一種電極交錯排列的圓筒形電解槽的製作方法

2023-07-26 05:48:46

本發明屬於電化學領域，具體涉及一種電極交錯排列的圓筒形電解槽。

背景技術：

電解槽在電化學領域有廣泛的應用。通常情況下，電解槽多為方形，例如，長方體形或正方體形，電極為平板形狀，並採用完全正相對的排列方式。這樣的技術方案不足之處是：方形電解槽難以承受較高的操作壓力和較高的電解液流量，而且電解產生的氣體不易排出，產生安全隱患；對於復極式電解槽，電解電源必須連接到每一個電極板，需要複雜的連接電路，電解工作效率低。

中國專利授權公告號為cn205710969u的實用新型公開了一種增大接觸面積的微蝕液電解槽，利用圓環形電極板作為陽極組和陰極組，增加電極板與廢水的接觸面積，提高回收率。但是，該電解槽結構單一、陰陽極設置方式簡單，其應用受到限制，也不能大幅提高電解效率。

技術實現要素：

針對以上現有技術存在的不足，本發明公開了一種電極交錯排列的圓筒形電解槽，該電解槽包括電解槽本體和電解槽端蓋，還包括圓環形電極板，其中：直徑相等的圓環形電極板沿軸向同軸設置，且間隔第一間距；直徑不相等的圓環形電極板同軸嵌套設置，在圓環形電極板徑向直接相鄰的兩個圓環形電極板互相交疊設置，且徑向間隔第二間距，所述第一間距大於所述第二間距。

作為本發明可選實施例，在圓環形電極板徑向方向直接相鄰的兩個圓環形電極板互相交疊設置，其交疊距離佔圓環形電極板高度的10-45％。

作為本發明可選實施例，至少部分所述的圓環形電極板的交疊距離相等

進一步，作為優選實施例，所述的圓環形電極板的交疊距離都相等。

作為本發明可選實施例，至少部分所述的圓環形電極板的高度相等。

進一步，作為優選實施例，所述的圓環形電極板的高度都相等。

作為本發明可選實施例，所述的圓環形電極板兩個端面電絕緣。

作為本發明可選實施例，本發明提供的電解槽還包括定位軸，該定位軸位於圓筒形電解槽的軸心，與電解槽連接固定，圓環形電極板與圓筒形電解槽同軸設置。

更進一步，作為本發明可選實施例，所述定位軸形狀為圓柱體，其表面電絕緣。

作為本發明可選實施例，電解槽還包括以下部件：

正極端子：與至少一個圓環形電極板電連接；

負極端子：與至少一個圓環形電極板電連接；

出口：電解液流出電解槽的通道；

入口：電解液流入電解槽的通道；

而且該正極端子與負極端子分別位於電解槽的兩端。

本發明公開的電解槽，可以作為其他電化學設備的部件使用。

包括本發明公開的電解槽的電化學設備，還可以作為其他系統的組成部件使用。

本發明公開的圓筒形電解槽，耐壓力大，電解效率高，尤其適合於電解液處理量大、電解液流速快的電解技術應用領域，而且圓筒形電解槽和互相嵌套、交錯設置的圓環形電極板結合，組成了電解過程中供電解電流通過的空間通道，能夠保證電解液迅速高效的流過電解槽，電解液流體不會有滯留在電解槽中的現象發生，電解過程中產生的氣體不會滯留在電解槽內，避免產生局部氣體空間，影響電解液與電極板的有效接觸，提高了電解安全性，提高了電解效率，電極端子只需跟位於電解槽兩端的部分電極電聯接，電解電路簡單。

附圖說明

圖1本發明電極交錯排列的圓筒形電解槽剖面結構示意圖。

圖2本發明公開實施例1中電解槽剖面結構示意圖。

圖3本發明公開實施例2中電解槽剖面結構示意圖。

圖4本發明公開實施例3中電解槽剖面結構示意圖。

圖5本發明公開實施例3中圓環形電極板固定連接示意圖。

附圖標記

1圓筒形電解槽1.1電解槽本體1.2電解槽端蓋

2定位軸3、4電極端子

5、6出入口7圓環形電極板8補位電極板

a第一間距b第二間距

7.11、7.12、7.21、7.22、7.23、7.24、7.31、7.32、7.33、7.34、7.35圓環形電極板

9.1、9.2、9.3、9.11、9.12、9.13固定支架

具體實施方式

在這裡專用的詞「實施例」，作為示例性說明的任何實施例不必解釋為優於或好於其它實施例。

為了更好的說明本發明內容，在下文的具體實施例中給出了諸多具體細節。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節，本發明同樣可以實施。

應理解，本發明中所述的術語僅僅是為描述特別的實施方式，並非用於限制本發明公開的內容。除非另有說明，否則本文使用的所有技術和科學術語具有本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義。

