一种电解槽及其控制方法与流程

本发明涉及电解设备，具体指一种电解槽及其控制方法。

背景技术：

1、电解槽由槽体、阳极和阴极组成，多数用离子交换膜(也称隔膜)将阳极室和阴极室隔开。当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取电解水。

2、电解槽分为分为过流式电解槽和静置电解槽：过流式电解槽是通过对流动水/电解质溶液进行电解，在阴极室出水端即时排出所需的强碱性电解水，具体可参见申请人在先申请的专利申请号为cn202321915040.x的中国专利《一种电解槽》；静置电解槽是通过静置持续电解产生高ph值强碱性电解水，并可根据电解时长制备不同浓度即ph值的碱水，具体可参见申请人在先申请的专利申请号为cn202222196792.7的中国专利《一种循环电解系统》。

3、过流式电解槽存在以下问题：

4、(1)电解时长较短，出水ph值较低，且出水量有限；

5、(2)强碱性电解水制备需在加入电解质，常规过流式电解槽采用在阳极室内即时通入电解质方式，不仅产生废水，且需源源不断通入电解质，不利于家庭使用。

6、相比过流式电解槽，静置电解槽的优点是：

7、(1)静置槽体积较大，出水量也较多，并可通过调整体积大小实现不同水量制备；

8、(2)通过大量高浓电解质静置电解，减少电解质添加频率，且电解时无废水排放；

9、(3)相较过流式，由于有时间的积累，随着持续电解，阴极室碱水浓度增高，电导率增高，则体系电阻下降，整机功率会过流式更低。

10、相比过流式电解槽，静置电解槽的缺点是：

11、(1)碱性电解水制备核心部件隔膜(离子交换膜)是一种特殊高分子膜，需要时刻被液体浸没，否则失效，常规静置电解槽因电解槽体积较大，往往所需的隔膜浸没液体较多，不利于电解槽的运输或存储；

12、(2)相较于过流式，常规静置电解槽没有水流带动作用，电解过程中产生的气体容易堆积，影响电解效率及稳定性；

13、(3)相较于过流式，常规静置电解槽没有水流带动作用，底部和顶部液体不均匀(包括阴极室碱水浓度及阳极室电解质浓度)，影响电解效果及稳定性，且出水ph值不均匀；

14、(4)常规静置电解槽阴、阳极室循环电解、制备好的电解水出水使用、盐液废液排出等需要用到多个泵，成本较高且占体积。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种方便运输或储存且能通过长时间静置电解产生较高ph值及较大量的强碱性电解水的电解槽。

2、本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能够促进排气的电解槽。

3、本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种能够促进传质的电解槽。

4、本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种上述电解槽的控制方法。

5、本发明所要解决的第五个技术问题是提供一种简化泵体设置且操作简单的控制方法。

6、本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种电解槽，包括有槽体以及设于槽体内的隔膜，所述的隔膜将所述槽体的内腔分隔为两个电极室，分别记为阴极室和阳极室，该阴极室和阳极室分别设有阴极片和阳极片；其特征在于：各所述的电极室包括有相互连通的主体腔和扩展腔，所述的扩展腔位于所述主体腔的顶部，且所述的隔膜分隔在两个所述电极室的主体腔之间。

7、为了进一步解决上述第二和第三个技术问题，各所述电极室所对应的槽体部位设有与该电极室相贯通的进液口和出液口，所述的出液口通过回液管与所述的进液口相连通，该回液管上安装有能将流体自出液口输送至进液口的输送泵。

8、为了形成拉瓦尔效应，进一步减少电极室底部气泡堆积，提升电解效率，所述的电极室内形成有进液口和出液口之间的流道，该流道至少有局部为缩径段和扩径段，所述缩径段的口径沿水流的流动方向逐渐缩小，所述扩径段的口径沿水流的流动方向逐渐扩大，且所述的扩径段位于所述缩径段的下游。

9、为了方便缩径段和扩径段的形成，同时形成康达效应，进一步促进气泡加速从电极室底部排出，所述的主体腔包括有自下而上竖立在所述隔膜一侧的竖直段以及自竖直段的顶部逐渐远离所述隔膜的水平段，所述的扩展腔连接在所述水平段远离所述隔膜一侧的顶部，所述的进液口位于所述竖直段的头部，所述的出液口位于所述水平段的尾部，所述竖直段和水平段的连接处通过圆弧光滑过渡而形成所述的缩径段，所述水平段和扩展腔的连接处通过圆弧光滑过渡而形成所述的扩径段。

10、为了方便监测电极室内液体液位，所述的扩展腔内设有液位传感器。

11、优选地，所述的液位传感器为竖直布置的电子水尺。

12、为了方便排气，各所述电极室所对应的槽体部位设有与该电极室相贯通的排气口，该排气口位于所述扩展腔的顶部。

13、为了方便补液和排液，所述的进液口处连接有进液管，该进液管上设有第一阀门，所述的出液口处连接有出液管，该出液管上设有第二阀门。

14、本发明解决上述第四个技术问题所采用的技术方案为：一种上述电解槽的控制方法，其特征在于包括有以下步骤：

15、步骤一、通过进液管分别将软水和电解质溶液输送至阴极室和阳极室，直到达到最高液位hmax；

16、步骤二、将阴极片和阳极片通电，根据电流大小判断电解质是否充足，若电解质充足，进入步骤三，若电解质不足，进入步骤四；

17、步骤三、通过回液管进行循环电解，直到阴极室内产生的电解水ph值达到设定值，将阴极片和阳极片断电，通过出液管排出电解水，期间若电解水液位达到保护液位hmin，则通过进液管补充软水至最高液位hmax，回到步骤二；

