CN202626308U - 一种电解式臭氧发生装置及电解模块组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电解式臭氧发生装置，包括第一和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一和第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在阴极电解组件和阳极电解组件之间的聚合物电解膜；第一和第二阳极瓶；以及一个阴极箱，其中第一和第二聚合物电解膜电解单元的阳极槽分别与第一和第二阳极瓶连通，第一和第二聚合物电解膜电解单元的阴极槽分别与阴极箱连通；以及第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。本实用新型还提供一种用于电解的电解模块组件。
Description
技术领域
本实用新型总体涉及臭氧发生领域，更具体地，涉及一种聚合物电解膜（PEM）低压电解式臭氧发生装置。
背景技术
臭氧具有杀菌、解毒、除臭等作用，广泛应用于制药、医疗、化工等各个领域。目前生成臭氧的方法主要有电晕放电法和PEM低压电解法。相比较电晕放电法，PEM低压电解法具有臭氧纯度高、不含有氮氧化合物的优点，且操作方便、安全系数高。
在现有技术中，PEM低压电解式臭氧发生装置包括PEM电解单元，该PEM电解单元包括：阴极电解组件和阴极槽、阳极电解组件和阳极槽、以及设在阴极电解组件和阳极电解组件之间的聚合物电解膜（PEM）。其中阴极槽与一个阴极箱连通，阳极槽与一个阳极瓶连通。阴极箱和阳极瓶中装有水，水从阴极箱进入阴极槽，从阳极瓶进入阳极槽。通电反应后，产生的氢气从阴极槽进入阴极箱并经阴极箱排出，产生的氧气O2和臭氧O3从阳极槽进入阳极瓶并经阳极瓶排出。
实用新型内容
本实用新型一个方面，提供一种电解式臭氧发生装置，包括：
第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜；
第一阳极瓶和第二阳极瓶；以及
一个阴极箱，其中
所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第一阳极瓶连通，所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第二阳极瓶连通，所述第一聚合物电解膜电解单元的阴极槽和所述第二聚合物电解膜电解单元的阴极槽分别与所述阴极箱连通；以及
所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
根据本实用新型的又一方面，提供一种用于电解的电解模块组件，包括：
第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜，其中
所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
根据本实用新型的PEM低压电解式臭氧发生装置的实施方案，在产生同样臭氧量的条件下，可节约材料成本，节省空间体积，同时可节省电源成本。模块方向可单面更换，方便售后服务维修。此外，横截面为凸字形的阴极箱可固定阳极瓶，从而节约安装支架。
附图说明
通过下文结合附图的详细说明，将更好地理解本实用新型。应理解，这些附图仅出于示例目的，且未必按比例绘制。在附图中：
图1是现有技术中PEM低压电解式臭氧发生装置的示意图。
图2是示意性示出根据本实用新型一个实施方案的PEM低压电解式臭氧发生装置在使用状态下的立体图。
图3示意性示出图2的PEM低压电解式臭氧发生装置的各部件之间的连接，并示出与电源的连接。
具体实施方式
本实用新型一个方面，提供一种电解式臭氧发生装置，其特征在于，包括：
第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜；
第一阳极瓶和第二阳极瓶；以及
一个阴极箱，其中
所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第一阳极瓶连通，所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第二阳极瓶连通，所述第一聚合物电解膜电解单元的阴极槽和所述第二聚合物电解膜电解单元的阴极槽分别与所述阴极箱连通；以及
所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
优选地，所述第一阳极瓶和所述第二阳极瓶分别与所述阴极箱连通。
优选地，所述装置还包括连接电源的接头。
