专利名称：电解槽以及包括有该电解槽的电源单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解槽以及包括有该电解槽的电源单元。
背景技术：
电解是使用直流电来驱动化学反应的公知的工艺。在水的电解过程中，发生化学反应，其中，液态水在穿过水的电流的作用下被分解成氢气和氧气。氢气可以用作向机器或发动机供以动力的燃料。例如，氢气可以用于内燃机中的燃烧，或可以燃烧氢气来驱动锅炉或汽轮机设备以产生电能。电解工艺的效率受许多不同参数的影响，诸如但不限于施加给电解槽的电压和电流；电解槽中所使用的电极的形状和配置；所使用的电解质的存在和/或类型；以及从电极释放气泡的能力。
发明内容
本发明的一个方面提供一种电解槽，所述电解槽包括具有正极端子和负极端子的DC电压源；电连接至正极的至少一个电极以及电连接至负极的至少一个电极；DC电压源能够输送在最小电压Vmin彡0伏特与最大电压Vmax = Vmin+Δ之间以周期T循环的电压，其中，Δ >0伏特，并且所述电压在从Vmin向Vmax斜升时具有至少一个中间峰值。在一种实施方式中，DC电压源以300至2000Hz之间的频率循环。在可替代的实施方式中，DC电压源以500至1500Hz之间的频率循环。在另外的实施方式中，DC电压源以900至IlOOHz之间的频率循环。在一种实施方式中，DC电压源在0. 6T至0. 9T的时间内从Vmin斜升至Vmax。在可替代的实施方式中，DC电压源在大约2/3T内从Vmin斜升至Vmax。在一种实施方式中，Δ可以小于1000伏特。在相同的或可替代的实施方式中，Δ小于500伏特。在相同的或可替代的实施方式中，Δ小于300伏特。在相同的或可替代的实施方式中，Δ是大约250伏特。DC源能够产生最高达100安培的输出。在一种实施方式中，DC源能够产生最高达50安培的输出。在可替代的实施方式中，DC源能够产生2至12安培之间的输出。连接至正极端子的电极可以是(a)实心板或(b)孔板或网中的一种形式，而连接至负极端子的电极是(a)实心板或(b)孔板或网中的另一种的形式。电极可以被枢转地安装以使得在保持与相应的端子电接触的同时电极能够旋转。在一种实施方式中，DC电压源被布置成使得0. 05 Δ彡Vpi彡0. 2 Δ。在相同的或可替代的实施方式中，所述或每个中间峰值Vpi可以具有周期Tpi，其中，0. IT < Tp1 ^ 0. 4T。本发明的第二方面提供一种电源单元，所述电源单元包括根据本发明的第一方面的电解槽；电解槽中的一定容量的水，其中，电解槽可以产生氢气；能量转换系统，所述能量转换系统能够燃烧氢气并将燃烧释放的能量转换成电能。在本发明的第一方面或第二方面中，DC电压源可以包括可再充电电池和波整形系统，所述波整形系统耦接在电池与正极端子和负极端子之间以产生循环DC电压。电源单元可以包括可再生能量转换器，所述可再生能量转换器从可再生能源产生电并且与可再充电电池耦接。能量转换系统可以与可再充电电池耦接。 能量转换系统可以包括热交换器以及发电机，其中，所述热交换器用于将来自燃烧的氢气的热传递给液体以将液体转换成蒸汽，所述发电机由蒸汽驱动以产生电。热交换器可以包括用于燃烧氢气的燃烧器、容纳一定容量液体的罐、以及置于燃烧器与罐之间的陶瓷散热器。热交换器可以包括在密封回路中与罐耦接的凝结器，其中，在罐中被加热的液体变相以形成蒸汽，所述蒸汽离开罐并且流经凝结器以变相回液体并返回罐。电源单元可以包括一个或更多个汽轮机，所述一个或更多个汽轮机与发电机耦接并且被布置成由蒸汽来驱动，其中，发电机由蒸汽通过所述一个或更多个汽轮机来驱动。所述一个或更多个汽轮机可以耦接在密封回路中并且置于锅炉与凝结器之间。在电源单元的可替代的实施方式中，所述能量转换系统可以包括以氢气为燃料的内燃机，以及由所述内燃机驱动以产生电的发电机。本发明的第三方面提供一种热水器，所述热水器包括根据本发明的第一方面的电解槽；以及热交换器，所述热交换器包括燃烧器以及一个或更多个管，其中，所述燃烧器能够燃烧由电解槽产生的氢气，水能够通过所述一个或更多个管在被燃烧的氢气加热的区域内流动，其中，热被传递给流经所述一个或更多个管的水。在Δ是大约250V的量级且周期T = 1/980秒的一个示例中，Vpi = 150V ；Vx = 130 伏特且 Tp1 = 0. 