CN116575044A - 一种电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽，包括有槽体(1)以及设于所述槽体(1)内的隔膜(2)，所述的隔膜(2)将所述槽体(1)的内腔分隔为至少两个电极室(110)，每个电极室(110)内设有电极片(3)，其特征在于：还包括有搅拌杆(4)，设于所述的电极室(110)内，位于相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间；以及驱动件(5)，用于驱动所述的搅拌杆(4)沿所述隔膜(2)的延伸方向移动，以使相邻的隔膜(2)和电极片(3)始终处于相分隔的状态。与现有技术相比，本发明的电解槽能够避免隔膜接触电极片引起干烧、加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递。

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，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；

第二，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；

第三，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。

第四，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，为了防止离子交换膜变形并接触阴、阳电极片干烧，通用做法是在靠近离子交换膜的两侧加上具有一定支撑作用的固定格栅，减少隔膜形变，防止隔膜干烧。为了达到一定的支撑强度，固定格栅通常需要一定的厚度和支撑面积，不仅阻碍了水路、影响了电解生成气体的排出、增加了电解反应所需电压且电压及pH极不稳定，同时减少了离子交换膜参与反应的面积，降低了电解效率，出水pH不达标，尤其在小型的家用电解槽内上述问题更严重。

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，提供一种能够避免隔膜接触电极片引起干烧的电解槽。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能够加速排气的电解槽。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种能够抑制水垢沉积的电解槽。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种能够加速离子传递的电解槽。

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：一种电解槽，包括有槽体以及设于所述槽体内的隔膜，所述的隔膜将所述槽体的内腔分隔为至少两个电极室，每个电极室内设有电极片，其特征在于：还包括有

搅拌杆，设于所述的电极室内，位于相邻的隔膜和电极片之间；以及

驱动件，用于驱动所述的搅拌杆沿所述隔膜的延伸方向移动，以使相邻的隔膜和电极片始终处于相分隔的状态。

为了增强扰流效果，所述搅拌杆的移动为平移和转动的复合运动。

为了保证搅拌杆移动时的稳定性，所述的电极室内设有两条并排布置的导轨，各导轨上具有沿其长度方向延伸的滑槽；

所述搅拌杆包括有搅拌部以及两根分别连接在所述搅拌部两端并与导轨相对应的转轴部，各转轴部的端部插设在对应导轨的滑槽内，并能沿滑槽的长度方向平移以及在滑槽内绕自身轴线转动。

为了方便为搅拌杆的驱动，所述的搅拌杆采用导电材质制成，所述搅拌部的重心偏离所述转轴部的轴线，且两根所述的转轴部分别与外接电源的正负极导电连接；

所述的驱动件为磁铁，并安装在所述槽体的外侧，该磁铁的N极和S极分别位于所述隔膜的两侧。

为了方便搅拌部的加工，所述的搅拌部包括有至少一组搅拌单元，各搅拌单元包括有依次成角度相连的第一杆部、第二杆部和第三杆部，后一搅拌单元的第一杆部的端部通过连接杆与前一搅拌单元的第三杆部的端部相连接。

为了实现刮擦除垢功能，所述的第二杆部沿所述搅拌部的轴向延伸，且第二杆部的周壁上设有能与相邻的隔膜或电极片摩擦接触的刮条。

为了避免在刮擦过程中损伤隔膜或电极片，所述的刮条为柔性件。

为了尽可能保证搅拌杆对隔膜的隔断保护作用，所述的隔膜基本呈长方形，所述的转轴部基本沿所述隔膜的长边方向布置，所述搅拌杆的平移方向基本与所述隔膜的短边方向一致。

为了避免搅拌杆与隔膜和电极片之间发生干涉，所述的转轴部间隔布置在相邻的隔膜和电极片之间。

为了方便隔膜的稳定安装，所述的槽体由两个罩体装配形成，两个罩体之间包围形成槽体的内腔，所述隔膜的周缘夹设在两个罩体相对的两个端面之间。

为了保证电极片的稳定安装，所述的电极室内设有至少两个沿所述电极片的周向间隔布置的安装座，该安装座上开设有供所述电极片的边沿插入的插槽。

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：通过将搅拌杆设置在相邻的隔膜和电极片之间，在驱动件的驱动记下，搅拌杆能沿隔膜的延伸方向移动，一方面，起到对隔膜的隔断保护作用，可有效避免隔膜接触电极片引起干烧，另一方面，搅拌杆运动形成动态扰流，可加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递。

