專利名稱：改進的在水池中產(chǎn)生氯的電解電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化泳池產(chǎn)品領(lǐng)域，更具體地說，涉及在泳池中以自動方式產(chǎn)生氯 的電解電池。
背景技術(shù)：
眾所周知，泳池中產(chǎn)生氯或氯離子對于健康和安全游泳是很有用的。例如，在美國 和加拿大，大多數(shù)市政和公共泳池都需要混有氯的水。必要時必須對這些公共泳池中的氯 含量認(rèn)真地規(guī)范和調(diào)節(jié)，為包括小孩在內(nèi)的游泳者提供安全和健康的地方來洗澡和游泳。游泳池中加氯的人工方法是眾所周知的。泳池服務(wù)人員采取預(yù)防措施，使氯不接 觸到他們自身，然后將合適的量添加到池水中，對池水進行各種測試，以確保適量濃度水平 的氯存在。眾所周知，其他離子元素也用于處理池水。例如，溴也以類似氯的方式用于安全 地清潔池水。多年來，自動加氯器已為人所知。已知的自動加氯器包括用于測試池水的裝置，以 確定水中是否存在適量水平的氯或其他離子。例如，一般來說，測試器查尋2700ppm的水 平。當(dāng)含量低于這個水平時，自動加氯器被激活并將氯或其他離子加至水中，提高該水平直 到達到2700ppm。這些加氯器非常昂貴。例如，常見的自動加氯器會花費消費者數(shù)千美元以上。此 外，這些昂貴的加氯器很精細，經(jīng)常需要昂貴的維修甚至更換。實際上，一般的想法是使有涂層的陽極更小。涂層是一道昂貴的工序，因此傳統(tǒng)的 思路是使涂層的陽極盡可能地小。如本文所述，本申請人的理論不但在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)不同， 而且思路上也不同。名稱為“鹽氯發(fā)生器”的美國專利7，014，753就各方面而言都被納入本文，包括但 不限于將其作為背景、先行基礎(chǔ)以及作為先前已知裝置的一種參考和實例。其中的發(fā)明人 之一，名稱為Jowph Hui，就是本發(fā)明的發(fā)明人。現(xiàn)代自動加氯器的核心是電解電池。典型的電解電池包括兩個電極，如上關(guān)于 ‘753專利描述的鹽溶液中的陽極和陰極。一旦電功率施加到這些電極上，化學(xué)反應(yīng)就開始 了。在鹽溶液(NaCl)中，Cl被分離出來并在水中自由浮動，安全地清潔池水。點/邊緣效應(yīng)眾所周知，電極的邊緣比其他地方有更高的電勢。這些邊緣有時也被稱為點，這些 邊緣或點往往比電極上的其他地方退化更快，結(jié)果顯然是電極的過早磨損。眾所周知，電極 的首次故障發(fā)生在邊緣，實際上是在點邊緣。最后，電極或整個加氯器都可能需要更換，而 更換時間本應(yīng)該更晚。
點/邊緣效應(yīng)導(dǎo)致電極的涂層上產(chǎn)生斑點或小塊。電池產(chǎn)生的電流越大，這種斑 點蔓延越快，并且涂層損失越快，電極的破壞也更迅速。顯然，通過防止電極的點邊緣開始退化，其壽命可明顯增加。如果電活動對點邊緣 的壓力減小，對電極的壓力也就減小，再次延長了電極的壽命。人們需要一種價格低廉的自動加氯器，其不需要昂貴的維修，可靠而且可以適應(yīng) 現(xiàn)有的泳池配置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)問題，提供一種具有特殊構(gòu)造的電解電池，該電解 電池可以防止電極的點邊緣效應(yīng)，顯著延長電極壽命，可以用于在電解溶液中產(chǎn)生氯或其 他離子元素，從而為泳池清潔裝置(如自動加氯器)提供一種經(jīng)濟適用、安全可靠的配置。本發(fā)明通過嘗試新思路，使電解電池的陽極在至少一個尺寸上超出陰極，設(shè)計獨 特的電解電池結(jié)構(gòu)，由此實現(xiàn)上述目的。通常，電解電池包括兩個電極，一個陽極和一個陰 極。在一種情況下，陽極在一個尺寸上超過陰極的尺寸，例如長度或?qū)挾?。在另一種情況下， 陽極的多個尺寸都超過陰極的相應(yīng)尺寸，例如長度和寬度。具體地，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案一種在離子水溶液中產(chǎn)生氯的電解電池，所述電解電池包括至少一個電池，該電池包括兩個電極，一陽極和一陰極；所述陰極有預(yù)先確定的長度和寬度；所述陰極有預(yù)先確定的長度和寬度，并且至少有一個尺寸超過陰極；由此，當(dāng)電解電池在離子水溶液中產(chǎn)生氯時，陽極實質(zhì)上超出陰極。在本發(fā)明中，所述離子水溶液可以是鹽水溶液。優(yōu)選地，所述陰極形成U-形結(jié)構(gòu)， 包括延伸的側(cè)壁和一連接部件，陽極安裝在陰極的側(cè)壁之間。所述陽極可以在一個尺寸上 超過陰極的相應(yīng)尺寸，也可以在長度和寬度上超過陰極的長度和寬度。在另一種實施方式中，可以將幾對電極或電池堆疊在一起。在這種配置中，多個電 極或電池可能以串聯(lián)或并聯(lián)的方式堆疊在一起。每個堆疊的電極或電池是相互平行的。所述電極可以是電極板的形式。在堆疊電解電池的另一種示范性實施方式中，電 極板不僅是平行的，而且是共平面的，意味著電池1的陽極與電池2的陽極處于相同的平 面，并且電池1的陰極與電池2的陰極位于相同的平面。具體地，本發(fā)明提供一種在NaCl水溶液中產(chǎn)生氯的多電池電解裝置，該電解電池 包括多個電池，每個電池包括兩個電極，一陽極和一陰極；電極限定為板，具有預(yù)定的 長度和寬度以及薄厚度；每個板都是相互平行的；每個板限定為相互隔開的第一電池，并且每個電池都相互隔開。其中，所述陽極的各個板相互處于同一平面，而陰極的各個板相互處于同一平面。在一種實施方式中，本發(fā)明電解電池的至少一個電極由惰性金屬材料或半導(dǎo)體材 料制成，例如鈦。在另一種實施方式中，本發(fā)明的電解電池的至少一個電極由多金屬氧化物 制成，或者帶有金屬氧化物涂層。例如，電解電池的陰極由鈦制成，或者陽極有半導(dǎo)體涂層，或者陰極有肽涂層。在另一種實施方式中，至少一個電極被耐腐蝕材料包被，例如鉬和鈀。在另一種多電池的實施方式中，電池之間的空間大于電極板之間的空間。在電極 板形成電極的地方，通過這種結(jié)構(gòu)可防止短路。本發(fā)明的電解電池具有以下有益效果1)本發(fā)明的電解電池構(gòu)造獨特，通過延長陽極，增大電活動的區(qū)域，使電壓分布在 更大的區(qū)域，防止了點/邊緣退化，從而延長電池壽命，能夠促進有效的運轉(zhuǎn)和可靠的服務(wù) 并具有低廉的構(gòu)造。2)本發(fā)明的電解電池可以和其他類似的電池堆疊在一起，形成具有更大電壓的大 電池。3)本發(fā)明的電解電池可以是適用于泳池環(huán)境的單電池或堆疊電池，用于產(chǎn)生氯或 其他離子元素，以便安全和有效地清潔池水。4)本發(fā)明的多電池裝置易于適配地用作鹵素發(fā)生器，以便處理更大容量的水池。


為了進一步理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點，應(yīng)結(jié)合附圖，參考以下詳細說明，其中相同 的部件用相同的參考數(shù)字表示，其中圖1是本發(fā)明的電解電池的透視圖，具有U形陰極，并且陽極在至少一個尺寸上超 出陰極。圖2是本發(fā)明的電解電池的透視圖，具有板電極，陽極在至少一個尺寸上超出陰 極。圖3是本發(fā)明的堆疊電解電池的透視圖，具有U形陰極，并且陽極在至少一個尺寸 上超出陰極。圖4是另一種堆疊實施方式的透視圖，采用8個電池，每個電池具有U形陰極。圖5是本發(fā)明電解電池的堆疊實施方式的側(cè)視圖，其中顯示電極是平行且共平面 的。圖6是圖5顯示堆疊電解電池的8個電池的實施方式。圖7和圖8顯示了堆疊電池的實施方式預(yù)備連接到水加氯器的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，必須理解背景技術(shù)中提到的本領(lǐng)域的需求。最重要地，本 發(fā)明的用于解決長期依賴的需求以增加水池清潔裝置(如水池加氯器)領(lǐng)域的效率和耐用 性的結(jié)構(gòu)是以本發(fā)明公開的結(jié)構(gòu)為代表。圖1顯示了本發(fā)明適用于化學(xué)水池清潔機的電解電池的一種示范性實施方式，用 數(shù)字20表示。圖1中顯示的示范性實施方式包括兩個電極，陽極22或陰極24。陽極22有 預(yù)先確定的長度和寬度。類似地，陰極24也有預(yù)先確定的長度和寬度。本發(fā)明的很重要的 一個方面是陽極的至少一個尺寸大于陰極24的對應(yīng)尺寸。圖1顯示的是陽極22的長度和 寬度超過陰極24的長度和寬度的示范性實施方式。陽極22是華夫板或網(wǎng)的形式。此外，圖1顯示的實施方式中，陰極24是U形。在該實施方式中，陰極24包括第一直壁26和第二直壁28。連接部件30延伸在直壁26和28之間。陽極22安裝在直壁26 和28之間。圖7和8顯示本發(fā)明的化學(xué)清潔裝置的一種示范性實施方式，具體地是一種包 括該U-形實施方式的加氯器。如下所述，討論的電解電池在這種裝置中尤其有用。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，陽極僅需要在一個尺寸上超出陰極24。以上描述的實施 方式中，顯示陽極在長度和高度上都超出陰極，這并不是對本發(fā)明的限制。在如上所述的示范性實施方式中，陽極的長度和寬度超出陰極0. 5cm。在其他實施 方式中，陽極的長度和寬度可超出陰極達2cm。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，通過延長陽極的長度和寬度的尺寸，點和邊緣的不均勻 電場盡可能減到最小，從而消除點/邊緣效應(yīng)。陽極的延長的尺寸通過調(diào)整不均勻電場彌 補了點邊緣效應(yīng)。此外，陽極的上述配置有較小的阻力和更少的損耗。這產(chǎn)生三個直接的優(yōu)點。第 一，向電極供電的電力供應(yīng)可以減少。第二，相同尺寸的電池為水池環(huán)境產(chǎn)生更多的氯(或 其他鹵素)，從而增大電池的效率。第三，當(dāng)點/邊緣最小化時，本發(fā)明的電池在更高的平均 電流密度下運行。材料和涂層我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由一種惰性金屬材料(例如鈦)形成至少一個電極可以延長整個 電池的壽命。當(dāng)至少一個電極是由鉬制成或者帶有鉬涂層時，還具有額外的有益性質(zhì)。這 些性質(zhì)包括耐腐蝕性和延展性。用貴金屬作為電解產(chǎn)生氯的陽極，可以產(chǎn)生耐腐蝕和低電 阻性。通過使用這種貴金屬，整個電解效率都得到提高。此外，當(dāng)至少一個電極涂有多金屬氧化物時，也能產(chǎn)生類似的優(yōu)點，例如釕陽極。 然而，因為陽極比U-形陰極寬，而且因為這種涂層相對昂貴，根據(jù)以上提出的與傳統(tǒng)思路 相對的原則，在優(yōu)選的實施方式中僅陽極涂有釕。我們還發(fā)現(xiàn)，用耐腐蝕性材料(如鉬或鈀)涂覆至少一個電極也可以延長電極壽命。圖2顯示本發(fā)明的電解電池的另一種示范性實施方式。該實施方式被稱為板實施 方式。與U-形陰極24不同，此處的陰極電極是兩個板40和42。夾在兩個板40和42之間 的是陽極22。與圖1顯示的構(gòu)造類似，陽極22的長度和寬度延伸，超出陰極電極的長度和 寬度。具體地，陽極22的長度和寬度超出板40和42的長度和寬度。在圖2顯示的示范性實施方式中，板40和42相同。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理 解，這并不是必需的。此外，以上關(guān)于圖1所述的所有涂層和材料優(yōu)選項都同樣適用于圖2 顯示的示范性實施方式。堆疊圖3顯示2個電池并排平行、非共平面排列的實施方式，而圖4顯示相同類型的8 個電池實施方式的構(gòu)造。各個陰極24為如圖1所稱的U-形陰極24。每個電池都包括第二 電極，即陽極22。這種實施方式使用的構(gòu)造與圖1所述的相同。采用圖3的這種構(gòu)造，電力輸出是圖1所示的實施方式的兩倍。因此，如果圖1的 電池提供2伏容量，則圖3中的電池提供4伏容量。類似地，圖4中顯示的電池實施方式提 供的電容量是圖1電容量的8倍，S卩16伏。在圖3和4顯示的實施方式中，電極板都是互相平行且非共平面的。此外，電池被定位并且隔開以防止短路。在圖3和4顯示的構(gòu)造中，電池之間的陰極發(fā)揮屏障的作用，以 防止短路。另外，使電池互相間隔的距離大于電極之間的空間，也可以盡可能地減少短路。這些電池可以是串聯(lián)或并聯(lián)連接。在串聯(lián)中堆疊的效果是最顯著的。通過串聯(lián)堆 疊，對于相同的功耗，電池的輸入電壓很高，而電流很低。供給鹵素生成模塊的功率以及電 源本身之間的功率損耗被大大降低。技術(shù)人員可以理解，功率損耗與電流的平方成正比。通常，如上所述的那些電系統(tǒng)中，存在兩個以上陽極時會產(chǎn)生泄漏路徑。在圖3 中，這意味著在通常的電環(huán)境下，會跨越兩個陽極22產(chǎn)生泄漏路徑。然而，每個電池的陰極 都是由半導(dǎo)體材料制成，例如鈦，使得這種泄漏路徑減至最小。為了使電流從一個電池流到 另一個電池，相對于較低電勢電池的陰極，較高電勢電池的陰極不得不充當(dāng)陽極。象鈦這樣 的半導(dǎo)體金屬不允許電極作為陽極，因此電流不能流通2個相鄰的陰極。這樣就不存在泄 漏路徑?？梢岳斫獾氖?，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，陽極可以由鉬或其他貴重材料制成，或 者帶有鉬或其他貴重材料的涂層。此外，陽極22之間的陰極24也作為泄漏路徑的阻礙物。在圖5和圖6所示的示范性實施方式中，電極是平行且共平面的。電極各個22和 24都是并排、平行且共平面的。與圖3和4描述的實施方式類似，圖5和6的多電池實施方式與單電池相比提供 了更大的電力輸出。同理，圖5的兩電池實施方式傳遞4伏電勢，類似地，圖6中的實施方 式傳遞16伏電勢。與上述多電池實施方式類似，陽極涂有貴金屬，如鉬或鈀，使泄漏路徑最小化。本 領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，陽極可由鈦或其他半導(dǎo)體材料制成，或 者帶有鈦或其他半導(dǎo)體材料涂層。此外，陽極22之間的陰極24也作為泄漏路徑的阻礙。電池可以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接。在串聯(lián)中，堆疊的效果是最顯著的。通過串聯(lián)堆 疊，對于相同的功率消耗，電池的輸出電壓高，而電流低。供給鹵素生成模塊的功率以及電 源本身之間的功率損耗被大大降低，其中假定在每個示范性實施方式中，每個電池有相似 的電特性，如電阻。如果不是這樣，一個電池可能在較高電壓下運行，而其他電池則在較低 電壓下運行，通過并聯(lián)堆疊，不同的電池特性不影響工作電壓，但對相同的功率消耗來說， 電流消耗很高，設(shè)備費用往往也較高，因為整個系統(tǒng)有較高的電損失。使用將單電池或多電池實施方式置于NaCl水溶液中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，其他 溶液也是可能的。例如，包括氯化鈉或溴化鈉的氯化物溶液也是可行的。參考圖7和圖8，顯示3個電池串聯(lián)連接的實施方式。數(shù)字60表示的電池1包括 U形陰極62，陰極62具有凸緣64。電池1包括連接部件66，其貫穿凸緣64中的開孔68。 連接部件66將盛放溶液的容器67的壁與電極連接起來。用鈦網(wǎng)制備的陽極22夾在陰極 62的U形壁之間。電池270包括第二 U形陰極72，也具有法蘭端部74。連接至法蘭端部74的是電 池1的陽極22。類似地，電池380具有法蘭端部74，用于固定夾于陰極70的U形壁之間的 電池2的陽極22。類似電池1，電池3具有法蘭82，用于連接到盛放溶液的容器67。這樣，電池結(jié)構(gòu)被固定在容器上，用于產(chǎn)生氯或其他電離元素。雖然以上詳細說明已經(jīng)描述了本發(fā)明的水池清潔機的幾種實施方式，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該理解，以上描述僅是說明性的，不用于限制本發(fā)明公開的內(nèi)容。因此，本發(fā)明僅通過以下提出的權(quán)利要求書來限制。
