電解生產設備的製作方法
2023-10-08 17:20:44
專利名稱：電解生產設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電解生產設備。
本發明特別適用於但不是專門地應用於由水生產氫氧混合氣體以用作燃料或原料的電解生產設備，為了解釋的目的將提供有關這類應用的參考資料。然而，應予說明，本發明還有其他方面的用途，例如用於生產供工業和/或分析上使用的氧和氫的混合氣，以及用於具有氣體輸出的其他電解方法。
將電解法用於生產氫氣和氧氣是已知的。通常，這類設備包含一個電解槽，其中裝有陽極和陰極，該陽極和陰極浸沒在含有稀無機酸的水溶液中。這類設備通常依靠直流電工作，該直流電的電位差應足以使水電解。所產生的兩種氣體通常依靠把電解槽主體空間分隔開的電解槽隔膜分隔開，並且該電解槽通常還包括液面控制裝置等裝置，以便基本上消除在輸出氣流中具有爆炸性的氧/氫混合物。其些設備利用一種鹽橋來連接電解槽中相互分隔開的兩個半部。
現有技術的設備具有多種缺點。氣體的隔離難以有效地將爆炸的危險消除。電解槽兩個半部的壓差會使電解液移動至無法制止兩種氣體混合的部位。另外，這類設備中的平板電極的表面受到離子極化作用的影響，因此要求使用超電位來維持繼續電解。
本發明的目的是要大大地減輕上述的缺點並提供一種能可靠並有效地使用的電解生產設備。本發明的其他目的和優點將在下文說明。
根據上述的目的和其他目的，本發明在一方面一般屬於氣體生產設備，它包括一個裝有電解液的電解槽槽體；處於不同電位的多個電極，所說的電位差足以使所說的電解液電解以生成氣體；用於維持所說電解液的供料裝置；以及用於收集由電解產生的氣體的收集裝置。
該設備最好用來從水生產氫氣和氧氣，為此，電解液最好是含有選自氫滷酸、硫酸或硝酸的無機酸催化劑的稀水溶液。該催化劑最好是含有鹽酸。
該電解槽槽體可以由抗電解液腐蝕的任何合適材料製成。最好該槽體由絕緣材料製成，以防止由於通過槽體導電而引起的損失，例如阻抗損失和磁滯損失。該槽體最好是基本上密封的，其中具有供應水的入口和生成氣體的出口，這些水和氣體通過適當地由閥控制的輸入孔和輸出孔而進出。
所用電極可以為任何適合的形式並且最好是在所需電解條件下不產生損失的。例如，該電極可以含有一種惰性導電基體，例如貴金屬、石墨或不鏽鋼，上面可以具有或不具有表面活性催化劑。最好該電極含有不鏽鋼絲網，其上面帶有沉積形成的鉑黑塗層。
各電極最好剛性地支持於槽體中，以便使得在使用過程中的變形和縮小降低到最小程度。例如，電極可以固定於電極框架上，由該框架來支持電極。該固定框架可以依靠與槽體相連接的嚙合定位裝置來設定極間距離。例如，該槽體可以帶有凹槽以用來接納框架邊緣，依靠槽體的頂蓋部件來將框架和電極組件保持在其中。
然而，該電極最好是一種含有多個具有交替變換極性的電極構成的電極組件，並最好含有不鏽鋼絲網的電極主體，其外形與絕緣框架部分的外形相配合，以使得多個電極可以按相互靠近而平行的排列方式積疊布置以形成一種多個電極的積疊組件，該組件可以保持與槽體內部幾乎相同的構形。該電極框架也可包括導電部分，以用來支持在相鄰電極框架的相應絕緣部分上並用來固定接線柱，藉此可將相同電極的接線柱匯流在一起，以便將其連接到直流電源的正極或負極上。
在電解槽中兩極板間的距離最好加以精確地控制，以保證整個電解槽能均勻地生產。在酸性水溶液電解系統的情況下，例如為了使用經濟的電流密度來獲得每單位體積設備的高產額，可以利用例如濃度約為2.4×10-3M的鹽酸/去離子水作為電解液，電極表面之間的距離約為4mm等電解系統。
如果極距遠小於4mm，則會引起散熱方面的問題，並伴隨帶來電極變形和縮小的危險。
出乎意料，如使用比4mm大得多的極距，則會導致設備效率顯著降低，該設備效率是指在給定耗電量的條件下，在所用的標準溫度和壓力下所產生的氣體量。按理論推斷，氣體的放出並在電極之間限定的區域通過電解液而向上流動，能對電極的活性表面產生有利的影響。例如，在電極表面可能產生極化層，這種極化層阻礙電流的通過，從而使電能作為熱的形式損失掉，而這種損失可因由夾帶在電極之間相對狹小的空間的氣體所造成的湍流而得以減少。對電解液中的對流運動加以控制也能有助於這種現象。最好將電極支持在與槽底隔開一定的距離，以便使電解液能通過底部循環，從而使整個槽內的組分保持基本一致並促進任何局部放熱的分散。
