CN114368805A - 一种用于制备碱性电解离子水的电解装置 - Google Patents

一种用于制备碱性电解离子水的电解装置 Download PDF

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CN114368805A CN202210140729.3A CN202210140729A CN114368805A CN 114368805 A CN114368805 A CN 114368805A CN 202210140729 A CN202210140729 A CN 202210140729A CN 114368805 A CN114368805 A CN 114368805A
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Abstract

本发明公开了一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,包括:外接电源、与外接电源连接的电源控制单元、电解单元、温度控制单元、碱性电解离子水储存单元、水泵及液体输送管道。其中,所述外接电源的电压范围为100V~380V;所述与外接电源连接的电源控制单元包括控制模块和档位选择模块;所述电解单元包含不少于一组的电解槽模组,所述电解槽模组间的连接方式为拓扑结构;所述温度控制单元包括散热模块、温度传感器和过热保护模块;所述碱性电解离子水储存单元包括碱性电解离子水储存箱和水位传感器。本发明多个电解槽模组间以拓扑结构连接,提高了碱性电解离子水的制备效率但又不会增大电解装置的体积,电源控制单元能够精准控制碱性电解离子水的pH。

Description

一种用于制备碱性电解离子水的电解装置
技术领域
本发明涉及电解制取碱性离子水技术领域,具体为一种用于制备碱性电解离子水的电解装置。
背景技术
随着碱性电解离子水技术的发展,碱性电解离子水的应用领域也越来越广泛,如在日常生活领域,利用碱性电解离子水进行杀菌消毒、家居用品清洁、鲜果蔬菜去农残及保鲜等;在工业领域,用于配制乳化剂,可增强乳化效果,用于配制油漆,可增大油漆的延展性,用于配制切削液,切削液依然有着较好的润滑性和散热性,且在一定程度能提高加工精度,在农业领域,用于农药的配制,降低农药中重金属成分的配比,农药依然保持较好的毒性,有利于环境保护。随着人们生活水平的提高,人们对生活居住环境、食品安全、环境保护等问题越来越重视,碱性电解离子水由于其应用广泛、安全环保、无毒副作用的特性,需求量急剧增大。而现有的制备碱性电解离子水的电解装置,多为单层的电解槽结构,无法大批量的生产碱性电解离子水,若只是增大电解槽的体积,则碱性电解离子水产生的效率大大降低,且整体设备造价升高,体积过大会存在占地空间大、不易搬运等问题,此外现有的电解装置还存在制备所得的碱性电解离子水无法达到强碱性的标准,无法精准控制pH等问题,这些问题在一定程度上限制碱性电解离子水的应用和普及。
因此,我们需要开发出一种可以制备强碱性、可以调节pH、可以提高制备速率,满足短时间、大流量需求的电解装置。以满足当今市场上对碱性电解离子水的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,以解决上述背景技术中提到现有的制备碱性电解离子水的电解装置,制备的碱性电解离子水达不到强碱性的标准,无法控制pH,及制备效率低的问题。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
根据本发明,提供一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,该装置包括:包括外接电源、与外接电源连接的电源控制单元、电解单元、温度控制单元、碱性电解离子水储存单元、水泵及液体输送管道,其中,
所述外接电源的电压范围为100V~380V;
所述与外接电源连接的电源控制单元包括控制模块和档位选择模块;
所述电解单元包含不少于一组的电解槽模组,所述电解槽模组间的连接方式为拓扑结构;
所述温度控制单元包括散热模块、温度传感器和过热保护模块;
所述碱性电解离子水储存单元包括水位传感器和缺水保护模块。
