專利名稱：離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于離子膜(固體聚合物電解質(zhì))法電解純水制氫、氧氣體的一類電解設備。
八十年代中期，山東省化工研究院(原山東省化學研究所)在我國最早推出這類小型儀器，后來又將這一技術(shù)轉(zhuǎn)讓給山東省無線電廠，到目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)這類氫氣發(fā)生器的單位有三、四家。但是，上述所有生產(chǎn)這類氫氣發(fā)生器的單位，都是只生產(chǎn)含有一個電解槽的單槽式產(chǎn)品，其明顯缺點是由于只含一個電解槽，產(chǎn)氫量少，最高產(chǎn)氫量只有每分鐘210毫升左右。這種小氣量設備，只能為化學儀器分析中的色譜分析配套使用，受產(chǎn)氣量的限制，一臺這樣的氫氣發(fā)生器只能滿足一臺色譜儀的用氫量，從而大大限制了該類設備的應用范圍。若想在單槽式的氫氣發(fā)生器中，增加產(chǎn)氫量時，就必須進一步提高電流，眾所周知，這類設備在電解過程中，本來已是采用低電壓、大電流工作，若再增加電流，電流密度必將進一步增加，過高的電流密度易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，其后果將使離子膜燒壞擊穿而不能工作。因此，生產(chǎn)多元槽氫氣發(fā)生器，提供大小不同的產(chǎn)氫量，將會進一步拓寬該設備的使用范圍。早在七十年代中期，美國已有離子膜法復極多元電解槽氫氣發(fā)生器專利產(chǎn)品問世，其專利號為4056452。這種復極多元電解槽氫氣發(fā)生器產(chǎn)品的出現(xiàn)，使其能按用戶要求隨意組配電槽個數(shù)，提供不同的產(chǎn)氫量。這自然擴大了該類儀器的應用范圍。但是，上述美國這種專利產(chǎn)品，有其明顯的缺點，即電解槽結(jié)構(gòu)比較復雜，尤其電極隔板是一塊兩面都帶凹平面的異型板材，它的橫斷面呈工字形構(gòu)型，這種元件的成型必須用模具才能加工完成，若變更電槽尺寸，就必須重新加工模具，眾所周知，模具加工費是比較高的，用模具成型電解槽元件，不僅增加了電槽成本，而且還限制了開發(fā)電解槽尺寸不同的系列產(chǎn)品，因為每變更一次電解槽尺寸，就必須投入一筆較大的模具加工費，因此生產(chǎn)者就不易按社會要求，隨機應變地加工大小不同尺寸的各種電解槽，也不易按電路參數(shù)要求，提供與之匹配得當?shù)?，傳質(zhì)傳熱良好的優(yōu)質(zhì)多元電解槽設備。
鑒于上述背景技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的是推出一種與離子膜法單槽式氫氣發(fā)生器相比，能產(chǎn)生大氣量、結(jié)構(gòu)更加先進的復極多元電解槽式產(chǎn)品；與已有的復極多元電解槽氫氣發(fā)生器相比，其電解槽各部件呈平板式構(gòu)型，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，易于實施的一種離子膜法復極多元電解槽氫氧發(fā)生器。
下面清楚完整地描述本實用新型技術(shù)方案的技術(shù)特征本實用新型是一種由電源，貯水槽，電解槽，氣水分離器，電磁閥，壓力控制器，穩(wěn)壓閥，干燥器等組成的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于a)復極多元電解槽的陽極板、陰極板、電極隔板、陽極隔框、陰極隔框均為平板式結(jié)構(gòu)。
b)氫水分離器和干燥器均用拉桿與墊片和螺帽將各部件組配成一個密封整體。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于復極多元電解槽的陽極隔框的水導入支管和氧水導出支管為豁口、鉆孔或挖槽形狀皆可。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于氫水分離器的上蓋和底盤與其中間的外筒管用拉桿與墊片和螺帽組配成一個密封整體。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于干燥器的裝料筒底座與上蓋用拉桿與墊片和螺帽組配成一個密封整體。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于氫水分離器的浮漂滑桿頂端有一個限制浮漂上升高度的頂檔板。