[发明专利]高压气体系统

说明书

技术领域

本申请涉及高压气体系统。

背景技术

氢气携带能量，并且可用来产生电力，例如在燃料电池中。可以以各种方式来生成氢气。例如，通过使用所谓的霍夫曼伏安计，水可以被电解成氧和氢。然而，为了有效地使用所产生的氢气，特别是用于离线使用，需要存储从霍夫曼伏安计所产生的氢气。例如，这样的离线使用用于在与产生氢气的时间/地方所不同的时间和/或位置。通常，为了存储氢气，希望以高密度将其存储。然而，以高密度存储氢气需要将气体压缩至高压，例如，高达几千磅每平方英寸(psi)。为了实现所需的氢密度，多级压缩用于通过使用例如液压冲头以无油清洁的方式来提供高压压缩。

发明内容

描述的是压缩氢气的高压电解装置/系统。氢气在电解装置/系统内被压缩，而无需显著的动力用于压缩。氢的压缩的示例性范围通常高达约10,000psi，例如在约1,800psi至2,400psi的范围内。其它范围也是可能的。除了压缩氢气，该装置还可以压缩氧气。一旦已经压缩气体，气体即可用于高压存储在罐中等。

使用此电解装置/系统避免需要任何外部压缩机，节约能源，否则的话在氢气被以高压存储之前需要能源来压缩氢气。压缩范围基于系统的应用或其他方面的考虑比如安全而被确定。用于形成所述电解装置/系统的各种材料的抗张强度被选择成使得该系统能够以一定的安全限度承受所需的压缩范围。本文描述的是用于产生并存储氢气的高压电解系统的实施例。所述高压电解系统包括一个或多个堆栈的基于硅的MEMS晶片，具有集成的控制，例如在晶片上。

根据一方面，一种用于电解水的装置包括电解单元，其包括腔室和在所述腔室中的离子交换结构，所述离子交换结构包括离子交换构件，其配置成将所述腔室分隔成第一隔室和第二隔室；阴极，其设置在所述离子交换构件的第一部分上并且位于所述第一隔室中；以及阳极，其设置在所述离子交换构件的第二不同部分上并且位于所述第二隔室中。所述装置还包括壳体，其至少部分地包围容纳产生于在所述离子交换结构中水的电解的氢气的高压腔室；以及储存器，其与所述电解单元的腔室流体连通，所述储存器设置在所述高压腔室中，并且所述储存器配置成存储被供给至所述电解单元的腔室的水。

所述装置可以包括以下特征中的一个或多个。

所述离子交换结构包括质子交换膜。所述壳体还配置成包围所述电解单元和储存器。所述离子交换结构是第一离子交换结构。所述装置还包括多个离子交换结构，其包括在所述腔室中的第一离子交换结构。所述装置还包括氢释放端口，其与所述第一隔室流体连通。所述装置还包括氧释放端口，其与所述第二隔室流体连通。所述装置还包括第二高压腔室，其容纳产生于在所述离子交换结构中水的电解的氧气，所述第二高压腔室与外部环境流体连通。所述装置还包括放泄阀，其设置在第二高压腔室中，以控制氧从所述第二高压腔室排出至外部环境。所述高压腔室与外部环境流体连通，并且与所述第一隔室流体隔离。所述高压腔室与外部环境流体连通，并且与所述第一隔室直接流体连通。

根据另一方面，一种用于电解水的装置包括电解单元，其包括多个基板。第一基板提供电解槽，所述第一基板形成腔室以及形成在所述第一基板中用于将水输送至所述腔室的通道；在第一腔室中的至少一个离子交换结构，所述离子交换结构包括离子交换构件，其配置成将所述腔室分隔成第一隔室和第二隔室，所述离子交换构件包括多孔基板；阴极，其设置在所述离子交换构件的第一部分上并且位于所述第一隔室中；以及阳极，其设置在所述离子交换构件的第二不同部分上并且位于所述第二隔室中。所述装置还包括壳体，其至少部分地包围容纳产生于在所述离子交换结构中水的电解的氢气的高压腔室，所述高压腔室与外部环境流体连通；以及储存器，其与所述电解单元的腔室流体连通，所述储存器设置在所述高压腔室中，并且所述储存器配置成存储被供给至所述电解单元的腔室的水。

所述装置可以包括以下特征中的一个或多个。