KR20210128447A - 다중-상태 전기화학 셀을 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전기화학 생산 프로세스를 제어하기 위한 시스템은 가변 제어가능한 전력 회로와 전해 셀을 포함한다. 셀은 2개의 전극들을 포함하고, 전극들에 걸친 전위차에 의존하여 상이한 가능한 상태들에서 동작한다. 시스템은, 전력 회로가 전극들에 걸친 정해진 전위차와 연관된 상태에서 셀의 동작을 개시하기 위해 정해진 전위차를 인가하게 하는 전력 회로 제어기를 포함한다. 가능한 상태는, 관심 생산물이 생산되는 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태, 및 관심 생산물이 생산되지 않는 제2 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태를 포함한다. 모니터링 및 제어 서브시스템은, 셀이 생산 상태 및 유휴 상태 둘 모두에서 동작하는 동안, 미리 정의된 동작 온도 범위를 포함하는 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지한다.
Description
본 개시내용은 전기화학 생산 프로세스들에 관한 것이며, 더 상세하게는, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 생산 상태 및 유휴 상태 둘 모두에서 동작하는 전해 셀에서 전기화학 생산 프로세스를 제어하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
전기분해는 다양한 금속들 및 비금속들의 생산을 위해 많은 산업들에서 사용된다. 예컨대, 나트륨, 염소, 마그네슘, 불소 및 알루미늄은 전기분해를 사용하여 상업적으로 생산된다. 기존 전해 셀들에서, 전극들 간의 전위차가 감소함에 따라, 온도, 압력, pH, 또는 활성종들의 농도와 같은 생산 프로세스 조건들이 변한다. 이러한 기존 전해 셀들의 경우, 셀들이 관심 생산물을 생산하는 전류 및 전압 값들의 범위가 제한된다. 예컨대, 이러한 전해 셀들의 전류가 임계점 아래로 떨어지면, 전해 셀의 이온 그래디언트가 감소하여, 결국 충전층이 분열되게 하고, 궁극적으로, 붕괴되어, 셀에 돌이킬 수 없는 손상을 발생시킨다.
일 양상에서, 개시된 시스템은 가변 제어가능한 전력 회로, 및 가변 제어가능한 전력 회로에 커플링되고 양극 및 음극을 포함하는 전해 셀을 포함한다. 전해 셀은 양극과 음극 사이의 전위차에 의존하여 개개의 상이한 시간들에 다수의 동작 상태들 중 상이한 상태들에서 동작하도록 구성된다. 시스템은, 가변 제어가능한 전력 회로로 하여금 정해진 전위차와 연관된 다수의 동작 상태들 중 특정 하나의 동작 상태에서 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 양극 및 음극에 걸쳐 정해진 전위차를 인가하게 하는 전력 회로 제어기를 더 포함한다. 다수의 동작 상태들은, 관심 생산물이 전해 셀에 의해 생산되는 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태, 및 관심 생산물이 전해 셀에 의해 생산되지 않는 제2 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태를 포함한다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 시스템은 전해 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안에 그리고 전해 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안에, 전해 셀에 대한 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하도록 구성된 모니터링 및 제어 서브시스템을 더 포함할 수 있다. 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들은 미리 정의된 동작 온도 범위를 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 개시된 방법은 관심 생산물이 전해 셀에 의해 생산되는 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태에서 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 전해 셀의 양극 및 음극에 걸쳐 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계, 관심 생산물의 생산을 시작하는 단계, 및 관심 생산물의 생산을 시작한 것에 후속하여, 관심 생산물이 전해 셀에 의해 생산되지 않는 제2 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 전해 셀의 양극 및 음극에 걸쳐 제2 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 방법은 전해 셀의 양극 및 음극에 걸쳐 제1 비-제로 전위차를 인가하기 전에, 미리 정의된 동작 온도 범위를 포함하는 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하도록 전해 셀을 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 또한, 전해 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계, 및 전해 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 2개 이상의 탱크들을 포함하고, 탱크들 각각은 전기화학 프로세스를 위한 공급원료, 및 탱크들 사이의 이온적으로 전도성 경로를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀들 중 하나일 수 있고, 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함한다. 다중-상태 전해 셀들의 양극들 및 음극들에 걸친 전위차들은 집합적으로 제어가능할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀들 중 하나일 수 있고, 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함한다. 다중-상태 전해 셀들 각각의 양극들 및 음극들에 걸친 개개의 전위차들은 개별적으로 제어가능할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 가변 전력 제어 회로는 스케줄링 불가능한 전원으로부터 전력을 수신할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 가변 전력 제어 회로는, 가변 제어가능한 전력 회로에 의해 양극 및 음극에 걸쳐 인가된 정해진 전위차에 대한 하위 경계를 부여하는 분극 정류기를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 가변 전력 제어 회로는 2개 이상의 전원들 중에서 양극 및 음극에 걸쳐 정해진 전위차를 인가하기 위한 전원을 선택하도록 제어가능할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 모니터링 및 제어 서브시스템은 다중-상태 전해 셀의 현재 상태의 측정치를 나타내는 데이터를 센서로부터 수신할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 다중-상태 전해 셀의 온도가 미리 정의된 온도 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 다중-상태 전해 셀의 온도를 미리 정의된 온도 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해 가열 또는 냉각 엘리먼트를 활성화하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 다중-상태 전해 셀 내의 헤드 기체 압력이 미리 정의된 압력 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 다중-상태 전해 셀 내의 헤드 기체 압력을 미리 정의된 압력 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해, 헤드 기체에 대한 배압을 인가 또는 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 다중-상태 전해 셀의 공급원료 내의 활성종들의 농도가 미리 정의된 농도 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 공급 원료 내의 활성종들의 농도를 미리 정의된 농도 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해, 공급원료 내의 활성종들의 농도를 증가 또는 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 다중-상태 전해 셀의 pH가 미리 정의된 온도 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 다중-상태 전해 셀의 pH를 미리 정의된 pH 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해 전해질에 산 또는 염기를 추가하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은, 전기화학 프로세스의 출력이 입력으로서 다중-상태 전해 셀에 반환되는 재순환 루프를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은, 전해 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안, 제2 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 생산 상태는, 다중-상태 전해 셀이 동작하도록 구성된 복수의 생산 상태들 중 하나일 수 있고, 그리고 다중-상태 전해 셀이 관심 생산물을 생산하는 레이트 또는 다중-상태 전해 셀이 입력 자원들을 소비하는 레이트는, 다중-상태 전해 셀이 동작하는 생산 상태들 중 하나에 의존할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 생산 상태는, 다중-상태 전해 셀이 동작하도록 구성된 복수의 생산 상태들 중 하나일 수 있고, 그리고 전해 셀은 복수의 관심 생산물들을 생산하도록 구성될 수 있고, 그리고 다중-상태 전해 셀에 의해 생산된 복수의 관심 생산물들의 상대적인 양들은 다중-상태 전해 셀이 동작하는 생산 상태들 중 하나에 의존할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 관심 생산물은 기체이거나 또는 기체를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 관심 생산물은 고체이거나 고체를 포함하거나 고체가 될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 관심 생산물은 액체이거나 고체를 포함하거나 고체가 될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 관심 생산물은 정제되거나 수정된 공급원료이거나 공급원료를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 수성 용액의 전기분해를 사용하여 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 비수성 용액의 전기분해를 사용하여 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은, 염소 알칼리 생산 프로세스를 위해 구성될 수 있고, 그리고 생산 상태에서 동작할 때, 관심 생산물들로서 염소, 알칼리 및 수소를 생산할 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 용융염의 전기분해를 사용하여 관심 생산물로서 금속을 추출하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 전해 셀은 전기도금 프로세스를 사용하여 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다.
본 발명 및 그의 특징들 및 장점들의 더 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 설명에 대해 이제 참조된다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 관심 생산물을 생산하기 위한 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기화학적 프로세스에 대한 생산 곡선을 예시한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 염소-알칼리 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(400)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도들이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함하는 전해 셀 조립체의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함하는 매크로 셀의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 고온 알루미늄 생산 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 8은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 전기도금 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(900)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기도금 프로세스에 대한 생산 곡선을 예시한다.
도 11은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 전기화학적 프로세스를 제어하기 위한 방법의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다.
도 12는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀의 한 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 방법의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀에 대한 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 관심 생산물을 생산하기 위한 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기화학적 프로세스에 대한 생산 곡선을 예시한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 염소-알칼리 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(400)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도들이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함하는 전해 셀 조립체의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함하는 매크로 셀의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 고온 알루미늄 생산 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 8은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 전기도금 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(900)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기도금 프로세스에 대한 생산 곡선을 예시한다.
도 11은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 전기화학적 프로세스를 제어하기 위한 방법의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다.
도 12는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀의 한 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 방법의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀에 대한 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
다음 설명에서, 세부사항들은 개시된 주제의 논의를 용이하게 하기 위해 예로써 제시된다. 그러나, 개시된 실시예들이 예시적인 것이며 모든 가능한 실시예들을 망라하는 것은 아니라는 것은 당업자에게 명백해야 한다.
전기화학은 수산화나트륨 및 수산화칼륨, 염소, 불소, 황산, 마그네슘 및 알루미늄을 포함하는 다양한 금속들 및 비금속들의 생산을 위해 많은 산업들에서 사용된다. 일 예에서, 전해 셀은 염소-알칼리 생산 프로세스에서와 같이 수성 용액의 전기분해를 사용하여 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 전해 셀은 용융염의 전기분해를 사용하여 관심 생산물로서 금속을 추출하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 전해 셀은 전기도금 프로세스를 사용하여 관심 생산물을 생산하도록 구성될 수 있다. 이들 및 다른 타입들의 전기화학 프로세스에서, 때때로 컷-인 전압으로 지칭되는 적어도 미리 정의된 양의 전위차가 전해 셀의 전극들에 걸쳐 인가되어, 하나 이상의 관심 생산물들의 생산을 개시할 수 있다.
기존 전해 셀들에서, 셀들이 손상, 안전 문제들 또는 다른 우려사항들을 발생시키지 않고, 관심 생산물을 생산하는 전류 및 전압 값들의 제한된 범위가 있다. 이러한 전해 셀들의 전류가 임계점 아래로 떨어지면, 전해 셀의 이온 그래디언트 또는 충전층이 고장 나서, 셀에 돌이킬 수 없는 손상을 발생시킨다. 이러한 기존 셀들의 생산을 중단하기 위해, 전극들에 걸친 전위차가 0이 되게 하고, 이후에 생산을 재시작하는 것은 비용과 시간이 많이 소비되는 동작이다. 따라서, 계획되지 않은 가동 중단을 방지하기 위해, 이러한 기존 전해 셀들을 사용하는 전기화학 플랜트들은, 전해 셀들에 공급되는 전력을 완전히 제어하는 능력에 의존해야 한다.
기존 전기화학 플랜트들에서와 달리, 본원에 설명된 시스템들은, 전극들에 걸친 전위차가 관심 생산물 또는 생산물들의 생산에 불충분할지라도, 생산 준비 조건에서 다중-상태 전해 셀들을 유지하는 능력을 가질 수 있다. 예컨대, 이러한 시스템들은 온도, 압력, pH, 이온 세기, 탁도(turbidity) 또는 활성종들의 농도와 같은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 충족되는지 여부를 검출하고, 그렇지 않은 경우, 다중-상태 전해 셀들을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위한 정정 액션을 개시하기 위한 모니터링 및 제어 서브시스템을 포함할 수 있다. 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들은, 다중-상태 전해 셀들이 하나 이상의 관심 생산물들이 생산되는 제1 비-제로 전위차 값과 연관된 생산 상태에서 동작하는 동안 그리고 다중 상태 전해 셀들이 관심 생산물 또는 생산물들이 생산되지 않는 더 낮은 제2 비-제로 전위차 값과 연관된 안전한 유휴 상태에서 동작하는 동안, 유지될 수 있다.
