CN110306202A - 电解槽 - Google Patents

Abstract

本申请的电解槽，包括：管状阴极，包括相对设置的进水端与出水端；阳极，设置在管状阴极的内部；电解槽还包括：旋流发生结构，设置在管状阴极的进水端，和/或，脉冲发生装置，设置在管状阴极的进水端之前和/或管状阴极的出水端之后。本发明能够有效解决电极结垢的问题。

Description

电解槽

技术领域

本发明涉及电解技术领域，特别是关于一种电解槽。

背景技术

电解制氯是一种通过电解海水、食盐水或其他高含盐水，获得有效氯的电化学技术。由于其具有运行成本低、占地面积小、对环境友好等特点，被广泛应用于滨海电场、核电站的电解防污，船舶压载水的生物灭活处理、饮用水及食品消毒处理、污水处理、油田回注水处理、电厂脱硫废水处理等工业领域。

电解槽是电解制氯技术的核心组件，主要由槽体、阳极和阴极组成。电解槽运行一段时间后，将会在电极的表面会形成垢层，特别以阴极的钙镁沉积物为主。垢层的积累会造成电解槽电流效率降低、能耗增加、严重时甚至会引起电极短路，造成电极溶解。因此必须定期进行酸洗。近年来随着水质污染加剧，海水电解制氯中电极污染问题日益突出，使得对电极进行酸洗的频率越来越高。此外，随着电解制氯在污水处理、回注水处理行业的应用，电极结垢问题成为限制该技术推广应用的瓶颈技术，亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解槽，能够解决电极结垢问题。

本发明提供一种电解槽，包括：

管状阴极，包括相对设置的进水端与出水端；

阳极，设置在所述管状阴极的内部；

所述电解槽还包括：

旋流发生结构，设置在所述管状阴极的进水端；和/或，

脉冲发生装置，设置在所述管状阴极的进水端之前和/或所述管状阴极的出水端之后。

其中，所述阳极为管状且与所述管状阴极同轴设置。

其中，所述管状阴极为钛管，所述阳极为钌铱金属氧化物阳极。

其中，一种所述旋流发生结构包括进水槽与导流锥，所述管状阴极的进水端与所述进水槽连通，所述管状阴极的进水端与所述进水槽的底壁之间具有进水缝隙，所述进水槽的底壁在所述进水缝隙之间的位置处设有导流锥。所述导流锥的轴线与所述管状阴极的轴线重合，所述导流锥的底部的直径小于所述管状阴极的直径，所述导流锥的尖部伸入所述管状阴极的进水端。

其中，另一种所述旋流发生结构包括进水槽、导流锥、叶轴及导流叶，所述管状阴极的进水端与所述进水槽连通，所述导流锥、叶轴及导流叶设置在所述进水槽中，所述导流锥的底部与所述叶轴连接，所述导流叶设置在所述叶轴上，所述导流叶朝向所述管状阴极的进水端。所述导流锥的轴线与所述叶轴的轴线重合，所述叶轴的侧面间隔形成有沟槽，所述沟槽从所述叶轴的底部沿所述叶轴的轴线向所述叶轴的顶部螺旋延伸，所述叶轴上的位于相邻两个所述沟槽之间的部分构成一个所述导流叶。所述进水槽呈管状且轴线与所述管状阴极的轴线重合，所述导流锥与所述进水槽同轴设置，所述导流锥与所述进水槽的侧壁具有进水缝隙。

其中，所述脉冲发生装置包括第一脉冲带、第二脉冲带与脉冲信号发生器，所述管状阴极的进水端之前设有入水管路，所述管状阴极的出水端之后设有出水管路，所述第一脉冲带与所述第二脉冲带绕设在所述进水管路和/或所述出水管路上，所述第一脉冲带与所述第二脉冲带分别与脉冲信号发生器连接。

其中，所述脉冲信号发生器用于产生频率为3-32千赫兹的电脉冲信号。

本发明的电解槽，管状阴极包括相对设置的进水端与出水端，阳极设置在管状阴极的内部，电解槽还包括旋流发生结构和/或脉冲发生装置，其中，旋流发生结构设置在管状阴极的进水端，脉冲发生装置设置在管状阴极的进水端之前和/或管状阴极的出水端之后。本发明能够利用旋流发生结构的旋流冲刷作用、脉冲发生装置的电场作用或二者的结合，有效解决电极结垢的问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的电解槽的结构示意图。

图2为本发明第二实施例中的电解槽的结构示意图。

图3为本发明第三实施例中的电解槽的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

第一实施例

图1为本发明第一实施例中的电解槽的结构示意图。如图1所示，本实施例的电解槽包括管状阴极20、阳极30及旋流发生结构10。

管状阴极20呈管状，在作为阴极的同时还充当电解槽的一部分壳体。管状阴极20包括相对设置的进水端22与出水端21，出水端21设有出水口23，在本实施例中，出水端21的端部密封，例如通过法兰盘配合密封垫圈对出水端21的端部进行密封，出水口23设置在出水端21的侧壁上。可以理解，在另一实施例中，还可以是出水端21的端部部分封闭以形成出水口23。

阳极30设置在管状阴极20的内部，在本实施例中，阳极30为管状且与管状阴极20同轴设置。通过采用管状阴极20和管状阳极30，可以提高电解槽的电流效率、抗压能力，适用于水质较差或对运行流速较高的领域的水处理。

在本实施例中，管状阴极20为钛管，阳极30为钌铱金属氧化物阳极，从而可以用于进行电解制氯。电解时，在管状阴极20和阳极30之间施加直流电，介质在管状阴极20内部流动时被电解，生成具有一定消毒灭菌效果的次氯酸盐。

旋流发生结构10设置在管状阴极20的进水端22，用于对即将进入或已进入管状阴极20的介质的流动方向和流动速度进行调整，提高介质对电极表面的冲刷作用，从而减少或避免电极表面的结垢现象。

旋流发生结构10包括进水槽13与导流锥11，管状阴极20的进水端22与进水槽13连通，进水槽13用于向管状阴极20的内部提供介质，在本实施例中，进水槽13呈箱状，管状阴极20的进水端22从进水槽13的顶部插入进水槽13中而与进水槽13连通，进水槽13包括入水口131，入水口131设置在进水槽13的侧面上部。

在本实施例中，管状阴极20的进水端22与进水槽13的底壁132之间具有进水缝隙12，进水槽13的底壁132在与管状阴极20的进水端22对应的位置处设有导流锥11，导流锥11位于进水缝隙12之间，从而与进水缝隙12共同产生旋流作用。导流锥11为一锥形体，实际实现时，导流锥11的轴线与管状阴极20的轴线重合，导流锥11的底部的直径小于管状阴极20的直径，导流锥11的尖部伸入管状阴极20的进水端22。

如图1中的箭头所示，当介质从入水口131流入进水槽13后，通过进水缝隙12流入管状阴极20的进水端22，在此过程中，从进水缝隙12进来的介质在遇到导流锥11后快速螺旋上升，最后由位于管状阴极20上的出水口23流出，相对不设置旋流发生结构10而使介质直接进入管状阴极20而言，介质在旋流发生结构10的作用下发生了流动方向和流动速度的变化，提高了介质对电极表面的冲刷作用，从而减少或避免电极表面的结垢现象，降低电解槽能耗、延长电解槽的使用寿命并降低维护成本。

通过合理设置进水缝隙12的大小、导流锥11的底部直径及导流锥11的高度，可以调整介质进入管状阴极20的流动方向和流动速度，同时保证电解槽中介质的合理流速。此外，旋流发生结构10由进水槽13及导流锥11共同构成，结构简单，易于加工。

在本实施例中，入水口131设有入水管135，使得入水管135位于管状阴极20的进水端22之前，出水口23设有出水管231，使得出水管231位于管状阴极20的出水端21之后。

进一步地，电解槽还包括脉冲发生装置，脉冲发生装置设置在管状阴极20的进水端22之前和/或管状阴极20的出水端21之后。在本实施例中，入水管135上绕设有第一脉冲带133，出水管231上设有第二脉冲带232，第一脉冲带133与第二脉冲带232为扁平状的线缆并均匀缠绕在对应管路的表面。第一脉冲带133和第二脉冲带232分别与脉冲信号发生器(图未示)连接。

脉冲信号发生器通过微芯片控制，产生高频振荡脉冲信号，信号通过缠绕在管路上的第一脉冲带133和第二脉冲带232向左右两个方向传播。脉冲信号发生器产生的高频脉冲场使介质中呈现电位梯度，从而影响介质中钙镁晶体的析出。此外，第一脉冲带133和第二脉冲带232发出的电信号在管道中共同作用产生谐波，谐波与水分子发生共振，引发雪球效应，使不稳定的过饱和碳酸钙溶液、碳酸镁溶液转化成稳定的不饱和溶液，使水垢不再产生和附着。通过脉冲信号，可以抑制介质中钙镁离子的析出、附着，从而有效减少或避免电极表面的结垢现象，降低电解槽能耗、延长电解槽的使用寿命并降低维护成本，特别适用于处理钙镁离子含量高的水质。

在本实施例中，脉冲信号发生器向第一脉冲带133和第二脉冲带232输出频率为3-32千赫兹的电脉冲信号。

在另一实施例中，还可以是只在入水管135或出水管231上绕设第一脉冲带133和第二脉冲带232。

应理解，在图1所示的结构中，可以去除导流锥11并在管状阴极20的进水端22与进水槽13的底壁132之间留有进水通道，也即不设置旋流发生结构，此时在入水管135或出水管231上分别绕设第一脉冲带133和第二脉冲带232，或只在入水管135或出水管231上绕设第一脉冲带133和第二脉冲带232，均可以达到减少或避免电极表面的结垢现象的效果。

第二实施例

图2为本发明第二实施例中的电解槽的结构示意图。如图2所示，本实施例的电解槽包括管状阴极20、阳极30及旋流发生结构60。

管状阴极20呈管状，在作为阴极的同时还充当电解槽的一部分壳体。管状阴极20包括相对设置的进水端22与出水端21，出水端21设有出水口23，在本实施例中，出水端21的端部密封，例如通过法兰盘配合密封垫圈对出水端21的端部进行密封，出水口23设置在出水端21的侧壁上。可以理解，在另一实施例中，还可以是出水端21的端部部分封闭以形成出水口23。

阳极30设置在管状阴极20的内部，在本实施例中，阳极30为管状且与管状阴极20同轴设置。通过采用管状阴极20和管状阳极30，可以提高电解槽的电流效率、抗压能力，适用于水质较差或对运行流速较高的领域的水处理。

在本实施例中，管状阴极20为钛管，阳极30为钌铱金属氧化物阳极，从而可以用于进行电解制氯。电解时，在管状阴极20和阳极30之间施加直流电，介质在管状阴极20内部流动时被电解，生成具有一定消毒灭菌效果的次氯酸盐。

旋流发生结构60设置在管状阴极20的进水端22，用于对即将进入或已进入管状阴极20的介质的流动方向和流动速度进行调整，提高介质对电极表面的冲刷作用，从而减少或避免电极表面的结垢现象。

旋流发生结构60包括导流锥61、叶轴62、导流叶63及进水槽65，管状阴极20的进水端22与进水槽65连通，进水槽65用于向管状阴极20的内部提供介质，在本实施例中，进水槽65呈管状，进水槽65的轴线与管状阴极20的轴线重合，进水槽65的顶部开口并与管状阴极20的进水端22连接，例如通过法兰与管状阴极20的进水端22连接，进水槽65与管状阴极20直径相同或不同，进水槽65包括入水口651，在本实施例中，入水口651设置在进水槽65的底壁652中部。

在本实施例中，导流锥61为一锥形体，具有锥面、尖部及底部，导流锥61的底部与叶轴62的一端连接，导流叶63设置在叶轴62上，导流叶63朝向管状阴极20的进水端22，导流锥61的尖部朝向进水槽65的入水口651。导流锥61与进水槽65同轴设置并固定在进水槽65中，导流锥61与进水槽65的侧壁具有进水缝隙，因而进水槽65也相当于旋流发生结构60的外套管。

在本实施例中，导流锥61的轴线与叶轴62的轴线重合，叶轴62的侧面间隔形成有多个沟槽，每个沟槽从叶轴62的底部沿叶轴62的轴线向叶轴62的顶部螺旋延伸，叶轴62上的位于相邻两个沟槽之间的部分构成一个导流叶63，当然，也可以将沟槽理解为导流叶63。实际实现时，导流叶63还可以是固定在叶轴62上的螺旋状叶片，通过将多个带有导流叶63的叶轴62固定到导流锥61的底部，形成旋流发生结构60。

如图2中的箭头所示，当介质从入水口651流入进水槽65后，顺着导流锥61进入导流叶63，再沿导流叶63形成强旋流后进入管状阴极20的进水端22，最后由位于管状阴极20上的出水口23流出，相对不设置旋流发生结构60而使介质直接进入管状阴极20而言，介质在旋流发生结构60的作用下发生了流动方向和流动速度的变化，提高了介质对电极表面的冲刷作用，从而减少或避免电极表面的结垢现象，降低电解槽能耗、延长电解槽的使用寿命并降低维护成本。

通过合理设置导流叶63的长度、螺旋角度、叶轴62上的沟槽深度，可以调整介质进入管状阴极20的流动方向和流动速度，同时保证电解槽中介质的合理流速。此外，旋流发生结构60包括进水槽、导流锥、叶轴及导流叶，结构简单，易于加工。

在本实施例中，入水口651设有入水管655，使得入水管655位于管状阴极20的进水端22之前，出水口23设有出水管231，使得出水管231位于管状阴极20的出水端21之后。

进一步地，电解槽还包括脉冲发生装置，脉冲发生装置设置在管状阴极20的进水端22之前和/或管状阴极20的出水端21之后。在本实施例中，入水管655上绕设有第一脉冲带653，出水管231上设有第二脉冲带232，第一脉冲带653与第二脉冲带232为扁平状的线缆并均匀缠绕在对应管路的表面。第一脉冲带653和第二脉冲带232分别与脉冲信号发生器(图未示)连接。

脉冲信号发生器通过微芯片控制，产生高频振荡脉冲信号，信号通过缠绕在管路上的第一脉冲带653和第二脉冲带232向左右两个方向传播。脉冲信号发生器产生的高频脉冲场使介质中呈现电位梯度，从而影响介质中钙镁晶体的析出。此外，第一脉冲带653和第二脉冲带232发出的电信号在管道中共同作用产生谐波，谐波与水分子发生共振，引发雪球效应，使不稳定的过饱和碳酸钙溶液、碳酸镁溶液转化成稳定的不饱和溶液，使水垢不再产生和附着。通过脉冲信号，可以抑制介质中钙镁离子的析出、附着，从而有效减少或避免电极表面的结垢现象，从而降低电解槽能耗、延长电解槽的使用寿命并降低维护成本，特别适用于处理钙镁离子含量高的水质。

在本实施例中，脉冲信号发生器向第一脉冲带653和第二脉冲带232输出频率为3-32千赫兹的电脉冲信号。

在另一实施例中，还可以是只在入水管655或出水管231上绕设第一脉冲带653和第二脉冲带232。

应理解，在图2所示的结构中，可以去除导流锥61、叶轴62、导流叶63并保留进水槽65，也即不设置旋流发生结构，此时在入水管655或出水管231上分别绕设第一脉冲带653和第二脉冲带232，或只在入水管655或出水管231上绕设第一脉冲带653和第二脉冲带232，均可以达到减少或避免电极表面的结垢现象的效果。

第三实施例

图3为本发明第三实施例中的电解槽的结构示意图。如图3所示，本实施例的电解槽包括管状阴极20、阳极30及脉冲发生装置。

管状阴极20呈管状，在作为阴极的同时还充当电解槽的一部分壳体。管状阴极20包括相对设置的进水端22与出水端21，出水端21设有出水口23，进水端22设有入水口25，在本实施例中，出水端21的端部密封，例如通过法兰盘配合密封垫圈对出水端21的端部进行密封，出水口23设置在出水端21的侧壁上。可以理解，在另一实施例中，还可以是出水端21的端部部分封闭以形成出水口23。

阳极30设置在管状阴极20的内部，在本实施例中，阳极30为管状且与管状阴极20同轴设置。通过采用管状阴极20和管状阳极30，可以提高电解槽的电流效率、抗压能力，适用于水质较差或对运行流速较高的领域的水处理。

在本实施例中，管状阴极20为钛管，阳极30为钌铱金属氧化物阳极，从而可以用于进行电解制氯。电解时，在管状阴极20和阳极30之间施加直流电，介质在管状阴极20内部流动时被电解，生成具有一定消毒灭菌效果的次氯酸盐。

