CN101360686A - 连续式次氯酸盐发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种连续式次氯酸盐发生器装置。该装置具有盐水罐(9)、补充用水管线(15)、安装有电极(20)的流量控制型电解槽(19)、盐度/流量传感器(31)、温度传感器(27)、投放管线(23)和控制装置，所述控制装置接收分别来自所述盐度/流量传感器和温度传感器的输入信息，并控制所述盐水源和所述稀释用水的供给，以将所述电解槽中的盐度和流量分别保持在预选的范围内，以及对所述电极施加预选范围内的功率。

Description

连续式次氯酸盐发生器
技术领域
本发明涉及一种连续式次氯酸盐发生器。
本发明的具体但非排他性的应用是一种用于处理游泳池用水的连续式次氯酸盐发生器，出于描述性目的，本发明将参照这种应用。但是应当理解，本发明可用于其它应用(如温泉、热浴盆用水、饮用水、罐或密封装置内的水、工业用水和废物流的处理)中。
背景技术
次卤酸盐、尤其是次氯酸盐是一种用于水处理、通常是用于工业消毒的经济的抗菌剂。市场上主要是氯气和次氯酸钠，次氯酸盐要么被大量生产而分装在从罐、桶到家用分配容器之类的容器中，要么通过电解发生器现场制备。
制备可利用的、具有有效的抗菌效果的氯源(如次氯酸钠溶液)的电解氯化法是公知的，该方法基本上由下列步骤构成：通过电解将常规的盐(氯化钠，NaCl)转化为低浓度(至多1％)的液态的氯气等效物。对饮用水、废水、工业用水和游泳池用水进行正确的消毒，以确保安全性和对环境负责任，这是很重要的。
制备次氯酸钠的电解槽中发生的主要反应非常简单，这些反应如下所示：
在阳极发生氯离子的氧化反应：
2Cl-————→2Cl2+2e-
随后氯气快速水解：
Cl2+H2O————→HOCl+HCl
在阴极发生钠离子的还原反应：
Na++e-————→Na
随后钠与水快速反应：
Na+H2O————→1/2H2+NaOH
在阳极生成的酸(HCl和HOCl)与在阴极生成的碱(NaOH)发生反应：
HCl+NaOH————→NaCl+H2O以及
HOCl+NaOH————→NaOCl+H2O
总的电解反应为：
NaCl+H2O+能量————→NaOCl+H2
电解氯化器通常包含电解槽、电极的供电装置、盐水供给装置和控制系统，所述电解氯化器允许通过电解由钠离子、钾离子、镁离子或其它阳离子的氯化物、或这些氯化物的组合来制备次氯酸盐溶液。
电解氯化法在再循环系统(如游泳池等)中是常见的，在游泳池中，根据浓度的近似测定结果向池内的水中加入盐，电解槽仅在过滤循环的过程中处理水。当不适合或不希望向水体中加入盐时，这样的系统是不适用的，这样的系统也不适合用于管网系统(如饮用水供给装置和工业用水处理装置)中。
已知现场型次氯酸盐发生器可用于管网系统。当待电解的溶液的盐度约为3重量％时，这些系统的运转是最有效的。在已知的系统中，盐是从装有浓的盐溶液(26重量％)的盐水罐中加入的，该浓的盐溶液通过机械装置(如阀门和旋转式流量计)被稀释至3％。
应当清楚地理解的是，如果本文中引用了现有技术公开，则这些引用并不构成承认在澳大利亚或任何其它国家，所述公开形成本领域公知常识的一部分。
发明概述
本发明涉及一种连续式次氯酸盐发生器，该连续式次氯酸盐发生器可至少部分克服上述缺陷中的至少一种缺陷，或提供给消费者一种有用或商用的选择。
在第一形式中，广泛而言本发明在于一种连续式次氯酸盐发生器，其包括：
a)盐水源，
b)电解槽，所述电解槽具有内部循环装置以增加电极上的流速，从而提高次氯酸盐的生产效率。
在更具体的形式中，本发明在于一种连续式次氯酸盐发生器，其包括：
a.浓盐水源，
b.供水装置，
c.盐度传感器，
