DE102022207251A1

DE102022207251A1 - Gasreinigungsvorrichtung und Elektrolyseur mit der Gasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022207251A1
Application number: DE102022207251.0A
Authority: DE
Inventors: Cédric Louis Adrien Leger-Cartier; Antonio Agresta; Daniele Carli
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasreinigungsvorrichtung (100) zum Reinigen von Gas, umfassend ein Gehäuse (110), das einen Hohlraum bildet, eine Kappe (120), die dazu ausgeführt ist, den Hohlraum zu bedecken, wenn sie am Gehäuse (110) montiert ist, einen Wasserauffangabschnitt (112), der sich im Hohlraum befindet und dazu ausgeführt ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung Wasser aufzufangen, wobei die Gasreinigungsvorrichtung (100) ferner Folgendes umfasst: eine Einlassöffnung (250), die dazu ausgeführt ist, zu gestatten, dass das Gas in den Hohlraum der Gasreinigungsvorrichtung (100) strömen kann, und eine Auslassöffnung (260), die dazu ausgeführt ist, zu gestatten, dass das Gas aus dem Hohlraum der Gasreinigungsvorrichtung (100) ausströmen kann;einen Innenbereich (10) des Hohlraums der Gasreinigungsvorrichtung, der zumindest teilweise den Strömungsweg des Gases von der Einlassöffnung (250) zur Auslassöffnung (260) bildet, und wobei der Innenbereich (10) dahingehend ausgeführt ist, dass Wasser, das in dem Gas gelöst ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung an Innenflächen des Hohlraums kondensiert und im Wasserauffangabschnitt (112) des Hohlraums aufgefangen wird;eine Filterstruktur, die zwischen der Einlassöffnung (250) und der Auslassöffnung (260) im Strömungsweg des Gases angeordnet ist und die dazu ausgeführt ist, das Gas während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung (100) zu filtern, wodurch das durch die Gasreinigungsvorrichtung (100) strömende Gas gereinigt wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Gasreinigungsvorrichtung und einen Elektrolyseur mit der Gasreinigungsvorrichtung, wobei die Gasreinigungsvorrichtung ein Gehäuse, das einen Hohlraum bildet, eine Kappe, die dazu ausgelegt ist, den Hohlraum zu bedecken, wenn sie am Gehäuse montiert ist, einen Wasserauffangabschnitt, der sich am Boden des Hohlraums befindet und dazu ausgelegt ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung Wasser aufzufangen, und eine Filterstruktur umfasst, die dazu ausgelegt ist, das Gas während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung zu filtern.
Herkömmliche Elektrolyseure verwenden elektrischen Strom zum Antreiben von nicht-spontaner chemischer Reaktion. Der Prozess der Elektrolyse ist der Austausch von Atomen und Ionen durch das Entfernen oder Hinzufügen von Elektronen aufgrund des angelegten Stroms. Die gewünschten Produkte der Elektrolyse befinden sich häufig in einem anderen physikalischen Zustand als der Elektrolyt und können durch physikalische Prozesse entfernt werden (z. B. durch Auffangen von Gas über einer Elektrode oder Ausfällen eines Produkts aus dem Elektrolyten). Bei der Elektrolyse von Wasser wird Wasser unter Verwendung von Elektrizität durch Elektrolyse in Sauerstoff- und Wasserstoffgas zerlegt.
Das erzeugte Gas, zum Beispiel Wasserstoff, aus herkömmlichen Elektrolyseuren, ist nicht zu 100 % rein, sondern enthält Nebenprodukte wie Wasser oder Partikel, die aus dem Gas entfernt werden müssen, bevor es in weiteren Prozessen verwendet werden kann. Daher ist es erforderlich, das in Elektrolyseuren erzeugte Gas zu reinigen. Der Prozess der Reinigung des erzeugten Gases wird herkömmlicherweise durch eine Reihe verschiedener Teile wie Filter oder verschiedene Kühl- und/oder Heizvorrichtungen durchgeführt. Diese verschiedenen erforderlichen Vorrichtungen werden herkömmlicherweise unter Verwendung von Rohren und Verbindern miteinander verbunden. Die Rohre und Verbinder sind fehleranfällig in Bezug auf Leckagen, was insbesondere bei der Wasserstoffelektrolyse relevant ist. Die Sicherheitsanforderungen sind daher sehr hoch, was zu hohen Kosten für die Rohrleitungen führt. Außerdem benötigen die verschiedenen Teile für die Gasreinigung und die dazwischen liegenden Rohrleitungen viel Bauraum, was ebenfalls nicht ideal ist, wenn es um die Industrialisierung der Wasserstoffproduktion geht. Ferner sind die verschiedenen Teile für die Reinigung auch fehleranfällig im Hinblick auf Gasleckagen.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht daher darin, eine Gasreinigungsvorrichtung und einen Elektrolyseur mit der Gasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die das erzeugte Gas auf sichere, zuverlässige und kostengünstige Weise reinigen.
