TWI439569B - 用於製備次氯酸水的電解系統 - Google Patents

Description

用於製備次氯酸水的電解系統

本發明涉及一種電解系統，更具體地說，涉及一種用於製備次氯酸水的電解系統，將鹽酸予以電解生成氯氣，用水來混合所生成的氯氣，以生成含有次氯酸的次氯酸水。

次氯酸水為酸性電解水，含有次氯酸分子(HClO)，是一種PH為5.0~6.5、有效氯濃度為10-30mg/L的水，這種次氯酸水具有較强的氧化能力和快速殺滅微生物的作用。現有製備次氯酸水的電解系統包括電解槽、自來水供應管路以及次氯酸水排出管路，自來水供應管路向電解槽内供應添加了食鹽Nacl的自來水，電解槽内設有的陰、陽兩極電解片，並設有離子隔膜，由離子隔膜將電解槽的陽極側和陰極側分開，其製備原理是：將添加了食鹽Nacl的自來水，通過該帶有離子隔膜的電解槽電解而成，由於離隔膜將電解槽的陽極側和陰極側分開，陽由氯離子Cl-生成氯氣，然後進一步與H2O反應生成鹽酸和次氯酸HClO，使從陽極槽得到的水含10-50mg/L有效氯，然後再通過次氯酸水排出管路排入次氯酸水容器。

然而，現有用於製備次氯酸水的電解系統主要存在下述問題：(1)採用添加了食鹽Nacl的自來水為原料，需要利用帶有離子隔膜的電解槽生成次氯酸水，然而離子隔膜的價格昂貴，電解過程中容易堵塞，影響電解效率；並且，現有的双槽隔膜式電解方式在生產過程中，陽極槽得到次氯酸水，陰極槽就得到等量的碱性水，而碱性水的利用價值低；(2)電解過程中，高電流會通過電解片而產生熱量，熱量會增加電解片的阻抗，使得電流流量減低，影響氯氣的產生量，進而影響次氯酸水的生成效率；(3)氯氣與水在電解槽中混合，但會存在少量的氯氣没有與水混合，影響次氯酸水的生成效率；(4)水流量、電解液流量及次氯酸水的酸碱值没有得到有效控制，使得所生成次氯酸水不符合PH值的要求，因而有必要對現有的用於製備次氯酸水的電解系統進行改進。

本發明要解決的技術問題在於，針對上述現有用於製備次氯酸水的電解系統，採用添加了食鹽Nacl的自來水為原料，次氯酸水的生成率不高的缺點，提供一種用於製備次氯酸水的電解系統，採用鹽酸與自來水為原料，能够有效提高次氯酸水的生成率。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：提供一種用於製備次氯酸水的電解系統，包括：電解槽、自來水供應管路、次氯酸水排出管路、鹽酸供應管路以及與電解槽電性連接智能控制器；所述電解槽内分隔形成有用於容納鹽酸電解液的内槽及用於流通自來水的外槽，所述内槽内設有陰、陽兩極電解片，其下端開設有用於引入鹽酸電解液的電解液流入孔，上端開設有與外槽相連通的氯氣排出口；所述外槽的下側開設有用於流入自來水的進水孔，其上側開設有用於流出次氯酸水的出水孔；所述自來水供應管路的一端設有入水口用於連接入水管，另一端連接所述進水孔；所述鹽酸供應管路的一端連接用於儲存鹽酸的鹽酸容器，另一端連接所述電解液流入孔；所述次氯酸水排出管路的一端連接所述出水孔，另一端設有出水口用於連接次氯酸水容器或直接使用。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述自來水供應管路沿水流方向順序設有調壓閥、水壓表、過濾閥、兩通閥、限流器、流量计以及單向閥，所述智能控制器與兩通閥及流量計電性連接，以對水流流量進行實時監控。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述鹽酸供應管路上設有液體泵，所述智能控制器與液體泵電性連接，以對電解液流量進行實時監控。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述次氯酸水排出管路上設酸碱感應器，所述智能控制器與酸碱感應器電性連接，以對次氯酸水的酸碱度進行實時監控。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述次氯酸水排出管路上進一步設有混合器，所述混合器設於電解槽的出水孔和酸碱感應器之間，混合器包括内管及套設内管上的套管，所述内管的上方設有梳板，所述梳板上開設有數個導孔。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述氯氣排出口靠近出水孔設於内槽的上端。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述氯氣排出口的設置高度高於所述出水孔的設置高度。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述内槽傾斜20°~40°放置，其中部設有中央電解片，所述中央電解片將内槽分隔為A區、B區及C區，A區為電解液緩衝區，B區和C區為電解區，所述電解液流入孔設於A區，所述陰、陽兩極電解片分別位於C區和B區。

