CN214991891U - 一种臭氧水制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种臭氧水制备装置，包括用于产臭氧的阳极片、与阳极片产生电解作用的阴极片，阳极片上设有第一正极电源线，阴极片上设有第一负极电源线，所述臭氧水制备装置还包括用于去除阴极片表面沉淀物用的中极片，中极片设置在阴极片或阳极片的一侧，中级片上设有第二负极电源线，阴极片上还设有第二正极电源线，第一正极电源线与第一负极电源线在电解过程中导通形成回路，第二负极电源线与第二正极电源线在电解过程中导通形成回路，阴极片表面的沉积物通过第二负极电源线与第二正极电源线导通回路后自动脱落。能够解决臭氧水电解过程中阴极片表面的沉积物无法及时去除的问题，结构简单，操作简便，使用寿命长，工作效率高。

Description

一种臭氧水制备装置

技术领域

本实用新型涉及臭氧水制备技术领域，具体涉及一种臭氧水制备装置。

背景技术

臭氧有极强的氧化能力，可以降解水中多种杂质，杀灭多种致病菌、霉菌、病毒，而且在经它处理后在水中不产生二次污染(残毒)，多余的臭氧也会较快分解为氧气，不似氯剂在水中形成氯氨、氯仿等致癌物质，因而被世界公认为最安全的消毒剂之一。同时臭氧具有广谱杀菌和除异味效果，且残留物为无毒的单键物质、二氧化碳、氧气和水，不会对环境产生危害，尤其是当环境具有一定湿度时，杀菌消毒除异味效果更好。因此，被广泛地应用于饮用水、食品加工、医疗卫生、化工和环境保护等领域。

现有臭氧水制备电解装置多采用在电解装置中设置阳极片和阴极片对电解液进行电解而制备臭氧的方式，但是随着制备时间增加，阴极片上容易吸附带正电荷物质、或发生化学氧化还原反应，并形成沉积物，使得质子交换能力降低，进而导致制备臭氧水的效率降低，并且随着阳极和阴极之间的沉积物不断变厚，容易引起两电极之间短路，电极有被电击穿损坏的可能。在专利CN211284558U中提供了一种通过阴阳电极交换电性的方式去除电极表面沉积物的方法，但该方法只适用于交换阴阳电极电性对电极本身没有损伤的情形，如用铂电极。当臭氧水电解装置的电极中阳极材料无法交换为负极使用时，原阴极表面的沉积物则无法实现有效的去除。

发明内容

为了解决现有技术中存在的某种或某些技术问题，本实用新型提供一种臭氧水制备电解装置，能够解决臭氧水电解过程中阴极片表面的沉积物无法及时去除的问题，结构简单，操作简便，使用寿命长，工作效率高。

为解决上述现有的技术问题，本实用新型采用如下方案：

一种臭氧水制备装置，包括用于产臭氧的阳极片、与所述阳极片产生电解作用的阴极片，所述阳极片上设有第一正极电源线，所述阴极片上设有第一负极电源线，水流穿过所述阳极片与所述阴极片之间的缝隙后产生臭氧水，所述臭氧水制备装置还包括用于去除所述阴极片表面沉淀物用的中极片，所述中极片设置在所述阴极片或所述阳极片的一侧，所述中极片上设有第二负极电源线，所述阴极片上还设有第二正极电源线，所述第一正极电源线与所述第一负极电源线在电解过程中导通形成回路，所述第二负极电源线与所述第二正极电源线在电解过程中导通形成回路，所述阴极片表面的沉积物通过所述第二负极电源线与所述第二正极电源线导通回路后自动脱落。

进一步地，所述阳极片、阴极片和所述中极片上均设有至少一个连接部，相邻两片所述阳极片、阴极片和所述中极片之间均设有导电片，相同的所述阳极片、阴极片和所述中极片之间分别通过所述导电片串联。

进一步地，所述阳极片、阴极片和所述中极片中，至少一种电极片上设有凸起的连接区，所述连接部设置在所述的连接区上。

进一步地，相邻的所述阳极片、阴极片和所述中极片之间的间距为0.1～10mm。

进一步地，所述连接部为孔、槽或凸起结构，相同的所述阳极片、阴极片、中极片和用于串联的各个所述导电片之间分别通过螺栓或螺杆连接所述连接部进行固定，所述中极片、阳极片和阴极片上设有若干通孔或槽。

进一步地，所述阳极片包括基板和设在所述基板上用于产臭氧的催化层，所述催化层为Sn与Ru、Ni、Zr、Fe、Pt、Ta、Co、Ce、Ir、Nb、Sb、Pb、Mn、Gd、B、C和N中的一种或多种金属元素的氧化混合物。

