[发明专利]一种电化学除垢装置

说明书

本发明属于水处理技术领域，公开了一种电化学除垢装置，该装置由阴极反应区、阳极反应区和集垢区三部分组成。在一定的电流电压下，装置内部的多通道纳米尖端阴极表面产生纳米、微气泡均匀的分布在电极表面和液相中，实现了垢的液相成核，然后在气泡和流体双重作用下，形成含有水垢颗粒的气液固混合相并且汇集到液相表层，随着溶液的流动垢的混合相在集垢区收集。该装置首次利用电极产生的纳米、微气泡成核结垢的原理，将其应用于电化学除垢装置中，实现了电化学除垢装置在实际水处理以及软化水过程中电极的抗结垢功能，保证电化学除垢装置的连续运行。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种电化学除垢装置。

背景技术

结垢现象在具有换热器、输送管道、冷却泵的循环水系统中非常普遍。它会堵塞管路、减低换热设备的传热效率、造成设备的腐蚀以及浪费能源。为此开发了一系列的软化水体的技术包括机械法、物理法、化学法、超声波法以及电化学方法等。电化学技术被认为是一种“绿色”的软化水体技术，因为其反应过程中不需要向水体中添加任额外的试剂，也不会产生副产物造成水体的二次污染，并且该技术不受处理环境和条件的影响，可以广泛使用于各个场合。

电化学水软化的主要原理是通过在电极上施加一定的电压，在阴极与水的界面处生成大量氢氧根离子，促使碳酸氢根离子转化成碳酸根离子，使阴极附近的碳酸钙和氢氧化镁过饱和而析出。析出分为成核和晶体生长两个部分，成核一般发生在电极表面，因此碳酸钙和氢氧化镁析出后附着在电极表面。专利申请号为202110431015.3的中国发明专利公开了一种采用电化学来软化水体并同步制备碳酸钙晶须的方法，通过阶段性的电解来达到软化水体的目的。同样，参考文献Multi-meshes coupled cathodes enhancedperformance of electrochemical water softening system也通过调控电极形式和参数优化实现了相同的目的。但是以上工作都是将水垢结在了电极表面，虽然成功的软化了水，但是沉积在电极上的水垢不导电，影响电极性能和使用寿命，增加能耗甚至完全阻断电化学反应。为了解决这一问题，多种脱垢方法已被研究，专利号为200620032114.5的中国专利公开了一种倒极运行的电化学反应器，利用倒极的方式使阴极水垢脱落；申请号为200910059929.0的中国发明专利循环水电解除垢装置及除垢方法则采用超声波进行自动除垢清洗；此外，申请号为202110581157.8的中国发明专利一种旋转电化学连续除垢装置和申请号为202110715978.6的中国发明专利一种具备除垢功能的电化学水处理设备则使用刮刀物理剔除电极表面上的水垢。

上述方法的本质都是将已经覆盖在电极表面的垢移除，都不具备自我除垢能力，在使用一段时间后阴极表面产生的水垢只能增加额外的设备进行脱垢，或者将装置停止后采用物理方法或者人工形式清理垢层。这也使得电化学技术的使用过程变得繁琐，增加了额外的处理成本，限制了电化学技术的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种电化学除垢装置。该装置克服了传统电化学水处理装置在实际水处理过程中电极结垢以及电化学软化水体过程中电极结垢的难题，利用多通道电极的纳米尖端结构，将阴极产生的气泡控制在纳米、微米尺寸，这些纳米、微气泡不断从电极表面释放，一方面阻止了水垢在电极表面成核，另一方面扩散到溶液的纳米、微气泡作为垢的成核点位，使成核远离了电极表面，而不是附着在电极表面。而且纳米、微气泡作为成核位点，形成的垢晶体难以长大，容易附着在气泡表面上浮到水面。该装置首次利用氢气泡成核结垢的原理，将其应用于电化学水处理装置中，实现了电化学装置在实际水处理以及软化水过程中电极的抗结垢功能，保证电化学装置的连续运行。

一种电化学除垢装置，包括阴极反应区6、阳极反应区2和集垢区，阴极反应区6和阳极反应区2之间通过挡板18隔开；阴极槽盖9和阳极槽盖11分别与挡板18连接，然后与装置外壳10和固定螺丝8构成电化学除垢装置的框架结构；