CN201670882U - 一种电解水氢氧发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电解水氢氧发生装置，包括一组正电极和一组负电极，正电极和负电极交替相间排列，每个正电极和每个负电极均包括包括一个或多个极板，相同极性的极板电连接，相反极性的极板之间绝缘，其特征是：这种氢氧发生装置还包括两块夹板以及用于固定极板和夹板的紧固装置；极板上均开有通孔，相邻两个极板之间由密封圈隔开；两块夹板分设于两最外侧极板的外侧，并且夹板的内侧面与最外侧极板之间由密封圈隔开；进水口设置在其中一夹板上，出气口设置在另一夹板上。本氢氧发生装置结构紧凑、体积小，而产生氢气、氧气充足，可以作为辅助燃料，广泛应用于机动车、轮船等。

Description

一种电解水氢氧发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种氢氧发生装置，尤其是涉及一种电解水氢氧发生装置。

背景技术

目前的发动机基本都采用汽油或柴油作为燃料，为发动机提供动力。汽油主要化学成分是C5-C12的烷烃，柴油主要化学成分是C15-C18的烷烃，它们在发动机汽缸内无法充分燃烧，既浪费能源又产生大量一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害气体，造成严重的环境污染。

氢气作为一种理想的燃料，不仅可以由水产生，而且燃烧值大，燃烧后只产生水，对环境没有污染，这是一种人们一直在不断探索的能源。目前，氢气的制备方法主要有化学反应的方法和电解水的方法。

用化学反应的方法制备氢气，其氢气的产生成本大、价格昂贵，并且存在安全问题，因而其应用领域受到限制，目前还不能实现将其产生的氢气作为燃料提供给机动车、轮船等的发动机。

而现有通过电解水制备氢气的方法，其装置一般包括外壳、电解槽、一组正电极极板、一组负电极极板、气体隔离板、氢气导气通道、氧气导气通道和隔板；电解槽设于箱体内；正电极极板和负电极极板置于电解槽中并相间排列，分别连接电源的正负极；气体隔离板设置在每对相邻的正电极极板和负电极极板之间，气体隔离板与相邻的正电极极板间形成氧气隔室，气体隔离板与相邻的负电极极板间形成氢气隔室；氢气导气通道和氧气导气通道通过隔板隔开，并分别与所有氢气隔室和氧气隔室相通；外壳上设有入水口、氢气出口和氧气出口；氢气出口与氢气导气通道相通，氧气出口与氧气导气通道相通。上述这类氢氧发生装置，能把产生的氢气和氧气分离出来，分别由氢气出口和氧气出口送出。但是氢气作为辅助燃料，没有必要将氢气和氧气分离；而且由于上述这类氢氧发生装置的结构关系，其结构比较复杂，且进水、出气、密封和电极极板间的距离等环节处理得不好，造成电解效率低，耗电大等缺点；对于作为辅助燃料使用而言其经济效益不大，因而没有在机动车、轮船等得到广泛的应用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电解水氢氧发生装置，这种电解水氢氧发生装置结构简单紧凑、能够低能耗高效率地产生氢气和氧气，可为发动机提供辅助燃料，以节约燃油。采用的技术方案如下：

一种电解水氢氧发生装置，包括一组正电极和一组负电极，正电极和负电极交替相间排列，每个正电极和每个负电极均包括包括一个或多个极板，相同极性的极板电连接，相反极性的极板之间绝缘，其特征是：所述氢氧发生装置还包括两块夹板以及用于固定极板和夹板的紧固装置；所述极板上均开有通孔，相邻两个极板之间由密封圈隔开；所述两块夹板分设于两最外侧极板的外侧，并且夹板的内侧面与最外侧极板之间由密封圈隔开；进水口设置在其中一夹板上，出气口设置在另一夹板上。

电极可采用单个极板，也可采用多个极板；当电极采用单个极板时，或是导致连接引线较多，或是必须通过正负两条导电棒穿过所有极板，正导电棒与正电极的所有极板电连接而通过绝缘圈与负电极的所有极板绝缘，负导电棒与负电极的所有极板电连接而通过绝缘圈与正电极的所有极板绝缘；优选每个正电极和每个负电极均包括多个极板，这些极板通过导体电连接，而这些电连接在一起的极板只要通过一条引线引出即可，这样大大减少引线的数量，装配更方便，而且不会因为所设置的绝缘圈脱落、老化而导致短路，更优选采用一段导体穿过组成该电极的所有极板。

