DE102013206496A1 - electrolyzer - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung (10) zum Erzeugen von Wasserstoffgas. Um ein besonders dynamisches Elektrolyseverfahren zu ermöglichen, umfasst die Elektrolysevorrichtung 10) wenigstens eine Elektrolysezelle (12), die mit wenigstens einer Produktableitung (20, 22) zum Ableiten eines Produkstroms aus der Elektrolysezelle (12) verbunden ist, wobei die Elektrolysevorrichtung (10) ferner wenigstens ein mit der Produktableitung (20, 22) fluidisch verbundenes und stromabwärts der Elektrolysezelle (12) angeordnetes Adsorptionselement (26) zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz vorgesehen ist, wobei die Elektrolysezelle (12) durch das Adsorptionselement (26) zumindest teilweise temperierbar ist. Die folgende Erfindung betrifft ferner ein Elektrolyseverfahren sowie ein Verwenden einer Elektrolysevorrichtung (10) oder eines Elektrolyseverfahrens zum temporären Wandeln von Energie.The present invention relates to an electrolysis device (10) for generating hydrogen gas. In order to enable a particularly dynamic electrolysis process, the electrolysis device 10) comprises at least one electrolysis cell (12) which is connected to at least one product discharge line (20, 22) for discharging a product flow from the electrolysis cell (12), the electrolysis device (10) furthermore at least one adsorption element (26), which is fluidly connected to the product discharge line (20, 22) and is arranged downstream of the electrolysis cell (12), is provided for adsorbing at least one substance contained in a product stream, the electrolysis cell (12) being at least partially by the adsorption element (26) is temperable. The following invention further relates to an electrolysis process and the use of an electrolysis device (10) or an electrolysis process for the temporary conversion of energy.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung, insbesondere einen Wasser-Elektrolyseur. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Elektrolysevorrichtung, wie insbesondere eines Wasser-Elektrolyseurs zum Erzeugen von Wasserstoff.The present invention relates to an electrolysis device, in particular a water electrolyzer. The present invention further relates to the use of an electrolyzer, in particular a water electrolyzer for generating hydrogen.
Stand der TechnikState of the art
Wasserstoffgas wird heutzutage für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Beispielsweise kann Wasserstoff in vorteilhafter Weise Verwendung finden in der Herstellung industrieller Produkte beziehungsweise in der Energiewirtschaft. Nicht beschränkende Beispiele für die Verwendung von Wasserstoff liegen in der Herstellung von Raffinerieprodukten unter Verwendung von Wasserstoff als Edukt, in der Entschwefelung von Diesel und Benzin, sowie in den Bereichen der Ölsandaufbereitung oder Kohlevergasung. Auch kann Wasserstoff als Treibstoff zum Betreiben von Brennstoffzellen verwendet werden, etwa zum Antreiben von Fahrzeugen. Zum Erzeugen von Wasserstoff ist beispielsweise das Verwenden einer Elektrolyse von Wasser bekannt.Hydrogen gas is needed today for a variety of applications. For example, hydrogen can be used advantageously in the production of industrial products or in the energy industry. Non-limiting examples of the use of hydrogen are in the production of refinery products using hydrogen as starting material, in the desulphurisation of diesel and gasoline, as well as in the fields of oil sands treatment or coal gasification. Also, hydrogen can be used as fuel for operating fuel cells, such as for driving vehicles. For example, to generate hydrogen, it is known to use electrolysis of water.
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrolysevorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoffgas, aufweisend wenigstens eine Elektrolysezelle, die mit wenigstens einer Produktableitung zum Ableiten eines Produktstroms aus der Elektrolysezelle verbunden ist, wobei die Elektrolysevorrichtung ferner wenigstens ein mit der Produktableitung fluidisch verbundenes und stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnetes Adsorptionselement zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz vorgesehen ist, wobei die Elektrolysezelle durch das Adsorptionselement zumindest teilweise temperierbar ist.The present invention is an electrolysis device for generating hydrogen gas, comprising at least one electrolytic cell, which is connected to at least one product discharge for discharging a product stream from the electrolysis cell, wherein the electrolysis device further comprises at least one with the product discharge fluidly connected and arranged downstream of the electrolytic cell adsorption to Adsorbing at least one substance contained in a product stream is provided, wherein the electrolytic cell is at least partially tempered by the adsorption.
Unter einer Elektrolysevorrichtung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, mit welcher einer Elektrolyse, wie beispielsweise eine Wasserelektrolyse, durchführbar ist. Somit umfasst eine Elektrolysevorrichtung insbesondere eine Elektrolysezelle, die grundsätzlich in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann. Grundsätzlich kann unter einer Elektrolysezelle eine Anordnung verstanden werden, welche zwei gegenläufig polbare Elektroden aufweist, welche Elektroden durch einen Elektrolyt ionenleitend miteinander verbunden beziehungsweise verbindbar sind. Darüber hinaus sind die Elektroden durch eine elektrisch leitfähige Verbindung elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass durch das Anlegen einer Spannung eine Elektrolyse durchführbar sein kann. Die exakte Ausgestaltung der Elektroden, der elektrischen wie auch der ionisch leitenden Verbindung beziehungsweise des Elektrolyten ist dabei insbesondere abhängig von der gewünschten Anwendung. Beispielsweise kann die Elektrolysezelle eine für den Fachmann bekannte alkalische Elektrolysezelle oder PEM-Elektrolysezelle sein. Dabei kann ferner eine Elektrolysezelle oder ein an sich bekannter Stapel an wie gewünscht verschalteten Elektrolysezellen vorgesehen sein.For the purposes of the present invention, an electrolyzer device can be understood to mean, in particular, a device with which an electrolysis, such as, for example, a water electrolysis, can be carried out. Thus, an electrolysis device comprises, in particular, an electrolysis cell, which in principle can be configured in a manner known per se. In principle, an electrolysis cell can be understood to mean an arrangement which has two electrodes which can be poled in opposite directions, which electrodes are connected to one another in an ion-conducting manner by an electrolyte or can be connected. In addition, the electrodes are electrically conductively connected to one another by an electrically conductive connection, so that electrolysis can be carried out by applying a voltage. The exact configuration of the electrodes, the electrical as well as the ionically conductive compound or the electrolyte is particularly dependent on the desired application. By way of example, the electrolysis cell may be an alkaline electrolysis cell or PEM electrolysis cell known to the person skilled in the art. In this case, an electrolysis cell or a stack known per se may be provided on electrolysis cells connected as desired.
