專利名稱：高效制氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是屬于電化學領(lǐng)域的最新實用成果，它可用作家庭醫(yī)療保健吸氧器，一定空間范圍內(nèi)的氧調(diào)器。
已有的制氧技術(shù)主要有三類；一是物理法，即液化空氣分離法和吸附分離法；二是化學法，即利用過氧化物的化學分解反應(yīng)產(chǎn)生氧氣；三是電化學法，如隔膜法電解水，在陰極產(chǎn)生氫氣，在陽極產(chǎn)生氧氣(參見中國專利CN90226455.6、CN89202177.2、CN93245199.4)。這種電解水法，槽電壓高，能耗大，結(jié)構(gòu)復雜，且氧氣中易混入氫氣，氫氣的大量逸出又導致不安全。近年來另一種電解法制氧技術(shù)問世。該技術(shù)是將鋅空氣電池(或燃料電池)的空氣電極移到電解水的裝置中，取代電解水的析氫電極，用氧還原代替析氫反應(yīng)，而陽極反應(yīng)與電解水相同，即陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)從而得到高氧(＞99.5％)的純氧。這一電化學制氧裝置稱為無氫制氧機。
現(xiàn)有的無氫制氧機主要存在兩大問題1、制氧速度較低。例如中國專利CN94243624.5、CN94216000.2中所述的裝置，工作電流密度為5A/dm2，每平方分米陽極的制氧速度為16～20ml/min。其因是空氣電極對氧的析出速度沒有直接貢獻，僅僅作為“無氫”電極而已。
2、整機結(jié)構(gòu)不嚴謹，對核心部件(電解槽)缺乏有效的保護措施。具體表現(xiàn)在以下四個方面；(1)沒有凈化空氣二氧化碳的措施，導致電解質(zhì)溶液易“碳酸化”，縮短電極壽命。
(2)在非使用狀態(tài)(包括搬運狀態(tài))下，對電解槽沒有采取密封保護措施，其后果非但使溶液易“碳酸化”，還會因水分蒸發(fā)速度得不到抑制而使電解液貧水。
(3)、電解槽無缺水報警提示裝置。
(4)、沒有可保證空氣在炭電極表面均勻分布的技術(shù)措施，因而電極表面的電流分布不均勻，影響制氧速度和電極使用壽命。
針對現(xiàn)有的無氫制氧機存在上述問題，本實用新型提供一種包括透氣膜、催化膜、導電網(wǎng)的空氣炭電極，電解槽里的催化分解網(wǎng)置于金屬陽極之后的高效制氧裝置。
本實用新型具有陽極組件1、金屬陽極組件2、電解槽5、空氣凈化裝置11、氧氣洗氣瓶12等組成的高效制氧裝置，其電極和電解槽的特征在于a、陰極組件1是采用空氣炭電極，包括透氣槽、催化膜、導電網(wǎng)，催化膜是由焦碳(石墨)與活性炭混碾而成；b、電解槽里安置了γ-MnO2催化分解網(wǎng)3，催化分解網(wǎng)置于金屬陽極之后；c、電解槽的上方設(shè)有由檢測探頭和提示原件組成的液位檢測裝置9。電解槽外設(shè)有密封倉，密封倉的底部和上部設(shè)計了空氣氣流阻尼裝置。設(shè)計了非使用狀態(tài)下的氣路全密閉裝置，由鎖緊開關(guān)和正門組成?？諝馊肟谔幵O(shè)置了二氧化碳凈化裝置。所述的電解槽可制成單槽或多槽串聯(lián)的電解裝置。所述的電解槽的側(cè)面設(shè)在透明的液位觀察窗6和加液口7。
為了提高制氧速度(效率)，獲得較大抽制氧量，我們在電極的微觀和宏觀構(gòu)造方面采取了以下三種獨特的技術(shù)方案(1)在焦炭(或石墨)微粉中嵌入活性炭(兩者比例7∶3)作為制備催化膜的基本原料。應(yīng)用于態(tài)濕態(tài)混輾工藝使之有效嵌雜，使微粉均勻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標反應(yīng)位，促使氧在催化膜表面的還原向生成HO2-離子的方向進行，即
催化膜用碾片機(市面有售)將粉料反復碾壓而成。膜和電極的成型工藝與常規(guī)相同(與鋅空氣電池電極的制作基本相同)。
(2)采用正極靠近空氣電極，催化分解網(wǎng)置于正極之后的特殊的電極空間配置方式(見圖1)。
我們采用這種前無一例的電極空間構(gòu)造方式，使陰極產(chǎn)物HO2-離子的分解機制發(fā)生了重要的改變。即是；空氣電極表面產(chǎn)生HO2-之后，通過電遷、擴散的傳質(zhì)作用，使大部分HO2-直接在陽極表面發(fā)生電化學氧化，成為陽極的主要電化反應(yīng)陽極成了HO2-的主要反應(yīng)場所。因溶液對流作用而離散溶液中少量的HO2-離子(約10-15％)在催化分解網(wǎng)上發(fā)生化學催化分解
(3)用于催化HO2-分解的催化分解網(wǎng)是用γ型微晶電解MnO2直接組裝在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料中構(gòu)成的。單位面積用量為20-30g/dm2。這種具有“原裝”型構(gòu)造的催化分解網(wǎng)有益于充分發(fā)揮MnO2表面固有高催化活性對HO2-離子的快速分解作用。