以下結合本發明公開的圓環形電解槽的示意圖，如圖1，說明本發明公開實施例的技術方案。圓筒形電解槽1包括兩部分，電解槽本體1.1和電解槽端蓋1.2。電解槽本體1.1，是形成電解槽內腔的主體組成部分，電解槽端蓋1.2位於電解槽本體兩端，主要用於形成完整的電解槽內腔。圓筒形電解槽主要是指電解槽的內腔空間結構為圓筒形，其外形並不限於圓筒形，外形可以根據電解槽的使用環境，可以設計為方形、橢圓形，或其他任何可以滿足使用需求的形狀。

本發明公開述及的圓環形電極板7，是指其形狀為圓環形，作為電極使用時其材料符合本領域技術人員對電解電極的通常理解，材料材質是導電材料，或者其表面為導電材料。圓環形電極板的高度，是指電極在其軸向的延伸距離，圓環形電極板的厚度，是指其電極材料自身的厚度，是指其電極材料在徑向的延伸距離。電極材料通常為板材，具有一定的厚度和長度，此厚度即為電極板的厚度，是本文述及的圓環形電極板的厚度，也是本文述及的電極端面的厚度。本發明述及的圓環形電極板和圓環形電極具有同樣的含義，電極即是圓環形電極板，補位電極板是指在電解槽兩端補齊電極板交錯排列造成的電極板缺位，除非明確指定其他的含義。

圓環形電極板的厚度，可以根據使用需求進行設定。例如，可以根據材料的強度確定其厚度，以確保圓環形電極板的結構穩定，本發明公開的圓環形電極板直徑較小，直徑在此範圍內的電極其徑向距離、外形的任何變化，會對電極的工作性能產生很大的影響，所以保持圓環形電極板的形狀穩定才能確保實現穩定的電解反應。電極板材料厚度變大，圓環形電極板的結構強度和穩定性隨著增加，但是電極板厚度增大會導致其端面附近的電流流向更加複雜，降低整個圓環形電極板的工作效率，進而降低電解槽的工作效率。電極板厚度變小，其端面面積變小，端面附近的電流流向變得簡單，但是電極強度明顯下降，大電解液流量情況下圓環形電極板的形狀控制難度增大。

圓環形電極板的高度，也可以根據使用需求進行設定。電解槽的使用需求，需要考慮的因素主要包括電解液的流量、電解電壓、電解槽的容積等因素，可以根據這些因素來確定圓筒形電解槽的直徑大小，和電解槽中電極的數量，設置合理數量的電極。

本發明公開的圓環形電極板中，直徑相等的圓環形電極板沿其軸向間隔排列，該間隔距離稱為第一間距a。在相同的直徑位置上，多個第一間距a可以相等，也可以不相等；在不同的直徑位置上，多個第一間距a可以相等，也可以不相等。比較優選的方案是，直徑相同的圓環形電極板形成的多個第一間距a相等，更為優選的方案是，在不同直徑位置上，所有的第一間距a都相等。

直徑相等、直接相鄰的兩個圓環形電極板之間，保持第一間距的空隙，保證電解液能夠自由通過此空隙，電極端面表面設置為電絕緣，確保在直接相鄰的兩個電極端面之間不形成電流流動；也可以在兩個相鄰電極端面之間採用電絕緣材料間隔部件，此電絕緣間隔部件的作用，既可以是確保兩個相鄰的電極端面電絕緣，也可以是固定兩個相鄰的圓環形電極板；作為兩個相鄰電極之間的電絕緣間隔部件，可以與兩個電極端面密封固定，使得位於圓環形電極板內、外的電解液不能互相流動，也可以只有部分端面接觸固定，圓環形電極板內、外的電解液可以在電解過程中根據電流的方向自由流動。

本發明公開的圓筒形電解槽中，直徑不相等的圓環形電極板同軸嵌套設置，且徑向間隔第二間距b。圓筒形電解槽中不同位置的第二間距b，可以不相等，也可以相等，比較優選的方案是有部分第二間距b相等，更為優選的是第二間距b都相等。

本發明公開述及的第一間距a大於第二間距b，是指任何一個圓環形電極板，與其直接相鄰的圓環形電極板會形成兩種間距，即與其直徑相同、直接相鄰的圓環形電極板形成第一間距a，與其直徑不同、直接相鄰嵌套的圓環形電極板形成第二間距b，其中的第一間距a大於第二間距b。

本發明公開的圓筒形電解槽中，在圓環形電極板徑向直接相鄰嵌套的兩個圓環形電極板互相交疊設置，是為了確保在這兩個電極的交疊部分形成的區域內電解液形成有效的電流通路，保證本發明公開的圓筒形電解槽的電解效率。作為本發明可選實施例，在圓環形電極板徑向方向直接相鄰的兩個圓環形電極板互相交疊設置，其交疊距離為圓環形電極板高度的10-45％，也可以選擇範圍小的距離，如20-45％，或者30-45％，或者30-40％。

