CN2321786Y - 高效制氧装置ⅲ - Google Patents

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Ⅲ

本实用新型是属于电化学制氧领域，特别是涉及一种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、CN89202122.2、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，氢气的大量溢出又导致不安全。

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

阴极反应：    

阳极反应：     从而得到纯氧(＞99.5％)。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”，缩短实用寿命。

(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)补水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。

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等组成的高效制氧装置。其特征在于：阴极组件1是采用空气炭电极，包括透气膜、催化膜和导电网，催化膜是由焦碳(石墨)与活性炭混碾而成；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；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系统；空气入口处设置了二氧化碳净化装置；电解槽可制成单槽或多槽串联的电解装置；电解槽上方设置了自动补水与气液分离相结合的双效系统，它包括储水盒、隔水透气膜、气水分离杯、水位报警传感探头、自动加水及析氧的复合管；氧气输出端具有含气流细化小球的增湿杯；双效系统与增湿杯之间设置了微型玻璃单向阀；密封仓底部设置了漏液报警传感器。

为了提高制氧速度(效率)，获得较大制氧量，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)微粉中嵌入活性炭作为制各催化膜的基本原料。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型微晶电解二氧化锰直接组装在网络结构的材料中构成的。这种具有“原装”型构造的催化分解网有益于充分发挥二氧化锰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和安全可靠性，确保输出的氧气含有一定的湿度，不含碱味，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同步转换。

(4)在密封仓底部安装了漏液检测报警装置(见图1、图4)，一旦出现漏液现象，则有报警声音和面板显示窗出现“EE”字样，并自动关机。

(5)在分解槽上部的加水盒内装有隔水透气膜(见图1)，当含有水蒸汽的氧气通过隔水透气膜时，隔水透气膜允许氧气通过，水汽在隔水透气膜上凝结回落到加水盒中。

(6)在加水盒的上部安装了气水分离杯(见图1)，氧气从气水分离杯的底部，通过杯中的活性炭过滤，除去氧气中的碱雾，碱雾在气水分离杯的滤片上凝结成溶液回落到加水盒中。

(7)在加水盒内安装了液位检测报警装置(见图1、图4)，当加水盒中的水低于最低水位时，报警装置通过蜂鸣器的报警声和面板显示窗出现的“LL”字样提醒用户及时补充水份。

(8)加水盒通过复合管与分解槽相连，以控制分解槽内的溶液处于同一个平面，又使得氧气顺利通过，一旦液面低于均匀补水管时，通过压差，加水盒中的水会自动补充到分解槽中；当液面高于均匀补水管时，多余的溶液会通过均匀补水管返回到加水盆中，使得分解槽自动补水，处于良好的工作状态。

(9)在气水分离杯和增湿杯之间安装微型玻璃单向阀，(见图1)采用并联方式连接。在停机以后可以防止分解槽产生的负压倒吸增湿杯中的水，使加水盒中的水位平稳。

(10)在出氧管的末端安装的增湿杯(见图1)，含有一个可细化气流的小球，使氧气纯净，并有一定的温度。

由于采用了上述措施(1)、(2)、(3)使电解槽失水速度降低，特别是碱液碳酸化现象了明显的改善，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)-(9)确保了装置安全运行的可靠性，使氧气纯净、湿润。

附图说明：

图1是制氧总成结构示意图。

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是系统电路控制方框图。

图中，1、空气炭电极，2、金属阳极，3、催化分解网，4、均匀补水管，5、分解槽，6、液面检测探头，7、隔水透气膜，8、加水盒，9、气水分离杯，10、漏液检测探头，11、空气净化装置，12、细化小球，13、自动加液补水与气液分离的双效系统，14、玻璃单向阀，15、增湿杯，16、密封仓。

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 (9)

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，包括透气膜、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。

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。

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上方设置了自动补水与气液分离相结合的双效系统，包括储水盒、隔水透气膜、气水分离杯、水位报警传感探头、自动加水及析氧复合管。

7、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于氧气输出端具有含气流细化小球的增湿杯。

8、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于双效系统与增湿杯之间设置了微型玻璃单向阀。

9、根据权利要求1所述的高效制氧装置，其特征在于密封仓底部设置了漏液报警传感探头。

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