水电解系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及水电解系统及其控制方法。一种水电解系统包括：一对电解池，用于容纳从电解水槽供应的电解水并且连接至氢罐和氧罐；一对活性电极，包括容纳在电解池中并且由活性电极引线连接至电力的阴极和阳极以将电解水电解，从而产生氢和氧；辅助电极，容纳在电解池中并且由辅助电极引线连接，以将电子提供给分离的电解池或从电解池接收电子；传感器，用于测量在电解池中生成的氢或氧的压力并且测量电解池的电解水容量；以及控制器，用于在接收到传感器的测量值时选择性地排放氢气或氧气，选择性地将电解水从电解水槽供应至电解池，并且选择性地控制电力的电流方向。

【技术实现步骤摘要】
水电解系统及其控制方法
本公开涉及一种水电解系统及其控制方法，并且更具体地，涉及一种分离电解池、消除膜的必要性、并且通过控制电流的施加方向通过氧化/还原反应在一对电解池中交替地生成氢和氧的系统，以及循环该系统的控制方法。
技术介绍
氢是一种能量密度非常高且每单位质量能量密度最高的对环境友好能量，作为下一代能量来源日益突出。产生高能量密度的氢的方法包括各种方法，诸如化石燃料重整、在工业过程中出现的副产物气体、生物质气化以及使用可再生能源的水电解。氢产生方法中的水电解是通过使用电将水分子分离成氢分子和氧分子来获得氢的方法。水电解是一种环境友好的制氢方法并且是制氢方法中最可靠的技术。水电解也被称为最便宜的制氢技术，其在系统的配置上是简单的并且在操作中是稳定的。相关技术的水电解装置包括作为必要部件以在单一电解池中产生氢和氧并且分离氢和氧的膜。在此，由于需要高价的膜，所以水电解装置的价格增加，并且当在低负载下操作或按压膜时，会出现氢和氧穿过膜的交叉现象。为了解决该问题，已经开发了一种使用分离的电解池并且使用辅助电极的水电解装置。然而，在所公开的水电解装置中，电解池被简单地分离，以及阳极仅连续产生氢并且阴极连续产生氧，使得难以将水电解装置作为自动循环系统进行商业化。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种水电解系统及其控制方法，其中，将电解池分离，因此消除膜的必要性，并且通过控制施加至电解池的电流的方向来交替地产生和循环氢和氧。根据本公开的实施方式，一种水电解系统包括：一对分离的电解池，被配置为容纳从电解水槽供应的电解水并且连接至氢罐和氧罐；一对活性电极，包括阴极和阳极，该阴极和阳极容纳在一对电解池中并且由活性电极引线连接至电力以将电解水电解，从而产生氢和氧；辅助电极，分别容纳在一对电解池中并且由辅助电极引线彼此连接，以将电子提供给分离的电解池或从分离的电解池接收电子；多个传感器，被配置为测量在电解池中生成的氢或氧的压力并且测量电解池的电解水容量；以及控制器，被配置为在接收到传感器的测量值时进行控制以选择性地排放氢气或氧气，进行控制以选择性地将电解水从电解水槽供应至电解池，并且选择性地控制电力的电流方向。传感器可以包括被配置为测量在每个电解池中生成的氢或氧的压力的压力传感器和被配置为测量电解水容量的电解水传感器，并且压力传感器和电解水传感器可以分别被定位在电解池上。水电解系统还可以包括连接至每个电解池以形成流动路径并且具有气体阀的至少一个管道，该流动路径允许将在活性电极中生成的氢气或氧气排放至氢罐或氧罐，该气体阀被设置在用于从电解池排放气体的入口处以选择性地打开和关闭流动路径。管道可以包括连接至氢罐并且具有氢阀的氢管道，以及连接至氧罐并且具有氧阀的氧管道，并且氢阀和氧阀可以由控制器控制以选择性地打开和关闭。管道被配置为单一管道，该单一管道连接至电解池并且具有连接至氢罐或氧罐的分支点，并且三通阀被设置在分支点处。当由压力传感器测量的气体的压力达到预定的气体排放压力时，控制器可以被配置为进行控制以打开容纳阳极的电解水的氧阀并且打开容纳阴极的电解水的氢阀，以将气体存储在氧罐和氢罐中。预定的气体排放压力是20巴或以上。当在电解水中生成的气体被排放并且由压力传感器测量的气体的压力等于或低于预定的电解水补充压力时，控制器可以进行控制以将电解水供应至电解池从而完全排放剩余的气体。预定的电解水补充压力是1巴或以下。当由电解水传感器测量的电解水的容量小于或等于预定容量时，控制器可以进行控制以打开电解水阀，并且当达到预定容量时，控制器可以进行控制以关闭电解水阀。当电解水达到预定容量时，控制器可以进行控制以关闭气体阀和电解水阀两者，并且通过改变从电力施加的电流的方向来施加电流，并且随着电流的方向被反向，阴极变成阳极并且阳极变成阴极，并且循环系统的操作。此外，一对电解池可以连续地以多个设置并且由同一控制器操作。电解水可以是NaOH或KOH水溶液。根据本公开的另一实施方式，一种控制水电解系统的方法包括：在一个方向上将电流施加至活性电极的电流施加操作；在提供电子的活性电极中生成氢并且在接收电子的活性电极中生成氧的气体生成操作；存储在电解池中生成的气体的气体存储操作；在电解池中补充电解水的电解水补充操作；以及通过在另一方向上将电流施加至活性电极来再执行气体生成操作的电流再施加操作。气体存储操作可以包括：当所产生的氢或氧的压力达到预定的气体排放压力时，由控制器进行控制以将气体排放至氢罐和氧罐的气体排放操作；以及当电解池的压力降低至预定的电解水补充压力时，阻断氢罐、氧罐与电解池之间的连接以停止排放气体的排放停止操作。气体排放压力可以是20巴，并且电解水补充压力可以是1巴。电解水补充操作可以包括：通过由控制器进行控制以连接电解池与电解水槽来引入电解水的电解水引入操作；以及当电解水的容量达到预定容量时，由控制器阻断电解池与电解水之间的连接并且停止电流施加的电流再施加准备操作。附图说明图1A和图1B是示出根据本公开的实施方式的水电解系统的视图。图2是根据本公开的实施方式的控制水电解系统的方法的流程图。图3是示出根据本公开的实施方式的水电解系统的电流施加操作和气体生成操作的视图。图4是示出根据本公开的实施方式的水电解系统的气体存储操作的视图。图5和图6是示出根据本公开的实施方式的水电解系统的电解水补充操作的视图。图7是示出根据本公开的实施方式的水电解系统的电流再施加操作的视图。具体实施方式在说明书中所公开的本公开的实施方式的具体结构或功能描述仅为了描述本公开的实施方式的目的而举例说明，并且本公开的实施方式可以以各种形式执行并且不应被解释为限制本文所描述的实施方式。本申请中所使用的术语仅用于描述特定实施方式，而并非旨在限制本公开。单数表达包括复数表达，只要它们在上下文中被清楚地区分即可。在本申请中，应理解的是，诸如“包含(comprising)”、“包括(including)”等术语旨在表示在说明书中存在所描述的特征、数字、步骤、操作、组成元件、部件或其组合，并且不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组成元件、部件或其组合的存在或添加。除非以不同方式定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的技术人员所理解的相同的含义。在通常使用的词典中定义的这些术语应被解释为具有与现有技术的上下文相同的含义，并且除非在本申请中清楚地定义，否则它们不应被解释为具有理想或过度正式的含义。在下文中，将参考附图详细地描述本公开的实施方式。在附图中相同的组成元件由相同的附图标记表示。本公开涉及一种用于产生氢的水电解系统及其控制方法，并且涉及一种循环系统，在该循环系统中，将电流施加至独立地分离的一对电解池100以在发生氧化反应的电解池100的活性电极200中产生氧，并且在发生还原反应的电解池100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水电解系统，包括：/n分离的一对电解池，被配置为容纳从电解水槽供应的电解水并且连接至氢罐和氧罐；/n一对活性电极，包括阴极和阳极，所述阴极和所述阳极容纳在所述一对电解池中并且由活性电极引线连接至电力以将电解水电解，从而分别产生氢和氧；/n辅助电极，分别容纳在一对所述电解池中并且由辅助电极引线彼此连接，以将电子提供给所分离的电解池或者从所分离的电解池接收电子；/n多个传感器，被配置为测量在所述电解池中生成的氢或氧的压力并且测量所述电解池的电解水容量；以及/n控制器，被配置在接收到传感器的测量值时进行控制以选择性地排放氢气或氧气，进行控制以选择性地将电解水从所述电解水槽供应至所述电解池，并且选择性地控制所述电力的电流方向。/n

【技术特征摘要】
20191212 KR 10-2019-01660311.一种水电解系统，包括：
分离的一对电解池，被配置为容纳从电解水槽供应的电解水并且连接至氢罐和氧罐；
一对活性电极，包括阴极和阳极，所述阴极和所述阳极容纳在所述一对电解池中并且由活性电极引线连接至电力以将电解水电解，从而分别产生氢和氧；
辅助电极，分别容纳在一对所述电解池中并且由辅助电极引线彼此连接，以将电子提供给所分离的电解池或者从所分离的电解池接收电子；
多个传感器，被配置为测量在所述电解池中生成的氢或氧的压力并且测量所述电解池的电解水容量；以及
控制器，被配置在接收到传感器的测量值时进行控制以选择性地排放氢气或氧气，进行控制以选择性地将电解水从所述电解水槽供应至所述电解池，并且选择性地控制所述电力的电流方向。


2.根据权利要求1所述的水电解系统，其中，
所述传感器包括被配置为测量在每个电解池中生成的氢或氧的压力的压力传感器和被配置为测量电解水容量的电解水传感器，并且所述压力传感器和所述电解水传感器分别被定位在所述电解池上。


3.根据权利要求2所述的水电解系统，还包括：
至少一个管道，连接至每个电解池以形成流动路径并且具有气体阀，所述流动路径允许将在所述活性电极中生成的氢气或氧气排放至氢罐或氧罐，所述气体阀被定位在用于从所述电解池排放气体的入口处以选择性地打开和关闭所述流动路径。


4.根据权利要求3所述的水电解系统，其中，
所述管道包括连接至所述氢罐并且具有氢阀的氢管道，以及连接至所述氧罐并且具有氧阀的氧管道，并且所述氢阀和所述氧阀由所述控制器控制以选择性地打开和关闭。


5.根据权利要求3所述的水电解系统，其中，
所述管道被配置为单一管道，所述单一管道连接至所述电解池并且具有连接至所述氢罐或所述氧罐的分支点，并且三通阀被定位在所述分支点处。


6.根据权利要求5所述的水电解系统，其中，
所述控制器被配置为，当由所述压力传感器测量的气体的压力达到预定的气体排放压力时，进行控制以打开容纳所述阳极的所述电解水的所述氧阀并且打开容纳所述阴极的所述电解水的所述氢阀，以将气体存储在所述氧罐和所述氢罐中。


7.根据权利要求6所述的水电解系统，其中，
所述预定的气体排放压力是20巴或以上。


8.根据权利要求6所述的水电解系统，其中，
当在所述电解水中生成的所述气体被排放并且由所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔胜贤，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR