽320，所述通孔310位于所述第一流道210内，所述通孔310沿所述基板110厚度方向贯穿所述基板110，所述连接槽320位于所述第二面102上，所述连接槽320连通所述通孔310与所述第二流道220。
本实施例中，所述连接槽320沿所述第二方向y延伸，即所述连接槽320延伸方向与第二流道220延伸方向相垂直，能够缩短所述连接槽320长度，促使所述连接槽320内的所述气泡迅速进入所述第二流道220。
本实施例中，部分单个所述通道300包括的所述连接槽320数量为一个，部分单个所述通道300包括的所述连接槽320数量为两个，两个所述连接槽320分别连接两个相邻所述第二流道220。
参考图2，本实施例中，沿所述第二方向y，所述第二面102包括中央区域Ⅰ及边缘区域Ⅱ，所述边缘区域Ⅱ位于所述中央区域Ⅰ两侧。相较于所述边缘区域Ⅱ，所述中央区域Ⅰ内的所述单个所述通道300包括的所述连接槽320数量更多。
本实施例中，所述中央区域Ⅰ内的所述单个所述通道300包括的所述连接槽320数量为两个。所述边缘区域Ⅱ内的所述单个所述通道300包括的所述连接槽320数量为一个。
相较于边缘区域Ⅱ，所述中央区域Ⅰ对应的所述第一流道210长度更长，对应的反应面积更大，产气更多，气泡更容易聚集，所述中央区域Ⅰ内的所述单个所述通道300包括的所述连接槽320数量更多，有利于提高液体内所述气泡的排出速度。
参考图1，本实施例中，所述第一流道210具有相对的第一端211和第二端212，所述液体由所述第一端211流向所述第二端212。
参考图2，本实施例中，所述第二流道220具有相对的第三端221和第四端222。
结合参考图1及图2，本实施例中，所述第三端221朝向所述第一面101的投影位于所述第一端211和所述第二端212之间，所述第四端222朝向所述第一面101的投影位于两个相邻所述第一流道210的所述第二端212之间。
本实施例中，多个所述第三端221朝向所述第一面101的投影相连构成分界线C1，所述通孔310在所述分界线C1与所述第二端212之间的所述第一流道210内沿所述第一方向x等间隔排布。所述连接槽320沿整个所述第二流道220等间隔排布。
所述液体由所述第一端211流向所述第二端212，越靠近所述第一端211，所述液体内所述气泡发生积聚形成柱塞状大气泡的风险越小；越靠近所述第二端212，所述液体内所述气泡发生积聚形成柱塞状大气泡的风险越大。因此，所述通孔310在所述分界线C1与所述第二端212之间的所述第一流道210内等间隔排布，能够缓解在所述第一流道210下游的所述液体内的所述气泡发生聚合的现象，且有助于降低制作所述通道300难度。
在其他实施例中，所述第三端221朝向所述第一面101的投影位于两个相邻所述第一流道210的所述第一端211之间，所述第四端222朝向所述第一面101的投影位于两个相邻所述第一流道210的所述第二端212之间。所述通孔310在整个所述第一流道210内沿所述第一方向x等间隔排布，即由所述第一端211至所述第二端212，多个所述通孔310在所述第一流道210内沿所述第一方向x等间隔排布。所述连接槽320沿整个所述第二流道220等间隔排布。
本实施例中，所述第一面101具有相对的第一沟槽410和第二沟槽420，所述第一沟槽410连通多个所述第一流道210的所述第一端211，所述第二沟槽420连通多个所述第一流道210的所述第二端212，所述第二面102具有第三沟槽430，所述第三沟槽430连通多个所述第二流道220的所述第四端222。
本实施例中，所述第一沟槽410上具有阳极入口510，所述第二沟槽420上具有阳极出口520。
所述第一沟槽410连通多个所述第一流道210的所述第一端211，能够将泵输送进入电解槽的反应物(去离子水)分配至各个所述第一流道210，其中，所述阳极入口510作为反应物的输入口。
所述第二沟槽420连通多个所述第一流道210的所述第二端212，促使输送至所述第二端212的所述液体沿所述第二沟槽420聚积至阳极出口520，以进入后续处理环节。
所述第三沟槽430连通多个所述第二流道220的所述第四端222，借助所述第三沟槽430可将所述第二流道220内的所述气泡迅速排出。
本实施例中，所述阳极出口520连通所述第二沟槽420及所述第三沟槽430，所述气泡及所述液体均从所述阳极出口520排出。
本实施例中，所述第一沟槽410、所述第二沟槽420及所述第三沟槽430均呈圆弧状延伸，有助于避免所述气泡在拐角处留存并聚集，从而实现所述气泡顺利排出。
所述基板110形状与电解池涂附催化剂的活性区域的形状相适应。
本实施例中，活性区域的形状呈圆形，相应的，所述基板110呈圆形，所述第一沟槽410及所述第二沟槽420均沿所述基板110周向方向延伸，利于提高所述第一流道210在所述第一面101上的分布面积，增加所述液体的输送量。
本实施例中，所述第三沟槽430沿所述基板110周向方向延伸，利于提高所述第二流道220在所述第二面102上的分布面积，增加所述气泡的排送量。
图5及图6为本发明另一实施例的流场板的示意图，其中，图5为流场板的第一面101的示意图，图6为流场板的第二面102的示意图。