3Τ,从而 Vp1-Vx = 20 = 0. 08 Δ。本发明的第四方面提供一种汽轮机，所述汽轮机包括能够绕其纵向轴线旋转的轴；设置有至少一个转子的第一室，所述至少一个转子固定至轴并且能够在进入第一室的流体的流动的作用下与轴一起绕纵向轴线旋转；第二室，所述第二室能够承受相对于第一室为负压的环境；以及阀系统，所述阀系统能够控制第一室与第二室之间的流体流动。汽轮机可以包括布置在第二室中并且固定至轴的叶轮，所述叶轮被配置成在与轴一起旋转时生成负压环境。阀系统可以包括在第一室与第二室之间的一个或更多个流体流路，以及能够逐渐打开或收缩流体流路的致动器。
致动器可以被配置成对表示汽轮机内的流体压力的输入信号进行响应。致动器还可以被配置成对表示轴的旋转速度的输入信号进行响应。阀系统可以包括布置在第一室与第二室之间的第一结构和第二结构，所述第一结构和第二结构分别设置有第一组孔和第二组孔，其中，所述第一结构和第二结构能够在第一位置与第二位置之间相对于彼此移动，在所述第一位置处，各个结构中的孔彼此重合或至少部分地彼此重叠，在所述第二位置处，第一结构和第二结构中的孔彼此偏移。第一构件和第二构件可以包括彼此叠置并且位于叶轮与至少一个转子之间的第一板和第二板。致动器可以耦接至第一结构和第二结构中的一个结构并且能够相对于第一结构和第二结构中的另一个结构移动第一结构和第二结构中的所述一个结构。本发明的第五方面提供一种电源单元，所述电源单元包括根据本发明的第一方面的电解槽；电解槽中的一定容量的水，其中，电解槽可以产生氢气；能够燃烧氢气并使液体沸腾以产生所述液体的蒸汽的热交换器；—个或更多个根据本发明的第四方面的汽轮机，其中，所述或每个汽轮机由蒸汽的流来驱动；以及与所述或每个汽轮机耦接并且由所述或每个汽轮机来驱动的发电机。本发明的第六方面提供一种电源单元，所述电源单元包括能够电解水以产生氢气的电解槽；能够燃烧氢气并使液体沸腾以产生所述液体的蒸汽的热交换器；一个或更多个根据本发明的第四方面的汽轮机，其中，所述或每个汽轮机由蒸汽的流来驱动；以及与所述或每个汽轮机耦接并且由所述或每个汽轮机来驱动的发电机。
现在，将参照附图仅通过示例对本发明的实施方式进行描述，附图中图1是根据本发明的电解槽的实施方式的示意性图示；图2是由电解槽的DC源产生的驱动电压的图示；图3是包括有电解槽的电源单元的实施方式的框示；图4是电解槽的实施方式的另外的图示；图5是可以包括在图3中示出的电源单元中的热交换器的示意性图示；图6是可以包括在电源单元中的另外的热交换器的图示；图7是可以包括在电源单元中的另外形式的热交换器的图示；图8是包括有电解槽的实施方式的热水器的图示；图9是可以包括在电源单元中的汽轮机的剖视图；图10是包括在汽轮机中的阀系统的俯视图；以及图11是电源单元和对应的控制系统的实施方式的示意性图示。
具体实施方式
参照附图，特别地参照图1和图2，根据本发明的实施方式的电解槽10包括具有正极端子14和负极端子16的DC电压源12。正极端子14电耦接至多个电极18，而负极端子16电耦接至多个电极20。本实施方式中的电极18是板的形式并且构成电解槽10的正极或阳极。电极20是多片网或孔板的形式并形成负极或阴极。当电极18和电极20浸入在水中并且DC电压源12与电极18和电极20耦接时，电流流经水，从而将水分解成在负极 20处形成的氢气和在电极18处形成的气态氧。图2示出了电源12输送的电压。该电压在最小电压Vmin与最大电压Vmax之间循环，其中，Vmin彡0伏特，并且Vmax = Vmin+Δ，其中，Δ >0伏特。因此，DC电源12提供的电压是具有周期T和频率f的周期波的形式。该电压波施加在正极端子14处。当Vmim = OV 时，负极端子16会处于地电势或者是零电势。如从图2中明显可见的，随着电压源12的电压从Vmin到Vmax循环，在Vmin与Vmax之间存在中间峰值VP1。当电压达到Vpi时，电压在再次斜升至电压Vmax之前下降一段时间TP1。然后，电压较快地下降到Vmin，从而完成周期T的一个循环。在一种实施方式中，电压在任意一个循环内从Vmin斜升至Vmax所经历的时间可以是大约0. 6Τ至0. 9Τ。在另外的实施方式中，DC电压源每次循环从Vmin斜升至Vmax所需的时间可以是大约2/3Τ。在一种实施方式中，时间段Tpi是大约0. 