d.流量传感器，
e.温度传感器，
f.电解槽和投放出口，以及
g.控制装置，所述控制装置接收分别来自所述盐度传感器、流量传感器和温度传感器的输入信息，并控制所述盐水源的液面和流量以及稀释用水的供给，以将所述电解槽中的盐度保持在各预定的范围内。
所述浓盐水源可以采用任意合适的形式。例如，浓盐水源可包括定期补充盐水的盐水贮罐。可供选择的是，饱和盐水源可包括基本上连续的盐水源，如其中通水的盐水罐中的盐物料，其中在液面保持装置的控制下将水通入所述盐水罐中。例如，可设置处于控制装置的控制下、并且适于保持盐水贮罐中的正确液面的计量装置(如泵或阀门)。所述液面控制装置可包括使水保持在预定液面的机械水塔型配置(mechanical cistern type arrangement)或电传感机构。
可对盐物料中不同盐的化学组成和相对含量进行调节，以提供附加的治疗效果或协同效果。盐物料中优选使用的盐通常包括诸如钙离子、镁离子、钾离子和锰离子之类的一价或二价阳离子的盐，但也可包括其他金属的盐，如锌盐(研究表明，锌盐通过改变细胞对呼吸道合胞病毒的复制进行支持的能力来介导对呼吸道合胞病毒(RSV)的抗病毒活性，Effect of Zinc Salts on Respiratory Syncytial VirusReplication，Rahaman O.Suara1 and James E.Crowe，Jr.)、金盐(其可以治疗活性进行性类风湿性关节炎和进行性幼年慢性关节炎)，或者包括铵盐(现已表明铵盐对于某些形式的癌症是有效的)。
例如，优选的盐物料可包含比率均为0至100％的氯化钠、氯化钾和氯化镁的组合，并且可使用其它添加剂来提高所述溶液的治疗和农业上的优点。
因此，在可替换的形式中，本发明可在于一种盐物料组合物，所述盐物料组合物包含至少两种由下组中的物质构成的盐，所述的组包括：碱金属、碱土金属、过渡金属、卤素或稀土元素。优选根据目的调节所选择的盐和所选择的每种盐的实际组成。通常所有的盐物料都包含至少一种氯盐组分。
电解槽可通过任何合适的装置由盐水源供料。例如，可设置处于控制装置的控制下、并且适于将盐水定量供应到电解槽中的计量装置(如泵或阀门)。稀释用水可通过任何合适的装置供应。例如，可设置处于控制装置的控制下、并且适于控制稀释用水流入电解槽中的计量装置(如泵或阀门)。
可存在单一一个或多个电解槽，所述电解槽可采用一对或多对电极(电极之间保持合适的电势差)的形式。电极可包括一块或多块板、筛网、薄膜等。可连续施加电势差，或者可根据需要、根据定时器或在控制装置的控制下施加电势差。电极可一直被指定为某一种极性，或者可将极性定期反转。通过极性反转装置，电极上不可避免的电解沉积物至少均匀地分布在所有电极上，并且通过电解极性的反转而最显著地减少。可这样设计电解槽，使得稀盐水流被控制成其在电极板上的流速超过最小流速。这可通过控制稀盐水的流量、电极横截面的面积并使用多个内部循环通路来达到所需的最小流速来实现。
另外，优选将电解槽的内部构造成使得电解液发生内部再循环，从而增加电极上的流体速度，进而提高次氯酸盐的生产效率。应理解的是，电解的驱动力和相应的电解槽的效率取决于离子的浓度。此外已知的是，浓度分布通常在电解液入口附近是最高的，在电解液出口附近是最低的，从而导致最靠近电解液入口的电极具有高的驱动力，靠近出口的电极则具有低的驱动力。优选的是，使用根据本发明的内部再循环装置使槽中的电解液的浓度分布均一化。
通过使所需的盐的离子在阳极附近保持高的浓度，槽的效率得到提高。另外认识到的是，局部的低浓度区域是不利的。另外对本发明的功能而言重要的是，增加电极上的流速，以促使电解液浓度更加均匀。
