專利名稱：電解池電解液泵送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)由電解池泵送電解液的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電解池使用電能通過分解電解液化合物產(chǎn)生反應(yīng)氣體。由于電解 化學(xué)反應(yīng)的原因，使電解液的濃度不斷增大。電解池在電解液濃度的 有限范圍內(nèi)正常工作。如果濃度過低，電解液的電阻變得過大，電解 池效率降低。另一方面，如果電解液濃度過高，電解液變得具有非常 高的腐蝕性，電解池可能受到不可逆的損壞。對于堿性電解池來說， 典型的濃度范圍例如為15_30%KOH。
電解池的能效取決于它的內(nèi)電阻。因此，電解池的正負(fù)電極之間 的距離保持很小，以便在電極之間具有低歐姆電阻。在一些電解池中， 典型的距離為lmm。在具有100cm2有效面積的電解池中，電解池內(nèi) 的電解液體積為10ccm。當(dāng)電流密度為200mA/cm2時，電解池每小時 消耗大約6-7ccm的水。因此， 一些電解池中的電解液可以從儲液器 泵送穿過電解池，以便將電解池的電解液濃度保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 儲液器的尺寸決定了電解系統(tǒng)的工作時間。必須經(jīng)由電解池泵出的電 解液流量取決于儲液器中電解液的濃度。例如，假定最大接受濃度為 30%，當(dāng)開始濃度為15%時，必須每小時更換5次電解池中的電解液， 在開始濃度為29%時，必須每小時更換68次。這意p未著，必須經(jīng)由
電解池泵出的電解液流量為每小時50 - 680ccm。
在一些電解池中使用以產(chǎn)生反應(yīng)氣體的氣體擴(kuò)散電極在反應(yīng)氣體 和電解液之間具有小壓力差時工作最佳，其中電解液壓力低于氣體壓 力。當(dāng)經(jīng)由電解池泵送電解液時，人們必須留意壓力差。出于同樣的 理由，電解液壓力必須在整個電解池范圍內(nèi)極為穩(wěn)定，并且由流阻引 起的壓降必須要小。例如，電解池的典型工作壓力為0.5-3巴，為了 電解池正常工作，電解液壓力也必須這么高。
通常，電解液通過傳統(tǒng)的泵，例如旋轉(zhuǎn)泵、齒輪泵、活塞泵或隔 膜泵進(jìn)行泵送。但是，在有效的電解系統(tǒng)中，這些泵可能存在一或多 種限制，包括例如，處理低流速和/或高壓流量的問題以及耗電問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種用于經(jīng)由電解池泵送 電解液的系統(tǒng)，其特征在于，使用由電解池生成氣體的至少一部分的 壓力作為泵送驅(qū)動力。
可以理解，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，通過下列詳細(xì)說明 將使本發(fā)明的其他方面變得顯而易見，其中通過舉例方式顯示和描述 了本發(fā)明的多個實(shí)施例。如將要認(rèn)識到的，在不脫離本發(fā)明的范圍和 精神的情況下，本發(fā)明可以具有其他不同的實(shí)施例，并且其若干個細(xì) 節(jié)能夠在多個其他方面進(jìn)行改進(jìn)。因此，附圖和詳細(xì)說明在本質(zhì)上是 說明性的，并不用于限制。


參考附圖，其中在所有附圖中相同的參考數(shù)字表示相似的部件， 本發(fā)明的各個方面在附圖中通過舉例而不是限制的方式進(jìn)行詳細(xì)說 明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的電解池和電解液泵送系統(tǒng)的示意 性框圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的電解池和電解液泵送系統(tǒng)的示
意性框圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的電解池和電解液泵送系統(tǒng)的示 意性框圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的電解池和電解液泵送系統(tǒng)的示 意性框圖；和
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的電解池和電解液泵送系統(tǒng)的示 意性框圖。
具體實(shí)施例方式
下文參照附圖的詳細(xì)描述用于說明本發(fā)明的多個實(shí)施例，但不代 表發(fā)明人只考慮這些實(shí)施例。為了全面理解本發(fā)明，所述詳細(xì)說明包 括細(xì)節(jié)。但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以在 沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。
