專利名稱：電化學(xué)制氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制氧設(shè)備，尤其是涉及一種采用電化學(xué)方法制氧的電化學(xué)制氧裝置。
背景技術(shù)：
目前制備氧氣的方法有物理方法例如深冷空分法、分子篩空分法、薄膜空分法、化學(xué)方法例如過(guò)氧化物化學(xué)分解法和電化學(xué)方法等。電化學(xué)方法主要有兩類第一類是隔膜電解水法。該裝置由金屬陰極、金屬陽(yáng)極、電解液、隔膜及槽體組成。通電后，在陰極上折出氫氣(2H++2e→H2)，在陽(yáng)極上產(chǎn)生氧氣(4OH-→o2+2H2O+4e)。氫氣和氧氣通過(guò)隔膜分開(kāi)。該法槽電壓較高，能耗較大，氫氣的大量逸出給安全構(gòu)成隱患；第二類是以空氣中的O2為反應(yīng)物的空氣電極作為陰極，代替電解水中的金屬陰級(jí)。該裝置由空氣陰極、金屬陽(yáng)極、電解液及槽體組成。通電后，空氣中的O2從氣相擴(kuò)散到與溶液相接觸的空氣電極催化層界面上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，而陽(yáng)極表面則發(fā)生析出O2的氧化反應(yīng)。因此，陰極上無(wú)氫析出，而且槽電壓比電解水低，克服了隔膜電解水制氧的弊端，具有制氧快速方便，氧氣純度高、噪音小、安全可靠、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
視空氣電極催化劑材料的不同，O2在催化劑界面上可以接受2個(gè)電子或4個(gè)電子二種不同的還原反應(yīng)。鋅空氣電池的空氣電極所采用的催化劑一般對(duì)O2的4電子還原反應(yīng)有利。如果把鋅空氣電池的空氣電極直接用于制氧裝置，那么在空氣電極催化劑界面上主要發(fā)生O2的4電子還原反應(yīng)，產(chǎn)物為OH-離子(O2+2H2O+4e→OH-)，相應(yīng)的陽(yáng)極上則是4e的氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣(4OH-→O2+2H2O+4e)。因此，在制氧效率方面它與電解水基本相同。O2的2電子還原反應(yīng)生成的產(chǎn)物是HO2-離子(O2+H2O+2e→HO2-+OH-)。在電場(chǎng)的作用下，HO2-離子向陽(yáng)極遷移，在陽(yáng)極上被氧化釋放出O2(HO2-+OH-→H2O+O2+2e)，在相同的電量條件下，理論上比4電子和電解水的制氧效率高1倍。所以這是一種比前者以4電子還原為主要反應(yīng)的空氣電極，更為先進(jìn)的電化學(xué)無(wú)氫制氧裝置。但是，在該裝置中，仍有以下問(wèn)題有待完善或解決，以進(jìn)一步提高裝置的使用壽命發(fā)熱與溶液溫升問(wèn)題、爬堿與腐蝕問(wèn)題和堿液碳酸化問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制氧效率高、使用壽命長(zhǎng)、制造成本低的電化學(xué)制氧裝置。
本實(shí)用新型通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)
一種電化學(xué)制氧裝置，包括制氧槽，放置制氧槽的密封倉(cāng)，與制氧槽相連的直流電源，與制氧槽氣液出口和溶液進(jìn)口分別相連的冷卻槽，以及與冷卻槽相連的半導(dǎo)體制冷器和增濕水箱，其特征是該制氧槽由兩個(gè)或兩個(gè)以上的制氧槽串聯(lián)組成，每個(gè)制氧槽是由空氣陰極、金屬陽(yáng)極、密封墊圈和功能框架組成；所述空氣陰極由防水透氣膜、催化膜和導(dǎo)電網(wǎng)冷壓燒結(jié)而成；所述催化膜采用有利于氧氣進(jìn)行2電子還原的材料如炭質(zhì)粉末或其纖維制造，導(dǎo)電網(wǎng)的上下兩邊有一定的寬度折壓在相鄰制氧槽的陽(yáng)極板上下邊框；所述若干個(gè)制氧槽按一定的順序以積木的方式組合在一起，制氧槽之間用多孔的透氣框相接，通過(guò)兩端高強(qiáng)度的固定夾板和螺桿、卡帽的緊固形成一個(gè)內(nèi)部密封性良好的串聯(lián)型制氧槽單元；所述功能框架上設(shè)有氣液出口和注液進(jìn)口；所述冷卻槽底部管道設(shè)有使溶液在制氧槽與冷卻槽之間加速流動(dòng)、實(shí)現(xiàn)溶液循環(huán)冷卻的水泵；同時(shí)還安置了用增濕水箱的水即時(shí)給制氧槽補(bǔ)水的液位傳感器，可控制增濕水箱的電磁閥開(kāi)關(guān)；所述制氧槽置于密封倉(cāng)內(nèi)，密封倉(cāng)對(duì)應(yīng)兩側(cè)分別設(shè)置了開(kāi)閉可控的進(jìn)出風(fēng)口和小風(fēng)扇。
