KR20240090450A - 가압식 수전해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소를 생성하기 위한 수전해 장치(100)에 관한 것으로서, 수전해 장치는, 전해질 챔버(104)를 포함하는 하우징(102); 전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극(108, 112)으로서, 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이고, 적어도 하나의 투과성 전극(108)은 상기 전해질 챔버에 대면하는 제1 표면(114) 및 제1 가스 수집 챔버(106)에 대면하는 제2 표면(116)을 갖는, 두 개의 전극; 전해질 물을 전해질 챔버에 공급하기 위한 전해질 공급 회로(130); 및 전해질 챔버와 상기 제1 가스 수집 챔버 사이에, 적어도 하나의 투과성 전극에 걸친 압력 강하를 제어하기 위한 제어 유닛(160) 및/또는 기계적 제어부를 포함한다.

Description

가압식 수전해 장치

본 개시 내용은, 특히 수소를 생성하기 위한, 그러나 이에 제한되지 않는, 수전해 장치에 관한 것이다. 본 개시 내용의 다른 양태는 수전해 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.

전기를 사용하여 물을 산소와 수소 가스로 분해하는 처리를 물의 전기 분해라고 한다. 이러한 방식으로 생산된 수소 가스는 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있으며, 에너지 밀도가 높은 차량용 연료 중 하나로 널리 알려져 있다. 다른 응용 분야에서, 물의 전기 분해는, 전기 에너지, 특히 재생 가능한 전력을 통해 얻은 전기 에너지를 화학 에너지로서 저장하는 분산형 저장 솔루션으로 사용될 수 있다. 따라서, 최근에는, 특히 소위 수소 연료 전지용 연료로서, 수소에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.

수전해 장치는, 양성자 교환 멤브레인(PEM) 수전해 장치, 알칼리성 수전해 장치, 및 고체 산화물 수전해 장치로 분류될 수 있다. 이러한 상이한 유형의 수전해 장치들은 관련된 전해질 재료에 따라 조금씩 다른 방식으로 기능한다. 그러나, 대부분의 수전해 장치의 가장 두드러진 단점 중 일부는 전반적인 비효율성 및/또는 추가 사용에 필요한 압력으로 수소 가스를 공급하지 못한다는 점이다.

본 개시 내용의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 문제를 해결하거나 적어도 개선하는 것이다.

본 개시 내용의 양태 및 실시형태는, 첨부된 청구범위에 청구된 바와 같은, 수소를 생성하기 위한 수전해 장치 및 물에서 수소를 생성하기 위한 수전해 장치를 제어하는 방법을 제공한다.

본 개시 내용의 제1 양태에 따라, 수소를 생성하기 위한 수전해 장치가 제공되고, 이러한 수전해 장치는,

전해질 챔버를 포함하는 하우징;

전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극으로서, 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생성된 가스에 대해서 투과성이고, 적어도 하나의 투과성 전극은 전해질 챔버에 대면하는 제1 표면 및 제1 가스 수집 챔버에 대면하는 제2 표면을 갖는, 두 개의 전극;

전해질 물을 전해질 챔버에 공급하기 위한 전해질 공급 회로; 및

전해질 챔버와 제1 가스 수집 챔버 사이에, 적어도 하나의 투과성 전극에 걸친 압력 강하를 제어하기 위한 제어 유닛

을 포함한다.

일 실시형태에 따라, 제어 유닛은,

제1 수집 챔버 내의 가스 압력을 나타내는 가스 압력 데이터를 수신하고;

가스 압력 데이터에 기초하여, 전해질 챔버 내의 원하는 전해질 물 압력을 결정하고;

전해질 공급 회로를 제어하여 전해질 챔버 내의 압력을 원하는 전해질 압력으로 설정하도록 구성된다.

다른 실시형태에서, 제어 유닛은 원하는 전해질 압력을 제1 가스 수집 챔버 내의 가스 압력보다 더 높게 설정하도록 구성되고, 전해질 압력과 가스 압력 간의 차이는 선택 가능한 제1 압력 문턱값보다 크다.

다른 실시형태에서, 압력 문턱값은 적어도 5 bar이다.

다른 실시형태에서, 제어 유닛은, 제1 가스 수집 챔버와 전해질 챔버 간의 압력차가 선택 가능한 압력 문턱값보다 큰 경우, 전극에 걸쳐 전류를 인가하도록 구성된다.

다른 실시형태에서, 제1 가스 수집 챔버는 제1 가스 수집 챔버 내의 가스 압력을 조절하기 위한 압력 제어 밸브를 포함한다.

다른 실시형태에서, 전해질 공급 회로는 전해질 물을 전해질 챔버에 공급하기 위한 유압 펌프를 포함하고, 제어 유닛은,

전해질 챔버 내의 전해질 물의 압력을 나타내는 전해질 압력 데이터를 수신하고;

전해질 압력 데이터에 기초하여, 펌프의 작동을 제어하도록 구성된다.

다른 실시형태에서, 적어도 하나의 투과성 전극은 0.3 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.2 ㎛ 이하의 기공(porosity)을 갖는다.

다른 실시형태에서, 양 전극은 전해질 물의 분해에 의해서 생산되는 가스에 대해서 투과성이며, 전극은 상이한 기공을 갖는다.

다른 실시형태에서, 적어도 하나의 투과성 전극은 강(steel), 바람직하게는 소결 강으로 제조된다.

다른 실시형태에서, 두 개의 전극은 상이한 재료로 제조된다.

다른 실시형태에서, 전극 중 적어도 하나, 바람직하게는 캐소드는 자성이다.

다른 실시형태에서, 전해질 공급 회로는 전해질 챔버에 선택적으로 연결 가능한 압력 저장 용기를 포함한다.

다른 실시형태, 압력 저장 용기는, 수전해 장치의 정상 작동 중에 닫히는 상시 열림형 배출구 밸브(normally-open outlet valve)를 통해서 전해질 챔버에 연결된다.

다른 실시형태에서, 제어 유닛은,

순방향 플러싱 명령(forward-flushing command)을 수신하고;

순방향 플러싱 명령에 응답하여, 전극에 걸쳐 인가되는 임의의 전류를 중단하고 제1 가스 챔버 내의 가스 압력보다 5 bar 초과로 더 높게 전해질 챔버 내의 압력을 증가시키도록 구성된다.