圓筒形電解槽中，圓環形電極板的交疊距離可以不等，也可以相等，作為較為優選的方案，至少有部分電極的交疊距離是相等的，更為優選的技術方案，是所有電極的交疊距離相等，能夠確保電解電流的高效傳輸。

本發明公開的圓筒形電解槽中，圓環形電極板的高度可以根據電解槽使用條件需求進行設定，多個電極的高度可以相等，也可以不相等，作為比較優選的技術方案，至少部分電極的高度相等，作為更優選的技術方案，電極的高度都相等。由於電極交疊設置，在電解槽的端部，會出現形成第一間距的電極的缺失，作為較為優選的技術方案，可以用補位電極板8與相鄰圓環形電極板形成第一間距，補位電極板8通常設置為與直徑相同的圓環形電極板高度不同的相同電極板。

本發明公開的圓筒形電解槽中，位於電解槽端部的圓環形電極板7或者補位電極板8，可以直接與電解槽端部固定連接，與其直徑相同的圓環形電極板7可以用電絕緣套環與其固定連接。直徑最大的圓環形電極板可以與電解槽內壁固定連接，互相嵌套設置的電極板可以依次固定在其外側的電極板上，如圖2中，採用固定支架9.11、9.12和9.13固定連接。電極的固定還可以與定位軸2配合，例如，直徑最小的電極板也可以與電解槽內部的定位軸2固定連接，互相嵌套設置的電極板可以依次固定在其內部的電極板上，如圖5中，採用固定支架9.1、9.2和9.3固定連接。

本發明公開的電解槽中，圓環形電極板之間連接的目的之一是為了固定圓環形的電極板，保持其相對位置的穩定，在電解過程中能夠確保電解電流的合理流動，確保電解效率最大化。

本發明公開的圓筒形電解槽中可以設置定位軸2。該定位軸2設置在圓筒形電解槽的軸心，與電解槽連接。本發明公開的圓筒形電解槽，其電極為圓環形，與電解槽同軸、嵌套設置，位於最內層的圓環形電極板內，電場強度很弱，電解作用也很弱，此部分空間內的電解液很難通過電解作用進行有效的反應，尤其對於流過電解槽的動態電解液，其處理效果與電解槽內其他部分差異很大，會影響整體電解液的電解處理效率，所以，定位軸的功能之一，就是佔據電解槽中位於軸心位置及附近的空間，確保電解液能夠流經有效的電解空間。為此目的，定位軸必須具有一定的體積和形狀，例如，定位軸可以是實心圓柱體，也可以是空心圓柱體，也可以是實心的長方體，也可以是空心的長方體，其體積與形狀與最內側電極相匹配設置，可以達到最優的電解效果，但其表面必須是電絕緣材料。定位軸還可以作為圓筒形電極的固定支撐部件，最內側的電極與定位軸固定連接，直徑較大的電極板依次固定在其內側的電極板上，可以使所有的電極板固定連接，例如，可以採用固定支架9.1、9.2、9.3，如圖5所示。作為固定電極的支撐部件使用，定位軸還需具備足夠的強度，確保電解槽使用過程中電極和定位軸自身結構和形狀的穩定。

本發明公開的圓筒形電解槽，其電極端子可以設置在電解槽的端部，正極端子3與圓環形電極板電連接，負極端子4與其它圓環形電極板電連接；作為可選的技術方案，正極端子3隻與部分電極板電連接，正極端子3也可以與更少的電極板電連接，正極端子3也可以只與一個電極板電連接。進一步，作為優選技術方案，3正極端子與位於電解槽端部的直徑最大的電極板電連接，或直徑最小的電極板電連接。負極端子4的電連接技術方案類似於正極端子3的電連接技術方案。如果正極端子3與直徑最小的電極電連接，作為優選的技術方案，負極端子4需要與直徑較大的電極電連接，更為優選，與直徑最大的電極電連接。

電極端子的設置，優選的技術方案是正極端子3與負極端子4分別設置在電解槽的兩端，電極端子設置在電解槽的兩端，能夠保證電解槽中的電解液與發生電解反應的電極接觸面積增大，電解時間增加，電解效率提高。

本發明公開述及的正極端子3和負極端子4，可以是通常理解的電源的正極和負極，也可以是電位大小不同的電極端子，此時，正極端子3表示高電位電極端子，負極端子4表示低電位負極端子，此時，在電解槽中可以設置參比電極，以標定高電位與低電位的電位值。

