EP4288588A1

EP4288588A1 - Verfahren zur behandlung von prozessfluiden und filtervorrichtung zum durchführen des verfahrens

Info

Publication number: EP4288588A1
Application number: EP22713623.1A
Authority: EP
Inventors: Sebastian König
Original assignee: Hydac International GmbH
Current assignee: Hydac International GmbH
Priority date: 2021-03-27
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2023-12-13
Also published as: CN117136254A; AU2022249449A1; US20240167180A1; WO2022207261A1; DE102021001631A1; CA3213540A1; JP2024514463A; KR20230167054A

Abstract

Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden wie sie bei der Zerlegung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozessgase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle (10) entstehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf, in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluidkreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank (22) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluid-Vorratstank (22) mindestens eine Filtervorrichtung (24) aufgenommen ist, mittels der das Prozessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das enthaltene Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird.

Description

Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden und Filtervorrichtung zum

Durchführen des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden wie sie bei der Zerlegung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozessgase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle ent stehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf, in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluidkreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank vorhanden ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrich tung zum Durchführen des Verfahrens. Durch WO 2011/012507 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff bekannt, wobei hierfür insbeson dere die elektrische Überschussenergie aus Windkraftanlagen eingesetzt werden kann. Die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens setzt eine reversible Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC) mit ei- ner Protonen-Austausch-Membran (PEM) als Elektrolyseur ein. Durch Um kehrung des Brennstoffzellenprozesses kann eine solche Brennstoffzelle auch zur Herstellung von Wasserstoff einerseits und Sauerstoff andererseits als den voneinander verschiedenen Prozessgasen aus Wasser als der Pro zessflüssigkeit verwendet werden. Die Brennstoffzelle arbeitet dann als Elektrolyseur und muss mit elektrischer Leistung versorgt werden, wobei auch mehrere Brennstoffzellen als Brennstoffzellenstapel zusammengefasst werden können. Der hierfür benötigte Strom kann beispielsweise von Ge neratoren von Windkraftan lagen stammen. Die Üblicherweise eingesetzten Elektrolyseeinrichtungen in Form von Elektrolysezellen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff sind solche, die in der Regel bei Atmosphären druck oder im Rahmen einer Druckelektrolyse betrieben werden. Die Proto- nen-Austausch-Membran der vorgestellten reversiblen Brennstoffzelle trennt eine negative Seite von einer positiven Seite. Durch die stattfindende Elekt rolyse in der reversiblen Brennstoffzelle unter Anlegen von Strom wird auf der positiven Seite respektive Anodenseite ein Wassermolekül in Wasser stoff und Sauerstoff zerlegt, wobei der Wasserstoff als Proton durch die Pro- tonen-Austausch-Membran auf die negative Seite respektive Kathodenseite wandert, wohingegen der Sauerstoff auf der positiven Seite verbleibt.

Zum Stattfinden der dahingehenden Reaktion muss auf der positiven Seite Wasser als Prozessflüssigkeit vorliegen, wobei die diesbezügliche Wasser versorgung über einen eigenständigen Kreislauf hergestellt wird. Das einge setzte Wasser als Prozessflüssigkeit ist tatsächlich reines Wasser und liegt demgemäß möglichst ohne jede Fremdstoffe vor. Die Wassermenge die im Rahmen der Kreislaufführung benötigt wird, hängt nicht nur von der Menge an Wasser ab, die für die Elektrolyse-Reaktion gebraucht wird (die Erzeu gung von 1 kg Wasserstoff benötigt in der Regel 9 kg Wasser), sondern auch vom Kühlbedarf der Elektrolysezelle respektive des Elektrolysezellenstapels, da das Prozesswasser gleichzeitig als Kühlmedium für den Elektrolysebe trieb dient. Somit verfügt jede PEM-Elektrolyse regelmäßig über einen Was serkreislauf auf der positiven Seite respektive der Sauerstoff seite.

