CN102912371B - 一种氢氧气体发生器及产生氢气和氧气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢氧气体发生器，包括由多个电解室串联组合而成的电解槽，所述电解槽设有氢气总出口和氧气总出口，所述氢气总出口和氧气总出口通过管道分别连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，还包括通入水的补液罐，所述补液罐出液口通过管道连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，所述氢气水封罐组出液口和氧气水封罐出液口分别通过管道连接至电解槽中，本发明还涉及产生氢气和氧气的方法。本发明通过电解槽将水电解分别得到氢气和氧气，氢气和氧气分别通过氢气水封罐组和氧气水封罐水洗清洁后排到使用场合，使得燃烧气体氢气和助燃气体氧气可以分离得到，一方面避免了在火焰加工行业中发生回火的安全隐患，也能够分别利用两种气体实现不同的功能。

Description

一种氢氧气体发生器及产生氢气和氧气的方法

技术领域

本发明涉及一种气体发生装置及方法，特别是一种氢氧气体发生器及产生氢气和氧气的方法。

背景技术

氢能源是二十一世纪最洁净环保的能源。氢氧气体发生器是产生氢能源的电器设备，它通过电从水中提取氢气和氧气，氢气作为为燃料，氧气助燃，可以取代乙炔、煤气、液化气等含碳气体，具有热值高、火焰集中、生产效率高的特点，而且燃烧的产物仅为水蒸气，不对加工的工件产生任何污染，深受火焰加工行业的喜欢。

目前，市面上氢氧气体发生器的产气是混合式，即电解槽中产生的氢气与氧气混合在管道中共同排放后使用，使用过程中有时会发生回火，存在着一定的安全隐患。另外，水被分解成氢气和氧气后，氢气和氧气体都需要水封罐进行清洗，电解槽中的补水还需要外接补水罐，如此一来，不仅增加了制造成本，而且大量的罐体存在使得发生器占用了很多的空间，不利于发生器的整体布局。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氢氧气体发生器及利用这种发生器产生氢气和氧气的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种氢氧气体发生器，包括：气体产生系统，所述气体产生系统包括由多个电解室串联组合而成的电解槽，所述电解槽设有氢气总出口和氧气总出口，所述氢气总出口和氧气总出口通过管道分别连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，所述氢气水封罐组连接有氢气排出管，所述氧气水封罐连接有氧气排出管；电解液循环补充系统，所述电解液循环补充系统包括通入水的补液罐，所述补液罐出液口通过管道连接至氢气水封罐组和氧气水封罐中，所述氢气水封罐组出液口和氧气水封罐出液口分别通过管道连接至电解槽中。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气总出口至氢气水封罐组的连接管道包括穿过补液罐内部且外壁被水包裹的管段，所述氧气总出口至氧气水封罐的连接管道包括穿过补液罐内部且外壁被水包裹的管段。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气水封罐组包括第一水封罐和第二水封罐，所述第一水封罐上设有第一液位探测器，所述氧气水封罐上设有第二液位探测器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气排出管包括分别与第一水封罐和第二水封罐连接的氢气排出管Ⅰ和氢气排出管Ⅱ，还包括氢气排出管Ⅰ与氢气排出管Ⅱ汇合的排出总管，所述氢气排出管Ⅰ上设有压力平衡控制器Ⅰ，所述氢气排出管Ⅱ上设有压力平衡控制器Ⅱ，所述氧气排出管上设有压力平衡控制器Ⅲ和电动阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述补液罐出液口连接氢气水封罐组和氧气水封罐的管道包括与补液罐出液口连接的出液总管、分别连接第一水封罐和总管的第一支管、分别连接氧气水封罐和总管的第二支管，所述第一支管上装设由第一液位探测器控制的第一电磁阀，所述第二支管上装设由第二液位探测器控制的第二电磁阀，所述总管上设有由第一电磁阀和第二电磁阀共同控制的抽液泵。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电解槽的电解室包括由隔膜分隔开的阴电极和阳电极，所述隔膜的上部设有连通氢气总出口的氢气出口和连通氧气总出口的氧气出口；所述电解槽上设有通过管道分别与氢气水封罐组出液口和氧气水封罐出液口连接的总进液口Ⅰ和总进液口Ⅱ；所述隔膜上设有分别与总进液口Ⅰ和总进液口Ⅱ连通的进液口Ⅰ和进液口Ⅱ。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电解室的阳电极侧设有阳极液位探测器，所述电解室的阴电极侧设有阴极液位探测器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一水封罐通过管道与总进液口Ⅰ连接，其连接管道上设有单向阀Ⅰ和由阴极液位探测器控制的抽液泵Ⅰ；所述氧气水封罐通过管道与总进液口Ⅱ连接，其连接管道上设有单向阀Ⅱ和由阳极液位探测器控制的抽液泵Ⅱ。

一种产生氢气和氧气的方法，水在电解槽中分离出氢气和氧气，氢气进入氢气水封罐组水洗后输送至氢气排出管，氧气进入氧气水封罐水洗后输送至氧气排出管，氢气水封罐组和氧气水封罐为电解槽补充水，补液罐为氢气水封罐组和氧气水封罐补充水。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电解槽的水根据电解槽的液位自动补充，所述氢气水封罐组的水根据氢气水封罐组的液位自动补充，所述氧气水封罐的水根据氧气水封罐的液位自动补充；所述氧气排出管的排氧量根据氢气水封罐组及氧气水封罐的压力差异自动控制。

本发明的有益效果是：本发明通过电解槽将水电解分别得到氢气和氧气，氢气和氧气分别通过氢气水封罐组和氧气水封罐水洗清洁，再排到使用场合，使得燃烧气体氢气和助燃气体氧气可以分离得到，一方面避免了在火焰加工行业中发生回火的安全隐患，也能够分别利用两种气体实现不同的功能，另外水氢气水封罐组和氧气水封罐既作为水洗的容器，也成为电解槽的补水容器，大大节约了成本和空间。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的示意图；

图2是本发明电解槽的示意图；

图3是本发明隔膜的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种氢氧气体发生器，包括气体产生系统和电解液循环补充系统。气体产生系统包括由多个电解室11串联组合而成的电解槽1，水在电解槽1中被电解成氢气和氧气，电解槽1上设有氢气总出口2和氧气总出口3，氢气总出口2和氧气总出口3通过管道分别连接至氢气水封罐组和氧气水封罐4中，对产生的氢气与氧气进行水洗清洁，水洗后的氢气从氢气水封罐组上的氢气排出管排到使用场合，水洗后的氧气从氧气水封罐4上的氧气排出管排到使用场合，这样就把氢气和氧气分隔开来，既避免了火焰加工行业中产生的回火的安全隐患，也可以分别利用两种气体。电解液循环补充系统包括补液罐5，补液罐5设有进水口，可以从外界直接通入自来水，同时补液罐5内还安装了液位计，对补液罐5内的水位和水量进行检测，并自动控制从外界补充足够的水源。补液罐5出液口通过管道连接至氢气水封罐组和氧气水封罐4中，为氢气水封罐组和氧气水封罐4补充水源，氢气水封罐组出液口和氧气水封罐4出液口分别通过管道连接至电解槽1中，为电解槽1补充电解用的水。

作为进一步优选的实施方式，氢气总出口2至氢气水封罐组的连接管道包括穿过补液罐5内部且外壁被水包裹的管段，该部分管段从补液罐5底部穿入后从侧壁穿出，因此经过该管段的氢气可以与补液罐5内部的水发生热交换。公知的，电解产生出来的氢气具有一定的温度，在外界环境温度较低，特别是易结冰的地区，氢气通过管段与水热交换后可以防止水的结冰，保证氢气水封罐组的供水，从而使电解槽1的补水得到保障。同理，氧气总出口3至氧气水封罐4的连接管道包括穿过补液罐5内部且外壁被水包裹的管段，保证氧气水封罐4的供水，从而使电解槽1的补水得到保障。

作为进一步优选的实施方式，氢气水封罐组包括第一水封罐61和第二水封罐62，第一水封罐61上设有第一液位探测器611，氧气水封罐4上设有第二液位探测器41，第一液位探测器611和第二液位探测器41均为三针电极式液位计，有高、中、低液位，可以根据液位的不同发出不同的控制信号。

作为进一步优选的实施方式，氢气排出管包括分别与第一水封罐61和第二水封罐62连接的氢气排出管Ⅰ和氢气排出管Ⅱ，还包括氢气排出管Ⅰ与氢气排出管Ⅱ汇合的排出总管。氢气排出管Ⅰ上设有压力平衡控制器Ⅰ71，氢气排出管Ⅱ上设有压力平衡控制器Ⅱ72，氧气排出管上设有压力平衡控制器Ⅲ73和电动阀74。因为在水的电解中，产生一份氧气的同时会产生两份氢气，因此氢气和氧气的体积会不同，造成水封罐的压力有所差异，为了使得从排除总管排出的氢气和从氧气排出管排出的氧气可调，利用压力平衡控制器Ⅰ71、压力平衡控制器Ⅱ72和压力平衡控制器Ⅲ73的压力控制，调整电动阀74的开度，改变氧气的排出量。

