CN108796542B - 一种速率可调的臭氧电解制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速率可调臭氧电解制备装置。本发明使用电解发生器调节装置，借助调节装置使得由若干个调节拉杆合围而成的圆筒形的直径变大，进而使得包覆在这一圆筒形外侧的电解电极组件发生一定的弹性变形，使电解电极组件得以展开，使其与电解液的接触面积增大，进而增加电解速率，从而实现臭氧制备速率的增大；反向转动旋转螺盘，则使得电解电极组件回缩，减少电解接触面积，使得电极速率下降；从而实现了臭氧电解效率的调整和控制。

Description

一种速率可调的臭氧电解制备装置

技术领域

本发明涉及电解制备臭氧水技术领域，尤其涉及一种速率可调的臭氧电解制备装置。

背景技术

臭氧是淡蓝色气体，是一种极强的氧化剂，通过氧化作用，抑制细菌的繁殖和生长，并导致细菌的死亡，它又是一种强杀菌剂。臭氧能溶于水，一定臭氧浓度的臭氧水同样具有极强的杀菌作用。臭氧和臭氧水能对食品、饮用水进行灭菌和消毒，在对饮用水进行消毒时，除了能杀灭水中的细菌，进一步纯化水中的杂质外，还能增加水中的含氧量。臭氧和臭氧水对细菌引发的各类皮肤病，细菌性炎症，烧伤表面等疾病，均有一定的疗效。臭氧和臭氧水还具有无副作用、无毒性、无二次污染等优点。因此，它被广泛地应用于饮用水、食品加工、医疗卫生、化工、环境保护等领域。

制备臭氧的方法有电晕法和电解法，电解法又以能制备高浓度臭氧优于电晕法。目前的电解臭氧发生装置，由电解臭氧发生器、电解臭氧发生器电源、阳极水箱、阴极水箱组成。从在上个世纪中后期，固体聚合物电解质技术被越来越多的用到产生臭氧的研究中，在固体聚合物电解质电解产生臭氧的结构中，固体聚合物离子交换膜这种固态电解质取代了传统的液态电解质，电催化颗粒直接附着于固体聚合物电解质膜两侧上，形成固体聚合物电解质复合膜，这种复合膜结构能增加电极反应的接触面积，大大提高反应物的传质速度，有利于反应产物的分离，将反应与分离融为一体，简化了电解装置的结构。膜电极组件由三部分组成，中间是固体聚合物电解质膜， 两边分别是阴极催化剂膜片和阳极催化膜片。目前，阳极催化剂膜片可以用铂、玻璃炭、二氧化锡以及二氧化铅等材料，其中二氧化铅稳定性好，且价格适中，被使用得较为广泛。阴极催化剂膜片则多采用铂、镀铂金属、碳以及镍合金等，其中铂的析氧过电位在贵金属及其合金中是最高的，对产生臭氧最为有利。在固体聚合物电解质臭氧发生器结构中，阴、阳极电催化材料与Nafion膜的复合电极是一种多孔电极，它具有比常规电极大得多的反应比表面积，有利于电解反应的进行。近些年，随着材料技术的发展，具有柔性可变形性或者弹性可变形回复性的阳离子交换膜以及阴阳极催化剂膜板已经问世，这给电解技术领域带来了新的改进动机。

现有技术中采用电解法制备臭氧的设备主要存在有以下技术问题：单个设备制备臭氧的量以及浓度有限，而且制备速率一般不可调，机器设备对不同消毒环境以及消毒需求的适应性较差，现有技术中的还没有出现一个可以很好地实现制备速率调节的臭氧制备。

由于现有设备中存在有以上问题，因此，亟需开发一种新型的电解制备臭氧的设备，以填补市场空白。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种速率可调的臭氧电解制备装置，本发明采用弹性可伸缩的电解发生器组件，具有催化效率高、效率可调的优点，具有广阔的应用前景。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种速率可调臭氧电解制备装置，包括电解水箱、电解发生器装置以及电解发生器调节装置，所述电解发生器装置包括电解电极组件以及相应的电源，所述电解电极组件包括阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜，所述电解电极组件中的阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜均采用弹性可变形材料；所述电解发生器调节装置包括旋转螺盘、若干调节拉块、若干调节拉杆、盖体；所述旋转螺盘活动设置在电解水箱上，所述旋转螺盘上设置有等间距的漩涡螺纹，所述盖体活动地扣设在所述旋转螺盘上，所述盖体的顶部内侧设置有卡槽，所述若干调节拉块的上部分别卡设在所述卡槽内并分别悬吊在所述盖体上，所述若干调节块可在所述卡槽内沿着所述盖体的径向往复移动，所述若干调节拉块的下部底端均设置有螺纹槽，所述螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块可以在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动；所述若干调节块的一端均设置有调节拉杆，所述若干调节拉杆延伸入所述电解水箱中，所述电解电极组件紧密包覆在由所述调节拉杆合围而成的圆筒形的外侧，所述若干调节拉块在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动时带动调节拉块上的调节拉杆也进行往复移动。

