专利名称：生成并分离可燃气体的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成并且分离可燃气体的方法与装置。更特别地，本发明涉及一种对于通过水性电解溶液电解生成的氢气和氧气在生成时加以分离的电解槽和方法。
背景技术：
电解槽使用电将水转化成气相的氢与氧。为分离通过电解过程生成的氢气和氧气，已知的电解槽包括质子交换薄膜。电解槽还包括沿着质子交换薄膜的第一表面放置的阳极和沿着质子交换薄膜的第二对立面放置的阴极。已知的质子交换薄膜是一种通常由离聚物制成的半渗透性薄膜并被设计成传导质子而对诸如氧和氢的气体是不可渗透的。在成为电解槽的一部分后，质子交换薄膜的基本功能是分离反应物并传送质子。质子交换薄膜能够由纯聚合物薄膜或者由将其它材料植入聚合物基体的复合薄膜制成。已知的质子交换薄膜的首要缺点是薄膜的高昂成本，因为它需要使用昂贵的金属催化剂(典型是钼)来分离氢的电子和质子。钼催化剂对一氧化碳中毒也极其敏感，如果氢摄自酒精或者碳氢燃料，使用附加的反应装置来减少燃料气体中的一氧化碳是必需的。这又增加了使用已知质子交换薄膜的成本。已知的质子交换薄膜的其它缺点是其在较低相对湿度下的差的传导性以及在高于大约100°c温度下的差的机械特性。这些薄膜的工作温度是相对低的，将近100°c的温度对于完成有效的废能发电(cogeneration)是不够高的。在本发明说明书中，术语“可燃流体”包括在其范围内的主要含有气相的氢和/或氧的可燃气体。发明目的相应地，本发明的目的是提供一种用于生成并分离可燃气体的方法和装置，以此可以克服上述缺点，并且对于用来分离可燃气体的已知的电解槽和方法是有效的替代方案。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于分离在电解过程中从电解溶液生成的可燃流体的方法，该包括如下步骤-提供电解溶液；-提供电解装置，该电解装置具有间隔开的第一多孔构件和第二多孔构件，在它们之间限定第一腔室，具有至少一个入口，并且两个多孔构件置于第一电极和第二电极之间，以在第一多孔构件和第一电极之间限定具有第一可燃流体出口的第一可燃流体收集腔室，而在第二多孔构件和第二电极之间限定具有第二可燃流体出口的第二可燃流体收集腔室；-使溶液经由入口流入第一腔室，以使溶液同时流过两个多孔构件进入第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室；以及-在电极上施加电压来电解第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室中的溶液，以在第一可燃流体收集腔室中形成第一可燃流体、在第二可燃流体收集腔室中形成第二可燃流体，且第一可燃流体经由第一可燃流体出口流出第一可燃流体收集腔室、第二可燃流体经由第二可燃流体出口流出第二可燃流体收集腔室。第一电极和第二电极可以是第一外电极和第二外电极，且本方法可以包括提供多个中间浮动电极的步骤。限定第一腔室并具有至少一个入口的第一多孔构件和第二多孔构件合起来可以构成一个多孔构件组(a set of foraminous members)，且本方法可以包括如下步骤提供多个多孔构件组，这些多孔构件组以背对背型式布置，在相邻的多孔构件组之间设有一个中间浮动电极。电解装置可以限定与所有入口流体连通的至少一个入口通道，且本方法可以包括使溶液经由该入口通道流入所有多孔构件组的第一腔室的步骤。电解装置可以限定与所有第一可燃流体出口流体连通的至少一个第一可燃流体出口通道和与所有第二可燃流体出口流体连通的第二可燃流体出口通道，上述布置使得在第一可燃流体收集腔室中形成的第一可燃流体经由第一可燃流体出口通道流出装置，而在第二可燃流体收集腔室中形成的第二可燃流体经由第二可燃流体出口通道流出装置。