CN220926966U - 电解槽流场装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解槽流场装置，包括极板和多条流道，多条所述流道依次间隔设置在所述极板上，每一条所述流道设置有多个分流部和多个汇流部，多个分流部和多个汇流部沿所述流道的长度方向呈依次交替排布，每一个所述分流部内设置有多条子流道，每一条所述子流道与相邻的所述汇流部连通。用于解决因流道规划不合理导致的产气率低、气体难以排出的问题。

Description

电解槽流场装置

技术领域

本实用新型涉及电解技术领域，具体涉及一种电解槽流场装置。

背景技术

双极板作为PEM电解槽的核心部件之一，其结构设计对反应物的传输和利用至关重要。一般地，液态水等反应物通过极板上的流道，传输到多孔层及膜电极的各个区域，同时，电解槽内部产生的气体和热量也会借助流道排出。因此，极板的流场装置不仅承担着反应物的输运过程，还是气体和热量的主要传输通道。

但是，现有的电解槽流场装置因流道规划并不合理，导致电解槽仍面临着产气率低、产出的气体难以排出等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电解槽流场装置，用于解决因流道规划不合理导致的产气率低、气体难以排出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电解槽流场装置，包括：

极板；以及

多条流道，多条所述流道依次间隔设置在所述极板上，每一条所述流道设置有多个分流部和多个汇流部，多个分流部和多个汇流部沿所述流道的长度方向呈依次交替排布，每一个所述分流部内设置有多条子流道，每一条所述子流道与相邻的所述汇流部连通。

在一实施例中，所述电解槽流场装置还包括多条第一凸脊，每一个所述分流部内设置有至少一条所述第一凸脊，以通过所述第一凸脊在所述分流部内划分出至少两条所述子流道。

在一实施例中，所述分流部内设置有多条所述第一凸脊，多条所述第一凸脊沿所述分流部的宽度方向依次间隔设置。

在一实施例中，所述第一凸脊包括多段凸脊件，多段所述凸脊件沿所述分流部的长度方向依次间隔设置。

在一实施例中，每一条所述子流道的宽度小于所述汇流部的宽度。

在一实施例中，所述电解槽流场装置还包括第二凸脊，多条所述第二凸脊依次间隔设置在所述极板上，任意相邻的两条所述第二凸脊之间形成有一条所述流道。

在一实施例中，每一条所述第二凸脊包括沿其长度方向依次交替排布的多个凸出部和多个凹进部，所述凸出部的延伸方向与所述凹进部的延伸方向相反。

在一实施例中，所述极板具有相对的第一侧和第二侧，多条所述第二凸脊按照由所述极板的第一侧至第二侧的顺序依次间隔设置，任意相邻的两条所述第二凸脊呈镜像对称设置，相邻的两条所述第二凸脊的凸出部相互背离以形成所述分流部，相邻的两条所述第二凸脊的凹进部相互靠近以形成所述汇流部。

在一实施例中，所述电解槽流场装置还包括进料区和出料区，所述进料区和所述出料区相互间隔设置在所述极板上，多条所述第二凸脊依次间隔设置在所述进料区和所述出料区之间。

在一实施例中，所述极板底部设置有进料口和出料口，所述进料口与所述进料区连通，用于输入反应物；所述出料口与所述出料区连通，用于输出反应物。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：

1、电解槽流场装置包括极板和多条流道，多条流道依次间隔设置在极板上，每一条流道沿其长度方向设置有呈依次交替排布的多个分流部和多个汇流部，使输入电解槽流场装置的反应物通过多条流道进行第一次分流后，再通过每一条流道的分流部进行第二次分流，反应物通过分流部的多条子流道分流后再汇流至汇流部，每一流道的多个分流部和多个汇流部依次交替排布，通过多次反复汇流分流交替变化压力以形成压差，如此，可促使液态水反应物传输，通过提升反应物传输效率进一步提升电解槽的整体性能和电解效率；

2、通过多次反复汇流分流变化流道流量，可促进电极多孔表面的气泡快速剥离，使电解产生的气体能够及时排出，解决因气泡残留对反应物流动造成阻碍的问题，通过散泡促使反应物流动、使反应物均匀分布，进一步解决电解槽反应效率及产气率低的问题，通过及时剥离气泡排气的同时还能及时带走热量散热，避免出现温度过高的情况，满足电解槽阳极及其他对液体反应物流量要求较高、产气量较多的电解环境的电解要求；

