AT528385B1 - Wechselvorrichtung für ein Durchführen eines Wechselverfahrens zum Wechseln eines Zellenstapels eines elektrochemischen Zellensystem im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselvorrichtung (200) für ein Durchführen eines Wechselverfahrens zum Wechseln eines Zellenstapels (120) eines elektrochemischen Zellensystems (100) im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems (100), der Zellenstapel (120) aufweisend einen Kraftstoffabschnitt (124) mit Anschlussmitteln (122) in Form von einem Kraftstoffzuführabschnitt (123) zur Zufuhr von Kraftstoffzuführgas (KZG) und einem Kraftstoffabführabschnitt (125) zur Abfuhr von Kraftstoffabgas (KAG) und aufweisend einen Luftabschnitt (128) mit Anschlussmitteln (122) in Form von einem Luftzuführabschnitt (127) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (129) für eine Abfuhr von Abluft (AL), wobei wenigstens ein Anschlussventil (210) für jedes Anschlussmittel (122) vorgesehen ist, wobei die Anschlussventile (210) je einen Stapelanschluss (212) für eine fluidkommunizierende Verbindung mit dem jeweiligen Anschlussmittel (122), einen Systemanschluss (214) für eine fluidkommunizierende Verbindung mit jeweils einem Gegen-Anschlussmittel (132) an Systemkomponenten (130) einer Komponentenvorrichtung (110) des elektrochemischen Zellensystems (100) und einen Wechselanschluss (216) in fluidkommunizierende Verbindung mit einem Wechselmodul (220) aufweisen, wobei weiter das Wechselmodul (220) eine Fluidfördervorrichtung (222) für ein Fördern von Wechselfluid (WF) über den Wechselanschluss (216) in den Zellenstapel (120) hinein und/oder aus dem Zellenstapel (120) heraus und ein Temperiervorrichtung (124) für ein Temperieren des Wechselfluids (WF) aufweist.

Description

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Beschreibung

WECHSELVORRICHTUNG FÜR EIN DURCHFÜHREN EINES WECHSELVERFAHRENS ZUM WECHSELN EINES ZELLENSTAPELS EINES ELEKTROCHEMISCHEN ZELLENSYSTEM IM LAUFENDEN BETRIEB DES ELEKTROCHEMISCHEN ZELLENSYSTEMS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselvorrichtung für ein Durchführen eines Wechselverfahrens zum Wechseln eines Zellenstapels eines elektrochemischen Zellensystems im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems, eine Aufnahmevorrichtung mit einer solchen Wechselvorrichtung, ein elektrochemisches Zellensystem mit einer solchen Aufnahmevorrichtung sowie ein Wechselverfahren unter Nutzung einer solchen Wechselvorrichtung.

[0002] Es ist bekannt, dass elektrochemische Zellensysteme eingesetzt werden, um in Form eines Brennstoffzellensystems aus Brennstoff elektrischen Strom herzustellen oder in Form einer Elektrolysevorrichtung unter der Nutzung von elektrischem Strom Brenngas zu erzeugen. In beiden Fällen sind üblicherweise je nach Größe der gesamten Anlage eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen zu Zellenstapeln in stapelförmiger Weise kombiniert. Diese einzelnen Zellenstapeln können auch als Zellstapelmodule bezeichnet werden. Jeder Zellenstapel und damit jedes Zellstapelmodul stellt eine entsprechende elektrochemische Leistungsfähigkeit zur Verfügung, welche auf der Größe und der Anzahl der gestapelten elektrochemischen Zellen basiert. Um nun modular besonders große und damit leistungsfähige Systeme für die elektrochemischen Zellensysteme zur Verfügung zu stellen, ist es auch bekannt, diese einzelnen Module in Form der einzelnen Zellenstapel zu kombinieren und damit eine Addition der Leistungsfähigkeit zu ermöglichen.

[0003] Dieser modulare Aufbau elektrochemischer Zellensysteme hat auch den Vorteil, dass grundsätzlich ein Austausch einzelner elektrochemischer Zellenstapel möglich ist. Die elektrochemischen Zellenstapel sind dabei für den Betriebs jeweils an Systemkomponenten angebunden, welche zum Beispiel die Versorgung und Entsorgung mit den entsprechenden Betriebsgasen zur Verfügung stellen. Systemkomponenten in einer angeschlossenen Komponentenvorrichtung können zum Beispiel Fördervorrichtungen, Katalysatorvorrichtungen, Wärmeübertragervorrichtungen oder Ähnliches sein. Dabei sind die tatsächlich verwendeten Systemkomponenten abhängig von der Nutzungsart, insbesondere als Elektrolysevorrichtung und/oder als Brennstoffvorrichtung.

[0004] Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass zwar grundsätzlich eine Austauschbarkeit der einzelnen Zellenstapel gegeben ist, jedoch der jeweilige Austausch mit einem hohen Aufwand verbunden ist. So ist bei den bekannten Lösungen für einen solchen Austausch ein komplettes Ausschalten und damit ein Herunterfahren des elektrochemischen Zellensystems erforderlich. Auch muss abgewartet werden, bis das gesamte elektrochemische Zellensystem, also alle Systemkomponenten wie auch alle Zellenstapel, auf eine Temperatur abgekühlt sind, welche einen Austausch auch tatsächlich ermöglichen. Somit wird nicht nur ein Betriebsverlust für den tatsächlichen Austausch und damit ein Auswechseln und ein Einwechseln des entsprechenden Zellenstapels erforderlich, sondern auch zusätzlich entsteht ein Zeitverlust durch den Ausschaltvorgang, den Abkühlvorgang, den anschließenden Startvorgang und Aufheizvorgang. Dies führt für den jeweiligen Austausch eines einzelnen Zellenstapels zu erheblichen Effizienznachteilen und aufgrund des Betriebsausfalls des kompletten elektrochemischen Zellensystems auch zu einer Reduktion der zur Verfügung stehenden Betriebszeit.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Austauschmöglichkeit für einzelne Zellenstapel auch im Betrieb eines elektrochemischen Zellensystems zur Verfügung zu stellen.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Aufnahmevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein elektrochemisches Zellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Wechselverfahren

