【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有多个电解池的电解设备。
技术介绍
1、已知的电解设备具有多个电解池，其用于在电的作用下将化学物质转化为其他化学物质。通常，借助电流发生化学反应、即物质转化。
2、例如，当今借助质子交换膜(pem)电解或碱性电解来生产氢。然后这些电解设备借助电能由供应的水产生氢和氧。
3、电解设备在此具有多个彼此相邻布置的电解池。借助水的电解例如在电解池中将水分解为氢和氧。在pem电解器中，通常在阳极侧供应蒸馏水作为底物，并在可透过质子的膜(英语：“proton-exchange-membrane”；pem)处将其分裂为氢和氧。水在此在阳极处氧化成氧。质子穿过可透过质子的膜。在阴极侧产生氢。水在此通常从底侧输送到阳极室和/或阴极室中。
4、在水的电解中，利用电流将水分解为其组成部分，即氢和氧。不过，原则上其他初始物质、例如二氧化碳或类似物质，也可以作为底物进行电解。
5、在此通常涉及的是流体物质，其在电解设备中可通过相应的供给管路供应给在其中实际执行电解的电解池。电解产物通常同样是流体形式的并通过另外的供给管路从电解池排出。供给管路通常连接至池子供给单元，该池子供给单元用于为了电解池的按规定运行而向电解池供给相应的物质或至少一种运行物质。这里的供给不仅指供应运行物质或要电解的物质，还指排出相应的电解产物，即包括供应底物流体和排出由电化学转化过程获得的产物流体。
6、已证实氢的供应在工业规模上特别令人感兴趣，尤其是因为氢是一种多方面用途的能量载体。可以用也称为电解器的电解
7、这种类型的电解设备通常具有多个电解池，这些电解池通常电气串联连接。由此形成的串联电路与提供合适电压的电能量源电耦合，从而可以借助电解池实现设置的电化学物质转化过程。
8、电解池此外沿堆叠方向相继布置，从而形成池堆。通过堆叠布置，相继布置的电解池可以比如通过机械挤压彼此直接电接触，从而可以大大减少电解池的单独的电连接部。
9、在池堆内还设有供给管路系统(英语：manifold)，其用于向电解池供应或排出至少一种运行物质。运行物质例如可以包括供应的流体(例如水)和/或反应产物(例如氢和氧)。池堆(英语：stack)通常以特定的电解功率运行，使得电流尽可能小但电压尽可能大。这通过在池堆中适当地堆叠电解池来实现。由此，池堆中的各电解池处的电压可以加和为池堆电压，同时以这种方式串联连接的电解池可以以基本上相等的电流运行。
10、用于运行电解设备的电解功率由能源提供，该能源为此可连接至池堆的相应的对置的端部。在池堆中可以布置多个电解池，例如超过100个电解池，尤其是数百个电解池，但优选不超过约400个电解池。在将水电解产生氢和氧时，各电解池之一处的电压约为1.5v至2.5v。由此相应地得到池堆处的电压，从而池堆处的电压经常超过100v，甚至可达数百伏。
11、电解设备除了包括池堆之外还包括对于电解设备或电解池的按规定运行所需的其他部件，例如泵、热交换器、分离容器。当前，这些部件通过池子供给单元归纳合并，该池子供给单元用于为了按规定运行而向电解池供给至少一种运行物质。
12、池子供应单元通过供给管路连接至沿堆叠方向相继布置的电解池，所述供给管路连接至相继布置的电解池的对置的端部。所述供给管路通常由比如金属或类似物的材料制成。
13、在池堆或相继布置的电解池的端部之间出现相应地高的电压。因此，通常由金属形成的供给管路需要具有相应的电绝缘区段，其用于避免在相继布置的电解池的端部之间以及因此在电能量源的电连接部之间形成良好的导电连接。
14、根据现有技术的应用基本上已经经受住了考验，但是仍然发现，尤其是在供给管路的邻接电绝缘区段的区域中，该区域在按规定运行中被施加电能量源的正电势，可能会发生腐蚀。在供给管路的该阳极区域中，金属的管道材料发生氧化分解。这不仅对电解设备本身有害，还可能导致至少一种运行物质的污染，并因此导致对电解池的按规定运行的干扰。
15、为了减少该问题，在现有技术中已知的是，保持水的比电导率尽可能小，并通过使隔离段尽可能长或亦通过在相应绝缘区段的区域中减小横截面来在动力学上减缓腐蚀，这样在时间上延缓该效应。然而，由此无法从根本上避免腐蚀。具体地，尤其是在由绝缘区段形成的隔离段内，水的电导率尽管很低但始终存在，这导致水中有杂散电流，尤其是在绝缘段内。结果，腐蚀问题依旧存在，这对于电解设备的使用寿命是不利的。除了特殊且繁琐的水管理之外，还已知具有保护电极的概念来抵消例如在用于电解装置的电解质的输入管路和输出管路中经常出现的腐蚀效应。例如，在专利文献de 4136 917c1中提出在电解装置中设置一些保护电极，这些电极与相对于大地绝缘的金属轨导电连接。这实现很容易地以足够的精度测量从各保护电极流向金属轨的电流。由此可以监测保护电极的功能完好性。
技术实现思路
1、本专利技术基于的目的是，提供一种电解设备，该电解设备进一步减少上文提及的腐蚀问题并且配备有与已知解决方案相比有所改进的保护概念。
2、根据本专利技术，通过如下电解设备来实现该目的，该电解设备具有多个电解池，这些电解池电气串联连接并且至少部分地沿堆叠方向相继布置，其中，该串联连接可与电能量源电耦合；该电解设备包括池子供给单元，该池子供给单元用于向电解池供给至少一种运行物质以按规定运行；还包括供给管路，该供给管路连接到池子供应单元和依次布置的电解池的对置的端部，其中，所述供给管路的材料具有金属；并且其中，至少一个所述供给管路具有电绝缘区段，其具有至少部分地伸入到绝缘区段内部中的控制电极，该控制电极具有催化剂材料，该控制电极在供给管路的阳极侧上与供给管路的金属管道区段电接触。
3、由从属权利要求的特征得出有利的改进方案。
