高效制氧裝置Ⅲ的製作方法
2023-12-08 00:26:01 1
專利名稱：高效制氧裝置Ⅲ的製作方法
技術領域：
本實用新型是屬於電化學制氧領域，特別是涉及一種可用作家庭醫療保健吸氧器，一定空間範圍內的氧調器。
已有的制氧技術主要有三類一是物理法，即液化空氣分離法和吸附分離法；二是化學法，即利用過氧化物的化學分解反應產生氧氣；三是電化學法，如隔膜法電解水，在陰極產生氫氣，在陽極產生氧氣(參見中國專利CN90226455.6、CN89202122.2、CN93245199.4)這種電解水法，槽電壓高，能耗大，結構複雜，且氧氣中易混入氫氣，氫氣的大量溢出又導致不安全。
近年來另一種電解法制氧技術問世。該技術是將鋅空氣電池(或燃料電池)的空氣電極移到電解水的裝置中，取代電解水的析氫電極，用氧還原代替析氫反應，而陽極反應與電解水相同，即陰極反應陽極反應從而得到純氧(＞99.5％)。這一電化學制氧裝置稱為無氫制氧機。
現有的無氫制氧機主要存在兩大問題1、制氧速度較低。例如中國專利CN94243624.5、CN94216000.2中所述的裝置，工作電流密度為5A/dm2，每平方分米陽極的制氧速度為16～20ml/min。其因是空氣電極對氧的析出速度沒有直接貢獻，僅僅作為「無氫」電極而已。
2、整機結構不嚴謹，對核心部件(電解槽)缺乏有效的保護措施。具體表現在以下四個方面(1)沒有淨化空氣二氧化碳的措施，導致電解質溶液易「碳酸化」，縮短實用壽命。
(2)在非使用狀態(包括搬運狀態)下，對電解槽沒有採取密封保護措施，其後果非但使溶液易「碳酸化」，還會因水分蒸發速度得不到抑制而使電解液貧水。
(3)補水槽無缺水報警提示裝置。
(4)沒有可保證空氣在炭電極表面均勻分布的技術措施。
針對現有的無氫制氧機存在上述問題，本實用新型提供一種包括透氣膜、催化膜、導電網的空氣炭電極，電解槽裡的催化分解網置於金屬陽極之後的高效制氧裝置。
本實用新型具有陽極組件1、金屬陽極組件2、電解槽5、空氣淨化裝置11等組成的高效制氧裝置。其特徵在於陰極組件1是採用空氣炭電極，包括透氣膜、催化膜和導電網，催化膜是由焦碳(石墨)與活性炭混碾而成；電解槽裡安置了γ-MnO2催化分解網3，催化分解網置於金屬陽極之後；電解槽外設有密封倉，密封倉的底部和上部設計了空氣氣流阻尼裝置；設計了非使用狀態下的氣路全密閉系統；空氣入口處設置了二氧化碳淨化裝置；電解槽可製成單槽或多槽串聯的電解裝置；電解槽上方設置了自動補水與氣液分離相結合的雙效系統，它包括儲水盒、隔水透氣膜、氣水分離杯、水位報警傳感探頭、自動加水及析氧的複合管；氧氣輸出端具有含氣流細化小球的增溼杯；雙效系統與增溼杯之間設置了微型玻璃單向閥；密封倉底部設置了漏液報警傳感器。
為了提高制氧速度(效率)，獲得較大制氧量，我們在電極的微觀和宏觀構造方面採取了以下三種獨特的技術方案(1)在焦炭(或石墨)微粉中嵌入活性炭作為制各催化膜的基本原料。應用於態溼態混輾工藝使之有效嵌雜，使微粉均勻地分布在活性炭的微粒表面，以增加催化膜的微吸附中心和目標反應位，促使氧在催化膜表面的還原向生成HO2-離子的方向進行，即
催化膜用碾片機(市面有售)將粉料反覆碾壓而成。膜和電極的成型工藝與常規相同(與鋅空氣電池電極的製作基本相同)。
(2)採用正極靠近空氣電極，催化分解網置於正極之後的特殊的電極空間配置方式(見圖1)。
我們採用這種前無一例的電極空間構造方式，使陰極產物HO2-離子的分解機制發生了重要的改變。即是空氣電極表面產生HO2-之後，通過電遷、擴散的傳質作用，使大部分HO2-直接在陽極表面發生電化學氧化，成為陽極的主要電化反應陽極成了HO2-的主要反應場所。因溶液對流作用而離散溶液中少量的HO2-離子(約10-15％)在催化分解網上發生化學催化分解
(3)用於催化HO2-分解的催化分解網是用γ型微晶電解二氧化錳直接組裝在網絡結構的材料中構成的。這種具有「原裝」型構造的催化分解網有益於充分發揮二氧化錳表面固有高催化活性對HO2-離子的快速分解作用。
由於採用了以上技術措施，本制氧系統造氧性能有明顯提高。上述技術措施(1)、(3)的共同效應使每平方分米的電極(陽極和陰極同面積)可產出24-30ml/min(純度＞99.5％)(工作電流密度為5A/dm2)，比上述無氫制氧機高40-60％。由於技術措施(2)的功效，單槽電壓(電流密度為5A/dm2)為1.0-1.15伏，比同類產品降低9-10％，對穩定製氧速度起到了一定的作用。
為了保護裝置的核心部件，提高制氧裝置的使用壽命和安全可靠性，確保輸出的氧氣含有一定的溼度，不含鹼味，在電解槽和整機結構方面我們採取了以下技術措施(1)在空氣入口處設置由「四氟鹼膜和鹼石灰」聯合作用的二氧化碳淨化裝置(見圖2)。
(2)電解槽組放入密封倉內，該密封倉的底部和上部設計了空氣氣流阻尼裝置(見圖1)以利於空氣在炭電極的表面均勻分布。
(3)設計了非使用狀態(包括搬運狀態)下新穎的氣路全密閉的裝置(見圖3)。該裝置集氣路的通與閉、電源的開與關、氧氣的啟用與復位三個功能同步轉換。
(4)在密封倉底部安裝了漏液檢測報警裝置(見圖1、圖4)，一旦出現漏液現象，則有報警聲音和面板顯示窗出現「EE」字樣，並自動關機。
(5)在分解槽上部的加水盒內裝有隔水透氣膜(見圖1)，當含有水蒸汽的氧氣通過隔水透氣膜時，隔水透氣膜允許氧氣通過，水汽在隔水透氣膜上凝結回落到加水盒中。
(6)在加水盒的上部安裝了氣水分離杯(見圖1)，氧氣從氣水分離杯的底部，通過杯中的活性炭過濾，除去氧氣中的鹼霧，鹼霧在氣水分離杯的濾片上凝結成溶液回落到加水盒中。
(7)在加水盒內安裝了液位檢測報警裝置(見圖1、圖4)，當加水盒中的水低於最低水位時，報警裝置通過蜂鳴器的報警聲和面板顯示窗出現的「LL」字樣提醒用戶及時補充水份。
(8)加水盒通過複合管與分解槽相連，以控制分解槽內的溶液處於同一個平面，又使得氧氣順利通過，一旦液面低於均勻補水管時，通過壓差，加水盒中的水會自動補充到分解槽中；當液面高於均勻補水管時，多餘的溶液會通過均勻補水管返回到加水盆中，使得分解槽自動補水，處於良好的工作狀態。
(9)在氣水分離杯和增溼杯之間安裝微型玻璃單向閥，(見圖1)採用並聯方式連接。在停機以後可以防止分解槽產生的負壓倒吸增溼杯中的水，使加水盒中的水位平穩。
(10)在出氧管的末端安裝的增溼杯(見圖1)，含有一個可細化氣流的小球，使氧氣純淨，並有一定的溫度。
由於採用了上述措施(1)、(2)、(3)使電解槽失水速度降低，特別是鹼液碳酸化現象了明顯的改善，同未採用這些措施的電解槽相比，碳酸化速度減小80％以上。技術措施(4)-(9)確保了裝置安全運行的可靠性，使氧氣純淨、溼潤。
圖1是制氧總成結構示意圖。
圖2是空氣淨化裝置結構示意圖。
圖3是氣路密閉裝置圖。
圖4是系統電路控制方框圖。
圖中，1、空氣炭電極，2、金屬陽極，3、催化分解網，4、均勻補水管，5、分解槽，6、液面檢測探頭，7、隔水透氣膜，8、加水盒，9、氣水分離杯，10、漏液檢測探頭，11、空氣淨化裝置，12、細化小球，13、自動加液補水與氣液分離的雙效系統，14、玻璃單向閥，15、增溼杯，16、密封倉。
本實用新型的高效制氧裝置具有如下優點(1)、制氧速度快；(2)、氧氣純度高；(3)、設備使用壽命長。
權利要求1.一種具有陰極組件1、金屬陽極組件2、電解槽5、空氣淨化裝置11等組成的高效制氧裝置，其特徵在於a、陰極組件1是採用空氣炭電極，包括透氣膜、催化膜、導電網，催化膜是由焦碳(石墨)與活性炭混碾而成；b、電解槽裡安置了γ-MnO2催化分解網3，催化分解網置於金屬陽極之後。
2.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於電解槽外設有密封倉，密封倉的底部和上部設計了空氣氣流阻尼裝置。
3.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於設計了非使用狀態下的氣路全密閉裝置。
4.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於空氣入口處設置了二氧化碳淨化裝置。
5.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於所述的電解槽可製成單槽或多槽串聯的電解裝置。
6.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於所述的電解槽上方設置了自動補水與氣液分離相結合的雙效系統，包括儲水盒、隔水透氣膜、氣水分離杯、水位報警傳感探頭、自動加水及析氧複合管。
7.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於氧氣輸出端具有含氣流細化小球的增溼杯。
8.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於雙效系統與增溼杯之間設置了微型玻璃單向閥。
9.根據權利要求1所述的高效制氧裝置，其特徵在於密封倉底部設置了漏液報警傳感探頭。
專利摘要本實用新型是一種電化學制氧機。它是由空氣炭電極、金屬陽極、催化分解網、電解槽、密封倉、液位檢測探頭及報警提示裝置、空氣淨化裝置、恆流直流電源等部件組成。裝置內部的電極反應機制有別於同類制氧機。催化膜的選材和微觀形態及電極的空間排布方式十分獨特。整機的結構嚴謹科學。一系列行之有效的技術措施不僅保持了同類制氧機產氧純度高(>99.5%)的優點,更重要的是實現了雙極出氧,明顯提高了制氧效率(單位面積出氧速度比同類機大40—60%),降低槽電壓9—10%,有益於產品的使用壽命。
文檔編號C25B1/00GK2321786SQ97230779
公開日1999年6月2日 申請日期1997年12月31日 優先權日1997年12月31日
發明者王耀平, 蔡乃才 申請人:東莞市森野實業發展有限公司