Der erzeugte Sauerstoff als Prozessgas löst und vermischt sich unter Bildung eines Prozessfluides mit Wasser als Prozessflüssigkeit, die im zugehörigen Versorgungskreislauf geführt ist. Dabei werden mehr oder weniger große Gasblasen in Form des Sauerstoffs im Wasserkreislauf mitgerissen und dem diesbezüglichen Wasserkreislauf ist ein sogenannter Schwerkraftabscheider nachgeschaltet, der normalerweise aus einem horizontal liegenden Fluid- Vorratstank besteht, der großvolumig dimensioniert ist und in den das Pro zessfluid Wasser mit dem gelösten Sauerstoff einströmt. Dem Prozessgas Sauerstoff wird hinreichend Zeit gegeben im Vorratstank aus dem Prozess fluid auszugasen, um dergestalt reines Wasser als Prozessflüssigkeit zurück zugewinnen. Dadurch, dass großvolumige, horizontal liegende Fluid-Vor ratstanks eingesetzt werden, ist im Tank als Fluidniveau eine große Fluid oberfläche geschaffen, um dem Prozessgas die Möglichkeit zu geben effek tiv ausgasen zu können. Obwohl der Wunsch besteht nach dem Ausgasen des Prozessfluides wieder reines Wasser als Prozessflüssigkeit zu erhalten, kann es apparatetechnisch bedingt und beispielsweise durch die Rohrlei tungsführung verursacht, zu einem ungewollten Partikeleintrag in die Pro zessflüssigkeit kommen und mithin zu deren Verschmutzung sowie zu ei nem Restgehalt an unvollständig ausgegastem Prozessgas, was einen erneu ten Einsatz für die empfindliche Elektrolysezelle oder den Elektrolysezellen stapel als fragwürdig erscheinen lässt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren nebst Vorrichtung zu schaffen, die den Ausgasungsprozess eines Prozessgases erleichtern helfen, bei gleichzeitiger Reinhaltung der Prozessflüssigkeit für einen erneuten Ein satz im Elektrolysezellenbetrieb. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Ver fahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Filtervorrich tung mit den Merkmalen des Patentanspruches 6.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass in dem Fluid-Vorratstank mindestens eine Filtervorrichtung aufgenommen ist, mit tels der das Prozessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das gelöste Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurück behalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird. Dergestalt stellt das Ver fahren unter Einsatz der Filtervorrichtung sicher, das auch fein dispergiertes Prozessgas im Prozessfluid auf die Gasseite des Fluid-Vorratstanks abgege ben werden kann, wobei sich Gasblasen mit kleinem Volumen aufgrund der Oberflächenspannung zu größeren Gasblasen zusammenschließen, was den Austrag aus dem Prozessfluid erleichtert. Zurück bleibt auf der Flüssig keitsseite des Fluid-Vorratstanks die Prozessflüssigkeit, die durch die Filter vorrichtung von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt für einen er neuten Entnahmevorgang im Elektrolysezellenbetrieb hochrein vorliegt.

Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik. Dergestalt ist ein Ent gasen von Prozesswasser auf der Sauerstoffseite von PEM-Elektrolyseuren in einem Fluid-Vorratstank sichergestellt. Insbesondere ist es möglich kleinste Gasblasen aus dem Fluid mittels eines hierfür geeigneten Filtermediums der Filtervorrichtung zu entfernen. Dergestalt werden wirksam auch kleinste Gasblasen entfernt, die ansonsten sich in der Prozessflüssigkeit anreichern könnten. Sofern anspruchsgemäß also die Rede davon ist, dass mindestens ein Prozessgas in der Prozessflüssigkeit in enthaltener Form vorliegt, meint dies einen losen Verbund zwischen Gas und Flüssigkeit, in dem das Gas mit der Flüssigkeit ungebunden mitgeführt, beispielsweise mit der Fluidströ mung mitgerissen wird; bedeutet aber auch, dass das Gas in der Flüssigkeit zumindest teilweise in gelöster Form vorliegt, beispielsweise in fein disper gierter Form.

