CN118140012A - 加压电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生氢的电解槽(100)，该电解槽包括：壳体(102)，该壳体包括电解质室(104)；用于分解电解质水的两个电极(108，112)，这两个电极中的至少一个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的，其中，该至少一个可渗透电极(108)具有面向电解质室的第一表面(114)和面向第一气体收集室(106)的第二表面(116)；电解质供应回路(130)，该电解质供应回路用于将电解质水供应到电解质室；以及控制单元(160)和/或机械控制件，该控制单元和/或机械控制件用于控制在电解质室与第一气体收集室之间、该至少一个可渗透电极两端的压降。

Description

加压电解槽

发明背景

本披露内容涉及一种电解槽，特别但非排他地，涉及用于产生氢的电解槽。本披露内容的另一方面涉及一种控制电解槽的方法。

利用电将水分解成氧气和氢气的过程被称为水的电解。以这种方式产生的氢气可以用于各种应用，并且已被广泛认为对车辆加燃料来说是能量密集的选项。在其他应用中，电解水可以用作将电能(特别是通过可再生能源获得的电能)储存为化学能的分散储存解决方案。因此，近年来，尤其是作为所谓的氢燃料电池的燃料，对氢的需求迅速增长。

电解槽可以被分组成质子交换膜(PEM)电解槽、碱性电解槽和固体氧化物电解槽。根据所涉及的电解质材料，这些不同类型的电解槽的功能略有不同。然而，大多数电解槽最突出的缺点中的一些缺点包括总体效率低和/或不能在进一步使用所需的压力下供应氢气。

本披露内容的目的是解决或至少改善现有技术的一个或多个问题。

发明内容

本披露内容的各方面和实施例提供了如所附权利要求中声明的用于产生氢的电解槽和控制用于从水产生氢的电解槽的方法。

根据本披露内容的第一方面，提供了一种用于产生氢的电解槽，该电解槽包括：

壳体，该壳体包括电解质室；

用于分解电解质水的两个电极，这两个电极中的至少一个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的，其中，该至少一个可渗透电极具有面向电解质室的第一表面和面向第一气体收集室的第二表面；

电解质供应回路，该电解质供应回路用于将电解质水供应到电解质室；以及控制单元，该控制单元用于控制在电解质室与第一气体收集室之间、该至少一个可渗透电极两端的压降。

根据一个实施例，该控制单元被配置成：

接收表示第一收集室内的气体压力的气体压力数据；

基于气体压力数据确定电解质室内的期望的电解质水压力，

控制电解质供应回路以将电解质室内的压力设置为期望的电解质压力。

在另一实施例中，该控制单元被配置成将期望的电解质压力设置为高于第一气体收集室内的气体压力，其中，电解质压力与气体压力之间的差高于可选择的第一压力阈值。

在另一实施例中，压力阈值为至少5巴(bar)。

在另一实施例中，控制单元被配置成如果第一气体收集室与电解质室之间的压力差高于该可选择的压力阈值，则在这些电极两端施加电流。

在另一实施例中，第一气体收集室包括用于调节第一气体收集室内的气体压力的压力控制阀。

在另一实施例中，电解质供应回路包括液压泵，该液压泵用于向电解质室供应电解质水，并且其中，控制单元被配置成：

接收表示电解质室内的电解质水的压力的电解质压力数据；以及

基于电解质压力数据控制泵的操作。

在另一实施例中，该至少一个可渗透电极具有0.3μm或更小、优选0.2μm或更小的孔隙率。

在另一实施例中，两个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的，并且其中，这些电极具有不同的孔隙率。