进一步的，所述旋转螺盘通过托台设置在所述电解水箱上，所述托台上设置有托板，所述旋转螺盘设置在所述托板上，所述托板上设置有润滑剂。

进一步的，所述旋转螺盘的顶部外侧设置有滑槽，所述盖体的外侧边扣设在所述滑槽内，所述盖体在所述滑槽中旋转运动。

进一步的，所述盖体顶部内侧的卡槽的两端设置有限位挡片。

进一步的，所述旋转螺盘的外周面上设置有摩擦纹。

进一步的，所述盖体上设置有开口，所述开口处设置有加料管道。

进一步的，所述若干调节块的上部悬吊在所述盖体上，所述若干调节块的下部与所述旋转螺盘不完全接触，所述若干调节块下部底端的螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块与所述旋转螺盘之间可以相对移动。

进一步的，所述电解水箱的上端盖为弹性可伸缩端盖，所述端盖紧密抵靠在所述若干调节拉杆上，并随着所述调节拉杆的往复运动而伸缩。

本发明的技术方案相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明的电解电极组件中的阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜均采用弹性可变形材料，这些电极以及膜材料具有可以适度进行弹性变形以及回复的功能。为了利用好这一电解电极组件的弹性回复特性，本发明设计电解发生器调节装置，该电解发生器调节装置包括旋转螺盘、若干调节拉块、若干调节拉杆、盖体；所述旋转螺盘活动设置在电解水箱上，所述旋转螺盘上设置有等间距的漩涡螺纹，所述盖体活动地扣设在所述旋转螺盘上，所述盖体的顶部内侧设置有卡槽，所述若干调节拉块的上部分别卡设在所述卡槽内并分别悬吊在所述盖体上，所述若干调节块可在所述卡槽内沿着所述盖体的径向往复移动，所述若干调节拉块的下部底端均设置有螺纹槽，所述螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块可以在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动；所述若干调节块的一端均设置有调节拉杆，所述若干调节拉杆延伸入所述电解水箱中，所述电解电极组件紧密包覆在由所述调节拉杆合围而成的圆筒形的外侧，所述若干调节拉块在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动时带动调节拉块上的调节拉杆也进行往复移动。本发明利用“活口扳手”调整扳手口径的原理，将可弹性变形的电解电解组件包覆在由若干个调节拉杆合围而成的圆筒的外侧，由于电解电极组件本身具有一定的弹性，其在初始状态是将这些调节拉杆束缚着在一个比较小的直径范围内，类似于采用一个橡胶套将这些调节拉杆包覆在一起；在这种初始状态下，由于电解电极组件的展开面比较小，其与电解水箱这种的电解水的接触面也比较小，因此在初始状态下的电解制备装置具有较低的电解制备速度。为了调节增大电解制备速度，可以转动旋转螺盘，旋转螺盘转动，设置在旋转螺盘上的漩涡螺纹也进行转动，由于调节拉块上的螺纹槽与该漩涡螺纹相啮合，进而调节拉块被旋转螺盘带动着移动，类似于“活口扳手”的原理，调节拉块只能在盖体上的卡槽的限制下沿着旋转螺盘的径向进行移动，从而带动固定在调节拉块的一端上的调节拉杆也沿着旋转螺盘的径向移动，使得由若干个调节拉杆合围而成的圆筒形的直径变大，进而使得包覆在这一圆筒形外侧的电解电极组件发生一定的弹性变形，使电解电极组件展开，使其与电解液的接触面积增大，进而增加电解速率，从而实现臭氧制备速率的增大。由于旋转螺盘上的漩涡螺纹和调节拉块上的螺纹槽之间具有自锁效应，转动旋转螺盘到一定的位置，此时的调节拉块就锁定在这一位置，使得电解电极组件的展开也处于这一特定的位置，从而使得电解制备效率也处于某一特定的值，除非是再次转动旋转螺盘，才可以改变这一状态。