3、交替排布的多个分流部和多个汇流部作为重复单元，使流道呈周期性变化延伸设置，用以简化电解槽流场装置整体结构，方便生产加工操作的同时，还可有效控制成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的电解槽流场装置的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的电解槽流场装置的另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的电解槽流场装置的又一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的电解槽流场装置的一实施例的另一视角的结构视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	极板	3101	凸脊件
101	进料口	320	第二凸脊
				102	出料口	3201	凸出部
200	流道	3202	凹进部
				210	分流部	330	第三凸脊
2101	子流道	410	进料区
				220	汇流部	420	出料区
310	第一凸脊

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

若在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。若在本实用新型中涉及“A和/或B”的描述，则表示包含方案A或方案B，或者包含方案A和方案B。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

双极板作为PEM电解槽的核心部件之一，其结构设计对反应物的传输和利用至关重要。一般地，液态水等反应物通过极板上的流道，传输到多孔层及膜电极的各个区域，同时，电解槽内部产生的气体和热量也会借助流道排出。因此，极板的流场装置不仅承担着反应物的输运过程，还是气体和热量的主要传输通道。

但是，现有的电解槽流场装置因流道规划并不合理，导致电解槽仍面临着产气率低、局部温度过高及气体难以排出等问题。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种电解槽流场装置。

参照图1至4，电解槽流场装置包括极板100和多条流道200。液态水等反应物通过极板100上的流道200传输到多孔层及膜电极的各个区域，同时，电解槽内部产生的气体和热量可借助流道200排出，极板100不仅承担着反应物液态水的输运过程，还是气体和热量的主要传输通道。于本实用新型中：

多条流道200依次间隔设置在极板100上，每一条流道200设置有多个分流部210和多个汇流部220，多个分流部210和多个汇流部220沿流道200的长度方向呈依次交替排布，每一个分流部210内设置有多条子流道2101，每一条子流道2101与相邻的汇流部220连通。

如此，可使输入电解槽流场装置的反应物通过相互间隔设置的多条流道200进行第一次分流后，再通过每一条流道200的分流部210进行第二次分流，反应物通过分流部210的多条子流道2101分流后再汇流至汇流部220，每一流道的多个分流部和多个汇流部依次交替排布，通过多次反复汇流分流交替变化压力以形成压差，如此，可促使液态水反应物传输，通过提升反应物传输效率进一步提升电解槽的整体性能和电解效率。

电解反应过程中因阳极液体流量更大，本实用新型所示的电解槽流场装置通过多次反复汇流分流变化流道流量，可促进电极多孔表面的气泡快速剥离，使电解产生的气体能够及时排出，解决因气泡残留对反应物流动造成阻碍的问题，适用于阴极、阳极不同的电解环境。通过散泡促使反应物流动、使反应物均匀分布，还能解决电解槽反应效率及产气率低的问题，通过及时剥离气泡排气的同时还能及时带走热量散热，避免出现温度过高的情况，如此，可进一步满足电解槽阳极及其他对液体反应物流量及反应温度要求较高、产气量较多的电解环境的电解要求。另外，交替排布的多个分流部210和多个汇流部220作为重复单元，使流道200呈周期性宽窄变化，用以简化电解槽流场装置整体结构，方便生产加工操作的同时，还可有效控制成本。

可选地，电解槽流场装置的多条流道200可以是相互平行间隔设置，也可以沿不同方向设置在极板100的不同位置上，各流道200可以相互连通也可以互不相连，同一流道200的汇流部220和分流部210可以设置在同一平面上也可以设置在不同平面上，同一流道200的汇流部220的中心线与分流部210的中心线可以相互重合也可以形成在不同平面上。其中，以同一流道200的汇流部220的中心线与分流部210的中心线相互重合为例，当汇流部220和分流部210设置在同一平面上时，分流部210的多条子流道2101对称设置在其中心线的两侧；当汇流部220和分流部210设置在不同平面上时，分流部210的多条子流道2101环绕其中心线设置。同一流道200的汇流部220的中心线与分流部210的中心线形成在不同平面上的实施方案具体可根据实际设置，在此不加以限定。

作为一可选的示例，每一流道200的分流部210和汇流部220的数量可以相同或者不相同。汇流部220内形成一主级流道，每一汇流部220的主级流道的宽度与其对应的流道200的宽度相同，分流部210内形成多条子流道2101，同一流道200上的汇流部220和分流部210的宽度可以相同或者不相同，分流部210内形成的各子流道2101的宽度可以相同或者不相同，同样地，汇流部220的主级流道与分流部210内的各子流道2101的宽度可以相同或者不相同。