进一步地，所述基板为Ti材质金属板。

进一步地，所述阴极片为不锈钢、铝、铜等导电金属或表面镀有稳定导电涂层的金属。

进一步地，所述中极片为不锈钢、钛、铝、铜等导电金属。

进一步地，所述的第一正极电源线与所述第一负极电源线导通回路时间，与第二正极电源线与所述第二负极电源线导通回路时间的比为0.01:1～1×10⁶:1。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

可设定电控程序，在电解过程中定时切换第一正极电源线与所述第一负极电源线导通回路，与第二正极电源线与所述第二负极电源线导通回路，即定时将原阴极片的电性切换为正极，中极片导通负极，原阴极片和中极片形成的导通电场，能够使原阴极片的表面脱附已沉淀物，或使得沉淀物变为疏松状，在水流过程中易被冲刷脱落，从而解决臭氧水制备电解装置中阴极片表面易生成致密沉积物的问题，使整个装置使用寿命得到明显的增长，也避免了直接以阳极片作为负极时，阳极片催化层损坏的问题，本装置结构简单，操作简便，预防阴极产生沉积物的效果好。

附图说明

图1为本实用新型的分解图；

图2为本实用新型中阳极片的结构示意图；

图3为本实用新型中各电极片的排布方式一；

图4为本实用新型中各电极片的排布方式二；

图5为本实用新型中各电极片的排布方式三；

图中：中极片1、阴极片2、阳极片3、第二负极电源线4、第二正极电源线5、第一负极电源线6、第一正极电源线7、螺栓8、导电片9、连接部10、连接区11、通孔12、基板13、催化层14。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1～5所示，一种臭氧水制备装置，包括用于产臭氧的阳极片3、与所述阳极片3产生电解作用的阴极片2，所述阳极片3上设有第一正极电源线7，所述阴极片2上设有第一负极电源线6，水流穿过所述阳极片3与所述阴极片2之间的缝隙后产生臭氧水，所述臭氧水制备装置还包括用于去除所述阴极片2表面沉淀物用的中极片1，所述中极片1设置在所述阴极片2或所述阳极片3的一侧，所述中极片1上设有第二负极电源线4，所述阴极片2上还设有第二正极电源线5，所述第一正极电源线7与所述第一负极电源线6在电解过程中导通形成回路，所述第二负极电源线4与所述第二正极电源线5在电解过程中导通形成回路，所述阴极片2表面的沉积物通过所述第二负极电源线4与所述第二正极电源线5导通回路后自动脱落。

在实际使用过程中，由于阳极片3上连接有与电源正极导通的第一正极电源线7，而阴极片2上连接有与电源负极导通的第一负极电源线6，当阳极片3和阴极片2处于水体中，第一正极电源线7和第一负极电源线6导通形成回路后，阳极片3与阴极片2之间产生电场，处于电场之间的水分子被电解催化为氢气、氧气、臭氧、自由基等基团或分子，但是水源为普通水时，比如市政自来水、河水、地下水等，水中往往含有各类带电离子、胶粒等杂质，极易吸附在带电电极上，并发生氧化还原反应，尤其是阴极随着工作时间的增加，阴极表面会形成致密的沉淀物并逐步增厚，该沉淀物会增加电路电阻，降低质子交换率和电解效率，并可能堵塞阴极片2和阳极片3之间的缝隙，增加阴阳两极短路的风险。因此，在阴极片2或阳极片3的至少一侧之间设置一片中极片1，中极片1上设有与电源连接的第二负极电源线4，而原阴极片2上同时设有与第二负极电源线4同电源的第二正极电源线5，当阳极片3与阴极片2之间的电源关闭的同时导通中极片1与原阴极片2电流回路，使原阴极片2从负极变为正极，电性交换使得原阴极片2与沉积物之间的界面环境发生变化，由还原界面转为氧化界面，化学键断裂，沉淀物被氧化后变为疏松，易快速脱落，通过定期切换上述两电源通路，可显著预防阴极片2表面沉积物的生产。在实际应用过程中，可以根据水质对两电源通路的工作时间比进行不同的设置，例如，阳极片3和阴极片2工作1-48h后切换电源通路，原阴极片2和中极片1导通1～100s，再切换至原电源通路，以此周而复始的定时工作，阴极片2可长期保持洁净状态，该电极结构和工作方式有效解决了现有臭氧水制备装置中阴极片2因沉积物而影响臭氧制备效率和电极寿命的问题，使阴极片2的使用寿命得到成倍的增长。由于阳极片3上的臭氧催化层14往往采用金属氧化物涂层，当作为负极使用时会产生还原反应，导致原涂层发生不可逆的损坏，因此添加了中极片1后，电性切换时，阳极片3无需作为负极使用，而是由中极片1代替其作为负极与原阴极片2形成电流回路，避免了阳极片3催化层14的损坏问题。本装置结构简单，操作简便，预防阴极产生沉积物的效果好，而且阳极片3和阴极片2也可以根据不同的场合和工作效率进行任意的添加以及减少，灵活性更高。