Prozesstechnisch ist es nicht zwingend erforderlich, dass auf der negativen Seite im Rahmen der Wasserstofferzeugung ein zusätzlicher Flüssigkeits kreislauf eingesetzt wird. Die Wasserstoff- Atome (Protonen), welche die ne gative Seite im Rahmen des Elektrolysezellenbetriebs erreichen, nehmen zwar grundsätzlich auch immer ein paar Wassermoleküle mit; aber prinzipi- eil kann die negative Seite einer PEM-Elektrolyse „trocken" gefahren wer den, d.h. auf der Kathodenseite ist kein eigener Flüssigkeitskreislauf vorhan den.

Es lässt sich jedoch auch die negative Seite oder Kathodenseite im Rahmen eines Flüssigkeitskreislaufes fahren, der vom Flüssigkeitskreislauf auf der Sauerstoffseite unabhängig ist. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Küh lung und das Wasser kann den Wasserstoff gut aus der Elektrolysezelle aus tragen. Damit lässt sich das vorstehend genannte Verfahren nebst der Vor richtung auch für das Entgasen von Prozesswasser auf der Wasserstoffseite von PEM-Elektrolyseuren einsetzen. Dabei wird wiederum der Wasserstoff, in Form von Gasblasen, in mehr oder minder gelöster Form als Prozessfluid vom Prozesswasser mitgerissen und in einen eigenständigen Fluid-Vorrats tank gebracht, wo nunmehr der Wasserstoff mittels der Filtervorrichtung ausgasen kann.

Neben der aufgezeigten PEM-Elektrolyse besteht auch die Möglichkeit für den Erhalt von Wasserstoff- und Sauerstoffgas eine alkalische Elektrolyse durchzuführen, bei der anstelle einer Protonen-Austausch-Membran als Trennungselement ein sogenanntes Diaphragma eingesetzt wird, das regel mäßig aus einer feinen Metallgitterstruktur besteht. Hier findet die eigentli che Elektrolysereaktion nunmehr auf der negativen Seite statt, an der der er zeugte Wasserstoff verbleibt und nur der erzeugte Sauerstoff wandert als so genanntes Hydroxidmolekül durch das Diaphragma auf die positive Seite und rekombiniert dort mit Elektronen zu Sauerstoff. Damit dieser angespro chene Prozess funktioniert, müssen ausreichend Hydroxid-Ionen in der Pro zessflüssigkeit vorhanden sein. Dies erreicht man, indem man hier kein rei nes Wasser, sondern eine Kalilauge, vorzugsweise eine 30%-Kalilauge ein setzt. Diese enthält sehr viele der benötigten Ionen und stellt so eine gute Leitfähigkeit und damit einen sehr effizienten Elektrolyseprozess sicher. Da mit die Hydroxid-Ionen auf der positiven Seite zu Sauerstoff rekombinieren können, müssen sie in der Lage sein quasi in der Flüssigkeit bis zur positi ven Elektrode oder Anode zu schwimmen. Bei der alkalischen Elektrolyse mit Diaphragma ist es daher grundsätzlich nicht möglich wie bei der PEM- Elektrolyse für Wasserstoff mit Elektroden ohne eigenen Flüssigkeitskreislauf zu arbeiten, sondern es gibt immer zwei Flüssigkeitskreisläufe; einen auf der Sauerstoff- und einen auf der Wasserstoffseite. Anstelle eines Diaphrag mas kommt mit vergleichbarem Ergebnis auch eine sogenannte Anionen- Austausch-Membran (AEM) zum Einsatz. Analog zur PEM-Elektrolyse kann bei alkalischen Systemen mit AEM statt Diaphragma auch mit einer „trocke nen" Wasserstoffseite ohne eigenen Fluidkreislauf ausgeführt werden.

