專利名稱：產(chǎn)生氫和氧的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一容器中電解產(chǎn)生氫和氧。特別是，所述氫和氧可以根據(jù)要求被作為爆鳴氣體混合物(detonating gas mixture)排出。
在該說明書中，對任何現(xiàn)有技術(shù)的參考都不作為并且不應該作為所述現(xiàn)有技術(shù)形成部分澳大利亞公知常識的認可或任何形式的啟示。
在整個說明書和后附的權(quán)利要求中，除非上下文需要，否則詞語“包括”及其變型“包含”或“具有”將被理解為隱含包括指出的整體或步驟或者整體或步驟組，但不排除任何其它整體或步驟或者整體或步驟組。
背景技術(shù)：
用于通過電解產(chǎn)生氫氧混合物的目的和優(yōu)點是眾所周知的，而且例如可以從美國專利4124463、4442801、4450060、5217507、5231954、5399251和6257175以及WO 98/51842所公開的內(nèi)容中得到。
本發(fā)明源自美國專利4124463公開的內(nèi)容，所述專利涉及一種用于通過電解產(chǎn)生氫和氧的可燃混合物的方法和裝置。
在使用US 4124463的附圖中所示的普通形式的電解槽時，發(fā)現(xiàn)向包含陽極和陰極的殼體中注水將造成慢的反應時間并需要充足的電輸入，這種電輸入將導致液體沸騰。另外，如果殼體內(nèi)的水位降低到最靠上的電極板下方，則爆炸的可能性增加，其會從殼體中放出一定體積的沸騰液體。

發(fā)明內(nèi)容
記住在前述的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計中出現(xiàn)的相關(guān)問題已經(jīng)通過如下方式得到改善，即優(yōu)選的是，在沒有向容器注水或填充以使陽極和陰極完全浸入到水和電解液中的脈動模式(或稱脈沖模式)中控制電解槽中的水和電解液的計量供給。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該方法可使產(chǎn)生的氫氣和氧氣以脈動方式清潔電極，這容許最大的可能區(qū)域暴露給電解液和所施加的電壓，從而大大改善了電解作用。
電解槽容器不用作水和電解液的儲存器，其中的液體被連續(xù)地排出到一容納罐，但是由電解槽產(chǎn)生的氫和氧產(chǎn)生浮泡或泡沫。所述浮泡有效地在各相連的氣泡和系統(tǒng)地線之間形成導電體。這種通過氣泡的電接地以降低可燃混合物的靜電放電和點火的可能性的方式提高了安全性。
氫和氧氣泡的浮泡被從電解槽容器的頂部抽出，然后經(jīng)過洗滌罐，以破壞氣泡的粘結(jié)并釋放所包含的氫氣和氧氣。被釋放的氣體然后從洗滌罐進入一預備的干燥罐，該干燥罐由需要所述可燃混合物的系統(tǒng)使用。
通常，本發(fā)明的實施例適于根據(jù)需要產(chǎn)生氫和氧的混合物以便隨后用在如內(nèi)燃機或外燃機或其它裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一用于由水溶液產(chǎn)生氫和氧的電解槽(electrolytic cell)，所述電解槽包括多個具有相反極性的電極對，各電極基本上為平面狀并被設(shè)置在一基本水平的方向上，以及計量供給裝置，其用于控制水溶液在各對電極中的一個上的流動，其中，溶液從一個電極流向各對電極中的另一電極，而且在該電解槽被使用時，電極不被浸入到所含溶液的表面下方。
在根據(jù)本發(fā)明該方面的一實施例中，提供一電解槽，其具有普通的外觀但與美國專利US 4124463中披露的電解槽的操作不同，其中，具有寬間距的陽極和陰極對被形成為沿所述電極對的中央柱隔開的單元。
在該電解槽的另一實施例中，設(shè)有用于計量供給的裝置和優(yōu)選的脈動裝置，以用于將一定量的水和電解液(電解質(zhì)溶液)施加到各陰極-陽極對的最靠上的一個上，以便所述溶液落下或流到各陰極-陽極對的最靠下的一個上；用于從電解槽底部除去液體的裝置；以及用于輸送從電解槽中產(chǎn)生的氫和氧和/或含有浮泡或氣泡的氫和氧的裝置。
在又一實施例中，包圍著電解槽的容器形成有一個蓋，其被氣密地推壓配合到容器的本體上，以便如果容器內(nèi)的壓力超過預定極限時可與容器本體分離。
在另一實施例中，從電解槽輸出氫和氧的速率根據(jù)需要由控制裝置控制。這種裝置的例子被披露在US 4442801和US 4124463中。
附圖簡要說明現(xiàn)在將參照附圖通過例子說明本發(fā)明，其中