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mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung, dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellensystem sowie dem erfindungsgemäßen Wechselverfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0007] Der erfindungsgemäße Kerngedanke wird zur Verfügung gestellt durch eine Wechselvorrichtung zu Durchführung eines Wechselverfahrens zum Wechseln eines Zellenstapels eines elektrochemischen Zellensystems im laufenden Betrieb des elektro-chemischen Zellensystems. Insbesondere handelt es sich dabei um ein SOFC- oder SOEC-System, welches in einem Elektrolysebetrieb, einem Stromerzeugungsbetrieb oder auch in einem bidirektionalen oder Kombinationsbetrieb eingesetzt werden kann. Dafür ist das elektrochemische Zellensystem mit Zellenstapeln ausgestattet, welche wenigstens einen Kraftstoffabschnitt mit Anschlussmitteln in Form von einem Kraftstoffzuführabschnitt zur Zufuhr von Kraftstoffzuführgas und einem Kraftstoffabführabschnitt zur Abfuhr von Kraftstoffabgas ausgestattet sind. Weiter sind die einzelnen Zellenstapel mit einem Luftabschnitt mit Anschlussmitteln in Form von einem Luftzuführabschnitt für eine Zufuhr von Zuluft und einem Luftabführabschnitt für eine Abfuhr von Abluft ausgestattet.

[0008] Eine solche Wechselvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Anschlussventil vorgesehen ist für jedes Anschlussmittel. Die Anschlussventile sind jeweils mit einem Stapelanschluss für eine fluidkommunizierende Verbindung mit dem jeweiligen Anschlussmittel ausgebildet. Weiter sind die Anschlussventile mit einem Systemanschluss ausgestattet für eine fluidkommunizierende Verbindung mit jeweils einem Gegen-Anschlussmittel an Systemkomponenten einer Komponentenvorrichtung des elektrochemischen Zellensystems. Zusätzlich ist als dritter Anschluss ein Wechselanschluss für jedes Anschlussventil vorgesehen, in fluidkommunizierender Verbindung mit einem Wechselmodul. Das Wechselmodul ist dabei mit einer Fluidfördervorrichtung ausgebildet für eine Förderung von Wechselfluid über den Wechselanschluss in den Zellenstapel hinein und/oder aus dem Zellenstapel heraus. Weiter weist das Wechselmodul eine Temperiervorrichtung auf für ein Temperieren des Wechselfluids.

[0009] Es ist darauf hinzuweisen, dass unter einem Fluid im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere Gase und/oder Flüssigkeiten wie auch Mischungen aus Gasen oder Flüssigkeiten, Zu verstehen sind. Der Phasenübergang ist dabei für die Definition als Fluid unbedeutend und ist entsprechend der jeweiligen Siedetemperatur abhängig vom Temperaturzustand des verwendeten Fluids. Dies gilt insbesondere für das Wechselfluid, welches je nach Temperatursituation auch unterschiedliche Phasenzustände annehmen kann.

[0010] Der erfindungsgemäße Kerngedanke liegt nun darin, dass eine Austauschbarkeit einzelner Zellenstapel während des Betriebs des elektrochemischen Zellensystems gegeben sein soll. Hierfür ist im Betrieb der jeweilige elektrochemische Zellenstapel in der bekannten Weise mit zwei Abschnitten ausgebildet und weist entsprechend einen Kraftstoffabschnitt für die Durchleitung von Kraftstoffgasen und einen Luftabschnitt für die Durchleitung von Luft auf. Je nach tatsächlicher Betriebsweise, insbesondere einem Elektrolysebetrieb und/oder einem Stromerzeugungsbetrieb kann entsprechend in den jeweiligen Zellen des Zellenstapels die dafür notwendige elektrochemische Reaktion stattfinden unter der Nutzung und/oder der Erzeugung von elektrischem Strom. Allgemein ist für den Betrieb die Zufuhr und die Abfuhr von Betriebsgasen erforderlich, sodass entsprechend Anschlussmittel in Form des Kraftstoffzuführabschnitts, des Kraftstoffabführabschnitts, des Luftzuführabschnitts und des Luftabführabschnitts vorgesehen sind.

[0011] Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht nun darauf, dass die Wechselvorrichtung eine Schaltbarkeit für alle Anschlussmittel zur Verfügung stellt. Insbesondere ist dies tatsächlich für sämtliche Anschlussmittel der angeschlossenen Zellenstapel vorgesehen, sodass die Wechselvorrichtung für den jeweiligen Zellenstapel, also zumindest vier separate Anschlussventile, aufweist, nämlich eines jeweils für den Kraftstoffzuführabschnitt, den Kraftstoffabführabschnitt, den Luftzuführabschnitt sowie den Luftabführabschnitt.

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[0012] Die einzelnen Anschlussventile sind dabei ähnlich, insbesondere identisch ausgebildet und sind mit jeweils drei Anschlussmöglichkeiten ausgestattet. Der Stapelanschluss ist dafür vorgesehen in eine fludkommunizierende Verbindung, insbesondere reversibel verbindbar, mit dem jeweiligen Anschlussmittel gebracht zu werden. Für den normalen Betriebszustand ist das jeweilige Anschlussventil mit einem Systemanschluss ausgebildet, um die fluidkommunizierende Verbindung für den Betrieb, also für die Versorgung und Entsorgung mit den Betriebsgasen zur Verfügung zu stellen. Der Anschluss ist dabei an den Gegen-Anschlussmitteln der Systemkomponenten vorgesehen, sodass entsprechend von Systemkomponenten der Komponentenvorrichtung, also beispielsweise Reformervorrichtungen, Katalysatorvorrichtungen, Wärmetauschervorrichtungen, Gasfördervorrichtungen oder Ähnlichem eine fluid-kommunizierende Verbindung ausgebildet sein kann. Im regulären Betrieb unterscheidet sich dabei die Nutzung der Wechselvorrichtung nicht oder nur sehr gering von den bekannten Lösungen mit einfachen zweidimensionalen Ventilanschlüssen oder einem direkten Anschluss, welche ausschließlich eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen der Komponentenvorrichtung und dem jeweiligen Zellenstapel ausbilden.

