專利名稱：電化學(xué)電解槽及其組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)系統(tǒng)，尤其是涉及一種可拆卸電化學(xué)電解槽組件和用來(lái)接收和互連電化學(xué)電解槽組件的總管系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電解槽，即利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)形成電勢(shì)的電解槽，在很多電力供給應(yīng)用中是重要的一個(gè)方面。在多數(shù)這些應(yīng)用中，適當(dāng)?shù)碾娫葱枰褂枚鄠€(gè)互連的提供適當(dāng)輸出電壓和電流的電解槽。這通常是通過(guò)在適當(dāng)?shù)呐渲弥胁捎脵C(jī)電的方法永久地互連多個(gè)電解槽來(lái)實(shí)現(xiàn)。不幸的是，在這種情況下，當(dāng)一個(gè)電解槽失效時(shí)，很難更換該失效的電解槽。結(jié)果必須更換整個(gè)電解槽。
在專利號(hào)為5,804,329的美國(guó)專利中描述了一種改進(jìn)的電轉(zhuǎn)換電解槽結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，該專利在此引用以做參考。在其中描述的電轉(zhuǎn)換電解槽實(shí)施例中，靠半透膜將陽(yáng)極溶液和陰極溶液分離開(kāi)來(lái)。因?yàn)樵撾娊獠蹫樨?fù)載提供電能，于是在這種溶液中發(fā)生了化學(xué)轉(zhuǎn)換。為了延長(zhǎng)電池的壽命，可通過(guò)電解槽來(lái)循環(huán)溶液，用新的電解液溶液更換轉(zhuǎn)換后的溶液。在這樣的系統(tǒng)中，可不間斷地更換電解液溶液，并且在該電解槽組件中陽(yáng)極和陰極一般是不會(huì)壞的，因此使電解槽壽命延長(zhǎng)。然而，由于各種原因，包括物理?yè)p傷、泄漏或者熱燒毀，該電解槽最終還是會(huì)失效。這樣，在多電解槽電池中，就需要能夠快速的更換失效的電解槽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電解槽結(jié)構(gòu)，其能夠方便地更換失效的電解槽。
據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種可拆卸電化學(xué)電解槽系統(tǒng)組件，其能與電化學(xué)電解槽總管配合。該可拆卸電化學(xué)電解槽組件包括電解槽殼體，電解槽殼體具有界面表面、第一小室、第二小室和至少一個(gè)機(jī)械連接器，借此可拆卸電化學(xué)電解槽可與總管配合。另外，該電解槽組件有將第一和第二小室隔離的中間膜，與每個(gè)小室液體連通并從第一小室延伸通過(guò)該電解槽殼體的界面表面的一對(duì)入口和出口導(dǎo)管。在界面表面，入口和出口導(dǎo)管具有連接器，在與總管配合時(shí)將對(duì)應(yīng)的導(dǎo)管連接到總管上。而且，該電解槽組件還包括在每個(gè)小室中從小室延伸通過(guò)界面表面的電導(dǎo)體并與電導(dǎo)體電連接的電導(dǎo)體，提供與總管的電連接。
優(yōu)選的，每個(gè)電解槽的流體的、機(jī)械的和電連接器都在每個(gè)電解槽的一個(gè)界面?zhèn)?，并與總管上對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)連通。這樣，本發(fā)明提供一種電解槽組件，能按方便更換失效電解槽的方式在流體和機(jī)械連通中配合。
根據(jù)本發(fā)明的可拆卸電化學(xué)電解槽組件的另一個(gè)實(shí)施例是，在電解槽組件的入口和出口導(dǎo)管上使用單向閥，可操作單向閥來(lái)控制進(jìn)出電解槽的流體流量。在將電解槽組件從總管上拆下時(shí)，該單向閥可防止從電解槽組件的流體的溢出。而且，單向閥還可以用來(lái)防止流體回流到電解槽中，而回流是在總管的電解槽中壓力不均勻時(shí)造成的。
根據(jù)本發(fā)明的可拆卸電化學(xué)電解槽組件的另一個(gè)方面是，在電解槽殼體的一個(gè)或者所有小室中加入與電導(dǎo)體電連接的導(dǎo)電填充材料。
根據(jù)本發(fā)明的可拆卸電化學(xué)電解槽組件的另一個(gè)方面是，加入與電解槽殼體的一個(gè)或所有小室流體連通的一個(gè)或者多個(gè)排泄導(dǎo)管。排泄導(dǎo)管從小室延伸通過(guò)電解槽殼體的界面表面。另外，每個(gè)排泄導(dǎo)管可包括在電解槽組件從總管拆下時(shí)，防止從電解槽組件來(lái)的流體的溢出的單向閥。而且，每個(gè)排泄導(dǎo)管在界面表面可包括連接器，用來(lái)提供與總管的對(duì)應(yīng)導(dǎo)管的連接。而且，帶排泄導(dǎo)管的每個(gè)小室有從小室延伸出的泄放閥，操作該泄放閥使其與排泄導(dǎo)管的單向閥協(xié)同工作。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是，提供一種與總管一起工作的可拆卸電解槽組件，其中可拆卸電解槽組件適合帶氫燃料電解槽使用。該可拆卸氫電解槽組件加入了氫燃料電解槽，其包括氫氣入口導(dǎo)管，空氣入口導(dǎo)管，副產(chǎn)品出口導(dǎo)管和電端子。氫氣入口導(dǎo)管包括流體阻塞過(guò)濾器，該流體阻塞過(guò)濾器允許氫氣流入到氫燃料電解槽同時(shí)防止來(lái)自流體導(dǎo)管的流體的進(jìn)入?？諝馊肟趯?dǎo)管包括允許空氣進(jìn)入氫燃料電解槽同時(shí)防止氫氣逃逸的閥。另外，該可拆卸氫電解槽組件包括氫電解槽流體導(dǎo)管，該氫電解槽流體導(dǎo)管包括入口孔，流體出口孔和氫集氣室。氫集氣室可連接到氫入口導(dǎo)管，于是允許任何收集后的氫氣進(jìn)入氫入口導(dǎo)管。氫燃料電解槽的副產(chǎn)品出口導(dǎo)管包括單向閥和連接到氫電解槽流體導(dǎo)管的出口孔，因此允許在氫燃料電解槽中形成的任何流體副產(chǎn)品進(jìn)入氫電解槽流體導(dǎo)管同時(shí)防止來(lái)自流體導(dǎo)管的流體進(jìn)入氫燃料電解槽。氫電解槽的電極允許氫燃料電解槽在可拆卸氫電解槽組件與總管配合時(shí)電連接到總管。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種與可拆卸電解槽組件一起工作的電化學(xué)電解槽總管。該總管包括接觸表面和被總管支撐的源頭、返回流體導(dǎo)管。每個(gè)導(dǎo)管包括至少一個(gè)延伸穿過(guò)總管的接觸表面的流體連接器，總管的接觸表面可與可拆卸電解槽組件的相應(yīng)導(dǎo)管的流體連接器配合。另外，總管包括被總管支撐的電導(dǎo)管，每個(gè)電導(dǎo)管包括至少一個(gè)電接收器和至少一個(gè)電端子。該電接收器允許在總管與電解槽組件配合時(shí)連接電解槽組件的相應(yīng)的電導(dǎo)體?？偣艿碾姸俗涌梢允侨魏芜m宜的電接口，來(lái)允許任何由總管和電解槽組件聯(lián)合產(chǎn)生的電勢(shì)施加到外部負(fù)載上。另外，總管包括機(jī)械連接器，在總管與電解槽組件配合時(shí)，將可拆卸電解槽夾持在總管上。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電解槽總管的一個(gè)方面是，加入被總管支撐的一個(gè)或多個(gè)流體排泄導(dǎo)管。每個(gè)流體排泄導(dǎo)管包括延伸穿過(guò)接觸表面的連接器，其能提供和電解槽組件的相應(yīng)排泄導(dǎo)管連接器的連接。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電解槽總管的另一個(gè)方面是，為總管的每個(gè)流體連接器加入流體閥。操作該流體閥可控制流體流量，或者防止任何流體的溢出，溢出是將電解槽組件從總管上拆開(kāi)時(shí)在總管中發(fā)生的。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)電解槽總管的另一個(gè)方面是加入帶遠(yuǎn)距離接觸表面的遠(yuǎn)距離總管，該遠(yuǎn)距離接觸表面被流體和電延伸部分連接到流體連接器和電接收器，因此允許電解槽組件和遠(yuǎn)距離接觸表面配合，而電解槽組件可以離總管的接觸表面較遠(yuǎn)。此外，遠(yuǎn)距離接觸表面可以包括遠(yuǎn)距離機(jī)械連接器，將電解槽組件保持在遠(yuǎn)距離接觸表面。
本發(fā)明的另一方面是提供一種電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征是將總管和至少一個(gè)可拆卸電化學(xué)電解槽組件結(jié)合，前邊已經(jīng)描述了其各種形式。除了總管和至少一個(gè)可拆卸電化學(xué)電解槽組件的結(jié)合，電化學(xué)電解槽系統(tǒng)包括至少一個(gè)源頭流體接收容器和至少一個(gè)泵；每個(gè)接收容器和泵連接到被總管支撐的每個(gè)源頭導(dǎo)管。泵可控制流體從每個(gè)流體接收容器流至相應(yīng)的源頭流體導(dǎo)管。第二返回接收容器可以用來(lái)使流體從相應(yīng)返回流體導(dǎo)管流至返回接收容器(接收使用過(guò)的流體)。上述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)的另一方面是加入帶總管的每個(gè)排泄導(dǎo)管的每個(gè)返回接收容器，其中每個(gè)排泄導(dǎo)管向已使用的流體接收容器排空。
上述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)的另一方面是加入一個(gè)或多個(gè)可拆卸氫電解槽組件。通過(guò)將氫電解槽組件的流體入口孔連接到總管的源頭流體連接器，以及通過(guò)將氫電解槽組件的流體出口孔連接到總管，可以將可拆卸氫電解槽組件與系統(tǒng)的總管配合起來(lái)。而且，可拆卸氫電解槽組件的電端子可電連接到總管的電導(dǎo)管，并且氫電解槽的機(jī)械連接器可以與總管的機(jī)械連接器配合。這樣，可以將一個(gè)或多個(gè)可拆卸氫燃料電解槽組件加入到任何去除氫氣的系統(tǒng)中，氫氣通過(guò)將任何電化學(xué)電解槽組件與該系統(tǒng)配合的過(guò)程中形成的。


結(jié)合示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下面的詳細(xì)描述將使本發(fā)明更多的目的、特征顯而易見(jiàn)，其中圖1是由多個(gè)可更換電解槽配合互連總管形成的電解槽的透視圖；圖2是互連的總管的頂視平面圖；圖3是圖2中示例總管的橫截面正視圖；圖4是電解槽的正視圖，適合與圖2所示的總管互連；圖5是在圖4中所示的電解槽實(shí)施例沿截面線5-5的橫截面圖；圖6是在圖5中所示的電解槽實(shí)施例沿截面線6-6的橫截面圖；圖7是適合與電解槽和總管的組合一起使用的流體系統(tǒng)的示意圖；圖8是采用總管的可拆卸氫電解槽組件的橫截面視圖；圖9是連接到圖2中的總管的遠(yuǎn)總管表面的橫截面圖；圖10是圖4中電解槽的圓柱實(shí)施例的橫截面頂視圖。
