[发明专利]生成并分离可燃气体的方法与装置

说明书

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(典型是铂)来分离氢的电子和质子。铂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℃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℃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，