CN1120603A

CN1120603A - 直立电解槽式氢氧燃气装置

Info

Publication number: CN1120603A
Application number: CN 94113101
Authority: CN
Inventors: 陈启星
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-17

Abstract

本发明是一种电解水产生氢氧混合气体的装置。电解槽A是由电极板B和(采用绝缘、耐温、耐强碱的材料制成)间隔圈D叠成，直立地装配在氢能机中，其电极板面平行于地面，或与地面成小的夹角。极板B上开有液气孔M以供液气的流动，槽中各极板通过电解产生的氢氧混合气体都经液气孔自动上冒，聚集于上置式液气罐3，很热的氢氧气体从气孔K出来后，经冷凝管28冷却，通过液气分离器F后，很纯的氢氧气经雾化器24和回火防止器25以及出气嘴26向外供气。

Description

直立电解槽式氢氧燃气装置

本发明是关于电解设备的结构和制造方面的发明，以下简称氢能机。

目前的氢能焊割机等装置电解槽采用卧式结构、不利于产出的氢氧气体的流动，降低了电解效率，人们为了改善气体流动附加了一个电磁泵，结果是产生大的噪声和增加成本。而且由于电磁泵耐温不高，所以对循环系统和散热系统的要求很高。

本发明的目的是通过采用立式电解槽，使氢氧混合气直接上冒至储气罐，减化循环系统和散热系统结构、提高效率、降低成本。

本发明是一种电解水产生氢氧混合气体的装置，图1是带液气循环系统和散热系统的装置，图2是不带液气循环系统只带气体散热系统的装置，其结构和工作原理介绍如下：电解槽A是由电极板B和(采用绝缘、耐温、耐腐蚀的材料，比如说树脂、橡胶或塑料制成的)等间隔圈D叠成，直立地装配在氢能机中，直立式的特征，可以定义为其电解槽的轴向线Z与地面的法线呈小于50度的夹角。其电极板面可以是平面或各种曲面、其特征是装配在氢能机中以后，电极板B各处的(向上的)法线与地平面的法线的夹角呈锐角，极板的各处为斜面，有利于气泡向上冒，电极板B的顶部开有液气孔M以供液气的流动，槽中各极板通过电解产生的氢氧混合气体都经液气孔自动上冒，聚集于上置式液气罐3，很热的氢氧气体从气孔K出来后，经冷凝管28冷却，通过液气分离器F后，很纯的氢氧气经雾化器24和回火防止器25以及出气嘴26向外供气。冷凝管28沿切向插入液气分离器F，产生离心力分出液体，F的上部有多重伞形滤网，进一步阻拦液体；另一方面、液气分离器F中聚集的冷凝液经细小管道27流回液气罐3。小管27又细又长、液气罐3的温度传不到液气分离器F，而液气分离器F中的冷凝液在重力的作用下流回液气罐3。冷凝管28中部有一个液罐式回火防止器E，当冷凝管28中的冷凝液在气压的作用下往外冲，到达液罐E时，气压急剧下降，冷凝液在充满防火罐E以前很难被冲到液气分离器F，都会滞流在防火罐E和下部的冷凝管28中，回火将无法通过充满液体的防火罐E和冷凝管28。图2A和图2B描述了液气分离器和防止回火器合二而一的更简单的结构F，冷凝管28从切向插入液气分离器F的底部，图2A中，液气分离器F足够大，能容纳连续工作4小时所凝聚的液体，而且它的液气入口G高于液气罐出气口K，下班停机后，液气分离器F中的液体就流回液气罐3；图2B中，液气分离器F的入口G高于液气罐3的出气口K，两者之间的冷凝管28从G口盘旋逐渐往下至K口，冷凝液将随时流进液气罐3中，但是它不能起到防止回火的作用。以上部分是图1和图2两种装置共有的，图1的装置多了一个液气循环系统和散热系统，电解液在电解槽A中被加热而上浮，在由冷凝管31和散热片及电风扇(图中没画出)组成的散热器中，电解液被冷却而下沉，所以电解槽A和散热器31构成了一个热对流的循环冷却系统。

图1和图2提出两种电路系统，图2是普通的可控硅桥式整流电路18，整流后对电解槽提供直流电，也可以不整流，对电解槽直接供工频电，1J1和2J1分别是气压继电器4和温度继电器32的常闭触点，当气压过高或温度过高时关断1C1，或者关断可控硅18的触发信号(因不是本专利的内容，触发电路没有画出)，暂停电解。为了消除电极板的阳极面钝化而对电解产生的不利影响，经常调换电解槽电源的正负极是有效措施。采用一个双稳态时间开关电路TK按一定的时间间隔进行通断变换，2C1、2C2一对常闭触头和2C3、2C4一对常开触头交替通断，以改变电极的正负方向。

