CN103534386B - 氢气发生器 - Google Patents

Abstract

一种氢气发生装置包括阳极、阴极、具有内部空腔的壳体、以及在空腔中的穿孔壁，该穿孔壁与阳极或阴极电气连接，并且将空腔的端部部分与空腔的主要部分分离。装置在壳体中包括水，水从空腔的主要部分穿过穿孔壁连续地延伸，并且延伸到空腔的端部部分中。壳体包括两个端部和在空腔中在每个端部附近的穿孔壁，该穿孔壁将空腔的端部部分与空腔的主要部分分离，阳极或阴极穿过壳体的一个端部穿过一个穿孔壁延伸到空腔的主要部分中，穿过另一个穿孔壁延伸到空腔的另一个端部部分中，并且延伸穿过壳体的另一个端部。

Description

氢气发生器

对于相关申请的交互参考

本申请要求对于在2011年5月3日提交的美国申请No.13/099,707的优先权。

技术领域

本发明涉及用于生产氢气的氢气发生器。

背景技术

氢气发生器典型地按2:1的克分子比-与水相同的比例，产生氢气（H₂）和氧气（O₂）的混合物。

氢气发生器包括四个主要元件：阴极、阳极及包含在空腔（该空腔包括阳极和阴极）中的盐或盐水溶液。发生器通常包括不锈钢金属板，这些不锈钢金属板相叠置，在各板之间具有间隔，以允许盐水溶液在它们之间流动。当将电压差置于阳极和阴极板之间时，交替的阴极和阳极板构造允许电流流过盐水盐溶液，产生化学反应。

金属板叠置构造是用于氢气发生器的最常见构造。与相叠置的板相关联的一个问题是，在板之间的流体不容易与来自发生器的其它部分的新鲜流体交换，这降低了发生器的效率。

发明内容

因而，考虑到现有技术的问题和效率，本发明的一个目的是提供一种用于生产氢气的装置。

本发明的另一个目的是提供一种圆柱形氢气发生器，这种圆柱形氢气发生器比相叠置的板式发生器更高效率地产生氢气。

借助于说明书，本发明的其它目的和优点将会部分地显现，并且将会部分地更为明朗。

对于本领域的技术人员将显现的以上和其它目的在本发明中实现，本发明涉及一种氢气发生装置，这种氢气发生装置包括阳极、阴极、具有内部空腔的壳体、以及在空腔中在其端部附近的穿孔壁，该穿孔壁与阳极或阴极电气连接，并且将空腔的端部部分与空腔的主要部分分离。装置在壳体中包括水，水从空腔的主要部分穿过穿孔壁连续地延伸，并且延伸到空腔的端部部分中。

与穿孔壁电气连接的阳极或阴极可以从空腔的主要部分延伸穿过穿孔壁到空腔的端部部分中，并且延伸穿过壳体。壳体可以具有两个端部和在空腔中在每个端部附近的穿孔壁，该穿孔壁将空腔的端部部分与空腔的主要部分分离。阳极或阴极穿过壳体的一个端部穿过一个穿孔壁延伸到空腔的主要部分中，穿过另一个穿孔壁延伸到空腔的另一个端部部分中，并且延伸穿过壳体的另一个端部。在壳体中的水从空腔的主要部分穿过每一个穿孔壁连续地延伸，并且延伸到空腔的端部部分中。

穿孔壁可以是金属板，或者可以是开孔金属泡沫体，该金属板在其中具有开口。氢气发生装置可以包括圆柱形金属套筒、和绝缘垫片环，该圆柱形金属套筒滑动地布置在内部空腔中，金属套筒具有端部，该绝缘垫片环布置在金属套筒的端部与穿孔壁之间。

阳极可以是空心金属管，该空心金属管按圆柱形构造螺旋地缠绕。阳极另一方面可以是空心金属圆筒，该空心金属圆筒包括穿过圆筒壁的多个阳极开口，或者阳极可以是圆柱形金属丝网。