可通过许多方式完成电解液的内部再循环。例如，可以设置具有返回通道的、迂回穿过槽的流体通路来使电解液循环。可在槽的内部设置单独的通道或管道以使电解液再循环。
管道可仅具有上部(顶部)和下部(底部)开口。由此，可防止在电极处产生的、易于向上流动的气泡进入管道内，从而使得管道内外的电解液的总密度之间容易产生差别。电解液在管内向下流动而在管外向上流动，从而在槽内产生电解液的自然循环。这样，本发明的电解槽中的自然循环起到使槽内的浓度分布一致并快速除去产生的气体的作用。通常，电流密度越大，槽内浓度分布的范围越宽，另外，较大的电流密度会增加气体的产生，从而导致管道内外的总密度之间的差别更大，进而引起更大的循环。因此，本发明的槽即使在高电流密度下也可以有效地保持均匀或相等的浓度分布。
通常，浓度偏离不仅在垂直方向上明显，而且在水平或横向方向上也是明显的。因此，可在这两个方向上都设置再循环装置。因此具有水平部分和垂直部分的管道非常适合于使槽内保持更均匀的浓度。例如，使电解液在最低浓度的区域和最高浓度的区域之间发生循环的L形管道是优选的。因此，管道的上端开口应被调节至接近于废电解液和电解产物的出口孔。同样地，管道的下端开口应被调整至接近于新鲜电解液的入口孔。
管道的横截面可具有任何形状。管道的尺寸可主要根据循环的需要而确定，所述循环取决于所用电极的电流效率、盐水的利用度、电解槽的结构和电极的面积。
盐度传感器可采用任何合适的形式。例如，盐度传感器可测定导电率、电极间的稳态电流和/或电压、或电解槽中溶液的其它电学参数，并提供输出信息，所述输出信息可与对应于溶液中的盐的浓度的标准范围值相关联。盐度传感器可包含电解槽电极、一对专用电极或独立传感器。
流量传感器可采用任何合适的形式。例如，流量传感器可通过导电率或其它电学参数来测定液体的存在。流量传感器可包含电解槽电极、一对专用电极或独立传感器，并且其可以与盐度传感器结合。
温度传感器可采用任何合适的形式。例如，温度传感器可通过电学装置、机械装置或任何合适的装置来测定液体温度。温度传感器可包含电解槽电极或独立传感器。
如果使用次氯酸盐贮罐，则液面传感设备可包含浮标装置，所述浮标装置是在选定的液面处断开或闭合电路的簧片开关型浮标装置。可供选择的是，液面传感设备可包含一个或多个地面基准型接触件(ground referenced contact)，所述液面传感设备根据次氯酸盐贮罐中溶液的导电率或相对于空气降低的电容值、或超声波测量装置的检测结果来传感液面信息。在又进一步的实施方案中，液面传感设备可包含一对或多对设置在次氯酸盐贮罐中的一个或多个所选液面处的分立的传感器电极对。
次氯酸盐贮罐和投放出口可采用任何合适的形式，它们部分地由待投放次氯酸盐的工业流体的性质决定。例如，投放出口可包含连续地或者根据要求将次氯酸盐溶液供给到工业用水中的泵或文氏管。在本发明的一个实施方案中，在间歇流动型生产线上设置传感器，以响应于流动的开始而启动投放出口。在其它的实施方案中，生产线包括流量计和/或氯分析器和/或氧化还原电势分析器，响应于这些仪器来操作投放出口和/或次氯酸盐发生器。
控制装置可包含机电逻辑设备、可编程逻辑控制器等，所述控制装置接收分别来自液面传感设备和盐度传感器的输入信息，并控制盐水源、稀释用水和补充用水的供给。
如果不使用次氯酸盐贮罐，则通过电解槽进入工业用水中的流体由控制装置以及用于盐水和稀释用水的泵或阀门来控制。该过程可由这样的控制装置启动，所述控制装置响应于来自时钟的输入信息或来自诸如流量计和/或氯分析器和/或氧化还原电势分析器之类仪器的输入信息。
在盐水源为基本上连续的情况中，盐被倒入盐水罐中，并通过被设计用于加入补充用水以保持恒定的液面的浮阀或液面传感设备和/或泵，向盐水罐中供入水。随后通过操作泵(其由控制装置控制)将盐水转移到电解槽中。通过操作泵或电磁阀(其由控制装置控制)加入水以将流入电解槽的盐水稀释为2.0％至3.5％。在次氯酸盐发生过程中，在温度超过预定温度的情况下，可安装或可不安装用来有效地冷却溶液的热交换盘管或冷却器。