[0013] Der erfindungsgemäße Kerngedanke wird dadurch erfüllt, dass nun die einzelnen Anschlussventile zusätzlich einen dritten Anschluss in Form des Wechselanschlusses aufweisen. Dieser Wechselanschluss ist separat schaltbar ausgebildet, sodass nun das Anschlussventil auch als Mehrwegeventil oder Dreiwegeventil bezeichnet werden kann. Wird eine Wechselsituation gewünscht, wird das später noch erläuterte Wechselverfahren durchgeführt, dessen grundlegende Schritte nachfolgend kurz erläutert werden.

[0014] Ist zum Beispiel das Auswechseln und/oder das Einwechseln oder durch die Kombination dieser beiden Schritte ein Austausch eines spezifischen Zellenstapels erwünscht, so kann dies wie folgt durchgeführt werden. Der analysierte und ausgewählte zu wechselnde Zellenstapel wird definiert und spezifiziert für den zu erfolgenden Wechsel. Um ein Auswechseln durchzuführen, also das Herausnehmen des spezifischen auszuwechselnden Zellenstapels im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems, muss dieser nicht nur aus dem Betrieb fluidkommunizierend entkoppelt werden, sondern auch auf eine sichere Temperatur für das Auswechseln gebracht werden. Dies wird wie folgt durchgeführt. In einem ersten Schritt erfolgt ein Sperren der fluudkommunizierenden Verbindung zu den Systemkomponenten und ein Umschalten auf eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem auszuwechselnden Zellenstapel und dem Wechselanschluss. Das entsprechende Anschlussventil, insbesondere alle Anschlussventile für diesen auszuwechselnden Zellenstapel, sperren daher den anstehenden Systemanschluss und öffnen den Stapelanschluss in fluudkommunizierender Verbindung zum Wechselanschluss. Damit wird sichergestellt, dass eine Entkopplung von den Betriebsgasen stattfindet, also ein regulärer Weiterbetrieb des auszuwechselnden spezifischen Zellenstapels nicht mehr erfolgt. Dadurch, dass dies spezifisch für den auszuwechselnden Zellenstapel durchgeführt wird, können alle andere verbleibenden Zellenstapel entsprechend von den Systemkomponenten in der bekannten Betriebsweise weiter versorgt und betrieben werden.

[0015] Im nächsten Schritt erfolgt ein Zuführen des Wechselfluides in den auszuwechselnden Zellenstapel hinein. Das Wechselfluid kann dabei konditioniert, insbesondere temperiert, werden. Mit Hilfe der Temperiervorrichtung, welche insbesondere ein Kühlen und/oder ein Wärmen zur Verfügung stellen kann, kann das Wechselfluid nun einen Wärmeeintrag in und/oder zum Kühlen einen Wärmeaustrag aus dem Zellenstapel zur Verfügung stellen. Für ein Auswechseln, also ein Herausnehmen des auszuwechselnden Zellenstapels, erfolgt dabei vorzugsweise ein Temperieren in Form eines Herunterkühlens. Kühles Wechselfluid wird so lange in den Zellenstapel hinein und durch diesen hindurch sowie wieder herausgeführt, bis der auszuwechselnde Zellenstapel, beispielsweise erfassbar durch die Rückflusstemperatur des Wechselfluides, eine Temperatur unter einer Austauschtemperatur oder einer Sicherheitstemperatur aufweist. Diese kann beispielsweise im Bereich der Umgebungstemperatur liegen, liegt jedoch insbesondere in einem Bereich von unter 100 Grad Celsius, sodass eine sichere Handhabung des auszuwechselnden Zellenstapels gewährleistet werden kann.

[0016] Hier ist gut zu erkennen, dass nun die Wechselvorrichtung im Wesentlichen zwei Funkti-

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onalitäten zur Verfügung stellt. Zum einen wird es möglich, ein einfaches Abschalten und damit regelndes Herausnehmen aus dem Betrieb im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich wird die Funktionalität des Temperierens gewährleistet, da Wechselfluid beispielsweise durch einen oder mehrere Anschlussmittel in kühlender Form in den auszuwechselnden Zellenstapel eingebracht werden kann, dort Wärme aufnehmen und entsprechend wieder aus dem Zellenstapel heraustransportieren kann. Wird das Wechselfluid, beispielsweise über das Wechselmodul und die Temperiervorrichtung im Kreislauf betrieben, kann eine hohe Wärmemenge zum Kühlen des auszuwechselnden Zellenstapels aus demselben heraustransportiert werden.

[0017] Selbstverständlich kann die Wechselvorrichtung auch in umgekehrter Reihenfolge betrieben werden, wenn als Teil eines Austauschverfahrens ein Einwechseln eines Zellenstapels gewährleistet werden soll. So kann ein einzuwechselnder, beispielsweise neuer, reparierter oder gewarteter Zellenstapel in einem laufenden Betrieb eines elektrochemischen Zellensystems eingewechselt werden. Hier erfolgt nun der mechanische fludkommunizierende Anschluss der Anschlussmittel des einzuwechselnden Zellenstapels an die Stapelanschlüsse der Anschlussventile an der entsprechenden Position. Hier ist zu beachten, dass nun der einzelne, einzuwechselnde Zellenstapel sich üblicherweise auf Raumtemperatur, beispielsweise im Bereich von um die 20 oder 25 Grad Celsius befindet. Ist das elektrochemische Zellensystem als SOFC- und/oder SOEC-System ausgebildet, so befindet sich dieser auf einer Betriebstemperatur von bis zu 1000 Grad Celsius. Ein einfaches Anklemmen und Ausbilden der fluudkommunizierenden Verbindung würde zu einem massiven Temperaturunterschied und damit einem Temperatursprung im eingewechselten Zellenstapel führen, der zu Beschädigungen oder zumindest hohen mechanischen Belastungen führen würde. Um dies zu vermeiden, kann nun mit der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung und mittels des Wechselfluids ein Vortemperieren und damit für diesen Einwechselvorgang ein Aufheizen des Zellenstapels erfolgen, bis dieser entweder die Betriebstemperatur erreicht hat oder eine Maximaldifferenz zur aktuellen Betriebstemperatur unterschreitet.

[0018] Wie aus den voranstehenden Erläuterungen ersichtlich wird, dient die erfindungsgemäße Wechselvorrichtung nun dazu, für ein Einwechseln, ein Auswechseln oder einen Austausch, welcher ein Einwechseln und ein Auswechseln beinhaltet, im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems eingesetzt zu werden.

