CN218710906U - 一种高压水电解制氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压水电解制氧装置，包括电解槽，所述电解槽的端面设置有四个通孔，其中两个所述通孔连通有氧气水瓶，另外两个所述通孔连通有氢气水瓶；本实用新型在使用时，电解槽通过直流电对水进行电解，在膜电极的阴阳极两腔室分别产生氢气与氧气，再将氢气与氧气分别输送至氧气水瓶和氢气水瓶的上部，抽取的氧气和氢气再分别通过氧气干燥器和氢气干燥器干燥后储存或使用，该装置采用超纯水作为体系唯一液体，无需其他电解质、能够在高压、大电流密度下，高效运行，产生的氧气可直接给高压气瓶充气，无需其他增压设备，制氧纯度达到99.99％、能耗低，一定程度上降低了该设备的体积和成本。

Description

一种高压水电解制氧装置

技术领域

本实用新型涉及化工、制氧设备技术领域，具体为一种高压水电解制氧装置。

背景技术

氧气是人类赖以生存的物质基础，也是维持生命活动的重要因素。目前，主要的制氧技术有物理制氧和化学制氧，化学制氧是采用氧化还原反应制取氧气，如超氧化物制氧、氯酸盐分解和水电解等。化学法制氧具有方便携带、产氧快和纯度高的特点。水电解制氧技术主要以氢氧化钾为电解液，存在体积大、强腐蚀性、转化效率低和高耗能等缺点，不利于在封闭场所使用。此外，常压水电解制备的氧气还需增压装置才可储存氧气，增大了设备的成本和体积。

现有水电解制氧技术存在的缺点：

(1)以碱性水电解制氧为原理的制氧机，存在电解效率低、腐蚀性强、氧气的过滤比较差、制氧纯度达不到99％的要求；

(2)目前常压水电解制氧设备，无论是质子交换膜水电解还是碱性水电解技术均需要压缩泵对氧气进行增压再储存，增加了设备体积和成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压水电解制氧装置，该装置采用超纯水作为体系唯一液体，无需其他电解质、能够在高压、大电流密度下，高效运行，产生的氧气可直接给高压气瓶充气，无需其他增压设备，制氧纯度达到99.99％、能耗低，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高压水电解制氧装置，包括电解槽，所述电解槽的端面设置有四个通孔，其中两个所述通孔连通有氧气水瓶，所述氧气水瓶的一端连通有氧气压力表，所述氧气压力表的一端连通有氧气干燥器，所述氧气干燥器的一端连通有安装有第六球阀的第一出气管，且位于所述氧气干燥器与第六球阀之间的第一出气管上安装有第一比例卸荷阀，另外两个所述通孔连通有氢气水瓶，所述氢气水瓶的一端连通有氢气压力表，所述氢气压力表的一端连通有氢气干燥器，所述氢气干燥器的一端连通有安装有第七球阀第二出气管，位于所述氢气干燥器与第七球阀之间的第二出气管上安装有第二比例卸荷阀，所述氢气水瓶和氧气水瓶内储存有纯水，所述电解槽的一侧安装有风扇，所述电解槽的另一侧安装有测温仪，所述电解槽内设置有阳极腔室和阴极腔室，所述阳极腔室和阴极腔室之间设置有膜电极。

优选的，所述氢气水瓶和氧气水瓶均设置为耐高压钢瓶，所述氢气水瓶的体积是氧气水瓶体积的两倍。

优选的，四个所述通孔分别连通有氧气导气管、阳极供水管、氢气导气管和阴极供水管，所述氧气导气管和阳极供水管的一端均与氧气水瓶连通，所述氢气导气管和阴极供水管的一端均与氢气水瓶连通。

