专利名称：电化学制氧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制氧设备，尤其是涉及一种采用电化学方法制氧的电化学制氧装置。
背景技术：
目前制备氧气的方法有物理方法例如深冷空分法、分子筛空分法、薄膜空分法、化学方法例如过氧化物化学分解法和电化学方法等。电化学方法主要有两类第一类是隔膜电解水法。该装置由金属阴极、金属阳极、电解液、隔膜及槽体组成。通电后，在阴极上折出氢气(2H++2e→H2)，在阳极上产生氧气(4OH-→o2+2H2O+4e)。氢气和氧气通过隔膜分开。该法槽电压较高，能耗较大，氢气的大量逸出给安全构成隐患；第二类是以空气中的O2为反应物的空气电极作为阴极，代替电解水中的金属阴级。该装置由空气阴极、金属阳极、电解液及槽体组成。通电后，空气中的O2从气相扩散到与溶液相接触的空气电极催化层界面上发生得到电子的还原反应，而阳极表面则发生析出O2的氧化反应。因此，阴极上无氢析出，而且槽电压比电解水低，克服了隔膜电解水制氧的弊端，具有制氧快速方便，氧气纯度高、噪音小、安全可靠、造价低的优点，有很好的市场应用前景。
视空气电极催化剂材料的不同，O2在催化剂界面上可以接受2个电子或4个电子二种不同的还原反应。锌空气电池的空气电极所采用的催化剂一般对O2的4电子还原反应有利。如果把锌空气电池的空气电极直接用于制氧装置，那么在空气电极催化剂界面上主要发生O2的4电子还原反应，产物为OH-离子(O2+2H2O+4e→OH-)，相应的阳极上则是4e的氧化反应，产生氧气(4OH-→O2+2H2O+4e)。因此，在制氧效率方面它与电解水基本相同。O2的2电子还原反应生成的产物是HO2-离子(O2+H2O+2e→HO2-+OH-)。在电场的作用下，HO2-离子向阳极迁移，在阳极上被氧化释放出O2(HO2-+OH-→H2O+O2+2e)，在相同的电量条件下，理论上比4电子和电解水的制氧效率高1倍。所以这是一种比前者以4电子还原为主要反应的空气电极，更为先进的电化学无氢制氧装置。但是，在该装置中，仍有以下问题有待完善或解决，以进一步提高装置的使用寿命发热与溶液温升问题、爬碱与腐蚀问题和碱液碳酸化问题。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、制氧效率高、使用寿命长、制造成本低的电化学制氧装置。
本实用新型通过如下方式实现
一种电化学制氧装置，包括制氧槽，放置制氧槽的密封仓，与制氧槽相连的直流电源，与制氧槽气液出口和溶液进口分别相连的冷却槽，以及与冷却槽相连的半导体制冷器和增湿水箱，其特征是该制氧槽由两个或两个以上的制氧槽串联组成，每个制氧槽是由空气阴极、金属阳极、密封垫圈和功能框架组成；所述空气阴极由防水透气膜、催化膜和导电网冷压烧结而成；所述催化膜采用有利于氧气进行2电子还原的材料如炭质粉末或其纤维制造，导电网的上下两边有一定的宽度折压在相邻制氧槽的阳极板上下边框；所述若干个制氧槽按一定的顺序以积木的方式组合在一起，制氧槽之间用多孔的透气框相接，通过两端高强度的固定夹板和螺杆、卡帽的紧固形成一个内部密封性良好的串联型制氧槽单元；所述功能框架上设有气液出口和注液进口；所述冷却槽底部管道设有使溶液在制氧槽与冷却槽之间加速流动、实现溶液循环冷却的水泵；同时还安置了用增湿水箱的水即时给制氧槽补水的液位传感器，可控制增湿水箱的电磁阀开关；所述制氧槽置于密封仓内，密封仓对应两侧分别设置了开闭可控的进出风口和小风扇。
本实用新型有如下效果1)简单紧凑、组装维护方便，制造成本低本实用新型提供的装置主要包括制氧槽，与制氧槽相连的电源，与制氧槽气液出口和溶液进口分别相连的冷却槽，以及与冷却槽连接的半导体制冷器和增湿水箱。制氧槽置于密封仓内，密封仓对应的两侧有开闭可控的进出风口和风扇。制氧槽的阴极是空气电极，它具有氧的2电子还原特性。制氧槽工作期间，溶液实行循环冷却，并由液位传感器控制补水过程，使制氧槽的水位高度保持一定。制氧槽是一种积木式的组合，依靠固定夹板，螺杆和卡帽将空气电极、金属电极、垫圈、功能框架和多孔透气框架依一定的顺序紧固在一起。
2)提高产氧效率、密封性能好本实用新型中的制氧槽由空气阴极、金属阳极、密封垫圈、以及具有对溶液和氧气导向流动通道的功能框架构成。框架相对应的两面分别是空气阴极和金属阳极。电极与功能框架之间通过密封圈接触。空气阴极由防水透气膜、催化膜、导电网冷压烧结而成。催化膜采用有利于O2进行2电子还原的材料制造如炭质粉末或其纤维，以提高产氧效率。导电网的上下两边有一定的宽度折拉与相邻电极槽的金属阳极折压紧固连接，便于传输电流相当于引线。根据单位时间供氧量的要求，可将若干个制氧槽以积木的方式组合在一起，制氧槽之间用有通气孔的透气框相连，通过螺杆和卡帽把它们紧固，形成由多个制氧槽串联连接的整体，并能保持制氧槽内部的良好密封性。该“组合槽”被放置在一个密封仓里，密封仓相应两侧有两个对应的窗口，其中一个窗口安装了小型风扇。在需要制氧时，进出风口和风扇自动开启，在制氧槽间形成空气流动，当停止制氧时，进出风口和风扇自动关闭。
3)延长了使用寿命本实用新型中的冷却槽内部的溶液通过与冷却槽及半导体制冷器接触，使其热量释放和降温更有利，冷却槽底部与制氧槽底部连通管道上的微型水泵使制氧槽内部的溶液实现了加速循环冷却，因而减缓了制氧槽内部的温升速率，从而延长了使用寿命。
4)增强抗腐蚀能力本实用新型中的密封垫圈在永久性的机械力作用下使制氧槽具有更好的密封性，从而有利于抑制爬碱现象的发生；并且正负极间的连接打破了传统的“引线”方式，采用大面积的导体直接接触，使装置的抗腐能力大大提高。
5)性能稳定本实用新型中的密封仓的设置使制氧槽不工作时基本上不发生溶液吸收空气中CO2的反应，因此可减缓碱液碳酸化的速率，使溶液的导电性能及空气电极的性能保持较好的稳定性。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型中制氧槽的结构示意图；图3为本实用新型中功能框架结构示意图；图4为本实用新型串联组合型制氧槽结构示意图；图5为本实用新型中空气电极结构示意图。
具体实施方式
一种电化学制氧装置，包括制氧槽1，放置制氧槽1的密封仓6，与制氧槽1相连的直流电源2，与制氧槽1、气液输出管道7和溶液注入管道8分别相连的冷却槽3，以及与冷却槽3相连的半导体制冷器4和增湿水箱5，其特征是该制氧槽1由两个或两个以上的制氧槽串联组成，每个制氧槽是由空气阴极22、金属阳极23、密封垫圈24和功能框架27组成，空气阴极22由防水透气膜30、催化膜31和导电网25冷压烧结而成，催化膜31采用有利于氧气进行2电子还原的材料如炭质粉末或其纤维制造，导电网25的上下两边有一定的宽度折压在相邻制氧槽的阳极板上下边框，可以根据制氧量的大小，将若干个制氧槽1按一定的顺序以积木的方式组合在一起，制氧槽1之间用多孔透气框26相接，通过两端高强度的固定夹板28和螺杆29、卡帽的紧固形成一个内部密封性良好的串联型制氧槽组，功能框架27上设有气液出口32和注液进口33，冷却槽3底部的管道设有使溶液在制氧槽1与冷却槽3之间加速流动、实现溶液循环冷却的水泵9，同时还安置了用增湿水箱5的水即时给制氧槽1补水的液位传感器10，可控制增湿水箱5的电磁阀开关12，制氧槽1置于密封仓6内，密封仓6对应两侧分别设置了开闭可控的进出风口13和小风扇14。
如图1所示，本实用新型提供的电化学制氧装置主要包括组合型制氧槽1，放置制氧槽1的密封仓6，与制氧槽1相连的直流电源(恒流源)2，与制氧槽1相通的冷却槽3，以及半导体制冷器4和过滤增湿箱5。制氧槽1的气液出口管道7和注液管道8分别与冷却槽3相连。制氧槽1内部产生的氧气经过气液口管道7到达冷却槽3后汽水分离，其顶部有一管道15与过滤增湿箱5相通，氧气顺其管道进入过滤增湿箱5，并从端口16输送出来进入滤气瓶19再次过滤增湿后，由出气管20输出供吸氧。制氧槽内的溶液在氧气气泡和热量的带动下，由气液管出口管道7进入冷却槽3，冷却槽3与半导体制冷器4接触，吸收其溶液的热量使其降温。被降温的溶液在水泵9及高位势能的推动下经管道8流入制氧槽1。在冷却槽3中的旁通管18上安装2个液位传感器10。当启动电源制氧时，若制氧槽内部的液位低于安全液位高度时，传感器10将给出电讯号传至中央控制器21，控制器发出指令自动开启增湿箱与冷却槽3相连接的管道上的电磁阀12，给制氧槽1补水，达到设定水位高度时，电磁阀12则被自动关闭，并进入制氧程序。整个制氧槽1置于密封仓6内。密封仓6对应的两侧有2个窗口13和风扇14，在制氧时将被启动自动打开，制氧停止后则被自动关闭。
由图2和图5所示，空气阴极板22由防水透气膜30和催化膜31及导电网25构成，导电网25上下两边的尺寸比阴极板22大一些，大出的部分被折压在相邻制氧槽阳极板23的上下边框。
图3是构成制氧槽的功能框架27，功能框架27上有气液出口32和注液入口33。功能框架27用塑料注塑形成。
按照图4所示的顺序将空气电极22、垫圈24、功能框架27、垫圈24、金属阳极23构成的制氧槽1，有多孔透气框26相接，用多槽组合构成一个制氧槽组，置于2块高强度的多孔夹板28之间，夹板的四边至少有18根表面被绝缘的金属螺杆29穿连，旋紧螺杆两端的螺帽，把“组合体”紧固在两夹板之间，则形成了内部密封性良好，由多个制氧槽1串联在一起的组合型制氧槽单元。
权利要求1.一种电化学制氧装置，包括制氧槽(1)，放置制氧槽(1)的密封仓(6)，与制氧槽(1)相连的直流电源(2)，与制氧槽(1)气液出口和溶液进口分别相连的冷却槽(3)，以及与冷却槽(3)相连的半导体制冷器(4)和增湿水箱(5)，其特征是该制氧槽(1)由两个或两个以上的单元槽串联组成，每个单元槽是由空气阴极(22)、金属阳极(23)、密封垫圈(24)和功能框架(27)组成。
2.如权利要求1所述的电化学制氧装置，其特征是所述空气阴极(22)由防水透气膜(30)、催化膜(31)和导电网(25)冷压烧结而成。
3.如权利要求2所述的电化学制氧装置，其特征是所述催化膜(31)采用有利于氧气进行2电子还原的材料如炭质粉末或其纤维制造，导电网(25)的上下两边有一定的宽度折压在相邻制氧槽的阳极板上下边框。
4.如权利要求1或2所述的电化学制氧装置，其特征是所述若干个制氧槽按一定的顺序以积木的方式组合在一起，制氧槽之间用多孔的透气框(26)相接，通过两端高强度的固定夹板(28)和螺杆(29)、卡帽的紧固形成一个内部密封性良好的串联型制氧槽单元。
5.如权利要求1所述的电化学制氧装置，其特征是所述功能框架(27)上设有气液出口(32)和注液进口(33)。
6.如权利要求1或2所述的电化学制氧装置，其特征是所述冷却槽(3)底部管道设有使溶液在制氧槽(1)与冷却槽(4)之间加速流动、实现溶液循环冷却的水泵(9)；同时还安置了用增湿水箱(5)的水即时给制氧槽(1)补水的液位传感器(10)，可控制增湿水箱(5)的电磁阀开关(12)。
7.如权利要求1或2所述的电化学制氧装置，其特征是所述制氧槽(1)置于密封仓(6)内，密封仓(6)对应两侧分别设置了开闭可控的进出风口(13)和小风扇(14)。
专利摘要本实用新型涉及一种制氧设备，尤其是涉及一种采用电化学方法制氧的电化学制氧装置，包括制氧槽，放置制氧槽的密封仓，与制氧槽相连的直流电源，与制氧槽气液出口管道和溶液进口管道分别相连的冷却槽，以及与冷却槽相连的半导体制冷器和增湿水箱，其特征是该制氧槽由两个或两个以上的制氧槽串联组成，每个制氧槽是由空气阴极、金属阳极、密封垫圈和功能框架组成；所述空气阴极由防水透气膜、催化膜和导电网冷压烧结而成；本实用新型结构简单紧凑、组装维护方便，制造成本低、产氧效率高、使用奉命长。
文档编号C25B1/00GK2892884SQ200520145528
公开日2007年4月25日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者胡崇礼, 蔡乃才 申请人:宁夏元亨科技开发有限公司