夹板可采用绝缘材料制成，也可采用非绝缘材料制成，当采用非绝缘材料制成时，在夹板的内侧需设置一个绝缘板，使夹板与水绝缘，优选夹板采用绝缘材料制成。

密封圈一般采用橡胶密封圈，可达到良好的密封效果，并可通过调整密封圈厚度，从而调整隔室的宽度(即相邻两相反极性的极板间的距离)，可达到最佳的电解效果，高效率地产生氢气和氧气。

极板通常采用导电金属材料制成，铜或一些合金材料是不错的选择，但一般情况下采用不锈钢作为制作极板的材料，可以进一步防止锈蚀和节约成本。

进水口经管路连接水箱，为电解水氢氧发生装置供水；出气口连接管路，将产生的氢气和氧气经进一步处理后，供发动机使用。

相邻两个极板之间由密封圈隔开，密封圈将相邻两极板之间的间隙的周边密封，并且夹板的内侧面与最外侧极板之间由密封圈隔开；通过紧固装置从两端的夹板向中间紧压，并使夹板和极板固定，因而相邻两相反极性的极板便通过密封圈绝缘，并且由所有密封圈、极板和两端的夹板形成一个密封的箱体，在相邻极板之间形成一个隔室；通过在所有极板上开设通孔，所有的通孔形成一条通道，并该通道与每一个隔室相通；进水口设置在其中一夹板上，出气口设置在另一夹板上，进水口连接进水管，出气口连接出气管，从进水管加水，水便填充到每一个隔室中去，直至填满所有隔室；此时，将正负极板分别连接电解电源，隔室中的水就在相邻两相反极性的电极的作用下，分解为氧气和氢气；由于由密封圈和夹板形成一个密封的整体，可在进水口一侧施加一定的水压，使每个隔室中所产生的氧气和氢气只能朝出气口流动并从出气口输出。在出气口输出的不单是氧气和氢气，还有水，因此可采用管路将出气口与一个箱体连接，让氧气和氢气从水中分离出来，水可重新导回氢氧发生装置中循环使用，而氧气和氢气则输送入气路后连接到发动机的气门，进入发动机，作为发动机的燃料。

理论上，发动机可以100％使用氢气作为燃料，而氢氧发生装置所产生的氧气和氢气是1∶2，正好符合氢气燃烧的氢氧配比，可以直接导入发动机，供作发动机的燃料。但是，如果发动机全部使用氢气作为燃料，这种发动机的要求很高，必须使用不锈钢气缸、不锈钢阀、陶瓷活塞、燃烧室和密封环，这种发动机的造价非常昂贵，在商业上应用是不可行的。而且发动机100％使用氢气作为燃料时，氢氧发生装置也必须相应做大些，大量产生氧气和氢气的同时产生大量的热量，这需要一个可靠的散热系统，而且氢氧发生装置电解水的电源也是一个问题。基于上述两种考虑，本实用新型的氢氧发生装置只产生适量的氧气和氢气，供发动机作为辅助燃料，在6-18伏的直流电源下即可工作；电解电源可直接采用机动车、轮船等自带的蓄电池，不用特别提供电源，而机动车、轮船等在前进的过程又不断对其蓄电池进行充电，从而解决了电源问题；通过气路控制，按一定的配比供给发动机作辅助燃料，为发动机提供动力的同时，所产生的爆炸力促使汽油或柴油更充分燃烧，并把发动机中的积碳燃烧掉，从而节约能源并减少大气污染。

为了使所产生的氢气和氧气定向由出气管输出，可在进水口施加一定的水压，一般的做法是在进水口一侧的管路上设置一个水泵，还可以在水泵的出水口处增设一个单向阀。

为了达到构成密封箱体的目的，作为本实用新型的优选方案，所述密封圈设置在相邻两个极板之间和夹板的内侧面与最外侧极板之间。将密封圈设置在相邻两极板之间和夹板的内侧面与最外侧极板之间，密封圈将相邻两极板间的间隙密封，密封圈和相邻两极板形成一个隔室，夹板的内侧面、最外侧极板和密封圈同样形成一个隔室，所有密封圈、极板和夹板构成一个密封的箱体；而在密封圈外侧的那部分极板，起到散热作用，并可连接引线。

为了达到构成密封箱体的目的，作为本实用新型的另一种优选方案，所述密封圈套在极板沿周向的边缘，密封圈的厚度大于极板的厚度，相邻两极板上的密封圈紧密接触。将密封圈套在每个极板沿周向的边缘，而密封圈的厚度大于极板的厚度，通过紧固装置向中间紧压并固定，相邻两极板上的密封圈因紧压而将相邻两极板之间的间隙的周边密封，而夹板的内侧面与最外侧极板边缘所套的密封圈紧密接触而密封，从而以极板为支架，密封圈和夹板构成一个密封的箱体。相邻两密封圈向侧面凸出的部分和相邻两极板形成一个隔室，夹板的内侧面、最外侧极板和最外侧极板上密封圈同样形成一个隔室。这种密封方式，整块极板几乎都起到电解作用，电解效率极高。

为了达到更好的密封结构的目的，作为本实用新型对每个极板沿周向的边缘都套有一个密封圈该方案的进一步优选，所述密封圈的内缘沿周向开有一条凹槽，凹槽的宽度与极板的厚度相应，极板的边缘插入凹槽中。通过紧压，可使密封效果更好。

为了达到结构更加紧凑和密封效果更稳定的目的，作为本实用新型进一步的优选方案，所述紧固装置包括连杆和紧固件，连杆穿过两夹板，紧固件安装在连杆的两端。通过连杆穿过两夹板，并在连杆的两端设有紧固件来实现紧压和固定。通常是在连杆的两端开有螺纹，采用螺母作为紧固件，从两端向中间旋紧，可使相邻两密封圈达到充分紧压的目的，从而达到良好的密封效果。紧固装置可以采用一根连杆或多根连杆和紧固件进行紧固；当采用一根连杆和紧固件进行紧固时，为了能够稳固，连杆需穿过在所有极板和夹板的中间位置，并且连杆的外表必须包裹绝缘材料，或整根连杆由绝缘材料制成；当采用至少两根连杆和紧固件进行紧固时，连杆可穿过所有极板和夹板，也可只穿过两夹板；当采用至少两根连杆并只穿过夹板进行紧固时，连杆可由绝缘材料或非绝缘材料制成；当采用至少两根连杆并穿过所有极板和夹板进行紧固时，连杆的外表必须包裹绝缘材料，或整根连杆由绝缘材料制成。优选采用两根金属杆穿过两夹板，并配合紧固件进行紧固，采用金属杆来作为紧固装置的连杆，金属杆更好受力。处于夹板之间的那部分连杆，也可用丝绳代替。另外，对于极板和夹板的紧压和固定，也可在氢氧发生装置的外周上设置夹合装置，使两端的夹板向中间方向夹合极板。

为了达到便于连接和更加紧固的目的，作为本实用新型更进一步的优选方案，所述氢氧发生装置还包括正电极棒和负电极棒，各正电极的极板通过正电极棒电连接，各负电极的极板通过负电极棒电连接；正电极棒和负电极棒分别与电解电源电连接。正电极棒和负电极棒可穿过所有极板和夹板，正电极棒与正电极的极板电连接而与负电极的极板通过绝缘圈绝缘，负电极棒与负电极的极板电连接而与正电极的极板通过绝缘圈绝缘；这种电极棒的连接方式比较适合每个极板沿周向的边缘都套有一个密封圈的方案。优选正电极棒和负电极棒只穿过两夹板而与所有极板均不接触，并从所有正电极向正电极棒引线电连接，从所有负电极向负电极棒引线电连接，电极棒在夹板外侧的两端开有螺纹，并用螺帽锁紧，因此电极棒也起到紧固作用。

为了达到整机更加稳固和安全可靠的目的，作为本实用新型再更进一步的优选方案，所述氢氧发生装置还包括外壳，外壳套接在所有极板的外侧，在两夹板之间，外壳与极板间有缝隙。设置外壳，可防止极板被外界物体接触而引起短路或触电危险；设置外壳同时也使整个装置更加稳固和美观。外壳与夹板接触处，可采用螺丝紧固。外壳上还可开有通风栅栏，便于散热。优选外壳由不锈钢材料制成。

为了达到降低能耗和延长维护周期的目的，作为本实用新型对上述方案的进一步优选，所述极板的材料采用316L系列不锈钢。通过反复试验和实践，采用316L系列不锈钢制作极板，可使极板不会轻易沾上水垢，降低能耗，同时氢氧发生装置也不用经常因沾满水垢而需拆卸清洗护理。

通常情况下，氢氧发生装置还包括两个基座，两个基座设置在外壳两侧的底部。通过基座，可把氢氧发生装置固定到被应用的机器上。如将氢氧发生装置安装到汽车机头的前部通风栅栏的后面，汽车前进行使时，气流从栅栏穿过，对氢氧发生装置起到风冷的作用。

通过极板、密封圈、夹板和紧固装置配合的特殊结构，所有密封圈、极板和夹板形成一个特殊的密封电解槽，进水口设置在一夹板上，出气口设置在另一夹板上，所有极板上均开有通孔，进水口、出气口和极板上的通孔形成一条进水、送水和出气的通道，不用另设电解槽和出气通道，体积小、结构简单紧凑；相邻两电极间的距离，即隔室的宽度，取决于密封圈厚度，可通过调整密封圈沿轴向的厚度，使得隔室的宽度在1.5毫米-2.5毫米之间，且由于上述特殊的密封电解槽结构，其占用的空间几乎全部起到发生电解水的作用，从而达到能耗低而电解效率高的极佳效果；由于本氢氧发生装置结构紧凑，体积小，而产生氢气、氧气充足，故可以广泛应用于机动车、轮船等，作为这些发动机的辅助燃料，由于氢气的燃烧值很大，产生的爆发力促使汽油或柴油更充分的燃烧，使发动机增加能动性，而排放的尾气中的有害气体也大幅度减少，从而进一步解决大气污染的问题。

附图说明

图1是本实用新型的优选实施方式沿正电极棒和负电极棒的剖视图。

图2是图1沿A-A的剖视图。

图3是图1沿B-B的剖视图。

图4是外壳的示意图。

图5是本实用新型另一种实施方式沿绝缘连杆的剖视图。

图6是图1沿C-C的剖视图。

图7是图1沿D-D的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。

在第一种实施方式中，如图1、图2和图3所示，这种电解水氢氧发生装置，包括三个正电极104和三个负电极105、正电极棒101、负电极棒102、两块夹板103和紧固装置；正电极104和负电极105交替相间排列，每一个正电极104包括四个极板122，其中一个负电极105包括一个极板122，另外两个负电极105均包括四个极板122，每一个正电极104中的四个极板通过金属导体106电连接，每一个负电极105中的极板122通过金属导体106电连接；所有极板122上均开有通孔108；正电极棒101和负电极棒102穿过两夹板103，正电极棒101和负电极棒102在夹板103外侧的两端开有螺纹，并用螺帽116锁紧；各个正电极104与正电极棒101电连接，各个负电极105与负电极棒102电连接；相邻两个极板122之间设有密封圈107，夹板103的内侧面与最外侧极板122之间设置有密封圈107；进水口111设置在其中一夹板103上，出气口112设置在另一夹板112上；进水口111连接进水管113，出气口112连接出气管114。

紧固装置包括两根金属连杆115和螺帽116，金属连杆115穿过两夹板103，金属连杆115的两端开有螺纹，螺帽116设置在金属连杆115两端，从金属连杆115两端向中间旋紧，使夹板103、极板122通过密封圈107充分紧压。

如图4所示，这种氢氧发生装置还包括外壳117，外壳117套接在所有极板104和105的外侧，在两夹板103之间，外壳117与极板122之间有缝隙。外壳117与夹板103接触处，可采用螺丝紧固。

这种氢氧发生装置还包括两个基座118，两个基座118设置在外壳117两侧的底部。通过基座118可把氢氧发生装置固定到被应用的机器上。如将氢氧发生装置安装到汽车机头的前部通风栅栏的后面，汽车前进行使时，气流从栅栏穿过，对氢氧发生装置起到风冷的作用。

相邻两个极板122之间设有密封圈107，两块夹板103分设于两最外侧极板的外侧，并且夹板103的内侧面与最外侧极板122之间设有密封圈107；通过旋紧正电极棒101、负电极棒102和两金属连杆115两端的螺帽116，使夹板103向中间紧压，并使夹板103和极板固定，因而相邻两相反极性的极板122便通过密封圈107绝缘，并且由所有密封圈107、极板122和两端的夹板103形成一个密封的箱体，在相邻极板122之间形成一个隔室；通过在所有极板122上开设通孔108，所有的通孔108形成一条通道，并该通道与每一个隔室相通；进水口111设置在其中一夹板103上，出气口112设置在另一夹板103上，进水口111连接进水管113，出气口112连接出气管114，从进水管113加水，水便填充到每一个隔室中去，直至填满所有隔室；此时，将正电极棒101和负电极棒102分别连接电解电源，隔室中的水就在相邻两相反极性的电极104、105的作用下，分解为氧气和氢气；由于由密封圈107、极板122和夹板103形成一个密封的箱体，可在进水口111一侧施加一定的水压，使每个隔室中所产生的氧气和氢气只能朝出气口112流动并从出气口112输出。在出气口112输出的是氧气、氢气和水的混合物，因此可将出气管114与一个箱体连接，让氧气和氢气从水中分离出来，水可通过进水管113重新导回氢氧发生装置中循环使用，而氧气和氢气则输送入气路后连接到发动机的进气管，进入发动机，作为发动机的燃料。