在另一实施例中，该至少一个可渗透电极由钢制成，优选烧结钢。

在另一实施例中，两个电极由不同的材料制成。

在另一实施例中，这些电极中的至少一个、优选阴极，是有磁性的。

在另一实施例中，电解质供应回路包括选择性地可连接到电解质室的压力储存储器。

在另一实施例中，压力储存储器经由常开出口阀连接到电解质室，该常开出口阀在电解槽的正常操作期间关闭。

在另一实施例中，控制单元被配置成：

接收正向冲洗命令；

响应于正向冲洗命令，中断施加在这些电极两端的任何电流，并将电解质室中的压力增加到比第一气体曲面(camber)内的气体压力高5巴以上。

在另一实施例中，该至少一个可渗透电极在其第一表面与第二表面之间包括3mm至100mm的厚度。

在另一实施例中，电解质室包括位于两个电极之间的电解质间隙，其中，该间隙优选地具有0.1mm至10mm的宽度。

在另一实施例中，第一气体收集室包括第一排放端口，该第一排放端口用于将已经穿过该至少一个可渗透电极的电解质水排放回到电解质供应回路中。

在另一实施例中，控制单元被配置成：

接收反向冲洗命令；

中断施加在这些电极两端的任何电流，并经由第一排放端口将电解质水供应到第一气体收集室，以从第一气体收集室朝向电解质室反冲洗该至少一个可渗透电极。

根据本披露内容的另一实施例方面，提供了一种控制用于从水产生氢的电解槽的方法，该电解槽包括用于分解电解质水的两个电极，这些电极中的至少一个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的，该方法包括：

向该至少一个电极供应电解质水；

控制该至少一个电极的相反两侧之间的压降。

根据一个实施例，该方法包括保持该至少一个电极的相反两侧之间的压降高于可选择的压力阈值。

根据一个实施例，该方法包括如果该至少一个电极的相反两侧上的压降高于该可选择的压力阈值，则在这些电极两端施加电。

在另一实施例中，该可选择的压力阈值为5巴或更大。

根据本披露内容的第一方面，提供了一种用于产生氢的电解槽，该电解槽包括：

壳体，该壳体包括电解质室；

用于分解电解质水的两个电极，这些电极中的至少一个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的，其中，该至少一个可渗透电极具有面向电解质室的第一表面和面向第一气体收集室的第二表面，其中，该至少一个可渗透电极具有0.3μm或更小的孔隙率。

在本申请的范围内，明确地旨在前面的段落、以及权利要求和/或下面的描述和附图中列出的各个方面、实施例、示例和替代方案，特别是其单独的特征可以独立地或以任何组合来获得。

也就是说，所有实施例、和任何实施例的所有特征都可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不兼容的。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或相应地提交的任何新权利要求的权利，包括根据和/或结合任何其他权利要求的任何特征来修改任何原始提交的权利要求的权利，尽管最初没有以该方式要求保护。

附图说明

通过参考结合附图对本披露内容的实施例的以下描述，本披露内容的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本披露内容将被更好地理解，在附图中：

图1示出了根据本披露内容的实施例的电解槽的示意性截面；

图2示出了根据本披露内容的实施例的方法的示意性流程图。

相应的附图标记表示这几个视图中的对应的部分。本文阐述的举例说明展示了本披露内容的实施例，并且这样的举例说明不将被解释为以任何方式限制本披露内容的范围。

具体实施方式

图1示出了根据本披露内容的实施例的电解槽100。在图1的示例中，示出了用于产生氢、特别是通过电解水产生氢的电解槽100。然而，如将理解的，图1所示的电解槽100也可以适用于通过电解手段来分解其他物质。通常，在本说明书中，术语“电解质水”可以包括含有任何类型的电解质(比如硫酸、硫酸盐、氢氧化钾、氢氧化钠等)的水、或者在一些实施例中不含电解质的水(比如氚化水)。

电解槽100包括壳体102。壳体102包括电解质室104。在一个示例中，电解质室被配置成在压力下保持电解质水，这将在下面更详细地描述。电解质水可以包括溶解在水中的、有助于水的分解的任何电解质。

壳体102包括第一气体收集室106。第一气体收集室106通过第一电极108与电解质室104分离。壳体102包括第二气体收集室110。第二气体收集室110通过第二电极112与电解质室104分离。电解质室104位于第一电极108与第二电极112之间。电解质室104是无膜室。

将理解的是，在一些实施例中，电解槽可以包括多于两个电极，例如，彼此平行地布置以形成电极堆叠体。因此，图1的电极对108、112对于堆叠体中使用的任何数量的电极是示例性的。

图1中的壳体102是多部件壳体。特别地，壳体102包括至少两个部分：第一壳体部分，其包括第一气体收集室106和第一电极108；第二壳体部分，其包括第二气体收集室110和第二电极112。该至少两个壳体部分彼此连接，使得在第一电极108的第一表面114与第二电极112的第一表面118之间形成间隙。该间隙限定了电解质室104，因此该电解质室布置在电极108、112之间。在图1的示例中，壳体102是大致H形的，如下面将更详细地描述的。然而，如将理解的，其他设计可以包括多个板状电极，这些板状电极通常是平的并且在结构上类似于板式热交换器。

