CN1754300A - 执行电化学过程的转换电路、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于将交流电转换成用于电化学过程的馈电电流的转换电路具有：用于提供交流馈电电流的至少一个电源端；用于整流所提供的交流馈电电流的整流电路；以及用于将整流后的电流提供给其中正在进行电化学过程的设备的输出级。转换电路进一步具有连接在电源端和整流电路之间的输入级，在使用中，该输入级使转换电路具有基本上电抗性的输入阻抗。

Description

执行电化学过程的转换电路、系统和方法
技术领域
本发明涉及用于将交流电转换成用于电化学过程的馈电电流的转换电路，该转换电路具有至少一个电源端，用于提供交流馈电电流；
整流电路，用于整流所提供的交流馈电电流；以及
输出级，用于将整流后的电流提供给发生电化学过程的设备。
本发明还涉及用于执行电化学过程的系统，适合于放置运行电化学过程的设备，并包括这种转换电路。
本发明还涉及使用这种转换来执行电化学过程的方法。
背景技术
从GB2197551可知如上所述的转换电路、系统和方法的例子。在所述公开文献中，描述了电池充电器。该电池充电器可用于充电小型电池。当由电源供电时，已知电池充电器的输入阻抗实际上基本是电阻的。已知电池充电器具有输入级，包含串联连接在整流电路和电源端之间的电容器。在已知电池充电器中，电容器用来产生压降，以便电池两端的电压不变得太高。
已知装置的一个缺点是，当充电电池时发生的电化学过程的执行花费相当长的时间。
发明内容
本发明的一个目的是，提供用于执行电化学过程的转换电路、系统以及执行能加速该过程并显示出相当高的效率的电化学过程的方法。
通过在所说的段落中所述类型的转换电路，实现该目的，其中，转换电路进一步包括连接在电源端和整流电路之间的输入级，在使用中，输入级使该转换电路具有基本上电抗性的输入阻抗。
在使用中，转换电路由此具有其电抗分量高于电阻分量的输入阻抗。通过使用该输入级，可以将更多功率提供给电化学过程，而不相当地增加视在功率吸收。通过使用电抗性输入阻抗结合来自交流馈电电流的供电，将脉动功率提供给电化学过程，因为通过转换电路中的导体传播的电磁波的电和磁分量是异相的。本发明基于通过分离两个分量，包含在电化学过程中的电荷载体获得更高移动性的理念。用这种方式，电化学过程的效率及其速度增加。
最好，输入级包括串联连接在电源端和整流电路之间的至少一个电容器，以及更具体地，输入级包括电容器组，其包括并联连接的一个或多个电容器。
用这种方式，可以获得几乎纯电抗性的输入阻抗，结果，根据本发明的转换电路的有利效果用增强的方式表示自己。
其中，电源端适合于将转换电路连接到电源网。
如果转换电路直接连接到电源网，在许多地方使用简单。因此，不需要单独的交流电源。
根据本发明的另一方面，提供一种用于执行电化学过程的系统，适合于放置正在进行电化学过程的设备并包括如权利要求的任何一个所述的转换电路。
该系统具有与转换电路相同的有利效果。
最好，该系统适合于使用正发生电化学过程的设备，包括用于电解质溶液的容器，其中，所述系统具有用于在存在于位于系统中的设备的容器中的电解质溶液中生成压力波的装置。
压力波改进包含在电化学过程中的电荷载体的传输。另外，它们保证电化学过程中释放的气体的快速移出，以便降低其在电解质溶液中的浓度。这提高了根据本发明的转换电路的操作，使得电化学过程执行更快。另外的效果是任何结晶电解质再次更快地溶解。因此，获得再生效果，如果电化学过程在相对冷的环境中进行或先前已在相反的方向运行，这会特别有利，因为电解质的结晶在那些情况下经常发生。
在优选的实施例中，该系统包括液槽，其中放置容器和具有当用液体填充时在液槽中生成压力波的装置。
这是传送压力波的高效方式，因为液体和电解质溶液的阻抗在相同范围内，使得传送更多功率。此外，该系统可结合各种容器使用，由此可以适合于电化学过程的类型，而不有损于用在根据本发明的系统中的适用性。
根据另一方面，本发明提供一种执行电化学过程的方法，其中，使用根据本发明的转换电路。
该方法具有相对短的持续时间的优点。
在优选实施例中，该方法包括在用电解质溶液填充的容器中进行电化学过程，以及在存在于容器中的电解质溶液中产生压力波。