Beide Flüssigkeitskreisläufe enthalten nach dem Elektrolysezellenstapel wie der Fluid-Vorratstanks, in denen die Flüssigkeit mittels der jeweils einge setzten Filtervorrichtung sich auf der positiven Seite vom Sauerstoff und auf der negativen Seite vom Wasserstoff befreien kann. Die beiden Prozessgase werden wieder von den Flüssigkeiten aus den jeweiligen Zellen als Gasbla sen verschiedener Größen abtransportiert und durch das Schaffen zweier voneinander getrennter Flüssigkeitskreisläufe mit jeweils einem Fluid-Vor ratstank nebst darin angeordneter Filtervorrichtung ergibt sich ein beschleu nigter Entgasungsvorgang und für den eigentlichen Elektrolysezellenbetrieb steht dann wieder hochreine, von Partikelverschmutzung und Gasblasen eintrag abgereinigte Prozessflüssigkeit im jeweiligen Flüssigkeitskreislauf zur Verfügung. Dergestalt ist also ein Entgasen von Elektrolytflüssigkeit (Ka lilauge) sowohl auf der Sauerstoff seife als auch auf der Wasserstoffseite von alkalischen Elektrolyseuren bewerkstelligt.

Die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommende Filtervorrichtung weist ein, vorzugsweise austauschbares Fil terelement auf, das von innen nach außen von dem Prozessfluid durch- strömbar ist, wobei jeweils unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialab standes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes das Filterelement von einer Gehäusewand umgeben ist, die als Abströmrohr ausgebildet, mehrere Durchlassstellen aufweist, von denen ein Teil unterhalb des jewei ligen veränderbaren Fluidniveaus im Fluid-Vorratstank und der andere Teil oberhalb dieses Fluidniveaus angeordnet ist. Es besteht aber auch die Mög lichkeit ohne zusätzliche Gehäusewand einen wirksamen Blasenaustrag über das jeweilige Filtermediums zu erreichen.

Für einen verbesserten Gasabscheidevorgang ist vorgesehen, dass die jewei ligen Durchlassstellen in der Gehäusewand der Filtervorrichtung fensterartig ausgebildet sind. An diesen insbesondere fensterartigen Durchlassstellen sammeln sich randseitig an der Gehäusewand die Gasblasen an und ein zelne Gasblasen vergrößern sich von ihrem Gasvolumen her, so dass diese einen erhöhten Auftrieb erhalten und zeitnah aus dem Prozessfluid abge schieden werden. Obwohl im Fluid-Vorratstank eine fluidniveaunahe Ab gabe entlang der Oberfläche der Prozessflüssigkeit erfolgt, kommt es nicht zu einem Aufschäumen derselben, so dass eine ungestörte Entnahme der Prozessflüssigkeit für den weiteren Elektrolysezellenbetrieb ermöglicht ist. Bei einem entsprechenden Gradientaufbau für das Filtermedium kann ein verbesserter Blasenaustrag aus dem Fluid auch auf der hohlzylindrischen In nenseite des Filterelementes erfolgen.

Besonders bevorzugt lässt sich die erfindungsgemäße Filtervorrichtung mit tels ihres Deckelteils im Innern des Fluid-Vorratstanks festlegen, wobei der Zulauf für das Prozessfluid in das Innere des Filterelementes von der gegen überliegenden, bodenseitigen Gehäusewand des Fluid-Vorratstanks erfolgt. Auch lassen sich im Bedarfsfall mehrerer solcher Filtervorrichtungen in ei nem Fluid-Vorratstank unterbringen und über eine Freigabe durch das De ckelteil lässt sich ein verbrauchtes Filterelement gegen ein Neuelement tau schen. Durch die erfindungsgemäß bedingte, geringere Verweilzeit in den Fluid- Vorratstanks lassen sich diese vom Volumen her verkleinern, was fach sprachlich mit Downsizing bezeichnet wird. Dergestalt lassen sich die Be hälterkosten für den Tank reduzieren und zudem wird der über dem Fluid niveau liegende Gasraum in den Tanks verkleinert, so dass weniger Totvo lumen entsteht, was die Dynamik der Gesamtanlage erhöht. Demgemäß wird auch weniger Prozessflüssigkeit, wie Wasser oder Kalilauge benötigt, was das sogenannte Kalt-Start-Verhalten im Elektrolysezellenbetrieb verbes sert.