氢气发生装置可以包括至少一个导电端子，该至少一个导电端子从空腔穿过在壳体中的开口向外延伸，其中，至少一个端子与阳极电气接触。

本发明的另一个实施例涉及一种氢气发生装置，这种氢气发生装置包括具有内部空腔的壳体、在内部空腔中的阳极、以及在内部空腔中的阴极。装置包括开孔金属泡沫体，该开孔金属泡沫体布置在内部空腔中，与阳极或阴极电气连接。装置在壳体中包括水，水穿过金属泡沫体连续地延伸。开孔泡沫体可以是阳极，该阳极在其中具有通道，阴极延伸穿过在泡沫体阳极中的通道。阳极的通道可以具有长度和通道壁，在阴极与通道壁之间的空间以通道壁的长度延伸，空间基本上填充有水。

开孔泡沫体另一方面可以是阴极，该阴极在其中具有通道，阳极延伸穿过在泡沫体阴极中的通道。氢气发生装置可以包括圆柱形金属套筒，该圆柱形金属套筒滑动地布置在内部空腔中。金属套筒可以具有端部，其中绝缘垫片环布置在金属套筒的端部与穿孔壁之间。

金属泡沫可以包括金（gold）金属涂层。

本发明的另一个实施例涉及一种用来使用氢气发生装置的方法。该方法包括提供阳极、阴极、具有内部空腔的壳体、在空腔中在其端部附近的穿孔壁，该穿孔壁将空腔的端部部分与空腔的主要部分分离。阳极或阴极从空腔的主要部分延伸穿过穿孔壁到空腔的端部部分中，并且延伸穿过壳体，并且在壳体中的水从空腔的主要部分穿过穿孔壁连续地延伸，并且延伸到空腔的端部部分中。该方法包括在阳极与阴极之间施加电压差，该电压差足以允许产生氢气。

附图说明

据信是新颖的本发明的特征、和本发明的元素特性在所附权利要求书中具体地叙述。附图仅用于例示目的，并未按比例画出。然而，本发明本身就组织和操作方法而论，都可以通过参考联系附图所做的随后的详细描述而最清楚地理解，在这些附图中：