压力波改进包含在电化学过程中的电荷载体的传输。这增强了根据本发明的转换电路的操作，使得电化学过程运行更快速。
最好，该方法包括生成具有在20kHz和更高范围内的频率的压力波。
已经实验确定压力波的效果在20kHz和50kHz的频率范围内最高。当使用用水作为成分的电解质溶液时，38-46kHz的范围，以及在那个范围内特别是41-43kHz最佳。这与水分子的谐振频率处于约42kHz的事实有关。
附图说明
现在，将参考附图，进一步详细地说明本发明，其中：
在图1A和1B中，分别示出根据本发明的系统的例子的示意俯视图和侧平面图；以及
在图2中，示出根据本发明的转换电路的实施例的电路图。
具体实施方式
根据本发明的系统，其中图1A和1B示意性地表示例子，包括转换电路和形成液槽的用水1填充的容器2。在液槽中，放置电解设备3。电解设备3包括液体容器4，在其中具有浸入电解质溶液6中的对偶电极5。电极5连接到电解设备3的正和负极7，8。
本发明通常适合于任何类型的电化学过程。在此详述的例子有关例如氯化钠溶液的电解，以便获得氯化物。在本发明的特定实施例中，根据本发明的系统形成车辆的传动系统的一部分。该传动系统进一步包括用于驱动车辆的电源，该电源将电解的产物用作能源。电源可以例如由内燃机或在氢上运转的Stirling-马达组成，也可以是燃料电池和一个或多个电动机的组合。将交流电提供给根据本发明的转换电路的发电机可以由直流发电机组成，以及可选地，当放慢车辆时，用来补偿能量。包括用于生成交流电的发电机的系统、根据本发明的转换电路、在其中发生电化学过程的电化学电池以及使用电化学过程的产物的电源的系统为车辆推进提供特别有效和快速的响应系统。
然而，本发明也适合于充电电池和蓄电池。本发明甚至适合于充电不能用传统的充电装置再充电类型的电池，诸如碳电池。本发明特别适合于再充电诸如用在例如汽车和卡车中的硫酸铅电池。其中，由于重复过量充电和深度放电(结合低温)出现问题，硫酸盐淀积在电极板上，结果，蓄电池的容量在其寿命期间减小。通过根据本发明的系统，能改变和防止这种效果。
使用中，电解设备3被置于用水1填充的容器2中的基座9上，其中设置液位使得电极7，8正好在水面3上方。电极7，8连接到引线10，11，例如通过弹簧夹(未示出)或其他适当的连接装置。在图2中示意性地表示其通用例子的根据本发明的转换电路的电子设备容纳在外壳12中。因此，在该例子中，根据本发明的系统由转换电路、具有容纳在其中的电子部件的外壳12以及液槽组成，稍后将更详细地描述其功能。
根据本发明的转换电路最好从电源供电，尽管原则上也能使用另一交流电源，在本发明的上下文中，也应当用来表示多相电流(三相电流)的源，诸如动力电网。适当的源的例子是交流发电机，诸如汽车发电机或紧急备用发电机。也可以使用连接到用于将直流电转换成交流电的转换器的直流电源。原则上，根据本发明的转换电路与例如车辆中的液槽分开使用，以便在驾驶的同时充电蓄电池。这种应用不限于汽车，而是可延伸到其他车辆，诸如例如电气列车、有轨电车、轮椅、船或飞机。
返回到图2的例子，所述的转换电路具有构成用于从插座提供交流电的电源端的插头13，14。所提供的交流电首先通过输入级，在该例子中，由电容器组15组成输入级。电容器组15包括并联连接的三个电容器16。在所示的电路的变形(未示出)中，电容器组15的电容总体上可通过置于电容器15之前的开关来调整。通过使用具有适当电容的电容器16的电容器组15，不需要单独的变压器，以及当从电源供电时(即，具有在40和60Hz范围内的频率的交流电)，还获得通过输入级，使转换电路具有几乎完全电抗性的输入阻抗。因此，电流和电压几乎异相90°，结果，所消耗的视在功率几乎等于零。电容器组15使得使用单独的变压器变得多余。
在其他应用中，总是将输入阻抗调整到电源的频率。对于动力电流或来自汽车发电机的电流，频率将很高，例如约600Hz。然后，通过适当选择电容器16，根据本发明的转换电路的输入阻抗再次基本上是电抗性的。因此，输入级总是适合于交流馈电电流(也应当用来表示多相电流)的属性，以便在使用中，输入级使电路具有基本上电抗性的输入阻抗。