本發(fā)明涉及使用由電解池本身生成的至少一種反應(yīng)氣體的壓力， 經(jīng)由電解池泵送電解液的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種電解系統(tǒng)，該系統(tǒng) 使生成氣體的壓力與電解液壓力結(jié)合。
本發(fā)明使用由電解液生成的反應(yīng)氣體的壓力，經(jīng)由電解池泵送電 解液。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的泵送系統(tǒng)可以包括電解池100，電解液 儲液器102和電解液泵送室104。在工作中，泵送室104低于電解液 儲液器102定位(由重力決定)。
電解池、電解液儲液器和泵送室通過回路中的電解液管道連接， 以便建立電解液流動回路(箭頭E)，其中電解液可以從電解池通過管 道106流到儲液器，隨后從儲液器通過管道108流到泵送室，然后通 過管道110返回電解池。同樣，泵送室104可以分別通過反應(yīng)氣體管 道112、 114連接到電解池和儲液器上，從而允許利用生成氣體的流動 (箭頭G)泵送電解液，如下文更為詳細(xì)解釋的那樣。
電解池具有至少一個反應(yīng)氣體出口 1，電解液入口 3和電解液出 口 4。儲液器可以具有電解液入口 15,該電解液入口通過管道106連 接至電解池的電解液出口 4。泵送室具有氣體入口 10a和氣體出口 10b，
所述氣體入口通過管道112和閥21a連接至電解池反應(yīng)氣體出口 1， 所述氣體出口通過管道114和另一閥21b連接至儲液器腔室的氣體入 口 14。泵送室還可以具有電解液出口 ll和電解液進(jìn)口 13，所述電解 液出口連接至電解池3的電解液進(jìn)口 ，所述電解液進(jìn)口通過氣體流動 管道連接至儲液器的電解液出口 20。閥21a、 21b例如通過使用開關(guān)、 通訊或控制器協(xié)調(diào)工作，使得在任一時刻只有一個閥打開，泵送室要 么與儲液器氣體連通，要么與電解池100氣體連通。
電解池通常在施加有足夠的電壓時開始產(chǎn)生氣體。在根據(jù)圖l所 示系統(tǒng)的工作中，例如，在電解池100開始工作時產(chǎn)生氣體壓力。在 所述系統(tǒng)中，當(dāng)閥21a打開時， 一部分生成反應(yīng)氣體從電解池100流 入泵送室，從而使該泵送室的壓力升高。由于氣體壓力增大，泵送室 中的電解液也被增壓和排出，由此從泵送室104泵出至入口 3，隨后 流過電解池，通過出口4排出，并通過管道106和儲液器的電解液入 口15返回儲液器。如果閥21a、 21b切換，使得閥21a關(guān)閉，閥21b 打開的話，電解池和泵送室之間的連接切斷，氣體不能再從電解池到 達(dá)泵送室。取而代之，當(dāng)閥21b打開時，泵送室通過管道114連接至 電解液儲液器的氣體入口 14，并使泵送室104和電解液儲液器102壓 力平衡。同樣，由于重力原因，電解液可以從儲液器通過管道108流 至泵送室。
盡管從儲液器102流到泵送室104的電解液流動可以通過重力完 成，但是例如從泵送室返回電解池的其他流動可以通過由使用反應(yīng)氣 體產(chǎn)生的泵驅(qū)動進(jìn)行主動驅(qū)動，同樣，不需要定位以對重力起作用。
從出口 4通過管道106連接至電解池的儲液器可以連續(xù)充滿例如 通過殘余泵送壓力流過電解池的電解液和/或沿管道106排出的電解 液。
當(dāng)儲液器使泵送室充滿電解液時，電解液可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并連續(xù)產(chǎn) 生氣體。當(dāng)閥切換回來以打開閥21a并關(guān)閉閥21b時，泵送室104基 本上立即再次增壓，從儲液器流向泵送室的電解液流動停止，電解液 再次泵送并流過電解池。該循環(huán)工作可用于泵送電解液流過系統(tǒng)。
在希望或需要的情況下，可以提供一或多個閥，例如入口 13處的 閥13a和/或泵送室出口 11處的閥lla (圖2)來控制氣體或液體的流 動方向。如人們所希望的，這種閥可以為單向閥或主動驅(qū)動閥。在閥 13a、 lla等被主動驅(qū)動的情況下，它們的打開和關(guān)閉必須與閥21a、 21b相協(xié)調(diào)，以便使系統(tǒng)正常工作。當(dāng)系統(tǒng)交替并協(xié)調(diào)打開和關(guān)閉閥 21a、 21b時，希望的是使用連接閥，例如3/2通閥，以便一個閥的打 開自動關(guān)閉另一個閥。如人們所希望的，閥21a、 21b之間的切換可以 通過控制器，例如液面?zhèn)鞲衅?、定時器等進(jìn)行控制。這種系統(tǒng)對于系 統(tǒng)中需要協(xié)調(diào)打開和關(guān)閉的其他閥來說也是有用的。