在本发明的一些实施例中,基于前述方案,上述档位选择模块与上述控制模块相连,所述控制模块用于控制外接电源输出不同的电流,所述档位选择模块储存有多个参数模板。
优选地,所述参数模板的参数包括电压、电流、流速、流量及时间。进一步地,选择不同的参数模板对应不同的pH设定值,通过选择参数,可以制备出不同pH的强碱性电解离子水。
在本发明的一些实施例中,基于前述方案,上述电解槽模组由至少两个电解槽串联而成。多个电解槽串联,提高了碱性电解离子水的制备效率。
进一步地,所述电解槽包括阳极板、阳极室、阴极板、阴极室绝缘电解容器、离子交换膜;优选地,所述离子交换膜将绝缘电解容器分隔成阴极室和阳极室,所述阳极板位于阳极室与外接电源的正极相连,所述阴极板位于阴极室与外接电源的负极相连。
优选地,所述离子交换膜为一价金属阳离子交换膜,所述阳极室、阴极室均开设有入水口和出水口。需要说明的是,入水口和出水口的数量及位置可以根据制备的需求进行调整。
在本发明的一些实施例中,基于前述方案,上述散热模块包括风扇,所述温度传感器分别与恒压电源、风扇、过热保护模块连接。需要说明的是,风扇的作用是帮助电解装置散热,安装风扇的数量可根据实际需求增减。
优选地,所述温度传感器监测的温度范围为25℃~55℃,进一步地,所述过热保护模块包括过载保护电路。需要说明的是,所述风扇在温度高于25℃时启动,开启散热模式,所述过载保护电路在温度高于55℃时启动,切断电解电路,当温度降至30℃以下,自恢复开关自动接通电解电路。
在本发明的一些实施例中,基于前述方案,上述水位传感器位于碱性电解离子水储存箱内,所述碱性电解离子水储存箱通过碱性电解离子水输送泵及电解离子水输送管道与电解槽阴极室的出水口相连。碱性电解离子水完成电解后,各电解槽阴极室的电解离子水输送到碱性电解离子水储存箱,用于暂存碱性电解离子水及生产小批量碱性电解离子水。
由上述技术方案可知,本发明与现有技术相比至少具备以下优点和积极效果:
(1)本发明的电解槽单元由多个电解槽模组以拓扑结构连接而成,电解槽模组由多个电解槽串联组成,一方面能够很好地提高碱性电解离子水的制备效率,另一方面能制备稳定性较好的强碱性电解离子水,此外还能相应的减小装置的体积。
(2)本发明设置不同的档位选择,选择不同的档位,可以制备不同pH的碱性电解离子水。
本发明应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1为本发明碱性电解离子水的电解装置结构示意图;
图2为本发明电解槽模组示意图;
图3为本发明由两组电解槽模组串联组成电解单元的电解装置结构示意图;
图4为本发明由两组电解槽模组并联组成电解单元的电解装置结构示意图;
图5为本发明由四组电解槽模组串、并联交替组成电解单元的电解装置结构示意图;
图6为本发明由四组电解槽模组两两串联,再并联组成电解单元的电解装置结构示意图。
附图中,各标号所代表的部件如下:
1.阳极板,2.阳极室,3.阴极板,4.阴极室,5.绝缘电解容器,6.离子交换膜,21.阳极室入水口,22.阳极室出水口,23.电解质溶液输送泵,24.阳极室产物输送泵,41.阴极室入水口,42.阴极室出水口,43.纯水输送泵,44.碱性电解离子水输送泵。
具体实施方式
为了更加清楚的阐述本发明的目的、技术方案和优点,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的一部分实施例,而不是全部的实施例,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解,而有的操作/步骤可以合并或部分合并,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明:
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,该装置包括:包括外接电源、与外接电源连接的电源控制单元、电解单元、温度控制单元、碱性电解离子水储存单元、水泵及液体输送管道,其中,
所述外接电源的电压范围为100V~380V;
所述与外接电源连接的电源控制单元包括控制模块和档位选择模块;
