氢气发生器的制造方法
【专利摘要】一种氢气发生器，包括氢气发生装置及控制器部分，控制器包括：分别与整流电路、开关电源的输入端相连接的三相电，整流电路与开关电源的输出端分别与直流开关电路及智能程序控制单元输入端相连，智能程序控制单元的输出端通过直流开关电路与氢气发生装置相连，氢气发生装置上所设置的电流信号、温度信号、压力信号与智能程序控制单元连；所述氢气发生装置包括由电解槽和冷却系统组成，该电解槽的两侧分别设置有换热器，在换热器上设有循环冷却水的进出口，该进出口通过管线及水泵与冷却系统成循环冷却系统，在靠近电解槽的换热器上部设有氢氧气体出口。本实用新型是将电解槽与冷却系统有机的结合在一起，在电气控制方面改变了普通直流电源供电方式。
【专利说明】氢气发生器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源开发的【技术领域】，具体地说是通过用水为原料高效制造氢气的电解槽与电子脉冲控制技术的氢气发生器。其目的是为寻求经济有效的，可以实现工业化生产提供根本性解决方案。
【背景技术】
[0002]能源作为世界的经济命脉，社会发展的动力，受到了各国的高度重视。氢气作为一种清洁、高效、和资源丰富的新能源已渐为世人所共识。氢能源具有的以下优点必将成为人类的终极能源之一。
[0003]1.清洁。氢气燃烧过程中只产生水对环境没有任何污染，实现真正的“零排放”。
[0004]2.贮能高。燃烧I克氢可以放出14万焦耳的热量，约为燃烧I克汽油放热的3倍。
[0005]3.使用效率高。采用催化燃烧氢气产生的热，比常规化石燃料的热效率高10 —15% ;用于内燃机产生动力，比汽油效率高15 - 25%。
[0006]4.来源丰富。占地球表面71%的水中含有大量的氢，资源非常丰富。
[0007]5.用途广泛。用氢气代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。替代乙炔气和氧气做金属焊接、切割处理，其效率高3倍以上。还可用于燃料电池，或转换成固态氢用作备用可移动能源。总之，做为新能源，可以替代一切动力能源燃料。`
[0008]尽管氢是自然界最丰富的元素之一，但是天然的氢在地面上却很少有，所以只能依靠人工制取。但是作为能源使用，特别是普通的民用燃料，首先要求产氢气量大、安全可靠性高，并要求能够长时间的稳定运行。同时要求造价较低，即经济上具有可行性，这是今后制氢技术的基本标准。就长远和宏观而言，氢气的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代新技术的主攻方向。
[0009]目前以水裂解制氢气是普遍采用的方法。因为在电解水时的离子交换过程要放出极大的热量；在制氢气过程中的散热问题是多少年来难以解决的课题。如果不妥善解决制氢设备的散热问题就很难使制氢设备持久工作运行。其电解槽的设计至关重要。
[0010]众所周知，电解水制氢技术自古有之。其原理在中学教科书里都有。水是由氢氧元素组成的，化学名称为h20。它由二个氢原子和一个氧原子组成。在“特定条件”下，对水溶液通电，可以将水分解成为氢气和氧气，如下图所示:
[0011]通电
[0012]2H20 ------> 2H2+0
[0013]即两个水分子可以分解成为2个氢原子和一个氧原子。通常的电解水裂解制氢方法采用的都是不同形式的极板式电解槽。在使用时，直流电施加于电解槽两端，电解槽内的水分子在电场作用下由杂乱无章的状态转变成有序的状态，其中氢原子总是对应阴极板，氧原子总是对着阳极板，氢氧化学键在电场作用下被强制打破，形成化学阴阳离子，阴阳离子沿各自方向移动，分别在阳极形成氧气，在阴极形成氢气。这是常规的工作原理。依据这个原理先人做出了很多形式的电解槽，然而都摆脱不了电解槽离子交换过程中产生极大热量的困惑。电解槽温度不能超过55°C ;否则产生的不是氢气而是水蒸气。
【发明内容】
[0014]本实用新型的目的是提供一种通过用水为原料高效制造氢气的电解槽与电子脉冲控制技术的氢气发生器。
