氢氧气体制取系统.pdf

本发明提供一种氢氧气体制取系统，其包括贮水收集槽(10)、电极组件(20)、第一散热供应管(30)以及第二散热供应管(40)。其中，贮水收集槽(10)用于存水和收集氢氧气体；电极组件(20)内置有多个电极(21、22)且形成有用来进水的流入口(25)和排放电解后氢氧混合气体的排放口(26)；第一散热供应管(30)连接贮水收集槽(10)的下端和流入口(25)，其在从贮水收集槽(10)向电极组件(20)供水的同时还具有散热功能；第二散热供应管(40)连接贮水收集槽(10)上端和排放口(26)，其将由电极组件(20)生成的氢氧气体输送并存储在贮水收集槽(10)的上端的同时还具有散热功能。

1.  一种氢氧气体制取系统，其特征在于：
包括贮水收集槽(10)、电极组件(20)、第一散热供应管(30)以及第二散热供应管(40)，其中，贮水收集槽(10)用于存水和收集氢氧气体；电极组件(20)内置有多个电极(21、22)且形成有用来进水的流入口(25)和排放电解后生成的氢氧混合气体的排放口(26)；第一散热供应管(30)连接贮水收集槽(10)的下端和电极组件(20)的流入口(25)，其在从贮水收集槽(10)向电极组件(20)供水的同时还具有散热功能；第二散热供应管(40)连接贮水收集槽(10)上端和电极组件(20)的排放口(26)，其将由电极组件(20)生成的氢氧气体输送并存储在贮水收集槽(10)的上端的同时还具有散热功能，第一散热供应管(30)包括呈线圈状卷绕的散热管装置(31)和安装在散热管装置(31)上的用于加大与空气接触的接触面积的多个散热销形成装置(32)；第二散热供应管(40)包括呈线圈状卷绕的散热管装置(41)和安装在散热管装置(41)上的用于加大与空气接触的接触面积的多个散热销形成装置(42)；在所述第一散热供应管(30)及第二散热供应管(40)的表面上形成有导热层用以提高其散热效率，而且在该导热层上单独或混合涂敷有纳米级碳纳米管和托玛琳光催化剂。

2.  根据权利要求1所述的氢氧气体制取系统，其特征在于，
还包括：散热风扇(33)，其面向第一散热供应管(30)或面向第二散热供应管(40)；温度传感器(34)，其用来测定贮水收集槽(10)的温度，如发现该温度超出标准温度以上时，温度传感器(34)可随即发出信号启动散热风扇(33)。

3.  根据权利要求1所述的氢氧气体制取系统，其特征在于，
还包括：与外界连接并用来供水的主供水管(S)；使贮水收集槽(10)中的存水保持一定水位的水位保持装置(50)。

4.  根据权利要求1所述的氢氧气体制取系统，其特征在于，
还包括：混合气体分离过滤器(11)，其安装在贮水收集槽(10)的内部并用来对从水中上升的氢氧气体进行分离过滤；收集装置(12)，其位于混合气体分离过滤器(11)的上端，用于收集经由混合气体分离过滤器(11)而上升的氢氧气体。

氢氧气体制取系统
技术领域
本发明涉及一种用水产生氢气、氧气的氢氧气体制取系统。
背景技术
一般而言，氢氧气体制取系统是利用电解水的方法制取氢气和氧气的装置，即，在安装正、负电极的电解槽内加入含有少量电解质的水并接通直流电源，使其产生无公害的能源资源即氢氧气。此时氢气和氧气按2∶1的摩尔百分比生成，在负电极的表面以气泡的形式生成氢气，而在正电极的表面以气泡的形式生成氧气。由此产生的氢气和氧气经混合后成为可燃烧的混合气体。由于氢气和氧气在燃烧时不会产生污染物，所以作为环保型能源资源而受到广泛关注。
但是，由于水在被电解的过程中会产生较多的热量，为了使系统冷却还需采用散热装置。因此不仅需要安装散热装置的空间，还需要配备用来启动散热装置的各种电气装置，例如冷却风扇或泵类等等。最终导致该系统的体积变大，其整体结构也较为复杂。
