CN1086349A - 发电装置 - Google Patents

发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1086349A
CN1086349A CN93109330A CN93109330A CN1086349A CN 1086349 A CN1086349 A CN 1086349A CN 93109330 A CN93109330 A CN 93109330A CN 93109330 A CN93109330 A CN 93109330A CN 1086349 A CN1086349 A CN 1086349A
Authority
CN
China
Prior art keywords
trt
blast furnace
gas recovery
turbine unit
furnace top
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN93109330A
Other languages
English (en)
Inventor
大见忠弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN1086349A publication Critical patent/CN1086349A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/24—Cells comprising two different electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种发电装置，特别是一种几乎完全 不使用矿物燃料，对地球环境不会造成污染，并以低 价格取得大量发电功能，以代替火力发电的发电装 置，该装置包括在一容器中装入由一种本身不离解的 溶剂和向其中添加的在该溶剂中离解的物质所组成 的溶液。该容器具有耐该溶液腐蚀并且是电绝缘的 内表面，其中浸渍着一对功函数小的阳极与功函数大 的阴极。

Description

本发明涉及发电装置，更详细地说，涉及一种几乎完全不消耗矿物燃料，同时不会对地球环境造成污染，而且能以低价格获得大量电能的发电装置。
现在，发电装置可以分为火力发电装置、水力发电装置、原子能发电装置、太阳能发电装置等几大类。
然而，现在作为发电主力的火力发电装置要伴随产生CO2气体，这是造成现在地球变暖的重要原因。另外，为了防止由于大量地燃烧作为矿物燃料的石油和煤气所引起的大气污染，必需采用大量的用于防止公害的设备。
水力发电装置不存在大气污染等问题，但是建设水库等不仅需要占用大片的土地，而且从经济上看，选择条件优越的合适地点几乎已经不存在，这就是目前的实情。
原子能发电装置，例如，象在切尔诺贝利所发生的事故那样，一旦发生了这类事故，将对环境和人体产生极大的影响。而且作为其原料的铀也是矿物原料之一，其埋藏量有限。
太阳能电池发电装置可以获得清洁的电力，然而它具有造价高、装置的寿命短、难以进行大功率发电等问题。
本发明的目的是提供一种几乎不使用矿物燃料，不会污染地球环境，并且能以低价格获得大量电能的发电装置。
为了解决上述问题，本发明的发电装置的特征在于，它包括，一个容器，其中装有由一种本身不离解的溶剂与向其中添加的在该溶剂中离解的物质所组成的溶液，所说容器具有耐该溶液腐蚀并且是电绝缘的内表面，
在装载于所说容器内的上述溶液中浸渍着相互面向的电极，其中，功函数小的是阳极，功函数大的是阴极，
并且设置有能给所说溶液赋予所需热量的加热装置。
此处，在准备上述溶剂时必须注意下述各点：
（1）以液体状态存在的温度范围要广，在室温附近以液体状态存在;
（2）在不添加离解物质以超高纯状态存在时的电阻率尽可能地大;
（3）能使添加的物质以尽可能高的比例离解成正、负离子，并能使该离子的浓度尽可能高以及使电阻率尽可能地小;
（4）为使溶剂的循环能更有效地进行，该溶剂的粘度应尽可能低;
（5）该溶剂不应具有着火性、可燃性和爆炸性;
另外，对添加物质的要求条件如下：
（1）在上述溶剂中以尽可能高的浓度达到接近于理想状态的离解;
（2）所生成的离子不具有腐蚀性和反应性，并且在对阳极授予电子和从阴极接受电子后不在电极表面上析出吸附层而是转变成气体或液体。
另外，作为阴极，应对溶剂中产生的正离子尽可能有效地给予电子，因此要求它的功函数尽可能地大。
作为阳极，应对溶剂中产生的负离子尽可能有效地获取其电子，因此要求它的功函数尽可能地小。
更具体地说，本发明的发电装置的特征在于，它至少包括：
一个具有能耐含水氟化氢腐蚀并且是电绝缘的内表面的容器，
装载于该容器的内部并与大气隔绝的，由水添加入无水氟化氢液体中形成的溶液，
相互面向地浸渍于该溶液中，由一种对含水氟化氢具有耐蚀性，而且其功函数较小的材料构成的阳极，以及由一种对含水氟化氢具有耐蚀性，而且其功函数较大的材料构成的阴极，
用于对该溶液供给所需热量的加热装置。
以下根据本发明的实施方案来说明本发明的作用。
附图简要说明：
图1是用于解释本发明原理的原理示意图;
图2是表示在氟化氢中水的浓度与离解度之间的关系的曲线图;
图3是表示本发明的实施例发电装置的示意图;
图4是表示含水氟化氢的电导率与温度之间的关系的曲线图;
