專利名稱：高效布朗氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體發(fā)生技術(shù)，特別一種有關(guān)提高電解效率的布朗氣發(fā)生器技術(shù)。通過它來設(shè)定最為合適的電極板面積，以減少電阻，并提高冷卻效率，使電解液保持恒溫。此外，它采用電解液自然循環(huán)式，以減少費(fèi)用并發(fā)揮出最高效率。
背景技術(shù)：
將水電解，會(huì)生成負(fù)極氫氣和正極氧氣，并出現(xiàn)氫氣和氧氣的化學(xué)比例為2∶1的混合燃?xì)庑螒B(tài)，這就是所謂的布朗氣。布朗氣是完全無公害燃料，它通過自身氧氣完全燃燒，并還原成水蒸氣，是一種最理想的燃料，并成為深受廣大消費(fèi)者青睞的21世紀(jì)替代能量。
為使用這種布朗氣作燃料，需要有一種高效布朗氣發(fā)生器。為將布朗氣用于鍋爐、加熱爐或工廠自動(dòng)加熱裝置，需要有一個(gè)即使連續(xù)運(yùn)作24小時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)任何問題且具有高耐久性的燃?xì)馍善鳌?br> 常規(guī)燃?xì)馍善髦灰砸贿\(yùn)作，電解槽溫度就會(huì)立即上升，并從內(nèi)部生成水蒸氣，減少燃?xì)赓|(zhì)量，使電解槽因過熱而作廢。因此，急需一種能使電解液保持恒溫的方法。
具備電解液循環(huán)泵和散熱器，并采用強(qiáng)制循環(huán)式水冷方法，也能降低取得降溫效果，但這種方式需要耗費(fèi)很多不必要的費(fèi)用。因此，根據(jù)該發(fā)明研制成的高效布朗氣發(fā)生器采用了電解液自然循環(huán)空冷方式，以最大限度地減少所需費(fèi)用，并從根本上帶來降溫效果，提高了電解效率。
在采用依靠電解液自然循環(huán)式的空冷式冷卻方法的電解槽中，最有效的是本發(fā)明人在1995年提出專利申請(qǐng)，并于1998年注冊(cè)的韓國(guó)實(shí)用新案專利第117445號(hào)和日本實(shí)用新案專利第3037633號(hào)“氧氣生成器電解槽結(jié)構(gòu)”(以下簡(jiǎn)稱引用專利)中詳細(xì)說明的空冷式電解槽，該電解槽采用了使電極板向外突出形成，依靠風(fēng)扇直接空冷的方式。該引用專利的概要書內(nèi)容如下“該發(fā)明不同于常規(guī)方式，設(shè)有電極板、逆電流器和O型環(huán)，并垂直了電極板，呈散熱器形態(tài)，能有效冷卻發(fā)熱的電解槽溫度，易分解維修，設(shè)在其內(nèi)部的電解液充填室還能生成優(yōu)質(zhì)氧氣。
即，該發(fā)明的電解槽用拉線螺絲連接電極板和逆電流器，垂直形成半圓狀，并在其內(nèi)部設(shè)置電解液充填室，上下兩端配置燃?xì)庀浜蛢?chǔ)水箱，使電解液有效在電解槽充填室填充。其中，已填充電解液的電解槽呈散熱器形式，外部空氣從電極板之間通過，以有效冷卻電解槽。”如在該引用專利所述，使用電解液自然循環(huán)式的電極板突出式電解槽，其電極板相對(duì)而設(shè)，多個(gè)電極板分別隔著電解液充填室垂直連接，并通過連在電解槽兩側(cè)蓋板底部吸嘴的管道，從儲(chǔ)水箱供應(yīng)電解液，電解槽中生成的布朗氣，通過與上端排氣嘴相連的管道，上升到燃?xì)庀洌允闺娊庖鹤匀谎h(huán)。
在這種電解液自然循環(huán)式電解槽中，尤為重要的一點(diǎn)就是，布朗氣在電解槽內(nèi)部生成之后，應(yīng)直接向上排出，而電解液也應(yīng)隨時(shí)得以填充。否則，就會(huì)形成排出的電解液容量大小的空間，這一部分無法形成電解現(xiàn)象，從而降低電解效率，最終導(dǎo)致過熱現(xiàn)象。
如果電解槽過熱，就會(huì)生成水蒸氣，導(dǎo)致燃?xì)赓|(zhì)量下降，損壞電極板之間的O型環(huán)，并導(dǎo)致電解液泄漏，引發(fā)火花，最終使電解槽作廢，這一點(diǎn)充分說明了電解液流動(dòng)的重要性。

發(fā)明內(nèi)容
