CN112813452B - 一种电解池结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解池结构，包括外壳，外壳形成有电解腔，外壳设有与电解腔连通的进水口和出水口，电解腔内设置有电解池组，电解池组包括相对设置的阳极片和阴极片；阴极片与外壳之间形成阴极腔室，阳极片与阴极片之间形成过水腔室，进水口与阴极腔室以及过水腔室均连通，出水口与阴极腔室以及过水腔室均连通；阳极片连接有阳极导电片，阳极导电片上设有封装结构；过水腔室内设置有两组交换膜组，一组交换膜组包括至少一片质子交换膜，一组交换膜组设置于过水腔室中靠近封装结构的一侧，另一组交换膜组设置于过水腔室中相对于前一组交换膜组的另一侧；阴极片在相对于各交换膜的位置上开设有若干通孔。

Description

一种电解池结构

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及电解池结构。

背景技术

以水或水系电解质为原料，通过电解装置可以制得含臭氧和其他氧化基团的水溶液。现有的用于制备臭氧或臭氧水的电解池基本结构为阳极和阴极组成或者由阳极、阴极和夹在中间起质子交换作用的膜组成，其中也不乏夹在电极中间起其他作用的膜。

其中，常见的现有技术中，电解池的结构为进水方向垂直于电极片方向，在这些结构中，质子交换膜的受水面积有限，臭氧产生于膜和阳极片之间的间隙中，间隙空间过小使得水流难以流动进而导致产生的臭氧难以从被水流带出。因此，作为另一种选择，提出了进水方向平行于电极片的电解池结构，以提高质子交换膜的受水面积，但这种电解池同样存在一定问题，如专利ZL202020040411.4提出了一种臭氧电解池结构，专利中实施例06、实施例07等多个实施例中，因质子交换膜分布在多处位置上，可能使得电流分布不均或可能使得某片质子交换膜上无电流，导致电解池的电场不均匀，从而影响电极寿命。并且，作为对质子交换膜散热和提高受水面积的有效手段，经常在阴极片上对应质子交换膜的位置开设通孔，但是，因水路经过的位置上开设过多通孔，水体会在通孔处产生圈流，圈流过多使得水体受到的阻力大，降低水流流速，流速慢则无法高效地将臭氧水带出，使得臭氧转化率受限。

最后，电解池为了避免水体接触到阳极片上的导电片，通常要对其进行封装，电解池中阳极封装处电流密度大，发热量大，热量积聚过多可能导致烧坏电极片，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种电解池结构，解决上述所述的问题。

一种电解池结构，包括外壳，所述外壳形成有电解腔，所述外壳设有与所述电解腔连通的进水口和出水口，所述电解腔内设置有电解池组，所述电解池组包括相对设置的阳极片和阴极片；

所述阴极片与所述外壳之间形成阴极腔室，所述阳极片与所述阴极片之间形成过水腔室，所述进水口与所述阴极腔室以及所述过水腔室均连通，所述出水口与所述阴极腔室以及所述过水腔室均连通；

所述阳极片连接有阳极导电片，所述阳极导电片上设有封装结构；

所述过水腔室内设置有两组交换膜组，一组所述交换膜组包括至少一片质子交换膜，一组所述交换膜组设置于所述过水腔室中靠近所述封装结构的一侧，另一组所述交换膜组设置于所述过水腔室中相对于前一组所述交换膜组的另一侧；

所述阴极片在相对于各所述质子交换膜的位置上开设有若干通孔。

进一步地，所述外壳包括电极片底座和电极片顶座，所述电极片底座和所述电极片顶座连接形成所述电解腔、所述进水口和所述出水口，所述阳极导电片包括互相连接的接电引脚部和连接部，所述连接部与所述阳极片连接，所述封装结构包括压块，所述压块压设于所述阳极导电片上且对应所述连接部开设有注胶孔。

