用于电解制气的装置的制作方法

本发明涉及一种用于电解制气的装置，尤其是用于从水中制造氢气和氧气的装置。该种电解装置属于现有技术且由多个堆叠布置并串联连接的电解池组成。堆中穿插有通道，通过这些通道供应反应物和通常也需要的冷却介质，其中这些穿插堆的通道通常垂直或近似垂直、即倾斜延伸到电解池并通道连接每个单独的电解池，即供应反应物，必要时供应冷却介质，再次排出冷却介质，并用于排出反应产物。在氢电解池中，过量的纯水被作为反应物供应，该过量水也被用作冷却介质，其中该过量水、即冷却介质被再次排出。通常仅收集氢气作为反应产物，氧气与过量水一起被排出。

背景技术：

1、这种可组装成电池堆、即所谓堆的电解池可以是碱性电解池、pem电解池、高温电解池、aem电解池或类似等。这些电串联连接并堆叠布置的电解池已被证明其价值，因为这些电池不必单独承受电压，而只需将堆作为整体，如此则相同电流流过每个单独的电池。此类堆的功率不仅取决于电解池面积，还取决于电解池数量。然而，堆中的电解池数量越多，施加到堆上的电压就越高。人们为此总是努力保持此类电解装置的高能量密度，以便提高效率和优化结构尺寸。另一方面，必须确保经过通道的电池供应和充分的冷却，这设定了构造限制。在实践中，不仅电解池连接在一起形成堆，而且堆也并联和串联连接，以便满足这些要求。还有实践中影响构造的技术指南。例如，规定电气安全要求的低电压指令将电源电压限制为最高1500伏。尽管从技术上讲，显著超过该电压水平不成问题，但这确实会导致安全预防措施变得更加复杂。

2、施加如此高电压时的一个问题是，经通道供应的蒸馏水具有极低，但在该电压下不可忽略的电导率，其为0.055μs/cm，相当于5x10-6 s/m。因此，须通过相应长的管线路径确保与电池堆的串联连接相关联的、用以进行供应的两个电池堆的端板的电连接具有如此高的电阻，使得基于电势差的电氧化导致的表面变化即使在很长一段时间内也能被可靠地排除。然而，另一方面，长管线路径也有不利之处，因为其扩大了设备，从而增加流动阻力，且还会损害流过的水的纯度。

技术实现思路

1、在此背景下本发明基于以下目的，设计一种电解制造上述类型气体的装置，以避免上述问题。

2、根据本发明，该目的可通过具有权利要求1给出的特征的装置来实现。本发明的有利的设计方案自从属权利要求、以下说明书和附图中得出。

3、根据本发明的用于从水中电解制气、特别是氢气和氧气的装置，具有多个堆叠布置并串联连接的电解池，其中至少一个通道垂直或倾斜延伸到该电解池，用于供应反应物和/或冷却介质。根据本发明，直接串联连接的两个电解池之间的通道与供应反应物和/或冷却介质的供给管线连接。

4、据此可以认定，直接串联连接的两个电解池之间的、与供应管线相连的通道要么仅供应反应物，要么一起供应反应物和冷却介质。

5、本发明的基本思想是允许反应物和/或冷却介质、特别是水的供应发生在直接串联连接的两个电解池之间，以确保在两个电解池之间存在相同电势，从而以此方式避免原本必要的长管线路径，并确保尽管设计紧凑，但在堆的供应区内不存在电势差。

6、根据本发明，供应可发生在堆中间，或通过两个堆的端板进行，其中供应以如此方式发生，即发生供应的两个端板中的每一个存在相同电势，即与端板相邻接的电解池承受相同电势。

7、根据本发明的装置优选由串联连接的pem型电解池形成，该电解池被夹在端板之间以形成堆，如此可有利地用于从水中电解制造氢气和氧气。然而，本发明并不仅限于此类型，也可使用开头提及的电池或其他电池，并且还可使用生成其他反应产物的其他反应物。

8、特别有利的是，如开头所提及，如提供以堆叠方式布置且在堆中电串联连接的电解池的至少两个串联连接的电池堆(堆)，其中每个电池堆具有至少一个穿插该堆的通道以供应反应物和/或冷却介质，且该通道中的每一个仅在相应电池堆一侧与供给管线连接。在此类情况下，根据本发明的有利改进方案，将电串联连接的两个电池堆的通道连接设置为布置在电池堆彼此电连接的端侧上。不言而喻，如所有通道都连接到相应的端板上，即其他端板仅具有机械保持功能，则这种布置特别有利。因此，根据本发明的该改进方案规定，用于供应的端板不布置在两个堆的同一侧上，而是布置在不同侧上，使得附接至相应端板的电解池在操作中承受相同电势。

9、如串联连接的两个电池堆以其在同一侧彼此电连接的方式彼此相邻布置，则在构造上特别有利。如此电连接就可优选通过最短的直线管线连接方式实现，例如通过铜板部分连接。根据本发明的改进方案，串联连接的两个电池堆彼此如此相邻布置，即其通道接头也布置在同一侧上。据此可导致待连接的通道接头与供给管线或排出管线的较短路径，且另一方面也导致短的电连接，以便将两个堆串联连接且最后有利地布置成靠近堆的另一侧的电连接。

