CN218089821U - 一种汇流型水流纹电解槽极板及电解水制氢单元 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种汇流型水流纹电解槽极板，包括：板体，所述板体的两个板面上均设有水流纹槽。所述水流纹槽为凹槽，或为数个固定在板体板面上的微导流板，由相邻微导流板夹设得到的导流通槽。本实用新型通过在电解槽极板板体的两个板面上分别加设水流纹槽的方式，使得电解水制氢单元内的气液流体，尤其是位于底端的气液流体，可通过水流纹槽的引导形成相对规则的气液流体流动通道，从而引导电解水制氢单元内的气液流体沿相对规则的低阻力气液流体流动通道流动，可以显著降低电解槽内气液流动阻力，降低整个碱水电解制氢系统总能耗。

Description

一种汇流型水流纹电解槽极板及电解水制氢单元

技术领域

本实用新型属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种汇流型水流纹电解槽极板及电解水制氢单元。

背景技术

氢能源作为环保新能源，是目前比较重要的能源之一。现有技术一般采用煤气化制氢或电解水制氢技术，其中电解水制氢技术几乎不存在副产物或污染物，相比煤气化制氢具有更佳的运用前景。

现有碱水电解制氢工艺的核心设备为电解槽，电解槽的核心部件主要包括：极板、阴极材料、阳极材料、隔膜等。碱水电解制氢系统的能耗主要来自于电极电解、气液流动、后期气体纯化等方面，其中：电极电解能耗相对固定，目前暂无显著地技术突破，气体纯化过程主要取决于膜分离(阻隔)的效果，而通过降低电解槽内气液流动阻力可以降低整个系统的能耗。因此，如何进一步降低电解槽内气液流动阻力成为降低整个碱水电解制氢系统总能耗的关键所在。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种汇流型水流纹电解槽极板，包括：板体，所述板体的两个板面上均设有水流纹槽。所述水流纹槽为凹槽，或为数个固定在板体板面上的微导流板，由相邻微导流板夹设得到的导流通槽。

进一步的，所述板体底端设有电解液流通孔，所述电解液流通孔的孔轴线沿板体的截面方向设置，且所述电解液流通孔穿透板体。

进一步的，所述板体在外边缘设有平滑的边缘区，所述水流纹槽在边缘区处截止。

进一步的，所述电解液流通孔底端与边缘区对应位置的顶端贴合。

进一步的，所述板体顶端设有气液出口，所述气液出口与部分水流纹槽连通。

进一步的，位于气液出口处以及位于气液出口两侧且靠近气液出口处的水流纹槽，其顶端部分在气液出口处逐渐汇聚。

进一步的，所述板体的厚度在气液出口处呈弧形递减。

进一步的，所述水流纹槽包括：位于板体一侧板面上的第一水流纹槽，位于板体另一侧板面上的第二水流纹槽。所述第一水流纹槽和第二水流纹槽分别与对应侧的气液流体相对应。

进一步的，所述水流纹槽为波浪形或鱼鳞形。

此外，本实用新型还提供了一种电解水制氢单元，包括：依次排列设置的电解槽极板、阴极材料、隔膜、阳极材料、电解槽极板，其中电解槽极板采用上述的汇流型水流纹电解槽极板。

本实用新型至少具有以下优点之一：

1.本实用新型通过在电解槽极板板体的两个板面上分别加设水流纹槽的方式，使得电解水制氢单元内的气液流体，尤其是位于底端的气液流体，可通过水流纹槽的引导形成相对规则的流动通道，从而促使气液流体沿相对规则的低流动阻力的气液流体流动通道流动，从而降低电解槽内气液流动阻力，降低整个碱水电解制氢系统总能耗。

