CN110841435A - 一种分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分离装置，包括电化学区域A、区域B和非电子带电粒子传导物，所述电化学区域A经所述非电子带电粒子传导物与所述区域B具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A包括外电源连接区A，所述区域B包括外电源连接区B。本发明所公开的所述分离装置能够利用电化学反应实现混合物的分离、压缩，且具有结构简单、效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种分离装置。
背景技术
如果能够发明一种装置使混合物中的某一物质分离出电子和非电子带电粒子，利用电能使非电子带电粒子穿越非电子带电粒子传导物且使电子与所述非电子带电粒子反应还原为所述物质，这样就可以对混合物进行分离。为此，需要发明一种新型分离装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1：一种分离装置，包括电化学区域A、区域B和非电子带电粒子传导物，所述电化学区域A经所述非电子带电粒子传导物与所述区域B具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A包括外电源连接区A，所述区域B包括外电源连接区B。
方案2：一种分离装置，包括电化学区域A、电化学区域B和非电子带电粒子传导物，所述电化学区域A经所述非电子带电粒子传导物与所述电化学区域B具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A包括外电源连接区A，所述电化学区域B包括外电源连接区B。
方案3：在方案1的基础上，进一步选择性地使所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述区域B与分离产物导出通道连通设置。
方案4：在方案2的基础上，进一步选择性地使所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述电化学区域B与分离产物导出通道连通设置。
方案5：在方案1的基础上，进一步选择性地使所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述区域B与分离产物导出通道连通设置，在所述混合物导入通道上和/或所述电化学区域A上设置剩余物导出口。
方案6：在方案2的基础上，进一步选择性地使所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述电化学区域B与分离产物导出通道连通设置，在所述混合物导入通道上和/或所述电化学区域A上设置剩余物导出口。
方案7：一种分离装置，包括电化学区域A、区域B和非电子带电粒子传导物，所述电化学区域A经所述非电子带电粒子传导物与所述区域B具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A包括外电源连接区A，所述区域B包括外电源连接区B，所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述区域B与分离产物导出通道连通设置，包括所述电化学区域A、所述区域B、所述非电子带电粒子传导物、所述混合物导入通道和分离产物导出通道的系统定义为子系统，N个所述子系统的混合物导入通道与分离产物导出通道串联连通设置和/或N个所述子系统的外电源连接区串联设置，所述N大于等于2。
方案8：一种分离装置，包括电化学区域A、电化学区域B和非电子带电粒子传导物，所述电化学区域A经所述非电子带电粒子传导物与所述电化学区域B具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A包括外电源连接区A，所述电化学区域B包括外电源连接区B，所述电化学区域A与混合物导入通道连通设置，所述电化学区域B与分离产物导出通道连通设置，包括所述电化学区域A、所述电化学区域B、所述非电子带电粒子传导物、所述混合物导入通道和分离产物导出通道的系统定义为子系统，N个所述子系统的混合物导入通道与分离产物导出通道串联连通设置和/或N个所述子系统的外电源连接区串联设置，所述N大于等于2。