다중-상태 전해 셀들이 유휴 상태에서 동작하는 동안 생산 준비 조건에서 유지되기 때문에, 언제든지 생산이 신속하게 재시작될 수 있어서, 생산되는 관심 생산물들 또는 다중-상태 전해 셀들 자체를 손상시키지 않고서, 이러한 시스템들이 유휴 상태와 생산 상태 사이에서 반복적이고 빈번하게 앞뒤로 스위칭하는 것을 허용한다. 그 결과는, 완전히 축소 가능하고 디스패치 가능한 가역적인 프로세스가 가능하다. 생산되는 생산물들이나 다중-상태 전해 셀들에 손상을 입히지 않고서, 유휴 상태와 생산 상태 사이에서 반복적이고 빈번하게 스위칭하는 능력은, 생산되는 생산물들을 손상시키거나 많은 수의 전해 셀들을 포함하여 섬세하고 값비싼 장비를 손상시키지 않고서, 전기화학 플랜트가 플랜트에 공급되는 전력의 가용성 또는 가격의 변화들에 동적으로 반응하는 것을 허용할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 전기화학 플랜트는 스케줄링 불가능한 전원에 의해 플랜트에 공급되는 전력의 가용성 또는 가격의 변화들에 동적으로 반응할 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 관심 생산물을 생산하기 위한 시스템(100)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 다중-상태 전해 셀(112)을 사용하여 관심 생산물(140)을 생산하는 전기화학 플랜트(110)를 포함할 수 있다. 예컨대, 전기화학 플랜트(110)는 수성 용액의 전기분해, 용융염의 전기분해, 전기도금 프로세스 또는 컷-인 전압을 갖는 다른 전기화학 프로세스를 사용하여 관심 생산물을 생산할 수 있다. 다중-상태 전해 셀(112)은, 상이한 시간들에, 관심 생산물(140)이 생산되는 생산 상태 및 관심 생산물(140)이 생산되지 않지만 다중-상태 전해 셀(112)의 생산 프로세스 특징들이 유지되는 안전한 유휴 상태에서 동작할 수 있다. 예컨대, 다중-상태 전해 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안, 온도 범위, 헤드 기체 압력들의 범위, pH 범위, 이온 세기를 나타내는 값의 범위, 또는 관심 생산물(140)의 생산에 적절한 활성종들의 농도 범위를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들은 또한, 다중-상태 전해 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안 유지될 수 있다. 이것은, 유휴 상태로부터 생산 상태로 스위칭할 때 전기화학 플랜트(110)에서 관심 생산물(140)의 생산이 신속하게 재시작되는 것을 허용할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 스케줄링 불가능한 전원(120) 및 스케줄링 불가능한 전원(120)을 전기화학 플랜트(110)에 커플링 및 커플링 해제하기 위한 스위치(125)를 포함하는 전력 전송 경로(122)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 스케줄링 불가능한 전원은 다수의 풍력 터빈들을 포함하는 풍력 발전 지역( wind farm)으로서 도시된다. 다른 실시예들에서, 스케줄링 불가능한 전원은 집중형 태양광 발전 시스템, 광전지 전력 시스템, 또는 다른 타입의 스케줄링 불가능한 전원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 시스템(100)은 또한 전력 그리드(130), 및 전력 그리드(130)를 전기화학 플랜트(110)에 커플링 및 커플링 해제하기 위한 스위치(132)를 포함하는 전력 전송 경로(135)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 그리드(130)는 전력을 수신하는 자신의 능력이 제한될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 스케줄링 불가능한 전원(120)을 전력 그리드(130)에 커플링 및 커플링 해제하기 위한 스위치(115)를 포함하는 전력 전송 경로(114)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 스케줄링 불가능한 전원(120)은 전력 그리드(130)에 전력을 공급할 수 있고, 전기화학 플랜트(110)는 전력 그리드(130)로부터 전력을 수신할 수 있으며, 전력의 양 또는 가격은 스케줄링 불가능한 전원(120)에 의해 전력 그리드(130)에 공급되는 전력에 대한 수요 및 가용성에 기반한다. 유휴 상태로부터 생산 상태로 스위칭할 때 전기화학 플랜트(110)에서 관심 생산물(140)의 생산을 신속하게 재시작하는 능력은, 전기화학 플랜트(110)가 전력의 가용성 및 수요의 변동들을 이용하여, 관심 생산물을 생산하는 비용을 최소화하는 것을 허용할 수 있다. 예컨대, 전기화학 플랜트(110)는 생산 상태에서 동작하고, 전력 그리드(130)에 의해 공급되는 전력에 대한 수요 및 대응하는 가격이 낮을 때 전력 그리드(130)에 의해 공급되는 전력을 수신하고, 전력 그리드(130)에 의해 공급되는 전력을 수신할 수 있고, 전력 그리드(130)에 의해 공급하는 전력에 대한 수요 및 대응하는 가격이 높을 때 관심 생산물이 생산되지 않는 유휴 상태로 스위칭할 수 있다. 다른 예에서, 전기화학 플랜트(110)는 생산 상태에서 동작하고, 스케줄링 불가능한 전원(120)에 의해 생산된 전력의 수요 및 가격이 낮을 때 스케줄링 불가능한 전원(120)에 의해 직접 또는 간접적으로 공급되는 전력을 수신할 수 있고, 스케줄링 불가능한 전원(120)에서 생산된 전력에 대한 수요 및 대응하는 가격이 높을 때 관심 생산물이 생산되지 않는 유휴 상태로 스위칭할 수 있으며, 그리고 스케줄링 불가능한 전원(120)에 의해 생산된 전력의 수요 및 가격이 다시 하락할 때, 생산 상태로 다시 스위칭하고 스케줄링 불가능한 전원(120)에 의해 직접 또는 간접적으로 공급되는 전력을 수신할 수 있다.
시스템(100)은 전기화학 플랜트(110)에 프로세스 입력들(150)을 선택적으로 제공하기 위한 밸브(155)를 포함하는 입력 자원 파이프(152)를 포함할 수 있다. 입력 자원 파이프(152)는, 개개의 프로세스 입력들이 전기화학 플랜트(110)에 제공되는 몇몇의 파이프들, 포털들 또는 다른 운반 메커니즘들 중 하나일 수 있다. 프로세스 입력들(150)은 관심 생산물(140)을 생산하기 위해 또는 열원, 냉각원, 브라인 또는 다른 타입의 공급원료, 다중-상태 전해 셀(112) 내의 전해질을 보충하기 위한 활성종들, 산 또는 염기와 같은 첨가제들, 전기화학 프로세스의 재활용된 출력들, 또는 전기화학 프로세스로부터 회수된 기체들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위해 요구된 임의의 또는 모든 자원들을 포함할 수 있다.
시스템(100)은 전기화학 플랜트(110)에 의해 생산된 관심 생산물(140)을 선택적으로 출력하기 위한 밸브(145)를 포함하는 생산물 출력 파이프(142)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기화학 프로세스에 의해 생산된 하나 초과의 관심 생산물이 있을 수 있다. 그러한 실시예들에서, 출력 자원 파이프(142)는 전기화학 프로세스의 개개의 생산물들이 전기화학 플랜트(110)로부터 출력되는 몇몇의 파이프들, 포털들, 또는 다른 운반 메커니즘들 중 하나일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 관심 생산물은 고체, 액체 또는 기체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 관심 생산물들이 생산 상태에 있는 동안 및 유휴 상태에 있는 동안 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하는 다중-상태 전해 셀에 의해 생산되는 시스템들의 예들이 도 2, 4a, 4b, 5, 6, 7, 8, 9에 예시되고, 아래에 설명된다.
기존의 많은 전해 셀들과 같이, 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들은 2개의 탱크들 ― 탱크들 각각은 전해액을 포함함 ― , 탱크 외부의 직류(DC) 전원에 커플링된 2개의 전극들, 및 2개의 탱크들 사이의 이온적으로 전도성 경로를 포함할 수 있다. 전극들에 걸친 전위차가 다중-상태 전해 셀에 의한 관심 생산물의 생산에 적합할 때, 전자들은 이온적으로 전도성 경로를 통해 전달된다. 환원-산화 또는 산화환원, 반응에 따라, 전자들을 획득한 이온적으로 전도성 경로 측에서 환원된 생산물이 생산되고, 전자들을 잃는 이온적으로 전도성 경로 측에서 산화된 생산물이 생산된다. 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들에 의해 생산된 생산물들은 상업적 관심 생산물들로서 분배를 위해 사후-프로세싱될 수 있다. 예컨대, 이들은 상이한 실시예들에서 증류, 필터링, 세정, 분리, 압축, 가열, 냉각, 다른 공급원료들과의 반응, 또는 그렇지 않은 경우 분배를 위해 프로세싱될 수 있다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)은, 완전히 축소 가능하고 디스패치 가능한 전기화학 프로세스를 통해 하나 이상의 관심 생산물들을 생산하기 위한 다중-상태 전해 셀(202), 가변 제어가능한 전력 회로(218), 및 블리드 회로(216)를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀(202)은 또한 음극(212) 및 양극(214)으로 도시된 2개의 전극들, 및 이온 경로(210)의 양쪽에 있는 전해질들 사이의 이온 경로(210)를 포함하며, 이온 경로를 통해 일부 이온들이 통과할 수 있지만, 다른 이온들 및 전자들은 통과할 수 없다. 예시된 실시예들에서, 이온 경로(210)는 멤브레인이다. 다른 실시예들에서, 이온 경로(210)는 염 다리(salt bridge), 유리 튜브, 또는 임의의 다른 적절한 전하 밸런스 메커니즘일 수 있다.
가변 제어가능한 전력 회로(218)는 상이한 시간들에 음극(212) 및 양극(214)에 걸쳐 상이한 전위차들을 인가하도록 구성될 수 있으며, 상이한 전위차들 각각은 다중-상태 전해 셀(202)의 다수의 동작 상태들 중 개개의 동작 상태와 연관된다. 특정 실시예들에서, 또는 특정 시간들에, 가변 제어가능한 전력 회로(218)는 도 1에 예시된 전력 그리드(130)와 같은 전력 그리드로부터 전력을 공급받을 수 있다. 특정 실시예들에서, 또는 특정 시간들에, 가변 제어가능한 전력 회로(218)는 도 1에 예시되고 위에서 설명된 스케줄링 불가능한 전원(120)과 같은 스케줄링 불가능한 전원에 의해 생산된 전력이 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, 또는 특정 시간들에, 가변 제어가능한 전력 회로(218)는 다수의 이용 가능한 전원들로부터 전력을 공급받을 수 있고, 다중-상태 전해 셀의 동작을 특정 동작 상태에서 개시하기 위해 전극들에 걸쳐 정해진 전위차를 인가하기 위한 전원을 선택할 수 있다. 가변 제어가능한 전력 회로(218)는 음극(212) 및 양극(214)에 걸쳐 인가된 전위차뿐만 아니라 전원을 제어하기 위한 임의의 적절한 맞춤형 또는 상업적으로 이용가능한 기술을 포함할 수 있다. 예컨대, 출력 전압 또는 전류는 노브들 또는 다른 기계적 스위칭 엘리먼트들과 같은 기계적 수단을 사용하거나 또는 하나 이상의 제어 신호들을 사용하여 프로그래밍될 수 있다. 유사하게, 전원은 노브들 또는 다른 기계적 스위칭 엘리먼트들과 같은 기계적 수단을 사용하거나 또는 하나 이상의 제어 신호들을 사용하여 선택될 수 있다. 가변 제어가능한 전력 회로에 의해 음극(212) 및 양극(214)에 인가된 전위차뿐만 아니라 전원은, 이를테면, 가변 제어가능한 전력 회로(218) 내의 전력 회로 제어기에 의해 로컬적으로 제어될 수 있거나, 상이한 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)의 다른 컴포넌트로부터 또는 원격 컴포넌트로부터 가변 제어가능한 전력 회로(218)에 의해 수신된 디지털 또는 아날로그 제어 신호들에 의해 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가변 제어가능한 전력 회로(218)는, 다중-상태 전해 셀(202)이 다수의 동작 상태들 중 어떤 동작 상태에서 동작하는지를 결정하도록 구성된 상태 모니터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상태 모니터는 218 내의 전력 회로 제어기의 엘리먼트일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상태 모니터는 다중-상태 전해 셀 시스템(200)의 다른 부분에 있는 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템의 엘리먼트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상태 모니터는 다중-상태 전해 셀 시스템(200)의 하나 이상의 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템들 또는 다른 컴포넌트에 다중-상태 전해 셀(202)의 동작 상태의 표시를 제공할 수 있다.
다중-상태 전해 셀(202)의 동작 상태들은, 관심 생산물이 생산되고 다중-상태 전해 셀(202)의 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 유지되는 하나 이상의 생산 상태들을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 생산 상태들 각각에서 다중-상태 전해 셀(202)의 동작 동안, 온도, 헤드 기체 압력, pH, 이온 세기, 탁도 및 활성종들의 농도 중 임의의 것 또는 전부가 관심 생산물의 생산에 적절한 미리 정의된 범위들 내에서 유지될 수 있다. 동작 상태들은 또한, 관심 생산물이 생산되지 않지만 다중-상태 전해 셀(202)의 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 유지되는 유휴 상태를 포함할 수 있다. 예컨대, 온도, 헤드 기체 압력, pH, 이온 세기 및 활성종들의 농도는, 다중-상태 전해 셀이 생산 상태들 중 임의의 생산 상태에서 동작할 때와 동일한 미리 정의된 범위들 내에서 유지될 수 있다. 제1 비-제로 전위차가 음극(212) 및 양극(214)에 걸쳐 인가될 때, 이것은 특정 생산 상태에서 관심 생산물의 생산을 개시할 수 있다. 제1 비-제로 전위차보다 더 낮은 제2 비-제로 전위차가 음극(212) 및 양극(214)에 걸쳐 인가될 때, 이것은 유휴 상태에서 동작을 개시할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극들은 활성화 전위 또는 과전위(over potential)를 최소화하도록 설계된 분극성 전극들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(202)은 3개 이상의 전극들을 포함할 수 있다.
다중-상태 전해 셀(202)은, 수성 용액 또는 용융된 전해질 용액 내의 활성종들과 같은 공급원료(220)를 각각 포함하는 하나 이상의 탱크들을 포함할 수 있다. 예컨대, 다중-상태 전해 셀(202)이 전기도금 프로세스를 위해 구성된 경우, 다중-상태 전해 셀(202)은 단일 탱크만을 포함할 수 있다. 반면에, 다중-상태 전해 셀(202)이 다양한 수성 또는 용융염 기반 전기화학 프로세스들 중 임의의 것을 위해 구성되는 경우, 이것은 2개 이상의 탱크들을 포함할 수 있다. 예컨대, BPMED(BiPolar Membrane ElectroDialysis)를 위해 구성될 때, 다중-상태 전해 셀(202)은 3개의 탱크들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(202)은 3개 초과의 탱크들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 탱크들 또는 도메인들이 있는 일부 실시예들에서, 탱크들은 초기에 동일한 공급원료를 포함할 수 있지만, 2개의 탱크들 내의 공급원료의 조성이 관심 생산물의 생산 동안 변하여, 후속적으로 상이할 수 있다. 2개 이상의 탱크들이 있는 일부 실시예들에서, 탱크들은 초기에 상이한 공급원료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(202)은 기체 전해질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(202)은 고체 산화물 전기화학 셀에서와 같이 고체 전해질을 포함할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)은 음극(212)에 커플링되고 가변 제어가능한 전력 회로(218)의 출력과 병렬인 블리드 회로(216)를 포함할 수 있다. 적어도 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(202)이 유휴 상태에서 동작할 때, 음극(212)과 양극(214)에 걸친 전위차가 절반 셀 전위 미만인 경우, 전위차는 다중-상태 전해 셀(202)의 케이싱, 볼트 또는 다른 금속 컴포넌트들에 전하가 축적되게 하기에 여전히 충분하다. 용량성 및 저항성 엘리먼트들을 포함하는 블리드 회로(216)는, 다중-상태 전해 셀(202)이 유휴 상태에서 동작하는 동안 축적되는 전하가 접지로 방전되는 것을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)은, 다중-상태 전해 셀 시스템(200)을 가열하기 위해 블리드 회로(216)에 의해 생성된 열을 캡처하도록 구성될 수 있다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기화학 프로세스에 대한 생산 곡선(300)을 예시한다. 더 구체적으로, 생산 곡선(300)은 다중-상태 전해 셀에서 흐르는 전류(i)를 다중-상태 전해 셀의 양극과 음극 사이의 대응하는 전위차(V)에 매핑한다. 생산 곡선을 따르는 특정 포인트들은 다중-상태 전해 셀의 개개의 동작 상태들을 나타낸다.
도 3에서, y-축 상에서 302로 라벨링된 전류 값은 셀에 대한 최대 전류 제한을 나타낼 수 있다. 생산 곡선 상의 포인트(308)는 양극과 음극 사이의 전위차뿐만 아니라, 본원에 설명된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀에서 흐르는 전류 둘 모두 0인 포인트를 나타낼 수 있다. X-축 상에서 312로 라벨링된 전압 값은 다중-상태 전해 셀에 대한 절반 셀 전위 또는 E1/2를 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 이것은, 다중-상태 전해 셀이 합리적인 품질로 관심 생산물을 생산하기 시작하는 전위차에 대응할 수 있다.
