CN116676636A - 一种用于电解槽的绝缘隔网及电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电解槽的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网(4,4’)用于分隔在相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间，该绝缘隔网(4,4’)的侧部具有能与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410,410’)；或所述的绝缘隔网(4,4’)用于分隔在两片电极片(3)之间，该绝缘隔网(4,4’)的侧部具有能与相邻的电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410,410’)。本发明还公开了一种应用有该绝缘隔网的电解槽。与现有技术相比，本发明的绝缘隔网能够实现刮擦除垢功能，且能够提高扰流效果从而加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递。

Description

一种用于电解槽的绝缘隔网及电解槽

技术领域

本发明涉及电解设备技术领域，具体指一种用于电解槽的绝缘隔网及电解槽。

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。

另外，专利申请号为CN202080012097.1(公布号为CN113474492A)的中国发明专利《电解液制造装置及电解液的制造方法》公开了通过在隔膜和电极片之间设置隔网来分隔隔膜和电极片，避免隔膜接触电极片引起干烧，虽然水流在穿过网孔的过程中可形成局部微扰流，但是其扰流效果有限，无法很好地加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递，而且无法对已经沉积的水垢进行处理。

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，提供一种能够实现刮擦除垢功能的用于电解槽的绝缘隔网。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而加速排气的用于电解槽的绝缘隔网。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而抑制水垢沉积的用于电解槽的绝缘隔网。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而加速离子传递的用于电解槽的绝缘隔网。

本发明所要解决的第五个技术问题是提供一种能够实现刮擦除垢功能的电解槽。

本发明所要解决的第六个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而加速排气的电解槽。

本发明所要解决的第七个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而抑制水垢沉积的电解槽。

本发明所要解决的第八个技术问题是提供一种能够提高扰流效果从而加速离子传递的电解槽。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于电解槽的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网用于分隔在相邻的隔膜和电极片之间，该绝缘隔网的侧部具有能与相邻的隔膜或电极片摩擦接触的刮擦部；或

所述的绝缘隔网用于分隔在两片电极片之间，该绝缘隔网的侧部具有能与相邻的电极片摩擦接触的刮擦部。

为了方便刮擦部的形成，有以下方案：

方案一中，所述的绝缘隔网包括有中心轴以及至少两条沿中心轴的周向依次布置并首尾相连的单元条，各单元条的端部连接在所述的中心轴上，且各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，相邻两条所述单元条之间的折边形成有所述的刮擦部。

为了进一步解决上述第二、第三和第四个技术问题，相邻两条所述的单元条之间可相对开合，以使各单元条能在水流作用下相对于相邻的单元条摆动。

由于绝缘隔网具有类似弹簧的自由运动特性，其单元条开合过程中具有拍打水流的效果，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。

方案二中，所述的绝缘隔网包括有中心轴以及沿所述中心轴的周向间隔布置的条形叶片，各条形叶片的端部与所述的中心轴相连接，所述条形叶片的侧部边沿形成有所述的刮擦部。

为了提高绝缘隔网的强度，同时方便形成网孔，所述的绝缘隔网还包括有沿所述中心轴的径向间隔布置的环形连接条，各环形连接条与所有所述的条形叶片相连接，相邻两条所述的条形叶片和相邻两条所述的环形连接条之间形成有供流体通过的网孔。

本发明解决上述第五个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有上述绝缘隔网的电解槽。

为了方便绝缘隔网的设置，所述的电解槽包括有槽体以及设于所述槽体内的所述隔膜，所述的隔膜将所述槽体的内腔分隔为至少两个电极室，每个电极室内设有所述的电极片和所述的绝缘隔网，所述的绝缘隔网分隔在相邻的隔膜和电极片之间。

为了进一步解决上述第六、第七和第八个技术问题，所述的绝缘隔网通过所述的中心轴转动连接在所述的槽体上，以使绝缘隔网在水流作用下绕自身轴线转动。

为了提高绝缘隔网的自由度，使其在自转的同时能沿轴向滑移，方便其与隔膜或电极片接触进行刮擦，所述的电极室内设有与所述绝缘隔网相对应的固定杆，所述的中心轴能转动地套设在对应固定杆的外周，并能沿对应固定杆的长度方向滑移。