本发明在调节拉块的位移路径上设置了限位挡块，这些限位挡块设置在盖体的卡槽的两侧，以防止过度的拉伸而导致电解电极组件的破裂。通常情况下，具有弹性回复特性的电解电极组件会具有一定幅度的弹性变形效应，在其变形范围内是可以进行调整的，将其拉大，增大其表面积和孔隙率，可以提高电解速率；但是其拉大的程度是有限制的，不能无限的扩张，无限的扩张会导致电解电极组件的破损，因此，需要在一个合适的范围内进行调整，但是这一变化对于电解速率的调整来说已经是比较可观的，可以实现较好的电解速率调节效果。

由于在电解制备臭氧时臭氧气体产生在阳极，为了避免具有强氧化性的臭氧对调节部件产生腐蚀，可以将阳极水箱设置在外侧，将阴极水箱设置在中心位置，即，将阳极水箱设置在电解电极组件的外侧，将阴极水箱设置在电解电极组件的内侧，将制备得到的臭氧直接由外侧导出，避免对调节装置产生腐蚀。

考虑到调节拉杆是电解电极组件的扩张与收缩会对位于电解电极组件两侧的阳极水箱和阴极水箱中的电解液液位产生影响，即，在电解电极组件扩张时，位于电解电极组件内侧的液位会下降，而位于其外侧的液位会上升，如果电解电极组件收缩，则其内侧的液位上升，外侧的液位下降。为了将液位能实时保持在一个合理的水平，在盖体上设置有开口，开口处设置有加料管道，配合阴阳极水箱各自本身的加料系统使用，以维持一个合理的内外液面高度。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中电解装置的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中旋转螺盘的上视图。

图3是本发明具体实施方式中盖体的下视图。

图4是本发明具体实施方式中调节拉块的整体结构示意图。

附图标记

1：电解水箱，2：电解发生器装置，3：电解电极组件，4：旋转螺盘，5：调节拉块，7：盖体，8：漩涡螺纹，9：卡槽，10：螺纹槽，11：调节拉杆，12：托台，13：托板,14：滑槽，15：限位挡片，16：开口，17：加料管道。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-4所示，一种速率可调臭氧电解制备装置，包括电解水箱1、电解发生器装置2以及电解发生器调节装置，所述电解发生器装置包括电解电极组件3以及相应的电源，所述电解电极组件3包括阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜，所述电解电极组件3中的阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜均采用弹性可变形材料；所述电解发生器调节装置2包括旋转螺盘4、若干调节拉块5、若干调节拉杆、盖体7；所述旋转螺盘4活动设置在电解水箱1上，所述旋转螺盘4上设置有等间距的漩涡螺纹8，所述盖体7活动地扣设在所述旋转螺盘4上，所述盖体7的顶部内侧设置有卡槽9，所述若干调节拉块5的上部分别卡设在所述卡槽9内并分别悬吊在所述盖体7上，所述若干调节块5可在所述卡槽9内沿着所述盖体7的径向往复移动，所述若干调节拉块5的下部底端均设置有螺纹槽10，所述螺纹槽10与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹8相啮合，所述若干调节块5可以在所述盖体7和所述旋转螺盘4之间的空隙中往复移动；所述若干调节块5的一端均设置有调节拉杆11，所述若干调节拉杆11延伸入所述电解水箱1中，所述电解电极组件3紧密包覆在由所述调节拉杆11合围而成的圆筒形的外侧，所述若干调节拉块5在所述盖体7和所述旋转螺盘4之间的空隙中往复移动时带动调节拉块5上的调节拉杆11也进行往复移动。

为了稳定地设置调节装置，所述旋转螺盘通过托台12设置在所述电解水箱上，所述托台12上设置有托板13，所述旋转螺盘4设置在所述托板13上，所述托板13上设置有润滑剂。

为了使盖体与旋转螺盘之间可以实现顺畅的滑动并对盖体的位置进行限位，本发明在所述旋转螺盘的顶部外侧设置有滑槽14，所述盖体7的外侧边扣设在所述滑槽14内，所述盖体7在所述滑槽14中旋转运动。

本发明在盖体顶部内侧的卡槽的两端设置有限位挡片15，以这两个限位挡片15限定调节拉块5的径向移动幅度，避免过大的位移而导致电解电极组件的被撑破或损坏。

在进行调节时，需要转动旋转螺盘，为增加转动时的摩擦力，在旋转螺盘的外周面上设置有摩擦纹。

为了保持液面的稳定，在盖体上设置有开口16，所述开口16处设置有加料管道17。

本发明的若干调节块5的上部悬吊在所述盖体7上，所述若干调节块5的下部与所述旋转螺盘4不完全接触，所述若干调节块5下部底端的螺纹槽10与设置在所述旋转螺盘4上的漩涡螺纹8相啮合，所述若干调节块5与所述旋转螺盘4之间可以相对移动。

为了保证电解水箱的封闭性，所述电解水箱的上端盖为弹性可伸缩端盖，所述端盖紧密抵靠在所述若干调节拉杆11上，并随着所述调节拉杆11的往复运动而伸缩。

本发明的电解水箱上还设置有阴阳极水箱加料装置和阴阳极气体产物排出装置。

本发明的工作原理为：转动旋转螺盘，旋转螺盘的转动使得设置在旋转螺盘上的漩涡螺纹也进行转动，由于调节拉块上的螺纹槽与该漩涡螺纹相啮合，进而调节拉块被旋转螺盘带动着移动，这类似于“活口扳手”的调节原理，调节拉块只能在盖体上的卡槽的限制下沿着旋转螺盘的径向进行移动，从而带动固定在调节拉块的一端上的调节拉杆也沿着旋转螺盘的径向移动，使得由若干个调节拉杆合围而成的圆筒形的直径变大，进而使得包覆在这一圆筒形外侧的电解电极组件发生一定的弹性变形，使电解电极组件得以展开，使其与电解液的接触面积增大，进而增加电解速率，从而实现臭氧制备速率的增大。反向转动旋转螺盘，则使得电解电极组件回缩，减少电解接触面积，使得电极速率下降。

本发明的电解电极组件中的阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜均采用弹性可变形材料，这些电极以及膜材料具有可以适度进行弹性变形以及回复的功能。为了利用好这一电解电极组件的弹性回复特性，本发明设计电解发生器调节装置，该电解发生器调节装置包括旋转螺盘、若干调节拉块、若干调节拉杆、盖体；所述旋转螺盘活动设置在电解水箱上，所述旋转螺盘上设置有等间距的漩涡螺纹，所述盖体活动地扣设在所述旋转螺盘上，所述盖体的顶部内侧设置有卡槽，所述若干调节拉块的上部分别卡设在所述卡槽内并分别悬吊在所述盖体上，所述若干调节块可在所述卡槽内沿着所述盖体的径向往复移动，所述若干调节拉块的下部底端均设置有螺纹槽，所述螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块可以在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动；所述若干调节块的一端均设置有调节拉杆，所述若干调节拉杆延伸入所述电解水箱中，所述电解电极组件紧密包覆在由所述调节拉杆合围而成的圆筒形的外侧，所述若干调节拉块在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动时带动调节拉块上的调节拉杆也进行往复移动。本发明利用“活口扳手”调整扳手口径的原理，将可弹性变形的电解电极组件包覆在由若干个调节拉杆合围而成的圆筒的外侧，由于电解电极组件本身具有一定的弹性，其在初始状态是将这些调节拉杆束缚着在一个比较小的直径范围内，类似于采用一个橡胶套将这些调节拉杆包覆在一起；在这种初始状态下，由于电解电极组件的展开面比较小，其与电解水箱这种的电解水的接触面也比较小，因此在初始状态下的电解制备装置具有较低的电解制备速度。为了调节增大电解制备速度，可以转动旋转螺盘，旋转螺盘转动，设置在旋转螺盘上的漩涡螺纹也进行转动，由于调节拉块上的螺纹槽与该漩涡螺纹相啮合，进而调节拉块被旋转螺盘带动着移动，类似于“活口扳手”的原理，调节拉块只能在盖体上的卡槽的限制下沿着旋转螺盘的径向进行移动，从而带动固定在调节拉块的一端上的调节拉杆也沿着旋转螺盘的径向移动，使得由若干个调节拉杆合围而成的圆筒形的直径变大，进而使得包覆在这一圆筒形外侧的电解电极组件发生一定的弹性变形，使电解电极组件展开，使其与电解液的接触面积增大，进而增加电解速率，从而实现臭氧制备速率的增大。由于旋转螺盘上的漩涡螺纹和调节拉块上的螺纹槽之间具有自锁效应，转动旋转螺盘到一定的位置，此时的调节拉块就锁定在这一位置，使得电解电极组件的展开也处于这一特定的位置，从而使得电解制备效率也处于某一特定的值，除非是再次转动旋转螺盘，才可以改变这一状态。