图1是根据本发明的氢气发生器的分解立体图。

图2是根据本发明的阳极端子和端子绝缘体的横截面图。

图3A是在除去端盖的情况下图1的氢气发生器的端视图。

图3B是端视图，示出了根据本发明的延伸穿过壳体的氢气发生器的端子和端口的可选择构造。

图4是图1的氢气发生器的阳极的立体图。

图5是根据本发明的阳极的第二实施例的立体图。

图6是根据本发明的阳极的第三实施例的立体图。

图7是根据本发明的阳极的第四实施例的立体图。

图8是氢气发生器的剖视图，该氢气发生器包括在图7中所示的阳极。

图9是在图8中所示的氢气发生器的侧视图。

图10是氢气发生器的横截面端视图，示出了阳极端子对于在图5中所示的阳极的连接。

图11是根据本发明的氢气发生器的侧视图，该氢气发生器包括储存系统。

图12是根据本发明的阀系统的方块图，该阀系统用来控制气体输出。

图13是用于根据本发明的氢气发生器的控制器的方块图。

具体实施方式

在描述本发明的优选实施例时，这里将对附图的图1-13进行参考，在这些附图中，相应的附图标记指本发明的相应的特征。

在图1中所示的氢气发生器10包括圆柱形的用陶瓷涂敷的铝壳体14和圆柱形金属套筒22，该铝壳体14具有壳体开口16，该圆柱形金属套筒22滑动地布置在壳体14内部，金属套筒22的长度比壳体14短。壳体14具有相对的端部、和在各端部之间的空腔，并且穿孔壁30与金属套筒22的端部邻接，并且与各壳体端部中的每一个端部间隔开且在其附近。金属套筒22包括非绝缘套筒开口26和绝缘套筒开口28。非绝缘套筒开口26用来接合用于盐水溶液的进口端口12和排出端口13、氢气出口端口80和冲洗阀端口82。绝缘套筒开口28用于阳极端子11，该阳极端子11从壳体14外面延伸到在圆柱形金属套筒22内部的阳极。端子绝缘体32布置在阳极端子11与绝缘套筒开口28之间，如在图2的横截面图中所示的那样。阳极端子11的端部从端子绝缘体32突出，从而对于在空腔中部的阳极18和对于在空腔外部的电源可进行电气连接。金属套筒22的开口与壳体开口16对准，从而端子11和排出端口13、进口端口12、氢气出口端口80及冲洗阀端口82中的每一个延伸穿过相应的壳体开口16和套筒开口26、28，密封地接触壳体14，并且防止在空腔中的液体和气体从空腔穿过壳体开口16泄漏。氢气发生器的阳极可以具有任何适当的类型和构造，但在图1中示出的是圆柱形螺旋阳极18。阳极由端子11接触，这些端子11在套筒22内支承阳极，并且与套筒22和在装置内的阴极结构间隔开。

多根阴极杆20-这里表示成一根中心杆由四根间隔开的杆围绕，从在壳体14的一个端部处的穿孔壁30延伸到在壳体的另一个端部处的穿孔壁30，每根阴极杆20与壁进行电气接触。在壳体14的每个端部处，阴极端子24布置在穿孔壁30的中心开口52中，并且穿过在端盖70中的端盖开口72延伸。阴极端子24可以设有螺纹，使得能够用端子螺母74将端盖70压靠穿孔壁30而固定。阴极端子24通过与穿孔壁30相接触而提供对于阴极杆20的共同连接。

氢气发生器在壳体14的每个端部附近包括绝缘垫片60，并且该绝缘垫片60压靠套筒22的端部，从而穿孔壁30可以密封套筒而不进行电气接触。穿孔壁包括多个开口或穿孔50，这些开口或穿孔50延伸穿过穿孔壁。可以采用任何数量的开口或穿孔，从而容许盐水溶液从中贯穿通过。

端盖70滑动地接合在壳体14的端部内，并且接触穿孔壁30而形成密封，从而与密封件60一起，防止气体和液体离开空腔，除非通过氢气出口端口80和冲洗阀82。

在使用中，在壳体空腔中包含的水包含足够的电解液，如盐（Na⁺Cl^-）或另一种电解液，以便导电，并且可以称作盐水溶液。当跨过阳极（+）和阴极（-）施加电压差时，生成电流使盐水电解，并且在阴极处以气体的形式产生氢气（H₂）、和在阳极处以气体的形式产生氧气（O₂）。在套筒22的每个端部处的阴极壁30在穿孔壁30与在壳体14的每个端部处的端盖70之间形成小腔室。尽管准确机理是未知的，但据信，保持盐水与主空腔连通的这些腔室显著地有助于通过装置产生有用的氢气。

图3A示出了在除去端盖70的情况下氢气发生器的端视图。端子11和排出端口13、进口端口12、氢气出口端口80及冲洗阀端口82中的每一个从壳体14在径向相对方向上延伸，如图1所示。图3B示出的是一种可选择的布置，其中，壳体开口在壳体的相对侧上未按直线排对准。该布置另外可以依据氢气发生器的方位或用于氢气发生器的实施的其它因素而变化。

图4-6示出了阳极的各种实施例，图4是在图1中所示的阳极的实施例，其中，阳极18是空心金属管，该空心金属管按圆柱形构造螺旋地缠绕，并且具有卷边封闭的端部。在另一个实施例中，在图5中所示的阳极18′是空心金属圆筒，该空心金属圆筒包括穿过圆筒壁的多个阳极开口44。在图6中所示的阳极18″是圆柱形金属丝网。阳极18、18′及18″通过与阳极端子11相接触而被支承在壳体14的空腔中。

