DE102021203511A1

DE102021203511A1 - Elektrolysezellenvorrichtung und Elektrolysezellensystem

Info

Publication number: DE102021203511A1
Application number: DE102021203511.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Steiner; Guillaume Huard; Maxime Carre; Fabian Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-10-13
Also published as: WO2022214510A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Elektrolysezellenvorrichtung (10a-10e) mit zumindest einer Elektrolysezelleneinheit (12a-12e), welche dazu ausgebildet ist, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, und mit zumindest einer Wasserzuleitung (14a-14e), welche zu einem Versorgen der Elektrolysezelleneinheit (12a-12e) mit Wasser mit der Elektrolysezelleneinheit (12a-12e) verbunden ist.Es wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysezellenvorrichtung (10a-10e) zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28a-28e) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Wärmeenergie auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14a-14e) zu übertragen.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits eine Elektrolysezellenvorrichtung mit zumindest einer Elektrolysezelleneinheit, welche dazu ausgebildet ist, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, und mit zumindest einer Wasserzuleitung, welche zu einem Versorgen der Elektrolysezelleneinheit mit Wasser mit der Elektrolysezelleneinheit verbunden ist, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Elektrolysezellenvorrichtung, insbesondere von einer Festoxidelektrolysezellenvorrichtung, mit zumindest einer Elektrolysezelleneinheit, welche dazu ausgebildet ist, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, und mit zumindest einer Wasserzuleitung, welche zu einem Versorgen der Elektrolysezelleneinheit mit Wasser mit der Elektrolysezelleneinheit verbunden ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest eine Wärmepumpeneinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Wärmeenergie auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen.
Unter einer „Elektrolysezellenvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Elektrolysezelle, insbesondere eines Elektrolysezellensystems, verstanden werden. Insbesondere kann die Elektrolysezellenvorrichtung auch die gesamte Elektrolysezelle, insbesondere das gesamte Elektrolysezellensystem, umfassen. Vorzugsweise ist die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest als ein Teil einer Hochtemperaturelektrolysezelle, insbesondere Hochtemperaturfestoxidelektrolysezelle, kurz SOEC, insbesondere als Hochtemperaturfestoxidelektrolysezellensystem, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrolysezellenvorrichtung als Festoxidelektrolysezellenvorrichtung ausgebildet, welche insbesondere zu einem Verarbeiten von Wasserdampf ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Elektrolysezelleneinheit zumindest teilweise als ein Elektrolysezellenstapel ausgebildet, welcher dazu ausgebildet ist, das Wasser in den Wasserstoff und den Sauerstoff aufzuspalten. Vorzugsweise verbindet die Wasserzuleitung die Elektrolysezelleneinheit mit einem Wasserreservoir. Die Elektrolysezellenvorrichtung kann das Wasserreservoir umfassen. Das Wasserreservoir kann ein Wassertank, insbesondere eine Wassertankeinheit, und/oder eine Wasserzuleitung eines öffentlichen Wassernetzes, insbesondere Trinkwassernetzes, sein. Vorzugsweise ist an oder in der Wasserzuleitung eine Reinigungseinheit angeordnet zu einem Aufbereiten, insbesondere Filtern, des Wassers, insbesondere zu einem Erzielen eines vorteilhaft hohen Reinheitsgrads des Wassers vor einem Einleiten des Wassers in die Elektrolysezelleneinheit. Die Elektrolysezellenvorrichtung oder die Wasserzuleitung kann die Reinigungseinheit umfassen. Vorzugsweise ist an oder in der Wasserzuleitung eine Pumpeneinheit angeordnet zu einem, insbesondere dosierten und/oder nach Flussmenge definierten, Fördern, des Wassers, insbesondere zu der Elektrolysezelleneinheit. Die Elektrolysezellenvorrichtung oder die Wasserzuleitung kann die Pumpeneinheit umfassen. Vorzugsweise ist die Pumpeneinheit dazu ausgebildet, einen Wasserfluss, insbesondere Fluidfluss, von dem Wasserreservoir zu der Elektrolysezelleneinheit, insbesondere durch die Reinigungseinheit, zu generieren. Die Elektrolysezellenvorrichtung oder die Wasserzuleitung kann eine Verdampfereinheit umfassen. Die Verdampfereinheit ist dazu ausgebildet, das Wasser in der Wasserzuleitung zu verdampfen bevor das Wasser die Elektrolysezelleneinheit erreicht. Die Verdampfereinheit ist vorzugsweise elektrisch ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrolysezelleneinheit als Festoxidelektrolysezelleneinheit ausgebildet, welche insbesondere zu einem Verarbeiten von Wasserdampf ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung an einem Übertragungspunkt zu übertragen, welcher in Bezug auf eine Wasserströmung nach der Reinigungseinheit angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung an dem Übertragungspunkt zu übertragen, welcher in Bezug auf eine Wasserströmung nach der Pumpeneinheit angeordnet ist. Die Wärmepumpeneinheit kann beispielsweise als eine Sorptionswärmepumpeneinheit ausgebildet sein, wie insbesondere eine Absorptionswärmepumpe und/oder eine Adsorptionswärmepumpe. Insbesondere kann die Wärmepumpeneinheit von mehreren Wärmepumpen gebildet sein. Vorzugsweise weist die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten auf. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten als Plattenwärmeübertrager, als Spiralwärmeübertrager, als Rohrwärmeübertrager, als Mantelrohrwärmeübertrager und/oder als Lamellenwärmeübertrager ausgebildet.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten dazu vorgesehen, Wasser in verschiedenen Leitungsabschnitten der zumindest einen Wasserzuleitung zu erwärmen. Unter „vorgesehen“ soll vorzugsweise speziell eingerichtet, speziell ausgebildet, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll vorzugsweise verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Betriebszustand“ der Elektrolysezellenvorrichtung soll vorzugsweise ein Zustand verstanden werden, in welchem die Elektrolysezelleneinheit Sauerstoff und Wasserstoff produziert. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten jeweils mit der Elektrolysezelleneinheit, insbesondere durch eine Gasleitung, verbunden. Vorzugsweise umfasst die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest zwei Gasleitungen, welche insbesondere die zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten mit der Elektrolysezelleneinheit verbinden.