方案9：在方案3至8中任一方案的基础上，进一步使所述混合物导入通道内的混合物设为单质气体混合物。并可再进一步选择性地选择使所述单质气体混合物设为包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
方案10：一种分离装置，包括电化学区域、区域B和非电子带电粒子传导物，N个所述电化学区域分别定义为电化学区域A1至电化学区域An，N个所述区域B分别定义为区域B1至区域Bn，所述电化学区域A1至所述电化学区域An包括外电源连接区，所述区域B1至所述区域Bn包括外电源连接区,N个所述非电子带电粒子传导物分别定义为非电子带电粒子传导物X1至非电子带电粒子传导物Xn，N大于等于2，电化学区域Ay经非电子带电粒子传导物Xy与区域By具有非电子导通电学关系，y为1至N中的任意整数进而形成电化学单元，所述电化学区域A1至所述电化学区域An与混合物导入通道连通设置，所述区域B1至所述区域Bn与不同分离产物导出通道连通设置。
方案11：一种分离装置，包括电化学区域和非电子带电粒子传导物，N个所述电化学区域分别定义为电化学区域A1至电化学区域An，N个所述电化学区域分别定义为电化学区域B1至电化学区域Bn，所述电化学区域A1至电化学区域An包括外电源连接区，所述电化学区域B1至电化学区域Bn包括外电源连接区,N个所述非电子带电粒子传导物分别定义为非电子带电粒子传导物X1至非电子带电粒子传导物Xn，N大于等于2，电化学区域Ay经非电子带电粒子传导物Xy与电化学区域By具有非电子导通电学关系，y为1至N中的任意整数进而形成电化学单元，所述电化学区域A1至所述电化学区域An与混合物导入通道连通设置，所述电化学区域B1至所述电化学区域Bn与不同分离产物导出通道连通设置。
方案12：在方案10的基础上，进一步选择性地选择使所述混合物导入通道导入的混合物包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
方案13：在方案11的基础上，进一步选择性地选择使所述混合物导入通道导入的混合物包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
本发明前述所有方案及其可变换的方案均可进一步选择性地选择使所述非电子带电粒子传导物设为质子交换膜、固体氧化物电解质膜或设为液体电解质。
本发明中，所谓的“非电子带电粒子传导物”是指不传导电子但传导质子或特定离子的物质。例如可选择性地选择使所述非电子带电粒子传导物设为质子交换膜、固体氧化物燃料电池所使用的电解质膜等。
本发明中，所谓的“具有非电子导通电学关系”是指经非电子带电粒子形成的电学导通关系，例如电容形成的导通关系，非电子带电粒子往复振荡形成的导通关系等。
本发明中，所谓的“电化学区域”是指一切可以发生电化学反应的区域，例如包括催化剂、超微结构和/或在设定温度下的区域(例如燃料电池中的电极等)，再例如在设定温度下的金属区域。
本发明中，所谓的“包括催化剂、超微结构和/或在设定温度下的电化学区域”是指所述电化学区域要么包括催化剂，要么包括超微结构，要么处于设定温度下，要么所述电化学区域包括这三种条件中的两种或三种。
本发明中，所谓的“超微结构”是指在设定条件下能够引发电化学反应的微观结构。
本发明中，所谓的“区域”可进一步选择性地选择设为电化学区域。具体可根据实际需要进行选择性设置。
本发明中，在某一部件名称后加所谓的“A”、“B”等字母仅是为了区分两个或几个名称相同的部件。
本发明中，应根据化工领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:本发明所公开的所述分离装置能够利用电化学反应实现混合物的分离、压缩，且具有结构简单、效率高的优点。
附图说明
图1：本发明实施例1的结构示意图；
图2：本发明实施例2的结构示意图；
图3：本发明实施例3的结构示意图；
图4：本发明实施例4的结构示意图；
图5：本发明实施例5的结构示意图；
图6：本发明实施例6的结构示意图；
图6.1：本发明实施例6的另一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种分离装置，如图1所示，包括电化学区域A1、区域B 3和非电子带电粒子传导物4，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物4与所述区域B 3具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A1包括外电源连接区A 5，所述区域B 3包括外电源连接区B 6，所述电化学区域A1与混合物导入通道7连通设置，所述区域B 3与分离产物导出通道8连通设置。
