CN101956205B - 电解式氢氧发生装置 - Google Patents

Abstract

电解式氢氧发生装置，包括电解槽，蒸发器，与蒸发器出口连接的防回火器，所述蒸发器内设有连接压缩机的制冷管，所述电解槽连接一直流电源，其中，电解槽设置于一封闭的箱体中，形成一个等压体，由一组标准模版式的电极隔板和导水隔板组成，导水隔板为一框架结构，并在两端交错设有导流加强筋，各隔板在边缘部位密封固定。通过本发明设计的电解槽结构和循环系统，电解槽中电极隔板之间可以达到2毫米以下的极距，而不会发生电极间短路、起弧等现象，从而达到电解槽低电压大电流的正常运行，大大提高电解效率，节能环保。

Description

电解式氢氧发生装置

技术领域

本发明涉及一种氢氧发生装置，特别是涉及一种电解式氢氧发生装置。 

背景技术

目前一般电解槽多为外循环受压形式的或静态受压电解槽，一般电解槽为串联或平联形式，形式比较单一，对电压，电流的设计控制比较困难，电解效率底，设计大功率电解槽适应性差。 

众所周知，电解槽运行过程中，电压与极距的关系是成反比关系，如何能够在同等电流条件下，施加的电压越低，电解槽越省电，效率越高，发热量越小，电解槽的极距一般来说通常设计为5~20毫米，在此基础上若要提高电解效率，减少电解液体电阻，就要在液体中增加电解质浓度。而实际上除了增加电解质浓度以外，降低电极之间的距离更为有效，正如物体的超导现象和水的超临界加热现象，电极距离缩小到一定距离以后，电压和电流的关系成指数关系。然而，在实际应用中，极距的缩小会导致电极间短路、起弧等现象的发生，严重影响电解槽工作的稳定性和安全性，甚至导致爆炸事故的发生。 

发明内容

本发明的目的是设计一种电解式氢氧发生装置，能够大大提高电解槽的电解效率，同时提升电解槽的工作的稳定性和安全性，且采用模版式结构便于加工和极距控制调节。 

本发明采取的技术方案是： 

电解式氢氧发生装置，包括电解槽，蒸发器，与蒸发器出口连接的防回火器，与蒸发器内制冷管连接的压缩机，与电解槽连接的直流电源；所述电解槽设置于一封闭的箱体中，箱体中电解槽下方装有电解液，电解液上方设有汽水分离器，汽水分离器的出口连接蒸发器，所述电解槽包括至少两块并排的电极隔板和设于每两块电极隔板之间的导水隔板，所述电极隔板的两面分别设有极板，所述各极板连接直流电源，所述导水隔板为一框架结构，所述各电极隔板与导水隔板的边缘部位密封连接，各电极隔板和导水隔板的底部分别对应设有布水孔，顶部分别对应设有汽水出孔，所述电解槽一端的布水孔和另一端的汽水出孔处分别对应设有一挡板，箱体中电解槽下方的电解液通过一循环水泵通入由各布水孔贯通连接的导水隔板，并通过连接各汽水出孔的一根位于汽水分离器下方的汽水出管回到箱体中。

进一步，所述电极隔板上镂空形成一极板框，所述极板安装在极板框中。 

所述电解槽与蒸发器之间串行连接有至少一个液封式防回火器。 

箱体下方的电解液中安装有冷却管，冷却管中装有冷却水，冷却管的两端分别对应连接一冷却水泵和一连接冷却水泵的散热器的一端。 

所述散热器中设有连接所述压缩机的制冷管。 

所述电解槽中各电极隔板中，极板固定于电极隔板的下部，极板的高度为电极隔板高度的10%~90%。 

所述两电极隔板之间的导水隔板中空部位设有至少一条导流支撑筋，各导流支撑筋交错固定于导水隔板框架结构的两侧。 

所述导水隔板的厚度小于等于2mm，即，电极间距相应为小于等于2mm。 

所述直流电源采用IGBT直流电源。 

所述箱体上安装有防爆膜，箱体中设有压力控制传感器和温度控制传感器，所述压力控制传感器和温度控制传感器的信号输出端通过一控制器分别对应与直流电源和冷却水泵的控制端相连接。 