图5是表示本发明变化方案的发电装置的示意图;
图6a，图6b分别表示本发明另一种变化方案的发电装置的示意图;
图7是表示用本发明的发电装置作为各种用途的电源构成例子的示意图;
图8是表示本发明其他实施例的发电装置的示意图。
其中，
1    发电装置;
2    反应容器;
3    加热冷却器（赋予热量的装置）;
4    泵;
5    导管;
6    测温器;
11、11′、11″    阳极;
12、12′、12″    阴极;
10    负载;
13    容器;
14、15    引出的导线;
51、51′、51、52、52′、52″    隔板;
60    入口;
61    单元装置;
63    主入口管;
64    主出口管;
65    出口;
66    阳极;
67    阴极;
68    导入口;
69    排出口;
71    发电装置;
72    直流交流转换器;
73    变压器;
74    交流直流转换器;
81、82    隔板。
其中，图1为本发明的原理图。
注意，为了说明本发明的作用，以氟化氢液体作为溶剂以及以水作为添加物质的一个代表性的例子，本发明不受这些例子的限制，几乎适用于下述的本发明原理的其他物质皆应属于本发明的范围。
如图1所示，由功函数小的材料构成的阳极11与由功函数大的材料构成的阴极12二者相互面向而又彼此有一定间隔地配置。阴极12与阳极11通过负载10连接起来，在两电极间充满含水的氟化氢，在这两个电极之间，电子从功函数小的阳极通过负载向功函数大的阴极流动，由此而产生电位差。
另外，溶解于氟化氢中的水发生离解，变成了H+和OH-。
H+离子和OH-离子分别向阴极一侧和阳极一侧移动，
这样反应的结果，使得伴随着氢气与氧气的产生，电流通过负载而流动。也就是说，阴极把电子给予了H+离子而使其变成H2放出，阳极从OH-处夺走了电子而使其变成O2放出。在阳极处产生的H2O，再次从氟化氢溶液中获得热量，重新离解成H+离子和OH-离子。
虽然，通常水在液体状态下也能离解出H+和OH-，但是其离解度非常小，例如，在中性的水中，H+和OH-的离子浓度均为10-7mol/l，这是一个非常小的值。因此，即使把电极浸渍于这样的水中，所能获得的电流十分微小，所以无法实用化。另外，向液体氯化氢中添加水的情况与向液体氟化氢中添加水的情况完全不同。也就是说，在向液体氟化氢中添加水时，这时的水几乎一点也不离解。根据这种情况，可以认为，以氟化氢液体作为溶剂，以水作为溶质是一种非常好的方案。
然而，本发明人在大气压和温度为从-83.5℃至+19.5℃的条件下对液体氟化氢中水的离解度与水浓度之间的关系进行了研究，结果发现，水在氟化氢液体中与在其他溶液中的情况完全不同，这时它的离解度非常高。图2示出了在氟化氢溶液保持0℃的条件下水的离解度与水浓度的关系。
如图2所示，当H2O的浓度为180ppm、1，800ppm和18，000ppm（1.8%）时，相应的氟化氢液体的电导率分别为5×10-3S·cm-1、3×10-2S·cm-1和1×10-1S·cm-1。特别是当H2O的浓度在300ppm以下时，水可以认为是100%离解成H+和OH-。
现在考虑含有300ppm水的氟化氢的情况。把在该氟化氢中所含的水换算成摩尔数，
1000（cm3）×1.002（g/cm3）×300×10-6/18
＝0.0167（mol）
也就是等于1.67×10-2（mol/l），由于这时的水100%离解，所以
H+＝OH-＝1.67×10-2（mol/l）。这一数值比一般水溶液体系的相应数值10-7（mol/l）要大得多，这是本发明的发电装置的重要特征。如果水的浓度再提高，则H+和OH-的浓度也相应增高。
下面在图3中示出了本发明发电装置系统的例子。
在图3中，1是发电装置，容器13的内表面经过了绝缘处理，在容器13中安装有阳极11和阴极12，为了把产生的电流输出到外部，在各电极上安装有引出导线14和15。
2是一个装有催化剂的反应容器，在发电装置1中产生的H2和O2在该催化剂的作用下重新变成水。在该反应容器中，可以充填颗粒化或粉末化的Pd或Pd合金。另外，也可以不用颗粒化或粉末化的物质作催化剂，而是将一种例如由Pd或Pd合金（例如，Pd-10Ag-10Au）制成的管子形成具有蜂窝状断面的管束，然后将该管束装入反应容器内作为催化剂用。这时，为了增大与H2接触的表面积，最好是使用接触面积大的细管子，例如，可以将一种内径为1.0～1.5mm，壁厚为80μm，长为70cm左右的管子形成蜂窝状的管束后供使用。
3是热交换器（具备加热和冷却功能），4是用于使含水氟化氢溶液循环的循环泵（压送装置），5是内表面经过绝缘处理的导管。
把含有所需浓度水的氟化氢溶液以加压状态打入图3所示系统内。这时的压力为1～10kg/cm2左右。为了确保安全，最好将该装置的整体做成能够承受70kg/cm2左右压力的耐压结构。其理由是，氟化氢的临界温度为188℃，临界压力为66.16kg/cm2。
