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CN1019590B - 高效水电解制氢氧装置 - Google Patents

高效水电解制氢氧装置

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Abstract

一种高效电解氢氧装置，它包括电解槽，气液分离机构，电解槽由多个电解槽片组成，每个电解槽片中包括隔膜组件，组件与电极之间放有凹凸伏镍网，铁网两侧高出的凹凸部分分别与组件电极板压紧，缩小了极间距；装置中还采用循环式输入电解液，使电解面积加大，电解槽电源为高频直流脉冲电源，本装置的电解效率高，体积小，可用作汽车内部供氧，向汽油雾化器内补充氢气的装置，节约能源，减少污染，还可作氢氧焊接机、炉灶等，广泛用于其它工业。

Description

本发明属于水电解装置。
以往的水电解氢氧装置中，体积比较大，且效率低，约40-50%。现有的一种水电解氢氧装置，体积较小，效率较高，（见中国专利申请89101949.9号）这种装置采用了高频直流脉冲电源，提高了电解效率，但是电解槽中两个电极之间的极间距比较大，约8mm，如果将极间距进一步缩小，还可进一步提高电解效率、节约能源，扩大电解装置的使用范围，与许多设备配套使用。
本发明的目的提供一种效率高，加工工艺简单，成本低的水电解氢氧装置。
为达到上述目的，本发明采用以下结构：它包括电解槽、气液分离机构。电解槽由多个电解槽片组成。电解槽片中两个电极之间放有隔膜组件，隔膜组件的中心石棉隔膜布（或者是石棉纸，纸外有棉布加固，两侧分别加有铁网、镍网。即阴极为铁网、阳极为镍网）在石棉隔膜布和两个电极间分别加有凸凹状铁网、镍网，凸凹状镍网、铁网两侧高出部分分别与隔膜组件、电极板相接触，两电极间的间距离接近隔膜组件的厚度，隔膜组件边缘固定有硫化橡胶胶边，组件与胶边形成一体。隔膜组件上、下开有孔，上排为通气孔，下排为进液孔。电极板开有相应的孔，各电解槽片用夹板、紧固螺栓夹紧。电解槽的电源为高频直流脉冲电源。
以下结合附图对本发明进一步说明：
图1：电解槽组装图
图2：图一中Ⅰ的局部放大图
图3：电及槽片中隔膜组件主视图
图4：图3的A-A剖面图
图5：电解槽与气液分离机构连接示意图
图6：图5中气体压力控制阀
图7：高频直流脉冲电源的电源理图
图1中，（6）为电解槽片，电解槽片隔膜组件与电极板的连接关系见图2。图2中（11）为位于电解槽片中心的石棉纸，石棉纸用长纤维石棉，净化、漂白后加微量胶粘剂制成，胶粘剂不与碱发生反应，棉纸厚度在0.2-0.5mm之间。石棉纸外固定有白棉布（或玻璃纤维布）（10），（52）棉布外压有镍钢（9）、铁网（53），与电极板之间凸凹状镍网（8）、铁网（54），电极板（4）铁板，阳极的一面镀镍，凸凹状镍网与组件上镍网、铁网及电极板接触。（12）为硫化橡胶密封胶边，它与隔膜组件形成一体，密封胶边上、下开有孔，上排为通气孔，（1-1）为氢气出口、（1-2）为氧气出口，下排孔为进液孔（7-1）、（7-2）、（7-3）、（7-4），其中（1-1）与（7-1）、（7-4）相通，（1-2）与（7-1）、（7-3）相通。
整个电解槽由多个电解槽片组装而成，见图1，图中各电解槽片按顺序排列，气液出、入口逐个对齐，用塑料夹板（2）和紧固螺栓（5）将各电解槽片夹紧，图中（3）为密封胶垫，（1）为气体出口。
图5中，（13）为电解槽，（14）为氧气气液 分离器，（15）为氢气气液分离器，由（14）、（15）分离出来的液体进入循环泵（40），循环使用。（21）、（22）为新鲜电解液的控制阀和接口，（23）、（24）为排出阀和接口，（20）、（39）为液位计，（18）、（19）、（37）、（38）、为排气阀和排气管，（16）为气体压力控制阀，（17）为压力表，氧气和氢气经压力控制阀后分别进入蒸馏水净化器（29）、（34）、活性炭吸附器（28）、（33），最后由（27）、（32）送至用户。
图6中，（42）为平衡垫，它位于阀中部，气体分别由平衡垫两侧进入，（41）、（51）为阀体，（43）、（50）为密封圈，（44）、（49）为调节螺栓，（45）、（48）为密封圈，（46）、（47）为堵头，根据阀中左、右两侧压力的差别，自动改变调节螺栓与平衡垫之间的间隙，从而控制稳定气体压力和气液分离器中的液面平衡。（43）、（50）密封圈可免除气体泄漏。
图7中，高频直流脉冲电源由电阻R1、R2、R3电容C1、C2集成块555组成，高频直流脉冲电源控制三极管BG1、BG2从而激励功率管MTM55N10，并使R8（电解槽）回路接通正常供电。高频直流脉冲的波型为矩形，占空比在2/5-4/5之间，频率在3000赫兹以上。
本发明由于采用了凹凸状镍网，使石棉隔膜组件上的铁网、镍网与电极相接，由凸凹状镍网的两侧突出部位紧紧地压在隔膜组件外的镍网和电极上，使两电极间的极间距缩小到大约大1-1.5mm之间，从而减少了电极之间阻力，减少了电能消耗，提高电解效率。由于采用流动式输入电解液，增大了电解面积，使电解效率提高，而且电解槽的温度也不至于过高，利用高频直流脉冲电源供电，提高了电的利用率。综合上述几项措施，使电解装置的电解效率得到进一步提高。
实施例1：采用由6个电解槽片组成的电解槽，供4组并联，电解液组份为氢氧化钾，浓度为25-28%（重量百分比），添加剂氧铂酸含量和硝酸钴的含量均为60-70ppm（一般在20-240ppm之间，浓度太低效果差，浓度太高其成本上升，增加效果不明显。溶液用量12升，电压11.4伏，电流15安培，时间1分钟得到氢气688.75毫升，氧344.37毫升，共耗电171瓦，电解效率为87%。
上述高效水电解氢氧装置用途广泛，可用于汽车内部供氧，同时将氢气加入汽油雾化器内，可节约能源，减少尾气污染，本装置还可用于氢氧焊接机、氢氧炉灶、工业制氢等领域。

Claims (3)

1、一种水电解制氢氧装置，其特征在于，它包括电解槽(13)，气液分离机构，所述的电解槽由多个电解槽片组成，电解槽片中的两个电极板之间放有隔膜组件，极间距在1-1.5mm之间，隔膜组件的中心为石棉纸(11)，纸外有棉布(10)加固，棉布两侧分别加有铁网(53)，镍网(9)，即阴极为铁网、阳极为镍网，在石棉布和两个电极板间分别加有凸凹状镍网(8)、铁网(54)；凸凹状的镍网、铁网两侧高出部分分别与隔膜组件、电极板(4)相接触，隔膜组件边缘固定有硫化橡胶边，组件与胶边形成一体，隔膜组件上下开有孔，上排为通气孔，下排为进液孔，电极板开有相应的孔，各电解槽片用夹板(2)和紧固螺栓(5)加紧，电解槽的电源为高频直流电，其占空比在2/5-4/5之间，频率在3000赫兹以上。
2、按权利要求1所述的水电解制氢氧装置，其特征在于，所述的气液分离机构包括与电解槽气体出口相接的氢气气液分离器（15）、氧气气液分离器（14）、与两个分离器气体出口相接的气体压力控制阀（16），控制阀后分别接有氢气净化器、氧气净化器;气液分离器的液体出口与电解槽进液口相接，循环使用电解液。
3、按权利要求2所述的水电解制氢氧装置，其特征在于，所述的气体压力调节阀的中部有一平衡垫（42），在平衡垫两侧有调节螺丝（44）、（49）和密封圈（43）（50），在调节螺丝的端部还装有密封圈（45）、（48）和堵头（46）、（47）。
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