CN104294310A - 密闭式电解水发生器 - Google Patents

Abstract

一种密闭式电解水发生器，解决了现有技术存在的螺栓固定的各杆间拉力不均衡、极板间不平行造成的产生漏气、漏液及气体外泄引发事故等问题。包括封头、筒体、组装在筒体内的极板以及电解液循环回路，其技术要点是：筒体为两端开口的绝缘筒，极板上设置三个轴线相互平行的通孔，在极板的镍钛合金外表面上镀释铱钽合金层，各极板卡装在绝缘密封橡胶圈的止口内，相邻的两个极板组成一个电解单元，通过筒体两端的法兰与封头紧固连接，将多组电解单元利用绝缘压套和电极连接爪紧密封装，并使电极连接爪与正、负极电源接线柱连接。其结构设计合理，极板间受力均匀，且不漏气、不漏液，无电流泄漏流失，使用安全可靠，电解效率高，产气量大，热功损失少。

Description

密闭式电解水发生器

技术领域

本发明涉及一种生产“氢氧能”成套设备中的气体发生器， 特别是一种以电解水生产“氢氧能”氢氧混合气体的密闭式电解水发生器，生产的氢氧混合气体主要适用于对油、气的催化燃烧，提高其燃烧效率，也可用于切割、加热或是焊接作业。属氢氧能源制造技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，“氢氧能”成套设备中的水电解气体发生器生产的氢氧混合气体作为可再生、经济、清洁能源，已被世界各国不断的普及应用，我国也有许多企业在研发生产“氢氧能”的成套设备。虽然生产“氢氧能”成套设备中以电解水生产氢氧混合气体的发生器种类很多，但是，目前由于其结构与生产方式等问题，普遍存在耗能高、产气少，回火，爆燃等弊端，所以市场推广普及应用的空间很小。制约氢氧混合气体发生器普及应用的主要因素有：1制氢效率低。2结构设计存在的缺陷造成电解液流通不畅。3电解过程电解液升温过快，不能及时散热，造成设备连续工作稳定性差，使用寿命低。4采用一般材质电极板，易产生电阻效应发热耗功。5电解槽耗电多。

现有的氢氧混合气体发生器的结构，据专利文献报导主要有：公告号为CN2458317Y的“改进的氢氧燃料产生机”， 公开的结构特点是：主要由机台本体、第二电解槽、冷却风扇、  储水槽、温度调节槽、若干散热鳍管和配电盘组构成。其第一电解槽固设于机台本体进风孔上方，由若干电解片及绝缘胶圈交错组设并由螺栓锁固而成；公告号为CN1308490C的“高效布朗气发生器”，公开了一种电解液自然循环式布朗气发生器，电极板之间排列成电解液充填室，利用拉线螺丝在其两端组装连接一体型电解槽盖板；公告号为CN101550552B的“氢氧混合气体发生器”， 其技术方案的要点是：包括由多个电解室串联组合而成的电解槽，电解室由多个极板分割成多个电解小室。

上述三个专利中的“氢氧发生器”均是将多个极板中间加垫圈叠加组合后多个螺杆紧固在一起，其存在的问题是：在一定压力下长期使用时极易泄漏，会造成漏电、漏液、连电的危险，甚至可能产生爆鸣；而且这些“发生器”均利用极板中间夹绝缘胶圈，用若干根螺杆锁固，其弊端是：（1）由于极板夹绝缘胶圈之间存在弹性，而在若干根螺杆锁固时不可能用力均衡，势必造成各螺杆间力量偏差，其直接导致各极板间用力不均，后果是各极板间产生不了等距，相对极板间磁场磁力线不均，不利于气体发生。（2）由于各极板间是用绝缘胶圈密封的，极板间锁固时，用力无法均衡，在长期工作、磁场振荡情况下，极易产生局部漏气、漏液现象，对设备运转存在极大隐患。

