CN116949512A - 利用膜除氢 - Google Patents

Abstract

电解系统包括配置为通过电解将水转换成氧气和氢气的电解槽电池，以及与电解槽电池的下游可操作地联接并配置为接收电解槽电池输出的水溶液的膜脱气器。膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水。膜脱气器将脱气水输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。

Description

利用膜除氢

相关申请的交叉引用

本非临时申请根据35U.S.C.§119(e)和任何其他适用的法律或法规，要求2022年4月25日提交的美国临时专利申请序列第63/334，245号的权益和优先权，该申请的全部内容通过援引在此明确并入本文中。

技术领域

本公开通常涉及电解系统和/或电解槽电池使用方法。

背景技术

电解过程产生的溶液包含溶解氢气达到饱和的水。当溶液离开电解槽的加压部分时，气体会从溶液中逸出。将水放入脱气罐，并在大气压下保存一段时间，便可去除水中的气体。

概述

为满足这些以及其他需求，本文包括了本发明的实施例。

在本文所述的一个方面，电解系统包括电解槽电池和膜脱气器。电解槽电池配置为通过电解输出包含水和氢气的水溶液。膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接。膜脱气器配置为接收电解槽电池输出的水溶液。膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水并将其输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。

在一些实施例中，膜脱气器可以包括将管道包裹在内的外壳。在一些实施例中，膜脱气器可以包括多个膜构件，它们沿着外壳的长度并平行于管道延伸。在一些实施例中，可以将所述多个膜构件布置成环绕外壳内的管道。

在一些实施例中，所述多个膜构件中的每个膜构件都可以是中空管。在一些实施例中，每个膜构件的中空管可以是纤维管。在一些实施例中，纤维管可以由聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯或聚乙烯这几种材料中的至少一种制成。

在一些实施例中，膜脱气器可以包括滤芯衬套，它布置在外壳内部，与外壳内壁的表面相邻。在一些实施例中，电解系统还可以包括联接在电解槽电池与膜脱气器之间的气体分离器罐，其中，气体分离器罐可以配置为接收电解槽电池输出的水溶液，以从中去除至少一部分氢气。在一些实施例中，电解系统还可以包括泵，其中，泵联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。

根据本文所述的第二个方面，脱气装置包括外壳和多个膜构件。外壳将管道包裹在内。管道沿着外壳的长度延伸并进行可操作地联接，以输出包含水和氢气的水溶液。管道限定多个开口，这些开口配置为通过管道分散至少一部分水溶液，并收集外壳内部的至少一部分水溶液。所述多个膜构件向内延伸到外壳并沿着整个外壳的长度平行于管道延伸。所述多个膜构件布置成环绕管道。所述多个膜构件中的每个膜构件进行可操作地联接，以输出剥离气体，这些气体配置为可分离水溶液内的氢气，并通过多个开口去除管道中的分离氢气，以便在管道中产生脱气水。

在一些实施例中，外壳可以限定一个用来接收流经水溶液的进液口，和一个用来输出脱气水的出液口。在一些实施例中，可以将管道的第一个端部与进液口可操作地联接，将与管道第一个端部相对的第二个端部与出液口可操作地联接。

在一些实施例中，外壳可以限定一个用来接收剥离气体的进气口，和一个用来输出剥离气体和分离氢气的出气口，其中，进液口和出气口可以布置在外壳的第一个端部附近，出液口和进气口可以布置在与外壳第一个端部相对的第二个端部附近。在一些实施例中，可以将所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部与进气口联接，将与所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部相对的第二个端部与出气口联接。

附图简要说明

详细说明特别提到以下附图，其中：

图1A是根据本公开的电解槽电池堆的透视图；

图1B是配置为使用图1A所示电解槽电池堆的电解系统的示意图；

图1C是图1B所示电解系统的附加部分的示意图；

图2是运行电解装置的示例性系统的框图；

图3是另一个运行电解装置的示例性系统的方框图；

图4展示了图3中的示例性系统的膜脱气器的示例性实现方式。

详细说明

电解是一种利用电力将水转换成氢气和氧气的电化学反应。因此，除其他应用外，电解还可用于产生氢气。使用可再生能源产生的电力完成电解过程时，可以产生氢气并实现温室气体零排放。

如图1A和1B所示，电解系统10通常配置为利用水和电产生氢气和氧气。电解系统10通常包含一个或多个电解槽电池80，这些电解槽电池通过化学方法，利用电从去离子水中产生基本纯净的氢气和氧气。电解系统10的电源通常来自于电力或发电系统，包括用于生产绿色氢气的可再生能源系统，例如风能、太阳能、水电和地热源。反过来，电解系统10产生的纯氢气通常又作为燃料或能源，用于那些相同的发电系统，例如燃料电池系统。或者，电解系统10产生的纯氢气可以存储起来以备后用。

典型的电解槽电池80或电解池80由多个组件构成，这些组件经压缩捆绑形成单个组件，多个电解槽电池80可以彼此堆叠，连同其间的双极板(BPP)84、85形成电解槽电池堆(例如图1A中的电解槽电池堆11、12)。每个电解槽电池堆11、12均可容纳串联和/或并联在一起的多个电解槽电池80。在电解系统10中，电解槽电池堆11、12的数量可以根据满足任何负载(例如燃料电池堆)的功率需求所需的功率值而变化。在电解槽电池堆11、12中，电解槽电池80的数量可以根据电解系统10(包括电解槽电池堆11、12)运行时所需的功率值而变化。

电解槽电池80包含多部件膜电极组件(MEA)81，该组件具有电解质81E、阳极81A和阴极81C。通常，膜电极组件(MEA)81的阳极81A、阴极81C和电解质81E配置为多层布置，以通过水与一个或多个气体扩散层82、83的接触来激活电化学反应，从而产生氢气和/或氧气。气体扩散层(GDL)82、83也可称为多孔传输层(PTL)82、83，通常位于MEA81的一侧或两侧。双极板(BPP)84、85通常位于GDL82、83的两侧，并使电解槽电池堆11、12的各个电解槽电池80彼此分离。一个双极板85与相邻的气体扩散层82、83和MEA81可形成一个重复单元88。

如图1B和1C所示，示例性电解系统10可包括两个电解槽电池堆11、12和流体回路10FC，该流体回路包括各种流体通道(如图1B和1C所示)，它们配置为从/向电解系统10传送、注入和排出流体和其他成分。本领域技术人员应当理解，电解系统10可以使用流体回路10FC中的一种或多种组件组合，以及多于或少于两个电解槽电池堆11、12。例如，电解系统10可以包括电解槽电池堆11，而在其他示例中，电解系统10可以包括三个或更多电解槽电池堆11。

电解系统10中可以包括其中一种或多种类型的电解槽电池堆11、12。在图示说明的实施例中，电池堆11、12可以使用聚合物电解质膜(PEM)电解槽电池80。PEM电解槽电池80通常在约4℃至约150℃的温度下运行，包括其中包括的任何具体温度或任何范围的温度。PEM电解槽电池80通常还在约100bar或更低的压力下运行，但压力高达约1000bar时亦可(包括其中包括的任何具体压力或任何范围的压力)，这降低了系统10的总能量需求。在PEM电解槽电池80中发生的产生氢气的标准电化学反应如下。

·阳极：2H₂O→O₂+4H⁺+4e

·阴极：4H⁺+4e^-→2H₂

·整体：2H₂O(液体)→2H₂+O₂

另外，电解系统10中也可以使用固体氧化物电解槽电池80。固体氧化物电解槽电池80将在约500℃至约1000℃的温度下运行，包括其中包括的任何具体温度或任何范围的温度。在固体氧化物电解槽电池80中发生的产生氢气的标准电化学反应如下。

·阳极：2O^2-→O₂+4e^-

·阴极：2H₂O→4e^-+2H₂+2O^2-

·整体：2H₂O(液体)→2H₂+O₂

此外，还可以使用采用碱性介质的AEM电解槽电池80。示例性AEM电解槽电池80是碱性电解槽电池80。碱性电解槽电池80采用水溶液作为电解质，例如氢氧化钾(KOH)和/或氢氧化钠(NaOH)溶液。碱性电解槽电池80通常在约0℃至约150℃的工作温度下运行，包括其中包括的任何具体温度或任何范围的温度。碱性电解槽电池80通常在约1bar至约100bar的压力范围内运行，包括其中包括的任何具体压力或任何范围的压力。在碱性电解槽电池80中发生的产生氢气的典型电化学反应如下。

