EP2674515A1 - Temperature regulation of a high temperature electrolyser - Google Patents

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Publication number
EP2674515A1
EP2674515A1 EP12171458.8A EP12171458A EP2674515A1 EP 2674515 A1 EP2674515 A1 EP 2674515A1 EP 12171458 A EP12171458 A EP 12171458A EP 2674515 A1 EP2674515 A1 EP 2674515A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
electrolyzer
fluid
control unit
conduit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12171458.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Lenk
Alexander Tremel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12171458.8A priority Critical patent/EP2674515A1/en
Publication of EP2674515A1 publication Critical patent/EP2674515A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation

Definitions

  • the present invention relates to a control unit for controlling the temperature of a supplied with fluid via a line high-temperature electrolyzer.
  • High temperature electrolyzers typically require a suitable heat supply to reach the required operating temperatures.
  • High-temperature electrolysers take in the context of the present invention, the electrolytic decomposition of chemical compounds at temperatures that reach at least 200 ° C. However, these temperatures are preferably at least 350 ° C and most preferably at least 650 ° C.
  • high-temperature electrolyzers can be operated mainly on the basis of solid electrolyte cells, such as those in the EP12163588 are described.
  • the described therein high-temperature electrolyzer is supplied with a thermally conditioned gas stream, which supplies the solid electrolyte cells with sufficient thermal heat, so that they can be operated over a suitable temperature range for electrolysis.
  • the efficiency of the electrolysis process is significantly influenced in this case by the size of the heat input, since only at minimum temperatures to be reached in the interior of the cell required for an electrolysis ion fluxes can run in the solid electrolyte.
  • the required thermal heat can be supplied to it via the fluid, which is provided for the electrolytic conversion, or else via a further suitable process fluid supply.
  • the relevant fluid supply allows sufficient heat input.
  • this does not necessarily mean the entire required for the operation of heat by means of the fluid flow can be provided.
  • additional heat sources which can supply the high-temperature electrolyzer with a thermal heat contribution.
  • the specific current load of the electrolyte layer can be suitably increased, so that the ohmic losses lead to an advantageous heat release.
  • High-temperature electrolyzers can be operated under time-varying load and operating conditions. This in turn requires a suitable temporally varying supply of thermal heat to the high temperature electrolyzer. At the same time, varying amounts of fluid are sometimes electrochemically reacted in the variable load or operating conditions, so that a supply of varying amounts of supplied fluid must be guaranteed.
  • a high temperature electrolyzer may also be provided to remove surplus electricity from public power grids or directly from the power generator to convert the available electrical energy into a suitable form of chemical energy. Depending on the time supply of surplus electricity, the high-temperature electrolyzer should therefore be able to process time-varying amounts of fluid.
  • a high-temperature electrolyzer has different working conditions that make a temporally varying supply of thermal heat necessary.
  • an electrical energy receiving process step (charging step), as well as a chemical energy dispensing process step (discharge step) can be performed alternately to each other.
  • the electrical energy consuming process step is typically endothermic, thus requiring a supply of heat, then the chemical energy can be released Be process step exothermic, which either a lower heat input or even a derivative of the additional heat from the high-temperature electrolyzer is required.
  • both working states are made alternately with each other, an alternating supply of different amounts of heat and / or of fluid is required.
  • a high-temperature electrolyzer by a suitable control of the amount of heat or fluid quantity supplied to the high-temperature electrolyzer.
  • the high-temperature electrolyzer is provided, depending on the defined operating state, a predetermined amount of fluid to be reacted or a predetermined amount of thermal heat. If the high-temperature electrolyser operated, for example in a different working condition, a suitable intervention is made by means of the control, wherein the amount of heat or the amount of fluid is adapted to the new working condition. In such an adaptation, however, often shows that the high-temperature electrolyzer is either supplied after changing the working state only with insufficient amounts of thermal heat or experiences an oversupply of thermal heat.
  • a high thermal power loss can contribute to a lack of efficiency, since sometimes from the high-temperature electrolyzer thermal heat is dissipated unused to the environment. In particular, with frequent changes of the individual working conditions, the overall efficiency of the electrolysis process is so significantly reduced.
  • control unit for controlling the temperature of a supplied with fluid via a line high temperature electrolyzer, which avoids the known from the prior art disadvantages.
  • control unit should be suitable for ensuring a thermally efficient operation of the high-temperature electrolyzer.
  • control unit make it possible to reduce the thermal power dissipation during operation of the high-temperature electrolyzer or to completely avoid a loss of heat output.
  • control unit should ensure an operationally adapted temperature control of the high-temperature electrolyzer.
  • a control unit for controlling the temperature of a high-temperature electrolyzer supplied with fluid via a conduit, which has at least one temperature probe designed to detect the temperature at a location of the conduit and at least one in With respect to the high-temperature electrolyzer upstream of the line, the first conditioning unit physically condition the fluid, and a return line which returns fluid discharged from the high-temperature electrolyzer to a location of the conduit upstream of the high-temperature electrolyzer wherein the control unit controls the first conditioning unit as a function of the temperature detected by the temperature probe.
  • the line comprises both all areas of the fluid supply line as well as all areas of fluid discharge.
  • the return line is excluded.
  • the line should also encompass areas which are provided within the high-temperature electrolyzer for fluid conduction.
  • a detection of the temperature according to the invention comprises a detection of the temperature in or on the line. Also included here is also a detection that is not directly in or on the line, but also such detections that allow a conclusion on the temperature values or on temperature change values at these locations.
  • the control unit allows a suitable control of the first conditioning unit for physical conditioning of the high-temperature electrolyzer supplying fluid, while at the same time be ensured due to the return of the fluid to a location which is upstream with respect to the high-temperature electrolyzer, a total energy efficient operation can. Due to the recirculation of the fluid, it is above all possible for thermal heat, which would otherwise be lost after emerging from the high-temperature electrolyzer, to be transferred again to the fluid flow to be supplied to the high-temperature electrolyzer. At the same time, the temperature-controlled control allows the operating condition of the first conditioning unit connected to the line to be suitably adapted to the amount of thermal heat recirculated.
  • the high-temperature electrolyzer is operated with the release of chemical energy in an exothermic process step, then the heat contained in the high-temperature electrolyzer can be suitably re-used after the change of the working state by recycling. Consequently, less provision of external heat energy is required.
  • the first conditioning unit is designed, for example, as a heating device, which can apply an additional amount of heat to the fluid flow, the residual heat still remaining can be advantageously utilized by recycling the fluid flow leaving the high-temperature electrolyzer without unduly stressing the heating device.
  • a suitable adaptation of the size of the fluid flow can take place in which, for example, the return of the fluid emerging from the high-temperature electrolyzer the High-temperature electrolyzer to be supplied fluid stream is added.
  • changes in the mass flow which are required due to different working conditions, can be suitably compensated or adjusted, wherein a simultaneous thermal conditioning of the fluid flow can take place.
  • the fluid flow supplying the high-temperature electrolyzer is also changed with regard to its chemical composition, since a chemical change of the fluid can occur due to the chemical partial processes taking place in the high-temperature electrolyzer.
  • the fluid is, for example, air
  • this can be changed with regard to its composition, that is to say with regard to its partial pressures of the individual constituents. Accordingly, it is possible that air leaving a high-temperature electrolyzer has an increased amount of oxygen. By returning and mixing this air with the high-temperature electrolyzer supplying fresh air, consequently, the oxygen content can be suitably adjusted.
  • the efficiency of the electrochemical processes in the high-temperature electrolyzer can sometimes also be influenced, since these are concentration-dependent.
  • the arrangement of the at least one temperature probe is arranged in or on the line in the high-temperature electrolyzer. Accordingly, the temperature probe can detect the temperature condition directly in the reaction cell of the high-temperature electrolyzer, thereby enabling a good detection of the current reaction state.
  • the temperature value detected by the at least one temperature probe can be supplied to the control unit, which can suitably set the operating state of the at least one first conditioning unit.
  • the conditioning unit may in this case be designed so that they only affect the heat content of the fluid flow or also allowing simultaneous conditioning of the heat and mass flow of the fluid stream.
  • a suitable control of the operating state of the first conditioning unit is set as a function of the plurality of detected temperature values.
  • a control based on determined temperature difference values is advantageous.
  • a regulation of the at least one first conditioning unit takes place as a function of a detected temperature difference between at least two detected temperature values.
  • the two temperature values are in this case detected in particular by two different temperature probes. Accordingly, it is possible that the control unit does not process two different temperature values as control variables, but that they use only one controlled variable, namely the temperature difference value, as control parameters.
  • the temperature difference can be determined approximately advantageously by an electronic comparison circuit.
  • the return line returns the fluid discharged from the high-temperature electrolyzer to a heat exchanger which is connected to the line and which is designed to thermally condition the fluid in the line before it reaches high temperature Electrolyzer is supplied. Consequently, thermal heat can be appropriately extracted from the fluid discharged from the high-temperature electrolyzer, and the heat difference is transmitted to the fluid to be supplied to the high-temperature electrolyzer. As a result, thermal power dissipation is reduced due to inferred thermal heat in the exiting fluid.
  • the return line opens into the line and thus the in-line fluid is conditioned by recirculated fluid before both are fed to the high-temperature electrolyzer. Because of this recirculation of the fluid exiting the high temperature electrolyzer into the upstream conduit with respect to the high temperature electrolyzer, simultaneous thermal conditioning as well as mass flow conditioning of the total fluid flow to be supplied to the high temperature electrolyzer occurs. Consequently, not only is an increase in efficiency of the electrolysis operation achieved due to reduced thermal dissipation, but also the effective fluid consumption is improved. Due to the mixture of recirculated fluid, as well as not yet the high-temperature electrolyzer fluid supplied can also be carried out an advantageous fluid conditioning with respect to the chemical composition.
  • control unit controls the first conditioning unit in dependence of the temperatures detected by the temperature probes.
  • a control based on two different temperature values allows a targeted adjustment.
  • the change in temperature can be monitored better in the high-temperature electrolyser, thus ensuring improved conditioning of the fluid.
  • an embodiment in which the two temperature probes are mounted in or on the high-temperature electrolyzer is advantageous.
  • control unit further comprises a conditioning unit which is connected in the return line and which is designed as a flow generator and which is suitable for imparting a flow to the fluid located in the return line, wherein the control unit also controls this conditioning unit as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe.
  • the further conditioning unit designed as a flow generator allows a suitable adaptation of the fluid flow in the conduit, whereby the high-temperature electrolyzer can be supplied with suitable quantities of fluid at different times.
  • the regulation of the further conditioning unit can also be adjusted to the recirculated quantities of fluid leaked from the high-temperature electrolyzer.
  • the further conditioning unit acts upon a fluid stream which is not further thermally conditioned and which is mixed with the recirculated thermally conditioned fluid stream. Due to the suitable flow adjustment, consequently, the total mass flow can advantageously be adjusted.
  • the flow generator is preferably designed as a fan when the fluid is a gas.
  • the at least one temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high temperature electrolyzer, and in particular another second temperature probe on the line at a second location downstream of the high temperature electrolyzer , Due to the temperature values that are determined at the two locations, a temperature profile within the high-temperature electrolyzer can be determined well. Et al Thus, by means of suitable assumptions, a good knowledge of the temperature gradient in the high-temperature electrolyzer and thus its operating state can be obtained.
  • the at least one temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high-temperature electrolyzer and in particular another second temperature probe is provided in or on the high-temperature electrolyzer.
  • the two independently recorded temperature values allow a good Knowledge of the temperature profile within the high-temperature electrolyzer.
  • the temperature values within the high-temperature electrolyzer are known through targeted temperature detection, a knowledge of the temperature distribution field within the high-temperature electrolyzer which is sufficiently good for most applications can be obtained.
  • At least three temperature probes are provided, wherein a first temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high temperature electrolyzer, a second temperature probe is provided on the line at a second location downstream of the high temperature electrolyzer and a third temperature probe is provided in or on the high temperature electrolyzer. Due to the knowledge of three independent temperature values, therefore, a very good knowledge of the temperature distribution field within the high-temperature electrolyzer can be obtained. This in turn makes it possible to make suitable assumptions with regard to the operating state of the high-temperature electrolyzer, which permit suitable regulation.
  • the first conditioning unit is designed as a heating device which is suitable for supplying heat to the fluid in the line.
  • the heat supply can thus be made by the control unit according to the operating needs by a targeted heat input.
  • the heating device typically also takes into account the thermal heat input by recycling the fluid emerging from the high-temperature electrolyzer.
  • the first conditioning unit is designed as a flow generator, which is adapted to pressurize the fluid located in the conduit with a flow. Consequently allowed According to the embodiment, the first conditioning unit merely influences the fluid flow in the line, although different heat flow rates can also be supplied to the high-temperature electrolyzer due to different fluid flows that are regulated relative to one another.
  • the control unit has at least two conditioning units connected upstream in the line with respect to the high-temperature electrolyzer, wherein a conditioning unit is designed as a heating device which is suitable for supplying heat to the fluid in the line and a heating unit another conditioning unit is designed as a flow generator, which is suitable for applying a fluid to the fluid in the line, the control unit regulating the two conditioning units as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe. Due to the simultaneous conditioning with regard to the thermal heat content as well as the mass flow, the fluid supplied to the high-temperature electrolyzer can be conditioned in a particularly advantageous manner.
  • the two conditioning units are formed as one unit, i. Both conditioning units are integrated as one unit. In this case, it is sometimes possible to dispense with a conditioning unit connected to the return line.
  • the control unit further comprises a second return line, which recirculates fluid leaked from the high-temperature electrolyzer to a location of the line, which location is upstream with respect to the high-temperature electrolyzer.
  • the second return line not only allows different To conduct amounts of recycled fluid, but also able to supply these different amounts of the line at different locations. So it is conceivable, for example, that a return line ensures only a thermal conditioning of the high-temperature electrolyzer supplying fluid flow, the second return line opens directly into the line, so that a simultaneous thermal conditioning, as well as a conditioning with respect to the total mass flow. Consequently, the overall efficiency as well as the overall flexibility of the control unit can be increased.
  • suitable conditioning units which are designed, for example, as flow generators.
  • the second return line leads the fluid leaving the high-temperature electrolyzer to a heat exchanger which is connected to the line and which is designed to thermally condition the fluid in the line before it is fed to the high temperature electrolyzer.
  • the embodiment of the heat exchanger may be in this case in particular identical to the heat exchanger described above, but this need not be.
  • the heat exchanger is in turn preferably connected upstream with respect to the first conditioning unit with the line. According to the embodiment, improved conditioning of the fluid stream supplied to the high-temperature electrolyzer with regard to the thermal heat content, as well as with respect to the total mass flow, can thus again be achieved.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in a schematic representation.
  • the control unit 1 according to the invention comprises a control device 3, which is designed to receive at least one temperature signal value of a temperature probe 10.
  • the temperature probe 10 detects temperature values in a high-temperature electrolyzer 5 at a location O1, which is typically arranged in the conduit 2.
  • a location O1 which is typically arranged in the conduit 2.
  • the high-temperature electrolyzer 5 is supplied via a line 2 with a suitable fluid.
  • the fluid is in this case conditioned by a first conditioning unit 20, which is designed as a heating device, and by a further conditioning unit 21, which is designed as a flow generator.
  • the first conditioning unit 20 permits a thermal conditioning of the fluid located in the conduit 2, whereas the further conditioning unit 21 only makes it possible to influence the mass flow of the fluid in the conduit 2.
  • a heat exchanger 35 is connected to the line 2, which also connected to the return line 30 (first return line 30) is thermally coupled.
  • the return line 30 allows a return of at least a portion of the exiting from the high-temperature electrolyzer fluid flow such that the recirculated fluid flow through the heat exchanger 35 thermal heat to the fluid in the line 2 emits, which has not been returned.
  • the thermal conditioning by means of the heat exchanger 35 takes place before the possible thermal conditioning by the first conditioning unit 20. Should it turn out during operation that the thermal transfer by means of the heat exchanger 35 to the fluid located in the conduit 2 is already sufficient, there is no need for further Heat input by the first conditioning unit 20. In this respect, the heat exchanger 35 can completely fulfill the function of the first conditioning unit 20.
  • the control device 3 is able to regulate the two conditioning units 20 and 21 in such a way that the mass flow as well as heat flow supplied to the high-temperature electrolyzer 5 meets the requirements its operating state advantageous or even optimally fulfilled. Due to the simultaneous recycling of leaked from the high-temperature electrolyzer 5 fluid thus a particularly efficient and energy-saving operation is possible.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the control unit according to the invention, which differs from the in FIG. 1 shown control unit 1 only differs in that the control device 3 not only for receiving a temperature value of a first temperature probe 10 but for receiving second temperature values of two different temperature probes 10 and 11 is formed.
  • the first temperature probe 10 detects a temperature value at a location O1 upstream with respect to the high-temperature electrolyzer 5 on the line 2.
  • the second temperature probe 11 detects at a second location 02 downstream with respect to the high-temperature electrolyzer 5 a second temperature value. Both temperature values are fed to the control device 3 and processed in a suitable manner for controlling the two conditioning units 20 and 21.
  • the conditioning units 20 and 21 can be controlled by only one temperature difference value, which is determined from preferably simultaneously detected temperature values in the control device 3. Due to the detection of at least two temperature values, it is possible to better characterize the temperature profile within the high-temperature electrolyzer, and consequently to carry out a suitable regulation of the first conditioning unit 20 and further conditioning unit 21.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, which differs from the in FIG. 2 shown embodiment in that the return line 30, the recirculated fluid does not feed a heat exchanger 35, but in the line 2 for re-supply to the high-temperature electrolyzer 5 initiates.
  • the return line 30 thus opens in relation to the high-temperature electrolyzer 5 upstream in the line 2.
  • an additional conditioning unit 22 connected to the return line 30, which is designed as a flow generator.
  • the operating state of the additional conditioning unit 22 is likewise regulated by the control device 3 on the basis of the temperature values detected by means of the first temperature probe 10 and the second temperature probe 11.
  • the first conditioning unit 20 as well as the further conditioning unit 21 are regulated by the control device 3.
  • the conditioning unit 20 can also be designed as a combination of heating device and flow device. As a result, both the thermal conditioning and the controlled recycling of fluid into the return line 30 are possible.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the control unit according to the invention in a schematic representation, which differs from the in FIG. 3 shown embodiment differs in that not only two temperature probes 10 and 11 but three temperature probes 10, 11 and 12 are provided.
  • the first temperature probe 10 detects a temperature value at a location O1 with respect to the high-temperature electrolyzer 5 upstream or in the conduit 2.
  • the second temperature probe 11 detects a second temperature value at a second location 02 with respect to the high-temperature electrolyzer 5 downstream in or on the line 2 and beyond a further temperature value is detected by means of a third temperature probe 12 at a third location 03 and fed to the control device.
  • the third location 03 is provided here on the high-temperature electrolyzer 5, wherein depending on the requirement, a detection of the temperature value in the high-temperature electrolyzer 5 can also be made. Due to the more accurate determination of the temperature field in the high-temperature electrolyzer 5 by means of three independent temperature probes an improved and even more accurate control is possible.
  • the conditioning unit 20 can also be designed as a combination of heating device and flow device. As a result, then both the thermal conditioning and the regulated Return of fluid in the return line 30 possible.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention in a schematic representation, which differs from the in FIG. 2 and FIG. 3 shown in that both a return to the heat exchanger 35 (see FIG. 2 ), as well as a fluid return in the line 2 for mixing with the still to be supplied fluid in line 2 (see FIG. 3 ) he follows. Accordingly, not only a return line 30 but two return lines 30 and 31 are provided. Here, the second return line 31 branches off from the first return line 30 and is fed to the heat exchanger 35 separately. The first return line 30, however, opens into the line 2 with respect to the heat exchanger 35 downstream.

