CN1510172A - 高效布朗气发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用提高电解效率方法制成的高效布朗气发生器，是一种电解液自然循环式布朗气发生器，它具有如下结构特点：即，利用提高电解效率的方法，提示设定电极板面积的标准值，并通过该标准值，设定适量电极板和单位电极板的有效面积，以减少电阻，形成从根本上不易发热的电解槽；使用与电解槽形态及大小相适应的横流风扇，使电解液保持恒温，以防止其过热；使O型环截面呈凹凸状，以增加其耐久性，使之在连续运作24小时的情况下，也不会出现任何问题。它所生成的布朗气是备用于21世纪的替代能量，其主要用于产业用自动加热装置或锅炉等暖房燃料。

Description

高效布朗气发生器

技术领域

本发明涉及一种气体发生技术，特别一种有关提高电解效率的布朗气发生器技术。通过它来设定最为合适的电极板面积，以减少电阻，并提高冷却效率，使电解液保持恒温。此外，它采用电解液自然循环式，以减少费用并发挥出最高效率。

背景技术

将水电解，会生成负极氢气和正极氧气，并出现氢气和氧气的化学比例为2∶1的混合燃气形态，这就是所谓的布朗气。布朗气是完全无公害燃料，它通过自身氧气完全燃烧，并还原成水蒸气，是一种最理想的燃料，并成为深受广大消费者青睐的21世纪替代能量。

为使用这种布朗气作燃料，需要有一种高效布朗气发生器。为将布朗气用于锅炉、加热炉或工厂自动加热装置，需要有一个即使连续运作24小时，也不会出现任何问题且具有高耐久性的燃气生成器。

常规燃气生成器只要稍一运作，电解槽温度就会立即上升，并从内部生成水蒸气，减少燃气质量，使电解槽因过热而作废。因此，急需一种能使电解液保持恒温的方法。

具备电解液循环泵和散热器，并采用强制循环式水冷方法，也能降低取得降温效果，但这种方式需要耗费很多不必要的费用。因此，根据该发明研制成的高效布朗气发生器采用了电解液自然循环空冷方式，以最大限度地减少所需费用，并从根本上带来降温效果，提高了电解效率。

在采用依靠电解液自然循环式的空冷式冷却方法的电解槽中，最有效的是本发明人在1995年提出专利申请，并于1998年注册的韩国实用新案专利第117445号和日本实用新案专利第3037633号“氧气生成器电解槽结构”(以下简称引用专利)中详细说明的空冷式电解槽，该电解槽采用了使电极板向外突出形成，依靠风扇直接空冷的方式。该引用专利的概要书内容如下：

“该发明不同于常规方式，设有电极板、逆电流器和O型环，并垂直了电极板，呈散热器形态，能有效冷却发热的电解槽温度，易分解维修，设在其内部的电解液充填室还能生成优质氧气。

即，该发明的电解槽用拉线螺丝连接电极板和逆电流器，垂直形成半圆状，并在其内部设置电解液充填室，上下两端配置燃气箱和储水箱，使电解液有效在电解槽充填室填充。其中，已填充电解液的电解槽呈散热器形式，外部空气从电极板之间通过，以有效冷却电解槽。”

如在该引用专利所述，使用电解液自然循环式的电极板突出式电解槽，其电极板相对而设，多个电极板分别隔着电解液充填室垂直连接，并通过连在电解槽两侧盖板底部吸嘴的管道，从储水箱供应电解液，电解槽中生成的布朗气，通过与上端排气嘴相连的管道，上升到燃气箱，以使电解液自然循环。

在这种电解液自然循环式电解槽中，尤为重要的一点就是，布朗气在电解槽内部生成之后，应直接向上排出，而电解液也应随时得以填充。否则，就会形成排出的电解液容量大小的空间，这一部分无法形成电解现象，从而降低电解效率，最终导致过热现象。

如果电解槽过热，就会生成水蒸气，导致燃气质量下降，损坏电极板之间的O型环，并导致电解液泄漏，引发火花，最终使电解槽作废，这一点充分说明了电解液流动的重要性。

发明内容

为了从根本上解决这些问题，保障电解液顺畅流通，需减少了电极板的数量，缩短电解液通路。但又不能盲目减少电极板，所以适量设定是解决问题的关键。减少电极板数量，单位电极板的有效电解面积就会随之增加，解决问题时应充分考虑到这些相互关系。

其中，最易损坏的是O型环，故为提高其耐久性能，O型环截面应呈特殊的凹凸状，而非单纯的圆形。

因此，本发明对电解槽的O型环进行了改良处理，并为提高其耐久性，确保电解槽的电解液顺畅流通，减少了电极板数量，并设定了最适宜的电极板有效面积，以减少电阻，形成了从根本上降低温度的高效电解槽。

此外，使用横向设有风口的横流风扇，其风口的形状和大小与电解槽相符，提高了空冷效率，使电解液保持恒温，并使电解液箱呈较高的圆筒状，以确保电解液自然循环，提供整体效果优秀的布朗气发生器。

为解决上述问题，提供高效布朗气发生器，首先应适当设定电极板的有效面积，采用从根本上降温的方法。

适当设定电极板的面积是解决问题的关键，所以本发明在至今开发出的较为实用的高效电解槽中，只选用了得到实际认证的电解槽。

因此，本发明计算并提示了投入的电气能量与氢氧气发生量的比例，并为提高电解槽效率，与电解效率100％的情况作比较，采用了如下方法：据法拉第电磁感应定律，

1)通过电解释放到电极中的物质总量与通过电极的电荷总量成正比。

2)电极所生成的物质总量与该物质的化学当量成正比。(相当于法拉第常数的电荷量，将释放出分解物质的化学当量。)

3)法拉第常数＝9.648670×10⁴(C/mol)

如上所述，法拉第电磁感应定律提示电解时的电荷量与化学当量之间的关系。

水的化学当量等于氢气与氧气的化学当量之和，为9(g)。因此，按照水的化学当量9(g)，修改水的电解方程式系数，就得出如下方程式：

       ×22.4(L)+×22.4(L)＝16.8(L)

       ×2(g)+×32(g)＝9(g)

从上述方程式可知，相当于水的化学当量9(g)的氢氧气量为16.8(L)。

为获取16.8(L)的气体，将在1个小时内供应9.648670×10⁴(C/mol)的电荷量，所以按照如下方式计算所需的电流量。

Q(C)＝I(A)×t(Sec)

$I=\frac{Q}{t}=\frac{96486.70}{3600}=26.80\left(A\right)$

然后，在1个小时内继续供应26.80(A)的电流，为得出16.8(L)的气体，按照如下方式计算电量。如果这时的电解液为KOH，电极之间的电压一般采用2.1(V)。

P＝V×I×h

＝2.1×26.8×1＝56.28(W)

最后，投入56.28(W)的电气能量，生成的氢氧气总量为16.8(L)，就意味着其效率已达到100％。

即，16.8/56.28＝298.5(l/W)或56.28/16.8＝3.35(W/l)。

因此，如有新开发的电解槽，就可利用电量计和燃气量测定计测定，并与298.5(l/kW)作比较，计算其电解效率。

详细说明电极板适当面积的计算方法如下：

根据本发明人最先申请注册的专利第0275504号和日本专利第3130014号“设有并列式电解槽的布朗气大量发生装置”研制出的模型BK-6000布朗气发生装置，投入23kW电压，生成6600(l)布朗气。

因此，其功率为6600/23＝286.9(l/kW)，

并据286.9/298.5＝0.96得出，其电解效率为96％。

BK-6000的电极板总面积为94,080cm²，故得知94080/6600＝14.25cm²/l。今后，电极板面积将以14.25cm²/l的并列式高效电解槽单位面积作为其标准值。

因此，在根据本发明研制成的高效布朗气发生器中，每燃气生产量(l)适用14.25cm^2的电极板单位面积，并以此设定电极板数量和单位电极板面积，形成电解槽，从根本上提高电解效率。

综上所述，电极板面积的计算公式如下：

电极板面积(cm²)＝14.25×燃气发生量(l)

如上所述，根据本发明研制成的布朗气发生器，将设定电极板面积所需的标准值锁定为14.25cm²/l，开发出能从根本上减少过热现象的高效电解槽，并通过设置与电解槽的长度相同的横流风扇，提高冷却效率，解决了噪音问题，使电解液箱呈较高的圆筒状，以确保电解液顺畅流通，加强了自然循环式电极板突出式电解槽的燃气生成效率，并将最易损坏的O型环截面改成特殊的凹凸状，加强了其耐久性能，即便长时间使用，也不会出现电解液泄漏现象。从整体方面，大大提高了电解效率，使之在连续运作24小时的情况下，也不会出现任何问题，并使布朗气成为名符其实的燃料。

根据本发明研制成的高效布朗气发生器主要用于产业用自动加热装置，还可广泛用于锅炉等暖房燃料供应装置，使得布朗气成为倍受青睐的21世纪的替代能量。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的整体结构组装示例图

图2是图1的横断面图

图3为本发明的组成结构之一电解槽的组装截面图

图4为本发明的组成结构之一电解槽配件分解示意图

图5为本发明的组成结构之一O型环截面图及详解图

图6为本发明的组成结构之一设有辅助箱的电解液箱组装示意图

图7为本发明的整体系统图

图中主要部分符号说明

10 箱体            11  滚轮        12  绝缘托架

20 电解槽          21  电极板      21a 拉线螺孔

21b电解液流通孔    21c 通气孔      22  逆电流器

23 O型环           24  盖板        25  电解液入口

26 排气嘴          27  拉线螺      28  电源端口

29 电解液充填室    30  横流风扇

31 引风箱          41  电解液箱    42  辅助箱

43 电解液水位计    50  注水口      60  水位传感器

70 压力开关        80  供电装置    90  控制装置

具体实施方式

如图1～图7所示，根据本发明研制成的高效布朗气发生器具有如下结构特点：即，带有滚轮11的布朗气发生器上设有相应的箱体10；箱体10内部用绝缘托架12固定设置电极板突出式电解槽20；连在电解槽20供应电解液并汇集布朗气的电解液箱41；冷却该电解槽20的横流风扇30；供应直流电源的供电装置80以及控制装置90。

如图3～图5所示，电极板突出式电解槽20的四角设有拉线螺孔21a；设有电解液流通孔21b  通气孔21c的电极板21；为使四角形成拉线螺孔22a而用绝缘材料注塑成型的逆电流器22；为防电解液泄漏而用耐碱性橡胶材料制成的O型环23以及盖板24、24a。在电极板与电极板21之间，交叉连接逆电流器22和O型环23，以形成电解液充填室29，定量排列电极板21，在其两侧设置一体型电解槽盖板24、24a，并用拉线螺丝27组装连接。

本发明中的电解槽20具有如下结构特点：即，适用“电极板面积＝14.25×燃气生产量”的公式，并根据布朗气发生器的燃气生产量算出电极板面积，设定适量电极板21和单位电极板21的有效面积，计算电解液实际填充量的O型环23内径，以此设定逆电流器22和电极板21的大小。

利用引风箱31盖住电解槽的外廓，通过横流风扇30带来最大的冷却效果。

如图5所示，O型环23截面并非呈单纯的圆形，而是形成凹陷23b和凸起23a状态，并被压缩固定在电极板21与电极板21之间，以此加强了其耐久性，即便长时间使用，也不会出现电解液泄漏现象。