18、步骤四、将阴极片和阳极片断电，通过出液管排出阳极室内的电解质废液，直到电解质溶液的液位达到保护液位hmin，通过进液管补充电解质溶液至最高液位hmax，回到步骤二。

19、优选地，所述的步骤二具体通过以下方法实现：

20、s21、将阴极片和阳极片通电，开始电解，进入s22；

21、s22、判断电流i是否小于设定值i0，若否，则说明电解质充足，进入步骤三，若是，则说明电解质不足，进入步骤。

22、为了进一步解决上述第五个技术问题，所述的进液管和所述的回液管共用同一中游段和下游段，所述的出液管和所述的回液管共用同一上游段和中游段，所述的输送泵安装在所述回液管的中游段。

23、为了简化阀门的设置，所述的第一阀门为三通阀，该三通阀具有第一进水端、第二进水端和出水端，第一阀门的第一进水端连通所述回液管的上游段，第一阀门的第二进水端连通所述进液管的上游段，第一阀门的出水端连通所述回液管和进液管的中游段；

24、所述的第二阀门为三通阀，该三通阀具有进水端、第一出水端和第二出水端，第二阀门的进水端连通所述回液管和出液管的中游段，第二阀门的第一出水端连通所述回液管的下游段，第二阀门的第二出水端连通所述出液管的下游段。

25、优选地，所述的步骤一通过以下方法实现：

26、s11、第一次上电，首次开机，初始状态下，阴极室和阳极室内预先有软水作为隔膜浸润保护底液，其液位为hmin，与隔膜顶部持平，进入s12；

27、s12、通过第一阀门和第二阀门控制阴极室和阳极室对应的进液管连通，并启动输送泵，以使软水进入阴极室，高浓度电解质溶液进入阳极室，进入s13；

28、s13、当时间达到t1，通过第一阀门和第二阀门控制阴极室和阳极室对应的进液管断开，并关闭输送泵，此时阴极室和阳极室内液体液位达到设定最高液位hmax，进入步骤二。

29、优选地，所述的步骤三具体通过以下方法实现：

30、s31、通过第一阀门和第二阀门控制阴极室和阳极室对应的回液管连通，并启动输送泵，以使阴极室和阳极室开始循环电解，进入s32；

31、s32、当时间达到t2，将阴极片和阳极片断电，通过第一阀门和第二阀门控制阴极室和阳极室对应的回液管断开，并关闭输送泵，此时阴极室制备出ph值为目标值a的强碱性电解水溶液，进入s33；

32、s33、根据用户出水指令，通过第一阀门和第二阀门控制阴极室对应的出液管连通，并启动输送泵，以使阴极室输出强碱性电解水溶液，进入s34；

33、s34、判断阴极室内液体液位是否达到隔膜浸润保护液位hmin，若否，回到s33，若是，进入s35；

34、s35、通过第一阀门和第二阀门控制阴极室对应的进液管连通，并启动输送泵，以使软水进入阴极室补液，进入s36；

35、s36、当时间达到t4，通过第一阀门和第二阀门控制阴极室对应的进液管断开，并关闭输送泵，此时阴极室内液体液位恢复至设定最高液位hmax，回到步骤二。

36、优选地，所述的步骤四具体通过以下方法实现：

37、s41、将阴极片和阳极片断电，通过第一阀门和第二阀门控制阳极室对应的出液管连通，并启动输送泵，以使阳极室输出寿命到期后的电解质废液，进入s42；

38、s42、当时间达到t3，通过第一阀门和第二阀门控制阳极室对应的出液管断开，并关闭输送泵，此时阴极室内液体液位达到隔膜浸润保护液位hmin，进入s43；

39、s43、通过第一阀门和第二阀门控制阳极室对应的进液管连通，并启动输送泵，以使高浓度电解质溶液进入阳极室补液，进入s44；

40、s44、当时间达到t4，通过第一阀门和第二阀门控制阳极室对应的进液管断开，并关闭输送泵，此时阳极室内液体液位恢复至设定最高液位hmax，回到步骤二。

41、与现有技术相比，本发明的优点在于：

42、(1)通过主体腔和扩展腔组成电极室，一方面，搁置时，仅在主体腔内容置软水作为隔膜浸润保护底液即可，便于电解槽的运输或储存，另一方面，使用时，扩展腔的设置扩大了电极室的容积，可通过长时间静置电解，产生较高ph值及较大量的强碱性电解水；

43、(2)通过回液管配合输送泵促进排气和传质，一方面，促进电解产生的气泡排出，减少电极室底部气泡堆积，提升电解效率，另一方面，加速电极室内液体混合均匀，促进电解质均匀、碱水浓度均匀，保证电解效果及稳定性及最终ph值均匀；

44、(3)阴极室对应的输送泵不仅促进了电解过程中的排气及传质，同时还充当了软水进水泵和电解水出水泵作用；阳极室对应的输送泵不仅促进了电解过程中的排气及传质，同时还具备电解质溶液进水泵和电解质废液出水泵作用。