根据本发明的第二方面，提供一种电解装置，在电解过程中从电解溶液生成的可燃流体将在该电解装置中被分离，该电解装置包括-间隔开的第一电极和第二电极；-置于第一电极和第二电极之间的间隔开的第一多孔构件和第二多孔构件；-在第一多孔构件和第二多孔构件之间限定的第一腔室；-在第一多孔构件和第一电极之间限定的第一可燃流体收集腔室；-在第二多孔构件和第二电极之间限定的第二可燃流体收集腔室；-用于使电解溶液进入第一腔室的至少一个入口；-源于第一可燃流体收集腔室的第一可燃流体出口；以及-源于第二可燃流体收集腔室的第二可燃流体出口，上述布置使得电解溶液经由入口流入第一腔室并同时流过两个多孔构件分别进入用于发生电解的第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室；在第一可燃流体收集腔室中形成第一可燃流体；在第二可燃流体收集腔室中形成第二可燃流体；第一可燃流体经由第一可燃流体出口流出第一可燃流体收集腔室；第二可燃流体经由第二可燃流体出口流出第二可燃流体收集腔室。第一电极可以是第一外电极而第二电极可以是第二外电极，且本装置可以包括多个中间浮动电极。限定第一腔室且具有至少一个入口的第一多孔构件和第二多孔构件可以是一组多孔构件，且本装置可以包括多个多孔构件组，这些多孔构件组以背对背型式相互连接，在相邻的多孔构件组之间设有一个中间浮动电极。电解装置可以包括位于形成所述多孔构件组的两个多孔构件之间的周边区域内的垫片。
垫片可以是第一垫片，且电解装置可以包括多个第二垫片，各第二垫片位于相邻的多孔构件组之间的周边区域内，围绕中间浮动电极的外周。每一多孔构件可以设置有从其两面伸出的间隔机构以将该多孔构件与相邻的多孔构件和电极间隔开。第一外电极和第二外电极可以各设置有连接电源的连接器，以向电解装置供应电压以便对电解溶液加以电解。电极和多孔构件可以全都是碟状的，因而装置是圆柱状的。装置可以包括诸如马达的循环机构，以使溶液在装置中循环并迫使溶液进入第一腔室。各多孔构件的入口可以相互对准以限定入口通道，以使电解溶液经由该入口通道流入装置的所有第一腔室。各第一可燃流体出口可以相互对准以限定第一可燃流体出口通道，以使在所有第一可燃流体收集腔室中生成的第一可燃流体经由该第一可燃流体出口通道流出装置。各第二可燃流体出口可以相互对准以限定第二可燃流体出口通道，以使在所有第二可燃流体收集腔室中生成的第二可燃流体经由该第二可燃流体出口通道流出装置。装置可以包括与第一可燃流体出口通道相连的第一可燃流体收集容器和与第二可燃流体出口通道相连的第二可燃流体收集容器。第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器可以各具有朝向各容器的可操作底端而设置的第二电解溶液出口以及朝向各第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器的可操作顶端而设置的第一可燃气体出口和第二可燃气体出口，上述布置使得电解溶液与相应的气体一起，流出源于第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室的第一可燃流体出口和第二可燃流体出口，分别进入第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器，然后，第一可燃气体和第二可燃气体经由第一可燃气体出口和第二可燃气体出口流出各容器，而电解溶液经由第二电解溶液出口流出各容器并可经由循环机构回流至入
本发明将通过关于附图的一个非限制性实例进行进一步描述，其中图1是根据本发明的优选实施例的电解装置的部件分解立体图；图2是图1的电解装置的立体图；而图3是沿着线III-III的图2的装置的横截面侧视图。
具体实施例方式参照附图，根据本发明的一个优选实施例的电解装置用引用数字10总体地指代。电解装置10适用于生成并分离可燃流体，特别是主要含有当在装置10中处理的电解溶液电解时生成的氧和氢的可燃流体。装置10包括作为阳极的第一外电极12和作为阴极的第二外电极14。第一外电极和第二外电极12和14布置成大体上相互平行并且相互间隔开。装置10还包括两个间隔开的多孔构件第一多孔构件16和第二多孔构件18。两个多孔构件16和18也布置成大体上相互平行，相互间隔开，并且都位于两个末端电极12 和14之间。第一腔室20布置在第一多孔构件和第二多孔构件16和18之间。作为氧收集腔室22的第一可燃流体收集腔室布置在第一多孔构件16和第一电极12之间，而作为氢收集腔室M的第二可燃流体收集腔室布置在第二多孔构件18和第二电极14之间。第一腔室20具有两个用于使电解溶液流入第一腔室20的入口 26。氧收集腔室和氢收集腔室22和M各设置有可燃流体出口。氧收集腔室22设置有氧出口观，而氢收集腔室M设置有氢出口 30。限定第一腔室20的第一多孔构件和第二多孔构件16和18构成一个多孔构件组。 装置10包括多个以背对背型式布置并且相互连接的多孔构件组。图2和图3示出装置10 在第一外电极和第二外电极12和14之间包括4组多孔构件。装置包括位于相邻的多孔构件组之间的多个中间浮动电极42。电解装置10还包括多个第一垫片32和多个第二垫片34。第一垫片32位于周边区域内以及第一多孔构件和第二多孔构件16和18之间，以使构件16和18相互密封，而第二垫片34位于相邻的多孔构件组之间的周边区域内，围绕着中间电极42。多孔构件16和18由聚丙烯制成，因而它们是惰性的、不导电的和非活性的。各多孔构件16和18分别包括中部16. 1和18. 1，各在其中限定大约200个孔洞；以及外边界 16. 2和18. 2，分别限定入口 26和出口 28与30。由多孔构件16禾口 18的中部16. 1和18. 1 限定的各孔洞所具有的直径为大约0. Imm至3mm，特别是大约1mm。各多孔构件16和18另外设置有在其表面之上的间隔机构36，用以使多孔构件16和18相互间隔开并且与相邻的电极12、14或42间隔开。第一电极和第二电极12和14由诸如不锈钢的导电材料制成，且都包括在其各自外表面上的连接器38，用于连接到电源(未示出)。电源由此向电解装置10提供介于IV 和6V之间的、优选为3V的电压，以电解溶液。中间电极42也由诸如不锈钢的导电材料制成。第一电极和第二电极12和14以及第一多孔构件和第二多孔构件16和18都是碟状的，因而装置10是圆柱状的。由于第一多孔构件和第二多孔构件16和18的直径大约是 250mm,因而装置10具有大约250mm的直径。第一多孔构件和第二多孔构件16和18布置成相互间隔开大约4mm，第一电极12布置成距离第一多孔构件16大约2mm。同样地，第二电极14布置成距离第二多孔构件18大约2mm。装置10的各多孔构件的相对应的入口沈相互对准以限定入口通道44，以使电解溶液经由入口通道44流入装置10的所有第一腔室。各个氧出口 28也相互对准以限定氧出口通道46，以使在所有氧收集腔室22中生成的氧经由氧出口通道46流出。同样地，各个氢出口 30也相互对准以限定氢出口通道48，以使在所有氢收集腔室M中生成的氢经由氢出口通道48流出。装置10还包括诸如泵(未示出)的循环机构，以使溶液在装置10中循环。经由入口沈流入第一腔室20的电解溶液通过借助于泵被泵入装置10内而被加压，使得溶液经过多孔构件16和18上的孔洞被压入氧收集腔室和氢收集腔室22和M。上述布置使得 电解溶液经由入口沈流入第一腔室20，经过两个多孔构件16和18的孔洞分别流入氧收集腔室和氢收集腔室22和24(在这些腔室中发生电解分离)。氧经由氧出口 28流出氧收集腔室22，而氢经由氢出口 30流出氢收集腔室24。装置10还包括与氢出口通道48连接的氢收集容器(未示出)和与氧出口通道 46连接的氧收集容器(未示出)。氧收集容器和氢收集容器各具有分别朝向各容器的可操作底端而设置的第二电解溶液出口以及朝向氧收集容器和氢收集容器可操作顶端而设置的氧气体出口和氢气体出口。电解溶液和相应的气体一起流出源于氧收集腔室和氢收集腔室22和M的氧出口和氢出口 28和30，经由出口通道46和48进入氧收集容器和氢收集容器。上述布置使得流入各自容器的氢气和氧气经由氧气体出口和氢气体出口流出各容器，而电解溶液经由各第二电解溶液出口流出各容器。各第二电解溶液出口与入口通道44 连接，溶液借助于泵而回流至装置10。可以预见，存在从装置10的第一腔室20到氧收集腔室和氢收集腔室22和M的主动流动(positive flow)。