然后，用加热冷却器3将氟化氢液体的温度冷却至40℃～-30℃左右并保持该所需温度。图4中示出氟化氢溶液的电导率随温度变化的情况。直线A、B、C分别表示水含量为10ppm、35ppm、135ppm时电导率随温度的变化情况。从图4可以看出，液体的电阻率随着温度的下降而上升，因此，操作温度的下限最好为-30℃左右。在此状态下，把负载接入引出的输出导线的线路中，如上所述，随着电极反应的产生，电流通过负载从阴极流向阳极，因此形成了电流。在负载两端产生的电压随着水浓度的增高和电极间距离的减小而增高。
在发电装置1产生的H2气和O2气随同氟化氢溶液一起流入反应器2并在反应器内与催化剂接触，这时H2分子按照下式所示那样变成氢游离基（H＊）。
这种氢游离基与氧分子反应而生成水。
生成的H2O在氟化氢中立刻离解成离子。
（Q为反应热）
如上式所示，由于水的离解是吸热反应，因此从氟化氢溶液中夺取了热量，这样反复循环，导致液温下降。随着液温下降，氟化氢的电导率降低，这时从发电装置1获得的电流就减少。因此，必须通过热交换器3（作为向氟化氢液体供热的供热装置）来加热以使液温保持在上述的所需温度范围内。
如图3所示，在对液体进行加热和冷却时可以使用具有加热和冷却两种功能的热交换器，但不一定要将加热器和冷却器合为一体，也可以将它们分开设置。另外，例如在对氟化氢液体加压的情况下，这时由于沸点上升，也不必要具有冷却功能。
表1示出氟化氢溶液在各个不同温度下的蒸气压。当施加的压力分别在2.8kg/cm2和10.8kg/cm2以上时，液温即使达到50℃和100℃也能使氟化氢保持液体状态。
表1
温度（℃） 蒸气压（kg/cm2) 温度（℃) 蒸气压（kg/cm2) 温度（℃) 蒸气压（kg/cm2)
-70-60-50-40-30-20 0.0140.0260.0470.0800.1320.211 -10010203040 0.3270.4920.7241.0551.4912.074 5060708090100 2.7983.7834.9926.5398.36710.757
而且，该冷却器只是在系统运转的初期才是必要的，因此没有必要特地为此设置一个专用的装置。另外，作为加热手段来供热的能源可以是太阳能、地热能、焚烧炉的废热能，另外，如果采用的操作温度较低，也有可能利用海水等的热能。
在图3的系统中，例如，用LaB6作阳极，用Pt作阴极，Pt和LaB6的功函数分别为5.64～5.93eV和2.66～2.76eV，因此，二者的功函数之差为2.88eV左右，这样在阴极和阳极之间的电动势就可能达到0.8～1.0V左右。
因此，即使扣除由于电极电位和氟化氢的电阻引起的损失，也有可能获得0.8～1.0V或更高的电动势。
另外，如果按照含有1%左右水的氟化氢的流量为每秒1cm3，H+和OH-的电极反应达到100%的条件来设计发电装置，这时在1cm3的氟化氢溶液中含有的离子量为
H+＝OH-＝9×1018个离子/cm3
在这些离子流向电极时，其电荷量为
9×1018（电子/cm3）×1.6×10-19库仑/电子
＝1.44库仑
仅仅依此流量计算得的每秒钟流过的电荷数，就可获得1.44A的电流。
再根据这时的电压为0.8V，计算得的电功率为
0.8V×1.44A＝1.15W
这一数值是按照含水1%左右的氟化氢的流量为1cm3/秒的条件求得的，如果制造一种氟化氢流量为1m3/秒，1000m3/秒的系统，那末就可能分别获得一种发电容量为1，152kW、115万kW的大型发电装置。如果增加氟化氢中的含水量，还可使发电量进一步增加。
现在考虑阳极与阴极之间的距离W与电极的面积S。
含有300ppm和1.8%水分的氟化氢溶液在0℃时的电阻率ρ1分别为125Ω·cm和10Ω·cm左右。几乎完全不含水分的氟化氢溶液的电阻率ρ0没有测定，然而从图2看，可以认为这时的电阻率在约107Ω·cm以上。另一方面，在阳极和阴极处的离子反应几乎达到约100%的效率，而电流密度J（A/cm2）最好是在10mA/cm2至100mA/cm2的范围内。以含水氟化氢溶液的电阻率为ρ1（Ω·cm），则阳极与阴极之间的电压降△V应为
△V＝ρ1WJ（V）
如以ρ1＝125Ω·cm和J＝10mA/cm2～100mA/cm2，则
△V＝1.25W（V）～12.5W（V）
如以W＝1×10-2cm＝100μm，则
△V＝0.0125V～0.125V
这一数值相对于0.8V左右的电动势来说，完全可以忽视。
如果以W＝1mm，则
△V＝0.125V～1.25V
如果电流密度进一步增大，则阳极与阴极间的电压降过大，这样就不能在外回路产生大的电动势。一般希望在电流密度大时，阳极与阴极的间隔尽可能小，而且希望氟化氢水溶液中的水分含量多达1，000ppm～20，000ppm。在电极表面上的离子反应效率以及电流密度可通过改变极间距离W和液流速度的方法来控制。如果氟化氢溶液中的水分含量过低，则溶液的电阻率ρ1增高，电流密度变小，这样就不得不增大阳极和阴极的面积，于是效率就低下。
在图3所示的例子中，只设置了一对阴极和阳极，这种发电系统的输出电压为0.8～1.0V左右，如果将其原封不动地应用，则在后续的电力变换系统中引起的损失所占的比例增大，因此其效率变差。因此，最好如图5所示那样，在发电装置中设置多对电极，这样从发电装置输出的电压就可以达到数10V至数万V。不言而喻，从数十万V至数百万V也是可以的，这要从电力变换系统的整体性来决定。
