DE2603577C3 - Unter Druck arbeitendes Wasserelektrolysegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein unter Druck arbeitendes Wasserelektrolysegerät, mit einem Zellenstapel, einem Sauerstoffentgaser, einem Wasserstoffentgaser, Einrichtungen zur Einstellung des Druckes des Sauerstoffs und des Wasserstoffs und Einrichtungen zur Elektrolytzirkulation. JO

Zur Behebung einer Anzahl von Schwierigkeiten, die beim Anlauf von Wasserelektrciysegeräten auftreten, ist es bekannt, das Gerät mit Hilfe eines neutralen Gases, vorzugsweise mit Hilfe ν η Stickstoff, unter Druck zu setzen, bevor der Strom angelegt wird. Unter diesen Umständen nehmen die ersten Blasen des sich entwickelnden Gases ein kleineres Volumen ein als sie bei Atmosphärendruck einnehmen würden.

Einerseits enthalten die zu Beginn des Betriebes des Gerätes erzeugten Gase unter diesen Umständen Stickstoff; andererseits werden relativ große Mengen von Stickstoff verbraucht, da neben der für die Unterdrucksetzung des Gerätes beim Anlauf erforderlichen Stickstoffmenge auch eine Stickstoffspülung vor dem vollständigen Abschalten des Gerätes notwendig ist. Dieser Stickstoffverbrauch zu Beginn und am Ende jedes Betriebsabschnittes wird im Falle eines diskontinuierlichen Betriebes des Elektrolysegerätes mit häufigem Wiederanlaufen, wie dies beispielsweise bei Geräten der Fall ist, die zur Erzeugung von Wasserstoff w während der Stunden niedrigen elektrischen Energieverbrauches bestimmt sind und die übrige Zeit nicht arbeiten, prohibitiv hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserelektrolysegerät der einleitend genannten Gattung zu schaffen, das ohne Stickstoff auskommt, jedoch die gleichen Vorzüge bietet wie ein unter Stickstoff anlaufendes Gerät.

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Wasserelektrolysegerät erfindungsgemäß dadurch ge- ω löst, daß ein mit den Einrichtungen zur Elektrolytzirkulation und zur Druckeinstellung zusammenwirkendes Absperrsystem vorgesehen ist, das den mit Elektrolyt gefüllten Zellenstapel von dem übrigen Gerät abtrennt und nach Abschalten des Geräts einen vorgegebenen Druck Po im Inneren des Zellsnstapels aufrechterhält und jegliche Elektrolytbewegung verhindert.

Durch diese Ausbildung ergibt sich der Vorteil, daß das Gerät bereits beim Anlaufen unter einem vorbestimmten Druck steht, ohne daß es notwendig ist, von außen Stickstoff oder ein anderes neutrales Gas zuzuführen.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchem angegeben. In der Zeichnung ist ein Wasserelektrolysegerät nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt

Ein derartiges Gerät umfaßt wie die meisten bekannten Wasserelektrolysegeräte eine gewisse Anzahl von allen solchen Geräten gemeinsamen Bestandteilen. Es handelt sich im wesentlichen um einen Zellenstapel (1) aus einzelnen Elektrolysezellen, der mittels eines ersten Auslasses (2) mit einem Sauerstoffentgaser (3) und über einen zweiten Auslaß (4) mit einem Wasserstoffentgaser (5) verbunden ist, deren Drücke jeweils durch Druckeinrichtungen (6 und 7) kontrolliert werden. Die Zirkulation (in der Figur durch Pfeile symbolisiert) des Elektrolyten wird durch Pumpen (8 und 9) sichergestellt, die den Elektrolyten über Filter (10 und 11) und die Rücklaufleitungen (12 und 13) dem Zellenstapel (1) zuführen. Bei einer nichtdargestellten Ausführungsform erfolgt der Rücklauf nicht über zwei Leitungen sondern über eine einzige.

In den Elektrolytkreislauf ist ein Absperrsystem (14) eingefügt, das in der Lage ist, den Zellenstapel (1) von dem übrigen Gerät abzutrennen. Ein solches Absperrsystem (14) kann, wie in der Zeichnung dargestellt, aus einem Satz von Ventilen (15,16,17 und 18) bestehen, die stromauf und stromab des Stapels jeweils an den Auslässen (2 und 4) zwischen dem Stapel (1) und den Entgasern (3 und 5) sowie entweder in der Rücklaufleitung, falls diese nur einfach vorhanden ist, oder in den zwei Rücklaufleitungen (12 und 13) gemäß dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sitzen. Diese Ventile sperren in beiden Richtungen und können j'on handelsüblicher, vorzugsweise elektromagnetischer Ausführung sein. Ihre Hauptaufgabe ist die Abtrennung des Stapels (1) der Elektrolysezellen von dem übrigen Gerät derart, daß einerseits ein in Abhängigkeit von später definierten Parametern vorher festgelegter Druck Po im Inneren dieses mit Elektrolyt gefüllten Stapels nach dem Stillsetzen des Gerätes bis zu dessen nächstem Anlauf aufrechterhalten wird und daß andererseits keinerlei Elektrolytbewegung durch die Diaphragmen hindurch von einem Entgaser zum anderen stattfinden kann, da sonst die Gefahr bestünde, daß Wasserstoff in gelöstem Zustand in den Sauerstoff transportiert wird und umgekehrt