Unter einer Produktableitung kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Leitung beziehungsweise eine Führung verstanden werden, wie beispielsweise ein röhrenförmiges Gebilde, durch welches selektiv ein Produkt der mit der Elektrolysevorrichtung durchführbaren Elektrolyse oder eine mit dem Produkt auftretende Substanz aus der Elektrolysevorrichtung abführbar ist. Somit ist die Produktableitung insbesondere fluidisch verbunden mit der Elektrolysezelle beziehungsweise mit einem Anodenraum und/oder einem Kathodenraum der Elektrolysezelle.For the purposes of the present invention, a product discharge can also be understood to mean in particular a conduit or a guide, for example a tubular structure through which a product of the electrolysis that can be carried out with the electrolysis device or a substance occurring with the product can be selectively removed from the electrolysis device. Thus, the product discharge is in particular fluidly connected to the electrolysis cell or with an anode space and / or a cathode space of the electrolysis cell.
Ein Adsorptionselement zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz kann weiterhin im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Element umfassen oder daraus bestehen, welches insbesondere ein Adsorptionsmittel aufweist oder daraus besteht, welches bevorzugt selektiv ein oder eine Mehrzahl von Substanzen adsorbiert, welche in einem Produktstrom enthalten sind, also insbesondere in der Produktabführung auftreten. Dabei kann ein Elektrolyseprodukt selbst oder auch beispielsweise ein Edukt der Elektrolyse durch das Adsorptionselement adsorbierbar sein.For the purposes of the present invention, an adsorption element for adsorbing at least one substance contained in a product stream may in particular comprise or consist of an element which in particular comprises or consists of an adsorbent which preferably selectively adsorbs one or a plurality of substances which are present in a product stream are included, so in particular occur in the product removal. In this case, an electrolysis product itself or else, for example, an educt of the electrolysis may be adsorbable by the adsorption element.
Durch eine vorbeschriebene Elektrolysevorrichtung wird es möglich, ein Elektrolyseverfahren besonders dynamisch durchführen zu können, indem die Elektrolysevorrichtung besonders schnell an sich verändernde Anforderungen anpassbar sein kann und ferner besonders schnell die notwendigen Betriebsbedingungen einhalten kann.By means of a previously described electrolysis device, it becomes possible to be able to carry out an electrolysis process particularly dynamically, in that the electrolysis device can be adapted particularly quickly to changing requirements and, moreover, can comply with the necessary operating conditions particularly quickly.
Dazu umfasst eine derartige Elektrolysevorrichtung wenigstens eine Elektrolysezelle, die mit wenigstens einer Produktableitung zum Ableiten von einem Elektrolyseprodukt aus der Elektrolysezelle verbunden ist. Die Elektrolysezelle kann dabei wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein. Dadurch kann in an sich bekannter Weise eine Wasserelektrolyse durchführbar sein, so dass insbesondere ausgehend von einer wässrigen Elektrolytlösung durch das Anlegen einer Spannung Wasser zersetzt werden kann, wobei als Elektrolyseprodukte Wasserstoffgas und Sauerstoffgas entstehen. Um die Elektrolyseprodukte, wie beispielsweise Wasserstoffgas und Sauerstoffgas, insbesondere getrennt voneinander und selektiv aus dem Anodenraum und/oder dem Kathodenraum abführen zu können, also aus der Elektrolysevorrichtung beziehungsweise der Elektrolysezelle zu führen, ist ferner wenigstens eine Produktableitung vorgesehen. Die Produktableitung kann beispielsweise ein röhrenförmiges Gebilde sein, welches mit dem Anodenraum beziehungsweise Kathodenraum fluidisch verbunden sein kann, so dass die Elektrolyseprodukte oder zusammen mit den Elektrolyseprodukten auftretende Substanzen durch die Produktabführung geleitet werden können. For this purpose, such an electrolysis device comprises at least one electrolysis cell, which is connected to at least one product discharge for discharging an electrolysis product from the electrolysis cell. The electrolysis cell can be designed as described above. As a result, water electrolysis can be carried out in a manner known per se, so that, in particular starting from an aqueous electrolyte solution, water can be decomposed by the application of a voltage, hydrogen gas and oxygen gas being produced as electrolysis products. In order to be able to discharge the electrolysis products, such as hydrogen gas and oxygen gas, in particular separately from one another and selectively from the anode space and / or the cathode space, ie to lead out of the electrolysis apparatus or the electrolysis cell, at least one product discharge is also provided. The product discharge can be, for example, a tubular structure which can be fluidically connected to the anode space or cathode space, so that the electrolysis products or substances occurring together with the electrolysis products can be passed through the product removal.
Weiterhin ist wenigstens ein Adsorptionselement zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz vorgesehen, welches stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnet ist. Das Adsorptionselement ist somit derart angeordnet, dass es mit wenigstens einem Elektrolyseprodukt oder einer mit einem Elektrolyseprodukt auftretenden Substanz während des Betriebs der Elektrolysevorrichtung in Kontakt kommen kann. Für den beispielhaften und nicht beschränkenden Fall einer Wasserelektrolyse kann das Adsorptionselement beziehungsweise ein Adsorptionsmittel des Adsorptionselements somit beispielsweise Wasserstoffgas und/oder Sauerstoffgas als Produkte oder Wasser als mit den Produkten auftretende Substanz adsorbieren. Insbesondere ist das Adsorptionselement fluidisch, also in gasführendem Kontakt, mit der Produktgasabführung verbunden, insbesondere um selektiv ein Elektrolyseprodukt oder eine mit diesem auftretenden Substanz zu adsorbieren. Dabei ist das Adsorptionsmittel des Adsorptionselements insbesondere derart ausgestaltet, dass es bei einem Adsorptionsprozess wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz Adsorptionswärme freigibt. Somit kann durch das in Kontakt bringen wenigstens eines Elektrolyseprodukts mit dem Adsorptionselement beziehungsweise mit dem Adsorptionsmittel des Adsorptionselements letzteres in definierter Weise Wärme erzeugen.Furthermore, at least one adsorption element for adsorbing at least one substance contained in a product stream is provided, which is arranged downstream of the electrolysis cell. The adsorption element is thus arranged such that it can come into contact with at least one electrolysis product or a substance occurring with an electrolysis product during operation of the electrolysis device. For the exemplary and non-limiting case of a water electrolysis, the adsorption element or an adsorbent of the adsorption element can thus adsorb, for example, hydrogen gas and / or oxygen gas as products or water as substance occurring with the products. In particular, the adsorption element is connected fluidically, ie in gas-conducting contact, with the product gas discharge, in particular in order to adsorb selectively an electrolysis product or a substance occurring therewith. In this case, the adsorbent of the adsorption element is in particular designed such that it releases adsorption heat in an adsorption process of at least one substance contained in a product stream. Thus, by bringing at least one electrolysis product into contact with the adsorption element or with the adsorbent of the adsorption element, the latter can generate heat in a defined manner.
