用于从电解介质中分离产物气体的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于从电解介质中分离产物气体并且用于干燥该从电解介质中分离的产物气体的设备。该设备包括在其内部限定有液相部分和气相部分的容器，其中该液相部分和该气相部分彼此紧邻，其中该液相部分被配置为从负载有产物气体的电解介质中分离该产物气体，以获得脱气的电解介质，并且其中该气相部分被配置为干燥从该电解介质中分离的产物气体。该设备进一步包括用于将负载有产物气体的电解介质供应至该容器的内部的入口、用于将该脱气的电解介质从该容器的内部排出的出口、和用于将该分离的产物气体从该容器的内部排出的出口。热交换器装置，其包含设置在该容器的气相部分内的热传递元件，并且这些热传递元件被配置用于冷却从电解介质中分离的产物气体以实现将分离的产物气体中含有的可冷凝组分冷凝。本发明专利技术进一步涉及一种电解组件，其包括组合的气

【技术实现步骤摘要】
用于从电解介质中分离产物气体的设备


[0001]本专利技术涉及一种用于从电解介质中分离产物气体、特别是氢气的设备。本专利技术进一步涉及包含所述设备的电解组件。

技术介绍

[0002]电解槽是一种借助于直流电通过电化学反应使分子解离的装置，其中将直流电提供给一个电解槽或多个电解槽，通常称为电解池堆叠体。在最常见的应用中，反应物是水并且产物是分子氢和氧。除了电池堆之外，电解槽还包括后处理区，其中产物气体与电解介质分离。
[0003]典型地，该后处理区包括用于从湿产物气体中冷凝液体的专用冷却器、用于将(预)干燥的产物气体与液体分离的气液分离器、以及其他用于从产物气体中分离杂质的装置。那些其他装置可以包括(例如在水电解中)通过氧杂质与氢催化转化为水并随后在吸收剂床中除去由此产生的水而将氧气与氢气分离的装置。
[0004]使用专用的冷却器和冷却器下游的气
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液分离器需要大量空间，并且使产生的冷凝物的处理复杂化，因为冷凝物理想地应该返回到电解槽的电解介质回路而没有质量损失和能量损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术的总体目的是提供一种至少设备，该设备至少部分地克服了现有技术的问题。
[0006]特别地，本专利技术的目的是提供一种设备，其允许设计与已知方案相比更紧凑的电解槽。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种设备，该设备在质量损失和能量损失方面改进了产物气体中夹带的液体再循环到电解介质中。
[0008]独立权利要求的主题为上述至少一个目的的至少部分解决方案做出了贡献。从属权利要求提供了有助于至少一个目的的至少部分解决方案的优选实施例。如果适用，根据本专利技术的一种类别的元件的优选实施例对于根据本专利技术的相应其他类别的相同或对应元件的部件也应当是优选的。
[0009]术语“具有”、“包括”或“包含”等不排除可能包括另外的元件、成分等的可能性。不定冠词“一个/种(a/an)”不排除可能存在复数。
[0010]一般而言，潜在问题中的至少一个至少部分地通过一种用于从电解介质中分离产物气体、并且用于干燥从电解介质中分离的产物气体的设备来解决，该设备包括
[0011]‑
容器，在其内部限定有液相部分和气相部分，其中
[0012]液相部分和气相部分彼此紧邻，其中
[0013]该液相部分被配置为从负载有产物气体的电解介质中分离产物气体，以获得脱气的电解介质，并且其中
[0014]气相部分被配置为用于干燥从电解介质中分离的产物气体；
[0015]‑
用于将负载有产物气体的电解介质供应至容器内部的入口；
[0016]‑
用于将脱气的电解介质从容器内部排出的出口；
[0017]‑
用于将分离的产物气体从容器内部排出的出口；
[0018]‑
热交换器装置，其包含设置在容器的气相部分内的热传递元件，这些热传递元件被配置用于冷却从电解介质中分离的产物气体以实现将分离的产物气体中含有的可冷凝组分冷凝。
[0019]上述设备的主题限定了本专利技术的一般实施例。
[0020]术语“干燥产物气体”意指产物气体至少部分地不含来自电解介质的夹带液体。
[0021]根据本专利技术的设备，用于从电解介质中分离产物气体并且用于干燥分离的产物气体的装置被集成到一个共同设备中。根据本专利技术的设备代表了组合的气
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液分离器和气体冷却装置，其中气体分离区和气体冷却区在一个共同容器内。因此，不需要分开的热交换器和分离器，从而可以设计特别紧凑的电解槽。
[0022]特别地，容器在其内部限定有液相部分和气相部分。在液相部分中，从负载有产物气体的液体电解介质中分离产物气体。所述负载的电解介质是至少包含电解介质和产物气体的两相介质。在容器的气相部分中，将从该电解介质中释放的产物气体干燥。因此，将热交换器装置设置在容器的气相部分内，以冷却产物气体，从而导致产物气体中所含(夹带)的液体冷凝。产物气体中含有或夹带的液体是电解介质或形成电解介质的一部分。
[0023]根据该设备的一个实施例，该设备垂直布置。根据该设备的一个实施例，容器的气相部分布置在容器的液相部分之上。特别地，包含热交换器装置的气相部分布置在容器的上部。特别地，液相部分形成容器的下部。因此，从负载的电解介质中分离的产物气体向上上升，并且上升的产物气体中含有的液体在设置在容器气相部分内的热交换器装置的热传递元件的表面上冷凝。由于热交换器装置布置在容器的气相部分内，特别是布置在容器的上部内，冷凝物随后仅在重力的帮助下流回容器的液相部分。因此，根据本专利技术的设备提供了一种特别简单的方法，使冷凝物从产物气体返回到电解槽的电解介质回路，而没有任何明显的电解介质液体损失。此外，由于在专用热交换器(冷凝器)与专用气液分离器之间没有管道，因此在此过程中几乎没有能量损失。