在图5中，容器的内部被绝缘性隔板（例如，聚四氟乙烯、PFA等氟树脂）51、51′、51″、…、52、52′、52″、…53、54与电极一起分隔成许多小室，每一个小室构成一个单元电池。图面上左端的电极11是功函数小的电极（例如，LaB6、TiN），右端的电极12是功函数大的电极（例如，Pt、Pd、Au、Ni），而在中间设置的电极是由LaB6（11′、11′、11'''…）与Pt（12′、12″、12'''…）贴合在一起构成的电极。另外，在不锈钢等金属的正反面镀覆或敷贴Pt和LaB6而形成的电极当然也可以使用。各小室具有完全相同的结构，当同样数量的氟化氢溶液流过每一个小室时，在图面上右端的阴极与左端的阳极之间所产生的电动势等于每一个小室的电动势乘上段数所获的数值。而通过的电流则与通过一个小室的电流相同。
隔板52、52′…在氟化氢溶液的流动方向上的长度，应根据电极的大小、电极间距离、氟化氢的电阻率、流速、段数等来设计，但是，为了防止各小室间的电流泄漏，隔板的长度最好略长于电极的长度。另外，为了使氟化氢中的H+和OH-易于通过电极反应而变成H2和O2，隔板51、51′…应设计得比隔板52、52′…短。
作为多段的设置方法，除图5所示情况以外，也可以象图6a、图6b所示那样，把与图5中所示单元小室相同数目的单元装置连接起来，各单元装置61的入口60彼此间通过主入口管63相连接，而各出口65彼此间通过主出口管64相连接。于是，主入口管63和主出口管64通过反应容器（图中未示出）与压送装置（图中未示出）而形成了闭路循环系统。另外，为了获得对地球的正电压，可以如图6a所示那样将左端的阳极66接地，而为了获得对地球的负电压，可以将右端的阴极67接地。而为了在使作为输出电压的正电压和负电压具有相等的绝对值时，可以如图6b所示那样将中点接地。这样一来，可以十分容易地进行直流与交流电的变换。
在图6a，图6b中，n为段数，而V0为单元装置的产生的电动势。
另外，各单元装置61最好能获得均一的溶液供应，例如，把主入口管63的导入口68象图6a所示那样设置在图面上的左侧，而把主出口管64的排出口69象图6a所示那样设置在图面上的右侧。再有，各单元装置61按照装卸容易的方式安装到主入口管63和主出口管64之间，这样，当这些单元装置的任何一个装置发生故障时，不需停止全系统的运转就可以把发生故障的单元装置取下来修理。这时，被修理的单元装置的两侧相邻的单元装置的电极应能自动地连接起来，可以按此方式设计回路（图中未示出）。另外，在各单元装置61的入口60和出口65处设置一个多通阀（三通阀），这样各单元装置61中的溶液可以很容易地取出和更换。还可以在入口60和出口65处设置流量计等。
图5的系统，例如可以象图7所示那样作为各种用途的电源使用。
在图7中，71是图5中所示的系统，它的两个引出端连接到直流·交流转换器72上，以把发电系统发出的直流电变换成所需频率的交流电。直流·交流转换器72的输出由变压器73升压到所需的电压，并可由交流·直流转换器74将其再次变成直流，以供给各种电气装置和电气机械等使用。此处，关于交流电的频率，从转换效率的观点看，最好是1KHz～10MHz。
对于同一电功率的系统大小来说，可以使交流电的频率略高，因此，频率平方根的倒数值就相应变小，这样就可达到设备的小型轻量化。在用电时，如果希望使用电功率比较小的个别供电电源，则在使用直流交流变换器或交流直流变换器时最好使用对于半导体电力变换回路来说属于频率特性优良的100KHz～10MHz左右的频率。
当现有的发电厂使用该技术时，可以原封不动地使用原有的送电网，这时可以用直流交流转换器将其变成50Hz/60Hz。在直流送电网普及的地方，为了将电压升高到所需的送电电压，应该将其转换成最适宜于变压器升压的频率，然后在输入普通的送电网之前，再用交流直流转换器将其重新变成直流。
实施方案
（溶剂、添加物质）
在本发明中的溶剂是其本身不离解的溶剂，而添加到该溶剂中的物质是在该溶剂中离解的物质。
在进行组合时，例如，可以用氟化氢作为溶剂，以水作为添加物质来进行组合。
添加物质的浓度要根据具体的溶剂和添加物质的组合而变化，例如，在以氟化氢与水进行组合时，水的添加量最好在约2%以下。如果超过了约2%，则不能成为所需的向无水氟化氢中添加水后形成的溶液。另一方面，如图2所示，为了使电阻率不致于过大，必须使水分含量在10ppm以上。
也就是说，无水氟化氢本身的腐蚀性并不强，但在添加水后其腐蚀性增加，如果水的添加量超过2%左右，它将腐蚀下述的阳极或阴极。因此，为了防止腐蚀，水的添加量最好在1%以下。另一方面，如果水含量在10ppm以下，虽然这时添加的水100%离解，但是离子浓度仍然很少，这时氟化氢溶液的电阻率达到数KΩ·cm以上，这一电阻率过高，因此不能获得效率高的发电系统。
另外，在本发明中，作为溶剂使用的必须是其自身不离解的溶剂，其理由如下。也就是说，作为发电装置，为了获得大的电力，最好如图5所示将电极分成多段配置。可是，如果溶剂本身离解，由于离解而生成的离子本身就成为电荷的运载手段，使电流在不同的电极之间流动，因此造成电力的损失。而且，如果溶剂本身电离，由于离子在电极表面发生反应而变成气体，因此不能使产生的电力保持稳定。
另外，作为添加的水最好具有下述水质：
电阻率（MΩ·cm，25℃）    ＞18
颗粒（ps/cm3）＞0.1μm ＜20
总有机碳（μg    C/l）    ＜50
溶解氧（μg    O/l）    ＜100
（电极）