2.本实用新型在电解槽极板板体边缘设置平滑的边缘区，避免气液流体经水流纹槽的引导后在水流纹槽末端汇聚，影响气液流体的流动。

3.本实用新型通过设置的气液出口，使得气液流体可沿气液出口快速排出，进一步降低气液流体的流动阻力。

附图说明

图1所示为本实用新型一种汇流型水流纹电解槽极板的一侧正视结构示意图；

图2所示为图1所示汇流型水流纹电解槽极板的一侧视结构示意图；

图3所示为图1所示汇流型水流纹电解槽极板两个版面分别设有对应水流纹槽的结构示意图；

图4所示为本实用新型另一种汇流型水流纹电解槽极板的一侧正视结构示意图；

图5所示为本实用新型一种电解水制氢单元的结构示意图；

图中：1、电解槽极板；101、板体；2、边缘区；3、电解液流通孔；4、水流纹槽；401、第一水流纹槽；402、第一水流纹槽；5、气液出口；6、阴极材料；7、隔膜；8、阳极材料。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种汇流型水流纹电解槽极板，如图1所示，包括：板体101，所述板体101的两个板面上均设有水流纹槽4。所述水流纹槽4为凹槽，或为数个固定在板体101板面上的微导流板，由相邻微导流板夹设得到的导流通槽。所述水流纹槽4为波浪形。所述板体101顶端设有气液出口5，所述气液出口5与部分水流纹槽4连通。

现有技术常规的电解槽极板板面101一般为平滑型，而平滑型的板面101无法对气液流体产生引导作用，仅能降低板面101自身与气液流体的摩擦阻力，对于体系内体液流体的流动降阻效果已经趋向于极限。而本实用新型采用波浪形或鱼鳞形的凹槽或导流通槽对气液流体的流动进行引导，使得气液流体可以根据其流动形态形成更加规则的气液流体流动通道，从而显著降低气液流体的流动阻力，提高流动速率。

此外，本实用新型在顶端处加设气液出口5，可使得电解产生的气相物质在气液出口5处快速排出，有利于电解反应的持续进行，减少由于气液流体中气相组分过多引起的流动障碍。

实施例2

基于实施例1所述的汇流型水流纹电解槽极板，如图1和图2所示，所述板体101底端设有电解液流通孔3，所述电解液流通孔3的孔轴线沿板体101的截面方向设置，且所述电解液流通孔3穿透板体101。

位于电解水制氢单元两侧端的汇流型水流纹电解槽极板无需设置电解液流通孔3，但是位于电解水制氢单元中间部位的汇流型水流纹电解槽极板需要加设电解液流通孔3，该设置可使得电解液可以在各极板之间进行充分的流动填充。

实施例3

基于实施例2所述的汇流型水流纹电解槽极板，如图1和图2所示，所述板体101在外边缘设有平滑的边缘区2，所述水流纹槽4在边缘区2处截止。所述电解液流通孔3底端与边缘区2对应位置的顶端贴合。

由于本实用新型通过水流纹槽4可使得电解水制氢单元内的气液流体低阻流动，且具有引导气液流体规则流动的特性，因此容易使得气液流体在水流纹槽4的末端汇聚，阻碍气液流体从气液出口5流出，影响气液流体的流动速率。因此通过在电解槽极板板体边缘设置平滑的边缘区2，使得汇聚到水流纹槽4末端的气液流体不再被水流纹槽4引导，而是沿边缘区2汇流至气液出口5处，促使气液流体从气液出口5流出。

实施例4

基于实施例1所述的汇流型水流纹电解槽极板，如图1所示，位于气液出口5处以及位于气液出口5两侧且靠近气液出口5的水流纹槽4，其顶端部分在气液出口5处逐渐汇聚。

通过调整位于气液出口5处以及位于气液出口5两侧且靠近气液出口5处的水流纹槽4，使得这部分水流纹槽4的顶端向气液出口5处逐渐汇聚，并引导这部分气液流体向气液出口5汇聚，从而可促使这部分气液流体从气液出口5处流出，进一步降低气液流体的流动阻力。

