RU2647841C2 - Water electrolyser and operation method thereof - Google Patents

Water electrolyser and operation method thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2647841C2
RU2647841C2 RU2016133322A RU2016133322A RU2647841C2 RU 2647841 C2 RU2647841 C2 RU 2647841C2 RU 2016133322 A RU2016133322 A RU 2016133322A RU 2016133322 A RU2016133322 A RU 2016133322A RU 2647841 C2 RU2647841 C2 RU 2647841C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sealed
electrolyte
pressure
water
membrane
Prior art date
Application number
RU2016133322A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016133322A (en
Inventor
Игорь Петрович Терентьев
Евгений Николаевич Туманин
Андрей Николаевич Щербаков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия") filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва (ПАО "РКК "Энергия")
Priority to RU2016133322A priority Critical patent/RU2647841C2/en
Publication of RU2016133322A publication Critical patent/RU2016133322A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647841C2 publication Critical patent/RU2647841C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/05Pressure cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to water electrolyzer comprising current source, control unit, sealed housing, on the external surface of which there is temperature sensor connected to control unit, device for maintaining temperature of hermetic body within predetermined limits, located in hermetic housing, porous hydrophilic membrane, two adjacent to it porous hydrophobic electrode – anode and cathode, connected to current source, two sealed partitions, one of which is connected to the end part of the anode and a sealed enclosure with the formation of an oxygen cavity between the outer surface of the anode, the partition and the inner surface of the hermetic housing, and the other – with the end part of the cathode and the hermetic case with the formation of a hydrogen cavity between the outer surface of the cathode, the partition and the inner surface of the hermetic housing, while between the partitions an electrolyte cavity is formed connected to the water supply line with the water filling valve, the hydrogen and oxygen supply lines with valves for their discharge from the respective cavities, gas differential pressure regulator connected to the discharge lines of said gases, and pressure sensor connected to the control unit. In this case, the inner surface of the hermetic body is covered with a layer of porous hydrophilic material, similar to the membrane material and having a hydraulic connection with the cavity of the electrolyte and with the membrane, and the sealed partitions are made flexible and elastic, and the elasticity of each partition is chosen such that, throughout the working range of its displacements the value of the elastic pressure on the electrolyte was lower than the capillary pressure of the membrane and a layer of a porous hydrophilic material. invention relates to a method of operating electrolysis unit.
EFFECT: technical result of the proposed invention is the simplification of the design of the water electrolyzer, as well as the deeper dehydration of gases.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано в установках для разложения воды на водород и кислород, в том числе высокого давления, преимущественно в условиях невесомости.The invention relates to electrochemistry and can be used in installations for the decomposition of water into hydrogen and oxygen, including high pressure, mainly in zero gravity.

Известны электролизные установки для работы в невесомости, в которых кроме собственно электролизера, предназначенного для разложения воды на водород и кислород под действием электрического тока, имеются контуры циркуляции электролита, содержащие в качестве самостоятельных агрегатов насосы для циркуляции, теплообменники для отвода тепла от газов и электролита, а также газоотделители для выделения водорода и кислорода из газожидкостных смесей. Газоотделители для работы в невесомости могут быть центробежного типа с приводом (патент РФ №2525350, опубл. 10.08.2014, МПК: B64G 1/22 (2006.01), или статического типа с движением газожидкостной смеси по винтовому каналу (космическая электролизная установка «Электрон-ВМ», «Пилотируемые полеты в космос», №3 (8), 2013, стр. 86). Циркуляция электролита внутри электролизера может производиться вдоль электродов или по каналам в электродах, выполненным в форме змеевика (а.с. СССР №1840414, опубл. 10.01.2007, МПК С25В 1/10 (2006.01)).Electrolysis plants for work in zero gravity are known, in which, in addition to the electrolyzer itself, designed to decompose water into hydrogen and oxygen under the influence of electric current, there are electrolyte circulation circuits containing pumps for circulation, heat exchangers for removing heat from gases and electrolyte as independent units, as well as gas separators for the evolution of hydrogen and oxygen from gas-liquid mixtures. The gas separators for work in zero gravity can be of a centrifugal type with a drive (RF patent No. 2525350, publ. 08/10/2014, IPC: B64G 1/22 (2006.01), or of a static type with the movement of a gas-liquid mixture through a helical channel (space electrolysis installation "Electron- VM "," Manned space flights, No. 3 (8), 2013, p. 86). The electrolyte can be circulated inside the electrolyzer along the electrodes or along the channels in the electrodes made in the form of a coil (AS USSR No. 1840414, publ. 10.01.2007, IPC С25В 1/10 (2006.01)).

Общим недостатком этих установок является их конструктивная сложность, поскольку, например, с ростом давления газов каждый отдельный агрегат должен располагаться в отдельном прочном корпусе.A common drawback of these installations is their structural complexity, since, for example, with an increase in gas pressure, each individual unit must be located in a separate, robust housing.

Известны также электролизные установки, в которых газоотделители водорода и/или кислорода как отдельные агрегаты отсутствуют, а отделение газов от электролита происходит внутри электролизера на пористых гидрофобных электродах, вплотную прижатых к гидрофильной газозапорной диафрагме, внутрь которой подается электролит (патент JP 5314273 (В2), опубл. 16.10.2013, МПК С25В 9/00 (2006.01), или патент РФ №2074266, опубл. 27.02.1997, МПК С25В 9/00 (2006.01)).Electrolysis plants are also known in which hydrogen and / or oxygen gas separators as separate units are absent, and the gas is separated from the electrolyte inside the electrolyzer on porous hydrophobic electrodes, which are closely pressed against the hydrophilic gas shut-off diaphragm, into which the electrolyte is fed (JP 5314273 (B2), publ. October 16, 2013, IPC С25В 9/00 (2006.01), or RF patent No. 2074266, publ. 02/27/1997, IPC С25В 9/00 (2006.01)).