外接电源的电压、电流、液体的流速、流量及制备所用时间对碱性电解离子水的制备均有影响,为了能够得到指定pH的碱性电解离子水,在本实施例中,设置了电源控制单元。优选地,所述档位选择模块与所述控制模块相连,所述控制模块用于控制外接电源输出不同的电压,所述档位选择模块储存有多个参数模板。
在本实施例中,优选地,所述参数模板的参数包括电压、电流、流速、流量及时间。进一步地,不同的参数模板对应不同的pH设定值。电源控制单元使该装置能够制备几种不同pH的碱性电解离子水。在使用时,根据实际需求,通过档位选择模块选择相应的参数模板,控制模块控制外接电源的输出电流,通电后开始电解工作。如此,能够对制备的碱性电解离子水的pH进行精准的控制。
所述电解单元包含不少于一组的电解槽模组,所述电解槽模组间的连接方式为拓扑结构;
在本实施例中,为了提升碱性电解离子水的制备效率,电解槽模组通过拓扑结构连接,进一步地,本实施例为了进一步提高碱性电解离子水的制备效率但又不过度增大电解装置的体积,将至少两个电解槽串联组成电解槽模组,其中图2示例性的呈现了五层电解槽组成的电解槽模组。
具体地,所述电解槽包括阳极板1、阳极室2、阴极板3、阴极室4绝缘电解容器5、离子交换膜6;优选地,所述离子交换膜6将绝缘电解容器5分隔成阴极室4和阳极室2,所述阳极板1位于阳极室2与外接电源的正极相连,所述阴极板3位于阴极室4与外接电源的负极相连。需要说明的是,本实施例只是示例性的呈现了五层电解槽组成的电解槽模组,可以在此基础上进行增减。
优选地,在本实施例中,所述离子交换膜6为一价金属阳离子交换膜,所述阳极室2开设有阳极室入水口21、阳极室出水口22,阴极室4开设有阴极室入水口41、阴极室出水口42。需要说明的是,在实际投入使用时,入水口和出水口的数量及位置可以根据制备的需求进行调整。
所述温度控制单元包括散热模块、温度传感器和过热保护模块;
在本实施例中,电解池在工作时,会放出大量的热,当温度升高时,可能会导致电解装置损坏,也会使氢氧根离子挥发,不利于PH稳定升高,还会影响对所制备溶液pH的检测,从而导致制备的碱性电解离子水的无法达到要求,所以需要监测电解装置的温度,并对温度进行控制。优选地,所述散热模块包括风扇,所述温度传感器分别与电源、风扇、过热保护模块连接。需要说明的是,风扇的作用是帮助电解装置散热,安装风扇的数量可根据实际需求增减。
如图2所示,示例性的呈现了由水泵向电解槽中输送液体,具体地,所述水泵及液体输送管道包括纯水输送泵43及输送管道、电解质溶液输送泵23及输送管道、碱性电解离子水输送泵44及输送管道、阳极室产物输送泵24及输送管道。
在本施例中,优选地,纯水输送泵43通过纯水输送管道与电解槽阴极室入水口41相连,碱性电解离子水输送泵44通过碱性电解离子水输送管道与电解槽阴极室出水口42相连,电解质溶液输送泵23通过电解质溶液输送管道与电解槽阳极室入水口21相连,阳极室产物输送泵24通过阳极室产物输送管道与阳极室出水口22相连。
需要说明的是,在碱性电解离子水制备的过程中,纯水由纯水输送泵输43送至各电解槽的阴极室4,电解质溶液由电解质溶液输送泵23输送至各电解槽的阳极室2中,H2O在阴极室4电解产生水合氢氧根和H2,在电解池中,阳极室2的一价阳离子发生定向移动,通过一价单向阳离子交换膜转移至阴极室4,在阴极室4形成碱性电解离子水,收集阴极室出水口42排出的液体,所得即为碱性电解离子水。
在本实施例中,优选地,所述温度传感器监测的温度范围为25℃~55℃,进一步地,所述过热保护模块包括过载保护电路。需要说明的是,所述风扇在温度高于25℃时启动,开启散热模式,所述过载保护电路在温度高于55℃时启动,切断电解电路,当温度降至30℃以下,自恢复开关自动接通电解电路。在本实施例中,风扇根据电解单元的数量设置,基本能完成散热工作,保证电解装置不会因为过热而自动断电,从而保障碱性电解离子水的制备效率,设置过载保护电路是为了在极端情况下保护电解装置。
所述碱性电解离子水储存单元包括碱性电解离子水储存箱和水位传感器;
在实施例中,优选地,碱性电解离子水储存单元用于暂存碱性电解离子水及生产小批量碱性电解离子水。