本實(shí)用新型有如下效果1)簡(jiǎn)單緊湊、組裝維護(hù)方便，制造成本低本實(shí)用新型提供的裝置主要包括制氧槽，與制氧槽相連的電源，與制氧槽氣液出口和溶液進(jìn)口分別相連的冷卻槽，以及與冷卻槽連接的半導(dǎo)體制冷器和增濕水箱。制氧槽置于密封倉(cāng)內(nèi)，密封倉(cāng)對(duì)應(yīng)的兩側(cè)有開(kāi)閉可控的進(jìn)出風(fēng)口和風(fēng)扇。制氧槽的陰極是空氣電極，它具有氧的2電子還原特性。制氧槽工作期間，溶液實(shí)行循環(huán)冷卻，并由液位傳感器控制補(bǔ)水過(guò)程，使制氧槽的水位高度保持一定。制氧槽是一種積木式的組合，依靠固定夾板，螺桿和卡帽將空氣電極、金屬電極、墊圈、功能框架和多孔透氣框架依一定的順序緊固在一起。
2)提高產(chǎn)氧效率、密封性能好本實(shí)用新型中的制氧槽由空氣陰極、金屬陽(yáng)極、密封墊圈、以及具有對(duì)溶液和氧氣導(dǎo)向流動(dòng)通道的功能框架構(gòu)成?？蚣芟鄬?duì)應(yīng)的兩面分別是空氣陰極和金屬陽(yáng)極。電極與功能框架之間通過(guò)密封圈接觸?？諝怅帢O由防水透氣膜、催化膜、導(dǎo)電網(wǎng)冷壓燒結(jié)而成。催化膜采用有利于O2進(jìn)行2電子還原的材料制造如炭質(zhì)粉末或其纖維，以提高產(chǎn)氧效率。導(dǎo)電網(wǎng)的上下兩邊有一定的寬度折拉與相鄰電極槽的金屬陽(yáng)極折壓緊固連接，便于傳輸電流相當(dāng)于引線。根據(jù)單位時(shí)間供氧量的要求，可將若干個(gè)制氧槽以積木的方式組合在一起，制氧槽之間用有通氣孔的透氣框相連，通過(guò)螺桿和卡帽把它們緊固，形成由多個(gè)制氧槽串聯(lián)連接的整體，并能保持制氧槽內(nèi)部的良好密封性。該“組合槽”被放置在一個(gè)密封倉(cāng)里，密封倉(cāng)相應(yīng)兩側(cè)有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的窗口，其中一個(gè)窗口安裝了小型風(fēng)扇。在需要制氧時(shí)，進(jìn)出風(fēng)口和風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟，在制氧槽間形成空氣流動(dòng)，當(dāng)停止制氧時(shí)，進(jìn)出風(fēng)口和風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉。
3)延長(zhǎng)了使用壽命本實(shí)用新型中的冷卻槽內(nèi)部的溶液通過(guò)與冷卻槽及半導(dǎo)體制冷器接觸，使其熱量釋放和降溫更有利，冷卻槽底部與制氧槽底部連通管道上的微型水泵使制氧槽內(nèi)部的溶液實(shí)現(xiàn)了加速循環(huán)冷卻，因而減緩了制氧槽內(nèi)部的溫升速率，從而延長(zhǎng)了使用壽命。
4)增強(qiáng)抗腐蝕能力本實(shí)用新型中的密封墊圈在永久性的機(jī)械力作用下使制氧槽具有更好的密封性，從而有利于抑制爬堿現(xiàn)象的發(fā)生；并且正負(fù)極間的連接打破了傳統(tǒng)的“引線”方式，采用大面積的導(dǎo)體直接接觸，使裝置的抗腐能力大大提高。
