一种电解制氧装置

1.本实用新型涉及电解水制氧领域，具体而言，涉及一种电解制氧装置。


背景技术：

2.氧气作为支持燃烧、反应放热的必要物质，在人类生产生活中发挥着不可或缺的作用。对人类生命活动而言，氧气是生命最重要的能源，维持着机体的正常功能，机体的呼吸离不开氧气。在高海拔地区空气稀薄，海拔高度每增加1000米，大气压降低约11.5％，空气密度减小9％。随着高原地区社会、经济建设、以及高山旅游业蓬勃发展，高原地区人口流动日益频繁，高原低氧环境会对人体各项机能产生不良影响，增加急性高山病、高原肺水肿、慢性高原病的患病风险，对人体身心健康、生命安全造成严重威胁，及时进行氧疗可以明显地缓解机体功能异常，因此氧气的制备和供给尤为重要。
3.制氧技术可分为物理制氧法与化学制氧法两大类。物理制氧技术主要是空分精馏压缩制氧，包括变压吸附、薄膜分离、低温精馏等。化学制氧技术主要包括：水电解法、超氧化物、氯酸钠氧烛等。而在高原制供氧领域，目前依然应用以空气为原料的膜分离法和变压吸附法。与平原地区相比，高原地区空气密度小，对于以空气作为原料制取氧气的空分技术来说，在高原环境下制氧需要克服更多的困难。因此，寻找一种高效的制氧方法成为了当下的研究热点，以水为原料的电解水制氧技术引起了研究者的关注。
4.在医疗领域，电解水制氧技术仅用于航天医学中空间站环控部分，是目前公认的最具合理性的空间站氧气补给技术，是物化再生环境控制和生命保障系统的核心技术之一，也是实现中长期载人航天飞行的关键技术。在技术层面，电解水技术主要分为碱水电解、质子交换膜水电解，固体聚合物阴离子交换膜水电解、固体氧化物水电解。
5.常见的电解水装置主要分为有隔离膜和无隔离膜两种，基于此发展了三种不同的电解槽，分别是碱性电解槽、聚合物薄膜电解槽以及固体氧化物电解槽。在多种电解槽中，碱性电解槽因其技术成熟、经济且易于操作的特点，在当下市场最为广泛使用，但有电解效率较低，发热严重，耗能较大的弊端。聚合物薄膜电解槽是基于离子交换技术的高效电解槽，由两电极和聚合物薄膜组成，但因贵重金属电极及薄膜材料成本昂贵难以投入大规模使用。固体氧化物电解槽虽电解效率高，但由于高温工作条件，不可避免也存在材料和使用上的问题，制造成本高。这些问题严重制约了电解水技术在各领域的实际推广应用。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种电解制氧装置，实现高效能电解制氧，降低电解损耗与发热，提高氧气产量的目的。
7.为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种电解制氧装置，包括电解槽和印制板,所述电解槽一侧开口，所述印制板密封连接在所述电解槽的开口侧；所述电解槽内竖直设置有电解槽隔板，所述电解槽隔板将电解槽内空间分为电极阳极区域和电极阴极区域两部分，所述电解槽隔板底部与所述电解槽
的底部间留有空隙，所述印制板上对应电解槽的电极阳极区域安装电极阳极，所述印制板上对应电解槽的电极阴极区域安装电极阴极，所述电解槽隔板底部低于电极阳极、电极阴极的底部最低点，电解槽隔板将电解槽内上部隔离成氧气密闭腔和氢气密闭腔的两个独立空间，在电解槽的氧气密闭腔上部位置设置氧气出口，在电解槽的氢气密闭腔上部位置设置氢气出口，电解槽设置有进水口。
9.进一步地，所述电极阳极的最大投影面平行于所述电解槽的底部。
10.进一步地，所述电极阴极的最低点高于所述电解槽隔板最低点不大于5毫米。
11.优选的，所述电解槽隔板的下部设置有开口，所述电极阴极的最低点高于所述电解槽隔板开口最高点不大于5毫米。
12.优选的，所述电极阳极为平面板状结构。
13.进一步地，所述电极阳极上开设有圆孔、方孔或者网状孔。
14.另一优选的，所述电极阳极呈蛇形。
15.另一优选的，所述电极阳极呈棒状拼接的栅栏形。
16.进一步地，所述电极阳极上设置有连接杆，所述连接杆用于将电极阳极安装到印制板上。
17.优选的，所述进水口设置在电解槽底部。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：
19.1)本实用新型的电解制氧装置，通过设置电解槽隔板将电解槽内腔分割成两个腔室，合理布置电解槽隔板与电极阴极、电极阳极的位置，电解制得的氧气或者氢气的运动路径与电离后的氢离子或氧离子运动路径分离，避免能量的损失；在电解电解液过程中，电解槽隔板下部的空隙是离子通道，通过扩大离子通道的面积，能减小离子运动阻力，从而提高电解效率。
20.2)本实用新型的电解制氧装置，电极阳极的最大投影面平行于电解液面，且电极阳极上开设有圆孔、方孔或者网孔，或者设置成蛇形、棒状拼接的栅栏形有利于生成的氧气迅速与电极阳极分离，避免制得的氧气气泡附着在电极阳极表面影响电极效率。
21.3)本实用新型的电解制氧装置，不需要昂贵的膜等材料，也不需要高浓度碱液作为电解液，安全、廉价。
22.4)本实用新型的电解制氧装置，电解过程中发热量小，不需热控制系统，系统的电效率高，节能、环保。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1是本实用新型一种电解制氧装置的原理图；
25.图2是本实用新型一种电解制氧装置的结构示意图；
26.图3是图2所示的实施例的一个方向的剖视图；
27.图4是图2所示的实施例的另一方向的剖视图；
28.图5是本实用新型实施例中印制板上安装电极阳极和电极阴极的结构示意图；
29.图6是本实用新型一个实施例中电极阳极设置为圆孔的示意图；
30.图7是本实用新型另一个实施例中电极阳极设置为方孔的示意图；
31.图8是本实用新型另一个实施例中电极阳极设置为网状孔的示意图；
32.图9是本实用新型另一个实施例中电极阳极设置为蛇形的示意图；
33.图10是本实用新型另一个实施例中电极阳极设置为棒状拼接的栅栏形状示意图。
34.图标：1-电极阳极；2-电极阳极区域；3-电解液；4-电解槽隔板；5-电解槽；6-电极阴极；7-电极阴极区域；8-氧气出口；9-氢气出口；10-氧气密闭腔；11-电解液的液面；12-氢气密闭腔；13-进水口；14-印制板。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.一种电解制氧装置，其原理图如图1所示、其结构图如图2、图3、图4、图5所示，包括：电解槽5和印制板14，所述电解槽5一侧开口，所述印制板14密封连接在所述电解槽5的开口侧，所述电解槽5内竖直设置有电解槽隔板4，所述电解槽隔板4将电解槽5内空间分为电极阳极区域2和电极阴极区域7两部分，所述电解槽隔板4底部与所述电解槽5的底部间留有空隙，所述印制板14上对应电解槽5的电极阳极区域2安装电极阳极1，所述印制板14上对应电解槽5的电极阴极区域7安装电极阴极6，所述电解槽隔板4底部低于电极阳极1、电极阴极6的底部最低点，电解槽隔板4将电解槽5内上部隔离成氧气密闭腔10和氢气密闭腔12的两个独立空间，在电解槽5的氧气密闭腔10上部位置设置氧气出口8，在电解槽5的氢气密闭腔12上部位置设置氢气出口9，电解槽5设置有进水口13，所述进水口13可以在电解槽5底部、侧壁或者其它位置；通过进水口13向电解槽5中注入电解液3，电极阳极1、电极阴极6浸没在电解液3中；电极阳极1的最大投影面平行于电解槽5的底部(即电解液的液面11)，电极阳极1的形状有利于气体从最大投影面方向的一面逸到另一面；所述电极阳极1的最大投影面是指电极阳极1的外形尺寸的投影面。
37.在一些实施例中，如图6、图7、图8所示，所述电极阳极1为平面板状结构，所述电极阳极1上开设有圆孔、方孔或者网状孔；在另一些实施例中，如图9、图10所示，所述电极阳极1呈蛇形或者棒状的栅栏形；所述电极阳极1的最大投影面是将电极阳极形状所包含的圆孔、方孔、网状孔或蛇形、棒状拼接所形成平行于液面的间隙及孔所占有的面积与电极阳极本身的投影面积之和；所述电极阳极1上设置有连接杆，所述连接杆用于将电极阳极1安装到印制板14上。
38.优选的，所电极阳极1的最高点相距电解液的液面11不大于5毫米，有助于电解产生的气体逸出电解液面；电极阴极6的最低点高于电解槽隔板4最低点不大于5毫米，在一些
实施例中，所述电解槽隔板4的下部设置有开口，所述开口可以是圆形，也可以是矩形或者是多边形的任何一种，满足连通电极阴极区域与电极阳极区域要求的形状即可，也可以是一个能穿过电离后的离子的过滤膜，电极阴极6的最低点高于电解槽隔板4开口最高点不大于5毫米。
39.在本实施例中，向所述电极阳极1上加正电压，电极阴极6上加负电压，通过进水口13向电解槽内注入电解液3，所述电解液是碱性水溶液，其溶质是包含氢氧化钠、或者氢氧化钾等碱性水溶性化合物，电解液的溶质浓度在0.5％到10％之间，电解液3内有电离后的阴离子通过电解槽隔板4底部与电解槽5间的空隙从电极阴极区域7运动到电极阳极区域2，同样电解液3内有电离后的阳离子通过电解槽隔板4底部与电解槽5间的空隙从电极阳极区域2运动到电极阴极区域7，电极阳极1上电解出的氧气从电极阳极1上表面逸出电解液的液面11，而不会与流向电极阴极区域7的阳离子相遇，逸出电解液的液面11的氧气聚集在氧气密闭腔10内，然后从氧气出口8排出，在电极阴极6上电解出的氢气逸出电解液的液面11后聚集在氢气密闭腔12内，然后从氢气出口排出，电解后电解液3要损耗，电解液3经进水口13补充；电解过程中，电极阳极的形状能够减小电极阳极底部的表面产生的气泡上浮到电极阳极上面的电解液中的阻力，并逸出电解液的液面。
40.当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。