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于干燥器的裝料筒內(nèi)設置了一塊將裝料筒的筒底上的氫氣進口和氫氣出口分開，并與其裝料筒的內(nèi)壁和底部完全密封的長方形檔板，從而延長了氫氣干燥路程。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是該儀器的復極多元電解槽中各部件均勻板式平面外形，加工成型時，不必使用特制模具，這不僅降低了該類儀器的重要部件電解槽成本，而且加工方便，若在加工過程中，周密規(guī)劃、有機排料，可將不同尺寸及型號的電解槽部件同時匹配下料，這不僅充分利用原材料，進一步降低生產(chǎn)成本，還能提供系列產(chǎn)品供社會選用。此外，本實用新型的氫水分離器和干燥器，由于采用拉桿裝配，組裝、維修方便、密封性好，更換干燥劑極為方便。
本實用新型有10幅附圖，這些附圖的圖面說明如下


圖1是總裝示意圖；圖2是復極多元電解槽結(jié)構(gòu)分解示意圖；圖3是長方形陽極隔框；圖4是正方形陽極隔框；圖5是園形陽極隔框；圖6是離子膜電極示意圖；圖7是氫水分離器示意圖；圖8是氫水分離器俯視圖；圖9是干燥器示意圖；
圖10是干燥器仰視圖。
下面詳細說明實現(xiàn)本實用新型最好方式的具體實施方案本實用新型由電源1、貯水槽2、電解槽3、氧水分離器4、氫水分離器5、電磁閥6、壓力控制器7、穩(wěn)壓閥8、干燥器9等上述各部分組成。電源1的正(＋)、負(－)兩極與電解槽3兩端的陽極板21、陰極板32對應聯(lián)接，電解槽3中，除兩端的陽極板21與陰極板32外，其余中間的任意一塊極板都是一面為陽極，一面為陰極，故稱電極隔板30。電流通過電解槽3中緊密接觸的各導電部件及電解槽3內(nèi)進行的電化學反應使電流導通。貯水槽2的水，從進水管11經(jīng)過陽極端板19的進水口12進入電解槽3的各陽極隔框24的導水口37和導水支管(口)38進入陽極隔框24內(nèi)，并經(jīng)過陽極導電多孔板26到達與離子膜27緊密接觸的電催化陽極40，在此，水被電催化陽極40上的電催化劑分解，反應式如下2H2O→4H＋＋20－，與此同時，氧負離子在電催化陽極40上放出電子，生成氧氣，生成的氧氣伴隨陽極隔框24內(nèi)的水，從陽極隔框24的氧水導出支管(口)39和氧水導出口22經(jīng)陽極端板19上的氧水排出口20排出，再經(jīng)氧水排出管10，到氧水分離器4，在此將氧、水分離，氧氣待接收使用，分離出的水從氧水分離器4的下部直接進入貯水槽2循環(huán)使用；水分解后產(chǎn)生的氫正離子以水合離子形式，在電場力作用下，穿過離子膜27，到達與離子膜27緊密接觸的電催化陰極41，并在此接受電子生成氫氣，氫氣與被氫正離子攜帶到電催化陰極41的水，穿過陰極導電多孔板29，經(jīng)陰極隔框28的氫水導出支管(口)31和氫水導出口25，從陽極端板19上的氫水排出口23排出，再經(jīng)氫水排出管14和氫水分離器5的氫水進口50到達氫水分離器5，在此將氫、水分離，分離出的氫氣，從氫水分離器5頂部的氫氣出口44經(jīng)氫氣管16進入第一干燥器91干燥，經(jīng)初步脫水干燥的氫氣，通過壓力控制器7和穩(wěn)壓閥8后，再進入第二干燥器92再次干燥脫除微量水分，不含水的純氫氣從氫氣排出管17放出，提供使用，分離出的水從氫水分離器5底部的排水口51排出，經(jīng)水排出管15到電磁閥6，電磁閥6定期開啟，將水由回水管13送往貯水槽2循環(huán)使用。復極多元電解槽3的各部件，用螺栓18穿過陽極端板19到陰極端板33之間各部件上所有的螺栓孔36與墊片34和螺帽35緊固。整個設備的硬質(zhì)材料間，需密封的部位，如電解槽3的各部件間及其他器件和各接頭等均用彈性材料，如聚四氟乙烯板或橡膠板等，作為密封墊47密封(在圖7和圖9中有標記，在圖2中因不易表示，未標記)。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的電解槽3的陽極板21、陰板板32、電極隔板30、陽極隔框24和陰極隔框28均為平板材料，結(jié)構(gòu)簡單，加工成型方便，造價低。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的電解槽3的陽極隔框24的水導入支管(口)38和氧水導出支管(口)39為豁口、挖槽或鉆孔形式皆可。