公告号为CN2299875Y的“筒式氢氧气体发生器”，公开的电解槽为筒形电解槽，电极及隔膜由上、下压板紧固成一体并支承固定在壳体内；公告号为CN102965687A的“电解水制氢氧气装置”， 其技术方案的要点是：包括内腔中填充有电解液的内壳，其内设有沉浸于电解液中的氢氧气发生器，也是一种“筒式氢氧发生器”；公告号为CN101956205B的“电解式氢氧发生装置”，其中电解槽设置于一封闭的箱体中，由电极隔板和导水隔板组成，导水隔板为一框架结构；公告号为CN101445940B的“一种产生氢氧助燃气体的节能装置及方法”， 公开的结构特点是：电解槽包括若干块阴性、阳性及中性电极板，不同极板相邻或相隔地排列组成电解极板，位于电解极板最外侧的两块极板均为中性极板，电解极板全部或部分地浸在电解液中。

以上“氢氧发生器”专利存在的问题为：第一均是利用电解极板悬浮方式产生氢氧助燃气体的节能装置，均是将极板组合后悬浮在圆筒或方箱中，电解效率低，产气量少，热功损耗大，需配大功率散热设备，否则无法保证电解液在恒温80℃情况下大量释放H⁺、OH^-离子；第二均是将各极板加固后放入另一容器中，这样在工作中就会有大量电流泄漏，增加热功，加大电耗，产品造价及产气成本也相对高，不宜推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种密闭式电解水发生器，解决了现有技术存在的螺栓固定的各杆间拉力不均衡、极板间不平行造成的产生漏气、漏液及气体外泄引发事故等问题。其结构设计合理，极板间受力均匀，且不漏气、不漏液，无电流泄漏流失，使用安全可靠，电解效率高，产气量大，热功损失少。

本发明所采用技术方案是：该密闭式电解水发生器包括分别带有正、负极电源接线柱的封头，两端带有法兰的筒体，组装在筒体内的极板，以及电解液循环回路，其技术要点是：所述筒体为非金属材料制成的两端开口的绝缘筒，极板自上而下设置带有极板氢氧气体流通口、极板电解液输出口、极板电解液输入口的三个轴线相互平行的通孔，在极板的镍钛合金外表面上镀释铱钽合金层，每个极板卡装在绝缘密封橡胶圈的止口内，相邻的两个极板组成一个电解单元，通过筒体两端的法兰与封头紧固连接，将多组电解单元利用筒体两端的绝缘压套和电极连接爪紧密封装在筒体内，并使电极连接爪与正、负极电源接线柱连接。

所述带有正极电源接线柱端的封头上设置有氧气输出口、正极电解液输入口、温度传感器、循环电解液输入口；带有负极电源接线柱端的封头上设置氢气输出口、负极电解液输入口、循环电解液输出口、排液口。

所述封头上的循环电解液输入口、循环电解液输出口通过过滤器、电解液循环泵与散热器形成电解液循环回路。

所述封头上的氧气输出口与氧气储液滤气罐上的进气口连接，封头上的正极电解液输入口与氧气储液滤气罐上的电解液输出口连接；封头上的氢气输出口与氢气储液滤气罐上的进气口连接，封头上的负极电解液输入口与氢气储液滤气罐上的电解液输出口连接。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的筒体为非金属材料制成的两端开口的绝缘筒，组装在筒体内的由相邻的两个镍钛合金外表面上镀释铱钽合金层的极板与绝缘密封橡胶圈卡接构成的电解单元组，利用筒体两端的绝缘压套和电极连接爪紧密封装在筒体内，电解时筒体不作为电极板，解决了现有发生器耗电多的问题，所以其结构设计合理，极板间受力均匀，磁场力均衡，磁力线均等，在电解单元组中利用极板镍钛铱钽合金的记忆性，能够提高电解水中H⁺、OH^-离子分解量，电解效率高，极易产生氢氧混合气体，且不漏气、不漏液。因其极板与绝缘筒体壁间采用绝缘密封连接技术，故无电流泄漏流失，使用安全可靠，不仅产气量大，而且热功损失少。