在本发明中所用的阳极和阴极，其功函数之差越大越好，这样可以在外部产生更大的电动势。不过，正如上述，由于含水氟化氢的腐蚀性强，因此电极必须具有耐蚀性。作为电极的材料，例如，可作为阴极的有Pt、Au、Ni和Pd等。特别是用Pd作为阴极的情况下，在电极处产生的H2随之变成了H＊，因此可以预料它在容器内能很有效地重新变成水，这样就可使该装置更小型化。从这一观点看，最好是使用Pd。
另外，作为阳极，例如可以使用LaB6、TiN、NbC、W2C、ZrN、ZrC或Cs等。当然，也可以使与含水氟化氢溶液接触的部分由所说的材料构成，因此，可以用适宜的材料作为母材，并在其上面镀覆所说的材料以后将其作为电极使用。
可是，在一般情况下在所说的材料表面上会形成一层很薄的氧化膜并且有杂质附着。由于所说氧化膜或杂质的存在，妨碍了电极表面上的反应。然而，在本发明中，使用含水氟化氢作为溶液，而电极全部浸渍在该溶液中，于是可以除去所说的氧化膜或杂质，从而可使电极的活性表面暴露出来，这样就具有很大的好处。因此，在本发明中使用含水的氟化氢溶液是一个较好的理由。
另外，相互面向的电极之间的距离越小越好。如果极距较大，则由于在电极间的含水氟化氢溶液具有的电阻，使得能够产生的电压降低。具体地说，极距最好在1cm以下，在1mm下更好。至于极距的下限，应根据溶液循环时的压力损失或者制造上的困难性来适当的决定，最好下限为0.1mm～0.3mm。
下面列出各种电极的功函数，以供参考：
阴极
Au    5.1～5.47eV
Ni    5.04～5.35eV
Pt    5.64～5.93eV
Pd    5.55eV
阳极
LaB62.66～2.76eV
TiN    2.92eV
NbC    2.24～4.1eV
W2C 2.6～4.58eV
ZrN    2.92eV
ZrC    2.18～4.22eV
Cs    1.95eV
另外，功函数的值具有一个幅度，这是因为功函数与结晶的结构和制造方法有关。
（容器）
在本发明中，用于装载含水氟化氢溶液的容器，其内部（也就是说，装载氟化氢溶液的部分）与大气相隔绝。氟化氢液体一旦与大气接触，就要吸收大气中的水分。因此，为了防止这种情况，必须隔绝空气。
另外，作为容器的材料，只要是对含水分的氟化氢具有耐蚀性的材料即可。例如，可以使用氟系树脂[作为较具体的例子有聚四氟乙烯（テコポン社的注册商标）或PFA等]。当然，只是把与含水分的氟化氢溶液接触的部分例如用聚四氟乙烯来构成也是可以的。因此，例如可以在不锈钢的内表面上衬上一层聚四氟乙烯或PFA。除此之外，例如，一种在表面上形成了大体符合化学理论比例的氟化钝态膜的金属材料也可用来构成容器。而且，最好是使用一种在其表面上已形成了大体上符合化学理论比的氟化钝态膜，然后再在其上面衬上一层氟系树脂的金属材料来构成容器。再者，用于作为在其上面形成氟化钝态膜的基体金属材料，最好是使用纯铁或不锈钢（特别是SUS316L）或铝合金、镁合金等。在这些金属材料上形成的氟化钝态膜（FeF2、AlF3、MgF2）极其致密，它对含水氟化氢显示出很强的耐蚀性，而且它的电绝缘性也很优良。另外，所说的氟化钝态膜可以采用例如日本特开平2-270964号公报所示的形成技术来制备。
再有，氟化氢的沸点为19.6℃，在常温下有可能变成气体，因此，为了防止其气化，最好施加压力。例如，当施加的压力为11kg/cm2左右时，即使温度达到100℃也能防止其气化。关于这一点在前面有关加压作用的段落中已有叙述。
在此情况下，为了使系统具有能够承受该压力的强度，如上所述，应该使用一种以金属为基底并在其内表面上敷贴了聚四氟乙烯或PFA等而形成的材料，并且，最好是在金属材料的表面首先形成一层大体符合化学理论比的氟化钝态膜，然后再在其上面涂覆或敷贴聚四氟乙烯、PFA等。另外，这样可降低造价。
（循环系统-密闭系统）
在本发明中，由于在电极上的反应而产生氢和氧。可以将此氢气和氧气从该系统中取出，例如可以作为燃料电池的原料。在此情况下，必须向系统中补给消耗掉的水。
然而，如上所述，在将氢和氧取出的情况下，必须补给消耗掉的水，因此会带来管理上的麻烦。另外，在补给水时，必须导致氟化氢暴露于大气中。
因此，本发明的方法最好是把氢与氧重新返加封闭系统中。也就是说，在容器上设置入口和出口，并将此入口和出口与系统的导管连接，以便通过压送手段来压送容器内的溶液。为此，在导管输送的途径中设置一个含有Pd等催化剂的反应容器，以便使氢与氧发生反应。
作为这种结构，H2和O2在反应容器内与催化剂接触，并且按照下式所示，H2分子变成了游离基（H＊）。
这种氢游离基再与氧分子反应而生成水。
生成的H2O重新导入氟化氢中，这里它又立即离解成离子。
（Q为反应热）
再有，在这种结构中，虽然伴随氟化氢的循环要带来压力的损失，然而由于氟化氢溶液的粘性要比其他溶液的粘性小得多（参见表2中所示的氟化氢和水的特性值），因此，与所获得的电能相比，用于压送溶液所需的电能极少。这样，对于循环系统的情况，利用氟化氢作为溶剂是十分有利的，而上述循环系统正是巧妙地利用了氟化氢的这种特性。另外，必须从外部补给的只是热量，因此，过程的维持十分容易。
表2
特性 HF HO