因此，本發明的另一方面是氣體生產設備，它包括
一個裝有電解液的電解槽槽體；以及一組基本上呈平板狀的電極，這些電極基本上平行地分隔開浸沒在所說的電解液中，並且交替地相隔一個電極連接在一起並與直流電源的相應電極連接，兩個電極之間的電位差足以引起所說的電解液電解，其中，對電極間的距離加以選定，以便使產生的氣體被限制在相鄰兩電極之間，從而在所說的電解液中，在各個電極的平坦表面上造成湍流。
供料裝置可以採取任何適合的形式，條件是能在電解過程中隨著電解液的消耗將電解液量維持恆定，而所消耗的電解液可根據產生的氣體來測定。在一種生產氫/氧的較佳設備中，該供料裝置是一種供水裝置。
該供水裝置可以採取任何適合的形式，例如可以通過供水裝置(網狀)用壓力來供水，如果合適，可從處理過的水源來供水。電解液中所含的水最好是經過純化處理的水，這種純化水可以通過一次或多次過濾、逆滲透、蒸餾或去離子處理而獲得。為了減少進料水中的固體顆粒含量，所供應的水最好用超細過濾器來過濾。
當進料水中含有諸如可溶鹽等微量雜質時，可以將電解設備布置成能讓兩電極間的電流流動方面定期逆轉的方式，從而阻止可沉積的鹽類沉積在電極上。任何沉澱的雜質都可沉落槽體的底部，在該槽體上可以裝備排液裝置，以便能定期地將雜質衝洗掉以及在維修時將電解槽排空。
該供水裝置最好包括能對電解液水平面和/或酸濃度作出響應的控制裝置。例如，供水裝置可以通過諸如自動調節控制閥等控制裝置來控制，其中的電子液面傳感裝置通過螺線管或其他電子機械致動器等來開關閥門。另外，該控制裝置也包括重力或pH值的傳感裝置。最好是讓水通過電解槽底部進入電解槽。
最好是在進入電解槽之前，先將進料水供入一個中間罐，該中間罐的構形使其能作為捕集從電解設備放出的氣體的水捕集器。採用這種方法可使夾帶在生成氣體中的任何含酸電解液被中間罐中的進料水洗脫下來並重新返回電解槽中。
收集裝置的形式最好是在電解槽的頂部開有小孔，以使在電極組件的頂部收集上升到電解槽頂部的氣體，並將其從電解槽送走。最好是該小孔包括或者通向一種分離裝置，該裝置至少能部分地將夾帶在氣流中的任何電解液霧滴返送回電解槽中。例如，該小孔可以包括或通入一個含有通道的分離器，該通道的形狀和結構有利於收集被夾帶的電解液，以便將其通過重力送回電解槽。
這類裝置的一個例子包括一個封端套筒，該套筒在其封閉的一端上具有一個空心的圓錐形收集元件，該圓錐形收集元件的尖頂基本上指向氣流的上遊，在該圓錐體的表面上離開尖項一定距離的位置，開有一個或多個通氣孔，以作為通往分離器氣體下遊的通道。夾帶有電解液的生成氣體碰撞在套筒的器壁和頂端以及圓錐形表面上，在此處，大部分被夾帶的電解液沉降下來並沿著套筒和圓錐形表面往下流，最後滴回電解槽內。
該電解設備可以包含許多個槽體部分，每個槽體皆帶有其自己的供料裝置、電極和收集裝置，每個電解槽槽體皆含有電解槽的小室組件。
該電解設備最好用一種服從於能對該電解設備的一個或多個條件作出響應的控制裝置的供電裝置來運轉。當使用多個電解小室的組件時，最好是每個電解小室都配備其本身專有的受控供電裝置，這樣就可以對電解小室組件中的各個電源特性進行調節，從而提高操作的可靠性，並在必要或希望時可以改變工藝條件。
最好是用於供電裝置的控制裝置構成該電解設備整體控制部分的邏輯部分或物理部分，以用來控制電解液參數，例如水平面、組分和溫度；電能參數例如電壓與電流；以及電解槽槽體下遊輸出端的條件，例如氣體輸送壓力和溫度。最好該控制部分包含程序邏輯控制裝置，以便控制所有可以控制的各方面。例如，對於每個電解小室組件來說，電流/電壓制度至少可以部分地由程序邏輯控制裝置來控制，以對傳感器的輸入作出響應，所說傳感器例如溫度傳感器、背壓傳感器等與每個電解小室組件相連接的傳感器。
