电解水组件及装置

文档序号:497401 发布日期:2022-01-07 浏览:57次 >En<

阅读说明:本技术 电解水组件及装置 (Electrolytic water assembly and device ) 是由 钟建华 张文英 丁德平 于 2021-10-27 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种电解水组件,包括外壳,所述外壳具有一电解腔,且所述外壳开设有与所述电解腔连通的进水口和出水口;所述电解腔内设置有膜-电极结构体,所述膜-电极结构体包括第一电极以及与所述第一电极相对设置的第二电极,所述第一电极与所述第二电极之间形成有极板空间,所述导电膜可转动地设置于所述极板空间内;所述膜-电极结构体形成有用于水体通过的水流通道,所述水流通道与所述进水口以及所述出水口连通。一种电解水装置,包括进水管和若干个上述任一项的电解水组件,所述进水管的管腔与每一所述电解水组件的所述进水口连通。(The invention provides an electrolytic water assembly, which comprises a shell, wherein the shell is provided with an electrolytic cavity, and the shell is provided with a water inlet and a water outlet which are communicated with the electrolytic cavity; a membrane-electrode structure body is arranged in the electrolytic cavity, the membrane-electrode structure body comprises a first electrode and a second electrode arranged opposite to the first electrode, a polar plate space is formed between the first electrode and the second electrode, and the conductive film is rotatably arranged in the polar plate space; the membrane-electrode structure body is provided with a water flow channel for water to pass through, and the water flow channel is communicated with the water inlet and the water outlet. An electrolytic water device comprises a water inlet pipe and a plurality of electrolytic water assemblies of any one of the above items, wherein a pipe cavity of the water inlet pipe is communicated with the water inlet of each electrolytic water assembly.)

电解水组件及装置

技术领域

本发明涉及一种电解水组件及装置。

背景技术

离子膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜等组件构成,以水或水系电解质为原料,通过离子膜电解槽可以制得含有臭氧、氧原子和其他氧化基团的电解水。在实际运用过程中,现有的离子膜电解槽存在以下缺点:电解的过程中容易在电极片和膜片的表面形成水垢且无法清理,久而久之形成的水垢会堆积成一层薄膜,这样会使膜片和电极片无法接触水,进而影响电解室制备臭氧效率,同时也会导致电解槽的使用寿命缩短。

发明内容

基于上述提及的问题,有必要提供一种电解水组件及装置。

一种电解水组件,包括外壳,所述外壳具有一电解腔,且所述外壳开设有与所述电解腔连通的进水口和出水口;

所述电解腔内设置有膜-电极结构体,所述膜-电极结构体包括第一电极以及与所述第一电极相对设置的第二电极,所述第一电极与所述第二电极之间形成有极板空间,所述导电膜可转动地设置于所述极板空间内;

所述膜-电极结构体形成有用于水体通过的水流通道,所述水流通道与所述进水口以及所述出水口连通。

在一个实施例中,所述导电膜上间隔设置有若干凸部,相邻的凸部之间形成凹槽。

在一个实施例中,所述导电膜呈齿轮状。

在一个实施例中,所述导电膜的数量为多片,各所述导电膜在同一平面上间隔设置。

在一个实施例中,所述导电膜朝向所述第一电极的端面至少部分暴露于所述水流通道。

在一个实施例中,所述导电膜与所述第一电极分离间隔设置。

在一个实施例中,所述第一电极与所述电解腔的侧壁之间形成有第一电极室,所述第一电极设置有第一贯通孔。

在一个实施例中,所述第一贯通孔与导电膜相对设置,使得所述导电膜朝向所述第一电极的端面至少部分暴露于所述水流通道。

在一个实施例中,所述导电膜与所述第一电极之间的间距为0-0.5MM。

一种电解水装置,包括进水管和若干个上述任一项的电解水组件,所述进水管的管腔与每一所述电解水组件的所述进水口连通。

本发明的有益效果是:

通过设置水流在水流通道中冲刷的时候,通过导电膜的凸部和凹槽,推动导电膜进行转动,导电膜通过自身的转动,避免了水垢在其表面堆积,同时,导电膜在转动的过程中水体转动冲刷第一电极,避免水垢堆积于第一电极表面,而是通过水体的带动排出,使得电极片的使用寿命得到了提高,另一方面,导电膜的受水面积提高,使得电解效率也相应提高,提高了电解水的浓度。

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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施例的电解水组件的示意图。

图2为一实施例的电解水组件的分解结构示意图。

图3为一实施例中电解水组件的第一电极与导电膜的示意图。

图4为一实施例中电解水组件的剖视图。

图5为又一实施例中电解水组件的剖视图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

如图1所示,提供实施例1,其为本发明一较佳实施例的电解水组件,包括外壳900,所述外壳900具有一电解腔901,且所述外壳900开设有与所述电解腔901连通的进水口902和出水口903。

所述电解腔901内设置有膜-电极结构体123,所述膜-电极结构体123包括第一电极100以及与所述第一电极100相对设置的第二电极300,其中,第一电极100和第二电极300是平行相对设置的,所述第一电极100与所述第二电极300之间形成有极板空间700,即第一电极100和第二电极300是间隔设置的,第一电极100和第二电极形成的间隔即为极板空间700,所述导电膜200可转动地设置于所述极板空间700内,即,导电膜200配置为可以活动的状态,具体地说,导电膜200在非使用状态下是静止,在使用状态中,在水流的推动下转动。

所述膜-电极结构体123形成有用于水体通过的水流通道,所述水流通道与所述进水口902以及所述出水口903连通。具体地,膜-电极结构体123是电极与导电膜200层叠或间隔设置形成的结构体,在该结构体上形成水流通道,换句话说,就是电极与导电膜200形成的如缺口、凹槽、第一贯通孔101、间隔等可供水体流通的水流路的空间,在水流通道上,膜-电极结构体123将水体电解,产生电解水。

例如,上述的第一电极100和第二电极300之间形成的极板空间700构成了水流通道的部分或全部,水体至少部分在极板空间700处流通并被电解。

本发明提出的电解水组件,通过设置水流在水流通道中冲刷的时候,通过导电膜200的凸部210和凹槽220,推动导电膜200进行转动,导电膜200通过自身的转动,避免了水垢在其表面堆积,同时,导电膜200在转动的过程中水体转动冲刷第一电极100,避免水垢堆积于第一电极100的表面,水垢通过水体的带动排出,使得导电膜和电极片的使用寿命得到了提高,另一方面,导电膜200的受水面积提高,使得电解效率也相应提高,提高了电解水的浓度。

本发明中,导电膜200在极板空间700里转动,应该理解的是,至少将导电膜200的部分固定以使得导电膜200在水流冲刷中转动但不至于在水流通道内偏移,例如,导电膜200在轴心(或者说导电膜200的中心)位置被限位,例如,在所述电解腔901的侧壁凸出形成有定位凸部910,导电膜200中心开设有定位孔201,所述定位凸部910插入到所述定位孔201内,通过定位孔201和定位凸部910的匹配,使得导电膜200被限位但同时可以转动地设置。

为了实现导电膜200被通过的水体推动从而转动,在一个实施例中,所述导电膜200上间隔设置有若干凸部210,相邻的凸部210之间形成凹槽220。具体地说,是导电膜200在厚度端面上,沿周向间隔设置有若干凸部210,相邻的凸部210之间形成凹槽220。水流通过时,通过推动导电膜200的凸部210移动使导电膜200整体转动,例如,如图2所示,所述导电膜200呈齿轮状,又如,如图3所示,所述导电膜200呈多角星形,再如,所述凸部210呈规则或不规则的叶片形,本实施例中,不一一进行累赘。

为了使得冲刷效果更佳,在一个实施例中,如图2和图3所示,所述导电膜200的数量为多片,各所述导电膜200在同一平面上间隔设置于所述极板空间700内。通过设置多个导电膜200的设置,转动中带动水体,冲刷效果更好。

在一个实施例中,所述导电膜200朝向所述第一电极100的端面至少部分暴露于所述水流通道。由于导电膜200朝向所述第一电极100的端面暴露于水流通道中,水体在水流通道中通过时可以浸润到该端面,从而提高导电膜200的受水面积,提高电解效率,提高电解水的浓度。

为了使得描述更简洁、清晰,在下面的描述中,将导电膜200朝向所述第一电极100的端面定义为第一端面202,下面提及的第一端面202即为导电膜200朝向所述第一电极100的端面。

为了实现导电膜200朝向第一电极100的端面至少部分暴露于水流通道,在实施例2中,如图4所示,所述导电膜200设置于极板空间700内,且所述导电膜200与所述第一电极100分离间隔设置,也就是说,第一端面202与第一电极100是分离的,例如,将极板空间700的高度(准确地说,是相对平行设置的第一电极100与第二电极300之间的垂直距离,即极间距)设置得大于导电膜200的厚度,这样,就可以使第一端面202暴露于水流通道中,从而被水体浸润。重要的是,通过将第一端面202与第一电极100分离,水体可以在第一端面202和第一电极100中间的间隙中流通,更有效地对第一电极100进行冲刷。

其中,为了使得导电膜200与第一电极100分离间隔设置,例如,在所述电解腔901的侧壁凸出形成有定位凸部910,导电膜200中心开设有定位孔201,定位凸部910插入到定位孔201内,通过定位孔201和定位凸部910的匹配,使导电膜200被限位但同时可以转动地设置,并且,所述定位凸部910上设置有台阶部911,所述导电膜200穿过所述台阶部911与第二电极300贴附设置,所述第一电极100朝向所述导电膜200的一面抵接于所述台阶部911,具体地,第一电极100开设有电极定位孔102,所述电极定位孔102穿过所述定位凸部910且第一电极100朝向导电膜200的一面抵接于台阶部911,使得导电膜200与第一电极100分离间隔设置。

更进一步地,如图4和5所示,所述电解腔901的侧壁凸出形成有定位凸部910,第一电极300开设有第二定位孔302,所述定位凸部910插入到第二定位孔302内,再穿过所述导电膜的定位孔201以及第一电极100的电极定位孔102,使得第一电极100抵接于台阶部911且与导电膜200分离间隔设置。

或者,为了实现导电膜200朝向第一电极100的端面至少部分暴露于水流通道,提出了实施例3,导电膜200与第一电极100贴附设置,且第一电极100朝向所述第一端面202的一面上开设有流水槽,该流水槽与导电膜200相对开设,第一电极100与第一端面202在开设有流水槽的部分上分离,使得第一端面202暴露于水流通道,水体流通至该流水槽浸润导电膜200的第一端面202。

又例如,为了实现导电膜200朝向第一电极100的端面至少部分暴露于水流通道,提出了实施例4,导电膜200与第一电极100贴附设置,第一电极100与电解腔901的侧壁之间形成有第一电极室109,第一电极100设置有若干第一贯通孔101,第一贯通孔101与导电膜200相对设置,使得第一端面202至少部分暴露于水流通道,并且,使得极板空间700与第一电极室109连通。例如,进水口902连通至第一电极室109,从而使得水体可以流通至第一电极室109内,接着,水体通过第一贯通孔101浸润第一端面202。

作为优选的实施例,本发明还提出了实施例5,请再次参照图4,所述导电膜200设置于极板空间700内,且所述导电膜200与所述第一电极100分离间隔设置,且第一电极100与电解腔901的侧壁之间形成有第一电极室109,第一电极100设置有若干第一贯通孔101,第一贯通孔101与导电膜200相对设置,使得第一端面202至少部分暴露于水流通道。水体在第一端面202和第一电极100中间的间隙中流通,冲刷第一电极100的表面,并且浸润导电膜200,提高电解效率,水体可以通过第一贯通孔101在第一电极室109和极板空间700流通,加大水体流通量。

在上述实施例3、实施例4和实施例5中,第一电极室109和极板空间700共同构成了水流通道的部分或全部。

在实施例6中,第一电极100与电解腔901的侧壁之间形成有第一电极室109,第一电极100设置有若干第一贯通孔101,使得极板空间700与第一电极室109连通,水流可在第一电极室109与极板空间700之间流通。进一步地,例如,进水口902的尺寸大于出水口903的尺寸,使得水流在出水口处的压力增大,从而提高电解水中产物(例如,臭氧)的溶解度,使得臭氧气泡的溶解度增大,从而提高电解水的浓度。在一个具体的实施例中,如图4所示,水流方向如图上箭头所示,进水口902与第一电极室109以及极板空间700均连通,而出水口903仅与极板空间700连通,这样,进水口903处的水体流通量大,出水口903处的出水流量比进水口902处通入的进水流量小,使得出水口903处的水压变大,提高电解水中产物(例如,臭氧)的溶解度,使得臭氧气泡的溶解度增大,并且,如图4所示,因为第一电极室109不与出水口903连通,通入至第一电极室109的水体向前流通、碰撞到侧壁上,使水体产生回旋,水体在碰撞回旋的过程中可加速气体的溶解,提高电解水的浓度。

这样,可以保证水体经过电解从出水口903流出,提高了电解水的浓度。

其中,导电膜200的转动速度与通入的水流流速以及水压相关,在水压大的情况下,水流速增大,导电膜的转动速度上升,通过控制水压可控制导电膜转速,从而调整冲刷的力度。

其中,上述实施例2和实施例5中提供了导电膜200与第一电极100分离的结构,即导电膜200朝向第一电极100的端面(第一端面202)与第一电极100分离间隔设置,上述实施例3和4提供了导电膜200与第一电极100贴附设置的结构,上述两种结构中导电膜200均可以对第一电极100及自身进行转动冲刷、避免水垢堆积。因此,为了避免极间距阻抗过大导致的电解电耗显著升高,本发明对导电膜200与第一电极100之间的距离进行了限定,在一个实施例中,导电膜与第一电极之间的间距为0-0.5MM,应该理解的是,前述导电膜与第一电极之间的间距为导电膜朝向第一电极的端面(第一端面)至第一电极朝向导电膜的端面之间的垂直距离,优选的,导电膜与第一电极之间的距离为0-0.2MM。在上述范围内,能够确保导电膜能够对第一电极及自身进行良好的冲刷,且在这个范围内,极间距阻抗较小。

作为本发明的优选,例如,如图5所示,第一电极300与电解腔901的侧壁之间形成有第二电极室309,第二电极300设置有若干第二贯通孔301,使得极板空间700与第二电极室309连通,水流可在第二电极室309与极板空间700之间流通。进一步地,例如,第二贯通孔301与导电膜200在膜电极的重叠方向上投影至少部分错开,也就是说,第二贯通孔301与导电膜200在膜电极的重叠方向上分投影部分错开或完全错开。例如,为了使得水体流通量更大,第二贯通孔301与导电膜200在膜电极的重叠方向上完全错开,使得电解水能够快速转移到第二电极室309内被带出。并且,另一方面,因为第二电极300的表面贴附导电膜200的部分使得工作面减少,开设与导电膜200投影错开的第二贯通孔301可以提高其工作面积(贯通孔的侧壁为工作面),从而提高电解水的浓度。其中,所述出水口903可以与第二电极室309连通,电解水从第二电极室309向出水口903流出。

其中,电解水的产物可以为臭氧、次氯酸根、羟基自由基,氧原子、氧分子等,不一一进行累述。

例如,上述的第一电极100为阴极,所述第一电极100的材料可以是铂、不锈钢、钛等材料,例如,上述的第二电极300为阳极,所述第二电极300的材料可以为导电性硅、导电性金刚石、钛、铂、氧化铅、氧化钽中的一种,也可以为其他具有导电性的材料。例如,所述导电膜200为离子交换膜,更具体地,所述导电膜为质子交换膜。

一种电解水装置,包括进水管和若干个上述任一项的电解水组件,所述进水管的管腔与每一所述电解水组件的所述进水口连通。通过设置多个电解水组件与进水管连通,提高电解水的浓度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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