第一电极108对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的。根据电解质室104内的压力，第一电极108通常对电解质水也是可渗透的，这将在下面更详细地解释。换言之，第一电极108是所谓的“流通”电极，其中由电解质室104内的电解质水的分解产生的气体(和该电解质水)能够渗透第一电极108，并且因而从电解质室104朝向第一气体收集室106移动。为此，第一电极108是包括多个孔的可渗透电极，该多个孔的尺寸被设置成允许相应的气体(例如氢)渗透通过第一电极108。

第一电极108具有面向电解质室的第一表面114、和面向第一气体收集室106的相反的第二表面116。

第一电极108可以由钢制成，优选地由烧结钢制成。在一些实施例中，第二电极112也可以由钢制成，优选地由烧结钢制成。在替代实施例中，第二电极112可以由不同于第一电极108的材料制成。

由第一电极108产生的气体可以流动到第一气体收集室106中。第一气体收集室106包括第一气体出口端口122，该第一气体出口端口用于提取第一气体收集室106内的气体。如将在下面更详细地描述的，第一气体出口端口122可以包括压力控制阀(比如泄压阀)，该压力控制阀被配置成设置第一气体收集室106内的气体压力。

图1的第二电极112对于由电解质水的分解产生的气体也是可渗透的。根据电解质室104内的压力，第二电极112通常对电解质水也是可渗透的，这将在下面更详细地解释。换言之，第二电极112也是“流通”电极，其中由电解质室104内的电解质水的分解产生的气体能够渗透第二电极112，并且因而从电解质室104朝向第二气体收集室110移动。

第二电极112具有面向电解质室104的第一表面118、和面向第二气体收集室110的相反的第二表面120。

由第二电极112产生的气体可以流动到第二气体收集室110中。第二气体收集室110包括第二气体出口端口124，该第二气体出口端口用于提取第二气体收集室110内的气体。如将在下面更详细地描述的，第二气体出口端口124可以包括压力控制阀(比如泄压阀)，该压力控制阀被配置成确定第二气体收集室110内的压力。

电解槽100包括用于向电解质室104供应电解质水的电解质水供应回路130。图1中的电解质水供应回路130是封闭系统。替代地，水供应回路可以是包括电解质水储器的开放系统。在一个示例中，电解质水供应回路130包括布置在电解质室104的入口端口126上游的泵134。泵134可以被配置成使电解质水以可选择的压力移动通过系统并且沿电解质室104的方向移动。

电解质供应回路130包括电解质水供应管线162，该电解质水供应管线用于补充通过电解过程变成气体的电解质水。如图1中指出的，电解质水供应管线162可以通过手动或自动控制的截止阀连接到泵134。膨胀容器132是布置在电解质水供应回路130内的压力储存装置，被配置成向系统中提供源自膨胀的压力，并且被配置成使得134能够具有较小的循环时间且在回路130内保持期望的压力范围/保护回路130免受过大压力的影响。

电解质室104包括连接到通气管线105的通气端口。通气管线105被配置成用于排放反冲洗的电解质和任何相关联的介质。此外，该管线可以有助于取样，并且甚至包括用于在有压力或无压力的情况下循环系统中去除的电解质的收集井。此外，在向电极施加电流之前，通气可以有助于或可以没有助于从系统中清除空气。最后，通气管可以允许电解质从104经由105到162、进水管线流动和循环，或其可以被排出/收集。

电解质供应回路130可以包括用于监测电解质室104内压力的压力计136。如将理解的，压力计136可以布置在泵134下游的任何之处。在一些实施例中，压力计136可以是泵134的组成部分。在其他实施例中，压力计可以布置在电解质室104内。