参考图5及图6，与上一实施例不同，本实施例中，活性区域的形状呈矩形，相应的，所述流畅板的基板110形状呈矩形。需要说明的是，所述流畅板的基板110形状可以随活性区域形状的改变而改变，不限于本发明实施例公开的形状。
本实施例中，所述第一沟槽410、所述第二沟槽420及所述第三沟槽430均呈长条状。
本实施例中，在所述第一沟槽410上具有阳极入口510，作为去离子水的入口。在所述第二沟槽420上具有第一气液出口610，作为所述第一流道210的出口。在所述第三沟槽430上具有第二气液出口620，作为所述第二流道220的出口。
所述第一气液出口610主要作为液体的输出口，输出的气体含量较少。所述第二气液出口620主要用于输出气体。所述第一气液出口610与所述第二气液出口620间相分立，有助于减小后续对所述液体和气体进一步分离、干燥、纯化等步骤的负荷压力。
需要说明的是，所述第一流道210还可以采取与所述第二流道220共用同一气液出口的形式，即气体与液体由同一气液出口排出。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (16)
1.一种流场板，其特征在于，包括：
基板，所述基板具有相对的第一面和第二面，所述第一面上具有若干沿第一方向延伸的第一流道，所述第一流道适于输送液体，所述第二面上具有若干沿所述第一方向延伸的第二流道，所述第一流道及所述第二流道间具有多个通道；
其中，所述液体内含有气泡；所述气泡经所述第一流道及所述第二流道间的通道进入所述第二流道，并沿所述第二流道排出；
所述第一面朝下，所述第二面朝上放置，所述第一流道的顶壁上具有疏水层。
2.如权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述第一流道的数量为多个，所述第二流道的数量为多个。
3.如权利要求2所述的流场板，其特征在于，所述第二流道朝向所述第一面的投影位于相邻所述第一流道之间。
4.如权利要求3所述的流场板，其特征在于，单个所述通道包括通孔及连接槽，所述通孔位于所述第一流道内，所述通孔沿所述基板厚度方向贯穿所述基板，所述连接槽位于所述第二面上，所述连接槽连通所述通孔与所述第二流道。
5.如权利要求4所述的流场板，其特征在于，所述连接槽延伸方向与所述第一方向垂直。
6.如权利要求4所述的流场板，其特征在于，所述第一流道具有相对的第一端和第二端，所述液体由所述第一端流向所述第二端，所述第二流道具有相对的第三端和第四端。
7.如权利要求6所述的流场板，其特征在于，所述第三端朝向所述第一面的投影位于所述第一端和所述第二端之间，所述第四端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第二端之间。
8.如权利要求7所述的流场板，其特征在于，多个所述第二流道的所述第三端朝向所述第一面的投影相连构成分界线，所述通孔在所述分界线与所述第二端之间的所述第一流道内沿所述第一方向等间隔排布，所述连接槽沿整个所述第二流道等间隔排布。
9.如权利要求6所述的流场板，其特征在于，所述第三端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第一端之间，所述第四端朝向所述第一面的投影位于两个相邻所述第一流道的所述第二端之间，所述通孔在整个所述第一流道内沿所述第一方向等间隔排布，所述连接槽沿整个所述第二流道等间隔排布。
10.如权利要求7至9任一项所述的流场板，其特征在于，所述第一面上具有相对的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽连通多个所述第一流道的所述第一端，所述第二沟槽连通多个所述第一流道的所述第二端，所述第二面上具有第三沟槽，所述第三沟槽连通多个所述第二流道的所述第四端。
11.如权利要求10所述的流场板，其特征在于，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均呈圆弧状延伸。
12.如权利要求11所述的流场板，其特征在于，所述基板呈圆形，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均沿所述基板周向方向延伸。
13.如权利要求10所述的流场板，其特征在于，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均呈长条状。
14.如权利要求13所述的流场板，其特征在于，所述基板呈长方形，所述第一沟槽、所述第二沟槽及所述第三沟槽均沿所述基板宽度方向延伸。
15.如权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述第一流道的宽度大于所述第一流道的深度。
16.如权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述流场板应用于水电解制备氧气及氢气。
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