CN102121113B - 三槽组合式电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解液槽以及使用该电解液槽的三槽组合式电解槽，属于电解槽技术领域，其技术要点包括槽体，其中所述的槽体内间隔设有隔栅，在隔栅上分布有通孔；一种三槽组合式电解槽，包括阴极槽、阳极槽、负电极板、阴离子交换膜和阳离子交换膜和正电极板，其还包括上述的电解液槽；本发明旨在提供一种结构简单、可使电解液分布均匀且可对离子交换膜起支撑作用的电解液槽以及一种结构紧凑、可节约生产成本的使用上述电解液槽的三槽组合式电解槽；用于生产强酸和/或强碱性电解水。

Description

三槽组合式电解槽

技术领域

本发明涉及一种用于制造强酸性电解水的电解槽的组件，更具体地说，尤其涉及一种电解液槽；本发明还涉及使用该电解液槽的三槽组合式电解槽。 

背景技术

酸性氧化电位水发生器是一种可用于多领域的消毒设备，它运用电解的方法将水中的食盐处理成一种杀菌力强，杀菌谱宽，对人体无害，不污染环境的强酸性电解水。 

在制消毒剂行业，传统的生产需要消耗大量的化工原料，对环境产生污染，贮运时存在火灾、爆炸等隐患，用户购回消毒剂后要学会配兑、检测。这些工作既烦琐，又对人和环境有害。后来，人们开发了次氯酸钠发生器、二氧化氯发生器等产品，实现了消毒剂的现场制备，但仍需用大量的化工原料，且消毒液生产仍不连续。90年代中后期，日本开始报道了一种新型的强酸性电解水发生器，使消毒液的生产实现了连续化，使化工原料的用量减少，又由于这种水在消毒时新的一些特性，引起了人们的注目。 

强酸性电解水为无色、透明、无明显刺激性和异味的液体，所含有效氯浓度为10～160mg/L，pH：2～3，氧化还原电位(ORP)：900-1200mv；接触空气、光线、有机物、或加温至摄氏40度以上可逐渐还原成普通水。 

强酸性电解水由酸性氧化电位水发生器产生，该发生器由电源、电解槽、盐液泵、贮盐箱、计量与控制仪表等组成，有的还有贮水箱、进水预处理系统或清洗系统等。电解槽是生成器的核心部件，目前按电解槽的结构来分有两种电解槽，分别为两槽式电解槽和三槽式电解槽。三槽连续式电解槽是从二槽连续式电解槽发展而来的。二槽连续式电解槽工作原理如图6所示，由阳电极，阴电极和微滤隔膜组成阳极槽和阴极槽，进入电解槽的水先在槽外调制成稀盐水溶液，进入电解槽后：其阳极槽反应式为： 

H₂O→1/2O+2H⁺+2e^-

2Cl^-→Cl₂+2e^-

Cl₂+H₂O→HCl+HOCl 

其阴极槽反应式为： 

H₂O+2e^-→1/2H₂+OH^-

由于是稀盐水溶液整体在电解槽内反应，稀盐水中所有成份(不仅是酸性氧化电位水有效成份)都参与了电解反应，做了许多无用功；一些不溶于水的杂质还会沉积于极板上形成垢，也会大大影响电解效率，这些因素使得二槽连续式电解槽制做成的电解水发生能耗高， 结构复杂。 

三槽连续式电解槽工作原理如图7所示，由阳电极，阴电极和阳离子膜和阴离子膜组成阳极槽，阴极槽和浓盐溶液槽三槽。浓盐溶液槽中的Cl离子经阴离子膜渗入阳极槽，产生如下反应： 

2Cl^--2e＝Cl₂

Cl₂+H₂O＝HCl+HClO 

浓盐溶液槽中的Na离子往阳离子膜渗入到阴极槽原水中则产生如下反应： 

2H₂O+2e＝H₂+2OH^-

2OH^-+Na⁺＝NaOH+OH^-

由上三槽连续式电解槽生成强电解水原理，可以看出它和上述二槽连续式电解槽生成强电解水的主要区别在三槽连续式电解槽仅将浓盐溶液槽中的离子通过离子交换膜迁移入阳极槽或阴极槽参与电解反应，由于反应槽中没有多余成份和杂质，并能根据电解反应需要调节参与反应的离子数量，因此显著节省功耗，并避免了杂质在极板上沉降，省去了除垢和控制盐水浓度的措施，所以设备可大大简化。 

