CN110735149B - 一种电解水制氧系统、密闭空间空气质量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电解水制氧系统、密闭空间空气质量控制系统，包括：阳极、阳极槽、阴极、阴极槽以及位于阳极槽和阴极槽之间的离子交换膜；阴极和阳极连接电源；阴极槽中容纳有添加比氢的氧化性强的金属盐溶液的电解液；当阳极和阴极施加电压时，电解槽内的水分子被电离形成H⁺和OH^‑离子，OH^‑向阳极聚集且被氧化形成O₂气体，H⁺向阴极移动聚集，在阴极处金属盐被还原形成金属单质；H⁺不能被还原而不能形成H₂气体。

Description

一种电解水制氧系统、密闭空间空气质量控制系统

技术领域

本发明涉及电解水制氧技术领域，具体涉及一种电解水制氧系统、密闭空间空气质量控制系统。

背景技术

现有的电解水装置因两个电极之间的距离较大，使得电解水效率较低，并且结构复杂装配拆卸困难，导致使用范围受限。再者，通常采用石棉纸作为隔膜会降低氢气与氧气纯度；有些电解装置的气路与电解槽分离的一体化程度低，没有电解液循环体系等。

此外，电解水制氧技术是指利用水电解法制取氧气和氢气的技术。电解水产生的氧气用于生产生活应用，而电解水产生的氢气进行回收。由于氢气是易燃易爆危险气体，所以不能直接将氢气排放到周围环境中。而采用存储瓶对氢气进行回收，由于存储瓶体积较大，导致整个制氧设备的占有体积较大，使用不方便。

因此，继续研究一种电解制氧系统，不仅具有电解效率高、使用范围广、拆卸简单、使用灵活等优点，还可以抑制电解水只产生氧气而不产生氢气，从而避免采用氢气回收装置等额外设备或工艺。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种电解水制氧系统，避免阴极氢气的产生，从而减少氢气回收结构和工序。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电解水制氧系统，包括：阳极、阳极槽、阴极、阴极槽以及位于阳极槽和阴极槽之间的离子交换膜；阴极和阳极连接电源；所述阴极插入到阴极槽中；阴极槽中容纳有添加比氢的氧化性强的金属盐溶液的电解液；当阳极和阴极施加电压时，所述电解槽内的水分子被电离形成H⁺和OH^-离子，OH^-向阳极聚集，释放电子，被氧化形成O₂气体，所述H⁺向阴极移动聚集，同时所述阴极槽内，在阴极处金属盐被还原形成金属单质；H⁺不能被还原而不能形成H₂气体。

在一些实施例中，所述阴极槽还包括：

一开口，位于所述阴极槽底部，用于将阴极槽内的沉淀物排出；

过滤部件，设置于开口的下方；

回收部件，设置于所述过滤部件的外部，将从过滤部件出来的电解液进行回收；在阴极处金属盐被还原形成金属单质而下沉从所述开口进入过滤部件，且被阻挡在过滤部件，而过滤的电解液流入到回收部件中。

在一些实施例中，所述阴极采用阴极阵列。

在一些实施例中，所述阴极阵列采用挂钩组件与所述电源电连接。

在一些实施例中，所述挂钩组件不具有挂钩的一端固定在与所述电源连接的导线上，另一端具有挂钩，所述阴极挂在所述挂钩上。

在一些实施例中，所述挂钩为多个，所述阴极通过一个叉指支架连接，叉指支架的顶部挂在挂钩上。

在一些实施例中，所述过滤部件具有过滤腔，过滤腔具有侧壁和底部，所述过滤部件的底部设置有过滤网；所述过滤部件的一侧壁设置有第一进气口，所述过滤部件与第一进气口相对的侧壁设置有第一抽滤口。

