CN116874037A - 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)内设有与所述电极片(3)相对应的隔网组件(4)，该隔网组件(4)包括有主动轮(41)，能转动地连接在所述的槽体(1)上；从动轮(42)，与所述的主动轮(41)间隔布置，能转动地连接在所述的槽体(1)上；以及绝缘隔网(43)，包围在对应电极片(3)的外周，绕设在所述主动轮(41)和从动轮(42)的周壁上，并与该主动轮(41)和从动轮(42)传动连接。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。

本发明所要解决的第四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与所述电极片相对应的隔网组件，该隔网组件包括有

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；以及

绝缘隔网，包围在对应电极片的外周，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。

为了方便绝缘隔网的加工，所述的绝缘隔网包括有

传动带，围绕在对应电极片的外周，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；以及

呈柔性的隔网本体，沿所述传动带的前进方向延伸并与该传动带相连接，该隔网本体首尾相连成闭环结构从而包围在对应电极片的外周，且隔网本体的表面开设有多个供流体通过的网孔。

为了增强扰流效果，所述隔网本体的横截面呈波形结构。这样，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。

为了进一步解决上述第四个技术问题，所述隔网本体的波谷处形成有能与对应电极片摩擦接触的第一刮擦部。

为了提高刮擦除垢效率，将经过所述主动轮轴线和从动轮轴线的平面记为所述隔网组件的轴面，该轴面与对应的电极片处于同一平面，以使各所述第一刮擦部能在随绝缘隔网循环移动过程中依次与所述电极片两侧的表面进行摩擦接触。

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，两组所述的隔网组件分别设于两个所述的电极室内。

为了进一步解决上述第四个技术问题，所述隔网本体的波峰处形成有能与所述隔膜摩擦接触的第二刮擦部。

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。

优选地，所述的波形结构为三角波或正弦波。

为了实现对绝缘隔网的驱动，所述槽体的外侧设有驱动件，该驱动件的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隔网本体沿其闭环循环移动。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过主动轮、从动轮和绝缘隔网组成隔网组件，并将绝缘隔网包围在对应电极片的外周，一方面，绝缘隔网包围在电极片的外周，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)通过将隔网本体设计成波形结构，隔网本体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，能够清洁刮擦电极片和隔膜表面的的水垢。

附图说明

图1为本发明电解槽的实施例的立体结构示意图；

图2为图1中电解槽的立体分解示意图；

图3为图2中隔网组件和驱动件的立体结构示意图；

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。

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5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、隔网组件4和驱动件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。

隔网组件4的数量为两组，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。

每组隔网组件4包括有主动轮41、从动轮42和绝缘隔网43。具体地，主动轮41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42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；绝缘隔网43包括有传动带431和隔网本体432，传动带431围绕在对应电极片3的外周，绕设在主动轮41和从动轮42的周壁上，并与该主动轮41和从动轮42传动连接；隔网本体432呈柔性，沿传动带431的前进方向延伸并与该传动带431相连接，该隔网本体432首尾相连成闭环结构从而包围在对应电极片3的外周。

本实施例中，隔网本体432的表面开设有多个供流体通过的网孔4321；隔网本体432的横截面呈三角波结构，隔网本体432的波谷处形成有能与对应电极片3摩擦接触的第一刮擦部4322，隔网本体432的波峰处形成有能与隔膜2摩擦接触的第二刮擦部4323。

上述隔网组件4具有以下作用：第一，隔网本体432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4321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，对于三角波结构的隔网本体432来说，网孔4321的方向各异，以便于水流、离子、气泡等从网孔4321四面八方通过，可加速离子传递，且扰流效果增大；第四，隔网本体432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，从而实现刮擦除垢。

本实施例中，绝缘隔网43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；传动带431的宽度为2mm；隔网本体432的折角角度为0～180°，优选为135°；隔网本体432的孔隙率＞1％，优选为50％，隔网本体432的厚度＞0.1mm，优选为0.4mm，隔网本体432的网孔4321形状优选为方孔，方孔边长优选为1mm，尽可能提高水流在穿过网孔4321时形成的微扰流。

本实施例中，将经过主动轮41轴线和从动轮42轴线的平面记为隔网组件4的轴面，该轴面与对应的电极片3处于同一平面，以使各第一刮擦部4322能在随绝缘隔网43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。

驱动件5的数量为两个，与上述隔网组件4一一对应。各驱动件5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41相连接，用以驱动该主动轮41绕自身轴线转动并通过传动带431带动隔网本体432沿其闭环循环移动。

本实施例的工作原理如下：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，可通过驱动件5带动隔网本体432沿其闭环循环移动，第一，隔网本体432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，隔网本体432的网孔4321形成局部微扰流，隔网本体432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，隔网本体432的刮擦部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。

本发明的优点如下：

(1)通过在电极片3外周围设履带式隔网本体432，起到隔膜2支撑及隔断保护作用，并将隔网本体432设计成三角波结构，利用隔网本体432运动形成的动态扰流、隔网本体432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)利用隔网本体432运动形成的动态扰流、隔网本体432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)利用隔网本体432运动形成的动态扰流、隔网本体432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 (11)

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)内设有与所述电极片(3)相对应的隔网组件(4)，该隔网组件(4)包括有

主动轮(41)，能转动地连接在所述的槽体(1)上；

从动轮(42)，与所述的主动轮(41)间隔布置，能转动地连接在所述的槽体(1)上；以及

绝缘隔网(43)，包围在对应电极片(3)的外周，绕设在所述主动轮(41)和从动轮(42)的周壁上，并与该主动轮(41)和从动轮(42)传动连接。

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(43)包括有

传动带(431)，围绕在对应电极片(3)的外周，绕设在所述主动轮(41)和从动轮(42)的周壁上，并与该主动轮(41)和从动轮(42)传动连接；以及

呈柔性的隔网本体(432)，沿所述传动带(431)的前进方向延伸并与该传动带(431)相连接，该隔网本体(432)首尾相连成闭环结构从而包围在对应电极片(3)的外周，且隔网本体(432)的表面开设有多个供流体通过的网孔(4321)。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述隔网本体(432)的横截面呈波形结构。

4.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述隔网本体(432)的波谷处形成有能与对应电极片(3)摩擦接触的第一刮擦部(4322)。

5.根据权利要求4所述的电解槽，其特征在于：将经过所述主动轮(41)轴线和从动轮(42)轴线的平面记为所述隔网组件(4)的轴面，该轴面与对应的电极片(3)处于同一平面，以使各所述第一刮擦部(4322)能在随绝缘隔网(43)循环移动过程中依次与所述电极片(3)两侧的表面进行摩擦接触。

6.根据权利要求4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，两组所述的隔网组件(4)分别设于两个所述的电极室(110)内。

7.根据权利要求6所述的电解槽，其特征在于：所述隔网本体(432)的波峰处形成有能与所述隔膜(2)摩擦接触的第二刮擦部(4323)。

8.根据权利要求6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。

9.根据权利要求6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)。

10.根据权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述的波形结构为三角波或正弦波。

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：所述槽体(1)的外侧设有驱动件(5)，该驱动件(5)的动力输出轴与所述的主动轮(41)相连接，用以驱动该主动轮(41)绕自身轴线转动并通过传动带(431)带动隔网本体(432)沿其闭环循环移动。