電解式氫氧發生裝置的製作方法

2023-06-16 05:48:51

專利名稱：電解式氫氧發生裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氫氧發生裝置，特別是涉及一種電解式氫氧發生裝置。
背景技術：
目前一般電解槽多為外循環受壓形式的或靜態受壓電解槽，一般電解槽為串聯 或平聯形式，形式比較單一，對電壓，電流的設計控制比較困難，電解效率底，設計大 功率電解槽適應性差。眾所周知，電解槽運行過程中，電壓與極距的關係是成反比關係，如何能夠在 同等電流條件下，施加的電壓越低，電解槽越省電，效率越高，發熱量越小，電解槽的 極距一般來說通常設計為5 20毫米，在此基礎上若要提高電解效率，減少電解液體電 阻，就要在液體中增加電解質濃度。而實際上除了增加電解質濃度以外，降低電極之間 的距離更為有效，正如物體的超導現象和水的超臨界加熱現象，電極距離縮小到一定距 離以後，電壓和電流的關係成指數關係。然而，在實際應用中，極距的縮小會導致電極 間短路、起弧等現象的發生，嚴重影響電解槽工作的穩定性和安全性，甚至導致爆炸事 故的發生。
發明內容本實用新型的目的是設計一種電解式氫氧發生裝置，能夠大大提高電解槽的電 解效率，同時提升電解槽的工作的穩定性和安全性，且採用模版式結構便於加工和極距 控制調節。本實用新型採取的技術方案是電解式氫氧發生裝置，包括電解槽，蒸發器，與蒸發器出口連接的防回火器， 與蒸發器內製冷管連接的壓縮機，與電解槽連接的直流電源；所述電解槽設置於一封閉 的箱體中，箱體中電解槽下方裝有電解液，電解液上方設有汽水分離器，汽水分離器的 出口連接蒸發器，所述電解槽包括至少兩塊並排的電極隔板和設於每兩塊電極隔板之間 的導水隔板，所述電極隔板的兩面分別設有極板，所述各極板連接直流電源，所述導水 隔板為一框架結構，所述各電極隔板與導水隔板的邊緣部位密封連接，各電極隔板和導 水隔板的底部分別對應設有布水孔，頂部分別對應設有汽水出孔，所述電解槽一端的布 水孔和另一端的汽水出孔處分別對應設有一擋板，箱體中電解槽下方的電解液通過一循 環水泵通入由各布水孔貫通連接的導水隔板，並通過連接各汽水出孔的一根位於汽水分 離器下方的汽水出管回到箱體中。進一步，所述電極隔板上鏤空形成一極板框，所述極板安裝在極板框中。所述電解槽與蒸發器之間串行連接有至少一個液封式防回火器。箱體下方的電解液中安裝有冷卻管，冷卻管中裝有冷卻水，冷卻管的兩端分別 對應連接一冷卻水泵和一連接冷卻水泵的散熱器的兩端。所述散熱器中設有連接所述壓縮機的製冷管。[0011]所述電解槽中各電極隔板中，極板固定於電極隔板的下部，極板的高度為電極 隔板高度的10% 90%。所述兩電極隔板之間的導水隔板中空部位設有至少一條導流支撐筋，各導流支 撐筋交錯固定於導水隔板框架結構的兩側。所述導水隔板的厚度小於等於2mm，即，電極間距相應為小於等於2mm。所述直流電源採用IGBT直流電源。所述箱體上安裝有防爆膜，箱體中設有壓力控制傳感器和溫度控制傳感器，所 述壓力控制傳感器和溫度控制傳感器的信號輸出端通過一控制器分別對應與直流電源和 冷卻水泵的控制端相連接。所述箱體中設有液位傳感器，所述液位傳感器的信號輸出端通過一控制器與一 補水泵的控制端相連接，所述補水泵的進水端連通外部電解液，出水端連通箱體。本實用新型的主要優點是如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置採用全封閉等壓式設計，把電解 槽封閉在一個箱體的內部，形成一個等壓體。這樣電解槽工作時，就不會因為工作壓力 的提高而使電解槽成為受壓體，降低了電解槽的製造成本和設計難度，減小了電解槽的 體積，提高了電解槽的安全性。如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置的電解槽設置在封閉箱體的內 部，不需要設計成耐壓外殼和大的緊固件，故電極隔板和導水隔板邊緣的密封邊框也能 隨之減小，而且極板安置在電極隔板兩面的中下部，相比傳統電解槽極板與極板之間的 密封邊框都是壓在電極上來密封，而且為承受壓力邊框的寬度比較寬，本實用新型大大 減少了電極材料的用量。同時減少了由於極板之間的短路降低電解效率的可能性。