다른 실시형태에서, 적어도 하나의 투과성 전극은 그 제1 및 제2 표면 사이에서 3 mm 내지 100 mm의 두께를 갖는다.

다른 실시형태에서, 전해질 챔버는 두 개의 전극 사이에 위치한 전해질 갭을 포함하고, 갭은 바람직하게는 0.1 mm 내지 10 mm의 폭을 갖는다.

다른 실시형태에서, 제1 가스 수집 챔버는, 적어도 하나의 투과성 전극을 통해서 전해질 공급 회로 내로 다시 전달된 전해질 물을 배액하기 위한 제1 배액 포트를 포함한다.

다른 실시형태에서, 제어 유닛은,

역방향 플러싱 명령을 수신하고;

전극에 걸쳐 인가되는 임의의 전류를 중단하고, 제1 배액 포트를 통해서 전해질 물을 제1 가스 수집 챔버에 공급하여 적어도 하나의 투과성 전극을 제1 가스 수집 챔버로부터 전해질 챔버를 향해서 역으로 플러싱하도록 구성된다.

본 개시 내용의 다른 실시형태의 양태에 따라, 물에서 수소를 생성하기 위한 수전해 장치를 제어하는 방법이 제공되고, 수전해 장치는 전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극을 포함하고, 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이며, 이러한 방법은,

전해질 물을 적어도 하나의 전극에 공급하는 단계; 및

적어도 하나의 전극의 대향 측 사이의 압력 강하를 제어하는 단계

를 포함한다.

실시형태에 따라, 방법은 적어도 하나의 전극의 대향 측 사이의 압력 강하를 선택 가능한 압력 문턱값보다 높게 유지하는 단계를 포함한다.

실시형태에 따라, 방법은, 적어도 하나의 전극의 대향 측에 걸친 압력 강하가 선택 가능한 압력 문턱값보다 높은 경우에 전극에 걸쳐 전기를 인가하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에서, 선택 가능한 압력 문턱값은 5 bar 이상이다.

본 개시 내용의 제1 양태에 따라, 수소를 생성하기 위한 수전해 장치기 제공되고, 이러한 수전해 장치는,

전해질 챔버를 포함하는 하우징; 및

전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극으로서, 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생성된 가스에 대해서 투과성이고, 적어도 하나의 투과성 전극은 전해질 챔버에 대면하는 제1 표면 및 제1 가스 수집 챔버에 대면하는 제2 표면을 가지며, 적어도 하나의 투과성 전극은 0.3 ㎛ 이하의 기공을 갖는, 두 개의 전극을 포함한다.

본원의 범위 내에서, 선행하는 문단, 그리고 청구범위 및/또는 이하의 설명 그리고 도면에 기재된 여러 양태, 실시형태, 예 및 대안예, 특히 그 개별적인 특징들은 독립적으로 또는 임의의 조합으로 이루어질 수 있다는 것이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시형태 및 모든 실시형태의 특징들은, 그러한 특징들이 상호 모순되지 않는 한, 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 출원인은, 처음에 출원된 청구범위를 변경하거나 또는 그에 따른 임의의 신규 청구범위를 출원할 권리를 가지며, 이는 원래는 그러한 방식으로 청구되지 않았지만, 다른 임의의 청구범위의 임의의 특징에 종속되고/되거나 통합되도록 처음에 출원된 청구범위를 보정할 권리를 포함한다.

본 개시 내용의 전술한 특징과 다른 특징, 및 장점, 그리고 이를 달성하는 방식은, 첨부 도면과 이루어지는 본 개시 내용의 실시형태에 관한 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 명확해질 것이며, 본 개시 내용이 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시형태에 따른 수전해 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 본 개시 내용의 실시형태에 따른 방법의 개략적인 흐름도를 도시한다.
여러 도면 전반에 걸쳐서, 상응하는 참조 부호는 상응하는 부분을 나타낸다. 본원에 기재된 예시는 본 개시 내용의 실시형태를 나타내는 것이며, 그러한 예시는 어떠한 방식으로든 본 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 개시 내용의 실시형태에 따른 수전해 장치(100)를 도시한다. 도 1의 예에서, 특히 물의 전기 분해에 의해, 수소를 생성하기 위한 수전해 장치(100)가 도시되어 있다. 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 수전해 장치(100)는 전기 분해에 의한 다른 물질의 분해에도 적합할 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서, 용어 "전해질 물"은 황산, 황산염, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등과 같은 모든 유형의 전해질을 포함하는 물, 또는 일부 실시형태에서 삼중수소수와 같은 전해질이 없는 물을 포함할 수 있다.

수전해 장치(100)는 하우징(102)을 포함한다. 하우징(102)은 전해질 챔버(104)를 포함한다. 일 예에서, 전해질 챔버는, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전해질 물을 압력 상태에서 유지하도록 구성된다. 전해질 물은, 물의 분해를 돕는, 물에 용해된 임의의 전해질을 포함할 수 있다.

하우징(102)은 제1 가스 수집 챔버(106)를 포함한다. 제1 가스 수집 챔버(106)는 제1 전극(108)에 의해서 전해질 챔버(104)로부터 분리된다. 하우징(102)은 제2 가스 수집 챔버(110)를 포함한다. 제2 가스 수집 챔버(110)는 제2 전극(112)에 의해서 전해질 챔버(104)로부터 분리된다. 전해질 챔버(104)는 제1 및 제2 전극(108, 112) 사이에 위치한다. 전해질 챔버(104)는 멤브레인이 없는 챔버이다.

일부 실시형태에서, 수전해 장치는, 예를 들어 서로 평행하게 배치되어 전극의 스택(stack)을 형성하는, 두 개 초과의 전극을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 도 1의 한 쌍의 전극(108, 112)은 스택에서 사용되는 임의 개수의 전극에 대한 예시이다.

도 1의 하우징(102)은 여러 부품으로 이루어진 하우징이다. 특히, 하우징(102)은 적어도 두 개의 부품을 포함하고, 제1 하우징 부품은 제1 가스 수집 챔버(106) 및 제1 전극(108)을 포함하고; 제2 하우징 부품은 제2 가스 수집 챔버(110) 및 제2 전극(112)을 포함한다. 적어도 두 개의 하우징 부품은, 제1 및 제2 전극(108, 112)의 제1 표면(114, 118) 사이에 갭이 형성되도록 서로 연결된다. 이러한 갭은 전해질 챔버(104)를 정의하고, 그에 따라 전극(108, 112) 사이에 배치된다. 도 1의 예에서, 하우징(102)은 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이 실질적으로 H자 형상이다. 그러나, 주지하다시피, 다른 설계는, 일반적으로 편평하고 구조가 플레이트 열교환기와 유사한 복수의 플레이트형 전극을 포함할 수 있다.

제1 전극(108)은 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이다. 또한, 제1 전극(108)은 일반적으로, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전해질 챔버(104) 내의 압력에 따라 전해질 물에 대해서 투과성이다. 다시 말해서, 제1 전극(108)은, 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스(및 전해질 물)가 제1 전극(108)을 관통하여 전해질 챔버(104)로부터 제1 가스 수집 챔버(106)를 향해서 이동할 수 있는, 소위 "유동 통과" 전극이다. 이를 위해서, 제1 전극(108)은, 제1 전극(108)을 통해 각각의 가스, 예를 들어 수소를 투과시킬 수 있는 크기의 복수의 기공을 포함하는 투과성 전극이다.

제1 전극(108)은 전해질 챔버에 대면하는 제1 표면(114), 및 제1 가스 수집 챔버(106)에 대면하는 제2 대향 표면(116)을 갖는다.

제1 전극(108)은 강, 바람직하게는 소결 강으로 제조될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 제2 전극(112)은 강, 바람직하게는 소결 강으로 제조될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 제2 전극(112)은 제1 전극(108)과 다른 재료로 제조될 수 있다.

제1 전극(108)에 의해서 생산된 가스는 제1 가스 수집 챔버(106) 내로 유동할 수 있다. 제1 가스 수집 챔버(106)는 제1 가스 수집 챔버(106) 내의 가스를 추출하기 위한 제1 가스 배출구 포트(122)를 포함한다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 제1 가스 배출구 포트(122)는 제1 가스 수집 챔버(106) 내의 가스 압력을 설정하도록 구성된, 압력 릴리프 밸브와 같은, 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.

도 1의 제2 전극(112) 또한 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이다. 또한, 제2 전극(112)은 일반적으로, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전해질 챔버(104) 내의 압력에 따라 전해질 물에 대해서 투과성이다. 다시 말해서, 제2 전극(112)은 또한, 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스가 제2 전극(112)을 관통하여 전해질 챔버(104)로부터 제2 가스 수집 챔버(110)를 향해서 이동할 수 있는, "유동 통과" 전극이다.

제2 전극(112)은 전해질 챔버(104)에 대면하는 제1 표면(118), 및 제2 가스 수집 챔버(110)에 대면하는 제2 대향 표면(120)을 갖는다.

제2 전극(112)에 의해서 생산된 가스는 제2 가스 수집 챔버(110) 내로 유동할 수 있다. 제2 가스 수집 챔버(110)는 제2 가스 수집 챔버(110) 내의 가스를 추출하기 위한 제2 가스 배출구 포트(124)를 포함한다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 제2 가스 배출구 포트(124)는 제2 가스 수집 챔버(110) 내의 압력을 결정하도록 구성된, 압력 릴리프 밸브와 같은, 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.

수전해 장치(100)는 전해질 챔버(104)에 전해질 물을 공급하기 위한 전해질 물 공급 회로(130)를 포함한다. 도 1의 전해질 물 공급 회로(130)는 닫힘형 시스템이다. 대안적으로, 물 공급 회로는 전해질 물 용기를 포함하는 열림형 시스템일 수 있다. 일 예에서, 전해질 물 공급 회로(130)는 전해질 챔버(104)의 유입구 포트(126)의 상류에 배치된 펌프(134)를 포함한다. 펌프(134)는 선택 가능한 압력으로 시스템을 통해서 그리고 전해질 챔버(104) 방향으로 전해질 물을 이동시키도록 구성될 수 있다.

전해질 공급 회로(130)는 전기 분해 처리에 의해서 가스로 전환된 전해질 물을 보충하기 위한 전해질 물 공급 라인(162)을 포함한다. 도 1에 표시된 바와 같이, 전해질 물 공급 라인(162)은 수동 또는 자동으로 제어되는 차단 밸브를 통해서 펌프(134)에 연결될 수 있다. 팽창 베셀(expansion vessel)(132)은, 전해질 물 공급 회로(130) 내에 배치되고, 팽창에 기인한 압력을 시스템에 제공하도록 구성되며, 사이클 시간이 짧고(134) 회로(130) 내에서 원하는 압력 범위를 유지하고/회로(130)를 과다 압력으로부터 보호할 수 있도록 구성되는, 압력 저장 장치이다.

전해질 챔버(104)는 통기 라인(105)에 연결된 통기 포트를 포함한다. 통기 라인(105)은 역으로 플러싱된 전해질 및 임의의 연관된 매체를 배액하기 위해서 사용되도록 구성된다. 또한, 라인은 샘플링에 중요한 역할을 할 수 있으며, 압력 유무와 상관 없이 순환 시스템에서 전해질을 제거하기 위한 수집 웰(collection well)을 포함할 수도 있다. 또한, 통기부는, 전류가 전극에 인가되기 전에 시스템으로부터 공기를 퍼지하는 데 있어서 중요한 역할을 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 마지막으로, 통기 파이프는 전해질이 104로부터 105를 통해서 162(물 유입구 라인)로 유동 및 재순환되도록 할 수 있거나, 이를 방출/수집할 수 있다.

전해질 공급 회로(130)는 전해질 챔버(104) 내의 압력을 모니터링하기 위한 압력 게이지(136)를 포함할 수 있다. 주지하다시피, 압력 게이지(136)는 펌프(134)의 하류의 어느 곳에나 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 압력 게이지(136)는 펌프(134)의 일체형 부품일 수 있다. 다른 실시형태에서, 압력 게이지는 전해질 챔버(104) 내에 배치될 수 있다.

일부 실시형태에서, 전해질 물 공급 회로(130)는 축압기(138)와 같은 압력 저장 장치를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 축압기(138)는 펌프(134)의 하류에 배치된다. 축압기(138)는 체크 밸브를 통해서 펌프(134)에 연결될 수 있고, 이러한 체크 밸브는 수전해 장치(100)의 정상 작동 중에 유체가 축압기(138) 내로 펌핑될 수 있게 한다. 주지하다시피, 체크 밸브는 유체가 축압기(138)을 빠져나가는 것을 중단시키게 된다. 축압기(138)는 또한 축압기(138)의 배출구를 전해질 챔버(104)에 선택적으로 연결하기 위한 별도의 배출구 밸브를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 축압기(138)는 그에 따라, 수전해 장치의 정상 작동 중에 닫히는, 상시 열림형 배출구 밸브를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 정상 작동 중에, 가압된 전해질 물은 축압기(138) 내로 펌핑될 수 있으나, 배출구 밸브가 열릴 때까지, 축압기(138)을 빠져나가지 못할 수 있다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 상시 열림형 배출구 밸브를 사용함으로써 축압기(138)를, 예를 들어 전력 차단 중에, 안전 수단으로 사용할 수 있다.

제1 가스 수집 챔버(106)는 제1 배액 포트(142)를 포함한다. 제2 가스 수집 챔버(110)는 제2 배액 포트(144)를 포함한다. 제1 배액 포트(142)는 제1 배액 라인(146)을 통해서 전해질 물 공급 회로(130)의 펌프(134)에 연결된다. 제2 배액 포트(144)는 제2 배액 라인(148)을 통해서 펌프(134)에 연결된다. 수전해 장치(100)의 작동 중에 제1 전극(108)에 침투하는 전해질 물은 제1 배액 포트(142) 및 제1 배액 라인(146) 각각을 통해서 제1 가스 수집 챔버(106)로부터 배액될 수 있다. 마찬가지로, 수전해 장치(100)의 작동 중에 제2 전극(112)에 침투하는 전해질 물은 제2 배액 포트(144) 및 제2 배액 라인(148) 각각을 통해서 제2 가스 수집 챔버(110)로부터 배액될 수 있다. 다중 셀 구성(multicell arrangement)에서, 임의의 배액 포트는, 각 셀마다 필요한 것이 아니라, 셀들 중 하나 이상에 대해서 작동할 수 있다.

도 1의 실시형태에서, 제1 및 제2 배액 포트(142, 144)는 일반적으로 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110)의 하단 단부에 배치된다. 다시 말해서, 배액 포트(142, 144)는 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110)의 제1 및 제2 가스 배출구 포트(122, 124)의 아래에 그리고 제1 및 제2 전극(108, 112)의 아래에 배치된다. 다시 말해서, 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 모두는, 일반적으로 가스 수집 챔버(106, 110)의 하단 단부에 배치되는 배액 웰(141, 143)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(102)은 그에 따라 실질적으로 H자 형상이나 반드시 그럴 필요는 없고, 이는 다중 셀이거나 플레이트 열 교환기 설계와 유사하게 배치될 수 있다. 장치는, 일반적으로 서로 평행하게 배치되어 전극의 스택을 형성하는 다수의 전극으로 제조될 수 있다.

수전해 장치(100)의 작동 중에, 제1 또는 제2 전극(108, 112)에 침투한 전해질 물은 각각의 가스 수집 챔버(106, 110)의 하단부에서 배액 웰(141, 143) 내에 모이게 되고, 전기 분해 중에 생산된 가스는 상승하여 가스 수집 챔버(106, 110)를 가압하게 된다.

배액 포트(142, 144)가 전해질 물로 덮여 있는 한, 배액 포트(142, 144)를 통해 가스를 부주의로 제거하는 일 없이, 전해질 물을 가스 수집 챔버(106, 110)로부터 배출하기 위해서 배액 포트가 열릴 수 있다. 일부 실시형태에서, 수전해 장치(100)는, 배액 포트(142, 144) 중 하나 또는 둘 모두를 안전하게 여는 데 필요한 충분한 높이의 전해질 물이 가스 챔버(106, 110) 내에서 사용 가능한지를 결정하기 위해, 가스 수집 챔버(106, 110) 내에 배치되는 전해질 물 높이 센서를 포함할 수 있다. 이러한 높이는, 138을 포함한 용량을 갖는 전해질 순환 시스템의 영역으로부터 수집 챔버로의 전해질 물의 능동적인 이동 또는 외부 수원으로부터의 능동적인 보충을 통해, 능동적으로 제어될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 높이는 시스템 내의 능동적인 압력 변동 및 제어를 사용하여 제어될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 모두 가스 압력 게이지(150, 152)를 포함한다. 제1 가스 압력 게이지(150)는 제1 가스 수집 챔버(106) 내의 가스 압력을 결정하도록 구성된다. 제2 가스 압력 게이지(152)는 제2 가스 수집 챔버(110) 내의 제2 가스 압력을 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 제1 및 제2 가스 게이지는 단일 장치에 통합될 수 있다.

수전해 장치(100)는 제1 전기 단자(154) 및 제2 전기 단자(156)를 포함한다. 도 1의 예에서, 제1 단자(154)는 음의 단자인 반면, 제2 단자(156)는 양의 단자이다. 그러나, 제1 및 제2 단자의 극성이 바뀔 수 있고, 그에 따라 제1 단자(154)가 양의 단자가 되고 제2 단자(156)가 음일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는, 일부 실시형태에서, 수전해 장치가 전해질 챔버(104)의 양 측에서 대칭이기 때문이다.