Zumindest ein kleinerer Gasraum auf der Wasserstoffabgabeseite ist aus Si cherheitsgründen heraus hilfreich, da bekanntermaßen Wasserstoff leicht entzündlich ist, insbesondere wenn in Verbindung mit dem Luftsauerstoff es zur sogenannten Knallgasbildung kommt. So diffundiert in der Realität im mer auch etwas Wasserstoff durch die jeweilige Membran (PEM oder AEM) oder das Diaphragma auf die Sauerstoffseite, was in einem Teillastbereich des Elektrolysezellenbetriebs dazu führen kann, das auf der Sauerstoffseite ein solches zündfähiges Knallgasgemisch entsteht. Ein kleineres Gasvolu men im Fluid-Vorratstank auf der Sauerstoffseite ist auch insofern definitiv hilfreich.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Verfahrenslösung unter Einsatz einer Filtervorrichtung nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Figur 1 in schematisch stark vereinfachter Form den

Elektrolysevorgang nebst Entgasen anhand einer prinzipiellen Ablaufdarstellung;

Figuren 2 und 3 jeweils in perspektivischer Ansicht, einmal in Draufsicht und einmal im Längsschnitt, eine in der Ablaufdarstellung nach der Figur 1 verwen dete Filtervorrichtung.

In der Figur 1 ist in der Art einer Blackbox-Darstellung eine Elektrolysezelle oder ein Elektrolysezellenstapel (Stack) als Ganzes mit 10 bezeichnet. Die Elektrolysezelle 10 ist über eine Stromleitung 12 an eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen, wie beispielsweise an den Generator einer Windkraftanlage. Ferner weist die Elektrolysezelle 10 eine Zufuhrleitung 14 für eine Prozessflüssigkeit in Form von Wasser oder Kalilauge auf. Der Kühlkreislauf für die Elektrolysezelle 10 ist der einfacheren Darstellung we gen weggelassen.

Im Betrieb der Zelle 10 zerlegt diese durch den elektrischen Strom und un ter Einsatz einer Protonen-Austausch-Membran (nicht dargestellt) die Pro zessflüssigkeit Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der Wasserstoff über eine Wasserstoffleitung 16 und der in der Prozessflüssigkeit gelöste, hilfsweise fein dispergierte Sauerstoff, der auch in der Strömung mitgerissen wird, wird als Prozessfluid über die Abgabeleitung 18 aus der Elektrolyse zelle 10 herausgeführt. Die Abgabeleitung 18 ist fluidfördernd an einen Ein gang 20 eines Fluid-Vorratstanks 22 angeschlossen, der eine als Ganzes mit 24 bezeichnete Filtervorrichtung aufnimmt. Der Fluid-Vorratstank 22 weist ferner einen unterhalb eines Fluidniveaus 26 gelegenen Ausgang 26 auf so wie kopfseitig einen weiteren Ausgang 30 für das Prozessgas Sauerstoff. Der Fluidausgang 28 für Prozessflüssigkeit ist unter Bildung einer Kreislauffüh rung (nicht dargestellt) an die Zufuhrleitung 14 angeschlossen, um derge stalt abgereinigte Prozessflüssigkeit für den Elektrolysezellenbetrieb zu er halten. Mittels der Filtervorrichtung 24 wird das am Eingang 20 anstehende Prozessfluid (Wasser und Sauerstoff) von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig wird das gelöste Prozessgas Sauerstoff aus dem Prozessfluid, unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit Wasser, abge- schieden. Das derart abgereinigte Prozesswasser wird dann von der Flüssig keitsseite 31 des Tanks 22 über den Ausgang 26 rückgeführt und das abge schiedene Gas in Form von Sauerstoff verlässt den Fluid-Vorratstank 22 über dessen Gasseite 33 und über den kopfseitigen weiteren Ausgang 30. Wie insbesondere die Figur 1 weiter zeigt, wird der Entgasungs- und Abrei nigungsvorgang derart gesteuert, dass das Fluidniveau 28 im Fluid-Vorrats tank 22 die Filtervorrichtung 24 nur teilweise überdeckt, so dass die Filter vorrichtung 24 über das Fluidniveau 28 mit vorgebbarer axialer Baulänge übersteht.