如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置的電解槽由一組標準模版式的電 極隔板和導水隔板組成，根據使用的需要可以任意選擇電極隔板的數量和導水隔板的厚 度，在設計的電壓電流下，只要各標準的電極隔板上的電極串聯或並聯組合，就能組裝 成符合不同電壓、電流、產氣量要求的電解槽，且結構緊湊高效，更適應工業產氣量的 要求，例如產氣量100立方的電解槽可以安置在直徑一米以內圓桶箱體內部。具有體 積小，重量輕，電極材料利用率高。電解效率高，組裝方便規格統一，有利標準化大氣 量設備的生產。如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置通過循環水泵使箱體和電解槽中 的電解液強制循環，由於在電解過程中極板表面會產生許多氣泡，這些氣泡會影響電極 與電解液的接觸，利用電解液壓力循環和氣體在氣室內部的壓縮，使電解液體充分接觸 電極板，能夠把電解槽中的氣體及時帶出，提高電解效率。如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置的電解槽中，極板固定於電極隔 板的下部，使用時電解液在極板位置電解，生成的氫氣和氧氣上升，即在極板的上方形 成氣室，部分未排出的氣體會壓縮在氣室內，使電解液與極板充分接觸，提高電解效 率，每兩塊電極隔板之間下部極板位置形成的電解室內部始終保持充滿電解液體，保證 電極的正常反應，而上面的氣室由於沒有電極不會產生起弧短路現象。另外，相鄰兩 塊電極隔板之間的導水隔板上設有導流支撐筋，這些導流支撐筋作為極板之間的支撐， 同時又作為電解液體的導流板，增加了電解液在極板間的有效流動距離和流速，從而以更快的流速進一步提升電解液流動帶出氣泡的能力，使電解反應更為高效。經過實驗 證明，上述設計的本實用新型的電解槽電極隔板之間可以達到2毫米以下的極距，而不 會發生電極間短路、起弧等現象，在無電解質或很少電解質的情況下，以很低的槽電壓 (1.2-1.5V)可以使水迅速分解成氫氣和氧氣，而且發熱很小。眾所周知，水的分解電 壓為1.23V，本實用新型的氫氧發生裝置能夠在這個分解電壓左右運行，從而達到電解槽 的低電壓大電流運行，大大節省了能源，達到充分節能的目的。如上述結構，本實用新型電解式氫氧發生裝置中設置有冷卻電解液的冷卻管， 通過冷卻管中的循環冷卻水對箱體中的電解液進行冷卻，使電解液保持在一個適當的溫 度範圍內，同時當箱體內溫度過高時能有效降低箱體內的溫度，保障安全性。

圖1是本實用新型電解式氫氧發生裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型中電解槽和箱體的結構示意圖；圖3是本實用新型中電極隔板的結構示意圖；圖4是本實用新型中導水隔板的結構示意圖；圖5是本實用新型中電解槽的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例進一步說明本實用新型的結構特徵。參見圖1 圖5所示，本實用新型電解式氫氧發生裝置，包括電解槽1，蒸發器 2，與蒸發器2出口連接的防回火器3，與蒸發器2內製冷管201連接的壓縮機4，與電解 槽1連接的直流電源5，所述電解槽1設置於一封閉的箱體6中，箱體6中電解槽1下方 裝有電解液7，電解液7上方設有汽水分離器8，汽水分離器8的出口連接蒸發器2，所 述電解槽1包括至少兩塊並排的電極隔板101和設於每兩塊電極隔板101之間的導水隔板 102，所述電極隔板101的兩面分別設有極板1011，所述各極板1011連接直流電源5， 所述導水隔板102為一框架結構，所述各電極隔板101與導水隔板102的邊緣部位密封連 接，各電極隔板101和導水隔板102的底部分別對應設有布水孔1012、1021，頂部分別對 應設有汽水出孔1013、1022，所述電解槽1 一端的布水孔1012和另一端的汽水出孔1013 處分別對應設有一擋板103、104，箱體6中電解槽1下方的電解液7通過一循環水泵13通 入由各布水孔1012、1021貫通連接的導水隔板102，並通過連接各汽水出孔1013、1022 的一根位於汽水分離器8下方的汽水出管9回到箱體6中。進一步，在本實施例中，所述電極隔板101上鏤空形成一極板框1014，所述極 板1011安裝在極板框1014中。這樣，就可以僅充分利用一塊極板1011的兩面作為電 極，降低設備的製造成本，提高效率。所述電解槽1與蒸發器2之間串行連接有至少一個液封式防回火器10。箱體6下方的電解液7中安裝有冷卻管601，冷卻管601中裝有冷卻水，冷卻管 601的兩端分別對應連接一冷卻水泵11和一連接冷卻水泵11的散熱器12的兩端。