CN116516373A - 一种电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽，包括有具有电极室(110)的槽体(1)，所述电极室(110)内设有一对间隔布置的电极片(3)，其特征在于：还包括有用于驱动电极片(3)平移的驱动机构，用以调节两片电极片(3)之间的间距。与现有技术相比，本发明的电解槽能够方便调节出水pH值。

Description

一种电解槽

技术领域

本发明涉及电解设备技术领域，具体指一种电解槽。

背景技术

电解槽由槽体、阳极和阴极组成，多数用离子交换膜(也称隔膜)将阳极室和阴极室隔开。按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽三类。当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取电解水。

如专利申请号为CN201810264395.4(公布号为CN108609693A)的中国发明专利《一种酸性水和碱性水的制备方法》以电解食盐水形成阳离子和阴离子，分别向电解电极两极运动，从阳极产生氢离子和活性很强的氯气，氯气溶于水生成次氯酸和盐酸溶液作为酸性水，从阴极产生氢氧根离子和氢气，形成氢氧化钠溶液作为碱性水。

现有电解水制备过程中存在以下问题：

第一，离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的阳离子或阴离子具有选择透过能力的独特高分子膜，具有一定的柔性，时间长了，受气压、水压影响，会变形，甚至接触电极片引起干烧，影响出水效果及电解槽寿命，尤其在小型电解槽内上述问题更严重；

第二，电解过程中，阴、阳极片上会产生大量气泡，气泡积攒在电极片、离子交换膜上和电解槽内水路中，导致电解体系所需电压高，能耗大，且减少了电解有效面积，降低电解反应效率，导致出水pH低，并阻碍水路通畅，使得pH值及电压极不稳定，气压还会加剧中间的离子交换膜形变，尤其在小型电解槽内上述问题更严重；

第三，电解过程中，阴极(负极)生成的OH^-会与水中的Ca²⁺、Mg²⁺等反应生成水垢，沉积在阴极及离子交换膜上，影响电解效果及电解槽寿命；

第四，电解过程中，离子需要先从阳极室通过离子交换膜进入到阴极室后方能促进整个电解反应的进行，但电解反应过程中离子及产物容易聚集在电极片周围，不利于离子的扩散及传递以及产物的均匀性，从而影响电解效率及pH的稳定性；

第五，不同使用场景对电解水的pH值要求不同，如中、重度油污清洁需要pH＞12的超强碱性电解水、轻度油污清洁pH可降低至11左右，饮用水则需要弱碱性电解水(pH8-8.5)；目前大型电解槽采用多组电极同时电解，且电极面积大，因此产水的流量也较大，一般通过智能调整水流量大小来调节pH值；对于只有一对正、负电极且电极面积较小的低成本、小型电解槽体系，出水流量有限，过低的出水流量不利于用户体验，因此难以通过调整水流量大小来调节pH值，一般通过将电解槽拆装后调整电极间距改变水路大小及电流大小来调整pH值，这种方法需要专业人员操作，无法在线实时调整，不够智能，不利于用户体验。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够方便调节出水pH值的电解槽。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能够避免隔膜接触电极片引起干烧的电解槽。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种能够加速排气的电解槽。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种能够抑制水垢沉积的电解槽。

本发明所要解决的第五个技术问题是提供一种能够加速离子传递的电解槽。

本发明所要解决的第六个技术问题是提供一种能够实现隔膜支撑功能的电解槽。

本发明所要解决的第七个技术问题是提供一种能够实现刮擦除垢功能的电解槽。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种电解槽，包括有具有电极室的槽体，所述电极室内设有一对间隔布置的电极片，其特征在于：还包括有用于驱动电极片平移的驱动机构，用以调节两片电极片之间的间距。

为了进一步解决上述第二、第三、第四和第五个技术问题，所述的槽体内设有隔膜，该隔膜将所述槽体的内腔分隔为至少两个所述的电极室，两片所述的电极片分别设于两个所述的电极室内，至少一个所述的电极室内设有用于对相邻的隔膜和电极片进行分隔的绝缘隔网。