在本發明所述的用於製備次氯酸水的電解系統中，所述中央電解片的下方開設有2~4mm的流通孔。

本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的有益效果：(1)採用無隔膜的電解系統，以來源廣泛、價格低廉的自來水和鹽酸為原料，由於没有隔膜，操作簡便、生產效率高，且生產過程中，不產生碱性水，可以大量節約原料；(2)電解系統的電解槽分隔為内槽、外槽，内槽設於外槽的内部並與外槽密封隔離，内槽容納鹽酸電解液，外槽流通自來水，鹽酸電解液被電解後生成氯氣從氯氣排出口排出與外槽的自來水相結合生成次氯酸(HClO)，且外槽流通的自來水還能够冷却内槽的電解片，能够降低電解片的熱量，從而減低電解片的阻抗，避免影響氯氣的生成量。(3)電解過程中，電解槽傾斜20°~40°放置，避免電解液的流通不暢。(4)氯氣排出口靠近出水孔設置，氯氣排出口的設置高度高於出水孔的設置高度，氯氣在混合區與自來水混合生成次氯酸，避免了鹽酸電解液被自來水稀釋，且能穩定氯氣的排出量。(5)採用智能控制器，以電解力、電解液流量和水流流量作為智能控制器的控制回路參數，來控制電解槽的氯氣生產量，製得最有效的次氯酸水。(7)通過在自來水供應管路上設置調壓閥、水壓表、過濾閥、兩通閥及限流器可以控制水流的壓力和水流量；設置流量計用於量度水流量並向智能控制器反饋；設置單向閥用於防止生成的次氯酸水回流。(8)通過在次氯酸水排出管路上設置混合器，能够增加氯氣與水的混合量，提供次氯酸水的生成效率，通過設置酸碱感應器，用於測定次氯酸水的PH值並向智能控制器反饋。綜上所述，本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的結構簡單，且能够有效提高次氯酸水的生成率，所製得的次氯酸水具有殺菌和消毒的環保功效。

如第一圖所示，第一圖是本發明優選實施例的用於製備次氯酸水的電解系統的結構示意圖，第二圖是第一圖中電解槽的結構示意圖；本發明的用於製備次氯酸水的電解系統，包括：電解槽1、自來水供應管路2、次氯酸水排出管路3、鹽酸供應管路4以及智能控制器5。

參閱第二圖，第二圖所示是第一圖中電解槽的結構示意圖；所述電解槽1内分隔形成有用於容納鹽酸電解液的内槽11及用於流通自來水的外槽12，所述内槽11内設有陰、陽兩極電解片18、19，其下端開設有用於引入鹽酸電解液的電解液流入孔111，上端開設有與外槽12相連通的氯氣排出口112；所述外槽12的下側開設有用於流入自來水的進水孔121，其上側開設有用於流出次氯酸水的出水孔122。

自来水供應管路2的一端設有入水口21，用於連接入水管(未圖示)，另一端連接外槽12的進水孔121，用於向電解槽1的外槽12通入自來水。鹽酸供應管路4的一端連接用於儲存鹽酸電解液的鹽酸容器41，另一端連接内槽11的電解液流入孔111，用於向電解槽1的内槽11通入鹽酸。次氯酸水排出管路3的一端連接外槽12的出水孔122，另一端設有出水口33連接收納次氯酸水容器(未圖示)，用於向次氯酸水容器中排放次氯酸水。智能控制器5内設有電源模塊及控制模塊，所述電源模塊與陰、陽兩極電解片18、19電性連接，提供陰、陽兩極電解片18、19直流電壓。