对于具体的应用，尤其是可能在(例如)＜18℃的温度下供给稀释用水时，可安装或可不安装热水器。
随后，可在次氯酸盐发生过程中的较短时间段内或初始阶段检测盐度，或者可在次氯酸盐发生过程中定期地或连续地检测盐度，如果盐度(例如)＞0.5％，则可通过控制装置使主要的次氯酸盐发生电极启动规定的时间。在这段时间内，可检测贮罐中的液面。另外在这段时间内也可以检测液体的温度和流量。
控制装置可包括适于指示设备状态的指示器装置。如果所检测的盐度(例如)＜1.5％并且＞0.5％，则视觉指示器(如标为“低盐”的LED)可变亮，表示需要向盐水罐中另外加入盐物料。例如，如果盐度被检测，并且(例如)＜0.5％，则视觉和/或听觉指示器(如标为“无盐”的LED和/或蜂鸣器)可被启动，该系统可关闭，从而不再进行任何操作，直到加入盐物料为止，设备重新启动。在没有流体的情况或高温的情况下，类似的警报和指示可被启动。
例如，次氯酸盐发生阶段可通过听觉和/或视觉指示器(如标为“电解槽开启”的LED)来给出信号。如果达到次氯酸盐贮罐中的低液面控制传感器的位置，则控制装置可使标为“开始投放”的LED和标为“准备投放次氯酸盐”的LED变亮，表示罐内有足够的液体，因而允许投放次氯酸盐。
如果未达到次氯酸盐贮罐中的高液面控制传感器的位置，则控制装置可自动地继续进行上述过程，并且只要液面低于最高控制点和中间控制点，就继续这样的操作。如果投放流量大于次氯酸盐的产量，则次氯酸盐贮罐的液面下降，直到达到低液面控制传感器的位置为止，控制装置可关闭标为“开始投放”的LED，表示次氯酸盐罐实际上空了。这种状况可通过控制装置传送至次氯酸盐投放装置，从而停止投放。
控制装置也可包括诸如听觉和/或视觉指示信号的安全设施。例如，如果所检测的盐度被发现较高(如＞4.0％)，则可启动标为“无水”或“流量故障”的LED和/或可听蜂鸣器。在另一个例子中，如果在次氯酸盐生产循环中，次氯酸盐的温度超过预定温度(如45℃)，则可启动标为“过载”或“高温”的LED和/或可听蜂鸣器。
控制装置可包括用于改变供给电极的功率或用于实现功率循环的装置，或其它用于功率管理的装置。但是，在电极工作时优选在满功率下运行。对于负责盐度检测的电极，可以使用或可以不使用电极极性的反转，对于主要的次氯酸盐发生电极，可以使用或可以不使用电极极性的反转。反转时间可以是可选择的或固定的。
控制装置可安装有辅助性机电设备，以允许显示诸如“电压(伏特)”“电流(安培)”“操作时间”和“状态”之类的操作参数，并且可通过机电装置将警报和其它操作变化传递给其它外部设备。
在设备的次氯酸盐投放出口侧，在连续流动的条件下，只要需要，该投放系统就可正常运转。在间歇流动时，该投放系统可被控制为，仅当流量检测器表明有流动时才可运转。投放操作可通过被控制装置控制的电磁阀或通过单独的计量泵来完成，或优选通过打开/关闭整个系统来完成，或者可在时间、流量和/或氯分析结果和/或氧化还原电势的控制下完成。
附图简要说明
下面将参照附图对本发明的各种实施方案进行说明，其中：
图1为根据本发明的优选实施方案的过程的示意图。
优选实施方案详述
根据图1所示的本发明实施方案，提供一种消毒剂发生器，其包含约25升的盐水罐9、泵12、13、14和电解槽19。供水装置10中的水流过控制阀11，随后被分流以提供盐水罐补充用水的供给15和稀释用水的供给25，补充用水的供给15是由浮阀或传感器16和泵12控制的，稀释用水的供给25是由泵14控制的。盐水罐9装有盐物料24，并在罐底安装有盐水歧管26。盐水泵13和稀释用水泵14的运转使得盐水和水被转移到稀盐水流动管线18中。