5)性能穩(wěn)定本實(shí)用新型中的密封倉(cāng)的設(shè)置使制氧槽不工作時(shí)基本上不發(fā)生溶液吸收空氣中CO2的反應(yīng)，因此可減緩堿液碳酸化的速率，使溶液的導(dǎo)電性能及空氣電極的性能保持較好的穩(wěn)定性。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中制氧槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中功能框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型串聯(lián)組合型制氧槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型中空氣電極結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種電化學(xué)制氧裝置，包括制氧槽1，放置制氧槽1的密封倉(cāng)6，與制氧槽1相連的直流電源2，與制氧槽1、氣液輸出管道7和溶液注入管道8分別相連的冷卻槽3，以及與冷卻槽3相連的半導(dǎo)體制冷器4和增濕水箱5，其特征是該制氧槽1由兩個(gè)或兩個(gè)以上的制氧槽串聯(lián)組成，每個(gè)制氧槽是由空氣陰極22、金屬陽(yáng)極23、密封墊圈24和功能框架27組成，空氣陰極22由防水透氣膜30、催化膜31和導(dǎo)電網(wǎng)25冷壓燒結(jié)而成，催化膜31采用有利于氧氣進(jìn)行2電子還原的材料如炭質(zhì)粉末或其纖維制造，導(dǎo)電網(wǎng)25的上下兩邊有一定的寬度折壓在相鄰制氧槽的陽(yáng)極板上下邊框，可以根據(jù)制氧量的大小，將若干個(gè)制氧槽1按一定的順序以積木的方式組合在一起，制氧槽1之間用多孔透氣框26相接，通過(guò)兩端高強(qiáng)度的固定夾板28和螺桿29、卡帽的緊固形成一個(gè)內(nèi)部密封性良好的串聯(lián)型制氧槽組，功能框架27上設(shè)有氣液出口32和注液進(jìn)口33，冷卻槽3底部的管道設(shè)有使溶液在制氧槽1與冷卻槽3之間加速流動(dòng)、實(shí)現(xiàn)溶液循環(huán)冷卻的水泵9，同時(shí)還安置了用增濕水箱5的水即時(shí)給制氧槽1補(bǔ)水的液位傳感器10，可控制增濕水箱5的電磁閥開(kāi)關(guān)12，制氧槽1置于密封倉(cāng)6內(nèi)，密封倉(cāng)6對(duì)應(yīng)兩側(cè)分別設(shè)置了開(kāi)閉可控的進(jìn)出風(fēng)口13和小風(fēng)扇14。
如圖1所示，本實(shí)用新型提供的電化學(xué)制氧裝置主要包括組合型制氧槽1，放置制氧槽1的密封倉(cāng)6，與制氧槽1相連的直流電源(恒流源)2，與制氧槽1相通的冷卻槽3，以及半導(dǎo)體制冷器4和過(guò)濾增濕箱5。制氧槽1的氣液出口管道7和注液管道8分別與冷卻槽3相連。制氧槽1內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過(guò)氣液口管道7到達(dá)冷卻槽3后汽水分離，其頂部有一管道15與過(guò)濾增濕箱5相通，氧氣順其管道進(jìn)入過(guò)濾增濕箱5，并從端口16輸送出來(lái)進(jìn)入濾氣瓶19再次過(guò)濾增濕后，由出氣管20輸出供吸氧。制氧槽內(nèi)的溶液在氧氣氣泡和熱量的帶動(dòng)下，由氣液管出口管道7進(jìn)入冷卻槽3，冷卻槽3與半導(dǎo)體制冷器4接觸，吸收其溶液的熱量使其降溫。被降溫的溶液在水泵9及高位勢(shì)能的推動(dòng)下經(jīng)管道8流入制氧槽1。在冷卻槽3中的旁通管18上安裝2個(gè)液位傳感器10。當(dāng)啟動(dòng)電源制氧時(shí)，若制氧槽內(nèi)部的液位低于安全液位高度時(shí)，傳感器10將給出電訊號(hào)傳至中央控制器21，控制器發(fā)出指令自動(dòng)開(kāi)啟增濕箱與冷卻槽3相連接的管道上的電磁閥12，給制氧槽1補(bǔ)水，達(dá)到設(shè)定水位高度時(shí)，電磁閥12則被自動(dòng)關(guān)閉，并進(jìn)入制氧程序。整個(gè)制氧槽1置于密封倉(cāng)6內(nèi)。密封倉(cāng)6對(duì)應(yīng)的兩側(cè)有2個(gè)窗口13和風(fēng)扇14，在制氧時(shí)將被啟動(dòng)自動(dòng)打開(kāi)，制氧停止后則被自動(dòng)關(guān)閉。
由圖2和圖5所示，空氣陰極板22由防水透氣膜30和催化膜31及導(dǎo)電網(wǎng)25構(gòu)成，導(dǎo)電網(wǎng)25上下兩邊的尺寸比陰極板22大一些，大出的部分被折壓在相鄰制氧槽陽(yáng)極板23的上下邊框。
圖3是構(gòu)成制氧槽的功能框架27，功能框架27上有氣液出口32和注液入口33。功能框架27用塑料注塑形成。