Wird entgegen der Darstellung nach der Figur 1 die Wasserstoffelektrode nicht ohne eigenen Fluidkreislauf „trocken" gefahren, sondern als soge nannte nasse Elektrode mit einem eigenen Flüssigkeitskreislauf betrieben, kann an die Wasserstoffleitung 16 eine entsprechende Nachbehandlungs einrichtung angeschlossen werden, bestehend aus den Komponenten Fluid- Vorratstank 22 und Filtervorrichtung 24.

Des Weiteren kann anstelle von Wasser als Prozessflüssigkeit Kalilauge ver wendet werden, die dann über die Zufuhrleitung 14 der Elektrolysezelle 10 zugeführt wird. Auch dahingehend wird dann Sauerstoff über die Feitung 18 abgeschieden und Wasserstoff über die Feitung 16. Als Trennungsele ment in der Zelle 10 dient ein nicht näher dargestelltes Diaphragma, bei spielsweise in Form eines feinen Metallgitters oder einer Anionen-Aus- tausch-Membran. Im dahingehenden Fall werden nunmehr beide Flüssig keitskreisläufe sowohl auf der Sauerstoff- als auch auf der Wasserstoffseite mit einer Nachbehandlungseinrichtung gemäß der Darstellung nach der Fi gur 1 versehen.

Für die Abreinigungs- und Entgasungsvorgänge kommt der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Filtervorrichtung besondere Bedeutung zu. Die als soge nannte In-Tank-Fösung konzipierte Filtervorrichtung ist in den Figuren 2 und 3 zur Gänze dargestellt und weist ein als Ganzes mit 32 bezeichnetes Filtergehäuse auf, das kopfseitig ein Deckelteil 34 und ferner eine Gehäuse wand 36 aufweist, die in der Art eines Abströmrohrs konzipiert ist. Die Ge häusewand 36 weist Fluiddurchgänge in Form von Fenstern 38 (Figur 2) auf, wobei anstelle der fensterartigen Durchlassstellen 38 auch eine in der Figur 3 gezeigte Perforation 40 in der Gehäusewand 36 eingebracht sein kann. Die dahingehende Perforation 40 besteht aus einzelnen kreisrunden Durchgangslöchern 41 in der Gehäusewand 36, vorzugsweise in der Art von Durchgangsbohrungen. Anstelle der gezeigten Filtervorrichtung kann auch eine andersgeartete Filtervorrichtung zum Einsatz kommen, die die Gasabscheidung ausschließlich über das Filtermedium, auch auf dessen In nenseite durchführt und gänzlich ohne Gehäusewindung mit Durchtritts fenstern auskommt. Die Figur 3 zeigt den Teil des Filtergehäuses 32, der vom Deckelteil 34 aus gehend sich in das Innere des Fluid-Vorratstanks 22 erstreckt und aus einer Baueinheit besteht, gebildet aus einem Filterelement 44 als integralem Be standteil des Abströmrohrs 36. Das Filterelement 44 weist, wie üblich, ein hohlzylinderförmiges Elementmaterial 46 auf, das sich zusammen mit ei- nem außenliegenden Stützrohr 48, das mit Fluiddurchlassstellen versehen ist zwischen einer oberen Endkappe 50 und einer unteren Endkappe 52 er streckt. Die obere, dem Deckelteil 34 zugeordnete Endkappe 50 ist über einzelne Raststege 54 mit dem Deckelteil 34 verbindbar. Das Deckelteil 34 ist über eine nicht näher dargestellte Gewindestrecke mit der Oberseite 56 des Vorratstanks 22 in wiederlösbarer Weise verbindbar. Das Fluiddurch lässe aufweisende Stützrohr 48 ist aus einzelnen miteinander verrasteten Teilsegmenten 58 aus Längs- und Querstäben gebildet und die mit Durch lässen 38, 41 versehene Gehäusewand 36 umfasst das Filterelement 44 mit seinem Stützrohr 48 mit einem vorgebbaren Radialabstand, so dass dazwi- schenliegend ein Fluidströmungsraum 60 gebildet ist. Figur 3 zeigt des Weiteren die Ausbildung der unteren Endkappe 52 über die für den Filtrier- und Entgasungsbetrieb, Prozessfluid in den inneren Fil terhohlraum 62 gelangen kann, wofür die untere Endkappe 52 mit einer zentralen Mittenöffnung 64 versehen ist. Entgegen der prinzipiellen Darstel lung nach der Figur 1 erfolgt also der Fluidzutritt über einen Eingang, der nicht seitlich die Tankwand des Vorratstanks 22 durchgreift, sondern von unten her über eine nicht näher dargestellte bodenseitige Zugangsöffnung die stutzenartig in das Innere der Filtervorrichtung eingreift und von einer Umfassung 66 mit oberem Endanschlag umfasst ist.

Das jeweilige Prozessfluid strömt mithin über die untere Mittenöffnung 64 in den Filterhohlraum 62 ein und durchströmt anschließend von innen nach außen das Elementmaterial 46 des Filterelementes 44. Dabei wird das Pro zessfluid von Verschmutzung, insbesondere in Form von Partikelverunreini gungen und kleinen im Fluid fein dispergierten oder mitgerissenen Gasbla sen abgereinigt und gelangt über den Fluid-Strömungsraum 60 nach Durch strömen der fensterartigen Durchlassöffnungen 38 (Figur 2) oder der lochar tigen Perforation 40 (Figur 3) der zugehörigen Gehäusewand 36 ins Innere des Tanks 22, so dass insoweit abgereinigtes Prozessfluid auf die Filtratseite der Filtervorrichtung gelangt und mithin auf die Flüssigkeitsseite 31 des Fluid-Vorratstanks 22 mit sich veränderndem Fluidniveau 28.

An der jeweiligen Durchlassöffnung 38, 40 in der Gehäusewand 36 sam meln sich dabei Gasblasen an, die zu größeren Blasengebinden zusammen gefasst dann an der Außenseite der Gehäusewand 36 aufsteigen und auf die Gasseite 33 des Vorratstanks 22 gelangen, mit der Möglichkeit des Abfüh rens aus dem Tank 22 mittels des gasseitigen weiteren Ausgangs 30.