优选地，所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极电解组件和阴极电解组件与所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极电解组件和阴极电解组件的安装方向相反。
优选地，所述阴极箱在使用状态下沿水平方向的横截面形状为凸字形。
优选地，所述装置还包括一个固定板。
优选地，所述阳极槽由聚偏二氟乙烯（PVDF）制成。
优选地，所述阴极槽由聚酰胺（尼龙）制成。
优选地，所述第一阳极瓶和第二阳极瓶分别由玻璃或聚偏二氟乙烯（PVDF）制成。
优选地，所述阴极箱由聚偏二氟乙烯或亚克力（即甲基丙烯酸甲酯类有机玻璃）制成。
优选地，所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第一阳极瓶的连通，所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第二阳极瓶的连通，以及所述第一聚合物电解膜电解单元的阴极槽和所述第二聚合物电解膜电解单元的阴极槽与所述阴极箱的连通是由连接管实现的。
优选地，所述连接管由硅胶和聚偏二氟乙烯的混合材料制成。
优选地，所述第一阳极瓶和第二阳极瓶的尺寸分别为直径80mm，高200mm。
优选地，所述阴极箱的尺寸为长220mm、最大宽度180mm、高210mm。
根据本实用新型的又一方面，提供一种用于电解的电解模块组件，包括第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜，其中所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
在下文中，所述实验均采用12A/15V的专用恒流开关电源105和40A/12V DC继电器106。
图1是现有技术中PEM低压电解式臭氧发生装置1的示意图。该臭氧发生装置1包括PEM电解单元101、连接管102、阴极箱103、阳极瓶104。PEM电解单元101包括阴极电解组件11和阴极槽111，以及阳极电解组件12和阳极槽112，其中阴极电解组件11和阳极电解组件12之间设有聚合物电解膜（PEM）113。其中PEM采用纳菲膜（Nafion）和Pt的复合材料，例如Dupont公司生产的Nafion-212膜，阳极电解组件采用钛合金材料，阴极电解组件采用耐腐蚀的不锈钢材料。水从阴极箱103经连接管102进入阴极槽111，从阳极瓶104经连接管102进入阳极槽112。阴极箱103可与阳极瓶104连通。通电反应后，产生的氢气从阴极槽111进入阴极箱103并经阴极箱103排出，产生的氧气O2和臭氧O3从阳极槽112进入阳极瓶104并经阳极瓶104排出。阳极槽由聚偏二氟乙烯（PVDF）制成，阴极槽由聚酰胺（尼龙）制成。阳极瓶由非导电体抗强氧化材料制成，例如玻璃或PVDF。阴极箱由非导电体防腐蚀材料制成，例如PVDF或亚克力。连接管由韧性、抗强氧化、热变系数低的材料制成，例如硅胶与PVDF的混合材料。
图2是示意性示出根据本实用新型一个实施方案的PEM低压电解式臭氧发生装置2在使用状态下的立体图。如图所示，该装置2包括两个PEM电解单元201和201’，两个阳极瓶204和204’，以及一个阴极箱205。PEM电解单元201包括阳极电解组件（以“+”表示，下同）和阳极槽212，以及阴极电解组件（以“-”表示，下同）和阴极槽211，其中阴极电解组件和阳极电解组件之间设有聚合物电解膜213。PEM电解单元201’包括阳极电解组件和阳极槽212’，以及阴极电解组件和阴极槽211’，其中阴极电解组件和阳极电解组件之间设有聚合物电解膜213’。与上文描述的图1的装置类似，水从阴极箱205经连接管202分别进入PEM电解单元201的阴极槽211和PEM电解单元201’的阴极槽211’，从阳极瓶204经连接管202进入PEM电解单元201的阳极槽212，以及从阳极瓶204’经连接管202进入PEM电解单元201’的阳极槽212’。通电反应后，产生的氢气分别从PEM电解单元201的阴极槽211和PEM电解单元201’的阴极槽211’进入阴极箱205并经阴极箱205排出，产生的氧气O2和臭氧O3从PEM电解单元201的阳极槽212进入阳极瓶204，从PEM电解单元201’的阳极槽212’进入阳极瓶204’，并经阳极瓶204和204’排出。在本实施方式中，PEM、阳极槽、阴极槽、阳极电解组件和阴极电解组件的材料与现有技术中相同，阳极瓶、阴极箱和连接管的材料都与现有技术中的相同。如图2所示，两个阳极瓶204和204’都为圆柱形，尺寸都为直径80mm，高200mm，但应理解，其他形状和尺寸也是可行的。优选地，阴极箱205在使用状态下沿水平方向的横截面形状为凸字形（如图2中面A的形状所表示的），从而可在凹部固定两个阳极瓶，但应理解，阴极箱在使用状态下沿水平方向的横截面形状也可以是其他形状。阴极箱的尺寸如图2中所示为长220mm（L）、最大宽度180mm（W）、高210mm（H），应理解，其他尺寸也是可行的。如图2示出的，装置2还包括一个固定板206，该固定板固定阳极瓶和阴极箱，可以直接和容纳整个臭氧发生装置的机箱（未示出）上的支架连接，从而方便安装。