1至0. 4Τ。在该时间段内，电压的下降可以是大约0.05Δ至0.2Δ。就是说，参照图2，如果电压在斜升至电压Vmax之前从中间峰值 Vpi下降到电压Vx，那么Vpi-Vx可以在0.05 Δ至0.2 Δ之间。虽然并不是非常理解该理论，但是发现利用具有如下DC电压的电压源12有助于电解槽10中的氢气的产生和释放，该DC电压具有图2中示出的波形状或形式，其中，最小电压Vmin与最大电压Vmax之间具有至少一个中间峰值VP1。在对包括有六个电极18、20(即， 3个电极18和三个电极20)的电解槽10进行的一个测试中，其中，电压源12以950Hz的频率、在250V下为电解槽10提供4安培的电输入，每小时产生Im3的氢气。在进行的另外的测试中，其中，电解槽13包括13个电极(七个电极18和六个电极20)，并且电源12被布置成以950Hz的频率、在250V下提供11安培的电输入，每小时产生2. 5m3的氢气。在一种实施方式中，DC电源12被布置成以300至2000Hz的频率f循环。然而，在可替代的实施方式中，频率可以在500至1500Hz之间。在又一另外的实施方式中，频率可以在900至IlOOHz之间。在一种实施方式中，Vmax与Vmin之间的差即Δ可以小于1000伏特。在另外的实施方式中，Δ可以小于500伏特。在另外的实施方式中，Δ可以小于300 伏特。在又一另外的实施方式中，Δ可以是大约250伏特。在一种实施方式中，DC电源12能够输送最高达100安培的电流。然而，在可替代的实施方式中，DC电源能够产生或输送最高达50安培的输出。在又一另外的实施方式中， DC电源12能够产生或输送2至12安培之间的输出。图2中描绘的电压信号或波的形状可以通过已知的波整形系统、包括使用调制整流器来产生，或者通过适当地驱动伺服马达以产生所需要的电压输出来产生。已经进一步揭示了可以通过在水中旋转电极18、20来增加氢气的产量。可以相信的是，此动作有助于释放否则会附着于电极并且中断电流从而减少气体产量的气泡。为了方便电极18、20的旋转，电极可以安装在轴22上，该轴22设置有多个滑环M和沈以保持电极18和20与相应的端子14和16之间的电连接。该旋转可以借助传统的电动机来实现。图3以框图形式描绘了包括有电解槽10或由电解槽10驱动的电源单元30。电源单元30包括能量转换系统32，该能量转换系统32能够燃烧由电解槽10产生的氢气并能够将燃烧释放的能量转换成电能。为了产生氢气，电解槽10中包含或容纳有一定容量的水 36。由系统32产生的电能可以耦接至例如可以包括房屋中的电器和设备的基本负载36 ； 电网38 ；以及DC电源12。DC电源12包括可再充电电池40和用于产生图2中示出的电压波形的波整形系统41。电缆42将DC电源12连接至电解槽10的电极18和20。提供电源管理单元(未示出)，以对电从系统32到基本负载36、电网38和可再充电电池40的流动进行控制。电源单元30进一步包括可再生能量转换器44，该可再生能量转换器44产生电并通过导体46将电输送给可再充电电池40。可再生能量转换器44可以是例如光伏电池、 或风轮机、或该二者的形式。在本实施方式中，能量转换系统32包括热交换器48、汽轮机50和A. C.发电机52。 热交换器48点燃或燃烧由电解槽10产生的氢气，以将热交换器中的液态水转换成蒸汽即水汽，蒸汽又驱动汽轮机50。汽轮机50驱动A. C.发电机52产生电。在包括有管道M和 56的闭合回路或密封回路中，穿过汽轮机50的蒸汽被凝结成液体并返回到热交换器48。在密封回路中，可以在汽轮机50与热交换器48之间放置凝结器58，以帮助蒸汽在返回到热交换器48之前凝结回液体。图4更详细地示出了电解槽10的部件。电解槽10包括用于容纳一定容量的水34 的壳62，并且电极18和20布置在该壳62中。壳62可以由金属制成，或者可替代地由非导电材料制成，如碳纤维复合材料、或烯烃。在壳62由金属制成的情况下，壳可以被极化以消除阴极反应和阳极反应。可替代地，当壳62由金属制成时，壳62的内表面可以衬有非导电材料。总线或干线64将电极18连接在一起且又与正极端子14耦接。独立的总线或干线 66将电极20连接在一起且与负极端子16耦接。壳62设置有用于将通过电解产生的氢气和氧气引导至热交换器48的两个气体出口 68。