CN100465348C - 水能电解发生器 - Google Patents

Abstract

水能电解发生器，包括有电解电源、电解槽、散热装置、贮液罐、贮气罐、气体分离装置、压力泵等部件。电解槽采用不锈钢罐式密封结构，电解槽在水能电解分离器是垂直布置的，出口在壳体的顶部，在壳体的下部为电解液入口，电解极板输入口可以设在电解槽側面，也可以设在壳体的其它部位；电解槽内壁套有一绝缘外壳，绝缘外壳与不锈钢外壳紧密贴合在一起，采用内部绝缘的不锈钢外壳使电解槽成为一个完全密封的固定整体，绝缘外壳内按电解液的流向，垂直布置有2层以上的多层次极板，极板为金属波纹片形式极板，相互间平行布置，为双极性压滤式板结构，且每两极板之间距离为4～8mm，在极板之间均以陶瓷环作为绝缘间隔物隔开。

Description

水能电解发生器

技术领域

本发明属于一种水能电解分离器的部件结构，尤其是指一种小型用于流动作业的水能电解分离器。可以用于各种金属氧焊和切割设备中；也可以广泛应用于机械及汽车制造、石油、冶金化工、玻璃等行业中少量需要氢能的场所，特别适用于边远、野外流动作业中需要氢气、氧气的场所。

背景技术

世界工业的迅速发展与能源资源的日趋萎缩已成为一对尖锐矛盾。发掘新的能源，保护生态环境是全球有志之士普遍关心的新课题。水是一种丰富的可供开发的、且作为能量转换介质尚未得到充分利用的自然能源。除水力发电外，还有增效、源广、无污染等特点。众所周知水中含有丰富的氢氧根能源，因而具有巨大的开发潜力。水能电解获取新能源，引起世界发达国家的重视。美国早在二十世纪三十年代就着手研究水解氢作为新一代能源并获得了专利；法国研究水解氢代替汽油制造氢能汽车发动机；日本在上个世纪七十年代末开始实施“阳光计划”，研制水解氢，制造氢能汽车发动机组。我国研究水解氢作为能源的课题起步较晚。从水中提氢制火，是历代能源工作者梦寐以求的夙愿。因而水能电解分离器应运而生了。水电解原理是借助于电流引起氧化还原的装置，把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。对电解质溶液通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子发生氧化反应，电子从电解槽的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液里阴阳离子的定向移动而通过溶液，所以电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。水能电解分离器就是依靠这种原理实现水能电解分离产生氢气、氧气的。但现有的水能电解分离器尚处于一种研究状态，真正具有实用价值的水能电解分离器还不多见，其主要原因就是水能电解分离器的电解槽的电解分离效果不理想，通过电解水产生氢气、氧气的成本过高。现有的水能电解分离器的电解槽多采用石棉膜、钛酸钾膜或二氧化钛膜等材料制成的微孔膜作为电解槽内的电解复极式结构(如中国专利CN93111178.1，名称为“高效微孔膜水电解槽”和中国专利CN95207494.名称为“水电解槽”所公开的技术内容)。因此，很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有水能电解分离器的不足，提出一种电解效率更高，制作氢气、氧气的成本更低的水能电解分离器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，采用一种新型水能电解分离器，主要包括有电解电源、电解槽、散热装置、贮液罐、贮气罐、气体分离装置、压力泵等部件。其中由电解槽电解水产生气体，贮液罐进行气液分离和贮气罐贮存气体，压力泵使电解液在各部件间密封的环境下循环，可以借用压力泵冲洗电解槽以提高电解效率和液路中的溶液的流速。散热装置主要用于降温，气体分离装置进行氢氧分离，并附有防回火保护功能；此外，采用当前先进的逆变电源作电解电源，为电解槽提供平稳高效的直流电。其特点在于：电解槽采用不锈钢罐式密封结构，可以是整体制作成型的，也可以组件装配成型的。电解槽在水能电解分离器是垂直布置的，其中出口在壳体的顶部，在壳体的下部为电解液入口，电解极板输入口可以设在电解槽侧面，也可以设在壳体的其它部位；电解槽内壁套有一绝缘外壳，绝缘外壳与不锈钢外壳紧密贴合在一起，可以是与不锈钢外壳与极板一起整体注塑成型的，采用内部绝缘的不锈钢外壳使电解槽成为一个完全密封的固定整体，杜绝漏气、漏液，提高其可靠性、安全性和耐用性。绝缘外壳内按电解液的流向，垂直布置有2层以上的多层次极板，极板为金属不锈钢波纹片形式极板，相互间平行布置，为双极性压滤式板结构，且每两极板之间距离为4～8mm，由于间隔空隙较近，所以在极板之间均以陶瓷环作为绝缘间隔物隔开，并各极板互相压紧，提高了可靠性，而且在极板与激发极板波纹片上均布钻有小孔，以增加电解面并减小对液体的阻流和气体的输送，同时还减小极板产生的不流动的大气泡而阻碍电解的速度。在电解槽的电解液入口的下端口还装有排污阀，使得排污清渣可以方便进行，保证高的电解效率和液路的畅通。