Die so freigegebene Wärme kann dabei bei einer vorbeschriebenen Elektrolysevorrichtung dazu genutzt werden, die Elektrolysevorrichtung durch das Adsorptionselement zumindest teilweise, also zumindest lokal begrenzt, oder auch vollständig, zu temperieren beziehungsweise insbesondere zu heizen. In anderen Worten kann durch das bei einer Elektrolyse auftretende Elektrolyseprodukt oder eine mit dieser auftretenden Substanz, welches oder welche von dem Adsorptionselement adsorbiert wird, eine selbständig arbeitende Temperierung beziehungsweise Heizung zumindest eines Bereichs der Elektrolysevorrichtung, wie etwa der Elektrolysezelle, möglich sein. The heat released in this way can be used in a previously described electrolysis device to temper the electrolysis device at least partially, ie at least locally, or even completely, by means of the adsorption element, or in particular to heat it. In other words, by the electrolysis occurring in an electrolysis product or a substance occurring with this, which or which is adsorbed by the adsorbent, an independently operating temperature control or heating at least a portion of the electrolysis device, such as the electrolysis cell, be possible.
Eine derartige Elektrolysevorrichtung kann es in vorteilhafter Weise ermöglichen, die gewünschten Betriebsbedingungen besonders dynamisch einstellen zu können. Im Detail benötigen Elektrolysevorrichtungen oftmals eine erhöhte Temperatur, wie beispielsweise eine Betriebstemperatur in einem Bereich von beispielhaft 60 °C oder auch darüber, welche im Betrieb oftmals aufgrund der erzeugten Reaktionswärme eines Elektrolyseverfahrens selbstständig aufrechterhalten werden kann. Problematisch kann jedoch das Anfahren und damit das Erhitzen der Elektrolysevorrichtung auf die genannte Temperatur nach einer Stillstandszeit sein. In Abhängigkeit der Stillstandszeiten kühlen Elektrolysesysteme oftmals ab, nachdem sie abgeschaltet wurden, so dass sie ihre Betriebstemperatur verlieren und ein kurzfristiges Einschalten nicht möglich beziehungsweise ein Anfahren der Elektrolysevorrichtung mit einem Zeitverlust bis zum Erreichen der Redaktionstemperatur verbunden ist.Such an electrolysis device can advantageously make it possible to set the desired operating conditions particularly dynamically. In detail, electrolysis devices often require an elevated temperature, such as, for example, an operating temperature in a range of, for example, 60 ° C or even higher, which in operation can often be independently maintained due to the generated heat of reaction of an electrolysis process. However, starting up and thus heating the electrolysis apparatus to the stated temperature after a standstill period can be problematic. Depending on the downtimes electrolysis systems often cool down after they have been turned off, so that they lose their operating temperature and a short-term switching is not possible or a start of the electrolysis device is associated with a loss of time until reaching the editing temperature.
Bedingt durch das Adsorptionselement in einer vorbeschriebenen Elektrolysevorrichtung kann ein Erhitzen der Elektrolysevorrichtung dabei signifikant beschleunigt werden. Denn sobald die Elektrolysevorrichtung mit ihrem Elektrolyseverfahren beginnt, wird die Vorrichtung nicht nur durch die Reaktionswärme erhitzt, sondern zusätzlich durch die von dem Adsorptionselement entstehende Abwärme. Dadurch kann die Zeit, welche benötigt wird, bis die Elektrolysevorrichtung ihre Betriebstemperatur erreicht hat, signifikant vermindert werden.Due to the adsorption element in a previously described electrolysis device, heating of the electrolysis device can be significantly accelerated. For as soon as the electrolysis device begins with its electrolysis process, the device is heated not only by the heat of reaction, but in addition by the heat generated by the adsorption element waste heat. Thereby, the time required until the electrolyzer has reached its operating temperature can be significantly reduced.
Dabei kann dadurch, dass das Adsorptionselement stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnet ist, eine Wärmespeicherung des Adsorptionsmittels besonders effektiv genutzt werden, da dieses nicht, wie etwa bei einem Vorsehen in der Zelle selbst, durch einen meist kühlen Elektrolyten unmittelbar gekühlt wird. Somit kann ein Heizen der Elektrolysezelle, beispielsweise, besonders schnell und effektiv ablaufen. In this case, the fact that the adsorption is arranged downstream of the electrolytic cell, a heat storage of the adsorbent can be used very effectively, since this is not directly cooled, such as in a provision in the cell itself, by a mostly cool electrolyte. Thus, a heating of the electrolysis cell, for example, run particularly fast and effective.
Dies kann dabei dadurch verstärkt werden, dass eine zusätzliche Heizung vorgesehen sein kann, die jedoch zum Erzeugen einer sehr geringen Leistung ausgebildet sein kann. Die Heizung kann dann ferner das Regenerieren des Adsorptionselements, welches aus einem Adsorptionsmittel bestehen kann, erlauben oder beschleunigen.This can be reinforced by the fact that an additional heater can be provided, which, however, can be designed to generate a very low power. The heater may then further regenerate the Adsorption element, which may consist of an adsorbent, allow or accelerate.
Darüber hinaus kann beispielsweise bei einer Wasserelektrolyse das Adsorptionselement Wasser adsorbieren und damit den Produktstrom reinigen bereits dann, wenn weitere potentiell vorgesehene Trocknungsmittel noch nicht ihren bevorzugten Arbeitspunkt erreicht haben.In addition, for example, in a water electrolysis, the adsorbent adsorb water and thus clean the product stream already when other potentially provided desiccant have not yet reached their preferred operating point.
Somit kann nicht nur ein sehr dynamisches Anfahren oder Einstellen unterschiedlicher Betriebsparameter, wie insbesondere unterschiedlicher Betriebspunkte, etwa bei einem Lastwechsel aufgrund unterschiedlicher Betriebsweisen, ermöglicht werden, sondern auch ein intermittierendes Verfahren, also eine Elektrolyseverfahren, bei welchem teilweise lange Stillstandszeiten benötigt und sogar erwünscht sein können, kann durch die vorbeschriebene Elektrolysevorrichtung deutlich verbessert werden.Thus, not only a very dynamic start-up or setting of different operating parameters, such as in particular different operating points, such as a load change due to different modes of operation, are made possible, but also an intermittent method, ie an electrolysis process in which sometimes long downtime required and even may be desirable can be significantly improved by the above-described electrolysis device.
