CN102212837B - 一种高效率的制氢发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种高效率的制氢技术及发生装置。它由圆柱形电解槽、复合材料电极和电极之间具有绝缘体分隔，正、负极分别与一根导线联接构成圆柱体组成。阴极为圆筒状柱体，阳极为网状圆筒体,阳极在阴极内。通过独特的结构和设计及新材料与高品质电源技术使用，使本发明技术产品能耗低，能量转换效率高，产气量大，不需要加压等设备，生产成本低，便可产生高压氢气。产气快，可以成批方式或按需要设计成任意大小及产气量多少的设备。可广泛应用到各领域及各行业，代替传统能源。

Description

一种高效率的制氢发生装置

技术领域：

本发明技术及技术产品属于能源技术领域。 

技术背景：

现在全球传统能源被广泛使用，却带来环境污染，同时传统能源又面临着枯竭，而新能源技术的研究与开发离实际广泛应用还远有一定距离，人们渴望清洁环保的新能源，保护环境，加快发展，能源短缺在全球各国呈现突出局面，由此引发的各种社会矛盾，如战争等屡见不鲜。各国争先开发新能源，都希望能找到一种干净清洁，动力强大的实用新能源。 

氢能是全球认可的新兴能源，是一种理想的环保能源，各国对它寄予厚望，可是它的许多技术壁垒现在的技术还没有突破，尽管研究方法及设备千差万别都有其优点，但都因众多原因不能达到生产生活中代替传统能源的需要。 

氢气作为一种理想的燃料，它优于目前任何一种传统的柴油、汽油、天然气、煤炭等传统燃料和其它能源。它不仅可以由水产生，释放能量后只产生水，而且对大气和环境没有污染。人类对氢的应用有众多美好展望，但制氢和用氢还存在着众多难解的问题。如：价格、储存、运输、效率、纯度、设备大小、环境对其产生设备影响等等。 

水是制氢的最好，最广泛，最易取的原料，也是制氢纯度最高的原料，而目前用水制氢的技术设备体积大，能耗高，系统构成复杂，重量大，效率低等众多弊端，无法适用于人们的生产生活，不能从真正意义上代替传统能源。从能量利用的角度来看，不经济，不能平民化，经济效益不大。 

而本发明技术，摒去了目前众多电解水制氢技术及装置的弊端，远远超过其优点，使制氢的原料选择广泛化，无论何种水质都可以用来制氢，而且氢的纯度高，生产效率高，能量转化率高达93％以上，可达现有技术生产效率的成千上万倍。耗能低，远远低于传统能源生产成本。本发明技术及产品装置，改变了储氢，运输氢气的方式，它可制成微型产品，随时随地制造可用氢能源供使用。本发明有众多的发明优点，改变其现有电解水制氢设备的构成模式，使其生产效率实现质的飞跃，抛弃了庞大的压缩设备及相关技术设施，根据实际使用要求可调节产氢装置压力，其设备自身就能产生强大高压。同样体积设备却可产生超出与其对比设备的几百倍几千倍甚至上万倍的产氢量。解决了氢能在实际生产生活中应用的难题，使氢能应用达到平民化，人们从此可以广泛应用氢能源。突破了传统的理论，使人类社会步入氢能经济时代。 

发明内容：

使用本发明技术及装置可以大规模和廉价地从水中制取氢能，应用到各行业各领域。在 本技术中采用了高品质电源流，带有催化作用的特殊结构电极。独特的电解槽装置可产生高压氢气，不需要单独的加压设备及设施，而循环反复的雾状水可以加大电极表面积的同时，还能带走产生的气体，几乎没有气泡发生，内设的限压装置保证了设备及生产中的安全。独特的圆筒状及圆柱状的电极扩大了表面积，同时也提供了更多水分子和电子接触的机会。高品质的电源设计技术.本发明技术的这些设计与构造使产氢效率实现了指数倍提高。 

