CN2619950Y - 全过程一体化氢氧机 - Google Patents

Abstract

本实用新型全过程一体化氢氧机它是由电源、电解槽、气水分离冷却装置、水箱、储水箱、水泵、安全保护装置以及控制装置等组成，气水分离冷却装置包括一级氧分离器、一级氢分离器、二级氧分离器、二级氢分离器、散热分离盘管和深冷分离器，它通过对电解槽、一级氧分离器、一级氢分离器、二级氧分离器、二级氢分离器和深冷分离器结构的合理设计及连接，以及采用了极轻巧的IGBT或VMOS场效应管大功率逆变直流电源，从而使所有的装置都安装在一个机架内，使得本实用新型不仅提高了工作效率，而且大大减小原有装置的体积，使得本实用新型具有使用方便、高效节能、运行成本低、自动化程度高、便于推广使用的特点。

Description

全过程一体化氢氧机

技术领域：

本实用新型全过程一体化氢氧机涉及一种电解水制氢氧的一体化设备，属于电解水设备领域。

背景技术：

电解水制氢氧设备主要包括直流电源装置、电解槽、气液分离装置、干燥装置、冷却装置、循环补液装置、安全保护装置以及操作控制***等，其直流电源多是可控硅整流器或晶闸管整流器配上专用整流变压器构成，这种直流电源体积大、笨重，其效率仅为65％左右，并且要独立安置，电解槽通常是用螺栓将若干个电解小室串接压紧而成，氢电解小室与氧电解小室之间用石棉隔膜隔开，每个电解小室之间有密封垫片，槽外壳用金属制成并兼有一部分散热功能。这种电解槽体积重量大，槽间距较大效率不高。串接的各个电解小室间虽有密封垫，并且在一定的工艺条件下收紧到规定的夹紧力，但由于使用过程中电解槽内部压力和温度的变化，时间一长，电解小室由于应力作用会出现渗漏液现象，需要不断调整预紧力或通过其它方法处理渗漏问题；而现有的冷却和水循环装置，多是利用液位势能和气液对流热交换原理，通常设置冷却和补液的储水箱与放置高度在1.9米以的高位水箱或平衡水箱，氢、氧洗涤器(冷却器)一方面用淋水或气体从冷却液中穿过冷却氢、氧气，另一方面又有向电解槽或分离器补水的功能，分离器利用气体向上走的原理实现气液分离，并同时具有向电解槽补充电解液以及散热的功能，由此可见现有的制氢、氧气的设备由下向上按一定的高差依次安装着电解槽、分离器、洗涤器、高位水箱或平衡水箱，占据了很大的面积和空间，现有的电解制氢、氧设备占地多(少则几十方米多则上百平方米)基建投资大、安装成本高，并存在耗能高、运行成本大的缺点。

目前虽然出现了一种效率较高，比较轻便的水电解设备，但它输出的是危险度极高的氢氧混合气体，因而极大地限制了这种设备的推广应用。

发明内容：

为避免现有技术的不足之处，本实用新型提供一种全过程一体化氢氧机，它通过对氢氧机***及装置的合理设计，使得本实用新型不仅提高了工作效率，而且大大减小原有装置的体积，从而使得本实用新型具有使用方便、高效节能、运行成本低、自动化程度高、便于推广使用的特点。

本实用新型全过程一体化氢氧机是通过以下措施来实现的，它是由电源、电解槽、气水分离冷却装置、水箱、储水箱、水泵、安全保护装置以及控制装置等组成。电源、电解槽、气水分离冷却装置、水箱、储水箱、水泵、安全保护装置以及控制装置全部安装在一个机架内。气水分离冷却装置包括一级氧分离器、一级氢分离器、二级氧分离器、二级氢分离器、散热分离盘管和深冷分离器，水箱包括氢水箱和氧水箱，电解槽的氧气出气口与一级氧分离器的进气口连接，一级氧分离器的出气口经过散热分离盘管与二级氧分离器的进气口连接，二级氧分离器的出气口与深冷分离器的氧气进气口连接，电解槽的氢气出气口与一级氢分离器的进气口连接，一级氢分离器的出气口经过散热分离盘管与二级氢分离器的进气口连接，二级氢分离器的出气口与深冷分离器的氢气进气口连接，一级氧分离器的底部与氧水箱相通、二级氧分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱，一级氢分离器的底部与氢水箱相通、二级氢分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱中，深冷分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱中，水箱通过循环泵与电解槽入水口连接，循环泵与电解槽入水口之间装有散热器，储水箱通过抽水泵与水箱连接。