沸点，℃熔点，℃密度，g/cm3粘度（0℃）,cP表面张力（0℃），（毫牛／米）介电常数，（0℃）偶极矩（0℃），C·m比热，  Cal/g·deg 19.54-83.551.0020.25610.183.66.10×10-300.61 100.00.00.99991.792174.2881.06.24×10-301.0
实施例1
根据图3所示结构的系统来解释本发明的第1个实施例。
在图3中，1是发电装置，其中，13是表面上敷贴有聚四氟乙烯（デコポン社的注册商标）的不锈钢容器，在该容器中安装有LaB6的阳极11和Pt的阴极12。电极的尺寸为长15×宽10cm，极间距离为100μm。14和15是用于将电流引出的导线。2是一个不锈钢（SUS316L）制的容器，其内表面衬有聚四氟乙烯，容器内装有形成蜂窝状的30根内径1.3mm，壁厚80μm，长度35cm的Pd（80）-Ag（10）-Au（10）合金管。
3是恒温槽。4是泵，用于使发电装置1、容器2、恒温槽3和连接管中的氟化氢溶液进行循环。6是温度测定器。
往无水氟化氢（纯度99.99%）中加入1%左右的水，然后将此氟化氢溶液导入系统。
首先使该氟化氢溶液按1cm3/秒的流量进行循环，同时温度测定器6输出的信号反馈回恒温槽，以使氟化氢溶液能经常保持在0℃。
在此状态下，在此出导线14和15之间接入一个电阻，测定电阻两端的电位差，所测得的电压为0.8V。并且，测得的电流值为1.4A。
实施例2
图8是表示本发明的第2个实施例的示意图。
在该装置中设置有2组发电装置的电极，其目的是为了产生较高的电动势。
图中的11是LaB6电极，12是Pt电极，16是以图面上左侧的Pt11′和右侧的LaB612′共同构成的电极。81和82是用于分隔小室的绝缘性隔板，本实施例中的隔板由聚四氟乙烯制成。其他编号的意义与图3相同。
电极的大小为15×10cm，极间距离为100μm，隔板81和82的长度分别为15cm和5cm。
与实施例1相同，把含水约1%的氟化氢溶液导入系统内，使该含水的氟化氢溶液以2cm3/秒的流量循环。这时测得引出导线14和15两端之间的电压为1.6V，测得的电流为1.4A。
本发明的效果如下：
根据本发明，可以提供一种发电装置，该装置可以几乎完全不使用矿物燃料，不污染地球环境，并能以低成本获得大量的电能。
也就是说，本发明可以提供一种发电装置，该装置有可能代替目前以火力发电和原子能发电等作为主力的发电装置来进行达到用电量的发电，并且有可能获得不会产生环境问题的清洁的能源。
不言而喻，本发明的发电装置可以根据电极的数目进行小型化，或者相反地进行大型化，例如，作为家庭发电用时可以很容易而且廉价地在各家庭中安装，也可以在汽车等装置中使用。而且，也可将其搭载于人造卫星上，代替目前使用的太阳能电池。

Claims (22)

1、一种发电装置，其特征在于，一个容器，其中装有由一种本身不离解的溶剂和向其中添加的在该溶剂中离解的物质所组成的溶液，所说容器具有耐该溶液腐蚀并且是电绝缘的内表面，
在装载于所说容器内的上述溶液中浸渍着相互面向的电极，其中，功函数小的是阳极，功函数大的是阴极。
2、如权利要求1记载的发电装置，其特征在于，它至少含有：
一个容器，它具有能耐含水氟化氢腐蚀并且是电绝缘性的内表面，
在该容器内与大气隔绝地装载着一种向无水氟化氢液体中添加水后所形成的溶液，
在该溶液中相互面向地浸渍着阳极和阴极，其中，阳极由一种对含水氟化氢具有耐蚀性并且其功函数较小的材料构成，而阴极由一种对含水氟化氢具有耐蚀性并且其功函数较大的材料构成，以及
能给该溶液赋予所需热量的加热装置。
3、如权利要求2记载的发电装置，其特征在于，所述水的浓度在2%以下。
4、如权利要求1至3中任一项所记载的发电装置，其特征在于，在所述的容器中设置有入口和出口，该入口和出口皆与导管相连接，在导管间插入一个用于压送容器内溶液的压送装置，在该导管途中设置有一个内含用于使氢与氧反应的催化剂的反应容器。
5、如权利要求4记载的发电装置，其特征在于，上述的催化剂是钯或钯合金。
6、如权利要求4或5记载的发电装置，其特征在于，上述的催化剂以颗粒状或粉末状填充在反应容器内。
7、如权利要求4或5记载的发电装置，其特征在于，上述的催化剂以一种形成蜂窝状断面的细管束的形式装在反应容器内。
8、如权利要求1至7中任一项记载的发电装置，其特征在于，其中的阳极与阴极贴合在一起，而由这样贴合形成的电极按照其阳极表面与阴极表面相互平行的方式配置成多段状。
9、如权利要求1至8中任一项记载的发电装置，其特征在于，其中的阴极由Pt、Au、Ni或Pd构成。
10、如权利要求1至9中任一项记载的发电装置，其特征在于，其中的阳极由LaB6、TiN、NbC、W2C、ZrN、ZrC或Cs构成。
11、如权利要求1至10中任一项记载的发电装置，其特征在于，其中的阴极是在金属材料的表面上涂覆了Pt、Au、Ni或Pd而构成。
12、如权利要求1至11中任一项记载的发电装置，其特征在于，其中的阳极是在金属材料的表面上涂覆了LaB6、TiN、NbC、W2C、ZrN、ZrC或Cs而构成。
13、如权利要求1至12中任一项记载的发电装置，其特征在于，上述相互面向的电极之间的距离在1cm以下。
14、如权利要求13记载的发电装置，其特征在于，其特征在于，所述相互面向的电极之间的距离在0.1mm以上。
15、如权利要求1至14中任一项记载的发电装置，其特征在于，所述的容器由氟系树脂构成。
16、如权利要求1至14中任一项记载的发电装置，其特征在于，上述的容器是在金属材料的表面上敷贴了氟系树脂而构成。
17、如权利要求1至14中任一项记载的发电装置，其特征在于，所述的容器是由一种在其表面上形成了基本上符合化学理论比的氟化钝态膜的金属材料构成。
18、如权利要求1至14中任一项记载的发电装置，其特征在于，所述的容器是由一种先在金属材料的表面上形成了基本上符合化学理论比的氟化钝态膜，然后再在其上面敷贴了氟系树脂而形成的材料所构成。
19、如权利要求16至18中任一项记载的发电装置，其特征在于，所述的金属材料是纯铁或不锈钢。
20、一种发电装置，其特征在于，它含有多个单元装置，而每个单元装置具有，
一个容器，它具有能耐含水氟化氢腐蚀并且其本身是电绝缘的内表面，它还具有入口和出口，
在该容器内与大气隔绝地装载有一种向无水氟化氢液体中添加水后形成的溶液，
在该容器内的溶液中相互面向地浸渍着阳极和阴极，其中，阳极由一种对含水氟化氢具有耐蚀性并且其功函数较小的材料构成，而阴极由一种对含水氟化氢具有耐蚀性并且其功函数较大的材料构成，
各个单元装置的入口彼此间通过主入口管相连接，而各出口彼此间通过主出口管相连接，而在主入口管与主出口管之间接入用于压送容器内溶液的压送装置以及含有用于使氢和氧反应的催化剂的反应容器，并且，设置在各单元装置的电极上的输出导线彼此间按串联的连接方式配置，以及
用于给该溶液赋予所需热量的加热装置。
21、如权利要求20记载的发电装置，其特征在于，阳极与阴极贴合在一起，这样贴合成的电极按照其阳极表面向着阴极表面的方式配置成多段状。
22、如权利要求20或21记载的发电装置，其特征在于，将在多个配置的单元装置的中点引出的导线接地。
CN93109330A 1992-08-12 1993-08-10 发电装置 Pending CN1086349A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP215308/92 1992-08-12
JP4215308A JPH0660918A (ja) 1992-08-12 1992-08-12 発電装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1086349A true CN1086349A (zh) 1994-05-04

Family

ID=16670173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN93109330A Pending CN1086349A (zh) 1992-08-12 1993-08-10 发电装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5643692A (zh)
EP (1) EP0658950A4 (zh)
JP (1) JPH0660918A (zh)
CN (1) CN1086349A (zh)
AU (1) AU4761293A (zh)
WO (1) WO1994005055A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245303B1 (en) 1998-01-14 2001-06-12 Arthur D. Little, Inc. Reactor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels
US6126908A (en) 1996-08-26 2000-10-03 Arthur D. Little, Inc. Method and apparatus for converting hydrocarbon fuel into hydrogen gas and carbon dioxide
US6847024B2 (en) * 1998-06-15 2005-01-25 Trustees Of Dartmouth College Prevention of ice formation by applying electric power to a liquid water layer
US6641625B1 (en) 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls
GB0007306D0 (en) * 2000-03-24 2000-05-17 Scient Generics Ltd Concept for a compact mixed-reactant fuel cell or battery
JP4573594B2 (ja) * 2004-07-27 2010-11-04 株式会社神戸製鋼所 二次電池
RU2339152C2 (ru) * 2006-01-20 2008-11-20 Закрытое Акционерное Общество "Научно-производственное объединение "Форум" Способ получения электрической энергии и устройство для его осуществления
