CN116716619A - 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：所述的电极室(110)内设有位于两片电极片(3)之间的绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)至少有局部为折网段(41)，该折网段(41)在所述电极片(3)上的正投影面积记为S1，所述的折网段(41)能在外力作用下沿其长度方向伸缩，用以调整S1的大小。与现有技术相比，本发明的电解槽方便控制电流恒定。

Description

一种电解槽

技术领域

本发明涉及厨房设备技术领域，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。

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；

另外，电解过程中，如电流过高，电解槽整体温升过高，且可能形成极化效应，单位面积电流密度过高不反应，如电流过低，体系不发生反应或反应非常缓慢出水难以达到目标pH，因此一般需要控制电流恒定，以使出水pH稳定；但是，电解过程中，随着电解质浓度的降低，整个体系的电阻会增大，为了控制电流恒定需要不断提高电压，因此需要采用恒流电源，但是恒流电源价格高，开发难度大。

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，提供一种方便控制电流恒定的电解槽。

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、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：所述的电极室内设有位于两片电极片之间的绝缘隔网，该绝缘隔网至少有局部为折网段，该折网段在所述电极片上的正投影面积记为S1，所述的折网段能在外力作用下沿其长度方向伸缩，用以调整S1的大小。

为了实现折网段的自动伸缩，还包括有用于驱动所述折网段伸缩的驱动机构。

为了通过对折网段一端的驱动实现折网段的伸缩，所述折网段的第一端相对于所述的槽体固定，所述驱动机构的动力输出端与该折网段的第二端驱动相连，以使该折网段的第二端沿折网段的伸缩方向移动，用以调节该折网段的伸缩度。

为了保证绝缘隔网始终起到较好的分隔作用，所述的绝缘隔网还包括有平网段，该平网段呈平板状，表面开设有多个供流体通过的第二网孔，平网段的第一端通过转轴连接在所述的槽体上，第二端与所述折网段的第二端相连接；

将所述平网段在所述电极片上的正投影面积记为S2，所述的平网段卷绕在所述的转轴上并能在折网段压缩的过程中放卷，以使S1和S2之和保持不变。

为了实现对折网段的驱动，所述的驱动机构包括有

卷轴，设于所述槽体的外侧；

拉绳，第一端连接在所述的卷轴上，第二端穿过所述的槽体伸入到对应的电极室内并限位于所述折网段的第二端，该拉绳卷绕在所述的卷轴上并能进行放卷或收卷；以及

驱动件，设于所述槽体的外侧，其动力输出端与所述的卷轴相连接，用以驱动卷轴绕自身轴线转动。

为了保证折网段在初始状态下稳定保持在极限伸长状态，所述的驱动机构(5)还包括有

第一磁性块，设于所述拉绳的第二端；以及

第二磁性块，相对于所述的槽体固定，能与所述的第一磁性块相互吸附；

在初始状态下，所述的第一磁性块和第二磁性块相互吸附，所述的折网段伸长至极限状态。

当然，也可以通过在转轴和槽体之间设置弹性件，以使平网段始终具有卷绕在转轴上的趋势，这样也可以达到相同的目的，而且这种设计方案方便绝缘隔网复位至初始状态。

为了尽可能多利用折网段实现扰流效果，所述的第二磁性块靠近所述的转轴布置，在初始状态下，所述的平网段完全收卷在所述的转轴上。

为了方便折网段的加工，所述的折网段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第一网孔，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。

为了实现对隔膜的隔断保护作用，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，所述的绝缘隔网分隔于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)通过将绝缘隔网的局部设置为能在外力作用下沿其长度方向伸缩的折网段，这样，只需要通过调节折网段的伸缩度即可调整折网段在电极片上的正投影面积，从而方便在电解液浓度降低时保证电流恒定，以使出水pH稳定；

(2)由于折网段具有类似弹簧的自由运动特性，其伸缩过程中会加速气泡破裂排出并促进扰流，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在初始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中绝缘隔网的立体结构示意图；

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1中电解槽在最终状态下的纵向剖视图。

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7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。

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，各绝缘隔网4包括有自上而下依次布置的折网段41和平网段42。

具体地，折网段41由至少两条沿其长度方向依次排列的单元条411组成，各单元条411上开设有多个呈矩阵状布置的供流体通过的第一网孔4111，按排列方向第奇数条单元条411记为第一单元条411a，按排列方向第偶数条单元条411记为第二单元条411b，前一第一单元条411a的第一侧边与后一第二单元条411b的第一侧边相连，前一第二单元条411b的第二侧边与后一第一单元条411a的第二侧边相连，上述折网段41中位于尾部的单元条41限位于对应电极室110的顶部。

平网段42呈平板状，表面开设有多个呈矩阵状间隔布置的供流体通过的第二网孔421，平网段42的底端通过转轴422连接在对应罩体11的底部，顶端与上述折网段41中位于头部的单元条41相连接，平网段42卷绕在转轴422上并能在折网段41压缩的过程中放卷。

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，水流在穿过第一网孔4111和第二网孔421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，对于折网段41来说，第一网孔4111的方向各异，以便于水流、离子、气泡等从第一网孔4111四面八方通过，可加速离子传递，且扰流效果增大。

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411之间具有夹角且可相对开合，因此，折网段41在整体上呈现为能沿长度方向伸缩的弹性件。由于折网段41具有类似弹簧的自由运动特性，其伸缩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。

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包括有卷轴51、拉绳52、驱动件53、第一磁性块54和第二磁性块55。

具体地，卷轴51设于对应罩体11的外侧；

拉绳52的第一端连接在卷轴51上，第二端穿过对应的罩体11和各单元条411并限位于上述折网段41中位于头部的单元条41的底部，该拉绳52卷绕在卷轴51上并能进行放卷或收卷；

驱动件53为电机，设于对应罩体11的外侧，其动力输出端与卷轴51的端部相连接，用以驱动该卷轴51绕自身轴线转动；

第一磁性块54设于拉绳52的第二端，并抵接在上述折网段41中位于头部的单元条41的底部，从而实现拉绳52第二端在单元条41处的限位；

第二磁性块55安装在对应电极室110的底部，靠近上述转轴422布置，能与上述第一磁性块54相互吸附。

当启动驱动件53正转，卷轴51随之同步正转，从而驱动拉绳52收卷在卷轴51上，以使上述折网段41中位于头部的单元条41沿竖直方向移动，用以调节该折网段41的伸缩度，并至少具有两种状态：

在初始状态下，第一磁性块54和第二磁性块55相互吸附，折网段41伸长至极限状态，平网段42完全收卷在转轴422上；

在最终状态下，第一磁性块54和第二磁性块55相互脱离，折网段41缩短至极限状态，平网段42完全从转轴422上放卷。

本实施例中，将折网段41在电极片3上的正投影面积记为S1，将平网段42在电极片3上的正投影面积记为S2，因此整个绝缘隔网4在电极片3上的正投影面积为S＝S1+S2，由于在折网段41压缩过程中，平网段42会从转轴422上放卷，S始终保持不变。而对于绝缘隔网4来说，折网段41对水流的阻力远远大于平网段42，因此，S1越大，体系的电阻越大(隔网越密，离子通过孔隙的迁移速率越慢，电阻越高)，只需要通过调节折网段41的伸缩度即可调整S1的大小，从而在电压恒定时调节电流。

本实施例的工作原理如下：

(1)在初始状态下，如图5所示，第一磁性块54和第二磁性块55相互吸附，平网段42完全收卷在转轴422上，此时S1处于最大值；

将电解液和软水分别通入阴极室110a和阳极室110b，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，制取的碱性电解水从阳极室110b排出，在电解过程中，折网段41的相邻两个单元条411之间能在水流作用下开合，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的第一网孔4111和第二网孔421形成局部微扰流，折网段41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；