最好是該電解設備的輸出也由控制裝置來監控。例如，一個操作者可能希望了解有關產生的氣體體積、相對效率、溫度、壓力或者任何其他的化學量或物理量，包括化學組成。也可以利用這些數據作為原始控制數據，以便通過控制器來操作電解設備。
用於電解酸性水溶液的設備，產生一種基本上符合化學計量比例的爆炸性氫氧混合物，這種混合物不管是單獨地或者是與空氣在很大的組分比例範圍內混合都具有爆炸性。因此，該電解設備最好配備有能夠防止或改善氣體混合物著火的效應的裝置。例如，電解設備可以這樣來布置和控制，通過設計和/或控制來使在電解槽體或其下遊可能積累氣體的死角減少到最小程度。
另外，在電解槽下遊的氣流通道，可以裝備鈍態控制裝置，例如逆燃防止裝置。例如，該氣體通道可以包含一個或多個逆燃防止器，它含有一個防止器殼體，其中具有氣體入口和氣體出口，其內部填充有耐熱合金制的多孔材料，例如不鏽鋼毛。該防止器可以部分地充滿水，用一導管將氣體引導至水平面以下的位置。氣體出口可以在水平面之上從減至最小的氣體空隙中收集氣體。
在使用時，來自逆燃防止器上遊的逆燃條件，將在處於該防止器水平面之下的入口處被熄滅。來自上遊側的逆燃將被分散入不鏽鋼毛中，並由於火焰焰峰的溫度降低到氣體混合物的活化溫度以下而被熄滅。
除了鈍態系統以外，還可以提供一種逆燃防止裝置，它包含一個能夠檢出逆燃條件，並且最好能由程序邏輯控制器來識別的傳感器，然後該邏輯控制器進行適合的控制以消除該逆燃條件。例如，還可提供這樣一種傳感器，它可監控氣流通道中的爆音、溫度或紅外、紫外輻射中的一種或數種，並可識別被控制器翻譯出的逆燃條件，這時，氣流可以被一個或多個高速閥門、電流斷路裝置等中斷或減小。對已被檢出的逆燃的響應，也可以包括關閉那些不嚴格的部件(例如泵等)，以停止電解設備的所有功能，直到逆燃條件被完全消除為止。
該逆燃防止器還包括一個相對較細長但容積較小的氣體通道，在該通道相反的兩端具有一個傳感器和一個快速閥，當逆燃條件傳播時，該傳感器起動，指令閥門關閉。傳感器和閥門可以成對地安裝於管子的任一端，以便對從管子的任一端傳播過來的逆燃條件進行檢測並作出響應。
所生產的氫氧混合物的最終用途，包括作為分離裝置的原料，作為熱機燃料電池的燃料，或分析方法中的燃料，尤其是可用於量熱計的分析、材料的焊接或切割等。
在一個實施方案中，可以設想，氣體的輸出可以根據需要來生產，並按計量送入諸如內燃機等熱機中，在此情況下可以將該氣體與空氣混合使用，或者將其基本上作為全部導入氣體使用。由於人們更希望根據需要來生產氣體而不希望貯存氣體，因此可在內燃機上附裝一個發電裝置，由它來向電解設備的電源裝置供應電能。
因此，氣體輸出可以供應給內燃機以產生有用功，而該內燃機又可與發電裝置連接，以便為電解設備的供電裝置提供電力。按照這樣的方式，一臺按需要產生機械功的內燃機還可利用其剩餘的能量來為電解設備產生電能。
還有另一方面，本發明涉及一種用於生產氫氧混合氣體的方法，該方法包括下列步驟提供氣體生產設備，該設備包含一個裝有酸性水電解液的電解槽槽體，以及一組基本上呈平板狀的電極，這些電極基本上相互平行間隔地處於所說電解液中，電極之間的距離經過選擇，藉此使產生的氣體被限定在相鄰兩電極之間，從而在所說電解液中，在相應電極的平坦表面上引起湍流；將這些電極每相隔一個交替地連接在一起，並與直流電源的相應電極連接，兩個電極之間的電位差足以引起所說的電解液電解；從所說電解槽的頂部收集產生的氣體；以及向所說電解槽供入補充水，以替代被電解成氣體的水分。
為了使本發明更容易理解和實施，現在參考附圖來解釋本發明的較佳實施方案，其中
圖1是本發明電解設備的部件分解透視圖；圖2是用於圖1中的電解槽的電極組件的頂部透視圖；圖3是圖2的組件中單一電極的頂部透視分解圖；圖4是根據本發明電解設備的工藝流程圖；圖5至圖9利用圖表來解釋圖4所示設備中的控制系統的邏輯；以及圖10至圖15利用圖表來解釋本發明的設備和方法的功能特性。
現在參考附圖，其中示出的電解氣體產生設備10，包括一個槽體11和槽蓋12，槽體11被分隔成5個單元固定小室13。每個單元固定小室13包括一個電極組件14，每一個組件含有13個電極15，這些電極在該組件中相隔一個交替地連接到電源接線柱16的正級或負極上。
