CN110747488A - 一种电解水制氧设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电解水制氧设备，包括：电解槽，包括阳极槽和阴极槽、以及位于阳极槽和阴极槽之间将二者隔离的离子交换膜；阴极，位于阴极槽，阴极用于聚集氢离子；阳极，位于阳极槽，阴极用于聚集氧离子；气体输入管道，伸入到所述阴极槽内，用于向阴极槽中通入氧气。由于设置了阴极槽连接气体输入管道，使得氧气或空气可以通过气体输入管道进入阴极槽内，从而为阴极槽内的液体的氧化反应或还原反应提供了条件。
Description
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设备。
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设备，可以向电解槽输入气体，从而抑制阴极槽内只产生氧气而不产生氢气，从而省去氢气回收设备或工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电解水制氧设备，包括：
电解槽，包括阳极槽和阴极槽、以及位于阳极槽和阴极槽之间将二者隔离的离子交换膜；
阴极，位于阴极槽，阴极用于聚集氢离子；
阳极，位于阳极槽，阴极用于聚集氧离子；
气体输入管道，伸入到所述阴极槽内，用于向阴极槽中通入氧气。
在一些实施例中，所述气体输入管道的一端连接机械泵，另一端位于所述阴极槽内的底部。
在一些实施例中，所述气体输入管道的另一端连接有微孔部件，微孔部件具有多个孔隙；所述气体输入管道的另一端插入所述微孔部件内，使得所述气体输入管道与所述微孔部件内的孔隙连通。
在一些实施例中，所述阴极槽的侧壁设置有加热部件。
在一些实施例中，所述加热部件为恒温加热电热丝。
在一些实施例中，所述阳极和所述阴极之间施加直流电源。
在一些实施例中，所述离子交换膜为质子交换膜。
在一些实施例中，所述气体输入管道内通入空气。
本发明的电解水制氧设备，由于设置了阴极槽连接气体输入管道，使得氧气或空气可以通过气体输入管道进入阴极槽内，从而为阴极槽内的液体的氧化反应或还原反应提供了条件；进一步的，气体输入管的端口位于阴极槽的底部，使得进入到阴极槽的气体更加充分地与阴极槽内的电解液接触；此外，采用微孔部件例如气石设置于气体输入管道的另一端，将气体输入管道进入微孔部件的气体进行细化并且使得细化后的气体更加均匀地分散到电解液中，提高了阴极槽内的化学反应效率。进一步的，采用加热部件，促进电解槽内的化学反应更加充分，加快化学反应速率，特别针对远离阴极的电解液，使得整个电解槽内的化学反应更加均匀。
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
图2为本发明的一个实施例的微孔部件的结构示意图
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1～2对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本实施例的电解水制氧系统，包括：
电解槽00，包括阳极槽01和阴极槽02、以及位于阳极槽01和阴极槽02之间将二者隔离的离子交换膜03；这里的离子交换膜03可以为质子交换膜。
阴极A，位于阴极槽01，阴极A用于聚集氢离子；阴极槽01内采用比氢的氧化性强且比氧的氧化性弱的可变价离子的高价态离子溶液的作为电解液；
阳极B，位于阳极槽02，阳极B用于聚集氧离子；
气体输入管道04，伸入到阴极槽02内，用于向阴极槽02中通入氧气；其中，
当向阳极A和阴极B施加电流时，电解槽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，同时阴极槽02内，高价态离子向阴极B聚集，吸收阴极B的电子，被还原为低价态元素，H+不能被还原而不能形成H2气体；同时，氧气和溶液中的H2O将低价态元素再次氧化到高价态离子。
请结合图1和图2，气体输入管道04的一端连接机械泵07，另一端位于阴极槽02内的底部，从而使得通入到阴极槽02内的气体从底部向上浮动，增加气体与电解液接触面积和接触均匀性，使得反应更加充分。进一步的，气体输入管道04的另一端连接有微孔部件05，微孔部件05具有多个孔隙；气体输入管道04的另一端插入微孔部件05的内部，使得气体输入管道04与微孔部件05内的孔隙连通。具体的，微孔部件05包括微孔结构501、接头502，在接头502内部设置有气道503，气体输入管道04的另一端插入到气道503中；微孔结构501的微孔与气道503连通。气体进入到微孔部件05中被均匀细化后进入阴极槽02内，可以与电解液更加充分的结合，提高反应速率和反应效果。较佳的，这里的微孔部件05可以采用气石等微孔陶瓷。
