酸性氧化电位水电解槽的制作方法

本发明属于电解槽技术领域，涉及一种酸性氧化电位水电解槽。

背景技术：

酸性氧化电位水(以下简称AEOW)电解槽是AEOW生成器的核心部件。主要的工作原理为在有隔膜的阳离子交换膜的电解槽中，采用DC电源连续电解浓度为1‰的氯化钠溶液，阳极析出酸性氧化电位水，阴极析出碱性还原水。

阳离子交换膜有亲水特性。在电解槽注入NACL水溶液，再次脱水后，阳离子交换膜本身会发生收缩(应力重新分布)。

当前国内的电解槽内部膜结构层多为简易的膜结构层(如附图1)，其中两面仅由相互平行的板条夹持。电解槽在脱水后，阳离子交换膜发生收缩，导致其边缘处发生破裂，使AEOW电解槽失去过滤钠离子作用，从而使其报废。国外的电解槽，多采用致密的钛网贴合在阳离子交换膜上，在增强阳离子交换膜脱水后强度的同时，却减少了电解面积,使电极板及阳离子交换膜的利用率降低,在制造成本上造成资源浪费。

AEOW电解槽中电极板的电极间距是影响酸性氧化电位水的一个重要参数。目前AEOW电解槽中，电极材料多选用厚度为0.5mm至1mm钛基TA1(铱钌涂层)，电极板在外形尺寸加工时，应用的工艺多为模具冲裁或激光切割,电极板本身的平面度很难保证，并且在电解槽组装时，很难保证电极板间距的精度，从而影响电解槽的电解设计参数。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种既可以保证电极板间距的精度，又能够在防止阳离子交换膜脱水后收缩破裂的酸性氧化电位水电解槽。

为了解决上述技术问题，本发明的酸性氧化电位水电解槽包括外壳和位于外壳内的叠层；外壳上有两个电极、总进水口、第一电解液出口和第二电解液出口；叠层由电路板与膜结构层交迭布置构成；其特征在于膜结构层包括上模板、阳离子交换膜和下模板；阳离子交换膜被夹紧在上模板与下模板之间；上模板和下模板上夹紧阳离子交换膜的部分均布六边形网孔，形成蜂窝状结构，网孔周围面向电路板的一面各顶点处带有触点；上模板和下模板通过其上的各触点与电极板相接；阳离子交换膜与两侧电极板之间的间隙形成两个电解池，两个电解池一个作为阳极池一个作为阴极池；两个电解池的进水口和出液口中间均设置有缓冲块，缓冲块为凸弧形，并且两个电解池的进水口均与总进水口相通，两个电解池的出液口分别与第一电解液出口和第二电解液出口相通。

本发明通过网状式的上、下模板压紧阳离子交换膜，将阳离子交换膜分隔成多个单元，在阳离子交换膜脱水后，能够保证每一单元的离子膜收缩受力均匀，可有效的降低阳离子交换膜破裂的机率，延长了阳离子交换膜的使用寿命；上、下模板与电极板之间通过其上分布的多个触点形成多点接触，能够保证电极板间距得到的精确控制。上模板和下模板上夹紧阳离子交换膜的部分为蜂窝状结构。在增强阳离子交换膜脱水后强度的同时，最大限度地保证了电解作用面积,使电极板及阳离子交换膜的利用率得到有效提高，避免了在制造成本上造成的资源浪费。

所述电解池的进水口，其开口角的两个边定义为a角边和b角边；缓冲块的遮挡角度β为75°，其遮挡角的两个边定义为c角边和d角边；a角边与c角边之间的夹角α为17.56°，b角边与d角边之间的夹角γ为15.38°；电解池的出液口与进水口为左右对称结构。

所述电解池的进水口，其开口角的两个边定义为a角边和b角边；缓冲块的遮挡角度β为75°，其遮挡角的两个边定义为c角边和d角边；a角边与c角边之间的夹角α为16.5°，b角边与d角边之间的夹角γ为16.5°；电解池的出液口与进水口为左右对称结构。

通过实际试验表明，通过优化流道设计，在进出水口增加缓冲块，可以在同样的条件下有效的提升电解槽处理酸性氧化电位水的能力(最大可提升约25％)，从而提升电解槽的水流量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有技术的膜结构立体图。

图2是本发明的电解槽立体图。

图3是电解槽纵截面剖视图。

图4是膜结构层分体图。

图5是上模板局部放大图。

图6是电解槽的局部剖视图。

图7是电解过程的工作原理图

图8是现有技术电解池水流示意图。

图9是上模板的俯视图。

图10是下模板的仰视图。

图11是图9、图10的A部局部放大图。

图12是本发明中电解池水流示意图。

图中：101.电极；102.外壳；103.叠层；104.第一电解液出口；105.总进水口；106.第二电解液出口；107.电极；131.上模板；1311.触点；1312.A进水口；1313.B进水口；1314.A缓冲块；1315A出液口；1316.B出液口；1317.B缓冲块；132.阳离子交换膜；133下模板；1331.触点；1332.C进水口；1333.D进水口；1334.C缓冲块；1335.C出液口；1336.D出液口；1337.D缓冲块；134.电路板；141、142.电解池；151.a角边；152.b角边；153.c角边；154.d角边。

