电解设备的制造方法
【专利说明】电解设备
[0001] 发明背景
[0002] 本发明涉及用于进行电解并且在一个实施例中用于进行水的电解以产生氢气和 热的设备。
[0003] 现有技术的描述
[0004] 在本说明书中提到的任何现有的出版物（或来源于其的信息）或提到的已知的内 容不被视为并且应当不被视为对现有的出版物（或来源于其的信息）或已知的内容形成本 说明书涉及的尝试的领域中的公知常识的一部分的承认或允许或任何形式的表明。
[0005] 已知进行水的电解，例如以产生氢气和/或氧气。这已经被提出用于多种不同的 情形，例如用于从可变的电源例如可再生的来源产生可使用的能量。
[0006] 例如，US-7, 188, 478描述包括可操作以从水产生氢气的供应的被液体冷却的电解 器的发电系统。发电系统还可以包括蒸气涡轮机和可操作以产生向蒸气涡轮机的蒸气的供 应的蒸气产生装置。发电系统还可以包括可操作以向被液体冷却的电解器提供冷却液体并 且可操作以将来自被液体冷却的电解器的加热的冷却液体耦合于蒸气产生装置的系统。
[0007] 在EP-2, 138, 678中公开能量储存系统，其包括电解器、氢气储存部和发电站，电 解器被连接于氢气储存部并且氢气储存部被连接于发电站。此外，描述用于储存和供应能 量的方法。方法包括以下的步骤：将电能递送至电解器；借助于电解器将水分解为氧气和 氢气；储存氢气；将被储存的氢气供应至发电站；以及借助于发电站产生电能。
[0008]US2009/224546描述利用电解加热子系统的发电系统。电解加热子系统是脉冲电 解系统，所述脉冲电解系统加热被容纳在与电解加热子系统和至少一个热交换器热连通的 第一导管内的热传递介质。被耦合于至少一个热交换器的第二导管容纳工作流体。当工作 流体被循环经过第二导管并且经过热交换器时，其被加热至超过其沸点的温度，使工作流 体的至少一部分被转化为蒸气（vapour)(例如蒸气（steam))。蒸气被循环经过蒸气祸轮 机，引起其旋转并且进而将发电机耦合于蒸气涡轮机。
[0009]US-5, 273, 635描述加热器，其使用液体的电解以从电产生热并且借助于热交换器 将热从电解质传递。一个实施方案包括镍和钼的电极和碳酸钾的电解质，且热交换器被浸 没在电解质中并且从电解质传递热。
[0010]US-5, 628, 887描述用于过度加热在溶液中含有导电性盐的水的电解系统和电解 池。电解池包括界定大体上封闭的内部容积的非导电性壳体和位于壳体内的被间隔开的第 一和第二导电性构件。各自具有容易与氢或氢的同位素可结合以形成金属氢化物的导电性 金属的多种导电性颗粒位于壳体内与第一导电性构件电接触并且与所述第二导电性构件 电力地隔开。导电性颗粒可以具有任何方便的规则的或不规则的形状。系统中的电源跨越 第一和第二导电性构件可操作地连接，借此电流在其之间流动并且流动经过在液体电解质 内的导电性颗粒。
[0011] 然而，上文提到的装置未描述用于氢和热产生的被优化的电解设备，同时热回收 机构被限制。
[0012]US-5, 632, 870描述用于从多种能源产生有用的能量产品的电解池设备和方法。在 优选的实施方案中，氢气通过将电子传输经过电子流动的低电压势皇在阴极产生，所述低 电压势皇通过小心控制电解质成分浓度和阴极上的表面材料实现。被捕获在氢气中的能量 的一部分通过在阳极从水离解的离子的热传输活动提供，所述阳极催化地离解水并且从而 将热能从阳极传递至离子和池电解质的其他的成分。热能通过从周围环境吸收热在阳极中 替换。然而，再次地，热回收机构被限制。
[0013] 发明概述
[0014] 本发明寻求改良与现有技术相关的问题中的一个或更多个。
[0015] 在一个宽泛的形式中，本发明寻求提供用于进行电解并且产生热的设备，设备包 括电解池，所述电解池包括：
[0016]a)池壳体，其界定电解质空腔，电解质空腔在使用中容纳电解质；
[0017] b)多个大体上平行的被间隔开的电极板，其被设置在电解质空腔内，电极板界定 在使用中被至少部分地浸没在电解质内的至少一个阳极和至少一个阴极；
[0018] c)至少两个连接器，其在使用中被连接于电源，从而允许电流被供应至电解质以 从而进行电解质的电解和加热；
[0019] d)至少一个池出口，其与电解质空腔流体连通，至少一个池出口在使用中被耦合 于热回收模块；以及，
[0020] e)至少一个池入口，其允许电解质被供应至电解质空腔。
[0021] 典型地，入口被耦合于热回收模块使得电解质再循环经过电解质空腔和热回收模 块。
[0022] 典型地，入口和出口被布置为使得被供应至空腔的电解质在电极板之间流动。
[0023] 典型地，入口和出口被布置在电解质空腔的面向电极板的边缘的相对侧面上。
[0024] 典型地，入口和出口被分别地布置在池壳体的下端和上端中，其中电极板在使用 中在电解质空腔内被大体上竖直地对齐并且被大体上水平地隔开。
[0025] 典型地，电极板是以下中的至少一种：
[0026]a)层状的；
[0027]b)弯曲的；以及，
[0028]c)波状的。
[0029] 典型地，电极板被分隔开以下中的至少一项的距离：
[0030]a)在0? 1mm和10mm之间；
[0031]b)在1mm和2mm之间；以及，
[0032]c)在 2_ 和 5_ 之间。
[0033] 典型地，电极板具有以下中的至少一项的厚度：
[0034]a)在0? 1mm和10mm之间；
