CN102002727B - 改进的在水池中产生氯的电解电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的电解电池。该电池包括至少一对电极，阳极和阴极。一般阳极的至少一个尺寸实质上大于阴极。在一种示范性实施方式中，阳极的长度和宽度大于阴极的长度和宽度。在多电池氯发生器的第一种实施方式中，将不相等尺寸的电极堆叠在一起。在这类发生器的第二种实施方式中，电极为相等的尺寸。在本发明的改进的电解电池的另一种示范性实施方式中，阴极形成U-形部件，并且所述至少一个尺寸较大的阳极位于该U形部件之间。氯发生器的另一种实施方式包括至少两个具有U形阴极的电池。在这种氯发生器的第一种示范性实施方式中，电极是相互平行的。在第二种示范性实施方式中，电极分别相互平行且在同一平面上。

Description

改进的在水池中产生氯的电解电池

相关专利申请

本专利申请与其申请者的其余三项美国专利申请相关，在此将其引入作为参考。三项美国专利申请的申请号为12/551211、12/551185和12/551098。

技术领域

本发明涉及自动化泳池产品领域，更具体地说，涉及在泳池中以自动方式产生氯的电解电池。

背景技术

众所周知，泳池中产生氯或氯离子对于健康和安全游泳是很有用的。例如，在美国和加拿大，大多数市政和公共泳池都需要混有氯的水。必要时必须对这些公共泳池中的氯含量认真地规范和调节，为包括小孩在内的游泳者提供安全和健康的地方来洗澡和游泳。

游泳池中加氯的人工方法是众所周知的。泳池服务人员采取预防措施，使氯不接触到他们自身，然后将合适的量添加到池水中，对池水进行各种测试，以确保适量浓度水平的氯存在。众所周知，其他离子元素也用于处理池水。例如，溴也以类似氯的方式用于安全地清洁池水。

多年来，自动加氯器已为人所知。已知的自动加氯器包括用于测试池水的装置，以确定水中是否存在适量水平的氯或其他离子。例如，一般来说，测试器查寻2700ppm的水平。当含量低于这个水平时，自动加氯器被激活并将氯或其他离子加至水中，提高该水平直到达到2700ppm。

这些加氯器非常昂贵。例如，常见的自动加氯器会花费消费者数千美元以上。此外，这些昂贵的加氯器很精细，经常需要昂贵的维修甚至更换。

实际上，一般的想法是使有涂层的阳极更小。涂层是一道昂贵的工序，因此传统的思路是使涂层的阳极尽可能地小。如本文所述，本申请人的理论不但在结构上与传统不同，而且思路上也不同。

名称为“盐氯发生器”的美国专利7,014,753就各方面而言都被纳入本文，包括但不限于将其作为背景、先行基础以及作为先前已知装置的一种参考和实例。其中的发明人之一，名称为Joseph Hui，就是本发明的发明人。

现代自动加氯器的核心是电解电池。典型的电解电池包括两个电极，如上关于‘753专利描述的盐溶液中的阳极和阴极。一旦电功率施加到这些电极上，化学反应就开始了。在盐溶液(NaCl)中，Cl被分离出来并在水中自由浮动，安全地清洁池水。

点/边缘效应

众所周知，电极的边缘比其他地方有更高的电势。这些边缘有时也被称为点，这些边缘或点往往比电极上的其他地方退化更快，结果显然是电极的过早磨损。众所周知，电极的首次故障发生在边缘，实际上是在点边缘。最后，电极或整个加氯器都可能需要更换，而更换时间本应该更晚。

点/边缘效应导致电极的涂层上产生斑点或小块。电池产生的电流越大，这种斑点蔓延越快，并且涂层损失越快，电极的破坏也更迅速。

显然，通过防止电极的点边缘开始退化，其寿命可明显增加。如果电活动对点边缘的压力减小，对电极的压力也就减小，再次延长了电极的寿命。

人们需要一种价格低廉的自动加氯器，其不需要昂贵的维修，可靠而且可以适应现有的泳池配置。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种具有特殊构造的电解电池，该电解电池可以防止电极的点边缘效应，显著延长电极寿命，可以用于在电解溶液中产生氯或其他离子元素，从而为泳池清洁装置(如自动加氯器)提供一种经济适用、安全可靠的配置。

本发明通过尝试新思路，使电解电池的阳极在至少一个尺寸上超出阴极，设计独特的电解电池结构，由此实现上述目的。通常，电解电池包括两个电极，一个阳极和一个阴极。在一种情况下，阳极在一个尺寸上超过阴极的尺寸，例如长度或宽度。在另一种情况下，阳极的多个尺寸都超过阴极的相应尺寸，例如长度和宽度。

具体地，本发明提供以下技术方案：

一种在离子水溶液中产生氯的电解电池，所述电解电池包括：

至少一个电池，该电池包括两个电极，一阳极和一阴极；

所述阴极有预先确定的长度和宽度；

所述阴极有预先确定的长度和宽度，并且至少有一个尺寸超过阴极；

由此，当电解电池在离子水溶液中产生氯时，阳极实质上超出阴极。

在本发明中，所述离子水溶液可以是盐水溶液。优选地，所述阴极形成U-形结构，包括延伸的侧壁和一连接部件，阳极安装在阴极的侧壁之间。所述阳极可以在一个尺寸上超过阴极的相应尺寸，也可以在长度和宽度上超过阴极的长度和宽度。

在另一种实施方式中，可以将几对电极或电池堆叠在一起。在这种配置中，多个电极或电池可能以串联或并联的方式堆叠在一起。每个堆叠的电极或电池是相互平行的。

所述电极可以是电极板的形式。在堆叠电解电池的另一种示范性实施方式中，电极板不仅是平行的，而且是共平面的，意味着电池1的阳极与电池2的阳极处于相同的平面，并且电池1的阴极与电池2的阴极位于相同的平面。

具体地，本发明提供一种在NaCl水溶液中产生氯的多电池电解装置，该电解电池包括：

多个电池，每个电池包括两个电极，一阳极和一阴极；电极限定为板，具有预定的长度和宽度以及薄厚度；

每个板都是相互平行的；

每个板限定为相互隔开的第一电池，并且每个电池都相互隔开。

其中，所述阳极的各个板相互处于同一平面，而阴极的各个板相互处于同一平面。

在一种实施方式中，本发明电解电池的至少一个电极由惰性金属材料或半导体材料制成，例如钛。在另一种实施方式中，本发明的电解电池的至少一个电极由多金属氧化物制成，或者带有金属氧化物涂层。例如，电解电池的阴极由钛制成，或者阳极有半导体涂层，或者阴极有肽涂层。在另一种实施方式中，至少一个电极被耐腐蚀材料包被，例如铂和钯。

在另一种多电池的实施方式中，电池之间的空间大于电极板之间的空间。在电极板形成电极的地方，通过这种结构可防止短路。

本发明的电解电池具有以下有益效果：

1)本发明的电解电池构造独特，通过延长阳极，增大电活动的区域，使电压分布在更大的区域，防止了点/边缘退化，从而延长电池寿命，能够促进有效的运转和可靠的服务并具有低廉的构造。

2)本发明的电解电池可以和其他类似的电池堆叠在一起，形成具有更大电压的大电池。

3)本发明的电解电池可以是适用于泳池环境的单电池或堆叠电池，用于产生氯或其他离子元素，以便安全和有效地清洁池水。

4)本发明的多电池装置易于适配地用作卤素发生器，以便处理更大容量的水池。

附图说明

为了进一步理解本发明的目的和优点，应结合附图，参考以下详细说明，其中相同的部件用相同的参考数字表示，其中：

图1是本发明的电解电池的透视图，具有U形阴极，并且阳极在至少一个尺寸上超出阴极。

图2是本发明的电解电池的透视图，具有板电极，阳极在至少一个尺寸上超出阴极。

图3是本发明的堆叠电解电池的透视图，具有U形阴极，并且阳极在至少一个尺寸上超出阴极。

图4是另一种堆叠实施方式的透视图，采用8个电池，每个电池具有U形阴极。

图5是本发明电解电池的堆叠实施方式的侧视图，其中显示电极是平行且共平面的。

图6是图5显示堆叠电解电池的8个电池的实施方式。

图7和图8显示了堆叠电池的实施方式预备连接到水加氯器的结构。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，必须理解背景技术中提到的本领域的需求。最重要地，本发明的用于解决长期依赖的需求以增加水池清洁装置(如水池加氯器)领域的效率和耐用性的结构是以本发明公开的结构为代表。