按照?qǐng)D4所示的順序?qū)⒖諝怆姌O22、墊圈24、功能框架27、墊圈24、金屬陽(yáng)極23構(gòu)成的制氧槽1，有多孔透氣框26相接，用多槽組合構(gòu)成一個(gè)制氧槽組，置于2塊高強(qiáng)度的多孔夾板28之間，夾板的四邊至少有18根表面被絕緣的金屬螺桿29穿連，旋緊螺桿兩端的螺帽，把“組合體”緊固在兩夾板之間，則形成了內(nèi)部密封性良好，由多個(gè)制氧槽1串聯(lián)在一起的組合型制氧槽單元。
權(quán)利要求1.一種電化學(xué)制氧裝置，包括制氧槽(1)，放置制氧槽(1)的密封倉(cāng)(6)，與制氧槽(1)相連的直流電源(2)，與制氧槽(1)氣液出口和溶液進(jìn)口分別相連的冷卻槽(3)，以及與冷卻槽(3)相連的半導(dǎo)體制冷器(4)和增濕水箱(5)，其特征是該制氧槽(1)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元槽串聯(lián)組成，每個(gè)單元槽是由空氣陰極(22)、金屬陽(yáng)極(23)、密封墊圈(24)和功能框架(27)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述空氣陰極(22)由防水透氣膜(30)、催化膜(31)和導(dǎo)電網(wǎng)(25)冷壓燒結(jié)而成。
3.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述催化膜(31)采用有利于氧氣進(jìn)行2電子還原的材料如炭質(zhì)粉末或其纖維制造，導(dǎo)電網(wǎng)(25)的上下兩邊有一定的寬度折壓在相鄰制氧槽的陽(yáng)極板上下邊框。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述若干個(gè)制氧槽按一定的順序以積木的方式組合在一起，制氧槽之間用多孔的透氣框(26)相接，通過(guò)兩端高強(qiáng)度的固定夾板(28)和螺桿(29)、卡帽的緊固形成一個(gè)內(nèi)部密封性良好的串聯(lián)型制氧槽單元。
5.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述功能框架(27)上設(shè)有氣液出口(32)和注液進(jìn)口(33)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述冷卻槽(3)底部管道設(shè)有使溶液在制氧槽(1)與冷卻槽(4)之間加速流動(dòng)、實(shí)現(xiàn)溶液循環(huán)冷卻的水泵(9)；同時(shí)還安置了用增濕水箱(5)的水即時(shí)給制氧槽(1)補(bǔ)水的液位傳感器(10)，可控制增濕水箱(5)的電磁閥開(kāi)關(guān)(12)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)制氧裝置，其特征是所述制氧槽(1)置于密封倉(cāng)(6)內(nèi)，密封倉(cāng)(6)對(duì)應(yīng)兩側(cè)分別設(shè)置了開(kāi)閉可控的進(jìn)出風(fēng)口(13)和小風(fēng)扇(14)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種制氧設(shè)備，尤其是涉及一種采用電化學(xué)方法制氧的電化學(xué)制氧裝置，包括制氧槽，放置制氧槽的密封倉(cāng)，與制氧槽相連的直流電源，與制氧槽氣液出口管道和溶液進(jìn)口管道分別相連的冷卻槽，以及與冷卻槽相連的半導(dǎo)體制冷器和增濕水箱，其特征是該制氧槽由兩個(gè)或兩個(gè)以上的制氧槽串聯(lián)組成，每個(gè)制氧槽是由空氣陰極、金屬陽(yáng)極、密封墊圈和功能框架組成；所述空氣陰極由防水透氣膜、催化膜和導(dǎo)電網(wǎng)冷壓燒結(jié)而成；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、組裝維護(hù)方便，制造成本低、產(chǎn)氧效率高、使用奉命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C25B1/00GK2892884SQ200520145528
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者胡崇禮, 蔡乃才 申請(qǐng)人:寧夏元亨科技開(kāi)發(fā)有限公司