단자(154, 156)는 수전해 장치(100)의 하우징(102)에 연결된다. 특히, 제1 단자(154)는 제1 가스 수집 챔버(106)에 연결된다. 제2 단자는 제2 가스 수집 챔버(110)에 연결된다. 따라서, 제1 단자(154)는 제1 전극(108)에 전기적으로 연결되고, 제1 전극은 그 제2 표면(116)을 통해서 제1 가스 수집 챔버(106)에 전기적으로 연결된다. 제2 단자(156)는 제2 가스 수집 챔버(110)에 연결되고, 이는 다시 제2 전극(112)의 제2 표면(120)을 통해서 제2 전극(112)에 연결된다. 물론, 단자(154, 156)는, 수전해 장치(100)의 하우징(102)을 경유하지 않고, 직접적으로 전극(108, 112)에 연결될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

단자(154, 156)는 전류를 전극(108, 112)에 인가하기 위해, 전원, 예를 들어 직류 전원에 연결될 수 있다. 단자(154, 156)가 전원에 연결되면, 전류가 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물을 통해서 제1 전극(108)과 제2 전극(112) 사이에서 흐르게 되고, 그에 따라, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전해질 물을 산소 및 수소로 분해 및 분리하기 위한 전기 분해 처리를 활성화시킨다.

전술한 바와 같이, 도 1의 실시형태에서, 제1 단자(154)는 음의 단자이고 제2 단자(156)는 양의 단자이다. 따라서, 도 1의 실시형태의 제1 전극(108)은 수전해 장치(100)의 캐소드인 반면, 제2 전극(112)은 수전해 장치(100)의 애노드이다. 제1 전극(108)은 가스, 특히 수소에 대해서 투과성이다. 제2 전극(112)은 가스, 특히 산소에 대해서 투과성이다.

일 예에서, 제1 및 제2 전극(108, 112)은 상이한 기공을 갖는다. 일부 실시형태에서, 제1 전극(108)의 기공은 제2 전극(112)의 약 절반일 수 있다. 제1 전극(108)은 0.3 ㎛ 미만의 기공을 가질 수 있다. 제2 전극(112)은 0.6 ㎛ 미만의 기공을 가질 수 있다.

전술한 예에서, 제1 가스 수집 챔버(106)는 수소 가스를 수용하도록 구성되는 반면, 제2 가스 수집 챔버(110)는 산소 가스를 수용하도록 구성된다.

일부 실시형태에서, 애노드, 즉 도 1의 제2 전극(112)은 자성일 수 있다. 애노드의 자성은 제2 전극(112) 내에 그리고 위에 산소가 형성되는 것을 개선할 수 있다. 이를 위해서, 제2 전극(112)은 영구 자석으로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 제2 전극은 전자석으로 형성될 수 있고, 수전해 장치(100)의 작동 중에 전류가 두 개의 전극(108, 112)에 인가될 때 활성화될 수 있다.

수전해 장치(100)는 도 1에 개략적으로 도시된 제어 유닛(160)을 추가로 포함한다. 제어 유닛은 제1 및/또는 제2 가스 압력 게이지(150, 152)에 연결되어, 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력을 나타내는 가스 압력 데이터를 수신할 수 있다.

제어 유닛(160)은 제1 및 제2 배액 밸브(142, 144)에 연결되어 제1 및 제2 배액 밸브(142, 144)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 유닛은 제1 및 제2 가스 배출구 포트(122, 124)에 연결되어 제1 및 제2 가스 배출구 포트(122, 124)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 유닛(160)은 전원(미도시)에 연결되어 제1 및 제2 전극(108, 112)으로의 전력의 공급을 제어할 수 있다. 제어 유닛(160)은 축압기(138)의 배출구 밸브에 연결될 수 있다. 제어 유닛(160)은 펌프(134) 및 전해질 물 압력 게이지(136)에 연결될 수 있다.

제어 유닛은, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 제어 배선을 통해서 또는 무선으로 상기 장치 중 임의의 장치에 연결될 수 있다. 제어 유닛은 수전해 장치의 하우징(102)과 함께 근거리에 배치되거나 원격지, 예를 들어 중앙 제어실 내에 배치될 수 있다.

제어 유닛(160)은 투과성 전극(108, 112) 중 적어도 하나에 걸친 압력 강하를 제어하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 제어 유닛(160)은 전해질 챔버(104) 내의 전해질 압력을 제1 또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력에 대해서 제어하도록 구성된다. 제어 유닛(160)은, 제1 또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력보다 높게 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물 압력을 제어하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 제어 유닛(160)은 전해질 챔버(104)와 가스 수집 챔버(106, 110) 사이에서 압력 강하를 유지하도록 구성된다. 일부 예에서, 제어 유닛(160)은 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110)의 가스 압력보다 적어도 5 bar 더 높게 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물 압력을 제어하도록 구성된다.

전해질 챔버(104)와 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 사이에서 적어도 5 bar의 압력 강하를 유지함으로써, 전해질 물은 제1 전극(108) 및/또는 제2 전극(112)에 침투하고 그에 따라 제1 전극에서 생산된 수소 가스와 함께 전해질 챔버(104)와 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 사이에서 유동하게 된다.

전술한 전해질 물을 제1 및/또는 제2 전극(108, 112)을 지나게 유동시키는 것은 수전해 장치(100)의 효율을 상당히 높인다.

전극(108, 112) 중 하나 또는 둘 모두에 걸쳐 필요한 압력 강하를 유지하기 위해서, 도 1의 제어 유닛(160)은 제1 또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 각각의 가스 압력을 나타내는 가스 압력 데이터를 수신하도록 구성된다. 도 1의 예에서, 가스 압력 데이터는 제1 및/또는 제2 가스 압력 게이지(150, 152)에 의해서 공급되는 압력 판독값일 수 있다.

가스 압력 데이터에 기초하여, 제어 유닛은 전해질 챔버(104) 내의 원하는 전해질 물 압력을 결정하게 된다. 일부 예에서, 제어 유닛은, 원하는 전해질 물 압력을 결정하기 위해서, 미리 선택된 양의 압력을 가스 압력 데이터에 의해서 표시된 가스 압력에 부가할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어 유닛(160)은, 제1 가스 수집 챔버(106) 내의 가스 압력보다 적어도 5 bar 더 높은, 원하는 전해질 물 압력을 결정할 수 있다.

이어서, 제어 유닛은 전해질 물 공급 회로(130)를 제어하여, 원하는 전해질 물 압력에 도달할 때까지, 전해질 물을 전해질 챔버(104)에 공급할 수 있다. 도 1의 예에서, 제어 유닛(160)은, 원하는 전해질 물 압력에 도달할 때까지 제어 챔버(104)에 전해질 물을 공급하기 위해서 펌프(134)를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 제어 유닛은 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물의 압력을 나타내는 전해질 압력 데이터를 수신할 수 있다. 도 1의 실시형태에서, 전해질 압력 데이터는 펌프(134)의 하류에 배치된 압력 게이지(136)에 의해서 공급되는 압력 판독값을 포함한다.