圖1為容納根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電解槽結(jié)構(gòu)的容器的平面圖和側(cè)視圖；圖2為圖1容器的幻影透視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的內(nèi)部電解槽的布置情況；圖3為沿圖1中的III-III線的剖面圖；圖4為與圖3類似的視圖，但為沿圖1中的IV-IV線的剖面圖；圖5為包含有本發(fā)明的電解槽的一電路的實施例的示意圖，其用于向例如內(nèi)燃機供給清潔、干燥的氫氧混合物；圖6為功率繼電器的一實施例的示意性電路圖，其用于控制根據(jù)圖5所示布置方式的電解槽電路的輸出；圖7為圖3和圖4的電解槽的透視圖；圖8為圖8的實施例的陽極-陰極對組件的分解圖；圖9為圖8的組件的一中間元件的平面圖和側(cè)視圖。
具體實施例方式
在圖1中，容器10包括一圓筒狀殼體11、底罩12和蓋13。蓋13被氣密地推壓配合到殼體11上，以便當殼體11內(nèi)積聚一定的壓力時與殼體脫離。
在蓋13上設(shè)有一水和電解液入口14和一用于氣體以及含有由殼體11中的電解槽產(chǎn)生的氣體的浮泡和氣泡的出口15。安裝到底罩12上的液體排出出口16將多余的水和電解質(zhì)從容器10中輸送到一返回儲存罐中，以用于再循環(huán)。
如圖2所示，中央柱17將電解槽的元件安裝在殼體10內(nèi)。陽極柱19和陰極柱20從蓋13中突出。
圖3和圖4中所示的內(nèi)部電解槽組件包括四個陰極-陽極對21，如圖8所示。電解液通過入口14供應給計量供給孔22，經(jīng)過所述孔流入液體供給管23中的電解液被脈動(pulsing)。管22底部的簧片閥24在過大的脈動壓力下打開，以將液體釋放到底罩12中，并經(jīng)出口16返回到一儲存罐中。
陰極接頭25將陰極連接到相應的柱20上，陽極接頭27將陽極28連接到柱19上。在各陰極-陽極對26、28之間(但是與中央柱17絕緣或由中央柱17絕緣)設(shè)有一中間元件，該元件由位于各陰極26下方和各陽極28上方的盤狀或杯狀部件29組成，且部件29位于中間元件30的上方和下方，所述中間元件30呈由一中間連接件33聯(lián)接的單件或一體式杯31和盤32的形式。絕緣墊圈34安裝在陰極-陽極對21的部件之間。在該實施例中，部件29和30由與陰極26和陽極28相同的導電材料制成，而且所述材料優(yōu)選地為不銹鋼。
各陰極26形成為倒置的錐形截面，因此其向上的傾斜面不僅給陰極提供一定的結(jié)構(gòu)強化，而且便于電解期間在各陰極表面產(chǎn)生的氣泡向上和向外排出或流動。各杯形陽極以類似的方式作用，以進行結(jié)構(gòu)強化并在電解期間易于氣體排出。
電解液被脈動輸送到各陰極26的頂面上，它填充至溢出并呈瀑布式地落到杯29上，然后經(jīng)過插入的中央元件30和各陰極-陽極對21的最靠下的杯29向下流到陽極28上。各陰極-陽極對21的陰極26和陽極28之間的電路通過呈瀑布式落下的電解液(當其從陰極向下經(jīng)過杯29、中央元件30和杯29流到陽極28時)完成。這意味著，一旦電解作用開始而且電解液形成浮泡，各對陰極和陽極之間的電通路由形成各氣泡表面的電解液保持，所述氣泡與浮泡的其它氣泡接觸。將電解液導入各陰極26的頂面的脈動作用還有利于擦抹作用，以釋放粘結(jié)到陰極上的氣泡。在沒有脈動的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)電解槽內(nèi)的電解液過熱的問題。
如圖中的實施例所示，中央柱17或者由絕緣材料制成，或者由包覆有絕緣材料35的導電材料制成。
在各陰極-陽極對組件21之間以及在柱17的頂部和底部處設(shè)有一絕緣塊36。支撐條37經(jīng)供給管23的側(cè)面將中央柱17與蓋13上的柱18相連，在該實施例中，所述支撐條37由不銹鋼制成。
圖5的示意性電路圖給出一實施例，其示出電解液的再循環(huán)和混合的氫及氧的輸出，以隨后用作將在內(nèi)燃機等中燃燒的燃料。
在圖5的電路圖中，含水電解液被儲存在具有一空氣出口41的罐40中。泵42經(jīng)過微粒過濾器43從罐40中提取溶液，并將它輸送到包含有電極的殼體10中，所述電極的形式如圖1至4和圖7至9所示，其作用在溶液上以產(chǎn)生氫氣和氧氣。多余的溶液經(jīng)出口16從殼體10中排出，并在通過熱交換器44冷卻后返回到罐40中。氣態(tài)氫和氧通過泵45從殼體10中抽出，并經(jīng)過洗滌器46，以將氣體混合物中的液體和任何夾雜的固態(tài)雜質(zhì)除去。從洗滌器46出來的氣體混合物被送到干燥室47，然后在48處被抽出，以根據(jù)需要使用。
