专利名称：可泄漏封闭系统中防止流体混合的改进措施的制作方法
技术领域：
本发明涉及在可泄漏封闭系统中防止流体混合的问题。
电解槽是一种将水电解为氢气和氢气的设备。由于电解槽用电电压低、无噪音并且污染很小，所以与其它水的分解方法相比有优势。在一种固态氧化物(做电极)的水电解槽中，水蒸汽通向夹在两个电极之间的氧离子传导栅的一值。在两个电极之间通电将水蒸汽分解为氢和氧。氧以离子的形式通过栅传输，并在栅的另一侧被收集。为了防止栅的另一侧氧气和氢气混合而随之造成的氢氧复合，而这种复合能引起燃烧和爆炸，有必要将栅的一面与另一面密封隔开。但是，因为固态氧化物(做电极)的电解槽使用陶瓷材料，并且在很高的温度下工作，所以设计一种不会泄漏的密封件是很难的。密封件可用象陶瓷材料一类的高温粘结构制成。但是由于密封层和密封材料的热膨胀系统有差异，在温度循环中密封件上就会出现断裂。电解槽的工作温度非常高，正是在这样超高温的条件下电解槽才能最有效地将水分解为氢和氧，但对于刚性机构密封设计是十分困难的。例如，根据计算，电解槽工作在1，000℃时所需的电能仅为其工作在100℃时所需电能的79%。因此，除非固态电解槽的密封问题得到解决，否则电解槽就不会得到最有效的利用。低效的电解槽在许多情况下很不经济以致完全无法使用。
所以，本发明是一种防止流体混合的设备，其特征为所述的防止流体混合的设备包括A.一个装载第一种流体的第一封闭系统;B.一个装载第二种流体的第二封闭系统;C.在所述的第一封闭系统和所述的第二封闭系统之间有一个通道，通过此通道所述的第一流体能从第一封闭系统泄漏到第二封闭系统中去;D.将一种比所述第一和第二流体的压力都大的第三流体引入所述通道的装置。
本发明也包括了一种防止两个流体混合的方法，第一封闭系统中有一种流体，第二封闭系统中有另一种流体，每一种流体都可以从其封闭系统中泄漏到另一封闭系统，其特征为在所述的第一封闭系统和第二封闭系统之间构成第三封闭系统，并将压力足够高的第三流体通入第三封闭系统中使所述的第三流体从所述的第三封闭系统中泄漏到第一和第二封闭系统中去。
我们已发现了一种解决多流体分别密封的独特方法，此方法是籍助其密封系统的泄漏，可以实现另一种方式的混合。我们的做法不是象别人那样试图改进密封装置防止泄漏，而是发现防止流体通过封密装置泄漏的另外途径。我们在所需隔离的流体封闭系统之间的一个封闭系统内引入第三流体。此第三流体压力大于其它两种流体，因此它会通过密封装置泄漏进装有其它两种流体的封闭系统中。当然，第三流体是经过挑选的，以使它与其它流体混合时不产生其它两种流体自身混合时出现的那种困难。
这样，我们就能避免使用刚性机械密封。既然不用刚性机械密择，就没有必要为避免密封物破碎而使电解槽工作在低效、低温的状态下。其结果电解槽能够工作在较高的温度下，一方面节省了电力，一方面又降低生产氢和氧的成本。
为了更清楚地理解本发明现在，做为例子，对一个优选实施例结合附图进行说明，其中
图1是固态氧化物(做电极)的水电解槽有部分剖面的正等轴图。
图2是图1所示的固态氧化物(做电极)的电解槽管的有部分截面的截断的等轴图。
参考图1，电解槽1由一个包围着空间4的用高温绝缘材料制成的容器2组成，在空间4中排布着许多互相电解通的固态氧化物(做电极)的电解槽管5。
参考图2，每一只管5都是由一只陶瓷支承管6和一个可透氧的氧电极7构成。一个传导氧离子的电解质8在支承管6上构成第二复盖层沿氧电极7四周295°方位角复盖在其外表面上。剩下的65°是由导电联结条9复盖。水蒸汽氢电极10以280°方位角复盖电解质8，构成外层，剩下的80°未被复盖，以便暴露给导电联结条9。支承管6在管子基底伸延到管子的其它层以外。每只管道5的顶部都用陶瓷帽11密封，底部则开敞。固态氧化物管一般是由高温陶瓷材料如氧化铝、氧化锆或富铝红柱石制成，既能导通氧离子，也能透氧。电介槽管5的结构与用于固态氧化物燃料电池中的燃料电池管的结构相同，这在不同的出版物中已有披露，例如美国专利说明书4395468号和4374184号。
再来看图1，园柱形管5以正方间距的矩形陈列排放，其横列是电性串联，其纵列是并联。当各单元之间是串联连接时，一个单元的氧电极7通过联结条9和镍毡条12连接到另一单元的水蒸汽电极10。另一镍毡条13则联结相邻单元的水蒸汽氢电极10构成并联。阳极14与镍毡条12联通，在电解槽对边的阴极(未画出)则与水蒸汽氢电极10电联通。
各单元组成的陈列，在其下端被一个由经密陶瓷制成的管道支承板15支承。管道5的支承管6与管道支承板15之间的接合，不是熔合或紧密接合，而是用陶瓷纤维塞紧。在管道支承板15下面形成的高压室与管内相通，构成氧放电室16。放电室16中的氧通过(增压)集气管17排出。水蒸汽中含有百分之几的回流的氢，以便在水蒸汽氢电极10周围造成一个还原气氛，此水蒸汽从进气管18流入分配室19，此分配室19由陶瓷分配盘20和第二分配盘21构成。为了使输入蒸汽流进入反应区24，分配盘20上除了供管道5通过的孔23以外，还有孔22。