每一個電極皆包含一個由316號不鏽鋼絲網構成的主體部分17，該不鏽鋼絲網上塗覆有鉑黑，並被固定於一個平板框架20上，該框架包括由抗酸腐蝕的PVC構成的絕緣的端件21、頂件和底件22，以及由316不鏽鋼構成的終端組件23。該平板框架20起著支持主體部分17以及作為在單元小室內每兩個電極15之間的隔板和絕緣物的兩重作用，在PVC元件的框架上開出小槽，用來接納網狀主體17，並設置有一塊夾板24，用來使終端組件23與網狀主體17之間達到最佳的電接觸。
電極15與支承在相鄰的電極15的絕緣端件21上的一個電極的終端組件相互交替地排列。電極組件14的物理和電學的整體性由不鏽鋼短串釘25來保證。每一個終端組件23皆包括一個帶螺紋的不鏽鋼終端接線柱26，相應的終端接線柱由一塊極板16電連接在一起，該極板16用來接納一個導電的螺栓30，而螺栓30則穿過槽體11，並為處於特定電極組件14中的每一組電極15都提供一個外部的電連接點。平板框架20的頂部元件22具有垂直的凹槽27，以便讓產生的氣體從此通過並進入小室13的上部空間。網狀部分17也用絕緣的加強元件28來加強。
圖4用示意圖來說明液體和氣體的流通途徑，其中，向設備供應的蒸餾水在微處理機控制下經過壓力傳感器31和電磁閥32，然後通過初級不鏽鋼過濾器33，從而除去0.3微米以上的顆粒雜質。當電磁閥32打開時，水由一臺24伏的泵34抽出，該泵也由微處理機控制，然後通過另一個電磁閥36進入一個30升容量的貯水器35。貯水器35由316號不鏽鋼製成，其中具有內部擋板以控制波動。
單元小室13通過由電磁閥38控制的供料泵37來維持選定的電解液液面，通過一排多個電磁閥40向每個單元小室供料，每個電磁閥40皆受液面傳感器39的控制，並接受微處理機的總控制，而該液面傳感器監控著單元小室13中的液面。
槽體蓋子12上具有出氣孔41，該出氣孔藉助於一個倒錐形小室而由單元小室的內部向上延伸到集氣管線，該倒錐形的小室使放出的氣體以漩流通過。其結果是使得被夾帶的液滴基本上都沉積在錐體的器壁上，在此處，液滴在重力的作用下重返單元小室中。來自5個小室的氣體出口管，通過各自的電磁閥43而進入匯集器42。然後，氣體從匯集器42進入具有氣體頂部空間的洗滌罐48。使氣體通過管道進入洗滌罐48的底部，用水來洗滌該氣體，該洗滌水具有制止逆燃和除去夾帶電解液的兩種作用。來自水洗罐的氣體通過不鏽鋼歧管44排出，該歧管包括一個在微處理機控制下的背壓控制器49。氣體從歧管44的一對出口通向一臺雙頭真空泵47，該真空泵47抽吸氣體使其通過一個第一過濾器45，該過濾器帶有一個排放管，以便將夾帶的液體(主要是水)通過閥46返回洗滌槽48，並使氣體通過一個Cuno型的第二過濾器50，以將殘餘的水分除去。這樣可以除去0.3微米以上的水氣(moisture)。在泵47之後，氣體進入逆燃制止器51，其中填充有編織的316不鏽鋼絲網和25cm高的水。氣體通到逆燃防止器中的水平面之下。然後氣體由兩極管道進入Cuno型除溼過濾器52，接著進入輸送泵53，該輸送泵將氣體加壓至36psi(磅/英寸2)，以便使氣體通過中間電磁閥54、具有壓力調節功能的出口歧管55，並最後通過電磁閥58，該電磁閥控制著通過電子監測出口逆燃防止器56的輸送量。為了安全起見，該出口逆燃防止器具有兩個紅外傳感器，以便對逆燃條件進行監測並向微處理機發送信號。當發生逆燃事故時，紅外傳感器可以測出在管內熱量的變化。這種變化可以啟動電磁閥，從而將氣流截斷。
輸入電解設備的功率微處理機選定採用240、110、32、24或12伏的電壓。輸出電壓可以變化，最高可達7.5V，而額定電流最高可達1000A。對於該電解方法來說，通常電解設備使用的功率為7.5V(AC RMS)×30A。