US7820321B2 (en) * 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US9024526B1 (en) 2012-06-11 2015-05-05 Imaging Systems Technology, Inc. Detector element with antenna

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2045350A1 (de) * 1970-09-14 1972-03-16 Saline Power Systems Inc Primärelement mifAnode aus einer Magnesium-Lithium-Legierung
AU544394B2 (en) * 1979-06-25 1985-05-23 Sab Nife A.B. Electrochemical cell and gas diffusion electrode for the same
CH644471A5 (fr) * 1981-02-02 1984-07-31 Michael Graetzel Produit destine a etre utilise comme photocatalyseur, procede de preparation de ce produit et utilisation de ce produit.
JPS612278A (ja) * 1984-06-14 1986-01-08 Mitsui Petrochem Ind Ltd 電池
US4731309A (en) * 1985-06-14 1988-03-15 The Dow Chemical Company High rate and high energy density cell
GB2177251B (en) * 1985-06-19 1988-12-07 Furukawa Electric Co Ltd Battery
US4833046A (en) * 1986-09-19 1989-05-23 General Electric Company Metal-hydrogen secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
EP0658950A4 (en) 1995-11-29
WO1994005055A1 (en) 1994-03-03
JPH0660918A (ja) 1994-03-04
EP0658950A1 (en) 1995-06-21
AU4761293A (en) 1994-03-15
US5643692A (en) 1997-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1238921C (zh) 燃料电池发电系统
CN1437281A (zh) 燃料电池系统以及操作燃料电池系统的方法
CN1514890A (zh) 高压氢气制造设备和制造方法
CN1299378C (zh) 直接改性型燃料电池系统
CN100337356C (zh) 燃料电池系统
CN1613163A (zh) 燃料电池和电气设备
CN1020236C (zh) 制造氨的方法
EP2983056A1 (en) Solar photovoltaic power generation system provided with hydrogen production means
CN1404636A (zh) 燃料电池系统及其运转方法
CN1086349A (zh) 发电装置
CN1910775A (zh) 燃料电池系统
CN1345472A (zh) 电池及以该电池作为部分结构的设备或装置以及区域分散型发电方法及其发电装置
CN1841830A (zh) 燃料重整装置和燃料电池系统
JP2009513829A (ja) 電気分解
US20210172074A1 (en) Electrolysis unit and electrolyser
CN1922342A (zh) 氢的制造方法及装置
CN1922752A (zh) 燃料电池系统和对其进行控制的方法
CN1465113A (zh) 发电及废热供暖装置、发电及废热供暖方法、程序、以及媒体
CN1444666A (zh) 氢·氧供给系统
CN1636860A (zh) 氢生成装置和使用该装置的燃料电池系统
CN1421381A (zh) 臭氧发生器
SK50222011A3 (sk) Kombinovaný magnetohydrodynamický a elektrochemický spôsob výroby, najmä elektrickej energie a zariadenie
CN1619872A (zh) 燃料电池的寿命预测装置及燃料电池系统
CN1697235A (zh) 电池及以该电池作为部分结构的设备或装置以及区域分散型发电方法及其发电装置
JP2020149838A (ja) 高圧の燃料電池排ガスをフィルタリングする窒素ガス生成方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication