阅读说明：本技术 一种臭氧电解结构及电解室 (Ozone electrolysis structure and electrolysis chamber ) 是由 潘裕富 钟建华 张文英 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：一种臭氧电解结构,包括间隔设置的阳极片和阴极片,所述阳极片位于进水端,所述阴极片位于出水端,所述阳极片和阴极片之间设有主质子交换膜；所述阳极片上设有进水孔,所述主质子交换膜上设有通水孔,所述阴极片在进水侧的侧面上设有凸起结构。本发明用于制备臭氧水时,能够避免电极表面堆积水垢,提高电极的使用寿命,同时提高臭氧制备效率降低电解能耗,具有臭氧水浓度高,耗能低以及使用寿命长的优点。(An ozone electrolysis structure comprises an anode sheet and a cathode sheet which are arranged at intervals, wherein the anode sheet is positioned at a water inlet end, the cathode sheet is positioned at a water outlet end, and a main proton exchange membrane is arranged between the anode sheet and the cathode sheet; the anode sheet is provided with a water inlet, the main proton exchange membrane is provided with a water through hole, and the cathode sheet is provided with a convex structure on the side surface of the water inlet side. When the method is used for preparing ozone water, scale accumulation on the surface of the electrode can be avoided, the service life of the electrode is prolonged, the ozone preparation efficiency is improved, the electrolysis energy consumption is reduced, and the method has the advantages of high ozone water concentration, low energy consumption and long service life.)

一种臭氧电解结构及电解室

技术领域

本发明涉及臭氧电解技术领域，具体涉及了一种臭氧电解结构及电解室。

背景技术

电解池通常用于生产各种化学品，而电解池的其中应用之一为生产臭氧，由于臭氧能够有效杀灭病原体和细菌，因此被认为是一种有效的消毒剂。与此同时，现有技术已经将电解池应用于产生臭氧水，并利用臭氧水进行医疗护理消毒、家居卫生清洁消毒、种植养殖业消毒以及污水处理等众多领域。

现有的用于制备臭氧或臭氧水的电解池基本结构为由阳极和阴极组成的或者由阳极、阴极和夹在中间的起质子交换作用的膜组成其中也不乏夹在电极中间的起其他作用的膜。对于后者，这种起质子交换作用的膜往往是单一的，技术特征相同的。而质子交换膜的质子交换效率以及其对电解室内部走水的影响很大程度上可以影响电解室制备臭氧或臭氧水的浓度及效率。显而易见的，质子交换膜的质子交换能力越强，质子交换膜与水的接触面积越大，走水能力越好，间接地耗能就越低，对应的电解室性能越好。

同时，在电解池电解水制备臭氧或臭氧水的过程中，两个电极与膜之间的距离也在一定程度上决定质子交换膜上质子交换的速度和效率。

此外，利用电解池的臭氧制备技术领域中，电极表面的水垢处理问题成为本领域普遍研究的热点问题。现有普遍的解决方案是在易起垢的电极上开孔、以纯水为原水以及增加水的流速，从而促进水垢的冲洗、及时排出。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种臭氧电解结构，解决电解池臭氧制备效率低和电极表面易积水垢的技术问题，同时具有降低电解池能耗和有效延长使用寿命的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种臭氧电解结构，包括间隔设置的阳极片和阴极片，所述阳极片位于进水端，所述阴极片位于出水端，所述阳极片和阴极片之间设有主质子交换膜；所述阳极片上设有进水孔，所述主质子交换膜上设有通水孔，所述阴极片在进水侧的侧面上设有凸起结构或凹陷结构。

由上可知，在使用时，将本发明臭氧电解结构设在电解室内，在对水体进行电解时，处于阳极片和主质子交换膜之间的水体被阳极片初步电解后，一部分的水体经过主质子交换膜的通水孔到达主质子交换膜与阴极片之间的缝隙内进行电解，另一部分的水体穿过阳极片与主质子交换膜之间的环向间隙而再进入至主质子交换膜与阴极片之间的间隙内再进行电解；而经过阴极片电解之后的水由主质子交换膜与阴极片之间的环向间隙流出，并在洗过程中与凸起结构或凹陷结构发生撞击产生水流旋涡，而水流旋涡对阴极片表面进行冲刷，从而更容易将电极表面水垢冲洗掉，避免电极表面堆积水垢，提高电极的使用寿命；同时进水孔和通水孔可以增强水流在电解室内流动性，而提高臭氧制备效率降低电解能耗。

