DE102007051230A1

DE102007051230A1 - Hochdruckelektrolysator

Info

Publication number: DE102007051230A1
Application number: DE102007051230A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Kiesewetter; Nils Kiesewetter
Original assignee: SETT SOLARE ENERGIETECHNOLOGIE; Sett Solare Energietechnologien Thueringen GmbH
Current assignee: SETT SOLARE ENERGIETECHNOLOGIE; Sett Solare Energietechnologien Thueringen GmbH
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: DE102007051230B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrolysator zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff mit einem Elektrolysezellenblock mit einer Anode und einer Kathode. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolysator anzugeben, der in der Lage ist, Wasserstoffspeicher ohne zusätzlichen Verdichter zu beladen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Elektrolysator gelöst, bei dem der Elektrolysezellenblock (EB) mit separatem Entgasungsbehälter (E1, E2) für Wasserstoff und Sauerstoff über Anschlussleitungen (AL1, AL2) verbunden ist, in denen Pumpen (P1, P2) angeordnet sind, und dass die Entgasungsbehälter (E1, E2) sowie die im Elektrolysezellenblock (EB) angeordneten Elektroden (EL1, EL2) mit Ultraschallgeneratoren (US1, US2, US3) gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolysator zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff mit einem Elektrolysezellenblock mit einer Anode und einer Kathode.
Die Erfindung ist für die Erzeugung von Wasserstoff und dessen Speicherung einsetzbar.
Die Verknappung der fossilen Energieträger sowie die Klimaerwärmung führen dazu, dass solare sowie thermische Energiesysteme zur Umwandlung von Strahlung in elektrische Energie weiter an Bedeutung gewinnen. Die Speicherung dieser Energie wird aufgrund des diskontinuierlichen Anfalls derselben stark an Bedeutung gewinnen. Eine wichtige Möglichkeit der Energieerzeugung und Speicherung stellt die Elektrolyse von Wasser und die Lagerung des Wasserstoffs in Druckbehältern dar.
Im Stand der Technik sind Elektrolysatoren in verschiedenen Ausführungen bekannt. Elektrolysatoren enthalten Elektrolysezellen, in denen die Elektrolyse technisch realisiert wird. Der aus der Aufspaltung bzw. Zersetzung von Wasser gewonnene Wasserstoff kann als Energieträger für viele Zwecke genutzt werden.
Aus DE 101 50 557 A1 ist ein Druckelektrolysator bekannt, der einen Druckbehälter mit einem darin angeordneten Elektrolysezellenblock aufweist. Der Elektrolysezellenblock enthält ein Gehäuse, welches zwei voneinander getrennte Räume bildet, welche Bestandteil eines Laugenkreislaufsystems sind. Eine Ausgestaltung dieser Erfindung enthält zwischen dem Gehäuse des Elektrolyseurs und dem Gehäuse des Elektrolysezellenblocks Trennwände. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass die erzeugten Produkte Wasserstoff und Sauerstoff außerhalb des Druckelektrolysators komprimiert werden müssen.
In DE 20 2005 003 934 U1 ist ein Elektrolysator beschrieben, der kompakt und mit vergleichsweise hohen Elektrolyse-Systemdrücken betreibbar ausgebildet ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Elektrolysator zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff ein ein- oder mehrteilig aufgebautes Gehäuse mit zumindest einem darin angeordneten und gegen das Innere des Gehäuses abdichteten Elektrolysezellenblock aufweist. Innerhalb des Elektrolysezellenblocks sind mehrere in Form eines Stapels zusammengefasste Elektrolysezellen mit Anoden und Kathoden angeordnet, wobei zur Versorgung der Anoden mit Analyten und zur Versorgung der Kathoden mit Katholyten Laugenkreisläufe vorgesehen sind. Zum Ausgasen des innerhalb der Elektrolysezellen erzeugten Sauerstoffs und des Wasserstoffs sind ein mit dem Elektrolysezellenblock gekoppelter Sauerstoff-Separationsraum sowie ein Wasserstoff-Separationsraum vorgesehen. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der den Elektrolyse-Systemdruck aufweisende Sauerstoff-Separationsraum sowie der den Elektrolyse-Systemdruck aufweisende Wasserstoff-Separationsraum innerhalb des Elektrolysezellenblocks platziert sind. Die Anordnung ist durch einen hohen Herstellungs- und Kostenaufwand nachteilig.
