電解系統的制作方法

本發明總體涉及一種用于進行電解工藝以產生清潔氣體(例如氫和氧)的電解工藝和裝置。本發明特別適于用于電解水的低溫氣體電解槽系統，并且便于在下文中關于該示例性應用來公開本發明。然而，應當理解，本發明不限于該應用并且可以用于其它電解應用中。

背景技術：

以下對本發明背景的討論旨在促進對本發明的理解。然而，應當理解，該討論不是確認或承認所提及的任何材料在本申請的優先權日已公開、已知或是公知常識的一部分。

作為在操作條件下的水電解中的放熱反應的結果，低溫氣體電解槽系統具有在膜電極組件(特別是在陽極側)中產生的大量熱量。因此，必須使用冷卻系統來維持膜電極組件和整個電解槽的低操作溫度。

在美國專利公開第3,917,520號(Katz等人)和第3,905,884號(Edmund等人)中教導并且在圖1中示出了利用熱交換系統的一種水電解裝置。如圖1所示，該裝置包括電解槽，其包括夾在陰極14和陽極16之間的多孔基質18，并填充有水性電解質。通過熱交換部22和與陽極16相鄰的多孔墊板20(其還包括電解質存儲基質)來從槽中除去熱量。該槽還包括分別在陰極和陽極的非電解質側上的氣體空間24、26。

在操作期間，通過電源30施加電勢，引起水的電解并且將槽的陽極側上的氧釋放到氣體空間26中，且將槽的陰極側上的氫釋放到氣體空間24中，并且通過出口32。分別使用導管34和36去除氣體。壓力調節裝置用于在氣體空間24和26中維持基本相等的壓力。一部分氫氣由泵39再循環通過槽并在入口38處再次進入槽的氣體空間24。

通過泵46使冷卻劑流體通過回路41再循環來從槽中除去熱量，該回路41通過使用了冷卻劑入口42和冷卻劑出口44的熱交換部22。該回路41還包括具有旁路控制閥50、熱敏元件52和散熱器54的旁路回路48。冷卻劑以與再循環氫氣逆流的方向通過槽來循環。

使用計量裝置58將來自儲存室56的水供應到再循環氫氣流，該水供應的量足以代替由槽使用的水和通過導管34、36與氣體一起排出的水。使用蒸發器60以由離開熱交換部分22的熱液體冷卻劑提供的蒸發熱來對水進行蒸發。

因此，US 3,905,884和3,917,520的水電解槽系統裝置包括連接到電解槽的單獨的熱交換部分。該部分必須與陽極室隔離以避免氣體交叉。因此，該系統具有以下缺點：

(A)需要將單獨的熱交換部分連接到槽，給整個系統帶來了額外的復雜性而且由于連接材料而引致了熱損失；

(B)包括熱傳感器和控制設備的槽熱管理系統的高成本和復雜性，其中熱傳感器和控制設備用來提供循環并且在各種操作條件下維持液體冷卻劑的溫度；和

(C)由于水在氣體再循環回路中冷凝而導致的低可靠性。來自槽的熱量使用液體冷卻劑回路來除去，并通過旁路回路來釋放或用于將蒸發器中的水進行蒸發。該系統保持進入槽的液體冷卻劑的恒定溫度。再循環的氫氣用于將蒸汽形式的水從蒸發器輸送到槽。然而，所述系統沒有在氣體再循環回路中保持基本恒定溫度的裝置。應當理解，為了以蒸汽形式傳輸大量的水，該工藝應該在高溫下進行。隨著氣體再循環回路內的溫度變化，一部分水可能在氣體再循環回路內局部冷凝。供水受到離開槽的水量的限制。因此，這種溫度變化可能最終導致電解質干涸并隨后導致裝置的故障。

因此，希望提供一種用于進行電解工藝以產生清潔氣體(例如氫氣和氧氣)的替代和/或改進的方法和裝置。這種系統將優選地降低操作設備所需的槽熱管理和控制設備的成本和復雜性。