本发明充分考虑理论水解电压1.23V，理论电解水电能消耗2.95（kW·h），电解水时电解液循环速度极限值0.1～0.15m/s的这一特性，实验室测得电解温度70℃～80℃为电解液最佳值，在此基础上设计了具有上述特殊结构的“密闭式电解水发生器”。其主要特点是在同时接近与满足上述条件时，将多组电解单元利用筒体两端的绝缘压套和电极连接爪紧密封装在筒体内，仅用筒体两端的法兰与封头紧固连接，绝缘筒在无缝隙紧密封装的技术条件下，就实现了上述理论的特性及完成了实验室的数据，克服了一直以来无法解决的电解水平均实际耗电4.5～5.5 kW·h才能生产1立方米氢气的难题。实际检测本发明每生产一立方米氢氧混合气体耗电最大值为2 kW·h（其最小值为1.7 kW·h），按氢占三分之二，氧占三分之一比例分配，每生产一立方米氢仅耗电3 kW·h，与同类产品耗电4.5～5.5 kW·h相比节能约50%以上。生产出的氢氧混合气体与煤气、天燃气、甲醇、柴油等混烧可节约原材料10-15%，混烧的气体排放符合国际标准。因此，本发明解决了现有技术存在的螺栓固定的各杆间拉力不均衡、极板间不平行造成的产生漏气、漏液及气体外泄引发事故等问题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明电解水发生器结构的示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是图1的B向视图；

图4是图1中极板的一种结构示意图；

图5是图4沿C－C线的剖视图；

图6是图1中绝缘密封橡胶圈的一种结构示意图；

图7是图6沿D-D线的剖视图

图8是本发明的一种工作流程图。

图中序号说明：1正极电解液输入口，2氧气输出口，3封头，4法兰，5绝缘密封橡胶圈，6极板，7氢气输出口，8负极电解液输入口，9负极电源接线柱，10循环电解液输出口，11排液口，12绝缘压套，13筒体，14固定座，15电极连接爪，16循环电解液输入口，17温度传感器，18正极电源接线柱，19极板氢氧气体流通口，20极板电解液输出口，21极板电解液输入口。

具体实施方式

根据图1～8详细说明本发明的具体结构。该密闭式电解水发生器包括分别带有正极电源接线柱18、负极电源接线柱9的两个封头3，两端带有法兰4的筒体13，组装在筒体13内的绝缘压套12、电极连接爪15、极板6和绝缘密封橡胶圈5，以及电解液循环回路等件。其中筒体13为两端开口的绝缘筒，并通过固定座14与绝缘架（图中未示出）连接在一起。本实施例采用玻璃钢等硬质非金属材料制成筒体13，其规格尺寸、形状应根据实际需要选择。极板6采用镍钛合金外表面上镀释铱钽合金层的全新结构，以便利用极板镍钛铱钽合金的记忆性，来提高电解水中的H⁺、OH^-离子分解量。各极板6自上而下设置三个轴线相互平行的通孔。其中上口为极板氢氧气体流通口19、中孔为极板电解液输出口20、下孔为极板电解液输入口21，如图4、5所示。绝缘密封橡胶圈5的截面为单侧带止口型，如图6、7所示。结构相同的每个极板6卡装在各绝缘密封橡胶圈5的止口内，相邻的两个极板6组成一个电解单元。通过筒体13两端的法兰4与带有正、负极电源接线柱18、9的封头3紧固连接，将多组电解单元利用筒体13两端的绝缘压套12和电极连接爪15紧密封装在筒体13内，电解时筒体13不作为电极板，解决了现有发生器耗电多的问题，节电，使气体发生在密闭、稳定的条件下进行，如图1所示。并使电极连接爪15与正极电源接线柱18、负极电源接线柱9连接。

