[实用新型]一种电解槽

说明书

本实用新型涉及电化学领域的一种电解设备，特别是能将1种化合物电解所生成的2种气体，直接分离开后，分别提取出该2种气体成品的电解槽。

通常将1种化合物电解制取2种气体A和B(例如电解水制取氧气和氢气)的过程是：首先在电解槽内获得1种混合物，包括有：从正电极生成的A气体、从负电极生成的B气体以及电解液。然后将该混合物引出电解槽，通过各种分离、纯化等设备，最后才能获得这2种气体成品。同时，将电解液冷却后送回电解槽。这些在现有技术中(如中国专利申请94241768.2等)常用的电解槽，由于结构等原因，无法在电解槽内将2种气体A和B直接分离开后分别取出；也无法在电解槽内冷却电解液。必需设置庞大而复杂的附属设备。如：气体和电解液混合物的循环流动装置，气体与电解液分离，以及A气体与B气体分离、纯化装置，复杂的管路系统，动力设备等。由此存在以下问题：(1)增加成套设备的复杂程度和制造成本。(2)增加设备的重量、体积和占用空间，也即增加基建、运输、安装、维修等工作量和费用。(3)增加设备运行能耗和费用。(4)增加气体和电解液的渗漏等故障因素，可能引发相关的易燃、易爆、腐蚀、毒性、污染、噪音等安全、环保事故。(5)影响气体成品的纯、净度等质量。

本实用新型的目的是提供一种电解槽，它既能连续、安全、可靠、稳定地将1种化合物电解所生成的2种气体在槽内直接分离后，分别提取出气体成品。又能使电解液在槽内冷却而无须引出槽外循环流动。

本实用新型是这样实现的：在电解槽内由电极和隔板相同排列成单行或多行，将槽腔分隔成大小相等的许多小单元，其底部相通，电解液能从底部进入各小单元。排列在每1行两端的电极称为端电极。当电极和隔板相间排列成单行时，电解槽可以是圆柱体，其两个端电极分别连接直流电解电源的正极和负极。当电极与隔板相间排列成多行时，电解槽可以是长方体，其首行的第1个端电极与末行的最后1个端电极分别连接直流电解电源的正极与负极。前1行末尾的端电极与相邻1行为首的端电极用绝缘护套导线连接成同电位状态。在电解槽的盖板上开有气孔，每个气孔下面各对应有1个小单元。每1行中呈奇数的1组气孔与呈偶数的另1组气孔分别由导管汇集至2条总管路，这就是电解化合物时生成的2种气体的通道。在端电极、壳体、盖板、电极、隔板之间均应绝缘密封良好，不得泄漏电流及渗漏气体和电解液，在盖板和壳体上设置有温度控制器、压力控制器、液位控制器及自动补充电解液装置。壳体下部有排污口。

每个电极由2块形状相同、面积相等的极板围成，其周边应密封良好；有1个进口和1个出口与冷却剂管路相通，冷却剂可以在电极内流动，但不得向外渗漏。极板最上端的周边应始终沉浸在电解液的液面高度的下限值之下。以保证在电解全过程中，每块电极板都有相等的恒定的有效面积。用电极冷却的装置是1个循环系统，电极兼有热交换器功能，由冷却剂、电极、管路和冷却剂循环泵组成。50Hz交流电源经整流后成为直流电解电源，其正、负极分别连接电解槽的首、尾端电极。在电解主电路中由温度控制器、压力控制器、过电流保护器组成单回路多重串联电气控制结构。使电解槽能安全、可靠、稳定地连续工作。

开关K1接通直流电解主电路，电解槽开始工作。在离子电流的作用下，每相邻2个电极之间，产生1个数值相等的电位差。在每个电极的同方向一侧的外表面，聚集正电荷，另一侧的外表面聚集负电荷。由A元素和B元素组成的化合物[B⁺][A^-]溶液。在聚集正电荷的极板处，[A^-]离子失去负电荷，生成A气体，经盖板上的1组气孔进入A气体管路，流向A气体纯化器。同时，在聚集负电荷的另一侧极板处，[B⁺]离子得到负电荷，生成B气体，经盖板上的另1组气孔进入B气体管路，流向B气体纯化器。

电解过程是放热反应，电解液的温度会迅速上升，电解电流也因此而增大，使电解槽无法正常工作，甚至会引发严重的设备事故。所以开关K1在接通电解主电路的同时，也接通冷却剂循环泵电机的电源，电机带动泵工作，冷却剂经管路从电极的进口进入电极内，进行热交换后，由出口返回管路，带走了电解过程中产生的热能。冷却剂如此不停地循环，使电解槽内的温度维持在正常范围。电解液也就无需到槽外去冷却了。无论由于何种原因，使电解槽内温度上升到规定的上限值时，温度控制器即切断电解电源，终止电解。此时，冷却继续进行，待温度下降到正常范围后，温度控制器自动复位，接通电解电源，恢复电解。从而实现了对温度的控制功能。