제어 유닛은, 압력 게이지(136)에 의해서 제공되는 전해질 압력 데이터에 기초하여, 제어 루프를 통해 펌프(134)의 활성화를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은, PID 제어 루프를 통해서, 압력 게이지(136)의 압력 판독값에 의해서 표시되는, 제어 챔버(104) 내의 전해질 물 압력을 제어할 수 있다.

전해질 챔버(104)와 가스 수집 챔버(106, 110) 간의 압력 강하는 수전해 장치(100)가 작동함에 따라 계속하여 변화하게 된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는, 수전해 장치의 작동 중에, 즉 가압된 전해질 물이 전해질 챔버(104)에서 사용 가능하고, 전류가 두 개의 전극(108, 112)에 걸쳐 인가될 때, 수소 및 산소가 생산되고 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110)에 계속하여 추가되기 때문이다. 따라서, 이러한 예에서, 제1 및 제2 가스 배출구 포트(122, 124)가 닫혀 유지되는 한, 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력은 계속 상승하게 된다. 이러한 예시적인 가스 압력의 상승은 가스 압력 데이터에 기초하여 제어 유닛(160)에 의해서 결정되게 된다. 제어 유닛(160)은 이어서 새롭고, 더 높은, 원하는 전해질 물 압력을 결정하고, 펌프(134)를 제어하여, 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물 압력을 증가시키고 상기 증가된 원하는 전해질 물 압력과 매칭시키게 된다. 제어 유닛(160)은, 제1 또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력이 상승하는 한, 전해질 챔버(104) 내의 압력을 계속하여 조정할 수 있다.

제어 유닛(160)은 또한 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력을 제어할 수 있다. 도 1의 예에서, 제어 유닛은 제1 및/또는 제2 가스 배출구 포트(122, 124)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(160)은 제1 가스 배출구 포트(122)를 열고 닫음으로써 제1 가스 수집 챔버(106) 내의 (수소) 가스 압력을 제어할 수 있다. 제어 유닛(160)은 제2 가스 배출구 포트(124)를 열고 닫음으로써 제2 가스 수집 챔버(110) 내의 (산소) 가스 압력을 제어할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어 유닛(160)은 제1 가스 수집 챔버(106)에 대한 제1 원하는 가스 압력 및 제2 가스 수집 챔버(110)에 대한 제2 원하는 가스 압력을 수신할 수 있다. 제1 및 제2 원하는 가스 압력은 운영자에 의해서 선택될 수 있다. 일부 예에서, 원하는 가스 압력은, 수전해 장치(100)에 의해서 제공되는 수소 및 산소 가스를 사용하는 장치에 의해서 직접 결정될 수 있다.

다른 실시형태에서, 가스 배출구 포트들 중 하나 또는 둘 모두는, 제1 또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력이 설정 압력을 초과하면 자동으로 열리도록 구성되는 압력 릴리프 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 가스 수집 챔버 내의 압력은 제1 및 제2 가스 배출구 포트(122, 124) 각각의 압력 릴리프 밸브의 설정 압력에 따라 결정되게 된다. 일부 실시형태에서, 압력 릴리프 밸브의 설정 압력은 예를 들어 제어 유닛(160)을 통해서 조정될 수 있다.

전술한 양 실시형태에서, 제어 유닛(160)은 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력을 100 bar 내지 1000 bar로 유지하도록 구성될 수 있다. 가스 수집 챔버(106, 110) 내의 가스 압력이 100 bar로 유지되는 경우, 제어 유닛은 원하는 전해질 물 압력을 105 bar 이상으로 설정하여, 전술한 바와 같이, 일부 전해질 물이 제1 및/또는 제2 전극(108, 112)을 통과하도록 할 수 있다.

제1 및 제2 전극(108, 112)을 통과하는 전해질 물은, 전해질 챔버(104)와 가스 수집 챔버(106, 110) 간의 압력 강하로 인해서, 전술한 배액 포트(142, 144)를 통해, 예를 들어 간헐적으로, 전해질 물 공급 회로(130) 내로 역으로 배액될 수 있다. 제어 유닛(160)은 이러한 전해질 물 배액 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 제어 유닛(160)은 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내에 배치된 물 높이 센서(미도시)에 연결될 수 있다. 물 높이 센서는 제1 및 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내, 특히 배액 웰(141, 143) 내의 물 높이를 나타내는 물 높이 데이터를 제어 유닛에 제공할 수 있다. 물 높이 데이터에 기초하여, 전해질 물 높이가 제1 및/또는 제2 배액 포트(142, 144)를 완전히 덮을 수 있을 정도로 충분히 높다는 것을 제어 유닛이 결정하는 경우, 제어 유닛(160)은 배액 포트(142, 144) 중 하나 또는 둘 모두를 일시적으로 열어서 전해질 물을 가스 수집 챔버(106, 110)로부터 배액할 수 있다. 일 실시형태에서, 제어 유닛은, 물 높이가 물 높이 문턱값에 도달한 경우, 미리 결정된 시간 동안, 예를 들어 몇 초 동안 배액 포트(142, 144)를 열도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제어 유닛은, 전해질 물 높이가 미리 결정된 물 높이 문턱값 미만으로 떨어질 때까지, 전해질 물을 배액하게 된다.

제어 유닛은 또한 단자(154, 156)를 통해서 전극(108, 112)에 부착된 전원(미도시)을 제어하도록 구성될 수 있다. 운영자 또는 제어기는 전기 분해의 유형, 사용되는 전극의 유형, 및 셀 갭과 같은 기타 변수에 따라 암페어 수(amperage)를 변경할 수 있다. 제어 유닛은 전원에 의해서 제공되는 전압을 원하는 전압으로 설정하도록 구성될 수 있다. 원하는 전압은 운영자에 의해서 지정될 수 있다. 암페어 수 및 전압은 고정되거나, 수동으로 설정되거나, 제어 유닛(160)에 의해서 가변적으로 제어될 수 있다.