本发明在调节拉块的位移路径上设置了限位挡块，这些限位挡块设置在盖体的卡槽的两侧，以防止过度的拉伸而导致电解电极组件的破裂。通常情况下，具有弹性回复特性的电解电极组件会具有一定幅度的弹性变形效应，在其变形范围内是可以进行调整的，将其拉大，增大其表面积和孔隙率，可以提高电解速率；但是其拉大的程度是有限制的，不能无限的扩张，无限的扩张会导致电解电极组件的破损，因此，需要在一个合适的范围内进行调整，但是这一变化对于电解速率的调整来说已经是比较可观的，可以实现较好的电解速率调节效果。

由于在电解制备臭氧时臭氧气体产生在阳极，为了避免具有强氧化性的臭氧对调节部件产生腐蚀，可以将阳极水箱设置在外侧，将阴极水箱设置在中心位置，即，将阳极水箱设置在电解电极组件的外侧，将阴极水箱设置在电解电极组件的内侧，将制备得到的臭氧直接由外侧导出，避免对调节装置产生腐蚀。

考虑到调节拉杆是电解电极组件的扩张与收缩会对位于电解电极组件两侧的阳极水箱和阴极水箱中的电解液液位产生影响，即，在电解电极组件扩张时，位于电解电极组件内侧的液位会下降，而位于其外侧的液位会上升，如果电解电极组件收缩，则其内侧的液位上升，外侧的液位下降。为了将液位能实时保持在一个合理的水平，在盖体上设置有开口，开口处设置有加料管道，配合阴阳极水箱各自本身的加料系统使用，以维持一个合理的内外液面高度。

Claims (8)

1.一种速率可调臭氧电解制备装置，包括电解水箱、电解发生器装置以及电解发生器调节装置，所述电解发生器装置包括电解电极组件以及相应的电源，所述电解电极组件包括阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜，其特征在于，所述电解电极组件中的阳极催化剂膜板、阴极催化剂膜板以及PEM膜均采用弹性可变形材料；所述电解发生器调节装置包括旋转螺盘、若干调节拉块、若干调节拉杆、盖体；所述旋转螺盘活动设置在电解水箱上，所述旋转螺盘上设置有等间距的漩涡螺纹，所述盖体活动地扣设在所述旋转螺盘上，所述盖体的顶部内侧设置有卡槽，所述若干调节拉块的上部分别卡设在所述卡槽内并分别悬吊在所述盖体上，所述若干调节块可在所述卡槽内沿着所述盖体的径向往复移动，所述若干调节拉块的下部底端均设置有螺纹槽，所述螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块可以在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动；所述若干调节块的一端均设置有调节拉杆，所述若干调节拉杆延伸入所述电解水箱中，所述电解电极组件紧密包覆在由所述调节拉杆合围而成的圆筒形的外侧，所述若干调节拉块在所述盖体和所述旋转螺盘之间的空隙中往复移动时带动调节拉块上的调节拉杆也进行往复移动。

2.根据权利要求1所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述旋转螺盘通过托台设置在所述电解水箱上，所述托台上设置有托板，所述旋转螺盘设置在所述托板上，所述托板上设置有润滑剂。

3.根据权利要求2所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述旋转螺盘的顶部外侧设置有滑槽，所述盖体的外侧边扣设在所述滑槽内，所述盖体在所述滑槽中旋转运动。

4.根据权利要求3所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述盖体顶部内侧的卡槽的两端设置有限位挡片。

5.根据权利要求4所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述旋转螺盘的外周面上设置有摩擦纹。

6.根据权利要求5所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述盖体上设置有开口，所述开口处设置有加料管道。

7.根据权利要求6所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述若干调节块的上部悬吊在所述盖体上，所述若干调节块的下部与所述旋转螺盘不完全接触，所述若干调节块下部底端的螺纹槽与设置在所述旋转螺盘上的漩涡螺纹相啮合，所述若干调节块与所述旋转螺盘之间可以相对移动。

8.根据权利要求7所述的速率可调的臭氧电解制备装置，其特征在于，所述电解水箱的上端盖为弹性可伸缩端盖，所述端盖紧密抵靠在所述若干调节拉杆上，并随着所述调节拉杆的往复运动而伸缩。

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