电解装置及方法制造方法及图纸

一种电解装置(1)，包括：

【技术实现步骤摘要】
电解装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种电解装置和一种用于执行电解的方法。
[0002]电解过程消耗大量能量。为此，电解厂倾向于在太阳入射辐射高的地区通过太阳能光伏设施进行低成本的可再生能源发电。不幸的是，这些地方也缺乏大量的清洁水。在已知的电解过程中，大量能量被转化为低级热量，该热量通过冷却水从过程中被去除。因此，期望减少冷却水的消耗。
[0003]本专利技术的目的是改进现有技术，使得能以特别有效的方式减少冷却水的消耗。
[0004]该目的是通过根据独立权利要求所述的电解装置和方法来实现的。在从属权利要求中提出了有利的改进。权利要求和说明书中描述的特征可以以任何技术上合理的方式彼此组合。
[0005]根据本专利技术，提出了一种电解装置，该电解装置包括：
[0006]‑
用于驱动介质的泵单元；
[0007]‑
多个电解池堆叠体，其中，每个堆叠体包括连接至该泵单元的相应的堆叠体入口、相应的阳极出口和相应的阴极出口，其中，这些堆叠体被配置为通过将被引入相应的堆叠体入口中的介质电解来获得阳极产物和阴极产物，该阳极产物与该介质一起被提供在相应的阳极出口处，该阴极产物与该介质一起被提供在相应的阴极出口处；
[0008]‑
阳极分离器，该阳极分离器具有连接至该泵单元的阳极分离器介质出口，其中，这些堆叠体的每个阳极出口连接至该阳极分离器的相应阳极分离器入口，并且其中，该阳极分离器被配置用于将被引入该阳极分离器入口中的阳极产物与介质分离，使得该阳极产物被提供在阳极分离器产物出口处，而该介质被提供在该阳极分离器介质出口处；以及
[0009]‑
阴极分离器，该阴极分离器具有连接至该泵单元的阴极分离器介质出口，其中，这些堆叠体的每个阴极出口连接至该阴极分离器的相应阴极分离器入口，并且其中，该阴极分离器被配置用于将被引入该阴极分离器入口中的阴极产物与介质分离，使得该阴极产物被提供在阴极分离器产物出口处，而该介质被提供在该阴极分离器介质出口处；
[0010]‑
用于冷却该介质的主冷却器，该主冷却器被布置在该泵单元与这些堆叠体入口之间；
[0011]‑
从该泵单元与该主冷却器之间到该阳极分离器和/或该阴极分离器的旁路。
[0012]该电解装置可以用于将介质电解。代替术语“电解装置”，还可以使用术语“电解器”。优选地，介质是水。在此情况下，作为电解产物可以获得氢和氧。该电解装置旨在用于工业规模的电解。例如，优选的是，以每个堆叠体每小时250至1500Nm3的速率获得这些电解产物中的至少一种。这尤其适用于在水电解情况下产生氢气。优选地，以自动化的方式来执行电解。
[0013]该电解装置包括多个堆叠体。优选地，电解装置包括2个至16个堆叠体，尤其2个、4个或8个堆叠体。这些堆叠体还可以被称为电解堆叠体。每个堆叠体包括若干电解池。每个堆叠体具有至少一个堆叠体入口、阳极出口、以及阴极出口。可以经由(多个)堆叠体入口来将介质提供至堆叠体。在堆叠体内，可以使用电解池来执行对介质的电解。由此获得阳极产物和阴极产物。在水作为介质的情况下，阳极产物是氧，而阴极产物是氢。可以经由阳极出
口从堆叠体中提取阳极产物。然而，因此，阳极产物将混有介质。类似地，可以经由阴极出口从堆叠体中提取阴极产物与介质的混合物。
[0014]每个电解池优选地包括阳极、邻近于阳极的阳极空间、阴极、以及邻近于阴极的阴极空间。阴极空间优选地与阳极空间通过膜、并且可选地还通过阳极和阴极隔开。阳极出口优选地连接至阳极空间。阴极出口优选地连接至阴极空间。膜优选地是某些离子可渗透的。例如，在PEM电解池的情况下，膜优选地是氢离子(H
+
)可渗透的。在此情况下，阳极和阴极是可渗透的并且与膜相邻地布置。并且在此情况下，优选的是，每个堆叠体具有仅一个堆叠体入口，其连接至阴极空间。作为另外的示例，在碱性电解池的情况下，膜优选地是氢氧根离子(OH
‑
)可渗透的。在此情况下，每个堆叠体优选地具有两个堆叠体入口：相应的阳极堆叠体入口和相应的阴极堆叠体入口。阳极堆叠体入口优选地连接至阳极空间。阴极堆叠体入口优选地连接至阴极空间。
[0015]电解装置进一步包括阳极分离器和阴极分离器。以下描述适用于阳极分离器和阴极分离器两者。分离器被配置用于将电解产物与介质分离。分离器具有相应的分离器入口、相应的分离器产物出口、相应的分离器介质出口。如果在分离器入口处提供的是产物与介质的混合物，则将该混合物在分离器内分离，使得在分离器介质出口处仅提供大部分介质(即>99％mol)并且在分离器产物出口处仅提供大部分产物(即>99％mol)。介质优选地是液态，而产物优选地为气态。因此，分离器优选地被配置为气/液分离器。