在一些实施例中，电解质水供应回路130可以包括压力储存装置，比如蓄能器138。图1所示的蓄能器138布置在泵134的下游。蓄能器138可以经由止回阀连接到泵134，该止回阀在电解槽100的正常操作期间允许流体被泵送到蓄能器138中。如将理解的，止回阀将阻止流体离开蓄能器138。蓄能器138还可以包括单独的出口阀，该出口阀用于选择性地将蓄能器138的出口与电解质室104连接。在一些实施例中，蓄能器138因此可以包括常开出口阀，该常开出口阀在电解槽的正常操作期间关闭。换言之，在正常操作期间，加压电解质水可以被泵送到蓄能器138中，但可以不离开蓄能器138，直到出口阀打开为止。如下文将更详细描述的，使用常开出口阀使得蓄能器138能够用作安全措施，例如在停电期间。

第一气体收集室106包括第一排放端口142。第二气体收集室110包括第二排放端口144。第一排放端口142经由第一排放管线146连接到电解质水供应回路130的泵134。第二排放端口144经由第二排放管线148连接到泵134。在电解槽100的操作期间，渗透该第一电极108的电解质水可以相应地经由第一排放端口142和第一排放管线146从第一气体收集室106排放。类似地，在电解槽100的操作期间，渗透该第二电极112的电解质水可以相应地经由第二排放端口144和第二排放管线148从第二气体收集室110排放。在多电池布置中，任何排放端口都可以用于这些电池中的一个或多个电池，而不是每个电池都需要。

在图1的实施例中，通常地，第一排放端口142布置在第一气体收集室106的底端，第二排放端口144布置在第二气体收集室110的底端。换言之，排放端口142布置在第一气体收集室106的第一气体出口端口122下方、并且在第一电极108下方，排放端口144布置在第二气体收集室110的第二气体出口端口124下方、并且第二电极112下方。换言之，第一气体收集室106和第二气体收集室110两者包括通常布置在气体收集室106的底端的排放井141、布置在气体收集室110的底端的排放井143。如从图1中可以看出，壳体102因此是大致H形，但不必如此，它可以是多电池的或类似于板式热交换器设计。该装置可以由多个电极制成，这些电极通常彼此平行布置以形成电极堆叠体。

在电解槽100的操作期间，已经渗透第一电极108或第二电极112的电解质水将收集在相应的气体收集室106、110的底部的排放井141、143内，而在电解期间产生的气体将上升并对气体收集室106、110加压。

只要排放端口142、144被电解质水覆盖，排放端口就可以打开以便将电解质水从气体收集室106、110排放，而不会不经意地经由排放端口142、144去除气体。在一些实施例中，电解槽100可以包括布置在气体收集室106、110内的电解质水液位传感器，以确定在气体室106、110内是否有足够水平的电解质水可用，以便安全地打开排放端口142、144中的一个或两个排放端口。通过电解质水从具有包括138的容量的电解质循环系统的区域到收集室的主动移动、或者作为来自外部水源的主动补充，可以对这些液位进行主动控制或可以不对这些液位进行主动控制。通过使用主动压力变化和系统内的控制件，可以对这些液位进行控制或可以不对这些液位进行控制。

第一气体收集室106和第二气体收集室110两者包括气体压力计150、152。第一气体压力计150被配置成确定第一气体收集室106内的气体压力。第二气体压力计152被配置成确定第二气体收集室110内的第二气体压力。在一些实施例中，第一气体压力计和第二气体压力计可以合并到单个装置中。

电解槽100包括第一电端子154和第二电端子156。在图1的示例中，第一端子154是负端子，而第二端子156是正端子。然而，将理解，第一端子和第二端子的极性可以互换，使得第一端子154是正端子，第二端子156为负的。这是因为，在一些实施例中，电解槽在电解质室104的两侧上是对称的。

端子154、156连接到电解槽100的壳体102。特别地，第一端子154连接到第一气体收集室106。第二端子连接到第二气体收集室110。相应地，第一端子154电连接到第一电极108，该第一电极经由其第二表面116电连接到第一气体收集室106。第二端子156连接到第二气体收集室110，该第二气体收集室又经由第二电极112的第二表面120连接到第二电极112。当然，将理解，端子154、156也可以直接连接到电极108、112，而不是经由电解槽100的壳体102。

端子154、156可连接到电源(例如直流电源)，以在电极108、112两端施加电流。如果端子154、156连接到电源，则电流将经由电解质室104内的电解质水在第一电极108与第二电极112之间流动，从而激活用于将电解质水分解和分离成氧和氢的电解过程，这将在下文更详细地解释。