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Abstract

The control unit comprises a temperature probe (10), which is adapted to detect a temperature at a place of a conduit, first conditioning unit (20) for physical conditioning of the fluid connected to the conduit with respect to a high temperature electrolyzer (5), and a first return conduit, which is adapted to recycle of fluid leaked from the electrolyzer to a location of the conduit, which is located in upstream in relation to the high temperature electrolyzer. The control unit controls the first conditioning unit as a function of the detected temperature by the temperature probe. The control unit comprises a temperature probe (10), which is adapted to detect a temperature at a place of a conduit, and first conditioning unit (20) for physical conditioning of the fluid connected to the conduit with respect to a high temperature electrolyzer (5), and a first return conduit, which is adapted to recycle of fluid leaked from the electrolyzer to a location of the conduit, which is located in upstream in relation to the high temperature electrolyzer. The control unit controls the first conditioning unit as a function of the detected temperature by the temperature probe. The return conduit consisting of leaked fluid leaked from the electrolyzer is connected to a heat exchanger (35) connected to the conduit, and opens into the conduit. The fluid located in the conduit is conditioned by recycled fluid, both before supplying to the high temperature electrolyzer. The control unit further comprises a second conditioning unit designed as a flow generator, and a second return conduit (21). The control unit controls conditioning unit as a function of the temperature detected by the temperature probe. A first temperature probe is provided on the conduit at a first location in upstream of the high temperature electrolyzer, and a different second temperature probe is provided in the line at a second location in downstream of the high temperature electrolyzer. The first conditioning unit is constructed as a heater, which is adapted to heat the fluid or as a flow generator that is adapted to pressurize fluid located that in the conduit. The second return conduit returns the fluid from the high temperature electrolyzer to a location of the conduit, which is arranged in upstream of the high temperature electrolyzer, is connected to the heat exchanger, and is adapted to thermally condition the fluid before supplying to the high temperature electrolyzer. The heat exchanger in relation to the first conditioning unit is connected to in upstream of the conduit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinheit zur Temperaturregelung eines mit Fluid über eine Leitung versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs.The present invention relates to a control unit for controlling the temperature of a supplied with fluid via a line high-temperature electrolyzer.