·阳极：4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-

·阴极：4H₂O+4e^-→2H₂+4OH^-

·整体：2H₂O→2H₂+O₂

如图1B所示，电解槽电池堆11、12包括一个或多个电解槽电池80，这些电解槽电池通过化学方法，利用电从水中产生基本纯净的氢气和氧气。反过来，电解槽产生的纯氢气又可以用作燃料或能源。如图1B所示，电解槽电池堆11、12将产生的氢气沿流体连接管线13输出到氢气分离器16，将产生的氧气沿流体连接管线15输出到氧气分离器14。

氢气分离器16可以配置为输出纯氢气，并将其他输出流体排放到氢气排放槽20，随后，该氢气排放槽会将流体输出到去离子水排放管21。氧气分离器14可以将流体输出到氧气排放槽24，而该氧气排放槽又将流体输出到去离子水排放管25。本领域技术人员应当理解，流体的某些输入和输出可以是纯水或其他流体，例如冷却剂或电解槽电池堆11、12的化学反应的副产物。例如，氧气和氢气可以从电池堆11、12流向各自的分离器14、16。系统10还可以包括整流器32，该整流器配置为将流向电池堆11、12的电33从交流电(AC)转换为直流电(DC)。

去离子水排放管21、25分别向去离子水罐40输出，该去离子水罐是流体回路10FC中抛光回路36的一部分，如图1C所示。当离子水与电解槽电池堆11、12的内部部件相互作用时，含有离子的水会损坏电解槽电池堆11、12。图1C更详细地显示，抛光回路36配置为对水进行去离子处理，使其可以用于电池堆11、12且不会损坏电池堆11、12。

在图示说明的实施例中，去离子水罐40将流体，特别是水，输出到去离子水抛光泵44。去离子水抛光泵44又将水输出到水抛光热交换器46进行抛光和处理。随后，水流向去离子水树脂槽48。

冷却剂被引导通过电解系统10，特别是通过与氧气分离器14流体相连的去离子水热交换器72。用于冷却上述水流的冷却剂也可以随后经由冷却剂输入管27送入水抛光热交换器46，用于抛光。然后，冷却剂又回输到去离子水热交换器72，以冷却其中的水。

当水从水抛光热交换器46输出并接着进入去离子水树脂槽48之后，其中一部分水可以送入去离子水高压供给泵60。另一部分水可以送入去离子水压力控制阀52，如图1C所示。送入去离子水压力控制阀52的这部分水会流经再循环流体连接管54，该连接管可让水流回去离子水罐40，用于继续抛光。

在一些实施例中，电解系统10可以增设去离子水橇，用于抛光水流，以更快的速度冲洗掉水中的离子。然后，送入去离子水高压供给泵60的这部分水会输出到去离子水供给管64，随后流入氧气分离器14进行再循环，并最终在电解槽电池堆11、12中重复使用。这个过程可能会不断重复。

本文所述的电解系统10可用于固定和/或不可移动的电力系统，例如工业应用和发电厂。电解系统10也可以与其他电解系统10联合实施。

本电解系统10可以包括在固定或移动应用中。电解系统10可以包括在车辆或动力总成100中。包括电解系统10的车辆或动力总成100可以是汽车、通行车、公共汽车、卡车、火车、机车、飞行器、轻型车辆、中型车辆和/或重型车辆。

此外，本领域的普通技术人员可以理解，本公开中所描述的电解系统10、电解槽电池堆11、12和/或电解槽电池80可以分别替代任何电化学系统，诸如燃料电池系统、燃料电池堆和/或燃料电池(FC)。因此，在一些实施例中，本公开中所描述和教导的关于电解系统10、电解槽电池堆11、12和/或电解槽电池80的特征和方面，也涉及燃料电池系统、燃料电池堆和/或燃料电池(FC)。在其他实施例中，本公开中所描述和教导的特征和方面与燃料电池系统、燃料电池堆和/或燃料电池(FC)的特征和方面无关，因此可与之区分开来。

图2显示了一个类似于电解系统10的电解系统200的另一个示例。电解系统200包括一个或多个泵、排气口、储存罐、电源、分离器和/或其他组件。例如，用于运行图2所示的电解槽电池80的电解系统200包括水罐204、泵206、气体分离器罐208和/或脱气罐210。泵206已可操作地联接，可将来自水罐204的水转移到电解槽电池80。水罐204接收来自进水口203的水，该进水口可能会与一个水源(未显示)直接或间接连接和/或关联，也可能不会。