而且由于氢氧混合气内部含有氧气，即使没有外界供应的氢气也能燃烧，因此存在燃烧中生成的火花随时可能会出现回火的可能性。
发明内容
本发明以解决上述现有技术中的技术问题作为出发点，目的在于提供一种采用空气自然循环方式的吸热散热装置的氢氧气体制取系统，该系统即使没有冷却风扇或泵类电气装置也能实现使其散热的目的，还可简化系统的整体结构而使其更加紧凑。另一目的在于排除可能会出现的火花回火隐患，以提供安全得到保障的氢氧气制取系统。
本发明提供的氢氧气体制取系统，包括贮水收集槽10、电极组件20、第一散热供应管30和第二散热供应管40。
贮水收集槽10用于存水和收集氢氧气体；电极组件20内置有多个电极21、22且形成有用来进水的流入口25和排放电解后氢氧混合气体的排放口26；第一散热供应管30连接贮水收集槽10的下端和电极组件20的流入口25，其在从贮水收集槽10向电极组件20供水的同时还具有散热功能；第二散热供应管40连接贮水收集槽10上端和电极组件20的排放口26，其将由电极组件20生成的氢氧气体输送并存储在贮水收集槽10的上端，同时还具有散热功能。第一散热供应管30包括呈线圈状卷绕的散热管装置31和安装在散热管装置31上的用于加大与空气接触的接触面积的多个散热销形成装置32；第二散热供应管40包括呈线圈状卷绕的散热管装置41和安装在散热管装置41上的用于加大与空气接触的接触面积的多个散热销形成装置42；在上述第一散热供应管30及第二散热供应管40的表面上形成有导热层用以提高其散热效率，而且在该导热层上单独或混合涂敷有纳米级碳纳米管和托玛琳光催化剂。
在本发明的技术方案1的基础上，氢氧气体制取系统包括：散热风扇33，其面向第一散热供应管30或面向第二散热供应管40；温度传感器34，其用来测定贮水收集槽10温度，如发现该温度超出标准温度以上时，可随即发出信号启动散热风扇33。
在本发明的技术方案1的基础上，氢氧气体制取系统还包括：水位保持装置50，其与外界用来供水的主供水管S连接并使贮水收集槽10中的存水保持一定水位；防回流过滤器组件60，其用来防止从贮水收集槽10中流出的氢氧气体重新回流到贮水收集槽10中；喷嘴70，其连接防回流过滤器组件60并用以喷射氢氧气体。
在本发明的技术方案1的基础上，氢氧气体制取系统又包括：混合气体分离过滤器11，其安装在贮水收集槽10的内部，用来从水中分离氢氧气体；收集装置12，其位于混合气体分离过滤器11的上端，用于收集经由混合气体分离过滤器11过滤的氢氧气体。
本发明所提供的氢氧气体制取系统，包括：存水和收集氢氧气体的贮水收集槽；通过电解产生氢氧混合气体的电极组件；连接贮水收集槽和电极组件的第一散热供应管和第二散热供应管。即使没有冷却风扇或泵类等电器装置，该系统也能通过空气的自然循环而达到散热的目的，还可简化系统的整体结构而使其更加紧凑。
而且，本发明通过采用防回流过滤器组件来防止燃烧火花出现回火现象，同时可产生高纯度的混合气体，具有可提供更安全的氢氧气制取系统的作用与效果。
附图说明
图1是表示本发明氢氧气体制取系统的详细结构的示意图。
图2是表示图1中第一散热供应管和第二散热供应管详细结构的示意图。
<图纸主要部位符号说明>
10...贮水收集槽            11...混合气体分离过滤器
12...收集装置              15...浮标
20...电极组件              21、22...电极
25、26...进水口及排放口    30...第一散热供应管
31...散热管装置            32...散热销形成装置