综上所述，本发明用于制备臭氧水时，能够避免电极表面堆积水垢，提高电极的使用寿命，同时提高臭氧制备效率降低电解能耗，具有臭氧水浓度高，耗能低以及使用寿命长的优点。

作为本发明的一种改进，所述主质子交换膜在进水侧的侧面上设有凸起结构或凹陷结构。

作为本发明的一种改进，所述凸起结构包括矩形凸起、圆形凸起、梯形凸起、椭圆形凸起、三角形凸起、箭头形凸起、星形凸起和不规则形状凸起中的至少一种。

进一步地，所述凸起结构为箭头形凸起，且箭头形凸起沿着通水孔的径向方向设置，箭头形凸起的箭头朝外。

作为本发明的一种改进，所述凸起结构数量为若干个，若干个凸起结构以通水孔孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

作为本发明的一种改进，所述阳极片和阴极片中至少有一个是金刚石片。

作为本发明的一种改进，所述凹陷结构包括矩形凹陷、圆形凹陷、梯形凹陷、椭圆形凹陷、三角形凹陷、箭头形凹陷、星形凹陷和不规则形状凹陷中的至少一种。

作为本发明的一种改进，所述凹陷结构为箭头形凹陷，且箭头形凹陷沿着通水孔的径向方向设置，箭头形凹陷的箭头朝外。

作为本发明的一种改进，所述凹陷结构数量为若干个，若干个凹陷结构以通水孔孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

作为本发明的一种改进，所述阳极片和主质子交换膜之间距离与阴极片和主质子交换膜之间距离的比例为1:3。

作为本发明的一种改进，所述阳极片与阴极片的距离小于等于2.0mm。

作为本发明的一种改进，所述阳极片和主质子交换膜之间设有至少一层第一辅助质子交换膜，所述第一辅助质子交换膜上设有导流孔。

进一步地，所述第一辅助质子交换膜上在导流孔四周设有若干个分流孔，若干个分流孔以导流孔孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

作为本发明的一种改进，所述阴极片和主质子交换膜之间设有至少一层第二辅助质子交换膜，所述第二辅助质子交换膜上设有导流孔。

进一步地，所述第二辅助质子交换膜上在导流孔四周设有若干个分流孔，若干个分流孔以导流孔孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

本发明还提供一种臭氧电解室。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种臭氧电解室，包括电解室本体，电解室本体设有进水口和出水口，电解室本体内设有臭氧电解结构。

与现有技术相比，本发明技术方案的创新点和有益效果在于：

本发明用于制备臭氧水时，能够避免电极表面堆积水垢，提高电极的使用寿命，同时提高臭氧制备效率降低电解能耗，具有臭氧水浓度高，耗能低以及使用寿命长的优点；

通过多个质子交换膜串联可降低电压膜片上的电压，避免高工作电压时膜发生击穿损坏甚至报废现象，间接延长使用寿命，而且质子交换膜上的凸起结构或凹陷结构有利于提高臭氧气体溶解度，有效提高臭氧浓度；

通过在阴极片上设置凸起结构或凹陷结构，使阴极片表面变得不平整，水流与凸起结构或凹陷结构发生撞击产生水流旋涡，而水流旋涡对阴极片表面进行冲刷，从而更容易将电极表面水垢冲洗掉，并且加快反应产物排出的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明臭氧电解结构实施例1的结构示意图；

图2为本发明臭氧电解结构实施例2的结构示意图；

附图标记说明：

10-阳极片，11-进水孔，20-阴极片，21-凸起结构或凹陷结构，30-主质子交换膜，31-凸起结构或凹陷结构，32-通水孔，40-第一辅助质子交换膜，41-导流孔，42-分流孔，50-第二辅助质子交换膜，51-导流孔，52-分流孔。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

请参考图1，图1中的一种臭氧电解结构为本发明的实施例1，包括间隔设置的阳极片10和阴极片20，所述阳极片10位于进水端，所述阴极片20位于出水端，所述阳极片10和阴极片20之间设有主质子交换膜30；