由于三槽式电解槽是由极板、隔膜、盐水槽、阳极水槽、阴极水槽和水道组成。电解槽的工作效率除与极板、隔膜的材质相关外，还与极板构造和间距有关，现有设计的电解槽用电极板是平面整板，表面无水通道，该种设计的电极板在产出同样指标的强酸性(或强碱性)水，所消耗的电量和盐量相对较大，与同类的产品比较无明显节能优势，而且现有设计的电解液槽为达到使槽内盐水分布均匀，且使槽腔两侧的离子交换膜有所支撑，所以在电解液槽内加入一定量的小颗粒玻璃珠。此工艺虽然解决了支撑离子交换膜和使盐水分均匀的问题，但却增加新的问题，小颗粒的玻璃珠的直径一般为Φ2mm～Φ3mm，添加玻璃珠过程中，玻璃易滚动，时常会滚到结构件或密封件之间，使得安装好的电解槽出现漏水现象，而需反复拆装，费工费时。另外，安装了玻璃珠的三槽式电解槽在使用了一段时间后，槽腔内的玻璃珠会慢慢的向电解液槽的底部移动，使得电解液槽上部的没有玻璃珠，而致使盐水在电解液槽内的分布不够均匀了。 

另外，强酸性电解水的杀菌机理主要有如下的几点： 

(1)pH：适宜于微生物生存的pH值范围，在微生物发芽时为3～9，发育时为4～9(霉菌为2.0～8.5)，强酸性电解水的pH值在2.7以下，会严重破坏微生物表面结构中的两性物质如寡肽、多糖等，使细胞膜通透性增加，代谢过程受阻，导致死亡； 

(2)ORP：好气性微生物生存适宜的ORP范围是+200～+800mV，厌气性微生物为-700～+200mV，而新制备强酸性电解水的氧化还原电位高达+1100mV，可改变细胞内电子流 动，从而严重影响微生物的能量代谢与ATP的产生； 

(3)有效氯：水源中的Cl^-在阳极附近被氧化形成HCLO，而强酸性电解水的有效氯浓度为10～160mg/L，存在于酸性溶液中杀菌能力远强于OCL^-； 

因此，酸性电解水需在pH、ORP、有效氯同时达到要求的情况下，其杀菌能力才最强。 

但是现有技术的电极板无法很好地控制三个指标的参数，通常会出现pH值达到指标要求(pH：2-3)时，有效氯的浓度会过高，当有效氯浓度过高的话，对环境会造成一定的污染；但当控制了有效氯浓度(10～60mg/L)时，pH值又会高于指标要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、可使电解液分布均匀且可对离子交换膜起支撑作用的电解液槽。 

本发明的另一目的在于提供一种结构紧凑、可节约生产成本的使用上述电解液槽的三槽组合式电解槽。 

本发明的前一目的是这样实现的：一种电解液槽，包括槽体，其中所述的槽体内间隔设有隔栅，在隔栅上分布有通孔。 

上述的电解液槽中，所述的隔栅的间隔距离为10～20mm。 

上述的电解液槽中，所述的通孔的孔径为3～4mm。 

本发明在采用上述结构后，通过将原有的小颗粒的玻璃珠用带通孔的隔栅替代，节省了玻璃珠的使用成本，且使电解液在电解液槽内可以分布均匀，且不会出现渗漏现象，省去了玻璃珠材料的费用，不仅使生产工艺更简便，而且更能节省材料；并且隔栅可以有效地对离子交换膜起到支撑作用，且安装方便快捷。 

本发明的后一目的是这样实现的：包括至少两个的电解单元，各电解单元包括上述的电解液槽和电解液槽一侧向外依序设置阳离子交换膜、负电极板和阴极槽、另一侧向外依序设置对应的阴离子交换膜、正电极板和阳极槽；电解单元之间共用槽体为阴极槽或阳极槽。 

上述的一种三槽组合式电解槽，包括两个的电解单元、其共用槽体为阳极槽、其为两侧相通的框形结构；阴极槽、负电极板、阴离子交换膜、阳离子交换膜和正电极板分别有两个；两个阴极槽分别位于阳极槽的两侧；两个电解液槽分别设置在阳极槽和阴极槽之间；阳离子交换膜和负电极板分别位于阴极槽和电解液槽之间，阴离子交换膜和正电极板分别位于阳极槽和电解液槽之间，且阴离子交换膜和电极板以及阳离子交换膜和电极板均由内至外分别依序设置在电解液槽的两侧。 

上述的三槽组合式电解槽中，所述的阴、阳离子交换膜外围均设有固定阴、阳离子交换膜的密封垫片，密封垫片的横截面为Y形，各阴、阳离子交换膜分别夹设在密封垫片开口部 内。 