33...散热风扇              34...温度传感器
40...第二散热供应管        41...散热管装置
42...散热销形成装置        42a...凹凸槽
50...水位保持装置          51...电磁阀
52...水位传感器            60...防回流过滤器组件
61...贮水装置              61a...副收集装置
62...催化剂存储装置        63...文氏管装置
64...水位感应装置          65...供气管道
66...清除异物过滤器        70...喷嘴
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明。
图1是表示本发明氢氧气体制取系统的详细结构的示意图，图2是表示图1中第一散热供应管和第二散热供应管详细结构的示意图。
如图所示，本发明提供的氢氧气体制取系统，包括贮水收集槽10、电极组件20、第一散热供应管30、第二散热供应管40、水位保持装置50、防回流过滤器组件60以及喷嘴70。
贮水收集槽10用于存水和收集氢氧气体；电极组件20内置有多个电极21、22并形成有用来进水的流入口25和用来排放电解后所产生的氢氧混合气体的排放口26；第一散热供应管30连接贮水收集槽10的下端和电极组件20的流入口25，其在从贮水收集槽10向电极组件20供水的同时还具有散热功能；第二散热供应管40连接贮水收集槽10的上端和电极组件20的排放口26，其在将由电极组件20生成的氢氧气体输送并存储在贮水收集槽10的上端的同时还具有散热功能；水位保持装置50，其与外界的用来供水的主供水管S连接，使贮水收集槽10中的存水保持一定的水位；防回流过滤器组件60，其可防止从贮水收集槽10中流出的氢氧气体又重新回流到贮水收集槽10中；喷嘴70，其连接防回流过滤器组件60并用以喷射氢氧气体。
贮水收集槽10在向电极组件20供水的同时收集从电极组件20中生成的氢氧气体，贮水收集槽10整体上呈筒状，其采用耐压、耐久性良好的金属材料制成。
在贮水收集槽10的内部安装有对从水中分离的氢氧气体进行分离过滤的混合气体分离过滤器11，在混合气体分离过滤器11的上端设置有收集氢氧气体的收集装置12。
此时，混合气体分离过滤器11采用细网眼丝网并涂敷有光催化剂，最好应用托玛琳光催化剂。托玛琳光催化剂可涂敷在成品丝网上或者在制造丝网过程中就使丝网中含有托玛琳光催化剂。
混合气体分离过滤器11用于过滤上升的氢氧气体内部所包含的异物，即，对在电解过程中正、负电极上产生的气体中的异物或在供水过程中所含有的异物进行过滤，以便收集纯净的氢氧气体。尤其是当混合气体分离过滤器11中含有光催化剂时，异物在光催化作用下可得到更有效的清除。
而且，在贮水收集槽10的内部安装有浮标15，在电极组件20中生成的氢氧气体的混合气体通过第二散热供应管40流入贮水收集槽10的上端10b时，浮标15可加大混合气体流入压力以便使其向第一散热供应管30方向快速流动。即，流入贮水收集槽10上端10b的氢氧气体的混合气体在整个浮标15的表面上施加压力，促使浮标15再向存水施加压力，以便于使水具有更强的压力并从下端10a流出。
电极组件20用于电解水并制成氢气和氧气，其将隔开一定间距而设置的多个负电极21和正电极22以整体位于呈密封结构的管或箱内的方式制成，其两端设置有用来流入从贮水收集槽10流过来的水的流入口25、以及用来排放电解过程中产生的氢氧混合气体的排放口26。此时正、负电极21、22的表面经过纳米研磨加工，以便于有效产生电解以及使所生成的氢氧气气泡更易于脱离它。
