[发明专利]一种由含氧混合气制备纯氧及贫氧气体的电化学方法

权利要求书

1.一种由含氧混合气制备纯氧及贫氧气体的电化学方法，其特征在于：

是一种从含氧混合气中分离制备纯氧及贫氧气体方法，

包括至少两个电解水单元和每个电解水单元各自对应的供电单元；

供电单元包括至少一个用于氢能回收供电单元和一个外接供电单元，氢能回收供电单元采用氢燃料电池，外接供电单元选用太阳能电池、直接甲醇燃料电池、外部交流电网电源中的至少一种；

所述的电解水单元为水电解池；

每个供电单元分别仅与其对应的电解水单元电路上独立连接；

所有电解水单元产生的氢气通过氢气管道汇聚，一起输送至氢燃料电池作为燃料；每个电解水单元产生的氧气通过氧气管道汇聚流出，即制得所需纯氧；

氢能回收供电单元的氢燃料电池的负极、正极侧分别输入氢气和含氧混合气，其所输入的氢气通过管路与电解水单元的阴极氢气室相连，正极侧的排出气经气液分离后作为贫氧气体输出，即制得所需贫氧气体。

2.按照权利要求1所述的电化学方法，其特征在于：

所述的电解水单元的阳极和阴极被电解质隔膜隔开，分别与供电单元的正极和负极相连。

3.按照权利要求1所述的电化学方法，其特征在于：

所述的氢燃料电池供电单元，其正极和负极被电解质隔膜隔开形成两个气室；负极侧气室与氢气管道连接，流入电解水单元产生的氢气；正极侧气室由风扇或气泵将含氧混合气送入，获得氢燃料电池所需的氧气；正极侧气室流出的贫氧气体经气液分离后可作如下的至少一种处理：（1）直接排空，或作为惰性保护气使用；（2）深度除氧得到无氧气体。

4.按照权利要求1或3所述的电化学方法，其特征在于：

所述贫氧气体再次进入一辅助的氢燃料电池的正极侧，辅助的氢燃料电池的负极由电解水单元阴极产生的氢气通过氢气管道分流输入，辅助的氢燃料电池的外电路连接监控电流表或负载，若外电路没有电流通过，则正极侧的输出气则为无氧气体或获得比输入的贫氧气体氧气浓度更低的贫氧气体。

5.按照权利要求1或3所述的电化学方法，其特征在于：

氢燃料电池正极侧产生的水随排出气流入气液分离器，气液分离后水回流供给电解池的阴极和/或阳极，循环使用。

6.按照权利要求1所述的电化学方法，其特征在于：

所述的电路连接，其电解水单元电解池的阴极、阳极分别与氢燃料电池的负极、正极相连。

7.按照权利要求1所述的电化学方法，其特征在于：

包括至少两个电解水单元和每个电解水单元各自的供电单元；供电单元包括至少一个用于氢能回收供电单元和一个外接供电单元，所述氢能回收供电单元采用氢燃料电池，外接供电单元选用太阳能电池、直接甲醇燃料电池、外部交流电网电源中的至少一种；所述电解水单元为水电解池；

由至少一个氢燃料电池和水电解池构成主单元；

由至少一个水电解池作为辅助单元1，与外接供电单元电连接，用于为氢燃料电池提供补充氢气；

由至少一个氢燃料电池作为辅助单元2，用于贫氧气体的深度除氧处理；

所述的主单元、辅助单元1和辅助单元2三者之间只有气路连接，没有电路连接；辅助单元2(深度处理氧气功能的燃料电池单元)与辅助单元1（补充氢气功能的电解池单元）之间只有氢气气路连接；水电解池的阴极氢气气路与燃料电池负极氢气气路连接。

8.按照权利要求1或7所述的电化学方法，其特征在于：

所述的直接甲醇燃料电池供电单元，采用甲醇作为燃料流入负极，以含氧气体为氧化剂流入正极，发电供给水电解池；

或，所述的太阳能电池供电单元，直接采用与水电解池所需电压和功率匹配的太阳能电池商业化产品，发电供给水电解池；

或，所述的交流电网供电单元，直接采用与水电解池所需电压和功率匹配的交流电网供电的直流电源商业化产品，发电供给水电解池。

9.按照权利要求1或7所述的电化学方法，其特征在于：

优选的外接供电单元是太阳能电池与交流电网或与直接甲醇燃料电池的同时采用。

10.按照权利要求1或7所述的电化学方法，其特征在于：

构成主单元的氢燃料电池和水电解池之间在电路上一一对应连接；

辅助单元2的辅助的氢燃料电池的外电路仅与电流表监控或负载连接，而不与任何一个水电解池电路连接。