一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置的制作方法

本实用新型属于电化学技术领域，尤其涉及一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置。

背景技术：

国际国内已有不少的电化学科技工作者广泛地研究了采用电解法制造高浓度和高纯度臭氧技术，尤其是采用纯水作为原料水，以阳离子交换膜为电解质并兼做隔膜的“零间距”结构的电解式臭氧发生装置。

然而上述这类研究中所涉及的电解式臭氧发生装置在阳极产生臭氧的同时，在阴极还要产生相同电化学当量的副产物氢气。由于副产物氢气存在安全隐患，因而有的专利中设计有催化消氢装置，但这种催化消氢装置最终是以产生热能形式消化氢能，还有的专利采用在氢气出口加装阻火器的形式向大气空间排放氢气，也浪费了氢能。

以上技术均未能解决副产物氢能的回用问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置。本实用新型采用氢/氧燃料电池技术措施，使副产物氢气和空气中的氧气通过电池操作构件组成氢/氧燃料池转换成电能达到回用氢能的目的。

一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置，由电解操作的臭氧发生单元和电池操作的氢能回用单元组成，其中臭氧发生单元由原料水箱、阳极多孔集电器、阳极多孔催化膜、阳离子交换膜、阴极多孔催化膜、阴极多孔集电器、阴极氢/水分离室构成；其中氢能回用单元由氢气室、负极多孔集电器、负极多孔催化膜、氢离子迁移膜、正极多孔催化膜、正极多孔集电器和空气室构成，所述氢气室与所述阴极氢/水分离室的顶部连通。

作为一种优选，所述阴极氢/水分离室的顶部还通过管道与大气连通，所述管道上安装有压力调节阀和催化消氢器。

所述氢气室与所述阴极氢/水分离室一体成型，中间用隔板隔开。

本实用新型在已有电解式臭氧发生装置产生臭氧的同时，增加氢能回用的电池操作的氢/氧燃烧电池组件，通过氢/氧燃料电池操作，将氢能转化成电能，既解决了氢气安全问题，同时达到氢能回用的目的。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图。

其中，1-原料水箱，2-原料水，3-阳极多孔集电器，4-阳极多孔催化膜，5-阳离子交换膜，6-阴极多孔催化膜，7-阴极多孔集电器，8-阴极气/水分离室，9-阴极氢气室，10-负极多孔集电器，11-负极多孔催化膜，12-氢离子迁移膜，13-正极多孔催化膜，14-正极多孔集电器，15-空气室，16-压力调节阀，17-催化消氢器。

具体实施方式

本实用新型由电解操作的臭氧发生单元和电池操作的氢能回用单元两大部分组成，上述两单元均为“零间距”组装结构。其中电解式臭氧发生单元（附图左侧）由原料水箱1、阳极多孔集电器3、阳极多孔催化膜4、阳离子交换膜5、阴极多孔催化膜6、阴极多孔集电器7、阴极氢/水分离室8构成；其中氢能回用单元（附图右侧）由氢气室9、负极多孔集电器10、负极多孔催化膜11、氢离子迁移膜12、正极多孔催化膜13、正极多孔集电器14和空气室15“零间距”结构组成。

所述原料水箱1内装有原料水2。

作为一种优选，阴极氢/水分离室8顶部还连接有压力调节阀16和催化消氢器17，作为附件。

本实用新型的工作原理及电化学反应式如下：

电解式臭氧发生器阳极主产物为臭氧（o3），阴极副产物为氢气（h2）,该副产物氢气（h2）作为燃料同空气中氧（o2）作为氧化剂构成h2/o2燃料电池，在氢能回用装置中实现副产物氢能回用的目的。

其电化学反应式如下：

电解式臭氧发生器

电化学反应式：阳极：h2o→2h⁺+2e^-+1/3o3↑

阴极：2h⁺+2e^-→h2↑

氢/空气（氧）燃料电池

电化学反应:负极：h2→2h⁺+2e^-

正极：2h⁺+1/2o2+2e^-→h2o

结合实施例进一步说明工作原理。

如附图中原料水2（去离子水）在电解式臭氧发生器中透过阳离子多孔集电器3在阳极多孔催化膜4/阳离子交换膜5界面失去电子被氧化，生成臭氧（o3）和氢离子（h⁺），氢离子（h⁺）通过阳离子交换膜5迁移到阴极多孔催化膜6界面得电子还原成副产物氢气（h2）。

氢气（h2）贮存在氢能回用装置中负极多孔集电器10一侧，进一步扩散到负极多孔催化膜11与氢离子交换膜12界面失去电子被氧化生成氢离子（h⁺），氢离子（h⁺）在正极多孔催化膜13与通过正极多孔集电器14反向迁移的空气（氧）反应得电子还原生成水（h2o），氢/氧燃料电池反应对外输出电能从而实现副产物氢气（h2）能量回用目的。

本实用新型的一种具有氢能回用功能的电解式臭氧发生装置，电解操作的电解臭氧发生器组件和电池操作的氢能回用组件可由1至n级同类电化学功能、不同功率大小的装置组成以适应不同应用场所。

本实用新型实施例的电解式臭氧发生装置和氢能回用装置采用复极式结构，运行时产生臭氧的同时，实现氢能回用，每消耗2000w时，其氢能回用可输出200w，回用率约10%，消除了副产物氢气（h2）的安全隐患。

技术特征：

1.一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置，其特征在于，由电解操作的臭氧发生单元和电池操作的氢能回用单元组成，其中臭氧发生单元由原料水箱（1）、阳极多孔集电器（3）、阳极多孔催化膜（4）、阳离子交换膜（5）、阴极多孔催化膜（6）、阴极多孔集电器（7）、阴极氢/水分离室（8）构成；其中氢能回用单元由氢气室（9）、负极多孔集电器（10）、负极多孔催化膜（11）、氢离子迁移膜（12）、正极多孔催化膜（13）、正极多孔集电器（14）和空气室（15）构成，所述氢气室（9）与所述阴极氢/水分离室（8）的顶部连通。

2.根据权利要求1所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述阴极氢/水分离室（8）的顶部还通过管道与大气连通，所述管道上安装有压力调节阀（16）和催化消氢器（17）。

3.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述氢气室（9）与所述阴极氢/水分离室（8）一体成型，中间用隔板隔开。

4.根据权利要求1或2所述的电解式臭氧发生装置，其特征在于，所述臭氧发生单元和所述氢能回用单元由1至多级同类电化学功能、不同功率大小的装置组成。

技术总结
本实用新型属于电化学技术领域，尤其涉及一种具有氢能回用的电解式臭氧发生装置。由电解操作的臭氧发生单元和电池操作的氢能回用单元组成，其中臭氧发生单元由原料水箱、阳极多孔集电器、阳极多孔催化膜、阳离子交换膜、阴极多孔催化膜、阴极多孔集电器、阴极氢/水分离室构成；其中氢能回用单元由氢气室、负极多孔集电器、负极多孔催化膜、氢离子迁移膜、正极多孔催化膜、正极多孔集电器和空气室构成，所述氢气室与所述阴极氢/水分离室的顶部连通。本实用新型将氢能转化成电能，既解决了氢气安全问题，同时达到氢能回用的目的。

技术研发人员：周元全;涂晓波;张辉
受保护的技术使用者：武汉威蒙环保科技有限公司
技术研发日：2020.10.19
技术公布日：2021.08.06