[0019] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung die Anschlussventile als Mehrwegventile ausgebildet sind mit einer Schaltbarkeit zwischen wenigstens zwei definierten Schaltstellungen. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Systemschaltstellung zur Freigabe einer fluidkommunizierenden Verbindung zwischen dem Stapelanschluss und dem Systemanschluss und eine Wechselschaltstellung zur Freigabe der fluidkommunizierenden Verbindung zwischen dem Stapelanschluss und dem Wechselanschluss. Diese Schaltung kann beispielsweise durch ein elektrisch schaltbares Mehrwegeventil als Anschlussventil ausgebildet werden, sodass vorzugsweise zusätzlich ein automatisches Sperren gegen den jeweils anderen Anschluss, wie nachfolgend erläutert, zur Verfügung gestellt wird. Die einzelnen Schaltstellungen sind dabei insbesondere qualitative Schaltstellungen, sodass ein sehr einfaches und kostengünstiges Schalten dieses Dreiwegeventils zur Verfügung gestellt werden kann.

[0020] Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung in der Systemschaltstellung der Wechselanschluss fluiddicht gesperrt und in der Wechselschaltstellung der Systemanschluss fluiddicht gesperrt ist. Dies führt dazu, dass insbesondere in den jeweiligen Schaltstellungen ein definierter Betrieb in der Systemschaltstellung oder ein definiertes Wechseln in der Wechselschaltstellung durchgeführt werden kann. Es kann von Vorteil sein, wenn zusätzlich noch als dritte Schaltstellung eine Sperrschaltstellung vorgesehen ist, in der der Stapelanschluss komplett gesperrt ist. Bei dieser Schaltstellung wären am Anschlussventil alle drei Anschlüsse, also der Wechselanschluss, der Stapelanschluss und der Systemanschluss fluiddicht in alle Richtungen gesperrt, sodass nun ohne den Austritt von Betriebsgasen, aber auch ohne den Austritt von Wechselfluid, ein Entfernen und Herausnehmen des zu wechselnden Zellenstapels zur Verfügung gestellt werden kann.

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[0021] Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung wenigstens der Wechselanschluss und/oder der Stapelanschluss quantitativ schaltbar ausgebildet sind. Ein quantitatives Schalten erlaubt das Regeln der jeweiligen Strömungsmenge und damit eine quantitative Einflussnahme auf die jeweilige Strömung. Dies kann zur Regelung des jeweiligen Betriebsfluides, aber auch zur Regelung der Strömung des verwendeten Wechselfluides in der Hineinströmung, aber auch für das Herausströmen aus dem Zellenstapel genutzt werden.

[0022] Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung das Wechselmodul eine Schutzgasvorrichtung aufweist für ein Einbringen von Schutzgas in den Zellenstapel über die Anschlussventile, wobei das Schutzgas insbesondere das Wechselfluid ausbildet. Um sicherzustellen, dass nicht nur eine reduzierte mechanische Belastung durch Temperaturspannungen gewährleistet ist, sondern darüber hinaus auch chemischer Verschleiß auf ein Minimum reduziert wird, kann ein Schutzgas zusätzlich oder als Teil des Wechselfluides eingesetzt werden. Ein solches Schutzgas kann beispielsweise ein Inertgas sein und zum Beispiel Stickstoff aufweisen. Auch Mischungen aus Stickstoff und dem Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, können verwendet werden. Auch eine Ansaugung von Außenluft ist grundsätzlich möglich. Das Schutzgas, dient dazu nun chemische Verschleißvorgänge, insbesondere durch das unerwünschte Eindringen von Sauerstoff in die einzelnen elektrochemischen Zellen, auf ein Minimum zu reduzieren, und damit auch aus chemischen Verschleißgesichtspunkten das Auswechseln möglichst sicher und verschleißarm zu gestalten.

[0023] Ebenfalls kann es Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung das Wechselmodul wenigstens eine Abführvorrichtung aufweist für ein Abführen von Wechselfluid aus dem Zellenstapel über wenigstens ein Anschlussventil. Insbesondere dient dies dazu, ein Hindurchleiten des Wechselfluids und damit insbesondere einen Kreislauf für den Wechsel zur Verfügung zu stellen. Wechselfluid kann entsprechend über einzelne Anschlussventile in den Zellenstapel hinein- und über andere Anschlussventile wieder aus dem Zellenstapel herausgefördert werden. Dieser Kreislaufbetrieb führt dazu, dass eine geringere Gesamtmenge an Wechselfluid mehrfach über die Temperiervorrichtung im Kreislauf geführt werden kann und somit auch große Temperaturunterschiede durch kleine Wechselmodule erzeugt werden können.

[0024] Ein weiterer Vorteil ist ebenfalls erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung die Stapelanschlüsse der Anschlussventile Anschlussflansche für einen reversiblen Anschluss an die Anschlussmittel des Zellenstapels aufweisen. Für das Einwechseln und/oder das Auswechseln und damit für ein entsprechendes Austauschverfahren des jeweiligen Zellenstapels ist der reversible Anschluss in einfachster Weise durch Anschlussflansche gewährleistet. Wird das Auswechseln gewünscht, so kann nach dem Absperren der Betriebsgase und dem gezielten Temperieren auf eine Sicherheits- oder Auswechseltemperatur nun ein mechanisches Sperren des Anschlussventils am Stapelanschluss erfolgen, sodass anschließend über die Anschlussflansche ein mechanisches Abkoppeln des Zellenstapels erfolgen kann. In umgekehrter Richtung kann beim Einwechseln nun ein Ankoppeln und damit ein einfaches und abgedichtetes Anschließen an solche Anschlussflansche zur Verfügung gestellt werden, um entsprechend auch das Einwechselverfahren mit der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung einfach, schnell und kostengünstig durchführen zu können.

