发明名称 高压氢气之产生系统及产生方法
摘要 本发明提供一种高压氢气之产生系统及产生方法,其能够仅以电解水,有效安全地产生氢气,甚至只藉用时常变化之天然能量所产生之电能,如太阳光,而不需使用任何压缩机。该系统包含一使用多元电解质膜之电解电池,尤其一双极多层型之电解电池,具有一特定之结构,位于储存所产生之氢气的容器中,较佳的方式为于一高压氢气大气之下,储存冷却之氢气。使用该电解电池电解纯水产生高压之氢气,藉由使用一差压感测器与压力控制器,将施于该电池之压力,抑制至该电池压阻抗的压力之下。
申请公布号 TWI226909 申请公布日期 2005.01.21
申请号 TW092101974 申请日期 2003.01.29
申请人 三菱商事股份有限公司 发明人 原田宙幸
分类号 C25B1/04 主分类号 C25B1/04
代理机构 代理人 赖经臣 台北市松山区南京东路三段三四六号一一一二室;宿希成 台北市松山区南京东路三段三四六号一一一二室
主权项 1.一种高压氢气之产生系统,藉由使用一包含多元电解质膜之电解电池,直接电解纯水,其中一电解电池位于一高压容器中,该容器亦做为产生氢气的储存槽之用。2.一种高压氢气之产生系统,藉由使用一包含多元电解质膜之电解电池,直接电解纯水,其中一电解电池位于一高压容器中,该容器亦做为产生氢气的储存槽之用,而电解纯水储存于另一高压容器中,其与电解电池连通,做为产生氧气之储存槽之用。3.如申请专利范围第2项之高压氢气之产生系统,具压力控制装置,用来控制储存氢气之高压容器的内压与储存氧气之高压容器的内压间的差压,使之低于电解电池之压阻抗。4.如申请专利范围第3项之高压氢气之产生系统,其中压力控制装置,系提供做调整储存氢气之高压容器的内压,使其稍微低于储存氧气之高压容器的内压。5.如申请专利范围第3或4项之高压氢气之产生系统,其中压力控制装置,系提供做量测各高压容器的压力,并以量测値为主,藉由将氢气或是氧气经由各高压容器之阀切换来排放,来调整差压,使之低于电解电池之压阻抗。6.如申请专利范围第3或4项之高压氢气之产生系统,其中压力控制装置,系藉由允许纯水,藉由切换与各高压容器中纯水交通之管线所连接的容器中的阀来转移,做调整差压使之低于电解电池之压阻抗。7.如申请专利范围第6项之高压氢气之产生系统,其中与高压容器中纯水交通之管线,包含两条管子,其中一条在储存氢气之高压容器中具有一阀,两另一条在储存氧气之高压容器中具有一阀。8.如申请专利范围第7项之高压氢气之产生系统,其中该阀具一三角形之排放孔。9.如申请专利范围第6项之高压氢气之产生系统,其中该压力控制装置具有差压计,其包含:一非磁性材料之汽缸,藉各高压容器的压力以及填充一惰性气体,将两端以塑胶伸缩囊密封于轴向方向;一主单位,包含一内磁铁体,与该汽缸的内表面紧密接触,以及一外磁铁体,与该汽缸的外表面紧密接触;及一感测器,基于伸缩囊弹性变形所变化之该外磁铁体的位置,来感测差压。10.如申请专利范围第9项之高压氢气之产生系统,其中该感测器包含一轻型遮蔽板,与该外磁铁体联锁,一窗板具一开口,被该轻型遮蔽板遮蔽,及一光电计将穿透该开口之照明能转换成电力信号。11.如申请专利范围第9项之高压氢气之产生系统,其中该感测器包含一滑件,做为一建构元件,藉由与该外磁铁体联锁,于一电阻上滑动。12.如申请专利范围第3或4项之高压氢气之产生系统,其中压力控制装置,位于与各高压容器中之纯水连通之管线中,并以一包含一滑件之压力控制器,根据纯水在各高压容器中的差压滑动,调整容器的压力。13.如申请专利范围第12项之高压氢气之产生系统,其中该压力控制器,具有一主单位及一位置感测器,做为感测一外滑件的位置,并藉由允许分别位于高压容器中之纯水移动,调整高压容器的压力,而该主单位包含:一空心汽缸,以非磁性材料所制,一端与储存氢气之高压容器中的纯水连通,另一端与储存氧气之高压容器中的纯水连通;一内滑件,以磁性材料所制,用来阻挡纯水,并以与空心汽缸的内表面紧密接触的方式滑动;及一外滑件,以磁性材料所制,并以与空心汽缸的外表面紧密接触的方式滑动。14.如申请专利范围第13项之高压氢气之产生系统,其中该空心汽缸具有缓冲装置,如于两端之流通道,当该内滑件滑至汽缸两端之一时,做为将纯水流经该等通道之用。15.如申请专利范围第13项之高压氢气之产生系统,其中该空心汽缸具有缓冲装置,如于两端之切换器,当该内滑件滑至汽缸两端之一时,做为切换纯水流动管线中一关断阀。16.如申请专利范围第13项之高压氢气之产生系统,其中该空心汽缸具有一净体积,等于或小于储存氢气之高压容器的氢气体积或是储存氧气之高压容器的氧气体积两者中较小的体积。17.如申请专利范围第1至3项中任一项之高压氢气之产生系统,具有一热交换器,位于高压容器外部,做为冷却产生之氢气之用。18.如申请专利范围第17项之高压氢气之产生系统,其中储存氢气之高压容器与高压容器外部之热交换器,与一氢气冷却管线连接,包含复数个细微管,岐布于该高压容器中。19.如申请专利范围第2或3项之高压氢气之产生系统,具有一热交换器,在管线的通道中,做为对电解电池进电解纯水,及/或于管线的通道中,做为自电解电池回归纯水之用,而该等热交换器,系提供做控制供应电解电池及/或自电解电池回归的纯水之纯水温度之用,或是防止纯水不至结冻。20.如申请专利范围第19项之高压氢气之产生系统,其中回归之纯水的管线,包含复数个细微管线,岐布于储存氢气之高压容器中。21.如申请专利范围第2或3项之高压氢气之产生系统,其中复数个控制储存之氢气及/或氧气与纯水温度或是防止纯水不至结冻之冷却细微管,位于储存氢气之高压容器及/或储存氧气之高压容器之内。22.如申请专利范围第18项之高压氢气之产生系统,其中该等细微管架持并铅锤于各核心的中心,该核心以封闭的方式,固定于构成各高压容器边墙由内部朝外部呈锥形的穿孔中。23.如申请专利范围第20项之高压氢气之产生系统,其中该等细微管架持并铅锤于各核心的中心,该核心以封闭的方式,固定于构成各高压容器边墙由内部朝外部呈锥形的穿孔中。24.如申请专利范围第21项之高压氢气之产生系统,其中该等细微管架持并铅锤于各核心的中心,该核心以封闭的方式,固定于构成各高压容器边墙由内部朝外部呈锥形的穿孔中。25.如申请专利范围第2或3项之高压氢气之产生系统,其中储存氧气之高压容器,架有一进水帮浦,做为将储存于容器中之电解纯水进给电解电池之用,及一电动机来驱动该进水帮浦。26.如申请专利范围第2或3项之高压氢气之产生系统,其中储存氧气之高压容器具体积控制装置,做为控制储存于高压容器中之纯水的体积,使之高于储存氢气之高压容器的体积,并控制氧气的体积为小于储存氢气之高压容器体积的4%或更低。27.如申请专利范围第2或3项之高压氢气之产生系统,其中储存氧气之高压容器具纯水补充设备,以一循环系统构成,包含一补充消耗纯水之纯水储存槽、一离子交换塔及一纯水补充槽。28.如申请专利范围第27项之高压氢气之产生系统,其中纯水补充设备包含纯水补充槽、一进水管线及一管线做回归氧气与纯水之用,该纯水补充槽的位置,使储存于其中的纯水能够以重力的方式供应给储存氧气的高压容器,并能够接受储存氧气之高压容器中的氧气,在纯水储存槽与纯水补充槽间的进水管线,其位置使得在纯水储存槽中的纯水,经由离子交换器塔,供应至纯水补充槽,及回归氧气与纯水之管线,在纯水储存槽与纯水补充槽间的位置,使得在纯水槽中的高压氧气能够经由纯水补充槽中之一滤器排放,在纯水补充槽中之纯水循环直到纯水回复至一预定的阻抗。29.如申请专利范围第26项之高压氢气之产生系统,其中体积控制装置,包含至少一个水位计,做为量测填充于储存氧气之高压容器中的纯水的表面,及一针阀与该水位计联锁,及该水位计做为控制纯水之表面,使得收集于储存氧气之高压容器的体积,变成储存氢气之高压容器之体积的4%或更低。