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1、10申请公布号CN104066872A43申请公布日20140924CN104066872A21申请号201280067441222申请日2012121812151641320120118EPC25B1/04200601C25B15/0020060171申请人HTEC系统有限公司地址德国吕贝克72发明人尼尔斯曼泰克劳斯维费尔丹尼斯威尔肯乌韦屈特斯特凡赫勒74专利代理机构隆天国际知识产权代理有限公司72003代理人时永红黄艳54发明名称电解装置57摘要本发明涉及一种电解装置2，其具有至少一个设置在两个端板6，8之间的聚合物电解液膜结构的电解槽4和用于在端板6，8之间产生挤压力的装置。该挤压力至少。
2、部分地根据由电解槽4产生的气体压力进行控制。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014071886PCT国际申请的申请数据PCT/EP2012/0760482012121887PCT国际申请的公布数据WO2013/107590DE2013072551INTCL权利要求书1页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页10申请公布号CN104066872ACN104066872A1/1页21一种电解装置2，具有至少一个设置在两个端板6，8之间的聚合物电解液膜结构的电解槽4，和用于在所述端板6，8之间产生挤压力的装置，其特征在于，至。
3、少部分地根据由所述电解槽4产生的气体压力来控制所述挤压力。2如权利要求1所述的电解装置2，其特征在于，对所述挤压力直接通过由所述电解槽4产生的气体压力进行控制。3如前述权利要求中任一项所述的电解装置2，其特征在于，对所述挤压力通过由所述电解槽4产生的氢气的气体压力进行控制。4如前述权利要求中任一项所述的电解装置2，其特征在于，由所述挤压力施加在所述电解槽4上的挤压压力大于由所述电解槽4产生的气体压力。5如前述权利要求中任一项所述的电解装置2，其特征在于，受气体压力控制的所述挤压力通过流体产生。6如前述权利要求中任一项所述的电解装置2，其特征在于，在至少一个端板6上在面向所述电解槽4的一侧设置压。
4、力密封室。7如权利要求6所述的电解装置2，其特征在于，所述压力密封室与压缩机管道连接。8如权利要求7所述的电解装置2，其特征在于，活塞气缸装置42构成压缩机。9如权利要求8所述的电解装置2，其特征在于，所述活塞气缸装置42的气缸室48与所述电解装置2的氢气出口管道连接。10如权利要求8或9所述的电解装置2，其特征在于，所述活塞气缸装置42构成压力转换器。11如权利要求10所述的电解装置2，其特征在于，所述压力转换器的压力转换比位于11至25的范围内，优选位于12至20之间。权利要求书CN104066872A1/5页3电解装置技术领域0001本发明涉及一种具有如权利要求1的前序部分所述特征的电解。
5、装置。背景技术0002在电解装置中利用电流将水分解成其组成成分氢气和氧气。对此公知的是使用聚合物电解液膜结构POLYMERELEKTROLYTMEMBRANBAUWEISE的电解槽。这种电解槽通常基本上由聚合物电解液膜构成，在聚合物电解液膜的两个外侧上分别设有气体扩散电极。在这种电解装置中，在最简单的情况下在两个端板之间设有一个电解槽，但通常是设有多个堆叠结构的电解槽。端板一方面用于供给电力，另一方面用于在电解槽或堆叠的电解槽上施加电解装置有效工作所需要的挤压力。为此需要使端板彼此相对夹紧。0003公知的是，随着电解装置的工作压力不断增加，也就是说随着电解装置内部的气体压力不断增加这对电解装置。
6、的效率是不利的，通过端板施加在电解槽或堆叠的电解槽上的挤压力将降低，并且这种挤压在最坏的情况下可能会完全消失。在现有技术中试图借助于非常粗大并因此非常刚性的端板来抵消这种效应，但是这并不足以达到预定目的并且会导致结构非常笨重。发明内容0004在此背景下，本发明的目的是提出一种上述类型的电解装置，通过这种电解装置总是能够确保对一个或多个电解槽实现足够大的挤压，而与存在于电解装置中的工作压力无关。0005本发明的目的通过一种具有如权利要求1的前序部分所述特征的电解装置来实现。这种电解装置的优选的扩展方案由从属权利要求、下面的说明以及附图给出。在此根据本发明，在从属权利要求中给出的特征可以各自或者通。