为了增强扰流效果，所述的绝缘隔网至少有一个表面沿其长度方向呈起伏的波形结构。这样，网孔的方向各异，以便于水流、离子、气泡等从网孔四面八方通过，可加速离子传递，且扰流效果增大。

优选地，所述的波形结构为三角波或正弦波。

为了实现刮擦除垢功能，所述绝缘隔网的波峰或波谷处形成有能与相邻的隔膜或电极片摩擦接触的刮擦部。

为了形成动态扰流，所述的绝缘隔网为能沿其长度方向伸缩的弹性件。由于绝缘隔网具有类似弹簧的自由运动特性，可在水流作用下伸缩并自由运动，会加速气泡破裂排出并促进扰流，提升电解效率和稳定性，并在一定程度上抑制水垢沉积。

为了实现绝缘隔网沿其长度方向的伸缩，所述的绝缘隔网呈可折叠的波形结构。

为了方便绝缘隔网的加工，所述的绝缘隔网包括有至少两条沿其长度方向依次排列的单元条，该单元条上开设有多个供流体通过的网孔，按排列方向第奇数条单元条记为第一单元条，按排列方向第偶数条单元条记为第二单元条，前一第一单元条的第一侧边与后一第二单元条的第一侧边相连，前一第二单元条的第二侧边与后一第一单元条的第二侧边相连，相邻两条单元条之间具有夹角且可相对开合。

为了方便对隔膜或电极片进行刮擦，相邻两条所述单元条之间的折边形成有能与相邻的隔膜或电极片摩擦接触的刮擦部。

为了进一步解决上述第六和第七个技术问题，还包括有用于驱动绝缘隔网的端部沿绝缘隔网的伸缩方向移动的驱动机构，用以调节该绝缘隔网的伸缩度，以使所述的电解槽至少具有两种状态：

在第一状态下，所述的电极片和隔膜均远离所述绝缘隔网的刮擦部；

在第二状态下，所述的电极片和隔膜中至少其中之一与所述绝缘隔网的刮擦部相接触。

为了最大程度利用水流给绝缘隔网提供其伸缩运动的作用力，所述绝缘隔网的伸缩方向与所述电极室内水流的流动方向基本一致，以使处于第二状态的所述绝缘隔网的刮擦部能在水流作用下与相邻的隔膜或电极片摩擦接触。

为了简化驱动机构，所述的绝缘隔网和电极片共用同一驱动机构。这样，一方面，可减少一套驱动机构的设置，结构简单；另一方面，无需额外的控制系统控制绝缘隔网和电极片配合运动。

为了同时实现绝缘隔网的伸缩以及电极片的平移，所述的驱动机构至少具有两个输出方向相互垂直的动力输出端。

为了简化驱动机构的结构，所述的驱动机构包括有

至少一组连杆组件，各连杆组件包括有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆的第一端通过第一销轴相铰接，各所述第一连杆的第二端通过第二销轴铰接在所述的槽体上；

驱动件，具有能沿所述电极片的移动方向伸缩的伸缩杆，所述第二连杆的第二端通过第三销轴铰接在所述伸缩杆的端部；

所述的电极片限位于所述的伸缩杆上，所述绝缘隔网中位于头部的单元条限位于所述的第一销轴上。

为了方便电极片的供电和稳定移动，各所述的电极室内设有基本垂直于所述电极片布置的导电片，所述电极片的第一端限位于所述的伸缩杆上，电极片的第二端设有导向片，该导向片紧贴于所述的导电片，并能沿导电片的延伸方向滑移。

为了方便绝缘隔网的自由运动，所述绝缘隔网中位于尾部的单元条的自由端自由悬空。

为了方便驱动机构的安装，避免电解液影响驱动件的使用寿命，所述的连杆组件位于所述的电极室内，所述的驱动件安装在所述槽体的外侧，该驱动件的伸缩杆穿过所述槽体的侧壁伸入到所述的电极室内。

为了方便原料的供应以及电解水的排出，每个所述电极室所对应的槽体部位设有与该电极室相贯通的进液口和出液口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过驱动机构驱动电极片移动，可调节电极片与隔膜之间的间距，从而方便调节出水pH值；

(2)通过将具有网孔的绝缘隔网对相邻的隔膜和电极片进行分隔，一方面，绝缘隔网分隔在隔膜和电极片之间，可有效避免隔膜接触电极片引起干烧；另一方面，水流在穿过网孔的过程中可形成局部微扰流，加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递；

(2)将绝缘隔网设计成波形结构，网孔的方向各异，以便于水流、离子、气泡等从网孔四面八方通过，可加速离子传递，且扰流效果增大；

(3)由于绝缘隔网具有类似弹簧的自由运动特性，可在水流作用下自由运动，会加速气泡破裂排出并促进扰流，提升电解效率和稳定性，并在一定程度上抑制水垢沉积；

(4)通过驱动机构驱动绝缘隔网伸缩，与平移的电极片相互配合，可实现两种工作状态的切换：在第一状态下，电极片和隔膜均远离绝缘隔网，绝缘隔网能够在水流作用下自由运动，形成动态扰流；在第二状态下，电极片和隔膜均与绝缘隔网相接触，一方面，可对隔膜进行稳定支撑，另一方面，实现对电极片和隔膜表面的刮擦除垢功能。

附图说明

图1为本发明电解槽的实施例在第一状态下的立体结构示意图；

图2为图1中电解槽的立体分解示意图；

图3为图2中绝缘隔网的局部放大图；

图4为图2中驱动机构的立体结构示意图；

图5为图1中电解槽的纵向剖视图；

图6为图5中Ⅰ部分的放大图；

图7为图5中电解槽切换至第二状态之后的纵向剖视图；

图8为图7中Ⅱ部分的放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图8所示，为本发明电解槽的一个优选实施例。该电解槽包括有槽体1、隔膜2、电极片3、绝缘隔网4和驱动机构5。本实施例中的电解槽为单隔膜电解槽，当然也可以根据需要设计成双隔膜电解槽。

其中，槽体1由两个罩体11通过紧固件前后装配形成，两个罩体11之间包围形成有一个封闭的内腔；两个罩体11相对的两个端面之间夹设有两个前后依次布置的环形密封垫12；罩体11内部的顶壁上水平布置导电片13，各导电片13的顶部具有导电柱131，该导电柱131向上穿过对应罩体11并外露于该罩体11的顶壁，前后两片导电片13的导电柱131分别用于与外接电源的负极和正极电连接。

隔膜2为阳离子交换膜，竖直布置在上述槽体1的内腔中，且隔膜2的周缘夹设在上述两个环形密封垫12之间。上述隔膜2的数量为一片，并将槽体1的内腔分隔为两个电极室110，位于前方的罩体11与隔膜2之间的电极室110记为阴极室110a，位于后方的罩体11与隔膜2之间的电极室110记为阳极室110b，各罩体11的下部和上部分别设有与对应电极室110相贯通的进液口111和出液口112，因此，各电极室110内的水流自下而上流动。

电极片3的数量为一对，分别记为阴极片3a和阳极片3b，上述阴极片3a基本竖直布置在阴极室110a的前部，上述阳极片3b基本竖直布置在阳极室110b的后部。各电极片3的顶端设有基本水平布置的导向片31，该导向片31紧贴于导电片13的底面实现电连接，并能沿前后方向滑移。