30.如申请专利范围第29项之高压氢气之产生系统,其中该水位计包含金属电极,彼此电绝缘并固定于一撑臂上,及一阻抗计,做为量测电极与高压容器间的电阻抗。31.如申请专利范围第29项之高压氢气之产生系统,其中该水位计包含一直筒形电极,在中央具一棍状电极。32.如申请专利范围第31项之高压氢气之产生系统,其中该水位计也包含一棍状参考电极,以一电绝缘之汽缸覆盖(除了该汽缸顶部外),以及一直筒形之参考电极,在其中心具一棍状之参考电极。33.如申请专利范围第1至3项中任一项之高压氢气之产生系统,其中该电解电池为一双极多层型电解电池,其制造方式,系藉由将复数个包含多元电解质膜之双极电极堆叠而成,具催化层形成于其两表面上,以及多孔质电极与该多元电解质膜两表面接触,该双极电解电池位于高压容器之一架设桌面上,使可以用该桌面上之压缩钻模来压缩。34.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中电解电池为双极多层型电解电池,具有双极电极,包含一纯水进水通道形成于该双极电极的中心。35.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中电解电池为双极多层型电解电池,包含一形成于该双极电极中心之纯水进水通道,具一氧气与纯水之排放孔于各双极电极之阳极边,及一排放孔,直接将阴极边形成之氢气与纯水排放至高压容器中,及氧气与纯水排放通导,垂直地形成于各双极电极的外圆周上,与该氧气与纯水排放孔接触。36.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该双极电极的形状为盘状。37.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该多元电解质膜,系以一密封构件板插入于双极电极的外圆周上,固定于双极电极上。38.如申请专利范围第37项之高压氢气之产生系统,其中该密封构件板以一较多元电解质膜薄而质地较硬的材料形成。39.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该压缩之双极多层型之电解电池系形成串级。40.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该架设电解电池的桌面,包含一纯水进水孔,将纯水供应给纯水进水通道。41.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该压缩钻模之一端,系固定并保持于该高压容器的内墙上。42.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该压缩钻模包含一钻模主单位,固定于电解电池的上部分、一弹簧适应于该钻模之主单位内,及一压迫螺丝,其一端保持于高压容器中,以对该弹簧增能。43.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该双极电极系以垂直方向堆叠,其顶面做为阳极,而底面做为阴极。44.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该多孔质电极,系藉由焊接固定于电解电池之内。45.如申请专利范围第33项之高压氢气之产生系统,其中该电解电池包含该多孔质电极,具一抛光表面,与该多元电解质膜接触。46.一种高压氢气之产生方法,包含以下步骤:使用一电解电池,藉由电解纯水来产生氢气与氧气,该电解电池包含多元电解质膜并位于一高压容器中;储存产生之氢气于电解电池所在之高压容器中;及储存氧气于将纯水与回归之纯水一起储存的高压容器中。47.如申请专利范围第46项之高压氢气之产生方法,包含冷却产生之氢气的步骤。48.