实施例2
一种分离装置，如图2所示，包括电化学区域A1、电化学区域B 2和非电子带电粒子传导物4，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物4与所述电化学区域B 2具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A1包括外电源连接区A 5，所述电化学区域B 2包括外电源连接区B 6，所述电化学区域A1与混合物导入通道7连通设置，所述电化学区域B 2与分离产物导出通道8连通设置。
实施例3
一种分离装置，如图3所示，包括电化学区域A1、区域B 3和非电子带电粒子传导物4，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物4与所述区域B 3具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A1包括外电源连接区A 5，所述区域B 3包括外电源连接区B 6，所述电化学区域A1与混合物导入通道7连通设置，所述区域B 3与分离产物导出通道8连通设置，在所述电化学区域A1所在的空腔内设置剩余物导出口11。
实施例4
一种分离装置，如图4所示，包括电化学区域A1、电化学区域B 2和非电子带电粒子传导物4，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物4与所述电化学区域B 2具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A1包括外电源连接区A 5，所述电化学区域B 2包括外电源连接区B 6，所述电化学区域A1与混合物导入通道7连通设置，所述电化学区域B 2与分离产物导出通道8连通设置，在所述电化学区域A1所在的空腔内设置剩余物导出口11。
本发明实施例1至实施例4在具体实施时，所述非电子带电粒子传导物4将容腔隔绝为两部分，所述电化学区域A1设置在所述非电子带电粒子传导物4一侧的腔体内，所述区域B 3(所述电化学区域B 2)设置在所述非电子带电粒子传导物4另一侧的腔体内，所述混合物导入通道7与所述电化学区域A1所在的腔体连通设置，所述分离产物导出通道8与所述区域B 3(所述电化学区域B 2)所在的腔体连通设置。
本发明实施例1至实施例4及其可变换的实施方式在具体实施时，可选择性地选择使所述混合物导入通道7导入的气体设为包括氢气的混合物，所述非电子带电粒子传导物4设为质子交换膜，从所述低压气体导入通道7导入的混合物中的氢气在所述电化学区域A1分离出电子和质子，所述质子穿越所述质子交换膜到另一侧，电子也被导流到所述质子交换膜的另一侧并与质子反应生成氢气，进而实现将氢气从所述混合物导入通道7导入的混合物中分离出来；在所述电化学区域A1所在的空腔内设置剩余物导出口11的实施方式还可以对与氢气混合的剩余物进行分离，当所述混合物为两种物质构成时，还可实现对混合物的彻底分离。还可选择性地选择使所述混合物导入通道7导入的气体设为包括氧气的混合物，所述非电子带电粒子传导物4设为可以传导氧离子的电解质(例如固体氧化物燃料电池所使用的电解质)，从所述混合物导入通道7导入的混合物的氧气在所述电化学区域得到电子形成氧离子，所述氧离子穿越所述电解质到另一侧，并使穿越所述电解质的氧离子失去电子形成氧气，进而实现将氧气从所述混合物导入通道7导入的混合物中分离出来；在所述电化学区域A1所在的空腔内设置剩余物导出口11的实施方式还可以对与氧气混合的剩余物进行分离，当所述混合物为两种物质构成时，还可实现对混合物的彻底分离。
实施例5
一种分离装置，如图5所示，包括电化学区域A1、区域B 3和非电子带电粒子传导物4，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物4与所述区域B 3具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A1包括外电源连接区A 5，所述区域B 3包括外电源连接区B 6，所述电化学区域A1与混合物导入通道7连通设置，所述区域B 3与分离产物导出通道8连通设置，包括所述电化学区域A1、所述区域B 3、所述非电子带电粒子传导物4、所述混合物导入通道7和分离产物导出通道8的系统定义为子系统，两个所述子系统中的一个所述子系统的分离产物导出通道8与另一个所述子系统的混合物导入通道7串联连通设置。