实验测得，在输入至该臭氧发生装置1的电压3-5V，电流为12A的情况下，臭氧发生装置1的臭氧输出量为约800mg/hr。在输入至该臭氧发生装置2的电压3-5V，电流为12A的情况下，臭氧发生装置2的臭氧输出量为约1600mg/hr。
图3示意性示出图2的PEM低压电解式臭氧发生装置2的各部件之间的连接，并示出与电源的连接。从图3可看出，PEM电解单元201的阳极电解组件与PEM电解单元201’的阴极电解组件相连接，PEM电解单元201’的阳极电解组件与电源105的正极相连接，PEM电解单元201的阴极电解组件与电源105的负极相连接。阳极瓶204和204’可分别通过连接管202与阴极箱205连通，保持水位平衡。PEM电解单元201的阳极槽212通过连接管202与阳极瓶204连通，PEM电解单元201’的阳极槽212’通过连接管202与阳极瓶204’连通。PEM电解单元201的阴极槽211和PEM电解单元201’的阴极槽211’分别通过连接管202与阴极箱205连通。通电反应后，产生的氢气都从阴极箱205排出，产生的氧气和臭氧分别从阳极瓶204和204’排出。
应理解，这些实施例仅出于示例目的，本领域技术人员可以做出许多变体，而本实用新型的范围由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种电解式臭氧发生装置，其特征在于，包括：
第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜；
第一阳极瓶和第二阳极瓶；以及
一个阴极箱，其中
所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第一阳极瓶连通，所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极槽与所述第二阳极瓶连通，所述第一聚合物电解膜电解单元的阴极槽和所述第二聚合物电解膜电解单元的阴极槽分别与所述阴极箱连通；以及
所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
2.根据权利要求1所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述第一阳极瓶和所述第二阳极瓶分别与所述阴极箱连通。
3.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述装置还包括连接电源的接头。
4.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述第一聚合物电解膜电解单元的阳极电解组件和阴极电解组件与所述第二聚合物电解膜电解单元的阳极电解组件和阴极电解组件的安装方向相反。
5.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述阴极箱在使用状态下沿水平方向的横截面形状为凸字形。
6.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述装置还包括一个固定板。
7.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述第一阳极瓶和所述第二阳极瓶的尺寸分别为直径80mm，高200mm。
8.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述阴极箱的尺寸为长220mm、最大宽度180mm、高210mm。
9.一种用于电解的电解模块组件，其特征在于，包括：
第一聚合物电解膜电解单元和第二聚合物电解膜电解单元，所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元分别包括阳极电解组件和阳极槽、阴极电解组件和阴极槽、以及设置在所述阴极电解组件和所述阳极电解组件之间的聚合物电解膜，其中
所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的一个的阳极电解组件与所述第一聚合物电解膜电解单元和所述第二聚合物电解膜电解单元中的另一个的阴极电解组件相连接。
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