專利名稱：電化作用單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)，更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于處理水和/或水溶液的電化作用單元，可以在通過(guò)水溶液電解電化生產(chǎn)不同產(chǎn)品中用來(lái)電化調(diào)節(jié)水和/或水溶液的酸堿性、氧化-還原電位和催化活動(dòng)性。
在電化應(yīng)用領(lǐng)域中，不同結(jié)構(gòu)的電解裝置用于水和/或水溶液的處理，或者用于制造不同的產(chǎn)品，例如現(xiàn)有的具有壓在隔膜上的平電極的電解裝置(見(jiàn)發(fā)明人證書(shū)USSR第882944號(hào)，1979年)，或者具有共軸圓筒形電極和電極間的陶瓷隔膜的電解裝置(見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)文本第1-104387號(hào)，1989年)。
但是，組件電解裝置是最先進(jìn)的，這是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)將需要數(shù)目的組件連接起來(lái)可形成需要的生產(chǎn)能力。這可降低取決于需要的能力的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)費(fèi)用，也有助于統(tǒng)一零件，縮短裝、拆這種電解裝置的時(shí)間。
最接近的技術(shù)結(jié)構(gòu)和取得的成果是一種水處理裝置，它是使用電化作用單元組合原理而形成的，電化作用單元具有共軸的圓筒形和棒狀電極，以及一共軸的超過(guò)濾陶瓷隔膜，該隔膜是由氧化鋯、氧化鉆和氧化鐿作為基礎(chǔ)的材料制成的(見(jiàn)美國(guó)專利第5,427,667號(hào))。這種水處理技術(shù)方案被選作樣機(jī)。
在樣機(jī)中棒狀電極制有變化的橫截面，其銷端直徑是其中間部分直徑的0.75。這可改善液壓模式。另外，電極和隔膜的尺寸在公式中作了規(guī)定，限制其相互變化。
在該樣機(jī)中，棒狀和圓筒形電極，以及隔膜固定在專門的絕緣套筒中，套筒帶有送入和排出棒狀電極腔的被處理水的通道。在圓筒形電極側(cè)面上，在其上、下部分上具有通道，其用于將被處理的水供入及排出圓筒形電極腔。水在從下至上流過(guò)單元腔時(shí)受到處理。
需要能力的裝置是使用專門的收集器將多個(gè)單元裝配而成的，收集器制成單件或一個(gè)單元的專門分開(kāi)的塊，并備有連接和密封工具。電極連接于電源電極的順序取決于所需應(yīng)用場(chǎng)合的類型。
該樣機(jī)以低的能耗有效地處理水或水溶液。該樣機(jī)使用，組裝和拆卸都很簡(jiǎn)單。
但是，該樣機(jī)也有缺陷。專用的收集器加大了裝置的尺寸，增加了液壓阻力，要求使用更大功率的泵，也要求較多的連接零件和密封件。由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，該樣機(jī)在不同的電極極性下并不能有效地工作。因此，當(dāng)棒狀電極用作陽(yáng)極時(shí)，在由中間部分到銷端過(guò)渡的部位(不包括占表面很小部分的孔)，鍍層被迅速消耗掉。所有其它的過(guò)渡部分是在圓筒形電極方面，并承受很強(qiáng)的高強(qiáng)度電場(chǎng)的影響(在改變形狀部位電場(chǎng)的集中)。在該樣機(jī)中不能控制被處理溶液的氣體氣流。由于所有構(gòu)件和隔膜要求嚴(yán)格的同軸度，該樣機(jī)的制造也很復(fù)雜。棒狀電極的固定系統(tǒng)，由于在套筒內(nèi)表面上的環(huán)形拓深和在其上設(shè)置密封件，因而難于制造。
本發(fā)明的目的是簡(jiǎn)化這種單元的結(jié)構(gòu)，使在較小空間設(shè)置需要數(shù)量的單元成為可能；簡(jiǎn)化單元構(gòu)件的固定系統(tǒng)；由于在電極間的空間中消除了彎曲電場(chǎng)的影響而改善單元的可靠性并提高其壽命，以及通過(guò)使電化過(guò)程中調(diào)節(jié)電解液的充氣影響成為可能而拓展單元的功能。
上述目的是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的，水和/或水溶液處理的電化作用單元是由垂向圓筒形共軸零件如一個(gè)橫截面變化的內(nèi)電極(其端部的直徑不大于其中間部分直徑的0.75)、一個(gè)外電極和一個(gè)共軸的陶瓷隔膜構(gòu)成的，(隔膜是由氧化鋯為基礎(chǔ)加上氧化鋁和氧化鐿添加劑的材料制成的)，該隔膜在電極腔中分隔電極之間的空間。電極是由在電解中不可溶的材料制成的。外電極安裝在上、下絕緣套筒中。另外，在上、下套筒的對(duì)接端上有狹槽，單元具有上、下絕緣收集頭，收集頭具有軸向通道。另外，收集頭能夠轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在套筒的狹槽中。隔膜是由設(shè)置在套筒狹槽中的彈性墊圈緊固的。內(nèi)電極中間部分的直徑是由下式限定的2M＜D＜4M式中D＝內(nèi)電極中間部分的直徑(mm)M＝電極間距(mm)。
根據(jù)電極的工作和極性，內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度在2M的值上可短于外電極的長(zhǎng)度，或者在不小于2M的值上可長(zhǎng)于外電極的長(zhǎng)度。推薦的電極間距為2.8至3.3mm。內(nèi)電極借助設(shè)置在頭的軸向通道中的彈性墊圈緊固在頭的內(nèi)部。在下、上收集頭和在下、上套筒中的通道的目的是將被處理的水和/或溶液供入電極的內(nèi)、外腔。通道延伸至側(cè)表面并設(shè)有出口。根據(jù)需要外電極的長(zhǎng)度可以為50mm至240mm。
電極的材料可以從現(xiàn)有的資源來(lái)選擇，這種選擇取決于裝置設(shè)計(jì)的條件和要求。如果不需要改變電極的極性，那么，覆有氧化鈦和氧化釕的鈦電極，或者覆有貴金屬或氧化錳或氧化錫或氧化鈷的鈦電極可以用作陽(yáng)極。拋光的鈦或者拋光的鉭或拋光的鋯，覆有高溫石墨或玻璃碳(glasscarbon)或其它涂層，可以用作陰極。如果需要改變電極的極性，可以使用覆有鉑或鉑-銥的鈦電極。可以使用上面列出的或電化反應(yīng)中公知的其它材料的不同組合。
電化作用單元的隔膜是由陶瓷制成的，所述陶瓷是由氧化鋯、氧化鋁和氧化鐿制成的，可以含有氧化鈮、氧化鉭、氧化鈦、氧化釓、氧化鉿等添加劑。取決于應(yīng)用場(chǎng)合，隔膜可以制成超過(guò)濾、微過(guò)濾或毫微過(guò)濾。隔膜的形狀是可以變化的。隔膜可以為錐削度為1∶(100-1000)的截圓錐形，其壁厚在隔膜全長(zhǎng)上是不變的，為0.4mm至0.8mm。隔膜在單元中安裝時(shí)可以大底朝下或大底朝上。
隔膜的外(或內(nèi))表面也可制成圓筒形，其余表面(內(nèi)或外)制成錐削度為1∶(100-1000)的圓錐形。在這種情形中，一個(gè)對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，另一對(duì)接端的壁厚為0.7至0.8mm。隔膜在單元中安裝時(shí)，帶有最厚壁的對(duì)接端可以朝下或朝上。
隔膜的外，內(nèi)表面也可以制成錐削度為1∶100-1000(的截圓錐形。另外，錐頂位于隔膜的相對(duì)端，一個(gè)對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，另一對(duì)接端的壁厚為0.7mm至0.8mm。隔膜在單元中安裝時(shí)，帶有最厚壁的對(duì)接端可以朝下或朝上。
隔膜的內(nèi)、外表面也可以制成壁厚為0.4mm至0.7mm的圓筒。與隔膜幾何形狀正確的表面的偏差在其表面的任何部分都不應(yīng)大于0.5mm。內(nèi)電極可制成實(shí)心或中空的。內(nèi)電極可以包括若干細(xì)部結(jié)構(gòu)，它們由一種或多種材料制成，并用不同的方法(取決于材料)結(jié)合在一起，如激光束焊接、真空焊接、機(jī)械連接等。在內(nèi)電極的銷端設(shè)有螺紋，其用于借助墊圈和螺母調(diào)節(jié)收集頭。
根據(jù)電極連接于電源兩極的順序，可以使用內(nèi)電極尺寸的不同組合。例如，如果外電極連接于電源的負(fù)極，內(nèi)電極連接于電源的正極，那么，內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度超過(guò)外電極長(zhǎng)度一個(gè)不小于2M的值，內(nèi)電極在單元內(nèi)對(duì)稱地安裝在外電極上。如果外電極連接于電源的正極，內(nèi)電極連接于電源的負(fù)極，那么，內(nèi)電極中間段長(zhǎng)度在2M的值上等于或不小于外電極長(zhǎng)度，內(nèi)電極在單元中對(duì)稱地安裝外電極上。
為了提供電極在單元中嚴(yán)格的同軸度，根據(jù)電極的尺寸可以采用不同的形式將內(nèi)電極緊固在頭的軸向通道中。
當(dāng)內(nèi)電極長(zhǎng)度超過(guò)外電極長(zhǎng)度足夠的長(zhǎng)度時(shí)，頭的軸向通道容納在可變的部分中，內(nèi)電極的帶有大直徑的中間部分構(gòu)成與頭的軸向通道的狹槽接，其中放置彈性墊圈。如果內(nèi)電極的中間部分構(gòu)成與上、下頭的軸向通道的狹槽接，那么，彈性墊圈則放置在內(nèi)電極中間部分的槽中。如果內(nèi)電極是由銷端緊固的，頭的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極銷端的直徑；彈性墊圈放置在內(nèi)電極銷端上的槽中；或者頭的軸向通道具有等于內(nèi)電極銷端直徑的直徑且在銷端中具有延伸部。另外，單元具有夾緊絕緣套筒，其也放置在該延伸部中。
這些改進(jìn)導(dǎo)致了一種功能更好的超級(jí)單元。由于采用了共軸的電極和隔膜，并且將它們安裝絕緣套筒和頭中，因而形成最佳的液壓系統(tǒng)，并簡(jiǎn)化了單元的組裝工作。在圓筒形外電極上無(wú)需鉆孔，因而使制造更為簡(jiǎn)單。由于可以轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，調(diào)節(jié)出口位置，因而多個(gè)單元可以一起緊湊地組裝在一個(gè)裝置中。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明如下

圖1是本發(fā)明的電化作用單元的剖視圖。
圖2表示本發(fā)明電化作用單元的收集頭中用于緊固內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)的一種形式。
圖3表示在收集頭中用于緊固內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)的第二種形式。
圖4表示在收集頭中用于緊固內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)的第三種形式。
圖5表示在收集頭中用于緊固內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)的第四種形式。
圖6表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第一替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖7表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第二替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖8表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第三替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖9表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第四替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖10表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第五替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖11表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第六替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖12表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第七替代隔膜結(jié)構(gòu)。
圖13表示在本發(fā)明的電化作用單元中使用的第八替代隔膜結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參閱圖1，本發(fā)明的電化作用單元包括共軸的圓筒形外電極1，內(nèi)電極2和放置在其間的陶瓷隔膜3。外電極1緊密密封地固定在下絕緣套筒4和上絕緣套筒5中，每個(gè)絕緣套筒具有被處理的水和/或水溶液送入及排出外電極腔的通道。通道延伸至套筒的側(cè)表面，并設(shè)有管接頭。下部絕緣收集頭6和上部絕緣收集頭7具有被處理的水和/或水溶液送入及排出內(nèi)電極2的腔的通道。絕緣收集頭6，7通過(guò)狹槽接連接于絕緣套筒4，5。收集頭的通道也延伸至側(cè)表面并設(shè)有管接頭。在絕緣收集頭6，7內(nèi)也有軸向通道。內(nèi)電極2的銷端進(jìn)入軸向通道。隔膜3分別由墊圈8和9密封在絕緣收集頭6，7中，墊圈則放置在套筒和頭之間的狹槽接中。內(nèi)電極2由彈性墊圈10和11密封。在內(nèi)電極的銷端上有螺紋，在其上緊固墊圈12和13，以及螺母14和15。單元的裝配是通過(guò)在確定頭的位置后將套筒和頭的螺母14，15和墊圈12，13一起緊固在外電極1的對(duì)接端而實(shí)現(xiàn)的。
彈性墊圈10和11的位置和類型取決于內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)。當(dāng)內(nèi)電極2的中間部分和頭7的軸向通道構(gòu)成狹槽接(圖2)時(shí)，密封件11位于狹槽接內(nèi)，即，處于內(nèi)電極2和軸向通道都改變其直徑的部位。在這種情形中，密封件是均勻負(fù)載的，這減小了其變形的危險(xiǎn)。密封件10類似方式地安裝在頭6中。
當(dāng)內(nèi)電極2的中間部分和頭7的軸向通道在其連接直徑處構(gòu)成狹槽接時(shí)，電極2的頂部具有為密封件11設(shè)置的槽(圖3)。內(nèi)電極2如圖3所示是中空?qǐng)A筒17和實(shí)心銷端18的組合。
如果頭7的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極2的銷端直徑，那么，密封件11的槽可構(gòu)制在端部上(圖4)；或者在放置密封件11并增設(shè)墊圈16的對(duì)接端，頭部的軸向通道較寬闊(圖5)。
內(nèi)電極制有變化的截面。該電極銷端的直徑不到該電極中間部分直徑的0.75。該比值提供了最佳的液體動(dòng)力學(xué)特征，并可以可靠地通過(guò)不同的彈性墊圈的安置方式將電極緊固在頭內(nèi)。內(nèi)電極可制成實(shí)心或空內(nèi)圓筒，其帶有實(shí)心銷而形成電極需要的形式。根據(jù)可適用的材料有不同的連接零件的方法。機(jī)械連接或其它類型的連接。如真空焊接或激光來(lái)焊接都可以使用而獲得耐久性和可靠的導(dǎo)電性。使用中空電極不僅減小裝置重量、節(jié)約材料，而且由于電極表面電荷形成條件的變化，也可對(duì)現(xiàn)時(shí)電化作用過(guò)程起直接的作用。此外，另外，內(nèi)電極也起到連接結(jié)構(gòu)的作用，在其銷端設(shè)有配置墊圈和螺母的螺紋，對(duì)單元起連接作用并提供密封，以及將收集頭固定在一定的工作位置上。
隔膜是由以氧化鋯為基礎(chǔ)帶有氧化鋁和氧化鐿添加劑的陶瓷材料制成的，隔膜具有很高的耐酸、堿、腐蝕性氣體的性質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)且易于再生。不同的添加劑可調(diào)節(jié)隔膜表面的特性并對(duì)電化過(guò)程有直接影響，當(dāng)電化作用單元用來(lái)制備某些特別產(chǎn)品時(shí)這一點(diǎn)尤為重要。根據(jù)所要解決的問(wèn)題，隔膜可用不同的材料制成超過(guò)濾、微過(guò)濾或毫微過(guò)濾。
隔膜的形狀及隔膜的安裝方式，與被處理水流相比，對(duì)單元的工作狀態(tài)有影響。隔膜可呈多種不同的形狀。
如圖6和7所示，隔膜3可以是錐削度為1∶(100-1000)的截圓錐，在整個(gè)長(zhǎng)度上壁的相同厚度為0.4mm至0.8mm；在單元中安裝時(shí)可以大底朝下(圖6)，也可以大底朝上(圖7)。
如圖8和圖9所示，隔膜3的外表面可呈圓柱形；而隔膜的內(nèi)表面可呈錐削度為1∶(100-1000)的圓錐形，可大底朝下(圖8)或大底朝上(圖9)?；蛘?，如圖10和11所示，隔膜3的內(nèi)表面可呈圓柱形，而隔膜的外表面可呈錐削度為1∶(100-1000)的圓錐形，可大底朝下(圖10)或大底朝上(圖11)。在兩種情況下，一對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，而另一對(duì)接端的壁厚為0.7mm至0.8mm，隔膜安裝在單元中，使帶有較厚壁的對(duì)接端朝下或朝上。
如圖12和13所示，隔膜3的外、內(nèi)表面也可都制成錐削度為1∶(100-1000)的截圓錐形。在這種替代方案中，兩圓錐的頂部指向相反兩側(cè)，一對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，而另一對(duì)接端壁厚為0.7mm至0.8mm。隔膜在單元中安裝時(shí)可以使帶厚壁的對(duì)接端朝下(圖12)，也可以使其朝上(圖13)。使用錐削度值較低的隔膜與圓筒形隔膜相比較并不產(chǎn)生不同的結(jié)果。當(dāng)使用錐削度值較高及壁厚增大的隔膜時(shí)，必須改變單元的尺寸并增加電極間距，這會(huì)增加電化過(guò)程的電力消耗。比上述值較低的壁厚會(huì)增大隔膜的脆性，減小其壽命，增加單元裝、拆的難度。通過(guò)使用變化形狀的隔膜可以調(diào)節(jié)電化過(guò)程。例如，隔膜在單元中安裝時(shí)使腔的橫截面從底部到頂部漸增，這樣可使電化過(guò)程放出更多的氣體。或者，隔膜在單元中安裝時(shí)使腔的橫截面從底部到頂部漸減，這樣可增加在單元頂部的氣體充注并減小在單元最后部位(last cut)中溶液電化處理的強(qiáng)度。使用僅一腔可變形狀的隔膜(一表面為圓錐形，另一表面為圓柱形)，在電化過(guò)程中可使在兩腔中放出的氣體體積不同。此外，為了在單元的電極腔內(nèi)有不同質(zhì)量和成分的溶液處理，可以使用這樣的隔膜(以及外、內(nèi)表面為圓錐形的隔膜并使圓錐形的頂部指向不同方向)。
隔膜的內(nèi)、外表面可都制成圓柱形，使壁厚為0.4mm至0.7mm。這種隔膜很稀釋的溶液處理十分有效。與隔膜的幾何形狀正確的表面的偏差在表面的任何位置都不應(yīng)大于0.05mm。否則，在隔膜表面上形成雙電層的狀況就要改變，雙電層對(duì)隔膜電阻的影響也要改變，因而由于沿表面不等同的作用，使溶液處理質(zhì)量低下。
隔膜是靠彈性墊圈緊固的，彈性墊圈放在套筒槽內(nèi)，從而使單元易于組裝并提供同軸度。
關(guān)鍵在于內(nèi)電極中間部分的直徑是由下式限定的2M＜D＜4M式中D＝內(nèi)電極中間部分直徑(mm)，M＝電極間距(mm)。
電極間距應(yīng)為2.8mm至3.3mm。當(dāng)減小該間距時(shí)，毛細(xì)作用將減小電化作用的有效性。當(dāng)增大該間距時(shí)，電力消耗也增大，并不可能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和能量互換的有組織過(guò)程。
下述情況也是重要的內(nèi)電極的中間部分的長(zhǎng)度在2M的值上應(yīng)短于外電極的長(zhǎng)度，或者在不小于2M的值上應(yīng)長(zhǎng)于外電極的長(zhǎng)度。外電極的長(zhǎng)度可以從50mm變化至240mm，從而在單元的任何工作狀況中提被處理液體的最佳氣體充注。
內(nèi)、外電極尺寸的相互關(guān)系是由電極的極性決定的。如果外電極與電源的負(fù)極相連，內(nèi)電極與電源的正極相連，那么，內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度在不小于2M值上超過(guò)外電極的長(zhǎng)度。如果外電極與電源的正極相連，內(nèi)電極與電源的負(fù)極相連，那么，內(nèi)電極的長(zhǎng)度在2M的值上等于或小于外電極的長(zhǎng)度。內(nèi)電極在單元中總是對(duì)稱地安裝于外電極。這種結(jié)構(gòu)可防止電極鍍層在高強(qiáng)度電場(chǎng)處(在改變形狀處或在銷端上電場(chǎng)的集中)消耗掉。內(nèi)電極的精確緊固對(duì)于單元有效地工作是很重要的。內(nèi)電極在頭中由放在頭的軸向通道中的彈性墊圈的緊固，以較為簡(jiǎn)單的裝配工作提供了嚴(yán)格的同軸度。單元的結(jié)構(gòu)可以是不同的，以便滿足電極同軸度的要求。例如，當(dāng)內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度超過(guò)外電極長(zhǎng)度時(shí)，內(nèi)電極必須制得足夠長(zhǎng)，以便形成與頭的軸向通道的狹槽接。彈性墊圈放置在狹槽接中。頭的軸向通道具有變化的橫截面。這提供了同軸度并可避免彈性墊圈的變形?；蛘?，內(nèi)電極的中間部分構(gòu)成與上、下頭的軸向通道的狹槽接，彈性墊圈則放置在內(nèi)電極中間部分上的槽中。這種結(jié)構(gòu)易于組裝。如果內(nèi)電極在頭中的緊固是由其銷端的墊圈提供的(當(dāng)中間部分小于外電極長(zhǎng)度，或中間部分較長(zhǎng)但又達(dá)不到頭的位置時(shí))，則頭的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極銷端的直徑，且彈性墊圈放置在槽中，槽是在位于頭的軸向通道中的內(nèi)電極銷端表面上制成的?；蛘?，頭的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極的銷端直徑，軸向通道在頭的端部較寬以考慮到彈性墊圈和附加的絕緣夾套。
水在從下到上經(jīng)過(guò)單元時(shí)受到處理。被處理的水分開(kāi)地流過(guò)電極腔。
本發(fā)明可通過(guò)下述實(shí)例說(shuō)明，給出這些實(shí)例并不是想到本發(fā)明的各種可能性進(jìn)行窮舉。
如果不另外提到，在所有實(shí)例中都使用超過(guò)濾陶瓷隔膜(成分氧化鋯-60％質(zhì)量，氧化鋁-27％質(zhì)量，氧化鐿-3％質(zhì)量)。
實(shí)例1.用于水消毒的單元。外電極連接于電源的負(fù)極，由拋光的鈦制成。內(nèi)電極由鈦制成，覆有氧化錳，連接于電源的正極。外電極的長(zhǎng)度為80mm。電極間距為2.9mm。內(nèi)電極中間部分的直徑為9.0mm，中間部分的長(zhǎng)度為86mm。隔膜是一個(gè)全長(zhǎng)上的壁厚為0.5mm的圓筒。被處理的水的礦化度為0.5g/l。在被處理水中的微生物為在1ml中105菌落。處理后水的礦化度未變，但微生物被消滅了。
結(jié)論對(duì)于用野外便攜設(shè)備消毒水來(lái)說(shuō)，使用具有接近于最小值(按照式中規(guī)定)的尺寸是合理的。
實(shí)例2.用于生產(chǎn)消毒劑的單元。外電極連接于電源負(fù)極，由玻璃碳(glasscarbon)制成。內(nèi)電極由鈦制成，覆有氧化釕，它連接于電源正極。外電極的長(zhǎng)度為240mm。內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度為250mm。中間部分的直徑為10mm。電極間距為3mm。隔膜是壁厚為0.6mm的圓筒。
被處理的溶液是濃度為2g/l的氯化鈉的被處理溶液的通過(guò)陽(yáng)極腔的流量為301/小時(shí)，通過(guò)陰極腔的流量為5l/小時(shí)。因此，得到具下列參數(shù)的兩種溶液-陽(yáng)極腔輸出(陽(yáng)極電解液)pH＝6.0，氧化-還原電位＝+800mV-陰極腔輸出(陰極電解液)pH＝8.6，氧化-還原電位＝-600mV電力消耗為0.95千瓦小時(shí)/立方米。
實(shí)例3.借助單元制取消毒劑的過(guò)程是在與實(shí)例2相同的條件下進(jìn)行的，但是隔膜是錐削度為1∶500，壁厚為0.7mm沿隔膜全長(zhǎng)不變的截圓錐。隔膜安裝時(shí)大底朝上。在處理后，制得的陽(yáng)極電解液pH＝5.5，氧化-還原電位＝+900mV，制得的陰極電解液pH＝8.0，氧化-還原電位＝-550mV。
當(dāng)隔膜大底朝下安裝時(shí)，制得的陽(yáng)極電解液pH＝6.3，氧化-還原電位＝+650mV，制得的陰極電解液pH＝9.1，氧化-還原電位＝-730mV。
實(shí)例4.借助單元制備消毒劑和洗液的過(guò)程是在與實(shí)例2相同的條件下進(jìn)行的，但是隔膜的外表面是圓柱形，而隔膜的內(nèi)表面是圓錐形，其上對(duì)接端壁厚為0.5mm，下對(duì)接端壁厚為0.8mm。陰極腔的寬度通過(guò)單元是不變的，但是，陽(yáng)極腔頂端較寬。處理結(jié)果如下陽(yáng)極電解液pH＝5.6，氧化-還原電位＝+900mV，陰極電解液pH＝8.7，氧化還原電位＝-780mV。
實(shí)例5.通過(guò)氧化鈉水溶液的電解制備氯氣(一種主要是氯氣和氧氣的氧化劑混合物)的單元。外電極由鈦制成，覆有氧化釕，連接于電源的正極。內(nèi)電極由鈦制成，覆有高溫石墨(pyrographite)。外電極長(zhǎng)度為240mm。內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度為230mm。中間部分的直徑為11mm。電極間距為3.1mm。隔膜是壁厚為0.6mm的圓筒。濃度為300g/l的氯化鈉水溶液引入單元的陽(yáng)極腔進(jìn)行處理。礦化度為0.5g/l的自來(lái)水引入陰極腔進(jìn)行處理。水和溶液在從下至上流過(guò)單元的腔時(shí)受到處理。結(jié)果制得氣體10升，該氣體含氯氣70％，二氧化氯20％，氧氣7％，其余(混合物)3％。經(jīng)過(guò)單元后氯氣的轉(zhuǎn)化度約為30％。
陰極輸出為pH＝13的氫氧化鈉。這種溶液可用于電池生產(chǎn)或其它技術(shù)領(lǐng)域中。本實(shí)例證明這種單元可有效地用于制氯。
本發(fā)明簡(jiǎn)化了電化作用單元的結(jié)構(gòu)，在較小的空間中可以將需要數(shù)量的單元放置在一起，簡(jiǎn)化了單元構(gòu)件的固定系統(tǒng)，可靠性高，并且由于消除了在電極間的空間中彎曲電場(chǎng)的影響而提高了單元的壽命，擴(kuò)大了單元的功能，在電化過(guò)程中可以調(diào)節(jié)電解液的充氣。這種單元可以有效地用于水的凈化和消毒、制備具有預(yù)定特性的溶液，以及借助水溶液的電解制備產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種用于處理水和/或水溶液的電化作用單元，它包括(a)一個(gè)垂向的圓筒形的橫截面變化的內(nèi)電極，它具有一個(gè)中間部分和在每端一個(gè)銷端，每個(gè)銷端的直徑不大于中間部分直徑的0.75；(b)一個(gè)套裝在內(nèi)電極上的垂向的圓筒形的外電極；(c)一個(gè)共軸的陶瓷隔膜，它的基本成分為氧化鋯、氧化鋁和氧化鐿的混合物，安裝在單元的電極腔中的一個(gè)分開(kāi)的電極間的空間中；(d)電極是由在電解中不可溶的材料制成的；(e)外電極安裝在一個(gè)下部絕緣套筒和一個(gè)上部絕緣套筒中，每個(gè)套筒在其對(duì)接端具有一狹槽；(f)內(nèi)電極和外電極連接于電源的正極和負(fù)極；(g)所述單元還包括一個(gè)上部絕緣收集頭和一個(gè)下部絕緣收集頭，每個(gè)收集頭具有一軸向通道；每個(gè)收集頭安裝在套筒狹槽內(nèi)，適于在其中轉(zhuǎn)動(dòng)；(h)隔膜是由安裝在套筒狹槽中的彈性墊圈緊固的；(I)內(nèi)電極中間部分的直徑是由下式限定的2M＜D＜4M式中D＝內(nèi)電極中間部分的直徑(mm)，M＝電極間距(mm)(j)內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度在值2M上短于外電極的長(zhǎng)度，或者在不小于2M的值上長(zhǎng)于外電極的長(zhǎng)度；(k)內(nèi)電極借助裝在頭的軸向通道中的彈性墊圈緊固在收集頭內(nèi)；以及(l)下部收集頭和上部收集頭，以及上部套筒和下部套筒具有送入及排出內(nèi)、外電極腔的被處理的水和/或被處理的溶液的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于外電極的長(zhǎng)度為50mm至240mm，電極間距為2.8mm至3.3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于套筒和頭的通道延伸至側(cè)表面并設(shè)有管接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜是由陶瓷制成的，所述陶瓷具有的基本成分主要是氧化鋯、氧化鋁和氧化鐿，帶有添加劑氧化鈮、氧化鉭、氧化鈦、氧化釓和氧化鉿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜具有超過(guò)濾、微過(guò)濾或毫微過(guò)濾性質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜制成截圓錐形，其錐削度為1∶(100-1000)，沿其長(zhǎng)度相同的壁厚為0.4mm至0.8mm，在單元中安裝時(shí)大底朝下或大底朝上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜的外表面制成圓柱形，內(nèi)表面制成錐削度為1∶(100-1000)的圓錐形；第一對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，第二對(duì)接端的壁厚為0.7mm至0.8mm；隔膜在單元中安裝時(shí)具有較厚壁的平接端朝下，或朝上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜的外、內(nèi)表面都制成錐削度為1∶(100-1000)的截圓錐形；圓錐的頂端在不同的兩端；第一對(duì)接端的壁厚為0.4mm至0.5mm，第二對(duì)接端的壁厚為0.7mm至0.8mm；隔膜在單元中安裝時(shí)具有較厚壁的對(duì)接端朝下或朝上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于隔膜的內(nèi)、外表面是圓柱形的，壁厚為0.4mm至0.7mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于在沿隔膜長(zhǎng)度的任意部位，從幾何形狀正確的表面的偏差不大于0.05mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于內(nèi)電極是實(shí)心的或是中空的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于在內(nèi)電極的銷端上有一螺紋，壓緊墊圈和螺母用于緊固。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于外電極連接于電源的負(fù)極，內(nèi)電極連接于電源的正極，內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)使大直徑的中間部分的長(zhǎng)度在不小于電極間距2倍的值上超過(guò)外電極的長(zhǎng)度；內(nèi)電極在單元中對(duì)稱地安裝在外電極上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于外電極連接于電源的正極，內(nèi)電極連接于電源的負(fù)極；內(nèi)電極設(shè)計(jì)得使其大直徑的中間部分的長(zhǎng)度在等于電極間距兩倍的值上小于外電極長(zhǎng)度；內(nèi)電極在單元中對(duì)稱地安裝在外電極上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于頭的軸向通道具有變化的橫截面；內(nèi)電極中間部分構(gòu)成與頭的軸向通道的狹槽接；彈性墊圈設(shè)置在狹槽接內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于頭的軸向通道具有變化的橫截面；內(nèi)電極中間部分構(gòu)成與頭的軸向通道的狹槽接；內(nèi)電極的表面上在其大直徑的中間部分的較低和較高部分上具有槽；彈性墊圈設(shè)置在所述槽中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的單元，其特征在于頭的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極銷端的直徑；內(nèi)電極銷端具有槽；彈性墊圈設(shè)置在所述槽中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)或權(quán)利要求17所述的單元，其特征在于頭的軸向通道的直徑等于內(nèi)電極銷端的直徑，頭的軸向通道在頭的對(duì)接端較寬；彈性墊圈設(shè)置在這些加寬的部分中；所述單元具有絕緣套筒，絕緣套筒也設(shè)置在這些加寬部分中并被緊固。
全文摘要
一種處理水和/或水溶液的電化作用單元包括一個(gè)具有中間部分和兩端上的銷端的內(nèi)電極;套裝在內(nèi)電極上的一個(gè)外電極;機(jī)裝在單元的電極腔中分開(kāi)的內(nèi)極間空間中的共軸的陶瓷隔膜。外電極裝在上、下絕緣套筒中。內(nèi)、外電極連接于電源正、負(fù)。極單元還包括上、下絕緣收集頭,每個(gè)頭具有軸向通道;每個(gè)收集頭裝在套筒狹槽中并適于在其中轉(zhuǎn)動(dòng)。隔膜由裝在套筒狹槽中的彈性墊圈緊固。內(nèi)電極中間部分的直徑由式:2M< D< 4M限定,式中D為內(nèi)電極中間部分直徑(mm),M為電極間距(mm)。內(nèi)電極中間部分的長(zhǎng)度在值2M上短于外電極長(zhǎng)度,或在不小于2M的值上長(zhǎng)于外電極的長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)C02F1/461GK1190948SQ96195527
公開(kāi)日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1996年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月11日
發(fā)明者維托爾德·米哈伊洛維奇·巴希列, 朱里杰奧爾杰維奇·扎多羅日內(nèi) 申請(qǐng)人:維托爾德·米哈伊洛維奇·巴希列, 朱里·杰奧爾杰維奇·扎多羅日內(nèi)