在一些实施例中，所述回收部件围绕在所述过滤部件外部周围。

在一些实施例中，所述回收部件具有内腔，所述过滤部件位于所述回收部件的内腔内的上部。

在一些实施例中，所述回收部件的内腔顶部具有开口，使得所述过滤部件陷入所述内腔内。

在一些实施例中，所述内腔的底部设置有回流口。

在一些实施例中，所述内腔的底部具有倾斜面，在所述倾斜面逐渐降低的一侧的内腔侧壁设置有回流口。

在一些实施例中，所述回收部件围绕在所述过滤部件的侧壁外部周围；所述回收部件的与所述第一进气口相对的侧壁设置有第二进气口，一进气管道依次贯穿插入第一进气口和第二进气口，使得气体从沿进气管道穿过回收部件直接进入所述过滤腔内；所述回收部件与所述第二进气口相对的所述的侧壁上还设置有第二抽滤口。

在一些实施例中，所述阴极槽内壁下部具有倾斜光滑侧壁，倾斜光滑侧壁使得阴极槽的腔体向下逐渐变窄。

在一些实施例中，所述倾斜光滑侧壁与水平面的夹角大于45°。

在一些实施例中，所述阴极槽靠近所述开口的侧壁上设置有振荡器。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种密闭空间空气质量控制系统，包括上述的电解水制氧系统。

本发明的电解水制氧系统，在阴极槽底部设置开口，可以将阴极槽内的沉淀物排出，过滤部件能够将沉淀物和阴极槽内的液体相分离，回收部件将经过滤的液体回收，从而实现因阴极槽电解液的循环利用，减少成本。进一步的，阴极槽内添加的电解液为金属盐溶液，当通电时，阴极处的金属盐被还原呈金属单质经开口被挡在过滤部件上，经过滤的电解液流入回收部件。此外，阴极采用阴极阵列形式，阴极阵列可以加速还原金属盐，抑制氢气的生成。而阴极阵列采用挂钩组件方便阴极的更换。在金属盐在阴极上还原析出金属单质达到饱和后会脱落掉入电解槽中，避免粘附于阴极槽的侧壁或底部，还设阴极槽的内壁下部具有倾斜光滑侧壁，并且向着底部逐渐变窄，从而使得阴极槽内的金属单质不会附着于侧壁而是直接滑入回收部件中，特别是大角度倾斜，极大程度减少了金属单质在侧壁上的附着，使得金属单质可以汇聚于阴极槽的开口处。进一步的，还在阴极槽的侧壁设置了振荡器，比如潮社鞥振荡器，使得金属单质在超声振荡条件下无法附着于侧壁。此外，阴极槽的底部的开口处还设置开关，例如，电磁阀，通过开关来控制开口的启闭时间，还可以防止第一抽滤口或第二抽滤口在抽滤的过程中将过多的阴极槽内的电解液抽入到过滤部件中。

此外，第一过滤口实现第一级抽吸过滤，第二过滤口实现第二级抽吸过滤，可以在开关将开口关闭时，实现对落入到过滤部件的电解液进行第一级抽吸过滤和第二极抽吸过滤，从而提高对金属单质的精确过滤，提高过滤效率。而过滤部件可以采用可拆卸式过滤网，在过滤了较多金属单质时，将过滤网及时更换。更需要说明的是，还可以在回流部件的内腔底部设置回流口，用于经过滤的液体的排出和回收，而进一步在内腔的底部设置倾斜面，对电解液向回流口流动起到良好导向作用。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的电解水制氧系统的结构示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合具体实施例，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

以下结合具体实施例和附图1对本发明作进一步详细说明。

本实施例中，请参阅图1，电解水制氧系统具有电解槽00，包括：阳极A、阳极槽01、阴极B、阴极槽02以及位于阳极槽01和阴极槽02之间的离子交换膜03；阴极B和阳极A连接电源04。