可以認(rèn)識到，當(dāng)氣體流動一次只沿一個方向，并且由閥21a、 21b 控制時，通過將鄰近氣體入口 10a的管道和氣體出口 10b合并成一個 管道可以減少部件之間的管道數(shù)量。
通常希望在例如0.5-3巴的特定壓力下使用反應(yīng)氣體，并且在封 閉的電解系統(tǒng)中，希望將電解液和反應(yīng)氣體保持為具有小壓力差。在 圖示實(shí)施例中，電解池100可以在大于環(huán)境的壓力下工作，并且優(yōu)化 的系統(tǒng)工作可以取決于保持氣體和電解液壓力差。因此，應(yīng)當(dāng)注意所 述系統(tǒng)絕對壓力的平衡。特別是，人們注意到，在一些實(shí)施例中，儲 液器可能處于環(huán)境壓力下，而電解池中的生成反應(yīng)氣體和電解液處于 明顯更高的壓力下，人們希望控制泵送系統(tǒng)中的壓力以避免系統(tǒng)中有 害的壓力差。通過使用壓力控制裝置22a、 23a，例如電解液流阻器、 控制器、閥等和/或反應(yīng)氣體流阻器、控制器、閥等可以實(shí)現(xiàn)壓力控制。 這些壓力控制裝置的選擇及其定位可用于將生成氣體的至少泵送部分 的壓力與電解液的壓力直接結(jié)合，以便在電解池中保持工作上可接受 的壓力差。
圖示系統(tǒng)允許再次補(bǔ)充于電解期間被消耗的水，以便在不打開電 解池100的情況下調(diào)節(jié)電解液濃度。例如，如人們所希望的，可以在 系統(tǒng)中的泵送室或儲液器內(nèi)設(shè)置電解液/水補(bǔ)充入口 18。在一些實(shí)施例 中，可以定位補(bǔ)充入口，以在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下將液體引入系統(tǒng)。 在一個實(shí)施例中，補(bǔ)充入口可以定位在儲液器中，該儲液器工作連通 大氣。
因此，鑒于以上描述，本發(fā)明提供了一種電解池電解液泵送系統(tǒng)， 其中使用由電解池生成的至少一部分氣體的壓力作為泵送電解液的驅(qū) 動力。在一個實(shí)施例中，電解液壓力與泵送氣體的壓力以下列方式結(jié) 合，其中電解液和氣體之間的壓力差與為電解池工作所選擇的壓力差 一樣高。在電解池分別產(chǎn)生兩種反應(yīng)氣體的情況下，兩種反應(yīng)氣體的 壓力也可以下列方式結(jié)合，其中兩種氣體之間的壓力差與為電解池工 作所選擇的壓力差一樣高。
用于電解池的本泵送系統(tǒng)可以不同的方式實(shí)現(xiàn)，如下列實(shí)例所述。 下列實(shí)例顯示了系統(tǒng)的不同部件，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，如人們所希望的，這 種部件可以單獨(dú)或組合使用，以便提供具有不同選擇屬性的工作系統(tǒng)。
實(shí)例1
圖2顯示了一個示例性電解系統(tǒng)，該系統(tǒng)^使用由電解池100產(chǎn)生 的泵送用反應(yīng)氣體的第一部分，并且通過管線120將反應(yīng)氣體的第二 部分提供給用戶，所述管線用于除了泵送電解液之外的應(yīng)用。在該特 定實(shí)施例中，所述系統(tǒng)實(shí)際上產(chǎn)生兩種氣體，用于泵送的第一氣體(氣 體l)和由用戶使用/收集的第二氣體(氣體2)。在一個實(shí)施例中，可 以選擇所述系統(tǒng)以產(chǎn)生作為氣體l的氧氣和作為氣體2的氫氣。但是， 在電解系統(tǒng)中可以考慮其他反應(yīng)氣體組成。
在泵送之后，氣體2排放到環(huán)境中，如出口 16處所示。因此，電 解液儲液器102在該實(shí)例中不增壓。
在該實(shí)施例中，希望的是，為了電解池中氣體擴(kuò)散電極的最優(yōu)條 件，電解池中的電解液壓力保持得極為穩(wěn)定。因此，電解池的電解液 出口 4不與儲液器入口的入口 15直接連通，因?yàn)槿绻@樣的話，儲液 器中的環(huán)境壓力將與出口 4連通，這將產(chǎn)生接近于入口 3處的氣體1 壓力和接近于出口 4處的環(huán)境壓力的電解液壓力。在該情況下，電解 池的電解液入口和出口之間的壓降將接近氣體1的壓力。因此，在電 解池和儲液器之間使用可調(diào)節(jié)的流阻器22。在圖2中，顯示了主壓力
閥，但是流阻器22可以不同的方式，例如通過使用針形閥實(shí)現(xiàn)。流阻 必須進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使電解池出口處的電解液壓力與入口處幾乎一樣 高。反應(yīng)氣體2的壓力也通過主壓力閥23進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且可以調(diào)節(jié)至 氣體l的壓力。
本發(fā)明提供了 3/2通閥21控制通過氣體端口 10流入和流出泵送 室104的氣體。閥21由液位開關(guān)12切換。使用液位開關(guān)12，當(dāng)感應(yīng) 到泵送室中的電解液處于低位時，岡21切換到再填充模式，使泵送室 氣體端口 IO與儲液器氣體入口 14連通。當(dāng)開關(guān)12感應(yīng)到電解液液面 處于高位時，它給閥21發(fā)信號切換到泵送模式，其中泵送室氣體端口 IO與電解池的氣體出口 l連通。
由于儲液器以及其中流動的所有氣體1通向大氣，兩種反應(yīng)氣體 和電解液的壓力不再協(xié)作結(jié)合。因此，反應(yīng)氣體和電解液的壓力不直 接結(jié)合，而是單獨(dú)控制，并且可以受到監(jiān)視，以便對彼此進(jìn)行調(diào)節(jié)以 在電解池中保持工作上可接受的壓差?？梢岳缡褂脡毫鞲衅?、 6 進(jìn)行監(jiān)視。
當(dāng)然，所述系統(tǒng)可以包括其他操作部件以方便工作，例如，用于 從氣流中去除夾帶的電解液并使其返回到電解液流動管線的一或多個 剝離器(stripper)和過濾器7、 8、 9，排氣入口 17,電解液/水填充 入口 18，電解液液位開關(guān)19和排放裝置27，所述液位開關(guān)用于在系 統(tǒng)要求補(bǔ)充水時進(jìn)行指示。
實(shí)例2
圖3示意性地顯示了與實(shí)例1所述系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，但是通過管 線120a、 120b給用戶提供兩種反應(yīng)氣體(氣體1和氣體2)。在該實(shí) 施例中，反應(yīng)氣體l的壓力也通過主壓力閥24進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，儲液 器中的電解液加壓，并且不再需要例如實(shí)例1中的流阻器2 2的流阻器。 用于電解液泵送的壓差在泵送室由儲液器再次充滿時產(chǎn)生。
在該實(shí)施例中，泵送氣體(氣體1)和電解液的壓力直接結(jié)合。 因此，只有兩種氣體的壓力必須受到監(jiān)視和相對于彼此進(jìn)行調(diào)節(jié)，從
而控制通過電解池的壓差。
實(shí)例3
圖4顯示了一系統(tǒng)，其中兩種反應(yīng)氣體的壓力也彼此結(jié)合。因此， 可以使用差壓閥25，以取代圖3中由23、 24表示的兩個主壓力閥。 因此，只有氣體l的壓力必須受到監(jiān)視，并且氣體1和氣體2之間， 以及氣體1和電解液之間的壓力固定不變。
實(shí)例4
圖5所示系統(tǒng)與實(shí)例3中系統(tǒng)的不同之處在于，3/2通閥21切換。 特別是，觸發(fā)由定時器28完成，以代替使用液位開關(guān)觸發(fā)閥21。另 外，泵送室104的電解液入口 13和出口 11處的單向閥13a、 lla由另 一個3/2通閥26代替，該3/2通閥也由定時器28觸發(fā)。閥26能夠在 泵送室的電解液端口 llb和電解池電解液入口 3之間的第一連接和泵 送室端口 llb和儲液器電解液出口 20之間的第二連接之間切換。
所公開實(shí)施例和實(shí)例的上述描述能夠使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員制 造或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例進(jìn)行的各種改進(jìn)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說顯而易見，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，此處 定義的一般原理可應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明不限于此處顯示 的實(shí)施例，而是與權(quán)利要求保護(hù)的全部范圍相一致，其中例如使用冠 詞"一"的單數(shù)形式的元件不是指"一個且只有一個"，除非明確說明， 否則應(yīng)指"一或多個"。整個公開中的所述各種實(shí)施例的元件的所有結(jié) 構(gòu)和功能等效物由權(quán)利要求的元件所涵蓋，所述結(jié)構(gòu)和功能等效物為 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知或以后公知。此外，此處公開的任何內(nèi)容都 不貢獻(xiàn)給公眾，無論這種公開是否明確記載于權(quán)利要求中。具體參考 美國，沒有要求保護(hù)的元件應(yīng)當(dāng)根據(jù)35USC112，第6段的條款進(jìn)行 理解，除非該元件使用短語"意味著"或"用于(step for)"明確闡 述。
權(quán)利要求