在所有的圖中，相同的附圖標(biāo)記和特征，除非另有說(shuō)明，用來(lái)表示所描述實(shí)施例的相同的特征、元件、組件或部分。而且，結(jié)合附圖將詳細(xì)討論本發(fā)明，其的確與所述實(shí)施例關(guān)聯(lián)。應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離被權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的真正范圍和精神的前提下可以對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行變化和修改。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例的透視圖，包括可拆卸配合在支撐總管102上的多個(gè)可更換電解槽100。當(dāng)電解槽配合在支撐總管102上時(shí)，支撐總管與電解槽100流體連接和電連接，這樣就建立了電化學(xué)電解槽系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括在總管102和電解槽100間循環(huán)電解液的多個(gè)流體界面接頭104，106，108和110。電極如極柱112和114電連接到電解槽100，這樣通過(guò)極柱112和114將呈現(xiàn)電勢(shì)。極柱112和114或者其他適合的電接口連接為將電解槽組件連接到負(fù)載提供了方便的方法。
當(dāng)電解槽100工作而為負(fù)載提供電力時(shí)，在電解槽中和已經(jīng)氧化的“燃料”相互作用的電極稱為陽(yáng)極。在該小室中的流體稱為陽(yáng)極電解質(zhì)。另一電解半槽中的電極通常稱為陰極，提供到該小室的流體稱為陰極電解質(zhì)，在半空氣電解槽實(shí)施例中，陰極電解質(zhì)可以是如液體電解質(zhì)、軟膏、或者空氣的流體。具體陽(yáng)極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)的選擇對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施并不是關(guān)鍵，分別可以用氫硼化物和氯酸鈉。
圖2和3示出了支撐總管102的示例性實(shí)施例。支撐總管102，優(yōu)選的是由絕緣材料形成，通常具有一定厚度，至少在其中通過(guò)例如鉆孔形成兩個(gè)流體導(dǎo)管-源頭流體導(dǎo)管212和返回流體導(dǎo)管214?？梢愿鶕?jù)具體的應(yīng)用將總管設(shè)計(jì)成各種形狀和配置。源頭流體導(dǎo)管212和至少一個(gè)源頭流體連接器220流體連通，源頭流體連接器220延伸通過(guò)總管102的界面。源頭流體連接器220在源頭流體導(dǎo)管212和可拆卸電解槽100之間提供流體連通。類似的，返回流體導(dǎo)管214包括延伸通過(guò)總管102界面的至少一個(gè)源頭流體連接器222，在返回流體導(dǎo)管214和可拆卸電解槽100之間提供流體連通。
當(dāng)用機(jī)械連接器224的方法將電解槽100固定在總管102上時(shí)，就建立起流體通道從接頭104開(kāi)始，經(jīng)過(guò)導(dǎo)管212，孔220，電解槽100，孔222，導(dǎo)管214，再經(jīng)過(guò)第二接頭106返回外部返回容器(未示出)。在已選定的電池化學(xué)需要另外電解液的過(guò)程中，按相同的方式建立和流體界面接頭108，110和孔234，236連接的第二對(duì)流體導(dǎo)管226，228。安裝結(jié)構(gòu)224可采用傳統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)，例如螺栓、夾緊裝置、帶棘齒的彈簧負(fù)載臂(將電解槽夾持在配合位置)，或者帶夾持機(jī)構(gòu)的鉤子?？蛇x的，電解槽組件和總管之間電的、流體和機(jī)械方式連通結(jié)合到一個(gè)結(jié)構(gòu)中，因此提供了可加入到電路板中的電解槽結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，單路流體閥或單向閥302可置于流體通路中，位于在總管102中靠近源頭和返回流體連接器220，222處，或者在電解槽組件100的流體入口和出口導(dǎo)管中，或者上述位置都設(shè)置。源頭和返回流體連接器220，222在電解槽組件100和總管102配合時(shí)打開(kāi)使流體流入電解槽，在不與總管102配合時(shí)關(guān)閉以防止電解槽組件100中流體的流失。這樣，單向閥302就允許立刻更換電解槽而不需要將總管102和其他電解槽中的液體排干?？蛇x的，單向閥的使用允許電解槽獨(dú)立于總管操作，并在重新充入電解液時(shí)與總管接觸。當(dāng)電解槽移走時(shí)可彈性加載單向閥302使之自動(dòng)關(guān)閉。單向閥302執(zhí)行附加功能。如果電解槽組件100比其他電解槽產(chǎn)生更多的氫氣副產(chǎn)品，由氣體造成的壓力的局部增大會(huì)與鄰近電解槽產(chǎn)生較少氫的操作發(fā)生干涉。在這樣的情況下流體單向閥302可防止流體的回流。通過(guò)操作開(kāi)關(guān)，可手動(dòng)地控制流體單向閥302，或者通過(guò)傳感器自動(dòng)地控制，在測(cè)出電解槽的物理配合或拆開(kāi)時(shí)傳感器觸發(fā)單向閥的操作。另外，根據(jù)預(yù)定的條件可用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制單向閥302。