电解槽电池80可以产生和输出水溶液，例如溶解液化氢气达到饱和的水。在一个示例中，当水溶液离开电解槽电池80的加压部分时，会释放氢气。因此，电解槽电池80的输出端212与气体分离器罐208可操作地联接。气体分离器罐208可以配置为输出216至少一部分溶解氢气，这些溶解氢气由电解槽电池80通过氢气出口220输出的水溶液组成，该氢气出口直接与大气和/或环境相通(见图2)。

要继续去除水溶液中的溶解氢气，可以将气体分离器罐208的输出端214与脱气罐210联接。脱气罐210可以配置为将水在大气压下保存一段预定的时间，然后通过脱气罐排气口218排出从水溶液中去除的剩余溶解氢气。这样，气体分离器罐208就可以通过氢气出口220从水溶液中输出至少一部分溶解氢气，脱气罐210则可以通过脱气罐排气口218输出剩余的溶解氢气。脱气罐210在小规模应用中足够有效，但在电解槽电池80的大规模工业应用中可能效率不高。特别地，随着需要从气体分离器罐208下游的水溶液中去除的溶解氢气的量增加，脱气罐210的尺寸和相应的成本也会增加，有时会达到成本过高和/或在经济上不切实际或不太可能的程度，对于某些组织或行业而言，尤为如此。

图3展示了另一个示例性电解系统300，它类似于电解系统200，用于根据本公开运行电解槽电池80。为清楚与一致起见，对于与图2展示和描述的电解系统200的组件对应的电解系统300组件，将不再进行讨论。但应注意的是，电解系统300实施例采用膜脱气器302，而不是电解系统200实施例中详细描述的脱气罐210。

如图3所示，膜脱气器302可以配置为去除水溶液446中的氢气。膜脱气器302还可以引导分离氢气，以便安全地将氢气去除。可能包括安全地去除氢气，例如使用膜脱气器排气口304，或者将氢气用作燃烧器、燃料电池和/或其他应用中的燃料。

回到图3，膜脱气器302与电解槽电池80的下游可操作地联接，并配置为接收电解槽电池80输出的水溶液446(例如包含溶解氢气和水)。例如，膜脱气器302可以放在一个或多个气体分离器罐208与水罐204之间或与这些装置连接，如图3所示。膜脱气器302配置为去除水溶液446中的溶解氢气，以产生水448(例如纯水或基本纯净的水)。膜脱气器302产生的水448是脱气水448。脱气水448输出到水罐204，然后再循环到电解槽电池80。

气体分离器罐208接收电解槽电池80输出的水溶液，并从水溶液中去除至少一部分氢气，产生含气更少的水溶液446。含气更少的水溶液446中的氢气含量低于1％。随后，含气更少的水溶液446进入膜脱气器302，在那里去除剩余的氢气。

膜脱气器302进一步配置为将水448输出到水罐204，然后再循环到电解槽电池80。与电解系统200的脱气罐210不同，膜脱气器302的结构要紧凑得多，而且能够在一段预定的时间内从水溶液446中去除更多的氢气。反过来，通过集成膜脱气器302，从水溶液446中去除氢气的成本要比使用脱气罐210低。再进一步，可对膜脱气器302进行配置，使其去除同样多的氢气所需的时间短于脱气罐210，因此，利用膜脱气器302去除氢气的速度通常会比利用脱气罐210快。

例如，脱气罐210可能需要将水溶液446留存在脱气罐210内一段时间。由于脱气罐210所需的留存时间，电解系统200处理的水溶液446的量要少于包含膜脱气器302的电解系统300。具体而言，脱气罐210的留存时间可以介于约1分钟至10分钟之间，包括其中包括的任何具体时间或任何范围的时间，这要比膜脱气器302处理同样多的水溶液446所需的时间更长。因此，这一留存时间可能意味着，配备脱气罐210的电解系统200要比配备膜脱气器302的电解系统300少处理大约1000L到10000L的水溶液446，包括其中包括的任何具体数量或任何范围的水溶液446。

例如，脱气罐210的留存时间可能比膜脱气器302处理水溶液446所需的时间长4分钟左右。在这样的实施例中，此留存时间可能意味着，配备脱气罐210的电解系统200要比配备膜脱气器302的电解系统300少处理大约4000L的水溶液446。因此，与配备脱气罐210的电解系统200相比，配备膜脱气器302的电解系统300可能具有一些优势，例如成本更低和/或所需的时间更少。