图1显示了本发明适用于化学水池清洁机的电解电池的一种示范性实施方式，用数字20表示。图1中显示的示范性实施方式包括两个电极，阳极22或阴极24。阳极22有预先确定的长度和宽度。类似地，阴极24也有预先确定的长度和宽度。本发明的很重要的一个方面是阳极的至少一个尺寸大于阴极24的对应尺寸。图1显示的是阳极22的长度和宽度超过阴极24的长度和宽度的示范性实施方式。

阳极22是华夫板或网的形式。

此外，图1显示的实施方式中，阴极24是U形。在该实施方式中，阴极24包括第一直壁26和第二直壁28。连接部件30延伸在直壁26和28之间。阳极22安装在直壁26和28之间。图7和8显示本发明的化学清洁装置的一种示范性实施方式，具体地是一种包括该U-形实施方式的加氯器。如下所述，讨论的电解电池在这种装置中尤其有用。

本领域技术人员应理解，阳极仅需要在一个尺寸上超出阴极24。以上描述的实施方式中，显示阳极在长度和高度上都超出阴极，这并不是对本发明的限制。

在如上所述的示范性实施方式中，阳极的长度和宽度超出阴极0.5cm。在其他实施方式中，阳极的长度和宽度可超出阴极达2cm。

本领域技术人员应理解，通过延长阳极的长度和宽度的尺寸，点和边缘的不均匀电场尽可能减到最小，从而消除点/边缘效应。阳极的延长的尺寸通过调整不均匀电场弥补了点边缘效应。

此外，阳极的上述配置有较小的阻力和更少的损耗。这产生三个直接的优点。第一，向电极供电的电力供应可以减少。第二，相同尺寸的电池为水池环境产生更多的氯(或其他卤素)，从而增大电池的效率。第三，当点/边缘最小化时，本发明的电池在更高的平均电流密度下运行。

材料和涂层

我们已经发现，由一种惰性金属材料(例如钛)形成至少一个电极可以延长整个电池的寿命。当至少一个电极是由铂制成或者带有铂涂层时，还具有额外的有益性质。这些性质包括耐腐蚀性和延展性。用贵金属作为电解产生氯的阳极，可以产生耐腐蚀和低电阻性。通过使用这种贵金属，整个电解效率都得到提高。

此外，当至少一个电极涂有多金属氧化物时，也能产生类似的优点，例如钌阳极。然而，因为阳极比U-形阴极宽，而且因为这种涂层相对昂贵，根据以上提出的与传统思路相对的原则，在优选的实施方式中仅阳极涂有钌。

我们还发现，用耐腐蚀性材料(如铂或钯)涂覆至少一个电极也可以延长电极寿命。

图2显示本发明的电解电池的另一种示范性实施方式。该实施方式被称为板实施方式。与U-形阴极24不同，此处的阴极电极是两个板40和42。夹在两个板40和42之间的是阳极22。与图1显示的构造类似，阳极22的长度和宽度延伸，超出阴极电极的长度和宽度。具体地，阳极22的长度和宽度超出板40和42的长度和宽度。

在图2显示的示范性实施方式中，板40和42相同。然而，本领域技术人员应该理解，这并不是必需的。此外，以上关于图1所述的所有涂层和材料优选项都同样适用于图2显示的示范性实施方式。

堆叠

图3显示2个电池并排平行、非共平面排列的实施方式，而图4显示相同类型的8个电池实施方式的构造。各个阴极24为如图1所称的U-形阴极24。每个电池都包括第二电极，即阳极22。这种实施方式使用的构造与图1所述的相同。

采用图3的这种构造，电力输出是图1所示的实施方式的两倍。因此，如果图1的电池提供2伏容量，则图3中的电池提供4伏容量。类似地，图4中显示的电池实施方式提供的电容量是图1电容量的8倍，即16伏。

在图3和4显示的实施方式中，电极板都是互相平行且非共平面的。此外，电池被定位并且隔开以防止短路。在图3和4显示的构造中，电池之间的阴极发挥屏障的作用，以防止短路。另外，使电池互相间隔的距离大于电极之间的空间，也可以尽可能地减少短路。

这些电池可以是串联或并联连接。在串联中堆叠的效果是最显著的。通过串联堆叠，对于相同的功耗，电池的输入电压很高，而电流很低。供给卤素生成模块的功率以及电源本身之间的功率损耗被大大降低。技术人员可以理解，功率损耗与电流的平方成正比。