作为进一步优选的实施方式，补液罐5出液口连接氢气水封罐组和氧气水封罐4的管道包括与补液罐5出液口连接的出液总管、分别连接第一水封罐61和总管的第一支管、分别连接氧气水封罐4和总管的第二支管，即补液罐5的水出来后先经过出液总管，再分别分配至第一水封罐61与氧气水封罐4中。第一支管上装设由第一液位探测器611控制的第一电磁阀75，第二支管上装设由第二液位探测器41控制的第二电磁阀76，总管上设有由第一电磁阀75和第二电磁阀76共同控制的抽液泵77。当第一水封罐61的水位低于第一液位探测器611的中液位电极针时，第一液位探测器611给出信号打开第一电磁阀75，抽液泵77开启并从补液罐5中抽水至第一水封罐61中，直至高液位电极针给出高液位信号，关闭抽液泵77和第一电磁阀75。氧气水封罐4的补水同理进行控制。若氧气水封罐4和第一水封罐61同时缺水，则第一电磁阀75、第二电磁阀76、抽液泵77同时打开，直至两水封罐的某一个达到高水位后关闭相应的电磁阀，另一个达到高水位后关闭相应的电磁阀和抽液泵77。

如图2和图3所示，作为进一步优选的实施方式，电解槽1的电解室11包括由隔膜12分隔开的阴电极和阳电极，隔膜12的上部设有连通氢气总出口2的氢气出口21和连通氧气总出口3的氧气出口31，氢气从多个氢气出口21中流出并汇集到氢气总出口2，氧气从多个氧气出口31中流出并汇集到氧气总出口3。电解槽1上设有通过管道分别与氢气水封罐组出液口和氧气水封罐4出液口连接的总进液口Ⅰ13和总进液口Ⅱ14，隔膜12上设有分别与总进液口Ⅰ13和总进液口Ⅱ14连通的进液口Ⅰ131和进液口Ⅱ141，氢气水封罐的水从总进液口Ⅰ13中流入电解槽1并通过多个进液口Ⅰ131平均分配到电解室11的阴极一侧，氧气谁分管的水从总进液口Ⅱ14流入电解槽1并通过多个进液口Ⅱ141平均分配到电解室11的阳极一侧。

作为进一步优选的实施方式，电解室11的阳电极侧设有阳极液位探测器15，电解室11的阴电极侧设有阴极液位探测器16。

作为进一步优选的实施方式，第一水封罐61通过管道与总进液口Ⅰ13连接，其连接管道上设有单向阀Ⅰ81和由阴极液位探测器16控制的抽液泵Ⅰ82。氧气水封罐4通过管道与总进液口Ⅱ14连接，其连接管道上设有单向阀Ⅱ83和由阳极液位探测器15控制的抽液泵Ⅱ84。阴极液位探测器16探测到阴电极侧电解的水不足时，发出信号来控制抽液泵Ⅰ82开启，从第一水封罐61中抽水进入阴极侧，直至水位达到要求后关闭泵，单向阀Ⅰ81主要是为了防止液体的返流。阳极侧的补水原理与阴极侧的相同。

一种产生氢气和氧气的方法，水在电解槽1中分离出氢气和氧气，氢气和氧气从电解槽1中产生后，先与补液罐5中的水进行热交换，使补液罐5的水不会结冰，氢气进入氢气水封罐组水洗后输送至氢气排出管，氧气进入氧气水封罐4水洗后输送至氧气排出管。氢气水封罐组和氧气水封罐4为电解槽1补充水，补液罐5为氢气水封罐组和氧气水封罐4补充水。

作为进一步优选的实施方式，电解槽1的电解水根据电解槽1中电解室11的阴极侧和阳极侧的液位自动补充，氢气水封罐组的水根据氢气水封罐组的液位自动从补液罐5中补充，氧气水封罐4的水根据氧气水封罐4的液位自动从补液罐5中补充。氧气排出管的排氧量根据氢气水封罐组及氧气水封罐4的压力差异自动控制，具体来说即通过压力平衡控制器Ⅰ71、压力平衡控制器Ⅱ72和压力平衡控制器Ⅲ73探测氢气水封罐组和氧气水封罐4的压力从而控制电动阀74的开度来控制氢气和氧气的最终排出量。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种氢氧气体发生器，其特征在于，包括：