水能电解分离器工作过程；

水电解采用碱性水溶液为电解质，以提供大量的氢氧根离子。电解槽中加入合适的浓度配比的电解液，在电解槽的两极加上电压并有直流电通过时，电解液氧化反应电解出氢气和氧气。碱性水溶液在压力泵的作用下从贮液罐泵送至电解槽，碱性水溶液在电解槽内通过电解氧化反应产生出部分氢气和氧气，形成气体和溶液的混合物。气体和溶液的混合物在压力泵的作用下又将从电解槽上的出口送入散热装置，气体和溶液的混合物通过散热装置冷却后至贮液罐进行气液分离，气体进入贮气罐作为待用能源，液体重新流回电解槽.由于作为电解液成分之一的碱性物质在电解过程中不发生损耗，所以作为耗费物的是水，成本极低。

由于本发明改进了电解槽的结构，使得电解效率大大提高，每单位电的产气大大增加，成本进一步降低。主要部件采用不锈钢作材料。虽长期工作在碱性电解溶液环境中也不会发生强腐蚀。在贮液罐和电解槽都设有排污阀门，使得排污清渣可以方便进行，保证高的电解效率和液路的畅通。同时采用法兰连接其它液路，拆装检修方便。为了提高电解能力，电解槽内部极板采用波纹片式结构，而且在极板上钻有若干小孔，增加电解面并减小对液体的阻流和气体的输送，同时还减小极板产生的不流动的大气泡而阻碍电解的速度。因每两极板之间距离为4～8mm，间隔空隙较近，所以在极板之间均以陶瓷环作为绝缘间隔物隔开，并各极板互相压紧，提高了可靠性。

本发明的优点还在于：

电解槽采用不锈钢密封结构和材料的双极性压滤式板结构，长期运行无渗漏。

装置在压力泵下运行，压力高，节省了压缩机。

负荷适应性强，操作压力和产量在额定值以下连续可调节。

电流效率高，同等功率产气多。

自动系统控制，全自动运行，故障报警保护功能完善。

接触介质部件全部采用优质不锈钢制作或表面镀镍处理，提高防腐性。

使用寿命长。

体积小重量轻，整套发生器采用集成式框架结构组装，安装、运输方便。

附图说明

图1为本发明的一个总体结构示意图；

图2为本发明的电解槽的具体结构示意图；

图3为本发明的电解槽的具体结构A-A剖面示意图；

图4为本发明的电解槽的具体结构B-B剖面示意图；

图5为本发明的电解槽极板的具体结构示意图。

图中：

1、电源部分；2、电解槽；3、连接管道；4、贮液罐；5、连接管道；6、排气阀；7、气体分离装置；8、出气口；9、散热装置；10、贮气罐；11、排污阀；12、连接管道；13、连接管道；14、压力泵；15、连接管道；16、气体和溶液混合物出口；17、电解槽电解液入口；18、出气口；19、连接管道；20、极板；21、壳体；22、激发极板；23、绝缘间隔物；24、小孔；25、绝缘外壳；26、出液口。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