Dabei kann diese Verbesserung erreicht werden durch das einfache Vorsehen eines Adsorptionselements mit einem Adsorptionsmittel, welches insbesondere selektiv ein oder eine Mehrzahl an Elektrolyseprodukten oder zusammen mit diesen in der Produktabführung auftretenden Substanzen adsorbiert und dabei Wärme freisetzt. Auf Lösungen aus dem Stand der Technik, um dieses Problem zu beheben, kann dabei verzichtet werden. Beispielsweise kann auf einen Temperierkreislauf verzichtet werden, welcher besonders groß dimensioniert ist, um eine besonders hohe thermische Trägheit zu erzielen, um so das Abkühlen der Elektrolysevorrichtung während einer Stillstandszeit zu verlangsamen. Somit kann ein Erhitzen, beispielsweise bei einem erstmaligen Anfahren oder einem Anfahren nach einer besonders langen Stillstandszeit, welches aufgrund der großen thermischen Trägheit ebenfalls erschwert wird, deutlich schneller als auch mit geringerer Energie ermöglicht werden. Darüber hinaus kann bei einer erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung der Platzbedarf gesenkt werden und ferner Kosten sowohl bei dem Herstellen einer Elektrolysevorrichtung als auch bei dem Betreiben einer solchen gespart werden. Ferner kann auf aufwändige thermische Isolierungen oder zusätzliche Heizsysteme verzichtet oder diese zumindest deutlich einfacher gestaltet werden, was die Kosten ebenfalls senken kann.In this case, this improvement can be achieved by the simple provision of an adsorption element with an adsorbent, which in particular selectively adsorbs one or a plurality of electrolysis products or together with these occurring in the product removal substances and thereby releases heat. It is possible to dispense with solutions from the state of the art in order to remedy this problem. For example, it is possible to dispense with a tempering circuit, which is dimensioned particularly large, in order to achieve a particularly high thermal inertia, so as to slow down the cooling of the electrolysis device during a standstill period. Thus, a heating, for example, at a first startup or a start after a particularly long downtime, which is also difficult due to the large thermal inertia, are made much faster and with lower energy. Moreover, in an electrolysis device according to the invention, the space requirement can be reduced and further costs can be saved both in the manufacture of an electrolysis device as well as in the operation of such. Furthermore, expensive thermal insulation or additional heating systems can be dispensed with or at least made much simpler, which can also reduce costs.
Somit eignet sich die Elektrolysevorrichtung vorteilhaft auch für eine dezentrale Nutzung, also oder zur Erzeugung von Wasserstoff als Benzinersatz an Tankstellen, beispielsweise.Thus, the electrolysis device is advantageously also suitable for decentralized use, ie, or for the production of hydrogen as a gasoline substitute at gas stations, for example.
Darüber hinaus kann bei einer vorbeschriebenen Elektrolysevorrichtung ausgenutzt werden, dass derartige Adsorptionselemente durch Wärme regenerierbar sind, also das von Ihnen adsorbierte Material wieder desorbierbar ist. Somit kann durch die in einem Elektrolyseverfahren entstehende Abwärme das Adsorptionsmittel regeneriert werden, beispielsweise indem für den exemplarischen Fall einer Wasserelektrolyse das absorbierte Wasser entfernt und das Adsorptionsmittel somit getrocknet wird. Bei einem erneuten Anfahren der Elektrolysevorrichtung führt entstehender Wasserdampf dann wiederum zum Beladen und gleichzeitigen Erwärmen des Adsorptionsmittels, wodurch sich, wie vorstehend erörtert, der Erwärmung beschleunigt.In addition, can be exploited in a previously described electrolysis apparatus that such adsorption elements are regenerated by heat, so the adsorbed by you material is desorbable again. Thus, by the waste heat generated in an electrolysis process, the adsorbent can be regenerated, for example, by removing the absorbed water for the exemplary case of electrolysis of water and thus drying the adsorbent. Upon restarting the electrolyzer, resulting water vapor then in turn causes the adsorbent to be charged and heated, thereby accelerating the heating, as discussed above.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufwändige Steuermechanismen nicht notwendig sind, da eine Überhitzung bei sachgerechter Ausführung ausgeschlossen werden kann, da der Energiegehalt eines derartigen Adsorptionselements begrenzt und nach definierter Zeit erschöpft ist und ferner eine Regenerierung im Wesentlichen automatisch erfolgen kann.Another advantage is that complex control mechanisms are not necessary, since overheating can be ruled out if properly executed, since the energy content of such adsorption element is limited and exhausted after a defined time and further regeneration can be carried out substantially automatically.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Adsorptionselement mit einer Temperiermittelführung zum Führen eines Temperiermittels thermisch gekoppelt sein. Insbesondere dieser Ausgestaltung kann ein besonders effektives Heizen der Elektrolysevorrichtung, wie insbesondere der Elektrolysezelle, realisierbar sein. Dabei kann eine Temperiermittelführung derart ausgestaltet sein, um besonders die gewünschten und für eine Elektrolyse notwendigen Bereiche zu temperieren. Dabei ist ein Temperierkreislauf mit einer Temperiermittelführung meist grundsätzlich ohnehin derart ausgestaltet, um die Elektrolysevorrichtung beziehungsweise genau die Positionen der Elektrolysevorrichtung zu temperieren, welche auch auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden sollten. Dadurch kann durch ein thermisches Koppeln des Adsorptionselements an die Temperiermittelführung und damit an das Temperiermittel auf besonders einfache und effektive Weise die Wärme des Adsorptionsmittels zum Heizen der Elektrolysevorrichtung verwendet werden. Ein thermisches Koppeln kann dabei insbesondere bedeuten, dass die bei dem Adsorptionselement entstehende Wärme auf das Temperiermittel des Temperierkreislaufs übertragbar ist. Ein Temperiermittel kann dabei beispielhaft und nicht beschränkend ein wasserhaltiges oder auch silikonölhaltiges Temperiermittel sein, oder auch ein sonstiges als Temperiermittel bekanntes Fluid.Within the scope of one embodiment, the adsorption element can be thermally coupled with a temperature control means for guiding a temperature control means. In particular, this embodiment, a particularly effective heating of the electrolysis device, in particular the electrolysis cell, be realized. In this case, a temperature control can be configured in such a way to temper especially the desired and necessary for an electrolysis areas. In this case, a temperature control circuit with a temperature control means usually basically anyway designed in such a way to temper the electrolyzer or exactly the positions of the electrolysis device, which should be brought to a desired operating temperature. As a result, the heat of the adsorbent for heating the electrolysis device can be used in a particularly simple and effective manner by thermal coupling of the adsorption element to the temperature control means and thus to the temperature control means. A thermal coupling may in particular mean that the heat generated in the adsorption element is transferable to the temperature control of the temperature control. A tempering agent can be a water-containing or silicone oil-containing tempering agent, by way of example and not limitation, or else a fluid known as a tempering agent.