[0024]该电解介质可以是任何适用于电解的液体电解介质。电解介质也可以被称为“电解液”。特别地，电解介质包含用于进行水电解的水。根据一个实例，电解介质是用于进行PEM类型电解的去离子水。根据另一个实例，电解介质是用于进行碱性类型电解的浓缩的KOH水溶液。因此，产物气体优选为氢气，作为水电解系统的阴极侧产物气体。根据另一个实例，产物气体是氧气，作为水电解系统的阳极侧产物气体。
[0025]根据该设备的一个实施例，除了上述入口和出口，该设备还包括用于来自储液器的消耗电解介质的入口，以补偿在电化学产物形成反应期间电解介质的消耗。储液器特别地是水箱。
[0026]典型地，从气液分离器中取出的电解介质在被输送到电解池堆叠体之前被冷却到特定的目标温度。在不太紧凑的装置中，例如在专用冷却器与专用气液分离器之间发生热损失，因为电解介质在冷却器与气液分离器之间的管道中不必要地升温。根据本专利技术，此类热损失不会发生，或者被减少到最低限度。这减少了对于布置在电解池堆叠体上游的冷却
器的冷却剂的需要。
[0027]根据该设备的一个实施例，热交换器装置的热传递元件被配置为使得冷却剂可流过它们，以间接地冷却从电解介质中分离的产物气体，并且其中热交换器装置具有延伸穿过容器的壁的冷却剂入口和延伸穿过容器的壁的冷却剂出口。
[0028]热交换器装置的热传递元件被配置为使得冷却剂可流过它们，以通过流过热传递元件或可以流过热传递元件的冷却剂间接冷却产物气体。
[0029]原则上，容器中的产物气体可以通过纯被动冷却来冷却，例如在热交换器装置的热传递元件的金属表面上。然而，特别是在工业规模上，电解介质的流量高且在容器中的停留时间相应短，使用主动冷却是有利的，从而使用流过热传递元件的冷却剂。这确保了产物气体中含有的液体完全冷凝在热传递元件上。例如，冷却剂可以是水或水
‑
乙二醇混合物。
[0030]根据该设备的一个实施例，热传递元件包括冷却剂可以流过的冷却管，并且包括以堆叠体布置的翅片，其中冷却管至少部分地延伸穿过这些翅片中的凹部。
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从电解介质中分离产物气体并且用于干燥该从电解介质中分离的产物气体的设备(1)，其包括
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容器(2)，在其内部限定有液相部分(3)和气相部分(4)，其中该液相部分和该气相部分彼此紧邻，其中该液相部分被配置为从负载有产物气体的该电解介质中分离该产物气体(33，34)，以获得脱气的电解介质(29，31)，并且其中该气相部分被配置为用于干燥从该电解介质中分离的产物气体；
‑
用于将负载有产物气体的该电解介质供应至该容器的内部的入口(5)；
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用于将该脱气的电解介质从该容器的内部排出的出口(6)；
‑
用于将该分离的产物气体从该容器的内部排出的出口(7)；
‑
热交换器装置(8)，其包含设置在该容器的气相部分内的热传递元件(11，12)，这些热传递元件被配置用于冷却从该电解介质中分离的产物气体以实现将该分离的产物气体中含有的可冷凝组分冷凝。2.根据权利要求1所述的设备，其中，该热交换器装置的这些热传递元件被配置为使得冷却剂可流过它们，以间接地冷却从该电解介质中分离的产物气体，并且其中该热交换器装置具有延伸穿过该容器的壁的冷却剂入口(9)和延伸穿过该容器的壁的冷却剂出口(10)。3.根据权利要求2所述的设备，其中，这些热传递元件包括该冷却剂可以流过的冷却管(11)，并且包括以堆叠体布置的翅片(12)，其中这些冷却管至少部分地延伸穿过这些翅片中的凹部。4.根据权利要求3所述的设备，其中，这些冷却管垂直于这些翅片的主扩展方向延伸。5.根据权利要求3或权利要求4所述的设备，其中，该热交换器装置包括用于将该冷却剂进料至这些冷却管和将该冷却剂从这些冷却管排出的进料和排放管(19，20)，其中这些进料和/或排放管合并到这些冷却管中，并且这些进料和排放管至少部分地垂直于这些冷却管布置且至少部分地平行于这些翅片的主扩展方向布置。6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其中，这些冷却管是水平布置的，并且这些以堆叠体布置的翅片是垂直布置的，使得可在这些冷却管和/或翅片上冷凝的组分至少部分地通过重力的作用从该容器的气相部分返回至该容器的液相部分。7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，以堆叠体布置的这些翅片彼此间隔开，使得在两个相邻的翅片之间限定了最小距离，其中所述最小距离的大小是使得在相邻的翅片之间不会出现毛细力，使得可冷凝液体特别是水不能在两个相邻的翅片之间克服重力的作用向上上升。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该用于将负载有产物气体的电解介质供应至该容器内部的入口被布置在该气相部分的区域中，使得该负载有产物气体的电解介质可...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
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：