생산 곡선 상의 포인트(324)는, 관심 생산물이 다중-상태 전해 셀에 의해 생산되는 제1 라벨링된 생산 상태를 나타낸다. 이 포인트에서의 전위차는 x-축 상에 314로 도시된다. 유사하게, 포인트(326)는 x-축 상에서 316으로 도시된 전위차와 연관된 제2 라벨링된 생산 상태를 나타내고, 포인트(328)는 x-축 상에서 318로 도시된 전위차와 연관된 제3 라벨링된 생산 상태를 나타내고, 포인트(330)는 x-축 상에서 320으로 도시된 전위차와 연관된 제4 라벨링된 생산 상태를 나타내고, 포인트(332)는 x-축 상에서 334로 도시된 전위차와 연관된 제5 라벨링된 생산 상태를 나타낸다. 모든 생산 상태들(324 내지 332)에서, 다중-상태 전해 셀은 관심 생산물을 생산하기 위해 동일한 미리 정의된 생산 프로세스 조건들 하에서 동작할 수 있다. 그러나, 관심 생산물의 생산 레이트 및 프로세스 자원들이 소비되는 레이트가 생산 상태들(324 내지 332) 중 상이한 생산 상태들에서 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 낮은 전위차에서 동작하기 위해, 블리드 레이트의 증가, 기생 부하들의 증가, 배압의 생성 및 인가, pH의 밸런싱, 활성종들의 농도의 조정 또는 가열 또는 냉각 엘리먼트의 활성화를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 액션들이 미리 정의된 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위해 취해질 필요가 있을 수 있다. 따라서, 다양한 자원들의 소비가 변할 것이다. 염소-알칼리 프로세스를 수반하는 하나의 예에서, 염소, 요오드, 불소 또는 다른 환원된 생산물의 낮은 생산에서 유속을 유지하기 위해, 브라인이 더 높은 레이트로 산성화될 필요가 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 포인트(332)는 관심 생산물의 생산 레이트가 최대화되는 생산 상태에 대응할 수 있다. 2개 이상의 관심 생산물들이 생산되는 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀은 상이한 생산 상태들 각각에서 약간 상이한 생산물 혼합물을 생산할 수 있다. 예컨대, 전해질이 다수의 활성종들을 갖는 복합 용액이고 다중-상태 전해 셀이 높은 전위차에서 동작하는 경우, 다중-상태 전해 셀은 각각의 생산물의 특정 퍼센티지들 또는 상대적인 양들을 포함하는 생산물들의 혼합을 생산할 수 있다. 그러나, 전위차가 더 낮을 때, 다중-상태 전해 셀은, 더 높은 전위차에서 생산될 것과 상이한 퍼센티지들 또는 상대적인 양들의 각각의 생산물을 포함하는 상이한 생산물들의 혼합 또는 생산물들의 혼합을 생산할 수 있다. 일부 실시예들에서, 임의의 수의 화합물들을 포함하는 폐수(wastewater)와 같은 다중-화학 전해질을 다룰 때, "최적" 상태가 없을 수 있다. 정해진 전위차에 대해, 셀은 전위차에 의존하는 비율로 많은 생산물들을 생산할 수 있다.
도 3에서, 생산 곡선(300) 상의 포인트(322)는, 다중-상태 전해 셀이 유휴 상태에서 동작하는 프로세스 조건들이 다중-상태 전해 셀이 생산 상태들에서 동작하는 미리 정의된 생산 프로세스 조건들과 동일할지라도, 어떠한 관심 생산물도 생산되지 않는 유휴 상태를 나타낸다. 예컨대, 온도, pH, 활성종들의 농도, 이온 세기 및 헤드 기체 압력은, 다중-상태 전해 셀이 생산 상태들(324 내지 332) 중 어느 하나에서 동작할 때와 동일한 미리 정의된 범위들로 유지될 수 있다. 도 3에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀이 (포인트(322)에서) 유휴 상태에서 동작할 때의 전위차는 E1/2 포인트(312)보다 훨씬 낮을 수 있다. 유휴 상태에서 다중-상태 전해 셀을 통해 흐르는 전류는 y-축 상에서 전류 값(306)으로 도시된다. 유휴 상태에서 대응하는 전위차는 x-축 상에서 전위차(310)로 도시된다.
일부 기존 전해 셀들의 경우, 셀들이 관심 생산물을 생산하는 전류 및 전압 값들의 범위가 제한된다. 이러한 기존 전해 셀들의 경우, 전극들 간의 전위차가 감소함에 따라, 생산 프로세스 조건들이 변한다. 예컨대, 도 3의 y-축 상에 304로 라벨링된 전류 값은, 기존 전해 셀들에서, 때때로 충전층으로 지칭되는 전해 셀의 이온 그래디언트가 분열되어 고장 나기 시작하는 전류 미만을 나타낼 수 있다. 일단 충전층이 사라지면, 셀에 대한 비가역적인 손상을 발생시키는, 전극들에 대한 활성종들의 농도, 전해질의 pH 변화, 전해질 용액의 삼투압 변화, 환원 전위의 변화, 및 전극들을 부식시키기 시작하는 화학적 활동들의 변화를 포함하는 일련의 변화들이 발생할 수 있다. 결국, 전해질에서 활성종들이 너무 많아서, 활성 중간체(active intermediate)들이 전류를 역전시키기 시작할 수 있다. 최대 전류 제한과 기존 전해 셀들에서 충전층이 분열되는 전류 사이의 관계는 전해 셀의 특정 화학적 성질에 의존할 수 있다. 예컨대, 염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 기존 전해 셀들의 경우, 충전층이 분열되는 포인트에서의 전류는 최대 전류 제한의 대략 20%일 수 있다. 다른 화학적 성질들을 갖는 기존 전해 셀들의 경우, 충전층이 분열되는 포인트에서의 전류는 전해 셀에 대한 최대 전류 제한의 20%를 초과하거나 미만일 수 있다.
그러나, 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들에서, 전극들 사이의 전위차가 현저히 감소하고 전류가 감소하고 그렇지 않은 경우 특정 화학적 성질의 전해 셀에서 충전층이 분열되는 포인트 아래로 떨어졌더라도, 온도, pH, 활성종들의 농도, 이온 세기 및 헤드 기체 압력과 같은 생산 프로세스 조건들이 유지된다. 결과는 완전히 축소 가능하고 디스패치 가능한 가역적인 프로세스가 가능하고, 여기서 다중-상태 전해 셀의 전극들 사이의 전위차는, 어떠한 관심 생산물도 생산되지 않는 유휴 상태로 빠르게 감소되고, 관심 생산물의 생산이 재개되는 상태로 빠르게 다시 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들은, 기존의 전해 셀들에서와 같이 몇 시간 또는 며칠이 걸리지 않고서, 생산 상태로부터 유휴 상태로 또는 유휴 상태로부터 생산 상태로 몇 분만에 램핑될 수 있고, 이러한 사이클은 하루에 여러 번 반복될 수 있다. 예컨대, 도 4a 및 4b에 예시되고 아래에 설명된 다중-상태 전해 셀들과 같이, 염소-알칼리 생산을 위한 다중-상태 전해 셀은 5분 이내에 최대 생산 상태로부터 유휴 상태로 램핑될 수 있거나, 또는 단일 SCED 런(run)은 배터리 제한을 초과하는 제한들에 영향을 받는다.
생산 곡선(300)은, 생산 상태들 사이에서 이동하는 동안 또는 생산 상태와 유휴 상태 사이에서 이동하는 동안 미리 결정된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 능력으로부터 이익을 얻을 수 있는, 수성 용액의 전기분해, 용융염의 전기분해, 전기도금 프로세스 또는 컷-인 전압을 갖는 임의의 전기화학 프로세스를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 전기화학 프로세스들 중 임의의 것의 거동을 나타낼 수 있다. 이러한 프로세스의 일 예는, 염소를 생산하기 위해 수성 용액의 전기분해를 사용하는 염소-알칼리 프로세스이다. 평균적으로 대략 3.2 볼트인 다중-상태 전해 셀의 전극들 사이의 전위차가 염소-알칼리 프로세스에 대한 관심 생산물들의 상업적 생산에 적절할 수 있지만, 이것은 특정 셀 설계들에 따라 변할 수 있다. 평균적으로, 대략 1.36 볼트인 다중-상태 전해 셀의 전극들 사이의 전위차가 컷-인 전압 ― 컷-인 전압 미만에서 염소 생산이 중단됨 ― 을 나타낼 수 있지만, 이것은 특정 셀 설계들에 따라 변할 수 있다. 생산 상태가 3.2볼트인 전위차와 연관되고 컷-인 전압이 1.36볼트인 실시예들에서, 대략 1.29 볼트인 전위차는 유휴 상태와 연관된 타겟 전압일 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템의 가변 제어가능한 전력 회로는, 역전류들의 유도, 다중-상태 전해 셀의 손상, 또는 염소-알칼리 프로세스의 입력 자원들을 생산 재시작 시에 관심 생산물들을 생산하기에 부적절하게 렌더링하는 것을 회피하기 위해, 전위차가 타겟 유휴 상태 전압 미만으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀에서, 공급원료는 브라인, 즉, 23%와 25% 사이의 염화나트륨을 포함하는 물에 포화된 염화나트륨일 수 있다. 이 예에서, 전극 재료는 낮은 pH에서만 안정적일 수 있다. 또한, 기체 형태의 염소인 주요 관심 생산물은 대략 3 pH에서 안정적이고, pH가 4를 초과하면, 원치 않는 부반응(side reaction)들이 발생한다. 따라서, 공급원료는, pH 조절을 제공하기 위해 적절한 몰 농도 또는 양성자 활성(proton activity)에 도달할 때까지, 염산을 방울로 첨가(drop-wise addition)함으로써 산성화될 수 있다. 염소-알칼리 프로세스에 대한 다른 입력들은 물에 30%의 수산화나트륨 용액을 포함할 수 있다.
염소-알칼리 프로세스의 추가의 출력은 물에 32%의 수산화나트륨 용액일 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 2% 수산화나트륨은 추출되어 50% 수산화나트륨 용액 및 30% 수산화나트륨으로 분리될 수 있으며, 30% 수산화나트륨은 염소-알칼리 프로세스에 대한 입력으로서 재순환된다. 50% 수산화나트륨 용액은 액체로 유통되거나 플레이크 또는 정제(tablet) 형태의 가성 소다로 추가로 프로세싱될 수 있는 부가가치 화학물질이다. 일부 실시예들에서, 염소-알칼리 프로세스에 의해 생산된 염소는 건조 프로세스를 사용하여 사후-프로세싱될 수 있고, 또한 상업적인 유통 전에 정제될 수 있다. 염소-알칼리 프로세스에 의해 생산된 수소는 있는 그대로 사용될 수 있거나, 배출될 수 있거나, 연소될 수 있거나, 염산을 생산하기 위해 재결합되거나 상업적인 유통을 위해 다른 공급원료들과 결합될 수 있다.
염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀의 동작 상태를 생산 상태로부터 유휴 상태로 스위칭하기 위해, 전극들에 걸친 전위차는, 하전된 종들이 이온적으로 전도성 경로를 통한 이동을 멈추더라도, 생산 프로세스 조건들이 다중-상태 전해 셀 내에서 유지되도록 제어된 방식으로 낮아질 수 있다. 일부 실시예들에서 실질적으로 동시에 취해질 수 있는 유휴 상태로 스위칭하기 위한 제1 단계들은, 전극들에 걸친 전위차를, 예컨대, 대략 3.2 볼트의 값으로부터 대략 1.29 볼트의 값으로 낮추고, 질소(또는 임의의 불활성 기체)를 다중-상태 전해 셀에 공급하기 시작하여 셀 내의 염소를 제거(purge out)하고, 따라서 전극들을 보호하는 것이다. 일부 실시예들에서, 전위차는 대형 커패시터의 로그 함수와 같이 선형이 아닌 감쇠 패턴(decay pattern)을 사용하여 낮아질 수 있다. 일부 실시예들에서, 질소와 같은 불활성 기체는 이온적으로 전도성 경로의 양측에 있는 다중-상태 전해 셀로 (예컨대, 아래에서) 주입될 수 있어서, 염소를 제거할 것이고 또한 시스템 전체에 걸쳐 임의의 작은 누출들에도 불구하고 헤드 기체 배압을 유지하는 데 도움이 될 보충 기체를 추가한다. 예컨대, 질소는, 시스템을 통해 물리적으로 이동하고 헤드 스페이스 기체까지 버블링되는 버블들로서 다중-상태 전해 셀에 들어갈 수 있다. 그 과정에서, 전극들 사이의 전위차가 유휴 상태와 연관된 전위차에 도달할 때, 염소가 더 이상 전극에 존재하지 않도록, 그들은 전해질에서 염소를 제거할 수 있다. 전위차가 실질적으로 질소(또는 다른 불활성 기체) 제거(purge)와 실질적으로 동시에 낮아지는 하나의 예시적인 실시예에서, 이러한 2개의 단계들이 완료되는 데 대략 18초가 걸릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 질소 제거는, 전위차의 강하가 시작됨에 따라, 제1 질소 버블들이 전하 플레이트에 충돌하도록 전극들에 걸쳐 전위차를 강하시키기 시작하기 전에, 개시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 질소를 사용하여 염소를 제거하는 것보다는, 아르곤 또는 크립톤과 같은 다른 불활성 기체를 사용하여 염소가 제거될 수 있다.
염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀에서 생산 상태로부터 유휴 상태로 이동할 때 취해질 추가 액션들은, 셀이 생산 상태에서 동작할 때와 동일한 압력 범위에서 헤드 스페이스 압력을 유지하기 위해 제어가능한 배압 펌프 또는 체크 밸브를 조정하는 것, 및 셀이 생산 상태에서 동작할 때와 동일한 범위에서 pH를 유지하기 위해 염산과 같은 새로운 산을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 염소-알칼리 프로세스 이외의 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀의 경우, 특정 프로세스에 대해 미리 정의된 생산 프로세스 조건들 내에서 pH를 유지하기 위해 산 또는 염기가 추가될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 일부 실시예들에 따른, 염소-알칼리 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도들이다. 도 4a에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(400)은 다중-상태 전해 셀(450), 가변 제어가능한 전력 회로(420), 및 히터 회로(430)를 포함한다. 다중-상태 전해 셀(450)이 생산 상태에 있을 때, 다중-상태 전해 셀은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하고, 위에서 설명된 바와 같이 염소, 수산화나트륨과 같은 알칼리, 및 수소를 생산한다.
다중-상태 전해 셀(450)은 음극(424), 양극(422), 및 전해 셀(450)의 음극 측과 양극 측 사이의 이온 경로(412)를 포함한다. 예시된 예에서, 이온 경로(412)는 높은 음이온 거부(anion rejection)를 나타내는 플라스틱 폴리머 멤브레인과 같은 멤브레인이며, 이를 통해 양이온들이 통과할 수 있지만 음이온들은 통과할 수 없다. 다른 실시예들에서, 이온 경로(412)는 유리 튜브 또는 다른 적절한 엘리먼트, 또는 다른 타입의 플라스틱 또는 다른 재료로 제조된 멤브레인이거나 이를 포함할 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(450)은, 관심 생산물들, 특히 브라인의 생산을 위한 활성종들을 포함하는 공급원료(444)를 포함한다.
도 4a에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(450)은 브라인(402), 염산(404) 및 일부 실시예들에서 재활용된 브라인을 수용하기 위한 입력 파이프(436)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이전에 산성화된 브라인은 입력 파이프(436)에서 다중-상태 전해 셀 내로 도입될 수 있다. 다중-상태 전해 셀(450)은 또한 셀(450)에 의해 생산된 염소(406)가 염소-알칼리 프로세스의 생산물로서 출력되는 출력 파이프(438), 및 셀(450)에 의해 생산된 수소(408)가 전기화학 프로세스의 생산물로서 출력되는 출력 파이프(440)를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀(450)은 또한, 전기화학 프로세스에 대한 입력으로서 입력 파이프(436)로 다시 고갈된 브라인(426)을 재활용하기 위한 출력 파이프(432)를 포함할 수 있다. 이러한 재활용 루프는, 입력 파이프(436)에서 다중-상태 전해 셀(450) 내로 재도입되기 전에, 재활용된 브라인이 세정, 가열, 냉각, 농축, 산성화 또는 그렇지 않은 경우 처리될 수 있는 프로세싱 엘리먼트(425)를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀(450)은, 수산화나트륨 또는 부식제와 같은 알칼리(410), 및 약한 수산화나트륨 또는 약한 부식제와 같은 재활용된 알칼리(428)가 셀 내로 도입될 수 있는 입력 파이프(442)를 포함한다. 다중-상태 전해 셀(450)은 또한, 전기화학 프로세스의 생산물로서 부식제와 같은 알칼리(456)를 제공하고 약한 부식제와 같은 알칼리(428)를 전기화학 프로세스에 대한 입력으로서 다시 입력 파이프(442)로 재활용하기 위한 출력 파이프(434)를 포함할 수 있다. 이러한 재활용 루프는, 입력 파이프(442)에서 다중-상태 전해 셀(450) 내로 재도입되기 전에, 재활용된 알칼리 세정, 가열, 냉각, 농축 또는 그렇지 않은 경우 처리될 수 있는 프로세싱 엘리먼트(455)를 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(450)은 셀의 양극 측에서 질소, 아르곤 또는 크립톤과 같은 불활성 기체(452)를 수용하기 위한 입력 파이프(446), 및 다중-상태 전해 셀(450)이 유휴 상태에 들어가거나 유휴 상태에서 동작할 때, 염소를 제거하기 위해 셀의 음극 측에서 질소, 아르곤 또는 크립톤과 같은 불활성 기체(454)를 수용하기 위한 입력 파이프(448)를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀(450)의 헤드 기체들이 헤드 기체들(414)로 도시된다. 출력 파이프(438)는 셀의 양극 측에서 특정 헤드 기체 압력을 유지하기 위한 배압 펌프(416)를 포함할 수 있다. 유사하게, 출력 파이프(440)는 셀의 음극 측에서 특정 헤드 기체 압력을 유지하기 위한 배압 펌프(418)를 포함할 수 있다.
도 4a에서, 출력 파이프(432)로부터 입력 파이프(436)로의 고갈된 브라인(426)을 위한 브라인 재순환 루프는, 고갈된 브라인을 다중-상태 전해 셀(450) 내로 재도입하기 전에, 고갈된 브라인을 재농축시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 고갈된 브라인은 15% 내지 20%의 염화나트륨을 포함할 수 있으며, 이것은 입력 파이프(436)에서 셀로 다시 펌핑되기 전에 최대 23% 내지 25%의 염화나트륨으로 다시 재농축될 수 있고, 과잉수(excess water)는 부산물로서 또는 프로세스(도시되지 않음)에서 떨어져 이동(shunt)된다.
히터 회로(430)는 재활용된 브라인(426)을 위한 재순환 라인 상에 도시되고, 여기서 히터 회로(430)는 재활용된 브라인이 다중-상태 전해 셀(450)로 재도입되기 전에 재활용된 브라인을 가열할 수 있다. 이러한 포지션에서, 또는 다중-상태 전해 셀 시스템(400)의 다른 포지션에서, 히터 회로(430)는 이들 또는 다른 입력 자원들, 또는 다중-상태 전해 셀(450) 전체를 가열하여, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들과 일치하는 셀의 온도를 유지한다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(400)은 히터 회로 단독이라기보다는 가열/냉각 엘리먼트의 결합, 또는 개별 가열 및 냉각 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀 당 하나 초과의 히터 회로 또는 가열/냉각 엘리먼트가 있을 수 있다. 예컨대, 브라인(426)을 위한 재순환 라인 상의 히터 회로(430) 외에도, 셀의 반대 측에, 이를테면, 알칼리(428)를 위한 재순환 라인 상에 보조 히터 회로 또는 보조 가열/냉각 엘리먼트가 있을 수 있다. 히터 회로(430)가 전기 가열을 제공하지만, 다중-상태 전해 셀 시스템(400)의 다른 가열/냉각 엘리먼트들은, 생산 상태들 사이에서 이동할 때 또는 생산 상태와 유휴 상태 사이를 이동할 때, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들과 일치하는 셀의 온도를 유지하기 위해 다른 타입들의 가열 또는 냉각을 제공할 수 있다. 예컨대, 생산이 더 빠르게 증가할수록, 더 많은 열이 생성되며, 그 결과 미리 정의된 범위 내에서 온도를 유지하기 위해 냉각이 필요할 수 있다. 일부 실시예들에서, 히터 회로(430) 또는 보조 히터는 에너지 소비형일 필요는 없지만, 용융염 저장소 또는 다른 에너지 저장 저장소와 같은 열 저장소이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 저장소는 태양열 저장소, 또는 다중-상태 전해 셀(450)의 온도를 유지하기 위해 순환되는 다른 메커니즘에 의해 펌핑될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 신호(435)는, 히터 회로(430)의 가열 및 냉각 기능들을 활성화 또는 비활성화하기 위해, 본원에서 설명된 모니터링 및 제어 서브시스템들 중 하나와 같은 로컬 또는 원격 제어기로부터 히터 회로(430)에 제공될 수 있다.
예시된 실시예에서, 가변 제어가능한 전력 회로(420)는 음극(424) 및 양극(422)에 걸쳐 상이한 시간들에 상이한 전위차들을 인가하여, 다중-상태 전해 셀(450)을 상이한 동작 상태들에 배치하도록 구성된다. 일부 경우들에서 또는 특정 시간들에, 전위차의 변동은, 이를테면, 전력이 스케줄링 불가능한 전원에 의해 공급될 때, DC 전원으로부터 수신된 전력의 변동으로 인한 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 또는 특정 시간들에, 전위차의 변동은 가변 제어가능한 전력 회로(420) 내의 회로에 의해 로컬적으로 제어되어, 셀 레벨에서 전압 및 전류를 제어할 수 있다. 다른 실시예들에서, 또는 특정 시간들에, 전위차의 변동은 다중-상태 전해 셀들(450)의 스택 또는 랙(rack)과 같은 다중-상태 전해 셀들의 그룹에 대해 집합적으로 제어될 수 있다. 가변 제어가능한 전력 회로(420)는, 다중-상태 전해 셀(450)의 동작 상태의 변화에 영향을 미치도록 음극(424) 및 양극(422)에 걸친 전위차를 조작하기 위해 임의의 적절한 맞춤형 또는 상업적으로 이용가능한 가변 제어가능 전원을 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(450)이 생산 상태에 있을 때, 다중-상태 전해 셀(450)은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하고, 염소, 알칼리 및 수소를 생산한다. 다중-상태 전해 셀(450)이 제2의 더 낮은 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 동작할 때, 어떠한 생산물도 생산되지 않는다. 예컨대, 다중-상태 전해 셀(450)은, 전극들 사이의 전위차가 1.36 볼트 또는 바람직하게는 대략 3.2 볼트보다 더 클 때 염소, 알칼리 및 수소가 생산되는 생산 상태에서, 그리고 전극들 사이의 전위차가 1.36 볼트 또는 바람직하게는 대략 1.29볼트 미만일 때 이들 생산물들 중 어떤 것도 생산되지 않는 유휴 상태에서 동작하도록 구성될 수 있다. 그러나, 셀이 하나 이상의 생산 상태들 중 어느 생산 상태에서 동작하는지 또는 유휴 상태에서 동작하는지에 관계없이, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 다중-상태 전해 셀에서 유지될 수 있다. 전위차가 생산 전압 범위의 하단에 있을 때보다, 전위차가 생산 전압 범위의 상단에 있을 때, 관심 생산물들의 생산 레이트가 더 높을 수 있다. 일부 실시예들에서, 염소-알칼리 프로세스를 위한 입력 자원들이 소비되는 레이트는 생산 레이트가 더 높을 때 더 높을 수 있고, 생산 레이트가 더 낮을 때 더 낮을 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀(450)은, 셀이 동작하는 특정 생산 상태에 의존하여 약간 상이한 양들 또는 상대적인 비율들로 염소, 알칼리, 및 수소를 생산할 수 있다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른, 염소-알칼리 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(455)의 선택된 엘리먼트들을 예시한다. 다중-상태 전해 셀 시스템(455)은 간단함을 위해 도 4b에 도시되지 않은, 도 4a의 400에 도시된 하나 이상의 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 도 4b에 도시되고, 도 4a에 도시된 대응하는 엘리먼트들과 동일한 참조번호를 갖는 엘리먼트들은 실질적으로 유사할 수 있다. 도 4b에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(455)은 다중-상태 전해 셀(458), 제거 엘리먼트(460), 및 저장 탱크(478)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(455)은 또한, 도 4a에 예시된 가변 제어가능한 전력 회로(420)와 같은 가변 제어가능한 전력 회로, 및 도 4a에 예시된 히터 회로(430)(도 4b에 도시되지 않음)와 같은 히터 회로를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀(458)이 전극들에 걸쳐 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태에서 동작할 때, 셀은, 위에서 설명된 바와 같이, 염소, 수산화나트륨 및 수소를 생산하기 위해 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작할 수 있다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 염소-알칼리 생산 동안, M+로 도시된 양이온들(476)은, 다중-상태 전해 셀(458)이 생산 상태에서 동작하는 동안 이온 경로(412)를 통과할 수 있다. 그러나, 다중-상태 전해 셀(458)이 제2 더 낮은 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 동작할 때, 양이온들(476)의 이동(migration)이 완전히 중단될 수 있거나 또는 염소, 수산화나트륨 또는 수소를 생산하기에 불충분한 양으로 감소될 수 있다.
도 4b에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(458)의 출력 포트들 중 하나는 셀(458)에 의해 생산된 염소를 처리하기 위한 4-방향 밸브(462)를 포함할 수 있다. 4-방향 밸브(462)는 도 4c에 추가로 예시되고 아래에서 설명된다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀(458)의 출력 포트들 중 하나는 셀(458)에 의해 생산된 수소를 처리하기 위한 양방향 밸브(464)를 포함할 수 있다. 양방향 밸브(464)는 도 4d에 추가로 예시되고 아래에서 설명된다. 예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀(458)은 셀의 양극 측 상의 헤드 기체(472)에 대한 적절한 헤드 기체 압력을 유지하기 위한 배압 펌프(466) 및 셀의 음극 측 상의 헤드 기체(474)에 대한 적절한 헤드 기체 압력을 유지하기 위한 배압 펌프(468)를 포함한다.
도 4b에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(455)은, 불활성 기체(452), 예컨대, 질소를 입력 파이프(446)를 통해 셀(458)의 음극 측으로 공급하는 저장 탱크(478)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저장 탱크(478)는 또한 불활성 기체(452)를, 도 4a에 예시된 입력 파이프(448)(도 4b에 도시되지 않음)와 같은, 셀의 양극 측 상의 입력 파이프에서 셀(458)에 공급한다. 예시된 예에서, 브라인 재순환 라인 상의 제거 엘리먼트(460)에 대한 입력들은 Cl2 + NaOH(484), 고갈된 브라인(426), 및 저장 탱크(478)로부터의 불활성 기체(482)를 포함한다. 제거 엘리먼트(460)의 출력들은 불활성 기체(485)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 질소 이외의 불활성 기체와 같이, 제거 엘리먼트(460)에 대한 다른 입력들은, 다중-상태 전해 셀(458)이 유휴 상태에서 동작할 때, 다중-상태 전해 셀 시스템(455)으로부터 염소를 제거하는 데 사용될 수 있다. 유휴 상태로부터 생산을 재시작하는 것은, 예컨대, 전극들에 걸친 전위차를 생산 상태와 연관된 전위차로 다시 점진적으로 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 염소 생산에 필요한 중간물들을 전해질에 첨가하여 결과적으로 반응 시간이 훨씬 더 빨라지게 함으로써, 생산 상태로의 복귀가 효과적으로 즉각적이도록, 복귀가 가속화될 수 있다.
도 4c는 일부 실시예들에 따른 4-방향 밸브(462)에 대한 설정들을 예시한다. 예시된 예에서 설정들은 생산 설정(488), 회수 설정(490), "광미(tailings) 스크럽(scrub)" 설정(492) 및 "오프" 설정(494)을 포함한다. 밸브(462)를 생산 설정(488)으로 설정하는 것은 셀에 의해 생산된 관심 생산물로서 염소의 출력을 발생시킨다. 밸브(462)를 회수 설정(490)으로 설정하는 것은 염소가 회수 압축기(도시되지 않음)로 라우팅되게 한다. 밸브(462)를 "광미 스크럽" 설정(492)으로 설정하는 것은 밸브에서의 출력 기체가 시스템의 다른 컴포넌트(도시되지 않음)로 라우팅되어 광미를 스크럽하게 한다. 광미를 스크럽하기 위해, 염소를 외부로 밀어내기 위해 헤드 스페이스에서 출력 기체를 통해 불활성 기체가 버블링될 수 있다. 초기에, 염소는 출력 기체에서 타겟 생산 농도로 출력될 수 있다. 그러나, 어느 시점에서, 염소의 농도는 떨어질 것이다. 일단 염소 농도가, 예컨대, 이를테면, 90% 염소와 10% 염소 사이의 특정 포인트에 도달하면, 이것은 회수 가능한 양을 나타낼 수 있으며, 출력 기체는 회수 압축기로 라우팅될 수 있다. 회수 압축기는, 염소가 액화되지만 질소는 그렇지 않은 기체 혼합물을 압축하는 염소 압축기일 수 있다. 이 경우에, 액체 염소는 회수된 생산물이다. 결국, 출력 기체의 염소 농도는 회수 가능한 한계 아래로 떨어질 것이며, 이 포인트에서, 염소는, 예컨대, 물을 통해 희석하거나 수산화나트륨으로 스크럽함으로써 중화될 수 있다. 밸브(462)는, 일단 출력 기체에 어떠한 염소도 존재하지 않으면, "오프" 설정(494)으로 설정될 수 있다. 4-방향 밸브가 도 4c에 도시되지만, 다른 실시예들에서 밸브(462)는 더 많거나 더 적거나 상이한 설정들을 가질 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 모든 출력 기체는 회수 압축기로 라우팅될 수 있고, 이후에 응축 불가능한 재료들은 광미를 스크럽하기 위해 다른 엘리먼트로 라우팅될 수 있다. 이 예에서, 회수 압축기는, 예컨대, 생산 가능한 염소 및 스크럽될 광미를 출력할 것이다.
도 4d는 일부 실시예들에 따른 양방향 밸브(464)에 대한 설정들을 예시한다. 예시된 예에서, 설정들은 생산 설정(496) 및 "오프" 설정(498)을 포함한다. 밸브(464)를 생산 설정(496)으로 설정하는 것은 셀에 의해 생산된 관심 생산물로서 수소의 출력을 발생시킨다. 일단 밸브(464)에서 출력 기체에 어떠한 수소도 없다면, 밸브(464)는 "오프" 설정(498)으로 설정될 수 있다. 양방향 밸브가 도 4d에 도시되지만, 다른 실시예들에서, 밸브(464)는, 예컨대, 셀에 의해 생산된 수소 중 적어도 일부를 다른 목적을 위해 시스템의 다른 컴포넌트로 라우팅하기 위한 설정을 포함하는 2개 초과의 설정들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 염소-알칼리 프로세스에서 사용되는 화학적 성질들과 유사하거나 상이한 화학적 성질들을 갖는 다중-상태 전해 셀들은, 상이한 시간들에 그리고 특정 조건들 하에서 특정 전기화학 프로세스의 생산물들의 라우팅 및 분배를 제어하기 위한 밸브들을 포함할 수 있고, 이들 중 일부는 도 4c 및 4d에 예시된 밸브들과 유사할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d가 염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀들 및 시스템들의 예시적인 실시예들을 예시하지만, 다른 실시예들에서, 염소-알칼리 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀들 및 시스템들은 도 4a 내지 도 4d에 예시된 엘리먼트들보다 더 많거나, 더 적거나 또는 상이한 엘리먼트들을 포함할 수 있거나, 또는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 조합들과 상이한 조합들로 도 4a 내지 4d에 예시된 엘리먼트들 중 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 유사하게, 염소-알칼리 프로세스에서 사용되는 화학적 성질들과 유사하거나 상이한 화학적 성질들을 갖는 다중-상태 전해 셀들은 도 4a 내지 4d에 도시된 조합들과 동일하거나 상이한 조합으로 도 4a 내지 4d에 예시된 엘리먼트들 중 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀은 다수의 이온적으로 전도성 경로들을 제공하는 양극성 멤브레인을 포함할 수 있으며, 이는, 셀의 중간에서 기원하는 물의 전해질 용액으로부터의 이온들이 다중-상태 전해 셀의 양측의 멤브레인들 중 개개의 멤브레인을 통과하는 것을 허용한다. 그러한 일 실시예에서, 다중-상태 셀에 의해 수행되는 전기화학 프로세스는 전해질 용액으로부터 종들의 제거를 수반할 수 있고, 관심 생산물은 정제된 물일 수 있다. 일반적으로, 전기투석(electrodialysis) 프로세스를 위해 구성된 다중-상태 전해 셀은 관심 생산물로서 수정되거나 정제된 공급원료를 생산할 수 있다.
전형적인 전기화학 플랜트에서, 매우 많은 수의 전해 셀들이 함께 작동하여 대량의 관심 생산물을 생산하도록, 매우 많은 수의 전해 셀들이 조립될 수 있다. 예컨대, 전기화학 플랜트는, 여러 전해 셀들을 각각 포함하는 대형 조립체들의 어레이를 포함할 수 있다. 도 5는 일부 실시예들에 따른, 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함하는, 염소-알칼리 프로세스를 위한 전해 셀 조립체(500)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 이러한 조립체는 때때로 다중-상태 전해 셀들의 "랙" 또는 스택"으로 지칭될 수 있다. 다중-상태 전해 셀들 각각은 502a 내지 502c로 도시된 개개의 음극, 504a 내지 504c로 도시된 개개의 멤브레인, 및 506a 내지 506c로 도시된 개개의 양극을 포함한다. 예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀들은 염소-알칼리 프로세스를 위해 구성되고, 셀들 각각의 폭은 약 1 내지 5 센티미터이고, 전해 셀 조립체(500)의 셀들 사이에 플라스틱 비전도성 플레이트 분리기가 있다. 다른 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀들의 랙은 3개 이외의 다수의 셀들을 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀들은 나란히 배치되고, 염소-알칼리 프로세스의 다양한 입력 자원들 및 생산물들은 파이프들의 집합을 사용하여 하나의 셀로부터 다음 셀로 유동한다. 예컨대, 전해 셀 조립체(500)는, 브라인이 전해 셀 조립체(500)에 들어가는 입력 파이프(512), 수산화나트륨(528)이 전해 셀 조립체(500)에 들어가는 입력 파이프(542), 고갈된 브라인이 하나의 셀로부터 그의 이웃 셀로 유동하는 브라인 파이프들(516a 및 516b), 및 약한 부식제가 하나의 셀로부터 그의 이웃 셀로 유동하는 부식제 파이프들(514a 및 514b)을 포함한다. 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위해 수산화나트륨이 첨가될 수 있는 부식성 파이프들(514a 및 514b)을 따르는 추가의 위치들이 544a 및 544b로 각각 도시된다. 전해 셀 조립체(500)는 또한, 전해 셀 조립체(500)의 집합적 셀들의 생산물로서 부식제(520)를 출력하기 위한 출력 파이프(518), 및 고갈된 브라인(524)을 출력하거나 재활용하기 위한 출력 파이프(522)를 포함한다. 526에 도시된 바와 같이, 염화 수소는, 제1 셀 또는 전해 셀 조립체(500)의 pH를 전체적으로 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들에 대해 정의된 범위와 같은 미리 정의된 허용 가능한 범위 내에서 유지하기 위해 필요한 경우, 전해 셀 조립체(500)의 제1 셀에 입력될 수 있다. 염산이 생산 프로세스 조건들에 대한 pH를 유지하기 위해 추가될 수 있는 브라인 파이프들(516a 및 516b)을 따르는 추가 위치들은 540a 및 540b로 각각 도시된다. 전해 셀 조립체(500)의 다중-상태 전해 셀들에 의해 생산된 염소 및 수소를 위한 출력 파이프들은 도 5에 도시되지 않고, 이들은 도 4a 및 4b에 예시된 것들과 유사할 수 있지만 명료함을 위해 도 5에서 생략된다. 도 5에 예시된 실시예에서, 이들 출력 파이프들은 전해 셀 조립체(500)의 최상부 측에 위치될 수 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 전해 셀 조립체(500)는, 전해 셀 조립체(500) 또는 그의 특정 부분들의 온도를 미리 정의된 허용 가능한 범위 내로 유지하기 위한 가열/냉각 엘리먼트(534)를 포함할 수 있다. 예컨대, 가열/냉각 엘리먼트(534)는, 다양한 시간들에, 브라인과 같은 전해 셀 조립체(500)에 대한 입력 자원들을 가열 또는 냉각하기 위해, 개별 셀을 가열 또는 냉각하기 위해, 또는 전체 랙을 가열 또는 냉각하도록 구성될 수 있다. 가열/냉각 엘리먼트(534)가 도 5에서 브라인 파이프(516b)에 커플링된 것으로 도시되지만, 하나 이상의 가열/냉각 엘리먼트들은, 가열/냉각 엘리먼트(534) 대신에 또는 이외에 전해 셀 조립체(500) 내의 다른 곳에 위치될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 전해 셀 조립체(500)는 전해 셀 당 개개의 가열/냉각 엘리먼트를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전해 셀 조립체(500)는 다수의 전해 셀들을 위한 하나의 가열/냉각 엘리먼트 또는 전해 셀 조립체(500) 내의 전해 셀들의 전체 랙을 위한 단일 가열/냉각 엘리먼트를 포함할 수 있다.
예시된 예에서, 전해 셀 조립체(500)는, 질소 또는 염소가 본원에 설명된 것과 같은 제거 동작들을 위해 사용될 수 있는 재순환 루프(536)를 포함한다. 전해 셀 조립체(500)는 또한 제거 동작들을 위해 질소 또는 염소를 공급하기 위한 하나 이상의 저장 탱크들(538)을 포함할 수 있다. 질소 제거가 구현되는 실시예들에서, 질소는, 전체 전해 셀 조립체(500)가 동시에 제거될 수 있도록 전해 셀 조립체(500)의 양측들에 도입될 수 있고, 따라서 그래디언트들 또는 다른 원하지 않는 조건들을 피할 수 있다. 전력 출력(530) 및 전력 출력(532)이 또한 도 5에 도시되고, 이들 각각은 전해 셀 조립체(500)가 동작하는 전기화학 플랜트의 전력 회로(도시되지 않음)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 전력 출력들(530 및 532)이 커플링된 전력 회로는, 도 2에 예시된 가변 제어가능한 전력 회로(218) 또는 도 4에 예시된 가변 제어가능한 전력 회로(420)와 같은 가변 제어가능한 전력 회로이거나 이를 포함할 수 있다.
도 5에 명시적으로 도시되지는 않았지만, 전해 셀 조립체(500)의 다중-상태 전해 셀들은 다양한 조합들로 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들 중 임의의 것의 임의의 또는 모든 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개개의 생산 프로세스 조건을 유지하기 위해, 도 5에 도시된 엘리먼트들보다 더 많거나 더 적거나 상이한 엘리먼트들이 전해 셀 조립체(500)에 포함될 수 있다. 예컨대, 전해 셀 조립체(500)의 다중-상태 전해 셀들 각각은, 해당 셀에 대한 모든 생산 상태들 및 유휴 상태에서 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 데 사용할 수 있는 하나 이상의 모니터링 및 제어 서브시스템들 및 정정 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 전해 셀 조립체(500) 내의 다중-상태 전해 셀들이 염소-알칼리 프로세스 이외의 전기화학 프로세스에 적절한 화학적 성질들을 갖는 실시예들에서, 특정 미리 정의된 세트들의 생산 프로세스 조건들 및 이러한 조건들을 유지하는 데 필요한 시스템 엘리먼트들은 전해 셀 조립체(500) 내의 다중-상태 전해 셀들의 화학적 성질들에 의존할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 5에 예시된 전해 셀 조립체(500)의 3개의 다중-상태 전해 셀들과 같은 다중-상태 전해 셀들의 랙 또는 스택은 특정 목적들을 위해 단일의 "매크로 셀"로 취급될 수 있다. 도 6은 일부 실시예들에 따른, 매크로 셀(614)을 포함하는 전해 셀 조립체(600)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 예시된 실시예에서, 매크로 셀(614)은 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함한다. 더 구체적으로, 매크로 셀(614)은 셀들(606, 608, 610)로 도시된 3개의 다중-상태 전해 셀들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 매크로 셀(614)은 2개의 다중-상태 전해 셀들 또는 3개 초과의 다중-상태 전해 셀들을 포함한다.
도 6에 예시된 바와 같이, 3개의 다중-상태 전해 셀들(606, 608 및 610)은 직렬 또는 동시에 선택적으로 구성될 수 있는 개개의 저항성 엘리먼트들로서 표현될 수 있다. 예시된 예에서, 매크로 셀(614)은 매크로 셀(614) 내의 3개의 전해 셀들을 직렬 또는 동시에 선택적으로 구성하기 위한 스위치들(604 및 612)을 포함한다. 스위치(604) 및 스위치(612)가 폐쇄될 때, 매크로 셀(614) 내의 3개의 전해 셀들은 동시에 3개의 저항성 엘리먼트들로 구성된다. 반대로, 스위치(604) 및 스위치(612)가 개방될 때, 매크로 셀(614) 내의 3개의 전해 셀들은 직렬로 3개의 저항성 엘리먼트들로서 구성된다.
일부 실시예들에서, 스위치들(604 및 612)은 매크로 셀(614)에서 또는 매크로 셀(614)이 상주하는 전기화학 플랜트의 다른 곳에서 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템을 통해 집합적으로 또는 개별적으로 디지털 신호들에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 매크로 셀(614) 및 추가적인 유사한 매크로 셀들에 있는 일련의 스위치들을 제어함으로써, 상이한 셀들의 집합들이 병렬 구성과 직렬 구성 사이에서 스위칭될 수 있다. 이러한 방식으로, 랙에 걸친 저항이 변할 수 있으며, 이는 또한 각각의 매크로 셀들(614) 내의 셀들 중 다양한 셀들의 전극들에 걸친 전위차들을 변경할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 접근법은 생산 상태들 사이에서 또는 생산 상태와 유휴 상태 사이에서 이동하는 데 사용될 수 있다. 매크로 셀 내의 셀들 중 다양한 셀들의 전극들에 걸친 전위차들을 변경하기 위한 다른 방법들이 다른 실시예들에서 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀은 용융염의 전기분해를 사용하여 관심 생산물로서 알루미늄과 같은 금속을 추출하도록 구성될 수 있다. 도 7은 일부 실시예들에 따른 고온 알루미늄 생산 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(700)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은 음극(710) 및 양극(716)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이들 전극들 중 하나 또는 둘 모두는 강철로 제조될 수 있다. 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은 용융된 전해질(720)을 포함하는 음극 측의 전해질 탱크(722)를 포함한다. 이 예에서, 용융된 전해질(720)은 빙정석(cryolite) 내의 알루미늄 산화물, 또는 Na3AlF6이거나 이를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은 또한 전해질(730)을 포함하는 양극 측의 전해질 탱크(732)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전해질(730)은 요오드화나트륨, 염화나트륨, 또는 다른 할로겐화나트륨 화합물이거나 이를 포함할 수 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은, 탱크들(722 및 732) 내의 각각의 전해질들(720 및 730) 사이의 이온 경로로서 역할을 하는 염 다리(714)를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은 또한, 생산 상태들 사이 또는 생산 상태와 유휴 상태 사이에서 스위칭하기 위해 전극들에 걸쳐 특정 전위를 인가하도록 구성된 가변 제어가능한 전력 회로(740)를 포함할 수 있다. 다중-상태 전해 셀 시스템(700)이 전극들에 걸친 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태에서 동작할 때, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작할 수 있다. 예컨대, 히터 회로들(724 및 734)은 필요에 따라 제어 신호들(726 및 736)에 의해 각각 활성화되거나 비활성화되어, 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)의 온도를 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 중 일부로서 정의된 온도 범위 내에서 유지할 수 있다. 히터 회로들(724 및 734) 중 하나 또는 둘 모두는 다양한 실시예들에서 가열/냉각 엘리먼트들의 결합이거나 이를 포함할 수 있다. 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 다른 정정 엘리먼트들이 다중-상태 전해 셀 시스템(700)(도시되지 않음)에 존재할 수 있고, 셀이 생산 상태에서 동작하는 동안 필요에 따라 활성화, 비활성화 또는 조정될 수 있다. 생산 상태에서 동작할 때, 셀은 탱크(722)의 바닥에서 수집되는 용융된 알루미늄(725), 및 다중-상태 전해 셀 시스템(700)으로부터 출력되는 관심 생산물들로서 물(718)을 생산한다.
예시된 예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)은, 용융된 알루미늄(725)이 상업적 유통을 위한 관심 생산물로서 흡수될(siphoned off) 수 있는 출력 포트(735)를 포함한다. 용융된 알루미늄(725)을 생산하는 용융염 전기화학 프로세스는 또한 탱크(722)의 최상부 근처에서 슬래그(slag)(712)를 생산한다. 다중-상태 전해 셀 시스템(700)이 제2의 더 낮은 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 동작할 때, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 유지될지라도, 어떠한 관심 생산물들도 생산되지 않는다. 예컨대, 히터 회로들(724 및 734)은 필요에 따라 제어 신호들(726 및 736)에 의해 각각 활성화되거나 비활성화되어, 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안, 다중-상태 전해 셀 시스템(700)의 온도를 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 중 일부로서 정의된 온도 범위 내에서 유지할 수 있다. 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 다른 정정 엘리먼트들이 다중-상태 전해 셀 시스템(700)(도시되지 않음)에 존재할 수 있고, 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안 필요에 따라 활성화, 비활성화 또는 조정될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들 중 임의의 것 또는 전부는, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 하나 이상의 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템들을 포함할 수 있다. 도 8은, 다중-상태 전해 셀 시스템들(800) 내의 다중-상태 전해 셀들이 전극들에 걸친 제1 비-제로 전위차 또는 제1 범위의 비-제로 전위차들과 연관된 생산 상태에서 동작할 때, 그리고 다중-상태 전해 셀들이 전극들에 걸친 제2 비-제로 전위차 또는 제2 범위의 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 동작할 때 ― 여기서 어떠한 관심 생산물들도 생산되지 않음 ― , 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 파라미터들을 유지하기 위한 다중 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템들을 포함하는 다중-상태 전해 셀 시스템(800)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은 양극(820) 및 음극(840)을 포함한다. 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은 또한 전해질(834)을 포함하는 양극 측 상의 전해질 탱크(838) 및 전해질(836)을 포함하는 음극 측 상의 전해질 탱크(858)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전해질 탱크(838) 및 전해질 탱크(858)는 이온 경로의 양극 측 및 음극 측 상의 단일 탱크의 부분들을 각각 나타낼 수 있다. 도 8에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은 전해질들(834 및 836) 사이에 하나 이상의 이온 경로들(814, 816, 또는 818)을 포함할 수 있다. 예컨대, 이온 경로들(814, 816 또는 818) 각각은 임의의 조합으로 멤브레인, 염 다리, 유리 튜브, 또는 다른 타입의 이온적으로 전도성 경로이거나 이를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)에 의해 수행된 전기화학 프로세스의 생산물들을 출력하기 위한 출력 포털들(802 및 808)을 포함한다. 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은 또한, 전기화학 프로세스에 의해 사용되거나 생산된 자원들을 재활용하기 위한 출력 포털들(826 및 832), 및 시스템으로 재활용된 자원들을 재도입하기 위한 입력 포털들(824 및 848)을 포함한다. 또한, 전해질들(834, 836) 각각의 최상부 상의 헤드 기체들(830a 및 830b)이 도 8에 도시된다. 일부 실시예들에서, 헤드 기체(830a)는 전기화학 프로세스의 산화 부분의 결과로서 생산될 수 있고, 헤드 기체(830b)는 전기화학 프로세스의 대응하는 환원 부분의 결과로서 생산될 수 있다.
도 8에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은, 셀들이 특정 생산 상태 또는 유휴 상태에 있을 때, 전극들에 걸쳐 적절한 전위차를 선택적으로 인가하기 위해, 가변 DC 전원(852), 분극 정류기(854), 및 전력 회로 제어기(856)를 포함하는 가변 제어가능한 전력 회로(850)를 포함할 수 있다. 예컨대, 생산 상태와 연관된 비-제로 전위차는 가변 제어가능한 전력 회로(850)에 의해 전극들에 걸쳐 인가되어, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 관심 생산물의 생산을 개시할 수 있다. 다른 예에서, 유휴 상태와 연관된 비-제로 전위차는 가변 제어가능한 전력 회로(850)에 의해 전극들에 걸쳐 인가되어, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하면서 관심 생산물의 생산을 축소할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가변 DC 전원(852) 및 분극 정류기(854)는, 특정 생산 상태 또는 유휴 상태에서 다중-상태 전해 셀 시스템(800)의 동작을 개시하기 위해, 전극들에 걸쳐 적절한 전위차를 인가하도록 전력 회로 제어기(856)에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가변 제어가능한 전력 회로(850)는, 도 1에 예시된 전력 그리드(130)와 같은 전력 그리드에 의해 공급되는 전력, 또는 도 1에 예시된 스케줄링 불가능한 전원(120)과 같은 스케줄링 불가능한 전원에 의해 직접 또는 간접적으로 공급된 전력의 가용성 또는 가격의 변화들에 동적으로 반응할 수 있다. 예컨대, 가변 제어가능한 전력 회로(850)의 전력 회로 제어기(856)는, 관심 생산물 또는 생산물들의 생산에 적절한 전극들에 걸쳐 전위차를 인가하는 동안, 초과 전력이 방출되거나(bled off) 전력 그리드로 반환되도록 할 수 있다. 반대로, 가변 제어가능한 전력 회로(850)의 전력 회로 제어기(856)는, 전력 그리드 또는 스케줄링 불가능한 전원에 의해 공급되는 전력이, 예컨대, 분극 정류기(854)를 사용하여 다중-상태 전해 셀(858)에 대한 컷-인 전압 아래로 떨어질 때, 전극들에 걸친 전위차가 완전히 제로로 떨어지는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
도 8에 예시된 예시적인 실시예에서, 출력 포털들(802 및 808)은 적절한 헤드 기체 배압을 유지하기 위해 또는 pH 밸런싱을 위한 것과 같은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 개개의 모니터링 및 제어 서브시스템(806 및 810)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템들(806 및 810)은, 다중-상태 전해 셀 시스템(800) 내의 현재 상태를 나타내는 데이터를 제공하는 센서들 또는 센서들이 상주하는 출력 포털들 내부의 다른 측정 디바이스들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템들(806 및 810)은 시스템 내의 현재 조건들을 나타내는 정보를 다중-상태 전해 셀 시스템(800)의 다른 곳에서 다양한 센서들 또는 다른 측정 디바이스들로부터 수신할 수 있다.
다중-상태 전해 셀 시스템(800)의 조건들이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들과 불일치하지 경우, 시스템을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들에 배치하거나 복귀시키기 위해 모니터링 및 제어 서브시스템들(806 및 810)에 의해 추가 시스템 엘리먼트들이 활성화될 수 있다. 예컨대, 출력 포털들(802 및 808)은, 다중-상태 전해 셀의 양극 또는 음극 측의 헤드 기체 압력이 미리 정의된 헤드 기체 압력 임계치 아래로 떨어지면, 헤드 기체 압력을 미리 정의된 허용 가능한 범위의 헤드 기체 압력 값들과 같은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들과 일치하는 값으로 복귀시키기 위해, 개개의 모니터링 및 제어 서브시스템(806 또는 810)에 의해 활성화되는 개개의 배압 펌프들(804 및 810)을 포함할 수 있다.
도 8에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은, 활성종들의 농도, 제거 또는 다른 방법들을 통해 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위해, 재순환 라인(822)과 같은 시스템의 양극 측 상의 재순환 라인 상에 모니터링 및 제어 서브시스템(828)을 포함할 수 있다. 재순환 라인(822)에서 재활용된 자원을 모니터링하는 것에 기반하여, 활성종들의 농도 또는 재활용된 자원의 다른 특징이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들과 일치하지 않는 것으로 결정되면, 모니터링 및 제어 서브시스템(828)은, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위해, 첨가제의 도입, 전해 용액의 희석, 또는 원치 않는 엘리먼트의 제거와 같은 정정 액션을 개시할 수 있다. 예컨대, 모니터링 및 제어 서브시스템(828)은, 도 4b에 예시된 460과 같은 제거 엘리먼트를 활성화하고, 도 4a 및 4b에 예시된 산(404)과 같은 산의 첨가를 개시하고, 활성종들의 입력 양을 수정하거나, 또는 더 많거나 더 적은 재활용된 자원을 시스템에 도입하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(800)은, 온도, 활성종들의 농도, 이온 세기 또는 pH와 같은 생산 프로세스 조건 들을 제어 또는 유지하기 위한, 시스템의 음극 측 상의 재순환 라인 상에 모니터링 및 제어 서브시스템(844)을 포함할 수 있다. 예컨대, 모니터링 및 제어 서브시스템(844)은 다중-상태 전해 셀 시스템(800)의 조건들을 나타내는 측정 데이터를 하나 이상의 온도 센서들, pH 센서들, 또는 다른 입력/출력 디바이스들로부터 수신할 수 있다. 모니터링 및 제어 서브시스템(828)과 관련하여 설명된 모니터링 및 제어 기능들 중 임의의 것 또는 전부를 수행하는 것 외에도, 모니터링 및 제어 서브시스템(844)은 입력 자원, 다중-상태 전해 셀 시스템(800) 중 일부 또는 다중-상태 전해 셀 시스템(800) 전체의 온도를 생산 프로세스 조건들에 대해 지정된 허용 가능한 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해 하나 이상의 가열/냉각 엘리먼트들(846)을 활성화할 수 있다.
특정 모니터링 및 제어 서브시스템들 및 정정 엘리먼트들이 도 8에 예시된 다중-상태 전해 셀 시스템(800) 내의 특정 위치들에 있는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서, 더 많거나 더 적거나 상이한 모니터링 및 제어 서브시스템들 및 정정 엘리먼트들이 다른 조합들로 발생할 수 있고, 다중-상태 전해 셀 시스템 내의 다른 위치들에 상주할 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일의 중앙 집중형 모니터링 및 제어 서브시스템은 다수의 분산형 센서들 또는 측정 디바이스들로부터 입력들을 수신하고, 셀을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위한 제어 신호들을 다양한 정정 엘리먼트들에 출력할 수 있다.
도 8에 예시되고 위에서 설명된 것들과 유사한 실시간 모니터링 및 제어 엘리먼트들은, 이러한 시스템들의 다중-상태 전해 셀들이 전극들에 걸친 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태에서 동작할 때 그리고 다중-상태 전해 셀들이 어떠한 관심 생산물들도 생산되지 않는 전극들에 걸친 제2 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 동작할 때, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 파라미터들을 유지하기 위해, 도 2, 4a, 4b, 7 및 9에 예시된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 다중-상태 전해 셀 시스템들에서 구현될 수 있다.
본원에 설명된 다중-상태 전해 셀들을 사용하여 구현될 수 있는 다른 타입의 전기화학 프로세스는 은 도금 프로세스와 같은 전기도금 프로세스들이다. 일부 실시예들에서, 전기도금 프로세스는 또한, 본원에 설명된 바와 같이, 생산 상태들 사이에서 이동하는 동안 또는 생산 상태와 유휴 상태 사이에서 이동하는 동안, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 능력으로부터 이익을 얻을 수 있다. 전기도금 프로세스들은, 도 3에 예시되고 위에서 설명된 생산 곡선과 다소 상이한 생산 곡선을 사용하여 설명될 수 있다. 전기도금 프로세스에 대한 예시적인 생산 곡선이 도 10에 예시되고 아래에 설명된다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 전기도금 프로세스를 위한 다중-상태 전해 셀 시스템(900)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 더 구체적으로, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은 다수의 타겟들(914)에 은을 전기도금하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은 양극(910) 및 음극(912) ― 이는 블리드 회로(936)에 커플링됨 ― 을 포함한다. 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은 또한 시안화 은 용액(silver cyanide solution)(918)을 포함하는 단일 탱크(924)를 포함한다.
도 9에 예시된 바와 같이, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은, 본원에 설명된 바와 같이, 분극 정류기(926), 가변 제어가능한 DC 전원(928), 및 양극과 음극에 걸친 특정 전위차를 인가하기 위해 전극들에 가변 제어가능한 DC 전원을 선택적으로 커플링하기 위한 스위치(934)를 포함할 수 있다. 전극들에 걸쳐 인가되는 전위차는, 전기도금이 이루어지는 생산 상태 또는 전기도금을 이루어지지 않는 유휴 상태에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적당한 품질로 전기도금이 가능한 하나 초과의 생산 상태들이 있을 수 있다. 다중-상태 전해 셀 시스템(900)이 생산 상태에서 동작하고 타겟들(914)이 시안화 은 용액(918)으로 내려갈 때, 도금될 타겟은 다중-상태 전해 셀 시스템(900)에서 제3 전극으로서 작동하고, 전기도금 반응이 개시된다.
예시된 실시예에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은 질소와 같은 전기도금 프로세스의 생산물들을 출력하기 위한 출력 포트(920)를 포함한다. 출력 포트(920)는 프로세스에 의해 생산된 헤드 기체들 ― 이는 이 경우에 질소(916)로 도시됨 ― , 에 대한 압력, 활성종들의 농도, 온도 또는 다른 조건들과 같은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템(922)을 포함할 수 있다.
다중-상태 전해 셀 시스템(900)에서 자원들을 재활용하기 위한 재순환 메커니즘(930)이 또한 도 9에 도시된다. 일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)은 압력, 활성종들의 농도, 온도 또는 다른 조건들과 같은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 제어 또는 유지하기 위한 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템(932)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다중-상태 전해 셀 시스템(900)의 전극들에 걸친 전위차를 제어함으로써 생산 상태로부터 유휴 상태로 이동하는 능력은, 유휴 상태에서 동작하는 동안, 전기도금 동작의 타겟들(914) 상에 은의 다수의 층들을 증착하기 위한 동작들 전에 또는 동작들 사이에, 타겟들(914)이 세정 또는 패시베이팅되는 것을 허용할 수 있다. 예컨대, 제1 층을 증착하기 전에, 유휴 상태와 연관된 전위차가 전극들에 걸쳐 인가될 수 있다. 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안, 타겟들이 세정될 수 있다. 후속적으로, 생산 상태와 연관된 전위차가 전극들에 걸쳐 인가될 수 있다. 이 상태에서, 타겟들(914) 상에 제1 층이 증착될 수 있다. 제1 층의 증착 다음에, 유휴 상태와 연관된 전위차가 전극들에 걸쳐 다시 인가될 수 있다. 셀이 유휴 상태에서 동작하는 동안, 제2 층을 증착하기 위해 생산 상태와 연관된 전위차가 전극에 걸쳐 다시 인가되기 전에 타겟들이 세정되거나 패시베이팅되고, 이러한 식일 수 있다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하는 전기도금 프로세스에 대한 생산 곡선(1000)을 예시한다. 더 구체적으로, 생산 곡선(1000)은 다중-상태 전해 셀에서 흐르는 전류(i)를 다중-상태 전해 셀의 양극과 음극 사이의 대응하는 전위차(V)에 매핑한다. 생산 곡선을 따르는 특정 포인트들은 다중-상태 전해 셀의 개개의 상태들을 나타낸다. 도 10에서, y-축 상에서 1012로 라벨링된 전류 값은, 전극들 사이의 전위차가 제로일 때 음의 전류를 나타낼 수 있다. 1016으로 라벨링된 전압 값은, 도금이 발생하지만 품질이 낮은 컷-인 전압에 대응하는 절반 셀 전위 또는 E1/2를 나타낼 수 있다. 생산 곡선(1000) 상의 포인트(1018)는 양호한 품질의 도금을 위한 타겟 생산 포인트를 나타낼 수 있다.
도 10에서, 생산 곡선(1000) 상의 포인트(1014)는, 다중-상태 전해 셀이 유휴 상태에서 동작하는 프로세스 조건들이 다중-상태 전해 셀이 생산 상태들에서 동작하는 미리 정의된 생산 프로세스 조건들과 동일할지라도, 어떠한 관심 생산물도 생산되지 않고 어떠한 도금도 이루어지지 않는 유휴 상태를 나타낸다. 또한 저전위 증착 영역(underpotential deposition region)(1015) 및 1010으로 도시된 역전류 영역이 도 10에 도시된다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀을 사용하여 전기화학 프로세스를 제어하기 위한 방법(1100)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다.
1102에서, 방법(1100)은, 관심 생산물이 다중-상태 전해 셀에 의해 생산되는 생산 상태와 연관된 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하도록 다중-상태 전해 셀을 구성하는 단계를 포함한다. 예컨대, 생산에 적합한 농도의 활성종들을 포함하는 전해질 용액, 또는 생산에 적합한 pH를 달성하는 데 필요한 다양한 첨가제들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 생산 프로세스 입력들이 다중-상태 전해 셀에 도입될 수 있다. 또한, 가열 엘리먼트, 냉각 엘리먼트, 배압 펌프 또는 스위치와 같은 하나 이상의 컴포넌트들이 활성화되어, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들에 도달하게 할 수 있다.
1104에서, 방법은, 다중-상태 전해 셀의 양극 및 음극에 걸쳐 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계를 포함하고, 제1 비-제로 전위차는 생산 상태와 연관된다. 일 예에서, 운영자는 전원의 선택 또는 전극들에 걸쳐 전위차의 램핑을 제어할 수 있다. 다른 예에서, 전원의 선택 또는 전극들에 걸친 전위차의 램핑은 다양한 소스들 ― 이들 중 일부는 스케줄링 불가능한 전원들일 수 있음 ― 로부터의 전력의 가용성, 및 다중-상태 전해 셀 시스템의 현재 조건들에 기반하여 자동으로 제어될 수 있다.
1106에서, 방법(1100)은 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 관심 생산물의 생산을 시작하는 단계를 포함한다.
1108에서, 방법은, 관심 생산물의 생산을 시작하는 것에 후속하여, 다중-상태 전해 셀의 양극과 음극에 걸쳐 제2 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계를 포함하고, 제2 비-제로 전위차는, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 다중-상태 전해 셀에서 유지되지만 관심 생산물이 생산되지 않는 유휴 상태와 연관된다. 다중-상태 전해 셀이, 생산 상태에서 동작할 때, 하나 초과의 관심 생산물을 생산하는 일부 실시예들에서, 유휴 상태에 있는 동안, 어떠한 관심 생산물들도 생산되지 않을 수 있다.
1110에서, 다중-상태 전해 셀이 유휴 상태에 배치된 것에 후속하여, 방법(1100)은, 관심 생산물 또는 생산물들의 생산을 재시작하기 위해, 양극 및 음극에 걸쳐 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 1108 및 1110에 도시된 동작들은 전력의 가용성 또는 가격의 변화에 응답하기 위해 또는 다른 이유들로 교번하는 방식으로 여러 번 반복될 수 있다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀의 한 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하기 위한 방법(1200)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 흐름도이다. 다양한 실시예들에서, 도 12에 도시된 동작들 각각은 다중-상태 전해 셀의 개개의 모니터링 및 제어 서브시스템에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 12에 도시된 다수의 동작들은 단일 모니터링 및 제어 서브시스템에 의해 수행될 수 있거나, 또는 도 12에 도시된 모든 동작들은 단일 중앙 모니터링 및 제어 서브시스템들에 의해 수행될 수 있다.
1202에서, 방법(1200)은, 도 11을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하도록 다중-상태 전해 셀을 구성하는 단계를 포함한다. 1204에서, 방법은 다중-상태 전해 셀이 동작하는 조건들을 모니터링하기 시작하는 단계를 포함한다.
1206에서, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 더 이상 동작하지 않는 것으로 결정되면, 방법(1200)은 1208로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법(1200)은, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 더 이상 동작하지 않을 때까지 또는 그렇지 않은 경우 1206으로 복귀할 수 있다.
1208에서, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 중 일부로서 정의된 온도 범위와 같은 미리 정의된 허용 가능한 온도 범위 외부에서 동작하는 것으로 결정되면, 방법은 1210으로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법은 1212에서 계속될 수 있다.
1210에서, 방법(1200)은, 다중-상태 전해 셀 또는 그의 컴포넌트의 온도를 미리 정의된 허용 가능한 온도 범위로 복귀시키기 위해 가열 또는 냉각 엘리먼트를 활성화하는 단계를 포함한다. 예컨대, 시스템은, 상이한 실시예들에서, 셀, 셀에 대한 입력들, 또는 셀에 근접한 시스템의 엘리먼트들을 가열하거나 냉각시키기 위한 셀 당 또는 랙 당 개개의 가열 또는 냉각 엘리먼트를 포함할 수 있다.
1212에서 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들의 일부로서 정의된 헤드 기체 압력 범위와 같이 미리 정의된 허용 가능한 헤드 기체 압력 범위 외부의 헤드 기체 압력으로 동작하는 것으로 결정되면, 방법은 1214로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법은 1216에서 계속될 수 있다.
1214에서, 방법(1200)은, 헤드 기체 압력을 셀 중 일부에 대해 미리 정의된 허용 가능한 헤드 기체 압력 범위로 복귀시키기 위해 다중-상태 전해 셀 중 해당 일부에 배압을 인가하거나 배압의 인가를 감소시키는 단계를 포함한다. 예컨대, 방법은 배압 펌프를 활성화하는 단계, 또는 셀 중 영향을 받는 부분에서 헤드 기체 압력을 증가 또는 감소시키기 위해 밸브를 터닝하는 단계를 포함할 수 있다.
1216에서, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 중 일부로서 정의된 pH 범위와 같이 미리 정의된 허용 가능한 pH 범위 외부의 pH로 동작하는 것으로 결정되면, 방법은 1218로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법은 1220에서 계속될 수 있다.
1218에서, 방법(1200)은, pH를 미리 정의된 허용 가능한 pH 범위로 복귀시키기 위해 산 또는 염기를 다중-상태 전해 셀에 도입하는 단계를 포함한다.
1220에서, 다중-상태 전해 셀이 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 중 일부로서 정의된 범위와 같이 미리 정의된 허용 가능한 범위 외부에 있는 전해질의 활성종들의 양 또는 퍼센티지로 동작하는 것으로 결정되면, 방법은 1222로 진행할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법은 1224에서 계속될 수 있다.
1222에서, 방법(1200)은, 미리 정의된 허용 가능한 범위로 복귀시키기 위해 전해질 내의 활성종들의 양 또는 퍼센티지의 추가 또는 감소를 개시하는 단계를 포함한다. 예컨대, 신선하거나 재활용된 프로세스 자원들 또는 다른 첨가제들이 입력 파이프 또는 포털에서 전해질에 도입되거나, 물 또는 다른 물질이 전해질에 첨가되어 활성종들의 농도를 희석할 수 있다.
1224에서, 다중-상태 전해 셀이 상이한 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하도록 재구성되는 것으로 결정되면, 방법(1200)은 1206으로 복귀하는 단계, 및 적절한 경우 1208 내지 1224로 도시된 동작들 중 하나 이상을 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 방법(1200)은 1204로 복귀하고, 적절한 경우 1206 내지 1224로 도시된 동작들 중 하나 이상을 반복할 수 있다. 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들이 도 12에 예시되거나 본원에서 논의된 조건들 이외의 조건들에 대해 허용 가능한 값들 또는 값들의 범위들을 지정할 수 있다는 것이 유의된다. 이러한 추가 조건들이 또한 모니터링될 수 있으며, 추가 조건들이 미리 정의된 생산 프로세스 조건들 외부에 있는 것으로 밝혀질 때 정정 액션을 트리거할 수 있다.
도 13은 일부 실시예들에 따른, 다중-상태 전해 셀 시스템을 위한 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)의 선택된 엘리먼트들을 예시하는 블록도이다. 예컨대, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 도 8에 예시된 모니터링 및 제어 서브시스템들(806, 810, 828 또는 844), 도 9에 예시된 모니터링 및 제어 서브시스템들(922 또는 932) 또는 도 8에 도시된 전력 회로 제어기(856)와 같은 가변 제어가능한 전력 회로와 연관된 모니터링 및 제어 서브시스템을 포함하는, 본원에 설명된 모니터링 및 제어 서브시스템들 중 임의의 다수의 것들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은, 다중-상태 전해 셀 시스템 또는 그의 임의의 다중-상태 전해 셀들에서 조건들의 변화에 실시간으로 응답하고, 시스템을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위해 정정 액션을 취하는 실시간 모니터링 및 제어 서브시스템일 수 있다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 다수의 이용 가능한 전원들 중 하나의 선택을 제어하거나 또는 다중-상태 전해 셀의 전극들에 걸쳐 인가된 전위차를 제어하여, 하나 이상의 생산물들이 생산되는 특정 생산 상태 또는 어떠한 생산물들도 생산되지 않는 유휴 상태 셀의 동작을 개시하도록 구성될 수 있다.
도 13에 예시된 바와 같이, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 하나 이상의 프로세서(1310), 및 프로세서(1310)에 의해 실행가능한 명령들(1324) 및 데이터(1322)를 포함하는 메모리(1320)를 포함할 수 있다. 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 또한, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)이 본원에서 설명된 방법들을 수행하기 위해 데이터, 커맨드들 또는 제어 신호들을 다양한 입력/출력 디바이스들(1350)과 교환하기 위해 통신할 수 있는 하나 이상의 입력/출력 인터페이스들(1330)을 포함할 수 있다. 입력/출력 디바이스들은, 예컨대, 다양한 센서들, 키보드들 또는 다른 사용자 입력 디바이스들, 디스플레이, 터치 디바이스들, 스위치들, 액추에이터들, 가열 또는 냉각 엘리먼트들, 배압 펌프들, 또는 입력들을 제공하고 다중-상태 전해 셀에서 전기화학적 생산 프로세스를 제어하기 위해 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)에 의해 제어될 수 있는 시스템의 임의의 다른 기계적 또는 전기적 컴포넌트들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 또한, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)이 본원에서 설명된 방법을 수행하기 위해 네트워크(1360)의 다양한 원격 디바이스들(1365)과 데이터, 커맨드들 또는 제어 신호들을 교환하기 위해 통신할 수 있는 하나 이상의 네트워크 인터페이스들(1340)을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 입력 또는 커맨드들은, 플랜트 자체 외부에 위치된 전기화학 플랜트를 위한 중앙 제어 시스템과 같은 원격 시스템으로부터 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)에 의해 수신될 수 있다. 프로세서들(1310), 메모리(1320), 입력/출력 인터페이스들(1330), 및 네트워크 인터페이스들(1340)은 상호접속부(1302)를 통해 서로 커플링될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 키보드 및 마우스를 사용하거나 터치 디바이스(도시되지 않음)를 사용하여 운영자, 관리자, 또는 다른 사용자에 의해 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)에 입력들이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)의 동작들 중 적어도 일부는 완전히 자동화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)의 동작들 중 적어도 일부는, 이를테면, 안전상의 이유들로 또는 다중-상태 전해 셀 시스템에서 예측하지 못한 조건들에 대한 응답으로, 운영자 또는 관리자가 필요한 경우 자동화된 특징부들을 무시할 수 있는 옵션들을 갖고서 자동화될 수 있다.
입력/출력 인터페이스들(1330)은, 예컨대, 다양한 통신 인터페이스들, 그래픽 인터페이스들, 비디오 인터페이스들, 사용자 입력 인터페이스들, 및/또는 주변 인터페이스들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 운영자 또는 관리자는 사용자 인터페이스를 통해 생산 상태들 및 유휴 상태 둘 모두에서 유지될 생산 프로세스 조건들을 정의할 수 있고, 운영자 또는 관리자는 다중-상태 전해 셀을 특정 생산 상태 또는 유휴 상태에 배치하기 위해 다중-상태 전해 셀의 전극들에 걸쳐 인가될 전위차를 선택할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은, 입력/출력 인터페이스들(1330)을 통해, 다중-상태 전해 셀의 현재 상태들을 나타내는 다양한 센서들로부터 데이터를 자동으로 수신하여, 현재 조건들의 변화 또는 수신된 전력 가용성의 변화를 검출하고, 전극들 사이의 전위차를 변경할 때 및 변경할지 여부를 결정하거나, 셀을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위해 정정 엘리먼트를 활성화하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 셀을 상이한 상태에 배치하기 위해 전극들에 걸친 전위차가 변경되어야 하거나, 또는 셀을 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들로 복귀시키기 위해 정정 엘리먼트가 활성화되어야 한다는 결정에 대한 응답으로, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)은 제어 신호를 배압 펌프, 액추에이터, 스위치, 가열 또는 냉각 엘리먼트, 또는 결정된 변경을 수행하기 위한 시스템의 임의의 다른 기계적 또는 전기적 컴포넌트들에 전송하도록 구성될 수 있다.
상호접속부(1302)는 다양한 적절한 타입들의 버스 구조들, 예컨대, 메모리 버스, 주변 버스, 또는 선택된 실시예들에서 다양한 버스 아키텍처들을 사용하는 로컬 버스를 나타낼 수 있다. 예컨대, 이러한 아키텍처들은 MCA(Micro Channel Architecture) 버스, ISA(Industry Standard Architecture) 버스, EISA(Enhanced ISA) 버스, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스, PCI-Express 버스, HT(HyperTransport) 버스 및 VESA(Video Electronics Standards Association) 로컬 버스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 13에서, 네트워크 인터페이스(1340)는 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)과 네트워크(1360) 사이에서 인터페이스로서 역할을 하도록 동작 가능한 적절한 시스템, 장치 또는 디바이스일 수 있다. 네트워크 인터페이스(1340)는 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)이, 상이한 실시예들에서, 전송 프로토콜들 및/또는 표준들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 적절한 전송 프로토콜 및/또는 표준을 사용하여 네트워크를 통해 통신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 네트워크 인터페이스(1340)는 네트워크(1360)를 통해 다양한 원격 디바이스들(1365)에 통신 가능하게 커플링될 수 있다. 네트워크(1360)는 SAN(storage area network), PAN(personal area network), LAN(local area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), WLAN(wireless local area network), VPN(virtual private network), 인트라넷, 인터넷 또는 신호들, 데이터 및/또는 메시지들(일반적으로 데이터로 지칭됨)의 통신을 가능하게 하는 다른 적절한 아키텍처 또는 시스템으로서 구현될 수 있거나 그의 일부일 수 있다. 네트워크(1360)는 파이버 채널, 프레임 릴레이, ATM(Asynchronous Transfer Mode), IP(Internet protocol), 다른 패킷-기반 프로토콜, SCSI(small computer system interface), iSCSI(Internet SCSI), SAS(Serial Attached SCSI) 또는 SCSI 프로토콜과 함께 동작하는 다른 트랜스포트, ATA(advanced technology attachment), SATA(serial ATA), ATAPI(advanced technology attachment packet interface), SSA(serial storage architecture), IDE(integrated drive electronic) 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 원하는 저장 및/또는 통신 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 네트워크(1360) 및/또는 이와 연관된 다양한 컴포넌트들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 프로세서(1310)는 프로그램 명령들을 해석 및/또는 실행하고 그리고/또는 데이터를 프로세싱하도록 동작가능한 시스템, 디바이스 또는 장치를 포함할 수 있고, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit) 또는 프로그램 명령들을 해석 및/또는 실행하고 그리고/또는 데이터를 프로세싱하도록 구성된 다른 디지털 또는 아날로그 회로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(1310)는 프로그램 명령들을 해석 및/또는 실행하고 그리고/또는 로컬적으로 (예컨대, 메모리(1320)에) 저장된 데이터를 프로세싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(1310)는 프로그램 명령들을 해석 및/또는 실행하고 그리고/또는 원격으로 (예컨대, 네트워크(1360) 상의 네트워크 저장 자원(도시되지 않음)에) 저장된 데이터를 프로세싱할 수 있다.
메모리(1320)는 일정 시간 기간 동안 프로그램 명령들 및/또는 데이터를 보유 및/또는 리트리브하도록 동작 가능한 시스템, 디바이스 또는 장치(예컨대, 컴퓨터 판독 가능 매체들)를 포함할 수 있다. 메모리(1320)는 RAM(random access memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PCMCIA 카드, 플래시 메모리, 자기 저장소, 광자기 저장소, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, CD-ROM 또는 다른 타입의 회전식 저장 매체들 또는 고체 상태 저장 매체들, 또는 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)에 대한 전력이 파워 다운된 후에도 데이터를 유지하는 휘발성 또는 비휘발성 메모리의 적절한 선택 또는 어레이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)의 임의의 특정 예시는, 모니터링 및 제어 서브시스템(1300)의 예시가 동작하는 상황에 대해 적절하게 도 13에 예시된 것들보다 더 많거나 더 적거나 상이한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
위에 개시된 청구 대상은 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한적이지 않고, 첨부된 청구항들은 본 개시내용의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 그러한 모든 수정들, 개선들, 및 다른 실시예들을 포함하도록 의도된다. 따라서, 법률이 허용되는 최대 범위 내에서, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들 및 그들의 등가물들의 가장 광범위하게 허용 가능한 해석에 의해 결정되어야 하며, 전술된 상세한 설명에 의해 한정되거나 제한되지 않을 것이다.
Claims (20)
- 가변 제어가능한 전력 회로(variable controllable power circuit);
상기 가변 제어가능한 전력 회로에 커플링되고, 양극(anode) 및 음극(cathode)을 포함하는 전해 셀(electrolytic cell) ― 상기 전해 셀은 상기 양극과 상기 음극 사이의 전위차(potential difference)에 의존하여 개개의 상이한 시간들에 다수의 동작 상태들 중 상이한 상태들에서 동작하도록 구성됨 ― ;
상기 가변 제어가능한 전력 회로로 하여금 정해진 전위차와 연관된 상기 다수의 동작 상태들 중 특정 하나의 동작 상태에서 상기 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 정해진 전위차를 인가하게 하는 전력 회로 제어기 ― 상기 다수의 동작 상태들은:
관심 생산물이 상기 전해 셀에 의해 생산되는 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태; 및
상기 전해 셀에 의한 상기 관심 생산물의 생산을 지원하기에 불충분한 제2의 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태를 포함함 ― ; 및
상기 전해 셀이 상기 생산 상태에서 동작하는 동안에 그리고 상기 전해 셀이 상기 유휴 상태에서 동작하는 동안에, 상기 전해 셀에 대한 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하도록 구성된 모니터링 및 제어 서브시스템을 포함하고, 상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들은 미리 정의된 동작 온도 범위를 포함하는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 전해 셀은 2개 이상의 탱크들을 포함하고, 상기 탱크들 각각은 전기화학 프로세스를 위한 공급원료(feedstock), 및 상기 탱크들 사이의 이온적으로 전도성 경로를 포함하는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀(multi-state electrolytic cell)들 중 하나이고, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함하고; 그리고
상기 다중-상태 전해 셀들의 상기 양극들 및 상기 음극들에 걸친 전위차들은 집합적으로 제어가능한,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀들 중 하나이고, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함하고; 그리고
상기 다중-상태 전해 셀들 각각의 상기 양극들 및 상기 음극들에 걸친 개개의 전위차들은 개별적으로 제어가능한,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 가변 전력 제어 회로는 스케줄링 불가능한 전원(non-schedulable power source)으로부터 전력을 수신하도록 구성되는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 가변 전력 제어 회로는 2개 이상의 전원들 중에서 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 정해진 전위차를 인가하기 위한 전원을 선택하도록 제어가능한,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 모니터링 및 제어 서브시스템은 상기 전해 셀의 현재 상태의 측정치를 나타내는 데이터를 센서로부터 수신하도록 구성되는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 전해 셀은, 상기 전기화학 프로세스의 출력이 입력으로서 상기 전해 셀에 반환되는 재순환 루프(recirculation loop)를 포함하는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 전해 셀은, 상기 전해 셀이 상기 생산 상태에서 동작하는 동안, 제2 관심 생산물을 생산하도록 구성되는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 생산 상태는, 상기 전해 셀이 동작하도록 구성된 복수의 생산 상태들 중 하나이고; 그리고
상기 전해 셀이 상기 관심 생산물을 생산하는 레이트 및 상기 전해 셀이 입력 자원들을 소비하는 레이트 중 적어도 하나는, 상기 전해 셀이 동작하는 상기 생산 상태들 중 하나에 의존하는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 생산 상태는, 상기 전해 셀이 동작하도록 구성된 복수의 생산 상태들 중 하나이고;
상기 전해 셀은 복수의 관심 생산물들을 생산하도록 구성되고; 그리고
상기 전해 셀에 의해 생산된 상기 복수의 관심 생산물들의 상대적인 양들은 상기 전해 셀이 동작하는 상기 생산 상태들 중 하나에 의존하는,
시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들은:
상기 전해 셀 내의 헤드 기체(head gas)에 대한 배압(back pressure)에 대한 미리 정의된 압력 범위; 및
상기 전해 셀의 공급원료 내의 활성종들(active species)의 농도에 대한 미리 정의된 농도 범위 중 적어도 하나를 더 포함하는,
시스템. - 관심 생산물이 전해 셀에 의해 생산되는 제1 비-제로 전위차와 연관된 생산 상태에서 상기 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 상기 전해 셀의 양극 및 음극에 걸쳐 상기 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계;
상기 관심 생산물을 생산하기 위해 상기 생산 상태에서 상기 전해 셀을 동작시키는 단계;
상기 생산 상태에서 상기 전해 셀을 동작시키는 동안, 제2 비-제로 전위차와 연관된 유휴 상태에서 상기 전해 셀의 동작을 개시하기 위해 상기 전해 셀의 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 제2 비-제로 전위차를 인가하도록 상기 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계 ― 상기 제2 비-제로 전위차는 상기 전해 셀에 의한 상기 관심 생산물의 생산을 지원하기에 불충분함 ― ; 및
상기 유휴 상태에서 상기 전해 셀을 동작시키는 동안, 상기 전해 셀을 상기 생산 상태로 복귀시키기 위해 상기 전해 셀의 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 제1 비-제로 전위차를 재인가하도록 상기 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계를 포함하는,
방법. - 제13 항에 있어서,
상기 전해 셀의 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 제1 비-제로 전위차를 인가하기 전에, 미리 정의된 동작 온도 범위를 포함하는 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들 하에서 동작하도록 상기 전해 셀을 구성하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제14 항에 있어서,
상기 전해 셀이 상기 생산 상태에서 동작하는 동안, 상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계; 및
상기 전해 셀이 상기 유휴 상태에서 동작하는 동안, 상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제15 항에 있어서,
상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 상기 전해 셀의 온도가 상기 미리 정의된 동작 온도 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 상기 온도를 상기 미리 정의된 동작 온도 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해 가열 또는 냉각 엘리먼트를 활성화하는 단계를 포함하는,
방법. - 제15 항에 있어서,
상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 상기 전해 셀 내의 헤드 기체에 대한 배압이 미리 정의된 압력 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 상기 헤드 기체에 대한 상기 배압을 상기 미리 정의된 압력 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해, 상기 헤드 기체에 대한 상기 배압을 인가 또는 감소시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제15 항에 있어서,
상기 미리 정의된 세트의 생산 프로세스 조건들을 유지하는 단계는, 상기 전해 셀의 공급원료 내의 활성종들의 농도가 미리 정의된 농도 범위 외부에 있다는 표시를 수신한 것에 대한 응답으로, 상기 공급 원료 내의 상기 활성종들의 농도를 상기 미리 정의된 농도 범위 내의 값으로 복귀시키기 위해, 상기 공급원료 내의 상기 활성종들의 농도를 증가 또는 감소시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제13 항에 있어서,
상기 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀들 중 하나이고, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함하고; 그리고
상기 전해 셀의 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 상기 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각의 상기 양극들 및 상기 음극들에 걸친 개개의 전위차들을 집합적으로 제어하는 단계를 포함하는,
방법. - 제13 항에 있어서,
상기 전해 셀은 복수의 다중-상태 전해 셀들 중 하나이고, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각은 개개의 양극 및 개개의 음극을 포함하고; 그리고
상기 전해 셀의 상기 양극 및 상기 음극에 걸쳐 상기 제1 비-제로 전위차를 인가하도록 상기 가변 제어가능한 전력 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 다중-상태 전해 셀들 각각의 상기 양극들 및 상기 음극들에 걸친 개개의 전위차들을 개별적으로 제어하는 단계를 포함하는,
방법.
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Families Citing this family (5)
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Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3408462B2 (ja) * | 1999-07-14 | 2003-05-19 | 東亞合成株式会社 | 塩化アルカリ電解槽のガス拡散陰極の保護方法 |
| CN1220795C (zh) * | 2002-07-09 | 2005-09-28 | 中南大学 | 锌电解过程分时供电优化调度技术 |
| WO2004025754A2 (en) | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Metallic Power, Inc. | Self-controlling fuel cell power system |
| KR100533411B1 (ko) * | 2002-11-08 | 2005-12-02 | 도요탄소 가부시키가이샤 | 불소가스 발생장치와 그 전해욕 액면 제어방법 |
| US20060113192A1 (en) * | 2003-01-23 | 2006-06-01 | Keiichi Kurashina | Plating device and planting method |
| US7510640B2 (en) | 2004-02-18 | 2009-03-31 | General Motors Corporation | Method and apparatus for hydrogen generation |
| CN101860198A (zh) | 2009-04-09 | 2010-10-13 | 上海清能燃料电池技术有限公司 | 一种电源装置及其使用方法 |
| US8889306B2 (en) | 2010-02-16 | 2014-11-18 | The Boeing Company | Modularized electrochemical cell system |
| US20130292259A1 (en) | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Xin Xiao | Large scale grid energy storage based on aluminum technology |
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