图1的电路称为双半波对称整流，负半周时二极管18对左边的电解槽供电，正半周时二极管21对右边的电解槽供电，这样两个电解槽共同组成正负半周对称的用电器，不至产生波形畸变，这种结构不但可以降低成本，而且可以避免液气罐等部分带电，假定插头7和双向开关6接通电源后，X2和Y2端接的是火线使液气罐3和盖2以及25和26带电，Y2会通过R1(即11)向接地端22漏电，漏电保护器8会立即切断电源并示警，提醒用户将双刀开关6扳到另一端。这时改变双向开关6的方向即可使Y2接零线、正常工作。1J1(即13)是气压继电器4的常闭触头，气压过高时断开，使接触器线圈1C失电而断开常开触头1C1。当温度不高时，温度继电器32的常开触头2J1断开，电磁阀(或泵)线圈10没电，电磁阀(或泵)33关闭，(电风扇也不工作，没画出)，使电解液温度升高以利于提高电解效率；当温度过高时，温度继电器32的常开触头2J1闭合，电磁阀(或泵)线圈10通电，电磁阀(或泵)33打开，(电风扇也工作，没画出，电解液在电解槽A和散热器31中进行循环冷却。36采用绝缘管道以利于适应各种供电线路，36是放液嘴。对于简化结构而言，完全不要温度继电器12和32，也不要电磁阀(或泵)33和10，直接接通35和31即可，因为温度低时热对流慢，温度高时热对流快，散热也快。

本发明中，电解槽是其核心部分，电解槽中的电极板B可以采用多种形状，可以是平面形、伞形、球面形、圆弧面屋顶形、三角屋顶形、人字屋顶形。其中平面板采用倾斜装配可利于气液流动；伞形气液流动性最好，液气孔开在圆心处的顶部；由于电解液从上到下是直通路，不参加电解的漏电流较大；而图5至图9的三种形状的电极板比较理想，从俯视图图6来看，它们是圆形，有一个呈平面的圆环边，以利于它和圆环形的间隔圈互相粘接叠放，气孔M在顶的端部，液孔N在同一端的底部，组装电解槽时，相邻电极板的气液孔错开安放，相邻电极板之间孔与孔之间的距离远有利于减小电解液中不参加电解的漏电流，这种电极板的气液流动性比伞形电极板要差，但总体效果较好。图7至图9是图6的R-R剖视图，中间部分分别是三角屋顶形、人字屋顶形、圆弧面屋顶形的侧视图，这种形状很容易将产生的氢氧气集中到顶部。图5是图6的T-T剖视图，顶部呈一条水平线，氢氧气集中到这里后很快从气孔M冒上去，补充液从孔N流下。

电极板做好以后，按照图3和图4或图10的结构装配成电解槽。

方法1，按图3和图4的结构，螺栓2和螺帽3通过压块5压紧电极板(8、9、10三种形状之一)和间隔圈7，结合面涂胶以保证密封，绝缘垫6用以减少压块5上的感应电，绝缘套筒4用以保证螺栓2上不带电。1和11是液气管。电极板的外径大于间隔圈7的外径，伸出部分的电极板就相当于散热片，当槽温过高时可很快地向外散热，以改善散热条件，为了充分利用材料充当散热片，电极板的外围可做成方形。图11是生产间隔圈的模具，螺栓2和螺帽1通过压块3压紧模板5和模芯4，再将加填料和固化剂的环氧树脂浇注在6的位置，固化后拆卸该模具，即做成了间隔圈7。如果图3中采用平面电极板，而将整个电解槽倾斜于地面装配，每一块电极板的液气孔M和图3中的液气管1都开在最上方，也是可行的结构。

方法2，按图3和图4的结构，螺栓2和螺帽3通过压块5压紧电极板和间隔圈7的替身圈7，然后将熔融状态的尿素(除了尿素，其它可熔融的材料，如蜡等材料也可采用)注入到电解槽内腔，尿素固化后拆除替身圈7，再将加填料和固化剂的环氧树脂浇注在间隔圈7的位置，固化后冲洗掉尿素即做成了电解槽。

方法3，按图10的结构，电解槽的外层是一个铁罐6，内层是绝缘衬套层7，将电极板8固定在里面。螺栓2和螺帽3通过压块4压紧密封垫5用以保证密封。9是绝缘液气管，11是绝缘垫套。螺栓2上不带电。1和10是液气管。12和13是电极板的裹了绝缘层的电源接头。

因为是示意图，整个装置的外壳、电风扇、散热片没有画出。

Claims

1、一种电解水产生氢氧混合气体的装置，简称氢能机，由电解槽、供电系统、液气循环系统和散热系统组成，图1是带液气循环系统和散热系统的装置，图2是不带液气循环系统只带气体散热系统的装置，其特征和工作原理介绍如下：电解槽A是由电极板B和(采用绝缘、耐温、耐腐蚀的材料，比如说树脂、橡胶或塑料制成的)等间隔圈D叠成，直立地装配在氢能机中、直立式的特征、可以定义为其电解槽的轴向线Z与地面的法线呈小于50度的夹角。其电极板面可以是平面或各种曲面，其特征是装配在氢能机中以后、电极板B各处的(向上的)法线与地平面的夹角呈锐角，电极板B的顶部开有液气孔M以供液气的流动，槽中各极板通过电解产生的氢氧混合气体都经液气孔自动上冒，聚集于上置式液气罐3，很热的氢氧气体从气孔K出来后，经冷凝管28冷却，通过液气分离器F后，很纯的氢氧气经雾化器24和回火防止器25以及出气嘴26向外供气。冷凝管28沿切向插入液气分离器F，产生离心力分出液体，F的上部有多重伞形滤网，进一步阻拦液体；另一方面，液气分离器F中聚集的冷凝液经细小管道27流回液气罐3。小管27又细又长、液气罐3的温度传不到液气分离器F，而液气分离器F中的冷凝液在重力的作用下流回液气罐3。冷凝管28中部有一个液罐式回火防止器E，当冷凝管28中的冷凝液在气压的作用下往外冲、到达液罐E时，气压急剧下降，冷凝液在充满防火罐E以前很难被冲到液气分离器F，都会滞流在防火罐E和下部的冷凝管28中、回火将无法通过充满液体的防火罐E和冷凝管28。以上部分是图1和图2两种装置共有的，图1的装置多了一个液气循环系统和散热系统，电解液在电解槽A中被加热而上浮、在由冷凝管31和散热片及电风扇(图中没画出)组成的散热器中，电解液被冷却而下沉，所以电解槽A和散热器31构成了一个热对流的循环冷却系统。

图1和图2提出两种电路系统，图2是普通的可控硅桥式整流电路，18整流后对电解槽提供直流电，也可以不整流，对电解槽直接供工频电，1J1和2J1分别是气压继电器4和温度继电器32的常闭触点，当气压过高或温度过高时关断1C1，或者关断可控硅18的触发信号(因不是本专利的内容、触发电路没有画出)，暂停电解。

图1的电路称为双半波对称整流，正半周时二极管18对左边的电解槽供电，负半周时二极管21对右边的电解槽供电，这样两个电解槽共同组成正负半周对称的用电器，不至产生波形畸变，这种结构不但可以降低成本，而且可以避免液气罐等部分带电、假定插头7和双向开关6接通电源后，X2和Y2端接的是火线使液气罐3和盖2以及25和26带电，Y2会通过R1(即11)向接地端22漏电，漏电保护器8会立即切断电源并示警，提醒用户将双刀开关6扳到另一端，这时改变双向开关6的方向即可使Y2接零线、正常工作。1J1(即13)是气压继电器4的常闭触头，气压过高时断开，使接触器线圈1C失电而断开常开触头1C1。当温度不高时，温度继电器32的常开触头2J1断开，电磁阀(或泵)线圈10没电，电磁阀(或泵)33关闭、(电风扇也不工作，没面出)，使电解液温度升高以利于提高电解效率；当温度过高时，温度继电器32的常开触头2J1闭合，电磁阀(或泵)线圈10通电，电磁阀(或泵)33打开，(电风扇也工作，没画出)，电解液在电解槽A和散热器31中进行循环冷却，36采用绝缘管道以利于适应各种供电线路，36是放液嘴。对于简化结构而言，完全不要温度继电器12和32，也不要电磁阀(或泵)33和10，直接接通35和31即可，因为温度低时热对流慢，温度高时热对流快，散热也快。

2、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是电极板的结构和制造，电解槽中的电极板B可以采用多种形状，可以是平面形、伞形、球面形、圆弧面屋顶形、三角屋顶形、人字屋顶形。其中平面板采用倾斜装配可利于气液流动；伞形和球面形气液流动性最好，液气孔开在圆心处的顶部；以上形状由于电解液从上到下是直通路，不参加电解的漏电流较大；而图5至图9的三种形状的电极板比较理想，从俯视图图6来看，它们是圆形，有一个呈平面的圆环边，以利于它和圆环形的间隔圈互相粘接叠放，气孔M在顶的端部，液孔N在同一端的底部，组装电解槽时，相邻电极板的气液孔错开安放，相邻电极板之间孔与孔之间的距离远有利于减小电解液中不参加电解的漏电流，这种电极板的气液流动性比伞形电极板要差，但总体效果较好。图7至图9是图6的R-R剖视图，中间部分分别是三角屋顶形、人字屋顶形、圆弧面屋顶形的侧视图，这种形状很容易将产生的氢氧气集中到顶部。图5是图6的T-T剖视图，顶部呈一条水平线，氢氧气集中到这里后很快从气孔M冒上去，补充液从孔N流下。