壳62还通过阀70泵接至水源(未示出)， 以保持电解槽10内的水34的预定水位。阀70可以例如是简单的球阀的形式。可替代地， 可以在壳62中包括其他的水位感测系统以控制阀70，从而将壳62内的水34的水位保持在预定的范围内。在本实施方式中，通过电解产生的氢气和氧气二者被一起引导至热交换器48并一起燃烧。但是在可替代的实施方式中，氢气和氧气可以分开收集，使得氢气被引导至热交换器48，而氧气被排出或被收集用于其它的目的。图5示出了热交换器48的一个可能的配置。在此实施方式中，热交换器48是锅炉的形式，该锅炉包括单个焰燃烧器80，该单个焰燃烧器80用于点燃或燃烧由电解槽10 产生的氢气；罐82，该罐82容纳包括有管道83的热交换元件，该管道83输送在被点燃的氢气加热时变相成蒸汽的液体；以及陶瓷散热器84，该陶瓷散热器84置于焰燃烧器80与罐82之间，以帮助更均勻地消散由点燃的氢气生成的热，以及帮助保护罐82免于被点燃的氢气损坏。散热器84可以是扁盘的形状，或可以具有类似浅盘的形状。焰燃烧器80可以以如下方式布置，其中，焰燃烧器80与罐82的底部86之间的距离可以变化。这通过以假想线描绘的单个焰燃烧器80a示出。在此实施方式中，底部86被制成穹顶形，使得底部86在从罐82的外面观察时大体上是凹形，以有助于通过底部86收集热并均衡散热。罐82形成有轴向延伸的管道88，该轴向延伸的管道88在最上端处设置有可控出口 90。出口 90可以逐渐打开或闭合，以控制通过热交换器48的热流。管道88中设置有多个挡板92，以进一步帮助热捕捉。挡板92围绕管道88并形成密封回路中的包括有图3中示出的管道M和56的一部分。管道83具有入口 94和出口 96。水流入入口 94 并被燃烧的氢气释放的能量加热以产生从出口 96出去的蒸汽。然后，蒸汽96流经管道M 以驱动汽轮机50。蒸汽膨胀通过汽轮机50，这种膨胀被转换成驱动输出轴的动能，输出轴又驱动A.C.发电机52。蒸汽通过穿过汽轮机50来膨胀，从而降低了温度和压力。温度和压力的降低可以足以在汽轮机50的出口处产生凝结物，该凝结物与任何剩余的蒸汽一起流经管道56回到入口 94。凝结器58将任何剩余的蒸汽凝结成液态水。由于热交换器48、 汽轮机50和凝结器58 (当被包括时)形成闭合的或密封的回路，所以液体通过该回路没有净消耗。图6示出了可以包括在电源单元30中的可替代形式的热交换器48'。热交换器 48'包括圆筒形罐82'，该圆筒形罐82'被定向成使得其轴线水平设置，而不是如图5中的罐82中的轴线那样竖直设置。罐82'设置有内部管道92'，工作流体如水可以从入口 94'通过该内部管道92'流至出口 96'，从而变相以形成蒸汽，蒸汽又流过汽轮机50。由于罐82'的定向，热交换器48'不包括图5中示出的中央管道88和出口 90。然而，热交换器48'包括沿着罐82'的长度方向布置的多个燃烧器80'。每个燃烧器80'上方设置有陶瓷散热器84'。散热器84'安装在公共支撑梁100上并帮助将燃烧器80'所产生的热更均勻地散布到容纳在管道92'内或流经管道92'的工作液体。此外，在热交换器48' 中，每个燃烧器80'设置有燃烧器帽102，该燃烧器帽102帮助容纳由燃烧的氢气产生的火焰。每个燃烧器杯102可以由陶瓷材料或锆形成，并且每个燃烧器帽102设置有帮助热对流的多个孔和导向至对应的陶瓷散热器84'的开口或顶部104。图7描绘了又一另外形式的热交换器48"，该热交换器48"与热交换器48'的区别在于用直接结合到罐92"的外表面上的陶瓷散热器84"置换了安装在支撑梁100上的陶瓷散热器84'。图8描绘了电解槽10作为热水器的应用。电解槽10可以例如用作家用的或商用的/工业用的热水器。此处，电解槽产生氢气和氧气，氢气和氧气在热交换器48"‘中点燃，热交换器48〃 ‘包括三个燃烧器82〃 ‘，每个燃烧器82〃 ‘设置有支撑在梁100〃 ‘ 上的对应的散热器84〃 ‘。热交换器48〃 ‘包括多个筒或管110，所述多个筒或管110连接至一个端112处的入口歧管(未示出)和端114处的出口歧管(未示出)以供应热水。 管110通过构件116连接在一起。在一个应用中，热交换器48"‘能够被装设水管以用作即时热水系统。当然，热交换器48"‘能够适于通过简单地控制通过热交换器48"‘的水的流量和由燃烧器82"‘产生的热来提供蒸汽(即水汽)作为输出。在这样的适用中，可以在电源单元30中使用热交换器48"‘代替热交换器48、48'和48"。图9和10描绘了能够包括在电源单元30中的汽轮机50的一种可能的形式。广而言之，汽轮机50包括轴130，该轴130绕其纵向轴线132可旋转；第一室134，该第一室 134设置有一个或更多个(在此具体实施方式
中仅有一个)转子136 ；第二室138 ；以及阀系统140。转子136固定至轴130并且能够与轴130 —起旋转。由热交换器48产生的蒸汽被用作工作流体并通过多个入口 142提供给第一室134。蒸汽流动到第一室134中引起转子136的旋转从而引起轴130的旋转。第二室138能够承受相对于第一室134为负压的环境。在此实施方式中，在第二室138中布置有叶轮144并且叶轮144固定至轴130。当轴 130在进入第一室134的蒸汽的流动的作用下旋转时，叶轮144旋转，从而在室138中产生相对负压(即，真空)。第一室134与第二室138之间设置有多个流体流路，用来驱动转子 134的蒸汽可以通过该流体流路流动到室138中且随后能够通过排出口 148排出。如以下更详细地描述的，阀系统40能够逐渐地打开并收缩流体流路146，以控制蒸汽从第一室134 向第二室138的流动。汽轮机50还包括外壳或外套150，该外壳或外套150容纳第一室134和第二室 138，并且轴130穿过该外壳或外套150。壳150由环形圈或周向壁152以及用螺栓固定至环152的相对的轴向端的一对平行的圆形外板IM和156形成。阀系统140包括板158和160形式的第一结构和第二结构，板158和160布置在转子136与叶轮144之间。实际上，在壳150内，板158和160中的一个板位于另一个板的上面，从而将壳150分成第一室1；34和第二室138。板158设置有第一组孔162，而板160设置有第二组孔164。板158相对于壳150固定，而板160能够相对于板158移动且特别地能够相对于板158旋转。此外，板158和160能够在第一位置与第二位置之间相对于彼此移动， 其中，在第一位置处，如图8示出的，板158和160的各个孔162和164彼此重合、或至少部分地重叠，在第二位置处，如图9示出的，孔162和164彼此偏移。由孔162和164形成流体流路146。因此，这些流路能够通过板158和160的相对运动逐渐打开并收缩。此运动受到螺线管操作动力缸形式的致动器166的影响，该致动器166连接在壳158与板160之间。 动力缸166的伸缩引起板160相对于板158旋转，以变化孔162与164之间的重叠度或偏移度，从而打开或收缩流路146。致动器166被布置成对表示汽轮机50内(即，壳150、或第一室134和第二室138中的一个室或两个室内)的流体压力以及轴130的旋转速度的输入信号进行响应。由热交换器48产生的蒸汽通过入口 142流动到第一室134中，从而引起转子134 的旋转并随后引起轴130和叶轮144的旋转。在此具体实施方式
中，设置有三个入口 142， 每个入口 142将蒸汽基本上成切线地引导到室134中。蒸汽通过流路146离开室134，随后流动到第二室138中以通过排出口 148排出，并随后通过管道56和凝结器58被输送回热交换器48。由叶轮44在室138中产生的相对负压帮助使蒸汽通过汽轮机50以及使蒸汽凝结回水。汽轮机速度能够通过借助对致动器166进行自动控制来变化孔162和164的重叠度从而变化通过流路146的蒸汽流的方式来控制。图11示出了电源单元30'的实施方式，具体地描绘单元30的各个部件与中央控制器200之间的具体连接，该中央控制器200可以是中央处理单元或可编程逻辑控制器 (PLC)的形式。电源单元30'包括与图3中描绘的电解槽10相似的四个电解槽。然而，在图11中，用于每个电解槽的DC电压源被实施为在控制器200中，并且对应的壳66a、66b、 66c和66d(概括称为“壳66”)被呈现为通过对应的开关si、s2、s3、和s4耦接至控制器 200。因此，每个壳66包括相关联的电解槽的电极18和20。开关si、s2、s3和s4操作使得能够从控制器200向该电解槽的相关联的电极提供适当的驱动电流。壳66a、66b、66c和 66d中的每个壳还通过管道2(^a、202b、202c和202d耦接至缓冲罐204。