由于采用了以上技術(shù)措施，本制氧系統(tǒng)造氧性能有明顯提高。上述技術(shù)措施(1)、(3)的共同效應(yīng)使每平方分米的電極(陽極和陰極同面積)可產(chǎn)出24-30ml/min(純度＞99.5％)(工作電流密度為5A/dm2)，比上述無氫制氧機高40-60％。由于技術(shù)措施(2)的功效，單槽電壓(電流密度為5A/dm2)為1.0-1.15伏，比同類產(chǎn)品降低9-10％，對穩(wěn)定制氧速度起到了一定的作用。
為了保護裝置的核心部件，提高制氧裝置的使用壽命，在電解槽和整機結(jié)構(gòu)方面我們采取了以下技術(shù)措施(1)在空氣入口處設(shè)置由“四氟堿膜和堿石灰”聯(lián)合作用的二氧化碳凈化裝置(見圖2)。
(2)電解槽組放入密封倉內(nèi)，該密封倉的底部和上部設(shè)計了空氣氣流阻尼裝置(見圖1)以利于空氣在炭電極的表面均勻分布。
(3)設(shè)計了非使用狀態(tài)(包括搬運狀態(tài))下新穎的氣路全密閉的裝置(見圖3)。該裝置集氣路的通與閉、電源的開與關(guān)、氧氣的啟用與復位三個功能于一體，僅需一次動作即可實現(xiàn)三個功能同步轉(zhuǎn)換。
(4)在電解槽上部安裝了“微電解池”液位檢測報警裝置(見圖1、圖4)。一旦出現(xiàn)報警，用戶可通過透明液位觀察窗查找貧水的電解槽，以便及時補充水份。
由于采用了上述措施(1)、(2)、(3)使電解槽失永速度降低，特別是堿液碳酸現(xiàn)象了明顯的改善，同未采用這些措施的電解槽相比，碳酸化速度減小80％以上。技術(shù)措施(4)確保了裝置安全運行的可靠性。


圖1是電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是氣路密閉裝置圖。
圖4是失水報警提示系統(tǒng)電路控制方框圖。
圖中，1是空氣炭電極，2是金屬陽極，3是催化分解膜，4是密封倉，5是電解槽，6是液位觀察窗，7是電解液注入口，8是出氣口，9是報警提示裝置，10是送氣裝置，11是空氣凈化裝置，12是洗氣瓶。
本實用新型的高效制氧裝置具有如下優(yōu)點(1)、制氧速度快；(2)、氧氣純度高；(3)、設(shè)備使用壽命長。
權(quán)利要求1.一種具有陰極組件1、金屬陽極組件2、電解槽5、空氣凈化裝置11、氧氣洗氣瓶12等組成的高效制氧裝置，其特征在于a、陰極組件1是采用空氣炭電極，包括透氣槽、催化膜、導電網(wǎng)，催化膜是由焦碳(石墨)與活性炭混碾而成；b、電解槽里安置了γ-MnO2催化分解網(wǎng)3，催化分解網(wǎng)置于金屬陽極之后；c、電解槽的上方設(shè)有由檢測探頭和提示原件組成的液位檢測裝置9；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制氧裝置，其特征在于電解槽外設(shè)有密封倉，密封倉的底部和上部設(shè)計了空氣氣流阻尼裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制氧裝置，其特征在于設(shè)計了非使用狀態(tài)下的氣路全密閉裝置，由鎖緊開關(guān)和正門組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制氧裝置，其特征在于空氣入口處設(shè)置了二氧化碳凈化裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制氧裝置，其特征在于所述的電解槽可制成單槽或多槽串聯(lián)的電解裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制氧裝置，其特征在于所述的電解槽的側(cè)面設(shè)有透明的液位觀察窗6和加液口7。
專利摘要本實用新型是一種電化學制氧機。它是由空氣炭電極、金屬陽極、催化分解網(wǎng)、電解槽、密封倉、液位檢測探頭及報警提示裝置、空氣凈化裝置、恒流直流電源等部件組成。裝置內(nèi)部的電極反應(yīng)機制有別于同類制氧機。催化膜的選材和微觀形態(tài)及電極的空間排布方式十分獨特。整機的結(jié)構(gòu)嚴謹科學。一系列行之有效的技術(shù)措施不僅保持了同類制氧機產(chǎn)氧純度高(>99.5%)的優(yōu)點,更重要的是實現(xiàn)了雙極出氧,明顯提高了制氧效率(單位面積出氧速度比同類機大40—60%)降低槽電壓9～10%,有益于產(chǎn)品的使用壽命。
文檔編號C25B1/04GK2310078SQ9720863
公開日1999年3月10日 申請日期1997年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月28日
發(fā)明者蔡乃才, 吳克儉, 夏建國 申請人:東莞市森野實業(yè)發(fā)展有限公司