如上文提及的，在图1的实施例中，第一端子154是负端子，第二端子156是正端子。相应地，图1中实施例的第一电极108是电解槽100的阴极，而第二电极112是电解槽100的阳极。第一电极108对于气体(特别是氢)是可渗透的。第二电极112对于气体(特别是氧)是可渗透的。

在一个示例中，第一电极108和第二电极112包括不同的孔隙率。在一些实施例中，第一电极108的孔隙率可以是第二电极112的大约一半。第一电极108可以具有低于0.3μm的孔隙率。第二电极112可以具有低于0.6μm的孔隙率。

在上述示例中，第一气体收集室106被配置成接收氢气，而第二气体收集室110被配置成接收氧气。

在一些实施例中，阳极(即图1中的第二电极112)可以是有磁性的。阳极的磁性可以改善氧在第二电极112中和在其上的形成。为此，第二电极112可以形成为永磁体。替代性地，第二电极可以形成为电磁体，在电解槽100的操作期间，当电流施加在两个电极108、112两端时，该电磁体被激活。

电解槽100还包括控制单元160，图1中示意性地表示。控制单元可以连接到第一气体压力计150和/或第二气体压力计152，以接收表示第一气体收集室106和/或第二气体收集室110内的气体压力的气体压力数据。

控制单元160可以连接到第一排放阀142和第二排放阀144，以用于控制第一排放阀142和第二排放阀144的操作。控制单元可以连接到第一气体出口端口122和第二气体出口端口124，以用于控制第一气体出口端口122和第二气体出口端口124的操作。控制单元160可以连接到电源(未示出)，以用于控制向第一电极108和向第二电极112的电力供应。控制单元160可以连接到蓄能器138的出口阀。控制单元160可以连接到泵134和电解质水压力计136。

控制单元可以经由控制件有线地或无线地连接到上述装置中的任一装置，如本领域众所周知的。控制单元可以与电解槽的壳体102一起本地布置，或远程地布置(例如在集中控制办公室中)。

控制单元160被配置成控制可渗透电极108、112中的至少一个可渗透电极两端的压降。在一个实施例中，控制单元160被配置成相对于第一气体收集室106或第二气体收集室110中的气体压力来控制电解质室104中的电解质压力。控制单元160可以被配置成将电解质室104中的电解质水压力控制为高于第一气体收集室106或第二气体收集室110中的气体压力。换言之，控制单元160被配置成保持电解质室104与气体收集室106、110之间的压降。在一些示例中，控制单元160被配置成将电解质室104中的电解质水压力控制为比第一气体收集室106和/或第二气体收集室110中的气体压力高至少5巴。

在电解质室104与第一气体收集室106和/或第二气体收集室110之间保持至少5巴的压降，这引起电解质水渗透第一电极108和/或第二电极112，且因此与在第一电极处产生的氢气一起在电解质室104与第一气体收集室106和/或第二气体收集室110之间流动。

使上述电解质水流动穿过第一电极108和/或第二电极112显著地增加了电解槽100的效率。

为了在电极108、112中的一个或两个电极两端保持所需的压降，图1的控制单元160被配置成分别接收表示第一气体收集室106或第二气体收集室110内的气体压力的气体压力数据。在图1的示例中，气体压力数据可以是由第一气体压力计150和/或第二气体压力计152提供的压力读数。

基于气体压力数据，控制单元将确定电解质室104内的期望的电解质水压力。在一些示例中，控制单元可以将预选量的压力添加到由气体压力数据指示的气体压力，以便确定期望的电解质水压力。在一些实施例中，控制单元160可以确定比第一气体收集室106内的气体压力高至少5巴的期望的电解质水压力。

然后，控制单元可以控制电解质水供应回路130以将电解质水供应到电解质室104，直到达到期望的电解质水压力为止。在图1的示例中，控制单元160可以被配置成启动泵134以向控制室104供应电解质水，直到已经达到期望的电解质水压力为止。为此，控制单元可以接收表示电解质室104内的电解质水的压力的电解质压力数据。在图1的实施例中，电解质压力数据包括由布置在泵134下游的压力计136提供的压力读数。

控制单元可以基于由压力计136提供的电解质压力数据，经由控制回路来控制泵134的启动。例如，控制单元可以通过PID控制回路来控制该控制室104内的电解质水压力，该电解质水压力由压力计136的压力读数表示。