(2)在电解过程中，随着电解液浓度的降低，体系电阻会增大，可启动驱动件53正转，卷轴51随之同步正转，从而驱动拉绳52收卷在卷轴51上，上述折网段41中位于头部的单元条41沿竖直方向上移，折网段41压缩以使S1减小，与此同时，平网段42会从转轴422上放卷，S始终保持不变，随着S1的减小，体系的电阻随之减小(两片电极片3之间的孔隙数量减少，离子迁移速率增加，使体系电阻减小)，消除电解液浓度降低带来的体系电阻变化，从而在电压恒定时保持电流不变，延长电解质可用电解时长，减少电解质的更换频次(在低浓度下仍能保持pH稳定)；

(3)直到平网段42完全从转轴422上放卷，如图7所示，在最终状态下，折网段41不再能进行进一步压缩，电解结束。

Claims (11)

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：所述的电极室(110)内设有位于两片电极片(3)之间的绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)至少有局部为折网段(41)，该折网段(41)在所述电极片(3)上的正投影面积记为S1，所述的折网段(41)能在外力作用下沿其长度方向伸缩，用以调整S1的大小。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：还包括有用于驱动所述折网段(41)伸缩的驱动机构(5)。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述折网段(41)的第一端相对于所述的槽体(1)固定，所述驱动机构(5)的动力输出端与该折网段(41)的第二端驱动相连，以使该折网段(41)的第二端沿折网段(41)的伸缩方向移动，用以调节该折网段(41)的伸缩度。

4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)还包括有平网段(42)，该平网段(42)呈平板状，表面开设有多个供流体通过的第二网孔(421)，平网段(42)的第一端通过转轴(422)连接在所述的槽体(1)上，第二端与所述折网段(41)的第二端相连接；

将所述平网段(42)在所述电极片(3)上的正投影面积记为S2，所述的平网段(42)卷绕在所述的转轴(422)上并能在折网段(41)压缩的过程中放卷，以使S1和S2之和保持不变。

5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于：所述的驱动机构(5)包括有

卷轴(51)，设于所述槽体(1)的外侧；

拉绳(52)，第一端连接在所述的卷轴(51)上，第二端穿过所述的槽体(1)伸入到对应的电极室(110)内并限位于所述折网段(41)的第二端，该拉绳(52)卷绕在所述的卷轴(51)上并能进行放卷或收卷；以及

驱动件(53)，设于所述槽体(1)的外侧，其动力输出端与所述的卷轴(51)相连接，用以驱动卷轴(51)绕自身轴线转动。

6.根据权利要求5所述的电解槽，其特征在于：所述的驱动机构(5)还包括有

第一磁性块(54)，设于所述拉绳(52)的第二端；以及

第二磁性块(55)，相对于所述的槽体(1)固定，能与所述的第一磁性块(54)相互吸附；

在初始状态下，所述的第一磁性块(54)和第二磁性块(55)相互吸附，所述的折网段(41)伸长至极限状态。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述的第二磁性块(55)靠近所述的转轴(422)布置，在初始状态下，所述的平网段(42)完全收卷在所述的转轴(422)上。

8.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述的折网段(41)包括有至少两条沿其长度方向依次排列的单元条(411)，该单元条(411)上开设有多个供流体通过的第一网孔(4111)，按排列方向第奇数条单元条(411)记为第一单元条(411a)，按排列方向第偶数条单元条(411)记为第二单元条(411b)，前一第一单元条(411a)的第一侧边与后一第二单元条(411b)的第一侧边相连，前一第二单元条(411b)的第二侧边与后一第一单元条(411a)的第二侧边相连，相邻两条单元条(411)之间具有夹角且可相对开合。

9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的电解槽，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，所述的绝缘隔网(4)分隔于相邻的隔膜(2)和电极片(3)之间。

10.根据权利要求9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9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)。