上述的三槽组合式电解槽中，所述的电极板上分布有通孔，通孔的孔径为1.5～10mm，通孔之间的间距为6～30mm。 

上述的三槽组合式电解槽中，所述的电极板一端设有极板连接柱。 

本发明采用上述结构后，将现有的两个单元或两个单元以上的三槽组合式电解槽紧密地溶合在一起，实现各单元的电解槽完全交换的技术效果，同时不仅节省了材料，降低了生产成本，使得电解槽的结构变得紧凑，且共用一个阳极槽或阴极槽可以使生产加工变得更加方便；进一步地，在原有平板状的电极板上增加若干通孔，使得酸性电解水的三个指标的参数得到有效的控制，通过在原有的平整的电极板上增加若干通孔，在两块相对应的电极板加上直流电压时，在直流电场的作用下，Cl^-通过阴离子交换膜渗透到阳极槽，Na⁺通过阳离子交换膜渗透到阴极槽，而原有的电极板为平板式，极板表面无通孔，所生成的Cl^-、Na⁺只能通过极板两侧进入到阳极槽或阴极槽的，使得交换能力有所减弱和消耗；本发明采用上述结构后，可有效的解决上述问题，既保证了产品的质量，又有降低功耗的作用，保证了环境不受污染。详见表1：传统的平板状电极板的电解槽与本发明的多孔电极板的电解槽的实验数据比较： 

表1传统的电解槽与本发明的电解槽的实验数据比较 

说明：上述实验数据是通过将平板电极和多孔电极安装在同一台设备里，在产出相同酸性pH值的水时所测得，通过上述实验数据可知，在酸性水达到要求的的情况下，本发明的电极板消耗的盐量及电量远远低于平板电极，大大节省了生产成本。 

附图说明

下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。 

图1是本发明电解液槽的结构示意图； 

图2是本发明电极板的结构示意图； 

图3是本发明电解槽的结构示意图； 

图4是图3中A-A处的剖视图； 

图5是本发明电解槽的分解结构示意图； 

图6是传统的二槽连续式电解槽工作原理图； 

图7是传统的三槽连续式电解槽工作原理图； 

图8是本发明的三槽隔膜式电解槽进行测试试验图。 

图中：槽体1、隔栅1a、通孔1b、阴极槽2、阳极槽3、负电极板4、通孔4a、极板连接柱4b、阴离子交换膜5、阳离子交换膜6、电解液槽1、密封垫片7、正电极板8、快速接头9。 

具体实施方式

参阅图1所示，本发明的一种电解液槽，包括槽体1，在槽体1内间隔设有隔栅1a，隔栅1a的厚度为0.8～1.0mm，隔栅1a的间隔距离为10～20mm，这样的隔栅1a可以有效地对离子交换膜起到支撑作用，防止离子交换膜出现粘连现象而导致粘连部位无电解液通过，使得电解液无法均匀分布在电解液槽内；在隔栅1a上分布有通孔1b，通孔1b的孔径为3～4mm，通过在隔栅1a上设置通孔1b，使得电解液可以在槽体1内自由流通，且由于通孔1b之间的隔栅的阻挡，可以使电解液不会发生沉积，在槽体1内均匀地流通。 

参阅图2至图5所示，本发明的一种三槽组合式电解槽，包括两个的电解单元，各电解单元包括上述的电解液槽1、阴极槽2、阳极槽3、负电极板4、阴离子交换膜5、阳离子交换膜6以及正电极板8；两组合电解单元共用槽体为阳极槽3、其为两侧相通的框形结构，且其容积为单侧阴极槽2的两倍，电解液槽1、阴极槽2、负电极板4、阴离子交换膜5、阳离子交换膜6和正电极板8的数量分别为两个，在电极板上分布有通孔4a，通孔4a的孔径为1.5～10mm，通孔4a之间的间距为6～30mm；在电极板一端还设有极板连接柱4b，这样可以使夹紧固定在槽与槽之间的电极板4外接电源；两个阴极槽2分别位于阳极槽3的两侧；两个电解液槽1分别设置在阳极槽3和阴极槽2之间；阳离子交换膜6和负电极板4分别位于阴极槽2和电解液槽1之间，阴离子交换膜5和正电极板8分别位于阳极槽3和电解液槽1之间，且阴离子交换膜5和正电极板8以及阳离子交换膜6和负电极板4均由内至外分别依序设置在电解液槽1的两侧；进一步地，为了有效隔离各槽，保证各槽之间的相对密封性，在阴、阳离子交换膜5，6外围均设有固定阴、阳离子交换膜5，6的密封垫片7，密封垫片7的横截面为Y形，各阴、阳离子交换膜5，6分别夹设在密封垫片7开口部内，通过密封垫片7将各离子交换膜固定在槽与槽之间，使阴、阳离子交换膜5，6不会发现变形、位移，并且在阴、阳离子交换膜5，6两侧有电极板4和带隔栅1a的电解液槽1，确保阴、阳离子交换膜5，6不会发生位移，有效保证生产出的电解水的质量。 