进一步地，各流道200的分流部210及汇流部220的长度可以相同或者不相同、各流道200的分流部210及汇流部220的深度可以相同或者不相同，不同流道200的分流部210的长度、宽度、深度及其他尺寸可以相同或者不相同，不同流道200的汇流部220的长度、宽度、深度及其他尺寸可以相同或者不相同。具体可根据实际设置各流道的结构及尺寸，在此不一一赘述。

在一实施例中，电解槽流场装置还包括多条第一凸脊310，每一个分流部210内设置有至少一条第一凸脊310，以通过第一凸脊310在分流部210内划分出至少两条子流道2101。通过在分流部210内设置第一凸脊310，由第一凸脊310在分流部210内划分出两条或者其他多条子流道2101，用于简化极板100及流道200结构，方便生产、加工。

可选地，同一流道200的各分流部210内的子流道2101的数量及各子流道2101的宽度可以相同或者不相同，也即是，同一流道200的分流部210内设置的第一凸脊310的数量可以相同或者不相同，同样地，各分流部210内的第一凸脊310的位置可以相同或者不相同。在分流部210内设置有多条第一凸脊310时，多条第一凸脊310相互间隔平行设置在分流部210内，第一凸脊310对应流道200的长度方向设置，用于避免对液态水等反应物造成阻碍，确保液态水等反应物能够沿着流道200流动。

可选地，参照图2，在分流部210设置有多条第一凸脊310时，多条第一凸脊310沿分流部210的宽度方向依次间隔设置，或者，多条第一凸脊310沿分流部210的宽度方向依次交错设置。

另外，需要说明的是，根据实际，为进一步控制液态水等反应物的流量，具体还可以是，在汇流部220中部设置第三凸脊330，设于汇流部220的第三凸脊330由汇流部220的第一端延伸至汇流部220第二端，用以通过第三凸脊330在汇流部220内划分出至少两条子流道。需要说明的是，为实现分流汇流，具体还可设置形成于汇流部220中部的子流道的宽度与相邻分流部210的子流道的宽度不相等；或者，形成于汇流部220中部的子流道的数量少于相邻分流部210的子流道的数量，具体可设置汇流部220中部的第三凸脊330的数量少于相邻分流部210的第一凸脊310的数量。例如，在分流部210设置有三条条第一凸脊310时，通过在汇流部220中部增设一条第三凸脊330，即可构造成二分四的流道结构，具体可根据实际设置设于分流部210的第一凸脊310的数量及设于汇流部220的第三凸脊330的数量，以构造成适于实际使用的流道结构，在此不加以限定。

可选地，第一凸脊310可设置成一段式结构，第一凸脊310由分流部210的第一端延伸至分流部210的第二端；或者，参照图3，第一凸脊310可设置成分段式结构，第一凸脊310包括多段凸脊件3101，第一凸脊310的多段凸脊件3101沿分流部210的长度方向依次间隔设置，具体还可设置第一凸脊310的多段凸脊件3101由分流部210的第一端依次排布至分流部210的第二端，以优化分流效果。

为方便加工，在一实施例中，第一凸脊310的宽度与汇流部220的宽度相等。

可选地，每一汇流部220内的第一凸脊310对应汇流部220的中心线设置，第一凸脊310由分流部210的第一端延伸至分流部210的第二端，用于确保能够对从电解槽流场装置的进料区410进入分流部210或者通过相邻的上一个汇流部220进入分流部210的液态水及其他反应物进行分流，以及时高效地分散水和气体，使电极表面的气泡快速剥离去除；如此设置，还可确保液态水等反应物的分布更加均匀。

可选地，每一汇流部220的宽度与分流部210的宽度可以相等或者不相等，也即是，可以设置每一汇流部220的宽度大于或者小于分流部210的宽度，或者，设置每一汇流部220的宽度与分流部210的宽度相等。进一步地，汇流部220的主级流道的宽度与分流部210的各子流道2101的宽度可以相等或者不相等，也即是，可以设置分流部210的每一条子流道2101的宽度小于或者大于汇流部220宽度，或者，设置分流部210的每一条子流道2101的宽度与汇流部220的宽度相等。具体可根据实际设置，在此不加以限定。