在输入级之后，仅通过连接到输入级的桥接电路17整流电流。通过连接到电解设备3的正负极7，8的连接夹18，19，将整流后的电流提供给电解设备3。因为转换电路基本上由具有几乎纯电抗性输入阻抗的输入级和桥接电路17组成，将脉动功率提供给电解设备3
观察到在本发明的范围内，除图2中所示的桥接电路17外的其他整流电路是可能的。原则上，半波整流电路是可能的，但最好，为了更快和更有效地运行电化学过程，使用全波整流电路。除了电化学过程的属性，整流电路的选择确定了是否通过和通过交流频率的哪个谐波。在电化学过程中，仅涉及偶次谐波。这是根据本发明的电路的另外的有利效果，因为奇次谐波是不期望的。电化学过程的存在使得消除了通常引起诸如过热的问题的那些分量。谐波分量增强电化学过程的加速效果。
返回到图1A和1B，现在描述液槽的功能。尽管也能由其他装置，例如通过基座9中的振动垫生成电解设备中的振动，最好通过连接到容器2的致动器20，在水1中生成压力波。致动器20也可以是压电致动器，但通过磁铁和螺线管驱动的特别调整的扬声器同样可能。生成超声压力波，最好具有20KHz或更高的频率。在25kHz以上的范围已经证明是特别有利。经验上已经确定压力波的效果在20kHz和50kHz之间最大。当使用用水作为成分的电解质溶液时，38-46kHz的范围，以及特别是在41-43kHz的范围内最佳。这与水分子的谐振频率处于约42kHz的事实有关。
致动器生成具有朝向液体容器4的方向A传播的平面波前30的压力波。该压力波垂直撞击在液体容器的壁上。该壁开始振动，从而将压力波传送到电解质溶液6。电极5也开始振动。
通过致动器29和通过根据本发明的转换电路的馈电电流的同时驱动，确保了电解设备3中的电解过程快速发生。加速了电解质溶液6中的离子迁移，同时通过压力波，加速了电解产物的除气作用。通过这些措施，减少了溶液中电解产物的浓度，结果，更快速地实现了电解质溶液中的化学反应。
本发明不限于在此所述的实施例，可以在附加权利要求的范围内改变。特别地，根据本发明的系统不限于所述的电化学过程。当使用根据本发明的转换电路时，例如电镀过程更快速地和更有利地进行。

Claims (11)

1.用于将交流电转换成用于电化学过程的馈电电流的转换电路，该转换电路具有：
用于提供交流馈电电流的至少一个电源端(13，14)；
整流电路(17)，用于整流所提供的交流馈电电流；以及
输出级，用于将整流后的电流提供给在其中发生电化学过程的设备(3)，其中，所述转换电路进一步包括连接在电源端(13，14)和整流电路(17)之间的输入级(15)，在使用中，输入级(15)使转换电路具有基本上电抗性的输入阻抗。
2.如权利要求1所述的转换电路，其中，输入级(15)包括串联连接在电源端(13，14)和整流电路(17)之间的至少一个电容器(16)。
3.如权利要求2所述的转换电路，其中，输入级(15)包括电容器组，包括并联连接的一个或多个电容器(16)。
4.如上述权利要求的任何一个所述的转换电路，其中，电源端(13，14)适合于将所述转换电路连接到电源网。
5.如上述权利要求的任何一个所述的转换电路，其中，整流电路(17)包括全波整流电路。
6.用于执行电化学过程的系统，适合于放置其中正在进行电化学过程的设备(3)并包括如权利要求1-5的任何一个所述的转换电路。
7.如权利要求6所述的系统，适合于使用其中正在进行电化学过程的设备(3)，包括用于电解质溶液(6)的容器(4)，其中，所述系统具有装置(20)，用于在位于系统中的设备(3)的容器(4)中存在的电解质溶液(6)中生成压力波。
8.如权利要求7所述的系统，包括液槽(1，2)，其中可放置容器(4)并具有用于当液槽用液体(1)填充时，在液槽(1，2)中生成压力波的装置(29)。
9.执行电化学过程的方法，其中，使用如权利要求1-5的任何一个所述的转换电路。
10.如权利要求9所述的方法，包括在用电解质溶液(6)填充的容器(4)中进行电化学过程，以及在存在于容器(4)中的电解质溶液(6)中产生压力波。
11.如权利要求10所述的方法，包括生成具有在20kHz和更高范围内的频率的压力波。
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