Такое же решение использовано в патенте РФ №2501890, опубл. 20.12.2013, С25В 9/10 (2006.01), принятом за прототип устройства. Электролизер включает корпус с установленными в нем электролизными ячейками, состоящими из катода, анода и газозапорной мембраны, насосы для циркуляции щелочного электролита, емкости с щелочным электролитом, систему подачи воды, отделители кислорода и водорода от паров воды и щелочи. Анод каждой из ячеек выполнен в виде трубы из сетчатого материала, а катод - в виде полого цилиндра из пористого гидрофобного материала. Эти электроды размещены вплотную к газозапорной гидрофильной мембране. Катод имеет связь по газу с водородной полостью между внешней стороной катода и корпусом. Электролит с помощью насоса циркулирует через газоотделитель кислорода и теплообменник. Между торцевой частью катода и корпусом установлена перегородка, образующая вместе с катодом и корпусом полость водорода.The same solution was used in RF patent No. 2501890, publ. 12/20/2013, С25В 9/10 (2006.01), adopted as a prototype device. The electrolyzer includes a housing with electrolysis cells installed in it, consisting of a cathode, anode, and a gas shut-off membrane, pumps for circulating an alkaline electrolyte, tanks with an alkaline electrolyte, a water supply system, oxygen and hydrogen separators from water vapor and alkali. The anode of each cell is made in the form of a tube of mesh material, and the cathode is in the form of a hollow cylinder of porous hydrophobic material. These electrodes are placed close to the gas-shut hydrophilic membrane. The cathode is connected in gas with a hydrogen cavity between the outer side of the cathode and the housing. The electrolyte is circulated through the oxygen separator and heat exchanger using a pump. A partition is installed between the end part of the cathode and the casing, which forms a hydrogen cavity together with the cathode and the casing.

Недостатком этого электролизера, как и аналогов, является сложность конструкции, которая выражается в наличии контура циркуляции электролита, а также газоотделителей, теплообменника и отделителей водяного пара, выполненных в виде отдельных агрегатов. Другим недостатком прототипа является невозможность работы в невесомости, поскольку отделение газа от жидкости происходит с использованием гравитации.The disadvantage of this electrolyzer, as well as analogues, is the design complexity, which is expressed in the presence of an electrolyte circulation circuit, as well as gas separators, a heat exchanger and water vapor separators, made in the form of separate units. Another disadvantage of the prototype is the inability to work in zero gravity, since the separation of gas from liquid occurs using gravity.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению - способу является электролизная установка космического назначения и способ ее эксплуатации (патент РФ №2543048, опубл. 27.02.2015, МПК: С25В 1/12 (2006/01)). В этом способе эксплуатации целью является осушка электролизных газов, которая производится в две стадии - путем охлаждения влажных газов в испарительном холодильнике и дальнейшего охлаждения при расширении этих газов в баллонах. Предлагается сконденсированную в этом процессе воду накапливать в пористом гидрофильном материале внутри баллонов, а затем отводить в жидком виде в электролизер и холодильник с помощью насосов.Closest to the proposed technical solution - the method is an electrolysis unit for space use and the method of its operation (RF patent No. 2543048, publ. 02.27.2015, IPC: C25V 1/12 (2006/01)). In this method of operation, the goal is to dry the electrolysis gases, which is carried out in two stages - by cooling the moist gases in an evaporative refrigerator and further cooling when these gases expand in cylinders. It is proposed that the water condensed in this process be accumulated in a porous hydrophilic material inside the cylinders, and then discharged in liquid form into the electrolyzer and refrigerator using pumps.

Одним из недостатков этого способа является то, что конденсация водяного пара как в холодильнике, так и в баллонах происходит в воду, находящуюся в пористом гидрофильном материале или в капельную воду внутри баллонов, которые при температуре около 0°С превращаются в лед в пористом материале, или в иней внутри баллона, и закупоривают пневмогидромагистрали, что сильно затрудняет дальнейшее охлаждение. Вторым недостатком является то, что в испарительном холодильнике происходит унос воды, которая в космосе является невосполнимым ресурсом.One of the disadvantages of this method is that the condensation of water vapor both in the refrigerator and in the cylinders takes place in water in a porous hydrophilic material or in droplet water inside the cylinders, which at a temperature of about 0 ° C turn into ice in a porous material, or in hoarfrost inside the cylinder, and the pneumohydraulic lines are clogged, which greatly complicates further cooling. The second disadvantage is that in the evaporative refrigerator, water is carried away, which in space is an irreplaceable resource.

Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков.The objective of the invention is to remedy these disadvantages.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции электролизера воды, а также более глубокая осушка газов.The technical result of the invention is to simplify the design of a water electrolyzer, as well as a deeper drying of gases.

Технический результат достигается тем, что в электролизере воды, содержащем источник тока, блок управления, герметичный корпус, на внешней поверхности которого установлен датчик температуры, подключенный к блоку управления, устройство для поддержания температуры герметичного корпуса в заданных пределах, расположенные в герметичном корпусе пористую гидрофильную мембрану, два прилегающих к ней пористых гидрофобных электрода - анода и катода, подключенных к источнику тока, две герметичные перегородки, одна из которых соединена с торцевой частью анода и герметичным корпусом с образованием кислородной полости между внешней поверхностью анода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, а другая - с торцевой поверхностью катода и герметичным корпусом с образованием водородной полости между внешней поверхностью катода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, при этом между перегородками образована полость электролита, соединенная с магистралью подачи воды с клапаном заправки воды, магистрали выдачи водорода и кислорода с клапанами для их выпуска из соответствующих полостей, регулятор перепада давлений газов, соединенный с магистралями выдачи указанных газов, и датчик давления, подключенный к блоку управления, внутренняя поверхность герметичного корпуса покрыта слоем пористого гидрофильного материала, аналогичного материалу мембраны и имеющего гидравлическую связь с полостью электролита и с мембраной, а герметичные перегородки выполнены гибкими и упругими, причем упругость каждой перегородки выбрана такой, чтобы во всем рабочем диапазоне ее перемещений величина давления упругости на электролит была ниже капиллярного давления мембраны и слоя пористого гидрофильного материала, при этом герметичные перегородки выполнены в виде диафрагм или сильфонов, кроме того, электролизер снабжен связанными с герметичным корпусом силовыми ограничителями максимального перемещения герметичных перегородок.The technical result is achieved in that in a water electrolyzer containing a current source, a control unit, a sealed enclosure, on the outer surface of which a temperature sensor is installed connected to the control unit, a device for maintaining the temperature of the sealed enclosure within specified limits, a porous hydrophilic membrane located in the sealed enclosure , two adjacent porous hydrophobic electrodes - anode and cathode connected to a current source, two sealed partitions, one of which is connected to the end the th part of the anode and the sealed housing with the formation of an oxygen cavity between the outer surface of the anode, the septum and the inner surface of the sealed housing, and the other with the end surface of the cathode and the sealed housing with the formation of the hydrogen cavity between the outer surface of the cathode, the partition and the inner surface of the sealed housing, an electrolyte cavity is formed between the partitions, connected to a water supply line with a water filling valve, a hydrogen and oxygen supply line from the valve and for their release from the respective cavities, a gas differential pressure regulator connected to the gas supply lines of these gases, and a pressure sensor connected to the control unit, the inner surface of the sealed housing is covered with a layer of porous hydrophilic material similar to the membrane material and having a hydraulic connection with the electrolyte cavity and with a membrane, and the sealed partitions are made flexible and elastic, and the elasticity of each partition is chosen so that in the entire working range of its movements the pressure value of the elasticity on the electrolyte was lower than the capillary pressure of the membrane and the layer of porous hydrophilic material, while the sealed partitions are made in the form of diaphragms or bellows, in addition, the electrolyzer is equipped with power limiters connected with the sealed case for maximum movement of the sealed partitions.

Технический результат достигается также тем, что в способе эксплуатации электролизера воды, включающем разложение воды в электролизере током с образованием водорода и кислорода при температуре, обеспечивающей заданную производительность, с контролем давления, температуры газов и тока электролиза, дальнейшее накопление, охлаждение и осушку полученных газов и последующую выдачу их потребителю, накопление, охлаждение и осушку газов производят внутри герметичного корпуса электролизера с обеспечением постоянного контакта газов с электролитом, в процессе разложения воды, при достижении заданного или максимально допустимого давления газов производят охлаждение герметичного корпуса электролизера до температуры, близкой к температуре плавления электролита, при этом темп охлаждения и/или ток электролиза поддерживают такими, чтобы давление газов в упомянутом корпусе в процессе охлаждения не снижалось, а по достижении вышеуказанной температуры отключают ток и производят выдачу осушенных газов потребителю.The technical result is also achieved by the fact that in the method of operation of the water electrolyzer, including the decomposition of water in the electrolyzer by current with the formation of hydrogen and oxygen at a temperature that provides a given performance, with control of pressure, gas temperature and electrolysis current, further accumulation, cooling and drying of the obtained gases and their subsequent delivery to the consumer, accumulation, cooling and drying of the gases is carried out inside the sealed cell body with constant contact of the gases with the electric olit, in the process of water decomposition, upon reaching a given or maximum allowable gas pressure, the sealed cell body is cooled to a temperature close to the melting temperature of the electrolyte, while the cooling rate and / or electrolysis current is maintained so that the gas pressure in the said body during cooling it did not decrease, and upon reaching the above temperature, the current is turned off and the dried gases are dispensed to the consumer.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемого электролизера воды.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the proposed water electrolyzer.

Он включает в себя герметичный корпус 1, покрытый изнутри слоем пористого гидрофильного материала 2 и имеющий на внешней стороне датчик температуры 21, подключенный к блоку управления (не показан). С упомянутым корпусом связаны силовые ограничители максимального перемещения перегородок 3 и 14. В герметичном корпусе расположены гидрофильная пористая мембрана 7, два прилегающих к ней пористых гидрофобных электрода - анод 6 и катод 12, подключенные к источнику тока (не показан), две гибкие упругие герметичные перегородки 4 и 15, выполненные, например, в виде диафрагм, одна из которых соединена с торцевой частью анода 6 и корпусом 1 с образованием кислородной полости 5 между внешней поверхностью анода 6, перегородкой 4 и внутренней поверхностью герметичного корпуса 1, а другая - с торцевой частью катода 12 и корпусом 1 с образованием водородной полости 13 между внешней стороной катода 12, перегородкой 14 и внутренней поверхностью герметичного корпуса 1. При этом между перегородками 3 и 14 образована также полость электролита 16, гидравлически соединенная с гидрофильной мембраной 7 и слоем пористого гидрофильного материала 2. Кроме того, полость электролита 16 соединена с магистралью подачи воды 18, в состав которой входит клапан заправки воды 17. В состав электролизера входят также магистраль выдачи водорода 19 с клапаном выпуска водорода 10, магистраль выдачи кислорода 20 с клапаном выпуска кислорода 9, регулятор перепада давлений 8, соединенный с магистралями выдачи указанных газов, а также датчик давления 11, соединенный с любой из магистралей 19 или 20 и подключенный к блоку управления. В состав электролизера также входят (не показаны) источник тока, подключенный к аноду 6 и катоду 12, блок управления, подключенный ко всем датчикам, клапанам и источнику тока, и устройство для поддержания температуры герметичного корпуса в заданных пределах.It includes a sealed housing 1, internally coated with a layer of porous hydrophilic material 2 and having on the outside a temperature sensor 21 connected to a control unit (not shown). The power limiters for the maximum movement of the partitions 3 and 14 are connected with the said casing. A hydrophilic porous membrane 7, two adjacent porous hydrophobic electrodes - anode 6 and cathode 12 connected to a current source (not shown), two flexible elastic sealed partitions are located in the sealed casing. 4 and 15, made, for example, in the form of diaphragms, one of which is connected to the end part of the anode 6 and the housing 1 with the formation of an oxygen cavity 5 between the outer surface of the anode 6, the partition 4 and the inner surface of the sealed housing 1, and the other with the end part of the cathode 12 and the housing 1 with the formation of a hydrogen cavity 13 between the outer side of the cathode 12, the partition 14 and the inner surface of the sealed housing 1. At the same time, an electrolyte cavity 16 hydraulically connected between the partitions 3 and 14 is also formed with a hydrophilic membrane 7 and a layer of porous hydrophilic material 2. In addition, the electrolyte cavity 16 is connected to the water supply pipe 18, which includes a water filling valve 17. The cell also includes a master l the release of hydrogen 19 with a valve for the release of hydrogen 10, the line for the release of oxygen 20 with the valve for the release of oxygen 9, a differential pressure regulator 8 connected to the lines for the delivery of these gases, as well as a pressure sensor 11 connected to any of the lines 19 or 20 and connected to the block management. The composition of the electrolyzer also includes (not shown) a current source connected to the anode 6 and cathode 12, a control unit connected to all sensors, valves and a current source, and a device for maintaining the temperature of the sealed enclosure within specified limits.

Герметичный корпус 1 предназначен для размещения оборудования электролизера, противодействия внутреннему давлению газов и отвода тепла. Он имеет устройства для поддержания его температуры в заданных пределах (не показаны). Это может быть газовый или жидкостный теплообменник, либо радиационный излучатель.Sealed housing 1 is designed to accommodate the equipment of the electrolyzer, counteracting the internal pressure of gases and heat dissipation. It has devices for maintaining its temperature within predetermined limits (not shown). It can be a gas or liquid heat exchanger, or a radiation emitter.

Регулятор перепада давлений 8 предназначен для выравнивания давлений в полостях 5 и 13 и может быть любым из известных типов, например мембранным, в котором мембрана, перемещаясь под действием перепада давлений водорода и кислорода, открывает клапан выхода того газа, давление которого выше на заданную величину. Эта заданная величина должна быть такой, чтобы перепад давлений не превышал капиллярного давления мембраны 7 и гидрофильного слоя 2. В этом случае жидкость, заполняющая мембрану 7, не будет выдавливаться из нее под действием перепада давлений между полостями. Регулятор перепада давлений 8 устанавливают так, чтобы его входы и выходы соединялись с магистралью 20 выдачи кислорода и магистралью 19 выдачи водорода до и после выпускных клапанов 9 и 10.The differential pressure controller 8 is designed to equalize the pressures in the cavities 5 and 13 and can be any of the known types, for example, a membrane one, in which the membrane, moving under the action of the differential pressure of hydrogen and oxygen, opens the gas outlet valve, the pressure of which is higher by a predetermined amount. This predetermined value should be such that the pressure drop does not exceed the capillary pressure of the membrane 7 and the hydrophilic layer 2. In this case, the liquid filling the membrane 7 will not be squeezed out under the pressure drop between the cavities. The differential pressure controller 8 is set so that its inputs and outputs are connected to the oxygen supply line 20 and the hydrogen supply line 19 before and after the exhaust valves 9 and 10.

Электролизер работает следующим образом.The cell operates as follows.

Перед очередным циклом работы полость электролита 16 заполнена неизрасходованным в предыдущем цикле электролитом, например раствором щелочи КОН, перегородки 4 и 15 сближены между собой, объем полости 16 минимален, а концентрация электролита максимальна. Гидрофильная мембрана 7 и гидрофильный слой 2 замочены электролитом, непроницаемы для газов и сообщаются по жидкости между собой и с электролитом в полости 16. Клапаны 9, 10 и 17 закрыты. В полостях 5 и 13 находятся кислород и водород соответственно с остаточным (низким) давлением, а также водяной пар с парциальным давлением, соответствующим температуре электролизера.Before the next cycle of operation, the electrolyte cavity 16 is filled with electrolyte that was not consumed in the previous cycle, for example, KOH alkali solution, the partitions 4 and 15 are close to each other, the volume of the cavity 16 is minimal, and the electrolyte concentration is maximum. The hydrophilic membrane 7 and the hydrophilic layer 2 are soaked with electrolyte, impervious to gases and communicate with each other and with the electrolyte in the cavity 16. Valves 9, 10 and 17 are closed. In the cavities 5 and 13 are oxygen and hydrogen, respectively, with residual (low) pressure, as well as water vapor with a partial pressure corresponding to the temperature of the cell.

Цикл работы электролизера начинается с того, что подают питание на блок управления (не показан), датчики давления 11 и температуры 21, включают регулятор перепада давлений 8 (если он электрического типа).The cycle of operation of the electrolyzer begins with the fact that power is supplied to the control unit (not shown), the pressure sensors 11 and temperature 21, include a differential pressure controller 8 (if it is of an electrical type).

Далее открывают клапан 17 и с помощью внешнего дозирующего устройства (не показано) подают по магистрали подачи воды 18 в полость электролита 16 заданное количество дистиллированной воды. Это количество воды может быть определено различными способами, например, может быть подано столько воды (по массе), сколько наработано электролизных газов в предыдущем цикле. Можно также расчет заправки воды производить по наработанному в предыдущем цикле количеству амперчасов. В процессе заполнения водой перегородки 4 и 15 раздвигаются, давление кислорода, водорода, электролита в полостях 5, 13, 16 увеличивается. После заправки клапан 17 закрывают. Под действием диффузии дистиллированная вода разбавляет оставшийся в электролизере в полости 16, мембране 7 и гидрофильном слое 2 электролит до минимальной рабочей концентрации.Next, the valve 17 is opened and, using an external metering device (not shown), a predetermined amount of distilled water is supplied through the water supply line 18 to the electrolyte cavity 16. This amount of water can be determined in various ways, for example, as much water (by weight) can be supplied as the number of electrolysis gases produced in the previous cycle. You can also calculate water refueling based on the number of ampere hours accumulated in the previous cycle. In the process of filling with water, the partitions 4 and 15 are opened, the pressure of oxygen, hydrogen, electrolyte in the cavities 5, 13, 16 increases. After filling, the valve 17 is closed. Under the action of diffusion, distilled water dilutes the electrolyte remaining in the electrolyzer in cavity 16, membrane 7 and hydrophilic layer 2 to a minimum working concentration.

Затем подают напряжение постоянного тока от внешнего источника тока (не показан) на гидрофобные электроды 6 (анод) и 12 (катод) соответственно, положительной, и отрицательной полярности. Через мембрану 7, пропитанную электролитом, идет ток, при этом на границе между электродом 6 и мембраной 7 выделяется кислород, а на границе между электродом 12 и мембраной 7 - водород. Газы не могут проникать внутрь мембраны 7 из-за сил поверхностного натяжения жидкости, поэтому они идут сквозь пористые электроды 6 и 12, соответственно кислород - в полость 5, а водород - в полость 13. Гидрофобность электродов 6 и 12 не допускает их смачивания жидким электролитом, поэтому пористые каналы в электродах всегда сухие и проницаемы для газов.Then a DC voltage from an external current source (not shown) is supplied to the hydrophobic electrodes 6 (anode) and 12 (cathode), respectively, of positive and negative polarity. A current flows through the membrane 7, impregnated with the electrolyte, while oxygen is released at the boundary between the electrode 6 and the membrane 7, and hydrogen is released at the boundary between the electrode 12 and the membrane 7. Gases cannot penetrate the membrane 7 due to the surface tension of the liquid, therefore they pass through the porous electrodes 6 and 12, respectively, oxygen into the cavity 5, and hydrogen into the cavity 13. The hydrophobicity of the electrodes 6 and 12 prevents them from wetting with liquid electrolyte therefore, the porous channels in the electrodes are always dry and gas permeable.

В процессе прохождения тока через электролит мембрана 7 нагревается и усиливается процесс испарения воды из электролита. Водяной пар с поверхности мембраны 7 свободно проходит сквозь гидрофобные электроды в полости 5 и 13. В этих полостях пар частично конденсируется на более холодном гидрофильном слое 2, а образовавшаяся вода впитывается в гидрофильный слой 2 под действием капиллярных сил. При этом тепло от конденсации водяного пара передается корпусу 1 и далее отводится от него внешними средствами. Описанный механизм переноса тепла от мембраны к корпусу, и циркуляция воды в электролизере, аналогичен механизму действия тепловой трубы. Несконденсированный пар остается в полостях 5 и 13, его парциальное давление равно давлению насыщенного пара над щелочью при температуре, равной средней температуре в полостях 5 и 13.During the passage of current through the electrolyte, the membrane 7 heats up and the process of evaporation of water from the electrolyte is enhanced. Water vapor from the surface of the membrane 7 freely passes through hydrophobic electrodes in cavities 5 and 13. In these cavities, the vapor partially condenses on the colder hydrophilic layer 2, and the resulting water is absorbed into the hydrophilic layer 2 under the action of capillary forces. In this case, the heat from condensation of water vapor is transferred to the housing 1 and then removed from it by external means. The described mechanism of heat transfer from the membrane to the housing, and the circulation of water in the electrolyzer, is similar to the mechanism of action of the heat pipe. Non-condensed vapor remains in cavities 5 and 13, its partial pressure is equal to the saturated vapor pressure above the alkali at a temperature equal to the average temperature in cavities 5 and 13.

Избыточное количество воды в гидрофильном слое 2 под действием капиллярного давления перемещается в полость 16 и в мембрану 7, с которыми гидрофильный слой 2 гидравлически связан. Движение жидкости из гидрофильного слоя 2 в полость 16 происходит потому, что капиллярное давление в гидрофильном слое 2 и мембране 7 выше, чем давление упругости перегородок 4 и 15 на электролит во всем рабочем диапазоне перемещения перегородок. Капиллярное давление в гидрофильном материале возникает на границе жидкости и газа и обусловлено тем, что из-за смачиваемости материала граница жидкости состоит из менисков выпуклой формы, на которых силы поверхностного натяжения создают в жидкости избыточное давление. Это капиллярное давление пропорционально смачиваемости гидрофильного материала и обратно пропорционально радиусу капилляров.Excess water in the hydrophilic layer 2 under the action of capillary pressure moves into the cavity 16 and into the membrane 7, with which the hydrophilic layer 2 is hydraulically connected. The movement of fluid from the hydrophilic layer 2 to the cavity 16 occurs because the capillary pressure in the hydrophilic layer 2 and the membrane 7 is higher than the elastic pressure of the walls 4 and 15 on the electrolyte in the entire working range of movement of the walls. Capillary pressure in a hydrophilic material occurs at the interface between liquid and gas and is due to the fact that due to the wettability of the material, the interface of the liquid consists of convex menisci on which surface tension forces create excess pressure in the liquid. This capillary pressure is proportional to the wettability of the hydrophilic material and inversely proportional to the radius of the capillaries.

Гибкие перегородки 4 и 15 служат для образования полости электролита 16 переменного объема, для выравнивания давления электролита с давлениями газов, для снижения перепада давлений газов в полостях 5 и 13. Кроме того, перегородки создают дополнительное давление на электролит за счет своей упругости. Это дополнительное давление создает условие для постоянного принудительного замачивания мембраны 7. Без этого давления при работе в невесомости может возникнуть ситуация, когда жидкость в полости 16 соберется в шаровую каплю и оторвется от мембраны 7, а жидкость в мембране 7 израсходуется на электролиз. Дополнительное давление со стороны перегородок не должно превышать капиллярного давления, чтобы не передавить электролит из мембраны 7 и гидрофильного слоя 2 в газовые полости 5 и 13. Например, если капиллярное давление в мембране и в гидрофильном слое составляет 10 кПа, то давление упругости эластичных перегородок на электролит, даже при их наибольшем возможном растяжении, не должно превышать 10 кПа.Flexible partitions 4 and 15 are used to form an electrolyte cavity 16 of variable volume, to equalize the electrolyte pressure with gas pressures, to reduce the differential pressure of gases in cavities 5 and 13. In addition, the partitions create additional pressure on the electrolyte due to its elasticity. This additional pressure creates the condition for constant forced soaking of the membrane 7. Without this pressure, when working in zero gravity, a situation may arise when the liquid in the cavity 16 collects in a ball drop and comes off from the membrane 7, and the liquid in the membrane 7 is used up for electrolysis. The additional pressure from the partitions should not exceed capillary pressure so as not to transfer electrolyte from the membrane 7 and the hydrophilic layer 2 to the gas cavities 5 and 13. For example, if the capillary pressure in the membrane and in the hydrophilic layer is 10 kPa, then the elastic pressure of the elastic partitions at the electrolyte, even with their greatest possible extension, should not exceed 10 kPa.

В процессе накопления газов в полостях 5 и 13 давление в них растет. Для обеспечения приблизительно одинакового роста давлений в полостях 5 и 13 объемы этих полостей конструктивно выполняются в отношении 1:2, в соответствии с молярностью производимых газов. Предельно допустимое давление газов определяется прочностью герметичного корпуса 1, клапанов 9, 10, 17, регулятора перепада давлений 8 и датчика давления 11. Контроль температуры осуществляется по датчику температуры 21, контроль давления - по датчику давления 11, выравнивание давлений в полостях 5 и 13 - с помощью постоянно работающего регулятора перепада давлений 8. Дополнительное регулирование перепада давлений осуществляется гибкими перегородками 4 и 15, которые под действием нескомпенсированного перепада давлений в полостях 5 и 13 имеют возможность перемещаться вправо или влево в пределах своего свободного хода, вплоть до силовых ограничителей 3 и 14.During the accumulation of gases in cavities 5 and 13, the pressure in them increases. To ensure approximately the same pressure growth in cavities 5 and 13, the volumes of these cavities are structurally performed in a ratio of 1: 2, in accordance with the molarity of the gases produced. The maximum allowable gas pressure is determined by the strength of the sealed housing 1, valves 9, 10, 17, differential pressure controller 8 and pressure sensor 11. Temperature is controlled by temperature sensor 21, pressure is controlled by pressure sensor 11, pressure equalization in cavities 5 and 13 - with the help of a constantly working differential pressure controller 8. The additional regulation of the differential pressure is carried out by flexible partitions 4 and 15, which, under the action of the uncompensated differential pressure in the cavities 5 and 13, are possible NOSTA moved left or right within its free stroke until the force limiters 3 and 14.

Как правило, потребителю требуется выдача осушенных газов. Например, в космической технике применяют газы с точкой росы порядка минус (50-60)°С.Typically, the consumer requires the issuance of dried gases. For example, in space technology, gases with a dew point of the order of minus (50-60) ° C are used.

Сущность предлагаемого способа эксплуатации электролизера воды заключается в следующем.The essence of the proposed method of operation of a water electrolyzer is as follows.

Накопление электролизных газов производят внутри герметичного корпуса 1 электролизера, в полостях 5 и 13 при закрытых клапанах 9 и 10. Процесс электролиза сопровождается выделением тепла при прохождении тока через электролит. Это тепло снимается с герметичного корпуса 1 с помощью внешнего теплообменника, причем рабочая температура электролиза может быть выбрана в широких пределах. В предлагаемом электролизере, как и в большинстве других, температуру электролиза при наработке газов поддерживают в пределах 50-70°С. Эта температура является оптимальной для обеспечения как малых потерь тока из-за низкого сопротивления электролита, так и относительно малого испарения воды.The accumulation of electrolysis gases is carried out inside the sealed housing 1 of the electrolyzer, in cavities 5 and 13 with closed valves 9 and 10. The electrolysis process is accompanied by heat generation during the passage of current through the electrolyte. This heat is removed from the sealed housing 1 using an external heat exchanger, and the working temperature of the electrolysis can be selected over a wide range. In the proposed electrolyzer, as in most others, the temperature of the electrolysis during gas production is maintained within the range of 50-70 ° C. This temperature is optimal to ensure both small current losses due to the low resistance of the electrolyte, and relatively small evaporation of water.

По мере расходования воды на электролиз объем полости 16 уменьшается, объемы полостей 5 и 13 увеличиваются, концентрация электролита растет, давление во всех полостях также растет.As water is consumed for electrolysis, the volume of the cavity 16 decreases, the volumes of the cavities 5 and 13 increase, the concentration of the electrolyte increases, and the pressure in all cavities also increases.

При достижении по датчику давления 11 заданного или предельно допустимого давления газов, не выключая тока электролиза, проводят дополнительное, более интенсивное охлаждение герметичного корпуса 1 и постепенно доводят его температуру до температуры, близкой к температуре плавления электролита. При этом темп охлаждения и ток электролиза поддерживают такими, чтобы давление газов в корпусе в процессе охлаждения не снижалось. Контроль температуры производится по датчику температуры 21, и по достижении указанной температуры следует отключить ток и произвести выдачу газов потребителю путем открытия клапанов 9 и 10.When the pressure sensor 11 reaches the specified or maximum permissible gas pressure, without turning off the electrolysis current, an additional, more intensive cooling of the sealed housing 1 is carried out and its temperature is gradually brought to a temperature close to the melting temperature of the electrolyte. At the same time, the cooling rate and the electrolysis current are maintained such that the gas pressure in the housing during cooling does not decrease. Temperature control is carried out by temperature sensor 21, and upon reaching the specified temperature, the current should be turned off and gas should be dispensed to the consumer by opening valves 9 and 10.

Температура плавления электролита, например, 30% раствора КОН составляет минус 60°С. При охлаждении до этой температуры (но до начала замерзания) электролизер полностью работоспособен, хотя его электрический КПД снижается примерно вдвое. Эти данные были получены в экспериментальных работах в РКК «Энергия».The melting point of an electrolyte, for example, a 30% KOH solution is minus 60 ° C. When cooled to this temperature (but before freezing), the electrolyzer is fully operational, although its electrical efficiency is reduced by about half. These data were obtained in experimental work at RSC Energia.

При охлаждении до минус (55-60)°С насыщенный водяной пар в полостях 5 и 13 конденсируется на поверхности гидрофильного слоя 2, соединяясь с насыщенным раствором щелочи и разбавляя его, впитывается в жидком виде в гидрофильный слой 2, далее он собирается в полости электролита 16 и в дальнейшем используется в следующем цикле работы. При этом, в отличие от прототипа, вода не уходит из электролизера вместе с паром.When cooled to minus (55-60) ° C, saturated water vapor in cavities 5 and 13 condenses on the surface of hydrophilic layer 2, combining with a saturated alkali solution and diluting it, it is absorbed in liquid form into hydrophilic layer 2, then it is collected in the electrolyte cavity 16 and hereinafter used in the next cycle of work. In this case, unlike the prototype, water does not leave the cell with steam.

Существенно важным в данном способе является также и то, что конденсация пара происходит не над водой, как в прототипе, а над электролитом. Известно, что давление насыщенного пара над электролитом при любой температуре более чем вдвое меньше, чем над водой. Например, при температуре 20°С давление пара над 30% раствором NaOH составляет 8 мм рт.ст., а над водой - 17,5 мм рт.ст. (Якименко Л.М., Электролиз воды, 1970, с. 28). Эта особенность позволяет получить в электролизере осушенные газы с точкой росы ниже чем минус 60°С.Essentially important in this method is also the fact that the condensation of the vapor does not occur over water, as in the prototype, but over the electrolyte. It is known that the pressure of saturated vapor above the electrolyte at any temperature is more than half that of water. For example, at a temperature of 20 ° C, the vapor pressure above a 30% NaOH solution is 8 mm Hg, and above water it is 17.5 mm Hg. (Yakimenko L.M., Water Electrolysis, 1970, p. 28). This feature allows you to get dried gases in the electrolyzer with a dew point lower than minus 60 ° C.

Для выдачи наработанных газов потребителю открывают клапаны 9 и 10 и выдают водород по магистрали 19, а кислород - по магистрали 20. После выдачи осушенных газов потребителю клапаны 9 и 10 закрывают, при этом цикл работы электролизера завершается.To produce accumulated gases to the consumer, valves 9 and 10 are opened and hydrogen is supplied via line 19, and oxygen is supplied via line 20. After the dried gases are dispensed to the consumer, valves 9 and 10 are closed, and the cell operation cycle is completed.

Описанные выше процессы относятся к штатной работе электролизера. В случае аварийной ситуации, при отказе регулятора перепада давлений 8 или отказе одного из клапанов 9 или 10, на перегородки 4 и 15 действует перепад давлений, существенно больше допустимого, вплоть до полного давления одного из газов. Например, при разгерметизации полости 5, перегородка 4 полностью прилегает к силовому ограничителю 3 и передает ему полное усилие от давления газа в полости 13. Перепад давлений между полостями 16 и 5 становится выше капиллярного, и жидкость из полости электролита 16, а также из мембраны 7 и гидрофильного слоя 2 передавливается в полость 5, после чего перегородка 15 также прилегает к ограничителю 3. Таким образом, разрушения мембран, как наименее прочных элементов конструкции, не происходит. В случае ликвидации аварийной ситуации и выравнивания давлений во всех полостях перегородки возвращаются в рабочее положение, электролит из полости 5 впитывается в гидрофильный слой 2 и далее в мембрану 7 и заполняет полость электролита 16. После этого электролизер снова готов к работе.The processes described above relate to the normal operation of the electrolyzer. In the event of an emergency, in the event of a failure of the differential pressure regulator 8 or a failure of one of the valves 9 or 10, the pressure difference acts on the partitions 4 and 15, which is significantly higher than the permissible one, up to the full pressure of one of the gases. For example, when the cavity 5 is depressurized, the partition 4 is completely adjacent to the power limiter 3 and transfers to it the full force of the gas pressure in the cavity 13. The pressure differential between the cavities 16 and 5 becomes higher than the capillary one, and the liquid from the electrolyte cavity 16, as well as from the membrane 7 and the hydrophilic layer 2 is pressed into the cavity 5, after which the septum 15 is also adjacent to the limiter 3. Thus, the destruction of the membranes, as the least durable structural elements, does not occur. In the event of an emergency and pressure equalization in all cavities, the partitions return to their working position, the electrolyte from the cavity 5 is absorbed into the hydrophilic layer 2 and then into the membrane 7 and fills the electrolyte cavity 16. After that, the electrolyzer is again ready for operation.

Конструктивно в качестве ограничителей 3 и 14 может использоваться внутренняя поверхность герметичного корпуса 1. Перегородки 4 и 15 могут быть выполнены, например, из щелочестойкой резины или полисульфона. Гидрофильные слои 2 и мембрана 7 могут быть выполнены из щелочестойких синтетических фильтровальных материалов (например, ПП-100, МПС-020, ММК-010 производства ООО НПП "Технофильтр", г. Владимир). Гидрофобные электроды могут быть изготовлены из никелевых сеток или спеченного никелевого порошка с фторопластовым покрытием (за исключением внешнего электропроводящего слоя, прилегающего к мембране). Охлаждение корпуса электролизера до минус 60°С в условиях космоса может быть достигнуто его затенением от солнечных лучей и раскрытием в сторону открытого пространства, без использования контура терморегулирования космического аппарата.Structurally, the internal surface of the sealed housing 1 can be used as limiters 3 and 14. Partitions 4 and 15 can be made, for example, of alkali-resistant rubber or polysulfone. Hydrophilic layers 2 and membrane 7 can be made of alkali-resistant synthetic filter materials (for example, PP-100, MPS-020, MMK-010 manufactured by NPP Tekhnofiltr, Vladimir). Hydrophobic electrodes can be made of nickel nets or sintered nickel powder with a fluoroplastic coating (with the exception of the outer electrically conductive layer adjacent to the membrane). Cooling the electrolyzer body to minus 60 ° C in space can be achieved by shading it from sunlight and opening to the side of open space, without using the spacecraft thermal control loop.

Кроме предложенного способа, электролизер может работать и в традиционном режиме, при постоянном давлении и температуре, с непрерывной выдачей газов потребителю. При этом клапаны 9 и 10 должны быть открыты, а уход газов потребителю компенсироваться их наработкой.In addition to the proposed method, the electrolyzer can work in the traditional mode, at a constant pressure and temperature, with the continuous release of gases to the consumer. In this case, the valves 9 and 10 must be open, and the departure of gases to the consumer is compensated by their running hours.

Claims (5)

1. Электролизер воды, содержащий источник тока, блок управления, герметичный корпус, на внешней поверхности которого установлен датчик температуры, подключенный к блоку управления, устройство для поддержания температуры герметичного корпуса в заданных пределах, расположенные в герметичном корпусе пористую гидрофильную мембрану, два прилегающих к ней пористых гидрофобных электрода - анода и катода, подключенных к источнику тока, две герметичные перегородки, одна из которых соединена с торцевой частью анода и герметичным корпусом с образованием кислородной полости между внешней поверхностью анода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, а другая - с торцевой частью катода и герметичным корпусом с образованием водородной полости между внешней поверхностью катода, перегородкой и внутренней поверхностью герметичного корпуса, при этом между перегородками образована полость электролита, соединенная с магистралью подачи воды с клапаном заправки воды, магистрали выдачи водорода и кислорода с клапанами для их выпуска из соответствующих полостей, регулятор перепада давления газов, соединенный с магистралями выдачи указанных газов, и датчик давления, подключенный к блоку управления, причем внутренняя поверхность герметичного корпуса покрыта слоем пористого гидрофильного материала, аналогичного материалу мембраны и имеющего гидравлическую связь с полостью электролита и с мембраной, а герметичные перегородки выполнены гибкими и упругими, причем упругость каждой перегородки выбрана такой, чтобы во всем рабочем диапазоне ее перемещений величина давления упругости на электролит была ниже капиллярного давления мембраны и слоя пористого гидрофильного материала.1. A water electrolyzer containing a current source, a control unit, a sealed enclosure, on the outer surface of which a temperature sensor is mounted connected to the control unit, a device for maintaining the temperature of the sealed enclosure within specified limits, a porous hydrophilic membrane located in the sealed enclosure, two adjacent to it porous hydrophobic electrode - anode and cathode connected to a current source, two sealed partitions, one of which is connected to the end part of the anode and a sealed housing with a the formation of an oxygen cavity between the outer surface of the anode, the septum and the inner surface of the sealed housing, and the other with the end part of the cathode and the sealed housing with the formation of a hydrogen cavity between the outer surface of the cathode, the septum and the inner surface of the sealed housing, while an electrolyte cavity is connected between the walls, connected with a water supply line with a water filling valve, a hydrogen and oxygen supply line with valves for their release from the respective cavities, a gas differential pressure regulator connected to the gas supply lines and a pressure sensor connected to the control unit, the inner surface of the sealed housing being covered with a layer of porous hydrophilic material similar to the membrane material and having a hydraulic connection with the electrolyte cavity and the membrane, and the sealed partitions are made flexible and elastic, and the elasticity of each septum is chosen so that in the entire working range of its movements, the pressure of elasticity on the electrolyte is ilk capillary pressure of the membrane layer and a porous hydrophilic material. 2. Электролизер воды по п. 1, причем герметичные перегородки выполнены в виде диафрагм.2. A water electrolyzer according to claim 1, wherein the sealed partitions are made in the form of diaphragms. 3. Электролизер воды по п. 1, причем герметичные перегородки выполнены в виде сильфонов.3. The water electrolyzer according to claim 1, wherein the sealed partitions are made in the form of bellows. 4. Электролизер воды по п. 1, причем он снабжен связанными с герметичным корпусом силовыми ограничителями максимального перемещения герметичных перегородок.4. The water electrolyzer according to claim 1, wherein it is equipped with power limiters associated with the sealed enclosure for maximum movement of the sealed partitions. 5. Способ эксплуатации электролизера воды по п. 1, включающий разложение воды в электролизере током с образованием водорода и кислорода при температуре, обеспечивающей заданную производительность, с контролем давления, температуры газов и тока электролиза, дальнейшее накопление, охлаждение и осушку полученных газов и последующую выдачу их потребителю, причем накопление, охлаждение и осушку газов производят внутри герметичного корпуса электролизера с обеспечением постоянного контакта газов с электролитом, в процессе разложения воды, при достижении заданного или максимально допустимого давления газов производят охлаждение герметичного корпуса электролизера до температуры, близкой к температуре плавления электролита, при этом темп охлаждения и/или ток электролиза поддерживают такими, чтобы давление газов в упомянутом корпусе в процессе охлаждения не снижалось, а по достижении вышеуказанной температуры отключают ток и производят выдачу осушенных газов потребителю.5. A method of operating a water electrolyzer according to claim 1, including the decomposition of water in the electrolyzer by current with the formation of hydrogen and oxygen at a temperature that provides a given performance, with control of pressure, gas temperature and electrolysis current, further accumulation, cooling and drying of the obtained gases and subsequent delivery their consumer, moreover, the accumulation, cooling and drying of gases is carried out inside a sealed cell housing with constant contact of gases with the electrolyte, in the process of decomposition of water, etc. and reaching a predetermined or maximum allowable gas pressure, the sealed cell body is cooled to a temperature close to the melting temperature of the electrolyte, while the cooling rate and / or electrolysis current is maintained so that the gas pressure in the said cell does not decrease during cooling, but upon reaching the above temperatures turn off the current and produce dried gases to the consumer.
RU2016133322A 2016-08-11 2016-08-11 Water electrolyser and operation method thereof RU2647841C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133322A RU2647841C2 (en) 2016-08-11 2016-08-11 Water electrolyser and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133322A RU2647841C2 (en) 2016-08-11 2016-08-11 Water electrolyser and operation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016133322A RU2016133322A (en) 2018-02-14
RU2647841C2 true RU2647841C2 (en) 2018-03-21

Family

ID=61227476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016133322A RU2647841C2 (en) 2016-08-11 2016-08-11 Water electrolyser and operation method thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647841C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3918112A4 (en) * 2019-02-01 2022-10-26 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0389263A1 (en) * 1989-03-24 1990-09-26 United Technologies Corporation Electrochemical hydrogen separator system for zero gravity water electrolysis
JPH0339493A (en) * 1989-07-07 1991-02-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Water electrolyzing equipment
RU2074266C1 (en) * 1991-06-22 1997-02-27 Машинен-унд Анлагенбау Гримма ГмбХ (МАГ) Electrolytic cell and electrode with capillary clearances for electrolytic reactions with release and absorption of gas and electrolytic method
RU2126569C1 (en) * 1993-04-30 1999-02-20 Де Нора С.п.А. Galvanic cell for chemical source of electric energy
JP3039493B2 (en) * 1997-11-28 2000-05-08 日本電気株式会社 Substrate cleaning method and cleaning solution
CN105392926A (en) * 2013-07-26 2016-03-09 夏普株式会社 Porous electrically conductive member for use in water electrolysis, and functional water generator equipped with same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0389263A1 (en) * 1989-03-24 1990-09-26 United Technologies Corporation Electrochemical hydrogen separator system for zero gravity water electrolysis
JPH0339493A (en) * 1989-07-07 1991-02-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Water electrolyzing equipment
JP2706320B2 (en) * 1989-07-07 1998-01-28 三菱重工業株式会社 Water electrolysis device
RU2074266C1 (en) * 1991-06-22 1997-02-27 Машинен-унд Анлагенбау Гримма ГмбХ (МАГ) Electrolytic cell and electrode with capillary clearances for electrolytic reactions with release and absorption of gas and electrolytic method
RU2126569C1 (en) * 1993-04-30 1999-02-20 Де Нора С.п.А. Galvanic cell for chemical source of electric energy
JP3039493B2 (en) * 1997-11-28 2000-05-08 日本電気株式会社 Substrate cleaning method and cleaning solution
CN105392926A (en) * 2013-07-26 2016-03-09 夏普株式会社 Porous electrically conductive member for use in water electrolysis, and functional water generator equipped with same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3918112A4 (en) * 2019-02-01 2022-10-26 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte
US11682783B2 (en) 2019-02-01 2023-06-20 Aquahydrex, Inc. Electrochemical system with confined electrolyte

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016133322A (en) 2018-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11682783B2 (en) Electrochemical system with confined electrolyte
US5306577A (en) Regenerative fuel cell system
US5277994A (en) Variable pressure passive regenerative fuel cell system
EP2247773B1 (en) Water management and cooling during electrolysis
US3172784A (en) Methods and apparatus for removing heat and water from a fuel cell
JP6332792B2 (en) Water electrolysis method and water electrolysis apparatus
DE19629719C2 (en) Water evaporation cooling system and process based on an electrolytic reaction
CA2819103A1 (en) Electrolysis method and electrolytic cells
US5407756A (en) Anode assembly for a variable pressure passive regenerative fuel cell system
RU2647841C2 (en) Water electrolyser and operation method thereof
US20170232385A1 (en) Dehumidifying and humidifying device
CN114430056A (en) Humidity control method for proton exchange membrane fuel cell system
DE1471750A1 (en) Fuel element and process for removing excess reaction products from this element
RU2501890C1 (en) Electrolytic cell to produce hydrogen and oxygen from water
JP5960464B2 (en) Charging / discharging system and its operation method
CN106784592B (en) A kind of soft-package battery liquid injection system and electrolyte filling method
JP5314273B2 (en) Electrolyzer and fuel cell power generation system using the same
CN217052429U (en) Water electrolysis device based on three-electrode system
RU2623437C1 (en) Electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen from water
JP7295704B2 (en) Method of operating electrolyzer and electrolyzer
KR102468372B1 (en) Water electrolysis device comprising an electrolyte correction unit equipped with a diaphragm
DE10306342A1 (en) Electrolysis arrangement for obtaining hydrogen and oxygen from water comprises an electrolysis cell having a current connection, electrolyte supplies , gas compartments, and a housing with a current feed and a gas outlets
JP2020012146A (en) Electrolysis tank, and method of using the same
JP7308361B2 (en) Electrolytic system and method of use
JP7269099B2 (en) Method of operating electrolyzer and electrolyzer