阳极A和阴极B施加电压时，电解槽00内的水分子被电离形成H⁺和OH^-离子，OH^-向阳极A聚集，释放电子，被氧化形成O₂气体。H⁺向阴极B移动聚集。

而阴极槽02包括：一开口203，位于阴极槽02底部，用于将阴极槽02内的沉淀物排出；过滤部件05，设置于开口203的下方；回收部件06，设置于过滤部件05的外部，将从过滤部件05出来的电解液进行回收。阴极槽02中容纳有添加比氢的氧化性强的金属盐溶液的电解液，较佳的，金属盐溶液中的金属元素有Au、Ag、Pd、Cu、Mn、Bi、Cr、Ge等。此外，在电解液中还可以添加缓冲剂等添加剂，从而控制金属盐溶液中金属离子被还原的速度。需要说明的是，这些金属盐在水中溶解度大，电解液无污染，电解时无有毒气体产生，如SO_x,NO_x,Cl₂等，所选金属离子易被还原，活动性弱于H⁺，还原电位高于H⁺至少200mV。

在阳极A和阴极B施加电压时，阴极槽02内，在阴极B处金属盐被还原形成金属单质而下沉从开口203进入过滤部件05，且被阻挡在过滤部件05，而过滤的电解液流入到回收部件06中；H⁺不能被还原而不能形成H₂气体。

这里，阴极B可以采用阴极阵列，采用挂钩组件07将阴极阵列与电源04电连接。为了方便换取阴极B，采用挂钩组件07与电源04电连接。具体的，挂钩组件07不具有挂钩的一端固定在与电源04连接的导线上，另一端具有挂钩，阴极B挂在挂钩上。此外，挂钩可以为多个，阴极B通过一个叉指支架08连接，叉指支架08的顶部挂在挂钩上。

为了进一步避免金属沉淀在阴极槽02侧壁的附着以及在阴极槽02底部的附着，在阴极槽02内壁下部还设置有倾斜光滑侧壁201，倾斜光滑侧壁201使得阴极槽02的腔体向下逐渐变窄，较佳的，倾斜光滑侧壁201与水平面的夹角大于45°，不仅对液体起到向下的导向作用，还对金属沉淀施加向下的作用力，避免附着在侧壁上。进一步的，阴极槽02的侧壁且靠近开口203的位置设置有振荡器202，振荡器202可以为超声振荡器等，利用振荡作用促进金属沉淀和液体向下流动，进一步避免附着在侧壁201上。

如图1所示，过滤部件05具有过滤腔Q1，过滤腔Q1具有侧壁和底部，过滤部件05的底部设置有过滤网；过滤部件05的一侧壁设置有第一进气口502，过滤部件05与第一进气口502相对的侧壁设置有第一抽滤口501。第一进气口502和第一抽滤口501构成第一级抽吸过滤结构。特别的，在阴极槽02的底部开口203设置一开关，开关控制开口203的启闭。在一种情况下，回收部件06围绕在过滤部件05的侧壁外部周围，回收部件06的与第一进气口502相对的侧壁设置有第二进气口602，一进气管道依次贯穿插入第一进气口502和第二进气口602，使得气体从沿进气管道穿过回收部件06直接进入过滤腔Q1内；回收部件06与第二进气口602相对的侧壁上还设置有第二抽滤口601，第二进气口602与第二抽滤口601构成第二极抽吸过滤结构。因此，通过开关开启阴极槽02底部的开口203持续第一时间，经过第一级抽吸过滤结构实现第一级抽滤加快进入阴极槽02底部开口203的金属沉淀进入过滤部件05中。第一时间结束后，关闭阴极槽02底部开口203。然后，开启第二抽吸过滤结构进行第二极抽吸过滤，增加抽吸过滤的强度，使得在过滤部件05上的金属沉淀中的水分进一步进入回收部件06中，提高电解液的回收效率。

这里，回收部件06围绕在过滤部件05外部周围设置。回收部件06还可以具有一内腔Q2，过滤部件05位于回收部件06的内腔Q2内的上部。较佳的，回收部件06的内腔Q2顶部具有开口，使得过滤部件05陷入内腔Q2内，从而确保整个过滤部件05和回收部件06之间的结合性，避免从阴极槽02出来的液体流到回收部件06外部。

