CN116695152A - 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)用于分隔在所述电解槽的隔膜(2)和电极片(3)之间，所述的绝缘隔网(4)呈可折叠的波形结构，以使该绝缘隔网(4)能沿其长度方向伸缩。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是针对现有技术的现状，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二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三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四个技术问题是提供一种应用有上述绝缘隔网的电解槽。

本发明解决上述第一、第二和第三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所述电解槽的隔膜和电极片之间，所述的绝缘隔网呈可折叠的波形结构，以使该绝缘隔网能沿其长度方向伸缩。

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隔膜或电极片摩擦接触的刮擦部。

为了避免绝缘隔网阻碍水路，所述单元条的孔隙率＞1％。优选地，所述单元条的孔隙率为20～80％。进一步，所述单元条的孔隙率为50％。

为了保证绝缘隔网4两侧水流的透过性及离子的扩散速率，将相邻两条所述单元条之间的夹角记为ɑ，ɑ≥10°。优选地，在无外力作用的状态下，20°＜ɑ＜90°。

本发明解决上述第四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。

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。

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。

为了保证绝缘隔网对隔膜的隔断保护作用，将所述绝缘隔网的长度记为L，将所述电极室的长度记为A，A/2<L<A。

为了保证绝缘隔网对隔膜的隔断保护作用，将所述绝缘隔网的宽度记为W，将所述电极室的宽度记为B，B/2<W<B。

为了方便绝缘隔网的自由伸缩，将所述绝缘隔网的厚度记为H，将所述隔膜和电极片之间的间距记为C，0<H<C。

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)通过将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)将绝缘隔网设计成可折叠的波形结构，一方面，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；另一方面，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中绝缘隔网的局部放大图；

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。

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。

如图1至图6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。

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。

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，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，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，在绝缘隔网4伸缩过程中，绝缘隔网4的厚度随之变化。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。

另外，将绝缘隔网4的长度记为L，将绝缘隔网4的宽度记为W，将电极室110的长度记为A，将电极室110的宽度记为B，为了保证绝缘隔网4对隔膜2的隔断保护作用，A/2<L<A，B/2<W<B；将绝缘隔网4的厚度记为H，将隔膜2和电极片3之间的间距记为C，为了方便绝缘隔网4的自由伸缩，0<H<C；将相邻两条单元条41之间的夹角记为ɑ，将绝缘隔网4的相邻两个折边的距离记为T，将绝缘隔网4的折数记为N，由于L＝N*T，T＝2*H*tan(ɑ/2)，为了保证绝缘隔网4两侧水流的透过性及离子的扩散速率，ɑ≥10°，同时N≥1，因此，2*H*tan5°≤T≤L，优选地，在无外力作用的状态下，20°＜ɑ＜90°；为了保证绝缘隔网4的强度以及两侧水流的透过性及离子的扩散速率，单元条41的孔隙率优选为20～80％。

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。

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)用于分隔在所述电解槽的隔膜(2)和电极片(3)之间，所述的绝缘隔网(4)呈可折叠的波形结构，以使该绝缘隔网(4)能沿其长度方向伸缩。

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。

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)。

4.根据权利要求2所述的绝缘隔网，其特征在于：所述单元条(41)的孔隙率＞1％。

5.根据权利要求4所述的绝缘隔网，其特征在于：所述单元条(41)的孔隙率为20～80％。

6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的绝缘隔网，其特征在于：将相邻两条所述单元条(41)之间的夹角记为ɑ，ɑ≥10°。

7.根据权利要求6所述的绝缘隔网，其特征在于：在无外力作用的状态下，20°＜ɑ＜90°。

8.一种应用有权利要求1至7中任一权利要求所述的绝缘隔网的电解槽。

9.根据权利要求8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)。

10.根据权利要求9所述的电解槽，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。

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。

12.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于：将所述绝缘隔网(4)的长度记为L，将所述电极室(110)的长度记为A，A/2<L<A。

13.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于：将所述绝缘隔网(4)的宽度记为W，将所述电极室(110)的宽度记为B，B/2<W<B。

14.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于：将所述绝缘隔网(4)的厚度记为H，将所述隔膜(2)和电极片(3)之间的间距记为C，0<H<C。

15.根据权利要求9至14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)。