일부 실시형태에서, 제어 유닛은, 전극(108, 112)에 걸친 원하는 압력 강하가 달성된 경우에만, 전력을 전극(108, 112)에 공급하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 제어 유닛(160)은 가스 수집 챔버(106, 110) 중 하나와 전해질 챔버(104) 간의 압력차를 모니터링할 수 있다. 압력차가 선택 가능한 제1 압력 문턱값을 초과하면, 제어 유닛은 전원을 활성화시켜 DC 전류를 전극(108, 112) 및 전해질 챔버(104) 내의 전해질 물에 걸쳐 인가함으로써 수전해 장치(100)의 작동을 시작할 수 있다. 제어 유닛(160)은, 압력 차가 제2 압력 문턱값 미만으로 떨어지면, 전원을 비활성화시키도록 구성될 수 있다. 제2 압력 문턱값은 제1 압력 문턱값과 동일하거나 그보다 낮을 수 있다.

전술한 바와 같이, 축압기(138)는, 정상 작동 중에 전해질 물이 축압기에만 추가될 수 있도록 배치될 수 있다. 다시 말해서, 가압된 전해질 물은 정상 작동 중에는 축압기(138)를 빠져나갈 수 없다. 축압기는 상시 열림형 배출구 밸브를 포함할 수 있다. 제어 유닛(160)은 수전해 장치의 정상 작동 중에 상시 열림형 배출구 밸브를 닫힘 위치에서 유지하도록 구성될 수 있다. 전원이 차단되는 경우, 즉 펌프(136) 및 잠재적으로 제어 유닛(160)이 비활성화 상태인 경우, 축압기의 상시 열림형 배출구 밸브가 열리게 되어, 축압기가 전해질 챔버(104)에 연결된다. 따라서, 축압기(138)에 저장된 전해질 물은 전해질 챔버 내로 유동하게 되어, 전원이 차단되더라도, 일정 시간 동안 제1 및 제2 전극(108, 112)에 걸친 압력 강하를 유지할 수 있게 된다. 이러한 시나리오에서는, 전류가 전극(108, 112)에 걸쳐 인가되지 않고, 그에 따라 전기 분해 처리가 중단되어 더 이상 가스가 생산되지 않게 된다. 그러나, 축압기(138)에 의해서 전해질 챔버(104) 내에서 유지되는 상승된 압력으로 인해서, 전해질 물은 전원이 차단되더라도 두 개의 투과성 전극(108, 112)을 통해서 밀려나오게 된다. 결과적으로, 작동 중에 형성된 잔류 가스 기포는, 수전해 장치(100)의 작동이 중단된 후에, 전해질 물의 장기간의 유동을 통해서 전극의 기공 외부로 플러싱되게 된다.

제어 유닛(160)은, 전극(108, 112)의 기공에 붙어 있는 부스러기 또는 기포를 제거하기 위한 순방향 플러싱 작동을 수행하도록 구성될 수 있다. 순방향 플러싱 작동 중에, 제어 유닛(160)은 제1 및 제2 전극(108, 112)에 걸쳐 인가되는 모든 전류를 중단시키고, 전해질 챔버(104) 내에서 원하는 전해질 물 압력을 유지할 수 있다. 전극에 걸쳐 인가되는 전류가 없기 때문에, 더 이상 수소 또는 산소 기포가 전극(108, 112)에서 생산되지 않게 된다. 전극(108, 112)을 통해서 여전히 펌핑되는 전해질 물은, 전극의 기공을 통과함에 따라, 부스러기 및 잔류 기포를 제거하게 된다. 순방향 플러싱 작동 중에, 제어 유닛은 배액 포트(142, 144)를 열림 상태로 유지할 수 있다.

다른 실시형태에서, 제어 유닛(160)은, 전극(108, 112)의 기공에 붙어 있는 부스러기 또는 기포를 제거하기 위한 역방향 플러싱 작동을 수행하도록 구성될 수 있다. 역방향 플러싱 작동 중에, 제어 유닛은 전해질 물을 각각의 배액 포트(142, 144)를 통해서 제1 및/또는 제2 가스 수집 챔버(106, 110) 내로 펌핑할 수 있다. 이를 위해서, 펌프(134)는 양방향 펌프일 수 있다. 이어서, 배액 라인(146, 148) 및 배액 포트(142, 144)를 통해서 가스 수집 챔버(106, 110) 내로 펌핑된 전해질 물은 전극의 제2 표면(116, 120)으로부터 그 제1 표면(114, 118)을 향해서 전극(108, 112) 및 전해질 챔버(104) 내로 침투하게 된다. 오염된 플러싱 유체(예를 들어, 전해질 물)는 역플러싱 작동 중에 통기 라인(105)을 통해서 전해질 물 공급 회로(130)로부터 제거될 수 있다. 플러싱된 유체는 또한 펌프(134)에서 또는 그 이전에, 즉 포트(126)와 펌프(134) 사이에서 제거될 수 있다. 플러싱 작동 중에, 제어 유닛(160)은 유입구 포트(126)를 닫고 통기 라인(105)에 연결된 전해질 챔버(104)의 배출구 포트를 열도록 구성될 수 있다. 전해질 공급 회로(130)로부터 제거된 전해질 물은 전해질 물 공급 라인(146)을 통해서 보충될 수 있다.

제어 유닛은 순방향 또는 역방향 플러싱 작동을 자동으로, 즉 미리 결정된 시간 간격으로, 또는 운영자의 명령에 응답하여 수행하도록 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 수전해 장치를 제어하기 위한 방법(200)의 일 실시형태의 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 수전해 장치는 전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극을 포함할 수 있고, 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이다.

제1 단계(202)에서, 방법은 전해질 물을 적어도 하나의 투과성 전극에 공급하는 단계를 포함한다. 제2 단계(204)에서, 방법은 적어도 하나의 투과성 전극의 대향 측 사이의 압력 강하를 제어하는 단계를 포함한다. 이를 위해서, 방법은 투과성 전극의 상류에서 전해질 물 압력을 증가시키는 단계 또는 적어도 하나의 투과성 전극의 하류에서 가스 압력, 예를 들어 수소 압력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

압력 강하는 5 bar 이상일 수 있다.