Dabei kann dadurch, dass das Adsorptionselement stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnet ist, die Effektivität noch weiter gesteigert werden. Denn selbst dann, wenn ein zugeführter Elektrolyt eine Temperatur aufweist, die unterhalb der Betriebstemperatur der Elektrolysezelle liegt, kann eine Temperierung der Elektrolysezelle, beispielsweise, unabhängig hiervon durch ein Heizen des Temperiermittels besonders effektiv erfolgen, da die Heizleistung des Adsorptionselements im Wesentlichen vollständig und ohne oder ohne signifikante Verluste an das Temperiermittel und somit an die gewünschten Bereiche der Elektrolysevorrichtung übertragbar ist.In this case, the fact that the adsorption is arranged downstream of the electrolytic cell, the effectiveness can be further increased. Because even if a supplied electrolyte has a temperature which is below the operating temperature of the electrolytic cell, a temperature of the electrolytic cell, for example, independently of this by heating the temperature control can be particularly effective, since the heating power of the adsorption essentially completely and without or without significant losses to the temperature control and thus to the desired ranges of the electrolyzer is transferable.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Temperiermittel einen Elektrolyt zum Betreiben der Elektrolysezelle umfassen. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit der Erwärmung der Elektrolysezelle realisierbar sein. Denn insbesondere ein derartiger beispielsweise wässriger Elektrolyt wird ohnehin in das Zentrum der Elektrolysezelle befördert, wo eine Heizung am effektivsten ist. Darüber hinaus können insbesondere wässrige Elektrolyten, wie sie beispielsweise bei der Wasserelektrolyse auftreten, ein besonders effektives Wärmeüberträgermedium darstellen. Dabei kann ferner verhindert werden, dass ein gegebenenfalls kühler oder abgekühlter Elektrolyt bei einem Einbringen in die Elektrolysezelle diese abkühlt insbesondere dann, wenn der Elektrolyt insbesondere bei einer zyklischen Führung stromaufwärts der Zelle von dem Adsorptionselement erhitzt wird.In the context of a further embodiment, the temperature control means may comprise an electrolyte for operating the electrolysis cell. In particular, in this embodiment, a particularly simple and cost-effective way of heating the electrolysis cell can be realized. In particular, such an example, aqueous electrolyte is transported anyway in the center of the electrolysis cell, where a heater is most effective. In addition, in particular aqueous electrolytes, as they occur, for example, in the electrolysis of water, represent a particularly effective heat transfer medium. In this case, it can further be prevented that an optionally cool or cooled electrolyte cools when introduced into the electrolysis cell, in particular when the electrolyte is heated by the adsorption element, in particular in the case of cyclical guidance upstream of the cell.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein insbesondere mit der Temperiermittelführung thermisch gekoppeltes Wärmerohr an einer Außenseite mit einem Adsorptionsmittel des Adsorptionselements beschichtet sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann der Produktstrom etwa aufweisend Wasserstoffgas oder Sauerstoffgas gegebenenfalls zusammen mit Wasser an dem Wärmerohr beziehungsweise den Wärmerohren entlang geführt werden, so dass dieser mit dem Adsorptionsmittel in Kontakt gelangen kann, um das Adsorptionselement beziehungsweise sein Adsorptionsmittel zu erwärmen. Beispielsweise kann das Wärmerohr vollständig mit dem Adsorptionsmittel beschichtet sein zumindest in einem Kontaktbereich mit dem Produktstrom. In dieser Ausgestaltung kann ein besonders effektives Übertragen der durch das Adsorptionselement erzeugten Wärme auf das Temperiermittel und damit insbesondere auf die Elektrolysezelle erfolgen, indem das Wärmerohr die thermische Kopplung des Adsorptionselements mit dem Temperiermittel darstellt. Dabei kann das durch das Adsorptionsmittel erwärmte Wärmerohr ferner das Temperiermittel besonders effektiv und mit nur geringen Wärmeverlusten heizen, so dass auch ein Heizen der Elektrolysevorrichtung wie etwa der Elektrolysezelle besonders effektiv sein kann. Unter einem auch als Heatpipe bezeichneten Wärmerohr kann dabei in an sich bekannter Weise ein Wärmeübertrager verstanden werden, der eine hohe Wärmestromdichte erzeugt unter Nutzung von Verdampfungswärme.In the context of a further embodiment, a heat pipe, which is thermally coupled in particular to the temperature control means, may be coated on an outside with an adsorbent of the adsorption element. In particular, in this embodiment, the product stream may be performed along with hydrogen or oxygen gas optionally along with water to the heat pipe or the heat pipes, so that it can come into contact with the adsorbent to heat the adsorbent or its adsorbent. For example, the heat pipe may be completely coated with the adsorbent at least in a contact region with the product stream. In this embodiment, a particularly effective transfer of the heat generated by the adsorption element to the temperature control and thus in particular to the electrolysis cell carried out by the heat pipe represents the thermal coupling of the adsorption with the temperature control. In this case, the heated by the adsorbent heat pipe also heat the temperature control particularly effective and with only small heat losses, so that heating of the electrolysis apparatus such as the electrolytic cell can be particularly effective. A heat pipe, also referred to as a heat pipe, can be understood to be, in a manner known per se, a heat exchanger which generates a high heat flux using heat of vaporization.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein insbesondere mit der Temperiermittelführung thermisch gekoppeltes Wärmerohr durch ein Haufwerk aufweisend ein Adsorptionsmittel des Adsorptionselements führen. In dieser Ausgestaltung kann insbesondere eine besonders hohe Heizkapazität ermöglicht werden, da das Haufwerk, welches das oder die Adsorptionsmittel aufweist oder aus diesem oder diesen bestehen kann, aufgrund einer wie gewünscht einstellbaren Masse besonders hoch sein kann. Somit kann diese Ausgestaltung insbesondere für das schnelle Erreichen hoher Betriebstemperaturen geeignet sein. Ein Haufwerk kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Gemenge fester Partikel sein, welche lose vermengt oder miteinander verbunden, wie etwa verpresst oder verbacken, vorliegen können. In the context of a further embodiment, a heat pipe, which is thermally coupled in particular to the temperature control means, can pass through an aggregate having an adsorbent of the adsorption element. In this embodiment, in particular, a particularly high heating capacity can be made possible, since the heap, which has the adsorbent or the adsorbent or may consist of this or these, due to a mass which can be adjusted as desired can be particularly high. Thus, this embodiment may be particularly suitable for the rapid achievement of high operating temperatures. In the context of the present invention, a heap may in particular be a mixture of solid particles, which may be loosely mixed or connected to one another, such as compressed or baked, for example.