Die Aufgabe wird durch eine Gasreinigungsvorrichtung, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs umfasst, und durch einen Elektrolyseur, der die Gasreinigungsvorrichtung umfasst, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Gasreinigungsvorrichtung und des Elektrolyseurs sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Es wird Gasreinigungsvorrichtung zur Reinigung von Gas aufgeführt. Die Gasreinigungsvorrichtung umfasst ein Gehäuse, das einen Hohlraum bildet, eine Kappe, die dazu ausgeführt ist, den Hohlraum zu bedecken, wenn sie am Gehäuse montiert ist, einen Wasserauffangabschnitt, der sich im Hohlraum befindet und dazu ausgeführt ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung Wasser aufzufangen. Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Wasserauffangabschnitt am Schwerkraftboden des Hohlraums, wenn er in seiner endgültigen Position montiert ist. Das im Hohlraum aufgefangene Wasser kann daher zum Boden des Hohlraums und damit zum Wasserauffangabschnitt fließen. Die Gasreinigungsvorrichtung umfasst gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner eine Einlassöffnung. Die Einlassöffnung ist dazu ausgeführt, zu gestatten, dass das Gas in den Hohlraum der Gasreinigungsvorrichtung strömen kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Einlassöffnung innerhalb der Kappe oder im Gehäuse angeordnet. Die Gasreinigungsvorrichtung umfasst ferner eine Auslassöffnung, die dazu ausgeführt ist, zu gestatten, dass das Gas aus dem Hohlraum ausströmen kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Auslassöffnung in der Kappe oder im Gehäuse der Gasreinigungsvorrichtung angeordnet. Ferner umfasst die Gasreinigungsvorrichtung einen Innenbereich des Hohlraums, der zumindest teilweise den Strömungsweg des Gases von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung bildet. Der Innenbereich ist dahingehend ausgeführt, dass Wasser, das in dem Gas gelöst ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung am Innenbereich des Hohlraums kondensiert und dass das Wasser oder andere Fluide im Wasserauffangabschnitt aufgefangen werden können. Mit anderen Worten, das Gas strömt durch die Gasreinigungsvorrichtung durch den Innenbereich des Hohlraums, wodurch Wasser oder andere Fluide, die im Gas gelöst sind, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung im Innenbereich kondensieren können. Die kondensierten Fluide können dann in Schwerkraftrichtung durch den Innenbereich strömen, bis sie den Wasserauffangabschnitt erreichen, der Wasser und/oder die weiteren Fluide auffängt. Der Innenbereich ist so ausgeführt, dass der Gasstrom die Flüssigkeit frei stromabwärts im System im Auffangabschnitt drückt.
Die Gasreinigungsvorrichtung umfasst ferner eine Filterstruktur, die zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung im Strömungsweg angeordnet ist und dazu ausgeführt ist, das Gas während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung zu filtern. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Filterstruktur verschiedene Filterteile, die das durch die Filterstruktur strömende Gas filtern. Das Gas, das während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung durch die Gasreinigungsvorrichtung strömt, wird also getrocknet und gefiltert und somit gereinigt.
Die Gasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst zwei Hauptteile, nämlich das Gehäuse und die Kappe, die, wenn sie aneinander montiert sind, den Hohlraum bilden. Mit diesen beiden bearbeiteten Teilen ist es möglich, eine Gasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die die Trocknungs- und die Filterfunktionen integriert, die dazu erforderlich sind, Gas zu reinigen, das zum Beispiel aus einer Elektrolyse stammt. Die Integration der Funktionen hat den Vorteil, dass keine Rohrleitungen zwischen den verschiedenen Trocknungs- und Filterbereichen der Gasreinigungsvorrichtung erforderlich sind, da der Strömungsweg des Gases durch den Hohlraum in der Gasreinigungsvorrichtung gebildet wird. Die Abwesenheit von Rohren bedeutet weniger kritische Verbindungen im Hinblick auf Gasleckagen. Die Gesamtkonstruktion der Gasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung bietet daher den Vorteil, dass das Risiko von Gasleckagen im Vergleich zu herkömmlichen Gasreinigern verringert wird. Ferner benötigt die Gasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weniger Teile als herkömmliche Gasreiniger, was die Kosten der Gasreinigungsvorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Gasreinigern senkt. Die Gasreinigungsvorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung benötigt außerdem weniger Bauraum, da alle erforderlichen Funktionen in einer einzigen Struktur integriert sind, die durch das Gehäuse und die Kappe gebildet wird.