如申请专利范围第46项之高压氢气之产生方法,包含以下步骤:将产生之氢气经一管线排出该高压容器;及以一热交换器冷却之后,将氢气归回高压容器中储存。49.如申请专利范围第46项之高压氢气之产生方法,包含以下步骤:将氧气与归回之纯水经一管线排出该高压容器;及以一热交换器控制温度之后,将氧气与归回之纯水储存于储存电解纯水之高压容器中。50.如申请专利范围第48或49项之高压氢气之产生方法,其中各管线包含复数个细微管线岐布于高压容器中,至少将产生之氢气自高压容器底部回归至内部。51.如申请专利范围第46项之高压氢气之产生方法,其中纯水,系藉由调整储存氢气之高压容器的内压与储存氧气及纯水之高压容器之内压间的差压,以低于构成该电解电池之多元电解质膜的压阻抗的压力,来电解。52.如申请专利范围第51项之高压氢气之产生方法,其中纯水,系藉由调整储存氢气之高压容器的内压,使之稍低于储存氧气与纯水之高压容器的压力,来电解,而且该纯水循环系统包含该电解电池。53.如申请专利范围第51或52项之高压氢气之产生方法,其中该差压的调整,系藉由控制各高压容器中之氢气压力与氧气压力,及/或转移容器中的纯水。54.如申请专利范围第53项之高压氢气之产生方法,其中纯水藉由切换位于连接各高压容器间的纯水管线内的阀来转移。55.如申请专利范围第53项之高压氢气之产生方法,其中纯水藉由切换连接纯水管线的阀来转移,该等纯水管线分别与高压容器耦合并位于各高压容器中。56.如申请专利范围第55项之高压氢气之产生方法,其中该等阀系在沉浸于高压容器中纯水中时切换。57.如申请专利范围第53项之高压氢气之产生方法,其中该等阀系以一位于耦合分别高压容器的纯水管线中之压力控制器来自动切换。58.如申请专利范围第51或52项之高压氢气之产生方法,其中储存于储存氢气之高压容器中的纯水体绩,系控制为较储存氧气之高压容器中所储存之氧气体积大,及其中储存于储存氧气之高压容器中的纯水体积,系控制为较储存氢气之高压容器中所储存之氢气体积大。59.如申请专利范围第51或52项之高压氢气之产生方法,其中储存于储存氧气之高压容器中的氧气体积,系控制在储存氢气之高压容器中氢气体积的4%的范围之内。60.如申请专利范围第46至49项之高压氢气之产生方法,其中具高阻抗之纯水,在去离子化与去泡沫之后含一小数目气泡,做电解使用。61.如申请专利范围第60项之高压氢气之产生方法,其中做电解用之纯水,系自储存纯水之高压容器供应,使用位于该容器中之一进水帮浦与帮浦驱动电动机。图式简单说明:图1为一示意图,示范本发明产生高压氢气之系统的一个范例的总结构;图2为一管线的范例,做加强图1中产生高压氢气系统中之冷却效应;图3为一进水帮浦的剖面图,以一感应电动机来供应动力,为图1中进水帮浦之一例;图4为一示意图,说明将大电流供给电解电池之一电流导入端的例子;图5为一示意图,说明将小电流供给该进水帮浦与水位计之电流导入端的例子;图6为一示意图,说明水位计的一个例子;图7为一示意图,说明进水帮浦的另一个例子;图8为一示意图,说明一种密封该高压容器边墙上一穿孔的方法;图9为一示意图,示范本发明产生高压氢气系统的另一个例子的总结构;图10为图9中差压感测器之结构的部分剖面图;图11A示图9中安全阀结构的剖面图;图11B示图9中安全阀结构的侧视图;图12示图9中水位计结构的剖面图;图13为一示意图,示范本发明产生高压氢气系统的第三个例子的总结构;图14A示范图13中压力控制器的部分剖面图;图14B示范图14A中压力控制器沿着线A-A'的剖面图;图15示另一例压力控制器的部分剖面图;图16示一不同之压力控制器的部分剖面图;图17示范根据本发明之电解电池的结构与接附的剖面图;图18示图17中之电解电池的分解透视图;及图19示范图17中之电解电池阳极上的纯水之一流动图案。
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