Vorzugsweise ist zumindest eine Wärmeübertragereinheit, insbesondere eine Wasserstoffwärmeübertragereinheit, der zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten dazu ausgebildet, Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit, insbesondere in der Elektrolysezelleneinheit erzeugten Wasserstoff, auf das Wasser in der Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist zumindest eine Wärmeübertragereinheit, insbesondere eine Sauerstoffwärmeübertragereinheit, der zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten dazu ausgebildet, Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit, insbesondere in der Elektrolysezelleneinheit erzeugten Sauerstoff, auf das Wasser in der Wasserzuleitung zu übertragen.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten zwischen der Reinigungseinheit, insbesondere zwischen der Pumpeneinheit, und der Verdampfereinheit, insbesondere zwischen dem Übertragungspunkt, an der zumindest einen Wasserzuleitung angeordnet.
Vorzugsweise ist die Wasserstoffwärmeübertragereinheit mit der Elektrolysezelleneinheit durch eine Wasserstoffgasleitung verbunden. Vorzugsweise umfasst die Elektrolysezellenvorrichtung die Wasserstoffgasleitung. Vorzugsweise ist die Sauerstoffwärmeübertragereinheit mit der Elektrolysezelleneinheit durch eine Sauerstoffgasleitung verbunden. Vorzugsweise umfasst die Elektrolysezellenvorrichtung die Sauerstoffgasleitung. Vorzugsweise ist die Sauerstoffgasleitung zu einem Abführen von Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit in einen Sauerstofftank und/oder eine Umgebungsluft, insbesondere durch eine der zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten, bevorzugt die Sauerstoffwärmeübertragereinheit. Vorzugsweise ist die Wasserstoffgasleitung zu einem Abführen von Wasserstoff, insbesondere mit Wasserdampf, aus der Elektrolysezelleneinheit in eine Wasserstofftankeinheit, insbesondere durch eine der zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten, bevorzugt die Wasserstoffwärmeübertragereinheit. Die Elektrolysezellenvorrichtung kann den Sauerstofftank und/oder die Wasserstofftankeinheit umfassen. Alternativ zu Wasser kann die Elektrolysezelleneinheit auch mit anderen Stoffgemischen, wie beispielsweise Kohlendioxid oder einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserdampf, betrieben werden, wobei eine Abwärme von Spaltungsprodukten insbesondere jeweils einer der zumindest zwei Wärmeübertragereinheiten zugeführt werden kann und/oder der zumindest einen Wärmepumpeneinheit zugeführt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektrolysezellenvorrichtung kann ein vorteilhafter Wirkungsgrad der Elektrolysezellenvorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Abwärmeübertragung aus der Elektrolysezelleneinheit auf das Wasser in der Wasserzuleitung erreicht werden. Es kann ein vorteilhaft kostengünstiger Betrieb der Elektrolysezellenvorrichtung erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise weist die Wärmepumpeneinheit zumindest einen Wärmekreislauf auf. Vorzugsweise ist die zumindest eine Wärmepumpeneinheit mit der Elektrolysezelleneinheit verbunden, insbesondere zu einem Wärmeeintrag von der Elektrolysezelleneinheit in den Wärmekreislauf. Vorzugsweise ist der Wärmekreislauf dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie von der Elektrolysezelleneinheit, auf das Wasser in der Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise umfasst der Wärmekreislauf ein Fluid, insbesondere ein Wärmefluid, welches insbesondere verschieden von Luft ist. Vorzugsweise ist das Fluid, insbesondere Wärmefluid, dazu ausgebildet, Wärme aufzunehmen und auf das Wasser in der Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist die zumindest eine Wärmepumpeneinheit mit der Elektrolysezelleneinheit durch die Wasserstoffgasleitung und/oder die Sauerstoffgasleitung verbunden. Es kann eine vorteilhafte Nutzung von hohen Abwärmetemperaturen der Elektrolysezelleneinheit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von dem Sauerstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist der Wärmekreislauf, insbesondere der Wärmepumpeneinheit, an zumindest einem Einbringungspunkt zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit mit der Sauerstoffgasleitung gekoppelt. Der zumindest eine Einbringungspunkt kann als eine Wärmetauschereinheit oder eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Sauerstoffgasleitung dazu ausgebildet, den Sauerstoff, insbesondere mit Stickstoff, aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit an den zumindest einen Einbringungspunkt zu leiten zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff auf das Fluid des Wärmekreislaufs. Es kann eine vorteilhaft, insbesondere zweistufige, Nutzung der Abwärme des Sauerstoffs aus der Elektrolysezelleneinheit erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von dem Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist der Wärmekreislauf, insbesondere der Wärmepumpeneinheit, an zumindest einem Eintragspunkt zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit mit der Wasserstoffgasleitung gekoppelt. Der zumindest eine Eintragspunkt kann als eine Wärmetauschereinheit oder eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Wasserstoffgasleitung dazu ausgebildet, den Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit an den zumindest einen Eintragspunkt zu leiten zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff auf das Fluid des Wärmekreislaufs. Es kann eine vorteilhaft, insbesondere zweistufige, Nutzung der Abwärme des Wasserstoffs aus der Elektrolysezelleneinheit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wärmepumpeneinheit zumindest einen, insbesondere den bereits genannten, Wärmekreislauf aufweist, wobei eine Abwärme von dem Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit an zumindest einem, insbesondere dem zumindest einen bereits genannten, Eintragspunkt in den Wärmekreislauf eingebracht ist, welcher strömungstechnisch parallel zu zumindest einem, insbesondere dem zumindest einen bereits genannten, Einbringungspunkt einer Abwärme von dem Sauerstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit in den Wärmekreislauf angeordnet ist. Vorzugsweise ist der zumindest eine Eintragspunkt strömungstechnisch parallel zu dem Einbringungspunkt in dem Wärmekreislauf angeordnet. Vorzugsweise sind alle Eintragspunkte strömungstechnisch parallel zu allen Einbringungspunkten in dem Wärmekreislauf angeordnet. Vorzugsweise sind der zumindest eine Eintragspunkt und der zumindest eine Einbringungspunkt fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf einen Fluidfluss, parallel zueinander an, insbesondere zumindest teilweise