其中，对于阳极片3、阴极片2和中极片1的排布方式常用实施例如下：

实施例1、中极片1设置在阳极片3和阴极片2之间，从而形阳极片3、中极片1、阴极片2、中极片1、阳极片3形式的循环，阳极片3的两侧至少有一侧设置阴极片2，排布方式如阴极片2、中极片1、阳极片3、中极片1、阴极片2、中极片1、阳极片3形式的循环，尤其是当阴极片2的两侧均设有可以产生电场的中极片1时，无论中间是否间隔阳极片3，都能够更加有效的对阴极片2的两侧进行清理，而当阳极片3的两侧均设有阴极片2时，可以使得阳极片3的两侧均形成电场参与电解水反应，臭氧水的制备效率更高。例如，单片阳极片3的电极结构设置可依次为“阳极片3/中极片1/阴极片2”或“阴极片2/中极片1/阳极片3/中极片1/阴极片2”，当阳极片3数量≥2时，优选的，相邻两个阳极片3之间共用一片阴极片2，每片阳极片3与阴极片2之间均设置有一片中极片1例如，2片阳极片3的电极结构设置可依次为“阳极片3/中极片1/阴极片2/中极片1/阳极片3”或“阴极片2/中极片1/阳极片3/中极片1/阴极片2/中极片1/阳极片3/中极片1/阴极片2”。当阳极片3数量增加时，相似结构依次类推。

实施例2、阳极片3设置在中极片1和阴极片2的中间，阳极片3表面有通孔12或槽，例如，单片阳极片3的电极结构设置可依次为“中极片1/阳极片3/阴极片2”。

实施例3、当阴极片2表面有若干通孔12或槽时，阴极片2还可设置在中极片1和阳极片3的中间，例如，单片阳极片3的电极结构设置依次为“中极片1/阴极片2/阳极片3”或“中极片1/阴极片2/阳极片3/阴极片2/中极片1”，当阳极片3数量≥2时，优选的，相邻两个阳极片3之间共用一片中极片1，2片阳极片3的电极结构设置可依次为“中极片1/阴极片2/阳极片3/阴极片2/中极片1/阴极片2/阳极片3/阴极片2/中极片1”。

本专利设计的阳极片3、阴极片2和中极片1排列方式灵活多样，通过采用中极片1与原阴极片2形成电流回路，原阴极片2电性切换成正极的方式，来消除阴极沉淀物的方式均在本专利保护的范围内。

在以上实施方式基础上进一步的改进为，所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1上均设有至少一个连接部10，相邻两片所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1之间均设有导电片9，相同的所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1之间分别通过所述导电片9串联；所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1中，至少一种电极片上设有凸起的连接区11，所述连接部10设置在所述的连接区11上，所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1上的所述连接区11的位置相互不重叠。

通过连接部10能够使所有的阳极片3、阴极片2和中极片1分别通过各自的导电片9进行串联，从而使导通回路产生更加方便简单，而且对于电源线的连接更加简单方便，只需直接有其中一个连接部10连接就能够够实现通电，尤其是一种电极片上设有凸起的连接区11，连接部10设置在所述的连接区11上，能够使导电片9的串联更加方便，对电源线的连接更加方便，而阳极片3、阴极片2和所述中极片1上的所述连接区11的位置相互不重叠，能够避免出现短路现象。

在以上实施方式基础上更进一步的改进为，所述连接部10为孔、槽或凸起结构，相同的所述阳极片3、阴极片2、中极片1和用于串联的各个所述导电片9之间分别通过螺栓8或螺杆连接所述连接部10进行固定，所述中极片1、阳极片3和阴极片2上设有若干通孔12，两片相同的阳极片3、阴极片2或中极片1之间均通过导电片9导通，只需一根外接电源线就能够实现电流的输入，结构更加简单，制作更加方便，其中相同的阳极片3、阴极片2和中极片1之间通常采用螺栓8或螺杆连接，除了螺栓8外，还可以采用常用的连接方式进行串联。