在一个示例中，膜脱气器302与气体分离器罐208的输出端214可操作地联接，以从中接收水溶液446。在一个示例中，气体分离器罐208可以分离并去除大约90％到99％的氢气，包括其中包括的任何具体百分比或任何范围的百分比。作为另一个示例，膜脱气器302可以配置为从气体分离器罐208输出的水溶液446中分离大约1％到10％的氢气，包括其中包括的任何具体百分比或任何范围的百分比。

如至少参考图4所描述的那样，水溶液446可作为液体446，沿第一方向436流经膜脱气器302的内部。剥离气体444可以沿第二方向438进入并流经膜脱气器302的内部。第二方向438与第一方向436相反，这样，剥离气体444就可以从与水溶液446的流向相反的方向去除分离氢气，产生脱气水448。

示例剥离气体444可以是一种惰性气体，例如(但不限于)氮气。在一些情况下，例如氢气被膜脱气器302分离时，可以将这些氢气作为燃料进行再利用(例如用于燃料电池中)。因此，氢气被剥离气体444(例如氮气)污染并不是理想状况。在这样的实现方式中，电解系统300还可以包括真空泵224，它配置为无需使用惰性气体或剥离气体444即可分离从气体分离器罐208接收的水溶液446中的氢气，这样便可防止去除的氢气受到污染，从而可用于后续应用。

回到图3，膜脱气器302可以配置为通过膜脱气器排气口304引导去除的氢气，以便安全地排出、储存和/或在之后用于燃料电池和其他应用。可以可操作地联接膜脱气器302，将脱气水448输出到水罐204，然后通过泵206等装置再循环到电解槽电池80。膜脱气器302还可以配置为去除水溶液446中的氧气，而不是氢气。

图4展示了膜脱气器302装置的一个示例性实施例。膜脱气器302包括外壳402、管道404以及多个膜构件406。外壳402配置为将管道404包裹在内。在一个示例中，管道404沿着外壳402的长度延伸并可操作地联接，以接收、转移和/或输出水溶液446。

外壳402限定一个用来接收流经水溶液446的进液口424，和一个用来输出水448的出液口426。因此，管道404的第一个端部405与进液口424进行可操作地联接。管道404的第二个端部407与出液口426进行可操作地联接。在另一个示例中，外壳402限定一个用来接收气体444的进气口428，和一个用来输出气体444的出气口430。

进液口424和出气口430布置在外壳402的第一个端部432附近。出液口426和进气口428布置在外壳402的第二个端部434附近。因此，水溶液446沿第一方向436流经管道404，从进液口424流向出液口426。

剥离气体444流经膜脱气器302内的多个细长膜构件406。剥离气体444还沿第二方向438，从进气口428流向出气口430。第二方向438与第一方向436相对，这样，氢气和液态水溶液446便可在膜脱气器302内沿相反和/或相对的方向流动。

所述多个膜构件406沿着整个外壳的长度402延伸，平行于管道404并放置在其外部。在一个示例中，膜构件406交织成网状结构。膜构件406还可以布置成环绕和/或包裹住外壳402内的管道404。在一些情况下，每个膜构件406进行可操作地联接，以接收、转移和/或输出剥离气体444。

在一个示例中，膜脱气器302包括挡板408。挡板408沿着外壳402的中心轴X延伸，且垂直于管道404。挡板408还向相反方向延伸，穿过外壳402内的多个膜构件406。

所述多个膜构件406去除气体分离器罐208输出的水溶液446中的气体。每个膜构件406都可以是中空纤维管，它们平行于中心纵轴A延伸，而中心纵轴A则沿着整个外壳的长度402延伸。在一个示例中，膜构件406可以缠成一排和/或缠在外壳402内的管道404上。在一些情况下，膜构件406可以是中空管。在一些情况下，被制成中空管的膜构件406可以是纤维管。在一些情况下，膜构件406可以由一种材料(例如纤维材料)制成，例如(但不限于)聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯和/或聚乙烯。

如图3所示，系统300可以包括冷却器222，它可操作地联接在气体分离器罐208的输出端214。冷却器222配置为在水溶液446进入膜脱气器302之前降低其温度。当提供给膜脱气器302的水溶液446的温度下降到预定的阈值温度时，便可以将热塑性聚合物材料用作膜构件406的纤维材料。预定的阈值温度可以介于约30℃至70℃之间，包括其中包括的任何具体温度或任何范围的温度。

回到图4，在一个示例中，管道404包括第一部分414，它限定多个分液口416。管道404还包括第二部分418，它限定了多个集液口420。所述多个分液口416分散至少一部分水溶液446，这些水溶液正在从管道404转移到膜构件406。所述多个集液口420收集外壳402内的至少一部分水溶液446。