본 개시 내용의 주어진 양태, 특징 또는 매개변수에 대한 선호 사항 및 선택 사항은, 문맥상 달리 명시되지 않는 한, 본 개시 내용의 모든 다른 양태, 특징, 및 매개변수에 대한 임의의 그리고 모든 선호 사항 및 선택 사항을 조합하여 개시된 것으로 간주되어야 한다.

전술한 실시형태에서, 본 개시 내용의 수전해 장치의 다양한 양태를 제어하기 위해서 단일 제어 유닛이 언급되었지만, 수전해 장치는 또한 전술한 양태의 일부를 제어하고 바람직하게는 서로 통신하는 복수의 제어 유닛을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (22)

1. 수소를 생성하기 위한 수전해 장치로서,
   - 전해질 챔버를 포함하는 하우징;
   - 전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극으로서, 상기 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생성된 가스에 대해서 투과성이고, 상기 적어도 하나의 투과성 전극은 상기 전해질 챔버에 대면하는 제1 표면 및 제1 가스 수집 챔버에 대면하는 제2 표면을 갖는, 두 개의 전극;
   - 전해질 물을 상기 전해질 챔버에 공급하기 위한 전해질 공급 회로; 및
   - 상기 전해질 챔버와 상기 제1 가스 수집 챔버 사이에, 상기 적어도 하나의 투과성 전극에 걸친 압력 강하를 제어하기 위한 제어 유닛
   을 포함하는, 수전해 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 유닛은,
   - 상기 제1 수집 챔버 내의 가스 압력을 나타내는 가스 압력 데이터를 수신하고;
   - 상기 가스 압력 데이터에 기초하여, 상기 전해질 챔버 내의 원하는 전해질 물 압력을 결정하고;
   - 상기 전해질 공급 회로를 제어하여 상기 전해질 챔버 내의 압력을 상기 원하는 전해질 압력으로 설정하도록 구성되는, 수전해 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 원하는 전해질 압력을 상기 제1 가스 수집 챔버 내의 가스 압력보다 더 높게 설정하도록 구성되고, 상기 전해질 압력과 상기 가스 압력 간의 차이는 선택 가능한 제1 압력 문턱값보다 큰, 수전해 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 압력 문턱값은 적어도 5 bar인, 수전해 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제어 유닛은, 상기 제1 가스 수집 챔버와 상기 전해질 챔버 간의 압력차가 상기 선택 가능한 압력 문턱값보다 큰 경우, 상기 전극에 걸쳐 전류를 인가하도록 구성되는, 수전해 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수전해 장치는 상기 제1 가스 수집 챔버 내의 가스 압력을 조절하기 위한 압력 제어 밸브를 포함하는, 수전해 장치.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전해질 공급 회로는 전해질 물을 상기 전해질 챔버에 공급하기 위한 유압 펌프를 포함하고, 상기 제어 유닛은,
   - 상기 전해질 챔버 내의 전해질 물의 압력을 나타내는 전해질 압력 데이터를 수신하고;
   - 상기 전해질 압력 데이터에 기초하여, 상기 펌프의 작동을 제어하도록 구성되는, 수전해 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 투과성 전극은 0.3 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.2 ㎛ 이하의 기공을 갖는, 수전해 장치.
9. 제8항에 있어서,
   양쪽 전극들은 전해질 물의 분해에 의해서 생산되는 가스에 대해서 투과성이며, 상기 전극은 상이한 기공을 갖는, 수전해 장치.
10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 투과성 전극은 강(steel), 바람직하게는 소결 강으로 제조되는, 수전해 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두 개의 전극은 상이한 재료로 제조되는, 수전해 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 중 적어도 하나, 바람직하게는 애노드,는 자성인, 수전해 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 공급 회로는 상기 전해질 챔버에 선택적으로 연결 가능한 압력 저장 용기를 포함하는, 수전해 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 압력 저장 용기는, 상기 수전해 장치의 정상 작동 중에 닫히는 상시 열림형 배출구 밸브를 통해서 상기 전해질 챔버에 연결되는, 수전해 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은,
    - 순방향 플러싱 명령을 수신하고;
    - 상기 순방향 플러싱 명령에 응답하여, 상기 전극에 걸쳐 인가되는 임의의 전류를 중단하고 상기 제1 가스 챔버 내의 가스 압력보다 5 bar 초과로 더 높게 상기 전해질 챔버 내의 압력을 증가시키도록 구성되는, 수전해 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 챔버는 상기 두 개의 전극 사이에 위치한 전해질 갭을 포함하고, 상기 갭은 바람직하게는 0.1 mm 내지 10 mm의 폭을 갖는, 수전해 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가스 수집 챔버는, 상기 적어도 하나의 투과성 전극을 통해서 상기 전해질 공급 회로 내로 다시 전달된 전해질 물을 배액하기 위한 제1 배액 포트를 포함하는, 수전해 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    - 역방향 플러싱 명령을 수신하고;
    - 상기 전극에 걸쳐 인가된 임의의 전류를 중단하고, 상기 제1 배액 포트를 통해서 전해질 물을 상기 제1 가스 수집 챔버에 공급하여 상기 적어도 하나의 투과성 전극을 상기 제1 가스 수집 챔버로부터 상기 전해질 챔버를 향해서 역으로 플러싱하도록 구성되는, 수전해 장치.
19. 물에서 수소를 생성하기 위한 수전해 장치를 제어하는 방법으로서, 상기 수전해 장치는 전해질 물의 분해를 위한 두 개의 전극을 포함하고, 상기 전극 중 적어도 하나는 전해질 물의 분해에 의해서 생산된 가스에 대해서 투과성이며, 상기 방법은,
    - 전해질 물을 상기 적어도 하나의 전극에 공급하는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 전극의 대향 측 사이의 압력 강하를 제어하는 단계
    를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극의 대향 측 사이의 압력 강하를 선택 가능한 압력 문턱값보다 높게 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 제20항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 전극의 대향 측에 걸친 압력 강하가 상기 선택 가능한 압력 문턱값보다 높은 경우에 상기 전극에 걸쳐 전기를 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서,
    상기 선택 가능한 압력 문턱값은 5 bar 이상인, 방법.