在图7-9中所示的本发明的另一个实施例中，氢气发生器10′包括圆柱形开孔金属泡沫体阳极86，该圆柱形开孔金属泡沫体阳极86具有钻孔或通道88，这些钻孔或通道88以阳极86的长度延伸。阴极杆20穿过孔88布置，各阴极杆端部中的至少一个端部延伸超出圆柱形阳极86的相应端部。可选择地，阴极可以呈开孔金属泡沫体的形式，并且阳极可以呈杆的形式，这些杆延伸穿过其中的开口。钻孔88具有足够尺寸的直径，从而杆20不接触金属泡沫体86。金属泡沫体的开孔允许盐水或水90自由地穿过孔从阳极的一侧流到另一侧。图8的剖视图包括：部分A，示出了壳体14；部分B，其中壳体被剖开，以示出金属套筒22；部分C，其中金属套筒被剖开，以示出金属泡沫体86的外表面；以及部分D，其中的金属泡沫体的外表面被剖开，以示出金属泡沫体的内表面86′和阴极杆20。金属泡沫体优选地是铝金属泡沫体，并且可以包括金金属涂层（goldmetalcoating）以防腐蚀。铝金属泡沫体可以是贯穿泡沫体的铝，或者可以是使铝涂层涂敷在泡沫体上的复合泡沫体。阳极18、阴极杆20及套筒22可以另外包括金金属涂层以防腐蚀。可以涂敷到本发明的氢气发生器的阳极、阴极、以及其它元件上的一种例示性金磨蚀涂层，是由nCoatLLCofBurlington,NorthCarolina在商标名JET-HOTnPowered下销售的涂层。涂层可以是硅石基纳米陶瓷基有机混合物，作为水基或溶剂基液体通过喷射、浸渍、滚压或浸入-自旋（dip-spin）法涂敷，并且在120-180℃的升高温度下熟化10分钟或足以键合的时间，并且将涂层熟化到希望厚度，例如1-2微米。一个实例是可从NanmatTechnologyofKaohsiung,Taiwan购得的Nanomate。

图8和9包括圆柱形的用陶瓷涂敷的铝壳体14和金属套筒22，该壳体14具有壳体开口16，该金属套筒22滑动地布置在壳体14内部。壳体14具有相对的端部和在各端部之间的空腔，并且穿孔壁30′布置在每一个壳体端部的附近。所示的穿孔壁30′是由开孔金属泡沫体制成的板。端子绝缘体32布置在阳极端子11与金属套筒22之间。阳极端子11的端部从端子绝缘体32向内突出，从而对于在空腔中部的阳极18可进行机械和电气连接，并且向外用于连接到在空腔外部的电源上。氢气发生器10′包括端盖70，端盖的至少一部分滑动地布置在壳体14的端部的内部，并且阴极端子24穿过在端盖70中的端盖开口72布置。阴极端子24电气接触在壳体内部的金属泡沫体穿孔壁30′和在壳体外面的电压源。

图9是组装后的氢气发生器10′，该氢气发生器10′包括固定的端盖70，从而在空腔中的盐水或水90可以在空腔中自由地流动，而不漏出。排出端口13当端口在敞开位置中时允许盐水或水流出壳体空腔，并且当在关闭位置中时防止流动。进口端口12当端口在敞开位置中时允许盐水或水流入壳体空腔，并且当在关闭位置中时防止流动。

图10示出了阳极18′，该阳极18′由阳极端子11和阳极垫圈34支承在壳体空腔中。垫圈34连结到阳极端子11，并且接触阳极18′的外壁，防止阳极18′相对于壳体14运动。阳极端子11用绝缘O形圈32′固定到壳体14上。