Das Wasserelektrolysegerät wird wie folgt betrieben. Nach Abschalten des Elektrolysestromes wird der Sauerstoff- und der Wasserstoffdruck auf den Wert Po mittels der Druckeinsteller (6 und 7) abgesenkt. Die Elektrolytzirkulation wird noch einige Augenblicke (ungefähr eine Minute) aufrechterhalten, um das Innere des Elektrolysegerätes gut zu entgasen; anschließend betätigt man das Abtrennsystem (14) durch Schließen der Ventile (15,16,17 Und 18), wodurch der Zellenstapel (1) von dem übrigen Teil des Gerätes getrennt wird. Die Druckeinsteller (6 und 7) schließen sich ihrerseits derart, daß ein Druck Po in den Entgasern (3 und 5) aufrechterhalten bleibt. Während der gesamten Stillstandsdauer des Elektrolysegerätes wird dieser Druck im Inneren der mit Elektrolyt gefüllten Elektrolysezellen aufrechterhalten, derart, daß beim Wiederanlauf der Druck fortbesteht, ohne daß es notwendig ist, auf die Zufuhr eines

neutralen Gases oder Stickstoffs zurückgreifen zu müssen. Der Wiederanlauf erfolgt unter den Bedingungen ohne Schwierigkeiten,

Der Wert des Druckes Po ist größer als der Atmosphärendruck gewählt, um ein einfacheres und rascheres Anlaufen zu ermöglichen und Hegt vorzugsweise unterhalb, insbesondere erheblich unterhalb dem Betriebsdruck aus Sicherheitsgründen. Die Gasmenge, die im Elektrolyten gelöst bleibt, ist nämlich bekanntlich proportional zum Druck. Eine kleine Menge dieses Gases kann sich bei zufälligen Druckschwankungen entwickeln, die bei stillgesetztem Gerät beispielsweise infolge einer Abkühlung der Anlage entstehen. Der Druck kann auch in der Nähe des Betriebsdruckes gewählt werden unter der Voraussetzung einer zusätzlichen Vorkehrung, die darin besteht, die Elektrolytzirkulation eine ausreichende Zeit aufrechtzuerhalten, daß den Entgasern (3 und 5) alle Gasblasen zugeführt werden, die sich in dem Aufbau und den Leitungen befinden könnten.

Eine Optimierung zwischen der Betriebssicherheit und dem einfachen Anlaufen führt dazu, für Po einen Wert in der Gegend von 5 Bar für einen normalen Betriebsdruck von etwa 50 Bar, also annähernd i/io des Betriebsdruckes, zu wählen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß mit einem Elektrolysegerät, dar* bei einem Druck von 40 Bar und einer Temperatur von 80 bis 9O⁰C arbeitet, wenn die Reinheit des Wasserstoffs im Moment des Stillsetzens 99,85% beträgt, nach 48 Stunden Stillstand, wenn folglich die Temperatur des Gerätes auf die Umgebungstemperatur gefallen ist, die Verunreinigungen bei einem neuen Anlauf kleiner als 2,5% sind, sobald man den Betriebsdruck von 40 Bar wieder erreicht hat, was gut unterhalb der Explosibilitätsschwelle liegt.

in Das Abtrennsystem in dem Elektrolysegerät verbessert die Nutzung des Gerätes beträchtlich; es handelt sich hier nicht um eine Sicherheitsvorrichtung, die sich automatisch im Fall eines Unfalles auslöst, wie sie bei gewissen bekannten Anlagen eingesetzt sind. Diese Sicherheitsvorrichtung besteht meistens aus Rückschlagventilen, die sich automatisch schließen, sobald der Druck im Elektrolytrücklaufkreis von den Entgasern zu dem Zellenstapel unter einen bestimmten Wert sinkt. Das Abtrennsystem besteht vielmehr aus Ventilen, die nach Bedarf und in Abhängigkeit *jn den Betriebserfordernissen gesteuert werden. Es ermöglicht, wie bereits vorher ausgeführt, die Anlage stillzusetzen und wieder in Betrieb zu nehmen, ohne ein neutrales Gas benutzen zu müssen, so daß sich das Abspernsystem vor allem hir Elektrolysegeräte empfiehlt, die intermittierend betrieben werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Unter Druck arbeitendes Wasserelektrolysegerät mit einem Zellenstapel, einem Sauerstoffentgaser, einem Wasserstoffentgaser, Einrichtungen zur Einstellung des Druckes des Sauerstoffs und des Wasserstoffs und Einrichtungen zur Elektrolytzirkulation, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Einrichtungen zur Elektrolytzirkulation ι ο und zur Druckeinstellung zusammenwirkendes Absperrsystem (14) vorgesehen ist, welches aus einem Satz von in die Elektrolytzirkulation stromauf und stromab des Zellenstapels (1) eingefügten Ventilen (15, 16, 17, 18) besteht und das den mit Elektrolyt gefüllten Zellenstape) (1) von dem übrigen Gerät abtrennt und nach Abschalten des Geräts einen vorgegebenen Druck Po im Inneren des Zellenstapels (1) aufrechterhält und jegliche Elektrolytbewegung verhindert.