Gas, das zum Beispiel von einem Elektrolyseur kommt, kann direkt zur Einlassöffnung der Gasreinigungsvorrichtung geleitet werden. Das Gas wird in der Gasreinigungsvorrichtung getrocknet und gefiltert und somit gereinigt. Das gereinigte Gas wird durch die Auslassöffnung aus der Gasreinigungsvorrichtung geleitet und kann direkt in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Insgesamt realisiert die Gasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung die gewünschte Reinigung mit weniger Teilen, auf kleinerem Bauraum und kostengünstiger im Vergleich zu herkömmlichen Gasreinigungsvorrichtungen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Innenbereich des Hohlraums eine oder mehrere Platten, die das Kondenswasser auffangen und in den Wasserauffangabschnitt leiten. Die eine oder mehreren Platten bilden einen Teil des Gasströmungswegs durch die Gasreinigungsvorrichtung und tragen aufgrund ihrer Oberflächenform dazu bei, das Kondenswasser aus dem Bereich vorteilhaft zum Wasserauffangabschnitt aufzufangen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine zylindrische Form auf, die sich entlang einer zentralen Längsachse erstreckt, wobei auch der Hohlraum eine zylindrische Form aufweist und sich entlang der zentralen Längsachse erstreckt. Die eine oder mehreren Platten sind gemäß dieser Ausführungsform koaxial zur zentralen Längsachse angeordnet und sammeln/leiten das Wasser von radial äußeren Flächen der Innenfläche zum Zentrum in Bezug auf die zentrale Längsachse, wodurch das Kondenswasser im Wasserauffangbereich aufgefangen wird, der sich ebenfalls nahe der oder koaxial zur zentralen Längsachse befindet. Die eine oder mehreren Platten sind dahingehend positioniert, dass sie einmal oder mehrmals den Strömungsweg durch sie hindurch erzwingen, um den Kontaktstrom zur metallischen Oberfläche und den Wärmeaustausch und folglich die Kondensationsphänomene zu maximieren.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Platten mit Löchern oder Schlitzen durchbohrt, die in dem Gasströmungsweg positioniert sind. Durch die ordnungsgemäße Geometrie und Positionierung der Löcher oder Schlitze und der Platten erzeugt das Design einen Labyrinthweg. Darüber hinaus sind die Löcher oder Schlitze groß genug, um zu vermeiden, dass Flüssigkeit in dem System eingeschlossen wird, tatsächlich drückt der Gasströmungsweg die Flüssigkeit frei stromabwärts des Systems im Auffangabschnitt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Platten übereinander positioniert, um die Strömung einmal oder mehrmals dort hindurch zu erzwingen. Auf diese Weise wird der Weg optimiert, so dass er so lang wie möglich ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein zusätzliches Teil, die eine oder mehreren Platten, im Hohlraum angeordnet. Die Platten bilden daher teilweise den Innenbereich und die Innenfläche des Hohlraums. Die Platten weisen unterschiedliche Profile mit zentralen Ausnehmungen und verschiedenen Anordnungen der jeweiligen Löcher und Schlitze auf. Die Platten sind so konzipiert, dass sie übereinander angeordnet werden können, so dass das Kondenswasser durch die Löcher strömen kann und auf der anderen Seite der Platten im Wasserauffangbereich aufgefangen wird. Wenn die Platten im Hohlraum eingesetzt sind, trennen sie daher den Wasserauffangbereich von dem Rest des Hohlraums. Die Platten bieten daher den Vorteil einer einfachen Trennung des Wasserauffangbereichs vom Rest des Hohlraums. Ferner bietet die Plattenanordnung Vorteile beim Zusammenbau und bei der Bearbeitung der gesamten Gasreinigungsvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Filterstruktur eine Filterplatte und/oder Gelharzperlen zur Filterung des Gases während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung. Die Gelharzperlen bestehen aus kleinen Kugeln aus saurem Kationenaustausch-Gelharz, die zum Abfangen von Amin-Schadstoffen verwendet werden, die zum Beispiel aus einem Elektrolyseur stammen. Das Gas strömt durch die poröse Struktur zum Filtern möglicher Partikel im Gas. Die Filterstruktur filtert und reinigt dabei das Gas auf eine vorteilhaft einfache und zuverlässige Weise.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auslassöffnung der Gasreinigungsvorrichtung in der Kappe angeordnet, wobei die Filterstruktur auch in der Kappe angeordnet ist. Während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform strömt das Gas daher auch durch die Kappe, insbesondere zunächst durch die Filterstruktur und anschließend durch die Auslassöffnung, da beide in der Kappe angeordnet sind. Die Filterstruktur ist gemäß einer Ausführungsform in einer Bohrung der Kappe angeordnet, wobei die Bohrung stromabwärts in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung steht, die den Fluidstrom aus der Gasreinigungsvorrichtung ermöglicht. Die Anordnung der Auslassöffnung und der Filterstruktur in der Kappe bietet Vorteile beim Zusammenbau der Gasreinigungsvorrichtung, da die Kappe und das Gehäuse parallel bearbeitet werden können. Ferner kann die Gasreinigungsvorrichtung vorteilhaft kleiner gestaltet werden, da einige Funktionen und Teile in die Kappe integriert sind und keinen Platz im Gehäuse oder Hohlraum benötigen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gasreinigungsvorrichtung ein Sicherheitsventil mit einer Fluidverbindung zum Hohlraum und außerhalb des Hohlraums, wobei das Sicherheitsventil dazu ausgeführt ist, den Druck aus dem Hohlraum abzulassen, wenn der Druck eine vordefinierte Druckgrenze erreicht. Bei dem Sicherheitsventil handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um ein federbasiertes Rückschlagventil, das sich öffnet, wenn der Druck auf einer Seite (auf der Hohlraumseite) den vordefinierten Druck erreicht. Das