Hochtemperatur-Elektrolyseure bedürfen typischerweise einer geeigneten Wärmeversorgung, damit sie die erforderlichen Betriebstemperaturen erreichen können. Hochtemperatur-Elektrolyseure nehmen im Sinne der vorliegenden Erfindung die elektrolytische Zersetzung chemischer Verbindungen vor bei Temperaturen, die wenigstens 200°C erreichen. Bevorzugt sind diese Temperaturen jedoch wenigstens 350°C und ganz besonders bevorzugt wenigstens 650°C.High temperature electrolyzers typically require a suitable heat supply to reach the required operating temperatures. High-temperature electrolysers take in the context of the present invention, the electrolytic decomposition of chemical compounds at temperatures that reach at least 200 ° C. However, these temperatures are preferably at least 350 ° C and most preferably at least 650 ° C.

Bei einem Temperaturbereich von wenigstens 650°C können Hochtemperatur-Elektrolyseure vor allem auf der Basis von Festelektrolyt-Zellen betrieben werden, wie sie etwa in der EP12163588 beschrieben sind. Der darin beschriebene Hochtemperatur-Elektrolyseur wird mit einem thermisch konditionierten Gasstrom versorgt, der die Festelektrolyt-Zellen mit ausreichend thermischer Wärme versorgt, damit diese über einen geeigneten Temperaturbereich zur Elektrolyse betrieben werden können. Die Effizienz des Elektrolyseverfahrens wird hierbei maßgeblich durch die Größe des Wärmeeintrags mit beeinflusst, da nur bei zu erreichenden Mindesttemperaturen im Zelleninneren die für einen Elektrolyse erforderlichen Ionenflüsse in dem Festelektrolyt ablaufen können.At a temperature range of at least 650 ° C, high-temperature electrolyzers can be operated mainly on the basis of solid electrolyte cells, such as those in the EP12163588 are described. The described therein high-temperature electrolyzer is supplied with a thermally conditioned gas stream, which supplies the solid electrolyte cells with sufficient thermal heat, so that they can be operated over a suitable temperature range for electrolysis. The efficiency of the electrolysis process is significantly influenced in this case by the size of the heat input, since only at minimum temperatures to be reached in the interior of the cell required for an electrolysis ion fluxes can run in the solid electrolyte.

Je nach Ausführungsform des Hochtemperatur-Elektrolyseurs, kann die erforderliche thermische Wärme diesem über das Fluid zugeführt werden, welches für die elektrolytische Umsetzung vorgesehen ist, oder aber auch über eine weitere geeignete Prozessfluidzufuhr. Wesentlich ist jedoch, dass die betreffende Fluidversorgung einen ausreichenden Wärmeeintrag erlaubt. Hierbei muss jedoch nicht ausschließlich die gesamte für den Betrieb erforderliche Wärme mittels des Fluidstroms zur Verfügung gestellt werden. Denkbar ist etwa auch der Einsatz von zusätzlichen Wärmequellen, welche den Hochtemperatur-Elektrolyseur mit einem thermischen Wärmebeitrag versorgen können. Weiterhin kann auch die spezifische Strombelastung der Elektrolytschicht geeignet erhöht werden, so dass die ohmschen Verluste zu einer vorteilhaften Wärmefreisetzung führen.Depending on the embodiment of the high-temperature electrolyzer, the required thermal heat can be supplied to it via the fluid, which is provided for the electrolytic conversion, or else via a further suitable process fluid supply. However, it is essential that the relevant fluid supply allows sufficient heat input. However, this does not necessarily mean the entire required for the operation of heat by means of the fluid flow can be provided. Also conceivable is the use of additional heat sources, which can supply the high-temperature electrolyzer with a thermal heat contribution. Furthermore, the specific current load of the electrolyte layer can be suitably increased, so that the ohmic losses lead to an advantageous heat release.

Hochtemperatur-Elektrolyseure können unter sich zeitlich verändernden Last- und Arbeitszuständen betrieben werden. Dies erfordert wiederum eine geeignete zeitlich variierende Versorgung des Hochtemperatur-Elektrolyseurs mit thermischer Wärme. Gleichzeitig werden bei den veränderlichen Last bzw. Arbeitszuständen mitunter auch unterschiedliche Mengen an Fluid elektrochemisch umgesetzt, so dass auch eine Versorgung mit veränderlichen Mengen an zugeführtem Fluid gewährleistet können werden muss.High-temperature electrolyzers can be operated under time-varying load and operating conditions. This in turn requires a suitable temporally varying supply of thermal heat to the high temperature electrolyzer. At the same time, varying amounts of fluid are sometimes electrochemically reacted in the variable load or operating conditions, so that a supply of varying amounts of supplied fluid must be guaranteed.

Zudem kann ein Hochtemperatur-Elektrolyseur auch zur Entnahme von Überschussstrom aus den öffentlichen Stromnetzen oder direkt vom Stromerzeuger vorgesehen sein, um die verfügbare elektrische Energie in eine geeignete Form von chemischer Energie zu überführen. Je nach zeitlichem Angebot von Überschussstrom sollte der Hochtemperatur-Elektrolyseur also dazu in der Lage sein, zeitlich verändernde Mengen an Fluid zu verarbeiten.In addition, a high temperature electrolyzer may also be provided to remove surplus electricity from public power grids or directly from the power generator to convert the available electrical energy into a suitable form of chemical energy. Depending on the time supply of surplus electricity, the high-temperature electrolyzer should therefore be able to process time-varying amounts of fluid.

Weiterhin ist es denkbar, dass ein Hochtemperatur-Elektrolyseur unterschiedliche Arbeitszustände aufweist, die eine zeitlich variierende Versorgung mit thermischer Wärme notwendig machen. Wie beispielsweise in der EP12163588 beschriebenen, können ein elektrische Energie aufnehmender Prozessschritt (Ladeschritt), sowie ein chemische Energie abgebender Prozessschritt (Entladeschritt) abwechselnd zueinander ausgeführt werden. Ist der elektrische Energie aufnehmende Prozessschritt typischerweise endotherm, erfordert also eine Zufuhr von Wärme, so kann der chemische Energie abgebende Prozessschritt exotherm sein, wodurch entweder eine geringere Wärmezufuhr bzw. sogar eine Ableitung der zusätzlich entstehenden Wärme aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur erforderlich ist. Werden beide Arbeitszustände abwechselnd zueinander vorgenommen, ist eine wechselnde Versorgung mit unterschiedlichen Mengen an Wärme und/oder an Fluid erforderlich.Furthermore, it is conceivable that a high-temperature electrolyzer has different working conditions that make a temporally varying supply of thermal heat necessary. Such as in the EP12163588 described, an electrical energy receiving process step (charging step), as well as a chemical energy dispensing process step (discharge step) can be performed alternately to each other. If the electrical energy consuming process step is typically endothermic, thus requiring a supply of heat, then the chemical energy can be released Be process step exothermic, which either a lower heat input or even a derivative of the additional heat from the high-temperature electrolyzer is required. If both working states are made alternately with each other, an alternating supply of different amounts of heat and / or of fluid is required.

Diesen zeitlich variierenden Anforderungen muss ein Hochtemperatur-Elektrolyseur durch eine geeignete Steuerung der dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführten Wärmemenge bzw. Fluidmenge Rechnung tragen. Bei herkömmlichen Steuerungen wird dem Hochtemperatur-Elektrolyseur je nach definierten Betriebszustand eine vorgegebene Menge an umzusetzenden Fluid bzw. eine vorgegebene Menge an thermischer Wärme zur Verfügung gestellt. Wird der Hochtemperatur-Elektrolyseur beispielsweise in einem anderen Arbeitszustand betrieben, wird mittels der Steuerung ein geeigneter Eingriff vorgenommen, wobei die Wärmemenge bzw. die Fluidmenge an den neuen Arbeitszustand angepasst wird. Bei einer solchen Anpassung zeigt sich jedoch oftmals, dass der Hochtemperatur-Elektrolyseur nach der Änderung des Arbeitszustandes entweder nur mit ungenügenden Mengen an thermischer Wärme versorgt wird oder aber eine Überversorgung mit thermischer Wärme erfährt. Fernerhin kann auch eine hohe thermische Verlustleistung zu einer mangelnden Effizienz beitragen, da mitunter aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur thermische Wärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt wird. Insbesondere bei häufigen Wechseln der einzelnen Arbeitszustände wird die Gesamteffizienz des Elektrolyseverfahrens so deutlich gemindert.These time-varying requirements must be met by a high-temperature electrolyzer by a suitable control of the amount of heat or fluid quantity supplied to the high-temperature electrolyzer. In conventional controls, the high-temperature electrolyzer is provided, depending on the defined operating state, a predetermined amount of fluid to be reacted or a predetermined amount of thermal heat. If the high-temperature electrolyser operated, for example in a different working condition, a suitable intervention is made by means of the control, wherein the amount of heat or the amount of fluid is adapted to the new working condition. In such an adaptation, however, often shows that the high-temperature electrolyzer is either supplied after changing the working state only with insufficient amounts of thermal heat or experiences an oversupply of thermal heat. Furthermore, a high thermal power loss can contribute to a lack of efficiency, since sometimes from the high-temperature electrolyzer thermal heat is dissipated unused to the environment. In particular, with frequent changes of the individual working conditions, the overall efficiency of the electrolysis process is so significantly reduced.