[0025] Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Aufnahmevorrichtung für eine Aufnahme von Zellenstapeln mit gestapelten elektrochemischen Zellen eines elektrochemischen Zellensystems. Diese Aufnahmevorrichtung weist einen Aufnahmerahmen auf mit wenigstens zwei Aufnahmevolumen für eine Aufnahme je eines Zellenstapels. Jedes Aufnahmevolumen ist mit einer Entnahmeöffnung ausgestattet für eine Entnahme des jeweiligen Zellenstapels und mit einer Anschlussöffnung für eine Durchführung von Anschlussmitteln des jeweiligen Zellenstapels zum Anschluss an Gegen-Anschlussmittel von Systemkomponenten einer Komponentenvorrichtung des elektrochemischen Zellensystems. Weiter ist die Entnahmeöffnung mit einer Entnahmerichtung ausgestattet, welche von einer Anschlussrichtung der Anschlussöffnung unterschiedlich ist. Eine solche Aufnahmevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine erfindungsgemäße Wechselrichtung vorgesehen ist für die Durchführung eines Wechselver-

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fahrens für wenigstens einen der Zellenstapel. Eine solche Aufnahmevorrichtung bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Wechselvorrichtung erläutert worden sind. Insbesondere ist eine Wechselvorrichtung für jeden Zellenstapel und damit für jedes Aufnahmevolumen vorgesehen. Auch kann eine gemeinsame Wechselvorrichtung jedoch mit einer separaten und spezifischen Ausbildung von Anschlussventilen für alle Aufnahmevolumina vorgesehen sein. Diese Lösung bringt eine noch effizientere Wechselmöglichkeit für alle Zellenstapel mit sich.

[0026] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemisches Zellensystems, aufweisend wenigstens eine Komponentenvorrichtung mit einer Vielzahl von für den Betrieb notwendigen Systemkomponenten. Ein solches elektrochemisches Zellensystem zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Zellenstapel mit gestapelten elektrochemischen Zellen in jeweils einem Aufnahmevolumen eine Aufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Dabei sind die Zellenstapel über ihre Anschlussmittel mit den korrespondierenden Gegen-Anschlussmitteln der Komponentenvorrichtung fluidkommunizierend verbunden. Ein solches elektrochemisches Zellensystem ist damit für den Einsatz in einem Elektrolysebetrieb und/oder einem Stromerzeugungsbetrieb ausgebildet. Durch die Einbindung einer erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung ist das elektrochemische Zellensystem nun mit einer Wechselmöglichkeit ausgestattet, welche sogar im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems zur Verfügung gestellt ist. Damit bringt ein solches elektrochemisches Zellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Wechselvorrichtung erläutert worden sind.

[0027] Darüber hinaus ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Wechselverfahren für ein Wechseln eines Zellenstapels in einem elektrochemischen Zellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein solches Wechselverfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

- Sperren der Systemanschlüsse aller Anschlussventile des zu wechselnden Zellenstapels,

- Öffnen der fluidkommunizierenden Verbindung zwischen den Stapelanschlüssen und den Wechselanschlüssen aller Anschlussventile des zu wechselnden Zellenstapels,

- Fördern von temperiertem Wechselfluid in den zu wechselnden Zellenstapel, - Erfassen der Temperatur des zu wechselnden Zellenstapels, - Wechseln des zu wechselnden Zellenstapels bei Erreichen einer Wechseltemperatur.

[0028] Ein erfindungsgemäßes Wechselverfahren bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Wechselvorrichtung erläutert worden sind. Dabei ist unter einem Wechsel ein Einwechseln und/oder ein Auswechseln zu verstehen. Wird ein Auswechseln und anschließend ein Einwechseln durchgeführt, kann von einem Austausch gesprochen werden. Bei einem Auswechseln eines zu wechselnden Zellenstapels erfolgt ein Kühlen des Zellenstapels auf eine reduzierte Wechseltemperatur, insbesondere unter 100 Grad Celsius, beispielsweise im Bereich der Raumtemperatur. Erfolgt ein Einwechseln des zu wechselnden Zellenstapels, so dient das Wechselverfahren insbesondere dazu, eine Temperaturangleichung an die aktuelle Betriebstemperatur des elektrochemischen Zellensystems durchzuführen. Bei einer solchen Ausgestaltung des Wechselverfahrens wird die Wechseltemperatur im Bereich der Betriebstemperatur, beispielsweise als ein Unterschreiten eines Temperaturunterschieds zur Betriebstemperatur, ausgebildet.

[0029] Ein erfindungsgemäßes Wechselverfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Wechseltemperatur beim Einwechseln einen vorgegebenen Abstand zu einer Betriebstemperatur der Systemkomponenten unterschreitet und/oder beim Auswechseln die Wechseltemperatur eine vorgegebene Sicherheitstemperatur unterschreitet. Beim Einwechseln soll also ein optimiertes Angleichen der Betriebstemperatur und der Einwechseltemperatur des einzuwechselnden Zellenstapels erfolgen. Beim Auswechseln ist der Sicherheitsgedanke relevant, sodass ein Abkühlen des auszuwechselnden Zellenstapels auf eine Sicherheitstemperatur für eine sichere Handhabung erfolgen soll. Dabei kann an den jeweiligen Systemkomponenten, wie auch am jeweiligen Stapel die Temperaturmessung durchgeführt werden. Auch kann eine indirekte Messung über

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eine Erfassung der Temperatur des verwendeten Wechselfluids, insbesondere am Rücklauf des Wechselfluids zum Wechselmodul, zur Verfügung gestellt werden.

[0030] Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Wechselverfahren zusätzlich zu dem Wechselfluid und/oder als Bestandteil des Wechselfluides ein Schutzgas in den zu wechselnden Zellenstapel eingebracht wird. Ein solches Schutzgas kann beispielsweise ein Inertgas aufweisen oder sogar durch ein Inertgas ausgebildet sein. Auch kann das Wechselfluid vollständig durch das Schutzgas ausgebildet sein. Das Schutzgas kann ein reines oder im Wesentlichen reines Gas oder auch eine Gasmischung sein. Damit wird zur Verfügung gestellt, dass nicht nur eine gezielte Temperierung, sondern auch aus chemischen Gesichtspunkten eine Verschleißreduktion für den Wechselvorgang sichergestellt wird.

[0031] Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Wechselverfahren die Strömungsrichtung des Wechselfluids einer Betriebsströmungsrichtung an dem jeweiligen Anschlussmittel entspricht. Je nach tatsächlicher Betriebssituation werden einzelne Anschlussmittel für ein Hineinströmen in den Zellenstapel und andere Anschlussmittel für ein Herausströmen des Fluids aus dem Zellenstapel zur Verfügung gestellt sein. Da für solche Strömungsrichtungen möglicherweise Anpassungen im Zellenstapel, aber auch in dem Anschlussmittel vorgesehen sein können, entspricht vorzugsweise die Strömungsrichtung des Wechselfluides während des Wechselvorgangs, also insbesondere während des Temperierens und damit des Einund/oder Ausströmens des Wechselfluides, der jeweiligen Betriebsströmung am jeweiligen Anschlussmittel.

[0032] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0033] Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellensystems,

[0034] Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung, [0035] Fig. 3 ein erster Schritt bei einem erfindungsgemäßen Wechselverfahren, [0036] Fig. 4 ein zweiter Schritt bei einem erfindungsgemäßen Wechselverfahren, [0037] Fig. 5 ein dritter Schritt bei einem erfindungsgemäßen Wechselverfahren, [0038] Fig. 6 ein weiterer Schritt während der Temperierung,

[0039] Fig. 7 ein weiterer Schritt während der Temperierung,

[0040] Fig. 8 eine Darstellung eines einzelnen Zellenstapels,

[0041] Fig. 9 ein möglicher Verlauf der Temperaturen während des Wechselverfahrens,

[0042] Fig. 10 ein weiterer möglicher Verlauf der Temperatur während des Wechselverfahrens und

[0043] Fig. 11 ein weiterer möglicher Verlauf der Temperatur während des Wechselverfahrens.

[0044] In der Figur 1 ist schematisch in einer Seitenansicht ein elektrochemisches Zellensystem 100 dargestellt. Eine Vielzahl von Systemkomponenten 130, beispielsweise Fördervorrichtungen, Wärmetauschervorrichtungen, Katalysatorvorrichtungen, Reformervorrichtungen oder Ähnliches können hier als Systemkomponenten 130 vorgesehen sein. Diese befinden sich in einer Komponentenvorrichtung 110, welche auch als Balance of Plant (BoP) bezeichnet werden kann. Für einen Anschluss und einen sicheren Betrieb sind hier schematisch vier einzelne Zellenstapel 120 dargestellt, welche bei der dargestellten Ausführungsform alle gleich groß damit insbesondere mit gleicher Leistungsfähigkeit ausgestaltet sind. Um einen Betrieb durchzuführen, müssen die Betriebsgase zu dem jeweiligen Zellenstapel 120 hin und von diesem wieder abgeführt werden. Hierfür sind aus Sicht der Systemkomponenten 130 Gegen-Anschlussmittel 132 in fluidkommunizierender Verbindung mit entsprechenden Anschlussmitteln 122 jedes Zellenstapels 120 ge-

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bracht. Die einzelnen Zellenstapel 120 befinden sich dabei in einer Aufnahmevorrichtung 10 jeweils angeordnet in einem Aufnahmevolumen 30 eines Aufnahmerahmens 20.

[0045] Beim Betrieb des elektrochemischen Zellensystems 100 gemäß der Figur 1 kann es nun dazu kommen, dass ein einzelner Zellenstapel 120 zum Beispiel aufgrund eines Leistungsabfalls dieses Zellenstapels 120 ausgewechselt werden soll. Dieses Auswechseln kann beispielsweise einer externen Wartung des entsprechenden spezifischen Zellenstapels 120 dienen. Auch kann ein Ersetzen durch einen neuen Zellenstapel 120 gewünscht sein. Um dieses Auswechseln und Einwechseln und damit ein Austauschen des jeweiligen Zellenstapels 120 auch im Betrieb durchführen zu können, sind mehrere Komponenten wichtig, welche nachfolgend näher beschrieben werden.

[0046] So zeigt die Figur 2 die grundsätzliche Auswechselbarkeit in der Gestaltung der Aufnahmevorrichtung 10. Diese ist mit dem Aufnahmevolumen 30 nun mit einer Entnahmeöffnung 32 mit Entnahmerichtungen ER und einer Anschlussöffnung 34 mit einer Anschlussrichtung AR ausgebildet. Die Anschlussrichtung AR ist dabei unterschiedlich ausgerichtet zu den beiden Entnahmerichtungen ER, sodass ein seitliches Entnehmen für das Auswechseln und Einwechseln des jeweiligen Zellenstapels 120 zur Verfügung gestellt werden kann. Ein solches Auswechseln ist beispielsweise in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.

[0047] So zeigt die Figur 3 in Draufsicht die Situation gemäß der Figur 1. Der Zellenstapel 120, welcher hier ausgewechselt werden soll, ist ausgewählt und in der Figur 3 noch in fluidkommunizierender Verbindung zwischen den Anschlussmitteln 122 und 132 dargestellt. Für ein Auswechseln erfolgt hier ein Entkoppeln entlang der Anschlussrichtung AR wie es die Figur 4 zeigt. Anschließend erfolgt ein seitliches Herausnehmen und damit ein Auswechseln des auszuwechselnden Zellenstapels 120 entlang der Entnahmerichtung ER. Dieses Entkoppeln und Herausnehmen wird nun mit der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung 10 verbessert, wie sie die nachfolgenden Figuren beschreiben. Ein Einwechseln eines Zellenstapels 120 erfolgt entsprechend in der umgekehrten Richtung und insbesondere mit umgekehrten Schritten eines Wechselverfahrens.

[0048] So zeigen die Figur 6 und 7 die Nutzung einer Wechselvorrichtung 200 und eines erfindungsgemäßen Wechselverfahrens. In der Figur 6 ist der normale Betriebszustand für einen einzelnen auszuwechselnden Zellenstapel 120 dargestellt. In fluiudkommunizierender Verbindung ist nun zwischen die Anschlussmittel 122 und die Gegenanschlussmittel 132 jeweils ein Anschlussventil 210 geschaltet. Dabei sind hier zwei Anschlussventile 210 dargestellt, wobei beispielsweise insbesondere vier oder sogar noch mehr solcher Anschlussventile 210 für jeden Zellenstapel 120 vorgesehen sind, je nachdem wie viele Anschlussmittel 122 der Zellenstapel 120 aufweist.

[0049] Im regulären Betriebszustand befinden sich die Anschlussventile 210 in ihrer Systemschaltstellung SST, wie dies die Figur 6 zeigt. Dabei ist der jeweilige Wechselanschluss 216 fluiddicht gesperrt und eine fluidkommunizierende Verbindung ausschließlich zwischen dem Stapelanschluss 212 und dem Systemanschluss 214 gegeben. Betriebsfluide können in den Zellenstapel 120 hinein- und aus diesem wieder herausgefördert werden und der Zellenstapel 120 trägt dem normalen Betrieb des elektrochemischen Zellensystems 100 bei.

[0050] Wird nun ein Auswechseln dieses Zellenstapels 120 gemäß der Erläuterung zu den Figuren 3, 4 und 5 gewünscht, so muss dieser nicht nur entkoppelt, sondern schon vor dem Entkoppeln auch gesichert werden und insbesondere auf eine sichere Temperatur gebracht werden. Hierfür wird gemäß der Figur 7 nun ein Umstellen und Umschalten der einzelnen Anschlussventile 210 durchgeführt. Die Figur 7 zeigt die Wechselschaltstellung WST, in welcher die fluidkommunizierende Verbindung an den Systemanschlüssen 214 gesperrt ist. Hier ist nun eine fluidkommunizierende Verbindung aufgebaut zwischen den jeweiligen Wechselanschlüssen 216 und den Stapelanschlüssen 212. Wechselfluid WF, insbesondere auch Schutzgas SG, können über eine Fluidfördervorrichtung 222 nun in einen der Eingänge als Anschlussmittel 122 hineingefördert werden. Dadurch, dass das Wechselfluid WF über eine Temperiervorrichtung 224 gefördert wird, kann ein Vortemperieren, beispielsweise ein Abkühlen des Wechselfluides WF, zur Verfügung gestellt sein. Das kühle Wechselfluid WF durchströmt den Zellenstapel 120, nimmt entspre-

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chend Wärme von den einzelnen Bauteilen auf und wird im erwärmten Zustand aus dem in der Figur 7 oberen Anschlussmittel 122 in das obere Anschlussventil 210 strömen. Entsprechend wird über den oberen Wechselanschluss 216 das erwärmte Wechselfluid WF über die Abführvorrichtung 228 zurückgeführt und ein Kreislaufbetrieb für ein weiteres Kühlen mit Hilfe der Temperiervorrichtung 224 möglich. Auch ist hier zusätzlich eine Schutzgasvorrichtung 226 vorgesehen, um dem Wechselfluid WF Schutzgas SG beizumischen oder das Wechselfluid WF vollständig als Schutzgas SG auszubilden. Für ein Einwechseln kann die Temperiervorrichtung 224 einem Aufheizen des Wechselfluids WF dienen für ein Aufheizen der Bauteile des einzuwechselnden Zellenstapels 120.

[0051] In der Figur 8 ist schematisch dargestellt, dass jeder der Zellenstapel 120 für den Betrieb in einen Kraftstoffabschnitt 124 und einen Luftabschnitt 128 aufgeteilt ist. Somit sind zwei Zuführmöglichkeiten und zwei Abführmöglichkeiten vorgesehen in Form eines Kraftstoffzuführabschnitts 123 zur Zuführung von Kraftstoffzuführgas KZG, einem Kraftstoffabführabschnitt 125 zur Abführung von Kraftstoffabgas KAG, einem Luftzuführabschnitt 127 zur Zufuhr von Zuluft ZL sowie einem Luftabführabschnitt 129 zur Abfuhr von Abluft AL. Insgesamt bilden sich also mindestens vier Anschlussmöglichkeiten mit vier Anschlussmitteln 122 und entsprechend idealerweise auch vier Anschlussventile 210 auf, wie sie schematisch auch mit Bezug auf die Figuren 6 und 7 erläutert worden sind.

[0052] In der Figur 9 ist eine Durchführung und Überwachung eines Wechselverfahrens dargestellt. So kann insbesondere als Regelgröße die Temperatur des Wechselfluids WF und/oder einzelner Komponenten verwendet werden. Dabei kann beispielsweise von einer Betriebstemperatur BT im regulären Betrieb, also mit dem Anschlussventil 210 in Systemschaltstellung SST ausgegangen werden. Soll ein Auswechseln erfolgen, wird nun ein Abkühlen auf eine Wechseltemperatur WT durchgeführt, wie dies die Figur 9 zeigt. Auch kann ein Mindestabstand von einer Betriebstemperatur BT eingehalten werden, wie beispielsweise die Figur 10 es darstellt. Nicht zuletzt ist es auch möglich eine Sicherheitstemperatur ST, beispielsweise für ein sicheres Handling vorzudefinieren und die Wechseltemperatur WT als ein Unterschreiten dieser Sicherheitstemperatur ST zu definieren.

[0053] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

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BEZUGSZEICHENLISTE

10 Aufnahmevorrichtung 20 Aufnahmerahmen

30 Aufnahmevolumen 32 Entnahmeö$öffnung

34 Anschlussöffnung

100 elektrochemisches Zellensystem 110 Komponentenvorrichtung 120 Zellenstapel

122 Anschlussmittel

123 Kraftstoffzuführabschnitt 124 Kraftstoffabschnitt

125 Kraftstoffabführabschnitt 127 Luftzuführabschnitt

128 Luftabschnitt

129 Luftabführabschnitt

130 Systemkomponente

132 Gegen-Anschlussmittel

200 Wechselvorrichtung 210 Anschlussventil

212 Stapelanschluss

214 Systemanschluss 216 Wechselanschluss 220 Wechselmodul

222 Fluidfördervorrichtung 224 Temperiervorrichtung 226 Schutzgasvorrichtung 228 Abführvorrichtung

ER Entnahmerichtung AR Anschlussrichtung

KZG Kraftstoffzuführgas KAG Kraftstoffabgas

ZL Zuluft

AL Abluft

WF Wechselfluid

SG Schutzgas

SST Systemschaltstellung WST Wechselschaltstellung WT Wechseltemperatur BT _Betriebstemperatur ST Sicherheitstemperatur

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Claims (13)