汇流部220和分流部210交替重复，以确保液态水及其他反应物分布更加均匀，在汇流部220的主级流道与分流部210的子流道2101的宽窄交接变化处，能够产生局部压差，用以及时高效地分散水和气体，使电极表面的气泡快速剥离去除。通过交替重复的分流部210和汇流部220构成每一流道200的重复单元，还可提高液态水及其他反应物在流道200中的流速，如此，可更快地带走更多的热量，降低局部热量的产生，实现散热降温。

为方便加工，在一实施例中，电解槽流场装置还包括第二凸脊320，多条第二凸脊320依次间隔设置在极板100上，任意相邻的两条第二凸脊320之间形成有一条流道200。

流道200形成于相邻两条第二凸脊320之间，可选地，各第二凸脊320的长度可以相同或者不相同，任意相邻的两条第二凸脊320之间的间距可以相同或者不相同，具体可根据实际设置各第二凸脊320的长度、宽度以及相邻的第二凸脊320之间的间距，并以相邻的两条第二凸脊320的长度重合的部分限定的每一流道200的长度，以相邻的两条第二凸脊320的间隔距离限定每一流道200的宽度，用以构造成所需的流道200，在此不再一一赘述。

在一实施例中，每一条第二凸脊320包括沿其长度方向依次交替排布的多个凸出部3201和多个凹进部3202，凸出部3201的延伸方向与凹进部3202的延伸方向相反。

可选地，每一第二凸脊320的凸出部3201和凹进部3202的形状、大小等可以相同或者不相同，多条第二凸脊320的凸出部3201及凹进部3202形状、大小、数量、排布顺序及排布方式等可以相同或者不相同，用以在相邻的第二凸脊320之间构造成相同或者不同的多条流道200。需要说明的是，凸出部3201和凹进部3202可替换。具体可根据实际设置所示的第二凸脊320，在此不加以限定。

进一步地，为方便加工，可设置第一凸脊310的宽度与第二凸脊320的宽度相等。

极板100具有相对的第一侧和第二侧，多条第二凸脊320按照由极板100的第一侧至第二侧的顺序依次交错间隔设置。

在一实施例中，为简化结构、方便加工，并增大反应面积、确保反应物分布均匀，任意相邻的两条第二凸脊320呈镜像对称设置，相邻的两条第二凸脊320的凸出部3201相互背离以形成分流部210，相邻的两条所第二凸脊320的凹进部3202相互靠近以形成汇流部220。

可以理解的，凸出部3201的延伸方向与凹进部3202的延伸方向相反，任意相邻的两条第二凸脊320呈镜像对称设置，任一第二凸脊320的凸出部3201可作为与其相邻的另一第二凸脊320的凹进部3202，任一第二凸脊320的凹进部3202可作为与其相邻的另一第二凸脊320的凸出部3201。

也可以是，确定任意一条第二凸脊320的凸出部3201和与其相邻的下一条第二凸脊320的凹进部3202之间形成有汇流部220，任意一条第二凸脊320的凸出部3201和与其相邻的下一条第二凸脊320的凹进部3202之间形成有分流部210。也即是，并不对任一凸出部3201和凹进部3202的尺寸加以限定，相邻的两条第二凸脊320的凸出部3201和凹进部3202在不呈齐平设置或者进行其他位置限定情况下也可以构造成所示汇流部220和分流部210。

进一步地，第二凸脊320交错间隔设置，第二凸脊320的凸出部3201与凹进部3202的长度相等，也即是，任意一条第二凸脊320的凸出部3201的位置与下一条第二凸脊320的凹进部3202的位置对应，每一条第二凸脊320的凹进部3202的位置与下一条第二凸脊320的凸出部3201的位置对应。所示分流部210设置有至少一条第一凸脊310，任意一条第二凸脊320的凹进部3202与其相邻的下一条第二凸脊320的凹进部3202之间设有至少一条第一凸脊310。

需要说明的是，多条第二凸脊320也可以按照由极板100的第二侧至第一侧的顺序依次交错间隔设置，多条第二凸脊320的排布方向可替换，具体可根据实际设置，在此不加以限定。

在一实施例中，电解槽流场装置还包括进料区410和出料区420，进料区410和出料区420相互间隔设置在极板100上，多条第二凸脊320依次间隔设置在进料区410和出料区420之间。设置进料区410和出料区420，用以通过进料区410将液态水等反应物传送至每一流道200，并通过出料区420排出反应物，进料区410和出料区420相对设置，可方便进料、出料。

