CN207537542U - 独立电级互偶式水电解氢氧发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种独立电级互偶式水电解氢氧发生装置，其包括电解电源、氧气电解装置和氢气电解装置，其结构要点是氧气电解装置和氢气电解装置是结构相同的两个单独分立的装置，氧气电解装置与电解电源的正极连接，氢气电解装置与电解电源的负极连接，氧气电解装置与氢气电解装置之间还设有用以形成闭合电路的离子连接导体（可以是电解液），以及用以形成电解液循环回路的管路和设在管路上的液体泵。本实用新型氢氧发生装置结构简单，产气效率高，氢气和氧气从两独立电极的容器分别排出，纯净度高，方便使用；同时，电解液的浓度、液位、温度都十分容易控制，电解液交叉输送，可常压产气，也可负压或正压产气，产气量大，省电，***运行稳定。

Description

独立电级互偶式水电解氢氧发生装置

技术领域

本实用新型属于水电解氢氧发生领域，具体涉及一种独立电级互偶式水电解氢氧发生装置。

背景技术

水是地球上存在最多的物质，人类很早就发现水是由氢和氧组成，并且在19世纪前就发现了水可以电解出氢气和氧气的现象，水电解氢氧已纳入经典的物理教程。水分解成氢氧后，在一定温度下可燃烧，释放出热，又合成水，当水电离出氢和氧时，即获得了燃料，又有了助燃剂，完成了燃烧的物质条件。只是由于人类的技术限制，将水电离出氢氧的代价非常高，大规模的设备不成熟，还无法适应大规模商业应用。但人类从未停止寻求低成本电解水的梦想，特别是近年来由于人类对清洁能源的渴求，水电解氢氧应用在逐渐扩大，水电解氢氧的新技术也不断涌现。目前的水电解氢氧都是小规模应用，大容量设备技术上还存在很多问题，经济性也不理想。因此，迫切需要在水电解氢氧的技术上有所突破。

传统的水电解氢氧是将正负两电极放在电解液中，当电极通电时，在正极上产生氧气，在负极上产生氢气。通常水电解氢氧发生器是两个电极放在同一个电解槽中，既在同一个电解质液体中，也可以是许多对电极同时放在一个电解质液体中。给每对电极分别通上正、负电，在每对电极间的电解液中的水就被电解，在两电级表面上产出氢气和氧气，由于在同一个液体中产生的氢气和氧气是在一个腔室内，混合在一起很难分离，如在每一对电极中加隔膜，将氢和氧分开，由于电解液要共用，正、负极产生的气体体积不一样，水量消耗不一样，两腔内压力也不一样，设备将极为复杂；将产生的混合气体再进行气体分离，不仅设备复杂，而且很难分离彻底，因此，氢气和氧气的分离就是一个很难解决的问题；氢气和氧气同时发生，气体一旦遇到明火立即燃烧，并很容易在管道内发生回火现象，气体安全性差；两电极都浸泡在电解液中，产生的氢和氧气体要从液体中逸出，水对气体形成了阻力，同时产生的气体又阻隔了电极与液体的接触，阻碍了电极的进一步反应；在电极近处的电解液由于部分被反应，浓度下降，交换电子的能力下降，由于电极排的很密，液体的搅拌也不容易实现等等，这些都影响着氢气和氧气的生成，因此，现有的氢氧发生器存在效率不高，氢氧气混合，安全性差，设备体积大，大容量设备不容易制造，设备造价高等缺陷。

发明内容

针对现有装置存在的上述技术问题，本实用新型的技术思路是在经典理论的基础上，提出了全新的电解氢氧结构，其将正负两组电极独立的安装在分立的两个密闭容器内，分别产出氢气和氧气，以实现氢气和氧气无需分离、分别单独输出、纯净度高、产气量大、且不会发生正负电极短路事故、运行稳定、方便使用的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括电解电源、氧气电解装置和氢气电解装置，其结构要点是：氧气电解装置和氢气电解装置是结构相同的两个单独分立的装置，氧气电解装置与电解电源的正极连接，氢气电解装置与电解电源的负极连接，氧气电解装置与氢气电解装置之间还设有用以形成闭合电路的离子连接导体，以及用以形成电解液循环回路的管路和设在管路上的液体泵。

其中，氧气电解装置或氢气电解装置包括电解容器和支架，电解容器设在支架上，电解容器为密封容器，电解容器的器体上方设有出气管路，出气管路上还设有电控阀，器体下方设有排污阀和排污管路，器体内设有电极组、盛液盒和存液池，电极组由多个金属电极片等间距排列连接组成，盛液盒无顶盖且盒底设有与金属电极片相同数量的卡槽，电极组通过卡槽固定在盛液盒内，卡槽的两个长边与金属电极片的两个长边之间均具有一定的间隙，电极组的下方设有存液池；盛液盒通过连接杆与器体内壁固定连接，盛液盒四周与器体内壁有一定间隙。

其中，氧气电解装置中的电极组与电解电源的正极连接，为正电极组，氢气电解装置中的电极组与电解电源的负极连接，为负电极组，氧气电解装置和氢气装置中的盛液盒之间设有离子连接导体，即构成一个从电源正极→正电极组的金属电极片→固定正电极组的的盛液盒→固定负电极组的盛液盒→负电极组的金属电极片→电源负极的闭合电路。

其中，氧气电解装置的存液池通过第一液体泵和第一输液管与氢气电解装置的盛液盒连接，氢气电解装置的存液池也通过第二液体泵和第二输液管与氧气电解装置的盛液盒连接，即构成了一个从正电极组下方的存液池→第一液体泵、第一输液管→固定负电极组的盛液盒→负电极组→负电极组下方的存液池→第二液体泵、第二输液管→固定正电极组的盛液盒→正电极组→正电极组下方的存液池形成的电解液循环回路。

进一步地，所述氢气电解装置下部存液池和氧气电解装置下部存液池内的电解液PH值可以不一样，根据需要配制，可以都是碱性或酸性，也可以是一个酸性、一个碱性，输送给各自需要的电极。

进一步地，所述氢气电解装置和氧气电解装置容器的内部压力可以不一样，根据各电极的电解工况设置。

进一步地，所述的电解容器的存液池上部设有电解液或水的补充口，存液池内设有自动水位控制器；所述的存液池内还设有为电解液降温的冷却装置，冷却装置为盘管，盘管内为循环冷水。

优选地，两个盛液盒和两个存液池都用离子连接导体连通，离子连接导体可以为电解液，保持等电位，所述离子连接导体可任选液态、固态或胶态之一。

优选地，所述出气管路的氧气或氢气出气口处还设有抽风机，以及时排出生成的氧气或氢气且控制电解容器内部的气压。

优选地，所述盛液盒、电解容器均可采用耐压、耐温的非金属材料，容器和盛液盒可为圆形或方形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、氧气电解装置和氢气电解装置各自独立，分别产出氢气和氧气，无需分离，纯净度高；

2、氧气电解装置和氢气电解装置的电极组分别独立安装不会发生正、负电极短路事故；

3、氧气电解装置和氢气电解装置的存液池内的电解液离子种类不同、浓度不同，正极存液池氢离子浓度高，被送到负极金属板片上大量生成氢气，负极存液池氢氧根离子浓度高，被送到正极金属板片上大量生成氧气和水。由于电极分立，交叉输送，互得其所；

4、电流回路与电解液循环回路分为两个独立***，可分别控制，互不干涉，都可实现各自最佳工况，效率高，省电；

5、两个盛液盒和两个存液池都用离子连接导体连通，保持等电位，电流能通，电解液独立；

6、存液池内通过设置盘管采用水冷调节电解液温度，还设有自动水位控制器，故存液池内电解液的液位、浓度、温度都十分容易实现自动控制；

7、除金属电极片和导电元件外，如容器、盛液盒、支架等都可采用耐压、耐温的非金属材料，故本实用新型装置抗腐蚀、寿命长、生产成本低；

8、氢气、氧气独立输出，安全性高，不易发生回火现象；

由上可知，本实用新型氢氧发生装置结构简单，产气效率高，氢气和氧气从两独立电极的容器分别排出，纯净度高，方便使用，安全性高；同时，电解液的浓度、液位、温度都十分容易控制，电解液交叉输送，自由落下，每个电极片上液膜稳定均匀，***电阻小，气相阻力小，液体含气率低，液相阻力小，可常压产气，也可负压或正压产气，产气量大，省电，***运行稳定。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例的结构示意图；

图2为盛液盒为圆形时的横切面结构示意图；

图3为盛液盒为方形时的横切面结构示意图；

图中：1-电解电源，2-氧气电解装置，3-氢气电解装置，4-离子连接导体，230-抽风机，231-电磁阀，232-出气管路，233-连接杆，234-盛液盒，2341-卡槽，2342-卡块，235-电极组，2351-电极片，236-电解容器，237-存液池，238-支架，239-排污阀，2310-排污管路，5-第一输液管，6-第一液体泵，7-第二液体泵，8-第二输液管。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本实用新型进行进一步的解释，但并不局限本实用新型，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、 “下”、 “前”、 “后”、 “中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1-3所示，独立电级互偶式水电解氢氧发生装置是本实用新型包括电解电源、氧气电解装置和氢气电解装置，氧气电解装置和氢气电解装置是结构相同的两个单独分立的装置，采用两个独立的电解单元可以有效的确保生成气体的纯度且可以根据各自的气体的特性做出相应的设置；氧气电解装置（2）电极与电解电源的正极连接，氢气电解装置电极与电解电源的负极连接，氧气电解装置与氢气电解装置之间还设有用以形成闭合电路的离子连接导体（价格最便宜的是电解液），以及用以形成电解液循环回路的管路和设在管路上的液体泵。

其中，氧气电解装置或氢气电解装置包括电解容器和支架，电解容器设在支架上，电解容器为密封容器，电解容器的器体上方设有出气管路，出气管路上依次设有电控阀和抽风机，实际操作时，可以通过电控阀与抽风机及时排出生成的氧气或氢气且控制电解容器内部的气压，当采用正压工作时，抽风机可取消；在电解容器的器体下方设有排污阀和排污管路，排污阀设在排污管路上；电解容器内的器体内设有电极组、盛液盒和存液池，盛液盒通过连接杆与器体内壁固定连接，盛液盒四周与器体内壁有一定间隙，使盛液盒溢出的液体从四周流向容器底部，盛液盒采用的是耐压、耐温的非金属材料；电极组由多个金属电极片等间距排列连接组成，电极片采用导电性能良好的耐腐蚀金属材料，电解片与电解片之间留有一定的距离，以便产生的氧气和氢气无阻力地逸出，同时产生的气体也不会阻碍电极与液体的进一步接触反应；盛液盒无顶盖且盒底设有与金属电极片相同数量的卡槽，卡槽通过槽两边的卡块将电极片固定在盛液盒内，卡槽的两个长边与金属电极片的两个长边之间分别设有一定的间隙（即卡槽两边的卡块是间隔设置的，以便液体顺着间隙流出并快速覆盖电极片的表面以形成电解液膜），电解液可以通过间隙顺着电极片流出，流出的电解液在电极片的表面上形成一层薄薄的电解液膜，通电后，电解液在电极片上电离生成气体后，气体穿过电解液膜，从容器的上方出气管排出，电离后的电解液顺着电极片流入电解容器底端的存液池内，存液池用来存放从金属电极片上淋下来的电解液，存液池有自动水位控制，存液池内可安装冷却装置为电解液降温或控温，采用的冷却装置为通过设置盘管采用水冷调节电解液温度。

氧气电解装置的存液池通过第一液体泵和第一输液管与氢气电解装置的盛液盒连接，氢气电解装置的存液池通过第二液体泵和第二输液管与氧气电解装置的盛液盒连接，即构成了一个从正电极组下方的存液池→第一液体泵、第一输液管→固定负电极组的盛液盒→负电极组→负电极组下方的存液池→第二液体泵、第二输液管→固定正电极组的盛液盒→正电极组→正电极组下方的存液池形成的电解液循环回路；所述第一液体泵、第二液体泵也可设在存液池内，采用耐腐蚀液体泵，液体泵用以将存液池内的电解液泵入另一容器上部的盛液盒，并保证盛液盒始终处于满液溢出状态，盛液盒内的电解液从盛液盒与金属电极片周围的缝隙顺流而下，布满整个金属电极片，在每个金属电极片上都形成均匀的电解液膜。

氧气电解装置中的电极组与电解电源的正极连接，为正电极组，氢气电解装置中的电极组与电解电源的负极连接，为负电极组，氧气电解装置和氢气装置中的盛液盒之间设有离子连接导体（也可以是电解液），即构成一个从电源正极→正电极组的金属电极片→固定正电极组的盛液盒→固定负电极组的盛液盒→负电极组的金属电极片→电源负极的闭合电路；用离子连接导体连通正、负电极组上的盛液盒，使正、负电极的盛液盒内的电解液保证良好联通并电阻尽量为零。在两容器顶部的出气管路上的电控阀之后安装的抽风机，用以在负压工况时将容器内产生的氢、氧气体抽出送往使用装置，容器内保持稳定的压力，压力根据需要可以是正压也可以是负压，两容器压力值可以不一样，由出气管上的电控阀分别控制。

所述氢气电解装置下部存液池和氧气电解装置下部存液池内的电解液PH值可以不一样，根据需要配制，可以都是碱性或酸性，也可以是一个酸性、一个碱性，输送给各自需要的电极。

另外，所述氢气电解装置和氧气电解装置容器的内部压力可以不一样，根据各电极的电解工况设置。

所述的电解容器的存液池上部设有电解液或水的补充口，两个盛液盒和两个存液池都用离子连接导体连通，保持等电位，电流能通，电解液独立。

所述盛液盒、电解容器均可采用耐腐蚀的金属材料，也可采用耐压、耐温的非金属材料，容器和盛液盒可为圆形或方形。

实际操作时，检查容器密封，合格后将存液池内分别装满配置好的电解液，然后开启两个液体泵，电解液从一个电解容器的存液池顺着输液管流入到另一个电解容器的盛液盒内，电解液会顺着电极片与盛液盒底部的卡槽之间的缝隙流出，流出的电解液在电极片的表面上形成均匀的电解液膜，同时电解液仍然向下流动直至流到存液池内，控制电解液的流速，确保电解液在盛液盒内处于少量的溢出状态；此时，电解液形成一个如下的循环回路：从正电极组下方的存液池→第一液体泵、第一输液管→固定负电极组的盛液盒→负电极组→负电极组下方的存液池→第二液体泵、第二输液管→固定正电极组的盛液盒→正电极组→正电极组下方的存液池；然后开启电解电源，电流通过电源正极→正电极组的金属电极片→固定正电极组的的盛液盒→固定负电极组的盛液盒→负电极组的金属电极片→电源负极形成一个完整的电流回路；电极片上的电解液膜被电解后产生大量的离子，氢氧根离子在氧气电解单元的正电极片表面失去电子生成氧气，氢离子在氢气电解单元的负电极片表面获得电子生成氢气，这样，在氧气电解单元的抽风机送出氧气，在氢气电解单元的抽风机送出氢气，氢气和氧气的出气量不一样，氢气是氧气的两倍，氢气和氧气都很纯净，独立输出。

当存液池液位降低后，分别补水到设定液位，当电解液浓度不足时，补充电解质溶液到合适的电解液浓度。

本实用新型氢氧发生装置结构简单，产气效率高，氢气和氧气从两独立电极的容器分别排出，纯净度高，方便使用，安全性高。电解液的浓度、液位、温度都十分容易控制，电解液交叉输送，自由落下，每个电极片上液膜稳定均匀，***电阻小，气相阻力小，液体含气率低，液相阻力小，可常压产气，也可负压或正压产气，产气量大，省电，***运行稳定。

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 (10)

1.独立电级互偶式水电解氢氧发生装置，包括电解电源、氧气电解装置和氢气电解装置，其特征在于：氧气电解装置和氢气电解装置是结构相同的两个单独分立的装置，氧气电解装置与电解电源的正极连接，氢气电解装置与电解电源的负极连接，氧气电解装置与氢气电解装置之间设有用以形成闭合电路的离子连接导体，以及用以形成电解液循环回路的管路和设在管路上的液体泵。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：氧气电解装置或氢气电解装置包括电解容器和支架，电解容器设在支架上，电解容器为密封容器，电解容器的器体上方设有出气管路，出气管路上还设有电控阀，器体下方设有排污阀和排污管路，器体内设有电极组、盛液盒和存液池，电极组由多个金属电极片等间距排列连接组成，盛液盒无顶盖且盒底设有与金属电极片相同数量的卡槽，电极组通过卡槽固定在盛液盒内，卡槽的两个长边与金属电极片的两个长边之间分别有一定的间隙，电极组的下方设有存液池；盛液盒通过连接杆与器体内壁固定连接，盛液盒四周与器体内壁有一定间隙。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的电解液循环回路是指：氧气电解装置的存液池通过第一液体泵和第一输液管与氢气电解装置的盛液盒连接，氢气电解装置的存液池也通过第二液体泵和第二输液管与氧气电解装置的盛液盒连接，即构成了一个从正电极组下方的存液池→第一液体泵、第一输液管→固定负电极组的盛液盒→负电极组→负电极组下方的存液池→第二液体泵、第二输液管→固定正电极组的盛液盒→正电极组→正电极组下方的存液池形成的电解液循环回路。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的闭合电路是指：氧气电解装置中的电极组与电解电源的正极连接，为正电极组，氢气电解装置中的电极组与电解电源的负极连接，为负电极组，氧气电解装置和氢气装置中的盛液盒之间设有离子连接导体，即构成一个从电源正极→正电极组的金属电极片→固定正电极组的盛液盒→固定负电极组的盛液盒→负电极组的金属电极片→电源负极的闭合电路。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述氢气电解装置下部存液池和氧气电解装置下部存液池内的电解液PH值可以不一样，根据需要配制，可以都是碱性或酸性，也可以是一个酸性、一个碱性，输送给各自需要的电极。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述氢气电解装置和氧气电解装置容器的内部压力可以不一样，根据各电极的电解工况设置。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的电解容器的存液池上部设有电解液或水的补充口，存液池内设有自动水位控制器；所述的存液池内还设有为电解液降温的冷却装置，冷却装置为盘管，盘管内为循环冷水。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：两个盛液盒和两个存液池都用离子连接导体连通，离子连接导体可以为电解液，保持等电位，所述离子连接导体可任选液态、固态或胶态之一。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述盛液盒、电解容器均可采用耐压、耐温的非金属材料，容器和盛液盒可为圆形或方形。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述出气管路的氧气或氢气出气口处还设有抽风机，以及时排出生成的氧气或氢气且控制电解容器内部的气压。