从第一腔室20到氧收集腔室和氢收集腔室22和M的电解溶液的受压流动，经过孔洞，迫使氧气在第一电极(阳极)12上生成之后以及氢气在第二电极 (阴极)14上生成之后，进入第一腔室20。还可以预见，氢离子和电子经过第一多孔构件和第二多孔构件16和18迁移返回至第二电极(阴极)14，在此处重新合成形成氢。将被知晓的是，可以针对根据本发明的用于生成并分离可燃气体的方法与装置的细节加以变化而不脱离所附权利要求书的范围。例如，多孔构件上的孔洞的数量可以变化、 并且它们可以有不同的尺寸。此外，电解槽和电解装置的尺寸和多孔构件与电极之间的间距也同样可以变化。根据在装置40上供应的电压的不同，装置10还可以包括任意数量的多孔构件组和中间浮动电极42。
权利要求
1.一种用于分离在电解过程中从电解溶液生成的可燃流体的方法，该方法包括如下步骤-提供电解溶液；-提供电解装置，该电解装置具有间隔开的第一多孔构件和第二多孔构件，在它们之间第一腔室，具有至少一个入口，并且两个多孔构件置于第一电极和第二电极之间，以在第一多孔构件和第一电极之间具有第一可燃流体出口的第一可燃流体收集腔室，而在第二多孔构件和第二电极之间具有第二可燃流体出口的第二可燃流体收集腔室；-使溶液经由入口流入第一腔室，以使溶液同时流过两个多孔构件进入第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室；以及-在电极上施加电压来电解第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室中的溶液，以在第一可燃流体收集腔室中形成第一可燃流体、在第二可燃流体收集腔室中形成第二可燃流体，且第一可燃流体经由第一可燃流体出口流出第一可燃流体收集腔室、第二可燃流体经由第二可燃流体出口流出第二可燃流体收集腔室。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一电极和第二电极为第一外电极和第二外电极，且所述方法包括提供多个中间浮动电极的步骤。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的方法，其中第一腔室并具有至少一个入口的第一多孔构件和第二多孔构件合起来构成一个多孔构件组，且所述方法包括如下步骤提供多个多孔构件组，这些多孔构件组以背对背型式布置，在相邻的多孔构件组之间设有一个中间浮动电极。
4.根据以上权利要求中的任一项所述的方法，其中电解装置与所有入口流体连通的至少一个入口通道，且所述方法包括使溶液经由所述入口通道流入所有的多孔构件组的第一腔室的步骤。
5.根据以上权利要求中的任一项所述的方法，其中电解装置与所有第一可燃流体出口流体连通的至少一个第一可燃流体出口通道和与所有第二可燃流体出口流体连通的第二可燃流体出口通道，上述布置使得在第一可燃流体收集腔室中形成的第一可燃流体经由所述第一可燃流体出口通道流出所述装置、而在第二可燃流体收集腔室中形成的第二可燃流体经由所述第二可燃流体出口通道流出所述装置。
6.一种电解装置，在电解过程中从电解溶液生成的可燃流体在该电解装置中被分离， 该电解装置包括-间隔开的第一电极和第二电极；-置于第一电极和第二电极之间的间隔开的第一多孔构件和第二多孔构件；-在第一多孔构件和第二多孔构件之间的第一腔室；-在第一多孔构件和第一电极之间的第一可燃流体收集腔室；-在第二多孔构件和第二电极之间的第二可燃流体收集腔室；-用于使电解溶液进入第一腔室的至少一个入口；-源于第一可燃流体收集腔室的第一可燃流体出口 ；以及-源于第二可燃流体收集腔室的第二可燃流体出口；上述布置使得电解溶液经由所述入口流入第一腔室并同时流经两个多孔构件分别进入用于发生电解的第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室；在第一可燃流体收集腔室中形成第一可燃流体；在第二可燃流体收集腔室中形成第二可燃流体；第一可燃流体经由第一可燃流体出口流出第一可燃流体收集腔室；第二可燃流体经由第二可燃流体出口流出第二可燃流体收集腔室。