因此，缓冲罐204 存储由电解槽提供的氢气和氧气。该气体通过管道206a、206b、206c和206d(总体称为“管道206”)馈送给燃烧装置或燃烧室208和210。然而，管道206与各个燃烧装置208和210 之间设置有阀21h、212b、212c和212d。这些阀由来自控制器200的信号控制，以控制气体向燃烧装置208和210的流动。燃烧装置208和210包括与本文中以上所描述的燃烧器 80相似的燃烧器。在对之前描述的实施方式(其中，一个或更多个燃烧器与对应的锅炉相关联)的微小变体中，在电源单元30'中，燃烧装置208和210向公共热箱提供热，该公共热箱又向三个锅炉82a、82b和82c提供热。锅炉82a、82b和82c产生蒸汽，该蒸汽通过岐管214输送给汽轮机150a和150b中的每个汽轮机。汽轮机150a和150b通过机械传动系统(未示出)驱动A. C.发电机52。用过的工作流体，即来自汽轮机150a和150b的蒸汽通过对应的管道216a和21 输送给凝结器58a和58b。汽轮机150a和150b的致动器166a 和166b分别与控制器200耦接，以使得能够控制从汽轮机到相应的凝结器的蒸汽排放。电源单元30'还包括多个热电偶TC1-TC7，热电偶TC1-TC7用于测量温度并使得控制器200能够对单元30 ’中的相关联的设备或子系统进行后续控制。具体地，热电偶TCl 与汽轮机10 相关联并将汽轮机50a的温度读数提供给控制器200以使得能够对致动器 166a进行后续控制。相似地，热电偶TC2与汽轮机150b相关联，以将汽轮机温度提供给控制器200，从而使得能够对致动器166b进行后续控制。热电偶TC3和TC4分别与凝结器50a 和50b相关联。这些热电偶提供从汽轮机排放给对应的凝结器的蒸汽的温度表示，该温度表示相对地用作输入以控制致动器166a和166b。热电偶TC5、TC6和TC7分别与对应的锅炉82a、82b和82c相关联。这些热电偶向控制器200提供温度信号，以使得控制器200能够调节对应的锅炉的工作。致动器220与汽轮机150a、150b 二者以及控制器200相关联。 致动器220用来根据发电机82上的需量或负荷调节两个汽轮机。如果感测到需量小于阈值，那么致动器220由控制器200来操作以关闭一个汽轮机，并且致动器220也可以控制阀 212a-212d以修改用于驱动单个汽轮机的热生成量。在这点上，通过以高速驱动一个汽轮机而不是以低速驱动两个汽轮机的方式、在低需量情况下获得了更高的效率。控制器200还能够以如下方式适当地控制电解槽、燃烧装置208、210和汽轮机150a、150b，该方式使得能够根据条件、通过发电机52最有效地发电。既然已经详细地描述了本发明的实施方式，那么对于相关领域内的普通技术人员将明显的是，可以在不偏离基本创新性概念的情况下进行各种修改和变化。例如，能量转换系统32被描述为包括热交换器48和驱动A. C.发电机52的汽轮机50。然而，在一个变体中，可以用内燃机代替热交换器48和汽轮机50，该内燃机燃烧或点燃氢气以转动依次耦接至A.C.发电机52的驱动轴和/或飞轮。另外，可以用D. C.发电机代替A. C.发电机52。 在该情况下，如果需要交流电，则需要逆变器来将D. C.转换成A.C.。另外，DC电源12可以被布置成当电压在图2中示出的D. C.波的每个循环中从Vmin向Vmax斜升时产生多于一个间歇电压峰值。而且，当能量转换系统包括热交换器和汽轮机时，可以使用除水之外的工作流体。所有这样的修改和变化被认为落入本发明的范围内，本发明的本质应当根据以上描述和所附权利要求来确定。
权利要求
1.一种电解槽，包括直流电压源，所述直流电压源具有正极端子和负极端子； 电连接至所述正极的至少一个电极；以及电连接至所述负极的至少一个电极；所述直流电压源能够输送在最小电压Vmin > 0伏特与最大电压Vmax = Vfflin+Δ之间以周期T循环的电压，其中，Δ >0伏特，并且所述电压在从Vmin向Vmax斜升时具有至少一个中间峰值Vpi。
2.根据权利要求1所述的电解槽，其中，所述直流电压源以300至2000Hz之间的频率循环。
3.根据权利要求2所述的电解槽，其中，所述直流电压源以500至1500Hz之间的频率循环。
