CN111118536A - 适于中部、边缘出气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中部、边缘出气的电解室，包括外电解室以及内电解室，所述外电解室中部开设安装孔，所述内电解室内嵌于外电解室的安装孔内；所述内电解室与外电解室之间设置多个进液孔；所述内电解室中部开设第一氧气出孔和第一氢气出孔；所述外电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔，适于分别将外电解室中产生的氧气和氢气输出。一种电解槽，采用上述的适于中部、边缘出气的电解室，将多个电解室相互叠加组合；每个电解室中电解液的流动距离缩短，从而可以使电解液可以高效在内外两个电解室内传质，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
技术领域
本发明涉及一种适于中部、边缘出气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，提供一种适于中部、边缘出气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：一种适于中部、边缘出气的电解室，包括外电解室以及内电解室，所述外电解室中部开设安装孔，所述内电解室内嵌于外电解室的安装孔内；
所述内电解室与外电解室之间设置多个进液孔，适于向内电解室和外电解室中输入电解液；
所述内电解室中部开设第一氧气出孔和第一氢气出孔，适于分别将内电解室中产生的氧气和氢气输出；
所述外电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔，适于分别将外电解室中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、中密封件以及内密封件；
隔圈组件包括外隔圈、中隔圈、内隔圈、外隔板以及内隔板，所述外隔板固定设置在外隔圈和中隔圈之间，所述内隔板固定在中隔圈和内隔圈之间；
两个外隔圈夹紧外密封件、两个中隔圈夹紧中密封件、两个内隔圈夹紧内密封件，以使，两个外隔板之间形成所述外电解室、两个内隔板之间形成所述内电解室；
所述中隔圈上开设多个进液孔，所述进液孔与内电解室和外电解室连通，所述中密封件上开设进液贯通孔，以连通相邻中隔圈上的进液孔；
所述内隔圈上开设至少一个第一氧气出孔和至少一个第一氢气出孔，所述内密封件上开设至少一个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第一氧气出孔，以及开设至少一个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第一氢气出孔；
所述外隔圈上开设至少一个第二氧气出孔和至少一个第二氢气出孔，所述外密封件上开设至少一个第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氧气出孔，以及开设至少一个第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氢气出孔。
又一方面，一种电解槽，采用上述的适于中部、边缘出气的电解室，
将多个电解室相互叠加组合；
各个进液孔组成进液通道；
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：
提供一种适于中部、边缘出气的电解室及其电解槽，将电解室分为内外两个电解室，内电解室内嵌于外电解室中，电解液从两个电解室之间输入后，内电解室的电解液向中部流动，外电解室的电解液向边缘流动，每个电解室中电解液的流动距离缩短，从而可以使电解液可以高效在内外两个电解室内传质，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是本发明电解室示意图；
图2是电解室(去除外隔板和内隔板)示意图；
图3是外电解室氢气出孔的半剖图；
图4是外隔圈第二氢气出孔示意图；
图5是中隔圈上进液孔示意图；
图6是内隔圈示意图；
图7是电解槽示意图；
其中，1、外隔圈，2、中隔圈，3、内隔圈，41、外密封件，42、中密封件，43、内密封件，5、径向连通口，11、第二氧气出孔，12、第二氢气出孔，21、进液孔，31、第一氧气出孔，32、第一氢气出孔，61、外隔板，62、内隔板，7、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
如图1至图6所示，一种适于中部、边缘出气的电解室，包括外电解室以及内电解室，所述外电解室中部开设安装孔，所述内电解室内嵌于外电解室的安装孔内；所述内电解室与外电解室之间设置多个进液孔21，适于向内电解室和外电解室中输入电解液；
所述内电解室中部开设第一氧气出孔31和第一氢气出孔32，适于分别将内电解室中产生的氧气和氢气输出；所述外电解室边缘开设多个第二氧气出孔11和第二氢气出孔12，适于分别将外电解室中产生的氧气和氢气输出。
具体的，包括两个隔圈组件、外密封件41、中密封件42以及内密封件43；
隔圈组件包括外隔圈1、中隔圈2、内隔圈3、外隔板61以及内隔板62，所述外隔板61固定设置在外隔圈1和中隔圈2之间，所述内隔板62固定在中隔圈2和内隔圈3之间；
两个外隔圈1夹紧外密封件41、两个中隔圈2夹紧中密封件42、两个内隔圈3夹紧内密封件43，以使，两个外隔板61之间形成所述外电解室、两个内隔板62之间形成所述内电解室；
所述中隔圈2上开设多个进液孔21，如图5所示，所述进液孔21与内电解室和外电解室连通，所述中密封件42上开设进液贯通孔，以连通相邻中隔圈2上的进液孔21；
如图6所示，所述内隔圈3上开设一个第一氧气出孔31和一个第一氢气出孔32，所述内密封件43上开设一个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈3上的第一氧气出孔31，以及开设一个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈3上的第一氢气出孔32。
