CN116874036A - 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)，所述的电极室(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)内设有绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)包括有沿其延伸方向间隔布置的第一隔网部(41)和第二隔网部(42)，该第一隔网部(41)和第二隔网部(42)分别选用对离子阻碍程度不同的隔网，所述的绝缘隔网(4)能在外力作用下沿其延伸方向移动而进出两片所述的电极片(3)之间。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，所述的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绝缘隔网，该绝缘隔网包括有沿其延伸方向间隔布置的第一隔网部和第二隔网部，该第一隔网部和第二隔网部分别选用对离子阻碍程度不同的隔网，所述的绝缘隔网能在外力作用下沿其延伸方向移动而进出两片所述的电极片之间，并至少具有两种状态：

在第一状态下，所述的第一隔网部分隔于两片所述的电极片之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部分隔于两片所述的电极片之间。

为了使第一隔网部和第二隔网部对离子阻碍程度不同，具有以下方案：

方案一中，所述第一隔网部和第二隔网部的过流面积不同。

为了实现不同的过流面积，所述的第一隔网部和第二隔网部的表面均开设有多个供流体通过的网孔，且第一隔网部和第二隔网部的网孔孔径不同。

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，所述的绝缘隔网与所述的电极片相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间。

方案二中，仅所述第一隔网部的表面布置有多根间隔布置的刷毛。

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，所述的绝缘隔网与所述的电极片相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间。

为了实现刮擦除垢功能，所述第一隔网部两侧的表面均布置有所述的刷毛，分别用于与隔膜和对应电极片进行摩擦接触。

方案三中，仅所述第一隔网部的横截面为波形结构。

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，所述的绝缘隔网与所述的电极片相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部分隔于隔膜和对应电极片之间。

为了实现刮擦除垢功能，所述第一隔网部的波峰和波谷处分别形成有能与隔膜和对应电极片摩擦接触的刮擦部。

为了对电极片进行全方位保护，所述的绝缘隔网呈柔性，与所述的电极片相对应，所述的第一隔网部和第二隔网部首尾相连成闭环结构，并包围在对应电极片的外周。

为了实现对绝缘隔网的驱动，还包括有用于驱动所述绝缘隔网沿其闭环循环移动的驱动机构。

为了驱动绝缘隔网沿其闭环循环移动，所述的驱动机构包括有

主动轮，能转动地连接在所述的槽体上；

从动轮，与所述的主动轮间隔布置，能转动地连接在所述的槽体上；

传动带，围绕在所述传动带的外周，绕设在所述主动轮和从动轮的周壁上，并与该主动轮和从动轮传动连接，所述的绝缘隔网沿对应传动带的前进方向延伸并与该传动带相连接；以及

驱动件，设于所述槽体的外侧，其动力输出轴与所述的主动轮相连接，用以驱动该主动轮绕自身轴线转动并通过传动带带动绝缘隔网沿其闭环循环移动。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过将对离子阻碍程度不同的第一隔网部和第二隔网部组成绝缘隔网，这样，只需要驱动绝缘隔网沿其延伸方向移动，即可使第一隔网部和第二隔网部分隔在两片电极片之间而调整体系电阻，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)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。

附图说明

图1为本发明电解槽的实施例1在绝缘隔网处于第一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中绝缘隔网和驱动机构的立体结构示意图；

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为本发明电解槽的实施例1在绝缘隔网处于第二状态下的纵向剖视图；

图7为本发明电解槽的实施例2中绝缘隔网和驱动机构的立体结构示意图；

图8为本发明电解槽的实施例2在绝缘隔网处于第一状态下的纵向剖视图；

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在绝缘隔网处于第二状态下的纵向剖视图；

图11为本发明电解槽的实施例3中绝缘隔网和驱动机构的立体结构示意图；

图12为本发明电解槽的实施例3在绝缘隔网处于第一状态下的纵向剖视图；

图13为图12中Ⅲ部分的放大图；

图14为本发明电解槽的实施例3在绝缘隔网处于第二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。

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。

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的中部，上述阳极片3b基本竖直布置在阳极室110b的中部。各电极片3的侧部具有导电柱31，该导电柱31穿过对应罩体11并外露于该罩体11的侧壁，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。各绝缘隔网4呈柔性，设计成履带式，具体地，绝缘隔网4包括有沿其延伸方向间隔布置的第一隔网部41和第二隔网部42，该第一隔网部41和第二隔网部42首尾相连成闭环结构，并包围在对应电极片3的外周。