上述正电极104和负电极105的数量一般应相同，可以是单个或其它数量的多个；每个正电极104和每个负电极105可以是包括单个极板，也可以是包括其它数量的多个极板122。

优选上述极板的材料采用316L系列不锈钢；在其它实施方式中，极板的材料可采用其它型号的不锈钢，也可以采用铜或其它合金材料。

在另外一种实施方式中，如图5、图6和图7所示，这种电解水氢氧发生装置，包括10个正电极104和11个负电极105、正电极棒101、负电极棒102、两块夹板103和紧固装置；正电极104和负电极105交替相间排列，每一个正电极104包括一个极板122，每一个负电极105包括一个极板122，各正电极104的极板122通过正电极棒101电连接，各负电极105的极板122通过负电极棒102电连接；各正电极104的极板通过绝缘圈119与负电极棒102电绝缘，各负电极105的极板122通过绝缘圈119与正电极棒101电绝缘；每个极板122沿周向的边缘都套有一个密封圈107，密封圈107的内缘沿周向开有一条凹槽，凹槽的宽度与极板的厚度相应，极板122的边缘插入凹槽中，相邻两极板122上的密封圈107紧密接触；两块夹板103分设于两最外侧极板122的外侧，并且夹板103的内侧面与最外侧极板122上的密封圈107紧密接触。紧固装置包括两根绝缘连杆120和螺帽116，绝缘连杆120穿过所有极板122和两夹板103，绝缘连杆120的两端开有螺纹，螺帽116设置在绝缘连杆120两端，绝缘连杆120两端向中间旋紧，使所有极板122、夹板103通过密封圈107充分紧压。

在每个极板122沿周向的边缘上都套有一个密封圈107，通过绝缘连杆120穿过所有极板122和夹板103，螺帽116则从绝缘连杆120的两端向中间旋紧，使所有极板122和夹板103通过密封圈107充分紧压，并使极板122和夹板103固定；由于密封圈107的厚度大于极板122的厚度，因而相邻两相反极性的极板122便通过密封圈107绝缘；相邻两密封圈107向侧面凸出的部分和相邻两极板122形成一个隔室，夹板103的内侧面、最外侧极板122和最外侧极板122上密封圈107同样形成一个隔室；并且由所有密封圈107和两端的夹板103形成一个密封的箱体。

上述正电极104和负电极105的数量可以是其它数量的多个；上述每个正电极104和每个负电极105可以是包括多个极板。

优选上述极板的材料采用316L系列不锈钢；在其它实施方式中，极板的材料可采用其它型号的不锈钢，也可以采用铜或其它合金材料。

Claims (8)

1.一种电解水氢氧发生装置，包括一组正电极和一组负电极，正电极和负电极交替相间排列，每个正电极和每个负电极均包括包括一个或多个极板，相同极性的极板电连接，相反极性的极板之间绝缘，其特征是：所述氢氧发生装置还包括两块夹板以及用于固定极板和夹板的紧固装置；所述极板上均开有通孔，相邻两个极板之间由密封圈隔开；所述两块夹板分设于两最外侧极板的外侧，并且夹板的内侧面与最外侧极板之间由密封圈隔开；进水口设置在其中一夹板上，出气口设置在另一夹板上。

2.如权利要求1所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述密封圈设置在相邻两个极板之间和夹板的内侧面与最外侧极板之间。

3.如权利要求1所述的所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述密封圈套在极板沿周向的边缘，密封圈的厚度大于极板的厚度，相邻两极板上的密封圈紧密接触。

4.如权利要求3所述的所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述密封圈的内缘沿周向开有一条凹槽，凹槽的宽度与极板的厚度相应，极板的边缘插入凹槽中。

5.如权利要求1或2或3或4所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所所述紧固装置包括连杆和紧固件，连杆穿过两夹板，紧固件安装在连杆的两端。

6.如权利要求5所述的所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述氢氧发生装置还包括正电极棒和负电极棒，各正极板通过正电极棒电连接，各负极板通过负电极棒电连接；正电极棒和负电极棒分别与电解电源电连接。

7.如权利要求6所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述氢氧发生装置还包括外壳，外壳套接在所有极板的外侧，在两夹板之间，外壳与极板间有缝隙。 

8.如权利要求7所述的电解水氢氧发生装置，其特征是：所述极板的材料采用316L系列不锈钢。 

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