带有正极电源接线柱18端的封头3上设置有氧气输出口2、正极电解液输入口1、温度传感器17和循环电解液输入口16等。带有负极电源接线柱9端的封头3上设置氢气输出口7、负极电解液输入口8、循环电解液输出口10和排液口11等。各封头3上的循环电解液输入口16、循环电解液输出口10通过过滤器、电解液循环泵与散热器形成电解液循环回路。

本实施例中的采用的电解液为低浓度NaOH、KOH与纯净水调配而成的混合液。封头3上的氧气输出口2与氧气储液滤气罐上的进气口连接，正极电解液输入口1与氧气储液滤气罐上的电解液输出口连接。封头3上的氢气输出口7与氢气储液滤气罐上的进气口连接，负极电解液输入口8与氢气储液滤气罐上的电解液输出口连接。利用电解液循环时对发生器内气液混合体实施搅拌效应，提高H⁺、OH^-离子碰撞率，提高氢、氧气体产生量。

外部380V电源在控制柜内通过常用的具有微处理机的数字电子设备PLC（可编程逻辑控制器）与具有逆变功能的常用半导体器件IGBT（绝缘栅双极型晶体管）组成的逆变电源相连，封头3上的正、负极电源接线柱18、9与IGBT连接。PLC分别对温度传感器17等器件进行控制，在工作中如“液位”“压力”“温度”等超出规定范围后，可对逆变电源IGBT制动切断，停止电解水发生器的工作，保证设备安全。其工作流程如图8所示。

在温度传感器17发出信号时，PLC控制对电解液循环泵与散热器循环泵进行开启、关闭，通过散热器对电解水发生器的温度进行平衡控制。氢气输出口7、氧气输出口2在电解水发生器工作时排出氢气、氧气，分别送入到氢气储液滤气罐进气口与氧气储液滤气罐进气口。

氧气储液滤气罐在电解水发生器工作时不断将电解液通过氧气储液滤气罐电解液输出口补到正极电解液输入口中，氢气储液滤气罐在电解水发生器工作时不断将电解液通过氢气储液滤气罐电解液输出口补到负极电解液输入口中，保证电解水发生器在工作中不断补充电解液消耗。

Claims (4)

1.一种密闭式电解水发生器，包括分别带有正、负极电源接线柱的封头，两端带有法兰的筒体，组装在筒体内的极板，以及电解液循环回路，其特征在于：所述筒体为非金属材料制成的两端开口的绝缘筒，极板自上而下设置带有极板氢氧气体流通口、极板电解液输出口、极板电解液输入口的三个轴线相互平行的通孔，在极板的镍钛合金外表面上镀释铱钽合金层，每个极板卡装在绝缘密封橡胶圈的止口内，相邻的两个极板组成一个电解单元，通过筒体两端的法兰与封头紧固连接，将多组电解单元利用筒体两端的绝缘压套和电极连接爪紧密封装在筒体内，并使电极连接爪与正、负极电源接线柱连接。

2.根据权利要求1所述的密闭式电解水发生器，其特征在于：所述带有正极电源接线柱端的封头上设置有氧气输出口、正极电解液输入口、温度传感器、循环电解液输入口；带有负极电源接线柱端的封头上设置氢气输出口、负极电解液输入口、循环电解液输出口、排液口。

3.根据权利要求2所述的密闭式电解水发生器，其特征在于：所述封头上的循环电解液输入口、循环电解液输出口通过过滤器、电解液循环泵与散热器形成电解液循环回路。

4.根据权利要求2所述的密闭式电解水发生器，其特征在于：所述封头上的氧气输出口与氧气储液滤气罐上的进气口连接，封头上的正极电解液输入口与氧气储液滤气罐上的电解液输出口连接；封头上的氢气输出口与氢气储液滤气罐上的进气口连接，封头上的负极电解液输入口与氢气储液滤气罐上的电解液输出口连接。