所述阳极片10上设有进水孔11，所述主质子交换膜30上设有通水孔32，所述阴极片20在进水侧的侧面上设有凸起结构或凹陷结构21。

由上可知，在使用时，将本发明臭氧电解结构设在电解室内，在对水体进行电解时，处于阳极片和主质子交换膜之间的水体被阳极片初步电解后，一部分的水体经过主质子交换膜的通水孔到达主质子交换膜与阴极片之间的缝隙内进行电解，另一部分的水体穿过阳极片与主质子交换膜之间的环向间隙而再进入至主质子交换膜与阴极片之间的间隙内再进行电解；而经过阴极片电解之后的水由主质子交换膜与阴极片之间的环向间隙流出，并在洗过程中与凸起结构或凹陷结构发生撞击产生水流旋涡，而水流旋涡对阴极片表面进行冲刷，从而更容易将电极表面水垢冲洗掉，避免电极表面堆积水垢，提高电极的使用寿命；同时进水孔和通水孔可以增强水流在电解室内流动性，而提高臭氧制备效率降低电解能耗。

综上所述，本发明用于制备臭氧水时，能够避免电极表面堆积水垢，提高电极的使用寿命，同时提高臭氧制备效率降低电解能耗，具有臭氧水浓度高，耗能低以及使用寿命长的优点。

在本实施例中，所述主质子交换膜30在进水侧的侧面上设有凸起结构或凹陷结构31。有利于避免主质子交换膜表面堆积水垢。

其中，所述凸起结构包括矩形凸起、圆形凸起、梯形凸起、椭圆形凸起、三角形凸起、箭头形凸起、星形凸起和不规则形状凸起中的至少一种。而且优选地，所述凸起结构为箭头形凸起，且箭头形凸起沿着通水孔32的径向方向设置，箭头形凸起的箭头朝外。箭头形凸起具有导向功能，可以引导冲刷在箭头形凸起上的水流向通水孔四周流出，有利于提高水流的规律性并增强水流在电解室内流动性，而进一步地提高臭氧制备效率降低电解能耗。再进一步地，所述凸起结构数量为若干个，若干个凸起结构21、31以通水孔32孔心为圆心沿同一圆周等均分布。若干个箭头形凸起沿同一圆周等均分布，可以在相邻箭头形凸起之间形成稳定连续的水流通道。

其中，所述凹陷结构包括矩形凹陷、圆形凹陷、梯形凹陷、椭圆形凹陷、三角形凹陷、箭头形凹陷、星形凹陷和不规则形状凹陷中的至少一种，凹陷结构能够引起比凸起结构更大的水流旋涡，冲刷污垢效果更明显。而且优选地，所述凹陷结构为箭头形凹陷，且箭头形凹陷沿着通水孔的径向方向设置，箭头形凹陷的箭头朝外。箭头形凹陷具有导向功能，可以引导冲刷在箭头形凹陷上的水流向通水孔四周流出，有利于提高水流的规律性并增强水流在电解室内流动性，而进一步地提高臭氧制备效率降低电解能耗。再进一步地，所述凹陷结构数量为若干个，若干个凹陷结构以通水孔孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

在本实施例中，所述阳极片10和阴极片20中至少有一个是金刚石片。而且，所述阳极片10和主质子交换膜30之间距离与阴极片20和主质子交换膜30之间距离之比为1:3，并且所述阳极片与阴极片的距离小于等于2.0mm。

请参见下表，本实施例的技术方案通过与两个不同结构的臭氧电解结构进行对比，其中用于对比为四个技术方案采用的阳极片、主质子交换膜以及阴极片的外形尺寸以及材料选择都相同，且平行相对的阳极片、主质子交换膜设有尺寸和位置相同的圆形通水孔。除此之外，试验组与对照组中水的流速和流量相同，此外，实验用水为生活自来水。而三个方案之间存在的区别为：

对比方案一中，主质子交换膜和阴极片皆上无凸起结构，阳极片与主质子交换膜和阴极片与主质子交换膜之间距离比不固定。

对比方案二中，主质子交换膜上无凸起结构，阴极片上有与实施例中阴极片相同的凸起结构，阳极片与主质子交换膜和阴极片与主质子交换膜之间距离比不固定。

对比方案三中，主质子交换膜上有与实施例中主质子交换膜相同的凸起结构，阴极片上无凸起结构，阳极片与主质子交换膜和阴极片与主质子交换膜之间距离比不固定。

对比方案四中，主质子交换膜和阴极片上分别有与实施例相同的凸起结构，阳极片与主质子交换膜之间距离和阴极片与主质子交换膜之间距离的比例不固定。当电解室制备臭氧水浓度变成测试初试浓度的70％以下时认为达到使用寿命极限，其中，经过处理的试验数据如下表(其中，工作电压、电流以及臭氧水浓度取均值)：