电解完成后,各电解槽阴极室4产生的电解离子水通过碱性电解离子水输送泵44输送到碱性电解离子水储存箱,水位传感器位于碱性电解离子水储存箱内,监测碱性电解离子水储存箱内水位。当所需制备的碱性电解离子水的量较少时,直接将碱性电解离子水成品输送并存放在碱性电解离子水储存箱,水位传感器监测到碱性电解离子水储存箱内水位达到目标值后,电解装置停止工作;当所需制备的碱性电解离子水的量较大时,碱性电解离子水储存箱仅作为暂存装置,水位传感器监测到碱性电解离子水储存箱内水位达到上限后,将箱内的碱性电解离子水输出,以便电解装置继续进行电解,从而制备更多的碱性电解离子水。
实施例2
如图3所示,示例性的呈现了两组电解槽模组串联组成电解单元的电解装置结构示意图,其他单元的组成及连接方式同实施例1。
在本实施例中,优选地,电解单元包括第一电解槽模组和第二电解槽模组,两电解槽模组串联,所述第一电解槽模组和第二电解槽模组中所包含的电解槽均与外接电源相连接。在电解过程中,纯水及电解质溶液分别由相应的水泵及输送管道输送至第一电解槽模组的阴极室和阳极室中,进行初步电解后,第一电解槽模组阴极室、阳极室的液体分别由相应的水泵及输送管道输送至第二电解槽模组阴极室、阳极室中,继续进行电解。完成电解后,在第二电解槽模组的阴极室出水口收集碱性电解离子水。需要说明的是,本实施例只是示例性的呈现了由两个电解槽模组串联组成的电解单元,在实际应用,可以将串联的电解槽模组相应的增加或减少。
进一步地,在本实施例中,第一电解槽模组和第二电解槽模组之间,包含将液体由第一电解槽模组阴极室出水口输送至第二电解槽模组阴极室入水口的水泵,将液体由第一电解槽模组阳极室出水口输送至第二电解槽模组阳极室入水口的水泵,完成液体在电解装置中的传输。需要说明的是,对应水泵的数量可依据串联电解槽模组的数量进行增减。
实施例3
如图4所示,示例性的呈现了两组电解槽模组并联组成电解单元的电解装置结构示意图,其他单元的组成及连接方式同实施例1。
在本实施例中,优选地,电解单元包括第一电解槽模组和第二电解槽模组,两组电解槽模组并联,所述第一电解槽模组和第二电解槽模组中所包含的电解槽均与外接电源相连接。在电解过程中,纯水及电解质溶液分别由相应的水泵及输送管道同时输送至第一电解槽模组和第二电解槽模组的阴极室及阳极室中,在两个电解槽模组中同时进行电解。完成电解后,在第一电解槽模组和第二电解槽的阴极室出水口收集碱性电解离子水。需要说明的是,本实施例只是示例性的呈现了由两个电解槽模组串联组成的电解单元,在实际应用,可以将并联的电解槽模组相应的增加或减少。
实施例4
如图5所示,示例性的呈现了由四组电解槽模组串、并联交替的形式组成电解单元的电解装置结构示意图,其他单元的组成及连接方式同实施例1。
在本实施例中,优选地,电解单元包括第一电解槽模组、第二电解槽模组、第三电解槽模组、第四电解槽模组,所述第一电解槽模组、第二电解槽模组、第三电解槽模组、第四电解槽模组中所包含的电解槽均与外接电源相连接。纯水及电解质溶液由水泵及输送管道输送至所述第一电解槽模组,所述第二电解槽模组和第三电解槽模组并联,在第一电解槽模组中完成电解的液体分别输送第二电解槽模组和第三电解槽模组,完成二次电解后,第二电解槽模组和第三电解槽模组中液体均输送至第四电解槽模组中,继续电解。完成电解后,在第四电解槽模组的阴极室出水口收集碱性电解离子水。
需要说明的是,电解槽模组间液体的传输均是阴极室传输至阴极室,阳极室传输至阳极室。此外,本实施例只是示例性的呈现了由四组电解槽模组组成的电解单元,在实际应用,可以将电解槽模组的的数量进行增加或减少,连接形式按照拓扑结构的标准进行更改。
实施例5
如图6所示,示例性的呈现了由四组电解槽模组两两串联,再并联组成电解单元的电解装置结构示意图,其他单元的组成及连接方式同实施例1。
在本实施例中,优选地,电解单元包括第一电解槽模组、第二电解槽模组、第三电解槽模组、第四电解槽模组,所述第一电解槽模组、第二电解槽模组、第三电解槽模组、第四电解槽模组中所包含的电解槽均与外接电源相连接,所述第一电解槽模组和第二电解槽模组串联,第三电解槽模组和第四电解槽模组串联,两个串联电解槽模组间并联。纯水及电解质溶液由水泵及输送管道分别输送至第一电解槽模组和第三电解槽模组,初步电解后,第一电解槽模组的液体输送至第二电解槽模组,第三电解槽模组的液体输送至第四电解槽模组,继续进行电解。完成电解后,在第二电解槽模组及第四电解槽模组的阴极室出水口收集碱性电解离子水。