应理解，电解质室104与气体收集室106、110之间的压降将随着电解槽100的操作而连续变化。这是因为，在电解槽的操作期间，即当加压电解质水在电解质室104中可用并且在两个电极108、112两端施加电流时，产生氢气和氧气并将氢气和氧气连续地添加到第一气体收集室106和第二气体收集室110。相应地，在该示例中，只要第一气体出口端口122和第二气体出口端口124保持关闭，气体收集室106、110内的气体压力就将继续上升。该示例性的气体压力上升将由控制单元160基于气体压力数据来确定。控制单元160然后将确定新的、更高的、期望的电解质水压力，并对泵134进行控制以增加电解质室104内的电解质水压力并匹配所述增加的期望的电解质水压力。只要第一气体收集室106或第二气体收集室110内的气体压力上升，控制单元160就可以连续地调节电解质室104内的压力。

控制单元160还可以控制第一气体收集室106和/或第二气体收集室110内的气体压力。在图1的示例中，控制单元可以被配置成控制第一气体出口端口122和/或第二气体出口端口124的操作。控制单元160可以打开和关闭第一气体出口端口122，以控制第一气体收集室106内的(氢)气体压力。控制单元160可以打开和关闭第二气体出口端口124，以控制第二气体收集室110内的(氧)气体压力。在一些实施例中，控制单元160可以接收用于第一气体收集室106的第一期望的气体压力和用于第二气体收集室110的第二期望的气体压力。第一期望的气体压力和第二期望的气体压力可以由操作员选择。在一些示例中，可以通过使用由电解槽100提供的氢气和氧气的设备直接确定期望的气体压力。

在另一实施例中，这些气体出口端口中的一个或两个气体出口端口可以包括泄压阀，泄压阀被配置成一旦第一气体收集室106或第二气体收集室110中的气体压力超过设定压力就自动打开。在该示例中，气体收集室内的压力将分别由第一气体出口端口122和第二气体出口端口124的泄压阀的设定压力来确定。在一些实施例中，泄压阀的设定压力可以是可调的，例如通过控制单元160。

在上文描述的两个实施例中，控制单元160可以被配置成保持第一气体收集室106和第二气体收集室110中的气体压力在100巴到1000巴。如果气体收集室106、110内的气体压力保持在100巴，则控制单元可以将期望的电解质水压力设置为105巴或更大，以允许一些电解质水通过第一电极108和/或第二电极112，如上文已经描述的。

应注意，由于电解质室104与气体收集室106、110之间的压降，穿过第一电极108和第二电极112的电解质水可以经由上述排放端口142、144(例如被间歇地)排放回到电解质水供应回路130中。控制单元160可以被配置成控制这种电解质水排放操作。为此，控制单元160可以连接到布置在第一气体收集室106和/或第二气体收集室110内的水液位传感器(未示出)。水液位传感器可以向控制单元提供表示第一气体收集室106和第二气体收集室110内(特别是排放井141、143内)水液位的水液位数据。基于水液位数据，如果控制单元确定电解质水液位足够高以完全覆盖第一排放端口142和/或第二排放端口144，则控制单元160可以临时打开排放端口142、144中的一个或两个排放端口，以从气体收集室106、110排放电解质水。在一个实施例中，如果水液位已经达到水液位阈值，则控制单元可以被配置成打开排放端口142、144持续预定量的时间，例如几秒钟。在其他实施例中，控制单元将排放电解质水，直到电解质水液位已经下降到预定水液位阈值以下为止。

控制单元还可以被配置成控制经由端子154、156附接到电极108、112的电源(未示出)。操作员或控制器可以根据电解的类型和所使用的电极的类型以及其他变量(比如电池间隙)来改变安培数。控制单元可以被配置成将由电源提供的电压设置为处于期望的电压。期望的电压可以由操作员指定。电流和电压可以通过控制单元160固定、手动设置或可变地控制。

在一些实施例中，控制单元可以被配置成仅在电极108、112两端达到期望的压降之后才向电极108、112提供电力。换言之，控制单元160可以监测气体收集室106、110中的一个气体收集室与电解质室104之间的压力差。一旦压力差超过可选择的第一压力阈值，控制单元就可以激活电源以在电极108、112和电解质室104内的电解质水两端施加DC电流，从而开始电解槽100的操作。控制单元160可以被配置成每当压力差下降到第二压力阈值以下时就停用电源。第二压力阈值可以与第一压力阈值相同或低于第一压力阈值。