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Adsorptionselement mit einer Entwässerungsvorrichtung gekoppelt sein. In dieser Ausgestaltung kann insbesondere bei dem Verwenden der Elektrolysevorrichtung für eine Wasserelektrolyse im Rahmen einer Wasserstoffherstellung das Erwärmen der Elektrolysezelle besonders effektiv und ferner besonders verlässlich ermöglicht werden. Denn insbesondere in dieser Ausgestaltung können die Trocknungsvorrichtungen, wie etwa Tropfenabscheider, auch Demister genannt, oder etwa Kühlfallen, das Wasser aus dem Produktstrom entfernern und dieses so unmittelbar an das Adsorptionselement bereitstellen, was ein besonders effektives Heizen erlauben kann. Dabei kann ferner darauf reagiert werden, dass, solange das System nicht auf Betriebstemperatur ist, sich weniger Wasser im Produktgasstrom löst. Es ist daher zu erwarten, dass mehr Wasser als Tröpfchen vorliegen. Somit kann in dieser Ausgestaltung das Überschusswasser durch das Adsorptionsmittel sicher aufgefangen werden. Wenn das System ferner warm abgeschaltet wird, besteht insbesondere die Möglichkeit, Überschusswärme zum Trocknen zu verwenden. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung auf das Vorsehen übermäßig groß dimensionierter Trocknungsmittel, wie etwa Tropfenabscheider, verzichtet werden.In the context of a further embodiment, the adsorption element can be coupled to a dewatering device. In this embodiment, particularly when using the electrolysis device for a water electrolysis in the context of hydrogen production, the heating of the electrolytic cell can be made particularly effective and also particularly reliable. For in particular in this embodiment, the drying devices, such as mist eliminators, also called demisters, or about cold traps, remove the water from the product stream and thus provide this directly to the adsorbent, which may allow a particularly effective heating. It can also be reacted to that, as long as the system is not at operating temperature, less water dissolves in the product gas stream. It is therefore to be expected that there will be more water than droplets. Thus, in this embodiment, the excess water can be safely collected by the adsorbent. Further, when the system is turned off warm, there is the possibility of using excess heat for drying. Thus, especially in this embodiment, the provision of excessively large-sized desiccants, such as mist eliminators, can be dispensed with.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, mit welchem das Adsorptionselement heizbar ist. In dieser Ausgestaltung kann die Dynamik eines Elektrolyseverfahrens mit der vorbeschriebenen Elektrolysevorrichtung noch weiter verbessert werden. Insbesondere, wenn die Elektrolysezelle mit diesem Wärmetauscher kühlbar ist beziehungsweise die Hitze derselben aufnehmen kann, kann nach dem Ausschalten einer Elektrolysevorrichtung, wenn kein Elektrolyseprodukt, beispielsweise Gas, mehr erzeugt wird und der Produktstrom somit endet, durch einen Wärmetauscher die in dem System noch enthaltene erhöhte Temperatur gezielt verwendet werden, um das Adsorptionsmittel zu erhitzen und damit die Bedingungen zum Regenerieren des Absorptionsmittels zu verbessern. Somit kann ein im Stand der Technik grundsätzlich unerwünschter Vorgang, das Abkühlen des Systems bei einer Stillstandszeit, sogar erwünscht sein und zwecks einer Regenerierung des Adsorptionselements verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann dabei etwa zusätzlich zu dem Zuführen von Wärme aus dem Elektrolysesystem beziehungsweise aus einem Temperierkreislauf des Systems beispielsweise eine Kühlung ausgeschaltet werden, um die Temperatur an dem Adsorptionselement gezielt zu erhöhen. In a further embodiment, a heat exchanger may be provided, with which the adsorption element is heated. In this embodiment, the dynamics of an electrolysis process can be further improved with the above-described electrolyzer. In particular, if the electrolysis cell is coolable with this heat exchanger or can absorb the heat of the same can, after turning off an electrolysis, when no electrolysis product, such as gas, more is generated and the product flow thus ends, increased by a heat exchanger still contained in the system Temperature can be used selectively to heat the adsorbent and thus to improve the conditions for regenerating the absorbent. Thus, a process generally undesirable in the prior art, the Cooling of the system at a standstill time, even be desired and used for the purpose of regenerating the adsorption element. Alternatively or additionally, for example, in addition to the supply of heat from the electrolysis system or from a temperature control circuit of the system, for example, cooling can be switched off in order to increase the temperature at the adsorption element in a targeted manner.
Weiterhin kann in dieser Ausgestaltung ein Wärmeüberträger vorgesehen sein, der dazu ausgestaltet ist, das Adsorptionselement zu temperieren. Beispielsweise kann der Wärmüberträger dabei die Wärmerohre umfassen und ferner mit den Wärmerohren verbundene Wärmeüberträgermedien, wie beispielsweise Plattenwärmeüberträger, welche die Wärme des eingeförderten Wassers an die Wärmerohre abgeben und gegebenenfalls, wie dies die Wärmeübertragung zeigen soll, an die Elektrolysezellen aufweisen. Ein derartiger Wärmeüberträger kann beispielsweise dazu dienen, bei einem kurzzeitigen Ausschalten der Elektrolysevorrichtung das Adsorptionsmittel dann zu erwärmen, wenn es selber nicht durch das Wechselwirken mit einer in dem Produktstrom enthaltenen Komponente erhitzt wird. Dies kann vorteilhafter Weise derart realisiert werden, dass der Wärmeüberträger von dem Adsorptionselement erzeugte Energie aufnimmt und dieser wiederum an das Adsorptionselement abgibt. Ferner kann der Wärmeüberträger externe Energie beziehungsweise Wärme dazu nutzen, das Adsorptionselement zu heizen. Diese Ausgestaltung ist somit insbesondere von einem Wärmetauscher verschieden, da es lediglich Wärme übertragen aber keiner Kühlung dienen braucht.Furthermore, in this embodiment, a heat exchanger may be provided, which is designed to temper the adsorption element. For example, the heat exchanger can include the heat pipes and also with the heat pipes associated heat transfer media, such as plate heat exchangers, which deliver the heat of the pumped water to the heat pipes and possibly, as the heat transfer is to show the electrolysis cells. Such a heat exchanger can serve, for example, to heat the adsorbent when the electrolysis device is switched off for a short time, when it is not itself heated by interaction with a component contained in the product stream. This can advantageously be realized in such a way that the heat exchanger absorbs energy generated by the adsorption element and in turn delivers it to the adsorption element. Furthermore, the heat exchanger can use external energy or heat to heat the adsorption element. This embodiment is thus different in particular from a heat exchanger, since it only transfers heat but does not need to serve cooling.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Adsorptionselement ein Zeolith-Material als Adsorptionsmittel aufweisen. Insbesondere Zeolith-Materialien, wie sie etwa zum Entfeuchten von Gasvolumenströmen von Geschirrspülmaschinen bekannt sind, beispielsweise Kieselgel, sind vorteilhaft dazu geeignet, bei dem Adsorbieren von Substanzen Wärme freizusetzen, weshalb sie auch für das Erwärmen einer Elektrolysevorrichtung besonders vorteilhaft geeignet sein können. Darüber hinaus sind derartige Adsorptionsmittel besonders effektiv bezüglich einer Adsorption von Wasser, weshalb sie insbesondere für eine Wasserelektrolyse geeignet sein können, um im Produktstrom enthaltenes Wasser zu adsorbieren. Denn Wasser ist zwar kein Produkt einer Wasserelektrolyse, tritt jedoch im Produktstrom oftmals auf. Grundsätzlich kann das Adsorptionsmittel derart gewählt werden, dass eine gewünschte Substanz unter Erzeugung von Wärme adsorbierbar ist, wobei eine Anpassung etwa bezüglich der gewünschten Erwärmung erfolgen kann. Grundsätzlich kann somit eine Auswahl des Adsorptionsmittels mit Bezug auf das gewünschte Prozessfenster, wie insbesondere den Temperaturbereich, Druck oder ähnlichem, gewählt werden.Within the scope of a further embodiment, the adsorption element may comprise a zeolite material as adsorbent. In particular zeolite materials, such as are known for dehumidifying gas flow rates of dishwashers, for example silica gel, are advantageously suitable for releasing heat in the adsorption of substances, which is why they can also be particularly advantageous for heating an electrolysis device. In addition, such adsorbents are particularly effective in adsorbing water, which is why they may be particularly suitable for water electrolysis to adsorb water contained in the product stream. Although water is not a product of electrolysis of water, it often occurs in the product flow. In principle, the adsorbent can be chosen such that a desired substance is adsorbable with the generation of heat, wherein an adjustment can be made, for example, with respect to the desired heating. In principle, therefore, a selection of the adsorbent with respect to the desired process window, in particular the temperature range, pressure or the like, can be selected.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Verwendung sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in der Figur offenbarten Merkmalen.With regard to further advantages and features, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention, the use and the figures. Also features and advantages of the electrolysis device according to the invention should also be applicable to the inventive method and the inventive use and apply as disclosed and vice versa. The invention also includes all combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and / or in the figure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Elektrolyseverfahren aufweisend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen einer Elektrolysevorrichtung mit einer Elektrolysezelle;
- b) Einfügen wenigstens eines Elektrolyseedukts in die Elektrolysezelle; und
- c) Durchführen einer Elektrolyse unter Erzeugung von wenigstens einem Elektrolyseprodukt, wobei
- d) die Elektrolysezelle durch ein mit einer Produktableitung fluidisch verbundenes und stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnetes Adsorptionselement zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz zumindest teilweise temperiert wird.
- a) providing an electrolysis device with an electrolysis cell;
- b) inserting at least one electrolytic educt into the electrolytic cell; and
- c) performing an electrolysis to produce at least one electrolysis product, wherein
- d) the electrolytic cell is at least partially tempered by an adsorbing element fluidically connected to a product discharge and arranged downstream of the electrolytic cell for adsorbing at least one substance contained in a product stream.
Ein vorbeschriebenes Verfahren erlaubt es in besonders einfacher und dynamischer Weise, eine Elektrolyse durchzuführen, um beispielsweise Wasserstoffgas zu erzeugen.A method described above makes it possible to carry out electrolysis in a particularly simple and dynamic manner, for example to produce hydrogen gas.
Hierzu umfasst das Verfahren mit dem Verfahrensschritt a) ein Bereitstellen einer Elektrolysevorrichtung. Die Elektrolysevorrichtung kann dabei wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.For this purpose, the method comprising the method step a) comprises providing an electrolysis device. The electrolysis device can be designed as described above, which is why reference is made to the corresponding statements.
Gemäß einem Verfahrensschritt c) wird dabei eine Elektrolyse durchgeführt, wozu gemäß Verfahrensschritt b) wenigstens ein Elektrolyseedukt in die Elektrolysezelle eingefügt wird. Um beispielsweise Wasserstoffgas zu erzeugen, kann in dem Verfahrensschritt c) eine Wasserelektrolyse durchgeführt werden, wozu gemäß Verfahrensschritt b) in die Elektrolysevorrichtung beziehungsweise insbesondere in die Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung Wasser eingefügt wird. Insbesondere wird Wasser zusammen mit einem Elektrolyten verwendet, wie beispielsweise einer konzentrierten Säure oder Lauge, etwa wässriger Kaliumhydroxidlösung oder wässriger Schwefelsäure. Beispielhafte Parameter für eine Wasserelektrolyse umfassen Temperaturen in einem Bereich von größer oder gleich 70°C bis kleiner oder gleich 90°C, Spannungen in einem Bereich von 21,9V, was zu Stromdichten ein einem Bereich von größer oder gleich 0,15A/cm bis kleiner oder gleich 0,5A/cm2 führen kann, wobei die vorgenannten Parameter nicht beschränkend sind.In accordance with a method step c), an electrolysis is carried out, for which purpose at least one electrolysis product is introduced into the electrolysis cell according to method step b). In order to produce, for example, hydrogen gas, water electrolysis can be carried out in process step c), for which purpose, according to process step b), water is introduced into the electrolysis device or in particular into the electrolysis cell of the electrolysis device. In particular, water is used together with an electrolyte, such as a concentrated acid or alkali, such as aqueous potassium hydroxide solution or aqueous sulfuric acid. Exemplary parameters for water electrolysis include temperatures ranging from greater than or equal to 70 ° C to less than or equal to equal to 90 ° C, voltages in a range of 21.9V, which may result in current densities ranging from greater than or equal to 0.15A / cm to less than or equal to 0.5A / cm 2 , the foregoing parameters being not limitative.
Gemäß Verfahrensschritt d) wird die Elektrolysezelle durch ein mit einer Produktableitung fluidisch verbundenes und stromabwärts der Elektrolysezelle angeordnetes Adsorptionselement zum Adsorbieren wenigstens einer in einem Produktstrom enthaltenen Substanz zumindest teilweise temperiert. Dies erlaubt es besonders schnell und dynamisch, die Elektrolysezelle auf definierte Betriebsbedingungen, wie insbesondere definierte Betriebstemperaturen, einzustellen.In accordance with method step d), the electrolysis cell is at least partially tempered by an adsorption element which is fluidically connected to a product discharge and arranged downstream of the electrolysis cell for adsorbing at least one substance contained in a product stream. This allows particularly fast and dynamic, the electrolysis cell to defined operating conditions, such as in particular defined operating temperatures set.