绝缘隔网4的数量为两片，与上述两个电极室110一一对应，分别位于对应的电极室110内，用于对相邻的隔膜2和电极片3进行分隔。

本实施例中，绝缘隔网4沿其长度方向呈可折叠的三角波结构。具体地，绝缘隔网4由至少两条沿长度方向依次排列的单元条41组成，各单元条41上开设有多个呈矩阵状布置的供流体通过的网孔411，绝缘隔网4的孔隙率为50％。按排列方向第奇数条单元条41记为第一单元条41a，按排列方向第偶数条单元条41记为第二单元条41b，前一第一单元条41a的第一侧边与后一第二单元条41b的第一侧边相连，前一第二单元条41b的第二侧边与后一第一单元条41a的第二侧边相连。

上述绝缘隔网4具有以下作用：第一，绝缘隔网4分隔在隔膜2和电极片3之间，可有效避免隔膜2接触电极片3引起干烧；第二，水流在穿过网孔411的过程中可形成局部微扰流，加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递；第三，对于三角波结构的绝缘隔网4来说，网孔411的方向各异，以便于水流、离子、气泡等从网孔411四面八方通过，可加速离子传递，且扰流效果增大；第四，相邻两条单元条41之间的折边形成有能与相邻的隔膜2或电极片3摩擦接触的刮擦部410，从而实现刮擦除垢。

本实施例中，绝缘隔网4采用耐高低温、耐强酸碱、绝缘性能好的材料(食品级)制成，优选为食品级特氟龙。相邻两条单元条41之间具有夹角且可相对开合，因此，绝缘隔网4在整体上呈现为能沿长度方向伸缩的弹性件，将绝缘隔网4的厚度记为H，在绝缘隔网4伸缩过程中，H随之变化。由于绝缘隔网4具有类似弹簧的自由运动特性，可在水流作用下伸缩并自由运动，会加速气泡破裂排出并促进扰流，提升电解效率和稳定性，并在一定程度上抑制水垢沉积。

本实施例中，绝缘隔网4的长度方向为竖直方向，与电极室110内水流的流动方向基本一致，自下而上流动的水流能够方便给沿竖直方向呈三角波结构的绝缘隔网4提供其伸缩运动的作用力。

驱动机构5的数量为一对，与上述电极室110一一对应，各驱动机构5包括有连杆组件51和驱动件52。

具体地，连杆组件51位于对应的电极室110内，其数量为两组，相对于水平面对称布置，各连杆组件51包括有第一连杆511和第二连杆512，第一连杆511和第二连杆512的第一端通过第一销轴513相铰接，各第一连杆511的第二端通过第二销轴514铰接在对应的环形密封垫12上；

驱动件52为电动推杆，安装在对应罩体11的外侧，具有能沿前后方向伸缩的伸缩杆521，该伸缩杆521穿过罩体11伸入到对应的电极室110内，且与对应的罩体11之间通过密封圈522进行密封配合，第二连杆512的第二端通过第三销轴515铰接在该伸缩杆521的端部，伸缩杆521靠近端部的位置处设有插接座5211。

上述电极片3底端的边沿插设在上述插接座5211上，上述绝缘隔网4中位于头部的单元条41通过安装部412勾持在位于上方的第一销轴513的外周，绝缘隔网4中位于尾部的单元条41的自由端自由悬空。

这样，启动驱动件52，带动伸缩杆521伸缩，一方面，可带动电极片3同步沿前后方向平移，调节电极片3与隔膜2之间的间距，从而实现pH调节；另一方面，可带动绝缘隔网4的底端沿绝缘隔网4的伸缩方向移动，从而调整绝缘隔网4的伸缩度，同时能带动绝缘隔网4沿前后方向平移，形成动态扰流。

在上述驱动机构5的驱动下，电解槽至少具有以下两种状态：

在第一状态下，如图5和图6所示，电极片3和隔膜2均远离绝缘隔网4的刮擦部410，这样，绝缘隔网4能够在水流作用下伸缩并自由运动；

在第二状态下，如图7和图8所示，电极片3和隔膜2均与绝缘隔网4的刮擦部410相接触，这样，一方面，可对隔膜2进行稳定支撑，另一方面，绝缘隔网4的刮擦部410能在水流作用下与相邻的隔膜2或电极片3摩擦接触，实现对电极片3和隔膜2表面的刮擦除垢功能。

