利用膜除氢制造技术

电解系统包括配置为通过电解将水转换成氧气和氢气的电解槽电池，以及与电解槽电池的下游可操作地联接并配置为接收电解槽电池输出的水溶液的膜脱气器。膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水。膜脱气器将脱气水输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。然后再循环到电解槽电池。然后再循环到电解槽电池。

【技术实现步骤摘要】
利用膜除氢
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本非临时申请根据35U.S.C.
§
119(e)和任何其他适用的法律或法规，要求2022年4月25日提交的美国临时专利申请序列第63/334，245号的权益和优先权，该申请的全部内容通过援引在此明确并入本文中。


[0003]本公开通常涉及电解系统和/或电解槽电池使用方法。

技术介绍

[0004]电解过程产生的溶液包含溶解氢气达到饱和的水。当溶液离开电解槽的加压部分时，气体会从溶液中逸出。将水放入脱气罐，并在大气压下保存一段时间，便可去除水中的气体。
[0005]概述
[0006]为满足这些以及其他需求，本文包括了本专利技术的实施例。
[0007]在本文所述的一个方面，电解系统包括电解槽电池和膜脱气器。电解槽电池配置为通过电解输出包含水和氢气的水溶液。膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接。膜脱气器配置为接收电解槽电池输出的水溶液。膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水并将其输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。
[0008]在一些实施例中，膜脱气器可以包括将管道包裹在内的外壳。在一些实施例中，膜脱气器可以包括多个膜构件，它们沿着外壳的长度并平行于管道延伸。在一些实施例中，可以将所述多个膜构件布置成环绕外壳内的管道。
[0009]在一些实施例中，所述多个膜构件中的每个膜构件都可以是中空管。在一些实施例中，每个膜构件的中空管可以是纤维管。在一些实施例中，纤维管可以由聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯或聚乙烯这几种材料中的至少一种制成。
[0010]在一些实施例中，膜脱气器可以包括滤芯衬套，它布置在外壳内部，与外壳内壁的表面相邻。在一些实施例中，电解系统还可以包括联接在电解槽电池与膜脱气器之间的气体分离器罐，其中，气体分离器罐可以配置为接收电解槽电池输出的水溶液，以从中去除至少一部分氢气。在一些实施例中，电解系统还可以包括泵，其中，泵联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。
[0011]根据本文所述的第二个方面，脱气装置包括外壳和多个膜构件。外壳将管道包裹在内。管道沿着外壳的长度延伸并进行可操作地联接，以输出包含水和氢气的水溶液。管道限定多个开口，这些开口配置为通过管道分散至少一部分水溶液，并收集外壳内部的至少一部分水溶液。所述多个膜构件向内延伸到外壳并沿着整个外壳的长度平行于管道延伸。所述多个膜构件布置成环绕管道。所述多个膜构件中的每个膜构件进行可操作地联接，以输出剥离气体，这些气体配置为可分离水溶液内的氢气，并通过多个开口去除管道中的分离氢气，以便在管道中产生脱气水。
[0012]在一些实施例中，外壳可以限定一个用来接收流经水溶液的进液口，和一个用来输出脱气水的出液口。在一些实施例中，可以将管道的第一个端部与进液口可操作地联接，将与管道第一个端部相对的第二个端部与出液口可操作地联接。
[0013]在一些实施例中，外壳可以限定一个用来接收剥离气体的进气口，和一个用来输出剥离气体和分离氢气的出气口，其中，进液口和出气口可以布置在外壳的第一个端部附近，出液口和进气口可以布置在与外壳第一个端部相对的第二个端部附近。在一些实施例中，可以将所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部与进气口联接，将与所述多个膜构件中的每个膜构件的第一个端部相对的第二个端部与出气口联接。
[0014]附图简要说明
[0015]详细说明特别提到以下附图，其中：
[0016]图1A是根据本公开的电解槽电池堆的透视图；
[0017]图1B是配置为使用图1A所示电解槽电池堆的电解系统的示意图；
[0018]图1C是图1B所示电解系统的附加部分的示意图；
[0019]图2是运行电解装置的示例性系统的框图；
[0020]图3是另一个运行电解装置的示例性系统的方框图；
[0021]图4展示了图3中的示例性系统的膜脱气器的示例性实现方式。
[0022]详细说明
[0023]电解是一种利用电力将水转换成氢气和氧气的电化学反应。因此，除其他应用外，电解还可用于产生氢气。使用可再生能源产生的电力完成电解过程时，可以产生氢气并实现温室气体零排放。
[0024]如图1A和1B所示，电解系统10通常配置为利用水和电产生氢气和氧气。电解系统10通常包含一个或多个电解槽电池80，这些电解槽电池通过化学方法，利用电从去离子水中产生基本纯净的氢气和氧气。电解系统10的电源通常来自于电力或发电系统，包括用于生产绿色氢气的可再生能源系统，例如风能、太阳能、水电和地热源。反过来，电解系统10产生的纯氢气通常又作为燃料或能源，用于那些相同的发电系统，例如燃料电池系统。或者，电解系统10产生的纯氢气可以存储起来以备后用。
[0025]典型的电解槽电池80或电解池80由多个组件构成，这些组件经压缩捆绑形成单个组件，多个电解槽电池80可以彼此堆叠，连同其间的双极板(BPP)84、85形成电解槽电池堆(例如图1A中的电解槽电池堆11、12)。每个电解槽电池堆11、12均可容纳串联和/或并联在一起的多个电解槽电池80。在电解系统10中，电解槽电池堆11、12的数量可以根据满足任何负载(例如燃料电池堆)的功率需求所需的功率值而变化。在电解槽电池堆11、12中，电解槽电池80的数量可以根据电解系统10(包括电解槽电池堆11、12)运行时所需的功率值而变化。
[0026]电解槽电池80包含多部件膜电极组件(MEA)81，该组件具有电解质81E、阳极81A和阴极81C。通常，膜电极组件(MEA)81的阳极81A、阴极81C和电解质81E配置为多层布置，以通过水与一个或多个气体扩散层82、83的接触来激活电化学反应，从而产生氢气和/或氧气。气体扩散层(GDL)82、83也可称为多孔传输层(PTL)82、83，通常位于MEA81的一侧或两侧。双极板(BPP)84、85通常位于GDL82、83的两侧，并使电解槽电池堆11、12的各个电解槽电池80彼此分离。一个双极板85与相邻的气体扩散层82、83和MEA81可形成一个重复单元88。
[0027]如图1B和1C所示，示例性电解系统10可包括两个电解槽电池堆11、12和流体回路10FC，该流体回路包括各种流体通道(如图1B和1C所示)，它们配置为从/向电解系统10传送、注入和排出流体和其他成分。本领域技术人员应当理解，电解系统10可以使用流体回路10FC中的一种或多种组件组合，以及多于或少于两个电解槽电池堆11、12。例如，电解系统10可以包括电解槽电池堆11，而在其他示例中，电解系统10可以包括三个或更多电解槽电池堆11。
[0028]电解系统10中可以包括其中一种或多种类型的电解槽电池堆11、12。在图示说明的实施例中，电池堆11、12可以使用聚合物电解质膜(PEM)电解槽电池80。PEM电解槽电池80通常在约4℃至约150℃的温度下运行，包括其中包括的任何具体温度或任何范围的温度。PEM电解槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电解系统包括：电解槽电池，配置为通过电解输出包含水和氢气的水溶液；和膜脱气器与电解槽电池的下游可操作地联接，配置为接收电解槽电池输出的水溶液，其中，膜脱气器配置为去除水溶液中的氢气，以产生脱气水并将其输出到水罐，然后再循环到电解槽电池。2.权利要求1所述的电解系统，其中，膜脱气器包括将管道包裹在内的外壳。3.权利要求2所述的电解系统，其中，膜脱气器包括多个膜构件，它们沿着外壳的长度并平行于管道延伸。4.权利要求3所述的电解系统，其中，所述多个膜构件布置成环绕外壳内的管道。5.权利要求4所述的电解系统，其中，所述多个膜构件中的每个膜构件都是中空管。6.权利要求5所述的电解系统，其中，每个膜构件的中空管都是纤维管。7.权利要求6所述的电解系统，其中，纤维管由聚丙烯、聚醚砜、聚偏(二)氟乙烯或聚乙烯这几种材料中的至少一种制成。8.权利要求2所述的电解系统，其中，膜脱气器包括滤芯衬套，它布置在外壳内部，与外壳内壁的表面相邻。9.权利要求1所述的电解系统，还包括联接在电解槽电池与膜脱气器之间的气体分离器罐，其中，气体分离器罐配置为接收电解槽电池输出的水溶液，以从中去除至少一部分氢气。10.权利要求1所述的电解系统，还包括泵，其中，泵可操作地联接在水罐与电解槽电池之间，用以将来自水罐的水引导至电解槽电池。11.脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：洁能氏公司，
类型：发明
国别省市：