支撐總管102還包括陽(yáng)極連接器230和陰極連接器232，其露出在總管102的界面表面340(即與可拆卸電解槽100接合的表面)上。電接收器230，232可采用任何形式的在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的電連接，這種電連接可在電解槽100和總管102之間提供可拆卸配合的電接口。例如，可以使用彈性接觸器、插座、鏟式插座和類似的，只要在電解槽100上提供適宜的配合連接就可以。接觸器可以是雙極的。在可選的實(shí)施例中，具有導(dǎo)電接觸區(qū)的印刷電路板可用來(lái)形成并且互連電連接器、陽(yáng)極連接器230和陰極連接器232。有利地，可以在電解槽或與總管配合的地方使用電開(kāi)關(guān)，按與上述單向閥類似的方法工作來(lái)控制從電解槽到總管的電導(dǎo)管的電勢(shì)應(yīng)用。在更換電解槽時(shí)這種開(kāi)關(guān)可防止電解槽的損傷或?qū)Σ僮髡叩膫Α?br> 有多個(gè)電解槽的電池中，可以用電導(dǎo)管240，242按并聯(lián)(即所有陽(yáng)極連接器230互連，所有陰極連接器232互連)或串聯(lián)(即陽(yáng)極或陰極順序跨接)將電極230，232互連。在每個(gè)電連接處電開(kāi)關(guān)的使用允許根據(jù)所需電池的電壓和電流輸出任意組合這些配置。在使用串聯(lián)配置地方，當(dāng)更換電解槽時(shí)跨接陽(yáng)極和陰極的開(kāi)關(guān)可用作分流器，因此允許系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)使用印刷電路板時(shí)，電導(dǎo)管240，242可直接形成在其上?？蛇x的，電導(dǎo)管240，242可采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的導(dǎo)線連接，固定在總管102上的導(dǎo)電條等等。
參見(jiàn)圖4，電解槽100在界面表面440上大致包括第一入口連接器402和第一出口連接器404，上述連接器在與總管102配合時(shí)提供與總管的源頭和返回連接器220，236的流體連通。類似的，在第二電解液循環(huán)通過(guò)電解槽100時(shí)，第二入口連接器406第二出口連接器408提供與源頭和返回連接器234，236的流體連通。為了實(shí)現(xiàn)流體連接器402、406和入口、出口孔234，236之間完全防流體泄漏配合，應(yīng)當(dāng)按與入口、出口連接器密封配合來(lái)設(shè)計(jì)流體連接器402、406的尺寸和形狀。而且，可設(shè)置如O形圈的密封件。設(shè)計(jì)O形圈使其在受壓時(shí)填充入口和開(kāi)口連接器之間的空隙，因此提供了液密密封。
電解槽100還包括第一電端子(陽(yáng)極端子)和第二電端子(陰極端子)432。在電解槽100和總管102配合時(shí)，端子430，432分別與總管102的電導(dǎo)管230，232電連接。電解槽與總管的機(jī)械配合可與單向閥和電開(kāi)關(guān)一起協(xié)調(diào)操作，來(lái)在電解槽組件和總管之間同時(shí)提供電的、流體的和機(jī)械的連接。
圖5是電解槽100的橫截面圖，進(jìn)一步示出了電解槽100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電解槽100基本上由帶兩個(gè)半槽或小室502，504的容器501形成，其中小室502，504由將電解槽分為第一(陽(yáng)極)小室502和第二(陰極)小室504的中心膜或增壓室503隔離開(kāi)來(lái)。容器501可以是任何適合的材料，如塑料、陶瓷、膠版或化合物。每個(gè)電解半槽的小室包括主壁，主壁有周邊和限定流體容納井的垂直延伸壁區(qū)。增壓室503提供陽(yáng)極小室502和陰極小室504之間的流體隔離。增壓室503是半透膜，允許離子在陽(yáng)極小室502和陰極小室504之間移動(dòng)。如在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的，及專利號(hào)為5,804,329的美國(guó)專利進(jìn)一步描述的，增壓室503可以是陰離子膜、陽(yáng)離子膜或雙極性膜，這取決于所選電解槽的化學(xué)性質(zhì)。增壓室503可以由聚四氟乙烯或塑料薄膜(例如Nathion、或碳涂覆膜)形成來(lái)提供離子傳輸。而且，每個(gè)電解槽可以有多于兩個(gè)的小室，每個(gè)由至少一個(gè)膜隔離。在可選的實(shí)施例中，帶多個(gè)小室的每個(gè)電解槽具有不同表面積的電極，因此允許電解槽按各種電力級(jí)別產(chǎn)生電荷。
圖10示出了圖4中電解槽的圓柱實(shí)施例的橫截面頂視圖。根據(jù)電解槽使用目的具體空間需求，按多種不同外形和/或配置來(lái)設(shè)計(jì)電解槽組件。
在陽(yáng)極小室502中是電連接到陽(yáng)極430的第一電導(dǎo)體或陽(yáng)極508。當(dāng)使用可更換流體作為電解槽100的燃料時(shí)，優(yōu)選的陽(yáng)極508僅用作非消耗導(dǎo)管來(lái)產(chǎn)生電勢(shì)并且不參加電化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)選的，陽(yáng)極508和陽(yáng)極端子430由耐腐蝕合金形成，例如Monel。陽(yáng)極小室502基本上可用導(dǎo)電填充材料510來(lái)填充，導(dǎo)電填充材料510增強(qiáng)小室中陽(yáng)極的導(dǎo)電面積，基本不會(huì)抑制第一電解液的流量，其中在陽(yáng)極小室中第一電解液采用陽(yáng)極電解液。填充材料510可以是導(dǎo)電篩、金屬泡沫、金屬編織產(chǎn)品和類似的，這些材料在為導(dǎo)電提供增加的表面區(qū)域的同時(shí)允許流體的通過(guò)。
