一种臭氧发生器的制作方法

本发明涉及电解方法制臭氧领域。

背景技术：

臭氧是一种具有强氧化性的气体。臭氧在杀菌消毒领域，污水处理领域，自来水净化领域，空气净化领域都有广泛的应用。如何高效快速的制取臭氧时保障安全，是生产臭氧的一个问题。

传统上，制备臭氧可以采用电离空气方法。令空气流过高压放电的电弧，使空气中的氧气因电离而生成臭氧。这种方法的显著弊端是产生具有毒性的氮氧化物气体。

电解水方法制备臭氧是近几十年发展出来的臭氧制备方法。这种方法一般使用一个离子交换膜隔离开用于电解的阴极和阳极，在催化剂的作用下电解纯净水，使阳极产生臭氧气，阴极产生氢气。使用这一技术的电解水制备臭氧装置，具有一个膜电极组件，以及设置在该膜电极组件阳极一侧的阳极流体腔和阴极一侧的阴极流体腔。阳极流体腔具有向上开口的气体出口和向下开口的液体进口，使阳极流体腔与外界的阳极储液罐形成稳定的流体循环。阴极流体腔也具有向上开口的气体出口和向下开口的液体进口，使阴极流体腔与外界的阴极储液罐形成稳定的流体循环。这种方法虽然克服了电离空气方法产生氮氧化物的问题，在阳极得到了浓度很高的臭氧气体，但是由于阴极处产生了氢气，对安全仍然存在潜在隐患。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种臭氧发生器，旨在解决电解水方法制备臭氧存在副产品氢气的问题。

一种臭氧发生器，包括阳极流体腔、阳极框架板、膜电极组件、阴极框架板，所述阳极流体腔与所述阳极框架板设置在所述膜电极组件的阳极一侧，所述阴极框架板设置在所述膜电极组件的阴极一侧，所述阳极框架板电连接所述膜电极组件的阳极一侧，所述阴极框架板电连接所述膜电极组件的阴极一侧，所述阳极流体腔具有一个向上开口的流体出口通道和一个在下方开口的流体入口通道，所述阴极框架板具有通气孔。

进一步的，所述膜电极组件包括片状的阳极电极、片状的阴极电极，和夹在所述阳极电极与阴极电极之间的pem质子交换膜。

进一步的，所述阳极电极为二氧化铅电极。

进一步的，所述阳极电极为铂炭电极。

进一步的，所述阴极电极为炭电极。

进一步的，所述阴极电极为铂炭电极。

进一步的，所述阳极框架板与所述阳极电极之间设置有阳极集电板。

进一步的，所述阳极集电板为多孔钛板。

进一步的，所述阴极框架板与所述阴极电极之间设置有阴极集电板。

进一步的，所述阴极集电板为多孔钛板或多孔不锈钢板。

附图说明

附图1是本发明的臭氧发生器的一个实施例示意图。

附图2是本发明的臭氧发生器的一个实施例的结构爆炸图。

附图3是本发明的臭氧发生器的第二个实施例示意图。

附图4是本发明的臭氧发生器的第二个实施例的结构爆炸图。

附图5是本发明的臭氧发生器的第三个实施例示意图。

附图6是本发明的臭氧发生器的第三个实施例的结构爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

电解水方法制备臭氧气，其气体产生位置在于电解电极，为增加导电提高产量，两电极应当距离接近。为了隔离阴极阳极的产物，采用pem质子交换膜对阳极电极与阴极电极进行隔离，使阳极电极、pem质子交换膜、阴极电极这三者紧密贴合在一起，共同组成膜电极组件。

阳极发生的反应为：

3h2o→o3＋6e^-＋6h⁺

2h2o→o2＋4e^-＋4h⁺

阳极使用二氧化铅作为电极材料，或者采用铂炭作为电极材料。

阳极发生的反应中，水分子失去其中的氢原子，留下的氧原子之间结合生成臭氧和氧气。在这个过程中，阳极产生的气体应当快速的离开电极，使电解原料水分子持续的浸泡阳极电极。为使阳极的气体被合理收集，阳极设置一个具有上下开口的流体腔，反应生成的气体向上排出，同时一些水也被气体推动着向上运动，使阳极流体腔内形成一个下方进水、上方出水出气的流场环境。

阴极发生的反应为：

o2＋4e^-＋4h⁺→2h2o

阴极使用炭作为电极材料，或者采用铂炭作为电极材料。

阳极反应中失去的氢原子，在电场作用下穿过pem质子交换膜到达阴极电极，与外界提供的氧气发生氧还原反应，重新生成水。在阴极发生氧还原反应，需要的氧气可以直接由空气提供。所生成的水一部分蒸发掉，一部分向下汇集滴落。由于其生成的水产量少，不需要设置专门的流体腔收集产物。