權(quán)利要求
1.一種在離子水溶液中產(chǎn)生氯的電解電池，所述電解電池包括 至少一個電池，該電池包括兩個電極，一陽極和一陰極； 所述陰極有預(yù)先確定的長度和寬度；所述陰極有預(yù)先確定的長度和寬度，并且至少一個所述尺寸超出陰極； 由此，當(dāng)電解電池在離子水溶液中產(chǎn)生氯時，陽極實質(zhì)上超出陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中所述離子水溶液是鹽水溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中所述陽極的長度和寬度超過陰極的長度和寬度。
4.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中所述陰極形成U形，包括延伸的側(cè)壁和一連接部 件，并且所述陽極位于所述延伸的側(cè)壁和連接部件之間。
5.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中多個電池堆疊在一起。
6.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中多個電池以并聯(lián)方式堆疊在一起。
7.如權(quán)利要求1所述的電解電池，其中多個電池以串聯(lián)方式堆疊在一起。
8.如權(quán)利要求5所述的電解電池，其中每個堆疊的電極都是平行的。
9.如權(quán)利要求5所述的電解電池，其中每個堆疊的電極都是平行的，并且處于同一平
10.一種在NaCl水溶液中產(chǎn)生氯的多電池電解裝置，該電解電池包括多個電池，每個電池包括兩個電極，一陽極和一陰極；電極限定為板，具有預(yù)定的長度 和寬度以及薄厚度；每個板都是相互平行的；每個板限定相互隔開的第一電池，并且每個電池都相互隔開。
11.如權(quán)利要求10所述的多電池電解裝置，其中陽極的各個板相互共平面，并且陰極 的各個板相互共平面。
12.如權(quán)利要求10所述的多電池電解裝置，其中所述陽極由多金屬氧化物制成。
13.如權(quán)利要求10所述的多電池電解裝置，其中所述陰極由鈦制成。
14.如權(quán)利要求10所述的多電池電解裝置，其中所述陽極有半導(dǎo)體涂層。
15.如權(quán)利要求10所述的多電池電解裝置，其中所述陽極有肽涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進的電解電池。該電池包括至少一對電極，陽極和陰極。一般陽極的至少一個尺寸實質(zhì)上大于陰極。在一種示范性實施方式中，陽極的長度和寬度大于陰極的長度和寬度。在多電池氯發(fā)生器的第一種實施方式中，將不相等尺寸的電極堆疊在一起。在這類發(fā)生器的第二種實施方式中，電極為相等的尺寸。在本發(fā)明的改進的電解電池的另一種示范性實施方式中，陰極形成U-形部件，并且所述至少一個尺寸較大的陽極位于該U形部件之間。氯發(fā)生器的另一種實施方式包括至少兩個具有U形陰極的電池。在這種氯發(fā)生器的第一種示范性實施方式中，電極是相互平行的。在第二種示范性實施方式中，電極分別相互平行且在同一平面上。
文檔編號C25B1/26GK102002727SQ201010271428
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者許永健, 許永德 申請人:能活有限公司