二级氧分离器、二级氢分离器、深冷分离器中分离出来的液体通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱中，此处的水箱可以是氧水箱，也可以是氢水箱中，电磁阀的作用是，当氢氧机工作时电磁阀将通路阻断，当氢氧机停止工作时电磁阀导通，抽水泵启动，将二级氧分离器、二级氢分离器、深冷分离器中分离出来的液体抽入氢(氧)水箱。

本实用新型上述所述散热分离盘管也可以设置在电解槽的出气口与一级分离器的进气口之间，还可以设置在二级分离器的出口与至冷分离器的进气口之间，或者在上述所提到的位置同时或在某两处、某一外设置。

本实用新型储水箱为掩门多功能补水箱，储水箱用门铰安装在机架上，储水箱与氧水箱或氢水箱连接，箱体上装有液位显示计，储水箱配有抽水泵，当氧水箱(氢水箱)缺水时，抽水泵将储水箱内的水抽入氧水箱(氢水箱)内。

本实用新型电源采用极轻巧的IGBT或VMOS场效应管大功率逆变直流电源取代了可控硅整流器或晶闸管直流电流，省去了整流专用变压器，减小了电源装置的体积。

电解槽采用了高效***露电解槽，它是由一个整体成形的框架和一外壳组成，框体上设有进水口、分水腔、槽体、集气腔、出气口、电极接线柱，多个极板和隔膜依次镶嵌在框体的槽体之中，并形成多个电解单槽的集合体，框体和隔膜采用高分子有机材料制成，由于进水口、分水腔、槽体、集气腔、出气口制成整体成形的框体，加之采用高分子有机材料使得水电解槽体积减小，重量减轻，特别是内极板间距减少，电流密度增大，使得电解效率提高了5％～20％，外壳是一具有预应力结构的壳体，壳体的形状与框体形状相同，壳体的左右面板为一斜面和顶撑组成的向处凸起的面板，顶撑带有撑脚，撑脚顶在框体两侧面，框体置于外壳中，通过对拉螺栓使壳体的左右面板受到向内的预紧力，这样在电解槽工作过程中可以通过左右面板的预紧力自动抵消由于热胀引起的内应力问题。

一级氢分离器和一级氧分离器结构相同，均是由外筒、内筒、导气管和集气管组成，内外筒壁间形成狭窄的环形通道，外筒上设有进气口和出气口，筒中装有集气管，集气管出口与出气口连接，外筒底部与水箱相通，气体由进气口进入内外筒壁间狭窄的环形通道形成旋流，将气液分离，经一级分离后的气体由内筒的顶部进入集气管，并从出气口排出，外筒下部交错装有若干个阻滞片，阻滞片使得气液进一步分离，分离后的液体从外筒底部流入水箱，一级氧分离器和一级氢分离器上装有安全阀。

二级分离器和二级氢分离器结构相同，均由外筒、内筒、导流管、集气管、排水管、中隔板组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道B，二级分离器由中隔板将其分为上下两个相对密封的腔体，中隔板上装有自重式单向阀，外筒的下部设有进气口，外筒的上部设有出气口，导流管安装在中隔板上，集气管出口与出气口连接，分离器底部装有排水管，排水管与水箱连接，二级分离器的顶部装安全阀，安全阀与出气口相通。导流管从下腔体将一级分离器出来的气液混合体导入二极分离器上部的涡旋分离装置(即内外筒壁间形成狭窄的环形通道内)，使气液混合体形成旋流进一步分离，经二级分离后的气体经安装在分离器的顶部的集气管，排到出气口，中隔板上装有自重式单向阀，使得上腔分离出的液体从单向阀排入下腔体，分离器底部装有排水管，排水管与水箱连接，使二级分离出的液体最终流进水箱，安全阀起安全保护作用。