4.根据权利要求2所述的电解槽，其中，所述直流电压源以900至IlOOHz之间的频率循环。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电解槽，其中，所述直流电压源在0.6T至0. 9T 的时间内从Vmin斜升至vmax。
6.根据权利要求5所述的电解槽，其中，所述直流电压源在大约2/3T内从Vmin斜升至Vmax °
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电解槽，其中，Δ小于1000伏特。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电解槽，其中，Δ小于500伏特。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的电解槽，其中，Δ小于300伏特。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的电解槽，其中，Δ是大约250伏特。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电解槽，其中，所述直流电压源能够产生最高达100安培的输出。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的电解槽，其中，所述直流电压源能够产生最高达50安培的输出。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的电解槽，其中，所述直流电压源能够产生2至 12安培之间的输出。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电解槽，其中，连接至所述正极端子的所述电极是(a)实心板和(b)孔板或网中的一种形式，而连接至所述负极端子的所述电极是(a) 实心板和(b)孔板或网中的另一种形式。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电解槽，其中，所述电极被枢转地安装以使得在保持与相应的端子电接触的同时所述电极能够旋转。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电解槽，其中0.05 Δ彡Vpi彡0. 2 Δ。
17.根据任一项权利要求所述的电解槽，其中，所述或每个中间峰值Vpi具有周期Tpi，其中，0. IT < Tp1 ^ 0. 4Τ。
18.一种电源单元，包括根据权利要求1至17中任一项所述的电解槽； 所述电解槽中的一定容量的水，其中，所述电解槽能够产生氢气； 能量转换系统，所述能量转换系统能够燃烧所述氢气并将燃烧释放的能量转换成电能。
19.根据权利要求18所述的电源单元，其中，所述直流电压源包括可再充电电池和波整形系统，所述波整形系统耦接在所述电池与所述正极端子和所述负极端子之间以产生循环电压。
20.根据权利要求19所述的电源单元，进一步包括可再生能量转换器，所述可再生能量转换器从可再生能源产生电并且与所述可再充电电池耦接。
21.根据权利要求18或19所述的电源单元，其中，所述能量转换系统与所述可再充电电池耦接。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的电源单元，其中，所述能量转换系统包括 用于将来自燃烧氢气的热传递给液体以将所述液体转换成蒸汽的热交换器；以及由所述蒸汽驱动以产生电的发电机。
23.根据权利要求20所述的电源单元，其中，所述热交换器包括用于燃烧氢气的燃烧器、容纳一定容量的所述液体的罐、以及置于所述燃烧器与所述罐之间的陶瓷散热器。
24.根据权利要求22或23所述的电源单元，其中，所述热交换器包括在密封回路中与所述罐耦接的凝结器，其中，在所述罐中被加热的液体变相以形成蒸汽，所述蒸汽离开所述罐并且流经所述凝结器以变相回液体并返回所述罐。
25.根据权利要求22至M中任一项所述的电源单元，包括一个或更多个汽轮机，所述一个或更多个汽轮机与所述发电机耦接并且被布置成由所述蒸汽来驱动，其中，所述发电机由所述蒸汽通过所述一个或更多个汽轮机来驱动。
26.根据从属于权利要求M的权利要求25所述的电源单元，其中，所述一个或更多个汽轮机耦接在所述密封回路中并且置于锅炉与所述凝结器之间。