电解设备具有圆柱体筒状的阴极，其表面布满了凹凸状的半球体和小孔。在该阴极内设置了圆柱状金属网阳极。在阳极和阴极之间限定出电解腔。在阴阳极之间设置管状的分隔膜，将其分成阴极子腔和阳极子腔。按照实际实施方式，阳极分隔膜和阴极是同轴结构，从而阳极子腔和阴极子腔是同心的环形筒状结构。这两个电解质腔分别于与相应的气体/液体分离器气流连通，以提供隔离的氢气和氧气部分。这两种产生的气体分开地从这两部分导出，分别进入顶部带有螺旋形槽的半球体装置。从半球体装置输出的气体是带有一定压力的气体，根据储存装置状况调节压力。在阴阳极及分隔膜之间分别有隔离罩，其分别是氢气罩和氧气罩，使氢氧分开的同时，更增加氢气、氧气压力。而在这阴阳极的顶部集气器内设有限压气压器。随时根据使用气体情况确定产气与停气。而底部设有排污阀门，可以随时清除沉积物，保证分解效率。在阴阳极板上分别有个与其圆筒相大小的圆形喷水装置，它可以将水以雾滴状不停密布在阴阳极表面，电极的里外都是，水不停的流动，从顶到底，再从底到顶，循环反复，不停的流经阴阳极板的表面与里面。在电解槽外面是水泵和控制器及特殊电源、电解质储存器。 

本发明的技术装置由于采用独特的结构和设计及新材料和其它相关的新技术产品配套，使本发明技术装置与现有同类设备相比效率更高，制氢速度更快，产氢纯度更高，产氢气量高出上百，上千，上万倍。同时，应用这种技术可以实现工业化大规模廉价制造高质量高性能的氢能燃料，能够满足生产生活中对氢能的任何需求。 

在本发明技术装置的整体构造中，电解器的电解槽是个圆筒形的结构体。，内部安装着电极板，外部底边有排污阀，顶部是用来增压的密封半圆球体，其上面带有进水口、出氢口、出氧口、电源孔等。电解槽的形状是圆柱形，有利于形成压力，同时密封好，发生泄漏点少，耐压力强。而在其内部的正负极板都是圆筒形的。阴极板是一个带有无数个凸凹球状和无数小孔的圆筒柱体；阳极板是圆柱形的金属丝网，具有适当厚度和开孔大小以及开孔排布节距的多孔金属板.或者是具有适当长轴及短轴长度的拉制金属网。电极为复合材料，其中以镍基金属和钴及锌、锂为主料，百分比为60％-97％。其余为导电氧化物陶瓷，其中钛的含量为0.1％-3.5％，锆为0.1％-3％。电极覆层的优选厚度为10-300微米。这样的电极表面积大，具有更强的耐腐蚀性、耐久性和稳定性。可以让电极板表现为低的氢超电压，可以长时间稳定 的进行电解。电极的活性可以保持长久，并且可以长时间应用于工业规模的电解过程，而不发生覆层机械强度下降。这样的电极板节能、效率高、表面积大、耐用，阴阳极板之间距离为0.65mm。这样的形状和距离会产生很少的过电压损失，使电流不至于集中，每个电流有更多和水分子接触的机会。同时有利于氢气平滑释出，并产生一定压力。 

根据这样的设计和构造可以制造一个小型或大型的电解器，其包括一个或多个电解槽，串联一起产氢。 

附图说明：

图1、是按照本发明的一种实施方式的氢气发生装置正视图 

图2、是按照本发明的一种实施方式的筒状和圆网状的电极图。 

图3、是按照本发明的一种实施方式的电解槽的槽截面 

图4、是按照本发明的一种实施方式的电解槽顶部剖面图 

图5、是按照本发明的一种实施方式的阴极板展开图 

图6、是按照本发明的一种实施方式的阳极板展开图 

图7、是按照本发明的一种实施方式的高频脉冲电源原理图 

具体实施方式，如图1所示，把直径29cm高20cm的金属丝网的圆筒状阳极板(9)安装在直径30cm高20cm的圆筒状阴极板(8)中。在阴阳极(8，9)中间放有一个与其同轴心的分隔膜(10)。管状结构从分隔膜设置将电解腔分为阳极子腔和阴极子腔，它用于对气体从中穿过的通路进行密封。 

把氧气集气器(7)半球形密封罩安装在圆柱状金属网阳极(9)和分隔膜(10)上端。雾状喷头装置(13)安装在圆柱状金属网阳极(9)上端，被密封罩一起密封。半圆球形密封罩即是集氧器(7)。其顶端有一个出氧气管道(5)。在出氧管道(5)末端为出氧口。集氢器(6)即是半圆球形密封罩，其与电解槽(1)密封。其顶侧面有一个压力限压器(15)，顶部是一个出氢管道(4)，在出氢管道(4)末端为出氢口。雾状喷头装置(14)安装在阴极(8)上。 

分隔膜(10)长度与圆筒状阴极板(8)长度，圆柱状金属网阳极(9)长度相同。在底部有与圆筒状阴极板(8)和圆柱状金属网阳极(9)连接电源(11)的正负极。电解槽(1)底部安有排污阀(12)。在整个装置外部设有循环管道(3)与电解槽(1)底部相通，上部与阴阳极电解室的雾状喷头相通。在循环管道(3)中间安装上循环泵(2)。 

按照设计和要求就可以制出一台不用增加压缩机的高效电解水制氢装置以达到实际使用。本发明技术装置的电解器可设置为成批方式，这样可以有众多的电解槽工作产生氢气，只要把氢气、氧气管道分别串联在一起，电源也串联在一起就可以大量生产氢气，同时可以产生更高压力氢气供应实际需求使用。 

Claims (5)

1.一种制氢装置，其特征在于：圆筒状阳极板(9)安装在表面布满凹凸状的半球体和小孔的圆筒状阴极板(8)中，在圆筒状阴、阳极(8、9)中间设有一个与其同轴心的管状分隔膜(10)，将电解腔分为阳板子腔和阴极子腔；集氧器(7)的半球形密封罩安装在圆筒状阳极板(9)和分隔膜(10)上端，雾状喷头装置Ⅰ(13)安装在圆筒状阳极板(9)上端，被密封罩一起密封，半球形密封罩顶端设有一个出氧管道(5)，出氧管道(5)末端为出氧口；集氢器(6)半球形密封罩与电解槽(1)密封，其顶侧面有一个压力限压器(15)，顶部是一个出氢管道(4)，出氢管道(4)末端为出氢口；雾状喷头装置Ⅱ(14)安装在圆筒状阴极板(8)上；分隔膜(10)长度与圆筒状阴、阳极板(8、9)的长度相同，在电解槽（1）底部设有与圆筒状阴、阳极板(8、9)连接电源（11）的正负极；在整个装置外部设有循环管道(3)与电解槽(1)底部相通，上部分别与雾状喷头装置Ⅰ、Ⅱ（13、14）相通；在循环管道(3)中间安装循环水泵(2)；所述的电极为复合材料，其中以镍基金属和钴及锌、锂为主料的合金，其中镍基金属含量为60%-97%，其外覆有导电氧化物陶瓷，其中钛的含量为0.1%-3.5%，锆为0.1%-3%，覆层厚度为10-300微米；阳极板由圆筒形网状的200系列不锈钢金属网构成；圆筒状阴、阳极板（8、9）之间由绝缘体分隔；圆筒状阴、阳极板（8、9）同轴心。

2.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于：所述的圆筒状阴、阳极板（8、9）之间的距离为0.65mm。

3.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于：所述的集氢器（6）和集氧器（7）顶部均为半圆球体，内均带有涡轮状凸凹槽体；水由电解槽（1）顶部呈雾状或小水滴从电极的顶部向底部流动；在电解槽（1）底部设有排污孔（12），水中杂质和电解剩余物可由其排出。

4.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于：直接从该装置产生加压氢气和氧气，不需要单独加压步骤，便可产生高压氢气和氧气直接储存到用氢的设备上；圆筒状阴、阳极板（8、9）构成同心轴圆筒形体，管状结构的分隔膜（10）在它们之间的电解质腔内，将电解腔分为阳极子腔和阴极子腔，放氢的连接管线的尺寸和结构设置成使阴极子腔中产生的气体与阳极子腔中产生的气体分开排出；这样就使氢气单独输出，氧气也单独输出，它们不混合，完全保证各自气体的纯度和使用安全性。

5.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于：在阴阳电极顶部各有一个雾状喷头装置，水由其外部循环水泵（2）引入呈雾滴状喷入电极表面及里面，全部覆盖，由顶部流到下部，由循环水泵（2）吸回再经顶部雾状喷头装置喷入，循环反复使电解液不停流动。

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