技術實現要素：

本發明提供了一種新的電解系統，優選為一種用于從水中產生氫和氧的低溫氣體電解槽系統。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于從水中產生氫和氧的產物氣體的電解槽系統，其包括：

至少一個電解槽，其包括膜電極組件和離子導電電解質，所述膜電極組件包括至少一對包括陽極和陰極的氣體可滲透電極，所述離子導電電解質布置在每對陽極和陰極之間；

在每個電極的非電解質側上的電極氣體空間，至少一個電極氣體空間包括入口和出口；

再循環回路，其用于將所產生的氧或氫的產物氣體中的至少一種的至少一部分從相應的電極氣體空間的出口再循環到該電極氣體空間的入口；

與所述再循環回路流體連通的供水容器，所述供水容器利用由所述產物氣體提供的蒸發熱將來自供水裝置的水進行蒸發并將水蒸汽引入所述再循環回路中；和

熱傳遞裝置，其位于所述電極氣體空間中，用于在所述膜電極組件和氣體空間中的氣體之間傳遞熱量，所述氣體空間通過其入口和出口而流體地連接到所述再循環回路，其中所述熱傳遞裝置與所述膜電極組件接觸并且還允許在所述膜電極組件和相應的電極氣體空間之間的氣體循環。

與現有技術中的電解槽結構(例如如前所述)不同的是，本發明包括在陰極或陽極的電極氣體空間中的熱傳遞裝置，其與膜電極組件接觸，優選物理接觸，以允許相應的氫或氧的產物氣體和膜電極組件之間的有效熱傳遞。相應的產物氣體在熱傳遞裝置上循環通過電極氣體空間，以從該電極氣體空間去除熱量。

維持電解所需的水以蒸汽形式與再循環產物氣體一起供應。水蒸汽經由流體連接的電極氣體空間供給到膜電極組件。有利地，再循環回路使得在水電解期間產生的熱量能夠用于蒸發在膜電極組件中電解所需的水(來自供水裝置)。應當理解，水電解期間產生的剩余熱量用于維持并在需要時提高電解槽系統中的溫度。

應當理解，電解槽的效率隨著操作溫度的升高而增加。因此，隨著系統中的溫度增加，在恒定的氫產生速率(即恒定電流供應)下，電解槽將產生較少的熱量。結果，將達到平衡，其中電解期間產生的熱將用于維持系統內的升高的溫度并提供能量以蒸發電解槽中電解所需的水。

熱傳遞裝置可以包括能夠將熱量從膜電極組件傳遞到容納熱傳遞裝置的電極氣體空間中的氣體的任何合適的主體、系統或裝置。在一些實施方案中，熱傳遞裝置包括與相應的陽極或陰極直接物理接觸的散熱器。更優選地，散熱器抵接或物理連接到相應陽極或陰極的至少一部分。合適的熱傳遞裝置優選地包括用于在相應的電極氣體空間和膜電極組件之間的氣流的孔或開口，優選多個孔/開口。因此，熱傳遞裝置是氣體可滲透的，優選在平行于膜電極組件的縱向軸線的方向上是氣體可滲透的。合適的熱傳遞裝置包括網，優選為波紋網部或穿孔片。這種類型的熱傳遞裝置通常具有片狀件或板狀件的形式。在一些實施方案中，熱傳遞裝置也可以是導電的。因此，熱傳遞裝置優選地由導電金屬形成，例如鎳或不銹鋼。耐腐蝕性也是優選的，特別是對于某些腐蝕性電解質。因此，在一些實施方案中，熱傳遞裝置優選地由耐腐蝕金屬，優選地由耐腐蝕不銹鋼形成。這種耐腐蝕性可以由合金組合物、耐腐蝕涂層等產生。

膜電極組件可以包括任何數量的結構。例如，在一個實施方案中，每個電解槽包含壓在電解質的每一側上的一對氣體多孔電極。與在相同溫度和壓力下的純水相比，電解質優選包括在其表面上具有較低飽和水壓的任何合適的電解組合物。在一些實施方案中，電解質可包括固體離子交換膜或嵌入各種多孔基質中的液體電解質。用于陽極和陰極的電極優選由眾所周知的在酸性或堿性介質(取決于電解質的類型)中催化水氧化和還原的材料組成。多種合適的材料是本領域公知的。

根據所需的電解槽結構，陽極的電極氣體空間或陰極的電極氣體空間可以包括熱傳遞裝置并且流體連接到再循環回路。因此，在一些實施方案中，包括流體連接到再循環回路的入口和出口的電極氣體空間是陽極的電極氣體空間，并且產物氣體包括氧。在這樣的實施方案中，氧的產物氣體通過再循環回路循環并提供蒸發熱用于蒸發供給到加濕器中的水。在其它實施方案中，包括流體連接到再循環回路的入口和出口的電極氣體空間是陰極的電極氣體空間，并且產物氣體包括氫。在這樣的實施方案中，氫的產物氣體通過再循環回路循環并提供蒸發熱用于蒸發供給到加濕器中的水。

供水容器包括使得熱能/能量可以從氣相(再循環氣流)轉變到液相(供水)以便對水進行蒸發的任何容器。各種熱傳遞布置是可行的。在優選實施方案中，供水容器包括加濕器。加濕器優選地直接混合循環回路中的產物氧氣或氫氣和供應到并流過加濕器的水。因此，再循環的氧或氫的產物氣體可以通過加濕器并帶走水蒸汽。在這樣的實施方案中，用于對水進行蒸發的蒸發熱由再循環回路中的產物氣體提供。

加濕器，并且具體為加濕器的出口，優選地位于靠近流體連接的電極氣體空間的入口。加濕器和流體連接的電極氣體空間的入口之間的緊密接近將加濕器和電極氣體空間之間的熱量損失以及在它們之間的任何流體連接中冷凝的可能性最小化。

系統優選是低溫電解系統，因此，優選在0℃至300℃之間的溫度下操作，優選在100℃至200℃之間的溫度下操作，更優選在120℃至160℃之間的溫度下操作。

水在系統中用于電解以產生氫和氧。水優選以對系統中通過電解使用的水進行補充所需的速率供應給供水容器。在這方面，可以使用控制系統來控制供給到供水容器的水量。在這樣的實施方案中，將與在電解期間感測(例如通過電流表或其他適當的傳感器)的所使用的量加上隨著氣體通過相應電極的出口以及隨著再循環產物氣體從槽損失的水量相等的水量合適/等量地供給給水容器。

在本發明的實施方案中，電極氣體空間容納在具有入口開口和出口開口的電極室中，所述入口開口和出口開口沿著氣流軸線定位，所述氣流軸線正交于相應電解槽的膜電極組件的縱向軸線定向。優選地，入口開口和出口開口的尺寸設定成保持足夠的氣流通過電極氣體空間和相應的電極室。在一些實施方案中，正交于膜電極組件的縱向軸線的膜電極組件的總的有效平面表面積與電極室的入口開口和出口開口中的每一個的平面面積之間的比率在1和5之間。

電極室的入口和出口開口的尺寸便于氣體流動并且以0.1m/s至20m/s，優選1至20m/s之間，更優選在5m/s和20m/s之間的優選速度循環通過電極氣體空間。在系統中的氣體的高操作溫度和壓力下，可以使用較低的循環速度，其中需要較小容量的循環氣體以提供有效的熱傳遞并且供應足夠量的水作為用于電解的原料。在較低的溫度和氣體壓力下，需要較高的速度以保持期望的系統效率。

在一些實施方案中，該系統包括堆疊在一起的至少兩個電解槽。在一些實施方案中，系統包括堆疊在一起的多個電解槽。這種系統包括槽堆，其中堆疊的電解槽并行地起作用以從進料水產生所需的產物氣體。

本發明的第二個方面提供了一種使用至少一個電解槽從水中產生氫和氧的方法，所述電解槽包括膜電極組件和離子導電電解質，所述膜電極組件包括至少一對包括陽極和陰極的氣體可滲透電極，離子導電電解質布置在每對陽極和陰極之間，所述氣體可滲透電極或每個氣體可滲透電極包括在其非電解質側上的電極氣體空間，所述陽極和陰極的電極氣體空間的至少一個包括入口和出口，所述方法包括：

向所述膜電極組件供應電流和水蒸汽以從陰極產生氫氣和從陽極產生氧氣；

將所產生的氧氣或氫氣中的至少一種的一部分從相應的電極氣體空間的出口通過再循環回路再循環到所述相應的氣體空間的入口并通過所述相應的氣體空間；

使用由所述再循環回路中相應的氧或氫產物氣體的至少一部分提供的能量將從供水裝置供應到所述再循環回路中的水進行蒸發，以提供所需的蒸發熱；和

使用位于所述相應的電極氣體空間中的熱傳遞裝置在所述膜電極組件和在所述相應的電極氣體空間中的產物氣體之間傳遞熱量，所述熱傳遞裝置與所述膜電極組件接觸并且還允許所述膜電極組件和所述相應電極氣體空間之間的氣體循環。

如上所述，根據期望的結構，陽極的電極氣體空間或陰極的電極氣體空間可以包括熱傳遞裝置并且流體地連接到再循環回路。因此，在一些實施方案中，所述相應的氣體空間是陽極的電極氣體空間，并且產物氣體包括氧。在其它實施方案中，所述相應的氣體空間是陰極的電極氣體空間，并且產物氣體包括氫。

類似地，如上所述，蒸發水的步驟優選在加濕器中進行。在該步驟中，優選將水混合到對所產生的氧氣的一部分進行的再循環中，從而將熱量從所產生的氧的產物氣體轉移到混合物中的水中以用于水的蒸發。

應當理解，根據本發明的第二方面的方法可以使用根據本發明的第一方面的系統來執行。因此，關于本發明的第一方面所討論的特征同樣適用于本發明的第二方面。

附圖說明

現在將參照附圖的圖示描述本發明，其示出了本發明的特定的優選的實施方案，其中：

圖1是對應于現有技術并且如說明書的介紹中所描述的電解槽系統的視圖。

圖2是對應于本發明的電解槽系統的視圖。

圖3提供了根據本發明的一個實施方案的電解槽的氧室的總體設計示意圖。

圖4示出了根據本發明的一個實施方案的沒有氧室(圖3所示)的電解槽的一部分的立體圖。

圖5示出了根據圖3和圖4所示的實施方案的已組裝的電解槽的立體圖。

圖6提供了多個如圖5所示的電解槽形成的槽堆的立體圖。

具體實施方式

本發明提供了一種從供水產生氫和氧的產物氣體的電解槽。本發明的電解槽一般包括膜電極組件，其包含陽極、陰極和其間的電解質。

本發明提供的一個改善之處是使用了熱傳遞裝置，其促進了膜電極組件與由膜電極組件產生的氧或氫的產物氣體之間的有效熱量傳遞。根據電解槽的期望構造，本發明的熱傳遞裝置容納在陽極或陰極的非電解質側上的電極氣體室中。熱傳遞裝置物理連接到相應的陽極或陰極。產物(氧或氫的產物氣體)在熱傳遞裝置上循環通過電極氣體室，以從室中移除熱量并供應用于電解的水。該經加熱的產物氣體的一部分通過連接在電極氣體室的出口和入口之間的再循環回路而再循環。再循環回路包括加濕器，供水以足夠的量供給到加濕器中以維持電解。加濕器利用再循環回路中的產物氣體的熱量來供應所需的能量(蒸發熱)以蒸發所供應的水。因此，電解所需的水以蒸汽形式從具有再循環產物氣體的再循環回路供應到膜電極組件。

圖1至圖6示出了根據本發明的電解槽系統或電解槽100的一種形式。

首先參考圖2，其顯示了根據本發明的實施方案的一個電解槽系統100的工藝示意圖。所示的電解槽系統100包括至少一個電解槽101。每個電解槽101包括具有氣體可滲透電極的膜電極組件102，氣體可滲透電極包括布置在離子導電電解質108的各側上的陽極107和陰極109。通過本領域公知的手段構造膜電極組件102。例如，在本發明的一個實施方案中，電解槽101包括壓在電解質108的每一側上的一對氣體多孔電極。

電解質108優選是固體離子交換膜(可商購的質子交換膜，例如或者陰離子交換膜，例如德山公司(Tokuyama)的A201，可獲自美國德山：美國伊利諾斯州阿靈頓海茨市，60005)或嵌入各種多孔電解質中的液體電解質(例如美國專利5,843,297和4,895,634中所述，其內容應理解為通過該引用并入本說明書中)。與在相同溫度和壓力下的純水相比，電解質108的主要需求是在其表面上具有較低的飽和水壓。

用于陽極107和陰極109的電極優選由眾所周知的在酸性或堿性介質(這取決于電解質的類型)中對水的氧化和還原進行催化的材料組成。例如，用于陽極107和陰極109的電極可以形成分散在離子交換膜表面上的納米顆粒(例如在《能源與環境科學》(Energy Environ.Sci.)，2011,4,293中所描述的，其內容應當被理解通過該引用并入本說明書中)，或者被制造為穿孔片或網(例如，如《氫能國際期刊》(Int.Journal of Hydrogen Energy)37(2012)10992-11000中所描述的，其內容應當被理解為通過該引用并入本說明書中)。

電解槽101使用陰極109和陽極107的非電解質側上的氣體空間104、106。通過電解產生的氧氣被收集在陽極氣體空間104中。通過電解產生的氫被收集在陰極氣體空間107中。所產生的氧氣和氫氣經由出口132和132A離開相應的氣體空間104、106。如下所述，陽極氣體空間104還包括向電解槽101供水以用于電解的水蒸汽。通過陰極室128和陽極室129在槽中形成槽氣體空間104、106，如圖3和圖4所示。陽極室129具有入口130和出口132。

陰極室128可以通過任何公知的方式制造，所述方式允許將電流提供給陰極109，并且優選地在電解質側上包括多個通道(未示出)用于待從系統100除去的氫氣，例如在《能源與環境科學》(Energy Environ.Sci.)，2011,4,2993所述的，其內容應理解為通過該引用并入本說明書中。

在圖3至圖6中示出了根據本發明的電解槽101的一個實施方案。在本發明的該實施方案中使用的陽極室129的總體設計在圖3中示出。所示的陽極室129由具有兩個開口的薄中空板構成，該兩個開口包括在對側131A和131B上的入口130和出口132，以允許氣體循環進出陽極室129；以及在基部131C上的開口133，膜電極組件102(包括陽極)經由陽極107安裝至基部131C上。

包括熱交換器或散熱器105的熱傳遞裝置位于陽極氣體空間104內。在保持陽極107和陽極氣體空間104中的氣體之間的氣體循環/氣體擴散的同時，散熱器105與陽極107直接物理接觸。散熱器105可以包括金屬穿孔片或網部。然而，應當理解，散熱器105可以具有任何合適的構造，以能夠保持高容量的氣體循環并且提供從陽極107到陽極氣體空間104中的氣體的有效熱量傳遞。

圖4中示出了未畫出陽極室129的電解槽101的該實施方案的一部分。散熱器105用于從陽極107移除熱量，并且被壓在膜電極組件102的陽極107上，陽極107放置在陰極室128上。在優選實施方案中，散熱器105可以由金屬片或金屬網制成。在所示實施方案中，散熱器105包括波紋金屬板(直角波紋)，其具有與陽極107接觸的穿孔接觸區域107A和固體波紋狀散熱片107B。散熱器105的與膜電極組件102的陽極107接觸的區域具有多個開口145，以允許膜電極組件102和陽極室129中的氧產物氣體之間的熱和水傳遞。在堿性膜或具有耐腐蝕涂層(例如，在2013年5月9日的日本專利第JP2013082985A號渡邊等人教導的碳涂層，其內容應理解為通過該引用并入本說明書中)的不銹鋼的情況下，水槽105可以由鎳或耐腐蝕的不銹鋼制成。

散熱器105可以具有各種設計以增強膜電極組件102和在陽極室129中循環的氣體之間的熱量傳遞。電流可以直接提供給陽極107，或者如果使用了導電材料，則替代地通過散熱器105。

在圖5中示出了全槽組件101。在優選實施方案中，陽極室129(其外側)與陽極107直接電接觸，而陰極室128(其外側)與陰極109直接電接觸。

陽極室129的入口130開口和出口132開口位于陽極室129的側面，其中入口開口正交于電解槽101的縱向軸線X-X而定向。通過陽極室129的入口130和出口132的氣流沿著正交于膜電極組件102的縱向軸線X-X定向的流軸線而定位。入口130開口和出口132開口的尺寸設置成保持足夠的氣流通過陽極室129。為此目的，優選的是，膜電極組件102的有效表面(正交于縱向軸線X-X的電極、電解質等的平面表面積)與陽極室129的入口130和出口132的入口面積A之間的比率優選在1和5之間。

在系統100的操作期間，由電源113在每個陰極109和陽極107之間施加電勢，引起保留在電解質108中的水的小部分電解，因此將氧釋放到陽極氣體空間104中并將氫釋放到陰極氣體空間106中。在通過壓力控制出口115在氣體空間104和106內保持基本相等的壓力的同時，將氧和氫的產物氣體從系統100中除去。由于水氧化過程的低效率，大部分熱量在電解期間在陽極107和電解質108之間的分界處產生。從電解質108產生的熱量通過陽極107傳遞到散熱器105中。

在電解槽101中由電解產生的氧氣的一部分通過泵111在電解槽101內再循環，并用于從散熱器105去除熱量。再循環氧氣在陽極氣體空間104的出口146處離開電解槽101，并在入口148處重新進入電解槽101。

氣體以0.1至20m/s之間的速度通過陽極室129和其中的陽極氣體空間104來循環。可以在系統中的氣體的高操作溫度和壓力下使用較低的循環速度，其中需要較小容量的循環氣體以提供有效的熱量傳遞并且供應足夠量的水作為用于電解的原料。當在較低溫度和氣體壓力下保持系統100的效率較為重要時，需要較高的速度。

應當注意，膜電極組件102的有效表面(正交于縱向軸線X-X的平面表面積)與陽極室的入口130和出口132的入口面積A之間的較高比率將需要更高的氣體循環速度，以保持有效的熱量傳遞并提供足夠量的水作為電解原料。

所產生的氧氣和氫氣的一部分從陽極氣體空間104的出口通過加濕器142循環，并經由再循環回路143返回到陽極氣體空間104的入口。加濕器142流體連接到再循環回路143，氧產物氣體(來自電解)流過其中。加濕器142還從供水裝置144供給水。在加濕器142中，使用在再循環回路143中的加熱的氧產物氣流提供的能量將所供應的水進行蒸發(即，傳遞所需的能量(蒸發熱)，并且從而被加熱到必要的溫度)，并因此以帶有氧產物氣體的蒸汽的形式從加濕器142的出口流出。因此，再循環的氧氣通過加濕器142并帶走水蒸汽。水蒸汽最終從再循環回路143進入每個電解槽101的陽極氣體空間104。

將來自供水裝置以對系統100通過電解使用的水進行補充所需的速率將水供應到系統100。所產生的氧氣和氫氣的一部分從陽極氣體空間104的出口通過加濕器142，并經由再循環回路143回到陽極氣體空間104的入口來進行循環。加濕器142流體連接到再循環回路143，氧產物氣體(來自電解)流過其中。還將來自供水裝置144的水對加濕器142進行供給，該水在加濕器142中使用由再循環回路143中的加熱的氧產物氣流提供的能量/熱量來蒸發。因此，從加濕器142的出口流出的水蒸汽帶有氧產物氣體。水蒸汽最終從再循環回路143進入每個電解槽101的陽極氣體空間104中。水以對系統100通過電解使用的水進行補充所需的速率從供水裝置供應到系統100。

控制系統(未示出)可以用于控制從供水裝置144進入加濕器142的水流量。控制系統確保將與在電解期間通過電流表152感測到的使用的量加上因氣體通過出口115而從槽損失(即，不通過再循環回路143循環)的水量相等的水量供給到加濕器142中，并且然后被蒸發到再循環的氧中。虛線149示出了電流表152和供水裝置144之間的總控制線。應當理解，供水裝置144將包括控制閥或類似的流量限制/控制裝置，其可以控制供給加濕器142的水量。

用于蒸發供給到加濕器142中的水的蒸發能量由再循環氧的溫度/熱量提供。如果來自循環產物氧氣的熱量不足，則其將不能在加濕器142中蒸發水。因此，不能使超過系統100的能量水平的水蒸汽進入再循環回路143，因此在再循環回路143中不會發生這種水蒸汽的冷凝。

在電解槽101中的水電解期間產生的熱量用于蒸發電解所需的水，其余部分增加電解槽系統100中的溫度。隨著電解槽101的溫度增加，工藝的效率將增加，因此，電解槽101產生的熱量將變得足以用于水蒸發，從而補償系統100內的熱量損失。眾所周知，電解槽的效率隨著操作溫度的升高而增加。因此，隨著系統中的溫度增加，在恒定的氫產生速率(即恒定電流供應)下，槽將產生較少的熱量。結果，將達到平衡，其中在電解期間產生的熱量將用于維持系統100內的升高的溫度并提供能量以蒸發電解所需的水。另外，電解槽101保持在比加濕器142的溫度更高的溫度，以允許通過再循環的氧進行熱量傳遞。總體上，系統100可以在0至300℃之間操作，優選的操作模式在120℃至160℃之間。

電解槽101在氧氣和氫氣之間基本上相等的壓力下操作。根據膜的類型和所需的氣體純度，系統100可以在環境壓力至超過30巴的高壓下操作。

注意，在所示的系統中，散熱器105位于陽極氣體空間104中。然而，應當理解，在其它實施方案中，散熱器105可以替代地位于陰極氣體空間106中，且陰極氣體空間106流體連接到再循環回路143。在這樣的實施方案中，電解槽系統100的構造將類似于圖2所示，其中陰極109和陽極107在膜電極組件102內互換或交換位置并且相應的電連接相應地交換。這將導致氫產物氣體循環通過再循環回路143。類似地，陽極室129的構造可以同樣地用于該替代實施方案中的陰極室。應當理解，所示實施方案的討論同樣適用于具有上述替換或變化的該實施方案。

根據本發明的幾個槽101可以串聯連接并且彼此堆疊以形成疊堆。例如，各個槽101可以堆疊在一起成為槽堆160，如圖6所示。每個槽(包括具有入口130和出口132的陽極室129)的開口162可以包括槽101的堆疊側164的相當大部分的表面積。側面164的總面積與在那些側面164上/中的開口130、131的面積之間的比率典型地在1和5之間。

本領域技術人員將理解，除了具體描述的那些之外，本文描述的本發明可以進行變化和修改。應當理解，本發明包括落入本發明的精神和范圍內的所有這些變化和修改。

當在本說明書(包括權利要求書)中使用術語“包括”、“包括了”或“包括有”時，其將被解釋為指定所述特征、整體、步驟或組件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、部件或其組合的存在。