在本实施例中，入水口25设有入水管251，使得入水管251位于管状阴极20的进水端22之前，出水口23设有出水管231，使得出水管231位于管状阴极20的出水端21之后。

脉冲发生装置设置在管状阴极20的进水端22之前和/或管状阴极20的出水端21之后。在本实施例中，入水管251上绕设有第一脉冲带252，出水管231上设有第二脉冲带232，第一脉冲带252与第二脉冲带232为扁平状的线缆并均匀缠绕在对应管路的表面。第一脉冲带252和第二脉冲带232分别与脉冲信号发生器(图未示)连接。

脉冲信号发生器通过微芯片控制，产生高频振荡脉冲信号，信号通过缠绕在管路上的第一脉冲带252和第二脉冲带232向左右两个方向传播。脉冲信号发生器产生的高频脉冲场使介质中呈现电位梯度，从而影响介质中钙镁晶体的析出。此外，第一脉冲带252和第二脉冲带232发出的电信号在管道中共同作用产生谐波，谐波与水分子发生共振，引发雪球效应，使不稳定的过饱和碳酸钙溶液、碳酸镁溶液转化成稳定的不饱和溶液，使水垢不再产生和附着。通过脉冲信号，可以抑制介质中钙镁离子的析出、附着，从而有效减少或避免电极表面的结垢现象，从而降低电解槽能耗、延长电解槽的使用寿命并降低维护成本，特别适用于处理钙镁离子含量高的水质。

在本实施例中，脉冲信号发生器向第一脉冲带252和第二脉冲带232输出频率为3-32千赫兹的电脉冲信号。

在另一实施例中，还可以是只在入水管252或出水管231上绕设第一脉冲带252和第二脉冲带232。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电解槽，其特征在于，包括：

管状阴极，包括相对设置的进水端与出水端；

阳极，设置在所述管状阴极的内部；

所述电解槽还包括：

旋流发生结构，设置在所述管状阴极的进水端；和/或，

脉冲发生装置，设置在所述管状阴极的进水端之前和/或所述管状阴极的出水端之后。

2.如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述阳极为管状且与所述管状阴极同轴设置。

3.如权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于，所述管状阴极为钛管，所述阳极为钌铱金属氧化物阳极。

4.如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述旋流发生结构包括进水槽与导流锥，所述管状阴极的进水端与所述进水槽连通，所述管状阴极的进水端与所述进水槽的底壁之间具有进水缝隙，所述进水槽的底壁在所述进水缝隙之间的位置处设有导流锥。

5.如权利要求4所述的电解槽，其特征在于，所述导流锥的轴线与所述管状阴极的轴线重合，所述导流锥的底部的直径小于所述管状阴极的直径，所述导流锥的尖部伸入所述管状阴极的进水端。

6.如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述旋流发生结构包括进水槽、导流锥、叶轴及导流叶，所述管状阴极的进水端与所述进水槽连通，所述导流锥、叶轴及导流叶设置在所述进水槽中，所述导流锥的底部与所述叶轴连接，所述导流叶设置在所述叶轴上，所述导流叶朝向所述管状阴极的进水端。

7.如权利要求6所述的电解槽，其特征在于，所述导流锥的轴线与所述叶轴的轴线重合，所述叶轴的侧面间隔形成有沟槽，所述沟槽从所述叶轴的底部沿所述叶轴的轴线向所述叶轴的顶部螺旋延伸，所述叶轴上的位于相邻两个所述沟槽之间的部分构成一个所述导流叶。

8.如权利要求6或7所述的电解槽，其特征在于，所述进水槽呈管状且轴线与所述管状阴极的轴线重合，所述导流锥与所述进水槽同轴设置，所述导流锥与所述进水槽的侧壁具有进水缝隙。

9.如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，所述脉冲发生装置包括第一脉冲带、第二脉冲带与脉冲信号发生器，所述管状阴极的进水端之前设有入水管路，所述管状阴极的出水端之后设有出水管路，所述第一脉冲带与所述第二脉冲带绕设在所述进水管路和/或所述出水管路上，所述第一脉冲带与所述第二脉冲带分别与脉冲信号发生器连接。

10.如权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述脉冲信号发生器用于产生频率为3-32千赫兹的电脉冲信号。