附图说明

图1为本发明电解槽的实施例1的立体结构示意图；

图2为图1中电解槽省略了驱动件之后的立体分解示意图；

图3为图2中搅拌杆的立体结构示意图；

图4为图1中电解槽的纵向剖视图；

图5为本发明电解槽的实施例2中搅拌杆的立体结构示意图；

图6为本发明电解槽的实施例3中搅拌杆的立体结构示意图。

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。

在本发明的说明书及权利要求书中使用了表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“侧”、“顶”、“底”等，用来描述本发明的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，是基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。

实施例1：

如图1至图4所示，为本发明电解槽的第一个优选实施例。该电解槽包括有槽体1、隔膜2、电极片3、搅拌杆4和驱动件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；各电极室110的底部和底部各设有一条沿左右方向延伸的导轨14，各导轨14上具有沿其长度方向延伸的滑槽141。本实施例中，导轨14和罩体11为一体件。

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。本实施例中，隔膜2呈长方形，其长边方向与竖直方向一致，短边方向与左右方向一致。

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。另外，各电极室110内设有至少两个沿电极片3的周向间隔布置的安装座13，该安装座13上开设有供电极片3的边沿插入的插槽131，实现对电极片3的稳定限位。

搅拌杆4的数量为两根，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，并位于相邻的隔膜2和电极片3之间。

本实施例中，搅拌杆4采用导电材质制成，包括有搅拌部41以及两根分别连接在搅拌部41两端并与导轨14相对应的转轴部42。具体地，搅拌部41包括有一组搅拌单元，各搅拌单元包括有依次成角度相连的第一杆部411、第二杆部412和第三杆部413，上述第一杆部411和第三杆部413基本水平布置，第二杆部412基本竖直布置，位于最上方的第一杆部411向上弯折延伸形成有转轴部42，位于最下方的第三杆部413的端部向下延伸形成有转轴部42；两根转轴部42竖直且同轴布置，分别与外接电源的负极和正极电连接，并与相邻的隔膜2和电极片3间隔布置，各转轴部42的端部插设在对应导轨14的滑槽141内，并能沿滑槽141的长度方向平移以及在滑槽141内绕自身轴线转动，上述搅拌部41的重心偏离转轴部42的轴线。

驱动件5为呈U形的磁铁，并安装在槽体1的外侧，该磁铁的前后两端分别为N极和S极，该N极和S极分别位于隔膜2的前侧和后侧，这样，磁铁产生的磁场的磁感线基本自前向后穿过隔膜2。

一方面，由于搅拌杆4通电，其在磁场中会受到安培力作用，根据左手定则，伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指向的就是安培力方向，因此，在磁场作用下，通电的搅拌杆4会沿滑槽141的长度方向平移；另一方面，由于搅拌部41的重心偏离转轴部42的轴线，若控制搅拌杆4电流反向，搅拌杆4会反向运动，由于搅拌部41的重心会倾向于移动至沿平移方向的前方，在此过程中，搅拌杆4会在滑槽141内绕自身轴线转动。这样，驱动件5可驱动搅拌杆4作平移和转动的复合运动，以使相邻的隔膜2和电极片3始终处于相分隔的状态。

实施例2：

如图5所示，为本发明电解槽的第二个优选实施例。与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：

第二杆部412的周壁上设有能与相邻的隔膜2和电极片3摩擦接触的刮条4121。本实施例中，刮条4121为柔性件，其数量为四根，沿第二杆部412的周向间隔布置，且各刮条4121沿竖直方向延伸。

实施例3：

如图6所示，为本发明电解槽的第三个优选实施例。与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：

搅拌部41包括有六组搅拌单元，后一搅拌单元的第一杆部411的端部通过连接杆414与前一搅拌单元的第三杆部413的端部相连接，该连接杆414基本竖直布置，并与上述转轴部42同轴布置。