3、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是电解槽的结构和制造，按图3、图4和图10的结构装配成电解槽，并直立地装配在氢能机中。直立式的特征，可以定义为其电解槽的轴向线Z与地面的法线呈小于50度的夹角。

电解槽制造方法1，按图3和图4的结构，螺栓2和螺帽3通过压块5压紧电极板(8、9、10三种形状之一)和间隔圈7，结合面涂胶以保证密封，绝缘垫6用以减少压块5上的感应电，绝缘套筒4用以保证螺栓2上不带电。1和11是液气管。电极板的外径大于间隔圈7的外径，伸出部分的电极板就相当于散热片，当槽温过高时可很快地向外散热。为了充分利用材料充当散热片，电极板的外围可做成方形。图11是生产间隔圈的模具，螺栓2和螺帽1通过压块3压紧模板5和模芯4，再将加填料和固化剂的环氧树脂浇注在6的位置，固化后拆卸该模具，即做成了间隔圈7。

4、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是电解槽的结构和制造，按图3、图4和图10的结构装配成电解槽，

电解槽制造方法2，按图3和图4的结构，螺栓2和螺帽3通过压块5压紧电极板和间隔圈7的替身圈7，然后将熔融状态的尿素(除了尿素，其它可熔融的材料，如蜡等材料也可采用)注入到电解槽内腔，尿素固化后拆除替身圈7，再将加填料和固化剂的环氧树脂浇注在间隔圈7的位置，固化后冲洗掉尿素即做成了电解槽。

5、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是电解槽的结构和制造，按图3、图4和图10的结构装配成电解槽，方法3，按图10的结构，电解槽的外层是一个铁罐6，内层是绝缘衬套层7，将电极板8固定在里面。螺栓2和螺帽3通过压块4压紧密封垫5用以保证密封。9是绝缘液气管，11是绝缘垫套。螺栓2上不带电。1和10是液气管。12和13是被绝缘层裹好的电极板的电源接头。

6、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是它的液气循环系统和散热系统，电解液在电解槽A中被加热而上浮，在由冷凝管31和散热片及电风扇(图中没画出)组成的散热器中，电解液被冷却而下沉，所以电解槽A和散热器31构成了一个热对流的循环冷却系统。

7、根据权利要求1所述的氢能机，其进一步的特征是液气分离器F和防止回火器E的结构，冷凝管28沿切向插入液气分离器F。产生离心力分出液体，F的上部有多重伞形滤网，进一步阻拦液体；另一方面，液气分离器F中聚集的冷凝液经细小管道27流回液气罐3。小管27又细又长，液气罐3的温度传不到液气分离器F，而液气分离器F中的冷凝液在重力的作用下流回液气罐3。冷凝管28中部有一个液罐式回火防止器E，当冷凝管28中的冷凝液在气压的作用下往外冲，到达液罐E时，气压急剧下降，冷凝液在充满防火罐E以前很难被冲到液气分离器F，都会滞流在防火罐E和下部的冷凝管28中，回火将无法通过充满液体的防火罐E和冷凝管28。图2A和图2B描述了液气分离器和防止回火器合二而一的更简单的结构F，冷凝管28从切向插入液气分离气F的底部，图2A中，液气分离器F足够大、能容纳连续工作4小时所凝集的液体，而且它的液气入口G高于液气罐出气口K，下班停机后，液气分离器F中的液体就流回液气罐3；图2B中，液气分离器F的入口G高于液气罐3的出气口K，两者之间的冷凝管28从G口盘旋逐渐往下至K口，冷凝液将随时流进液气罐3中、但是它不能起到防止回火的作用。

8、根据权利要求1所述的氢能机、其进一步的特征是图1的双半波对称整流电路，负半周时二极管18对左边的电解槽供电，正半周时二极管21对右边的电解槽供电，这样两个电解槽共同组成正负半周对称的用电器、不至产生波形畸变，这种结构不但可以降低成本，而且可以避免液气罐等部分带电，假定插头7和双向开关6接通电源后，X2和Y2端接的是火线使液气罐3和盖2以及25和26带电，Y2会通过R1(即11)向接地端22漏电，漏电保护器8会立即切断电源并示警，提醒用户将双刀开关6扳到另一端。这时改变双向开关6的方向即可使Y2接零线，正常工作。为了消除电极板的阳极面钝化而对电解产生的不利影响，经常调换电解槽电源的正负极是有效措施。采用一个双稳态时间开关电路TK按一定的时间间隔进行通断变换，2C12C2一对常团触头和2C3、2C4一对常开触头交替通断，以改变电极的正负方向。