本发明在具体使用时，该三槽组合式电解槽为酸性氧化电位水发生器的核心部件，其结 合电控机构和水路控制机构等机构组成，由电控机构控制系统整体工作，其中将本发明的三槽组合式电解槽的各部件依序安装好后，在阴极槽2、阳极槽3和电解液槽1周边对应的定位孔内穿入螺栓锁紧，然后在阴极槽2、阳极槽3和电解液槽1的进液口和出液口分别安装快速接头9，将阴极槽2和阳极槽3上的两个快速接头9分别与外部循环水连接，将电解液槽1上的两个快速接头9连接外部循环循环盐水，负电极板连接电源负极、正电极板加接电源正极。电控机构控制正负电极板通电及水路控制机构水路循环工作。 

在直流电场的作用下，Cl^-通过阴离子交换膜5渗透到阴极槽2，Na⁺通过阳离子交换膜6渗透到阳极槽3。阴极槽2的溶液成酸性，且含大量活性成分，氧化还原电位也较高，即为强酸性电解水又称为酸性氧化电位水。酸性氧化水指的是：在水中食盐用直流电压电解时，阳极侧生成的氧化还原电位(ORP)+1000mv以上，pH2.7以下的阳极水。由于强酸性水具有一般水所没有的功能，如：杀菌力强、杀菌谱宽、对人体无害、不污染环境等特点。 

下列对三槽隔膜式电解槽进行测试试验： 

1实验目的 

1.1测试新设计安装的三槽隔膜电解槽，在总流量4L/min时，产出的酸性水达标时的pH、ORP、有效氯，耗盐量，耗电量。 

1.2酸性水指标 

pH值：＜3.0 

氧化还原电位ORP：＞+1100mv 

有效氯：10-40mg/L 

耗电量：＜50W.h/L 

耗盐量：50-100mg/L 

2实验装置(参见图8) 

3实验方法 

3.1如上图2三槽隔膜电解槽总装图，安装好测试用试验槽； 

3.2如图1，将安装好的试验槽，连接到整体系统装置中，以下参数进行试验； 

a.总流量：4L/min自来水(酸碱性出水流量各2L/min)； 

b.pH值分别为：2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5； 

3.3按以上参数，分别记录产出的酸性水时的OPR、有效氯、耗盐量、耗电量(实验数据见下表)： 

4三槽隔膜式电解槽试验数据： 

源水pH：7.4；电导率：210μs/cm；ORP：+310mv；处理水量：2L/min(酸/碱出水各1L/min)。 

5实验结论 

从实验数据来看，该三槽隔膜电解在总流量4L/min时，产出水可以达到设计要求。 

综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制。如本发明在组合时，两组合电解单元共用槽体为阴极槽2，实现二个或两个以上的电解单元组合结构均可简单实现，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。 

Claims (7)

1.一种三槽组合式电解槽，包括至少两个电解单元，其特征在于：各电解单元包括电解液槽(1)和电解液槽(1)一侧向外依序设置阳离子交换膜(6)、负电极板(4)和阴极槽(2)、另一侧向外依序设置对应的阴离子交换膜(5)、正电极板(8)和阳极槽(3)；电解单元之间共用槽体为阴极槽(2)或阳极槽(3)；电解液槽(1)内间隔设有隔栅(1a)，在隔栅(1a)上分布有通孔(1b)。

2.根据权利要求1所述的一种三槽组合式电解槽，其特征在于：包括两个电解单元、其共用槽体为阳极槽、其为两侧相通的框形结构；阴极槽(2)、负电极板(4)、阴离子交换膜(5)、阳离子交换膜(6)和正电极板(8)分别有两个；两个阴极槽(2)分别位于阳极槽(3)的两侧；两个电解液槽(1)分别设置在阳极槽(3)和阴极槽(2)之间；阳离子交换膜(6)和负电极板(8)分别位于阴极槽(2)和电解液槽(1)之间，阴离子交换膜(5)和正电极板(4)分别位于阳极槽(3)和电解液槽(1)之间，且阴离子交换膜(5)和电极板(4)以及阳离子交换膜(6)和电极板(4)均由内至外分别依序设置在电解液槽(1)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种三槽组合式电解槽，其特征在于：阴、阳离子交换膜(5，6)外围均设有固定阴、阳离子交换膜(5，6)的密封垫片(7)，密封垫片(7)的横截面为Y形，各阴、阳离子交换膜(5，6)分别夹设在密封垫片(7)开口部内。

4.根据权利要求1所述的一种三槽组合式电解槽，其特征在于：正负电极板(4)上分布有通孔(4a)，通孔(4a)的孔径为1.5～10mm，通孔(4a)之间的间距为6～30mm。

5.根据权利要求1所述的一种三槽组合式电解槽，其特征在于：所述的隔栅(1a)的间隔距离为10～20mm。

6.根据权利要求1所述的一种三槽组合式电解槽，其特征在于：所述的通孔(1b)的孔径为3～4mm。

7.根据权利要求1所述的三槽组合式电解槽，其特征在于：正负电极板(4)一端设有极板连接柱(4b)。