in, dem zumindest einen Wärmekreislauf angeordnet. Vorzugsweise sind der zumindest eine Eintragspunkt und der zumindest eine Einbringungspunkt in Bypassstellung zueinander angeordnet. Der Ausdruck „fluidtechnisch parallel“ soll insbesondere eine parallele Leitungsanordnung für Fluidleitungen in Analogie zu einer parallelen elektrischen Leitungsanordnung definieren. Vorzugsweise fließt in dem Betriebszustand der Elektrolysezellenvorrichtung das Fluid durch den Wärmekreislauf. Vorzugsweise fließt in dem Betriebszustand ein Teil des Fluids abschnittsweise ausschließlich durch einen Leitungsabschnitt des Wärmekreislaufs und ein anderer Teil des Fluids abschnittsweise ausschließlich durch einen anderen Leitungsabschnitt des Wärmekreislaufs. Vorzugsweise umfasst der Wärmekreislauf zumindest einen Wasserstoffleitungsabschnitt und zumindest einen Sauerstoffleitungsabschnitt. Vorzugsweise ist der zumindest eine Eintragspunkt an dem Wasserstoffleitungsabschnitt des Wärmekreislaufs angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest ein Einbringungspunkt an dem Sauerstoffleitungsabschnitt des Wärmekreislaufs angeordnet. Vorzugsweise sind der zumindest eine Sauerstoffleitungsabschnitt und der zumindest eine Wasserstoffleitungsabschnitt, bevorzugt fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf den Fluidfluss parallel zueinander, bevorzugt an, insbesondere zumindest teilweise in, dem zumindest einen Wärmekreislauf angeordnet. Vorzugsweise sind der zumindest eine Sauerstoffleitungsabschnitt und der zumindest eine Wasserstoffleitungsabschnitt des Wärmekreislaufs in Bypassstellung zueinander angeordnet. Alternativ können der zumindest eine Eintragspunkt und der zumindest eine Einbringungspunkt fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf einen Fluidfluss, in Reihe zueinander an, insbesondere zumindest teilweise in, dem zumindest einen Wärmekreislauf angeordnet sein. Es kann eine vorteilhaft individuell kontrollierbare Wärmemenge von dem Wasserstoff und von dem Sauerstoff in den Wärmekreislauf eingebracht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest eine Wasserstoffkompressoreinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit zu verdichten, wobei die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist die Wasserstoffkompressoreinheit mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Vorzugsweise ist die Wasserstoffkompressoreinheit an dem Wasserstoffleitungsabschnitt und/oder an dem Sauerstoffleitungsabschnitt mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Die Wasserstoffkompressoreinheit kann, insbesondere als einzige, Wärmequelle mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Wasserstoffkompressoreinheit und die Sauerstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Wasserstoffkompressoreinheit und die Wasserstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Es kann eine vorteilhafte Nutzung der Abwärme beim Verdichten des Wasserstoffs zu einem Lagern des Wasserstoffs erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von verdichtetem Wasserstoff auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist die Wasserstoffkompressoreinheit mit der Wasserstofftankeinheit durch zumindest eine Kompressorgasleitung verbunden zu einem Transport des verdichteten Wasserstoffs in den Wasserstofftank. Vorzugsweise umfasst die Elektrolysezellenvorrichtung die zumindest eine Kompressorgasleitung. Vorzugsweise ist die Kompressorgasleitung mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Vorzugsweise ist die Kompressorgasleitung an dem Wasserstoffleitungsabschnitt und/oder an dem Sauerstoffleitungsabschnitt mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Die Kompressorgasleitung kann als, insbesondere als einzige, Wärmequelle mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Kompressorgasleitung und die Sauerstoffgasleitung können zusammen als, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Kompressorgasleitung und die Wasserstoffgasleitung können zusammen als, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Es kann ein vorteilhafter, insbesondere zusätzlicher, Wärmeeintrag in den Wärmekreislauf erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysezellenvorrichtung zumindest eine Stromrichtereinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, die Elektrolysezelleneinheit mit gerichtetem Strom zu versorgen, wobei die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Abwärme der zumindest einen Stromrichtereinheit auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist die Stromrichtereinheit mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Vorzugsweise ist die Stromrichtereinheit an dem Wasserstoffleitungsabschnitt und/oder an dem Sauerstoffleitungsabschnitt mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Die Stromrichtereinheit kann, insbesondere als einzige, Wärmequelle mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Stromrichtereinheit und die Sauerstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Stromrichtereinheit und die Wasserstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Es kann ein vorteilhafter, insbesondere zusätzlicher, Wärmeeintrag in den Wärmekreislauf durch die elektrische Versorgung der Elektrolysezelleneinheit erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit dazu ausgebildet ist, eine Wärme einer Umgebungsluft auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung zu übertragen. Vorzugsweise ist die Umgebungsluft, insbesondere durch einen Wärmetauscher oder dergleichen, mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme der Umgebungsluft auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Vorzugsweise ist die Umgebungsluft an dem Wasserstoffleitungsabschnitt und/oder an dem Sauerstoffleitungsabschnitt mit dem Wärmekreislauf gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme der Umgebungsluft auf das Fluid in dem Wärmekreislauf. Die Umgebungsluft kann, insbesondere als einzige, Wärmequelle mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der Umgebungsluft auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Umgebungsluft und die Sauerstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der Umgebungsluft auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Die Umgebungsluft und die Wasserstoffgasleitung können zusammen, insbesondere als einzige, Wärmequellen mit dem Wärmekreislauf gekoppelt sein zu einem Übertragen von der Abwärme der Umgebungsluft auf das Fluid in dem Wärmekreislauf, wobei die Wasserzuleitung insbesondere als Wärmeabfluss zu verstehen ist. Es kann ein vorteilhafter, bevorzugt zusätzlicher, Wärmeeintrag in den Wärmekreislauf durch die Umgebung der Elektrolysezellenvorrichtung erreicht werden.
Darüber hinaus wird ein Elektrolysezellensystem vorgeschlagen mit einer Wassertankeinheit, mit einer Wasserstofftankeinheit und mit einer erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung. Es kann eine vorteilhafte Kompatibilität der einzelnen Bauteile des Elektrolysezellensystems zu der Elektrolysezellenvorrichtung erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Elektrolysezellenvorrichtung und/oder das erfindungsgenmäße Elektrolysezellensystem sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Elektrolysezellenvorrichtung und/oder das erfindungsgenmäße Elektrolysezellensystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind mehrere, insbesondere zumindest fünf, Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Elektrolysezellensystem mit einer erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 ein alternatives erfindungsgemäßes Elektrolysezellensystem mit einer alternativen erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
3 ein weiteres alternatives erfindungsgemäßes Elektrolysezellensystem mit einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
4 ein zweites weiteres alternatives erfindungsgemäßes Elektrolysezellensystem mit einer zweiten weiteren alternativen erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
5 ein drittes alternatives erfindungsgemäßes Elektrolysezellensystem mit einer dritten alternativen erfindungsgemäßen Elektrolysezellenvorrichtung in einer schematischen Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Elektrolysezellensystem 60a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Wassertankeinheit 62a. Die Wassertankeinheit 62a ist mit einem öffentlichen Wassernetz verbunden zu einem Nachfüllen der Wassertankeinheit 62a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Wasserstofftankeinheit 64a.
Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Stromrichtereinheit 44a, welche mit einer Elektrolysezelleneinheit 12a verbunden ist. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine elektrische Verdampfereinheit 46a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Luftfiltereinheit 48a zu einem Filtern von Luft für die Elektrolysezelleneinheit 12a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst einen Wasserstoffreiniger 50a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst einen Gasrezirkulationstreiber 54a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst einen Wasservorheizer 56a. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst einen Luftvorheizer 58a.
Eine Elektrolysezellenvorrichtung 10a ist als eine Unterbaugruppe des Elektrolysezellensystems 60a ausgebildet. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst die Elektrolysezellenvorrichtung 10a.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst die Elektrolysezelleneinheit 12a. Die Elektrolysezelleneinheit 12a ist dazu ausgebildet, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Die Elektrolysezelleneinheit 12a ist als ein Elektrolysezellenstapel ausgebildet, welcher dazu ausgebildet ist, das Wasser in den Wasserstoff und den Sauerstoff aufzuspalten.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst eine Wasserzuleitung 14a. Die Wasserzuleitung 14a ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12a verbunden. Die Wasserzuleitung 14a ist mit der Wassertankeinheit 62a verbunden.
Die Wasserzuleitung 14a verbindet die Elektrolysezelleneinheit 12a mit einem Wasserreservoir, insbesondere mit der Wassertankeinheit 62a. Das Wasserreservoir ist als die Wassertankeinheit 62a ausgebildet. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Reinigungseinheit 66a. Die Reinigungseinheit 66a ist an der Wasserzuleitung 14a angeordnet zu einem Aufbereiten, insbesondere Filtern, des Wassers. Das Elektrolysezellensystem 60a umfasst eine Pumpeneinheit 68a. Die Pumpeneinheit 68a ist an der Wasserzuleitung 14a angeordnet zu einem, insbesondere dosierten und/oder nach Flussmenge definierten, Fördern des Wassers, insbesondere von der Wassertankeinheit 62a zu der Elektrolysezelleneinheit 12a.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a. Die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a sind an der Wasserzuleitung 14a angeordnet. Die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a sind zu einem Erwärmen des Wassers in der Wasserzuleitung 14a ausgebildet, insbesondere angeordnet und geformt. Die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a sind als Plattenwärmeübertrager ausgebildet.
Eine Wärmeübertragereinheit 16a, 18a, insbesondere eine Sauerstoffwärmeübertragereinheit 17a, der zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a ist dazu ausgebildet, Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a auf das Wasser zu übertragen. Eine Wärmeübertragereinheit 16a, 18a, insbesondere eine Wasserstoffwärmeübertragereinheit 19a, der zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a ist dazu ausgebildet, Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a auf das Wasser zu übertragen.