所述箱体中设有液位传感器，所述液位传感器的信号输出端通过一控制器与一补水泵的控制端相连接，所述补水泵的进水端连通外部电解液，出水端连通箱体。 

本发明的主要优点是： 

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置采用全封闭等压式设计，把电解槽封闭在一个箱体的内部，形成一个等压体。这样电解槽工作时，就不会因为工作压力的提高而使电解槽成为受压体，降低了电解槽的制造成本和设计难度，减小了电解槽的体积，提高了电解槽的安全性。

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置的电解槽设置在封闭箱体的内部，不需要设计成耐压外壳和大的紧固件，故电极隔板和导水隔板边缘的密封边框也能随之减小，而且极板安置在电极隔板两面的中下部，相比传统电解槽极板与极板之间的密封边框都是压在电极上来密封，而且为承受压力边框的宽度比较宽，本发明大大减少了电极材料的用量。同时减少了由于极板之间的短路降低电解效率的可能性。 

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置的电解槽由一组标准模版式的电极隔板和导水隔板组成，根据使用的需要可以任意选择电极隔板的数量和导水隔板的厚度，在设计的电压电流下，只要各标准的电极隔板上 的电极串联或并联组合，就能组装成符合不同电压、电流、产气量要求的电解槽，且结构紧凑高效，更适应工业产气量的要求，例如：产气量100立方的电解槽可以安置在直径一米以内圆桶箱体内部。具有体积小，重量轻，电极材料利用率高。电解效率高，组装方便规格统一，有利标准化大气量设备的生产。 

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置通过循环水泵使箱体和电解槽中的电解液强制循环，由于在电解过程中极板表面会产生许多气泡，这些气泡会影响电极与电解液的接触，利用电解液压力循环和气体在气室内部的压缩，使电解液体充分接触电极板，能够把电解槽中的气体及时带出，提高电解效率。 

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置的电解槽中，极板固定于电极隔板的下部，使用时电解液在极板位置电解，生成的氢气和氧气上升，即在极板的上方形成气室，部分未排出的气体会压缩在气室内，使电解液与极板充分接触，提高电解效率，每两块电极隔板之间下部极板位置形成的电解室内部始终保持充满电解液体，保证电极的正常反应，而上面的气室由于没有电极不会产生起弧短路现象。另外，相邻两块电极隔板之间的导水隔板上设有导流支撑筋，这些导流支撑筋作为极板之间的支撑，同时又作为电解液体的导流板，增加了电解液在极板间的有效流动距离和流速，从而以更快的流速进一步提升电解液流动带出气泡的能力，使电解反应更为高效。经过实验证明，上述设计的本发明的电解槽电极隔板之间可以达到2毫米以下的极距，而不会发生电极间短路、起弧等现象，在无电解质或很少电解质的情况下，以很低的槽电压（1.2-1.5V）可以使水迅速分解成氢气和氧气，而且发热很小。众所周知，水的分解电压为1.23V，本发明的氢氧发生装置能够在这个分解电压左右运行，从而达到电解槽的低电压大电流运行，大大节省了能源，达到充分节能的目的。 

如上述结构，本发明电解式氢氧发生装置中设置有冷却电解液的冷却管，通过冷却管中的循环冷却水对箱体中的电解液进行冷却，使电解液保持在一个适当的温度范围内，同时当箱体内温度过高时能有效降低箱体内的温度，保障安全性。 

附图说明

图1是本发明电解式氢氧发生装置的结构示意图； 

图2是本发明中电解槽和箱体的结构示意图；

图3是本发明中电极隔板的结构示意图；

图4是本发明中导水隔板的结构示意图；

图5是本发明中电解槽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的结构特征。 

参见图1~图5所示，本发明电解式氢氧发生装置，包括电解槽1，蒸发器2，与蒸发器2出口连接的防回火器3，与蒸发器2内制冷管201连接的压缩机4，与电解槽1连接的直流电源5，所述电解槽1设置于一封闭的箱体6中，箱体6中电解槽1下方装有电解液7，电解液7上方设有汽水分离器8，汽水分离器8的出口连接蒸发器2，所述电解槽1包括至少两块并排的电极隔板101和设于每两块电极隔板101之间的导水隔板102，所述电极隔板101的两面分别设有极板1011，所述各极板1011连接直流电源5，所述导水隔板102为一框架结构，所述各电极隔板101与导水隔板102的边缘部位密封连接，各电极隔板101和导水隔板102的底部分别对应设有布水孔1012、1021，顶部分别对应设有汽水出孔1013、1022，所述电解槽1一端的布水孔1012和另一端的汽水出孔1013处分别对应设有一挡板103、104，箱体6中电解槽1下方的电解液7通过一循环水泵13通入由各布水孔1012、1021贯通连接的导水隔板102，并通过连接各汽水出孔1013、1022的一根位于汽水分离器8下方的汽水出管9回到箱体6中。 

进一步，在本实施例中，所述电极隔板101上镂空形成一极板框1014，所述极板1011安装在极板框1014中。这样，就可以仅充分利用一块极板1011的两面作为电极，降低设备的制造成本，提高效率。 

所述电解槽1与蒸发器2之间串行连接有至少一个液封式防回火器10。 

箱体6下方的电解液7中安装有冷却管601，冷却管601中装有冷却水，冷却管601的两端分别对应连接一冷却水泵11和一连接冷却水泵11的散热器12的一端。 

所述散热器12中设有连接所述压缩机4的制冷管。 

所述电解槽1中各电极隔板101中，极板1011固定于电极隔板101的下部，极板1011的高度为电极隔板101高度的10%~90%。这样就使每一对电极隔板101的上部形成一个气室，在循环水泵13输送压力下和气室中气体压缩情况下，使电解液7与极板1011充分接触，提高电解槽1的电解效率。 

所述两电极隔板101之间的导水隔板102中空部位设有至少一条导流支撑筋1023，各导流支撑筋1023交错固定于导水隔板102框架结构的两侧。 

所述导水隔板102的厚度小于等于2mm。 

所述直流电源5采用IGBT直流电源，能够提供电流0～2000安培，电压20～120伏之间任意调节的直流输出。 

所述箱体6上安装有防爆膜，箱体6中设有压力控制传感器和温度控制传感器，所述压力控制传感器和温度控制传感器的信号输出端通过一控制器分别对应与直流电源5和冷却水泵11的控制端相连接。 

所述箱体6中设有液位传感器，所述液位传感器的信号输出端通过一控制器与一补水泵的控制端相连接，所述补水泵的进水端连通外部电解液7，出水端连通箱体6。 

工作时，IGBT直流电源5对外部三相交流电源进行整流，输出直流电压分别对应连接电解槽1中基板的正极和负极，同时循环水泵13不断维持箱体6和电解槽1中的电解液循环。电解液7在电解槽1中沿导流支撑筋1023引导的流向流动，在极板1011的作用下电解为氢氧气体，并带走附着在极板1011和支撑筋上的气泡，气体在水中自然上升，通过各电极隔板101上方的汽水出孔1013、1022进入汽水出管9。另一方面，极板1011上方气室中未排出的空气会自然压缩，使电解液7与极板1011充分接触，提高电解效率。在本实施例中，所述汽水出管9的出口位于箱体6中电解液7液面上方，并对准汽水分离器8的进口，这样在导出气体时不会引起电解液7液面的翻腾，更为稳定安全。 

由汽水出管9送出的氢氧气体中还夹杂有水蒸气，因此需要送入汽水分离器8将水蒸气去除。在本实施例中，汽水分离器8是利用箱体6内部的温度差和高度差进行分离的，箱体6中电解液7上方温度较低，水蒸气在上升过程中自然凝结为水，并在重力作用下坠下，将水蒸气初步滤除，分离过程简单高效。 

汽水分离器8分离后的气体被送入多级串联的液封式防回火器10中，通过液封介质的隔离，防止氢氧气体的回火引燃，所述液封式防回火器10的液封介质可据实际需要选择为烽剂成分，从而省去在焊接过程中另加焊剂。在本实施例中，串联设置有两道液封式防回火器10，充分保障使用安全。 

蒸发器2中的制冷管201对经过液封防回火器的气体进行冷却干燥，进一步去除残留的水分，干燥后的气体再经过防回火器3的隔离输出到用户端，输出的氢氧气体可用于各种金属的切割和焊接，各种火焰加工，燃烧后生成水，实现零排放无污染。在本实施例中，装置末端的防回火器3采用干式防回火器。 

本发明氢氧发生装置的电解槽1由于采用了气室和导流支撑筋1023的设计，导流支撑筋1023作为极板1011之间的支撑，同时又作为电解液7的导流板，增加了电解液7在极板1011间的有效流动距离和流速，本发明的电极隔板101之间可以达到2毫米以下的极距，而不会发生电极间短路、起弧等现象，答复提高电解效率，实现电解槽1的低电压大电流运行，大大节省了能源。 

在本实施例中，为确保运行的安全稳定，所述箱体6上安装有防爆膜，防爆膜是一个机械的防爆装置，当箱体6内压力达到或超过一个极限值的时候，防爆膜破裂，为箱体6泄压。另外，还设置有多种传感器及相应的控制器，自动对电解槽1及箱体6内的温度、压力、电解液量进行实时控制，具体控制过程如下。 

1、压力控制。 

所述箱体6中安装有压力控制传感器，该压力控制传感器采用封闭式压力感应传感器，安装在箱体6上边，当压力控制传感器检测到的箱体6内部的压力超过正常工作压力时，控制器输出控制信号切断直流电源5的供电，电解槽1停止工作。如果压力超过了箱体6的设计压力，则安装箱体6上的安全阀和防爆膜强制泄压，保护装置和人身安全。 

2、温度控制。 

a）电解槽1和箱体6内电解液7的温度控制。为了保障整个电解装置的连续运行，需要使电解液7保持在一个适当的温度范围内，所述箱体6内安装有温度控制传感器，电解液7中安装有冷却管601，冷却管601中的冷却水通过冷却水泵11和散热器12连接，形成一个闭路循环，当温度控制传感器检测到箱体6内部温度高于正常温度时，控制器输出控制信号启动冷却水泵11，通过冷却管601的换热对电解液7进行冷却，当箱体6内部温度冷却的设置的温度下限时，控制器关闭冷却水泵11。 

b）气体干燥的温度控制。本装置中，气体的干燥采用冷冻干燥方式，使用时通过温度控制传感器检测蒸发器2的出口温度，当蒸发器2的出口气体温度超过设置的温度范围，压缩机4开始工作，所述压缩机4通过一体设计的散热器12进行冷却。 

Claims (11)

1.电解式氢氧发生装置，包括电解槽，蒸发器，与蒸发器出口连接的防回火器，与蒸发器内制冷管连接的压缩机，与电解槽连接的直流电源；其特征是，所述电解槽设置于一封闭的箱体中，箱体中电解槽下方装有电解液，电解液上方设有汽水分离器，汽水分离器的出口连接蒸发器，所述电解槽包括至少两块并排的电极隔板和设于每两块电极隔板之间的导水隔板，所述电极隔板的两面分别设有极板，所述各极板连接直流电源，所述导水隔板为一框架结构，所述各电极隔板与导水隔板的边缘部位密封连接，各电极隔板和导水隔板的底部分别对应设有布水孔，顶部分别对应设有汽水出孔，所述电解槽一端的布水孔和另一端的汽水出孔处分别对应设有一挡板，箱体中电解槽下方的电解液通过一循环水泵通入由各布水孔贯通连接的导水隔板，并通过连接各汽水出孔的一根位于汽水分离器下方的汽水出管回到箱体中。

2.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述电极隔板上镂空形成一极板框，所述极板安装在极板框中。

3.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述电解槽与蒸发器之间串行连接有至少一个液封式防回火器。

4.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述箱体下方的电解液中安装有冷却管，冷却管中装有冷却水，冷却管的两端分别对应连接一冷却水泵和一连接冷却水泵的散热器的一端。

5.如权利要求4所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述散热器中设有连接所述压缩机的制冷管。

6.如权利要求2所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述电解槽中各电极隔板中，极板固定于电极隔板的下部，极板的高度为电极隔板高度的10%~90%。

7.如权利要求1~6中任一项所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述两电极隔板之间的导水隔板中空部位设有至少一条导流支撑筋，各导流支撑筋交错固定于导水隔板框架结构的两侧。

8.如权利要求7所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述导水隔板的厚度小于等于2mm。

9.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述直流电源采用IGBT直流电源。

10.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述箱体上安装有防爆膜，箱体中设有压力控制传感器和温度控制传感器，所述压力控制传感器和温度控制传感器的信号输出端通过一控制器分别对应与直流电源和冷却水泵的控制端相连接。

11.如权利要求1所述的电解式氢氧发生装置，其特征是，所述箱体中设有液位传感器，所述液位传感器的信号输出端通过一控制器与一补水泵的控制端相连接，所述补水泵的进水端连通外部电解液，出水端连通箱体。

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