需要说明的是,电解槽模组间液体的传输均是阴极室传输至阴极室,阳极室传输至阳极室,此外,本实施例只是示例性的呈现了由四组电解槽模组组成的电解单元,在实际应用,可以将电解槽模组的的数量进行增加或减少,连接形式按照拓扑结构的标准进行更改。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由权利要求指出。应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,包括外接电源、与外接电源连接的电源控制单元、电解单元、温度控制单元、碱性电解离子水储存单元、水泵及液体输送管道,其中,
所述外接电源的电压范围为100V~380V;
所述与外接电源连接的电源控制单元包括控制模块和档位选择模块;
所述电解单元包括不少于一组的电解槽模组,所述电解槽模组间的连接方式为拓扑结构;
所述温度控制单元包括散热模块、温度传感器和过热保护模块;
所述碱性电解离子水储存单元包括碱性电解离子水储存箱和水位传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述档位选择模块与所述控制模块相连,所述控制模块用于控制外接电源输出不同的电流,所述档位选择模块储存有多个参数模板。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述电解槽模组由至少两个电解槽串联而成。
4.根据权利要求3所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述电解槽包括阳极板(1)、阳极室(2)、阴极板(3)、阴极室(4)、绝缘电解容器(5)及离子交换膜(6);所述离子交换膜(6)将绝缘电解容器(5)分隔成阴极室(4)和阳极室(2),所述阳极板(1)位于阳极室(2)与外接电源的正极相连,所述阴极板(3)位于阴极室(4)与外接电源的负极相连。
5.根据权利要求4所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述离子交换膜(6)为一价金属阳离子交换膜。
6.根据权利要求4所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述阳极室(2)、阴极室(4)均开设有入水口和出水口。
7.根据权利要求1所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述散热模块包括风扇,所述温度传感器分别与恒压电源、风扇、过热保护模块连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述温度传感器监测的温度范围为25℃~55℃。
9.根据权利要求7所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述过热保护模块包括过载保护电路。
10.根据权利要求1所述的一种用于制备碱性电解离子水的电解装置,其特征在于,所述水位传感器位于碱性电解离子水储存箱内,所述碱性电解离子水储存箱与电解槽阴极室的出水口相连。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001137850A (ja) * 1999-11-12 2001-05-22 Chemicoat & Co Ltd 水の電解方法及び得られる生成水
CN107512759A (zh) * 2016-06-15 2017-12-26 东莞东阳光科研发有限公司 多功能电解水机
CN111364052A (zh) * 2020-04-03 2020-07-03 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种宽功率电解水制氢系统及方法
CN213475482U (zh) * 2020-06-15 2021-06-18 南京复元先进新材料研究院有限公司 一种碱性电解离子水机

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