需要說明的是，本發明公開述及的電極端子，其正、負極位置設定並不限定為以上描述的位置，也可以將電極端子3設定為負極，此時電極端子4為正極。

本發明公開的電解槽其出入口5、6是電解液進出電解槽的通道，可以根據出、進電解槽的電解液流量需求設置，需考慮的因素主要有出入口位置、出入口大小，通常設置在電解槽的兩端不影響電極端子設置的位置。需要說明的是，本發明公開的電解槽其出入口並不限定其位置，如果入口為5，則出口為6，反之也可。電解槽的出入口設置在圓筒形電解槽的兩端，而且電極為與電解槽同軸設置的圓環形，電解液流經電解槽的過程中，不會有電解液的滯留現象發生，電解產生的氣體隨著電解液的流出能夠全部排出，不會遺留在電解槽中，留下安全隱患。

本發明公開述及的電解液，泛指能夠發生電化學反應的物質，尤其是，含有陽離子、陰離子的溶液，陽離子包括但不限於h+、鹼金屬離子、鹼土金屬離子等，陰離子包括但不限於滷素離子、oh-等。

本發明公開的電解槽，其功能之一主要是對電解液進行電解處理，尤其適用於電解液處理量比較大、電解液流動速度比較快的處理過程。作為電解槽，可以作為基本部件用於電化學設備中，例如，可以作為電解水的電解槽，作為氧氣發生器的部件，也可以作為氫氣發生器的部件。例如，可以作為電解食鹽水的電解槽，作為工業電解設備，製備氯氣、氫氣，或者製備氫氧化鈉。

包括本發明公開的電解槽的電化學設備，還可以作為其他系統的組成部件使用。如需要利用氫氣作為原料的燃料電池系統，可以將此電化學設備作為電解水部件；需要處理海水得到氯氣或氫氧化鈉原料的海水處理系統，可以將此電化學設備作為其組成部件。

以下在具體實施例描述的細節中，本發明公開的技術方案會更加清楚，具體，但作為示例性公開說明，以下實施例不能理解為對本公開技術方案的限制。

實施例1

本實施例1公開的一種電極交錯排列的圓筒式電解槽，如圖2所示，包括：

兩種圓環形電極板，電極7.11的半徑為25mm，電極7.12的半徑為20mm，高度均為150mm，數量各3塊。將其中半徑為20mm的一塊電極分割為高度相等的兩部分，作為部位電極8，其高度為75mm；

第一間距a為10mm，第二間距b為5mm；

採用固定支架9.12將電極7.11與電解槽內壁固定連接，採用固定支架9.11將電極7.12與電解槽內壁固定連接，採用固定支架9.13將補位電極板8與電極7.11固定連接。

正極端子3與半徑為25mm的電極7.11電連接，負極端子4與位於電解槽另一端的半徑為20mm的補位電極板8電連接；

定位軸為圓柱狀橡膠棒，規格為φ35mm×470mm，設置在圓筒狀電解槽的軸心；

出口6、入口5的規格為φ15mm×40mm。

實施例2

本實施例2公開的一種電極交錯排列的圓筒式電解槽，如圖3所示，包括：

四種圓環形電極板，電極7.21的半徑為40mm，電極7.22的半徑為34mm，電極7.23的半徑為28mm，電極7.24的半徑為22mm，高度均為120mm，數量各4塊。另外將其中的電極7.22和電極7.24分別分割為高度相等的兩部分，高度為60mm，作為補位電極板8；

第一間距a為10mm，第二間距b為6mm；

電解槽兩端的電極和補位電極板與端蓋固定連接，依次相鄰的直徑相等

的電極採用套環依次固定連接。

電解電源負極端子3與電解槽一端的外層電極7.21電連接，正極端子4與另一端的補位電極板8電連接；

定位軸2為圓柱狀陶瓷柱，其規格為φ40mm×510mm，位於圓筒狀電解槽的軸心；

出口6、入口5：規格為φ20mm×40mm。

實施例3

本實施例3公開的一種電極交錯排列的圓筒式電解槽，如圖4所示，包括：

五種圓環形電極板，電極7.31的半徑為45mm，電極7.32的半徑為40mm，電極7.33的半徑為35mm，電極7.34的半徑為30mm，電極7.35的半徑為25mm，高度均為150mm，數量各4塊。另外將其中的電極7.32、電極7.34各一塊分割為高度相等的兩部分，高度為60mm，作為補位電極板8；

第一間距a為10mm，第二間距b為5mm；

電解電源正極端子3與電解槽一端的最外層電極7.31電連接，負極端子4與電解槽另一端的內層電極7.35電連接；

定位軸2為圓柱狀塑料柱，規格為φ45mm×790mm，位於圓筒狀電解槽的軸心；

出口5、入口6的規格為φ25mm×50mm。