图11示出了氢气发生器10，该氢气发生器10连接到用来冲洗在壳体空腔中的盐水溶液的存储系统上。壳体可以包括透明窗口46，该透明窗口46用于对发生器内部活动加以肉眼观察。存储系统包括存储罐58、进给管线62，该进给管线62用于使溶液59从罐58通过阀67流到发生器。系统也包括返回管线64、返回阀68及泵66，该泵66用来将盐水溶液59泵送过发生器和罐。图12示出了连结到氢气发生器上的一些元件，这些元件用来控制和检测来自发生器出口80（图1）的气体输出。元件包括阀124，该阀124用来控制从出口80流到苛性起泡器38的氢气。起泡器38的出口包括排出阀126、氢气出口阀122及Hobb开关128。Hobb开关128是压力检测开关，该压力检测开关包括继电器，当压力超过给定值时，该继电器接合。如果氢气压力超过安全值，则Hobb开关可以用来闭合安全电路，并且切断氢气发生器的操作。

图13示出了用于氢气发生器的控制器的方块图。控制器包括中央处理单元100和来自氢气发生器或来自在图12中所示的控制元件的输入，这些输入包括来自Hobb开关128的输入102和来自在气体发生器壳体上的压力表的输入104。控制器输出包括输出110、输出112、输出116及输出118，该输出110发送用来控制排出端口的电气输出，该输出112用来控制到阳极和阴极端子的功率，该输出116用来控制泵66，该输出118用来控制冲洗阀67、68。控制器输出也可以包括安全断路输出114、和用来控制阀124的氢气控制输出120。

阳极优选地是铝，尽管可以使用其它金属。阴极杆优选地是不锈钢，尽管可以使用其它金属。阳极和阴极结构在本发明的氢气发生器中可以互换和/或颠倒。

在操作中，将盐水或水90注入到氢气发生器10的空腔中，并且将电压差施加在阳极与阴极之间，分解和电解在圆筒内部的水。化学反应产生氢气和氧气，并且可以产生其它副产品，这些副产品包括氢氧化物、氯气、以及苛性钠。所产生的氢气被允许离开氢气出口80，同时提供冲洗阀82以便用来从壳体14的空腔中冲洗其它气体或水。

本发明的氢气发生器通过实施穿孔壁已经克服了现有技术的不足，该穿孔壁将主壳体空腔与端部腔室充分地分离，但允许盐水从空腔流动到端部腔室和从端部腔室流动到空腔。

尽管联系具体优选实施例已经具体地描述了本发明，但显然的是，多种可选择例、修改及变化对于本领域的技术人员鉴于以上描述将是显然的。因此所附权利要求书将涵盖落在本发明的真实范围和精神内的任何这样的可选择例、修改及变化。

Claims (20)

1.一种氢气发生装置，包括：

阳极；

阴极；

具有内部空腔的壳体；

以可滑动的状态布置在所述内部空腔中的圆柱形金属套筒；

穿孔壁，所述穿孔壁在所述空腔中在其端部附近，与阳极或阴极电气连接，并且将所述空腔的端部部分与所述空腔的主要部分分离；

水，在所述壳体内从所述空腔的主要部分穿过所述穿孔壁连续地延伸，并且延伸到所述空腔的端部部分中；以及

至少一个导电端子，所述至少一个导电端子从所述内部空腔穿过所述金属套筒和所述壳体中的开口向外延伸，所述至少一个导电端子与所述阳极或所述阴极电气接触，并且将所述金属套筒固定至所述壳体。

2.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，与所述穿孔壁电气连接的所述阳极或所述阴极从所述内部空腔的主要部分穿过所述穿孔壁延伸到所述内部空腔的端部部分中，并且延伸穿过所述壳体。

3.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述壳体具有两个端部和在所述内部空腔中在每个端部附近的穿孔壁，该穿孔壁将所述内部空腔的端部部分与所述内部空腔的主要部分分离，所述阳极或所述阴极穿过所述壳体的一个端部、穿过一个穿孔壁延伸到所述内部空腔的主要部分中，穿过另一个穿孔壁延伸到所述内部空腔的另一个端部部分中，并且延伸穿过所述壳体的另一个端部，在所述壳体中的水从所述内部空腔的主要部分穿过每一个穿孔壁连续地延伸，并且延伸到所述内部空腔的端部部分中。