如上文提及的，蓄能器138可以被布置成使得在正常操作期间，电解质水可以仅被添加到蓄能器。换言之，在正常操作期间，加压电解质水可以不离开蓄能器138。蓄能器可以包括常开出口阀。控制单元160可以被配置成在电解槽的正常操作期间将常开出口阀保持在关闭位置。在断电的情况下，即当泵136和可能的控制单元160不起作用时，蓄能器的常开出口阀将打开，使得蓄能器连接到电解质室104。相应地，储存在蓄能器138中的电解质水将能够流动到电解质室中，以在一段时间内保持第一电极108和第二电极112两端的压降，即使断电。在这种情况下，没有电流施加在电极108、112两端，使得电解过程将停止并且不会产生进一步的气体。然而，由于通过蓄能器138保持在电解质室104内的升高的压力，电解质水将被推动通过两个可渗透电极108、112，尽管断电。因此，在电解槽100的操作已经停止之后，在操作期间形成的剩余的气泡将经由电解质水的时间上延长的流动而从电极的孔中冲出。

控制单元160可以被配置成执行正向冲洗操作，以用于去除粘附在电极108、112的孔中的碎屑或气泡。在正向冲洗操作期间，控制单元160可以中断施加在第一电极108和第二电极112两端的任何电流，并在电解质室104内保持期望的电解质水压力。由于缺乏施加在电极两端的电流，将不会在电极108、112处产生更多的氢或氧气泡。仍被泵送通过电极108、112的电解质水将在其穿过电极的孔时去除碎屑和剩余的气泡。在正向冲洗操作期间，控制单元可以保持排放端口142、144打开。

在另一个实施例中，控制单元160可以被配置为执行反向冲洗操作，以用于去除粘附在电极108、112的孔中的碎屑或气泡。在反向冲洗操作期间，控制单元可以经由第一气体收集室106和/或第二气体收集室110的相应的排放端口142、144将电解质水泵送到第一气体收集室和/或第二气体收集室中。为此，泵134可以是双向泵。经由排放管线146、148和排放端口142、144泵送到气体收集室106、110中的电解质水然后将从电极108、112的第二表面116、120朝向这些电极的第一表面114、118渗透这些电极并且进入电解质室104中。被污染的冲洗流体(例如电解质水)可以在反冲洗操作期间经由通气管线105从电解质水供应回路130中被去除。冲洗的流体也可以在泵134处或在其之前(即在端口126与泵134之间)被去除。在冲洗操作期间，控制单元160可以被配置成关闭入口端口126并打开电解质室104的连接到通气管线105的出口端口。从电解质供应回路130被去除的电解质水可以经由电解质水供应管线146进行补充。

控制单元可以被配置成自动地(即以预定时间间隔)、或响应于操作员的命令，执行正向或反向冲洗操作。

转到图2，示出了用于控制电解槽的方法200的实施例的示意性流程图。电解槽可以包括用于分解电解质水的两个电极，这些电极中的至少一个电极对于由电解质水的分解产生的气体是可渗透的。

在第一步骤202中，该方法包括向至少一个可渗透电极供应电解质水。在第二步骤204中，该方法包括控制至少一个可渗透电极的相反两侧之间的压降。为此，该方法可以包括增加可渗透电极上游的电解质水压力、或降低至少一个可渗透电极下游的气体压力，例如氢压力。

压降可以是5巴或更大。

除非上下文另有指示，否则本披露内容的给定方面、特征或参数的偏好和选项应被视为已结合本披露内容的所有其他方面、特征和参数的任何和所有偏好和选项进行了披露。

将理解，尽管在上文描述的实施例中提到了用于控制本披露内容的电解槽的各个方面的单个控制单元，但是电解槽也可以包括控制上述方面中的一些方面并且优选地彼此通信的多个控制单元。

Claims (22)

1.一种用于产生氢的电解槽，该电解槽包括：

-壳体，该壳体包括电解质室；

-用于分解电解质水的两个电极，这两个电极中的至少一个电极对于由该电解质水的分解产生的气体是可渗透的，其中，该至少一个可渗透电极具有面向该电解质室的第一表面和面向第一气体收集室的第二表面；