本实施例的工作原理如下：工作时，电解液通过进液口111进入电极室110，阴极片3a与溶液界面处发生还原反应，阳极片3b与溶液界面处发生氧化反应，以制取电解水，且可通过驱动机构5驱动电极片3平移，调节电极片3与隔膜2之间的间距，从而实现pH调节；

(1)常规电解时，可通过驱动机构5将电解槽调节至如图5和图6所示的第一状态，此时，电极片3和隔膜2均远离绝缘隔网4的刮擦部410，这样，在电解过程中，绝缘隔网4能够在水流作用下伸缩并自由运动；一方面，绝缘隔网4分隔在隔膜2和电极片3之间，可有效避免隔膜2接触电极片3引起干烧；另一方面，绝缘隔网4的网孔411形成局部微扰流，绝缘隔网4运动形成动态扰流，可加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递；

另外，还可以通过驱动机构5驱动绝缘隔网4重复伸缩增强扰流效果；

(2)当需要除垢时，可通过驱动机构5将电解槽调节至如图7和图8所示的第二状态，此时，电极片3和隔膜2均与绝缘隔网4的刮擦部410相接触，这样，一方面，可对隔膜2进行稳定支撑，另一方面，绝缘隔网4的刮擦部410能在水流作用下与相邻的隔膜2或电极片3摩擦接触，实现对电极片3和隔膜2表面的刮擦除垢功能。

需要注意的是，对于上述电解槽来说，由于绝缘隔网4伸缩过程中绝缘隔网4厚度的变化有限，因此，如果单单依靠绝缘隔网4的运动很难兼顾第一状态时绝缘隔网4的自由运动以及第二状态时绝缘隔网的支撑和刮擦除垢功能，而本实施例中，将电极片3的平移运动与绝缘隔网4的伸缩运动相配合，一方面，可保证在第一状态下绝缘隔网4和电极片3之间有足够多的自由空间供绝缘隔网4自由运动，另一方面，可保证在较短的移动行程下实现两种状态之间的切换。

本发明的优点如下：

(1)通过在隔膜2及电极片3之间加入绝缘隔网4，起到隔膜2支撑及隔断保护作用，并将绝缘隔网4设计成三角波结构的动态绝缘隔网，利用绝缘隔网4运动形成的动态扰流、绝缘隔网4网孔形成的局部扰流以及运动时接触壁面形成的刮擦作用，大大加速电极片3、隔膜2及电解槽水路中的气泡排出，且该加速排气方法相较于目前常用的在电解槽上设计排气口，需额外的密封设计以及其他辅助排气设计的方式，排气效果更好，结构更简单，且成本可控，非常适合小型电解槽；

(2)利用绝缘隔网4运动形成的动态扰流、绝缘隔网4网孔形成的局部扰流，防止水垢沉积，并通过接触壁面形成的刮擦作用，进一步起到除垢作用，相较于目前常用的正、负极切换除垢方法，不需要正、负电极上均有可参与正极反应的催化涂层和频繁的正、负极切换，成本较低、结构简单、对电控要求也低、且电极寿命有保证；

(3)利用绝缘隔网4运动形成的动态扰流、绝缘隔网4网孔形成的局部扰流，加快离子扩散及传递，提出出水pH值及稳定性；

(4)在不增加额外成本下，利用一个结构同时实现隔膜2的固定、电极片3和隔膜2的等间调距，解决了现在小型电解槽因出水流量有限，不能通过调节流量调整pH，需要拆后调整电极间距来调整pH带来的问题，体验性更好，并同步增强绝缘隔网4的运动，加速排气及离子扩散与传递，并提高除垢作用。

Claims (18)

