水电解装置的制作方法

本发明涉及包括用于去除电解液内的溶存气体的分隔膜的水电解装置。

背景技术：

1、作为代表性的氢生产技术的水电解技术是利用电能从水直接生产氢的技术，其可以环保方式制造高纯度的氢。所述水电解技术被区分为碱性水电解、高分子电解质水电解以及固体氧化物水电解。

2、在所述水电解技术中，碱性水电解技术具有价格低廉且能够大容量地生产氢的优点。碱性水电解装置由生产氢的电解槽、将从电解槽排出的气相的氢或氧与电解液分离的气液分离器、贮存从气液分离器排出的液相并将其再次投放到电解槽的电解液贮存槽以及适当地供应电解液并控制和管理电力的运转装置(balance of plant)构成。

3、并且，所述电解槽由电解质、分离膜以及作为电极的阳极和阴极构成，在所述阳极和阴极中引起如下的反应：

4、阳极：2oh-→1/2o2+h2o+2e-

5、阴极：2h2o+2e-→h2+2oh-

6、在所述电解槽的阳极室中，包含有由所述反应生产的溶存氧气的电解液通过阳极侧气液分离器被分离为氧气和电解液，在所述电解槽的阴极室中，包含有由所述反应生产的溶存氢气的电解液通过阴极侧气液分离器被分离为氢气和电解液。

7、此时，在利用所述碱性水电解的氢的生产中，将会存在溶存气体的问题。即，在从电解槽的阳极室回收的电解液中溶存有在阳极反应中产生的氧气的一部分，在从阴极室回收的电解液中溶存有在阴极反应中产生的氢气的一部分。其中，电解液中溶存的氧气和溶存的氢气是包括在电解液内溶解有氧气和氢气的状态以及氧气和氢气以微小气泡形态残存的状态的概念。由于从阳极室回收的电解液和从阴极室回收的电解液在电解液贮存槽内混合，在电解液贮存槽内的电解液中都溶存有氧气和氢气。由于电解液贮存槽内的电解液中溶存的氧气和氢气缓慢地向气相中释放，在电解液贮存槽上部的气相部分中，氧气和氢气的浓度将缓慢地上升。因此，在水电解装置持续地运转期间，存在有在电解液贮存槽上部的气相部分中，气体组分达到爆炸极限的可能性。

8、在对产生氢气的水电解装置的日本公开特许第2017-039982号(以下，简称为“专利文献1”)中记载有电解装置，所述电解装置为具有容置阳极且产生阳极气体的阳极室、容置阴极且产生氢气的阴极室、划分所述阳极室和所述阴极室的分隔膜以及将电解液从所述阳极室排出的同时使其返回到所述阳极室的阳极侧循环线的水电解装置，其特征在于，所述阳极侧循环线包括：阳极侧气液分离器，从所述电解液分离所述阳极气体；阳极侧排出线，连接所述阳极室和所述阳极侧气液分离器，将所述电解液和所述阳极气体从所述阳极室排出并输送给所述阳极侧气液分离器；阳极侧供应线，连接所述阳极室和所述阳极侧气液分离器，将所述电解液从所述阳极侧气液分离器排出并输送给所述阳极室，具有连接电解液内溶存的氢气以气相状态存在且将所述氢气和阳极气体混合的气相区域和所述阳极侧气液分离器的阳极气体输送线，所述阳极气体输送线将所述阳极气体中的至少一部分输送给所述气相区域，并且所述气相区域中的所述氢气浓度小于爆炸极限下限值。具有专利文献1的形态的水电解装置被记载为，微量的氢气在电解液的循环线中逐渐积蓄，并能够消除达到氢的爆炸极限的可能性。

9、但是，在专利文献1中记载有将从电解液贮存槽的气相区域排出的气体向系统外部释放，在利用阳极气体吹扫(purge)电解液贮存槽的气相区域中的气体后将其排出的情况下，存在有即使回收了被排出的气体，也会不易获得纯度高的气体的问题。

10、另外，在将从阳极室回收的电解液和从阴极室回收的电解液分别利用不同的电解液贮存槽来贮存和循环的情况下，因阳极反应和阴极反应中所消耗的摩尔数差而存在有产生阳极侧电解液贮存槽和阴极侧电解液贮存槽的浓度差的问题。