A ‚hes AT 528 385 B1 2026-01-15 Ss N Patentansprüche

1. Wechselvorrichtung (200) für ein Durchführen eines Wechselverfahrens zum Wechseln eines Zellenstapels (120) eines elektrochemischen Zellensystems (100) im laufenden Betrieb des elektrochemischen Zellensystems (100), der Zellenstapel (120) aufweisend einen Kraftstoffabschnitt (124) mit Anschlussmitteln (122) in Form von einem Kraftstoffzuführabschnitt (123) zur Zufuhr von Kraftstoffzuführgas (KZG) und einem Kraftstoffabführabschnitt (125) zur Abfuhr von Kraftstoffabgas (KAG) und aufweisend einen Luftabschnitt (128) mit Anschlussmitteln (122) in Form von einem Luftzuführabschnitt (127) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (129) für eine Abfuhr von Abluft (AL), gekennzeichnet durch wenigstens ein Anschlussventil (210) für jedes Anschlussmittel (122), wobei die Anschlussventile (210) je einen Stapelanschluss (212) für eine fluudkommunizierende Verbindung mit dem jeweiligen Anschlussmittel (122), einen Systemanschluss (214) für eine fluidkommunizierende Verbindung mit jeweils einem Gegen-Anschlussmittel (132) an Systemkomponenten (130) einer Komponentenvorrichtung (110) des elektrochemischen Zellensystems (100) und einen Wechselanschluss (216) in fluidkommunizierende Verbindung mit einem Wechselmodul (220) aufweisen, wobei weiter das Wechselmodul (220) eine Fluidfördervorrichtung (222) für ein Fördern von Wechselfluid (WF) über den Wechselanschluss (216) in den Zellenstapel (120) hinein und/oder aus dem Zellenstapel (120) heraus und ein Temperiervorrichtung (124) für ein Temperieren des Wechselfluids (WF) aufweist.

2. Wechselvorrichtung (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussventile (210) als Mehrwegventile ausgebildet sind mit einer Schaltbarkeit zwischen wenigstens zwei Schaltstellungen, insbesondere einer Systemschaltstellung (SST) zur Freigabe einer fluiıdkommunizierenden Verbindung zwischen dem Stapelanschluss (212) und dem Systemanschluss (214) und einer Wechselschaltstellung (WST) zur Freigabe einer fluidkommunizierenden Verbindung zwischen dem Stapelanschluss (212) und dem Wechselanschluss (216).

3. Wechselvorrichtung (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Systemschaltstellung (SST) der Wechselanschluss (216) fluiddicht gesperrt und in der Wechselschaltstellung (WST) der Systemanschluss (214) fluiddicht gesperrt ist.

4. Wechselvorrichtung (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Wechselanschluss (216) und/oder der Stapelanschluss (212) quantitativ schaltbar ausgebildet sind.

5. Wechselvorrichtung (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselmodul (220) eine Schutzgasvorrichtung (226) aufweist für ein Einbringen von Schutzgas (SG) in den Zellenstapel (120) über die Anschlussventile (210), wobei das Schutzgas (SG) insbesondere das Wechselfluid (WF) ausbildet.

6. Wechselvorrichtung (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselmodul (220) wenigstens eine Abführvorrichtung (228) aufweist für ein Abführen von Wechselfluid (WF) aus dem Zellenstapel (120) über wenigstens ein Anschlussventil (210).

7. \Wechselvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelanschlüsse (212) der Anschlussventile (210) Anschlussflansche aufweisen für einen reversiblen Anschluss an die Anschlussmittel (122) des Zellenstapels (120).

8. Aufnahmevorrichtung (10) für eine Aufnahme von Zellenstapeln (120) mit gestapelten elektrochemischen Zellen eines elektrochemischen Zellensystems (100), aufweisend einen Aufnahmerahmen (20) mit wenigstens zwei Aufnahmevolumen (30) für eine Aufnahme je eines Zellenstapels (120), wobei jedes Aufnahmevolumen (30) wenigstens eine Entnahmeöffnung (32) aufweist für eine Entnahme des jeweiligen Zellenstapels (120) und eine Anschlussöffnung (34) aufweist für eine Durchführung von Anschlussmitteln (122) des jeweiligen Zellenstapels (120) zum Anschluss an Gegen-Anschlussmittel (132) von Systemkomponenten

(130) einer Komponentenvorrichtung (110) des elektrochemischen Zellensystems (100), wobei weiter die Entnahmeöffnung (32) eine Entnahmerichtung (ER) aufweist, welche von einer Anschlussrichtung (AR) der Anschlussöffnung (34) unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselvorrichtung (200) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist für eine Durchführung eines Wechselverfahrens für wenigstens einen Zellenstapel (120).

9. Elektrochemisches Zellensystem (100), aufweisend wenigstens eine Komponentenvorrichtung (110) mit einer Vielzahl von für den Betrieb notwendigen Systemkomponenten (130), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zellenstapel (120) mit gestapelten elektrochemischen Zellen in jeweils einem Aufnahmevolumen (30) einer Aufnahmevorrichtung (10) mit den Merkmalen des Anspruchs 8 angeordnet sind, wobei die Zellenstapel (120) über ihre Anschlussmittel (122) mit den korrespondierenden Gegen-Anschlussmitteln (132) der Komponentenvorrichtung (110) verbunden sind.

10. Wechselverfahren für ein Wechseln eines Zellenstapels (120) in einem elektrochemischen Zellensystem (100) mit den Merkmalen des Anspruchs 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Sperren der Systemanschlüsse (214) aller Anschlussventile (210) des zu wechselnden Zellenstapels (120),

- Öffnen der fluidkommunizierenden Verbindung zwischen den Stapelanschlüssen (212) und den Wechselanschlüssen (216) aller Anschlussventile (210) des zu wechselnden Zellenstapels (120),

- Fördern von temperiertem Wechselfluid (WF) in den zu wechselnden Zellenstapel (122),

- Erfassen der Temperatur des zu wechselnden Zellenstapels (122),

- Wechseln des zu wechselnden Zellenstapels (122) bei Erreichen einer Wechseltemperatur (WT).

11. Wechselverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechseltemperatur (WT) beim Einwechseln einen vorgegebenen Abstand zu einer Betriebstemperatur (BT) der Systemkomponenten (130) unterschreitet und/oder beim Auswechseln die Wechseltemperatur (WT) eine vorgegebene Sicherheitstemperatur (ST) unterschreitet.

12. Wechselverfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Wechselfluid (WF) und/oder als Bestandteil des Wechselfluids (WF) ein Schutzgas (SG) in den zu wechselnden Zellenstapel (122) eingebracht wird.

13. Wechselverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Wechselfluids (WF) einer Betriebsströmungsrichtung an dem jeweiligen Anschlussmittel (122) entspricht.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen