电解系统和用于运行电解系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于将水电化学分解成氢气和氧气的电解系统，其具有至少一个用于将水电化学分解成氢气和氧气的电解装置。此外，电解系统包括用于容纳电解装置的外壳设备，其中电解装置至少部分地设置在外壳设备中，并且外壳设备相对于包围外壳设备的第一流体密封地封闭。在电解装置中，将水分解成氢气和氧气。氢气和氧气从外壳设备引出。气和氧气从外壳设备引出。气和氧气从外壳设备引出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解系统和用于运行电解系统的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于将水分解成氢气和氧气的电解装置及用于运行电解装置的方法。

技术介绍

[0002]电解装置是一种借助于电力引起物质转换(电解)的设备。对应于各种不同的电解装置，也存在大量的电解装置，即例如用于电解制氢的电解装置。
[0003]当前的考虑在于：在阳光和风能充足时，即借助高于平均水平的太阳能或风力发电，借助来自可再生能量源中的能量产生氢气。借助水电解装置产生的氢气尤其可以是再生材料。例如，所谓的EE气体可以借助氢气来制备。
[0004]在此，(电解制氢)电解装置借助电能、尤其来自风能或太阳能的电能首先产生氢气。然后，将氢气与二氧化碳一起在Sabatier(萨巴蒂尔)工艺中用于制备甲烷。例如，然后可以将甲烷馈入到已经存在的天然气网络中，进而实现存储能量和将能量运输至消耗器，进而可以减轻电网的负荷。替选地，由电解装置产生的氢气也可以直接进一步使用，例如用于燃料电池。
[0005]在用于电解制氢的电解装置中，水被分解成氢气和氧气。在PEM电解装置中，典型地将蒸馏水作为起始材料在阳极侧输入，并且在质子可透过的膜(英文：“Proton
‑
Exchange
‑
Membrane质子交换膜”；PEM)处分裂成氢气和氧气。在此，水在阳极处氧化成氧气。质子经过质子可透过的膜。在阴极侧生产氢气。电解单元典型地包括至少四个电解模块。电解模块典型地包括50个电解池。
[0006]电解装置典型地安装在容器或建筑物中，以保护其免受外部影响，例如尤其降水。所述容器或建筑物被通风。通风确保与环境的热交换。此外，以足以中和气体泄漏并确保充分冷却的空气交换率进行空气交换。通风尤其连续进行。
[0007]在通风期间，经由空气交换不利地将灰尘、盐分或不期望的气体从环境中引入到容器或建筑物中。这会不利地导致电解装置的维护耗费增加，并且缩短电解装置的使用寿命。此外，可燃气体会不利地到达建筑物或容器内。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术的目的是：提供一种电解系统和一种用于运行电解系统的方法，其克服了上述缺点。
[0009]该目的借助根据权利要求1的电解系统和根据权利要求9的用于运行电解系统的方法来实现。
[0010]根据本专利技术的、用于将水电化学分解成氢气和氧气的电解系统包括至少一个用于将水电化学分解成氢气和氧气的电解装置。所述电解系统还包括用于容纳电解装置的外壳设备。在此，电解装置/电解系统(不仅仅是堆)至少部分地设置在外壳设备中。外壳设备相对于包围外壳设备的第一流体密封封闭。
[0011]用于运行将水分解成氢气和氧气的电解系统的根据本专利技术的方法包括多个步骤。首先，提供电解系统，所述电解系统具有用于将水电化学分解成氢气和氧气的电解装置。电解系统还包括用于容纳电解装置的外壳设备，其中电解装置至少部分地设置在外壳设备中，并且外壳设备相对于包围外壳设备的第一流体密封地封闭。随后，在电解装置中将水分解成氢气和氧气。从外壳设备中引出氢气和氧气。在此，电解系统不仅仅是一个堆，而是包括多个具有所属的基础设施的堆。
[0012]电解装置有利地与具有第一流体的外部环境隔离开。因此，没有不期望的成分、例如灰尘、盐分、特别是来自海洋空气的盐分、或气体可以接触电解装置或与包围电解装置的介质混合。因此有利地保护电解装置免受外部影响。
[0013]在本专利技术的一个有利的设计方案和改进形式中，外壳设备包括热交换器，所述热交换器用于对外壳设备中的温度和外壳设备之外的温度进行热平衡。因此，有利地确保：在电解期间形成的热量被带出电解系统。特别有利地，热量间接地通过热交换器散发，使得有利地避免部件必须与环境交换。
[0014]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，电解系统具有至少一个氧传感器。替选地或附加地，电解系统包括氢传感器。有利地，因此可以检测氢气和氧气的浓度，以便及早地识别泄漏，使得可以采取对策。
[0015]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，在外壳设中设置有用于减小氢、氧和/或水的化学分子捕捉器。这尤其有利地为第一流体中氧含量和/或氢含量过高的对策。借助于化学分子捕捉器或运输湿气的膜也可以减少会损坏电解装置的过高的湿气。有利地，因此可以避免：由于凝缩而腐蚀部件，这又会导致短路风险的增加。因此，部件不必针对凝缩设计，这有利地简化了结构和降低了成本。