连接部10为孔、槽或凸起结构，在通过螺杆或者螺栓8进行串联时，更加简单方便，尤其是采用孔结构时，串联后稳定性更好，连接部10能够方便对多片同材料或不同材料的电极片之间进行位置固定安装，同时，中极片1、阳极片3和阴极片2上设有若干通孔12或槽，通过通孔12或槽能够使间隔的两片不同电极片之间产生电场，例如：通孔12或槽能够使阳极片3和阴极片2之间、或阴极片2和中极片1之间导通电源后产生的有效电场，不会因其他的电极片而产生屏蔽现象，并且可以通过水流，有利于气泡的排除。

进一步地改进为，相邻的所述阳极片3、阴极片2和所述中极片1之间的间距为0.1～10mm，任意两片相邻的电极片之间的间距设置为0.1-10mm，由于其间距小，能耗更低。

进一步地改进为，所述阳极片3包括基板13和设在所述基板13上用于产臭氧的催化层14，所述催化层14为Sn与Ru、Ni、Zr、Fe、Pt、Ta、Co、Ce、Ir、Nb、Sb、Pb、Mn、Gd、B、C和N中的一种或多种金属元素的氧化混合物，催化层14在电解水过程中可将水分子中的氧离子催化复合成臭氧分子。

再进一步地改进为，所述基板13为优选为Ti材质金属板；所述阴极片2为不锈钢、铝、铜等导电金属或表面镀有稳定导电涂层的金属；所述中极片1为不锈钢、钛、铝、铜等导电金属。

基板13优选为Ti材质金属板，导电性好，且在电解过程中作为阳极使用时，化学稳定性好。阴极片2采用不锈钢、钛、铝、铜等导电金属或表面镀有稳定导电涂层的金属，比如铂涂层，该涂层在阴极片2切换成正极时，可稳定工作。中极片1采用不锈钢、钛、铝、铜等导电金属。

在以上任一实施方式的基础上进一步地改进为，所述第一正极电源线7和所述第一负极电源线6导通回路的时间与第二正极电源线5和所述第二负极电源线4导通回路的时间比为0.01:1～1×10⁶:1。

例如、第一正极电源线7与所述第一负极电源线6导通回路的时间T1，与第二正极电源线5与所述第二负极电源线4导通回路的时间T2，两者比为0.01:1～1x10⁶:1，优选的，10:1～10000:1。T1为电解臭氧水工作时间，T2为阴极清洁养护时间，二者的比例可根据水质和应用场景需求而设定。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种臭氧水制备装置，包括用于产臭氧的阳极片、与所述阳极片产生电解作用的阴极片，所述阳极片上设有第一正极电源线，所述阴极片上设有第一负极电源线，水流穿过所述阳极片与所述阴极片之间的缝隙后产生臭氧水，其特征在于：所述臭氧水制备装置还包括用于去除所述阴极片表面沉淀物用的中极片，所述中极片设置在所述阴极片或所述阳极片的一侧，所述中极片上设有第二负极电源线，所述阴极片上还设有第二正极电源线，所述第一正极电源线与所述第一负极电源线在电解过程中导通形成回路，所述第二负极电源线与所述第二正极电源线在电解过程中导通形成回路，所述阴极片表面的沉积物通过所述第二负极电源线与所述第二正极电源线导通回路后自动脱落。

2.根据权利要求1所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述阳极片、阴极片和所述中极片上均设有至少一个连接部，相邻两片所述阳极片、阴极片和所述中极片之间均设有导电片，相同的所述阳极片、阴极片和所述中极片之间分别通过所述导电片串联。

3.根据权利要求2所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述阳极片、阴极片和所述中极片中，至少一种电极片上设有凸起的连接区，所述连接部设置在所述的连接区上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：相邻的所述阳极片、阴极片和所述中极片之间的间距为0.1～10mm。

5.据权利要求2所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述连接部为孔、槽或凸起结构，相同的所述阳极片、阴极片、中极片和用于串联的各个所述导电片之间分别通过螺栓或螺杆连接所述连接部进行固定，所述中极片、阳极片和阴极片上设有若干通孔或槽。

6.根据权利要求1所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述阳极片包括基板和设在所述基板上用于电解产生产臭氧的催化层。

7.根据权利要求6所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述基板为Ti材质金属板。

8.根据权利要求1所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述阴极片为不锈钢、铝、铜中的一种导电金属或表面镀有稳定导电涂层的金属。

9.根据权利要求1所述的一种臭氧水制备装置，其特征在于：所述中极片为不锈钢、钛、铝、铜中的一种导电金属。

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