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的氫水分離器5的上蓋43和底盤49與其中間的外筒管52用拉桿42與墊片34和螺帽35組配成一個密封整體，組裝、維修方便，且密封性好。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的氫水分離器5內(nèi)的浮漂滑桿46頂端有一個限制浮漂48上升高度的頂檔板45。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的干燥器9的裝料筒底座59與上蓋54用拉桿42與墊片34和螺帽35組配成一個密封整體，不但密封性好，而且容易組裝和拆卸，使干燥劑更換十分方便。
上面所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器的干燥器9的裝料筒55內(nèi)設置了一塊將裝料筒55的筒底58上的氫氣進口56和氫氣出口57分開，并且與其裝料筒55的內(nèi)壁和底部完全密封的長方形檔板53，從而進一步延長了氫氣干燥路程，使干燥效果更好。
該實用新型的電解槽3外形可以有幾種形式，長方形、正方形、園形皆可，從耐壓角度看，園形結(jié)構(gòu)比較耐壓，從充分利用原材料看，長方形、正方形對材料利用率高。電解槽3的尺寸不易過大，以園形為例直徑最好在500毫米以下合適，若尺寸太大，電解槽3的各部件受力不易均勻，從而導致接觸不良，電傳導不好。此外，緊貼在離子膜兩面的電催化陽極和電催化陰極，以鉑系元素作電催化劑有很好的電催化效率，過電位低，電解效率高。最后還要強調(diào)一點，本實用新型的重要部件電解槽3的各部件應具有很好的平面性和平行性，才能組裝成非常嚴密和接觸導電良好的優(yōu)質(zhì)離子膜復極多元電解槽。
權(quán)利要求1.一種由電源，貯水槽，電解槽，氣水分離器，電磁閥，壓力控制器，穩(wěn)壓閥，干燥器等組成的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于a)復極多元電解槽(3)的陽極板(21)、陰極板(32)、電極隔板(30)、陽極隔框(24)、陰極隔框(28)均為平板式結(jié)構(gòu)。b)氫水分離器(5)和干燥器(9)均用拉桿(42)與墊片(34)和螺帽(35)將各部件組配成一個密封整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于復極多元電解槽(3)的陽極隔框(24)的水導入支管(38)和氧水導出支管(39)為豁口、鉆孔或挖槽形狀皆可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于氫水分離器(5)的上蓋(43)和底盤(49)與其中間的外筒管(52)用拉桿(42)與墊片(34)和螺帽(35)組配成一個密封整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于干燥器(9)的裝料筒底座(59)與上蓋(54)用拉桿(42)與墊片(34)和螺帽(35)組配成一個密封整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于氫水分離器(5)的浮漂滑桿(46)頂端有一個限制浮漂(48)上升高度的頂檔板(45)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子膜復極多元電解槽氫氧發(fā)生器，其特征在于干燥器(9)的裝料筒(55)內(nèi)設置了一塊將裝料筒(55)的筒底(58)上的氫氣進口(56)和氫氣出口(57)分開，并與其裝料筒(55)的內(nèi)壁和底部完全密封的長方形檔板(53)，從而延長了氫氣干燥路程。
專利摘要本實用新型屬離子膜(固體聚合物電解質(zhì))法電解純水制氫、氧氣體的一類電解設備。其特征在于復極多元電解槽(3)的陽極板(21)、陽極隔框(24)、陰極隔框(28)、電極隔板(30)、陰極板(32)均為平板式，結(jié)構(gòu)簡單，加工成型方便，造價低；此外，本實用新型的氫水分離器(5)和干燥器(9)均用拉桿(42)與墊片(34)與螺帽(35)組裝而成。
文檔編號C25B1/10GK2196126SQ9422568
公開日1995年5月3日 申請日期1994年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月28日
發(fā)明者劉慶蘭, 于國臣, 唐紅娟, 王錫錦 申請人:山東省化工研究院