这里，可变价离子为III主族离子、IV主族离子、VII主族离子、过渡族金属离子、镧系离子的一种或多种，较佳的，过渡族金属离子为I、II、IV、V、VI、VII、VIII副族中的一种或多种；例如，可变价离子的高价态为Pd2+,Br0,Tl3+，Ti4+,V4+,Cr6+,Mn7+,Fe3+,Mo6+,Bi3+,Cu2+,Zn2+,Ce4+,Ge4+,Au3+,Pt2+,Ag+的一种或多种，相应的，低价态元素为Pd0,Br-,Tl0，Ti3+,V3+,Cr3+,Mn3+,Fe2+,Mo0,Bi0,Cu0,Zn0,Ce3+,Ge0,Au0,Pt0,Ag0的一种或多种。此外，可变价离子的高价态离子溶液可以为硫酸根、磷酸根、次氯酸根、可变价金属酸根、如PtCl4 2-，AuCl4 -，MnO4 -，VO2 +等，或硝酸根的一种或多种。
这里，详细来描述电解槽00内氧气的生成过程。其中，用Rx+表示元素的高价态，Ry+表示元素的低价态，其中，x为正整数，y为非负正数。
阳极：H2O＝O2+ZH++Ze-；
阴极：MRx++Z e-＝{(Mx-Z)/y}Ry+；
总公式：H2O+MRx+＝{(Mx-Z)/y}Ry++O2+ZH+。
在阳极A和阴极B通电情况下，一般施加直流电源，H2O在阳极A电解产生H+和O2、e-，H+向阴极B移动聚集，穿过离子交换膜；在Rx+离子聚集在阴极B，优于H+抢到e-，被还原为Ry+，从而抑制H+产生H2。因此，在气体输入管道04内直接通入空气即可。空气既可以向阴极槽02内提供氧，又确保氧的低浓度，有利于上述阴极B反应的进行。
此外，在本实施例中，还在阴极槽02上设置防水加热部件08，较佳的，可以设置于阴极槽02的侧壁上，使得阴极槽02内的电解液具有一定的温度，从而促进上述被还原的元素的低价态再次被氧化为高价态，实现材料的循环利用，避免不断添加电解液原料的过程，大大降低了成本，节约了能源。较佳的，防水加热部件08包括防水外壳和置于防水外壳内的电热丝。电热丝连接一防水电线，从而使得防水加热部件08可以完全置于电解液中。当然，防水外壳必须是密封的。此外，需要说明的是，加热部件08设置于阴极槽02的内壁和/或外壁均可。
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 (8)
1.一种电解水制氧设备，其特征在于，包括：
电解槽，包括阳极槽和阴极槽、以及位于阳极槽和阴极槽之间将二者隔离的离子交换膜；
阴极，位于阴极槽，阴极用于聚集氢离子；
阳极，位于阳极槽，阴极用于聚集氧离子；
气体输入管道，伸入到所述阴极槽内，用于向阴极槽中通入氧气。
2.根据权利要求1所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述气体输入管道的一端连接机械泵，另一端位于所述阴极槽内的底部。
3.根据权利要求2所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述气体输入管道的另一端连接有微孔部件，微孔部件具有多个孔隙；所述气体输入管道的另一端插入所述微孔部件内，使得所述气体输入管道与所述微孔部件内的孔隙连通。
4.根据权利要求1所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述阴极槽的侧壁设置有加热部件。
5.根据权利要求4所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述加热部件为恒温加热电热丝。
6.根据权利要求1所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述阳极和所述阴极之间施加直流电源。
7.根据权利要求1所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述离子交换膜为质子交换膜。
8.根据权利要求1所述的电解水制氧设备，其特征在于，所述气体输入管道内通入空气。
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