如图4所示，所述外隔圈1上开设多个第二氧气出孔11和多个第二氢气出孔12，所述外密封件41上开设相应数量的第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氧气出孔11，以及开设相应数量的第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氢气出孔12。
本发明的内外两个电解室内部结构与现有电解室结构原理相同；
本实施例中，可选的，电解室内部设置离子膜7，离子膜7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。
如图3所示，选取外电解室第一氢气出孔32的半剖图，电解室内设置离子膜7，离子膜7与左侧的外隔板61之间形成阳极室，离子膜7与右侧的外隔板61之间形成阴极室，右侧外隔圈上的第二氢气孔的径向连通口5连通阴极室，从而可以将阴极室内产生的氢气(夹带部分电解液)从该径向连通口5输入第一氢气出孔32内，然后一起向外输出；左侧阳极室内产生的氧气会通过第二氧气出孔11上的径向连通口5进行连通。
每个外隔圈上的氧气出孔、氢气出孔在其中一侧的端面上开设径向连通口5，外隔圈上径向连通口5用于连通外电解室；
中隔圈2上的进液孔21两侧的端面也分别开设径向连通口5，中隔圈2上的径向连通口5用连通两侧内电解室和外电解室；
内隔圈3上的氧气出孔、氢气出孔在其中一侧的端面上开设径向连通口5，内隔圈3上径向连通口5用于连通内电解室；
作业时，电解液从进液孔21输入内电解室和外电解室，外电解室中的电解液由内侧向边缘流动，外电解室中生成的氧气(及部分电解液)从第二氧气出孔11排出，生成的氢气(及部分电解液)从第二氢气出孔12排出；内电解室中的电解液由外侧向中部流动，内电解室中生成的氧气(及部分电解液)从第一氧气出孔31排出，生成的氢气(及部分电解液)从第一氢气出孔32排出。
本发明的电解室，将电解室分为内外两个电解室，内电解室内嵌于外电解室中，电解液从两个电解室之间输入后，内电解室的电解液向中部流动，外电解室的电解液向边缘流动，每个电解室中电解液的流动距离缩短，从而可以使电解液可以高效在内外两个电解室内传质，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7所示，一种电解槽，采用上述的适于中部、边缘出气的电解室，
将多个电解室相互叠加组合；
各个中隔圈2、中密封件42叠加组合，以使进液孔21组成进液通道；各个内隔圈3、内密封件43叠加组合，以使各个第一氧气出孔31一一对应连通并构成第一氧气输出通道；以使各个第一氢气出孔32一一对应连通并构成第一氢气输出通道；
各个外隔圈、外密封件41叠加组合，以使各个第二氧气出孔11一一对应连通并构成第二氧气输出通道；各个第二氢气出孔12一一对应连通并构成第二氢气输出通道。
关于如何将各个电解室组合叠加在一起，属于本领域的现有技术手段，在此不做赘述。
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 (6)
1.一种适于中部、边缘出气的电解室，其特征是，包括外电解室以及内电解室，所述外电解室中部开设安装孔，所述内电解室内嵌于外电解室的安装孔内；
所述内电解室与外电解室之间设置多个进液孔，适于向内电解室和外电解室中输入电解液；
所述内电解室中部开设第一氧气出孔和第一氢气出孔，适于分别将内电解室中产生的氧气和氢气输出；
所述外电解室边缘开设多个第二氧气出孔和第二氢气出孔，适于分别将外电解室中产生的氧气和氢气输出。
2.根据权利要求1所述的适于中部、边缘出气的电解室，其特征是，包括
两个隔圈组件、外密封件、中密封件以及内密封件；
隔圈组件包括外隔圈、中隔圈、内隔圈、外隔板以及内隔板，所述外隔板固定设置在外隔圈和中隔圈之间，所述内隔板固定在中隔圈和内隔圈之间；
两个外隔圈夹紧外密封件、两个中隔圈夹紧中密封件、两个内隔圈夹紧内密封件，以使，两个外隔板之间形成所述外电解室、两个内隔板之间形成所述内电解室；
所述中隔圈上开设多个进液孔，所述进液孔与内电解室和外电解室连通，所述中密封件上开设进液贯通孔，以连通相邻中隔圈上的进液孔；
所述内隔圈上开设至少一个第一氧气出孔和至少一个第一氢气出孔，所述内密封件上开设至少一个第一氧气贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第一氧气出孔，以及开设至少一个第一氢气贯通孔，以连通相邻内隔圈上的第一氢气出孔；
所述外隔圈上开设至少一个第二氧气出孔和至少一个第二氢气出孔，所述外密封件上开设至少一个第二氧气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氧气出孔，以及开设至少一个第二氢气贯通孔，以连通相邻外隔圈上的第二氢气出孔。
3.一种电解槽，其特征是，采用权利要求1-2任意一项所述的适于中部、边缘出气的电解室，
将多个电解室相互叠加组合；
各个进液孔组成进液通道；
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。
4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征是，应用于水电解制氢。
5.根据权利要求3所述的电解槽，其特征是，应用于氯碱电解制氢。
6.根据权利要求3所述的电解槽，其特征是，应用于氢燃料电池。
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|---|---|---|---|---|
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2020
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