在运行期间，水溶液446流经膜构件406，剥离气体444在膜构件406内部流动(例如从内部到膜构件)。制成膜构件406的材料可以防水，这样，膜构件406便可以疏水。因此，如果剥离气体444没有分散在水溶液446内，则在膜构件406内部流动的剥离气体444和从外部流向膜构件406的水溶液446可能彼此直接接触。

每个膜构件406的主体422可以限定多个孔隙450。水溶液446内的溶解氢气可以从水中分离，经过膜构件406的多个孔隙450进入膜构件406。随后，溶解和分离的氢气可以被在膜构件406内部流动的剥离气体444带走。去除溶解氢气之后，管道404中留下的便是脱气水448。

在一个示例中，对沿第一方向436流动的水溶液446施加的第一个压力可以大于对沿第二方向438流动的剥离气体444施加的第二个压力。这一压差会产生推动溶解氢气的力。这一压差还会促使氢气与水溶液446中的水分离，然后经过膜构件406的多个孔隙450。

例如，从膜脱气器302出来的水448所承受的压力可以接近于大气压。因此，对剥离气体444(或者真空装置[当使用真空泵224而不是剥离气体444时])施加的压力可能导致氢气对气体端的分压足够低，从而能够确保顺利去除水溶液446中的氢气。例如，剥离气体444可以是工作压力略高于大气压的惰性气体(也就是说，压力值足以克服将在膜构件406内部产生的压降)。作为另一个示例，真空装置的压力可以是大气压的大约1/10。

膜脱气器302包括滤芯衬套410。滤芯衬套410可以布置在外壳402内部，与外壳402内壁412的表面相邻。滤芯衬套410可以沿着整个外壳的长度402延伸，例如从第一个端部432延伸至第二个端部434。

除了去除水溶液446中的氢气外，至少在参考图3和4中所述，膜脱气器302还可以提供一种高效、精简和/或免维护的技术来去除水中的二氧化碳和/或氧气(无需进行任何化学处理)。通过膜脱气器302去除二氧化碳和氧气，可以防止锅炉和管道受到腐蚀，这样就可以保护资本投资、延长设备的使用寿命和/或降低运行成本。通过去除这些气体(氢气、二氧化碳和/或氧气)，还可以提高现有系统200、300的电解过程效率，提供纯水或基本纯净的水以及纯净或基本纯净的氢气，这些氢气可以进一步用于下游、后续和/或再循环应用中。

本发明的以下描述方面是可以考虑且非限制性的：

本发明的第一个方面涉及电解系统。电解系统包括电解槽电池和膜脱气器。电解槽电池配置为通过电解输出包含水和氢气的水溶液。膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接。膜脱气器配置为接收电解槽电池输出的水溶液。膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水并将其输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。

本发明的第二个方面涉及脱气装置。脱气装置包括外壳和多个膜构件。外壳将管道包裹在内。管道沿着外壳的长度延伸并进行可操作地联接，以输出包含水和氢气的水溶液。管道限定多个开口，这些开口配置为通过管道分散至少一部分水溶液，并收集外壳内部的至少一部分水溶液。所述多个膜构件向内延伸到外壳并沿着整个外壳的长度平行于管道延伸。所述多个膜构件布置成环绕管道。所述多个膜构件中的每个膜构件进行可操作地联接，以输出剥离气体，这些气体配置为可分离水溶液内的氢气，并通过多个开口去除管道中的分离氢气，以便在管道中产生脱气水。

本发明的第三个方面涉及电解系统。电解系统包括电解槽电池和膜脱气器。电解槽电池配置为通过电解将水转换成氧气和氢气。电解槽电池输出包含水和液化氢气的水溶液。膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接，以从中接收水溶液。水溶液沿第一方向流经膜脱气器的内部，剥离气体沿第二方向流经膜脱气器的内部。第二方向与第一方向相对，这样，剥离气体就可以分离并去除水溶液中的液化氢气，产生脱气水。膜脱气器将脱气水输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。

在本发明的第一个方面，膜脱气器可以包括将管道包裹在内的外壳。在本发明的第一个方面，膜脱气器可以包括多个膜构件，它们沿着外壳的长度并平行于管道延伸。在本发明的第一个方面，可以将所述多个膜构件布置成环绕外壳内的管道。