优选的，所述阳极供水管上安装有第二球阀，所述阴极供水管上安装有第一球阀，所述阳极供水管和阴极供水管之间连通有第一水管，所述第一水管上安装有第三球阀。

优选的，所述阳极腔室的一端与阳极供水管的另一端连通，所述阴极腔室与阴极供水管的另一端连通，所述膜电极的压力在氧气水瓶和氢气水瓶压力保持相同时达到平衡。

优选的，所述氧气水瓶的一端连通有第一出水管，所述第一出水管上安装有第四球阀，所述氢气水瓶的一端连通有第二出水管，所述第二出水管上安装有第五球阀。

优选的，所述第一出气管的一端连通有氧气储存罐，所述第二出气管的一端连通有氢气储存罐。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型主要通过电解槽、氧气水瓶、氢气水瓶、氧气干燥器、氢气干燥器、第一比例卸荷阀和第二比例卸荷阀的配合，电解槽通过直流电对水进行电解，在膜电极的阴阳极两腔室分别产生氢气与氧气，再将氢气与氧气分别输送至氧气水瓶和氢气水瓶的上部，抽取的氧气和氢气再分别通过氧气干燥器和氢气干燥器干燥后储存或使用，该装置采用超纯水作为体系唯一液体，无需其他电解质、能够在高压、大电流密度下，高效运行，产生的氧气可直接给高压气瓶充气，无需其他增压设备，制氧纯度达到99.99％、能耗低，一定程度上降低了该设备的体积和成本。

2、本实用新型在使用时不受地域限制，可应用于载人航天、潜艇、车船和医院封闭活动等场所。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、电解槽；2、风扇；3、测温仪；4、第一球阀；5、第二球阀；6、第三球阀；7、氧气水瓶；8、氢气水瓶；9、第四球阀；10、第五球阀；11、氧气压力表；12、氢气压力表；13、第一比例卸荷阀；14、第二比例卸荷阀；15、氧气干燥器；16、氢气干燥器；17、第六球阀；18、第七球阀；311、氧气导气管；321、阳极供水管；331、氢气导气管；341、阴极供水管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种高压水电解制氧装置，包括电解槽1，所述电解槽1的端面设置有四个通孔，其中两个所述通孔连通有氧气水瓶7，所述氧气水瓶7的一端连通有氧气压力表11，所述氧气压力表11的一端连通有氧气干燥器15，所述氧气干燥器15的一端连通有安装有第六球阀17的第一出气管，且位于所述氧气干燥器15与第六球阀17之间的第一出气管上安装有第一比例卸荷阀13，另外两个所述通孔连通有氢气水瓶8，所述氢气水瓶8的一端连通有氢气压力表12，所述氢气压力表12的一端连通有氢气干燥器16，所述氢气干燥器16的一端连通有安装有第七球阀18第二出气管，位于所述氢气干燥器16与第七球阀18之间的第二出气管上安装有第二比例卸荷阀14，所述氢气水瓶8和氧气水瓶7内储存有纯水，当氢气水瓶8和氧气水瓶7内的气压超过一定压力时，第一比例卸荷阀13和第二比例卸荷阀14会自动打开释放压力，所述电解槽1的一侧安装有风扇2，所述电解槽1的另一侧安装有测温仪3，水电解过程中，通过测温仪3检测电解槽温度并使用风扇2进行冷却热交换，所述电解槽1内设置有阳极腔室和阴极腔室，所述阳极腔室和阴极腔室之间设置有膜电极；

所述氢气水瓶8和氧气水瓶7均设置为耐高压钢瓶，所述氢气水瓶8的体积是氧气水瓶7体积的两倍，通过氢气水瓶8和氧气水瓶7用于储气和储水，基于水电解原理，氢气是氧气的两倍，故将氢气水瓶8体积设置的比氧气水瓶7体积大。

四个所述通孔分别连通有氧气导气管311、阳极供水管321、氢气导气管331和阴极供水管341，所述氧气导气管311和阳极供水管321的一端均与氧气水瓶7连通，所述氢气导气管331和阴极供水管341的一端均与氢气水瓶8连通。

所述阳极供水管321上安装有第二球阀5，所述阴极供水管341上安装有第一球阀4，所述阳极供水管321和阴极供水管341之间连通有第一水管，所述第一水管上安装有第三球阀6。

所述阳极腔室的一端与阳极供水管321的另一端连通，所述阴极腔室与阴极供水管341的另一端连通，所述膜电极的压力在氧气水瓶7和氢气水瓶8压力保持相同时达到平衡，当氧气水瓶7和氢气水瓶8中的压力始终保持相同的压力时，电解槽1中膜电极两侧阴阳极腔室的压力差为零，达到压力平衡防止因压差过大造成膜电极破裂，商用质子交换膜电极可承受的压差不超过3MPa。

所述氧气水瓶7的一端连通有第一出水管，所述第一出水管上安装有第四球阀9，所述氢气水瓶8的一端连通有第二出水管，所述第二出水管上安装有第五球阀10。

所述第一出气管的一端连通有氧气储存罐，所述第二出气管的一端连通有氢气储存罐，通过氧气储存罐和氢气储存罐用于储存制备的氧气和氢气，也可将制备的氧气直接使用。

在设备启动前，在氧气水瓶7和氢气水瓶8中充满超纯水，电解槽1工作时，把220V交流电源连接至电控整流箱，输出直流电且正负极与电解槽1相连。电解槽1通过直流电对水进行电解，在膜电极的阴阳极两腔室分别产生氢气与氧气，随后通过外侧氢气导气管331和氧气导气管311将氢气与氧气分别输送至氢气水瓶8和氧气水瓶7的上部，氢气水瓶8和氧气水瓶7底部的超纯水受到重力与气体压力的作用，持续为电解槽1供水，根据水电解的化学式：2H₂O→2H₂+O₂，氢气产气量体积是氧气产气量体积的两倍，在氢气水瓶8和氧气水瓶7上端支路通过第一比例卸荷阀13和第二比例卸荷阀14来调节氢气水瓶8和氧气水瓶7中气体压力，使氢气水瓶8和氧气水瓶7的压差不高于3MPa，制取的氧气经氧气干燥器15干燥后进行储存或使用。随着水电解的进行，需要在系统中的水耗尽前，断电泄压并在氧气水瓶7和氢气水瓶8顶端进行补水。

在补水时，高压水电解制氧装置运行一段时间，当系统中的水接近消耗完毕时，切断电源，释放压力并在氧气水瓶7和氢气水瓶8顶端进行补充超纯水，并打开氧气水瓶7和氢气水瓶8下方第三球阀6使两瓶内水压相等；

在用氧时，在高压水电解制氧设备的用氧端连接有一个氧气干燥器15用于除水，然后通过第六球阀17控制进行氧气的使用与储存。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高压水电解制氧装置，包括电解槽(1)，其特征在于：所述电解槽(1)的端面设置有四个通孔，其中两个所述通孔连通有氧气水瓶(7)，所述氧气水瓶(7)的一端连通有氧气压力表(11)，所述氧气压力表(11)的一端连通有氧气干燥器(15)，所述氧气干燥器(15)的一端连通有安装有第六球阀(17)的第一出气管，且位于所述氧气干燥器(15)与第六球阀(17)之间的第一出气管上安装有第一比例卸荷阀(13)，另外两个所述通孔连通有氢气水瓶(8)，所述氢气水瓶(8)的一端连通有氢气压力表(12)，所述氢气压力表(12)的一端连通有氢气干燥器(16)，所述氢气干燥器(16)的一端连通有安装有第七球阀(18)第二出气管，位于所述氢气干燥器(16)与第七球阀(18)之间的第二出气管上安装有第二比例卸荷阀(14)，所述氢气水瓶(8)和氧气水瓶(7)内储存有纯水，所述电解槽(1)的一侧安装有风扇(2)，所述电解槽(1)的另一侧安装有测温仪(3)，所述电解槽(1)内设置有阳极腔室和阴极腔室，所述阳极腔室和阴极腔室之间设置有膜电极。

2.根据权利要求1所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：所述氢气水瓶(8)和氧气水瓶(7)均设置为耐高压钢瓶，所述氢气水瓶(8)的体积是氧气水瓶(7)体积的两倍。

3.根据权利要求1所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：四个所述通孔分别连通有氧气导气管(311)、阳极供水管(321)、氢气导气管(331)和阴极供水管(341)，所述氧气导气管(311)和阳极供水管(321)的一端均与氧气水瓶(7)连通，所述氢气导气管(331)和阴极供水管(341)的一端均与氢气水瓶(8)连通。

4.根据权利要求3所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：所述阳极供水管(321)上安装有第二球阀(5)，所述阴极供水管(341)上安装有第一球阀(4)，所述阳极供水管(321)和阴极供水管(341)之间连通有第一水管，所述第一水管上安装有第三球阀(6)。

5.根据权利要求4所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：所述阳极腔室的一端与阳极供水管(321)的另一端连通，所述阴极腔室与阴极供水管(341)的另一端连通，所述膜电极的压力在氧气水瓶(7)和氢气水瓶(8)压力保持相同时达到平衡。

6.根据权利要求1所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：所述氧气水瓶(7)的一端连通有第一出水管，所述第一出水管上安装有第四球阀(9)，所述氢气水瓶(8)的一端连通有第二出水管，所述第二出水管上安装有第五球阀(10)。

7.根据权利要求1所述的一种高压水电解制氧装置，其特征在于：所述第一出气管的一端连通有氧气储存罐，所述第二出气管的一端连通有氢气储存罐。

Images