以实施例2为例，其工作原理如下：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，将搅拌杆4通电，以使其在磁场作用下沿滑槽141的长度方向平移，当搅拌杆4移动到极限位置时，控制电流反向，以使搅拌杆4在滑槽141内绕自身轴线转动并反向平移，第一，搅拌杆4在隔膜2和电极片3之间沿隔膜2的延伸方向往复平移，起到隔膜2隔断保护作用，可有效避免隔膜2接触电极片3引起干烧；第二，搅拌杆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，在搅拌杆4运动过程中，刮条4121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)通过在隔膜2及电极片3之间之间加入搅拌杆4，搅拌杆4周期往复运动，起到隔膜2隔断保护作用，既防止了隔膜2粘黏到电极片3上损坏，又起到扰流作用，大大加速电极片3、隔膜2表面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)利用搅拌杆4运动形成的动态扰流，防止水垢沉积，并通过刮条4121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)利用搅拌杆4运动形成的动态扰流，加快离子扩散及传递，提出出水pH值及稳定性；

(4)该方法相对于外加电机进行的搅拌，振动更小更稳定，且更好控制，成本相对更小；其次电机搅拌只能在固定位置进行搅拌刮擦，无法对电极片3进行全覆盖的刮擦，该方法刮擦覆盖面更广。

Claims (12)

1.一种电解槽，包括有槽体(1)以及设于所述槽体(1)内的隔膜(2)，所述的隔膜(2)将所述槽体(1)的内腔分隔为至少两个电极室(110)，每个电极室(110)内设有电极片(3)，其特征在于：还包括有

搅拌杆(4)，设于所述的电极室(110)内，位于相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间；以及

驱动件(5)，用于驱动所述的搅拌杆(4)沿所述隔膜(2)的延伸方向移动，以使相邻的隔膜(2)和电极片(3)始终处于相分隔的状态。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述搅拌杆(4)的移动为平移和转动的复合运动。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述的电极室(110)内设有两条并排布置的导轨(14)，各导轨(14)上具有沿其长度方向延伸的滑槽(141)；

所述搅拌杆(4)包括有搅拌部(41)以及两根分别连接在所述搅拌部(41)两端并与导轨(14)相对应的转轴部(42)，各转轴部(42)的端部插设在对应导轨(14)的滑槽(141)内，并能沿滑槽(141)的长度方向平移以及在滑槽(141)内绕自身轴线转动。

4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的搅拌杆(4)采用导电材质制成，所述搅拌部(41)的重心偏离所述转轴部(42)的轴线，且两根所述的转轴部(42)分别与外接电源的正负极导电连接；

所述的驱动件(5)为磁铁，并安装在所述槽体(1)的外侧，该磁铁的N极和S极分别位于所述隔膜(2)的两侧。

5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于：所述的搅拌部(41)包括有至少一组搅拌单元，各搅拌单元包括有依次成角度相连的第一杆部(411)、第二杆部(412)和第三杆部(413)，后一搅拌单元的第一杆部(411)的端部通过连接杆(414)与前一搅拌单元的第三杆部(413)的端部相连接。

6.根据权利要求5所述的电解槽，其特征在于：所述的第二杆部(412)沿所述搅拌部(41)的轴向延伸，且第二杆部(412)的周壁上设有能与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触的刮条(4121)。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述的刮条(4121)为柔性件。

8.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的隔膜(2)基本呈长方形，所述的转轴部(42)基本沿所述隔膜(2)的长边方向布置，所述搅拌杆(4)的平移方向基本与所述隔膜(2)的短边方向一致。

9.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的转轴部(42)间隔布置在相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的电解槽，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)之间包围形成槽体(1)的内腔，所述隔膜(2)的周缘夹设在两个罩体(11)相对的两个端面之间。

11.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的电解槽，其特征在于：所述的电极室(110)内设有至少两个沿所述电极片(3)的周向间隔布置的安装座(13)，该安装座(13)上开设有供所述电极片(3)的边沿插入的插槽(131)。

12.根据权利要求1至9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)。