一种便携式制氧设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种便携式制氧设备，由电解制氧模块、电源与控制模块、呼吸模块和主动消氢与制水模块组成，电解制氧模块和电源与控制模块相连，电解制氧模块通过氧气出口与呼吸模块相连，电解制氧模块通过氢气出口与主动消氢与制水模块相连。本实用新型专利技术采用电解水与主动消氢技术，既制氧又制水；液态水储氧，有效提高了装置产氧质量密度，运行中亦可补液；本装置可循环使用，安全环保。

A Portable Oxygen Making Equipment

The utility model discloses a portable oxygen making equipment, which consists of an electrolytic oxygen making module, a power supply and control module, a breathing module and an active hydrogen elimination and water making module. The electrolytic oxygen making module is connected with a power supply and a control module, an electrolytic oxygen making module is connected with a breathing module through an oxygen outlet, and an electrolytic oxygen making module is connected with an active hydrogen elimination and a water making module through a hydrogen outlet outlet. The utility model adopts electrolytic water and active hydrogen elimination technology to produce both oxygen and water; liquid water stores oxygen, effectively improves the oxygen production quality density of the device, and can also replenish liquids in operation; the device can be recycled, safe and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式制氧设备
本技术主要涉及一种应急制氧装置，具体涉及一种便携式制氧设备，属于安全应急装备

