由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備，尤其是一種操作簡單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]臭氧是一種強(qiáng)氧化性的不穩(wěn)定氣體，易分解而無法儲存，因此實際使用時需現(xiàn)場制取?，F(xiàn)有生成臭氧的主要方法有等離子體法和電化學(xué)方法。等離子體法是采用氧氣、空氣或富氧空氣作為生成臭氧的原料，通過介質(zhì)阻擋放電或電暈放電產(chǎn)生等離子體，氧分子在等離子體中解離為氧原子，隨后氧原子與氧分子通過三體碰撞反應(yīng)生成臭氧。等離子體法生成臭氧的主要缺點(diǎn)是:當(dāng)以空氣或富氧空氣為原料時，不可避免會產(chǎn)生氮氧化合物(NOx)等有害和腐蝕性氣體；以純氧為原料，雖可避免氮氧化物的生成，但因純氧不易獲得，不僅增加了臭氧的生產(chǎn)成本，而且在使用上也受到限制。電化學(xué)方法一般是采用固體電解質(zhì)膜電解水技術(shù)，其電解池的陽極側(cè)產(chǎn)生臭氧和氧氣，同時陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣。電化學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是所獲得的產(chǎn)物不含氮氧化合物等雜質(zhì)，但存在兩大缺點(diǎn):其一是陰極側(cè)產(chǎn)生易燃易爆的氫氣，不能直接排放，操作復(fù)雜且存在安全隱患；其二是能耗過大，耗費(fèi)大量的電和高純度的水，成本較高。
[0003]目前，氫燃料電池應(yīng)用已很普遍，其工作原理是:將氫氣送到燃料電池的負(fù)極，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池正極，而電子只能經(jīng)負(fù)載到達(dá)燃料電池正極。電子到達(dá)正極后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。
[0004]但是，迄今為止還沒有將氫燃料電池與水電解池相結(jié)合生成臭氧的方法及設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種操作簡單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備，設(shè)有一個氫燃料電池，所述氫燃料電池的排氣口與氣液分離器相接，所述氣液分離器的水出口通過第一閥門與至少兩個水電解池的原料入口相接，所述氫燃料電池的電輸出端與一個水電解池相接，其余水電解池與直流電源相接，所述水電解池的氫氣出口通過第二閥門與氫燃料電池的負(fù)極相接，所述水電解池的臭氧和氧氣出口與第三閥門相接。
[0007]本實用新型是將含氧氣體通過氫燃料電池轉(zhuǎn)化為水，再以所生成的水作為水電解池的原料生成臭氧，所生成的臭氧不含氮氧化合物等雜質(zhì)，純度高。水電解池電解水產(chǎn)生的氫氣作為氫燃料電池的原料，氫燃料電池產(chǎn)生的電能又為其中一個水電解池供電。不僅節(jié)省電能和水，降低生成臭氧的成本，而且充分利用的氫氣，消除了安全隱患。本實用新型既適用于大規(guī)模、穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，也適用于室內(nèi)、外等場所靈活便攜使用。
【附圖說明】
[0008]附圖1是本實用新型實施例的設(shè)備連接示意圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1所不:設(shè)有一個氫燃料電池I，氫燃料電池I的排氣口與氣液分離器2相接，氣液分離器2的水出口通過第一閥門3分別與兩個水電解池4的原料入口相接，氫燃料電池I的電輸出端與一個水電解池4相接，另一水電解池4與直流電源5 (MPS30直流穩(wěn)流電源)供電。相接，水電解池4的氫氣出口通過第二閥門6與氫燃料電池I的負(fù)極相接，水電解池4的臭氧和氧氣出口與第三閥門7相接。
[0010]所用氫燃料電池I及水電解池4均為現(xiàn)有技術(shù)，燃料電池的參數(shù)如下:干態(tài)的H2/AIR ;操作壓力常壓；操作溫度30~80°C ;mPt, MEA=0.7mg/cm2;單池測試；氫氣循環(huán)利用，空氣流速為100 ml/min ;有效面積為5cm2。
[0011]水電解池的參數(shù)如下:水電解池溫度為45 °C，常壓，水流量15ml/min，單池測試，有效面積為5cm2，能夠電解水產(chǎn)生氫氣、臭氧和氧氣。水電解池4至少兩個，但只有一個是由氫燃料電池供電。
[0012]亦可將純凈水輸入管路與氣液分離器2的入口相接，可根據(jù)需要在設(shè)備啟動時，輸入部分純凈水。
[0013]工作過程如下:
[0014]1.先將純凈水輸入至兩個水電解池4，由直流電源5供電的水電解池4首先工作，電解水后所產(chǎn)生的臭氧和氧氣出口通過第三閥門7后收集；
[0015]2.將含氧氣體(空氣)供給氫燃料電池I的正極，水電解池4所產(chǎn)生的氫氣通過第二閥門6供給氫燃料電池I的負(fù)極，氫燃料電池I則產(chǎn)生水蒸氣和電能；
[0016]3.氫燃料電池I所產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)過氣液分離器2分離，所得到的貧氧或無氧氣體可直接排放，也可作為副產(chǎn)品收集利用，所得到的水則通過第一閥門3輸送至兩個水電解池4作為原料，氫燃料電池I所產(chǎn)生的電為一個水電解池4供電；
[0017]4.兩個水電解池同時工作，電解水后所產(chǎn)生的臭氧和氧氣出口通過第三閥門7后收集，重復(fù)2~4步驟，循環(huán)進(jìn)行。
[0018]若不計揮發(fā)或蒸發(fā)因素帶來的損耗，水是不需要額外添加的。
[0019]常壓下，燃料電池I和水電解池4的工作溫度分別保持在60 0C和45 °C，空氣以100 ml/min輸入氫燃料電池I的正極側(cè)，MPS30直流穩(wěn)流電源5輸入電流2 A，產(chǎn)出臭氧氣體流量20 ml/min，臭氧濃度為12 wt%。
【主權(quán)項】
1.一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備，其特征在于:設(shè)有一個氫燃料電池(1)，所述氫燃料電池(I)的排氣口與氣液分離器(2)相接，所述氣液分離器(2)的水出口通過第一閥門(3)與至少兩個水電解池(4)的原料入口相接，所述氫燃料電池(I)的電輸出端與一個水電解池(4)相接，其余水電解池(4)與直流電源(5)相接，所述水電解池(4)的氫氣出口通過第二閥門(6 )與氫燃料電池(I)的負(fù)極相接，所述水電解池(4 )的臭氧和氧氣出口與第三閥門(7)相接。
【專利摘要】本實用新型公開一種操作簡單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的設(shè)備，設(shè)有一個氫燃料電池（1），所述氫燃料電池（1）的排氣口與氣液分離器（2）相接，所述氣液分離器（2）的水出口通過第一閥門（3）與至少兩個水電解池（4）的原料入口相接，所述氫燃料電池（1）的電輸出端與一個水電解池（4）相接，其余水電解池（4）與直流電源（5）相接，所述水電解池（4）的氫氣出口通過第二閥門（6）與氫燃料電池（1）的負(fù)極相接，所述水電解池（4）的臭氧和氧氣出口與第三閥門（7）相接。
【IPC分類】C25B9/00, C25B1/13
【公開號】CN204702808
【申請?zhí)枴緾N201520282877
【發(fā)明人】朱曉兵, 朱愛民, 李小松, 劉景林
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年5月5日