气体产生系统，所述气体产生系统包括由多个电解室（11）串联组合而成的电解槽（1），所述电解槽（1）设有氢气总出口（2）和氧气总出口（3），所述氢气总出口（2）和氧气总出口（3）通过管道分别连接至氢气水封罐组和氧气水封罐（4）中，所述氢气水封罐组连接有氢气排出管，所述氧气水封罐（4）连接有氧气排出管；

电解液循环补充系统，所述电解液循环补充系统包括通入水的补液罐（5），所述补液罐（5）出液口通过管道连接至氢气水封罐组和氧气水封罐（4）中，所述氢气水封罐组出液口和氧气水封罐（4）出液口分别通过管道连接至电解槽（1）中，所述氢气总出口（2）至氢气水封罐组的连接管道包括穿过补液罐（5）内部且外壁被水包裹的管段，所述氧气总出口（3）至氧气水封罐（4）的连接管道包括穿过补液罐（5）内部且外壁被水包裹的管段。

2.根据权利要求1所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述氢气水封罐组包括第一水封罐（61）和第二水封罐（62），所述第一水封罐（61）上设有第一液位探测器（611），所述氧气水封罐（4）上设有第二液位探测器（41）。

3.根据权利要求2所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述氢气排出管包括分别与第一水封罐（61）和第二水封罐（62）连接的氢气排出管Ⅰ和氢气排出管Ⅱ，还包括氢气排出管Ⅰ与氢气排出管Ⅱ汇合的排出总管，所述氢气排出管Ⅰ上设有压力平衡控制器Ⅰ（71），所述氢气排出管Ⅱ上设有压力平衡控制器Ⅱ（72），所述氧气排出管上设有压力平衡控制器Ⅲ（73）和电动阀（74）。

4.根据权利要求2所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述补液罐（5）出液口连接氢气水封罐组和氧气水封罐（4）的管道包括与补液罐（5）出液口连接的出液总管、分别连接第一水封罐（61）和总管的第一支管、分别连接氧气水封罐（4）和总管的第二支管，所述第一支管上装设由第一液位探测器（611）控制的第一电磁阀（75），所述第二支管上装设由第二液位探测器（41）控制的第二电磁阀（76），所述总管上设有由第一电磁阀（75）和第二电磁阀（76）共同控制的抽液泵（77）。

5.根据权利要求2或3或4所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述电解槽（1）的电解室（11）包括由隔膜（12）分隔开的阴电极和阳电极，所述隔膜（12）的上部设有连通氢气总出口（2）的氢气出口（21）和连通氧气总出口（3）的氧气出口（31）；所述电解槽（1）上设有通过管道分别与氢气水封罐组出液口和氧气水封罐（4）出液口连接的总进液口Ⅰ（13）和总进液口Ⅱ（14）；所述隔膜（12）上设有分别与总进液口Ⅰ（13）和总进液口Ⅱ（14）连通的进液口Ⅰ（131）和进液口Ⅱ（141）。

6.根据权利要求5所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述电解室（11）的阳电极侧设有阳极液位探测器（15），所述电解室（11）的阴电极侧设有阴极液位探测器（16）。

7.根据权利要求6所述的氢氧气体发生器，其特征在于：所述第一水封罐（61）通过管道与总进液口Ⅰ（13）连接，其连接管道上设有单向阀Ⅰ（81）和由阴极液位探测器（16）控制的抽液泵Ⅰ（82）；所述氧气水封罐（4）通过管道与总进液口Ⅱ（14）连接，其连接管道上设有单向阀Ⅱ（83）和由阳极液位探测器（15）控制的抽液泵Ⅱ（84）。

8.一种使用权利要求1至7中任一项所述的氢氧气体发生器产生氢气和氧气的方法，其特征在于：水在电解槽（1）中分离出氢气和氧气，氢气进入氢气水封罐组水洗后输送至氢气排出管，氧气进入氧气水封罐（4）水洗后输送至氧气排出管，氢气水封罐组和氧气水封罐（4）为电解槽（1）补充水，补液罐（5）为氢气水封罐组和氧气水封罐（4）补充水。

9.根据权利要求9所述的产生氢气和氧气的方法，其特征在于：所述电解槽（1）的水根据电解槽（1）的液位自动补充，所述氢气水封罐组的水根据氢气水封罐组的液位自动补充，所述氧气水封罐（4）的水根据氧气水封罐（4）的液位自动补充；所述氧气排出管的排氧量根据氢气水封罐组及氧气水封罐（4）的压力差异自动控制。