Für einen Tausch des Filterelementes 44 gegen ein Neuelement ist insoweit dann das Deckelteil 34 vom Tank 22 auf dessen Oberseite 56 abzuschrau- ben und die in der Figur 3 gezeigte Einheit kann zusammen mit dem De ckelteil 34 aus dem Tank 22 entnommen werden. Nach Trennen des De ckelteils 34 über die Raststege 54 von den sonstigen Teilen der Filtervor richtung lässt sich das Filterelement 44 über die obere Abgabeöffnung aus dem Filtergehäuse 32 entfernen und gegen ein Neuelement tauschen. In entsprechend umgekehrter Abfolge wird dann die Filtervorrichtung in den Tank 22 wiederum eingesetzt. Während die Partikelfiltration im Wesentli chen in einer Durchströmungsrichtung horizontal (Figur 1 ) erfolgt, ge schieht das Entgasen in vertikaler Richtung entlang der Innen- und Außen- seite der Gehäusewand 36, wobei noch etwaig mitgeführtes Fluid, schwer kraftbedingt herunterrinnen kann und zur Erhöhung des Fluidniveaus 28 im Tank 22 dann mit beiträgt. Dergestalt ist mittels der Filtervorrichtung 24 die Entgasung von Wasserstoff bzw. Sauerstoff aus Prozessfluiden im Rahmen des Elektrolysezellenbetriebs deutlich erleichtert, wobei die dahingehende Vorrichtung auch für die alkalische Elektrolyse ohne Weiteres eingesetzt werden kann. Ein Einsatz des hier beschriebenen Verfahrens und der Filter einrichtung bei anderen Elektrolyseverfahren z.B. für die Chlorerzeugung ist ohne Weiteres möglich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Verfahren zur Behandlung von Prozessfluiden wie sie bei der Zerle gung einer Prozessflüssigkeit in voneinander verschiedene Prozess gase mit Hilfe von elektrischem Strom in einer Elektrolysezelle (10) entstehen, mit mindestens einem Fluidkreislauf, in dem zumindest eines der Prozessgase in enthaltener Form in der Prozessflüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids vorliegt, wobei als Teil des Fluid kreislaufs mindestens ein Fluid-Vorratstank (22) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluid-Vorratstank (22) mindes tens eine Filtervorrichtung (24) aufgenommen ist, mittels der das Pro zessfluid von etwaiger Partikelverschmutzung abgereinigt und gleichzeitig das enthaltene Prozessgas aus dem Prozessfluid unter Zurückbehalten der Prozessflüssigkeit abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Pro zessflüssigkeit Wasser oder Kalilauge verwendet wird, und dass als Prozessgase Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der Prozessgase mindestens eine Protonen-Aus- tausch-Membran als Trennungselement verwendet wird unter Einsatz von Wasser als Prozessflüssigkeit, und dass das auf der Sauer stoffseite der Membran entstehende Prozessfluid mittels der im Vor- ratstank (22) angeordneten Filtervorrichtung (24) wieder in seine Be standteile Wasser und Sauerstoff aufgetrennt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der auf der Wasserstoffseite der Protonen-Aus- tausch-Membran entstehende Wasserstoff in Wasser als der Prozess- flüssigkeit unter Bildung des Prozessfluids gelöst und mittels der Fil tervorrichtung (24) wieder in seine Bestandteile Wasser und Wasser stoff aufgetrennt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass für die Erzeugung der Prozessgase mindestens ein Diaphragma oder eine Anion-Austauscher-Membran (AEM) als Trennungselement verwendet wird, unter Einsatz von Kalilauge als Prozessflüssigkeit, und dass das auf der Sauerstoffseite und der Was serstoffseite des Diaphragmas entstehende Prozessfluid mittels einer zuordenbaren Filtervorrichtung (24) im Vorratstank (22) wieder in seine Bestandteile Kalilauge und dem jeweiligen Prozessgas in Form von Sauerstoff und Wasserstoff aufgetrennt wird.

6. Filtervorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zur Behandlung von Prozessfluiden, nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem, vorzugsweise austauschbaren, Filterelement (44), das von innen nach außen von einem Fluid durchströmbar ist, und dass jeweils unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes und unter Bildung eines Fluidströmungsraumes (60) das Filterele ment (44) von einer Gehäusewand (36) umgeben ist, die als Ab- strömrohr ausgebildet mehrere Durchlassstellen (38, 40) aufweist, von denen ein Teil unterhalb des jeweiligen veränderbaren Fluidni veaus (28) im Fluid-Vorratstank (22) und der andere Teil oberhalb dieses Fluidniveaus (28) angeordnet ist.

7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Durchlassstellen (38) in der Gehäusewand (36) fens terartig ausgebildet sind, und dass etwaig im gereinigten Fluid sich befindende Gasblasen über die fensterartigen Durchlassöffnungen (38) abscheidbar und für eine fluidniveaunahe Abgabe sammelbar sind.

8. Filtervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand (36) mit den fensterartigen Durchlassöffnun gen (38) sich mittels eines Deckelteils (34) in dem Fluid-Vorratstank (22) festlegen lässt, und dass eine Zuführung von Prozessfluid in das

Innere des Filterelementes über einen Zulauf (20) im Fluid-Vorrats tank (22) hergestellt ist.

9. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Öffnungsquerschnitte für die Durchlassstellen

(38, 40) derart gewählt sind, dass die Gasblasen für eine erleichterte Abgabe unter dem Einfluss ihrer Oberflächenspannung im Volumen vergrößerbar sind.