如图6和图7所示，本发明的电解液箱41、41a具有如下结构特点：即，呈圆筒状，高度达700mm以上，设有电解液水位计43、水位传感器60和注水口50，并为储藏足够的电解液，提高冷却效率，还设有辅助箱42、42a。设在电解液箱41、41a上部流嘴44、44a和电解槽盖板24、24a上的排气嘴26、26a与连接管46、46a相连；下部流嘴45、45a通过连接管47，47a与电解液入口25、25a相连接；电解槽20中生成的布朗气，将沿着连接管46、46a上移，最终汇集于电解液箱41、41a上部，并沿着燃气线49，经过逆流防止器(未图示)，被供应到燃烧器。

如图7所示，本发明的整体系统具有如下结构特点：即，左右两侧分别设有同样的电解液箱41、41a，电解液箱41、41a均带有电解槽20和辅助箱42、42a，并明确区分电源正极和电源负极，以防出现漏电现象。

从直流供电装置80向设在电解槽盖板24、24a上的正极电源端口28和负极电源端口28a供应电源，就会立即生成布朗气，并沿着连接管46、46a，向上进入电解液箱41、41a，电解液会直接沿着连接管47、47a得以补充，形成顺畅的自然循环现象。

根据本发明研制成的布朗气发生器还具有如下特点：即，随着燃气用量的增加，通过压力开关70的“ON”、“OFF”运作，会自动生成燃气和终止生成燃气，也就是通过操纵系统反复运作。例如，关闭开关阀75，就会终止生成燃气。此外，超电压警报装置和由水位传感器60组成的水量不足警报装置通过控制装置90得以自动控制。

将本发明者现有实际生产的常规模型BS-600(燃气生成量600l/h)与根据发明开发的新模型BN-600进行比较如下：

根据本发明研制成的BN-600型布朗气发生器的电极板面积为14.25cm²/l×600l/h＝8550cm²。如果其电极板数量为80EA，单位电极板的有效面积就是8550cm²/80EA＝106.8cm²，O型环的内径为116。

考虑到O型环和逆电流器的大小及散热面积等要素，将电极板的实际大小定为W155×H180。

其电解槽两端施加160V×13A的电力，生成600l/h的燃气，耗电量为3.7W/l，电解效率为96％。

将此与常规BS-600(耗电量为4.2W/l电极板数量为105EA)型布朗气发生器进行比较，电解效率增加了12％。

因电极板的数量减少25个，从而降低了制造成本，并将常规的圆心状轴流风机替换成横流风扇，提高了冷却效率，将风量降至三分之一。常规模型的轴流风机为起到散热效果，需要很高的风压和风量，会引发很大噪音，而本发明则成功解决了这一问题。

Claims (4)

1、一种高效布朗气发生器，其特征是：带有滚轮(11)的布朗气发生器上设有相应的箱体(10)；箱体(10)内部用绝缘托架(12)固定设有电极板突出式电解槽(20)；连在电解槽(20)供应电解液并汇集布朗气的电解液箱(41，41a)；冷却该电解槽(20)并设有引风箱(31)的横流风扇(30)；供应直流电源的供电装置(80)以及控制装置(90)。

2、如权利要求1所述的高效布朗气发生器，其特征是：电极板突出式电解槽(20)的电极板(21)之间，应交叉连接逆电流器(22)和O型环(23)，排列成电解液充填室(29)，利用拉线螺丝(27)在其两端组装连接一体型电解槽盖板(24)，并用“电极板面积＝14.25×燃气生成量”的公式计算电极板(21)的大小和数量。

3、如权利要求2所述的高效布朗气发生器，其特征是：形成电解液充填室(29)的O型环(23)截面并非呈单纯的圆形，而应形成凹陷23b和凸起23a状态，并被压缩固定在电极板(21)之间。

4、如权利要求1所述的高效布朗气发生器，其特征是：带有辅助箱(42、42a)的电解液箱(41、41a)呈圆筒状，高度在700mm以上，并设置电解液水位计(43)、水位传感器(60)和注水口(50)；设在电解槽盖板(24、24a)上的排气嘴(26、26a)与连接管(46、46a)相连，并将电解液入口(25、25a)与连接管(47、47a)相连。

Images