類似的，在陰極小室504中是電連接到陰極端子432上的第二導(dǎo)電體509。同樣的，優(yōu)選的是第二導(dǎo)電體509和陰極端子432由耐腐蝕合金如Monel形成。陰極小室504基本上用第二導(dǎo)電填充材料511填充，第二導(dǎo)電填充材料511在基本不抑制第二電解液的流量的情況下增強(qiáng)導(dǎo)電表面積。
圖6是進(jìn)一步示出陰極小室504的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其中流體導(dǎo)管的橫截面圖。入口連接器404和入口導(dǎo)管602流體連通，鉆通垂直延伸側(cè)壁的一部分與小室504的底部連通而形成入口導(dǎo)管602。出口連接器402與出口導(dǎo)管604流體連通，出口導(dǎo)管604沿著電解槽100的周邊延伸并經(jīng)由流體開(kāi)口606提供與陰極小室504的上部的流體連通。當(dāng)電解槽和總管102配合時(shí)，電解液施加到入口連接器404，溶液填充陰極小室504。當(dāng)陰極小室504被填滿時(shí)，電解液經(jīng)由流體開(kāi)口606、出口導(dǎo)管604和出口連接器402返回，供給總管102，最終返回至已使用電解質(zhì)容器。有利地，當(dāng)電解槽在安裝之前被電解液注入時(shí)，或者儲(chǔ)存非反應(yīng)流體如水時(shí)，就不需要排泄閥608。
在電解槽組件被移開(kāi)允許空氣進(jìn)入電解槽組件時(shí)，可操作電解槽排泄閥608來(lái)方便流體的排泄，因此更換排泄流體。也可以和單向閥612一起控制電解槽排泄閥608來(lái)打開(kāi)流體出口和關(guān)閉流體入口，因此允許流體返回系統(tǒng)，同時(shí)防止空氣經(jīng)由空氣排泄閥608進(jìn)入總管。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可加入隔離流體排泄導(dǎo)管610，來(lái)使流體從移開(kāi)的電解槽返回到系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施例中，流體排泄導(dǎo)管610允許電解槽中的流體排泄到總管的排泄導(dǎo)管，同時(shí)空氣從電解槽排泄閥608進(jìn)入。排泄導(dǎo)管610可以和單向閥614一起操作。排泄單向閥614的使用可以結(jié)合單向閥612和608，這樣當(dāng)排干電解槽時(shí)，單向閥612被關(guān)閉以防止電解槽的排泄破壞系統(tǒng)的壓力。
圖7是個(gè)示意圖，示出了本發(fā)明的一系列電解半槽的電解質(zhì)的流體傳輸系統(tǒng)。電解質(zhì)的供應(yīng)儲(chǔ)存在源頭流體容器702，靠供應(yīng)泵704提供給電解半槽?？蛇x的，在配置允許流體在重力的作用下通過(guò)電解槽組件各部分時(shí)泵就不是必須的。與電解槽的每個(gè)電解半槽相連，優(yōu)選的是流體單向閥控制流體的分布，并方便拆卸單個(gè)電解槽。如果需要可設(shè)置共用的返回導(dǎo)管來(lái)將使用過(guò)的電解質(zhì)運(yùn)輸?shù)椒祷亓黧w容器703。用過(guò)的電解質(zhì)可以用來(lái)進(jìn)一步工業(yè)處理，或者使電化學(xué)反應(yīng)反向“再充電”電解質(zhì)而使電解質(zhì)再生。在可選的實(shí)施例中，多個(gè)總管可互連到共同的導(dǎo)管和/或電系統(tǒng)。
如圖8所示，氫燃料電解槽組件可加入到系統(tǒng)來(lái)從流體中除去氫副產(chǎn)品，并提供電力的附加電源。氫電解槽組件801包括氫燃料電解槽802，氫燃料電解槽802通常需要?dú)淙肟趯?dǎo)管803、空氣入口導(dǎo)管804和副產(chǎn)品出口導(dǎo)管805?？梢詮腂allard Power Systems和DeNora，S.p.A.購(gòu)得氫燃料電解槽。另外，氫電解槽組件801包括流體導(dǎo)管806，流體導(dǎo)管806具有延伸通過(guò)界面表面809的入口孔807和出口孔808，和氫集氣室810。氫集氣室810允許在電解質(zhì)中生成的氫穿過(guò)流體導(dǎo)管806聚集，繼續(xù)流向氫入口導(dǎo)管803。氫入口導(dǎo)管803具有流體阻塞過(guò)濾器，如疏水過(guò)濾器，以便允許氫進(jìn)入入口導(dǎo)管同時(shí)使液體電解質(zhì)不能進(jìn)入。氫電解槽802的副產(chǎn)品出口導(dǎo)管805允許在氫燃料電解槽的反應(yīng)中產(chǎn)生的水，或者其他液體從氫燃料電解槽通過(guò)并流至流體導(dǎo)管806。副產(chǎn)品出口805具有單向閥812，以防止來(lái)自流體導(dǎo)管806的流體回流至氫電解槽802。氫燃料反應(yīng)的副產(chǎn)品水或者從氫燃料電解槽排掉，或者虹吸、返回到總管。副產(chǎn)品出口805可以具有單向閥812或者使用親水過(guò)濾器。單向閥813可以用在流體導(dǎo)管816中來(lái)控制穿過(guò)組件的流體的流量。氫電解槽組件還可以包括施加電力至總管102的電端子814。在要求從一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)流體中除去不同程度的氫的情況下，一個(gè)或多個(gè)氫燃料電解槽可以和總管配合。
本發(fā)明允許使用遠(yuǎn)離總管的一系列流體的、電的、機(jī)械的連接器來(lái)連接單個(gè)電解槽，因此提供了可選的電解槽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖9示出了帶遠(yuǎn)距離總管表面901的遠(yuǎn)距離總管，支撐遠(yuǎn)距離源頭流體連接器909，遠(yuǎn)距離源頭流體連接器909與源頭流體延伸部分902相連來(lái)提供遠(yuǎn)距離源頭流體孔915。源頭流體延伸部分902可連接總管102的源頭流體連接器220，來(lái)提供總管102的源頭流體導(dǎo)管212和遠(yuǎn)距離源頭流體孔915之間的流體連通。類似的，遠(yuǎn)距離返回流體連接器910連接至返回流體延伸部分903，提供遠(yuǎn)距離返回流體孔916。返回流體延伸部分903可連接總管102的返回流體連接器222，來(lái)提供總管的返回流體導(dǎo)管214和遠(yuǎn)距離返回流體孔916之間的流體連通。另外，可以將被遠(yuǎn)距離總管表面901支撐的遠(yuǎn)距離電連接器(遠(yuǎn)距離陽(yáng)極)913和第一電延伸部分906一起使用，來(lái)提供遠(yuǎn)距離陽(yáng)極913和總管102的陽(yáng)極230之間的電連接。另外，在和遠(yuǎn)距離總管表面901配合時(shí)，遠(yuǎn)距離機(jī)械連接器908可以用于與電解槽組件100配合。
如果使用第二流體系統(tǒng)，可以采用第二套源頭和返回流體連接器911，912來(lái)應(yīng)用上述系統(tǒng)，源頭和返回流體連接器911，912連接第二套源頭和返回流體延伸部分904，905，來(lái)提供第二套遠(yuǎn)距離源頭流體孔917，918。類似的，被遠(yuǎn)距離總管表面901支撐的第二遠(yuǎn)距離電連接器(遠(yuǎn)距離陰極)914可以和第二電延伸部分907一起使用，來(lái)提供遠(yuǎn)距離陰極914和總管102的陰極232之間的電連接。
這樣，本發(fā)明提供一種電解槽結(jié)構(gòu)，方便從總管將電解槽組件連接和拆卸。雖然結(jié)合具體示例性實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)明白在不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以對(duì)已公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行各種改變、替代和變化。
權(quán)利要求
1.一種可拆卸電化學(xué)電解槽組件，與總管一起工作，包括具有界面表面、第一小室、第二小室和至少一個(gè)機(jī)械連接器的電解槽殼體；隔離第一小室、第二小室的中心膜；至少一個(gè)第一入口導(dǎo)管和至少一個(gè)第一出口導(dǎo)管，與第一小室流體連通，第一入口導(dǎo)管和第一出口導(dǎo)管從第一小室延伸通過(guò)界面表面；在第一小室中的至少一個(gè)第一電導(dǎo)體；至少一個(gè)第一電端子，從第一小室延伸通過(guò)界面表面，第一電端子與第一電導(dǎo)體電連接；在第二小室中的至少一個(gè)第二電導(dǎo)體；至少一個(gè)第二電端子，從第一小室延伸通過(guò)界面表面，第二電端子與第二電導(dǎo)體電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括至少一個(gè)第二入口導(dǎo)管和至少一個(gè)第二出口導(dǎo)管，與第二小室流體連通，第二入口導(dǎo)管和第二出口導(dǎo)管從第二小室延伸通過(guò)界面表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括與第一入口導(dǎo)管配合的第一入口單向閥，和與第一出口導(dǎo)管配合的第一出口流體單向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括與第一入口導(dǎo)管配合的第一入口單向閥，與第一出口導(dǎo)管配合的第一出口流體單向閥，與第二入口導(dǎo)管配合的第二入口單向閥，和與第二出口導(dǎo)管配合的第二出口流體單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括與第一電導(dǎo)體電連接的第一導(dǎo)電填充材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，還包括與第一電導(dǎo)體電連接的第一導(dǎo)電填充材料；和與第二電導(dǎo)體電連接的第二導(dǎo)電填充材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括第一排泄導(dǎo)管，和第一小室流體連通并從第一小室延伸通過(guò)界面表面，第一排泄導(dǎo)管具有排泄導(dǎo)管單向閥；和第一小室泄放閥，從第一小室延伸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括第一排泄導(dǎo)管，和第一小室流體連通并從第一小室延伸通過(guò)界面表面，第一排泄導(dǎo)管具有第一排泄導(dǎo)管單向閥；第二排泄導(dǎo)管，和第二小室流體連通并從第二小室延伸通過(guò)界面表面，第二排泄導(dǎo)管具有第二排泄導(dǎo)管單向閥；第一小室泄放閥，從第一小室延伸出；和第二小室泄放閥，從第二小室延伸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括至少一個(gè)附加流體小室；至少一個(gè)附加膜，附加膜將附加流體小室與至少一個(gè)其他小室隔開(kāi)；至少一個(gè)附加入口導(dǎo)管和至少一個(gè)附加出口導(dǎo)管；和至少一個(gè)附加電導(dǎo)體。
10.一種可拆卸電化學(xué)電解槽組件，與總管一起工作，包括具有氫電解槽界面表面的氫燃料電解槽；與氫燃料電解槽流體連通的氫氣入口導(dǎo)管；與氫氣入口導(dǎo)管配合的流體阻塞過(guò)濾器；與氫燃料電解槽流體連通的空氣入口導(dǎo)管；與空氣入口導(dǎo)管配合的空氣入口閥；氫電解槽流體導(dǎo)管，具有延伸通過(guò)氫電解槽界面表面的流體入口孔、延伸通過(guò)氫電解槽界面表面的流體開(kāi)口孔和氫集氣室，該氫集氣室與氫氣入口導(dǎo)管流體連通；與氫燃料電解槽流體連通的副產(chǎn)品出口導(dǎo)管，該副產(chǎn)品出口導(dǎo)管具有副產(chǎn)品出口孔，副產(chǎn)品出口孔與氫電解槽流體導(dǎo)管流體連通；和第二氫電解槽電端子，與氫電解槽電連接，第二氫電解槽電端子延伸通過(guò)氫電解槽界面表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可拆卸電化學(xué)電解槽組件，其特征在于，還包括與副產(chǎn)品出口導(dǎo)管配合的副產(chǎn)品出口閥；和與氫電解槽電連接的第一氫電解槽電端子，第一氫電解槽電端子延伸通過(guò)氫電解槽界面表面。
12.一種電化學(xué)電解槽總管，與可拆卸電解槽組件一起工作，包括具有接觸表面的總管；至少一個(gè)被總管支撐的源頭流體導(dǎo)管；至少一個(gè)延伸通過(guò)接觸表面的源頭流體連接器，并與所述至少一個(gè)源頭流體導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的返回流體導(dǎo)管；至少一個(gè)延伸通過(guò)接觸表面的返回流體連接器，并與所述至少一個(gè)返回流體導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的第一電導(dǎo)管；至少一個(gè)第一電接收器，與所述至少一個(gè)第一電導(dǎo)管電連接；和至少一個(gè)第一電端子，與所述至少一個(gè)第一電導(dǎo)管電連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電解槽總管，其特征在于，還包括至少一個(gè)被總管支撐的第二電導(dǎo)管；至少一個(gè)第二電接收器，與所述至少一個(gè)第二電導(dǎo)管電連接；至少一個(gè)第二電端子，與所述至少一個(gè)第二電導(dǎo)管電連接；和至少一個(gè)機(jī)械連接器，將可拆卸電解槽夾持到總管。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電解槽總管，其特征在于，還包括至少一個(gè)被總管支撐的流體排泄導(dǎo)管，和至少一個(gè)流體排泄連接器，延伸通過(guò)接觸表面并且和至少一個(gè)流體排泄導(dǎo)管流體連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電解槽總管，其特征在于，還包括與所述至少一個(gè)源頭流體連接器配合的源頭流體閥，和與所述至少一個(gè)返回流體連接器配合的返回流體閥。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電解槽總管，其特征在于，還包括遠(yuǎn)距離接觸表面；與所述至少一個(gè)源頭流體連接器流體連通的源頭流體延伸部分，在遠(yuǎn)距離接觸表面提供源頭流體孔；與所述至少一個(gè)返回流體連接器流體連通的返回流體延伸部分，在遠(yuǎn)距離接觸表面提供返回流體孔；和與所述至少一個(gè)第一電連接器電連接的第一電延伸部分，在遠(yuǎn)距離接觸表面提供第一遠(yuǎn)距離電連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電化學(xué)電解槽總管，其特征在于，還包括第二電延伸部分，與所述至少一個(gè)第二電連接器電連接，在遠(yuǎn)距離接觸表面提供第二遠(yuǎn)距離電連接；和遠(yuǎn)距離機(jī)械連接器。
18.一種電化學(xué)電解槽系統(tǒng)包括具有界面表面、第一小室、第二小室和至少一個(gè)機(jī)械連接器的電解槽殼體；隔離第一小室、第二小室的中心膜；至少一個(gè)第一入口導(dǎo)管和至少一個(gè)第一出口導(dǎo)管，與第一小室流體連通，第一入口導(dǎo)管和第一出口導(dǎo)管從第一小室延伸通過(guò)界面表面；至少一個(gè)第二入口導(dǎo)管和至少一個(gè)第二出口導(dǎo)管，與第二小室流體連通，第二入口導(dǎo)管和第二出口導(dǎo)管從第二小室延伸通過(guò)界面表面；在第一小室中的至少一個(gè)第一電導(dǎo)體；至少一個(gè)第一電端子，從第一小室延伸通過(guò)界面表面，第一電端子與第一電導(dǎo)體電連接；在第二小室中的至少一個(gè)第二電導(dǎo)體；至少一個(gè)第二電端子，從第二小室延伸通過(guò)界面表面，第二電端子與第二電導(dǎo)體電連接；包括接觸表面的總管；至少一個(gè)被總管支撐的第一源頭流體導(dǎo)管；至少一個(gè)通過(guò)接觸表面延伸的第一源頭流體導(dǎo)管，該至少一個(gè)第一源頭流體導(dǎo)管與所述至少一個(gè)第一入口導(dǎo)管和所述至少一個(gè)第一源頭流體導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的第一返回流體導(dǎo)管，該至少一個(gè)第一返回流體導(dǎo)管與所述至少一個(gè)第一出口導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的第二源頭流體導(dǎo)管，該至少一個(gè)第二源頭流體導(dǎo)管與所述至少一個(gè)第二入口導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的第二返回流體導(dǎo)管；至少一個(gè)延伸通過(guò)接觸表面的第二返回流體連接器，該至少一個(gè)第二返回流體連接器與所述至少一個(gè)第二出口導(dǎo)管和所述至少一個(gè)第二返回流體導(dǎo)管流體連通；至少一個(gè)被總管支撐的第一電導(dǎo)管，該至少一個(gè)第一電導(dǎo)管與第一電導(dǎo)體電連接；至少一個(gè)第一電端子，與所述至少一個(gè)第一電導(dǎo)管電連接；至少一個(gè)被總管支撐的第二電導(dǎo)管，該至少一個(gè)第二電導(dǎo)管與第二電導(dǎo)體電連接；至少一個(gè)第二電端子，與所述至少一個(gè)第二電導(dǎo)管電連接；和至少一個(gè)機(jī)械連接器，與電解槽殼體和總管機(jī)械地配合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一源頭流體容器，與第一源頭流體導(dǎo)管流體連通；與第一源頭流體容器配合的第一源頭泵，使流體從第一源頭流體容器向第一源頭流體導(dǎo)管流動(dòng)；第一返回流體容器，與第一返回流體導(dǎo)管流體連通；和與第一返回流體容器配合的第一返回泵，使流體從第一返回流體導(dǎo)管向第一返回流體容器流動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一源頭流體容器，與第一源頭流體導(dǎo)管流體連通；與第一源頭流體容器配合的第一源頭泵，使流體從第一源頭流體容器向第一源頭流體導(dǎo)管流動(dòng)；第一返回流體容器，與第一返回流體導(dǎo)管流體連通；和與第一返回流體容器配合的第一返回泵，使流體從第一返回流體導(dǎo)管向第一返回流體容器流動(dòng)；第二源頭流體容器，與第二源頭流體導(dǎo)管流體連通；與第二源頭流體容器配合的第二源頭泵，使流體從第二源頭流體容器向第二源頭流體導(dǎo)管的流動(dòng)；與第二返回流體導(dǎo)管流體連通的第二返回流體容器；和與第二返回流體容器配合的第二返回泵，使流體從第二返回流體導(dǎo)管向第二返回流體容器的流動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征在于，還包括與第一小室流體連通的第一電解槽排泄導(dǎo)管，第一電解槽排泄導(dǎo)管從第一小室延伸通過(guò)接觸表面；第一小室泄放閥，從第一小室延伸出；和至少一個(gè)被總管支撐的第一總管排泄導(dǎo)管，該第一總管排泄導(dǎo)管與第一電解槽排泄導(dǎo)管和第一返回流體容器流體連通。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征在于，還包括與第一小室流體連通的第一電解槽排泄導(dǎo)管，第一電解槽排泄導(dǎo)管從第一小室延伸通過(guò)接觸表面；與第二小室流體連通的第二電解槽排泄導(dǎo)管，第二電解槽排泄導(dǎo)管從第二小室延伸通過(guò)接觸表面；第一小室泄放閥從第一小室延伸出；第二小室泄放閥從第二小室延伸出；至少一個(gè)被總管支撐的第一總管排泄導(dǎo)管，該第一總管排泄導(dǎo)管與第一電解槽排泄導(dǎo)管和第一返回流體容器流體連通；和至少一個(gè)被總管支撐的第二總管排泄導(dǎo)管，該第二總管排泄導(dǎo)管與第二電解槽排泄導(dǎo)管和第二返回流體容器流體連通。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電化學(xué)電解槽系統(tǒng)，其特征在于，還包括具有氫電解槽界面表面的氫燃料電解槽；與氫燃料電解槽流體連通的氫氣入口導(dǎo)管；與氫氣入口導(dǎo)管配合的流體阻塞過(guò)濾器；與氫燃料電解槽流體連通的空氣入口導(dǎo)管；與空氣入口導(dǎo)管配合的空氣入口閥；氫電解槽流體導(dǎo)管，具有延伸通過(guò)氫電解槽界面表面并與所述至少一個(gè)源頭流體連接器流體連通的流體入口孔，延伸通過(guò)氫電解槽界面表面并與所述至少一個(gè)第一返回流體連接器流體連通的流體出口孔，與氫入口導(dǎo)管流體連通的氫集氣室；與氫燃料電解槽和源頭流體導(dǎo)管流體連通的副產(chǎn)品出口導(dǎo)管；副產(chǎn)品出口單向閥，與副產(chǎn)品出口導(dǎo)管配合；第一氫電端子，與氫電解槽和至少一個(gè)第一電導(dǎo)管電連接；第二氫電端子，氫電解槽和至少一個(gè)第二電導(dǎo)管電連接；氫電解槽機(jī)械連接器，與接觸表面和氫燃料電解槽機(jī)械地配合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電化學(xué)系統(tǒng)，包括電化學(xué)電解槽和按方便拆卸和更換電解槽的方式接收、互連電解槽的總管系統(tǒng)。電解槽包括電解槽殼體和中心膜，電解槽殼體具有界面表面、第一小室、第二小室和至少一個(gè)機(jī)械連接器的，中心膜隔離第一小室、第二小室。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1430799SQ01809804
公開(kāi)日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者菲利普·J·珀蒂洛, 史蒂文·阿門多拉, 斯蒂芬·C·珀蒂洛 申請(qǐng)人:米倫紐姆電池公司