单独的膜电极组件，其自身强度并不足以支撑自身结构稳定，需要其它结构配合，因此需要在阳极设置一个阳极框架板，在阴极设置一个阴极框架板，两个框架板共同承担起结构支撑作用。阳极框架板和阴极框架板都要能够导电。

为使平面片状的电极能够均匀的获得电能，框架板与电极之间设置一个集电板。这个集电板需要具有优秀的导电性能，优秀的通气、通水性能，以及优秀的抗腐蚀性能。阳极框架板与阳极电极之间的阳极集电板，采用多孔钛板制成，且采用钝化工艺处理。阴极框架板与阴极电极之间的阴极集电板，采用多孔钛板制成，也可以采用多孔不锈钢板制成。

具体的，本发明的臭氧发生器的一个较佳实施例结构参照附图1和附图2。膜电极组件1由片状的阳极电极101、pem质子交换膜100、片状的阴极电极102紧贴在一起组合而成。膜电极组件1竖直放置。阳极电极101通过阳极集电板201连接阳极框架板2。阴极电极102通过阴极集电板301连接阴极框架板3。阳极框架板2和膜电极组件1的中间夹一层密封垫5，阴极框架板3和膜电极组件1的中间也夹一层密封垫5，这两片密封垫5之间夹紧膜电极组件1。阳极框架板2的外侧还连接有阳极流体腔202，阳极流体腔202具有向上方开口的流体出口通道2021和在下方的流体入口通道2022。阴极框架板3对应于阴极集电板301位置处具有多个通气孔302，使阴极集电板301能够直接接触外界空气。在本实施例中，阳极框架板2具有多个孔结构，使阳极流体腔202中的流体能够直接接触到阳极集电板201。整个臭氧发生器使用四个紧固螺栓4进行装配固定。

本发明的臭氧发生器的另一个较佳实施例结构参照附图3和附图4。膜电极组件1由片状的阳极电极101、pem质子交换膜100、片状的阴极电极102紧贴在一起组合而成。膜电极组件1竖直放置。阳极电极101通过阳极集电板201和联电支架203连接阳极框架板2。阴极电极102通过阴极集电板301连接阴极框架板3。在本实施例中，阳极流体腔202设置在阳极框架板2的内侧，即阳极流体腔202夹在阳极框架板2和膜电极组件1之间。在阳极流体腔202内，联电支架203联通阳极集电板201和阳极框架板2。在本实施例中，阳极框架板2在最外侧，因而不具有多个开孔结构。阳极流体腔202和膜电极组件1的中间夹一层密封垫5，阴极框架板3和膜电极组件1的中间也夹一层密封垫5，这两片密封垫5之间夹紧膜电极组件1。在本实施例中，阳极框架板2与阳极流体腔202之间也有一层密封垫5。阳极流体腔202具有向上方开口的流体出口通道2021和在下方的流体入口通道2022。阴极框架板3对应于阴极集电板301位置处具有多个通气孔302，使阴极集电板301能够直接接触外界空气。

本发明的臭氧发生器的另一个较佳实施例结构参照附图5和附图6。膜电极组件1由片状的阳极电极101、pem质子交换膜100、片状的阴极电极102紧贴在一起组合而成。膜电极组件1水平放置，阳极向上阴极向下。阳极电极101通过阳极集电板201连接阳极框架板2。阴极电极102通过阴极集电板301连接阴极框架板3。阳极框架板2和膜电极组件1的中间夹一层密封垫5，阴极框架板3和膜电极组件1的中间也夹一层密封垫5，这两片密封垫5之间夹紧膜电极组件1。阳极框架板2的外侧还连接有阳极流体腔202，阳极流体腔202具有向上方开口的流体出口通道2021和在下方侧面的流体入口通道2022。阴极框架板3对应于阴极集电板301位置处具有多个通气孔302，使阴极集电板301能够直接接触外界空气。在本实施例中，阳极框架板2具有多个孔结构，使阳极流体腔202中的流体能够直接接触到阳极集电板201。整个臭氧发生器使用四个紧固螺栓4进行装配固定。

本发明的臭氧发生器，使用时仅需要配一个阳极水箱6，建立阳极的液体循环即可。实际使用中，阴极连通空气，发生氧还原反应，消耗空气中的氧气生成水。本领域技术人员根据本发明所公开的信息，可以做出结构相类似的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定细节和这里所示出与描述的图例。