所述散熱器12中設有連接所述壓縮機4的製冷管1201。所述電解槽1中各電極隔板101中，極板1011固定於電極隔板101的下部，極板1011的高度為電極隔板101高度的10% 90%。這樣就使每一對電極隔板101的上部 形成一個氣室，在循環水泵13輸送壓力下和氣室中氣體壓縮情況下，使電解液7與極板 1011充分接觸，提高電解槽1的電解效率。所述兩電極隔板101之間的導水隔板102中空部位設有至少一條導流支撐筋 1023，各導流支撐筋1023交錯固定於導水隔板102框架結構的兩側。所述導水隔板102的厚度小於等於2mm。所述直流電源5採用IGBT直流電源，能夠提供電流0 2000安培，電壓20 120伏之間任意調節的直流輸出。所述箱體6上安裝有防爆膜，箱體6中設有壓力控制傳感器和溫度控制傳感器， 所述壓力控制傳感器和溫度控制傳感器的信號輸出端通過一控制器分別對應與直流電源5 和冷卻水泵11的控制端相連接。所述箱體6中設有液位傳感器，所述液位傳感器的信號輸出端通過一控制器與 一補水泵的控制端相連接，所述補水泵的進水端連通外部電解液7，出水端連通箱體6。工作時，IGBT直流電源5對外部三相交流電源進行整流，輸出直流電壓分別對 應連接電解槽1中基板的正極和負極，同時循環水泵13不斷維持箱體6和電解槽1中的電 解液循環。電解液7在電解槽1中沿導流支撐筋1023引導的流向流動，在極板1011的 作用下電解為氫氧氣體，並帶走附著在極板1011和支撐筋上的氣泡，氣體在水中自然上 升，通過各電極隔板101上方的汽水出孔1013、1022進入汽水出管9。另一方面，極板 1011上方氣室中未排出的空氣會自然壓縮，使電解液7與極板1011充分接觸，提高電解 效率。在本實施例中，所述汽水出管9的出口位於箱體6中電解液7液面上方，並對準 汽水分離器8的進口，這樣在導出氣體時不會引起電解液7液面的翻騰，更為穩定安全。由汽水出管9送出的氫氧氣體中還夾雜有水蒸氣，因此需要送入汽水分離器8將 水蒸氣去除。在本實施例中，汽水分離器8是利用箱體6內部的溫度差和高度差進行分 離的，箱體6中電解液7上方溫度較低，水蒸氣在上升過程中自然凝結為水，並在重力作 用下墜下，將水蒸氣初步濾除，分離過程簡單高效。汽水分離器8分離後的氣體被送入多級串聯的液封式防回火器10中，通過液封 介質的隔離，防止氫氧氣體的回火引燃，所述液封式防回火器10的液封介質可據實際需 要選擇為烽劑成分，從而省去在焊接過程中另加焊劑。在本實施例中，串聯設置有兩道 液封式防回火器10，充分保障使用安全。蒸發器2中的製冷管201對經過液封防回火器的氣體進行冷卻乾燥，進一步去除 殘留的水分，乾燥後的氣體再經過防回火器3的隔離輸出到用戶端，輸出的氫氧氣體可 用於各種金屬的切割和焊接，各種火焰加工，燃燒後生成水，實現零排放無汙染。在本 實施例中，裝置末端的防回火器3採用乾式防回火器。本實用新型氫氧發生裝置的電解槽1由於採用了氣室和導流支撐筋1023的設 計，導流支撐筋1023作為極板1011之間的支撐，同時又作為電解液7的導流板，增加了 電解液7在極板1011間的有效流動距離和流速，本實用新型的電極隔板101之間可以達 到2毫米以下的極距，而不會發生電極間短路、起弧等現象，答覆提高電解效率，實現 電解槽1的低電壓大電流運行，大大節省了能源。在本實施例中，為確保運行的安全穩定，所述箱體6上安裝有防爆膜，防爆膜是一個機械的防爆裝置，當箱體6內壓力達到或超過一個極限值的時候，防爆膜破裂， 為箱體6洩壓。另外，還設置有多種傳感器及相應的控制器，自動對電解槽1及箱體6 內的溫度、壓力、電解液量進行實時控制，具體控制過程如下。1、壓力控制。所述箱體6中安裝有壓力控制傳感器，該壓力控制傳感器採用封閉式壓力感應 傳感器，安裝在箱體6上邊，當壓力控制傳感器檢測到的箱體6內部的壓力超過正常工作 壓力時，控制器輸出控制信號切斷直流電源5的供電，電解槽1停止工作。如果壓力超 過了箱體6的設計壓力，則安裝箱體6上的安全閥和防爆膜強制洩壓，保護裝置和人身安全。2、溫度控制。a)電解槽1和箱體6內電解液7的溫度控制。為了保障整個電解裝置的連續 運行，需要使電解液7保持在一個適當的溫度範圍內，所述箱體6內安裝有溫度控制傳感 器，電解液7中安裝有冷卻管601，冷卻管601中的冷卻水通過冷卻水泵11和散熱器12 連接，形成一個閉路循環，當溫度控制傳感器檢測到箱體6內部溫度高於正常溫度時， 控制器輸出控制信號啟動冷卻水泵11，通過冷卻管601的換熱對電解液7進行冷卻，當箱 體6內部溫度冷卻的設置的溫度下限時，控制器關閉冷卻水泵11。b)氣體乾燥的溫度控制。本裝置中，氣體的乾燥採用冷凍乾燥方式，使用時通 過溫度控制傳感器檢測蒸發器2的出口溫度，當蒸發器2的出口氣體溫度超過設置的溫度 範圍，壓縮機4開始工作，所述壓縮機4通過一體設計的散熱器12進行冷卻。
權利要求1.電解式氫氧發生裝置，包括電解槽，蒸發器，與蒸發器出口連接的防回火器，與 蒸發器內製冷管連接的壓縮機，與電解槽連接的直流電源；其特徵是，所述電解槽設置 於一封閉的箱體中，箱體中電解槽下方裝有電解液，電解液上方設有汽水分離器，汽水 分離器的出口連接蒸發器，所述電解槽包括至少兩塊並排的電極隔板和設於每兩塊電極 隔板之間的導水隔板，所述電極隔板的兩面分別設有極板，所述各極板連接直流電源， 所述導水隔板為一框架結構，所述各電極隔板與導水隔板的邊緣部位密封連接，各電極 隔板和導水隔板的底部分別對應設有布水孔，頂部分別對應設有汽水出孔，所述電解槽 一端的布水孔和另一端的汽水出孔處分別對應設有一擋板，箱體中電解槽下方的電解液 通過一循環水泵通入由各布水孔貫通連接的導水隔板，並通過連接各汽水出孔的一根位 於汽水分離器下方的汽水出管回到箱體中。
2.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述電極隔板上鏤空形成一 極板框，所述極板安裝在極板框中。
3.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述電解槽與蒸發器之間串 行連接有至少一個液封式防回火器。
4.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述箱體下方的電解液中安 裝有冷卻管，冷卻管中裝有冷卻水，冷卻管的兩端分別對應連接一冷卻水泵和一連接冷 卻水泵的散熱器的兩端。
5.如權利要求4所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述散熱器中設有連接所述 壓縮機的製冷管。
6.如權利要求2所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述電解槽中各電極隔板 中，極板固定於電極隔板的下部，極板的高度為電極隔板高度的10% 90%。
7.如權利要求1 6中任一項所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述兩電極隔板 之間的導水隔板中空部位設有至少一條導流支撐筋，各導流支撐筋交錯固定於導水隔板 框架結構的兩側。
8.如權利要求7所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述導水隔板的厚度小於等 於 2mm 。
9.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述直流電源採用IGBT直 流電源。
10.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述箱體上安裝有防爆 膜，箱體中設有壓力控制傳感器和溫度控制傳感器，所述壓力控制傳感器和溫度控制傳 感器的信號輸出端通過一控制器分別對應與直流電源和冷卻水泵的控制端相連接。
11.如權利要求1所述的電解式氫氧發生裝置，其特徵是，所述箱體中設有液位傳感 器，所述液位傳感器的信號輸出端通過一控制器與一補水泵的控制端相連接，所述補水 泵的進水端連通外部電解液，出水端連通箱體。
專利摘要電解式氫氧發生裝置，包括電解槽，蒸發器，與蒸發器出口連接的防回火器，所述蒸發器內設有連接壓縮機的製冷管，所述電解槽連接一直流電源，其中，電解槽設置於一封閉的箱體中，形成一個等壓體，由一組標準模版式的電極隔板和導水隔板組成，導水隔板為一框架結構，並在兩端交錯設有導流加強筋，各隔板在邊緣部位密封固定。通過本實用新型設計的電解槽結構和循環系統，電解槽中電極隔板之間可以達到2毫米以下的極距，而不會發生電極間短路、起弧等現象，從而達到電解槽低電壓大電流的正常運行，大大提高電解效率，節能環保。
文檔編號C25B9/00GK201793754SQ20102054404
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者歸建明 申請人:歸建明, 歸振超