在回收部件06的内腔Q2的底部还设置有回流口602，用于回收液体。较佳的，在内腔Q2的底部设置有倾斜面，倾斜面向回流口602逐渐降低倾斜，对液体起到导向作用，加快液体的排出。

此外，本发明还提供了一种密闭空间空气质量控制系统，包括上述的电解水制氧系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (13)

1.一种电解水制氧系统，包括：阳极、阳极槽、阴极、阴极槽以及位于阳极槽和阴极槽之间的离子交换膜；阴极和阳极连接电源；所述阴极插入到阴极槽中；其特征在于，阴极槽中容纳有添加比氢的氧化性强的金属盐溶液的电解液；当阳极和阴极施加电压时，所述电解槽内的水分子被电离形成H⁺和OH^-离子，OH^-向阳极聚集，释放电子，被氧化形成O₂气体，所述H⁺向阴极移动聚集，同时所述阴极槽内，在阴极处金属盐被还原形成金属单质；H⁺不能被还原而不能形成H₂气体；

所述阴极槽内壁下部具有倾斜光滑侧壁，倾斜光滑侧壁使得阴极槽的腔体向下逐渐变窄；

阴极槽还包括：

一开口，位于所述阴极槽底部，用于将阴极槽内的沉淀物排出；在开口处设置一开关，来控制开口的启闭；

过滤部件，设置于开口的下方；

所述过滤部件具有过滤腔，过滤腔具有侧壁和底部，所述过滤部件的底部设置有过滤网；所述过滤部件的一侧壁设置有第一进气口，所述过滤部件与第一进气口相对的侧壁设置有第一抽滤口；

回收部件，设置于所述过滤部件的外部，将从过滤部件出来的电解液进行回收；在阴极处金属盐被还原形成金属单质而下沉从所述开口进入过滤部件，且被阻挡在过滤部件，而过滤的电解液流入到回收部件中；

所述回收部件围绕在所述过滤部件的侧壁外部周围；所述回收部件的与所述第一进气口相对的侧壁设置有第二进气口，一进气管道依次贯穿插入第一进气口和第二进气口，使得气体从沿进气管道穿过回收部件直接进入所述过滤腔内；所述回收部件与所述第二进气口相对的所述的侧壁上还设置有第二抽滤口；其中，第一进气口和第一抽滤口构成第一级抽吸过滤结构，第二进气口和第二抽滤口构成第二级抽吸过滤结构。

2.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述阴极采用阴极阵列。

3.根据权利要求2所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述阴极阵列采用挂钩组件与所述电源电连接。

4.根据权利要求3所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述挂钩组件不具有挂钩的一端固定在与所述电源连接的导线上，另一端具有挂钩，所述阴极挂在所述挂钩上。

5.根据权利要求4所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述挂钩为多个，所述阴极通过一个叉指支架连接，叉指支架的顶部挂在挂钩上。

6.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述回收部件围绕在所述过滤部件外部周围。

7.根据权利要求6所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述回收部件具有内腔，所述过滤部件位于所述回收部件的内腔内的上部。

8.根据权利要求7所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述回收部件的内腔顶部具有开口，使得所述过滤部件陷入所述内腔内。

9.根据权利要求7所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述内腔的底部设置有回流口。

10.根据权利要求7所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述内腔的底部具有倾斜面，在所述倾斜面逐渐降低的一侧的内腔侧壁设置有回流口。

11.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述倾斜光滑侧壁与水平面的夹角大于45°。

12.根据权利要求1所述的电解水制氧系统，其特征在于，所述阴极槽靠近所述开口的侧壁上设置有振荡器。

13.一种密闭空间空气质量控制系统，其特征在于，包括权利要求1所述的电解水制氧系统。

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