本發明的次氯酸水的生成原理是：以鹽酸電解液(HCl)及自來水(H2O)為原料，電解槽1的内槽11通過鹽酸供應管路4引入鹽酸電解液(HCl)，陰、陽兩極電解片18、19接通直流電壓，將鹽酸電解液(HCl)電解生成氫氣(H2)和氯氣(Cl2)，電解槽1的外槽12通過自來水供應管路2引入自來水(H2O)與氯氣(Cl2)結合生成鹽酸(HCl)和次氯酸(HClO)，通過該電解系統能够製得具有殺菌、環保效果的次氯酸水，可以作為食物添加劑，或作成消毒液。

參閱第一圖至第八圖，以下就電解系統的各部分結構進行詳述：參閱第一圖，自來水供應管路2沿水流方向順序設有調壓閥22、水壓表23、過濾閥24、兩通閥25、限流器26、流量計27以及單向閥28。所述調壓閥22、水壓表23用於調節水流的壓力；所述過濾閥24用於過濾自來水中的雜質，所述兩通閥25、限流器26及流量計27用於控制水流量，其中，兩通閥25及流量計27與智能控制器5電性連接，所述兩通閥25為電磁閥，通過開啟或關閉控制水流的流通，所述流量計27用於量度水流量並向智能控制器5反饋；所述單向閥28用於防止生成的次氯酸水從進水孔121處倒流回自來水供應管路2，上述元件可通過現有技術實現。

鹽酸供應管路4上設有液體泵42，液體泵42與智能控制器5電性連接，用於向電解槽1的内槽12内泵入鹽酸。

次氯酸水排出管路3上設有酸碱感應器32，酸碱感應器32與智能控制器5電性連接，用於測定次氯酸水的PH值並向智能控制器反饋；值得一提的是，如第七圖所示，是第一圖中混合器的結構示意圖，次氯酸水排出管路3上設有混合器31，混合器31設於電解槽1的出水孔122和酸碱感應器32之間，所述混合器31包括内管311及套設内管311上的套管312，所述内管311内部設有細管315，其上方設有梳板313，所述梳板313上開設有數個導孔314，經過電解槽1的内槽11電解出的氯氣在與外槽12中的水結合後生產次氯酸水，然而，其中少量的氯氣並没有混合在水中，通過增加混合器31，氯氣32和水可以在細管315中進一步的混合，並從導孔314中流出，能够提高次氯酸水的生成效率。

參閱第一圖及第八圖，第八圖所示是本發明的用於製備次氯酸水的電解裝置的控制原理圖，所述智能控制器5與電解槽1電性連接，以對電解槽1的電解力進行實時控制，智能控制器5與兩通閥25及流量計27電性連接，以對水流流量進行實時監控，智能控制器5與液體泵42電性連接，以電解液流量進行實時監控；智能控制器5與酸碱感應器32電性連接，以對次氯酸水的酸碱度進行實時監控，電解力、電解液流量和水流流量作為智能控制器的控制回路參數，例如：當入水上、下波動時，智能控制器就對應地增加或減少電解力，來保證次氯酸水中次氯酸分子(HClO)的有效量，又如，自來水的軟硬度會影響次氯酸水生成的酸碱度，智能控制器對應的增加或減少電解液流量或電解力，來控制電解出的氯氣的量來平衡最終生成的次氯酸水的酸碱值，因而通過智能控制器5可以控制電解槽生成所需PH值的次氯酸水，製得最有效的次氯酸水，該智能控制器可通過現有技術實現。

本發明的改進之處還在於如何穩定次氯酸水的生成所涉及的電解槽的具體結構上的改進：

一、電解槽的冷却結構，用於冷却電解片。

參閱第二圖及第三圖，如第三圖所示是本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的冷却結構原理圖；所述内槽11的中部形成有用於容納鹽酸電解液的内部空間，所述陰、陽兩極電解片18、19位於内槽11的兩側。所述外槽12設于内槽11的外圍，外槽12内形成用於容納自來水的外部空間，其下側開設有用於流入自來水(H2O)的進水孔121，其上側開設有用於流出次氯酸水(HClO)的出水孔122，所述進水孔121、出水孔122與外部空間相連通。

電解過程中，高電流通過電解片而產生熱量，使得電解片的温度上升，阻抗增加，電流流量減低，影響氯氣的產生量，採用上述結構，將自來水從外槽12的進水孔121引入外部空間，由於自來水引入到内槽11的外圍，因而能够有效冷却内槽11中的電解片，降低電解片的阻抗，避免影響到氯氣的生成量。

二、電解槽的生成結構，用於穩定生成次氯酸水。

參閱第二圖、第四圖及第五圖，第四圖是本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的生成結構原理圖；所述電解液流入孔111、氯氣排出口112與内槽11的内部空間相連通，用於排出次氯酸水的出水孔122要接近氯氣排出口112，避免因電解槽1内壓力不穩定，而改變氯氣的排出量，影響自來水和氯氣的混合比例，在本實施例中，所述氯氣排出口112靠近出水孔122設於内槽11的上端，在氯氣排出口112處為氯氣(Cl2)和自來水(H2O)的混合區115，氯氣(Cl2)在混合區115與自來水混合生成鹽酸(HCl)和次氯酸(HClO)，得到次氯酸水，從出水孔122流出。

另外，值得一提的是，在正常運作時，鹽酸電解液不會被自來水稀釋，參閱第五圖是本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的另一生成結構原理圖；所述氯氣排出口112的設高度高於所述出水孔122的設置高度，圖示中示出了停止自來水供應後，外槽12的水位會降至氯氣排出口112的平面高度以下，這樣就避免自來水進入内槽11，稀釋電解液。因而，採用上述結構避免了鹽酸電解液被自來水稀釋。

三、電解槽的結構及放置形式，用於穩定供應鹽酸電解液。

參閱第六圖，第六圖示出了優選實施施例的電解槽的内槽的結構示意圖。在上述結構的基礎上，本實用新型的内槽11採用多槽式内槽，所述内槽11的中部設有中央電解片23，所述中央電解片23將内槽11分隔为A區13、B區14及C區15，A區13為電解液緩衝區，B區14和C區15為電解區，電解液流入孔111設於A區13，陰、陽兩極電解片18、19分別設于C區和B區。中央電解片23的設置可以緩衝鹽酸電解液(HCl)，優化電解效果。在本實施例中，電解槽1傾斜20°~40°放置，以使内槽11也傾斜20°~40°，或者内槽11直接傾斜20°~40°設置。所述中央電解片23的下方開設有2~4mm的流通孔231。在電解過程中，電解液的泵入速度不能太快，電解液會從A區13進入B區14，然後由B區14對流到C區15，如果電解液進入B區14的容量不足或孔道被堵塞，這時，電解液就會從A區13進入C區15，再通過流通孔231對流到B區14，電解液的流通控制更為方便，避免内槽中的電解液多於預算量，使得次氯酸水較為穩定。

本發明的用於製備次氯酸水的電解系統具有下述特點：(1)採用無隔膜的電解系統，以來源廣泛、價格低廉的自來和鹽酸為原料，由於没有隔膜，操作簡便、生產效率高，且生產過程中，不產生碱性水，可以大量節約原料；(2)電解系統的電解槽分隔為内槽、外槽，内槽設於外槽的内部並與外槽密封隔離，内槽容納鹽酸電解液，外槽流通自來水，鹽酸電解液被電解後生成氯氣從氯氣排出口排出與外槽的自來水相結合生成次氯酸(HClO)，且外槽流通的自來水還能够冷却内槽的電解片，能够降低電解片的熱量，從而減低電解片的阻抗，避免影響氯氣的生成量。(3)電解過程中，電解槽傾斜20°~40°放置，避免電解液的流通不暢。(4)氯氣排出口靠近出水孔設置，氯氣排出口的設置高度高於出水孔的設置高度，氯氣在混合區與自來水混合生成次氯酸，避免了鹽酸電解液被自來水稀釋，且能穩定氯氣的排出量。(5)採用智能控制器，以電解力、電解液流量和水流流量作為智能控制器的控制回路參數，來控制電解槽的氯氣生產量，製得最有效的次氯酸水。(7)通過在自來水供應管路上設置調壓閥、水壓表、過濾閥、兩通閥及限流器可以控制水流的壓力和水流量；設置流量計用於量度水流量並向智能控制器反餽；設置單向閥用於防止生成的次氯酸水回流。(8)通過在次氯酸水排出管路上設置混合器，能够增加氯氣與水的混合量，提供次氯酸水的生成效率，通過設置酸碱感應器，用於測定次氯酸水的PH值並向智能控制器反饋。綜上所述，本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的結構簡單，且能够有效提高次氯酸水的生成率，所製得的次氯酸水具有殺菌和消毒的環保功效。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍内，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之内。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。