為了從根本上解決這些問題，保障電解液順暢流通，需減少了電極板的數(shù)量，縮短電解液通路。但又不能盲目減少電極板，所以適量設(shè)定是解決問題的關(guān)鍵。減少電極板數(shù)量，單位電極板的有效電解面積就會(huì)隨之增加，解決問題時(shí)應(yīng)充分考慮到這些相互關(guān)系。
其中，最易損壞的是O型環(huán)，故為提高其耐久性能，O型環(huán)截面應(yīng)呈特殊的凹凸?fàn)?，而非單純的圓形。
因此，本發(fā)明對(duì)電解槽的O型環(huán)進(jìn)行了改良處理，并為提高其耐久性，確保電解槽的電解液順暢流通，減少了電極板數(shù)量，并設(shè)定了最適宜的電極板有效面積，以減少電阻，形成了從根本上降低溫度的高效電解槽。
此外，使用橫向設(shè)有風(fēng)口的橫流風(fēng)扇，其風(fēng)口的形狀和大小與電解槽相符，提高了空冷效率，使電解液保持恒溫，并使電解液箱呈較高的圓筒狀，以確保電解液自然循環(huán)，提供整體效果優(yōu)秀的布朗氣發(fā)生器。
為解決上述問題，提供高效布朗氣發(fā)生器，首先應(yīng)適當(dāng)設(shè)定電極板的有效面積，采用從根本上降溫的方法。
適當(dāng)設(shè)定電極板的面積是解決問題的關(guān)鍵，所以本發(fā)明在至今開發(fā)出的較為實(shí)用的高效電解槽中，只選用了得到實(shí)際認(rèn)證的電解槽。
因此，本發(fā)明計(jì)算并提示了投入的電氣能量與氫氧氣發(fā)生量的比例，并為提高電解槽效率，與電解效率100％的情況作比較，采用了如下方法據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，1)通過電解釋放到電極中的物質(zhì)總量與通過電極的電荷總量成正比。
2)電極所生成的物質(zhì)總量與該物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量成正比。(相當(dāng)于法拉第常數(shù)的電荷量，將釋放出分解物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量。)3)法拉第常數(shù)＝9.648670×104(C/mol)如上所述，法拉第電磁感應(yīng)定律提示電解時(shí)的電荷量與化學(xué)當(dāng)量之間的關(guān)系。
水的化學(xué)當(dāng)量等于氫氣與氧氣的化學(xué)當(dāng)量之和，為9(g)。因此，按照水的化學(xué)當(dāng)量9(g)，修改水的電解方程式系數(shù)，就得出如下方程式
×22.4(L)+×22.4(L)＝16.8(L)×2(g)+×32(g)＝9(g)
從上述方程式可知，相當(dāng)于水的化學(xué)當(dāng)量9(g)的氫氧氣量為16.8(L)。
為獲取16.8(L)的氣體，將在1個(gè)小時(shí)內(nèi)供應(yīng)9.648670×104(C/mol)的電荷量，所以按照如下方式計(jì)算所需的電流量。
Q(C)＝I(A)×t(Sec)I=Qt=96486.703600=26.80(A)]]>然后，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)繼續(xù)供應(yīng)26.80(A)的電流，為得出16.8(L)的氣體，按照如下方式計(jì)算電量。如果這時(shí)的電解液為KOH，電極之間的電壓一般采用2.1(V)。
P＝V×I×h＝2.1×26.8×1＝56.28(W)最后，投入56.28(W)的電氣能量，生成的氫氧氣總量為16.8(L)，就意味著其效率已達(dá)到100％。
即，16.8/56.28＝298.5(l/W)或56.28/16.8＝3.35(W/l)。
因此，如有新開發(fā)的電解槽，就可利用電量計(jì)和燃?xì)饬繙y(cè)定計(jì)測(cè)定，并與298.5(l/kW)作比較，計(jì)算其電解效率。
詳細(xì)說明電極板適當(dāng)面積的計(jì)算方法如下根據(jù)本發(fā)明人最先申請(qǐng)注冊(cè)的專利第0275504號(hào)和日本專利第3130014號(hào)“設(shè)有并列式電解槽的布朗氣大量發(fā)生裝置”研制出的模型BK-6000布朗氣發(fā)生裝置，投入23kW電壓，生成6600(l)布朗氣。
因此，其功率為6600/23＝286.9(l/kW)，并據(jù)286.9/298.5＝0.96得出，其電解效率為96％。
BK-6000的電極板總面積為94,080cm2，故得知94080/6600＝14.25cm2/l。今后，電極板面積將以14.25cm2/l的并列式高效電解槽單位面積作為其標(biāo)準(zhǔn)值。
因此，在根據(jù)本發(fā)明研制成的高效布朗氣發(fā)生器中，每燃?xì)馍a(chǎn)量(l)適用14.25cm2的電極板單位面積，并以此設(shè)定電極板數(shù)量和單位電極板面積，形成電解槽，從根本上提高電解效率。
綜上所述，電極板面積的計(jì)算公式如下電極板面積(cm2)＝14.25×燃?xì)獍l(fā)生量(l)如上所述，根據(jù)本發(fā)明研制成的布朗氣發(fā)生器，將設(shè)定電極板面積所需的標(biāo)準(zhǔn)值鎖定為14.25cm2/l，開發(fā)出能從根本上減少過熱現(xiàn)象的高效電解槽，并通過設(shè)置與電解槽的長(zhǎng)度相同的橫流風(fēng)扇，提高冷卻效率，解決了噪音問題，使電解液箱呈較高的圓筒狀，以確保電解液順暢流通，加強(qiáng)了自然循環(huán)式電極板突出式電解槽的燃?xì)馍尚?，并將最易損壞的O型環(huán)截面改成特殊的凹凸?fàn)?，加?qiáng)了其耐久性能，即便長(zhǎng)時(shí)間使用，也不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏現(xiàn)象。從整體方面，大大提高了電解效率，使之在連續(xù)運(yùn)作24小時(shí)的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)任何問題，并使布朗氣成為名符其實(shí)的燃料。
根據(jù)本發(fā)明研制成的高效布朗氣發(fā)生器主要用于產(chǎn)業(yè)用自動(dòng)加熱裝置，還可廣泛用于鍋爐等暖房燃料供應(yīng)裝置，使得布朗氣成為倍受青睞的21世紀(jì)的替代能量。


下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)組裝示例2是圖1的橫斷面3為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)之一電解槽的組裝截面4為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)之一電解槽配件分解示意5為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)之一O型環(huán)截面圖及詳解6為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)之一設(shè)有輔助箱的電解液箱組裝示意7為本發(fā)明的整體系統(tǒng)中主要部分符號(hào)說明
10 箱體11 滾輪12 絕緣托架20 電解槽 21 電極板 21a 拉線螺孔21b電解液流通孔21c 通氣孔 22 逆電流器23 O型環(huán) 24 蓋板25 電解液入口26 排氣嘴 27 拉線螺 28 電源端口29 電解液充填室30 橫流風(fēng)扇31 引風(fēng)箱 41 電解液箱42 輔助箱43 電解液水位計(jì)50 注水口 60 水位傳感器70 壓力開關(guān)80 供電裝置90 控制裝置具體實(shí)施方式
如圖1～圖7所示，根據(jù)本發(fā)明研制成的高效布朗氣發(fā)生器具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即，帶有滾輪11的布朗氣發(fā)生器上設(shè)有相應(yīng)的箱體10；箱體10內(nèi)部用絕緣托架12固定設(shè)置電極板突出式電解槽20；連在電解槽20供應(yīng)電解液并匯集布朗氣的電解液箱41；冷卻該電解槽20的橫流風(fēng)扇30；供應(yīng)直流電源的供電裝置80以及控制裝置90。
如圖3～圖5所示，電極板突出式電解槽20的四角設(shè)有拉線螺孔21a；設(shè)有電解液流通孔21b 通氣孔21c的電極板21；為使四角形成拉線螺孔22a而用絕緣材料注塑成型的逆電流器22；為防電解液泄漏而用耐堿性橡膠材料制成的O型環(huán)23以及蓋板24、24a。在電極板與電極板21之間，交叉連接逆電流器22和O型環(huán)23，以形成電解液充填室29，定量排列電極板21，在其兩側(cè)設(shè)置一體型電解槽蓋板24、24a，并用拉線螺絲27組裝連接。
本發(fā)明中的電解槽20具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即，適用“電極板面積＝14.25×燃?xì)馍a(chǎn)量”的公式，并根據(jù)布朗氣發(fā)生器的燃?xì)馍a(chǎn)量算出電極板面積，設(shè)定適量電極板21和單位電極板21的有效面積，計(jì)算電解液實(shí)際填充量的O型環(huán)23內(nèi)徑，以此設(shè)定逆電流器22和電極板21的大小。
利用引風(fēng)箱31蓋住電解槽的外廓，通過橫流風(fēng)扇30帶來最大的冷卻效果。
如圖5所示，O型環(huán)23截面并非呈單純的圓形，而是形成凹陷23b和凸起23a狀態(tài)，并被壓縮固定在電極板21與電極板21之間，以此加強(qiáng)了其耐久性，即便長(zhǎng)時(shí)間使用，也不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏現(xiàn)象。
如圖6和圖7所示，本發(fā)明的電解液箱41、41a具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即，呈圓筒狀，高度達(dá)700mm以上，設(shè)有電解液水位計(jì)43、水位傳感器60和注水口50，并為儲(chǔ)藏足夠的電解液，提高冷卻效率，還設(shè)有輔助箱42、42a。設(shè)在電解液箱41、41a上部流嘴44、44a和電解槽蓋板24、24a上的排氣嘴26、26a與連接管46、46a相連；下部流嘴45、45a通過連接管47，47a與電解液入口25、25a相連接；電解槽20中生成的布朗氣，將沿著連接管46、46a上移，最終匯集于電解液箱41、41a上部，并沿著燃?xì)饩€49，經(jīng)過逆流防止器(未圖示)，被供應(yīng)到燃燒器。
如圖7所示，本發(fā)明的整體系統(tǒng)具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即，左右兩側(cè)分別設(shè)有同樣的電解液箱41、41a，電解液箱41、41a均帶有電解槽20和輔助箱42、42a，并明確區(qū)分電源正極和電源負(fù)極，以防出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。
從直流供電裝置80向設(shè)在電解槽蓋板24、24a上的正極電源端口28和負(fù)極電源端口28a供應(yīng)電源，就會(huì)立即生成布朗氣，并沿著連接管46、46a，向上進(jìn)入電解液箱41、41a，電解液會(huì)直接沿著連接管47、47a得以補(bǔ)充，形成順暢的自然循環(huán)現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明研制成的布朗氣發(fā)生器還具有如下特點(diǎn)即，隨著燃?xì)庥昧康脑黾?，通過壓力開關(guān)70的“ON”、“OFF”運(yùn)作，會(huì)自動(dòng)生成燃?xì)夂徒K止生成燃?xì)?，也就是通過操縱系統(tǒng)反復(fù)運(yùn)作。例如，關(guān)閉開關(guān)閥75，就會(huì)終止生成燃?xì)?。此外，超電壓警?bào)裝置和由水位傳感器60組成的水量不足警報(bào)裝置通過控制裝置90得以自動(dòng)控制。
將本發(fā)明者現(xiàn)有實(shí)際生產(chǎn)的常規(guī)模型BS-600(燃?xì)馍闪?00l/h)與根據(jù)發(fā)明開發(fā)的新模型BN-600進(jìn)行比較如下根據(jù)本發(fā)明研制成的BN-600型布朗氣發(fā)生器的電極板面積為14.25cm2/l×600l/h＝8550cm2。如果其電極板數(shù)量為80EA，單位電極板的有效面積就是8550cm2/80EA＝106.8cm2，O型環(huán)的內(nèi)徑為116。
考慮到O型環(huán)和逆電流器的大小及散熱面積等要素，將電極板的實(shí)際大小定為W155×H180。
其電解槽兩端施加160V×13A的電力，生成600l/h的燃?xì)?，耗電量?.7W/l，電解效率為96％。
將此與常規(guī)BS-600(耗電量為4.2W/l電極板數(shù)量為105EA)型布朗氣發(fā)生器進(jìn)行比較，電解效率增加了12％。
因電極板的數(shù)量減少25個(gè)，從而降低了制造成本，并將常規(guī)的圓心狀軸流風(fēng)機(jī)替換成橫流風(fēng)扇，提高了冷卻效率，將風(fēng)量降至三分之一。常規(guī)模型的軸流風(fēng)機(jī)為起到散熱效果，需要很高的風(fēng)壓和風(fēng)量，會(huì)引發(fā)很大噪音，而本發(fā)明則成功解決了這一問題。
權(quán)利要求
1.一種高效布朗氣發(fā)生器，其特征是帶有滾輪(11)的布朗氣發(fā)生器上設(shè)有相應(yīng)的箱體(10)；箱體(10)內(nèi)部用絕緣托架(12)固定設(shè)有電極板突出式電解槽(20)；連在電解槽(20)供應(yīng)電解液并匯集布朗氣的電解液箱(41，41a)；冷卻該電解槽(20)并設(shè)有引風(fēng)箱(31)的橫流風(fēng)扇(30)；供應(yīng)直流電源的供電裝置(80)以及控制裝置(90)。
2.如權(quán)利要求1所述的高效布朗氣發(fā)生器，其特征是電極板突出式電解槽(20)的電極板(21)之間，應(yīng)交叉連接逆電流器(22)和O型環(huán)(23)，排列成電解液充填室(29)，利用拉線螺絲(27)在其兩端組裝連接一體型電解槽蓋板(24)，并用“電極板面積＝14.25×燃?xì)馍闪俊钡墓接?jì)算電極板(21)的大小和數(shù)量。
3.如權(quán)利要求2所述的高效布朗氣發(fā)生器，其特征是形成電解液充填室(29)的O型環(huán)(23)截面并非呈單純的圓形，而應(yīng)形成凹陷23b和凸起23a狀態(tài)，并被壓縮固定在電極板(21)之間。
4.如權(quán)利要求1所述的高效布朗氣發(fā)生器，其特征是帶有輔助箱(42、42a)的電解液箱(41、41a)呈圓筒狀，高度在700mm以上，并設(shè)置電解液水位計(jì)(43)、水位傳感器(60)和注水口(50)；設(shè)在電解槽蓋板(24、24a)上的排氣嘴(26、26a)與連接管(46、46a)相連，并將電解液入口(25、25a)與連接管(47、47a)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用提高電解效率方法制成的高效布朗氣發(fā)生器，是一種電解液自然循環(huán)式布朗氣發(fā)生器，它具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即，利用提高電解效率的方法，提示設(shè)定電極板面積的標(biāo)準(zhǔn)值，并通過該標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)定適量電極板和單位電極板的有效面積，以減少電阻，形成從根本上不易發(fā)熱的電解槽；使用與電解槽形態(tài)及大小相適應(yīng)的橫流風(fēng)扇，使電解液保持恒溫，以防止其過熱；使O型環(huán)截面呈凹凸?fàn)睿栽黾悠淠途眯?，使之在連續(xù)運(yùn)作24小時(shí)的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)任何問題。它所生成的布朗氣是備用于21世紀(jì)的替代能量，其主要用于產(chǎn)業(yè)用自動(dòng)加熱裝置或鍋爐等暖房燃料。
文檔編號(hào)C25B15/08GK1510172SQ0314962
公開日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月21日
發(fā)明者金相湳, 金圣坤, 金相 申請(qǐng)人:金相湳, 金圣坤, 金相