[0016]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，在外壳设备中设置有电化学氢泵。当施加电流时，电化学泵将氢气运输经由膜，特别是经由质子交换膜。因此，有利地，氢气可以选择性地从外壳设备的内部经由对于不同于氢气的气体是气密的膜被向外运输。
[0017]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，电解系统包括燃料电池。燃料电池借助氢气、特别是电解装置的产物作为燃料并且借助空气、即外壳设备内的空气作为氧化剂来运行。在此，消耗空气中的氧气，由此燃料电池的排气中的氧气少于对燃料电池的馈送空气。氧气份额可以有利地降低至，使得在电解装置氢气泄漏的情况下不会形成可燃的气体混合物。因此，有利地提高了电解系统的运行可靠性。
[0018]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，电解系统包括用于用第二流体填充外壳设备的填充设备。特别地，体积补偿可以有利地借助于填充设备尤其根据变化的空气压力或变化的温度来执行。填充设备尤其包括填充有惰性气体的压缩气体容器。
[0019]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，电解系统包括用于从第二流体移除水的分离设备。特别地，分离设备包括吸收床或吸附床。特别地，吸附床包括硅胶作为吸附剂。分离设备也可以设计为冷阱。还可行的是：借助于水蒸气可渗透膜、尤其借助于湿气运输的膜(例如Gore
‑
Tex膜)将水从外壳设备运出。第二流体的湿气含量有利地保持在低水平。
[0020]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，外壳设备外罩，其中流体密封地封闭的穿流设备设置在外罩中。所述流体密封封闭的穿流设备有利地实现对外壳设备进行
不连续通风。穿流设备尤其可以是活门、阀或泵开口。
[0021]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，电解系统的电解装置包括外围装置，所述外围装置包括管线和热交换器。所述外围装置设置在外壳设备中。因此，有利地，不仅电解装置而且所有馈送管线和排放管线以及热交换器都受到保护免受环境的外部影响。因此，有利地减少了维护间隔。
[0022]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，第一流体是气体混合物，特别是空气。外壳设备有利地特别保护免受包围外壳设备的空气的影响。所述气体混合物尤其在提炼设备附近可以包括可燃气体。
[0023]在本专利技术的另一有利的设计方案和改进形式中，外壳设备填充有第二流体。第二流体尤其是气体或气体混合物。换言之，这意味着：将保护气体以包围电解装置的方式设置在外壳设备中。所述保护气体尤其是惰性气体。特别地，氮气、二氧化碳、不可燃的FCKW置换气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将水(W)电化学分解成氢气(H2)和氧气(O2)的电解系统(1)，所述电解系统具有：
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用于将水(W)电化学分解成氢气(H2)和氧气(O2)的至少一个电解装置(2)，
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用于容纳所述电解装置(2)的外壳设备(10)，其中所述电解装置(2)至少部分地设置在所述外壳设备(10)中，并且所述外壳设备(10)相对于包围所述外壳设备(10)的第一流体(F1)密闭封闭。2.根据权利要求1所述的电解系统(1)，其中所述外壳设备(10)包括热交换器(23)，所述热交换器用于对所述外壳设备(10)中的温度和所述外壳设备(10)之外的温度进行热平衡。3.根据权利要求1或2所述的电解系统(1)，其中所述电解系统(1)具有至少一个氧传感器。4.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(1)，所述电解系统具有至少一个氢传感器。5.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(1)，其中在所述外壳设备(10)中设置有用于减少氢、氧和/或水的化学分子捕捉器。6.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(1)，其中在所述外壳设备(10)中设置有电化学氢泵。7.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(1)，其中所述外壳设备(10)包括外罩，其中流体密封地封闭的穿流设备(22)设置在所述外罩中。(在说明书中：穿流设备可以是阀、也可以是活门或泵开口。)8.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(1)，其中所述电解装置的、包括管线(9，11，12，15)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：西门子能源环球有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：