[0015]本实用新型目的是通过如下技术方案来实现的:它包括有氢气发生装置以及氢气发生装置的控制器部分，其特征是:所述氢气发生装置的控制器部分包括:分别与整流电路、开关电源的输入端相连接的三相或单相交流电源，整流电路与开关电源的输出端分别与直流开关电路及智能程序控制单元输入端相连接，智能程序控制单元的输出端通过直流开关电路与氢气发生装置相连接，氢气发生装置上所设置的电流信号、温度信号、压力信号与智能程序控制单元连接，与预置当量数进行闭环返馈控制；所述氢气发生装置包括由电解槽和冷却系统组成，该电解槽的两侧分别设置有换热器，在换热器上设有循环冷却水的进出口，该进出口通过管线及水泵与冷却系统行成密闭的循环冷却系统，在靠近电解槽的换热器上部设有氧气和氢气出口，在该电解槽上还设置有电流信号、温度信号及压力信号传感器及显示器或报警器。
[0016]在电解槽与其中一侧的换热器之间还设置有一电离气体导流板，在电离气体导流板上均布有气体通孔。
[0017]所述直流开关电路的输出端与电解槽输入端相接，所述的电流信号、温度信号及压力信号的输出端与智能程序控制单元输入端相接。
[0018]本实用新型还包括在换热器的下部还设置有除杂阀门。
[0019]本实用新型采用的是脉冲技术和智能计算机定量控制技术。电解槽与冷却系统有机的结合在一起的设计无疑能够将氢气发生器的水裂解电极特性充分的发挥工作效率，并且始终处于活化状态。矢量脉冲的智能计算机定量供电控制方式，使氢气发生器的工作效率倍增。实践证明该技术的效率是其它同类装置产气量的二倍以上。本实用新型特别采用电解水裂解制氢的方法改变了电解槽的设计。解决了自古以来难以解决的散热课题，其经济实用性得到了非常可观的效果。其性价比超越目前所有的制氢气装置和设备。
[0020]本实用新型是将电解槽与冷却系统有机的结合在一起的设计，在电气控制方面也改变了以前普通直流电源供电方式。
[0021]本实用新型的主要特点是:采用无触点控制，防爆安全。具有过流、超压、超温自动报警并且自动起动和停止工作。该装置的体积仅是同类产品的四分之一；而且，还具有结构合理，使用寿命长，操作简便，自动化程度高，应用与维护极为方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的电路逻辑控制框图；
[0023]图2是图1的电气原理图；
[0024]图3是图1中氢气发生装置的局剖结构示意简图；
[0025]图4是本实用新型的动态效果曲线图。[0026]下面将结合附图通过实例对本实用新型作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本实用新型其中的例子而已，并不代表本实用新型所限定的权利保护范围，本实用新型的权利保护范围以权利要求书为准。
【具体实施方式】
[0027]由图1-3所示，它包括有氢气发生装置F以及氢气发生装置的控制器部分，所述氢气发生装置的控制器部分包括:分别与整流电路Q1、开关电源KGV的输入端相连接的三相AC，整流电路Ql与开关电源KGV的输出端分别与直流开关电路Q2及智能程序控制单元PCff输入端相连接，智能程序控制单元PCW的输出端通过直流开关电路Q2与氢气发生装置F相连接，氢气发生装置上所设置的电流信号1、温度信号T、压力信号P与智能程序控制单元PCW连接，与预置当量数进行闭环返馈控制；所述氢气发生装置包括由两个电解槽8、10(以两个电解槽为例)和冷却水箱系统2组成，两个对应设置的电解槽两侧及之间分别设置有三个换热器7、9、11，而在换热器7、9、11上部分别设有与循环冷却水箱系统2相连通的进水口 3、5、6，在换热器7、9、11下部分别设有与循环冷却水箱系统2相连通的出水口 15、16、18，换热器中的冷却水经出水口 15、16、18通过管线及水泵20与冷却水箱系统2成密闭的循环冷却系统，在两个电解槽8、10与其间的换热器9之间分别设置有一电离气体导流板12、13，在电离气体导流板12、13上均布有气体通孔21。在两个电解槽之间的换热器9上部设有氧气和氢气出口 4,在两个电解槽之间的换热器9上还设置有电流信号1、温度信号T及压力信号Y传感器。另外，根据需要还可在该位置上设置显示器或报警器。另外图3中的I为冷却水箱系统的注水口。
[0028]工作原理如下:
[0029]本实用新型包括三相或单相交流电源AC、整流桥电路Q1、大功率直流开关电路Q2、开关电源KGV、与智能程序控制单元PCW、电解槽与冷却系统F组成；交流电源AC通过整流桥Ql和开关电源KGV，分别得到直流电源DC和DCl，DC提供给大功率直流开关电路Q2，做为直流矢量脉冲斩波调制电源；DC1做为控制用工作电源，提供给智能程序控制单元PCW，进行正常工作。与电解槽和冷却系统F组成了完整的闭环控制系统(见图1)。
