專利名稱：高壓電解裝置和使這類裝置惰化的方法
高壓電解裝置和使這類裝置惰化的方法本發(fā)明涉及用于將水分解成氫和氧的高壓電解裝置。更具體地，本發(fā)明涉及包含 由多個電解池構(gòu)成的電解堆的這類裝置，這些電解池各自包含陽極和陰極。該裝置進一步 包含向所述陽極和陰極供應(yīng)水的水循環(huán)系統(tǒng)。該循環(huán)系統(tǒng)本身包含水循環(huán)線路、循環(huán)泵、用 于使在所述電解堆中產(chǎn)生的氣態(tài)氫與水分離的第一分離器和用于使在所述電解堆中產(chǎn)生 的氧與水分離的第二分離器，所述裝置進一步包含用于向所述循環(huán)線路供應(yīng)去離子水以補 償由于產(chǎn)生氣態(tài)氫和氧而消耗的水的水力供應(yīng)器，并最后包含用于在該裝置停機時使第一 和第二分離器惰化的停息器。本發(fā)明還涉及在上述類型的裝置停機時使該裝置惰化的方法。
根據(jù)上述序言的電解裝置是已知的?，F(xiàn)有技術(shù)的這類裝置示意性地顯示在附

圖1 中。該圖顯示了封住電解堆5的壓力室3、第一分離器7和第二分離器9。在這方面需要指 出，在這些裝置的一些不同的實施方案中，可以省略壓力室。提供雙循環(huán)線路11、13，以向該 電解堆供應(yīng)電解質(zhì)(在本例中，是其中溶解有合適的物質(zhì)(例如氫氧化鉀)的水)。所述循 環(huán)線路11、13是雙路的。其由通過電解堆的陰極的陰極線路11以及通過陽極的陽極線路 13形成。這兩個線路11和13具有通過循環(huán)泵15的共用部分。泵15的作用是使電解質(zhì)在 雙循環(huán)線路11、13中的回路中循環(huán)。在離開堆5后，使一部分電解溶液進入陰極線路11直 到第一分離器7，并使其余溶液進入陽極線路直到第二分離器9。從陰極進入第一分離器7 的液體含有氣態(tài)氫。類似地，來自陽極的液體含有氣態(tài)氧。在分離器3、5中發(fā)生液體和氣 體的分離。然后將脫氣液體送回循環(huán)泵15。氫和氧積聚在這兩個分離器各自的上部。第一分離器7裝有測定整個裝置的工作 壓力(通常為5至30巴)的壓力調(diào)節(jié)閥17。當分離器7內(nèi)的壓力達到閥17的極限值時， 所述閥能使已產(chǎn)生的氫逸出。由于在此過程中氧繼續(xù)積聚在第二分離器9中，所述分離器 中的水位降低，根據(jù)連通器原理，第一分離器7內(nèi)的水位上升。這兩個分離器各自裝有水位 計(分別標作19和20)。第二分離器9進一步配有減壓閥23，當水位計指示分離器中的水 位差超過預(yù)定值時，閥23打開并使氧逸出直至兩個水位相等。該電解裝置的運行涉及逐漸破壞其所容納的水。當這兩個分離器中的水位和下降 低于預(yù)定值時，水力供應(yīng)器被觸發(fā)以向循環(huán)線路11、13供應(yīng)冷水。如圖1中所示，該水力供 應(yīng)器包含去離子水儲器25和將該儲器與循環(huán)線路連接的管道28。進一步提供供應(yīng)泵27， 以將冷水送入循環(huán)線路。該電解裝置進一步裝有用于在該裝置停機時使第一和第二分離器惰化的停息器。 該停息器包含加壓氮儲器30和將該氮儲器與兩個分離器7、9連接的供應(yīng)管道32。當要停 止該裝置時，打開閥34，使氮流入分離器，優(yōu)選大量流入。同時，打開第一分離器7上的減壓 閥36和第二分離器9上的減壓閥23。由此，氮攜帶著分離器7中所含的氫通過閥36離開 第一分離器。類似地，氮可攜帶著分離器9中所含的氧經(jīng)由閥23選出。這種工作方式可使 這兩個分離器排空，并因此特別能夠避免由于存在氫的任何爆炸危險。與剛才描述的這些相同類型的電解裝置表現(xiàn)出一些缺點。首先，停息器需要提供 大量的加壓氮。此外，在惰化過程中，第一分離器7中所含的氫損失，因為其與大量氮混合并然后被釋放到大氣中。本發(fā)明特別旨在克服上述缺點。通過提供序言中所述類型的電解裝置，實現(xiàn)了這 一目的，其特征在于停息器包含分別位于第一和第二分離器上的第一和第二減壓閥，所述 減壓閥用于同時釋放這兩個分離器中的壓力，并使這兩個分離器內(nèi)的水位保持基本恒定， 且所述裝置的特征在于，提供該停息器以控制所述水力供應(yīng)器，以致一旦這兩個分離器已 實質(zhì)減壓，就用水完全裝滿這兩個分離器。要理解的是，根據(jù)本發(fā)明，所述裝置的水力供應(yīng)器用于向分離器供應(yīng)惰化流體。這一特征意味著不必提供加壓氮儲器，這大大降低了電解裝置的維護成本。