[发明专利]水电解系统及其控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。