为了保证绝缘隔网在靠近隔膜或电极片时，同侧的各刮擦部均能与隔膜或电极片相接触，所述的中心轴基本垂直于所述的隔膜和电极片。

为了最大程度利用水流给绝缘隔网提供其自转的作用力，所述中心轴的轴向基本垂直于所述电极室内水流的流动方向。

为了使绝缘隔网尽可能覆盖整个电极室，每个所述的电极室内设有至少两片沿电极室的长边方向依次布置的绝缘隔网。

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。

为了方便进液口和出液口之间的水流路径覆盖每个绝缘隔网，所述的进液口和出液口分别位于所述电极室的长边方向的两端。

为了方便流动的水流对绝缘隔网外周部位施力，所有所述绝缘隔网的轴线处于同一平面，所述的进液口和出液口均偏离该平面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过在绝缘隔网的侧部设置刮擦部，其刮擦部能与相邻的隔膜或电极片摩擦接触，实现对电极片和隔膜表面的刮擦除垢功能；

(2)通过将绝缘隔网转动连接在槽体上，以使绝缘隔网在水流作用下绕自身轴线转动，一方面，实现动态扰流，加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递，另一方面，刮擦部随绝缘隔网运动过程中与相邻的隔膜或电极片摩擦接触，提高除垢效果。

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中电解槽的立体分解示意图；

图3为图2中绝缘隔网的立体结构示意图；

图4为图1中电解槽的纵向剖视图；

图5为图4中Ⅰ部分的放大图；

图6为图1中电解槽的另一方向的纵向剖视图；

图7为本发明电解槽的实施例2中绝缘隔网的立体结构示意图；

图8为本发明电解槽的实施例2的纵向剖视图；

图9为图8中Ⅱ部分的放大图；

图10为本发明电解槽的实施例2的另一方向的纵向剖视图。

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。

实施例1：

如图1至图6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和绝缘隔网4。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或无隔膜电解槽。

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；各罩体11的内腔中设有多根沿竖直方向间隔布置的固定杆13，各固定杆13沿前后方向延伸。

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，位于前方的罩体11的下部右侧和上部左侧分别设有与阴极室110a相贯通的进液口111和出液口112，位于后方的罩体11的下部左侧和上部右侧分别设有与阳极室110b相贯通的进液口111和出液口112，因此，各电极室110内的水流自下而上倾斜流动。

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上具有供固定杆13穿过的让位孔；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的数量为两组，与上述两个电极室110相对应，两组绝缘隔网4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。每组绝缘隔网4包括有多片沿电极室110的长边方向依次布置的绝缘隔网4，该绝缘隔网4与上述固定杆13一一对应。

本实施例中，各绝缘隔网4包括有中心轴40以及至少两条沿中心轴40的周向依次布置并首尾相连的单元条41。具体地，中心轴40能转动地套设在对应固定杆13的外周，并能沿对应固定杆13的长度方向滑移；各单元条41的端部连接在中心轴40上，且各单元条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，对于折扇形结构的绝缘隔网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，单元条41能在水流作用下带动整个绝缘隔网4绕自身轴线转动，实现动态扰流；第五，相邻两条单元条41的相接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，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，以使各单元条41能在水流作用下相对于相邻的单元条41摆动，将绝缘隔网4的厚度记为H，在单元条41开合伸缩过程中，H随之变化。由于绝缘隔网4具有类似环形弹簧的自由运动特性，其单元条41轻微摆动过程中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，中心轴40基本垂直于隔膜2和电极片3，这样，绝缘隔网4在靠近隔膜2或电极片3时，同侧的各刮擦部410均能与隔膜2或电极片3相接触；另外，中心轴40的轴向为前后方向，基本垂直于电极室110内水流的流动方向，且由于进液口111和出液口112分别位于电极室110的长边方向的两端，这样，自下而上流动的水流路径覆盖每个绝缘隔网4，能够方便给各绝缘隔网4提供其绕固定杆13转动的作用力；另外，所有绝缘隔网4的轴线处于同一竖直面，上述进液口111和出液口112分别位于该竖直面的两侧，也就是说，进液口111和出液口112均偏离上述竖直面，这样，流动的水流主要对绝缘隔网4外周部位施力，更为省力。

实施例2：

如图7至图10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：

本实施例中，各绝缘隔网4’包括有中心轴40’、条形叶片41’和环形连接条42’。具体地，中心轴40’能转动地套设在对应固定杆13的外周，并能沿对应固定杆13的长度方向滑移；条形叶片41’的数量为多条，沿中心轴40’的周向间隔布置，各条形叶片41’呈弧形，其端部与中心轴40’相连接；环形连接条42’的数量为多条，沿中心轴40’的径向间隔布置，各环形连接条42’与所有条形叶片41’相连接；相邻两条条形叶片41’和相邻两条环形连接条42’之间形成有供流体通过的网孔411’。

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，条形叶片41’能在水流作用下带动整个绝缘隔网4’绕自身轴线转动，实现动态扰流；第四，条形叶片41的侧部边沿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。

另外，将相邻两片绝缘隔网4’记为第一绝缘隔网和第二绝缘隔网，第一绝缘隔网的条形叶片41’的自由端能在转动过程中与第二绝缘隔网的条形叶片41’的自由端相接触，用以带动第二绝缘隔网绕自身轴线转动，从而提升扰流效果。

以实施例1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，绝缘隔网4能够在水流作用下自由转动以及沿轴向滑移，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，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能沿轴向滑移靠近相邻的隔膜2或电极片3，且绝缘隔网4的厚度会在单元条41合拢状态下增加，以使自转的刮擦部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设计成折扇形或扇叶形的动态绝缘隔网，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。

Claims (15)

1.一种用于电解槽的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网(4,4’)用于分隔在相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间，该绝缘隔网(4,4’)的侧部具有能与相邻的隔膜(2)或电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410,410’)；或

所述的绝缘隔网(4,4’)用于分隔在两片电极片(3)之间，该绝缘隔网(4,4’)的侧部具有能与相邻的电极片(3)摩擦接触的刮擦部(410,410’)。

2.根据权利要求1所述的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)包括有中心轴(40)以及至少两条沿中心轴(40)的周向依次布置并首尾相连的单元条(41)，各单元条(41)的端部连接在所述的中心轴(40)上，且各单元条(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，相邻两条所述单元条(41)之间的折边形成有所述的刮擦部。

3.根据权利要求2所述的绝缘隔网，其特征在于：相邻两条所述的单元条(41)之间可相对开合，以使各单元条(41)能在水流作用下相对于相邻的单元条(41)摆动。

4.根据权利要求1所述的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网(4’)包括有中心轴(40’)以及沿所述中心轴(40’)的周向间隔布置的条形叶片(41’)，各条形叶片(41’)的端部与所述的中心轴(40’)相连接，所述条形叶片(41’)的侧部边沿形成有所述的刮擦部(410’)。

5.根据权利要求4所述的绝缘隔网，其特征在于：所述的绝缘隔网(4’)还包括有沿所述中心轴(40’)的径向间隔布置的环形连接条(42’)，各环形连接条(42’)与所有所述的条形叶片(41’)相连接，相邻两条所述的条形叶片(41’)和相邻两条所述的环形连接条(42’)之间形成有供流体通过的网孔(411’)。

6.一种应用有权利要求2至5中任一权利要求所述的绝缘隔网的电解槽。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述的电解槽包括有槽体(1)以及设于所述槽体(1)内的所述隔膜(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)内设有所述的电极片(3)和所述的绝缘隔网(4,4’)，所述的绝缘隔网(4,4’)分隔在相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间。

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(4,4’)通过所述的中心轴(40,40’)转动连接在所述的槽体(1)上，以使绝缘隔网(4,4’)在水流作用下绕自身轴线转动。

9.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于：所述的电极室(110)内设有与所述绝缘隔网(4,4’)相对应的固定杆(13)，所述的中心轴(40,40’)能转动地套设在对应固定杆(13)的外周，并能沿对应固定杆(13)的长度方向滑移。

10.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于：所述的中心轴(40,40’)基本垂直于所述的隔膜(2)和电极片(3)。

11.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于：所述中心轴(40,40’)的轴向基本垂直于所述电极室(110)内水流的流动方向。

12.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于：每个所述的电极室(110)内设有至少两片沿电极室(110)的长边方向依次布置的所述绝缘隔网(4,4’)。

13.根据权利要求12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)。

14.根据权利要求13所述的电解槽，其特征在于：所述的进液口(111)和出液口(112)分别位于所述电极室(110)的长边方向的两端。

15.根据权利要求14所述的电解槽，其特征在于：所有所述绝缘隔网(4,4’)的轴线处于同一平面，所述的进液口(111)和出液口(112)均偏离该平面。