可以理解的，每一流道200均具有进料端和出料端，每一流道200的进料端均与进料区410连通，每一流道200的出料端均与出料区420流通。可选地，根据实际，可设置一条或者多条进料区410，在设置有一条进料区410时，多条流道200的进料端均与该进料区410连通；在设置有多条进料区410时，多条进料区410可以相互连通或者互不连通，多条流道200中的部分流道200的进料端与多条进料区410中的部分进料区410连通，多条流道200中的其他部分流道200的进料端与多条进料区410中的其他部分进料区410连通；出料区420的实施示例参照进料区410，在此不再赘述。

在一实施例中，多条流道200中的部分或者全部通过其分流部210与进料区410连通，多条流道200中的其他部分或者全部通过其汇流部220与进料区410连通。

可以理解的，流道200可以通过分流部210进料，也可以通过汇流部220进料，并根据所需流道，设置第二凸脊320以凸出部3201连接进料区410，或者，设置第二凸脊320以凹进部3202连接进料区410。可选地，多条流道200中通过分流部210进料的流道200和通过汇流部220进料的流道200的数量可以相同或者相同。

作为一具体的示例，于本实用新型中，多条流道200按照由极板100的第一侧至第二侧的顺序依次间隔设置在极板100上，为简化结构，减少极板占用空间，具体可设置有N条流道，N为大于2的整数，其中，第奇数条流道200通过分流部210进料，第偶数条流道200通过汇流部220进料；反之亦然。

参照图4，在一实施例中，极板100底部设置有进料口101和出料口102，进料口101与进料区410连通，用于输入反应物；出料口102与出料区420连通，用于输出反应物。

反应物从极板100底部的进料口101输入至进料区410，通过进料区410输入各流道200后，通过出料区420从极板100底部的出料口102输出，采用从底部进料、出料的形式，可确保密封区域的连续性，并提高电解槽的密封性。

需要说明的是，根据实际，也可将进料口101和出料口102设置在极板100的其他位置而并不限定设置在极板100的底部。另外，进料口101与外部进料管道等进料装置的连接位置之间、出料口102与外部出料管道等出料装置的连接位置之间设置有密封圈、密封胶等密封结构，用以提高密封性，避免液态水及反应物泄露影响使用性能及电解效果。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电解槽流场装置，其特征在于，包括：

极板；以及

多条流道，多条所述流道依次间隔设置在所述极板上，每一条所述流道设置有多个分流部和多个汇流部，多个分流部和多个汇流部沿所述流道的长度方向呈依次交替排布，每一个所述分流部内设置有多条子流道，每一条所述子流道与相邻的所述汇流部连通。

2.根据权利要求1所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述电解槽流场装置还包括多条第一凸脊，每一个所述分流部内设置有至少一条所述第一凸脊，以通过所述第一凸脊在所述分流部内划分出至少两条所述子流道。

3.根据权利要求2所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述分流部内设置有多条所述第一凸脊，多条所述第一凸脊沿所述分流部的宽度方向依次间隔设置_。

4.根据权利要求2所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述第一凸脊包括多段凸脊件，多段所述凸脊件沿所述分流部的长度方向依次间隔设置。

5.根据权利要求1所述的电解槽流场装置，其特征在于，每一条所述子流道的宽度小于所述汇流部的宽度。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述电解槽流场装置还包括第二凸脊，多条所述第二凸脊依次间隔设置在所述极板上，任意相邻的两条所述第二凸脊之间形成有一条所述流道。

7.根据权利要求6所述的电解槽流场装置，其特征在于，每一条所述第二凸脊包括沿其长度方向依次交替排布的多个凸出部和多个凹进部，所述凸出部的延伸方向与所述凹进部的延伸方向相反。

8.根据权利要求7所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述极板具有相对的第一侧和第二侧，多条所述第二凸脊按照由所述极板的第一侧至第二侧的顺序依次间隔设置，任意相邻的两条所述第二凸脊呈镜像对称设置，相邻的两条所述第二凸脊的凸出部相互背离以形成所述分流部，相邻的两条所述第二凸脊的凹进部相互靠近以形成所述汇流部。

9.根据权利要求6所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述电解槽流场装置还包括进料区和出料区，所述进料区和所述出料区相互间隔设置在所述极板上，多条所述第二凸脊依次间隔设置在所述进料区和所述出料区之间。

10.根据权利要求9所述的电解槽流场装置，其特征在于，所述极板底部设置有进料口和出料口，所述进料口与所述进料区连通，用于输入反应物；所述出料口与所述出料区连通，用于输出反应物。