圖6的示意性電路圖示出一功率繼電器的布局，以用于控制圖5的裝置的操作。該繼電器被設(shè)置為通過分別向一個或兩個柱20施加電壓而以半模式或全模式交替地操作電解槽。
在圖6的電路圖中，示出了一通過繼電器52連接到一電調(diào)制器單元51上的DC電源50。輸出的DC經(jīng)過繼電器53施加到裝在容器10中的電解槽的所有陰極上，或者通過繼電器54施加到一部分陰極上。
繼電器55控制泵42的操作，而繼電器56致動泵45。根據(jù)需要的操作控制可以施加給繼電器52-56，以確保在其經(jīng)過管路48的抽出速率變化時可產(chǎn)生并供應氫和氧。
最后，應該理解，本發(fā)明任何方面的創(chuàng)造性構(gòu)思可以被結(jié)合在許多不同的結(jié)構(gòu)中，因此，前述說明書的通用性不能由附圖的特定性代替。在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的前提下可以對部件的各種結(jié)構(gòu)和設(shè)置進行變型和/或添加。
權(quán)利要求
1.一種通過電解含水液體生產(chǎn)氫和氧的可燃混合物的方法，所述方法包括將該含水液體的液流供給至一基本水平且呈平面狀的電極上，并保持所述液體與電極接觸，同時促使過量供給的電解液流動至與另一基本水平且呈平面狀的電極接觸，該電極與所述一電極絕緣；在所述電極之間施加電壓，同時含水液體在所述電極之間的流動在電極之間形成一電路，從而在所述電極對的相反電極處產(chǎn)生氫和氧。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用多個順序設(shè)置在一豎直柱上的所述電極對。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，含水液體至電極的輸送的計量供給根據(jù)由電極產(chǎn)生可燃混合物的速率控制。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，剩余的含水液體從容納所述電極的容器中除去，以防止電極在產(chǎn)生可燃混合物期間被浸入水中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，被除去的含水液體被再循環(huán)，以計量供給而用于產(chǎn)生可燃混合物。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，含水溶液至電極的輸送根據(jù)由含水液體電解所產(chǎn)生的氫和氧的消耗率控制，以按照需要產(chǎn)生氫和氧。
7.一種用于由含水溶液產(chǎn)生氫和氧的電解槽，所述電解槽包括多個具有相反極性的電極對，各電極基本上呈平面狀并被設(shè)置在一基本水平的方向上，以及計量供給裝置，其用于控制含水溶液向各對電極中的一個上的流動，其中該溶液從一個電極向各對電極中的另一個流動，且當該電解槽被使用時，該電極不浸入所包含的溶液的表面的下方。
8.如權(quán)利要求7所述的電解槽，其特征在于，該電極被設(shè)置在一容器內(nèi)，該容器具有一出口，以用于將含水溶液導離電極，以避免電極浸沒在容器中積聚的溶液中。
9.如權(quán)利要求8所述的電解槽，其特征在于，所述容器包括一可分離的蓋，所述蓋具有一用于容器內(nèi)所產(chǎn)生的氣體的出口。
10.如權(quán)利要求9所述的電解槽，其特征在于，所述蓋被氣密地推壓配合到該容器上，以便容器內(nèi)積聚的氣體在預定的壓力下適于使蓋脫離。
11.如權(quán)利要求7至9中任何一項所述的電解槽，其特征在于，包括用于控制含水溶液至電極的輸送速率的控制裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的電解槽，其特征在于，含水溶液的輸送速率根據(jù)氫和氧從電解槽中的輸出速率控制。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種通過電解水產(chǎn)生氫和氧的混合物的方法和裝置，其中水被脈動地施加到電解槽上，同時在所述電極之間施加電壓，在進行電解時，電極不被浸入到在電極之間流動的水中。
文檔編號C25B9/00GK1568381SQ02820193
公開日2005年1月19日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者艾倫·帕特里克·凱西, 斯圖爾特·史密斯 申請人:艾倫·帕特里克·凱西, 斯圖爾特·史密斯