作为可变换的实施方式，本发明实施例5还可进一步选择性地选择使两个所述子系统的外电源串联连通设置。
作为可变换的实施方式，本发明实施例5还可选择性地选择使所述压缩装置包括三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个、十五个、十六个、十七个、十八个、十九个或二十个以上所述子系统，并且使所有所述子系统的气体通道串联连通设置和/或使所有所述子系统的外电源连接区串联设置。
本发明实施例5及其可变换的实施方式在具体实施时，每一个子系统均可参照实施例1至实施例4的设置形式设置以及工作模式工作，使所述分离装置还具有多级压缩的功能。
本发明实施例5及其可变换的实施方式在具体实施时，还可根据实际需要选择性地选择使所述区域B 3设为电化学区域。
本发明前述所有实施方式在具体实施时，均可进一步选择性地选择使所述混合物导入通道7导入的混合物设为单质气体混合物，并可进一步选择性地选择使所述单质气体混合物设为包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
实施例6
一种分离装置，如图6所示，包括电化学区域9、区域B 3和非电子带电粒子传导物4，两个所述电化学区域9分别定义为电化学区域A1和电化学区域A2，两个所述区域B 3分别定义为区域B1和区域B2，所述电化学区域A1和所述电化学区域A2包括外电源连接区，所述区域B1和所述区域B2包括外电源连接区,两个所述非电子带电粒子传导物4分别定义为非电子带电粒子传导物X1和非电子带电粒子传导物X2，所述电化学区域A1经所述非电子带电粒子传导物X1与区域B1具有非电子导通电学关系进而形成电化学单元，所述电化学区域A2经所述非电子带电粒子传导物X2与区域B2具有非电子导通电学关系进而形成电化学单元，所述电化学区域A1和所述电化学区域A2与混合物导入通道7连通设置，所述区域B1和所述区域B2与不同分离产物导出通道8连通设置。
本发明实施例6在具体实施时，使所述非电子带电粒子传导物4设置在空腔内且将所述空腔隔绝为两部分，两个所述电化学区域9设置在所述非电子带电粒子传导物4的一侧的腔体内，两个所述区域B 3设置在所述非电子带电粒子传导物4的另一侧的腔体内，混合物经过所述混合物导入通道7进入所述电化学区域9所在一侧的腔体内，所述混合物产生可以分别穿越所述非电子带电粒子传导物X1和非电子带电粒子传导物X2的两种粒子，所产生的两种粒子进入所述区域B 3的一侧后得到或失去电子后再生成所述混合物所包括的两种物质，所述区域B1和所述区域B2所在的腔体隔绝设置，进而实现气体的分离；随着生成物质的增多，还可以实现压缩的功能。
本发明实施例6还可选择性地选择使N个所述电化学区域9分别定义为电化学区域A1至电化学区域An，N个所述区域B 3分别定义为区域B1至区域Bn，所述电化学区域A1至所述电化学区域An包括外电源连接区，所述区域B1至所述区域Bn包括外电源连接区，N个所述非电子带电粒子传导物4分别定义为非电子带电粒子传导物X1至非电子带电粒子传导物Xn，N大于等于2，电化学区域Ay经非电子带电粒子传导物Xy与区域By具有非电子导通电学关系，y为1至N中的任意整数进而形成电化学单元，所述电化学区域A1至所述电化学区域An与混合物导入通道7连通设置，所述区域B1至所述区域Bn与不同分离产物导出通道连通设置。具体可参照实施例6的实施方式实施。其中N个可选择性地选择设为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个、十五个、十六个、十七个、十八个、十九个或二十个以上，其中N等于n。所述非电子带电粒子传导物X1至所述非电子带电粒子传导物Xn至少有两个为导通不同非电子带电粒子的非电子带电粒子传导物。
本发明实施例6及其可变换的实施方式在具体实施时，可选择性地选择使所述混合物设为由N种物质组成的混合物，或使所述混合物设为N+1种以上物质组成的混合物，当混合物为N+1种时，其中一种物质可停留在所述电化学区域9一侧的腔体内，可通过在该侧腔体的腔壁上设置导出口对其进行分离，具体如图6.1所示；其中N种可选择性地选择设为两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种、十一种、十二种、十三种、十四种、十五种、十六种、十七种、十八种、十九种或二十种以上。
作为可变换的实施方式，本发明实施例6及其可变换的实施方式在具体实施时，可根据物质的化学性质选择性地选择使所述区域B1至所述区域Bn中的至少一个设为电化学区域。
