CN2310078Y

CN2310078Y - 高效制氧装置

Info

Publication number: CN2310078Y
Application number: CN 97208637
Authority: CN
Inventors: 蔡乃才; 吴克俭; 夏建国
Original assignee: SENYE COMMERCIAL AND INDUSTRIAL Co Ltd DONGGUAN CITY
Current assignee: SENYE COMMERCIAL AND INDUSTRIAL Co Ltd DONGGUAN CITY
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2007-01-28

Abstract

本实用新型是一种电化学制氧机。它是由空气炭电极、金属阳极、催化分解网、电解槽、密封仓、液位检测探头及报警提示装置、空气净化装置、恒流直流电源等部件组成。装置内部的电极反应机制有别于同类制氧机。催化膜的选材和微观形态及电极的空间排布方式十分独特。整机的结构严谨科学。一系列行之有效的技术措施不仅保持了同类制氧机产氧纯度高(>99.5%)的优点,更重要的是实现了双极出氧,明显提高了制氧效率(单位面积出氧速度比同类机大40—60%)降低槽电压9～10%,有益于产品的使用寿命。

Description

高效制氧装置

本实用新型是属于电化学领域的最新实用成果，它可用作家庭医疗保健吸氧器，一定空间范围内的氧调器。

已有的制氧技术主要有三类；一是物理法，即液化空气分离法和吸附分离法；二是化学法，即利用过氧化物的化学分解反应产生氧气；三是电化学法，如隔膜法电解水，在阴极产生氢气，在阳极产生氧气(参见中国专利CN90226455.6、CN89202177.2、CN93245199.4)。这种电解水法，槽电压高，能耗大，结构复杂，且氧气中易混入氢气，氢气的大量逸出又导致不安全。近年来另一种电解法制氧技术问世。该技术是将锌空气电池(或燃料电池)的空气电极移到电解水的装置中，取代电解水的析氢电极，用氧还原代替析氢反应，而阳极反应与电解水相同，即

阳极反应：

阴极反应：从而得到高氧(＞99.5％)的纯氧。这一电化学制氧装置称为无氢制氧机。

现有的无氢制氧机主要存在两大问题：

1、制氧速度较低。例如中国专利CN94243624.5、CN94216000.2中所述的装置，工作电流密度为5A/dm²，每平方分米阳极的制氧速度为16～20ml/min。其因是空气电极对氧的析出速度没有直接贡献，仅仅作为“无氢”电极而已。

2、整机结构不严谨，对核心部件(电解槽)缺乏有效的保护措施。具体表现在以下四个方面；

(1)没有净化空气二氧化碳的措施，导致电解质溶液易“碳酸化”，缩短电极寿命。

(2)在非使用状态(包括搬运状态)下，对电解槽没有采取密封保护措施，其后果非但使溶液易“碳酸化”，还会因水分蒸发速度得不到抑制而使电解液贫水。

(3)、电解槽无缺水报警提示装置。

(4)、没有可保证空气在炭电极表面均匀分布的技术措施，因而电极表面的电流分布不均匀，影响制氧速度和电极使用寿命。

针对现有的无氢制氧机存在上述问题，本实用新型提供一种包括透气膜、催化膜、导电网的空气炭电极，电解槽里的催化分解网置于金属阳极之后的高效制氧装置。

本实用新型具有阳极组件1、金属阳极组件2、电解槽5、空气净化装置11、氧气洗气瓶12等组成的高效制氧装置，其电极和电解槽的特征在于：a、阴极组件1是采用空气炭电极，包括透气槽、催化膜、导电网，催化膜是由焦碳(石墨)与活性炭混碾而成；b、电解槽里安置了γ-MnO₂催化分解网3，催化分解网置于金属阳极之后；c、电解槽的上方设有由检测探头和提示原件组成的液位检测装置9。电解槽外设有密封仓，密封仓的底部和上部设计了空气气流阻尼装置。设计了非使用状态下的气路全密闭装置，由锁紧开关和正门组成。空气入口处设置了二氧化碳净化装置。所述的电解槽可制成单槽或多槽串联的电解装置。所述的电解槽的侧面设在透明的液位观察窗6和加液口7。

为了提高制氧速度(效率)，获得较大抽制氧量，我们在电极的微观和宏观构造方面采取了以下三种独特的技术方案：

(1)在焦炭(或石墨)微粉中嵌入活性炭(两者比例7∶3)作为制备催化膜的基本原料。应用于态湿态混辗工艺使之有效嵌杂，使微粉均匀地分布在活性炭的微粒表面，以增加催化膜的微吸附中心和目标反应位，促使氧在催化膜表面的还原向生成HO₂ ^-离子的方向进行，即：