7.根据权利要求6所述的电解装置，其中第一电极为第一外电极而第二电极为第二外电极，且所述装置包括多个中间浮动电极。
8.根据权利要求6或者权利要求7所述的电解装置，其中限定第一腔室并具有至少一个入口的第一多孔构件和第二多孔构件是一个多孔构件组，且所述装置包括多个多孔构件组，这些多孔构件组以背对背型式相互连接，在相邻的多孔构件组之间设有一个中间浮动电极。
9.根据权利要求6至8中的任一项权利要求所述的电解装置，其中所述装置包括位于形成所述多孔构件组的两个多孔构件之间的周边区域内的垫片。
10.根据权利要求9所述的电解装置，其中所述的垫片为第一垫片，且所述电解装置包括多个第二垫片，各第二垫片位于相邻的多孔构件组之间的周边区域内，围绕中间浮动电极的外周。
11.根据权利要求6至10中的任一项权利要求所述的电解装置，其中每一多孔构件设置有从其两面伸出的间隔机构以将该多孔构件与相邻的多孔构件和电极间隔开。
12.根据权利要求6至11中的任一项权利要求所述的电解装置，其中第一外电极和第二外电极各设置有用于连接到电源的连接器，以向所述电解装置供应电压从而对电解溶液加以电解。
13.根据权利要求6至12中的任一项权利要求所述的电解装置，其中电极和多孔构件全都是碟状的，因而所述装置是圆柱状的。
14.根据权利要求6至13中的任一项权利要求所述的电解装置，其中所述装置包括诸如泵的循环机构，用以使溶液在所述装置中循环并迫使溶液进入第一腔室。
15.根据权利要求6至14中的任一项权利要求所述的电解装置，其中各多孔构件的入口相互对准以限定入口通道，以使电解溶液经由所述入口通道流入所述装置的所有第一腔室。
16.根据权利要求6至15中的任一项权利要求所述的电解装置，其中各第一可燃流体出口相互对准以限定第一可燃流体出口通道，以使在所有第一可燃流体收集腔室中生成的第一可燃流体经由所述第一可燃流体出口通道流出所述装置。
17.根据权利要求6至16中的任一项权利要求所述的电解装置，其中各第二可燃流体出口相互对准以限定第二可燃流体出口通道，以使在所有第二可燃流体收集腔室中生成的第二可燃流体经由所述第二可燃流体出口通道流出所述装置。
18.根据权利要求6至17中的任一项权利要求所述的电解装置，其中所述装置包括连接到第一可燃流体出口通道的第一可燃流体收集容器和连接到第二可燃流体出口通道的第二可燃流体收集容器。
19.根据权利要求6至18中的任一项权利要求所述的电解装置，其中第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器各具有分别朝向各容器的可操作底端而设置的第二电解溶液出口以及分别朝向第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器的可操作顶端而设置的第一可燃气体和第二可燃气体出口，上述布置使得电解溶液与相应的气体一起流出源于第一可燃流体收集腔室和第二可燃流体收集腔室的第一可燃流体出口和第二可燃流体出口，分别进入第一可燃流体收集容器和第二可燃流体收集容器，然后，第一可燃气体和第二可燃气体经由第一可燃气体出口和第二可燃气体出口流出各容器，而电解溶液经由第二电解溶液出口流出各容器并经由循环机构回流至所述入口。
20.一种参照附图实质上如本文所述的方法。
21.一种参照附图实质上如本文所述的电解装置。
全文摘要
电解装置(10)生成并分离可燃流体，特别是主要含有当置于装置(10)的电解溶液电解时形成的氧和氢的可燃流体。该装置(10)包括作为阳极的第一外电极(12)、作为阴极的第二外电极(18)以及两个间隔放置的多孔构件，第一多孔构件(16)和第二多孔构件(18)相互大体平行地布置、并置于两个电极(12和14)之间。
文档编号C25B9/18GK102292470SQ200980155132
公开日2011年12月21日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者G·阿纳格诺斯托波尔洛斯 申请人:海德罗克斯控股有限公司