專利名稱：組合式電解水氫氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合式電解水氫氣發(fā)生器，屬于以電解水制氫氣裝置。本發(fā)明是為新發(fā)明《氫氣脫氧解吸除氧方法及裝置》(專利申請?zhí)?2113578.5)而發(fā)明創(chuàng)造的供氫氣源也可以用于制備高純度氮氣或稀有氣體的脫氧反應(yīng)器的供氫氣源，以及其它需要自動供給少量氫氣或氧氣的場合。
現(xiàn)有電解水氫氣發(fā)生器有實驗室使用的單極式電解水氫氣發(fā)生器和哈爾濱制氫設(shè)備公司生產(chǎn)的大型制氫裝置。實驗室用電解水氫氣發(fā)生器的產(chǎn)氫量較小，通常小于50l/h。發(fā)生器的電解槽為玻璃制品，只裝一對電極，稱之為單極式。發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，不能實現(xiàn)長期地自動控制運行，只能用作實驗室制氫。
哈爾濱制氫設(shè)備公司生產(chǎn)的DQ系列和DY系列大型制氫裝置，產(chǎn)氫量大于2000l/h，設(shè)備龐大，流程復(fù)雜，投資大，不適合作為少量氫氣的供氣源。大型制氫裝置都是復(fù)極式結(jié)構(gòu)，由多個電解小室串聯(lián)而成電解槽。根據(jù)新發(fā)明《氫氣脫氧解吸除氧方法及裝置》開發(fā)的新產(chǎn)品氫氣脫氧解吸除氧裝置需要配備電解水氫氣發(fā)生器。依工業(yè)鍋爐的規(guī)格系列需要設(shè)計制造額定負(fù)荷為4～130t/h的除氧裝置，而上述規(guī)格的除氧裝置需要分別配備產(chǎn)氫量為60～1800l/h、的電解水氫氣發(fā)生器。另外氫氣脫氧解吸除氧裝置要求氫氣發(fā)生器有下列特點安全可靠，便于自動控制，氫氣純度較高，制氫成本低廉。本發(fā)明的目的就是要設(shè)計制造具有上述特點，并且有利于以低成本制造多種規(guī)格的氫氣發(fā)生器系列產(chǎn)品。本發(fā)明以組合積木式制造從60L/h至1800L/h產(chǎn)氫量的氫氣發(fā)生器。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。電解水氫氣發(fā)生器由高位水瓶，液位平衡罐，組合式電解槽及管路連接而成。高位水瓶內(nèi)存蒸餾水，置于高位，通過膠管補充到液位平衡罐中。液位平衡罐中裝有浮球伐、氣壓平衡裝置、隔板等，罐體表面裝有液面計、防爆膜和散熱片。組合式電解槽是由陰極端板、隔膜、框架極板、陽極端板、墊板、拉緊螺栓組成。液位平衡罐與組合式電解槽之間用三根管路連通，下部一根是給液連通管，上部二根是氣液回流連通管其中一根是氫氣連通管，將電解槽的陰極小室與液位平衡罐的氫氣室相連通;另一根是氧氣連通管，將電解槽的陽極小室與液位平衡罐的氧氣室相連通。液位平衡罐與電解槽組成密閉的連通容器，內(nèi)部灌入NaOH水溶液。在陰極端板和陽極端板間施加直流電壓，使串聯(lián)的每對極板之間施加2.4V直流電壓，電解槽內(nèi)就會發(fā)生水的電解，產(chǎn)生氫氣和氧氣。水的電解反應(yīng)如下電解本發(fā)明的特征在于液位平衡罐由罐體、罐帽、隔板、浮球伐、防爆膜、氣壓平衡裝置、液面計、散熱片及連通管口組成。浮球伐的作用是自動控制罐內(nèi)的液位，高位水瓶中的蒸餾水通過膠管，浮球伐自動補充到液位平衡罐中并且使液面保持一定的高度。隔板將罐內(nèi)空間隔成2∶1兩部分，容積小的一側(cè)為氧氣室，容積大的一側(cè)為氫氣室。罐體是鑄鐵的，外表面有豎向布置的散熱片，作用是增加表面的散熱量。罐帽是塑料制品，與罐體法蘭連接，罐帽頂部裝有橡膠薄膜制成的防爆膜。罐體的中上部裝有液面計，作用是觀察罐內(nèi)的液位。
在液位平衡罐內(nèi)裝有氣壓平衡裝置，該裝置由膜片、雙頭伐瓣、氫氣排放管及旋塞、氧氣排放管及旋塞組成。膜片裝在隔板孔上并與隔板密封，雙頭伐瓣置于膜片兩側(cè)，并且固定在膜片中央，雙頭伐瓣可以隨膜片左右移動。當(dāng)膜片向一方移動時可以使伐瓣將這一方的排氣管堵住。當(dāng)氫氣室的壓力大于氧氣室壓力時，膜片移向氧氣室，伐瓣將氧氣排放管堵住，使氧氣壓力上升，膜片復(fù)位。反之，當(dāng)氧氣壓力高于氫氣壓力時，伐瓣將氫氣排放管堵住，使氫氣壓力上升，膜片復(fù)位。膜片處于中間位置時，氫氣、氧氣同時排出，旋塞可以調(diào)節(jié)氣體的排放流量。氣壓平衡裝置的作用是保持氫氣室與氧氣室的壓力平衡，從而使隔板兩邊的液位保持平衡。
本發(fā)明的另一特征在于采用組合式電解槽。組合式電解槽是由陰極端板，隔板，框架極板，陽極端板，墊板，拉緊螺栓組成。陰、陽極端板是塑料內(nèi)襯鋼板制作的，其中陽板端板的內(nèi)表面襯鍍鎳鋼板。端板的作用是支承電解小室組件，封閉端面，同時也是輸入電源的極板。隔膜用δ＝3mm石棉布制作，石棉布為園形，周圍有橡膠涂層。石棉布將電解小室隔成陰極小室和陽極小室，電解液中的離子可以通過隔膜移動，而氣泡則不能通過隔膜?？蚣軜O板是以δ＝2mm表面鍍鎳的鋼板周圍包在塑料框架內(nèi)制成。兩個框架極板夾一層隔膜，就組成一個電解小室。若干框架極板與隔膜是間排列，并夾在陰、陽極端板之間，用拉緊螺栓固定就組成電解槽。不同數(shù)量的電解小室組合到一起可以獲得不同產(chǎn)氫量的不同規(guī)格的一系列電解槽。
本發(fā)明靠熱動力實現(xiàn)電解液的循環(huán)。在電解時由于電能作用產(chǎn)生熱量使電解液溫度升高，在液位平衡罐中電解液散熱降溫，由于兩者溫差作用，密度不同，電解液可以自然循環(huán)。電解液不斷地從下部連通管進入電解槽，含有氫、氧氣泡的電解液分別從氫連通管和氧連通管回流到液位平衡罐。在罐內(nèi)氫氣、氧氣分別從電解液中逸出。電解過程中消耗的水由高位水瓶自動補充蒸餾水。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比有如下優(yōu)點1、填補了國內(nèi)生產(chǎn)60-1800l/h規(guī)格系列的氫氣發(fā)生器空白，為新發(fā)明氫氣脫氧解吸除氧裝置的推廣應(yīng)用提供了實用的氫氣源，也為其它需要自動供給少量氫氣或氧氣的場合提供了實用的氣源。
2、由于一系列不同產(chǎn)氫量的氫氣發(fā)生器都是使用相同的部件組合而成，僅僅是組裝隔膜與框架極板的數(shù)量不同，有利于形成批量生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本。
3、本發(fā)明采用了裝有氣壓平衡裝置的液位平衡罐和組合式電解槽、具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、便于自動控制、制氫成本低等特點。


圖1、組合式電解水氫氣發(fā)生器示意圖。
(1)、高位水瓶 (2)、液面計 (3)、氣壓平衡裝置 (4)、浮球伐 (5)、隔板 (6)、液位平衡罐本體 (7)、陽極端板 (8)、隔膜 (9)、框架極板 (10)、墊板 (11)、陰極端板 (12)、拉緊螺栓 (13)、直流電源圖2、隔膜示意圖。
(14)、石棉布隔膜 (15)、橡膠涂層圖3、框架極板示意圖。
(16)、極板 (17)、塑料框架圖4、氣壓平衡裝置示意圖。
(18)、雙頭伐瓣 (19)、膜片 (20)、防爆膜 (21)、排氣管 (22)、旋塞對照

實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式，下面以產(chǎn)氫量為300l/h氫氣發(fā)生器為例說明如下1、高位水瓶1個，容積50L，布置高度較液面高出1.0m。水瓶為下排水口的玻璃瓶，內(nèi)裝蒸餾水。
2、液位平衡罐1個，鑄鐵罐體直徑∮300mm，高H＝800mm，內(nèi)部設(shè)有隔板將罐體分為2∶1兩個部分，浮球伐1個，罐體表面有散熱片，起增加散熱面的作用。上部裝有液面計，作用是觀察液位。下部有供液出口，上部有氫氣連通口、氧氣連通口。
3、電解槽由陰極端板1個，隔膜片10片，框架極板9個，陽極端板1個，墊板2個，拉緊螺旋6套組合而成。
4、電解槽下連通管分別與10個電解小室相通，并且與液位平衡罐的下口相通。電解槽的上部有兩個連通管，其中一個連通管分別與10個電解小室的陰極室相通，成為氫氣連通管，該管與液位平衡罐的氫氣室相通。另一個連通管分別與10個電解小室的陽極室相通，成為氧氣連通管，該管與液位平衡罐內(nèi)的氧氣室相通。液位平衡罐的浮球伐進口與高位水瓶用膠管相連。
5、在電解槽內(nèi)灌入20%NaOH溶液，使液位達到液位計的中位，在高位水瓶內(nèi)灌滿蒸餾水。
6、接通直流電源，電壓24V，電流70A，每個小室的電壓為2.4V，則發(fā)生水的電解。
7、分別調(diào)節(jié)液位平衡罐氫、氧排放管的旋塞開度，使氫氣、氧氣的壓力保持平衡，這時就可以利用或排放氫氣或者利用或排放氧氣。
8、由于氫氣發(fā)生器在工作時并不消耗NaOH，所以只需不斷地補充蒸餾水，就可以維持發(fā)生器的運行。
9、通過控制電源的開關(guān)，可以控制氫氣發(fā)生器的開停，因此本裝置便于自動控制。
10、本氫氣發(fā)生器適用于氫氣脫氧解吸除氧裝置的供氫氣源，也適用于制備高純氮氣或稀有氣體的脫氧反應(yīng)器的供氫氣源以及其它需要自動供給少量氫氣或氧氣的場合。
權(quán)利要求
1.組合式電解水氫氣發(fā)生器是一種電解水制氫裝置，該氫氣發(fā)生器是由高位水瓶，液位平衡罐，組合式電解槽及連接管組成高位水瓶置于高位，內(nèi)有蒸餾水，通過膠管補充到液位平衡罐中；液位平衡罐中裝有浮球伐、氣壓平衡裝置、隔板等，罐表面裝有液位計、防爆膜和散熱片；組合式電解槽是由陰極端板、陽極端板，若干層隔膜和框架極板，以及墊板和拉緊螺栓組成；液位平衡罐與組合式電解之間用三根管路連通，下部一根為給液連通管，上部二根為回流管其中一根為氫氣連通管，將電解槽的陰極室與液位平衡罐的氫氣室相連通；另一根是氧氣連通管，將電解槽的陽極室與液位平衡罐的氧氣室相連通；液位平衡罐與組合式電解槽組成封閉的連通容器，內(nèi)部灌入NaOH溶液；在陰極端板與陽極端板之間施加直流電壓，電解槽內(nèi)就會發(fā)生水的電解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣；水的電解反應(yīng)如下電解本發(fā)明可以用于制備高純氮氣或稀有氣體的脫氧反應(yīng)的器供氫氣源，也可以用于需要自動供給少量氫氣，氧氣的場合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的特征在于液位平衡罐由罐體、隔板、浮球伐、罐帽、防爆膜、氣壓平衡裝置、液面計、散熱片及若干管口組成，罐體是鑄鐵制成，內(nèi)部有隔板，外表有散熱的，罐內(nèi)裝有浮球伐，罐體上部裝有液面計，罐體下部設(shè)有1個連通管口和1個排泄口，罐體的上部設(shè)有2個氣液回流連通管口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的特征在于液位平衡罐的罐帽是用塑料制作，罐帽頂部裝有用橡膠薄膜制成的防爆膜，罐帽內(nèi)也有隔板將罐帽空間隔成2∶1兩部分，在隔板上裝有氣壓平衡裝置，罐帽與罐體之間用法蘭連接，上、下隔板的位置一致并且密封，形成一塊隔板，隔板將整個罐內(nèi)空間隔成2∶1兩部分，容積大的為氫氣室，容積小的為氧氣室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的特征在于液位平衡罐中裝有氣壓平衡裝置，該裝置由膜片、雙頭伐瓣、氫氣排放管及旋塞、氧氣排放管及旋塞組成，用橡膠薄膜制成的膜片裝在罐帽內(nèi)的隔板孔上并且與隔板密封，雙頭伐瓣安裝在膜片兩側(cè)，氫、氧氣排放管及旋塞分別裝在罐帽兩側(cè)，使雙頭伐瓣與排放管的伐座正好對應(yīng)，當(dāng)雙頭伐瓣左右移動時可以分別堵住氫氣排放管或氧氣排放管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的特征在于采用組合式電解槽，組合式電解槽由陰極端板、陽極端板、若干層隔膜和框架極板，以及墊板和拉緊螺栓組成，端板是用塑料板制做，內(nèi)襯鋼板，其中陽極的表面鍍鎳，隔膜用石棉布制作，周圍涂有橡膠層，框架極板是以塑料框架中間鑲一塊鍍鎳鋼板組成，每兩塊框架極板中間夾一層隔膜組成一個電解小室，若干個電解小室組合到一起并且夾在陰、陽極端板之間有用拉緊螺栓固定就組合成電解槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及的組合式電解水氫氣發(fā)生器是一種小型的電解水制氫裝置，該裝置適合于做制備高純氮氣或稀有氣體的脫氧反應(yīng)器的供氫氣源以及其它需要自動供給少量氫氣或氧氣的場合。本發(fā)明的電解槽由若干個通用部件組合而成，可以根據(jù)不同的耗氫量組合成不同產(chǎn)氫量的發(fā)生器。本發(fā)明采用了裝有氣壓平衡裝置的液位平衡罐，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于自動控制，安全可靠，造價低等特點。
文檔編號C25B1/10GK1109516SQ9410313
公開日1995年10月4日 申請日期1994年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月2日
發(fā)明者張佑全, 張寅 申請人:張佑全