[0035]b)在1mm和2mm之间；以及，
[0036]c)在 2_ 和 5_ 之间。
[0037] 典型地，阳极比阴极厚。
[0038] 典型地，至少两个连接器被电力地连接于电极板使得在使用中邻近的板充当阳极 和阴极。
[0039] 典型地，每个阴极位于两个阳极之间。
[0040] 典型地，池壳体包括开口和被可移除地安装在开口中的覆盖物以允许从电解质空 腔移除电极板中的至少一些。
[0041] 典型地，设备包括电极支撑体，电极被耦合于电极支撑体使得电极在使用中被至 少部分地浸没在电解质中。
[0042] 典型地，电极支撑体被耦合于允许电极从电解质空腔移除的覆盖物。
[0043] 典型地，池壳体界定压力容器并且其中在电解质空腔内的压力大于大气压力。
[0044] 典型地，在使用中，设备在为以下中的至少一项的温度下操作：
[0045]a)至少 40°C;
[0046] b)至少 60°C;
[0047]c)至少 80°C;以及，
[0048]d)至少 10(TC。
[0049] 典型地，设备包括热回收模块。
[0050] 典型地，热回收模块充当用于使蒸发的电解质冷凝的冷凝器。
[0051] 典型地，热回收模块充当用于分离蒸发的电解质与气体电解产物的分离器。
[0052] 典型地，热回收模块包括允许气体电解产物在使用中被抽出的出口。
[0053] 典型地，热回收模块包括用于从电解质回收热以进行以下中的至少一项的热交换 器：
[0054]a)冷凝蒸发的电解质；以及，
[0055] b)使用回收的热做功（performwork)。
[0056] 典型地，热回收模块使用从电解质回收的热来加热热传递介质。
[0057] 典型地，回收的热被包括以下的热机使用：
[0058]a)锅炉，其在使用中使用回收的热产生加压的蒸气；以及，
[0059]b)热机，其被耦合于在使用中使用来自锅炉的加压的蒸气产生电的发电机。
[0060] 典型地，热回收模块包括热机。
[0061] 典型地，设备包括用于供应电流的电源。
[0062] 典型地，电源包括热机。
[0063] 典型地，电流是具有以下中的至少一项的电势的直流电：
[0064]a)至少 2V;
[0065]b)至少 5V;
[0066]c)至少 10V;
[0067]d)在 15V和 25V之间；
[0068]e)多达 30V;
[0069]f)多达 40V;以及，
[0070]g)多达 60V。
[0071] 典型地，电流被施加以产生具有以下中的至少一项的场强的电场：
[0072]a)至少3000伏特每米；
[0073]b)至少12000伏特每米；以及
[0074]c)至少24000伏特每米。
[0075] 典型地，电流是具有以下中的至少一项的电流的直流电：
[0076] a)至少 0? 5A;
[0077] b)至少 1A;
[0078] c)至少 2A;
[0079] d)在 2A和 10A之间；
[0080] e)约 5A;
[0081] f)多达 10A;
[0082] g)多达 20A;以及，
[0083] h)多达 50A。
[0084] 典型地，电流被施加以产生具有以下中的至少一项的电流密度的电场：
[0085] a)至少500安培每平方米；
[0086] b)至少1000安培每平方米；以及
[0087] c)约3000安培每平方米或更高。
[0088] 典型地，设备包括：
[0089] a)触发电路，其被耦合于至少两个连接器；
[0090] b)开关；以及，
[0091]c)负载，其经由开关耦合于至少两个连接器，其中在使用中，触发电路选择性地激 活开关以从而将至少两个连接器耦合于负载。
[0092] 典型地，触发电路包括：
[0093] a)传感器，其用于感测以下中的至少一种：
[0094] i)连接器中的电流流动；以及
[0095] ii)跨越连接器的电势；以及
[0096]b)电子控制器，其用于根据感测到的以下中的至少一种控制开关：
[0097] i)感测到的电流；以及
[0098] ii)感测到的电势。
[0099] 典型地，在使用中，电子控制器：
[0100]a)将至少一种感测到的电流和感测到的电势与阈值相比；并且
[0101] b)在阈值被超过的情况下操作开关以将至少一些电流转移经过负载。
[0102] 典型地，负载是以下中的至少一种：
[0103] a)电解池；
[0104] b)电阻性负载；
[0105] c)电池，以及
[0106] d)电机（electricalmachine) 〇
[0107] 典型地，在使用中，电解池适应于在至少60°C的温度、至少大气压力的压力下以及 在具有至少3000V/m的被施加的电场和至少500A/m2的电流密度的直流电下操作。
[0108] 典型地，设备包括在使用中响应设备内的温度改变产生电能的热释电材料。
[0109] 典型地，热释电材料被设置在电解质空腔中并且被电力地连接于至少两个连接 器。
[0110] 典型地，热释电材料是以下中的至少一种：被电力地绝缘和被电力地连接于电解 质。
[0111] 典型地，至少一个电极由热释电材料制造。
[0112] 典型地，电极被不均匀地隔开以增强热释电效应。
[0113] 典型地，设备包括在使用中响应设备内的温度改变产生电能的与设备电接触和热 接触的两种异种金属。
[0114] 在另外的宽泛的形式中，本发明寻求提供用于在电解中使用的设备，设备包括：
[0115] a)电解池，其包括：