[0030]PCff的预置的计算机程序决定了 VF的输出直流脉冲当量；即DCF的直流脉冲曲线特性，以期适应电解槽和冷却系统F所需要的直流脉冲电源值。通过电流信号1、温度信号T、压力信号P、液位信号Y的预置参数进行闭环返馈控制，使整个系统在智能程序控制单元PCW的管理下，使电解槽与冷却系统运行在理想的工作状态(图4)。其工作状态可以任意设定。因此，该实用新型的功效是其它同等装置是无法比拟的。
[0031]本技术方案是采用新型绝缘栅双极型大功率晶体管IGBT (Q2)作为直流电路的开关元件，并且配有由二极管Dl、D2构成的控制保护电路。智能程序控制单元PWC采用的是工业级单片计算机。电流检测元件AL采用高精度霍尔元件做模拟信号I检测。温度信号T、压力信号P和液位信号Y均采用高精度元件。电解槽与冷却系统F和过渡管件均采用优质不锈钢材料。
[0032]三相或单相交流电源AC，经整流Ql、滤波Cl和开关电源电路KGV，其输出的直流电压DC和DC1，分别送给直流开关电路Q2和智能程序控制单元电路PCW。通过智能程序控制单元电路PCW中的单片计算机程序达到实时检测和控制的目的。使电解槽与冷却系统F工作在理想状态。
[0033]经过多年探索和实践，上百次的实验发现，电解槽的传导电极，在水介质中的导电特性是有规律的，即在刚开始通电时，很不活跃，需要强力激活，而又不能过量，否则会浪费电能，达不到经济实用的效果。因此，通过计算机程序设置给定量，即直流脉冲当量和精确的时间常数VF，通过高速直流开关电路Q2、保护二极管Dl输出理想的直流调制脉冲电源DCF，给电解槽与冷却系统F的电解槽14、19 二端供电。通过高精度的电流信号1、温度信号T、压力信号P和液位信号Y的参数检测信号，回馈给智能程序控制单元PCW的计算机进行计算控制，使电解槽8、10电解效率与冷却系统水泵20水循环冷却流速达到最理想的同步工作状态。即高效又节约电能对电解槽冷却的效果。其动态效果曲线图(见图4)。
[0034]通过图4可知:通过时间tl (10秒)电源启动，经过时间t2 (5分钟)强脉冲激活发生器电极，通过t317的时间，脉冲电源按预置规律回落(节约电力)。时间t8时电解槽与冷却系统开始稳定工作，其供电脉冲电源维持在很低的同步经济运行状态，因此可见，低供电高输出的产气效果。
[0035]通过图4上面的工作状态曲线不难看出，氢气输出曲线，从开始工作到a点的斜率是很高的，说明强力脉冲电源的作用效果。同时也可以看到从a点到b点完全靠发生器被激活后的冲量效果。此刻，脉冲电源输出曲线呈规律下降，通过各种检测元件(电流信号1、温度信号T、压力信号P、液位信号Y)，其数据信号提供给PWC计算机进行处理。使电解槽与冷却系统F处于按需设定的参数(如压力信号P、温度信号T)等参数进行稳定工作。该实用新型在使用前通过反复调整预置参数，可达到最理想的氢气产生效果。
[0036]系统操作说明:
[0037]首先将该装置(如图3中)的冷却水箱2中加满较为洁净的清水，通过该装置的加水口 I向水箱内注水，并且有三级液位开关量输出液位信号Y指示液位。连接好控制器(图2)与电解槽和冷却系统(图3)之间的电源与控制信号线(S卩14、19、1、T、P、Y)，按线号对应接好。接好控制器(图2)的交流输入电源AC，最好通过带有过流保护的自动开关接入为好。检查电解槽与冷却系统管线是否有漏水。一切正常视为准备工作就绪。该装置初次使用还需要检查是否有漏气现象，若有要及时处理，因为氢气是易燃易爆气体，防止造成不必要的伤害。一般在通电I分钟后有气压产生后进行检查。
[0038]在控制电源开关K通电之前一定要将控制器上的所有的控制旋扭RWl、RW2、RW3归零。防止过流冲击损坏控制系统元件。
[0039]合上外部的自动开关，控制系统得到电源AC，水泵20开始工作并且控制器(图2)上电，打开控制器上的控制电源开关K，该系统开始工作。慢慢微调给定旋扭RW1，使控制器上的电流表A在(25— 30 )A;这时该装置按图4的工作程序自动开始工作。通过图4可知:通过tl时间(10秒)电源启动，经过t2时间(5分钟)强脉冲激活发生器电极，通过t317的时间，脉冲电源按预置规律回落(节约电力)。t8发生器开始稳定工作。发生器F开始产气，通过气体出口(图3) 4输出。