1．．．電解槽

11．．．內槽

111．．．流入孔

112．．．排出口

115．．．混合區

12．．．外槽

121．．．進水孔

122．．．出水孔

13．．．A區

14．．．B區

15．．．C區

2．．．電解片

21．．．陰極電解片

22．．．陽極電解片

23．．．中央電解片

231．．．流通孔

第一圖是本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的示意圖；

第二圖是第一圖中電解槽的結構示意圖；

第三圖是第二圖所示的電解槽的冷却結構原理圖；

第四圖是第二圖所示的電解槽的生成結構原理圖；

第五圖是第二圖所示的電解槽的另一生成結構原理圖；

第六圖是第二圖所示的内槽的優選實施例的結構示意圖；

第七圖是第一圖中混合器的結構示意圖；

第八圖是本發明的用於製備次氯酸水的電解系統的控制原理圖。

1．．．電解槽

2．．．自來水供應管路

21．．．入水口

22．．．調壓閥

23．．．水壓表

24．．．過濾閥

25．．．兩通閥

26．．．限流器

27．．．流量計

28．．．單向閥

3．．．次氯酸水排出管路

31．．．混合器

32．．．酸碱感應器

33．．．出水口

4．．．鹽酸供應管路

41．．．鹽酸容器

5．．．智能控制器

Claims (8)

1. 一種用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，包括：電解槽、自來水供應管路、次氯酸水排出管路、鹽酸供應管路以及與電解槽電性連接智能控制器；所述電解槽內分隔形成有用於容納鹽酸電解液的內槽及用於流通自來水的外槽，所述內槽內設有陰、陽兩極電解片，其下端開設有用於引入鹽酸電解液的電解液流入孔，上端開設有與外槽相連通的氯氣排出口；所述外槽的下側開設有用於流入自來水的進水孔，其上側開設有用於流出次氯酸水的出水孔；所述自來水供應管路的一端設有入水口用于連接入水管，另一端連接所述進水孔；所述鹽酸供應管路的一端連接用於儲存鹽酸的鹽酸容器，另一端連接所述電解液流入孔；所述次氯酸水排出管路的一端連接所述出水孔，另一端設有出水口；所述氯氣排出口的設置高度高於所述出水孔的設置高度。
2. 根據權利要求1所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述自來水供應管路沿水流方向順序設有調壓閥、水壓表、過濾閥、兩通閥、限流器、流量計以及單向閥，所述智能控制器與兩通閥及流量計電性連接，以對水流流量進行實時監控。
3. 根據權利要求1所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述鹽酸供應管路上設有液體泵，所述智能控制器與液體泵電性連接，以對電解液流量進行實時監控。
4. 根據權利要求1所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述次氯酸水排出管路上設有酸碱感應器，所述智能控制器與酸碱感應器電性連接，以對次氯酸水的酸碱度進行實時監控。
5. 根據權利要求4所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述次氯酸水排出管路上進一步設有混合器，所述混合器設 於電解槽的出水孔和酸碱感應器之間，包括內管及套設內管上的套管，所述內管內部設有細管，其上方設有梳板，所述梳板上開設有數個導孔。
6. 根據權利要求1所述的用於製備氯酸水的電解系统，其特徵在於，所述氯氣排出口靠近出水孔設於內槽的上端。
7. 根據權利要求1所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述內槽傾斜20°~40°放置，其中部設有中央電解片，所述中央電解片將內槽分隔為A區、B區及C區，A區為電解液緩衝區，B區和C區為電解區，所述電解液流入孔設於A區，所述陰、陽兩極電解片分别位於C區和B區。
8. 根據權利要求7所述的用於製備次氯酸水的電解系統，其特徵在於，所述中央電解片的下方開設有2~4mm的流通孔。