Die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a sind jeweils mit der Elektrolysezelleneinheit 12a, insbesondere durch eine Gasleitung, verbunden. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst zwei Gasleitungen, welche insbesondere die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a mit der Elektrolysezelleneinheit 12a verbinden. Die Wasserstoffwärmeübertragereinheit 19a ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12a durch eine Wasserstoffgasleitung 24a verbunden. Die Sauerstoffwärmeübertragereinheit 17a ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12a durch eine Sauerstoffgasleitung 26a verbunden. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst die Sauerstoffgasleitung 26a. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst die Wasserstoffgasleitung 24a. Die Sauerstoffgasleitung 26a und die Wasserstoffgasleitung 24a sind als die zwei Gasleitungen ausgebildet.
Die Sauerstoffgasleitung 26a ist zu einem Abführen von Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a in eine Umgebungsluft 70a, insbesondere durch die Sauerstoffwärmeübertragereinheit 17a. Die Wasserstoffgasleitung 24a ist zu einem Abführen von Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a in die Wasserstofftankeinheit 64a, insbesondere durch die Wasserstoffwärmeübertragereinheit 19a.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst eine Wasserstoffkompressoreinheit 52a, welche dazu ausgebildet ist, den Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a zu verdichten. Die Wasserstoffkompressoreinheit 52a ist mit der Wasserstoffgasleitung 24a verbunden, insbesondere in die Wasserstoffgasleitung 24a integriert.
In einem Betriebszustand der Elektrolysezellenvorrichtung 10a produziert die Elektrolysezelleneinheit 12a Sauerstoff und Wasserstoff, In dem Betriebszustand der Elektrolysezellenvorrichtung 10a fließt Wasser von dem Wasserreservoir zu der Elektrolysezelleneinheit 12a. Die Pumpeneinheit 68a ist dazu ausgebildet, einen Wasserfluss, insbesondere Fluidfluss, von dem Wasserreservoir zu der Elektrolysezelleneinheit 12a, insbesondere durch die Reinigungseinheit 66a, zu generieren.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10a umfasst eine Wärmepumpeneinheit 28a. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist beispielsweise als eine Sorptionswärmepumpeneinheit ausgebildet. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28a umfasst einen Wärmekreislauf 30a auf. In den Wärmekreislauf 30a ist ein Expander und ein Kompressor integriert zu einem Bewegen eines Fluids durch den Wärmekreislauf 30a. Der Wärmekreislauf 30a umfasst das Fluid. Das Fluid ist insbesondere verschieden von Luft. Das Fluid, insbesondere Wärmefluid, ist dazu ausgebildet, Wärme in diesem Beispiel an genau einem Punkt des Wärmekreislaufs 30a aufzunehmen und, insbesondere an einem anderen Punkt des Wärmekreislaufs 30a, insbesondere an einem Übertragungspunkt 32a, auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a zu übertragen.
In dem Betriebszustand der Elektrolysezellenvorrichtung 10a fließt Fluid durch den Wärmekreislauf 30a.
Die Wärmepumpeneinheit 28a ist dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a an dem Übertragungspunkt 32a zu übertragen, welcher in Bezug auf eine Wasserströmung nach der Reinigungseinheit 66a an der Wasserzuleitung 14a angeordnet ist. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a an dem Übertragungspunkt 32a zu übertragen, welcher in Bezug auf eine Wasserströmung nach der Pumpeneinheit 68a angeordnet ist.
Die zwei Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a sind zwischen der Reinigungseinheit 66a, insbesondere zwischen der Pumpeneinheit 68a, und der Verdampfereinheit 46a, insbesondere zwischen dem Übertragungspunkt 32a, an der Wasserzuleitung 14a angeordnet. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Abwärme aus der Elektrolysezelleneinheit 12a auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12a verbunden, insbesondere zu einem Wärmeeintrag von der Elektrolysezelleneinheit 12a in den Wärmekreislauf 30a. Der Wärmekreislauf 30a ist dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie von der Elektrolysezelleneinheit 12a auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a zu übertragen.
Die Wärmepumpeneinheit 28a ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12a durch die Wasserstoffgasleitung 24a verbunden. Die Wärmepumpeneinheit 28a ist in diesem Beispiel insbesondere dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a zu übertragen. Der Wärmekreislauf 30a, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28a, ist an einem Eintragspunkt 34a zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a mit der Wasserstoffgasleitung 24a gekoppelt. Der Eintragspunkt 34a und der Übertragungspunkt 32a sind jeweils als eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet. Die Wasserstoffgasleitung 24a ist dazu ausgebildet, den Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12a an den Eintragspunkt 34a zu leiten zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff auf das Fluid des Wärmekreislaufs 30a. Die fluidtechnische Reihenfolge der Wärmeübertragereinheiten 16a, 18a und dem Übertragungspunkt 32a an der Wasserzuleitung 14a kann beliebig sein, zu einem Maximieren einer übertragenen Wärmemenge auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14a.
Die Reinigungseinheit 66a ist mit dem Wasserstoffreiniger 50a, der Wasserstoffkompressoreinheit 52a, der Wasserstoffwärmeübertragereinheit 19a und dem Eintragspunkt 34a verbunden zu einem Verwerten von Kondenswasser.
In den 2 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 1 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 2 bis 5 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis e ersetzt.
2 zeigt ein alternatives Elektrolysezellensystem 60b. Das Elektrolysezellensystem 60b umfasst eine alternative Elektrolysezellenvorrichtung 10b.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10b umfasst eine Wärmepumpeneinheit 28b. Ausführungsbeispiel b unterscheidet sich von Ausführungsbeispiel a durch eine alternative Kopplung der Wärmepumpeneinheit 28b gegenüber der Wärmepumpeneinheit 28a.