[0040]在使用时(见图2)，打开电源开关K，电源模块Ql将交流电AC转换成直流电，并通过Cl进行滤波处理后，通过Q2进行脉冲调制施加于电解槽与冷却系统F (图2) 14,19两端，电解槽(图3) 12,13内的水分子在电场作用下由杂乱无章的状态转变成有序的状态，其中氢原子总是对应阴极板，氧原子总是对着阳极板，氢氧化学键在电场作用下被强制打破，形成化学阴阳离子，阴阳离子沿各自方向移动，分别在阳极形成氧气，在阴极形成氢气。所形成的气体连同电解液经循环冷却系统输送至换热器9进行换热后从出口 4输出氢气。电解液通过20水泵重新回到电解槽进行电解，而电解后的氢氧气体通过电解槽经电离气体导流板12、13上的气体通孔21进入到换热器9内进一步脱离微量电解液，经外部配置的安全水封罐、干式氢氧阻火器输送到用气设备，点火即可使用。智能程序控制系统PWC自动检测系统的气体压力信号P、电解槽水位信号Y、电解槽温度信号T并进行自动停开机，过温报警、自动补水等自动处理。D1、D2均做续流保护作用。
[0041]氢气是采用按需生产的技术，即用多少产多少，不用不产的方式工作。实行低压供气，使本装置安全可靠。彻底解决了安全性问题。
[0042]当电解槽和冷却系统需要维护时，则打开设置在换热器下部的除杂阀门17，以便去除换热器的内部杂质。
[0043]做为绿色环保新能源可供应各行各业所需使用。可以取代乙炔、丙烷气、金火焰燃气、特利气、液化汽、天然气等工业气体。具有其他燃气所不能比拟的优点。氢能源制造只需水电，并且可以连续二十四小时工作，只要有水有电，就一直有气体供应。
[0044]电气原理说明:
[0045]该装置是由整流桥电路Q1、大功率直流开关电路Q2、开关电源KGV、与智能程序控制单元PCW、电流信号1、温度信号T、压力信号P、液位信号Y，电解槽和冷却系统F(图3)组成。其特征是:交流电源AC通过整流桥Ql和开关电源KGV，分别得到工作和控制所需要的直流电源DC、DCl。K是大功率整流模块的起停控制开关，也是智能程序控制模块PCW中的控制输出开关，它是通过电流信号1、温度信号T、压力信号P和液位信号Y的预制参数，经过计算机计算得出的结果进行工作的。即工作程序智能开关。RWl是大功率整流模块的输出给定量微调。是根据氢气发生器的不同规格进行输出功率调整。RW2、RW3分别是脉冲频率和脉冲宽度手动调整旋扭(在控制器操作面板上)。A为工作电流表，V为工作电压表均在控制器操作面板上。可随时观查工作状态。
[0046]智能程序控制模块PCW的预置的计算机程序决定了 VF的输出直流脉冲当量；从而控制了大功率直流开关电路Q2输出特性，即DCF的直流脉冲曲线特性，以期适应电解槽和冷却系统F所需要同步的直流脉冲电源值。通过电流信号1、温度信号T、压力信号P的预置当量数进行闭环返馈控制，使整个系统在智能程序控制单元PCW的管理下运行在理想的工作状态。其工作状态可以任意设定。因此，该技术的功效是其它同等装置是无法比拟的。
【权利要求】
1.一种氢气发生器，它包括有氢气发生装置以及氢气发生装置的控制器部分，其特征是:所述氢气发生装置的控制器部分包括:分别与整流电路、开关电源的输入端相连接的三相或单相交流电源，整流电路与开关电源的输出端分别与直流开关电路及智能程序控制单元输入端相连接，智能程序控制单元的输出端通过直流开关电路与氢气发生装置相连接，氢气发生装置上所设置的电流信号、温度信号、压力信号与智能程序控制单元连接，与预置当量数进行闭环返馈控制；所述氢气发生装置包括由电解槽和冷却系统组成，该电解槽的两侧分别设置有换热器，在换热器上设有循环冷却水的进出口，该进出口通过管线及水泵与冷却系统行成密闭的循环冷却系统，在靠近电解槽的换热器上部设有氧气和氢气出口，在该电解槽上还设置有电流信号、温度信号及压力信号传感器及显示器或报警器。
2.根椐权利要求1所述的氢气发生器，其特征是:在电解槽与其中一侧的换热器之间还设置有一电离气体导流板，在电离气体导流板上均布有气体通孔。
3.根椐权利要求1所述的氢气发生器，其特征是:所述直流开关电路的输出端与电解槽输入端相接，所述的电流信号、温度信号及压力信号的输出端与智能程序控制单元输入端相接。
4.根椐权利要求1所述的氢气发生器，其特征是:在换热器的下部还设置有除杂阀门。
【文档编号】C25B15/02GK203440452SQ201320487914
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】侯艳杰 申请人:侯艳杰