CN116730437A - 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)，所述的电解槽还包括有用于驱动所述绝缘隔网(4)运动或变形的驱动机构(5)。与现有技术相比，本发明的电解槽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，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。

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抑制水垢沉积的电解槽。

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加速离子传递的电解槽。

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，所述的电解槽还包括有用于驱动所述绝缘隔网运动或变形的驱动机构。

为了在有限空间内提升运动幅度，保证扰流效果，所述的绝缘隔网为能沿其长度方向伸缩的弹性件，该绝缘隔网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绝缘隔网的第二端相连接，以使该绝缘隔网的第二端沿绝缘隔网的伸缩方向移动，用以调节该绝缘隔网的伸缩度。由于绝缘隔网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。

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，相邻两条单元条之间具有夹角且可相对开合。另外，通过将绝缘隔网设置成三角波形，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。

为了实现对绝缘隔网的驱动，所述的电极室内设有第一固定杆，所述绝缘隔网中位于头部的单元条限位于该第一固定杆上；

所述的驱动机构包括有

拉杆，第一端具有第二固定杆，所述绝缘隔网中位于尾部的单元条限位于该第二固定杆上；以及

驱动件，具有能沿所述绝缘隔网的伸缩方向伸缩的伸缩杆，该伸缩杆与所述拉杆的第二端相连接。

为了方便驱动机构的安装，避免电解液影响驱动件的使用寿命，所述的驱动件安装在所述槽体的外侧，所述的拉杆自第一端向第二端穿过所述槽体并外露于该槽体的外壁。

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。

为了简化驱动机构，所述绝缘隔网的数量至少为两片，与所述的电极室一一对应，所述的驱动机构与该绝缘隔网一一对应，所有所述的驱动机构共用同一驱动件。

当然也可以将所有所述的驱动机构设置成相互独立的结构。

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。

为了保证绝缘隔网将自下而上流动的水流进行充分扰动，提高扰流效果，所述绝缘隔网的伸缩方向基本垂直于所述电极室内水流的流动方向。

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。

为了保证对隔膜的隔断保护效果，将所述绝缘隔网在伸缩过程中的最大长度和最小长度分别记为Lmax和Lmin，Lmax和Lmin的比值为2～3。

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相邻的隔膜和电极片进行分隔，并通过驱动机构驱动绝缘隔网运动，实现动态扰流，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，绝缘隔网运动形成动态扰流，加速排气、抑制水垢沉积、加速离子传递；

(2)由于绝缘隔网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。

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为本发明电解槽的实施例2的横向剖视图。

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、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；罩体11内腔的底部设有沿左右方向延伸的第一固定杆13。

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。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，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，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。

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，在无外加驱动源时，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。

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包括有拉杆51和驱动件52。

具体地，拉杆51的底端具有沿左右方向延伸的第二固定杆511，绝缘隔网4中位于头部的单元条41通过安装部412勾持在第一固定杆13上，绝缘隔网4中位于尾部的单元条41通过安装部412勾持在第二固定杆511上，拉杆51自下而上穿过对应罩体11并外露于该罩体11的顶壁，且与对应的罩体11之间通过密封圈512进行密封配合；

驱动件52为电动推杆，安装在对应罩体11的外侧，具有能沿竖直方向伸缩的伸缩杆521，该伸缩杆521与拉杆51的顶端相连接；本实施例中，所有驱动机构5共用同一驱动件52。

这样，启动驱动件52，带动伸缩杆521伸缩，可通过拉杆51带动各绝缘隔网4的顶端沿绝缘隔网4的伸缩方向移动，从而调整绝缘隔网4的伸缩度。

另外，为了保证对隔膜2的隔断保护效果，将绝缘隔网4在伸缩过程中的最大长度和最小长度分别记为Lmax和Lmin，Lmax和Lmin的比值为2～3，且绝缘隔网4在伸缩过程中的最大长度与隔膜2的长度保持一致。

实施例2：

如图7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，绝缘隔网4的长度方向为左右方向，基本垂直于电极室110内水流的流动方向，也就是说，绝缘隔网4沿左右方向呈三角波结构。同样地，第一固定杆13随之安装在罩体11内腔的右侧，驱动机构5随之安装在罩体11的左侧，用于驱动绝缘隔网4沿左右方向伸缩。

这样，沿左右方向伸缩的绝缘隔网4能将自下而上流动的水流进行充分扰动，提高扰流效果。

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，可通过驱动机构5带动绝缘隔网4伸缩，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 (13)

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)，所述的电解槽还包括有用于驱动所述绝缘隔网(4)运动或变形的驱动机构(5)。

2.根据权利要求1所述的电解槽，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，该绝缘隔网(4)的第一端相对于所述的槽体(1)固定，所述驱动机构(5)的动力输出端与该绝缘隔网(4)的第二端相连接，以使该绝缘隔网(4)的第二端沿绝缘隔网(4)的伸缩方向移动，用以调节该绝缘隔网(4)的伸缩度。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)呈可折叠的波形结构。

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)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，相邻两条单元条(41)之间具有夹角且可相对开合。

5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于：所述的电极室(110)内设有第一固定杆(13)，所述绝缘隔网(4)中位于头部的单元条(41)限位于该第一固定杆(13)上；

所述的驱动机构(5)包括有

拉杆(51)，第一端具有第二固定杆(511)，所述绝缘隔网(4)中位于尾部的单元条(41)限位于该第二固定杆(511)上；以及

驱动件(52)，具有能沿所述绝缘隔网(4)的伸缩方向伸缩的伸缩杆(521)，该伸缩杆(521)与所述拉杆(51)的第二端相连接。

6.根据权利要求5所述的电解槽，其特征在于：所述的驱动件(52)安装在所述槽体(1)的外侧，所述的拉杆(51)自第一端向第二端穿过所述槽体(1)并外露于该槽体(1)的外壁。

7.根据权利要求5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。

8.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的数量至少为两片，与所述的电极室(110)一一对应，所述的驱动机构(5)与该绝缘隔网(4)一一对应，所有所述的驱动机构(5)共用同一驱动件(52)。

9.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的数量至少为两片，与所述的电极室(110)一一对应，所述的驱动机构(5)与该绝缘隔网(4)一一对应，所有所述的驱动机构(5)相互独立。

10.根据权利要求7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)。

11.根据权利要求2至10中任一权利要求所述的电解槽，其特征在于：所述绝缘隔网(4)的伸缩方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2至10中任一权利要求所述的电解槽，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。

13.根据权利要求2至10中任一权利要求所述的电解槽，其特征在于：将所述绝缘隔网(4)在伸缩过程中的最大长度和最小长度分别记为Lmax和Lmin，Lmax和Lmin的比值为2～3。