[發(fā)明專利]電解系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580026116.5
• 申請日: 2015-03-13
• 公開（公告）號: CN106661741B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊凡·伊茲戈羅丁;阿列克謝·伊茲戈羅丁
• 申請（專利權(quán)）人: H2SG能源私人有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25C7/00;C25B9/00;C25B15/00
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;黃亞男

提供了一種用于從水中產(chǎn)生氫和氧的電解槽系統(tǒng)(100)，其包括：至少一個電解槽(101)，其包括膜電極組件(102)和離子導(dǎo)電電解質(zhì)(108)，所述膜電極組件包括至少一對包括陽極(107)和陰極(109)的氣體可滲透電極(107，109)；所述離子導(dǎo)電電解質(zhì)布置在每對陽極(107)和陰極(109)之間；在每個電極(107，109)的非電解質(zhì)側(cè)上的電極氣體空間(104，106)，其包括陽極氣體空間(104)和陰極氣體空間(106)，至少一個電極氣體空間(104)包括入口(130)和出口(132)；再循環(huán)回路(143)，其用于將所產(chǎn)生的氧產(chǎn)物氣體中的至少一部分從至少一個電極氣體空間(104)的出口(132)再循環(huán)到相應(yīng)的電極氣體空間(104)的入口(130)，并且通過相應(yīng)的電極氣體空間(104)；與所述再循環(huán)回路(143)流體連通的供水容器(142)，所述供水容器(142)利用由再循環(huán)回路(143)中相應(yīng)的產(chǎn)物氣體提供的蒸發(fā)熱將來自供水(144)的水蒸發(fā)并將水蒸汽供給至所述再循環(huán)回路(143)中；和熱傳遞裝置(105)，其位于電極氣體空間(104)中，用于在陽極氣體空間(104)中的氣體和所述膜電極組件(102)之間傳遞熱量，所述氣體空間通過其入口和出口流體地連接到所述再循環(huán)回路，其中所述熱傳遞裝置(105)與所述膜電極組件接觸并且還允許在所述膜電極組件(102)和相應(yīng)的氣體空間(104)之間的氣體循環(huán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及一種用于進(jìn)行電解工藝以產(chǎn)生清潔氣體(例如氫和氧)的電解工藝和裝置。本發(fā)明特別適于用于電解水的低溫氣體電解槽系統(tǒng)，并且便于在下文中關(guān)于該示例性應(yīng)用來公開本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于該應(yīng)用并且可以用于其它電解應(yīng)用中。

背景技術(shù)

以下對本發(fā)明背景的討論旨在促進(jìn)對本發(fā)明的理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該討論不是確認(rèn)或承認(rèn)所提及的任何材料在本申請的優(yōu)先權(quán)日已公開、已知或是公知常識的一部分。

作為在操作條件下的水電解中的放熱反應(yīng)的結(jié)果，低溫氣體電解槽系統(tǒng)具有在膜電極組件(特別是在陽極側(cè))中產(chǎn)生的大量熱量。因此，必須使用冷卻系統(tǒng)來維持膜電極組件和整個電解槽的低操作溫度。

在美國專利公開第3,917,520號(Katz等人)和第3,905,884號(Edmund等人)中教導(dǎo)并且在圖1中示出了利用熱交換系統(tǒng)的一種水電解裝置。如圖1所示，該裝置包括電解槽，其包括夾在陰極14和陽極16之間的多孔基質(zhì)18，并填充有水性電解質(zhì)。通過熱交換部22和與陽極16相鄰的多孔墊板20(其還包括電解質(zhì)存儲基質(zhì))來從槽中除去熱量。該槽還包括分別在陰極和陽極的非電解質(zhì)側(cè)上的氣體空間24、26。

在操作期間，通過電源30施加電勢，引起水的電解并且將槽的陽極側(cè)上的氧釋放到氣體空間26中，且將槽的陰極側(cè)上的氫釋放到氣體空間24中，并且通過出口32。分別使用導(dǎo)管34和36去除氣體。壓力調(diào)節(jié)裝置用于在氣體空間24和26中維持基本相等的壓力。一部分氫氣由泵39再循環(huán)通過槽并在入口38處再次進(jìn)入槽的氣體空間24。

通過泵46使冷卻劑流體通過回路41再循環(huán)來從槽中除去熱量，該回路41通過使用了冷卻劑入口42和冷卻劑出口44的熱交換部22。該回路41還包括具有旁路控制閥50、熱敏元件52和散熱器54的旁路回路48。冷卻劑以與再循環(huán)氫氣逆流的方向通過槽來循環(huán)。

使用計量裝置58將來自儲存室56的水供應(yīng)到再循環(huán)氫氣流，該水供應(yīng)的量足以代替由槽使用的水和通過導(dǎo)管34、36與氣體一起排出的水。使用蒸發(fā)器60以由離開熱交換部分22的熱液體冷卻劑提供的蒸發(fā)熱來對水進(jìn)行蒸發(fā)。

因此，US 3,905,884和3,917,520的水電解槽系統(tǒng)裝置包括連接到電解槽的單獨(dú)的熱交換部分。該部分必須與陽極室隔離以避免氣體交叉。因此，該系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn)：

(A)需要將單獨(dú)的熱交換部分連接到槽，給整個系統(tǒng)帶來了額外的復(fù)雜性而且由于連接材料而引致了熱損失；

(B)包括熱傳感器和控制設(shè)備的槽熱管理系統(tǒng)的高成本和復(fù)雜性，其中熱傳感器和控制設(shè)備用來提供循環(huán)并且在各種操作條件下維持液體冷卻劑的溫度；和