在本发明的第一个方面，所述多个膜构件中的每个膜构件都可以是中空管。在本发明的第一个方面，每个膜构件的中空管都可以是纤维管。在本发明的第一个方面，纤维管可以由聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯或聚乙烯这几种材料中的至少一种制成。

在本发明的第一个方面，膜脱气器可以包括滤芯衬套，它布置在外壳内部，与外壳内壁的表面相邻。在本发明的第一个方面，电解系统还可以包括联接在电解槽电池与膜脱气器之间的气体分离器罐，其中，气体分离器罐可以配置为接收电解槽电池输出的水溶液，以从中去除至少一部分氢气。在本发明的第一个方面，电解系统还可以包括泵，其中，泵可操作地联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。

在本发明的第二个方面，外壳可以限定一个用来接收流经水溶液的进液口，和一个用来输出脱气水的出液口。在本发明的第二个方面，可以将管道的第一个端部与进液口可操作地联接，将与管道第一个端部相对的第二个端部与出液口可操作地联接。

在本发明的第二个方面，外壳可以限定一个用来接收剥离气体的进气口，和一个用来输出剥离气体和分离氢气的出气口，其中，进液口和出气口可以布置在外壳的第一个端部附近，出液口和进气口可以布置在与外壳第一个端部相对的第二个端部附近。在本发明的第二个方面，可以将所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部与进气口联接，将与所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部相对的第二个端部与出气口联接。

在本发明的第三个方面，膜脱气器可以包括管道和平行于管道延伸且环绕管道的多个细长膜构件，其中，水溶液可以沿第一方向流经管道，剥离气体可以沿第二方向流经多个细长膜构件。在本发明的第三个方面，气体分离器罐可以可操作地联接在电解槽电池与膜脱气器之间，其中，气体分离器罐可以配置为接收电解槽电池输出的水溶液，并从水溶液中去除至少一部分液化氢气，以产生含气更少的水溶液。

在本发明的第三个方面，含气更少的水溶液中的氢气含量可以低于1％。在本发明的第三个方面，电解系统还可以包括泵，其中，泵可操作地联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。

结合一个示例性实施例图示或描述的特征可以与本文描述的任何其他实施例的任何其他特征或元件相组合。这种修改和变更旨在包括在本公开的范围内。此外，本领域技术人员将认识到，本领域技术人员公知的术语可以在此互换使用。

上述实施例的描述足够详细，以使本领域的技术人员能够实施权利要求书，而且应该理解，在不偏离权利要求的精神和范围的情况下，可以进行逻辑、机械和电气方面的变化。因此，详细的描述不应认为具有限制性意义。

如本文所用，以单数形式列举并以词汇“一个”或“一种”(a/an)开头的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数形式，除非明确说明了这种排除。此外，对本文所述主题的“一个实施例”的引用并不意味着解释为排除也包含所列举特征的其他实施例的存在。单位、测量和/或值的指定数值范围包括、基本上由所有数值、单位、测量和/或范围组成或由所有数值、单位、测量和/或范围组成，所有数值、单位、测量和/或范围包括这些范围和/或端点或在这些范围和/或端点内，无论这些数值、单位、测量和/或范围是否在本公开中明确规定。

除非另有定义，本文所用技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。本文所用的术语“第一”、“第二”、“第三”等并不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开来。术语“或”是指包含并意指所列项目中的任何一个或所有项目。此外，术语“连接”和“联接”并不只限于物理或机械连接或联接，也可以包括直接或间接的电气连接或联接。

此外，除非明确说明相反，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施例可以包括不具有该属性的其他这样的元件。术语“包括”或“包含”(comprising/comprises)是指包含但不排除其他元件、组分和/或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。术语“包括”也可以指本公开中包含但不排除其他元件、组分和/或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法实施例。

短语“由...组成”或“由...构成”(consisting ofjconsists of)是指排除任何其他元件、组分或方法步骤存在的混合物、组合物、制剂或方法。短语“由...组成”是指本公开中排除任何附加元件、组分或方法步骤存在的化合物、组合物、制剂或方法。

短语“主要由...组成”或“主要由...构成”(consisting essentially of/consists essentially of)是指包含对组合物、化合物、制剂或方法的特性没有实质性影响的其他元件、组分或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。短语“主要由...组成”也指本公开中包含对组合物、化合物、制剂或方法的特性没有实质性影响的其他元件、组分或方法步骤的组合物、化合物、制剂或方法。