Um diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinheit zur Temperaturregelung eines mit Fluid über eine Leitung versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Regeleinheit dazu geeignet sein, einen thermisch effizienten Betrieb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zu gewährleisten. Weiterhin soll die Regeleinheit ermöglichen, die thermische Verlustleistung während des Betriebs des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zu vermindern bzw. einen Verlust von Wärmeleistung vollständig zu vermeiden. Fernerhin soll die Regeleinheit eine betriebsangepasste Temperaturregelung des Hochtemperatur-Elektrolyseurs gewährleisten.To avoid these known from the prior art disadvantages, it is an object of the present invention to provide a control unit for controlling the temperature of a supplied with fluid via a line high temperature electrolyzer, which avoids the known from the prior art disadvantages. In particular, the control unit should be suitable for ensuring a thermally efficient operation of the high-temperature electrolyzer. Furthermore, the control unit make it possible to reduce the thermal power dissipation during operation of the high-temperature electrolyzer or to completely avoid a loss of heat output. Furthermore, the control unit should ensure an operationally adapted temperature control of the high-temperature electrolyzer.

Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch eine Regeleinheit zur Temperaturregelung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.These objects of the invention are achieved by a control unit for temperature control according to claim 1.

Insbesondere werden diese der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben durch eine Regeleinheit zur Temperaturregelung eines mit Fluid über eine Leitung versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs gelöst, welche wenigstens eine Temperatursonde aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Temperatur an einem Ort der Leitung zu erfassen, sowie wenigstens eine in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur stromaufwärts in die Leitung verschaltete erste Konditioniereinheit zur physikalischen Konditionierung des Fluids, und eine Rückführleitung, welche aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretenes Fluid zu einem Ort der Leitung zurückführt, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur angeordnet ist, wobei die Regeleinheit die erste Konditioniereinheit in Abhängigkeit der durch die Temperatursonde erfassten Temperatur regelt.In particular, these objects underlying the present invention are achieved by a control unit for controlling the temperature of a high-temperature electrolyzer supplied with fluid via a conduit, which has at least one temperature probe designed to detect the temperature at a location of the conduit and at least one in With respect to the high-temperature electrolyzer upstream of the line, the first conditioning unit physically condition the fluid, and a return line which returns fluid discharged from the high-temperature electrolyzer to a location of the conduit upstream of the high-temperature electrolyzer wherein the control unit controls the first conditioning unit as a function of the temperature detected by the temperature probe.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass erfindungsgemäß die Leitung sowohl alle Bereiche der Fluidzuleitung, wie auch alle Bereiche der Fluidableitung umfasst. Die Rückführleitung ist herbei jedoch davon ausgenommen. Weiterhin sollen von der Leitung auch Bereiche umfasst sein, die innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zur Fluidleitung vorgesehen sind.It should be noted at this point that according to the invention the line comprises both all areas of the fluid supply line as well as all areas of fluid discharge. However, the return line is excluded. Furthermore, the line should also encompass areas which are provided within the high-temperature electrolyzer for fluid conduction.

Ferner ist darauf hinzuweisen, dass eine erfindungsgemäße Erfassung der Temperatur eine Erfassung der Temperatur in bzw. an der Leitung umfasst. Ebenfalls soll hierunter auch eine Erfassung gerechnet werden, die nicht unmittelbar in oder an der Leitung erfolgt, sondern auch solche Erfassungen, die einen Rückschluss auf die Temperaturwerte bzw. auf Temperatur-änderungswerte an diesen Orten erlauben.It should also be pointed out that a detection of the temperature according to the invention comprises a detection of the temperature in or on the line. Also included here is also a detection that is not directly in or on the line, but also such detections that allow a conclusion on the temperature values or on temperature change values at these locations.

Die erfindungsgemäße Regeleinheit erlaubt eine geeignete Regelung der ersten Konditioniereinheit zur physikalischen Konditionierung des den Hochtemperatur-Elektrolyseurs versorgenden Fluids, wobei gleichzeitig aufgrund der Rückführung des Fluids zu einem Ort, welcher stromaufwärts im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur angeordnet ist, ein energetisch effizienter Gesamtbetrieb gewährleistet sein kann. Aufgrund der Rückführung des Fluids kann vor allem thermische Wärme, welche nach Austritt aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur andernfalls verloren ginge, dem den Hochtemperatur-Elektrolyseur zuzuführenden Fluidstrom erneut übertragen werden. Gleichzeitig erlaubt die temperaturgesteuerte Regelung, den Betriebszustand der in die Leitung verschaltete ersten Konditioniereinheit in geeigneter Weise auf die zurückgeführte Menge an thermischer Wärme anzupassen.The control unit according to the invention allows a suitable control of the first conditioning unit for physical conditioning of the high-temperature electrolyzer supplying fluid, while at the same time be ensured due to the return of the fluid to a location which is upstream with respect to the high-temperature electrolyzer, a total energy efficient operation can. Due to the recirculation of the fluid, it is above all possible for thermal heat, which would otherwise be lost after emerging from the high-temperature electrolyzer, to be transferred again to the fluid flow to be supplied to the high-temperature electrolyzer. At the same time, the temperature-controlled control allows the operating condition of the first conditioning unit connected to the line to be suitably adapted to the amount of thermal heat recirculated.

Vor allem bei einer Änderung des Arbeitszustandes des Hochtemperatur-Elektrolyseurs kann so ein energieeffizienter Betrieb ermöglicht werden. Wird beispielsweise der Hochtemperatur-Elektrolyseur unter Abgabe von chemischer Energie in einem exothermen Prozessschritt betrieben, so kann die in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur befindliche Wärme nach der Änderung des Arbeitszustands durch Rückführung geeignet wieder nutzbar gemacht werden. Folglich bedarf es einer geringeren Bereitstellung von externer Wärmeenergie. Ist die erste Konditioniereinheit beispielsweise als Heizvorrichtung ausgebildet, welche den Fluidstrom mit einer zusätzlichen Wärmemenge beaufschlagen kann, kann durch die Rückführung des aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretenden Fluidstroms die noch verbleibende Restwärme vorteilhaft genutzt werden, ohne die Heizvorrichtung übermäßig zu beanspruchen. Ebenso kann auch eine geeignete Anpassung der Größe des Fluidstroms erfolgen, in dem beispielsweise die Rückführung des aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretenden Fluids dem den Hochtemperatur-Elektrolyseur zuzuführenden Fluidstrom zugegeben wird. Auf diese Weise können auch Änderungen des Massenstroms, die aufgrund unterschiedlicher Arbeitszustände erforderlich sind, geeignet ausgeglichen bzw. eingestellt werden, wobei eine gleichzeitige thermische Konditionierung des Fluidstroms erfolgen kann.Especially when changing the working state of the high-temperature electrolyzer so energy-efficient operation can be made possible. If, for example, the high-temperature electrolyzer is operated with the release of chemical energy in an exothermic process step, then the heat contained in the high-temperature electrolyzer can be suitably re-used after the change of the working state by recycling. Consequently, less provision of external heat energy is required. If the first conditioning unit is designed, for example, as a heating device, which can apply an additional amount of heat to the fluid flow, the residual heat still remaining can be advantageously utilized by recycling the fluid flow leaving the high-temperature electrolyzer without unduly stressing the heating device. Likewise, a suitable adaptation of the size of the fluid flow can take place in which, for example, the return of the fluid emerging from the high-temperature electrolyzer the High-temperature electrolyzer to be supplied fluid stream is added. In this way, changes in the mass flow, which are required due to different working conditions, can be suitably compensated or adjusted, wherein a simultaneous thermal conditioning of the fluid flow can take place.

Ebenfalls ist es möglich, dass der den Hochtemperatur-Elektrolyseur versorgenden Fluidstrom auch hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung verändert wird, da aufgrund der in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur stattfindenden chemischen Teilprozesse eine chemische Veränderung des Fluids erfolgen kann. Ist das Fluid beispielsweise Luft, so kann diese hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, also hinsichtlich ihrer Partialdrücke der einzelnen Bestandteile verändert werden. Dementsprechend ist es möglich, dass aus einem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretende Luft eine erhöhte Menge an Sauerstoff aufweist. Durch die Rückführung und Mischung dieser Luft mit der den Hochtemperatur-Elektrolyseur versorgenden Frischluft, kann folglich der Sauerstoffgehalt geeignet eingestellt werden. Dadurch kann mitunter auch die Effizienz der elektrochemischen Vorgänge in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur beeinflusst werden, da diese konzentrationsabhängig sind.It is also possible that the fluid flow supplying the high-temperature electrolyzer is also changed with regard to its chemical composition, since a chemical change of the fluid can occur due to the chemical partial processes taking place in the high-temperature electrolyzer. If the fluid is, for example, air, then this can be changed with regard to its composition, that is to say with regard to its partial pressures of the individual constituents. Accordingly, it is possible that air leaving a high-temperature electrolyzer has an increased amount of oxygen. By returning and mixing this air with the high-temperature electrolyzer supplying fresh air, consequently, the oxygen content can be suitably adjusted. As a result, the efficiency of the electrochemical processes in the high-temperature electrolyzer can sometimes also be influenced, since these are concentration-dependent.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinheit ist die Anordnung der wenigstens einen Temperatursonde in bzw. an der Leitung in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur angeordnet. Demgemäß kann die Temperatursonde den Temperaturzustand unmittelbar in bzw. an der Reaktionszelle des Hochtemperatur-Elektrolyseurs erfassen, wodurch eine gute Erfassung des momentanen Reaktionszustands ermöglicht wird. Der von der wenigstens einen Temperatursonde erfasste Temperaturwert kann der Regeleinheit zugeführt werden, die in geeigneter Weise den Betriebszustand der wenigstens einen ersten Konditioniereinheit einstellen kann. Die Konditioniereinheit mag hierbei so ausgeführt sein, dass sie lediglich eine Beeinflussung des Wärmeinhalts des Fluidstroms bzw. auch eine gleichzeitige Konditionierung des Wärme- und Massenstroms des Fluidstroms erlaubt. Werden mehrere Temperaturwerte mittels einer Mehrzahl an Temperatursonden ermittelt, ist es auch denkbar, dass eine geeignete Regelung des Betriebszustands der ersten Konditioniereinheit als Funktion der Mehrzahl an erfassten Temperaturwerten eingestellt wird. Insbesondere eine Regelung auf Grundlage von ermittelten Temperaturdifferenzwerten ist vorteilhaft.According to a preferred embodiment of the control unit according to the invention, the arrangement of the at least one temperature probe is arranged in or on the line in the high-temperature electrolyzer. Accordingly, the temperature probe can detect the temperature condition directly in the reaction cell of the high-temperature electrolyzer, thereby enabling a good detection of the current reaction state. The temperature value detected by the at least one temperature probe can be supplied to the control unit, which can suitably set the operating state of the at least one first conditioning unit. The conditioning unit may in this case be designed so that they only affect the heat content of the fluid flow or also allowing simultaneous conditioning of the heat and mass flow of the fluid stream. If a plurality of temperature values are determined by means of a plurality of temperature probes, it is also conceivable that a suitable control of the operating state of the first conditioning unit is set as a function of the plurality of detected temperature values. In particular, a control based on determined temperature difference values is advantageous.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Regelung der wenigstens einen ersten Konditioniereinheit in Abhängigkeit eines erfassten Temperaturunterschieds zwischen wenigstens zwei erfassten Temperaturwerten erfolgt. Die zwei Temperaturwerte werden hierbei insbesondere durch zwei unterschiedliche Temperatursonden erfasst. Demgemäß ist es möglich, dass die Regeleinheit nicht zwei unterschiedliche Temperaturwerte als Regelgrößen verarbeitet, sondern dass diese lediglich eine Regelgröße, nämlich den Temperaturdifferenzwert, als Regelparameter heranziehen. Der Temperaturunterschied kann hierbei etwa vorteilhaft durch eine elektronische Vergleichsschaltung ermittelt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it may be provided that a regulation of the at least one first conditioning unit takes place as a function of a detected temperature difference between at least two detected temperature values. The two temperature values are in this case detected in particular by two different temperature probes. Accordingly, it is possible that the control unit does not process two different temperature values as control variables, but that they use only one controlled variable, namely the temperature difference value, as control parameters. The temperature difference can be determined approximately advantageously by an electronic comparison circuit.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Rückführleitung das aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretene Fluid zu einem Wärmetauscher zurück, welcher mit der Leitung verschaltet ist, und welcher dazu ausgebildet ist, dass in der Leitung befindliche Fluid thermisch zu konditionieren bevor es dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt wird. Folglich kann dem aus den Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretenen Fluid thermische Wärme in geeigneter Weise entzogen werden, wobei der Wärmeunterschied dem den Hochtemperatur-Elektrolyseur zuzuführenden Fluid übertragen wird. Folglich wird die thermische Verlustleistung aufgrund von nicht weiter nutzbar gemachter thermischer Wärme in dem austretenden Fluid vermindert.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, the return line returns the fluid discharged from the high-temperature electrolyzer to a heat exchanger which is connected to the line and which is designed to thermally condition the fluid in the line before it reaches high temperature Electrolyzer is supplied. Consequently, thermal heat can be appropriately extracted from the fluid discharged from the high-temperature electrolyzer, and the heat difference is transmitted to the fluid to be supplied to the high-temperature electrolyzer. As a result, thermal power dissipation is reduced due to inferred thermal heat in the exiting fluid.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Rückführleitung in die Leitung mündet und damit das in der Leitung befindliche Fluid durch zurückgeführtes Fluid konditioniert wird, bevor beide dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt werden. Aufgrund dieser Rückführung des aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretenen Fluids in die Leitung stromaufwärts im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur erfolgt eine gleichzeitige thermische Konditionierung, wie auch eine Konditionierung hinsichtlich des Massenstroms des den Hochtemperatur-Elektrolyseur zuzuführenden Gesamtfluidstroms. Folglich wird nicht nur eine Effizienzerhöhung des Elektrolysebetriebs aufgrund von verminderter thermischer Verlustleistung erreicht, sondern auch der effektive Fluidverbrauch verbessert. Aufgrund der Mischung von zurückgeführtem Fluid, wie auch noch nicht dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführten Fluid kann zudem eine vorteilhafte Fluidkonditionierung hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung erfolgen.According to an alternative embodiment it can be provided that the return line opens into the line and thus the in-line fluid is conditioned by recirculated fluid before both are fed to the high-temperature electrolyzer. Because of this recirculation of the fluid exiting the high temperature electrolyzer into the upstream conduit with respect to the high temperature electrolyzer, simultaneous thermal conditioning as well as mass flow conditioning of the total fluid flow to be supplied to the high temperature electrolyzer occurs. Consequently, not only is an increase in efficiency of the electrolysis operation achieved due to reduced thermal dissipation, but also the effective fluid consumption is improved. Due to the mixture of recirculated fluid, as well as not yet the high-temperature electrolyzer fluid supplied can also be carried out an advantageous fluid conditioning with respect to the chemical composition.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Regeleinheit ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Temperatursonden umfasst sind, die dazu ausgebildet sind, jeweils die Temperatur an zwei unterschiedlichen Orten der Leitung zu erfassen, wobei die Regeleinheit die erste Konditioniereinheit in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden erfassten Temperaturen regelt. Eine Regelung aufgrund von zwei voneinander unterschiedlichen Temperaturwerten ermöglicht eine gezielte Anpassung. Vor allem lassen sich mit zwei Temperatursonden der Änderungsverlauf der Temperatur in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur besser überwachen und damit auch eine verbesserte Konditionierung des Fluids gewährleisten. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere eine Ausführungsform, bei welcher die beiden Temperatursonden in bzw. an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur angebracht sind.According to a further preferred embodiment of the control unit is provided that at least two temperature probes are included, which are each designed to detect the temperature at two different locations of the line, wherein the control unit controls the first conditioning unit in dependence of the temperatures detected by the temperature probes. A control based on two different temperature values allows a targeted adjustment. Above all, with two temperature probes, the change in temperature can be monitored better in the high-temperature electrolyser, thus ensuring improved conditioning of the fluid. In this case, an embodiment in which the two temperature probes are mounted in or on the high-temperature electrolyzer is advantageous.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Regeleinheit weiterhin eine in die Rückführleitung verschaltete Konditioniereinheit auf, die als Strömungsgenerator ausgebildet ist, und die dazu geeignet ist, das in der Rückführleitung befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei die Regeleinheit diese Konditioniereinheit auch in Abhängigkeit der durch die wenigstens eine Temperatursonde erfasste Temperatur regelt. Demgemäß erlaubt die als Strömungsgenerator ausgebildete, weitere Konditioniereinheit eine geeignete Anpassung des Fluidstroms in der Leitung, wodurch der Hochtemperatur-Elektrolyseur zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit geeigneten Mengen an Fluid versorgt werden kann. Hierbei kann die Regelung der weiteren Konditioniereinheit auch auf die rückgeführten Mengen an aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretenen Fluid eingestellt werden. Insbesondere beaufschlagt die ausführungsgemäße weitere Konditioniereinheit einen noch nicht weiter thermisch konditionierten Fluidstrom, der mit dem rückgeführten thermisch konditionierten Fluidstrom vermischt wird. Aufgrund der geeigneten Strömungseinstellung kann folglich der Gesamtmassenstrom vorteilhaft eingeregelt werden. Der Strömungsgenerator ist bevorzugt als Gebläse ausgeführt, wenn das Fluid ein Gas ist.According to a further embodiment of the invention, the control unit further comprises a conditioning unit which is connected in the return line and which is designed as a flow generator and which is suitable for imparting a flow to the fluid located in the return line, wherein the control unit also controls this conditioning unit as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe. Accordingly, the further conditioning unit designed as a flow generator allows a suitable adaptation of the fluid flow in the conduit, whereby the high-temperature electrolyzer can be supplied with suitable quantities of fluid at different times. In this case, the regulation of the further conditioning unit can also be adjusted to the recirculated quantities of fluid leaked from the high-temperature electrolyzer. In particular, the further conditioning unit according to the invention acts upon a fluid stream which is not further thermally conditioned and which is mixed with the recirculated thermally conditioned fluid stream. Due to the suitable flow adjustment, consequently, the total mass flow can advantageously be adjusted. The flow generator is preferably designed as a fan when the fluid is a gas.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Temperatursonde an der Leitung an einem ersten Ort stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist und insbesondere eine andere zweite Temperatursonde an der Leitung an einem zweiten Ort stromabwärts nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur. Aufgrund der Temperaturwerte die an den beiden Orten ermittelt werden, lässt sich ein Temperaturverlauf innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs gut ermitteln. U.a. können so mittels geeigneter Annahmen eine gute Kenntnis des Temperaturgradienten in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur und damit dessen Betriebszustand erlangt werden.According to another embodiment of the invention, it may also be provided that the at least one temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high temperature electrolyzer, and in particular another second temperature probe on the line at a second location downstream of the high temperature electrolyzer , Due to the temperature values that are determined at the two locations, a temperature profile within the high-temperature electrolyzer can be determined well. Et al Thus, by means of suitable assumptions, a good knowledge of the temperature gradient in the high-temperature electrolyzer and thus its operating state can be obtained.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Temperatursonde an der Leitung an einem ersten Ort stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist und insbesondere eine andere zweite Temperatursonde in oder an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist. Auch hierbei erlauben die beiden voneinander unabhängig erfassten Temperaturwerte eine gute Kenntnis des Temperaturverlaufs innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs. Vor allem bei Kenntnis der Temperaturwerte innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs durch eine gezielte Temperaturerfassung kann eine für die meisten Anwendungen ausreichend gute Kenntnis des Temperaturverteilungsfeldes innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs erhalten werden.According to a further embodiment of the invention it is provided that the at least one temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high-temperature electrolyzer and in particular another second temperature probe is provided in or on the high-temperature electrolyzer. Again, the two independently recorded temperature values allow a good Knowledge of the temperature profile within the high-temperature electrolyzer. Especially when the temperature values within the high-temperature electrolyzer are known through targeted temperature detection, a knowledge of the temperature distribution field within the high-temperature electrolyzer which is sufficiently good for most applications can be obtained.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens drei Temperatursonden vorgesehen, wobei eine erste Temperatursonde an der Leitung an einem ersten Ort stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist, eine zweite Temperatursonde an der Leitung an einem zweiten Ort stromabwärts nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist und eine dritte Temperatursonde in oder an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur vorgesehen ist. Aufgrund der Kenntnis von drei unabhängigen Temperaturwerten kann folglich eine sehr gute Kenntnis des Temperaturverteilungsfeldes innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs erhalten werden. Damit können wiederum geeignete Annahmen hinsichtlich des Betriebszustandes des Hochtemperatur-Elektrolyseurs gemacht werden, die eine geeignete Regelung erlauben.According to a further embodiment of the invention, at least three temperature probes are provided, wherein a first temperature probe is provided on the line at a first location upstream of the high temperature electrolyzer, a second temperature probe is provided on the line at a second location downstream of the high temperature electrolyzer and a third temperature probe is provided in or on the high temperature electrolyzer. Due to the knowledge of three independent temperature values, therefore, a very good knowledge of the temperature distribution field within the high-temperature electrolyzer can be obtained. This in turn makes it possible to make suitable assumptions with regard to the operating state of the high-temperature electrolyzer, which permit suitable regulation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinheit ist vorgesehen, dass die erste Konditioniereinheit als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, dem in der Leitung befindlichen Fluid Wärme zuzuführen. Die Wärmezufuhr kann folglich durch die Regeleinheit entsprechend den Betriebsbedürfnissen durch einen gezielten Wärmeeintrag vorgenommen werden. Hierbei berücksichtigt die Heizvorrichtung typischerweise auch den thermischen Wärmeeintrag durch Rückführung des aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretenden Fluids.According to a further embodiment of the control unit according to the invention, it is provided that the first conditioning unit is designed as a heating device which is suitable for supplying heat to the fluid in the line. The heat supply can thus be made by the control unit according to the operating needs by a targeted heat input. In this case, the heating device typically also takes into account the thermal heat input by recycling the fluid emerging from the high-temperature electrolyzer.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Konditioniereinheit als Strömungsgenerator ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, das in der Leitung befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen. Folglich erlaubt die erste Konditioniereinheit ausführungsgemäß lediglich eine Beeinflussung des Fluidstroms in der Leitung, wobei jedoch aufgrund unterschiedlicher zueinander geregelter Fluidströme auch unterschiedliche Wärmestromraten dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt werden können.According to an alternative embodiment it is provided that the first conditioning unit is designed as a flow generator, which is adapted to pressurize the fluid located in the conduit with a flow. Consequently allowed According to the embodiment, the first conditioning unit merely influences the fluid flow in the line, although different heat flow rates can also be supplied to the high-temperature electrolyzer due to different fluid flows that are regulated relative to one another.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Regeleinheit wenigstens zwei im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur stromaufwärts in die Leitung verschaltete Konditioniereinheiten auf, wobei eine Konditioniereinheit als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, dem in der Leitung befindlichen Fluid Wärme zuzuführen und eine andere Konditioniereinheit als Strömungsgenerator ausgebildet ist, der dazu geeignet ist, das in der Leitung befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei die Regeleinheit die beiden Konditioniereinheiten in Abhängigkeit der durch die wenigstens eine Temperatursonde erfasste Temperatur regelt. Aufgrund der gleichzeitigen Konditionierung hinsichtlich des thermischen Wärmegehalts wie auch des Massenstroms kann das dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführte Fluid besonders vorteilhaft konditioniert werden. Insbesondere kann in besonders geeigneter Weise nicht nur der rückgeführte Massenstrom sondern auch gleichzeitig der zurückgeführte Wärmestrom bzw. die chemische Zusammensetzung des Gesamtfluidstroms berücksichtigt werden. Gemäß einem weiterführenden Aspekt der Ausführung sind die beiden Konditioniereinheiten als eine Einheit ausgebildet, d.h. beide Konditioniereinheiten werden als eine Einheit integriert. In diesem Fall kann mitunter auch auf eine mit der Rückführleitung verschaltete Konditioniereinheit verzichtet werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the control unit has at least two conditioning units connected upstream in the line with respect to the high-temperature electrolyzer, wherein a conditioning unit is designed as a heating device which is suitable for supplying heat to the fluid in the line and a heating unit another conditioning unit is designed as a flow generator, which is suitable for applying a fluid to the fluid in the line, the control unit regulating the two conditioning units as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe. Due to the simultaneous conditioning with regard to the thermal heat content as well as the mass flow, the fluid supplied to the high-temperature electrolyzer can be conditioned in a particularly advantageous manner. In particular, not only the recirculated mass flow but also at the same time the recirculated heat flow or the chemical composition of the total fluid flow can be considered in a particularly suitable manner. According to a further aspect of the embodiment, the two conditioning units are formed as one unit, i. Both conditioning units are integrated as one unit. In this case, it is sometimes possible to dispense with a conditioning unit connected to the return line.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Regeleinheit weiterhin eine zweite Rückführleitung auf, welche aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur ausgetretenes Fluid zu einem Ort der Leitung zurückführt, welcher Ort stromaufwärts im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur angeordnet ist. Die zweite Rückführleitung erlaubt nicht nur unterschiedliche Mengen an rückgeführtem Fluid zu leiten, sondern vermag diese unterschiedlichen Mengen auch der Leitung an unterschiedlichen Orten zuzuführen. So ist es beispielsweise denkbar, dass eine Rückführleitung lediglich eine thermische Konditionierung des den Hochtemperatur-Elektrolyseur versorgenden Fluidstroms gewährleistet, wobei die zweite Rückführleitung direkt in die Leitung mündet, so dass eine gleichzeitige thermische Konditionierung, wie auch eine Konditionierung hinsichtlich des Gesamtmassenstroms erfolgt. Folglich kann die Gesamteffizienz, wie auch die Gesamtflexibilität der Regeleinheit gesteigert werden. Um die einzelnen, in den jeweiligen Rückführleitungen geführten Fluidströme hinsichtlich ihres Massenstroms einstellen zu können, weisen diese typischerweise geeignete Konditioniereinheiten auf, welche etwa als Strömungsgeneratoren ausgebildet sind.According to a further embodiment of the invention, the control unit further comprises a second return line, which recirculates fluid leaked from the high-temperature electrolyzer to a location of the line, which location is upstream with respect to the high-temperature electrolyzer. The second return line not only allows different To conduct amounts of recycled fluid, but also able to supply these different amounts of the line at different locations. So it is conceivable, for example, that a return line ensures only a thermal conditioning of the high-temperature electrolyzer supplying fluid flow, the second return line opens directly into the line, so that a simultaneous thermal conditioning, as well as a conditioning with respect to the total mass flow. Consequently, the overall efficiency as well as the overall flexibility of the control unit can be increased. In order to be able to set the individual fluid flows guided in the respective return lines with regard to their mass flow, they typically have suitable conditioning units which are designed, for example, as flow generators.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Rückführleitung das aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretende Fluid zu einem Wärmetauscher führt, welcher mit der Leitung verschaltet ist und welcher dazu ausgebildet ist, das in der Leitung befindliche Fluid thermisch zu konditionieren, bevor es dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt wird. Der ausführungsgemäße Wärmetauscher kann hierbei insbesondere identisch mit dem vorab beschriebenen Wärmetauscher sein, muss dies jedoch nicht sein. Der Wärmetauscher ist wiederum bevorzugt im Bezug auf die erste Konditioniereinheit stromaufwärts mit der Leitung verschaltet. Ausführungsgemäß kann somit wiederum eine verbesserte Konditionierung des dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführten Fluidstroms hinsichtlich des thermischen Wärmeinhalts, wie auch hinsichtlich des Gesamtmassenstroms erreicht werden.According to a further aspect of the embodiment, it can be provided that the second return line leads the fluid leaving the high-temperature electrolyzer to a heat exchanger which is connected to the line and which is designed to thermally condition the fluid in the line before it is fed to the high temperature electrolyzer. The embodiment of the heat exchanger may be in this case in particular identical to the heat exchanger described above, but this need not be. The heat exchanger is in turn preferably connected upstream with respect to the first conditioning unit with the line. According to the embodiment, improved conditioning of the fluid stream supplied to the high-temperature electrolyzer with regard to the thermal heat content, as well as with respect to the total mass flow, can thus again be achieved.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail erläutert werden. Die Figuren zeigen jedoch nur eine schematische Darstellung der einzelnen Ausführungsformen der Erfindung und schränken die Erfindung hinsichtlich ihrer Allgemeinheit nicht ein. Ebenso ist eine Einschränkung aufgrund der Darstellung einer nur begrenzten Anzahl an Ausführungsformen nicht angezeigt.The invention will be explained in detail with reference to individual figures. The figures, however, show only a schematic representation of the individual embodiments of the invention and do not limit the invention in terms of their generality. Likewise, a limitation is due the representation of a limited number of embodiments not displayed.

Hierbei zeigen:

FIG 1
eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
FIG 2
eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
FIG 3
eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
FIG 4
eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
FIG 5
eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
Hereby show:
FIG. 1
a first embodiment of the invention in a schematic representation;
FIG. 2
a further embodiment of the invention in a schematic representation;
FIG. 3
a further embodiment of the invention in a schematic representation;
FIG. 4
a further embodiment of the invention in a schematic representation;
FIG. 5
a further embodiment of the invention in a schematic representation;

FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Hierbei wird von der ausführungsgemäßen Regeleinheit 1 eine Regelvorrichtung 3 umfasst, welche zur Aufnahme wenigstens eines Temperatursignalwerts einer Temperatursonde 10 ausgebildet ist. Die Temperatursonde 10 erfasst Temperaturwerte in einem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 an einem Ort O1, welcher typischerweise in der Leitung 2 angeordnet ist. Möglich ist jedoch auch eine Anordnung des Ortes O1 in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 außerhalb der Leitung 2. FIG. 1 shows a first embodiment of the invention in a schematic representation. In this case, the control unit 1 according to the invention comprises a control device 3, which is designed to receive at least one temperature signal value of a temperature probe 10. The temperature probe 10 detects temperature values in a high-temperature electrolyzer 5 at a location O1, which is typically arranged in the conduit 2. However, it is also possible to arrange the location O1 in the high-temperature electrolyzer 5 outside the line 2.

Der Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 wird über eine Leitung 2 mit einem geeigneten Fluid versorgt. Das Fluid wird hierbei durch eine erste Konditioniereinheit 20, welche als Heizvorrichtung ausgebildet ist, sowie durch eine weitere Konditioniereinheit 21, welche als Strömungsgenerator ausgebildet ist, konditioniert. Die erste Konditioniereinheit 20 erlaubt eine thermische Konditionierung des in der Leitung 2 befindlichen Fluids, wohingegen die weitere Konditioniereinheit 21 lediglich eine Beeinflussung des Massenstroms des Fluids in der Leitung 2 ermöglicht. Weiterhin ist mit der Leitung 2 ein Wärmetauscher 35 verschaltet, welcher ebenfalls mit der Rückführleitung 30 (erste Rückführleitung 30) thermisch gekoppelt ist. Die Rückführleitung 30 ermöglicht eine Rückführung, wenigstens eines Teiles des aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur austretenden Fluidstroms derart, dass der zurückgeleitete Fluidstrom über den Wärmetauscher 35 thermische Wärme an das Fluid in der Leitung 2 abgibt, welches noch nicht zurückgeführt wurde. Die thermische Konditionierung mittels des Wärmetauschers 35 erfolgt vor der möglichen thermischen Konditionierung durch die erste Konditioniereinheit 20. Sollte sich während eines Betriebs herausstellen, dass der thermische Übertrag mittels des Wärmetauschers 35 auf das in der Leitung 2 befindliche Fluid bereits ausreichend ist, bedarf es keines weiteren Wärmeeintrags durch die erste Konditioniereinheit 20. Insofern kann der Wärmetauscher 35 die Funktion der ersten Konditioniereinheit 20 vollständig erfüllen. Bei sich ändernden Arbeitszuständen des Hochtemperatur-Elektrolyseurs 5, zeigt es sich jedoch, dass mitunter nicht ausreichend Wärme über die Rückführleitung 30 dem in der Leitung 2 befindlichen Fluid zugeführt werden kann, so dass eine zusätzliche thermische Konditionierung mittels der ersten Konditioniereinheit 20 erforderlich wird. Aufgrund des wenigstens einen, an dem Ort O1 erfassten Temperaturwertes mit der ersten Temperatursonde 10 ist die Regelvorrichtung 3 in der Lage, die beiden Konditioniereinheiten 20 und 21 derart zu regeln, dass der dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 zugeführte Massen- wie auch Wärmestrom jeweils den Anforderungen seines Betriebszustandes vorteilhaft bzw. sogar optimal erfüllt. Aufgrund der gleichzeitigen Rückführung von aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 ausgetretenen Fluid ist somit ein besonders effizienter und energiesparender Betrieb möglich.The high-temperature electrolyzer 5 is supplied via a line 2 with a suitable fluid. The fluid is in this case conditioned by a first conditioning unit 20, which is designed as a heating device, and by a further conditioning unit 21, which is designed as a flow generator. The first conditioning unit 20 permits a thermal conditioning of the fluid located in the conduit 2, whereas the further conditioning unit 21 only makes it possible to influence the mass flow of the fluid in the conduit 2. Furthermore, a heat exchanger 35 is connected to the line 2, which also connected to the return line 30 (first return line 30) is thermally coupled. The return line 30 allows a return of at least a portion of the exiting from the high-temperature electrolyzer fluid flow such that the recirculated fluid flow through the heat exchanger 35 thermal heat to the fluid in the line 2 emits, which has not been returned. The thermal conditioning by means of the heat exchanger 35 takes place before the possible thermal conditioning by the first conditioning unit 20. Should it turn out during operation that the thermal transfer by means of the heat exchanger 35 to the fluid located in the conduit 2 is already sufficient, there is no need for further Heat input by the first conditioning unit 20. In this respect, the heat exchanger 35 can completely fulfill the function of the first conditioning unit 20. With changing working conditions of the high-temperature electrolyzer 5, it turns out, however, that sometimes insufficient heat can be supplied via the return line 30 to the fluid located in the line 2, so that an additional thermal conditioning by means of the first conditioning unit 20 is required. Due to the at least one temperature value detected at the location O1 with the first temperature probe 10, the control device 3 is able to regulate the two conditioning units 20 and 21 in such a way that the mass flow as well as heat flow supplied to the high-temperature electrolyzer 5 meets the requirements its operating state advantageous or even optimally fulfilled. Due to the simultaneous recycling of leaked from the high-temperature electrolyzer 5 fluid thus a particularly efficient and energy-saving operation is possible.

FIG 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinheit, die sich von der in FIG 1 gezeigten Regeleinheit 1 lediglich dahingehend unterscheidet, dass die Regelvorrichtung 3 nicht nur zur Aufnahme eines Temperaturwertes einer ersten Temperatursonde 10 sondern zur Aufnahme zweiter Temperaturwerte zweier unterschiedlicher Temperatursonden 10 und 11 ausgebildet ist. Hierbei erfasst die erste Temperatursonde 10 an einem Ort O1 stromaufwärts im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 an der Leitung 2 einen Temperaturwert. Die zweite Temperatursonde 11 erfasst unabhängig davon an einem zweiten Ort 02 stromabwärts im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 einen zweiten Temperaturwert. Beide Temperaturwerte werden der Regelvorrichtung 3 zugeführt und in geeigneter Weise zur Regelung der beiden Konditioniereinheiten 20 und 21 verarbeitet. So können beispielsweise die Konditioniereinheiten 20 und 21 durch lediglich einen Temperaturdifferenzwert, der aus bevorzugt gleichzeitig erfassten Temperaturwerten in der Regelvorrichtung 3 ermittelt wird, geregelt werden. Aufgrund der Erfassung von wenigstens zwei Temperaturwerten ist es möglich, den Temperaturverlauf innerhalb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs besser zu charakterisieren, und folglich eine geeignete Regelung der ersten Konditioniereinheit 20 und weiteren Konditioniereinheit 21 vorzunehmen. FIG. 2 shows a further embodiment of the control unit according to the invention, which differs from the in FIG. 1 shown control unit 1 only differs in that the control device 3 not only for receiving a temperature value of a first temperature probe 10 but for receiving second temperature values of two different temperature probes 10 and 11 is formed. In this case, the first temperature probe 10 detects a temperature value at a location O1 upstream with respect to the high-temperature electrolyzer 5 on the line 2. Independently of this, the second temperature probe 11 detects at a second location 02 downstream with respect to the high-temperature electrolyzer 5 a second temperature value. Both temperature values are fed to the control device 3 and processed in a suitable manner for controlling the two conditioning units 20 and 21. Thus, for example, the conditioning units 20 and 21 can be controlled by only one temperature difference value, which is determined from preferably simultaneously detected temperature values in the control device 3. Due to the detection of at least two temperature values, it is possible to better characterize the temperature profile within the high-temperature electrolyzer, and consequently to carry out a suitable regulation of the first conditioning unit 20 and further conditioning unit 21.

FIG 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche sich von der in FIG 2 gezeigten Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass die Rückführleitung 30 das rückgeführte Fluid nicht einem Wärmetauscher 35 zuführt, sondern in die Leitung 2 zur erneuten Zuführung an den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 einleitet. Die Rückführleitung 30 mündet also im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 stromaufwärts in die Leitung 2. Zum Fluidtransport ist hierbei typischerweise eine zusätzliche Konditioniereinheit 22 mit der Rückführleitung 30 verschaltet, die als Strömungsgenerator ausgebildet ist. Der Betriebszustand der zusätzlichen Konditioniereinheit 22 wird ebenfalls durch die Regelvorrichtung 3 aufgrund der mittels der ersten Temperatursonde 10 und der zweiten Temperatursonde 11 erfassten Temperaturwerte geregelt. Gleichzeitig werden auch die erste Konditioniereinheit 20, wie auch die weitere Konditioniereinheit 21 durch die Regelvorrichtung 3 geregelt. Durch eine geeignete Einstellung der drei Konditioniereinheiten 20, 21 und 22 während des geregelten Betriebs kann folglich die Menge des in die Leitung 2 rückgeführten Fluids geeignet eingestellt werden. Gleichzeitig kann der Wärmeinhalt, wie auch der Gesamtmassenstrom des dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 zugeführten Fluids eingestellt werden. Dies ermöglicht eine besonders effiziente, wie auch energiesparende Form der Fluidkonditionierung. Alternativ zum Einsatz der Konditioniereinheit 22 kann auch die Konditioniereinheit 20 als Kombination von Heizeinrichtung und Strömungseinrichtung ausgeführt sein. Dadurch ist dann sowohl die thermische Konditionierung als auch die geregelte Rückführung von Fluid in die Rückführleitung 30 möglich. FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, which differs from the in FIG. 2 shown embodiment in that the return line 30, the recirculated fluid does not feed a heat exchanger 35, but in the line 2 for re-supply to the high-temperature electrolyzer 5 initiates. The return line 30 thus opens in relation to the high-temperature electrolyzer 5 upstream in the line 2. For fluid transport here is typically an additional conditioning unit 22 connected to the return line 30, which is designed as a flow generator. The operating state of the additional conditioning unit 22 is likewise regulated by the control device 3 on the basis of the temperature values detected by means of the first temperature probe 10 and the second temperature probe 11. At the same time, the first conditioning unit 20 as well as the further conditioning unit 21 are regulated by the control device 3. By a suitable adjustment of the three conditioning units 20, 21 and 22 during the controlled operation, consequently, the amount of in the line 2 recirculated fluids are suitably adjusted. At the same time, the heat content, as well as the total mass flow of the high-temperature electrolyzer 5 supplied fluid can be adjusted. This enables a particularly efficient, as well as energy-saving form of fluid conditioning. Alternatively to the use of the conditioning unit 22, the conditioning unit 20 can also be designed as a combination of heating device and flow device. As a result, both the thermal conditioning and the controlled recycling of fluid into the return line 30 are possible.

FIG 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regeleinheit in einer schematischen Darstellung, welche sich von der in FIG 3 gezeigten Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass nicht nur zwei Temperatursonden 10 und 11 sondern drei Temperatursonden 10, 11 und 12 vorgesehen sind. Hierbei erfasst die erste Temperatursonde 10 einen Temperaturwert an einem Ort O1 im Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 stromaufwärts an bzw. in der Leitung 2. Fernere erfasst die zweite Temperatursonde 11 an einem zweiten Ort 02 einen zweiten Temperaturwert in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 stromabwärts in bzw. an der Leitung 2 und darüber hinaus wird mittels einer dritten Temperatursonde 12 an einem dritten Ort 03 ein weiterer Temperaturwert erfasst und der Regelvorrichtung zugeführt. Der dritte Ort 03 ist hierbei an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 vorgesehen, wobei je nach Anforderung eine Erfassung des Temperaturwertes in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 ebenfalls erfolgen kann. Aufgrund der genaueren Ermittlung des Temperaturfeldes in dem Hochtemperatur-Elektrolyseur 5 mittels dreier unabhängiger Temperatursonden wird eine verbesserte und noch genauere Regelung ermöglicht. FIG. 4 shows a further embodiment of the control unit according to the invention in a schematic representation, which differs from the in FIG. 3 shown embodiment differs in that not only two temperature probes 10 and 11 but three temperature probes 10, 11 and 12 are provided. Here, the first temperature probe 10 detects a temperature value at a location O1 with respect to the high-temperature electrolyzer 5 upstream or in the conduit 2. In addition, the second temperature probe 11 detects a second temperature value at a second location 02 with respect to the high-temperature electrolyzer 5 downstream in or on the line 2 and beyond a further temperature value is detected by means of a third temperature probe 12 at a third location 03 and fed to the control device. The third location 03 is provided here on the high-temperature electrolyzer 5, wherein depending on the requirement, a detection of the temperature value in the high-temperature electrolyzer 5 can also be made. Due to the more accurate determination of the temperature field in the high-temperature electrolyzer 5 by means of three independent temperature probes an improved and even more accurate control is possible.

Alternativ zum Einsatz der Konditioniereinheit 22 kann auch die Konditioniereinheit 20 als Kombination von Heizeinrichtung und Strömungseinrichtung ausgeführt sein. Dadurch ist dann sowohl die thermische Konditionierung als auch die geregelte Rückführung von Fluid in die Rückführleitung 30 möglich.Alternatively to the use of the conditioning unit 22, the conditioning unit 20 can also be designed as a combination of heating device and flow device. As a result, then both the thermal conditioning and the regulated Return of fluid in the return line 30 possible.

FIG 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung, welche sich von den in FIG 2 und FIG 3 gezeigten Darstellungen dahingehend unterscheidet, dass sowohl eine Rückführung zum Wärmetauscher 35 (siehe FIG 2), wie auch eine Fluidrückführung in die Leitung 2 zur Mischung mit dem noch zuzuführenden Fluid in Leitung 2 (siehe FIG 3) erfolgt. Demgemäß ist nicht nur eine Rückführleitung 30 sondern sind zwei Rückführleitungen 30 und 31 vorgesehen. Hierbei zweigt die zweite Rückführleitung 31 von der ersten Rückführleitung 30 ab und wird dem Wärmetauscher 35 separat zugeführt. Die erste Rückführleitung 30 hingegen mündet in die Leitung 2 im Bezug auf den Wärmetauscher 35 stromabwärts. FIG. 5 shows a further embodiment of the invention in a schematic representation, which differs from the in FIG. 2 and FIG. 3 shown in that both a return to the heat exchanger 35 (see FIG. 2 ), as well as a fluid return in the line 2 for mixing with the still to be supplied fluid in line 2 (see FIG. 3 ) he follows. Accordingly, not only a return line 30 but two return lines 30 and 31 are provided. Here, the second return line 31 branches off from the first return line 30 and is fed to the heat exchanger 35 separately. The first return line 30, however, opens into the line 2 with respect to the heat exchanger 35 downstream.

Alle in den Figuren dargestellten Merkmale werden vorliegend für sich allein, wie auch in Kombination miteinander beansprucht. Hierbei ist es dem Fachmann freigestellt, beliebige Kombinationen einzelner Merkmale miteinander zu verbinden.All features shown in the figures are claimed here alone, as well as in combination with each other. Here it is up to the skilled person to combine any combination of individual features.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further embodiments emerge from the subclaims.

Claims (15)

Regeleinheit (1) zur Temperaturregelung eines mit Fluid über eine Leitung (2) versorgten Hochtemperatur-Elektrolyseurs (5), welche wenigstens eine Temperatursonde (10) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Temperatur an einem Ort (O1) der Leitung (2) zu erfassen, sowie wenigstens eine in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) stromaufwärts in die Leitung (2) verschaltete erste Konditioniereinheit (20) zur physikalischen Konditionierung des Fluids, und eine Rückführleitung (30), welche aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) ausgetretenes Fluid zu einem Ort der Leitung (2) zurückführt, welcher Ort stromaufwärts in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) angeordnet ist, wobei die Regeleinheit (1) die erste Konditioniereinheit (20) in Abhängigkeit der durch die Temperatursonde (10) erfassten Temperatur regelt.Control unit (1) for controlling the temperature of a high-temperature electrolyzer (5) supplied with fluid via a line (2), which has at least one temperature probe (10) which is designed to measure the temperature at a location (O1) of the line (2). and at least one first physical conditioner conditioning unit (20) connected upstream of the high temperature electrolyzer (5) into the conduit (2), and a return conduit (30) formed from the high temperature electrolyser (5 ) escaping fluid to a location of the conduit (2), which location upstream with respect to the high-temperature electrolyzer (5) is arranged, wherein the control unit (1) the first conditioning unit (20) in response to the by the temperature probe (10) detected temperature controls. Regeleinheit gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (30) das aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) ausgetretene Fluid zu einem Wärmetauscher (35) führt, welcher mit der Leitung (2) verschaltet ist, und welcher dazu ausgebildet ist, das in der Leitung (2) befindliche Fluid thermisch zu konditionieren bevor es dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) zugeführt wird.Control unit according to claim 1,
characterized in that the return line (30) leads the fluid leaving the high-temperature electrolyzer (5) to a heat exchanger (35) which is connected to the line (2) and which is designed to be connected in the line (2 ) are thermally conditioned before being fed to the high temperature electrolyzer (5). Regeleinheit gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (30) in die Leitung (2) mündet, und damit das in der Leitung (2) befindliche Fluid durch zurück geführtes Fluid konditioniert wird bevor beide dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) zugeführt werden.Control unit according to claim 1,
characterized in that the return line (30) opens into the conduit (2), and thus the fluid in the conduit (2) is conditioned by recycled fluid before both are supplied to the high temperature electrolyzer (5). Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Temperatursonden (10, 11) umfasst sind, die dazu ausgebildet sind, jeweils die Temperatur an zwei unterschiedlichen Orten (O1, 02) der Leitung (2) zu erfassen, wobei die Regeleinheit (1) die erste Konditioniereinheit (20) in Abhängigkeit der durch die Temperatursonden (10, 11) erfassten Temperaturen regelt.Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that at least two temperature probes (10, 11) are formed, which are each adapted to the temperature at two different Locating (O1, 02) of the line (2) to detect, wherein the control unit (1) controls the first conditioning unit (20) in dependence on the temperatures detected by the temperature probes (10, 11). Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (1) weiterhin eine in die Rückführleitung (30) verschaltete Konditioniereinheit (22) aufweist, die als Strömungsgenerator ausgebildet ist, und die dazu geeignet ist, das in der Rückführleitung (30) befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei die Regeleinheit (1) diese Konditioniereinheit (22) auch in Abhängigkeit der durch die wenigstens eine Temperatursonde (10) erfasste Temperatur regelt.Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that the control unit (1) further comprises a in the return line (30) connected conditioning unit (22), which is designed as a flow generator, and which is adapted to pressurize the fluid in the return line (30) with a flow wherein the control unit (1) also controls this conditioning unit (22) as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe (10). Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Temperatursonde (10) an der Leitung (2) an einem ersten Ort (O1) stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist, und insbesondere eine andere zweite Temperatursonde (11) an der Leitung (2) an einem zweiten Ort (02) stromabwärts nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5).Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that the at least one temperature probe (10) is provided on the conduit (2) at a first location (O1) upstream of the high temperature electrolyzer (5), and in particular another second temperature probe (11) on the conduit (2 ) at a second location (02) downstream of the high temperature electrolyzer (5). Regeleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Temperatursonde (10) an der Leitung (2) an einem ersten Ort (O1) stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist, und insbesondere eine andere zweite Temperatursonde (11) in oder an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist.Control unit according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the at least one temperature probe (10) is provided on the conduit (2) at a first location (O1) upstream of the high temperature electrolyzer (5), and in particular another second temperature probe (11) in or at the high temperature Electrolyzer (5) is provided. Regeleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Temperatursonden (10, 11, 12) vorgesehen sind, wobei eine erste Temperatursonde (10) an der Leitung (2) an einem ersten Ort (O1) stromaufwärts vor dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist, eine zweite Temperatursonde (11) an der Leitung (2) an einem zweiten Ort (02) stromabwärts nach dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist, und eine dritte Temperatursonde (12) in oder an dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) vorgesehen ist.Control unit according to one of claims 1 to 5,
characterized in that at least three temperature probes (10, 11, 12) are provided, wherein a first temperature probe (10) on the conduit (2) at a first location (O1) upstream of the high temperature electrolyzer (5), a second temperature probe (11) is provided on the line (2) at a second location (02) downstream of the high-temperature electrolyzer (5), and a third temperature probe (12) in or at the high-temperature Electrolyzer (5) is provided. Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konditioniereinheit (20) als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, dem in der Leitung (2) befindlichen Fluid Wärme zuzuführen.Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that the first conditioning unit (20) is designed as a heating device which is suitable for supplying heat to the fluid in the line (2). Regeleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konditioniereinheit (20) als Strömungsgenerator ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, das in der Leitung (2) befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen.Control unit according to one of claims 1 to 8,
characterized in that the first conditioning unit (20) is designed as a flow generator, which is adapted to pressurize the fluid in the conduit (2) with a flow. Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (1) wenigstens zwei in Bezug auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) stromaufwärts in die Leitung (2) verschaltete Konditioniereinheiten (20, 21) aufweist, wobei eine Konditioniereinheit (20) als Heizvorrichtung ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, dem in der Leitung (2) befindlichen Fluid Wärme zuzuführen, und eine Konditioniereinheit (21) als Strömungsgenerator ausgebildet ist, der dazu geeignet ist, das in der Leitung (2) befindliche Fluid mit einer Strömung zu beaufschlagen, wobei die Regeleinheit (1) die beiden Konditioniereinheiten (20, 21) in Abhängigkeit der durch die wenigstens eine Temperatursonde (10) erfasste Temperatur regelt.Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that the control unit (1) at least two with respect to the high-temperature electrolyzer (5) upstream in the line (2) connected conditioning units (20, 21), wherein a conditioning unit (20) is designed as a heating device, which is adapted to supply heat to the fluid in the conduit (2) and a conditioning unit (21) is designed as a flow generator, which is adapted to impart a flow to the fluid in the conduit (2), wherein the control unit ( 1) controls the two conditioning units (20, 21) as a function of the temperature detected by the at least one temperature probe (10). Regeleinheit gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Konditioniereinheiten (20, 21) als eine Einheit ausgebildet sind.Control unit according to claim 11,
characterized in that the two conditioning units (20, 21) are formed as a unit. Regeleinheit gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (1) weiterhin eine zweite Rückführleitung (31) aufweist, welche aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) ausgetretenes Fluid zu einem Ort der Leitung (2) zurückführt, welcher Ort stromaufwärts in Bezug (5) auf den Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) angeordnet ist.Control unit according to one of the preceding claims,
characterized in that the control unit (1) further comprises a second return line (31) which returns fluid exiting the high temperature electrolyzer (5) to a location of the conduit (2) upstream of (5) at the high temperature Electrolyzer (5) is arranged. Regeleinheit gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückführleitung (31) das aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) ausgetretene Fluid zu einem Wärmetauscher (36) führt, welcher mit der Leitung (2) verschaltet ist, und welcher dazu ausgebildet ist, das in der Leitung (2) befindliche Fluid thermisch zu konditionieren bevor es dem Hochtemperatur-Elektrolyseur (5) zugeführt wird.Control unit according to claim 13,
characterized in that the second return line (31) leads the fluid leaving the high-temperature electrolyzer (5) to a heat exchanger (36) which is connected to the line (2) and which is designed to be in the line ( 2) thermally conditioned before it is the high-temperature electrolyzer (5) is supplied. Regeleinheit gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) in Bezug auf die erste Konditioniereinheit (20) stromaufwärts mit der Leitung (2) verschaltet ist.Control unit according to claim 14,
characterized in that the heat exchanger (36) in relation to the first conditioning unit (20) upstream of the line (2) is connected.
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