Dabei kann das Verfahren insbesondere temporär, also etwa intermittierend mit auch langen Stillstandszeiten durchführbar sein, da das vorbeschriebene Verfahren sich insbesondere dadurch auszeichnen kann, dass die gewünschten Betriebsbedingungen, wie insbesondere eine Betriebstemperatur der Elektrolysezelle, besonders schnell eingestellt werden können.In this case, the method can be carried out in particular temporarily, ie approximately intermittently with long downtimes, since the above-described method can be distinguished, in particular, by the fact that the desired operating conditions, in particular an operating temperature of the electrolysis cell, can be set particularly quickly.
Bei einem Abschalten kann dabei die Elektrolysezelle oder können die Elektrolysezellen insbesondere nach einer Wasserelektrolyse beispielsweise mit einem Inertgas gespült werden, um so eine Knallgasbildung zu verhindern. Dies kann dabei ferner dazu dienen, das Adsorptionsmittel zu regenerieren.When switching off the electrolysis cell or the electrolysis cells can be flushed, in particular after a water electrolysis, for example with an inert gas, so as to prevent a detonating gas formation. This can also serve to regenerate the adsorbent.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung, der Verwendung sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung und die erfindungsgemäße Verwendung anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in der Figur offenbarten Merkmalen.With regard to further advantages and features, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the electrolysis apparatus according to the invention, the use and the figures. Also, features and advantages of the method according to the invention should also be applicable to the electrolysis device according to the invention and the use according to the invention and be regarded as disclosed and vice versa. The invention also includes all combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and / or in the figure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner das Verwenden einer wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Elektrolysevorrichtung oder eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahrens zum temporären Wandeln von Energie.The subject matter of the present invention is furthermore the use of an electrolysis device configured as described above or a method for the temporary conversion of energy configured as described above.
Wie vorstehend erörtert ist die vorbeschriebene Elektrolysevorrichtung beziehungsweise das vorbeschriebene Verfahren besonders geeignet, um sehr schnell beziehungsweise dynamisch einen gewünschten Betriebszustand zu erreichen beziehungsweise ein schnelles Anfahren der Elektrolysevorrichtung zu ermöglichen. Somit eignet sich die vorbeschriebene Elektrolysevorrichtung beziehungsweise das vorbeschriebene Verfahren in besonders vorteilhafter Weise für ein intermittierendes beziehungsweise temporäres Verfahren. Ein derartiges temporäres Elektrolyseverfahren, insbesondere Wasserelektrolyse-Verfahren kann dabei in besonders vorteilhafter Weise verwendet werden, um Energiespitzen insbesondere im Rahmen der Energieerzeugung beziehungsweise der Erzeugung elektrischer Energie abzufangen. In anderen Worten kann eine derartige Verwendung dazu dienen, aus dem Stromnetz nicht benötigte Energie zu wandeln durch das Erzeugen von Wasserstoff. Der Wasserstoff kann dabei beispielsweise im Erdgasnetz gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt als Energiequelle zur Verfügung gestellt werden.As discussed above, the above-described electrolysis device or the above-described method is particularly suitable for achieving a desired operating state very quickly or dynamically or for enabling a rapid start-up of the electrolysis device. Thus, the above-described electrolysis device or the method described above is particularly suitable for an intermittent or temporary method. Such a temporary electrolysis method, in particular water electrolysis method can be used in a particularly advantageous manner to intercept energy peaks, in particular in the context of energy production or the generation of electrical energy. In other words, such use can serve to convert energy not required from the power grid by generating hydrogen. The hydrogen can be stored for example in the natural gas network and provided at a later date as an energy source available.
Dabei kann die vorstehend beschriebene Elektrolysevorrichtung beziehungsweise das vorstehend beschriebene Verfahren bei einer derartigen Verwendung insbesondere deshalb von Vorteil sein, da vor allem regenerativ erzeugter Strom aus Windkraft und Solarenergie zu Angebotsspitzen führen. Derartige Angebotsspitzen können dabei einfach und dynamisch und ohne einen erhöhten Bedarf an Regelung abgefangen beziehungsweise gewandelt und bereitgestellt werden. Dabei kann insbesondere ein Wandeln der Energie von Vorteil sein, da Elektrolysevorrichtungen, wie beispielsweise Wasserelektrolyseure, weitestgehend ausgereift sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, bei dem 5% bis zu 100% der Nennleistung an Wasserstoff produziert werden können.In this case, the above-described electrolysis device or the method described above in such use, in particular, be advantageous because above all regenerative electricity generated from wind power and solar energy lead to supply peaks. Such supply peaks can be intercepted or converted and provided simply and dynamically and without an increased need for regulation. In this case, in particular, a conversion of the energy can be advantageous because electrolysis devices, such as water electrolysers, are largely mature and have a high efficiency, can be produced at the 5% up to 100% of the rated power of hydrogen.
Somit kann durch das Abfangen von Angebotsspitzen elektrischer Energie ein Zu- oder Abschalten von Kraftwerken basierend auf insbesondere Solarstrom oder Windstrom verhindert werden.Thus, by intercepting supply peaks of electrical energy to power on or off of power plants based on particular solar or wind power can be prevented.
Dabei eignen sich die vorbeschriebene Vorrichtung beziehungsweise das vorbeschriebene Verfahren insbesondere auch zu einer dezentralen Nutzung, also wenn diese in der Nähe von Windparks oder Solarparks betrieben werden. In this case, the device described above or the method described above are particularly suitable for decentralized use, that is to say when they are operated in the vicinity of wind farms or solar parks.
Dies gilt dabei ferner aufgrund des geringen räumlichen Platzbedarfs, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.This also applies due to the small amount of space required, as described in detail above.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung, dem Verfahren sowie den Figuren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung auch für die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in der Figur offenbarten Merkmalen.With regard to further advantages and features, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the electrolysis apparatus according to the invention, the method and the figures. Also, features and advantages of the inventive use according to the invention should also be applicable to the electrolysis apparatus and method according to the invention and be regarded as disclosed and vice versa. The invention also includes all combinations at least two features disclosed in the specification, claims and / or figure.
Figurencharacters
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Figuren veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the figures and explained in the following description. It should be noted that the figures have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
In
Eine Elektrolysevorrichtung
Bei dem Ausführen einer Wasserelektrolyse entsteht zum Einen Wasserstoffgas, welches durch eine Produktabführung
Ferner ist wenigstens ein, in der Ausgestaltung gemäß
In der Ausgestaltung gemäß
Weiterhin ist eine Entwässerungsvorrichtung
Nicht gezeigt ist in der
Die Ausgestaltung der Elektrolysevorrichtung gemäß
Die Ausgestaltung gemäß
In der
Der Produktgasstrom des Zellstapels
Überschüssiges, nicht von dem Adsorptionsmittel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R084 | Declaration of willingness to licence |