1.一種用于經(jīng)由電解池泵送電解液的系統(tǒng)，其特征在于，使用由電解池生成的氣體的至少一部分的壓力作為泵送驅(qū)動力。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電解池包括電解液壓力， 其中所述生成氣體的至少一部分包括泵送氣體壓力，其中電解液壓力 與泵送氣體壓力以下列方式結(jié)合，其中電解液和生成氣體的至少一部 分之間的壓力差與為電解池工作所選擇的壓力差一樣高。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分為 第一氣體，所述電解池產(chǎn)生第二氣體，其中第一氣體和第二氣體兩者 的壓力以下列方式結(jié)合，其中兩種氣體之間的壓力差與為電解池工作 所選擇的壓力差一樣高。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分受 到壓力控制，從而在電解池中保持工作氣體壓力。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中經(jīng)由電解池的電解液流具有電 解液壓力，并且受到壓力控制以在電解池中保持工作電解液壓力。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分具 有氣體壓力，并且受到壓力控制以在電解池中保持工作氣體壓力，所 述生成氣體的至少一部分的氣體壓力受到監(jiān)視，并且根據(jù)電解液壓力 進(jìn)行調(diào)節(jié)以在電解池中保持工作壓差。
7. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分具 有氣體壓力，并且該氣體壓力與電解液壓力以下列方式直接結(jié)合，其 中電解液和生成氣體的至少一部分之間的任何壓力差與為電解池工作 所選擇的壓力差一樣高。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電解液儲液器和泵送室，所 述泵送室通過入口管道連接以接收來自電解池的電解液，并且通過出 口管道連接以使電解液流向電解池。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括入口管道中的壓力控制器和 出口管道中的壓力控制器，從而使電解池的電解液與電解液儲液器和 泵送室壓力隔離。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述電解液儲液器可與泵送室 壓力隔離。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述電解池產(chǎn)生第二氣體部分， 該第二氣體部分流向除了泵送電解液之外的應(yīng)用。
12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電解池在高于環(huán)境的升高 壓力下工作，并且該系統(tǒng)工作以在電解池中保持升高壓力的同時泵送 電解液。
13. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)使電解液從電解池流 到電解液儲液器，隨后流到電解液泵送室，然后通過所述生成氣體的 至少一部分驅(qū)動返回電解池進(jìn)行循環(huán)。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分應(yīng) 用到電解液泵送室，從而升高其中電解液的壓力并將電解液壓向電解池o
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括電解液儲液器，從而接收 從電解池泵送的電解液，隨后當(dāng)電解液泵送室和電解液儲液器之間的 壓力被平衡時使電解液流到電解液泵送室。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述生成氣體的至少一部分 具有氣體壓力，該氣體壓力與電解液泵送室和電解液儲液器連通并被 調(diào)節(jié)為大體上保持在電解液泵送室和電解液儲液器中，以保持電解池 中的電解液和生成氣體的至少一部分之間的工作壓差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于經(jīng)由電解池泵送電解液的系統(tǒng)，其中使用由電解池生成的氣體的至少一部分的壓力作為泵送驅(qū)動力。該系統(tǒng)可以包括電解液儲液器和泵送室，所述泵送室通過入口管道連接以接收來自電解池的電解液，并且通過出口管道連接以使電解液流向電解池。所述泵送室連接到電解池以接收由電解池生成的氣體的至少一部分，從而升高其中電解液的壓力并將其壓向電解池。
文檔編號C25B15/08GK101189364SQ200580043865
公開日2008年5月28日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者G·紹爾, J·黑爾姆克 申請人:Hy-驅(qū)動技術(shù)有限公司