催化膜用碾片机(市面有售)将粉料反复碾压而成。膜和电极的成型工艺与常规相同(与锌空气电池电极的制作基本相同)。

(2)采用正极靠近空气电极，催化分解网置于正极之后的特殊的电极空间配置方式(见图1)。

我们采用这种前无一例的电极空间构造方式，使阴极产物HO₂ ^-离子的分解机制发生了重要的改变。即是；空气电极表面产生HO₂ ^-之后，通过电迁、扩散的传质作用，使大部分HO₂ ^-直接在阳极表面发生电化学氧化，成为阳极的主要电化反应：

阳极成了HO₂ ^-的主要反应场所。因溶液对流作用而离散溶液中少量的HO₂ ^-离子(约10-15％)在催化分解网上发生化学催化分解：

(3)用于催化HO₂ ^-分解的催化分解网是用γ型微晶电解MnO₂直接组装在网络结构的材料中构成的。单位面积用量为20-30g/dm²。这种具有“原装”型构造的催化分解网有益于充分发挥MnO₂表面固有高催化活性对HO₂ ^-离子的快速分解作用。

由于采用了以上技术措施，本制氧系统造氧性能有明显提高。上述技术措施(1)、(3)的共同效应使每平方分米的电极(阳极和阴极同面积)可产出24-30ml/min(纯度＞99.5％)(工作电流密度为5A/dm²)，比上述无氢制氧机高40-60％。由于技术措施(2)的功效，单槽电压(电流密度为5A/dm²)为1.0-1.15伏，比同类产品降低9-10％，对稳定制氧速度起到了一定的作用。

为了保护装置的核心部件，提高制氧装置的使用寿命，在电解槽和整机结构方面我们采取了以下技术措施：

(1)在空气入口处设置由“四氟碱膜和碱石灰”联合作用的二氧化碳净化装置(见图2)。

(2)电解槽组放入密封仓内，该密封仓的底部和上部设计了空气气流阻尼装置(见图1)以利于空气在炭电极的表面均匀分布。

(3)设计了非使用状态(包括搬运状态)下新颖的气路全密闭的装置(见图3)。该装置集气路的通与闭、电源的开与关、氧气的启用与复位三个功能于一体，仅需一次动作即可实现三个功能同步转换。

(4)在电解槽上部安装了“微电解池”液位检测报警装置(见图1、图4)。一旦出现报警，用户可通过透明液位观察窗查找贫水的电解槽，以便及时补充水份。

由于采用了上述措施(1)、(2)、(3)使电解槽失永速度降低，特别是碱液碳酸现象了明显的改善，同未采用这些措施的电解槽相比，碳酸化速度减小80％以上。技术措施(4)确保了装置安全运行的可靠性。

附图说明：

图1是电解槽结构示意图。

图2是空气净化装置结构示意图。

图3是气路密闭装置图。

图4是失水报警提示系统电路控制方框图。

图中，1是空气炭电极，2是金属阳极，3是催化分解膜，4是密封仓，5是电解槽，6是液位观察窗，7是电解液注入口，8是出气口，9是报警提示装置，10是送气装置，11是空气净化装置，12是洗气瓶。

本实用新型的高效制氧装置具有如下优点：

(1)、制氧速度快；

(2)、氧气纯度高；

(3)、设备使用寿命长。

Claims

1、一种具有阴极组件1、金属阳极组件2、电解槽5、空气净化装置11、氧气洗气瓶12等组成的高效制氧装置，其特征在于：

a、阴极组件1是采用空气炭电极，包括透气槽、催化膜、导电网，催化膜是由焦碳(石墨)与活性炭混碾而成；

b、电解槽里安置了γ-MnO₂催化分解网3，催化分解网置于金属阳极之后；

c、电解槽的上方设有由检测探头和提示原件组成的液位检测装置9；

2、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于电解槽外设有密封仓，密封仓的底部和上部设计了空气气流阻尼装置。

3、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于设计了非使用状态下的气路全密闭装置，由锁紧开关和正门组成。

4、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于空气入口处设置了二氧化碳净化装置。

5、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于所述的电解槽可制成单槽或多槽串联的电解装置。

6、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于所述的电解槽的侧面设有透明的液位观察窗6和加液口7。