-电解质供应回路，该电解质供应回路用于将电解质水供应到该电解质室；以及

-控制单元，该控制单元用于控制在该电解质室与该第一气体收集室之间、该至少一个可渗透电极两端的压降。

2.如权利要求1所述的电解槽，

其中，该控制单元被配置成：

-接收表示该第一收集室内的气体压力的气体压力数据；

-基于该气体压力数据确定该电解质室内的期望的电解质水压力，

-控制该电解质供应回路以将该电解质室内的压力设置为该期望的电解质压力。

3.如权利要求2所述的电解槽，

其中，该控制单元被配置成将该期望的电解质压力设置为高于该第一气体收集室内的气体压力，其中，该电解质压力与该气体压力之间的差高于可选择的第一压力阈值。

4.如权利要求3所述的电解槽，

其中，该压力阈值为至少5巴。

5.如权利要求3或4所述的电解槽，

其中，该控制单元被配置成如果该第一气体收集室与该电解质室之间的压力差高于该可选择的压力阈值，则在这些电极两端施加电流。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电解槽，

其中，该电解槽包括用于调节该第一气体收集室内的气体压力的压力控制阀。

7.如权利要求2至6中任一项所述的电解槽，

其中，该电解质供应回路包括用于向该电解质室供应电解质水的液压泵，并且其中，该控制单元被配置成：

-接收表示该电解质室内的电解质水的压力的电解质压力数据；以及

-基于该电解质压力数据控制该泵的操作。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电解槽，

其中，该至少一个可渗透电极具有0.3μm或更小、优选0.2μm或更小的孔隙率。

9.如权利要求8所述的电解槽，

其中，两个电极对于由该电解质水的分解产生的气体是可渗透的，并且其中，这些电极具有不同的孔隙率。

10.如权利要求1或9所述的电解槽，

其中，该至少一个可渗透电极由钢制成，优选烧结钢。

11.如权利要求1至10中任一项所述的电解槽，

其中，这两个电极由不同的材料制成。

12.如权利要求1至11中任一项所述的电解槽，

其中，这些电极中的至少一个电极、优选阳极，是有磁性的。

13.如权利要求1至12中任一项所述的电解槽，

其中，该电解质供应回路包括选择性地连接到该电解质室的压力储存储器。

14.如权利要求13所述的电解槽，

其中，该压力储存储器经由常开出口阀连接到该电解质室，该常开出口阀在该电解槽的正常操作期间关闭。

15.如权利要求1至14中任一项所述的电解槽，

包括控制单元，该控制单元被配置成：

-接收正向冲洗命令；

-响应于该正向冲洗命令，中断施加在这些电极两端的任何电流，并将该电解质室中的压力增加到比该第一气体曲面内的气体压力高5巴以上。

16.如权利要求1至15中任一项所述的电解槽，

其中，该电解质室包括位于这两个电极之间的电解质间隙，其中，该间隙优选地具有0.1mm至10mm的宽度。

17.如权利要求1至16中任一项所述的电解槽，

其中，该第一气体收集室包括第一排放端口，以用于将已经穿过该至少一个可渗透电极的电解质水排放回到该电解质供应回路中。

18.如权利要求17所述的电解槽，

其中，该控制单元被配置成：

-接收反向冲洗命令；

-中断施加在这些电极两端的任何电流，并经由该第一排放端口将电解质水供应到该第一气体收集室，以从该第一气体收集室朝向该电解质室反冲洗该至少一个可渗透电极。

19.一种控制用于从水产生氢的电解槽的方法，该电解槽包括用于分解电解质水的两个电极，这两个电极中的至少一个电极对于由该电解质水的分解产生的气体是可渗透的，该方法包括：

-向该至少一个电极供应电解质水；

-控制该至少一个电极的相反两侧之间的压降。

20.如权利要求19所述的方法，

包括将该至少一个电极的相反两侧之间的压降保持为高于可选择的压力阈值。

21.如权利要求20所述的方法，包括：

-如果该至少一个电极的相反两侧上的压降高于该可选择的压力阈值，则在这些电极两端施加电。

22.如权利要求21所述的方法，

其中，该可选择的压力阈值为5巴或更大。