4、本专利技术在此已经基于如下认识，即电解设备的关于避免和消除退化现象的迄今运行概念主要是就破坏性的腐蚀效应而言在设备技术方面很繁琐，并且在经济性方面具有显著缺点。特别地，传统方案尚未提出有效且可持续的解决方案。相反，腐蚀问题仍然存在，这对于电解设备的使用寿命是不利的。
5、因为在电解设备的运行期间，在由绝缘区段形成的隔离段上通常施加有数百伏的电压，所以由于高的电压差在一条供给管路上存在显著的电子过剩而在另一条供给管路上相应地电子不足。电压在此大到从热力学的角度看会发生电极反应。通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.电解设备(60)，所述电解设备具有：
2.根据权利要求1所述的电解设备，其中，从所述绝缘区段(38)的阳极侧测量，所述控制电极(66)沿轴向方向伸入到所述绝缘区段(38)内部的30％至70％之间，优选地约40％至60％之间。
3.根据权利要求1或2所述的电解设备，其特征在于，将所述电解池(12)布置成至少两个子堆(26、28、30、32)，其中，至少两个所述子堆(26、28、30、32)中的每个子堆均借助至少一条第一供给管路(24)以及至少一条第二供给管路(24)与所述池子供给单元(18)相连接，其中，所述第一供给管路连接至所述池子供应单元(18)和相应子堆(26、28、30、32)的第一端部(20)，所述第二供给管路连接至所述池子供应单元(18)和相应子堆(26、28、30、32)的沿堆叠方向(14)与所述第一端部(20)对置的第二端部(22)，其中，连接到子堆(26)的能够与所述电能量源(16)的负电势(34)联接的第一端部(20)的第一供给管路(24)导电连接到所述池子供给单元(18)，并且所有其他供给管路(24)具有相应的电绝缘区段(38)，其
4.根据权利要求1、2或3所述的电解设备(60)，其特征在于，所述控制电极(66)被布置成，在按规定运行中，在供给运行物质时，经由所述控制电极(66)通过其阳极效应能够导出所述供给管路(24)中的杂散电流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电解设备(60)，其特征在于，所述控制电极(60)是线形的、杆形的或栅格形的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电解设备(60)，其特征在于，所述控制电极(66)具有高导电性的载体金属、尤其是钛，所述载体金属涂覆有催化剂材料(68)。
7.根据权利要求6所述的电解设备(60)，其特征在于，所述催化剂材料(68)具有贵金属氧化物。
8.根据权利要求6或7所述的电解设备(60)，其特征在于，所述催化剂材料(68)具有包含铱和/或钌的混合氧化物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电解设备(60)，其特征在于，所述子堆(26、28、30、32)的朝向相应绝缘区段(38)的相应端部(20、22)相对于所述电解池(12)电绝缘。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电解设备(60)，其特征在于，设有连接到所述池子供应单元(18)的电压源(44)，使得能够对所述池子供应单元(18)施加相对于地电势为负的电势。
11.根据权利要求10所述的电解设备(60)，其特征在于，接地部(42)具有牺牲阳极和/或电压源(44)，借助所述牺牲阳极和/或所述电压源能够对所述池子供应单元(18)施加相对于地电势(42)为负的电势。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的电解设备(60)，其特征在于，所述子堆(26、28、30、32)在供给技术方面并联地连接到所述池子供应单元(18)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.电解设备(60)，所述电解设备具有：
2.根据权利要求1所述的电解设备，其中，从所述绝缘区段(38)的阳极侧测量，所述控制电极(66)沿轴向方向伸入到所述绝缘区段(38)内部的30％至70％之间，优选地约40％至60％之间。
3.根据权利要求1或2所述的电解设备，其特征在于，将所述电解池(12)布置成至少两个子堆(26、28、30、32)，其中，至少两个所述子堆(26、28、30、32)中的每个子堆均借助至少一条第一供给管路(24)以及至少一条第二供给管路(24)与所述池子供给单元(18)相连接，其中，所述第一供给管路连接至所述池子供应单元(18)和相应子堆(26、28、30、32)的第一端部(20)，所述第二供给管路连接至所述池子供应单元(18)和相应子堆(26、28、30、32)的沿堆叠方向(14)与所述第一端部(20)对置的第二端部(22)，其中，连接到子堆(26)的能够与所述电能量源(16)的负电势(34)联接的第一端部(20)的第一供给管路(24)导电连接到所述池子供给单元(18)，并且所有其他供给管路(24)具有相应的电绝缘区段(38)，其中，多个所述绝缘区段(38)具有相应的控制电极(66)，所述控制电极伸入到所述绝缘区段(38)内部。
4.根据权利要求1、2或3所述的电解设备(60)，其特征在于，所述控制电极(66)被布置成，在按规定运行中，在供给运行物质时，经由所述控制电极(66)通过其阳极效应能够导出所述供给管路(24)中的杂散电...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·哈恩布斯，M·乌恩格尔，P·乌茨，R·瓦格纳，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。