技术介绍
氧气作为维持人生命的重要要素，供氧技术自然成为安全应急装备中的关键。目前煤矿救生舱与避难硐室、民航应急氧气系统等安全应急装备的氧气源有两种：一种是利用高压氧气瓶储存氧气，简称“气氧”；另一种是使用固体氧发生器，简称“固氧”。气氧是一种常规供氧装置，早期机型的驾驶舱和客舱都采用气氧作为氧源，具有供氧时间长和可间断使用等优点，但客舱面积较大，气氧系统结构复杂，管路繁多，检测维护工作量大，体积和重量也较大，易发生故障。历史上就曾发生过气氧泄露和爆炸事故。固氧利用富含氧的氯酸盐发生热分解化学反应产生氧气，其产氧过程类似于蜡烛燃烧，亦称“氧烛”。固氧的产氧物质主要是氯酸盐或高氯酸盐，产氧物质发生化学反应所放出的热量不能维持自身连续反应，需要向产氧物质中加入提供热量的金属粉和降低反应温度的催化剂，同时加入的物质还包括用于抑制和吸收有毒有害气体的添加剂、反应稳定剂等，固氧产生的气体经过滤纯化后供人体使用。无论是气氧还是固氧，经供氧系统处理后直接或充至环境中供人体呼吸，正常情况下人体呼出气中氧气含量～16％左右。虽然在气氧或固氧停止供氧后，人体还可从周围环境中呼吸氧气。但是，当周围环境氧气含量低于人体呼出气氧气含量时，人体将不能从周围环境中摄入氧气，则存在缺氧风险。而此时，周围环境中的大量氧气就处于无用状态。另外，在煤矿等紧急事故下，密闭闷热环境以及等待救援的焦虑心情，会进一步增加人体的耗水量，严重时会导致人体缺水，因此需适时摄取适量饮用水。电解水技术是一种已商业化的制氧技术，但受限于制氧的同时伴随产生易燃易爆的氢气，尤其是密闭环境中氢气的聚集而增加的安全风险，进一步限制了电解水制氧技术用于安全应急领域的应用。因此，如何消除电解水制氧伴随的氢气安全性问题，则成为该技术能否应用于安全应急的技术瓶颈。传统的气氧和固氧存在大量的氧气浪费，进一步增加了安全应急装备的成本。与此同时，电解水制氧虽作为一种成熟的高效制氧技术，但伴生的氢气安全风险制约了该技术在安全应急领域的应用。此外，水作为人体所需的重要资源，往往需要单独配置才能满足应急需求，无形中增加了使用风险。
技术实现思路
针对现有技术上述存在的不足，本技术提供一种便携式制氧设备，采用电解水原理制备高纯氧气，利用主动消氢技术，消除伴生的氢气并转化为可饮用的纯净水，消除电解水制氧的安全隐患并提供应急水源，为安全应急提供新的支撑技术。本技术是这样实现的：一种便携式制氧设备，由电解制氧模块、电源与控制模块、呼吸模块和主动消氢与制水模块组成，电解制氧模块和电源与控制模块相连，电解制氧模块通过氧气出口与呼吸模块相连，电解制氧模块通过氢气出口与主动消氢与制水模块相连。更进一步的方案是：所述电解制氧模块由电解槽、电解液、电解电极、隔膜、氧气出口、氢气出口和补液口构成，电解液位于电解槽内，电解槽通过隔膜分隔成两部分，在隔膜的两侧分别设置有电解电极，在隔膜一侧的电解槽上部设置有氧气出口，在隔膜另一侧的电解槽上部设置有氢气出口，电解槽上还设置有补液口。其中，电解槽采用耐酸碱腐蚀的高分子或金属材料，优选聚四氟乙烯或304不锈钢材料。电解液为电解制氧工业常用溶液，优选33％wt氢氧化钾水溶液。电解电极由阴极电极和阳极电极组成，结构上与电源控制模块的输出电源口电连接；电解电极的长期稳定性与析氢析氧过电势，以及电解体系内阻直接影响电解制氧效率与电源能量利用率，因此应选耐酸碱腐蚀并具有低析氢析氧过电势的电极材料，优选铂黑电极。电解槽内部的隔膜用于隔断电解产生的氢气和氧气，消除安全隐患，但又不能阻隔电解液的离子传递且耐酸碱腐蚀，优选钯或铂纳米材料修饰的Nafion膜。氧气出口和氢气出口分别与呼吸模块和主动消氢模块的导气管相连，采用快插接头，便捷且气密。电解液可通过补液口补充，优选为原装电解液，紧急情况下可用其他水溶液代替。更进一步的方案是：电源与控制模块由逻辑控制电路板、电源组件和数显组件组成。所述电源组件由大容量电源和电源保护电路组成，大容量电源可以是铅酸电池，也可以是锂电-超级电容器组合电池组。逻辑控制电路板由电解电源调节回路、显示输出回路及信号微处理回路构成；其中电解电源调节回路负责控制输入电解制氧模块的电压，调控信号由呼吸模块上运动传感器反馈；显示输出回路电气上与数显组件连接，经信号微处理回路处理后，显示剩余电量及剩余运行时长。更进一步的方案是：呼吸模块由依次相连的导气管、气体过滤组件和呼吸面罩组成，呼吸面罩上设置有运动传感器。气体过滤组件为组合式过滤组件，用于消除氧气气流从电解槽中携带的对人体有危害的组分。呼吸面罩采用人体脸部工程学设计，紧贴人体口鼻部，并配有高气密性呼吸阀，有效阻隔外界毒害气体进入呼吸面罩内部。运动传感器紧贴于呼吸阀上，用于监测人体呼吸频次，并反馈给逻辑控制电路板，实时调整电解制氧功率。更进一步的方案是：主动消氢与制水模块由导气管及与导气管相连的罐体组成，罐体顶部设置有通气孔，罐体上部设置有消氢剂，在罐体下部设置有净水组件，罐体底部设置有出水口。其中，罐体宜采用轻质材料，如铝合金、高分子等材料，优选铝合金。通气孔内侧贴合一层膨体聚四氟乙烯防水透气膜，阻止内部水汽溢出和外界污染物进入。消氢剂采用不可逆吸氢材料，优选钯、铂、氧化铜/氧化银、氧化钯等催化剂。电解制氧模块产生的氢气，经导气管进入罐体后，在消氢剂处于从通气孔进入的周围氧气反应，生成水并放出热量加速反应进行；反应生成的水由罐体收集后，经净水组件过滤后，形成可供人体直接饮用的纯净水。本技术具有以下优点：(1)电解水与主动消氢技术，既制氧又制水；(2)液态水储氧，有效提高了装置产氧质量密度，运行中亦可补液；(3)本装置可循环使用，安全环保。附图说明图1一种便携式制氧设备原理图；图2电解制氧模块；图3电源与控制模块；图4呼吸模块；图5主动消氢与制水模块。1电解制氧模块、2电源与控制模块、3呼吸模块、4主动消氢与制水模块、11电解槽、12电解液、13电解电极、14隔膜、15氧气出口、16氢气出口、17补液口、21逻辑控制电路板、22电源组件、23数显组件、31导气管、32气体过滤组件、33呼吸面罩、34运动传感器、41罐体、42导气管、43通气孔、44出水口、45消氢剂、46净水组件具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的说明。如附图1所示，本技术采用模块化设计，由电解制氧模块1、电源与控制模块2、呼吸模块3和主动消氢与制水模块4构成。如附图2所示，电解制氧模块1采用电解水制氧技术，结构上由电解槽11、电解液12、电解电极13、隔膜14、氧气出口15、氢气出口16和补液口17构成。电解槽1采用耐酸碱腐蚀的高分子或金属材料，优选聚四氟乙烯或304不锈钢材料。电解液12为电解制氧工业常用溶液，优选33％wt氢氧化钾水溶液。电解电极13由阴极电极和阳极电极组成，结构上与电源控制模块2的输出电源口电连接；电解电极13的长期稳定性与析氢析氧过电势，以及电解体系内阻直接影响电解制氧效率与电源能量利用率，因此应选耐酸碱腐蚀并具有低析氢析氧过电势的电极材料，优选铂黑电极。电解槽内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式制氧设备，其特征在于由电解制氧模块、电源与控制模块、呼吸模块和主动消氢与制水模块组成，电解制氧模块和电源与控制模块相连，电解制氧模块通过氧气出口与呼吸模块相连，电解制氧模块通过氢气出口与主动消氢与制水模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种便携式制氧设备，其特征在于由电解制氧模块、电源与控制模块、呼吸模块和主动消氢与制水模块组成，电解制氧模块和电源与控制模块相连，电解制氧模块通过氧气出口与呼吸模块相连，电解制氧模块通过氢气出口与主动消氢与制水模块相连。2.根据权利要求1所述一种便携式制氧设备，其特征在于：所述电解制氧模块由电解槽、电解液、电解电极、隔膜、氧气出口、氢气出口和补液口构成，电解液位于电解槽内，电解槽通过隔膜分隔成两部分，在隔膜的两侧分别设置有电解电极，在隔膜一侧的电解槽上部设置有氧气出口，在隔膜另一侧的电解槽上部设置有氢气出口，电解槽上还设置有补液口。3.根据权利要求2所述一种便携式制氧设备，其特征在于：所述电解槽采用耐酸碱腐蚀的高分子或金属材料；电解液为电解制氧工业常用溶液；电解电极由阴极电极和阳极电极组成，为耐酸碱腐蚀并具有低析氢析氧过电势的电极材料；电解槽内部的隔膜为钯或铂纳米材料修饰的Nafion膜。4.根据权利要求3所述一种便携式制氧设备，其特征在于：所述电解槽采用聚四氟乙烯或304不锈钢材料；电解液为33％wt氢氧化钾水溶液；电解电极为铂黑电极。5.根据权利要求2所述一种便携式制氧设备，其特征在于：所述电源与控制模块由逻辑控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：田先清，王新锋，余堃，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51