本实施例中，第一隔网部41和第二隔网部42的过流面积不同，因此对离子阻碍程度不同。具体地，第一隔网部41和第二隔网部42的表面均开设有多个供流体通过的网孔40，且第一隔网部41和第二隔网部42的网孔40数量相同，但孔径不同。

上述绝缘隔网4具有以下作用：第一，绝缘隔网4包围在对应电极片3的外周，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40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。

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；绝缘隔网4的孔隙率＞1％，优选为50％，绝缘隔网4的厚度＞0.1mm，优选为0.4mm，绝缘隔网4的网孔40形状优选为方孔，第一隔网部41的方孔边长优选为1mm，第二隔网部42的方孔边长优选为2mm，尽可能提高水流在穿过网孔40时形成的微扰流。

驱动机构5的数量为两组，与上述绝缘隔网4一一对应。各驱动机构5用于驱动对应绝缘隔网4沿其延伸方向移动，包括有主动轮51、从动轮52、传送带53和驱动件54。具体地，主动轮51的两端通过转轴转动连接在对应的罩体11上，并位于对应电极片3的正下方；从动轮52的两端通过转轴转动连接在对应的罩体11上，并位于对应电极片3的正上方；传动带53围绕在传动带53的外周，绕设在主动轮51和从动轮52的周壁上，并与该主动轮51和从动轮52传动连接，上述绝缘隔网4沿对应传动带53的前进方向延伸并与该传动带53相连接，本实施例中，传动带53与绝缘隔网4的壁面为一体件，并位于绝缘隔网4的中间位置；驱动件54为电机，安装在对应罩体11的外侧，其动力输出轴穿过罩体11伸入到对应的电极室110内与对应的主动轮51相连接，用以驱动该主动轮51绕自身轴线转动并通过传动带53带动绝缘隔网4沿其闭环循环移动。

在绝缘隔网4循环移动过程中，能够进出隔膜2和对应电极片3之间，并至少具有两种状态：

在第一状态下，第一隔网部41分隔于隔膜2和对应电极片3之间；

在第二状态下，第二隔网部42分隔于隔膜2和对应电极片3之间。

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的不同之处在于：

本实施例中，第一隔网部41和第二隔网部42的网孔40数量相同，孔径相同，但仅第一隔网部41两侧的表面布置有多根间隔布置的刷毛411，一方面，由于刷毛411的设计，第一隔网部41对离子的阻碍程度大于第二隔网部42；另一方面，刷毛411在随绝缘隔网3循环移动过程中能够与隔膜2或对应电极片3进行摩擦接触，起到清洁刮擦水垢的作用。

本实施例中，绝缘隔网4的网孔40形状优选为方孔，方孔边长优选为1mm；刷毛411的直径＞0.1mm，优选为0.2mm。

本实施例中，经过主动轮51轴线和从动轮52轴线的平面与对应的电极片3处于同一平面，以使第一隔网部41内侧的刷毛411能在随绝缘隔网4循环移动过程中依次与电极片3两侧的表面进行摩擦接触。

实施例3：

如图11至图14所示，为本发明电解槽的第三个优选实施例。与实施例1的不同之处在于：

本实施例中，第一隔网部41和第二隔网部42的网孔40数量相同，孔径相同，但仅第一隔网部41的横截面为三角波结构，一方面，由于第一隔网部41为折网，而第二隔网部42为平网，折网切换为平网的过程中，可缩短离子的传递路径(曲折变为直通)，因此第一隔网部41对离子的阻碍程度大于第二隔网部42；另一方面，第一隔网部41的波峰和波谷处分别形成有能与隔膜2和对应电极片3摩擦接触的刮擦部412，从而实现刮擦除垢。

本实施例中，传动带53的宽度为2mm；第一隔网部41的折角角度为0～180°，优选为135°；绝缘隔网4的网孔40形状优选为方孔，方孔边长优选为1mm。

本实施例中，经过主动轮51轴线和从动轮52轴线的平面与对应的电极片3处于同一平面，以使第一隔网部41峰谷处形成的刮擦部412能在随绝缘隔网4循环移动过程中依次与电极片3两侧的表面进行摩擦接触。