散热分离盘管对从一级分离器出来的气液体进行冷却分离后送到二级分离器。

深冷分离器将从二级分离器出来的气液体进行最终的深冷分离，深冷分离器由半导体至冷片、热枕、冷枕、储水杯组成，储水杯内又包括进气管、导流罩、出水口、出气管。热枕内开有蛇形或螺旋形管路，水从蛇形或螺旋形管路的一端流入，从另一端流出，冷枕内也开有蛇形或螺旋形的氢气管路和氧气管路，其进气口与二级分离器的出气口连接，储水杯成对使用，一个为氧储水杯，另一个为氢储水杯，储水杯的进气管与冷枕的出气口连接，进气管出口装有导流罩，储水杯内装有出气管，储水杯底部装有排水管。经二级分离器出来的气体，进入冷枕通过冷、热枕之间的半导体进行冷却，对气体进行最终的深冷，经过深冷后的气体进入储水杯，经导流罩实现最终气液分离，热枕的循环水路上装有水箱和散热器，热枕的冷却也可以采用风冷的方式，即在热忱上加装散热片，用风扇散热。

本实用新型通过对电解槽、气液分离装置结构的改进以及采用了极轻巧的IGBT或VMOS场效应管大功率逆变直流电源，不仅提高了工作效率，而且大大减小原有装置的体积，使得氢氧机所有的装置均安装在一个带有行走轮的机架内，拓宽了其使用场合，从而使得本实用新型具有使用方便、高效节能、运行成本低、自动化程度高、便于推广使用的特点。

附图说明：

图1为本实用新型电解水循环流程图。

图2为本实用新型主视图。

图3为本实用新型右视图。

图4为本实用新型俯视图。

图5为本实用新型主视图A-A剖视图。

图6为本实用新型主视图B-B剖视图。

图7为本实用新型主视图C-C剖视图。

图8本实用新型电解槽俯视图。

图9本实用新型电解槽A-A剖视图。

图10本实用新型一级分离器结构示意图。

图11本实用新型一级分离器导流管示意图。

图12为实用新型二级分离器结构示意图。

图13为实用新型深冷分离器结构示意图。

以下结合附图对本实用新型及其实施例作进一步说明。

具体实施例：

如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7所示本实用新型全过程一体化氢氧机，它由直流电源1、电解槽2、一级分离器3、散热分离盘管4、二级分离器5、深冷分离器6、水箱7、循环泵8、液相散热器9、储水箱10、机架11以及控制***等组成，直流电源1、电解槽2、一级分离器3、散热管4、二级分离器5、深冷分离器6、水箱7、循环泵8、液相散热器9、储水箱10全部固定安装在机架11内，机架底部装有4个行走轮12。

一级分离器3包括一级氧分离器31、一级氢分离器32、，二级分离器5包括二级氧分离器51、二级氢分离器52、水箱7包括氢水箱71和氧水箱72。

电解槽2的氧气出气口与一级氧分离器31的进气口连接，一级氧分离器31的出气口连接二级氧分离器51的进气口，在一级氧分离器31和二级氧分离器52连接管路上串接有散热管4，二级氧分离器的52出气口与深冷分离器6的氧气进气口连接。

电解槽2的氢气出气口与一级氢分离器32的进气口连接，一级氢分离器32的出气口连接二级氢分离器52的进气口，在一级氢分离器32和二级氢分离器52连接管路上串接有散热分离盘管4，二级氢分离器的出气口与深冷分离器6的氢气进气口连接。

一级氧分离器的底部与氧水箱71相通、二级氧分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀74将液体通过抽水泵73抽入氧水箱中，深冷分离器6也是通过其底部的氧液排水管以及与排水管连接的电磁阀76将液体通过抽水泵73抽入氧水箱中，一级氢分离器32的底部与氢水箱72相通、二级氢分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀75将液体通过抽水泵73抽入氧水箱中，深冷分离器6也是通过其底部的氢液排水管以及与排水管连接的电磁阀77将液体通过抽水泵73抽入氧水箱中，

氧水箱与氢水箱通过循环泵8与电解槽入水口连接，循环泵8与电解槽入水口之间装有散热器9，散热器9为翅片式散热器。

散热管4为螺旋形盘管，其一端与一级分离器的出口连接，另一端连接二级分离器的进口，本实用新型使用了两条散热管4，一条安装在一级氧分离器31的出口与二级氧分离器51的进气口之间，另一条安装在一级氢分离器31的出口与二级氢分离器51的进气口之问。

储水箱10为掩门多功能补水箱，储水箱用门铰安装在机架上，箱体装有液位显示计101，储水箱装有抽水泵102，储水箱通过抽水泵与氢水箱连接(也可以与氧水箱连接)。

本实用新型直流电源1采用极轻巧的IGBT或VMOS场效应管大功率逆变直流电源取代了可控硅整流器或晶闸管直流电流，省去了整流专用变压器，减小了电源装置的体积。

如附图8和附图9所示本实用新型全过程一体化氢氧机，电解槽2用了高效***露电解槽，它是由一个整体成形的框体21和外壳22组成，框体上设有进水口211、分水腔212、槽体213、集气腔214、氧出气口2151、氢气出口2152、电极接线柱216，多个极板23和隔膜24依次镶嵌在框体的槽体之中，并形成多个电解单槽的集合体，框体和隔膜采用高分子有机材料制成，由于进水口、分水腔、槽体、集气腔、出气口制成整体成形的框体，加之采用高分子有机材料使得水电解槽体积减小，重量减轻，特别是内极板间距减少，电流密度增大，使得电解效率提高了5％～20％，外壳22是一具有预应力结构的壳体，壳体的形状与框体形状相同，壳体的左右面板为一斜面221和顶撑222组成的向处凸起的面板，顶撑带有撑脚，撑脚顶在框体两侧面，框体置于外壳中，通过对拉螺栓223使壳体的左右面板受到向内的预紧力，这样在电解槽工作过程中可以通过左右面板的预紧力自动抵消由于内压引起的应力。

如附图10和附图11所示本实用新型全过程一体化氢氧机一级氧分离器31和一级氢分离器32结构相同，均是由外筒311、内筒312、导流管313和集气管314、阻滞片315组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道A，外筒上部设有进气口316，下部设有出气口317，筒中装有集气管314，集气管314出口连接出气口317，导流管313与进气口连接，氧气由进气口316经导流管313进入内外筒壁间狭窄的环形通道形成旋流，将气液分离，经一级分离后的气体由分离器的顶部进入集气管，并从出气口排出，外筒下部交叉装有3个阻滞片314，阻滞片使得气液进一步分离，分离后的液体从外筒底部流入氧水箱，阻滞片为半园形薄片，分离器的顶部装有安全阀318。

如图12所示本实用新型全过程一体化氢氧机，二级氧分离器51和二级氢分离器52结构相同，均由外筒511、内筒512、中隔板513、导流管514等组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道B，中隔板上装有自重式单向阀515，二级分离器由中隔板将其分为上下两个相对密封的腔体，下腔体的外筒壁上设有进气口516，上腔体的外筒壁上部设有出气口518，导流管安装在中隔板上，导流管从下腔体将一级分离器出来的气液混合体导入二极分离器上部的涡旋分离装置，即内外筒壁间形成狭窄的环形通道B内，使气液混合体形成旋流进一步分离，经二级分离后的气体经安装在分离器的顶部的集气管517排到出气口，中隔板上装有自重式单向阀，使得上腔分离出的液体从单向阀排入下腔体，分离器底部装有排水管519，排水管与水箱连接，使分离出的液体最终流进水箱，二级分离器的顶部装安全阀5110，安全阀与出气口相通，起安全保护作用。

如图13所示本实用新型全过程一体化氢氧机，深冷分离器6将从二级分离器出来的气液体进行最终的深冷分离，深冷分离器由半导体至冷片61、热枕62、冷枕63、储水杯64组成，储水杯内又包括进气管641、导流罩642、出水管643、出气管644。热枕内开有蛇形或螺旋形管路621，水从蛇形或螺旋形管路的一端流入，从另一端流出，冷枕内也开有蛇形或螺旋形的氢气管路631和氧气管路632，其进气口，包括氧气进气口、氢气进气口分别与二级氧分离器和二级氢分离器的出气口连接，储水杯成对使用，一个为氧储水杯，另一个为氢储水杯，储水杯的进气管与冷枕的出气口连接，进气管出口装有导流罩，储水杯内装有出气管，储水杯底部装有排水管，经二级分离器出来的气体，进入冷枕，通过冷、热枕之间的半导体进行冷却，对气体进行最终的深冷，经过深冷后的气体从进气管进入储水杯，经导流罩实现最终气液分离后由出气管排出。液体经储水杯底部的排水管流入氧水箱中。

Claims (8)

1.本实用新型全过程一体化氢氧机，它是由电源、电解槽、气水分离冷却装置、水箱、储水箱、水泵、安全保护装置以及控制装置组成，其特征是：

a、电源、电解槽、气水分离冷却装置、水箱、储水箱、水泵、安全保护装置以及控制装置全部安装在一个机架内，气水分离冷却装置包括一级氧分离器、一级氢分离器、二级氧分离器、二级氢分离器、散热盘管和深冷分离器，水箱包括氢水箱和氧水箱，电解槽的氧气出气口与一级氧分离器的进气口连接，一级氧分离器的出气口经过散热分离盘管与二级氧分离器的进气口连接，二级氧分离器的出气口与深冷分离器的氧气进气口连接，电解槽的氢气出气口与一级氢分离器的进气口连接，一级氢分离器的出气口经过散热分离盘管与二级氢分离器的进气口连接，二级氢分离器的出气口与深冷分离器的氢气进气口连接，一级氧分离器的底部与氧水箱相通、二级氧分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱，一级氢分离器的底部与氢水箱相通、二级氢分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱中，深冷分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体通过抽水泵抽入水箱中，水箱通过循环泵与电解槽入水口连接，循环泵与电解槽入水口之间装有散热器，储水箱通过抽水泵与水箱连接。

b、电解槽采用了高效***露电解槽，它是由一个整体成形的框架和一外壳组成，框体上设有进水口、分水腔、槽体、集气腔、出气口、电极接线柱，多个极板和隔膜依次镶嵌在框体的槽体之中，并形成多个电解单槽的集合体，框体和隔膜采用高分子有机材料制成，外壳是一具有预应力结构的壳体，壳体的形状与框体形状相同，壳体的左右面板为一斜面和顶撑组成的向处凸起的面板，顶撑带有撑脚，撑脚顶在框体两侧面，框体置于外壳中，通过对拉螺栓使壳体的左右面板受到向内的预紧力。

c、一级氧分离器是由外筒、内筒、导流管和集气管、阻滞片组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道A，外筒上设有进气口和出气口，筒中装有集气管，集气管出口与出气口连接，导流管与进气口连接，外筒底部与水箱相通，外筒下部交叉装有若干个阻滞片；一级氢分离器是由外筒、内筒、导流管和集气管、阻滞片组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道A，外筒上设有进气口和出气口，筒中装有集气管，集气管出口与出气口连接，导流管与进气口连接，外筒底部与水箱相通，外筒下部交叉装有若干个阻滞片。

d、二级氧分离器由外筒、内筒、导流管、集气管、排水管、中隔板组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道B，二级分离器由中隔板将其分为上下两个相对密封的腔体，中隔板上装有自重式单向阀，外筒的下部设有进气口，外筒的上部设有出气口，导流管安装在中隔板上，集气管出口与出气口连接，分离器底部装有排水管，排水管与水箱连接，二级分离器的顶部装安全阀，安全阀与出气口相通；二级氢分离器由外筒、内筒、导流管、集气管、排水管、中隔板组成，内筒安装在外筒内，内外筒壁间形成狭窄的环形通道B，二级分离器由中隔板将其分为上下两个相对密封的腔体，中隔板上装有自重式单向阀，外筒的下部设有进气口，外筒的上部设有出气口，导流管安装在中隔板上，集气管出口与出气口连接，分离器底部装有排水管，排水管与水箱连接，二级分离器的顶部装安全阀，安全阀与出气口相通。

e、深冷分离器由半导体至冷片、热枕、冷枕、储水杯组成，储水杯内又包括进气管、导流罩、出水口、出气管，热枕内开有螺旋形管路，水从蛇形或螺旋形管路的一端流入，从另一端流出，冷枕内也开有螺旋形的氢气管路和氧气管路，其进气口，包括氧气进气口、氢气进气口分别与二级氧分离器和二级氢分离器的出气口连接，储水杯成对使用，一个为氧储水杯，另一个为氢储水杯，储水杯的进气管与冷枕的出气口连接，进气管出口装有导流罩，储水杯内装有出气管，储水杯底部装有排水管。

2.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是框架底部装有行走轮。

3.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是储水箱为掩门多功能补水箱，储水箱铰接安装在机架上，箱体上装有液位显示计。

4.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是散热分离盘管为螺旋形盘管。

5.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是二级分离器的氧分离器和氢分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体经过抽水泵抽入氢水箱中，深冷分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体经过抽水泵抽入氢水箱中。

6.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是二级分离器的氧分离器和氢分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体经过抽水泵抽入氧水箱中，深冷分离器通过其底部排水管以及与排水管连接的电磁阀将液体经过抽水泵抽入氧水箱中。

7.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是电源采用了极轻巧的IGBT或VMOS场效应管大功率逆变直流电源，其正、负极分别与电解槽的正负极连接。

8.根据权利要求1所述的全过程一体化氢氧机，其特征是一级氧分离器和一级氢分离器上装有安全阀。

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