作为可变换的实施方式，本发明实施例6还可进一步选择性地选择使所述混合物导入通道7导入的混合物包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
作为可变换的实施方式，本发明所述非电子带电粒子传导物4设为质子交换膜、固体氧化物电解质膜或设为液体电解质中的一种或几种。
本发明附图仅为一种示意，任何满足本申请文字记载的技术方案均属于本申请的保护范围。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种分离装置，包括电化学区域A(1)、区域B(3)和非电子带电粒子传导物(4)，其特征在于：所述电化学区域A(1)经所述非电子带电粒子传导物(4)与所述区域B(3)具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A(1)包括外电源连接区A(5)，所述区域B(3)包括外电源连接区B(6)。
2.一种分离装置，包括电化学区域A(1)、电化学区域B(2)和非电子带电粒子传导物(4)，其特征在于：所述电化学区域A(1)经所述非电子带电粒子传导物(4)与所述电化学区域B(2)具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A(1)包括外电源连接区A(5)，所述电化学区域B(2)包括外电源连接区B(6)。
3.如权利要求1所述分离装置，其特征在于：所述电化学区域A(1)与混合物导入通道(7)连通设置，所述区域B(3)与分离产物导出通道(8)连通设置。
4.如权利要求2所述分离装置，其特征在于：所述电化学区域A(1)与混合物导入通道(7)连通设置，所述电化学区域B(2)与分离产物导出通道(8)连通设置。
5.如权利要求1所述分离装置，其特征在于：所述电化学区域A(1)与混合物导入通道(7)连通设置，所述区域B(3)与分离产物导出通道(8)连通设置，在所述混合物导入通道(7)上和/或所述电化学区域A(1)上设置剩余物导出口(11)。
6.如权利要求2所述分离装置，其特征在于：所述电化学区域A(1)与混合物导入通道(7)连通设置，所述电化学区域B(2)与分离产物导出通道(8)连通设置，在所述混合物导入通道(7)上和/或所述电化学区域A(1)上设置剩余物导出口(11)。
7.一种分离装置，包括电化学区域A(1)、区域B(3)和非电子带电粒子传导物(4)，其特征在于：所述电化学区域A(1)经所述非电子带电粒子传导物(4)与所述区域B(3)具有非电子导通电学关系，所述电化学区域A(1)包括外电源连接区A(5)，所述区域B(3)包括外电源连接区B(6)，所述电化学区域A(1)与混合物导入通道(7)连通设置，所述区域B(3)与分离产物导出通道(8)连通设置，包括所述电化学区域A(1)、所述区域B(3)、所述非电子带电粒子传导物(4)、所述混合物导入通道(7)和分离产物导出通道(8)的系统定义为子系统，N个所述子系统的混合物导入通道(7)与分离产物导出通道(8)串联连通设置和/或N个所述子系统的外电源连接区串联设置，所述N大于等于2。
8.一种分离装置，包括电化学区域(9)、区域B(3)和非电子带电粒子传导物(4)，其特征在于：N个所述电化学区域(9)分别定义为电化学区域A1至电化学区域An，N个所述区域B(3)分别定义为区域B1至区域Bn，所述电化学区域A1至所述电化学区域An包括外电源连接区，所述区域B1至所述区域Bn包括外电源连接区,N个所述非电子带电粒子传导物(4)分别定义为非电子带电粒子传导物X1至非电子带电粒子传导物Xn，N大于等于2，电化学区域Ay经非电子带电粒子传导物Xy与区域By具有非电子导通电学关系，y为1至N中的任意整数进而形成电化学单元，所述电化学区域A1至所述电化学区域An与混合物导入通道(7)连通设置，所述区域B1至所述区域Bn与不同分离产物导出通道(8)连通设置。
9.如权利要求7或8所述分离装置，其特征在于：所述混合物导入通道(7)导入的混合物包括氢气、氦气、氧气、氮气中的至少一种的混合物。
10.如权利要求1至9中任一项所述分离装置，其特征在于：所述非电子带电粒子传导物(4)设为质子交换膜、固体氧化物电解质膜或设为液体电解质。
Applications Claiming Priority (4)
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