纯水蒸汽从进气管25流入到由管道支承板15和下分配盘21构成的分配室26中。因为纯水蒸汽的压力大于输入水蒸汽，下分配盘21上的孔和管5的支承管6之间的间隙就会允许水蒸汽从纯蒸汽室26有控制地向供气分配室19中泄漏。因为在分配室26中，水蒸汽压力比氧放电室16中氧的压力大，在分配室26中的蒸汽也合流过分配盘15中管道间的间隙与氧放电室16中的氧混合。
当直流电源加至正、负极上时，氧就会以离子的形式从离解的蒸汽中通过管道的电解质8迁移到管内，然后下到氧放电室16中并通过增压集气管17而放出。所形成的氢留在管5的外面，向上经过取出分配盘27并由排气管28导出。
典型的电解槽在大约800到1100℃的工作温度下，每个单元的工作电压约为0.5到0.7伏特。电解槽的尺寸不严格，典型的长度为50到100cm。
本发明除应用在电解槽中外，它还可以应用在任何类型的需要防止两种流体从其封闭处泄漏出来并混合的设备中。用来防止隔离流体从封闭处泄漏出来的特定第三流体要根据所要隔离的流体类型来选择。很明显，所选择的第三流体，不但不能污染其它流体，而且还不能与其它两种流体中的任何一种相同，最好还要易于从其它流体中分离出来。其它的流体既可以是气体也可以是液体。
权利要求
1.一种防止流体混合的设备，其特征是所述的设备包括(A).一个装载第一流体的第一封闭系统；(B).一个装载第二流体的第二封闭系统；(C).在该第一和第二封闭系统之间有一通道，通过此通道，所述的第一流体可从所述的第一封闭系统中泄漏到所述的第二封闭系统中；及(D).向所述的通道引入比所述的第一流体和第二流体压力都大的第三流体的装置。
2.根据权利要求2所述设备，其特征为所述的设备包括在第一封闭系统中第一流体、在第二封闭系统内第二流体及在通道中的第三流体。
3.根据权利要求2所述设备，其特征为第一、第二及第三流体是气体。
4.根据权利要求3所述设备，其特征为第一和第三气体是水蒸汽，所述的第二气体是氧气。
5.根据权利要求4所述设备，其特征为所述的设备包括将水蒸汽分解为氢气和所述氧气的电解槽装置。
6.一种水电解槽其特征为所述的电解槽包括(A).一个氧离子导通栅，在其一边水蒸汽被分解为氧气和氢气，并且所述的氧气被传送到所述的栅的另一边;(B).与所述的栅的所述的侧为可泄漏封闭的氢气收集装置;(C).所述的栅的另一侧为可泄漏封闭的氧气收集装置;(D).在所述的氢收集装置和所述的氧收集装置之间提供蒸汽的装置，其蒸汽压力足够大使所述的蒸汽泄漏到所述的氢和氧收集装置中去。
7.根据权利要求6所述电解槽，其特征为该栅是一只一头密封的管子。
8.一个固态氧水电解槽其特征为所述的电解槽包括(A).许多一端密封的、相互电性联通的垂直管子，其结构为在所述的管内的可透氧阳极和所述的管外层的可透氧阴极之间夹有一个固态氧化物组成的氧离子导通电解质;(B).一个能允许蒸汽进入与管道外部为可泄漏密封的第一封闭室;(C).一个与管内部形成气体连通并获取氧气、与该管的外部为可泄漏密封的第二封闭室;及(D).一个在所述的第一封闭室和第二封闭室之间并导入加压蒸汽的第三封闭室。
9.根据权利要求8所述电解槽，其特征为所述的垂直管的敞开端是在所述的管的底部。
10.根据权利要求8所述电解槽，其特征为第一封闭室是由包围管子的容器箱和一个从所述的容器箱伸延到所述的管子的第一水平盘构成，所述的第一水平盘含有许多孔，所述的管子穿过这些孔而形成可泄漏密封的状态。第二和第三封闭室由从所述的容器箱延伸到所述的管子的第二水平盘构成，所述的第二水平盘有很多孔，所述的管子延伸穿入这些孔形成可泄漏密封状态。
11.一种防止两种流体混合的方法，具体是，在第一封闭系统有一种流体，第二封闭系统有另一流体，一种流体可以从其封闭系统中泄漏到另一封闭系统，其特征是在所说的第一封闭系统和所述的第二封闭系统之间构成第三封闭系统。并且在所述的第三封闭系统中置入第三流体，其压力是够大以使所述的第三流体从所述的第三封闭系统泄漏入所述的第一和第二封闭系统。
全文摘要
一台固态氧化物(做电极)的水电解槽具有很多一头封死的、电气联通的垂直管道，每一管道包括夹在管内可透氧阳极和管外可透氧阴极之间的由固态氧化物组成的能传导氧离子电解质；一个蒸汽能够导入的、对管的外层为可泄漏密封的第一封闭室；一个与该管内部形成气体连通，并由其获取氧气、与该管外部为可泄漏密封的第二封闭室；还有在第一封闭室与第二封闭室之间的、通入加压蒸汽的第三封闭室。
文档编号C25B9/08GK1030449SQ88104279
公开日1989年1月18日 申请日期1988年6月28日 优先权日1987年6月29日
发明者罗博特·德莱波尔, 斯蒂芬·菲约 申请人:西屋电气公司