4.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述穿孔壁是金属板，在该金属板中具有开口。

5.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述穿孔壁是开孔金属泡沫体。

6.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述圆柱形金属套筒具有端部，并且绝缘垫片环布置在所述圆柱形金属套筒的端部与所述穿孔壁之间。

7.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述阳极是空心金属管，该空心金属管按圆柱形构造螺旋地缠绕。

8.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述阳极是空心金属圆筒，该空心金属圆筒包括穿过圆筒壁的多个阳极开口。

9.根据权利要求1所述的氢气发生装置，其中，所述阳极是圆柱形金属丝网。

10.根据权利要求1所述的氢气发生装置，所述金属套筒借助于穿过所述金属套筒和所述壳体中的开口而延伸的所述至少一个导电端子而固定至所述壳体。

11.一种氢气发生装置，包括：

具有内部空腔的壳体；

在所述内部空腔中的阳极；

在所述内部空腔中的阴极；

以可滑动的状态布置在所述内部空腔中的圆柱形套筒；

开孔金属泡沫体，所述开孔金属泡沫体布置在所述内部空腔中，与阳极或阴极中的一者电气连接；

水，在所述壳体中穿过所述金属泡沫体连续地延伸；以及

至少一个导电端子，所述至少一个导电端子从所述空腔穿过所述圆柱形金属套筒和所述壳体中的开口向外延伸，所述至少一个导电端子与所述阳极和所述阴极中的另一者电气接触，

其中，所述开孔金属泡沫体是所述阳极或所述阴极、并且所述开孔金属泡沫体中具有通道；并且

其中，如果所述开孔金属泡沫体是所述阳极，则所述阴极延伸通过在泡沫体阳极中的通道，或者如果所述开孔金属泡沫体是所述阴极，则所述阳极延伸通过在泡沫体阴极中的通道，所述通道具有长度、并且包括通道壁，在所述阴极或所述阳极与所述通道壁之间的空间以所述通道的长度延伸，所述空间基本上填充有水。

12.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述开孔泡沫体是阳极。

13.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述开孔泡沫体是阳极，并且在其中具有通道，并且所述阴极延伸穿过在所述泡沫体阳极中的通道。

14.根据权利要求13所述的氢气发生装置，其中，所述阳极的通道具有长度，并且包括通道壁，在所述阴极与所述通道壁之间的空间以所述通道壁的长度延伸，所述空间基本上填充有水。

15.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述开孔泡沫体是阴极。

16.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述开孔泡沫体是阴极，并且在其中具有通道，并且所述阳极延伸穿过在所述泡沫体阴极中的通道。

17.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述圆柱形金属套筒借助于穿过所述金属套筒和所述壳体中的开口而延伸的所述至少一个导电端子而固定至所述壳体。

18.根据权利要求17所述的氢气发生装置，其中，所述金属套筒具有端部，并且其中，绝缘垫片环布置在所述金属套筒的端部与所述开孔金属泡沫体之间。

19.根据权利要求11所述的氢气发生装置，其中，所述金属泡沫体包括金涂层。

20.一种用来使用氢气发生装置的方法，包括：

提供阳极、阴极、具有内部空腔的壳体、以可滑动的状态布置在所述内部空腔中的圆柱形金属套筒、在所述内部空腔中在其端部附近的穿孔壁、水以及至少一个导电端子，所述穿孔壁电气连接至所述阳极和所述阴极中的一者并且将所述内部空腔的端部部分与所述内部空腔的主要部分分离，所述阳极或所述阴极从所述内部空腔的主要部分穿过所述穿孔壁延伸到所述内部空腔的端部部分中、并且延伸穿过所述壳体，所述水在所述壳体中从所述内部空腔的主要部分穿过所述穿孔壁连续地延伸、并且延伸到所述内部空腔的端部部分中，所述至少一个导电端子从所述内部空腔穿过所述金属套筒和所述壳体中的开口向外延伸，所述至少一个导电端子与所述阳极和所述阴极中的另一者电气接触；以及

在所述阳极与所述阴极之间施加电压差，该电压差足以允许产生氢气。