具体实施方式

如图2、3所示，所述电解槽包括外壳102和位于外壳102内的叠层103；外壳102上有两个电极101和107、总进水口105、第一电解液出口104、第二电解液出口106。

如图4、5、6所示，所述叠层103由电路板134与膜结构层交迭布置构成；膜结构层包括上模板131、阳离子交换膜132和下模板133；阳离子交换膜132被夹紧在上模板131与下模板133之间；上模板131和下模板133上夹紧阳离子交换膜132的均布多个六边形网孔，形成蜂窝状结构，且网孔周围面向电路板134的一面各顶点处均布六个触点1311，下模板131的网孔周围面向电路板134的一面各顶点处均布六个触点1331；上模板131和下模板133通过其上的各触点与电极板134相接。

电解槽的每分钟能生产的酸性氧化电位水(L/min)，即电解槽的流量。即为电解槽的主要性能。

目前国内的酸性氧化电位水电解槽，如果要提升其流量。主要靠增大电极板和阳离子交换膜的尺寸；或者采用分层式设计，利用多个电极板，多个阳离子交换膜让主水流分别流入多个阴极池和阳极池。

本发明在以上办法的基础上，采用优化流道设计，提升酸性氧化电位水电解槽流量。

如果进水流量过快，进水流量的1/2超过电解槽的最大流量。最主要的现象为阳极析出的酸性氧化电位水中会有NaCl残留。主要原因为钠离子在过快的水流条件下，未能充分通过阳离子交换膜进入阴极池，造成盐水进入电解槽内电解不充分。当水流速度V₂超过钠离子通过离子膜速度V₁一定程度时，阳极池就会有NaCl成分析出，如图7所示。

水的流速在电解池内是否均匀，是影响电解槽流量的一个重要因素。在阳极(或阴极)池内，离进水口居中的位置，水压及流速会较大。而靠近边缘处，水的流速偏小。由于流速的不均衡，会导致电解槽居中的位置，因水流过快，溶液中钠离子未通过阳离子交换膜就留出电解槽(以NaCl的形式流出)，导致电解不充分。而边缘处的流水流速较慢，虽然充分电解(钠离子通过阳离子交换膜)，但大面积的阳(阴)极池未得到充分利用，如图8所示。

如图9、10所示，上模板131上有A进水口1312、B进水口1313、A出液口1315和B出液口1316；下模板133上有C进水口1332、D进水口1333、C出液口1335和D出液口1336；上模板131和下模板133上具有进水口和出液口的部分及边缘部分的顶面与电路板134相接触，使上模板131、下模板133与电极板134之间的间隙形成两个电解池141、142，两个电解池141、142一个作为阳极池一个作为阴极池，当两个电极极性改变后阳极池和阴极池可以互换。B进水口1313面向电解池的开口部分形成电解池进水口，其中间设置A缓冲块1314，B出液口1316面向电解池的开口部分形成电解池出液口，其中间设置B缓冲块1317；D进水口1333面向电解池的开口部分形成电解池进水口，其中间设置C缓冲块1334，D出液口1336面向电解池的开口部分形成电解池出液口，其中间设置D缓冲块1337。如图11所示，所述B进水口1313开口部分开口角的两个边定义为a角边151和b角边152；A缓冲块1314为凸弧形，其顶面为与电极板134的接触面；A缓冲块1314的遮挡角度β优选75°，其遮挡角的两个边定义为c角边153和d角边154；a角边151与c角边153之间的夹角α优选17.56°，b角边152与d角边154之间的夹角γ优选15.38°；上模板131与下模板133结构相同，均为左右对称结构；上模板131的A进水口1312、B进水口1313、A出液口1315、B出液口1316分别与下模板133的D进水口1333、C进水口1332、D出液口1336、C出液口1335相通；四个进水口均与总进水口105相通；A出液口1315和D出液口1336与第一电解液出口104相通，B出液口1316和C出液口1335与第二电解液出口106相通。

本发明在与电解池相通的进水口和出液口中间设置缓冲块，能使进入电解槽内的水流流速相对均匀，阳(阴)极池内的盐水电解反应是相对均匀稳定的，从而能够保证氯化钠在电解槽内可以充分电解，提升电解槽的流量。(如图12所示)

通过试验，电解有效面积采用相同尺寸(178mm×56.6mm)，相同层数为5层(阴阳极池的组数相同)的电解槽，电源统一采用相同DC24V功率1000W。对无缓冲块和有缓冲块的电解槽分别测试。变量为水流量，对两个电解槽的进水流量分别为1L/min、2L/min、2.5L/min、3L/min,取样为酸性氧化电位水，在器皿内自然风干。观察是否有盐粒析出。表1为得出的试样数据。

表1

本发明中，电解池的进水口、出液口及缓冲块的角度不限于上述实施例。只要在进水口、出液口中间设置缓冲块，使得水流可以从进水口缓冲块两侧进入电解池，电解液从出液口缓冲块两侧流出电解池，即可在同样的条件下提升电解槽处理酸性氧化电位水的能力，从而提升电解槽的水流量。

发明人通过大量的实验发现，当a角边151与c角边153之间的夹角α为17.56°，b角边152与d角边154之间的夹角γ为15.38°时，即使进水流量很大，出液口流出的电解液也无盐粒析出，说明此时氯化钠在电解槽内可以充分电解，电解槽处理酸性氧化电位水的能力得到了最有效的提升。