Die Wärmepumpeneinheit 28b ist dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Sauerstoff aus einer Elektrolysezelleneinheit 12b auf das Wasser in einer Wasserzuleitung 14b zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28b weist einen Wärmekreislauf 30b auf. Der Wärmekreislauf 30b ist dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie von der Elektrolysezelleneinheit 12b auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14b zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28b ist dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14b an einem Übertragungspunkt 32b zu übertragen.
Die Wärmepumpeneinheit 28b ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12b durch eine Sauerstoffgasleitung 26b verbunden. Der Wärmekreislauf 30b, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28b, ist an einem Einbringungspunkt 36b zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12b mit der Sauerstoffgasleitung 26b gekoppelt. Die Wärmepumpeneinheit 28b ist in diesem Beispiel insbesondere dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12b auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14b zu übertragen. Der Wärmekreislauf 30b, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28b, ist an dem Einbringungspunkt 36b zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12b mit der Wasserstoffgasleitung 24b gekoppelt. Der Einbringungspunkt 36b und der Übertragungspunkt 32b sind als eine Wärmetauschereinheit oder eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet. Die Sauerstoffgasleitung 26b ist dazu ausgebildet, den Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12b an den Einbringungspunkt 36b zu leiten zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff auf das Fluid des Wärmekreislaufs 30b. Die Sauerstoffgasleitung 26b ist dazu ausgebildet, den Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12b an den Einbringungspunkt 36b zu leiten zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff auf das Fluid des Wärmekreislaufs 30b. Der Wärmekreislauf 30b ist insbesondere nicht mit der Wasserstoffgasleitung 24b gekoppelt.
3 zeigt ein weiteres alternatives Elektrolysezellensystem 60c. Das Elektrolysezellensystem 60c umfasst eine weitere alternative Elektrolysezellenvorrichtung 10c.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10c umfasst eine Wärmepumpeneinheit 28c. Ausführungsbeispiel c unterscheidet sich von Ausführungsbeispielen a und b durch eine alternative Kopplung einer Wärmepumpeneinheit 28c. Insbesondere verkörpert Ausführungsbeispiel c eine Kombination der Ausführungsbeispiele a und b in Bezug auf die Wärmepumpeneinheit 28c.
Die Wärmepumpeneinheit 28c ist dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Wasserstoff und von dem Sauerstoff aus einer Elektrolysezelleneinheit 12c auf das Wasser in einer Wasserzuleitung 14c zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28c weist einen Wärmekreislauf 30c auf. Der Wärmekreislauf 30c ist dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie von der Elektrolysezelleneinheit 12c, auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14c zu übertragen.
Die Wärmepumpeneinheit 28c ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12c durch eine Wasserstoffgasleitung 24c und Sauerstoffgasleitung 26c verbunden. Der Wärmekreislauf 30c, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28c, ist an einem Einbringungspunkt 36c zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12c mit der Sauerstoffgasleitung 26c gekoppelt. Der Wärmekreislauf 30c, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28c, ist an einem Eintragspunkt 34c zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12c mit der Wasserstoffgasleitung 24c gekoppelt. Die Wärmepumpeneinheit 28c ist in diesem Beispiel insbesondere dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Sauerstoff und von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12c auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14c zu übertragen. Der Wärmekreislauf 30c, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28c, ist an dem Einbringungspunkt 36c zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12c mit der Wasserstoffgasleitung 24c gekoppelt. Der Wärmekreislauf 30c, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28c, ist an dem Eintragspunkt 34c zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12c mit der Wasserstoffgasleitung 24c gekoppelt. Die Wärmepumpeneinheit 28c ist dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14c an dem Übertragungspunkt 32c zu übertragen. Der Einbringungspunkt 36c, der Eintragspunkt 34c und der Übertragungspunkt 32c sind als eine Wärmetauschereinheit oder eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet.
Der Eintragspunkt 34c und der Einbringungspunkt 36c sind fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf einen Fluidfluss des Fluids in dem Wärmekreislauf 30c, in Reihe zueinander an dem Wärmekreislauf 30c angeordnet.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10c, insbesondere das Elektrolysezellensystem 60c, insbesondere die Wasserzuleitung 14c, ist/sind frei von einer elektrischen Verdampfereinheit (vgl. 1, 2 und 3) ausgebildet. Insbesondere ist die Wärmepumpeneinheit 28c dazu ausgebildet, das Wasser in der Wasserzuleitung 14c zu verdampfen. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10c kann zusätzlich eine elektrische Verdampfereinheit umfassen.
4 zeigt ein zweites weiteres alternatives Elektrolysezellensystem 60d. Das Elektrolysezellensystem 60d umfasst eine zweite weitere alternative Elektrolysezellenvorrichtung 10d.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10d umfasst eine Wärmepumpeneinheit 28d. Ausführungsbeispiel d unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel c durch eine alternative Ausgestaltung eines Wärmekreislaufs 30d der Wärmepumpeneinheit 28d. Insbesondere verkörpert Ausführungsbeispiel d zusätzlich eine Kombination der Ausführungsbeispiele a und b in Bezug auf die Wärmepumpeneinheit 28d.
Die Wärmepumpeneinheit 28d ist dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Wasserstoff und von dem Sauerstoff aus einer Elektrolysezelleneinheit 12d auf das Wasser in einer Wasserzuleitung 14d zu übertragen. Die Wärmepumpeneinheit 28d weist einen Wärmekreislauf 30d auf. Der Wärmekreislauf 30d ist dazu ausgebildet, eine Wärmeenergie von der Elektrolysezelleneinheit 12d, auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14d zu übertragen.