27.根据权利要求18至21中任一项所述的电源单元，其中，所述能量转换系统包括 以氢气为燃料的内燃机，以及由所述内燃机驱动以产生电的发电机。
28.一种热水器，包括根据权利要求1至18中任一项所述的电解槽；以及热交换器，所述热交换器包括能够燃烧由所述电解槽产生的氢气的燃烧器；以及一个或更多个管，水能够通过所述一个或更多个管在被燃烧的氢气加热的区域内流动，其中， 热被传递给流经所述一个或更多个管的水。
29.一种汽轮机，包括轴，所述轴能够绕所述轴的纵向轴线旋转；第一室，所述第一室设置有至少一个转子，所述至少一个转子固定至所述轴并且能够在进入所述第一室的流体的流动的作用下与所述轴一起绕所述纵向轴线旋转；第二室，所述第二室能够承受相对于所述第一室为负压的环境；以及阀系统，所述阀系统能够控制所述第一室与所述第二室之间的流体流动。
30.根据权利要求四所述的汽轮机，包括布置在所述第二室中并且固定至所述轴的叶轮，所述叶轮被配置成在与所述轴一起旋转时生成所述负压环境。
31.根据权利要求四或30所述的汽轮机，其中，所述阀系统包括在所述第一室与所述第二室之间的一个或更多个流体流路，以及能够逐渐打开或收缩所述流体流路的致动ο
32.根据权利要求31所述的汽轮机，其中，所述致动器被配置成对表示所述汽轮机内的流体压力的输入信号进行响应。
33.根据权利要求31或32所述的汽轮机，其中，所述致动器被配置成对表示所述轴的旋转速度的输入信号进行响应。
34.根据权利要求四至33中任一项所述的汽轮机，其中，所述阀系统包括布置在所述第一室与所述第二室之间的第一结构和第二结构，所述第一结构和所述第二结构分别设置有第一组孔和第二组孔，其中，所述第一结构和所述第二结构能够在第一位置与第二位置之间相对于彼此移动，在所述第一位置处，各个结构中的所述孔彼此重合或至少部分地彼此重叠，在所述第二位置处，所述第一结构和所述第二结构中的所述孔彼此偏移。
35.根据权利要求34所述的汽轮机，其中，第一构件和第二构件包括彼此叠置并且位于所述叶轮与所述至少一个转子之间的第一板和第二板。
36.根据直接或间接地从属于权利要求31或33中任一项的权利要求34或35所述的汽轮机，其中，所述致动器耦接至所述第一结构和所述第二结构中的一个结构并且能够相对于所述第一结构和所述第二结构中的另一个结构移动所述第一结构和所述第二结构中的所述一个结构。
37.根据权利要求25或沈所述的电源单元，其中，所述或每个汽轮机与权利要求四至 36中任一项的汽轮机一致。
38.一种电源单元，包括根据权利要求1至17中任一项所述的电解槽；所述电解槽中的一定容量的水，其中，所述电解槽能够产生氢气；热交换器，所述热交换器能够燃烧所述氢气并使液体沸腾以产生所述液体的蒸汽；一个或更多个根据权利要求四至36中任一项所述的汽轮机，其中，所述或每个汽轮机由所述蒸汽的流来驱动；以及发电机，所述发电机与所述或每个汽轮机耦接并且由所述或每个汽轮机来驱动。
39.一种电源单元，包括电解槽，所述电解槽能够电解水以产生氢气；热交换器，所述热交换器能够燃烧所述氢气并使液体沸腾以产生所述液体的蒸汽；一个或更多个根据权利要求四至36中任一项所述的汽轮机，其中，所述或每个汽轮机由所述蒸汽的流来驱动；以及发电机，所述发电机与所述或每个汽轮机耦接并且由所述或每个汽轮机来驱动。
全文摘要
一种电解槽(10)，包括具有分别连接至交替的电极(18和20)的正、负极端子(14、16)的DC电压源(12)。该压源(12)产生在最小电压Vmin与最大电压Vmax之间循环的电压，其中，Vmin≥0伏特，并且Vmax＝Vmin+Δ，Δ＞0伏特。因此，由DC电压源(12)提供的电压是具有周期T和频率f的周期波的形式。当DC电压源(12)从Vmin向Vmax循环其电压时，在Vmin到Vmax之间存在中间峰值VP1。当电压达到VP1时，电压在再次斜升至电压Vmax之前下降一段时间TP1。然后，电压较快地下降到Vmin，从而完成周期T的一个循环。
文档编号F01D25/30GK102482786SQ201080033166
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者约翰·韦恩·克拉夫特 申请人:Wa技术控股有限公司