在本文说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修改可允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由一个或多个术语(如“大约”(about)和“基本上”(substantially))修饰的数值不应局限于指定的精确数值。在一些情况下，近似语言可能对应于用于测量数值的仪器的精度。在本说明书和权利要求书中，范围限制可以合并和/或互换。除非上下文或语言另有说明，这种范围被识别并包括其中所含的所有子范围。

如本文所用，术语“可以”(may)和“可能是”(may be)表示在一系列情况下发生的可能性；拥有特定的属性、特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关的一个或多个能力或可能性来限定另一个动词。因此，“可以”和“可能是”的用法表明修改后的术语显然是适当的、能够的或适合于指示的能力、功能或用法，同时考虑到在一些情况下，修改后的术语有时可能不合适、不能够或不恰当。

应当理解，上述描述是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其各方面)可以单独使用、一起使用或彼此配合使用。此外，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本文所述主题的教导，而不会偏离其范围。尽管本文所述材料的尺寸和类型旨在限定所公开主题的参数，但它们绝不是限制性的，而是示例性实施例。在回顾上文描述后，本领域技术人员将明白许多其他实施例。因此，本文所述主题的范围应参照所附权利要求书以及这样的权利要求书有权享有的全部等同物范围来确定。

本书面说明书使用示例来公开本文所述主题的几个实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域普通技术人员能够实践所公开主题的实施例，包括制造和使用设备或系统以及执行方法。本文所述主题的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包含本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例的结构元件与权利要求书的字面语言没有区别，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其它示例旨在在权利要求书的范围之内。

尽管本文只图示和描述了本发明的某些特征，但对于本领域的技术人员来说，会有许多修改和变化。因此，应当理解，所附的权利要求书旨在涵盖属于本发明真正精神范围的所有这样的修改和变化。

Claims (15)

1.电解系统包括：

电解槽电池，配置为通过电解输出包含水和氢气的水溶液；和

膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接，配置为接收电解槽电池输出的水溶液，

其中，膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水并将其输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。

2.权利要求1所述的电解系统，其中，膜脱气器包括将管道包裹在内的外壳。

3.权利要求2所述的电解系统，其中，膜脱气器包括多个膜构件，它们沿着外壳的长度并平行于管道延伸。

4.权利要求3所述的电解系统，其中，所述多个膜构件布置成环绕外壳内的管道。

5.权利要求4所述的电解系统，其中，所述多个膜构件中的每个膜构件都是中空管。

6.权利要求5所述的电解系统，其中，每个膜构件的中空管都是纤维管。

7.权利要求6所述的电解系统，其中，纤维管由聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯或聚乙烯这几种材料中的至少一种制成。

8.权利要求2所述的电解系统，其中，膜脱气器包括滤芯衬套，它布置在外壳内部，与外壳内壁的表面相邻。

9.权利要求1所述的电解系统，还包括联接在电解槽电池与膜脱气器之间的气体分离器罐，其中，气体分离器罐配置为接收电解槽电池输出的水溶液，以从中去除至少一部分氢气。

10.权利要求1所述的电解系统，还包括泵，其中，泵可操作地联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。

11.脱气装置包括：

将管道包裹在内的外壳，其中，管道沿着外壳的长度延伸并进行可操作地联接，以输出包含水和氢气的水溶液，其中，管道限定多个开口，这些开口配置为通过管道分散至少一部分水溶液，并收集外壳内部的至少一部分水溶液；和

多个膜构件，向内延伸到外壳并沿着整个外壳的长度平行于管道延伸，

其中，所述多个膜构件布置成环绕管道，

其中，所述多个膜构件中的每个膜构件进行可操作地联接，以输出剥离气体，这些气体配置为可分离水溶液内的氢气，并通过多个开口去除管道中的分离氢气，以便在管道中产生脱气水。

12.权利要求11所述的脱气装置，其中，外壳限定一个用来接收流经水溶液的进液口，和一个用来输出脱气水的出液口。

13.权利要求12所述的脱气装置，其中，管道的第一个端部与进液口可操作地联接，与管道第一个端部相对的第二个端部与出液口可操作地联接。

14.权利要求13所述的脱气装置，其中，外壳限定一个用来接收剥离气体的进气口，和一个用来输出剥离气体和分离氢气的出气口，其中，进液口和出气口布置在外壳的第一个端部附近，出液口和进气口布置在与外壳第一个端部相对的第二个端部附近。

15.权利要求14所述的脱气装置，其中，所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部与进气口联接，与所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部相对的第二个端部与出气口联接。