从附图可以看出本发明为一种小型的水能电解分离器，整体结构如图1。主要部件包括贮液罐4、贮气罐10、电解槽2、压力泵14、散热装置9、以及电解电源部分1、气体分离装置7和各连接管道。其中：电解槽2用于电解水产生出部分氢气和氧气，形成气体和溶液混合物；在电解槽2的上部有气体和溶液混合物出口16，气体和溶液混合物出口16通过连接管道3与散热装置9相连，气体和溶液的混合物在压力泵14的作用下从电解槽2上气体和溶液混合物出口16通过连接管道3将被送入散热装置9，散热装置9主要用于降温；散热装置9又通过连接管道15与贮液罐4相连，贮液罐4主要用于气液分离和储存水溶液，气体和溶液的混合物通过散热装置9冷却后又将通过连接管道15送至贮液罐4进行气液分离；在贮液罐4的上部设有出气口18，出气口18通过连接管道12与贮气罐10相连，贮液罐4进行气液分离后，气体将经贮液罐4上部出气口18与连接管道12送入贮气罐10；贮气罐10又通过连接管道5与气体分离装置7相连，气体分离装置7进行氢氧分离，并附有防回火保护功能，气体通过连接管道5送入气体分离装置7作为待用能源，气体分离装置7上设有出气口8，用气时只需从出气口8接出管线便可；在贮液罐4的下部设有出液口26，贮液罐4内液体将落入底部，贮液罐4的下部出液口26通过连接管道13与压力泵14相连，而压力泵14又通过连接管道19与电解槽2下部的电解槽电解液入口17相连，贮液罐4下部的液体经由压力泵14重新送回电解槽2进行循环使用。此外，电解电源部分1采用当前先进的逆变电源作电解电源，为电解槽提供平稳高效的直流电。其特点在于：电解槽2采用不锈钢罐式密封结构，可以是整体制作成型的，也可以组件装配成型的。电解槽2在水能电解分离器内垂直布置，电解极板输入口可以设在电解槽壳体21侧面，也可以设在壳体21的其它部位；电解槽2内壁套有一绝缘外壳25，绝缘外壳25与不锈钢外壳壳体21紧密贴合在一起，可以是与不锈钢外壳壳体21与极板20一起整体注塑成型的。绝缘外壳25内按电解液的流向，垂直布置有2层以上的多层次激发极板22，激发极板22为金属不锈钢波纹片形式极板，相互间平行布置，为双极性压滤式板结构，且每两极板之间距离为4～8mm，由于间隔空隙较近，所以在极板之间均以陶瓷环作为绝缘间隔物23隔开，并各极板互相压紧，提高了可靠性，而且在极板20与激发极板22波纹片上均布钻有过流小孔24，以增加电解面并减小对液体的阻流和气体的输送，同时还减小极板产生的不流动的大气泡而阻碍电解的速度。在电解槽2的电解液入口17的下端口还装有排污阀11，使得排污清渣可以方便进行，保证高的电解效率和液路的畅通。贮液罐4也采用不锈钢制作，可以有效的降低锈垢，罐内进液口结构较高，高于出液口，比出液口高可以提高气水分离，减小气体再次被带回电解槽，在贮液罐上装有水位观察表，方便直观地了解水位的变化，并设有水位控制系统，使电解液保证在最佳的浓度范围内电解，使得电解的效率达到最高利用状态。贮液罐4也设有排污阀，可以借用压力泵14冲洗贮液罐4。为了拆装检修方便，各部件之间均采用法兰和无缝不锈钢管连接。液路中还设有较大功率的压力泵14，加快了液体的循环速度。散热装置9设有温度传感器和温控系统，决定是否启用散热装置增强电解效率，使温度控制在电解液最佳电解温度范围内。贮气罐10有排气阀6以在紧急情况下的压力过大时放气降压，另外设有压力继电器和压力表，进行自动控制和压力显示。通过调节贮气罐10上的旋钮可以对输出功率进行控制，增减产气和减小电能的损耗降低成本。为了防止回火现象发生，在气体分离装置7中装有止逆阀。为了保证机架.外壳的安全性，机架设有良好的接地。本装置中还设有高精密的自动保护系统，当温度过高达到设定上限，压力超过设定上限，水位低于下限时，自动停机并报警指示。所有的传感系统采用灵敏度强抗干扰性强的光电藕合元件及传感器件，保证了整机运行平稳，使用者操作安全。为了整机的美观和耐用性，外壳采用喷塑工艺。

Claims (9)

1、水能电解发生器，包括贮液罐(4)、贮气罐(10)、电解槽(2)、压力泵(14)、散热装置(9)、以及电解电源部分(1)、气体分离装置(7)和连接管道，在电解槽(2)的上部有气体和溶液混合物出口(16)，气体和溶液混合物出口(16)通过连接管道(3)与散热装置(9)相连，散热装置(9)又通过连接管道(15)与贮液罐(4)相连，在贮液罐4的上部设有出气口(18)，出气口(18)通过连接管道(12)与贮气罐(10)相连，贮气罐(10)又通过连接管道(5)与气体分离装置(7)相连，气体分离装置(7)上设有出气口(8)，在贮液罐(4)的下部设有出液口(26)，贮液罐(4)的下部出液口(26)通过连接管道(13)与压力泵(14)相连，而压力泵(14)又通过连接管道(19)与电解槽(2)下部的电解槽电解液入口(17)相连，其特征在于：电解槽(2)采用不锈钢罐式密封结构，电解极板(20)输入口设在电解槽壳体(21)侧面，电解槽(2)内壁套有一绝缘外壳(25)，绝缘外壳(25)与不锈钢外壳壳体(21)紧密贴合在一起，绝缘外壳(25)内按电解液的流向，垂直布置有2层以上的多层次激发极板(22)，激发极板(22)为金属波纹片形式极板，相互间平行布置，为双极性压滤式板结构，且每两极板之间距离为4～8mm，在极板之间均以陶瓷环作为绝缘间隔物(23)隔开，并各极板互相压紧。

2、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的电解槽(2)在水能电解分离器内垂直布置；所述的极板(20)与激发极板(22)波纹片上均匀钻有过流小孔(24)。

3、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的绝缘外壳(25)是与不锈钢外壳壳体(21)与极板(20)一起整体注塑成型的。

4、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的壳体(21)是整体制作成型的或以组件装配成型的。

5、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的电解电源部分(1)采用逆变电源作电解电源，且各部件之间均采用法兰和无缝不锈钢管连接。

6、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的电解槽(2)的电解液入口(17)的下端口还装有排污阀(11)。

7、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的贮液罐(4)也采用不锈钢制作，罐内进液口高于出液口，在贮液罐(4)上装有水位观察表，并设有水位控制系统，贮液罐(4)也设有排污阀。

8、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：所述的散热装置(9)设有温度传感器和温控系统；所述的贮气罐(10)有排气阀(6)，并设有压力继电器和压力表；所述的气体分离装置(7)中装有止逆阀。

9、如权利要求1所述的发生器，其特征在于：装置中还设有高精密的自动保护系统，所有的传感系统采用灵敏度强抗干扰性强的光电藕合元件及传感器件。

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