該電解設備還配備有泵排出裝置，用於排出各小室(泵57和電磁閥62)和貯液罐(泵60和電磁閥63)中的液體，而監測方法包括多個壓力傳感器61和溫度傳感器64，用於監測單元小室13和貯存罐35中的壓力和溫度，另外該設備還配備有歧管42、出口輸送泵53以及在貯存罐35中的液面傳感器65和水捕集過濾器51。
圖5至圖9中分別示出了對於功率輸入、氣體輸送、單元小室的氣體淨化、貯存罐注入方法和單元小室注入方法的控制邏輯通道。在這些附圖中，為了便於解釋，使用了一些術語代號，其中CELL VS表示單元小室蒸氣電磁閥；DV泵表示氣體輸送泵DV SOL1、2和3分別表示第1、第2和第3氣體輸送電磁閥；SCV泵表示用於將氣體從小室上部空間輸送出去的泵；主sol1和2表示圖4中的電磁閥32和36；水SOL1表示圖4電解設備中的電磁閥38；以及小室SOL表示每個單元小室的電磁閥40。
在圖10至15中的功能性圖表解釋說明了電解設備及其輔助設備的功能性特徵。
圖10示出一個較佳的控制方案，其中使用3個獨立的微機控制板70，以使控制功能留下一定剩餘度，並且由於通過TOKEN-RINGTM網絡以及通過RS-422協議接口(protocol interface)而與一個操作控制終端(未示出)而達到網絡化。每一臺微機控制板70皆使用其自己的24VDC電源裝置71，3個電源裝置71皆由電池組72來充電，而充電過程由電池組控制器73來控制和充電。
主AC電流操作裝置(例如最終的輸氣泵74)皆由控制板70通過主電流繼電開關75來開關。諸如電子逆燃防止電磁閥76，及其光學傳感器77，以及緊急斷路開關組80等有效的DC驅動裝置，皆匯集於一臺24VCD次級控制板81，該次級控制板81對主控制板作出響應並提供輸入。
諸如壓力變換器82和其他電磁閥83等被動開關傳感器，皆直接輸入到主控制板70或直接由主控制板70來驅動。諸如溫度傳感器83等無向量傳感器，皆由接口84來翻譯，並通過測得的協議信息(communications protocol)將數據輸入主控制板70。音響報警器85由主控制板根據故障情況來驅動。
圖11敘述對每個單元小室組件的電源控制，其中包括連接到初級交流電壓計的交流主電源輸入端86以及帶有輸出端90的交流器87，該輸出端連接到數字顯示儀，用於監控交流輸入和變流器輸出。初級交流低壓電源通過主開關91而接到自耦變壓器92，達到二級交流變壓變流器93，然後接到三級變壓器94，再接到硒整流器95，以提供用來運轉電解小室組件的直流電。
整流器95的輸出作為直流變壓變流器96的輸入，然後通過輸出端97接到電解小室組件的電極上。電解小室組件通過電流，而操作電壓由監控模件100進行監控，模件100對功率控制器101作出響應並向其輸入，監控模件100和功率控制器101皆通過SCI接口102而與主控制板70相連接。功率控制器101提供能量消耗及來自變流器87、93的零交叉檢測的數據以及相應於來自安全超載命令接口(safety override command interface)103的輸入的數據，而接口103的數據與接口102的數據相互獨立。
功率控制器也提供屬於主開關91的主獨立開關操作，在電解小室組件的開關操作由監控模件100和超載保護裝置來控制。緊急超載開關104與安全超載接口103相連，以供作為電解小室功率控制組件的人工斷路控制之用。
圖12、13和14用圖表說明在主控制板70的控制之下的原理功能上的氣和水的操作特性，為了清楚起見，說明時參考一塊單控制板和單小室組件105。操作人員的控制終端RS-422接口106和安全超載接口103皆已如上述。
貯水罐35配備有低水位傳感器107和無水傳感器110，以便根據貯水罐的情況向主控制板70提供數據。供料泵37通過輸料歧管111向電解小室組件105和逆燃防止器51二者供水。在歧管111中的供水壓力，由主控制板70通過水壓傳感器61來監控。
電解小室組件105裝備有一個電解液水平面傳感器39，它能向主控制板提供控制輸入以用於操作水入口處的電磁閥40，從而維持電解液水平面。電解小室組件也配備有100-200KPa範圍的壓力傳感器61，和0-100℃範圍的K熱電偶溫度傳感器64。每一個溫度傳感器64和電解室壓力傳感器61、供水電磁閥40和泵37皆與控制板70和安全超載接口103二者相連接。
電解時產生的氣體，從電解室組件105通過計量孔112和氣體控制電磁閥43，而進入氣體歧管42，氣流在此處與來自其他電解室組件的輸出113的氣流相匯合。氣體歧管42配備有自己的100-200KPa範圍的壓力傳感器61和0-100℃範圍的溫度傳感器64，它們與氣體控制電磁閥43一起皆與控制板70和安全超載接口103二者相連接。
氣體從氣體歧管42通過出口管114和止逆閥115，進入含水氣體洗滌罐48，在其中，氣體被水洗滌以除去其中的微量電解液。該氣體洗滌罐配備有水的液面傳感器116和背壓傳感器49，水的液面由主控制板70識別，以控制來自獨立水源122，經過水泵117、壓力傳感器120和電磁閥121而進入洗滌罐的進水量。每一個水的液面傳感器116、背壓傳感器49、水泵117、壓力傳感器120和電磁閥121皆接到安全超載接口103上。
該洗滌罐48也可以在主控制板70的控制下，通過排水電磁閥123和排水管124定期地排空，也可以根據安全超載接口103進行氣體吹掃。氣體從洗滌罐48通過氣體電磁閥125和管道126，而進入帶有水面傳感器103的過濾器組件127，該水面傳感器130在受控下工作，以定期地將在洗滌罐中積累的水通過電磁閥46吹掃至廢水排出口131。
氣體從過濾器組件通往氣體泵132，該氣體泵132由電源幹線86通過開關133供電，它是一種水捕集型泵並具有它自己的水面傳感器134和電磁閥135，然後氣體到達廢水出口管131。由泵132輸送的氣體經過管道136後通往逆燃防止器51，泵的輸出由處在管道136上的氣體貯罐137緩衝。該氣體貯罐137具有100-200KPa範圍的壓力傳感器6 1.和0-100℃範圍的溫度傳感器64。
通過水歧管111向逆燃防止器51供水是由水入口電磁閥140來控制，該電磁閥140根據泵132的水面傳感器134和與逆燃防止器相連接的水面傳感器141二者的信號而動作，用這種方法來使得在這兩個裝置中的水平面維持恆定。逆燃防止器51中的水依靠出口管電磁閥142而排往廢水出口管131。
從逆燃防止器51出來的氣體，經過主氣體電磁閥143，進入氣體導管144並通往其最終的使用裝置，為了敘述簡明起見，在此情況下可舉出燃燒裝置。該氣體燃燒裝置帶有圖4中所示的電子逆燃防止器56，在此情況下，該逆燃防止器包括第一紅外逆燃傳感器145和第二紅外逆燃傳感器146，它們在管道144中分別處於氣體控制電磁閥147的上遊和下遊。第二逆燃傳感器正好處於作為管道終端的燃燒噴嘴150的上遊。該逆燃傳感器145、146由一個控制模件151來驅動，該控制模件151包括光傳感驅動器並具有高速的信號放大功能，該逆燃防止器145、146又依次驅動安全超載接口103並且通過SCI接口152而和主控制板70相連接。
同時與SCI接口152和安全關閉接口103相連接的，是一個燃燒器控制模件153，該控制模件153對控制臺和主控制板輸入作出響應，並通過合路開關154、斷路開關155、增流量開關156和減流量開關157、燃燒器壓力傳感器160和著火檢測傳感器161來控制氣體控制電磁閥。該燃燒器控制模件同時還驅動一個燃燒器點火器162和功率指示器LED 163以及備用燃燒器LED-164。為了試驗的目的，還用燃燒控制模件來驅動IR-LEDs 165、166，來分別檢驗第一紅外逆燃傳感器145和第二紅外逆燃傳感器146，並驅動IR-LED 167來檢驗著火檢測傳感器161。另外還配備有緊急超載開關170，以作為手動緊急斷路控制之用。
當然，必須了解，雖然上面已通過解釋舉出了本發明的實施例，然而所有這些實例和其他的改進方案及變化方案對於本領域的技術人員來說都是顯而易見的，並且可以相信，這些方案都將落入本發明的大範圍和限定範圍之內。
權利要求
1.氣體生產設備，它包括一個裝有電解液的電解槽槽體；處於不同電位的多個電極，所說的電位差足以使所說的電解液電解以生成氣體；用於維持所說電解液的供料裝置；以及用於收集由電解產生的氣體的收集裝置。
2.如權利要求1的氣體生產設備，其中所說的電解液含有選自氫滷酸、硫酸或硝酸的無機酸催化劑的稀水溶液。
3.如權利要求2的氣體生產設備，其中所說的電解槽槽體是基本上密封的，並具有用於維持電解液的供料裝置，並允許生成的氣體通過閥門的入口和出口孔從電解槽槽體排出。
4.如在前權利要求中任一項的氣體生產設備，其中所說的電極包括選自貴金屬、石墨或不鏽鋼的基本上為惰性的材料，其上面可以具有或不具有活性催化劑。
5.如權利要求4的氣體生產設備，其中所說的電極含有不鏽鋼絲網，其中帶有沉積在其上面的鉑黑塗層。
6.如權利要求5的氣體生產設備，其中所說的電極固定於電極框架上，而該電極框架將電極支持在電解槽槽體中。
7.如權利要求6的氣體生產設備，其中所說的電極包括由多個極性交替地排列的電極構成的電極組，該電極組與所說的框架電絕緣，從而使電極能按相互靠近而且平行排列的方式積疊。
8.如權利要求7的氣體生產設備，其中所說的電極框架包括導電部分以用於支承於相鄰電極框架的相應絕緣部分上，並為導電接線柱提供一個固定點，藉此與直流電源的正極或負極相連接。
9.如在前權利要求中任一頂的氣體生產設備，其中所說的電解液含有濃度約為2.4×10-3M的鹽酸/去離子水。
10.如在前權利要求中任一項的氣體生產設備，其中所說的供料裝置包括經過一次或多次亞微米級過濾、逆滲透、蒸餾或去離子處理的純水。
11.如權利要求10的氣體生產設備，其中所說的多個電極定期地進行極性倒轉，藉此阻止可沉積的鹽類沉積到電極上。
12.如在前權利要求任一項所述的氣體生產設備，其中所說的供料裝置包括能夠對電解液液面和/或酸濃度作出響應的控制裝置。
13.如權利要求12的氣體生產設備，其中所說的控制裝置選自一個或多個浮子控制閥裝置或電子液面傳感裝置、重力或pH傳感裝置，它們可藉助於螺線管或其他電子機械來開關閥門。
14.如權利要求13的氣體生產設備，其中所說的供料裝置先將水供入一個中間罐，然後才讓水進入電解槽，該中間罐的結構適用於作為由電解設備放出的氣體的水捕集器。
15.如在前權利要求任一項所述的氣體生產設備，其中所說收集裝置包含一個具有從電解槽中引導氣體的小孔的電解槽頂部，而該頂部又包括一個分離裝置，用以將任何夾帶在氣流中的電解液煙霧的至少一部分返回電解槽中。
16.如權利要求15的氣體生產設備，其中所說的分離器包含一個封端的套筒，該套筒在其封閉的一端上具有一個空心圓錐形收集元件，該圓錐形收集元件的尖頂基本上指向氣流的上遊，在該圓錐體的表面上離開尖頂一定距離的位置開有一個或多個通氣孔，以作為通往分離器氣體下遊的通道。
17.如在前權利要求任一項的氣體生產設備，其中所說的電解槽含有多個槽體部分，而每個槽體部分皆配備有其自己的供料裝置、電極和收集裝置，每個槽體部分皆含有電解設備的單元小室組件。
18.如權利要求12至17任一項的氣體生產設備，該設備包括由所說控制裝置控制的供電裝置，所說控制裝置對電解設備的一個或多個條件作出響應。
19.如權利要求18的氣體生產設備，其中多個電解槽槽體部分的每一個皆包含一個單元小室組件，而每一個單元小室組件皆配備有自己的受控供電裝置。
20.如權利要求18或19的氣體生產設備，其中用於供電裝置的所說控制裝置構成電解設備整體控制部分的邏輯或物理部分，而該部分適用於控制電解液液面、組分、溫度、電壓、電耗和氣體輸送壓力中一種或多種參數。
21.如權利要求20的氣體生產設備，其中所說控制部分包含程序邏輯控制裝置，該裝置能對包括一個或多個與每個電解小室組件相連接的溫度傳感器和背壓傳感器在內的傳感器輸入作出響應。
22.如權利要求12至21任一項的氣體生產設備，其中的電解設備的輸出由所說控制器來控制。
23.如權利要求22的氣體生產設備，其中所說控制裝置可控制並顯示氣體體積產量、相對效率、溫度、壓力中的一個或多個或者包括化學組分在內的任何其他的化學或物理量。
24.如在前權利要求任一項的氣體生產設備，其中包括適用於防止或改善所產生的氣體著火的效果。
25.如權利要求24的氣體生產設備，其中所說用於防止或改善所產生的氣體著火效果的裝置包括逆燃防止裝置。
26.如權利要求25的氣體生產設備，其中所說的逆燃防止器含有一個防止器殼體，其中填充有不鏽鋼毛並適合於部分地充水，氣體由導管導入至水的表面之下，以及一個用於從上述水的上部空間收集氣體的氣體出口。
27.如權利要求25的氣體生產設備，其中所說的逆燃防止器包括用於檢出逆燃條件的傳感裝置，該傳感裝置的輸出用於開關一個或多個高速閥裝置和電流斷路裝置。
28.如權利要求27的氣體生產設備，其中所說的逆燃防止器含有一條相對細長但容積較小的氣體通道，在該通道相對的兩端具有傳感器和快速閥門，因而能在傳感器處傳播的逆燃條件下引發所說閥門關閉。
29.用於氣體生產的設備，它包括一個裝有電解液的電解槽槽體，以及一組多個基本上呈平板狀的電極，這些電極基本上平行地分隔開地浸沒在所說的電解液中，並且交替地相隔一個電極連接在一起，並與直流電源的相應電極連接，兩個電極之間的電位差足以引起所說的電解液電解，其中，對電極間的距離加以選定，以便使產生的氣體被限制在相鄰兩電極之間，從而在所說的電解液中，在各個電極的平坦表面上造成湍流。
30.如權利要求29的氣體生產設備，其中所說兩電極之間的相互距離約為4mm。
31.如在前權利要求任一項的氣體生產設備，其中所說的電解液含有酸化的水，而所生成的氫、氧混合物按照需要量生產並被計量地送入內燃機中，而該內燃機配備有用來向所說電極輸送電能的發電裝置。
32.生產氫、氧氣體混合物的方法，該方法包括下列步驟提供氣體生產設備，該設備包括一個裝有酸性水電解液的電解槽槽體以及一組基本上呈平板狀的電極，這些電極基本上相互平行間隔地處於所說電解液中，電極之間的距離經過選擇，藉此使產生的氣體被限定在相鄰兩電極之間，從而在所說電解液中，在相應電極的平坦表面上引起湍流；將這些電極每相隔一個交替地連接在一起並與直流電源的相應電極連接，兩個電極之間的電位差足以引起所說的電解液電解；從所說電解槽的頂部收集產生的氣體；以及向所說電解槽供入補充水，以替代被電解成氣體的水分。
33.如權利要求32的氣體生產方法，其中包括用於控制電解液液面、組成和溫度、電壓和電耗以及氣體輸送壓力中的一種或多種參數。
34.如權利要求33的氣體生產設備，其中所說的控制部分包含能對傳感器輸入作出響應的程序邏輯控制裝置。
35.如權利要求34的氣體生產設備，其中所說用於從電解槽收集氣體的收集裝置能夠防止或者改善所產生的氣體著火的效果。
36.如權利要求35的氣體生產設備，其中所說的收集裝置包括一個逆燃防止器，它包括一個防止器殼體，其中填充有不鏽鋼毛並適合於部分地充水，氣體由導管導入至水的表面之下，以及一個用於從上述水的上部空間收集氣體的氣體出口。
37.如權利要求35的氣體生產設備，其中所說的收集裝置包括一個逆燃防止器，它含有用於檢出逆燃條件的傳感裝置，該傳感裝置的輸出用於開關一個或多個高速閥裝置和電流斷路裝置。
全文摘要
一種電解生產氣體的裝置，其中的水入口管具有壓力傳感器(31)和電磁閥(32)，水由泵(34)控制著通過過濾器(33)而進入貯水罐(35)。電解小室(13)靠供料泵(37)和電磁閥(38)維持其電解液，它們根據液面傳感器(39)和通過電磁閥(40)來向小室供水。氣體從出口孔(41)排出，通過電磁閥(43)進入貯水歧管(42)然後到達洗滌罐(48)。氣體通過歧管(44)從洗滌罐排出併到達真空泵(47)，它把氣體抽過帶有排水管的第一過濾器(45)和用以除去殘餘水分的第二過濾器(50)。在泵(47)之後氣體通到填充有金屬網的逆燃防止器(51)內的水平面之下。氣體然後經過除溼過濾器(52)和輸送泵(53)，然後通過中間電磁法(54)、出口歧管(55)和最後的電磁閥(58)，並被受控地送到電子監測出口逆燃防止器(56)，它含有紅外傳感器以監測逆燃條件和發出信號。
文檔編號C25B9/18GK1122615SQ94192011
公開日1996年5月15日 申請日期1994年3月2日 優先權日1993年3月15日
發明者M·L·凱撒 申請人:賴丁有限公司, 倫晶有限公司