Die Wärmepumpeneinheit 28d ist mit der Elektrolysezelleneinheit 12d durch eine Wasserstoffgasleitung 24d und Sauerstoffgasleitung 26d verbunden. Der Wärmekreislauf 30d, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28d, ist an einem Einbringungspunkt 36d zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d mit der Sauerstoffgasleitung 26d gekoppelt. Der Wärmekreislauf 30d, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28d, ist an einem Eintragspunkt 34d zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d mit der Wasserstoffgasleitung 24d gekoppelt. Die Wärmepumpeneinheit 28d ist in diesem Beispiel insbesondere dazu ausgebildet, eine Abwärme von dem Sauerstoff und von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14d zu übertragen. Der Wärmekreislauf 30d, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28b, ist an einem Einbringungspunkt 36d zu einem Übertragen der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d mit der Wasserstoffgasleitung 24d gekoppelt. Der Wärmekreislauf 30d, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28d, ist an dem Eintragspunkt 34d zu einem Übertragen der Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d mit der Wasserstoffgasleitung 24d gekoppelt. Die Wärmepumpeneinheit 28d ist dazu ausgebildet, die Wärmeenergie auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14d an dem Übertragungspunkt 32d zu übertragen. Der Einbringungspunkt 36d, der Eintragspunkt 34d und der Übertragungspunkt 32d sind als eine Wärmetauschereinheit oder eine Wärmeübertragereinheit ausgebildet.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10d, insbesondere das Elektrolysezellensystem 60d, insbesondere die Wasserzuleitung 14d, ist/sind frei von einer elektrischen Verdampfereinheit (vgl. 1, 2 und 4) ausgebildet. Insbesondere ist die Wärmepumpeneinheit 28d dazu ausgebildet, das Wasser in der Wasserzuleitung 14d zu verdampfen. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10d kann zusätzlich eine elektrische Verdampfereinheit umfassen.
Der Eintragspunkt 34d und der Einbringungspunkt 36d sind fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf einen Fluidfluss des Fluids in dem Wärmekreislauf 30d, parallel zueinander an dem Wärmekreislauf 30d angeordnet.
In dem Betriebszustand der Elektrolysezellenvorrichtung 10d fließt das Fluid durch den Wärmekreislauf 30d. Im Betriebszustand fließt ein Teil des Fluids abschnittsweise ausschließlich durch einen Leitungsabschnitt 20d, 22d des Wärmekreislaufs 30d und ein anderer Teil des Fluids abschnittsweise ausschließlich durch einen anderen Leitungsabschnitt 20d, 22d des Wärmekreislaufs 30d. Der Wärmekreislauf 30d umfasst einen Wasserstoffleitungsabschnitt 23d und einen Sauerstoffleitungsabschnitt 21d. Der Wasserstoffleitungsabschnitt 23d und der Sauerstoffleitungsabschnitt 21d bilden die zwei Leitungsabschnitte 20d, 22d des Wärmekreislaufs 30d. In dem Betriebszustand fließt ein Teil des Fluids abschnittsweise ausschließlich durch einen Leitungsabschnitt 20d, 22d, insbesondere den Wasserstoffleitungsabschnitt 23d, und ein anderer Teil des Wassers abschnittsweise ausschließlich durch einen anderen Leitungsabschnitt 20d, 22d, insbesondere den Sauerstoffleitungsabschnitt 21d, des Wärmekreislaufs 30d.
Der Eintragspunkt 34d ist strömungstechnisch parallel zu dem Einbringungspunkt 36d in dem Wärmekreislauf 30d angeordnet. Der Eintragspunkt 34d und der Einbringungspunkt 36d sind fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf einen Fluidfluss des Fluids in dem Wärmekreislauf 30d, parallel zueinander an dem Wärmekreislauf 30d angeordnet. Der Eintragspunkt 34d und der Einbringungspunkt 36d sind in Bypassstellung zueinander angeordnet. Der Wärmekreislauf 30d umfasst eine Ventileinheit 38d zu einem Ausbilden der Leitungsabschnitte 20d, 22d.
Der Eintragspunkt 34d ist an dem Wasserstoffleitungsabschnitt 23d des Wärmekreislaufs 30d angeordnet. Der Einbringungspunkt 36d ist an dem Sauerstoffleitungsabschnitt 21d des Wärmekreislaufs 30d angeordnet.
Der Sauerstoffleitungsabschnitt 21d und der Wasserstoffleitungsabschnitt 23d sind fluidstromtechnisch, insbesondere in Bezug auf den Fluidfluss des Fluids in dem Wärmekreislauf 30d, parallel zueinander, an dem Wärmekreislauf 30d angeordnet. Der Sauerstoffleitungsabschnitt 21d und der Wasserstoffleitungsabschnitt 23d des Wärmekreislaufs 30d sind in Bypassstellung zueinander angeordnet.
Die Wärmepumpeneinheit 28d weist den Wärmekreislauf 30d auf, wobei die Abwärme von dem Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d an dem Eintragspunkt 34d in den Wärmekreislauf 30d eingebracht ist, welcher strömungstechnisch parallel zu dem Einbringungspunkt 36d der Abwärme von dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12d in den Wärmekreislauf 30d angeordnet ist.
5 zeigt ein drittes weiteres alternatives Elektrolysezellensystem 60e. Das Elektrolysezellensystem 60e umfasst eine dritte weitere alternative Elektrolysezellenvorrichtung 10e.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e umfasst eine Wärmepumpeneinheit 28e. Ausführungsbeispiel e unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel c durch eine alternative Ausgestaltung eines Wärmekreislaufs 30e der Wärmepumpeneinheit 28e. Ausführungsbeispiel e zeigt insbesondere weitere Wärmequellen, welche als Alternative oder in Kombination zu der/mit einer Sauerstoffgasleitung 26e und/oder einer Wasserstoffgasleitung 24e mit dem Wärmekreislauf 30e verbunden sein können.
5 zeigt insbesondere einen schematischen Wärmepunkt 42e des Wärmekreislaufs 30e, welcher mit den verschiedenen Wärmequellen der Elektrolysezellenvorrichtung 10e gekoppelt sein kann.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e umfasst eine Wasserstoffkompressoreinheit 52e. Die Wasserstoffkompressoreinheit 52e bildet eine potentielle zusätzliche oder alternative Wärmequelle. Die Wasserstoffkompressoreinheit 52e ist beispielsweise mit einem Wärmekreislauf 30e, insbesondere der Wärmepumpeneinheit 28e, gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme der Wasserstoffkompressoreinheit 52e auf das Fluid in dem Wärmekreislauf 30e.
Die Wasserstoffkompressoreinheit 52e ist dazu ausgebildet, den Wasserstoff aus der Elektrolysezelleneinheit 12e zu verdichten, wobei die Wärmepumpeneinheit 28e dazu ausgebildet ist, die Abwärme der Wasserstoffkompressoreinheit 52e auf das Wasser in einer Wasserzuleitung 14e zu übertragen.
Die Wärmepumpeneinheit 28e ist dazu ausgebildet, eine Abwärme von verdichtetem Wasserstoff auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14e zu übertragen.
Die Wasserstoffkompressoreinheit 52e ist mit einer Wasserstofftankeinheit 64e durch eine Kompressorgasleitung 40e verbunden zu einem Transport des verdichteten Wasserstoffs in der Wasserstofftankeinheit 64e. Der verdichtete Wasserstoff ist schematisch als Kreis an der Kompressorgasleitung 40e angedeutet.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e umfasst die Kompressorgasleitung 40e. Die Kompressorgasleitung 40e ist mit dem Wärmekreislauf 30e gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von dem verdichteten Wasserstoff auf das Fluid in dem Wärmekreislauf 30e.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e umfasst eine Stromrichtereinheit 44e. Die Stromrichtereinheit 44e ist dazu ausgebildet, die Elektrolysezelleneinheit 12e mit gewandeltem, insbesondere gerichtetem, Strom zu versorgen. Die Wärmepumpeneinheit 28e ist dazu ausgebildet, eine Abwärme der Stromrichtereinheit 44e auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14e zu übertragen. Die Stromrichtereinheit 44e ist mit dem Wärmekreislauf 30e gekoppelt zu einem Übertragen von der Abwärme von der Stromrichtereinheit 44e auf das Fluid in dem Wärmekreislauf 30e.
Die Wärmepumpeneinheit 28e ist dazu ausgebildet, eine Wärme einer Umgebungsluft 70e auf das Wasser in der Wasserzuleitung 14e zu übertragen. Die Umgebungsluft 70e ist beispielsweise durch einen Wärmetauscher mit dem Wärmekreislauf 30e gekoppelt zu einem Übertragen von der Wärme der Umgebungsluft 70e auf das Fluid in dem Wärmekreislauf 30e.
Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e, insbesondere das Elektrolysezellensystem 60e, insbesondere die Wasserzuleitung 14e, ist/sind frei von einer elektrischen Verdampfereinheit (vgl. 1, 2 und 4) ausgebildet. Die Elektrolysezellenvorrichtung 10e kann zusätzlich eine elektrische Verdampfereinheit umfassen.

Claims

Elektrolysezellenvorrichtung mit zumindest einer Elektrolysezelleneinheit (12a-12e), welche dazu ausgebildet ist, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, und mit zumindest einer Wasserzuleitung (14a-14e), welche zu einem Versorgen der Elektrolysezelleneinheit (12a-12e) mit Wasser mit der Elektrolysezelleneinheit (12a-12e) verbunden ist, gekennzeichnet durch zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28a-28e), welche dazu ausgebildet ist, eine Wärmeenergie auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14a-14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28a-28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12a-12e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14a-14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28b-28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von dem Sauerstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12b-12e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14b-14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28a, 28c-28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von dem Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12a, 12c-12e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14a, 14c-14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (28d) zumindest einen Wärmekreislauf (30d) aufweist, wobei eine Abwärme von dem Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12d) an zumindest einem Eintragspunkt (34d) in den Wärmekreislauf (30d) eingebracht ist, welcher strömungstechnisch parallel zu zumindest einem Einbringungspunkt (36d) einer Abwärme von dem Sauerstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12d) in den Wärmekreislauf (30d) angeordnet ist.
Elektrolysezellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Wasserstoffkompressoreinheit (52e), welche dazu ausgebildet ist, den Wasserstoff aus der zumindest einen Elektrolysezelleneinheit (12e) zu verdichten, wobei die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme der zumindest einen Wasserstoffkompressoreinheit (52e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme von verdichtetem Wasserstoff auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Stromrichtereinheit (44e), welche dazu ausgebildet ist, die Elektrolysezelleneinheit (12e) mit gerichtetem Strom zu versorgen, wobei die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28e) dazu ausgebildet ist, eine Abwärme der zumindest einen Stromrichtereinheit (44e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14e) zu übertragen.
Elektrolysezellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmepumpeneinheit (28e) dazu ausgebildet ist, eine Wärme einer Umgebungsluft (70e) auf das Wasser in der zumindest einen Wasserzuleitung (14e) zu übertragen.
Elektrolysezellensystem mit einer Wassertankeinheit (62a-62e), mit einer Wasserstofftankeinheit (64a-64e) und mit einer Elektrolysezellenvorrichtung (10a-10e) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.