通过实验数据可以知道，本实施例的技术方案相对于四个对比方案明显具有臭氧水浓度高，耗能低以及使用寿命长的优点；较对比方案一这种常规方案，制备臭氧水浓度可提高30％以上；使用寿命也延长至少3倍以上。

实施例2

请参考图2，图2中的一种臭氧电解结构为本发明的实施例2，本实施例是在实施例1的基础上，再作以下改进：

其中，所述阳极片10和主质子交换膜30之间设有至少一层第一辅助质子交换膜40，所述第一辅助质子交换膜40上设有导流孔41，且所述第一辅助质子交换膜40上在导流孔41四周设有若干个分流孔42，若干个分流孔42以导流孔41孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

其中，所述阴极片20和主质子交换膜30之间设有至少一层第二辅助质子交换膜50，所述第二辅助质子交换膜50上设有导流孔51，且所述第二辅助质子交换膜50上在导流孔51四周设有若干个分流孔52，若干个分流孔52以导流孔51孔心为圆心沿同一圆周等均分布。

在使用本实施例2对电解溶液进行电解时，处于阳极片和第一辅助质子交换膜之间的水体被阳极片初步电解后，一部分的水体经过第一辅助质子交换膜的导流孔到达第一辅助质子交换膜与主质子交换膜之间的间隙，另一部分经过阳极片与第一辅助质子交换膜之间的环向间隙进入第一辅助质子交换膜与主质子交换膜之间的缝隙、主质子交换膜与第二辅助质子交换膜之间的缝隙以及第二辅助质子交换膜与阴极片之间的缝隙。进入第一辅助质子交换膜与主质子交换膜之间的缝隙的水体一部分经过主质子交换膜上的通水孔进入主质子交换膜与第二辅助质子交换膜之间的缝隙，另一部分水体穿过第一辅助质子交换膜与主质子交换膜之间的环向间隙流入主质子交换膜与第二辅助质子交换膜之间的缝隙以及第二辅助质子交换膜与阴极片之间的缝隙。进入主质子交换膜与第二辅助质子交换膜之间间隙的水体一部分经过第二辅助质子交换膜膜片上的导流孔进入第二辅助质子交换膜与阴极片之间的间隙，另一部分水体穿过第二辅助质子交换膜与主质子交换膜之间的环向间隙进入第二辅助质子交换膜与阴极片之间的缝隙。进入第二辅助质子交换膜与阴极片之间的间隙的水体在冲刷阴极片表面水垢的同时，被阴极片电解，经过电解的水体经第二辅助质子交换膜与阴极片之间的缝隙排出电解室。

综上所述，本实施例2通过在阳极片和主质子交换膜之间设有第一辅助质子交换膜，在阴极片和主质子交换膜之间设有第二辅助质子交换膜，使得质子交换膜与水的接触面积越大，走水能力越好，从而使水被电解更加充分，得到浓度更高的臭氧水，还可以间接地降低耗能；而且，通过多个质子交换膜串联可降低电压膜片上的电压，避免高工作电压时膜发生击穿损坏甚至报废现象，间接延长使用寿命，而且质子交换膜上的凸起结构或凹陷结构有利于提高臭氧气体溶解度，有效提高臭氧浓度。

请参见下表，本实施例的臭氧电解结构通过与实施例1中的臭氧电解结构进行对比。当电解室制备臭氧水浓度变成测试初试浓度的70％以下时认为达到使用寿命极限，其中，经过处理的试验数据如下表(其中，工作电压、电流以及臭氧水浓度取均值)：

通过实验数据可以知道，本实施例的技术方案相对于实施例1可使得臭氧水浓度在小范围内得到提高，但是工作电流却明显小于实施例1中的电解池工作电流，表明本实施例的技术方案较实施例1中的技术方案有明显的节能作用，同时也略微地延长了电解池的使用寿命。

实施例3

本实施例公开了一种臭氧电解室，其包括电解室本体，电解室本体设有进水口和出水口，电解室本体内设有实施例1或实施例2中所述的臭氧电解结构。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。