碱性水电解装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了碱性水电解装置及其驱动方法。所述碱性水电解装置包括水电解堆、电压施加单元、电压移除单元和控制器。所述水电解堆包括多个膜‑电极组件(MEA)并电解碱性水溶液以产生氢气和氧气。所述电压施加单元将电解所需的电压输出到所述水电解堆。当所述水电解堆处于无负载状态时，所述电压移除单元与所述水电解堆电连接以消耗并移除所述水电解堆的残余电压。所述控制器控制所述水电解堆、电压施加单元和电压移除单元的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱性水电解装置及其驱动方法
本专利技术涉及碱性水电解装置，更具体地，涉及抑制水电解堆的劣化的碱性水电解装置及其驱动方法。
技术介绍
基于水电解装置的氢能具有高效率，具有丰富的燃料(水)，并且不排放污染物诸如氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)。可以通过电解纯水或电解碱性水溶液来生产氢气。阴离子交换膜(AEM)用于碱性水电解方法。在AEM方法中，单元电池包括AEM、在AEM的一侧上形成的阳极和在AEM的另一侧上形成的阴极。将多个单元电池串联堆叠以构成水电解堆，并且该水电解堆接收来自电解质槽的碱性水溶液(KOH或NaOH)。在AEM方法中，由碱性水溶液(NaOH或KOH)分解的氢氧根离子在阳极处被催化反应以产生氧气、水和电子，并且该电子沿外部导线移动到阴极。在阴极处，电子和水被催化反应以产生氢气和氢氧根离子。如果碱性水电解装置被任意停止，则对水电解堆的电压供给被停止，但随着碱性水溶液在堆内部继续循环，水电解堆的温度降低。在无负载状态下，水电解堆中存在残余电压并加速阳极和阴极的催化剂以及AEM的劣化。这导致碱性水电解装置的性能和寿命的劣化。【技术问题】本专利技术致力于提供一种碱性水电解装置及其驱动方法，其具有通过防止水电解堆在停止时暴露于无负载状态来抑制电极催化剂和阴离子交换膜(AEM)的劣化并提高水电解堆的耐久性的优点。【技术方案】本专利技术的示例性实施方案提供了一种碱性水电解装置，其包括水电解堆、电压施加单元、电压移除单元和控制器。所述水电解堆可以包括多个膜-电极组件(MEA)并电解碱性水溶液以产生氢气和氧气。所述电压施加单元可将电解所需的电压输出到所述水电解堆。当所述水电解堆处于无负载状态时，所述电压移除单元可以与所述水电解堆电连接以消耗并移除所述水电解堆的残余电压。所述控制器可控制所述水电解堆、电压施加单元和电压移除单元的操作。所述电压移除单元可以包括电压消耗装置和当水电解堆处于无负载状态时由控制器接通的开关，以将电压消耗装置和水电解堆电连接。所述水电解堆可以供有来自电解质槽的碱性水溶液，并且所述电压消耗装置可以被构造为安装在电解质槽中的辅助加热器。所述水电解堆可以供有通过安装有散热器的管道来自电解质槽的碱性水溶液，并且所述电压消耗装置可以被构造为安装在散热器处的冷却风扇。多个MEA中的每一个可以包括阴离子交换膜(AEM)。本专利技术的另一实施方案提供了一种碱性水电解装置的驱动方法，所述方法包括：第一操作，其中当停止程序启动时将电解质槽的加热器同时关闭，并且降低电压施加单元的输出电压；第二操作，其中控制器感测水电解堆的电压并将所感测的电压与第一参考电压进行对比；第三操作，其中当所感测的电压等于或低于第一参考电压时，将电压施加单元关闭，将电压消耗装置与所述水电解堆电连接以消耗所述水电解堆的残余电压；第四操作，其中所述控制器将所感测的电压与第二参考电压进行对比；和第五操作，其中当所感测的电压等于或低于第二参考电压时，将电解质循环泵和所述电压消耗装置关闭。所述水电解堆可以包括含有阴离子交换膜(AEM)的单元电池。所述第一参考电压可以高于所述单元电池的理论电解电压，所述第二参考电压可以低于所述单元电池的理论电解电压。在第一操作至第四操作中，所述水电解堆可以供有通过安装有散热器的管道来自电解质槽的碱性水溶液。在第三操作中，所述电压消耗装置可以被构造为安装在电解质槽处的辅助加热器或安装在散热器处的冷却风扇。在第三操作中，所述控制器可以将连接到水电解堆的排放阀打开以降低水电解堆的内部压力，并且将冷却风扇打开以冷却碱性水溶液。第四操作还可包括这样的操作，其中当所感测的电压等于或低于第二参考电压时，关闭排放阀并且控制器感测水电解堆的温度并将所感测的温度与设定温度进行对比。当所感测的温度等于或低于设定温度时，可以执行第五操作，并且可以在第五操作中关闭冷却风扇。【有益效果】根据本专利技术的示例性实施方案，碱性水电解装置使用电压移除单元消耗并移除水电解堆的残余电压。因此，水电解堆不暴露于无负载状态，以防止阳极和阴极的催化剂以及AEM的劣化，从而提高寿命和耐久性。【附图说明】图1是图示说明根据本专利技术的一个示例性实施方案的水电解装置的构造的视图。图2是图示说明图1中所示的水电解堆的单个单元电池的示意性横截面图。图3是图示说明图1中所示的电压消耗装置的第一示例性实施方案的构造的视图。图4是图示说明图1中所示的电压消耗装置的第二示例性实施方案的构造的视图。图5是图示说明当根据本专利技术的一个示例性实施方案的碱性水电解装置停止时的驱动方法的流程图。具体实施方式下面将参考附图更全面地描述本专利技术，附图中示出了本专利技术的示例性实施方案。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式修改所描述的实施方案，所有这些都不脱离本专利技术的范围。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括(comprise)”和其变体诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将被理解为暗示包括所列出的要素但不排除任何其他要素。在附图中，出于描述目的，任意地示出了组件的尺寸和厚度，因此本专利技术不受限于附图的图示说明。图1是图示说明根据本专利技术的一个示例性实施方案的水电解装置的构造的视图。参照图1，水电解装置100包括水电解堆10、电解质供给单元20、电压施加单元30、电压移除单元40和控制器50。水电解堆10具有其中多个单元电池串联连接并堆叠的结构。图2是图示说明图1中所示的水电解堆的单个单元电池的示意性横截面图。参照图2，水电解堆10的单元电池包括膜-电极组件(MEA)11和设置在MEA11的两侧上的一对隔板17。MEA11包括阴离子交换膜(AEM)12、紧密地附着于AEM12的一侧的阳极13和紧密地附着于AEM12的另一侧的阴极14。阳极13和阴极14各自包括形成为导电多孔体的电极支撑件131和141以及形成在电极支撑件131和141面向AEM12的一个表面上的催化剂层132和142。可以将形成为导电多孔体的气体扩散层15设置在阳极13和阴极14的外部，并且可以将密封用的垫圈16固定至MEA11的边缘。作为金属板的隔板17将两个相邻的MEA11串联连接并牢固地支撑MEA11。可以将一个隔板17设置在两个相邻的MEA11之间，其被称为双极板。在隔板17处形成流动路径(未示出)，以将碱性水溶液供给到MEA11。参照图1和图2，电解质供给单元20包括储存碱性水溶液的电解质槽21和将碱性水溶液从电解质槽21供给至水电解堆10的泵(电解质循环泵)22。电解质槽21包括用于升高碱性水溶液的温度的加热器23和用于检测碱性水溶液的水位的水位传感器24。可以将散热器25安装在设置有泵22的碱性水溶液的供给管中。作为空冷式热交换器的散热器25包括用于空气循环的冷却风扇26，并且当冷却风扇26运行时冷却供给至水电解堆10的碱性水溶液。水电解堆10消耗部分量的所供给的碱性水溶液并将剩余的碱性水溶液再次排放到电解质槽21。即，碱性水溶液通过水电解堆10和电解质槽21循环。可以将感测碱性水溶液的排放流量的流量传感器27安装在碱性水溶液的排出管中。将电压施加单元30电连接到电源(未示出)和水电解堆10，并将电解碱性水溶液所需的电压施加到水电解堆10。将电源电连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碱性水电解装置，其包括：水电解堆，其包括多个膜‑电极组件(MEA)并电解碱性水溶液以产生氢气和氧气；电压施加单元，其将电解所需的电压输出到所述水电解堆；电压移除单元，当所述水电解堆处于无负载状态时，所述电压移除单元与所述水电解堆电连接以消耗并移除所述水电解堆的残余电压；和控制器，其控制所述水电解堆、所述电压施加单元和所述电压移除单元的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.18 KR 10-2016-00609371.碱性水电解装置，其包括：水电解堆，其包括多个膜-电极组件(MEA)并电解碱性水溶液以产生氢气和氧气；电压施加单元，其将电解所需的电压输出到所述水电解堆；电压移除单元，当所述水电解堆处于无负载状态时，所述电压移除单元与所述水电解堆电连接以消耗并移除所述水电解堆的残余电压；和控制器，其控制所述水电解堆、所述电压施加单元和所述电压移除单元的操作。2.权利要求1的碱性水电解装置，其中：所述电压移除单元包括电压消耗装置和当所述水电解堆处于无负载状态时由所述控制器接通的开关，以将所述电压消耗装置和所述水电解堆电连接。3.权利要求2的碱性水电解装置，其中：所述水电解堆供有来自电解质槽的碱性水溶液，并且所述电压消耗装置被构造为安装在所述电解质槽中的辅助加热器。4.权利要求2的碱性水电解装置，其中：所述水电解堆供有通过安装有散热器的管道来自电解质槽的碱性水溶液，并且，所述电压消耗装置被构造为安装在所述散热器处的冷却风扇。5.权利要求1-4中任一项的碱性水电解装置，其中：所述多个MEA中的每一个都包括阴离子交换膜(AEM)。6.碱性水电解装置的驱动方法，所述驱动方法包括：第一操作，其中当停止程序启动时将电解质槽的加热器同时关闭，并且降低电压施加单元的输出电压；第二操作，其中控制器感测水电解堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：安喆洙，姜兌坤，
申请(专利权)人：株式会社斗山，
类型：发明
国别省市：韩国,KR