Sicherheitsventil hat den Vorteil, dass unerwünscht hoher Druck im Hohlraum sicher abgelassen werden kann, so dass die Gasreinigungsvorrichtung nicht beschädigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Sicherheitsventil in der Kappe der Gasreinigungsvorrichtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtabmessungen der Gasreinigungsvorrichtung weiter reduziert werden können, da ein zusätzliches Merkmal in der Kappe angeordnet ist und keinen Bauraum im Gehäuse der Gasreinigungsvorrichtung benötigt. Darüber hinaus bietet die Anordnung des Sicherheitsventils in der Kappe Vorteile beim Zusammenbau, da das Sicherheitsventil an der Kappe montiert werden kann, bevor die Kappe am Gehäuse befestigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Auslassöffnung ein Expansionsventil, das dahingehend ausgeführt ist, dass das gereinigte Gas mit einem vordefinierten Druck aus der Gasreinigungsvorrichtung austritt. Mit dem Expansionsventil ist es möglich, dass das aus der Gasreinigungsvorrichtung austretende Gas unabhängig vom Druck in der Gasreinigungsvorrichtung einen konstanten, vordefinierten Druck hat. Der vordefinierte Druck kann entsprechend den Anforderungen der Gasanwendungen stromabwärts des Expansionsventils eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gasreinigungsvorrichtung einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor. Die Drucksensoren werden gemäß einer Ausführungsform zur Diagnose der ordnungsgemäßen Funktionalität der Gasreinigungsvorrichtung verwendet. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Drucksensor, der in der Kappe angeordnet sein kann, dazu ausgeführt, einen Druck im Inneren des Hohlraums zu messen. Dieser vom ersten Drucksensor gemessene Druck kann mit einem vordefinierten gespeicherten Druck für den gewünschten Diagnosezweck verglichen werden. Der zweite Drucksensor ist gemäß einer Ausführungsform dazu angeordnet, den Druck des Gases stromabwärts des Expansionsventils zu messen, um den Gasdruck des Gases, das das Expansionsventil verlässt, zu validieren, bevor das Gas externen Anwendungen zugeführt wird. Der zweite Drucksensor kann daher auch für die Validierung des Expansionsventils verwendet werden. Die Drucksensoren sind gemäß einer Ausführungsform mit einer Steuereinheit verbunden, die die Gasreinigungsvorrichtung steuert und die Validierung der gemessenen Drücke der Drucksignale vornimmt. Die Gasreinigungsvorrichtung mit der Steuereinheit ist ein Gasreinigungssystem. Die Steuereinheit führt eine Diagnose der mit den Drucksensoren stromaufwärts und stromabwärts des Hohlraums der Gasreinigungsvorrichtung gemessenen Drücke durch.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Drucksensor in oder nahe der Einlassöffnung angeordnet und dazu ausgeführt, den Druck des Gases zu messen, das in den Hohlraum strömt, wobei der zweite Drucksensor in oder nahe der Auslassöffnung oder in einem Gasrohr angeordnet ist, das in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung steht und das Gas vom Hohlraum wegführt, wobei der zweite Drucksensor dazu ausgeführt ist, den Druck des Gases stromabwärts der Auslassöffnung zu messen. Die Integration des ersten Drucksensors direkt in die Kappe hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen hydraulischen Verbindungsleitungen benötigt werden, was das Gesamtlayout verbessert, Leckagerisiken reduziert und einen einfachen Zusammenbau ermöglicht. Die Anordnung des zweiten Sensors in der Nähe des Gasaustritts aus der Gasreinigungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass der Gasdruck des an die externen Anwendungen abgegebenen Gases besonders vorteilhaft gemessen und validiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gasreinigungsvorrichtung ein Magnetventil, das in Fluidverbindung mit dem Wasserauffangabschnitt angeordnet ist, wobei das Magnetventil dazu ausgeführt ist, aufgefangenes Wasser aus dem Wasserauffangabschnitt abzugeben. Das Wasser oder andere Fluide, die sich während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung ansammeln, müssen zumindest gelegentlich abgelassen werden, da sich sonst der Hohlraum mit Wasser füllen würde, was die Funktionsfähigkeit der Gasreinigungsvorrichtung beeinträchtigen würde. Das Magnetventil kann in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, die den Hohlraum abdichtet, wenn kein Ablassen des Wassers erforderlich ist. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann das Magnetventil aus der geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegt werden, so dass das Wasser oder die anderen Fluide aus dem Wasserauffangbereich entfernt/abgelassen werden kann/können. Mit dem Magnetventil ist es daher möglich, die Gasreinigungsvorrichtung zu spülen, was die Nutzbarkeit der gesamten Gasreinigungsvorrichtung erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Magnetventil dazu ausgeführt, das aufgefangene Wasser nach einer vordefinierten Zeitspanne und/oder wenn das Wasser im Wasserauffangabschnitt einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, aus dem Wasserauffangabschnitt abzulassen. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt das Ablassen nach der vordefinierten Zeitspanne/Betriebszeit des Gasreinigungsvorrichtung, zum Beispiel nach zwei Stunden Betrieb. Es ist auch möglich, dass die Gasreinigungsvorrichtung den Pegel von Wasser oder anderen Fluide im Wasserauffangbereich misst und den Wasserauffangbereich über das Magnetventil entleert, wenn der Wasserstand einen vordefinierten Schwellenwert erreicht. Dadurch kann die Betriebszeit der Gasreinigungsvorrichtung verlängert werden, da das Öffnen des Magnetventils und damit die Unterbrechung des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung nur bei Bedarf erfolgt.
Bei einer Ausführungsform sind das Gehäuse und die Kappe durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Kappe und das Gehäuse nach dem Zusammenbau des Gehäuses und der Kappe miteinander verschweißt. Eine Schweißverbindung ist insbesondere im Hinblick auf Leckagen und die Druckstabilität vorteilhaft. Ferner kann eine Schweißverbindung vorteilhaft schnell hergestellt werden, was die Produktionszeit der Gasreinigungsvorrichtung reduziert. Die Schweißverbindung zwischen dem Gehäuse und der Kappe bietet daher insbesondere Vorteile bei der Druckstabilität, im Hinblick auf Leckagen und beim Zusammenbau.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu reinigende Gas Wasserstoff. Der Wasserstoff kommt zum Beispiel aus einem Elektrolyseur und wird direkt der Einlassöffnung der Gasreinigungsvorrichtung zugeführt. Die Reinigungsvorrichtung befreit den Wasserstoff von Wasser und unerwünschten Partikeln, so dass der Wasserstoff die gewünschte Qualität hat. Ferner gibt die Gasreinigungsvorrichtung den Wasserstoff mit dem gewünschten Druck ab.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Elektrolyseur die Gasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Der Elektrolyseur umfasst die Gasreinigungsvorrichtung, was bedeutet, dass der Elektrolyseur und die Gasreinigungsvorrichtung zum Beispiel einen Rahmen oder zumindest teilweise einige Gehäuseteile gemeinsam haben. In diesem Fall ist die Gasreinigungsvorrichtung in den Elektrolyseur integriert, und der Elektrolyseur kann die Gasreinigungsvorrichtung umfassend verkauft werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren hervor.
In den Figuren zeigen:

1a schematisch einen Querschnitt einer Gasreinigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1b Schnitt A von 1,
2 schematisch den Querschnitt der Gasreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit den Schweißverbindungen,
3 schematisch den Querschnitt der Gasreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Gasstrom durch die Gasreinigungsvorrichtung gezeigt wird,
4 schematisch den Querschnitt der Gasreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Wasserfluss durch die Gasreinigungsvorrichtung,
5 schematisch den Querschnitt der Gasreinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Sicherheitsweg durch die Gasreinigungsvorrichtung.

1a zeigt schematisch einen Querschnitt einer Gasreinigungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 110 und eine Kappe 120. Das Gehäuse 110 und die Kappe 120 haben eine zylindrische Form und erstrecken sich entlang einer zentralen Längsachse. Das Gehäuse 110 umfasst einen Hohlraum, der von der Kappe 120 bedeckt wird, wenn sie am Gehäuse 110 montiert ist. Der Hohlraum bildet eine Innenfläche, an der Wasser oder andere Fluide während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung 100 kondensieren können. Das durch den Hohlraum strömende Gas wird dadurch während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung getrocknet. Der Hohlraum umfasst in seinem Bodenbereich einen Wasserauffangabschnitt 112, der zum Auffangen des Kondenswassers oder anderer Fluide ausgeführt ist. Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen Innenbereich 10 des Hohlraums im Gehäuse 110. Der Innenbereich 10 des Hohlraums weist eine zylindrische Form auf. Drei plattenförmige Elemente 12, 14, 16 sind im Bereich 10 des Hohlraums axial übereinander angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von plattenförmigen Elementen nicht auf drei beschränkt ist, es können auch mehr oder weniger Elemente vorgesehen sein.
Die erste Platte 12, die der Kappe 120 axial zugekehrt positioniert ist, weist eine zentrale Öffnung 18 auf, die als eine zylindrische Verlängerung 18 ausgelegt ist und sich in Richtung des Wasserauffangabschnitts 112 erstreckt. Die anderen beiden Platten 14, 16 weisen jeweils eine zentrale Bohrung 20, 22 auf. Der Durchmesser der jeweiligen Bohrung 20, 22 entspricht dem der zylindrischen Verlängerung 18 der ersten Platte 12, so dass die Platten 14, 16 auf der zylindrischen Verlängerung 18 angeordnet werden können.
Die nahe dem Wasserauffangabschnitt 112 positionierte Platte 16 liegt auf einer Schulter 24 des Hohlraums auf und weist eine ringförmige Verlängerung 26 in Richtung der Platte 14 auf.
Die Platte 14 liegt auf der Verlängerung 26 auf und weist wiederum eine Verlängerung 28 in Richtung der Platte 12 auf, die wiederum auf dieser Verlängerung 28 angeordnet ist. Mittels dieser Anordnung wird ein ausreichend großer Abstand zwischen den jeweiligen Platten 12, 14, 16 gewährleistet.
Ferner sind in den Platten 12, 14, 16 Löcher oder Schlitze 30 gebohrt. Die Platten 12, 14, 16 sind dahingehend positioniert, dass sie einmal oder mehrmals den Strömungsweg durch sie hindurch erzwingen, um den Kontaktstrom zur metallischen Oberfläche und den Wärmeaustausch und folglich die Kondensationsphänomene zu maximieren. Das Design erzeugt einen Labyrinthweg. Die Menge der Löcher und Schlitze 30 sowie das Dicke-Durchmesser-Verhältnis der Löcher und Schlitze 30 in jeder Platte 12, 14, 16 sind dahingehend bestimmt, die mit der Wasser-Gasphase beaufschlagte metallische Oberfläche zu maximieren. Die Löcher 30 sind groß genug, zu verhindern, dass flüssiges Wasser im System eingeschlossen wird.
1b zeigt die Details von Bereich A in 1a, wobei die Anordnung der Platten 12, 14, 16 im Bereich 10 deutlich gezeigt wird. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird auf die diese Elemente betreffende Beschreibung verwiesen.
Die in 1a dargestellte Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Einlassöffnung 250 und eine Auslassöffnung 260, die in der Kappe 120 angeordnet sind. Die Einlassöffnung 250 und die Auslassöffnung 260 sind als Bohrungen in der Kappe 120 vorgesehen und stellen eine Fluidverbindung vom Außenbereich des Hohlraums zum Innenbereich des Hohlraums bereit. Durch die Einlassöffnung 250 kann das Gas in den Hohlraum strömen, und durch die Auslassöffnung 260 kann das Gas aus dem Hohlraum strömen. Das in die Einlassöffnung 250 eintretende Gas passiert durch die Löcher 30 der ersten Platte 12, weiter durch die Löcher 30 der zweiten 14 und der dritten 16 Platte und kondensiert an den jeweiligen Oberflächen der Platten 12, 14, 16. Die sich ergebende Wärme wird über die Platten 12, 14, 16 und das Gehäuse 110 nach außen abgeführt. Das kondensierte Wasser strömt durch die Löcher 30 stromabwärts in den Wasserauffangbereich 112. Die Löcher 30 sind groß genug, zu vermeiden, dass flüssiges Wasser in dem System eingeschlossen wird, tatsächlich drückt der Gasstrom die Flüssigkeit frei stromabwärts des Systems im Wasserauffangbereich 112. Dann strömt das Gas durch die zylindrische Verlängerung 18 zu der Auslassöffnung 260.
Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Filterstruktur, die eine Filterplatte 140 und Gelharzperlen 150 umfasst. Die Filterstruktur ist im Strömungsweg des Gases angeordnet und ist dazu ausgeführt, das Gas während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung 100 zu filtern. Die Filterstruktur ist gemäß dieser Ausführungsform in der Kappe 120 stromaufwärts der Auslassöffnung 260 angeordnet. Die Filterstruktur ist teilweise in einer Bohrung der Kappe 120 angeordnet.
Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Expansionsventil 160, das stromabwärts der Auslassöffnung 260 angeordnet und dazu ausgeführt ist, das gereinigte Gas mit einem vordefinierten konstanten Druck abzugeben. Ein Gasrohr 170 führt das gereinigte Gas vom Expansionsventil 160 zu einem ersten Ausgangszylinder 180, der mit weiteren industriellen Anwendungen, die das gereinigte Gas verwenden, verbunden werden kann.
Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Sicherheitsventil 210, das in der Kappe 120 angeordnet und dazu ausgeführt ist, Druck aus dem Hohlraum abzulassen, wenn der Druck im Hohlraum einen vordefinierten Schwellendruck erreicht oder überschreitet. Das Sicherheitsventil 210 ist beispielsweise ein federbasiertes Rückschlagventil. Das Sicherheitsventil 210 ist mit einem Sicherheitsrohr 220 verbunden, das das Gas vom Sicherheitsventil 210 zu einem zweiten Ausgangszylinder 230 leitet. Der zweite Ausgangszylinder 230 ist beispielsweise mit einer sicheren Umgebung verbunden, in die das aus dem Sicherheitsventil 210 kommende Gas sicher expandieren kann.
Die Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Magnetventil 270, das in Fluidverbindung mit dem Wasserauffangbereich 112 des Hohlraums steht. Die Verbindung kann über eine Bohrung implementiert werden. In einer geschlossenen Stellung des Magnetventils 270 dichtet das Magnetventil 270 den Hohlraum ab und verhindert einen Fluidstrom aus dem Hohlraum. In weiteren Stellungen des Magnetventils 270 öffnet das Magnetventil 270 eine Fluidverbindung zum Wasserauffangbereich 112, so dass das Wasser oder andere Fluide, die während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung 100 aufgefangen wurden, aus dem Wasserauffangabschnitt 112 abgelassen/entfernt werden können. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Magnetventil 270 unterhalb des Wasserauffangbereichs 112 angeordnet, so dass das Wasser aufgrund der Schwerkraft aus dem Wasserauffangbereich 112 abfließt, wenn sich das Magnetventil 210 in weiteren Stellungen befindet. Die in 1a gezeigte Gasreinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen Rahmen 240, der verschiedene Teile zusammenhält und gemäß einer Ausführungsform zur Befestigung der Gasreinigungsvorrichtung 100 an anderen Teilen oder Maschinen verwendet wird.
2 zeigt die gleiche Gasreinigungsvorrichtung 100 wie in 1 a. Darüber hinaus umfasst 2 Angaben, die zeigen, wo die verschiedenen Teile der Gasreinigungsvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform unter Verwendung von Schweißnähten 300 miteinander verbunden sind. 2 zeigt, dass das Gehäuse 110 und die Kappe 120 miteinander verschweißt sind. Ferner ist ein Verbinder an die Einlassöffnung 250 der Kappe 120 geschweißt. Das Sicherheitsventil 210 ist mit der Kappe 120 verschweißt. Ferner sind das Sicherheitsrohr 220 und das Gasrohr 170 mit dem ersten Ausgangszylinder 180 und dem zweiten Ausgangszylinder 230 verschweißt. Die weiteren Teile sind zum Beispiel miteinander verschraubt oder unter Verwendung anderer Verbindungstechniken miteinander verbunden.
3 zeigt die Gasreinigungsvorrichtung 100 wie in 1a dargestellt. 3 zeigt außerdem den Gasstrom 400 durch die Gasreinigungsvorrichtung 100. Das beispielsweise aus einem Elektrolyseur kommende Gas strömt durch die Einlassöffnung 250 in die Gasreinigungsvorrichtung 100. Die Platten sind dahingehend positioniert, dass sie einmal oder mehrmals einen Strömungsweg durch sie hindurch erzwingen, um die mit der Wasser-Gasphase beaufschlagte metallische Oberfläche zu maximieren. Auf diese Weise wird das Gas durch Durchströmen der Löcher und Schlitze der Platten, wobei sie die metallischen Oberflächen berühren und Wärme ausgetauscht wird und infolgedessen die Kondensationsphänomene auftreten, getrocknet. Das Wasser wird auf den Oberflächen der Platten aufgefangen, und aufgrund dessen, dass die Löcher groß genug sind, um zu vermeiden, dass flüssiges Wasser im System eingeschlossen wird, drückt der Gasstrom die Flüssigkeit frei stromabwärts des Systems im Auffangbereich Das Gas strömt anschließend durch die Filterstruktur, wodurch das Gas gefiltert und dadurch weiter gereinigt wird. Nach der Filterstruktur strömt das Gas durch die Auslassöffnung 260, das Expansionsventil 160, das Gasrohr 170 und den ersten Ausgangszylinder 180 aus der Gasreinigungsvorrichtung 100 heraus.
4 zeigt die Gasreinigungsvorrichtung 100 wie in 1a dargestellt. 4 zeigt außerdem den Wasserweg 500 von der Innenfläche des Hohlraums aus der Gasreinigungsvorrichtung. Das Wasser oder andere Fluide werden an der Innenfläche der Gasreinigungsvorrichtung auf den Oberflächen der Platten, zum Beispiel in den Löchern und Schlitzen und auf den Oberflächen der Platten, aufgefangen, und strömen durch die Löcher und Schlitze und werden dann im Wasserauffangabschnitt 112 aufgefangen. Das Wasser fließt, wenn das Magnetventil 270 öffnet, zum zweiten Auslasszylinder 230 und aus der Gasreinigungsvorrichtung.
5 zeigt die Gasreinigungsvorrichtung 100 wie in 1a dargestellt. Die 5 zeigt außerdem den Sicherheitsweg 600 des Sicherheitsventils 210 und des Sicherheitsrohrs 220. Wenn sich das Sicherheitsventil 210 öffnet, strömt das Gas entlang dem Sicherheitsrohr 220 in den zweiten Auslasszylinder 230 und aus der Gasreinigungsvorrichtung heraus.
Bezugszeichenliste:

10: Innenbereich
12: erstes plattenförmiges Element, erste Platte
14: zweites plattenförmiges Element, zweite Platte
16: drittes plattenförmiges Element, dritte Platte
18: zentrale Öffnung, zylindrische Verlängerung
20: zentrale Bohrung der zweiten Platte
22: zentrale Bohrung der dritten Platte
24: Schulter des Hohlraums
26: ringförmige Verlängerung der Platte 16
28: ringförmige Verlängerung der Platte 14
30: Löcher/Schlitze
100: Gasreinigungsvorrichtung
110: Gehäuse
112: Wasserauffangabschnitt
120: Kappe
140: Filterplatte
150: Gelharzperlen
160: Expansionsventil
170: Gasrohr
180: erster Ausgangszylinder
190: erster Drucksensor
200: zweiter Drucksensor
210: Sicherheitsventil
220: Sicherheitsrohr
230: Auslasszylinder
240: Rahmen
250: Einlassöffnung
260: Auslassöffnung
270: Magnetventil
300: Schweißnähte
400: Gasstrom

Claims

Gasreinigungsvorrichtung (100) zum Reinigen von Gas, umfassend ein Gehäuse (110), das einen Hohlraum bildet, eine Kappe (120), die dazu ausgeführt ist, den Hohlraum zu bedecken, wenn sie am Gehäuse (110) montiert ist, einen Wasserauffangabschnitt (112), der sich im Hohlraum befindet und dazu ausgeführt ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung Wasser aufzufangen, wobei die Gasreinigungsvorrichtung (100) ferner Folgendes umfasst: - eine Einlassöffnung (250), die dazu ausgeführt ist, zu gestatten, dass das Gas in den Hohlraum der Gasreinigungsvorrichtung (100) strömen kann, und eine Auslassöffnung (260), die dazu ausgeführt ist, zu gestatten, dass das Gas aus dem Hohlraum der Gasreinigungsvorrichtung (100) ausströmen kann. - einen Innenbereich (10) des Hohlraums der Gasreinigungsvorrichtung, der zumindest teilweise den Strömungsweg des Gases von der Einlassöffnung (250) zur Auslassöffnung (260) bildet, und wobei der Innenbereich (10) dahingehend ausgeführt ist, dass Wasser, das in dem Gas gelöst ist, während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung an Innenflächen des Hohlraums kondensiert und im Wasserauffangabschnitt (112) des Hohlraums aufgefangen wird; - eine Filterstruktur, die zwischen der Einlassöffnung (250) und der Auslassöffnung (260) im Strömungsweg des Gases angeordnet ist und die dazu ausgeführt ist, das Gas während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung (100) zu filtern, wodurch das durch die Gasreinigungsvorrichtung (100) strömende Gas gereinigt wird.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Innenbereich (10) des Hohlraums eine oder mehrere Platten (12, 14, 16) umfasst, die das Kondenswasser auffangen und das Wasser zu dem Wasserauffangabschnitt (112) leiten.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Platten (12, 14, 16) mit Löchern oder Schlitzen (30) durchbohrt sind, die in dem Gasströmungsweg positioniert sind.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Platten (12, 14, 16) übereinander positioniert sind, um die Strömung einmal oder mehrmals dort hindurch zu erzwingen.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Geometrie und Positionierung der Platten (12, 14, 16) so ist, dass ein Labyrinthweg erzeugt wird.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filterstruktur eine Filterplatte (140) und/oder Gelharzperlen (150) zum Filtern des Gases während des Betriebs der Gasreinigungsvorrichtung (100) umfasst.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auslassöffnung (260) in der Kappe (120) angeordnet ist und wobei die Filterstruktur ebenfalls in der Kappe (120) angeordnet ist.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasreinigungsvorrichtung (100) ein Sicherheitsventil (210) umfasst, das eine Fluidverbindung mit dem Hohlraum und außerhalb des Hohlraums aufweist, wobei das Sicherheitsventil (210) dazu ausgeführt ist, den Druck aus dem Hohlraum abzulassen, wenn der Druck eine vordefinierte Druckgrenze erreicht.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auslassöffnung (260) ein Expansionsventil (160) umfasst, das dazu ausgeführt ist, das gereinigte Gas mit einem vordefinierten Druck aus der Gasreinigungsvorrichtung (100) abzugeben.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasreinigungsvorrichtung (100) einen ersten Drucksensor (190) und einen zweiten Drucksensor (200) umfasst, wobei der erste Drucksensor (190) in oder nahe der Einlassöffnung (250) angeordnet ist und dazu ausgeführt ist, den Druck des in den Hohlraum einströmenden Gases zu messen, wobei der zweite Drucksensor (200) in oder nahe der Auslassöffnung (260) oder in einem Gasrohr (170) angeordnet ist, das in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung (260) steht und das Gas vom Hohlraum wegführt, wobei der zweite Drucksensor (200) dazu ausgeführt ist, den Druck des Gases stromabwärts der Auslassöffnung (260) zu messen.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasreinigungsvorrichtung (100) ein Magnetventil (270) umfasst, das in Fluidverbindung mit dem Wasserauffangabschnitt (112) angeordnet ist, wobei das Magnetventil (270) dazu ausgeführt ist, aufgefangenes Wasser aus dem Wasserauffangabschnitt (112) abzulassen.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei das Magnetventil (270) dazu ausgeführt ist, das aufgefangene Wasser nach einer vordefinierten Zeitspanne und/oder wenn das Wasser im Wasserauffangabschnitt (112) einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, aus dem Wasserauffangabschnitt (112) abzulassen.
Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (110) und die Kappe (120) über eine Schweißverbindung (300) miteinander verbunden sind.
Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff, wobei der Elektrolyseur die Gasreinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.