纳米研磨是指按纳米级单位对正、负电极21、22的表面进行的研磨加工。经纳米研磨加工后可最大限度地降低正、负电极21、22的表面摩擦力，使所生成的氢气和氧气气泡轻易地脱离上述表面。尤其是物质从大块状态减小到纳米级规格后，其机械性能、热学性能、电性能、磁性能和光学特性等均出现独特变化，正、负电极21、22的表面经纳米研磨加工后可使其理化性能产生变化，从而可促使电解过程更加活跃。
另外，在正、负电极21、22的表面上还可以粘贴托玛琳光催化剂。托玛琳光催化剂的制成和粘贴方法是：将托玛琳粉碎并制成数微米级到数纳米级单位的粉末，并在约1300℃温度中对其进行烧结之后，再利用粘接剂将其粘贴到正、负电极21、22上。托玛琳具有与水晶相同的结晶结构，其属于六方晶系矿物，经摩擦产生电荷且可产生大量的负离子，因而能够更进一步促进电解的进行，使氢气及氧气的生成量更多。这种托玛琳经制成粉末状并烧结之后，可成为能够扩大与水的接触面积并形成有无数微细气孔的光催化剂，在正、负电极21、22上粘贴托玛琳光催化剂后可以进一步促进水的电解。而且正、负电极21、22还可通过对托玛琳光催化剂进行板状成型加工的方法而制成。
第一散热供应管30包括：散热管装置31，其呈线圈状卷绕并与贮水收集槽10的下端10a及电极组件20的流入口25连接；多个散热销形成装置32，其安装在散热管装置31上并用于加大与空气接触的接触面积。该第一散热供应管30不仅具有连接贮水收集槽10和电极组件20的供水管道的作用，同时还具有吸热散热的功能。
散热销形成装置32套在散热管装置31上以加大散热管装置31与空气接触的接触面积。该散热销形成装置32可以采用多种形状的结构，在本实施例中采用了将薄带状金属板拧成螺旋形的结构，金属板上形成有多个凹凸槽32a。
第二散热供应管40包括：散热管装置41，其呈线圈状卷绕并与贮水收集槽10的上端10b及电极组件20的排放口26连接；多个散热销形成装置42，其安装在散热管装置41上并用于加大与空气接触的接触面积。该第二散热供应管40不仅具有可将从电极组件20中生成的、与水混合的氢氧气体混合气体输送到贮水收集槽10中的供给管道的作用，同时还可从氢氧气体混合气体和水中吸热并散热。
散热销形成装置42套在散热管装置41上以加大散热管装置41与空气接触的接触面积。该散热销形成装置42可以采用多种形状的结构，在本实施例中采用了将薄带状金属板拧成螺旋状的结构，金属板上形成有多个凹凸槽42a。
此时，在上述第一散热供应管30或第二散热供应管40的表面会形成导热层以提高其散热效率。在本实施例中，导热层上单独或混合涂敷有10-60纳米级规格的碳纳米管和托玛琳光催化剂。
另外，本发明还可包括：散热风扇33，其面向第一散热供应管30或面向第二散热供应管40；温度传感器34，其用来测定贮水收集槽10的温度，如发现该温度超出标准温度以上时，温度传感器34可随即发出信号启动散热风扇33。散热风扇33将空气输送到第一散热供应管30的散热销形成装置32或第二散热供应管40的散热销形成装置42中，使其完成与被加热的空气的热交换。本实施例中图示的散热风扇33面向第一散热供应管30，但这仅仅是例示而已，散热风扇33还可以面向第二散热供应管40。
当贮水收集槽10的温度上升至标准温度以上或因异常操作而导致其温度过高时，经温度传感器34感应后发出信号启动散热风扇33对其进行快速散热。
水位保持装置50连接主供水管S用以保持贮水收集槽10中的存水处于一定水位，其保持方式可以通过多种形式实现。本实施例中的水位保持装置50由连接主供水管S的电磁阀51和内置在贮水收集槽10中的用来感应存水水位的同时通过发出信号启动关闭电磁阀51的水位传感器52组成。但水位保持装置也可以采用诸如马桶中的浮标方式。
防回流过滤器组件60用来清除通过收集装置12经由供气管道65而流入的氢氧气体中包含的异物，从而可制造高纯度的混合气体，进而还起到防止氢氧气体又回流到收集装置12中的防回火功能。为此，防回流过滤器组件60包括其内部存水并连接供气管道65的贮水装置61、安装在贮水装置61的上端并存储催化剂的催化剂存储装置62以及用来连接贮水装置61和催化剂存储装置62的文氏管装置63。此时，在贮水装置61中，在水面的上端设置有副收集装置61a，其用于收集途径水中的氢氧气体。
催化剂存储装置62用来存储催化剂，这类催化剂有托玛琳光催化剂或白金催化剂。催化剂存储装置62通过其催化作用来清除以化合物形态存在的异物。
文氏管装置63用于使混合路径中的氢气和氧气均匀混合，同时可防止上升到催化剂存储装置62中的混合气体再次回流到副收集装置61a中。因此，在文氏管装置63的内部形成有一个或多个微细流路，优选该微细流路呈螺旋状，在文氏管装置63中形成的流路直径应在0.2mm～10mm之间。
事实上，流入贮水装置61中的氢气和氧气呈部分未混合的状态，这些氢气和氧气在流经文氏管装置63的流路的过程中会自然而然地进行混合。
另外，在贮水装置61的内部安装有监测水位的水位监测装置64。水位监测装置64在测量贮水装置61中所消耗的水量之后发出从供水箱(未图示)朝向贮水装置61中供水的指令。这类水位监测装置64的机能可以通过多种形式实现，例如采用浮标方式或传感器方式。因水位监测装置64及供水箱属于该行业的现有技术，这里将省略其详细说明。
在内置于贮水装置61中的供气管道65的末端上还可安装清除异物过滤器66。该清除异物过滤器66用来清除通过供气管道65而流入贮水装置61中的氢氧气体内所含的异物。
采用上述防回流过滤器组件60时，通过供气管道65流入贮水装置61的氢氧气体中所含的异物，将被清除异物过滤器66所清除。之后，异物已被清除的混合气体会上升汇集到副收集装置61a中，不再向供气管道65中逆行。同时，汇集到副收集装置61a中的混合气体，在通过文氏管装置63的过程中会混合得更加均匀，在通过催化剂存储装置62的过程中其呈化合物状态存在的异物将被清除，最后会形成高纯度的混合气体。
下面，对氢氧气体制取系统的运行进行详细描述。
采用上述结构时，在对电极组件20接通直流电源后，负电极21及正电极22之间会对水进行电解而生成氢气和氧气气泡，该混合气体会与水一同通过第二散热供应管40流入贮水收集槽10内部而存留在水面的上方。这样，贮水收集槽10内部的压力就会上升，不断上升的内部压力促使存水向第一散热供应管30排出，即使不采用泵类结构等，因流向贮水收集槽10的氢氧混合气体的压力，存水也会自然通过第一散热供应管30朝向电极组件20供应。之后，该氢氧气体经由混合气体分离过滤器11后会汇集到收集装置12中，在收集装置12中汇集的氢氧气体再通过供气管道65->防回流过滤器组件60->喷嘴70后可作为燃料来使用。
另外，由于电极组件20在电解过程中会产生较多热量，这些热量经第一散热供应管30、第二散热供应管40再与空气进行接触而散发，从而可防止贮水收集槽10的温度的上升。
同时，当贮水收集槽10温度上升至标准温度以上，或因异常操作而导致其温度过高时，经温度传感器34感应后会发出信号启动散热风扇33对其进行快速散热。
综上所述，本发明就以上附图示意的一个实施例作参考进行了说明，但在不超越本发明要旨与保护范围的情况下，凡拥有本发明技术领域的一般知识的人士均能了解到本发明可进行多种修改或变型，这些变型均属于本发明的保护范围。