1.一种电解槽，包括有具有电极室(110)的槽体(1)，所述电极室(110)内设有一对间隔布置的电极片(3)，其特征在于：还包括有用于驱动电极片(3)平移的驱动机构，用以调节两片电极片(3)之间的间距。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述的槽体(1)内设有隔膜(2)，该隔膜(2)将所述槽体(1)的内腔分隔为至少两个所述的电极室(110)，两片所述的电极片(3)分别设于两个所述的电极室(110)内，至少一个所述的电极室(110)内设有用于对相邻的隔膜(2)和电极片(3)进行分隔的绝缘隔网(4)。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)至少有一个表面沿其长度方向呈起伏的波形结构。

4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的波形结构为三角波或正弦波。

5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的波峰或波谷处形成有能与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410)。

6.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)为能沿其长度方向伸缩的弹性件。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)呈可折叠的波形结构。

8.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)包括有至少两条沿其长度方向依次排列的单元条(41)，该单元条(41)上开设有多个供流体通过的网孔(411)，按排列方向第奇数条单元条(41)记为第一单元条(41a)，按排列方向第偶数条单元条(41)记为第二单元条(41b)，前一第一单元条(41a)的第一侧边与后一第二单元条(41b)的第一侧边相连，前一第二单元条(41b)的第二侧边与后一第一单元条(41a)的第二侧边相连，相邻两条单元条(41)之间具有夹角且可相对开合。

9.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于：相邻两条所述单元条(41)之间的折边形成有能与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410)。

10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于：还包括有用于驱动绝缘隔网(4)的端部沿绝缘隔网(4)的伸缩方向移动的驱动机构，用以调节该绝缘隔网(4)的伸缩度，以使所述的电解槽至少具有两种状态：

在第一状态下，所述的电极片(3)和隔膜(2)均远离所述绝缘隔网(4)的刮擦部(410)；

在第二状态下，所述的电极片(3)和隔膜(2)中至少其中之一与所述绝缘隔网(4)的刮擦部(410)相接触。

11.根据权利要求10所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的伸缩方向与所述电极室(110)内水流的流动方向基本一致，以使处于第二状态的所述绝缘隔网(4)的刮擦部(410)能在水流作用下与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触。

12.根据权利要求11所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)和电极片(3)共用同一驱动机构(5)。

13.根据权利要求12所述的电解槽，其特征在于：所述的驱动机构(5)至少具有两个输出方向相互垂直的动力输出端。

14.根据权利要求13所述的电解槽，其特征在于：所述的驱动机构(5)包括有

至少一组连杆组件(51)，各连杆组件(51)包括有第一连杆(511)和第二连杆(512)，所述第一连杆(511)和第二连杆(512)的第一端通过第一销轴(513)相铰接，各所述第一连杆(511)的第二端通过第二销轴(514)铰接在所述的槽体(1)上；

驱动件(52)，具有能沿所述电极片(3)的移动方向伸缩的伸缩杆(521)，所述第二连杆(512)的第二端通过第三销轴(515)铰接在所述伸缩杆(521)的端部；

所述的电极片(3)限位于所述的伸缩杆(521)上，所述绝缘隔网(4)中位于头部的单元条(41)限位于所述的第一销轴(513)上。

15.根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于：各所述的电极室(110)内设有基本垂直于所述电极片(3)布置的导电片(13)，所述电极片(3)的第一端限位于所述的伸缩杆(521)上，电极片(3)的第二端设有导向片(31)，该导向片(31)紧贴于所述的导电片(13)，并能沿导电片(13)的延伸方向滑移。

16.根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)中位于尾部的单元条(41)的自由端自由悬空。

17.根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于：所述的连杆组件(51)位于所述的电极室(110)内，所述的驱动件(52)安装在所述槽体(1)的外侧，该驱动件(52)的伸缩杆(521)穿过所述槽体(1)的侧壁伸入到所述的电极室(110)内。

18.根据权利要求2至17中任一权利要求所述的电解槽，其特征在于：每个所述电极室(110)所对应的槽体(1)部位设有与该电极室(110)相贯通的进液口(111)和出液口(112)。