CN116516377A - 一种无隔膜电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无隔膜电解槽，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)，分别记为阴极片(3a)和阳极片(3b)，其特征在于：所述的电极室(110)内设有用于对所述阴极片(3a)和阳极片(3b)进行分隔的绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)上具有多个供流体通过的网孔(411)。与现有技术相比，本发明的无隔膜电解槽能够避免阴极片和阳极片接触引起短路、加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递。
Description
技术领域
本发明涉及电解设备技术领域，具体指一种无隔膜电解槽。
背景技术
电解槽由槽体、阳极和阴极组成，按是否具有采用离子交换膜(也称隔膜)分为水无隔膜电解槽和有隔膜电解槽两类。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CN201380006473.6(公布号为CN104080954A)的中国发明专利《无隔膜电解槽》公开了一种通过供给稀释水，使发生盐酸电解反应产生次氯酸的无隔膜电解槽。
现有电解水制备过程中存在以下问题：
第一，在狭窄空间内阴、阳极片容易发生接触引起短路，影响电解槽正常工作，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，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，沉积在阴极上，影响电解效果及电解槽寿命；
第四，电解过程中，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。
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，提供一种能够避免阴极片和阳极片接触引起短路的无隔膜电解槽。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能够加速排气的无隔膜电解槽。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种能够抑制水垢沉积的无隔膜电解槽。
本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种能够加速离子传递的无隔膜电解槽。
本发明解决上述第一、第二、第三和第四个技术问题所采用的技术方案为：一种无隔膜电解槽，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，分别记为阴极片和阳极片，其特征在于：所述的电极室内设有用于对所述阴极片和阳极片进行分隔的绝缘隔网，该绝缘隔网上具有多个供流体通过的网孔。
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，所述的绝缘隔网能相对于槽体运动或变形，且其波峰或波谷处形成有能与相邻的电极片摩擦接触的刮擦部。
为了实现动态扰流，所述的绝缘隔网能相对于槽体运动或变形。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，该单元条上开设有所述的网孔，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。
为了实现刮擦除垢功能，相邻两条所述单元条之间的折边形成有能与相邻的电极片摩擦接触的刮擦部。
为了方便绝缘隔网的自由运动，所述绝缘隔网沿其长度方向的两端均自由悬空。
当然也可以将所述绝缘隔网沿其长度方向的两端均相对于所述的槽体固定，或者将所述绝缘隔网沿其长度方向的第一端相对于所述的槽体固定，第二端自由悬空。
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。
为了避免绝缘隔网阻碍水路，所述绝缘隔网的孔隙率＞1％。优选地，所述绝缘隔网的孔隙率为40～60％。进一步，所述绝缘隔网的孔隙率为50％。
为了方便槽体的开模和加工，所述的槽体由两个罩体装配形成，两个罩体之间包围形成有所述的电极室。
为了方便原料的供应以及电解水的排出，所述的槽体上设有与所述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)通过将具有网孔的绝缘隔网对阴极片和阳极片进行分隔，一方面，绝缘隔网分隔在阴极片和阳极片之间，可有效避免阴极片和阳极片接触引起短路；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。
附图说明
图1为本发明无隔膜电解槽的实施例的立体结构示意图；
图2为图1中无隔膜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1中无隔膜电解槽的纵向剖视图。
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4所示，为本发明无隔膜电解槽的一个优选实施例。该无隔膜电解槽包括有槽体1、电极片3和绝缘隔网4。
其中，槽体1由两个罩体11装配形成，两个罩体11之间包围形成有封闭的电极室110，位于前方的罩体11的下部设有与电极室110相贯通的进液口111，位于后方的罩体11的上部设有与电极室110相贯通的出液口112，因此，电极室110内的水流自下而上流动；两个罩体11相对的两个端面之间夹设有环形密封垫12。
电极片3的数量为一对且间隔布置在电极室110内，分别记为阴极片3a和阳极片3b，上述阴极片3a基本竖直布置在电极室110的前部，上述阳极片3b基本竖直布置在电极室110的后部。各电极片3的顶部具有导电柱31，该导电柱31向上穿过对应罩体11并外露于该罩体11的顶壁，阴极片3a和阳极片3b上的导电柱31分别用于与外接电源的负极和正极电连接。
绝缘隔网4设于电极室110内，用于对阴极片3a和阳极片3b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，且两端均自由悬空。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分隔在阴极片3a和阳极片3b之间，可有效避免阴极片3a和阳极片3b接触引起短路；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。
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，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，第一，绝缘隔网4分隔在阴极片3a和阳极片3b之间，可有效避免阴极片3a和阳极片3b接触引起短路；第二，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；第三，绝缘隔网4的厚度会在压缩状态下增加，以使其刮擦部410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。
本发明的优点如下：
(1)通过在阴极片3a和阳极片3b之间加入绝缘隔网4，起到隔断保护作用，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及无隔膜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无隔膜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，非常适合小型无隔膜电解槽；
(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。
Claims (15)
1.一种无隔膜电解槽，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)，分别记为阴极片(3a)和阳极片(3b)，其特征在于：所述的电极室(110)内设有用于对所述阴极片(3a)和阳极片(3b)进行分隔的绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)上具有多个供流体通过的网孔(411)。
2.根据权利要求1所述的无隔膜电解槽，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。
3.根据权利要求2所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述的波形结构为三角波或正弦波。
4.根据权利要求3所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)能相对于槽体(1)运动或变形，且其波峰或波谷处形成有能与相邻的电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410)。
5.根据权利要求1所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)能相对于槽体(1)运动或变形。
6.根据权利要求5所述的无隔膜电解槽，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所述的无隔膜电解槽，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所述的无隔膜电解槽，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)上开设有所述的网孔(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所述的无隔膜电解槽，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电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410)。
10.根据权利要求6所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)沿其长度方向的两端均自由悬空；或
所述绝缘隔网(4)沿其长度方向的两端均相对于所述的槽体(1)固定；或
所述绝缘隔网(4)沿其长度方向的第一端相对于所述的槽体(1)固定，第二端自由悬空。
11.根据权利要求10所述的无隔膜电解槽，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。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的孔隙率＞1％。
13.根据权利要求12所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的孔隙率为40～60％。
14.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述的槽体(1)由两个罩体(11)装配形成，两个罩体(11)之间包围形成有所述的电极室(110)。
15.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的无隔膜电解槽，其特征在于：所述的槽体(1)上设有与所述电极室(110)相贯通的进液口(111)和出液口(112)。
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