Die bekannten Elektrolysatoren erzeugen nur einen geringen Überdruck. Der Wasserstoff muss später mit Kompressoren verdichten werden, was einen hohen Aufwand erfordert und hohe Kostenverursacht. Da der technische Aufwand sehr groß ist, sind kleine dezentrale Anlagen nur schwer zu realisieren. Ursachen hierfür sind unter anderem in der schlechten Entgasung vom Wasserstoff und Sauerstoff aus den Elektrolyten zu sehen. Deshalb muss jeweils ein Diaphragma benutzt werden, um ein Vermischen von wasserstoffhaltigen Elektrolyten mit sauerstoffhaltigen Elektrolyten zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolysator der eingangs genannten Art anzugeben, der in der Lage ist, Wasserstoffspeicher ohne zusätzlichen Verdichter zu beladen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Elektrolysator, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gegenstand der Erfindung sind auch Merkmalskombinationen bei denen die in der Beschreibung und/oder in den Ansprüchen angegebenen Einzelmerkmale beliebig miteinander kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung stellt einen Druckelektrolysator zur Elektrolyse von Wasser dar, der mittels des in der Anordnung erzeugten Eigendrucks in der Lage ist, Hybridspeicher zu beladen ohne zusätzliche Verdichter zu benötigen. Vorteilhaft ist dabei, dass der entstehende Sauerstoff an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Der Elektrolyt wird in einem geschlossenen Kreislauf bewegt, wobei separate Entgasungskammern für Wasserstoff und Sauerstoff vorgesehen sind. Zur Steigerung der Effizienz und zur Entgasung werden Ultraschallschwingungen eingesetzt, die mit jeweils an den entsprechenden Entgasungsbehältern angeordneten Ultraschallgeneratoren sowie zentral an den Elektroden angeordnet sind. Die Ultraschallgeneratoren können zur Effizienzsteigerung mit unterschiedlichen Frequenzen angesteuert werden, damit über Resonanzeffekte das Gas vollständig aus der Flüssigkeit ausgetrieben werden kann.
Da Diaphragmen einen elektrischen Widerstand im Elektrolysezweig darstellen, an dem ohmsche Leistung verloren geht, wird der Elektrolyt in zwei separaten Kreisläufen geführt, die lediglich über strömungstechnische Anordnung getrennt gehalten werden. Hierdurch können unterschiedliche Entgasungsfrequenzen sowie eventuell Temperaturen eingestellt werden. Auch ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeiten sowie weitere physikalische chemische Parameter getrennt zu halten.
Damit wird ähnlich wie bei Strömungsvorhängen im Luftbereich eine laminare Strömung im Bereich der Elektroden beider Elektrolytströme erreicht und ein sehr guter elektrischer Kontakt bei geringer Durchmischung realisiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt 1 eine schematische Darstellung der Anordnung.
Im Elektrolysezellenblock EB befinden sich die Elektrolyseflüssigkeit sowie die Elektroden EL1 und EL2, welche die Anode und die Kathode der Elektrolyseanordnung bilden. Der Elektrolysezellenblock EB ist über die Anschlussleitung AL1 mit dem Entgasungsbehälter E1 für Wasserstoff und über die Anschlussleitung AL2 mit dem Entgasungsbehälter E2 für Sauerstoff verbunden. In den Anschlussleitung AL1 und AL2 sind Pumpen P1 und P2 angeordnet. Der Elektrolysezellenblock EB enthält ein Trennelement T, welches diesen in zwei Bereiche teilt und den Austausch der beiden Gase verhindert. Unterhalb der Entgasungsbehälter E1 und E2 sind die Ultraschallgeneratoren US1 und US2 angebracht, die die Elektrolyseflüssigkeit in Schwingungen versetzt und so den Austritt der Gase erleichtert. Ein weiterer Ultraschallgenerator US3 befindet sich unterhalb der Elektroden EL1 und EL2 am Elektrolysezellenblock EB.

EB: Elektrolysezellenblock
EL1, EL2: Elektroden
E1, E2: Entgasungsbehälter
P1, P2: Pumpen
US1, US2, US3: Ultraschallgeneratoren
AL1, Al2: Anschlussleitungen
T: Trennelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10150557 A1 [0005]
- DE 202005003934 U1 [0006]

Claims

Elektrolysator zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff mit einem Elektrolysezellenblock (EB) mit einer Anode und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolysezellenblock (EB) mit separaten Entgasungsbehälter (E1, E2) für Wasserstoff und Sauerstoff über Anschlussleitungen (AL1, AL2) verbunden ist, in denen Pumpen (P1, P2) angeordnet sind und dass die Entgasungsbehälter (E1, E2) sowie die im Elektrolysezellenblock (EB) angeordnete Elektroden (EL1, EL2) mit Ultraschallgeneratoren (US1, US2, US3) gekoppelt sind.
Elektrolysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallgeneratoren (US1, US2, US3) mit unterschiedlichen Frequenzen angesteuert werden.