[0016]堆叠体的阳极出口连接至阳极分离器入口。即，所有堆叠体的阳极出口均连接至同一阳极分离器的阳极分离器入口。优选地，存在仅一个阴极分离器。堆叠体的阴极出口连接至这些阴极分离器入口。即，所有堆叠体的阴极出口均连接至同一阴极分离器的阴极分离器入口。优选地，存在仅一个阴极分离器。
[0017]介质由泵单元驱动。泵单元优选地具有可变流量。即，可以例如通过控制泵单元中的至少一个泵的旋转速度来控制泵单元产生的介质流量。在存在多个泵单元的情况下，优选的是，可以将由该泵单元产生的介质流彼此独立地控制。泵单元可以包括一个或多个泵。在多于一个泵的情况下，泵单元中的泵被配置为使得此泵单元中的一个、一些或所有泵可以贡献于此泵单元产生的流量。例如，泵单元可以具有两个泵，其中一个泵可以工作，而另一泵用作备用泵。替代性地，泵单元中的这两个泵可以同时使用，以避免其中一个泵必须以其最大功率操作。应注意的是，电解装置可以包括多个泵单元，每个泵单元包括多个泵。为此，电解装置可以具有例如四个泵，其中两个泵形成第一泵单元，而另两个泵形成第二泵单元。
[0018]优选地，电解装置具有仅一个泵单元。在此情况下，泵单元出口连接至所有的堆叠体入口。这并不意味着，泵单元必须直接连接至堆叠体入口。特别地，可以在泵单元与堆叠体入口之间布置用于将多余的流返回至分离器以平衡给送介质流的器件。优选地，在泵单元与堆叠体入口之间设置了集管，用于将泵单元提供的介质流分为针对每个堆叠体的相应流。即，通过集管，将介质流分配至这些堆叠体入口。另外，阳极分离器介质出口和阴极分离器介质出口连接至泵单元入口。这可以经由中间的共用器皿来实现。即，介质可以被泵单元循环穿过堆叠体和分离器。此实施例可以被称为单一给送或共用给送，因为介质经由分配至堆叠体的仅一个给送管线给送至堆叠体。特别地，在此实施例中，每个堆叠体可以具有仅一个堆叠体入口。在PEM电解池的情况下，这是尤其优选的。替代性地，每个堆叠体可以具有
相应的阳极堆叠体入口和相应的阴极堆叠体入口。在碱性电解池的情况下，这是尤其优选的。某个堆叠体的阳极堆叠体入口和阴极堆叠体入口可以共同连接至集管。即，分派给相应堆叠体的相应集管出口可以连接至此堆叠体的阳极堆叠体入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解装置(1)，包括：
‑
用于驱动介质的泵单元(2)；
‑
多个电解池堆叠体(3)，其中，每个堆叠体(3)包括连接至该泵单元(2)的相应的堆叠体入口(4a，4b)、相应的阳极出口(6)和相应的阴极出口(7)，其中，这些堆叠体(3)被配置为通过将被引入相应的堆叠体入口(4a，4b)中的介质电解来获得阳极产物和阴极产物，该阳极产物与该介质一起被提供在相应的阳极出口(6)处，该阴极产物与该介质一起被提供在相应的阴极出口(7)处；
‑
阳极分离器(9)，该阳极分离器具有连接至该泵单元(2)的阳极分离器介质出口(12)，其中，这些堆叠体(3)的每个阳极出口(6)连接至该阳极分离器(9)的相应阳极分离器入口(10)，并且其中，该阳极分离器(9)被配置用于将被引入该阳极分离器入口(10)中的阳极产物与介质分离，使得该阳极产物被提供在阳极分离器产物出口(11)处，而该介质被提供在该阳极分离器介质出口(12)处；以及
‑
阴极分离器(13)，该阴极分离器具有连接至该泵单元(2)的阴极分离器介质出口(16)，其中，这些堆叠体(3)的每个阴极出口(7)连接至该阴极分离器(13)的相应阴极分离器入口(14)，并且其中，该阴极分离器(13)被配置用于将被引入该阴极分离器入口(14)中的阴极产物与介质分离，使得该阴极产物被提供在阴极分离器产物出口(15)处，而该介质被提供在该阴极分离器介质出口(16)处；
‑
用于冷却该介质的主冷却器(22)，该主冷却器被布置在该泵单元(2)与这些堆叠体入口(4a，4b)之间；
‑
从该泵单元(2)与该主冷却器(22)之间到该阳极分离器(9)和/或该阴极分离器(13)的旁路(18)。2.根据权利要求1所述的电解装置(1)，其中，该旁路(18)包括用于冷却该介质的次冷却器(23)。3.根据权利要求2所述的电解装置(1)，进一步包括在该次冷却器(23)的下游从该旁路(18)到...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：