此外，水力供應(yīng)器與在正常運行中用于補充循環(huán)線路11的冷水的水力供應(yīng)器是 相同的。由于在停息階段中和在正常運行階段中使用相同的設(shè)備，因而能夠大大簡化本發(fā) 明的設(shè)計。在本發(fā)明的有利變體中，在惰化階段中在所述兩個分離器7、9完全裝滿水時從第 一分離器中逐出的氫被回收而不是被釋放到大氣中。實際上，由于氫不與氮混合，其品質(zhì)不 受惰化過程影響，因此可以回收。優(yōu)選地，停息器也用于在打開所述減壓閥之前中斷電解堆的供電。在另一優(yōu)選特 征中，停息器可用于在第一分離器中的氫壓降至低于2巴時使水力供應(yīng)器開始填充這兩個 分罔器。在另一有利的特征中，停息器自動控制水力供應(yīng)器。也可以有利地自動控制所述 兩個減壓閥。在優(yōu)選實施方案中，第一減壓閥將氫釋放到大氣中。在另一方面中，本發(fā)明還旨在通過提供序言中所述類型的電解裝置來克服上述缺 點，其特征在于所述水力供應(yīng)器包含去離子水儲器，其與將該儲器在循環(huán)泵入口上游與循 環(huán)線路連通的管道連接，且所述裝置的特征在于所述管道裝有在該循環(huán)系統(tǒng)中的水量降至 低于預(yù)定水平時打開的閥。在該第二方面的優(yōu)選特征中，所述管道裝有回流防止器。此外，在有利的實施方案 中，所述循環(huán)線路裝有位于該管道與循環(huán)線路匯合點上游的循環(huán)閥，所述循環(huán)閥用于減少 出自所述兩個交換器的水流，從而提高來自水力供應(yīng)器的水比例。在再一方面中，本發(fā)明涉及在用于將水分解成氫和氧的高壓電解裝置停機時使該 裝置惰化的方法，所述裝置包含由多個各自包含陽極和陰極的電解池構(gòu)成的電解堆、向所 述陽極和陰極供應(yīng)水的水循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包含水循環(huán)線路、循環(huán)泵、用于使在所述電 解堆中產(chǎn)生的氣態(tài)氫與水分離的第一分離器和用于使在所述電解堆中產(chǎn)生的氧與水分離 的第二分離器，所述裝置進一步包含用于向所述循環(huán)線路供應(yīng)去離子水以補償由于產(chǎn)生氣 態(tài)氫和氧而消耗的水的水力供應(yīng)器，并最后包含用于在該裝置停機時使第一和第二分離器 惰化的停息器，其中該停息器包含分別位于第一和第二分離器上的第一和第二減壓閥，該 方法的特征在于其包括下述步驟-同時釋放所述兩個分離器中的壓力，并使這兩個分離器內(nèi)的水位保持基本恒定， 禾口-控制所述水力供應(yīng)器，使得一旦所述兩個分離器已實質(zhì)減壓，就用水完全裝滿這 兩個分離器。在該方法的有利的實施方案中，在打開所述減壓閥之前中斷電解堆的供電，在第一分離器中的氫壓降至低于2巴時通過水力供應(yīng)器填充所述兩個分離器。優(yōu)選地，自動控制水力供應(yīng)器和所述兩個減壓閥，第一減壓閥(36)將氫釋放到大 氣中。在閱讀僅作為非限制性實例并參照附圖給出的下述描述后，可清楚看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，其中-圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電解裝置的示意圖；-圖2是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方案的電解裝置的示意圖。簡單地從圖1中除去氮儲器30、供應(yīng)管道32和閥34，提供與本發(fā)明的第一實施方 案對應(yīng)的簡化電解裝置的示意圖。除了停息段之外，圖1中所示的電解裝置的運行原理與上述現(xiàn)有技術(shù)裝置完全相 同。唯一差別在于停息段和與該段相關(guān)的裝置。實際上，在本例中，當所述裝置的停息被觸 發(fā)(自動地或由操作者觸發(fā))時，以受控方式打開減壓閥36和23，以同時釋放所述兩個分 離器中的壓力，并使所述分離器內(nèi)的水位保持基本恒定。閥36和23釋放的氫和氧分別經(jīng) 由排氣管38和39離開該裝置以便回收。排氣管38和39可以與在該裝置正常運行過程中 用于移出產(chǎn)生的氣體的那些管道相同。當釋放分離器中的壓力時，水位計19和20控制各 分離器中的水位。一旦分離器7、9中的壓力降至低于大約2巴，就自動啟動水力供應(yīng)器并向該循環(huán) 線路供應(yīng)水，以提高所述兩個分離器中的液位直至它們被完全裝滿，由此逐出分離器中所 含的所有氫和所有氧。一旦該操作完成，停止供應(yīng)泵27和循環(huán)泵15，并關(guān)閉所有閥。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的電解裝置的示意圖。在圖2中，已聯(lián)系圖1 描述的部件帶有相同標號。圖2中所示的電解裝置與圖1中所示的裝置的基本區(qū)別在于，只有一個泵31承擔 循環(huán)泵和供應(yīng)泵的功能。為此，將泵31置于管道28和循環(huán)線路13之間的匯合點下游。該圖顯示，將供應(yīng) 閥35安裝在線路28上在第一實施方案中供應(yīng)泵27所在之處。此外，將第二閥37和止回 閥38安裝在循環(huán)線路上在所述線路與管道28之間的匯合點上游。要指出，可以省略止回 閥?？梢岳斫?，通過控制閥35和37的相對打開，可以控制供應(yīng)的冷水相對于循環(huán)的電解質(zhì) 的量，而不必使用兩個泵。本實例的變體的主要優(yōu)點因此在于，可以省卻兩個泵之一，由此 簡化該裝置，限制該裝置出故障的風險并使其更便宜。還可以理解，可以在不偏離如所附權(quán)利要求中所述的本發(fā)明保護范圍的情況下對 本發(fā)明的實施方案作出本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種修改和/或改進。特別地，本發(fā)明 的主題不限于將使用水力供應(yīng)器進行惰化的特征與只有一個泵31 (其同時承擔循環(huán)泵和 供應(yīng)泵功能)的特征結(jié)合在一起的電解裝置。本發(fā)明的電解裝置只需包含這兩個特征的任一項。
權(quán)利要求
用于將水分解成氫和氧的高壓電解裝置，所述裝置包含由多個各自包含陽極和陰極的電解池構(gòu)成的電解堆(5)、向所述陽極和陰極供應(yīng)水的水循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包含水循環(huán)線路(11，13)、循環(huán)泵(15)、用于使在電解堆(5)中產(chǎn)生的氣態(tài)氫與水分離的第一分離器(7)和用于使在電解堆(5)中產(chǎn)生的氧與水分離的第二分離器(9)，所述裝置進一步包含用于向循環(huán)線路(11，13)供應(yīng)去離子水以補償由于產(chǎn)生氣態(tài)氫和氧而消耗的水的水力供應(yīng)器，并最后包含用于在該裝置停機時將第一和第二分離器(7，9)惰化的停息器，所述裝置的特征在于所述停息器包含分別位于第一和第二分離器(7，9)上的第一和第二減壓閥(36，23)，所述安全閥用于同時釋放這兩個分離器中的壓力，并使這兩個分離器內(nèi)的水位保持基本恒定，且所述裝置的特征在于提供所述停息器以控制所述水力供應(yīng)器，使得一旦所述兩個分離器(7，9)已實質(zhì)減壓，就用水完全裝滿這兩個分離器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電解裝置，其特征在于所述停息器還用于在打開所述減壓閥(36， 23)之前中斷電解堆(5)的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的電解裝置，其特征在于所述停息器用于在第一分離 器(7)中的氫壓降至低于2巴時使水力供應(yīng)器開始填充所述兩個分離器(7，9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的電解裝置，其特征在于所述停息器自動控制水力供應(yīng)器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的電解裝置，其特征在于自動控制所述兩個減壓閥(36，23)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的電解裝置，其特征在于第一減壓閥(36)將氫釋放到大 氣中。
7.用于將水分解成氫和氧的高壓電解裝置，所述裝置包含由多個各自包含陽極和陰 極的電解池構(gòu)成的電解堆(5)、向所述陽極和陰極供應(yīng)水的水循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包含水 循環(huán)線路(11，13)、循環(huán)泵(15)、用于從水中提取通過所述裝置的運行而產(chǎn)生的氣態(tài)氫的 第一分離器(7)和用于從水中提取出通過所述裝置的運行而產(chǎn)生的氧的第二分離器(9)， 所述裝置進一步包含用于向所述循環(huán)線路供應(yīng)去離子水以補償該裝置運行過程中消耗的 水的水力供應(yīng)器，并最后包含用于在該裝置停機時使第一和第二分離器(7，9)惰化的停息 器，所述裝置的特征在于，所述水力供應(yīng)器包含去離子水儲器(25)，去離子水儲器(25)與 將該儲器在循環(huán)泵(31)入口上游與循環(huán)線路(11，13)連通的管道(28)連接，且所述裝置 的特征在于所述管道裝有在所述循環(huán)系統(tǒng)中的水量降至低于預(yù)定水平時打開的閥(35)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電解裝置，其特征在于所述管道(28)裝有回流防止器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的電解裝置，其特征在于所述循環(huán)線路具有位于管道 (28)與循環(huán)線路(11，13)匯合點上游的循環(huán)閥(37)，所述循環(huán)閥(37)用于減少出自所述 兩個交換器(7，9)的水流，從而提高來自水力供應(yīng)器的水的比例。
10.在用于將水分解成氫和氧的高壓電解裝置停機時使該裝置惰化的方法，所述裝置 包含由多個各自包含陽極和陰極的電解池構(gòu)成的電解堆(5)、向所述陽極和陰極供應(yīng)水的 水循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包含水循環(huán)線路(11，13)、循環(huán)泵(15)、用于使在電解堆(5)中產(chǎn) 生的氣態(tài)氫與水分離的第一分離器(7)和用于使在電解堆(5)中產(chǎn)生的氧與水分離的第二 分離器(9)，所述裝置進一步包含用于向循環(huán)線路(11，13)供應(yīng)去離子水以補償由于產(chǎn)生 氣態(tài)氫和氧而消耗的水的水力供應(yīng)器，并最后包含用于在該裝置停機時使第一和第二分離 器(7，9)惰化的停息器，且其中所述停息器包含分別位于第一和第二分離器(7，9)上的第一和第二減壓閥(36，23)，該方法的特征在于其包括下述步驟-同時釋放所述兩個分離器中的壓力，并使這兩個分離器內(nèi)的水位保持基本恒定，和 -控制所述水力供應(yīng)器，使得一旦所述兩個分離器(7，9)已實質(zhì)減壓，就用水完全裝滿 這兩個分離器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在打開所述減壓閥(36，23)之前中斷電解堆(5)的{共 ο
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11的方法，其中在第一分離器(7)中的氫壓降至低于 2巴時通過水力供應(yīng)器填充所述兩個分離器(7，9)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一項的方法，其中自動控制水力供應(yīng)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13任一項的方法，其中自動控制所述兩個減壓閥(36，23)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14任一項的方法，其中第一減壓閥(36)將氫釋放到大氣中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將水分解成氫和氧的電解裝置，其包含電解堆(5)，向所述電解堆供應(yīng)水的水循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包含線路(11，13)和循環(huán)泵(15)、用于使在電解堆(5)中產(chǎn)生的氫和氧分別與水分離的第一和第二分離器(7，9)，向循環(huán)線路(11，13)供應(yīng)去離子水以補償由于產(chǎn)生氣態(tài)氫和氧而消耗的水的水力供應(yīng)器，和用于在該裝置停機時使第一和第二分離器(7，9)惰化的停息器，其特征在于停息器包含分別位于第一和第二分離器(7，9)上的第一和第二減壓閥(36，23)，這些閥用于同時釋放所述兩個分離器中的壓力，并使所述兩個分離器 的水位保持基本恒定，且特征在于停息器控制所述供應(yīng)器，使得一旦所述兩個分離器(7，9)已減壓，就用水完全裝滿這兩個分離器。
文檔編號C25B15/08GK101802269SQ200880103212
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者A·迪雷 申請人:瑞士氫氣發(fā)電水電站股份有限公司