7、过合适的组合对如权利要求1所述的根据本发明的解决方案做进一步的设计。0006按照本发明的电解装置用于将水分解成氧气和氢气，并优选用于生成氢气，该电解装置通常具有至少一个设置在两个端板之间的聚合物电解液膜结构的电解槽。为了产生更大量的氢气，按照本发明的电解装置也可以在两个端板之间具有多个组合成堆叠体的电解槽，因此，当在下面讲到电解槽时，总是理解为也包括堆叠的电解槽。0007两个端板和设置于其间的电解槽构成整个结构单元。为此目的，端板和位于其间的电解槽例如通过拉杆彼此夹紧。虽然通过这种方式可以利用端板对电解槽施加一定的挤压力ANPRESSKRAFT，但是只有该挤压力并不足以确保在较高的工作压力下，。
8、即由电解槽产生的气体压力例如超过2MPA时，在考虑到电解装置的效率的情况下电解装置能够最优化地运行。为此，按照本发明的电解装置在端板之间具有用于产生挤压力的其他装置。0008在这种情况下，本发明的基本思想是至少部分地根据由电解槽产生的气体压力来控制施加在电解槽上的挤压力。也就是说设有控制器，利用该控制器可以直接根据由电解槽产生的气体压力的变化有针对性地改变电解槽上的挤压力的大小。这意味着当由电说明书CN104066872A2/5页4解槽产生的气体压力上升时，优选在电解槽上的挤压力可以与该气体压力的上升成比例地升高，以平衡前述由于气体压力升高而对挤压力产生的不利影响，并且可以与气体压力无关地总是。
9、在电解槽上调整出在理想情况下恒定的挤压压力ANPRESSDRUCK，该挤压压力使得电解槽能够以最优的效率工作。0009为了根据气体压力控制电解槽上的挤压力，可以在需要时借助于设置在电解装置的气体压力作用区域中的压力传感器来检测由电解槽产生的气体压力，然后将压力传感器的电输出信号输送到控制器作为输入信号，并在那里转换成用于优选为一个、但也可能为多个的用于产生挤压力的执行器的调节参数。0010特别优选可以直接根据电解槽产生的气体压力来控制挤压力。即，直接用气体压力作为调节参数对用于产生挤压力的执行器施加压力DRUCKBEAUFSCHLAG，或者根据气体压力来调节执行器。为此，提供从电解装置的内部到。
10、执行器的封闭的过流路径在此，该过流路径在电解装置上原则上既可以设置于在水分解过程氧气积聚的区域中，即阳极侧，又可设置在氢气积聚的区域中，即阴极侧。在按照本发明的电解装置的一种优选的实施方式中，根据在电解槽中产生的氢气的气体压力来控制挤压力。为此，可以将过流路径设计为，从电解装置的氢气出口到产生挤压力的执行器或者到控制该执行器的控制器。0011为了确保能够与电解槽所产生的气体压力无关地对电解槽施加足够大的挤压力，需要使施加在电解槽上的挤压压力适当地大于由电解槽产生的气体压力。在按照本发明的电解装置的一种实施方式中，气体压力直接作用于产生挤压力的执行器上，为此，执行器可以根据需要包含压力放大器。0。
11、012在按照本发明的电解装置的另一优选的实施方式中，通过流体产生受气体压力控制的挤压力。相应地，电解槽上的挤压力将直接或间接地通过合适于此的部件由气体或液体产生，通常优选为液体，因为液体近乎表现为不可压缩的。但也可以考虑，在最简单的情况下直接通过电解槽产生的气体来调节电解槽上的挤压力。0013关于通过流体产生挤压力，优选在电解装置的两个端板中的至少一个上在面向电解槽的一侧设置压力密封室。该压力密封室用于容纳直接推压与压力密封室毗邻设置的电解槽的平的侧面的流体。0014进一步优选可以在构成于端板上的压力密封室中设置可朝电解槽的方向移动的挤压体，通过位于压力密封室中的流体使该挤压体挤压电解槽，并由。
12、此在电解槽上施加挤压力。在此可以适宜地使挤压体相对于压力密封室的边缘被流体密封地密封，以防止流体从压力密封室漏出。0015为了产生挤压力，适宜地使压力密封室与压缩机管道连接。在本文中压缩机指的是泵或类似的装置，利用压缩机可以将流体挤压到构成于端板上的压力密封室中。压缩机被适当地设置在端板的背向电解槽的一侧，在此，流体管道穿过端板从压缩机通向压力密封室。0016在结构上可简单地跳过活塞气缸装置构成压缩机。因此，在最简单的情况下可以设置气缸，该气缸被可在其中运动的活塞分成两个气缸室，在此，其中一个气缸室与构成于端板上的压力密封室管道连接，并利用由电解槽产生的氢气对另一个气缸室的活塞加压。相应地优选。
13、使活塞气缸装置的其中一个气缸室与电解装置的氢气出口管道连接。说明书CN104066872A3/5页50017正如已指出的那样，要力求使施加在电解槽上的挤压压力大于由电解槽产生的气体压力。在这种情况下，特别优选将活塞气缸装置设计为，其构成压力转换器DRUCKBERSETZER。在此，对于压力转换器来说，活塞的端面该端面邻接活塞气缸装置的与构成在端板上的压力密封室管道连接的气缸室通常小于活塞的由氢气加压的端面，在此，压力转换器的压力转换比为与由氢气加压的活塞端面与邻接活塞气缸装置的气缸室的活塞端面的商。0018优选压力转换器的压力转换比位于11至25之间，优选在12至20之间。已证实根据这个压力转。
14、换比，可以有足够大的挤压力施加到电解槽上，但是该挤压力不会大到使电解槽损坏或完全毁坏。附图说明0019下面参照附图所示的实施例详细说明本发明。0020在附图中高度简化地以分解图示意性示出了电解装置2。具体实施方式0021电解装置2具有电解槽4，该电解槽设置在两个端板6和8之间。在端板6上设有构成电解装置2的氢气出口的开口10，在电解装置2的外侧只示意性示出的管道12连接在该开口上。通过开口10和连接在其上的管道12，在电解槽4中产生的氢气被导出到图中未示出的存储罐中。0022在电解槽4的中央设有聚合物电解液膜14。该聚合物电解液膜14在其两个平的侧面上分别被气体扩散电极16或18覆盖。在气体扩。
15、散电极16的外侧设有板20，在气体扩散电极18的外侧设有板22。板20和22用于供电。聚合物电解液膜14和两个板极20、22之间的中间空间通过密封件24密封。在附图中，电解槽4在其上端部通过两个密封件26密封。0023两个端板6和8通过附图中未示出的拉杆彼此拉紧。由此可以对电解槽4施加一定的挤压力，该挤压力对于在电解槽4中实现高效率的电解是必不可少的。如果在电解装置2中充斥着特别是由在电解过程中产生的氢气所引起的较高的气体压力，则由端板6和8施加在电解槽4上的挤压力就不再能够满足以足够的效率进行电解。因此，必须对电解槽4施加额外的挤压力。下面对为此选择的结构性措施进行说明。0024在端板6的面。
16、向板极20的平的侧面上设有凹槽28，该凹槽在背向板20的方向上通过形成梯台30而逐渐变细。梯台30围绕凹槽28的整个周向延伸，并用于容纳密封件34，该密封件使端板6流体密封地相对于板20被密封。通到凹槽28的孔36延伸穿过端板6。孔36由此构成通向由凹槽28和挤压体32所形成的腔室的入口。0025在管道12上设有分支管道38。管道40从该分支管道38通向活塞气缸装置42。活塞气缸装置42具有封闭的空心气缸44，活塞46可以在该空心气缸中轴向移动。活塞46将空心气缸44的内部空间分成第一气缸室48和第二气缸室50。0026在空心气缸44的周向面上设有通到气缸室48的开口52。管道40连接在开口5。
17、2上。此外，在空心气缸44上，在形成气缸室50的边界的端面上设有另一开口54。以箭头的形式示出的管道56从开口54通向设置在端板6上的孔36。说明书CN104066872A4/5页60027在活塞46上，在面向气缸室50的端面上设有活塞杆58。该活塞杆58相对于活塞46的中轴线A同心地延伸穿过开口60，该开口设置在空心气缸44的形成气缸室50的边界的端面上。由于从气缸室50引出的活塞杆58，活塞46的在面向气缸室50的端面上的压力作用面小于在面向气缸室48的端面上的压力作用面。由于该设计方案，活塞气缸装置42构成了压力转换器。0028下面对所示出的电解装置2的工作原理进行说明0029由电解装置。
18、2产生的氢气应该在高压下存储于未示出的存储罐中。相应地在电解装置2和通向存储罐的管道12中充斥着高氢气压力，这种高氢气压力在迄今已知的电解装置中会导致气体扩散电极16和18不再足够程度地彼此挤压。0030在所示出的电解装置2中不是这种情况。如果在电解装置2中氢气压力升高，其结果是活塞气缸装置42的气缸室48中的压力也升高，因为气缸室48通过管道12和40与电解装置2的内部管道连接。在气缸室48中的这种压力升高将导致活塞46在朝向气缸室50的方向上被推压，由此使得气缸室50和通过管道56与其管道连接的端板6的凹槽28中的压力也升高。在此，气缸室50和凹槽28中的压力升高大于气缸室48中的压力升高。
19、，因为基于活塞46的设计方案，活塞气缸装置42构成了压力转换器。0031由于气缸室48中的压力升高，位于凹槽28中的流体以相应增强的压力挤压板20，从而可以确保两个气体扩散电极16和18足够程度地彼此挤压。0032附图标记列表00332电解装置00344电解槽00356端板00368端板003710开口003812管道003914聚合物电解液膜004016气体扩散电极004118气体扩散电极004220板004322板004424密封件004526密封件004628凹槽004730梯台004834密封件004936孔005038分支管道005140管道005242活塞气缸装置005344空心气缸说明书CN104066872A5/5页7005446活塞005548气缸室005650气缸室005752开口005854开口005956管道006058活塞杆006160开口0062A中轴线说明书CN104066872A1/1页8说明书附图CN104066872A。