[發明專利]從高壓水電解產生的氣態氫和氧中回收壓縮能量

無效

• 申請號: 200910164682.9
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101638792A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: N·A·凱利;T·L·吉布森;D·B·奧維克爾克
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B15/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 范曉斌;譚祐祥

技術領域

[0001]本發明總體上涉及能量回收系統，且更具體地涉及在高壓水電解過程期間產生的壓縮能量的回收。

背景技術

[0002]電解槽通過使用電將化合物分解成元素或更簡單產物而將豐富的低能量含量化學物轉換成更有價值的化學物。水電解槽是多電池系統，每個電池含有兩個電極。在每個電池中，水在一個電極(稱為電池陽極)處氧化產生氧氣，在另一電極(稱為電池陰極)處還原產生氫氣。氧化還原反應由直流(DC)電源驅動。氧和氫按當量比(每單位氧兩體積單位的氫)以與施加的電池電流成比例的速率產生。

[0003]水電解似乎理想地適合制造和存儲給燃料電池提供動力所需要的氫，具體地包括燃料電池提供動力的電動車輛。在高壓水電解槽中，氫氣能夠以對于存儲來說足夠高的壓力(高達約10,000磅/平方英寸，psi)產生，而不需要機械壓縮。然而，這種系統需要大量的能量輸入來驅動高壓電解過程。此外，在該過程中產生的氧通常沒有被利用，且通常排出到大氣。

發明內容

[0004]一個示例性實施例包括用于回收在高壓水電解槽中通過水的電解產生的氫氣和氧氣中存儲的壓縮能量的方法和設備。

[0005]在一個示例性實施例中，在高壓電解槽中作為經由水電解的電解氫產物的副產物產生的壓縮氧氣中的勢能可以用于驅動氣動發動機。所述氣動發動機然后可以驅動發電機以生產電，且產生的電可以用于部分地提供動力給最初制造氧氣和氫的電解槽。

[0006]在另一示例性實施例中，壓縮氫氣中的勢能可以作為膨脹能量回收，所述膨脹能量繼而可以驅動發電機。該電能然后可以用于部分地提供動力給最初制造氧和氫氣的高壓電解槽。

[0007]在有關示例性實施例中，來自于在高壓水電解槽內產生的壓縮氫氣和氧氣的勢能可以作為膨脹能量回收，所述膨脹能量繼而可以驅動一個或更多個發電機。該電能然后可以用于部分地提供動力給最初制造氧和氫氣的高壓水電解槽。

[0008]在又一示例性實施例中，氫氣的膨脹也可以用在燃料電池電動車輛上。在該實施例中，壓縮氫氣可以作為膨脹能量回收，所述膨脹能量繼而可以驅動機械發電機。該電能可以用于部分地提供動力給燃料電池。

[0009]在再一示例性實施例中，氫氣的膨脹能量可以直接用作來自于氣動發動機的機械能，以幫助驅動燃料電池電動車輛。

[0010]在另外的示例性實施例中，氫氣的膨脹能量可以用于混合動力燃料電池/氣動車輛作為來自于氣動發動機的機械能以幫助驅動車輛，且還可以用于驅動機械發電機且可以用于提供動力給燃料電池電動車輛。

[0011]本發明的其它示例性實施例從下文提供的詳細說明顯而易見。應當理解的是，所述詳細說明和具體示例雖然公開了本發明的示例性實施例，但是僅僅用于說明目的而不旨在限制本發明的范圍。

附圖說明

[0012]從詳細說明和附圖將更充分地理解本發明的示例性實施例。在附圖中：

[0013]圖1是根據一個示例性實施例用于產生高壓氫氣和氧氣的系統的示意性流程圖，其使用高壓水電解槽且在燃料電池電動車輛或固定式燃料電池中使用氫，回收氫的化學能和存儲在高壓氣體中的壓縮能量。

具體實施方式

[0014]實施例的以下說明本質上僅僅是示例性的(說明性的)，且絕不旨在限制本發明、其應用或使用。

[0015]現在參考圖1，在一個示例性實施例中提供了可以經由高壓水電解產生高壓氫氣和氧氣的系統10。也在該示例性實施例中圖示了產生的氫氣的一部分可以由燃料電池電動車輛11(或固定式燃料電池)使用。

[0016]系統10可以包括高壓水電解槽12，高壓水電解槽12可以用于從水產生高壓氫氣和氧氣。電解槽12可以由來自于太陽能系統電網14或其它常規供電裝置(未示出)提供動力。

[0017]根據定義，高壓電解槽是能夠在高達約10,000磅/平方英寸的壓力下產生氫氣和氧氣的基于水的電解槽。可用于該示例性實施例中的常規高壓電解槽12的一個實例是Avalance高壓電解槽(可從Avalance?LLC?of?Milford，Connecticut獲得)，該Avalance高壓電解槽使用帶有圓柱形鋼電解單元的單極堿性(KOH)電解系統且包括用于平衡氫氣和氧氣水平以及電解液水平的結構，以使得氣體和電解液分開，以及防止氫氣和氧氣混合。