以实施例3为例，本发明的工作原理如下：

(1)在初始状态下，如图12和图13所示，绝缘隔网4处于第一状态，第一隔网部41分隔于隔膜2和对应电极片3之间；

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，第一，绝缘隔网4包围在对应电极片3的外周，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40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)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54驱动主动轮51转动，从而通过传动带53带动绝缘隔网4沿其闭环循环移动，以使第一隔网部41逐渐离开隔膜2和对应电极片3之间，第二隔网部42逐渐进入隔膜2和对应电极片3之间，由于第二隔网部42对离子的阻碍程度小于第一隔网部41，体系的电阻随之减小，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)；

另外，在绝缘隔网4循环移动过程中，一方面，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；另一方面，绝缘隔网4的刮擦部412在循环移动过程中与隔膜2或对应电极片3进行摩擦接触，起到清洁刮擦水垢的作用；

(3)直到第二隔网部42完全进入隔膜2和对应电极片3之间，如图14所示，在第二状态下，第二隔网部42分隔于隔膜2和对应电极片3之间，电解结束。

Claims (13)

1.一种电解槽，包括有具有电极室(110)的槽体(1)，所述的电极室(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)内设有绝缘隔网(4)，该绝缘隔网(4)包括有沿其延伸方向间隔布置的第一隔网部(41)和第二隔网部(42)，该第一隔网部(41)和第二隔网部(42)分别选用对离子阻碍程度不同的隔网，所述的绝缘隔网(4)能在外力作用下沿其延伸方向移动而进出两片所述的电极片(3)之间，并至少具有两种状态：

在第一状态下，所述的第一隔网部(41)分隔于两片所述的电极片(3)之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部(42)分隔于两片所述的电极片(3)之间。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述第一隔网部(41)和第二隔网部(42)的过流面积不同。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述的第一隔网部(41)和第二隔网部(42)的表面均开设有多个供流体通过的网孔(40)，且第一隔网部(41)和第二隔网部(42)的网孔(40)孔径不同。

4.根据权利要求2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)与所述的电极片(3)相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部(41)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部(42)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间。

5.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：仅所述第一隔网部(41)的表面布置有多根间隔布置的刷毛(411)。

6.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)与所述的电极片(3)相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部(41)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部(42)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述第一隔网部(41)两侧的表面均布置有所述的刷毛(411)，分别用于与隔膜(2)和对应电极片(3)进行摩擦接触。

8.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于：仅所述第一隔网部(41)的横截面为波形结构。

9.根据权利要求8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)与所述的电极片(3)相对应；

在第一状态下，所述的第一隔网部(41)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间；

在第二状态下，所述的第二隔网部(42)分隔于隔膜(2)和对应电极片(3)之间。

10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于：所述第一隔网部(41)的波峰和波谷处分别形成有能与隔膜(2)和对应电极片(3)摩擦接触的刮擦部(412)。

11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的电解槽，其特征在于：所述的绝缘隔网(4)呈柔性，与所述的电极片(3)相对应，所述的第一隔网部(41)和第二隔网部(42)首尾相连成闭环结构，并包围在对应电极片(3)的外周。

12.根据权利要求11所述的电解槽，其特征在于：还包括有用于驱动所述绝缘隔网(4)沿其闭环循环移动的驱动机构(5)。

13.根据权利要求12所述的电解槽，其特征在于：

所述的驱动机构(5)包括有

主动轮(51)，能转动地连接在所述的槽体(1)上；

从动轮(52)，与所述的主动轮(51)间隔布置，能转动地连接在所述的槽体(1)上；

传动带(53)，围绕在所述传动带(53)的外周，绕设在所述主动轮(51)和从动轮(52)的周壁上，并与该主动轮(51)和从动轮(52)传动连接，所述的绝缘隔网(4)沿对应传动带(53)的前进方向延伸并与该传动带(53)相连接；以及

驱动件(54)，设于所述槽体(1)的外侧，其动力输出轴与所述的主动轮(51)相连接，用以驱动该主动轮(51)绕自身轴线转动并通过传动带(53)带动绝缘隔网(4)沿其闭环循环移动。