电解槽19设置有通过电线21连接的次氯酸盐发生电极20、流量传感器31和构造用来确保获得最佳流速的水道。
温度传感器27安装在次氯酸盐发生槽19的出口处，以测定溶液23的温度。设置控制阀22以允许与槽隔离。工业用水流动管线29上安装有单向阀28。流量传感器或其他分析装置30可设置在流动管线29上。
使用时，向盐水罐9中倒入20kg盐(氯化钠和/或氯化钾和/或氯化镁)，从而形成盐物料24。盐水罐中的浮阀16开启，泵12运行，直到盐水罐9充满补充用水为止。如果控制机构要求机器启动，则盐水泵13将盐水通过盐水歧管26转移至盐水管线17中，并且稀释用水泵14启动，从而使盐水被稀释并流过稀盐水管线18。稀盐水流过电解槽19，将电解槽19通电以允许发生电解过程，并且检测盐度、流量和温度。盐度是通过参照在施加电压下所流过的电流(其可与盐度相关联)来检测的。理想的是，盐度在2.0％至4.0％的范围内。如果盐度＜1.5％，则所述过程可以进行，但标为“低盐”的LED会启动，以告知需要向盐水罐9中另外加入盐。如果盐度＜0.5％，则标为“无盐”的LED和可听蜂鸣器会启动，所述过程不能再进行，直到另外加入盐为止，所述过程重新启动。如果盐度＞4.0％，则标为“流量故障”的LED和可听蜂鸣器会启动，所述过程不能再进行，直到水流重新恢复为止，所述过程重新启动。在次氯酸盐发生过程中，定期检测盐度、流量和温度。
如果次氯酸盐溶液的温度27超过预定温度(如45℃)，则标为“过载”或“高温”的LED和/或可听蜂鸣器会启动，该过程会停止。
在控制机构命令所述过程停止时，电解槽19的电源被断开，稍后稀释用水泵14被停止，盐水泵13被停止。控制装置直到定时器或其它输入信息要求生成次氯酸盐时才进入准备模式，此时上述过程重新启动。
本实施方案提供了一种简单、可靠的机器，这种机器可由相对不熟练的人员搭建和操纵以进行水的消毒，尤其是在之前这种消毒可能无法进行或可能达不到相同的自动化水平以及治疗和/或农业效益的情况中更是如此。
在本发明说明书和权利要求书中(如果存在以下术语的话)，术语“包含”及其派生词(包括“含有”、“包括”和“具有”)包括每个所述整数，但是并不排除包括一个或多个其它整数。
在整篇说明书中，所参照的“一个实施方案”或“实施方案”是指结合该实施方案所述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，整篇说明书中不同地方出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定都是指同一实施方案。此外，所述的具体特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合成一种或多种组合方式。

Claims (22)

1.一种连续式次氯酸盐发生器，其包括：
a.盐水源，
b.至少一个电解槽，所述电解槽具有内部再循环装置，以增加电极上的流速，从而提高次氯酸盐的生产效率。
2.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述盐水源包括浓盐水贮罐，所述浓盐水是预先混合的，其中盐水被定期补充到所述贮罐中。
3.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述盐水源包括由盐水罐中的盐物料形成的基本上连续的盐水源，其中水在液面保持装置的控制下被通入所述盐水罐中。
4.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中设置计量装置以将盐水定量供应到所述电解槽中。