实施例5

基于实施例4所述的汇流型水流纹电解槽极板，如图2所示，所述板体101的厚度在气液出口5处呈弧形递减。该设置可使得被引导至气液出口5处的气液流体可以有更大的流动空间，促使气液流体自气液出口5处流出，增加整体的流动速率。

实施例6

基于实施例1所述的汇流型水流纹电解槽极板，如图3所示，所述水流纹槽4包括：位于板体101一侧板面上的第一水流纹槽401，位于板体101另一侧板面上的第二水流纹槽402。所述第一水流纹槽401和第二水流纹槽402分别与对应侧的气液流体相对应。

如图3所示，第一水流纹槽401面向氧气-水的气液流体，采用较大间距的水流纹槽。第二水流纹槽402面向氢气-水的气液流体，采用较小间距的水流纹槽。

实施例7

一种汇流型水流纹电解槽极板，如图4所示，包括：板体101，所述板体101的两个板面上均设有水流纹槽4。所述水流纹槽4为凹槽，或为数个固定在板体101板面上的微导流板，由相邻微导流板夹设得到的导流通槽。所述水流纹槽4为鱼鳞形。根据设计需要水流纹槽4的纹路为基于流体特性设计得到的波浪形或鱼鳞形中的一种，或是可显著降低目标气液流体流动阻力的其他构型。

实施例8

一种电解水制氢单元，如图5所示，包括：依次排列设置的电解槽极板1、阴极材料6、隔膜7、阳极材料8、电解槽极板1，其中电解槽极板1为实施例1-7中的任一种汇流型水流纹电解槽极板。其中：位于电解水制氢单元两侧端的电解槽极板1无需设置电解液流通孔3，其余电解槽极板1需要加设电解液流通孔3，从而有效促电解液可以在各极板之间流动填充。

本实用新型电解水制氢单元，通过水流纹槽的设置，可引导气液流体从无序流动趋向于有序流动，从而显著降低流动阻力，提高流动速率，从而降低了整个碱水电解制氢系统的总能耗。

应该注意到并理解，在不脱离本实用新型权利要求所要求的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本实用新型做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (10)

1.一种汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，该电解槽极板(1)包括：板体(101)，所述板体(101)的两个板面上均设有水流纹槽(4)；所述水流纹槽(4)为凹槽，或为数个固定在板体(101)板面上的微导流板，由相邻微导流板夹设得到的导流通槽。

2.根据权利要求1所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述板体(101)底端设有电解液流通孔(3)，所述电解液流通孔(3)的孔轴线沿板体(101)的截面方向设置，且所述电解液流通孔(3)穿透板体(101)。

3.根据权利要求2所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述板体(101)在外边缘设有平滑的边缘区(2)，所述水流纹槽(4)在边缘区(2)处截止。

4.根据权利要求3所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述电解液流通孔(3)底端与边缘区(2)对应位置的顶端贴合。

5.根据权利要求1所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述板体(101)顶端设有气液出口(5)，所述气液出口(5)与部分水流纹槽(4)连通。

6.根据权利要求5所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，位于气液出口(5)处以及位于气液出口(5)两侧且靠近气液出口(5)处的水流纹槽(4)，其顶端部分在气液出口(5)处逐渐汇聚。

7.根据权利要求5所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述板体(101)的厚度在气液出口(5)处呈弧形递减。

8.根据权利要求1所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述水流纹槽(4)包括：位于板体(101)一侧板面上的第一水流纹槽(401)，位于板体(101)另一侧板面上的第二水流纹槽(402)；所述第一水流纹槽(401)和第二水流纹槽(402)分别与对应侧的气液流体相对应。

9.根据权利要求1所述汇流型水流纹电解槽极板，其特征在于，所述水流纹槽(4)为波浪形或鱼鳞形。

10.一种电解水制氢单元，包括：依次排列设置的电解槽极板(1)、阴极材料(6)、隔膜(7)、阳极材料(8)、电解槽极板(1)，其中电解槽极板(1)采用权利要求1-9中任一所述的汇流型水流纹电解槽极板。

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