11、为了防止发生阳极侧电解液贮存槽和阴极侧电解液贮存槽的液面差，在阳极侧电解液贮存槽的液相区域和阴极侧电解液贮存槽的液相区域追加地设置有连通配管的情况下，由于通过连通配管流入的电解液中包含溶存气体，存在有在通过连通配管流入有电解液的侧的贮存槽的气相区域中的气体组分达到爆炸极限的可能性。

12、因此，亟需开发出能够防止电解液贮存槽的气相区域中的气体组分达到爆炸极限的同时，解决因电解液中的溶存气体而气体生产效率降低的问题的水电解装置。

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、本发明提供一种水电解装置，其能够解决防止水电解装置的气相区域中的气体组分达到爆炸极限的同时，因电解液中的溶存气体而气体生产效率降低的问题。

3、用于解决问题的方案

4、本发明提供一种水电解装置，其包括：电解槽，包括被分隔壁划分的阳极室和阴极室；阳极侧气液分离器，与所述阳极室连通；阴极侧气液分离器，与所述阴极室连通；阳极侧循环线，将从所述阳极室排出的电解液供应给阳极侧气液分离器，将从阳极侧气液分离器排出的电解液供应给阳极室；阴极侧循环线，将从所述阴极室排出的电解液供应给阴极侧气液分离器，将从阴极侧气液分离器排出的电解液供应给阴极室；以及分隔膜，设置在所述阳极侧气液分离器、所述阴极侧气液分离器、所述阳极侧循环线以及所述阴极侧循环线中的至少一方，并具有内部流路。

5、作为一实施例，所述分隔膜的沿着内部流路所朝的方向的气体透过率可以大于液体透过率。并且，所述分隔膜可以被配置为其的沿着内部流路所延伸的方向的气体透过率大于液体透过率。

6、作为一实施例，分隔膜呈疏水性，其可以被配置为将从电解槽排出的电解液内的溶存气体向内部流路透过。

7、作为一实施例，所述分隔膜可以呈多孔性。

8、作为一实施例，所述分隔膜可以包含选自由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚砜(polysulfon)、聚酰亚胺(polyimide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚酰胺(polyamide)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)、聚醚砜(polyehtersulfone)以及聚酯(polyester)构成的群中的至少一种物质。

9、作为一实施例，所述分隔膜可以呈管状型、中空纤维型、平板型或螺旋卷型。

10、所述分隔膜可以按沿着规定方向卷绕的盘管形态排列。

11、作为一实施例，可以还包括：压力调节单元，用于调节所述分隔膜的内部流路的压力和分隔膜的外部空间的压力的压力差。

12、作为一实施例，所述压力调节单元可以包括：减压单元，用于减压内部流路的压力以产生压力差。

13、在所述压力调节单元的作用下，分隔膜的外部空间的压力可以大于分隔膜的内部流路的压力。

14、作为一实施例，可以还包括用于将所述阳极侧气液分离器和阴极侧气液分离器中的至少一个气相区域与分隔膜的内部流路连通的流体供应线，通过所述流体供应线向分隔膜的内部流路供应阳极侧气液分离器和阴极侧气液分离器中的至少一个气相区域中存在的气体。

15、作为一实施例，可以向所述分隔膜的内部流路流入外部空气。

16、作为一实施例，可以具有与所述分隔膜的内部流路连通的气液分离单元，所述气液分离单元的液相区域与所述阳极侧循环线和阴极侧循环线中的至少一个连通。

17、作为一实施例，可以还包括用于将所述分隔膜的内部流路与所述阳极侧气液分离器和阴极侧气液分离器中的至少一个液相区域连通的气体供应线，通过所述气体供应线向阳极侧气液分离器和阴极侧气液分离器中的至少一个液相区域供应分隔膜的内部流路中存在的气体。

18、发明效果

19、根据本发明的水电解装置，通过利用气液分离器或电解液循环线上设置的分隔膜来分离电解液内存在的溶存气体，能够防止水电解装置的气相区域中的气体组分达到爆炸极限的同时，增加基于水电解的气体的生产效率。