进一步地，所述电解池组与所述外壳的侧壁之间形成有过水间隙，所述过水间隙与所述进水口以及所述出水口连通，且所述过水间隙与所述过水腔室以及所述阴极腔室连通。

进一步地，一组所述交换膜组包括一片所述质子交换膜，两片所述质子交换膜分别贴附于所述阴极片的两侧的边缘或者靠近两侧的边缘的位置。

进一步地，一组所述交换膜组包括至少两片所述质子交换膜，该组的各所述质子交换膜沿一直线呈线性排列。

进一步地，所述通孔的形状包括圆环形、多边形、不规则图形中的至少一种。

进一步地，所述电解池组的数目为至少两组。

本发明的有益效果是：

第一，电解池运作时，水体从进水口流入电解腔内，在阳极处被转化为臭氧等氧化基团，质子交换膜可以通过与其相对设置的通孔进行有效散热，避免烧坏，并且，阳极片在阳极封装处产生的热量通过阴极片上开设的靠近于阳极封装处的通孔散去，避免热量积聚。第二，水流从过水腔室和阴极腔室流过时，水体向四周散开，通孔设置于阴极片的两侧，水体从中路流过时受到的阻力小，能够实现快速向前移动，流速大，冲刷力大，溶解于水中的臭氧被快速转移至出水口处，提高了臭氧的转化率，解决了现有技术中阴极片上各处开设通孔导致水体在流槽处产生过多圈流，受到的阻力大、水体流速慢，不利于臭氧快速转移的问题。第三，本发明的质子交换膜设置于过水腔室相对的两侧，使得电解池的电场更加均匀，解决了现有技术中可能电场分布不均的问题，提高了电解池整体的可靠性和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施例中电解池结构的结构示意图。

图2为一实施例中电解池结构的局部分解示意图。

图3为一实施例中电解池结构的剖视图。

图4为一实施例中电解池结构的局部俯视图。

图5为一实施例中电解池结构的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明创造提供一种电解池结构，用于制备含有臭氧的氧化基团水，其中，本发明的电解池中水流的流向与电极板平行，如图1、图2和图3所示，其结构为：包括外壳100，所述外壳100形成有电解腔，所述外壳100设有与所述电解腔连通的进水口101和出水口102，所述电解腔内设置有电解池组，所述电解池组包括相对设置的阳极片200和阴极片300。所述阴极片300与所述外壳100之间形成阴极腔室501，所述阳极片200与所述阴极片300之间形成过水腔室502。

所述进水口101与所述阴极腔室501以及所述过水腔室502均连通，水流从进水口101流入，可分流流向过水腔室502和阴极腔室501内。所述出水口102与所述阴极腔室501以及所述过水腔室502均连通，经过低压电解转化形成的含有臭氧和其他氧化基团的水体，从过水腔室502和阴极腔室501向出水口102流出。

所述阳极片200连接有阳极导电片290，所述阳极导电片290上设有封装结构。

所述过水腔室502内设置有两组交换膜组，如图2所示，一组所述交换膜组包括至少一片质子交换膜400，一组所述交换膜组设置于所述过水腔室中靠近所述封装结构的一侧，另一组所述交换膜组设置于所述过水腔室502中相对于前一组所述交换膜组的另一侧。也即是，两组所述交换膜组分别设置于所述过水腔室502的两侧，一组交换膜组设置于过水腔室502的一侧，另一组交换膜组设置于过水腔室502的另一侧，其中一侧为过水腔室502靠近阳极封装处的一侧。

应该理解的是，过水腔室内的所述质子交换膜400的两个表面上分别紧密贴附所述阳极片200和所述阴极片300。

其中，电解腔包括了过水腔室502，阳极片200和阴极片300设置于电解腔内且阳极片200和阴极片300之间的空间定义为过水腔室502，交换膜组的质子交换膜400就设置于过水腔室502内，可以理解的是，过水腔室502的两侧在位置上同样是电解腔室的两侧。

其中，阳极片200上设置有阳极导电片290实现导电，该阳极导电片290与阳极片200的一侧连接，对阳极导电片290以及阳极片200上与阳极导电片290连接的位置进行封装处理，避免水体接触到阳极导电片290造成的短路问题。

所述过水腔室内设置有两组交换膜组，一组所述交换膜组包括至少一片质子交换膜400，所述阴极片300在相对于各所述质子交换膜400的位置上开设有若干通孔301，其中，通孔301是相对于质子交换膜400开设的，因此，可以理解的是，通孔301的开设位置为阴极片300的两侧，空间位置上对应电解腔室的两侧，其中若干通孔301为电解腔中靠近阳极封装处一侧的位置。因此，在本发明中，通孔301不仅可以对质子交换膜400散热、提高质子交换膜400的受水面积，还可以通过靠近阳极封装处的通孔301对其进行散热，避免热量积聚烧坏极板。

进一步地，本发明提出一种阳极封装的实施例，如图2和图3所示，其具体结构：所述外壳100包括电极片底座120和电极片顶座110，所述电极片底座120和所述电极片顶座110连接形成所述电解腔、所述进水口101和所述出水口102，所述阳极片200上设置有阳极导电片290，所述阳极导电片290包括互相连接的接电引脚部和连接部，所述连接部和所述阳极片200连接，所述封装结构包括压块900，所述压块900压设于所述阳极导电片290上且对应所述连接部开设有注胶孔901。其中，连接部和接电引脚部为一体成型，连接部连接阳极片200，注胶孔901中注入密封胶，避免水体接触到阳极导电片290，接电引脚部连接至外部电源实现导电。其余实施例，不进行累述。

本发明的有益效果为：第一，电解池运作时，水体从进水口101流入电解腔内，在阳极处被转化为臭氧等氧化基团，质子交换膜400可以通过与其相对设置的通孔301散热避免烧坏，并且，阳极片200在封装处产生的热量通过阴极片300上开设的靠近于阳极封装处的通孔301散去，避免热量积聚。第二，水流从过水腔室502和阴极腔室501流过时，水体向四周散开，通孔301设置于阴极片300的两侧，水体从中路流过时受到的阻力小，能够实现快速向前移动，流速大，冲刷力大，溶解于水中的臭氧被快速转移至出水口102处，提高了臭氧的转化率，解决了现有技术中阴极片300上各处开设通孔301导致水体在流槽处产生过多圈流，受到的阻力大、水体流速慢，不利于臭氧快速转移的问题。第三，本发明的质子交换膜400设置于过水腔室502的两侧位置，使得电解池的电场更加均匀，解决了现有技术中可能产生的电场分布不均的问题(因多片质子交换膜400分布在阳极片200和阴极片300形成的空间内的各处位置上，使得电流分布不均、某片质子交换膜400上可能无电流，从而导致电场不均)，提高了电解池整体的可靠性和使用寿命。

为了提高散热的效率，优选地，通孔301的开设的位置为阴极片300两侧的边缘或者靠近两侧的边缘的位置。使得开设的通孔301尽可能靠近阳极封装处，实现更好的散热。

其中，各所述通孔301用于阳极封装处散热以及提高水体与质子交换膜400的接触面积，在一个实施例中，如图3和图4所示，各所述通孔301与与其对应设置的所述质子交换膜400交错设置，质子交换膜400与通孔301错开的位置紧密贴附于阴极片300上并固定。

应该理解的是，低压电解过程中，臭氧在阳极上生成，因此生成的臭氧是存在于过水腔室502内的，而通过阳极片200和阴极片300之间的间隙形成的过水腔室502空间较小，通过的水流小，不利于带出臭氧，臭氧积聚在阳极附近会导致转化率降低。为了加速臭氧的转移，使其能够快速地从过水腔室502中转移出去，以提高臭氧的转化效率，优选的，如图3所示，各所述通孔301与与其对应的所述质子交换膜400部分重合部分错开设置，即通孔301上有部分位置不与质子交换膜400重合，由于通孔301上与质子交换膜400错开的位置，使得阴极腔室501和过水腔室502通过通孔301这部分位置连通，水体能够加大和质子交换膜400的接触面积，提高臭氧生成的效率，使得质子交换膜400含水量更高，最重要的是，过水腔室502中的臭氧能够通过通孔301快速转移至阴极腔室501里并被流经的大水流携带至出水口102，因为臭氧的快速转移，使得阳极片200能够保持高效的运作，源源不断地产生高浓度的臭氧，从而极大提高了臭氧的转化效率和臭氧水的浓度。

进一步地，如图4所示，所述电解池组与所述外壳100的侧壁之间形成有过水间隙509，所述过水间隙509与所述进水口101以及所述出水口102连通，且所述过水间隙509与所述过水腔室502以及所述阴极腔室501连通。水体由进水口101进入阴极腔室501和过水腔室502内，水体向四周散开，一部分进入过水腔室502和阴极腔室501，另一部分进入过水间隙509，过水间隙509可以增大水体和质子交换膜400的接触面积，提高质子交换膜400的质子传导能力，通过设置过水间隙509的截面与过水腔室502以及阴极腔室501的截面的大小关系，可以使过水间隙509中的水流速度大于过水腔室502和阴极腔室501的水流速度，使得过水间隙509里产生的臭氧能能够被快速带走，进而提高了臭氧浓度。