通常，如上所述的那些电系统中，存在两个以上阳极时会产生泄漏路径。在图3中，这意味着在通常的电环境下，会跨越两个阳极22产生泄漏路径。然而，每个电池的阴极都是由半导体材料制成，例如钛，使得这种泄漏路径减至最小。为了使电流从一个电池流到另一个电池，相对于较低电势电池的阴极，较高电势电池的阴极不得不充当阳极。象钛这样的半导体金属不允许电极作为阳极，因此电流不能流通2个相邻的阴极。这样就不存在泄漏路径。可以理解的是，在本发明的精神和范围内，阳极可以由铂或其他贵重材料制成，或者带有铂或其他贵重材料的涂层。此外，阳极22之间的阴极24也作为泄漏路径的阻碍物。

在图5和图6所示的示范性实施方式中，电极是平行且共平面的。电极各个22和24都是并排、平行且共平面的。

与图3和4描述的实施方式类似，图5和6的多电池实施方式与单电池相比提供了更大的电力输出。同理，图5的两电池实施方式传递4伏电势，类似地，图6中的实施方式传递16伏电势。

与上述多电池实施方式类似，阳极涂有贵金属，如铂或钯，使泄漏路径最小化。本领域技术人员还应理解，在本发明的精神和范围内，阳极可由钛或其他半导体材料制成，或者带有钛或其他半导体材料涂层。此外，阳极22之间的阴极24也作为泄漏路径的阻碍。

电池可以串联或并联方式连接。在串联中，堆叠的效果是最显著的。通过串联堆叠，对于相同的功率消耗，电池的输出电压高，而电流低。供给卤素生成模块的功率以及电源本身之间的功率损耗被大大降低，其中假定在每个示范性实施方式中，每个电池有相似的电特性，如电阻。如果不是这样，一个电池可能在较高电压下运行，而其他电池则在较低电压下运行，通过并联堆叠，不同的电池特性不影响工作电压，但对相同的功率消耗来说，电流消耗很高，设备费用往往也较高，因为整个系统有较高的电损失。

使用：

将单电池或多电池实施方式置于NaCl水溶液中。本领域技术人员可以理解，其他溶液也是可能的。例如，包括氯化钠或溴化钠的氯化物溶液也是可行的。

参考图7和图8，显示3个电池串联连接的实施方式。数字60表示的电池1包括U形阴极62，阴极62具有凸缘64。电池1包括连接部件66，其贯穿凸缘64中的开孔68。连接部件66将盛放溶液的容器67的壁与电极连接起来。用钛网制备的阳极22夹在阴极62的U形壁之间。

电池270包括第二U形阴极72，也具有法兰端部74。连接至法兰端部74的是电池1的阳极22。类似地，电池380具有法兰端部74，用于固定夹于阴极70的U形壁之间的电池2的阳极22。类似电池1，电池3具有法兰82，用于连接到盛放溶液的容器67。

这样，电池结构被固定在容器上，用于产生氯或其他电离元素。

虽然以上详细说明已经描述了本发明的水池清洁机的几种实施方式，但本领域技术人员应该理解，以上描述仅是说明性的，不用于限制本发明公开的内容。因此，本发明仅通过以下提出的权利要求书来限制。

Claims (9)

1.一种在离子水溶液中产生氯的电解电池，所述电解电池包括：

至少一个电池，该电池包括两个电极，一阳极和一阴极；

所述阴极有预先确定的长度和宽度；

所述阳极有预先确定的长度和宽度，并且至少一个所述尺寸超出阴极。

2.如权利要求1所述的电解电池，其中所述离子水溶液是盐水溶液。

3.如权利要求1所述的电解电池，其中所述阳极的长度和宽度超过阴极的长度和宽度。

4.如权利要求1所述的电解电池，其中所述阴极形成U形，包括延伸的侧壁和一连接部件，并且所述阳极位于所述延伸的侧壁和连接部件之间。

5.如权利要求1所述的电解电池，其中多个电池堆叠在一起。

6.如权利要求1所述的电解电池，其中多个电池以并联方式堆叠在一起。

7.如权利要求1所述的电解电池，其中多个电池以串联方式堆叠在一起。

8.如权利要求5所述的电解电池，其中每个堆叠的电极都是平行的。

9.如权利要求5所述的电解电池，其中每个堆叠的电极都是平行的，并且处于同一平面。

Images