5.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述盐水在进入所述电解槽之前被稀释用水稀释，所述稀释用水由合适的稀释装置供给。
6.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其包括多个电解槽。
7.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述电解槽包括至少两个电极，并且所述电极的极性定期被反转。
8.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述电解槽被构造成使得所述盐水在所述电极上的流速超过最小流速。
9.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述电解槽的内部被构造成使得所述电解液发生内部再循环，以增加所述电极上的流体速度，从而通过在所述电解槽内产生均匀或相同的浓度分布来提高次氯酸盐的生产效率。
10.如权利要求9所述的连续式次氯酸盐发生器，其中通过设置具有返回通道的、迂回穿过所述槽的流体通路来使电解液循环，从而实现所述电解液的内部再循环。
11.如权利要求9所述的连续式次氯酸盐发生器，其中单独的通道或管道被设置在所述电解槽内以使所述电解液再循环。
12.如权利要求9所述的连续式次氯酸盐发生器，其中使电解液在所述电解槽内的多于一个方向上进行再循环。
13.如权利要求11所述的连续式次氯酸盐发生器，该连续式次氯酸盐发生器中设置有L形管道，该L形管道使电解液在较低浓度的区域和较高浓度的区域之间发生循环。
14.如权利要求13所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述管道的上端开口被设置在接近所述电解槽的出口处，所述管道的下端开口被设置在接近所述电解槽的入口处。
15.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其还包括次氯酸盐贮罐。
16.如权利要求1所述的连续式次氯酸盐发生器，其中来自所述电解槽的次氯酸盐流体被加入到工业用水中，并且所述流体是由控制装置以及用于盐水和稀释用水的泵或阀门来控制的。
17.如权利要求3所述的连续式次氯酸盐发生器，其中所述盐物料的化学组成包含比率均为0-100％的氯化钠、氯化钾和氯化镁的组合。
18.一种连续式次氯酸盐发生器，其包括：
a.浓盐水源，
b.供水装置，
c.盐度传感器，
d.流量传感器，
e.温度传感器，
f.电解槽和投放出口，以及
g.控制装置，所述控制装置接收分别来自所述盐度传感器、所述流量传感器和所述温度传感器的输入信息，并控制所述盐水源的液面和流量以及稀释用水的供给，以将所述电解槽中的盐度保持在各预定的范围内。
19.用于次氯酸盐发生器的盐物料组合物，该组合物包含至少两种由下组中的物质构成的盐，所述的组包括：碱金属、碱土金属、过渡金属、卤素或稀土元素。
20.根据权利要求18所述的用于次氯酸盐发生器的盐物料组合物，其中对所述盐物料中不同盐的化学组成和相对含量加以调节，以提供附加的治疗效果或协同效果。
21.根据权利要求18所述的用于次氯酸盐发生器的盐物料组合物，其中所述化学组成包含比率均为0-100％的氯化钠、氯化钾和氯化镁的组合。
22.一种连续式次氯酸盐发生器，其包括：
a.盐水源，
b.至少一个电解槽，所述电解槽具有用于增加电极上的流体速度、从而提高次氯酸盐生产效率的内部构造。
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