其中，上述提及的两组交换膜组分别设置于电解腔的两侧，一组所述交换膜组包括至少一片所述质子交换膜400。具体地，一组交换膜组包括一片质子交换膜400，即第一片质子交换膜400设置于电解腔中靠近阳极封装的一侧，第二片质子交换膜400设置于电解腔中相对于第一片质子交换膜400的另一侧。两片质子交换膜400分别贴附于所述阴极的两侧的边缘或者靠近两侧的边缘的位置，也即使第一片质子交换膜400尽可能靠近阳极封装处，同时，阴极片300的通孔相对于质子交换膜开设，使得通孔的位置也更近靠近阳极封装处，实现更好的散热。

作为其他拓展的实施例，例如，一组所述交换膜组包括至少两片所述质子交换膜400，该组的各所述质子交换膜400沿一直线呈线性排列，该直线方向平行于进水口101水流方向。具体地，在一个实施例中，如图5所示，一组交换膜组包括两片质子交换膜400，一组内的两片质子交换膜400沿一直线呈线性排列，阴极片300上对应四片质子交换膜400开设有若干通孔301，通孔301具体数量根据实际生产情况确定。其他实施例中，各质子交换膜400也可以不沿一直线排列，不一一进行累述。

应该理解的是，可以设置多层结构的交换膜叠加，多层交换膜组之间对应贴附设置，其层数根据实际情况设置，本实施例中，不进行累述说明。

其中，阴极片300的通孔301具体数量根据实际生产情况确定。其根据通孔301之间的间隔、阴极片300的尺寸、质子交换膜400的尺寸等具体进行设计。本实施例中，不累赘描述。

进一步地，所述通孔301的形状包括圆环形、多边形、不规则图形中的至少一种。该通孔301的目的是为实现散热，进一步地，实现散热和使得臭氧快速转移，因此，无论何种形状的通孔301都能够实现该功能，本实施例中，不累赘描述。

为了提供臭氧浓度，在一个实施例中，所述电解池组的数目为至少两组。例如，如图3所示，所述电解池的数量为两组，本实施例中，不累赘描述。

在本发明创造中，例如，阳极片200的材料为导电纳米金刚石，例如，阴极片300的材料为不锈钢。导电纳米金刚石阳极片200和不锈钢阴极片300在电解过程中不容易造成损耗，可以有效提高电解室的使用寿命。其中，阳极和阴极也可以为其他材料，上述提及的仅为部分可实施的材料。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种电解池结构，其特征在于，包括外壳，所述外壳形成有电解腔，所述外壳设有与所述电解腔连通的进水口和出水口，所述电解腔内设置有电解池组，所述电解池组包括相对设置的阳极片和阴极片；

所述阴极片与所述外壳之间形成阴极腔室，所述阳极片与所述阴极片之间形成过水腔室，所述进水口与所述阴极腔室以及所述过水腔室均连通，所述出水口与所述阴极腔室以及所述过水腔室均连通；

所述阳极片连接有阳极导电片，所述阳极导电片上设有封装结构；

所述过水腔室内设置有两组交换膜组，一组所述交换膜组包括至少一片质子交换膜，一组所述交换膜组设置于所述过水腔室中靠近所述封装结构的一侧，另一组所述交换膜组设置于所述过水腔室中相对于前一组所述交换膜组的另一侧；

所述阴极片在相对于各所述质子交换膜的位置上开设有若干通孔；

各所述通孔与与其对应设置的所述质子交换膜交错设置，使所述通孔与与其对应的所述质子交换膜部分重合部分错开设置。

2.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，所述外壳包括电极片底座和电极片顶座，所述电极片底座和所述电极片顶座连接形成所述电解腔、所述进水口和所述出水口，所述阳极导电片包括互相连接的接电引脚部和连接部，所述连接部与所述阳极片连接，所述封装结构包括压块，所述压块压设于所述阳极导电片上且对应所述连接部开设有注胶孔。

3.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，所述电解池组与所述外壳的侧壁之间形成有过水间隙，所述过水间隙与所述进水口以及所述出水口连通，且所述过水间隙与所述过水腔室以及所述阴极腔室连通。

4.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，一组所述交换膜组包括一片所述质子交换膜，两片所述质子交换膜分别贴附于所述阴极片的两侧的边缘或者靠近两侧的边缘的位置。

5.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，一组所述交换膜组包括至少两片所述质子交换膜，该组的各所述质子交换膜沿一直线呈线性排列。

6.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，所述通孔的形状包括圆环形、多边形、不规则图形中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的电解池结构，其特征在于，所述电解池组的数目为至少两组。

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