10、堆通常不仅被用于供应反应物和/或用于供应冷却介质的通道穿插，而且此外还有利地具有至少一个用于排出反应产物、例如氢气的通道和用于排出进一步反应产物、例如氧气和用于排出冷却介质的另一通道。不言而喻，如所有这些通道接头均设置在相应电池堆的一侧上，优选设置在端板上，使得当电池堆彼此相邻时，这些接头也会在两个电池堆的一侧彼此相邻，这在构造上特别有利。

11、如每个电池堆被夹在端板之间并且这些端板布置成与电解池电绝缘，则特别有利。如此可显著降低装置内短路的风险。然后端板有利地连接到地电势，使得电压仅存在于被夹紧的电解池之间。

12、为以尽可能短的方式实现用于供应特别是反应物、尤其是水的管线路径，用于供应反应物的相应的穿插堆的通道在彼此相邻布置并电串联连接的两个电池堆上被引出并与公共供应管线相连。不言而喻，用于排出产物气体的通道和用于排出过量反应物、特别是冷却介质的通道也有利地以相同方式被连在一起。

13、为确保在以尽可能短的方式串联连接的两个堆的电连接区域中，端侧电解池承受相同电势，即以导电方式彼此连接，有利的是，堆以具有相反极性的方式构造和布置，即在堆中，通过其进行通道接头的端板邻接在第一个或最后一个电解池的正极侧上，而在相邻的堆中，该端板邻接在该堆第一个或最后一个电解池的负极侧上。在此类优选布置中，如彼此相邻布置且彼此电连接的两个电池堆具有公共端板，则在构造上特别有利。这使得管线路径进一步缩短。其结果是两个电池堆的构造形式极其紧凑，彼此直接相邻排列。为此两个电池堆有利地以如此方式设计，使得所有通道接头都通过公共端板进行，即每个电池堆具有至少一个用于供水的通道、至少一个用于排水和排氧的通道以及至少一个用于排氢的通道，并且这些通道有利地通过该公共端板连接并管线相通。

14、根据本发明的原理还可有利地如此实现，即串联连接的两个堆形成公共堆并被夹在仅具有机械功能的两个端板之间，其中随后在两个堆之间的中心设置有连接板。通过该连接板至少设一个反应物供料，但优选整个堆的所有液体连接都布置在此。

15、根据本发明的用于电解制气的装置有利地由pem型电解池构造并因此从纯水制造氢气和氧气。

技术特征：

1.用于电解制气、尤其是从水中制造氢气和氧气的装置，具有多个堆叠布置并串联连接的电解池(2)，该电解池具有至少一个垂直或倾斜延伸到所述电解池(2)的、用于供应反应物和/或冷却介质的通道(18)，其特征在于，直接串联连接的两个所述电解池(2)之间的所述通道(18)连接至供应反应物和/或冷却介质的供应管线(8，12)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置至少两个电串联连接的电池堆(1)，该电池堆含堆叠布置的且在所述堆(1)中电串联连接的所述电解池(2)，且每个所述电池堆(1)具有至少一个穿插所述堆(1)的、用于供应反应物和/或冷却介质的所述通道(18)，其中，每个所述通道(18)仅在相应的所述电池堆(1)的一侧连接至所述供应管线(12)，且两个电串联连接的所述电池堆(1)的通道接头(8)布置在所述电池堆(1)彼此电连接的一侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，串联连接的两个所述电池堆(1)彼此如此相邻布置，使得其在同一侧彼此电连接。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，串联连接的两个所述电池堆(1)彼此如此相邻布置，使得其通道接头(8)布置在同一侧。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述电池堆(1)还具有用于排出反应产物和/或冷却介质的通道(20)，并且所有通道(18，20)均连接至相应的所述电池堆(1)的一侧。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述电池堆(1)被夹在端板(6，7)之间，所述端板相对所述电解池(2)电绝缘布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述电池堆(1)具有至少一个穿插所述堆(1)的用于供水的通道(18)，且两个彼此相邻布置并电串联连接的所述电池堆(1)的供水通道(18)由公共供应管线(12)供应。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有两个所述电池堆(1)，其具有公共端板(6a)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电池堆(1)的所述供水通道(18)经由所述公共端板(6a)供应。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述电池堆(1)具有至少一个用于供水的通道(18)、至少一个用于排水和排氧的通道(20)以及至少一个用于排氢的通道并且所述通道(18，20)通过所述端板(6)优选通过所述公共端板(6a)管线连接并接通。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有两个串联连接的所述堆(1a，1b)，其一起在两个所述端板(7)之间被夹紧，其中，在所述堆(1a，1b)之间设置至少用于反应物供应的连接板(6b)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电解池(2)为pem电池。

技术总结电解装置具有两个堆(1)，其电解池(2)分别被夹在仅具机械功能的端板(7)和也用于供应反应物、冷却介质并排出反应产物和冷却介质的端板(6)之间。两个堆(1)被极性相反地构造且以如此方式串联连接，使得引导连接的端板(6)以及因此其接头在操作期间承受相同电势。技术研发人员：S·赫勒受保护的技术使用者：赫勒电解公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17