EP4363637A1 - System for carrying out electrolysis - Google Patents
System for carrying out electrolysisInfo
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- EP4363637A1 EP4363637A1 EP22737710.8A EP22737710A EP4363637A1 EP 4363637 A1 EP4363637 A1 EP 4363637A1 EP 22737710 A EP22737710 A EP 22737710A EP 4363637 A1 EP4363637 A1 EP 4363637A1
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Definitions
- the invention relates to a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen, as specified in the claims.
- the system is designed for a flexible design of the process of electrolysis for the production of oxygen and what hydrogen with high efficiency and / or extended service life of the individual components of the system.
- EP1866996B9 presents a system consisting of one or more electrolysis cell subsystems and one or more fuel cell subsystems and one or more liquid modules, which system can be expanded with regard to the one or more fuel cell subsystems or the one or more electrolysis cell subsystems.
- at least one or at least several electrolysis cell subsystems are in fluidic and electrical communication with at least one or more liquid modules, the fluidic and electrical communication connections of the system not being limited to a specific number.
- a control device is described which activates or monitors or adjusts or deactivates all aspects of the connection between the functional parts of the system, in particular between subsystems and fluid modules.
- the control means is intended to detect fluctuations in individual functional parts of the system during operation and to automatically compensate for such fluctuations directly and/or indirectly, making it possible for subsystems with different technologies or from different manufacturers or types are usable. Furthermore, the control means is provided so that the system can be transferred to maintenance mode, in which a modular exchange process of subsystems of the system can be carried out.
- the usability and operating ergonomics of this known system are only partially satisfactory.
- CN 111826669A describes a plant with electrolytic devices of modular design.
- the system shows a modularization based on the repeated construction of electrolysis devices, these electrolysis devices in turn contain several electrolysis modules, which electrolysis modules have different power ranges exhibit.
- the supply of an electrolyte is configured separately for each electrolysis module in this system. With regard to the supply of electrolyte, the usability of the electrolysis modules and the operating ergonomics in this system are only partially satisfactory.
- the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an electrolysis system in which the design and the process of the electrolysis for generating oxygen and hydrogen is improved.
- the system according to the invention comprises at least two electrolysis devices, which electrolysis devices can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device, which at least two electrolysis devices each have an electrolyte inlet and an electrolyte outlet, which electrolyte inlets and electrolyte outlets are connected to the common electrolyte supply device to build up an electrolyte flow fluidly coupled through each of the electrolyzers, and at least one electronic controller.
- electrolyte used includes both media that are considered electrolytes and alcohols or ultrapure water.
- At least one flow condition detection device is designed to detect the flow conditions of the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices.
- the control device is set up to control at least one actuator for influencing the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices on the basis of values detected by the at least one flow state detection device.
- Such a system is particularly practicable because the electrolytic generation of oxygen and hydrogen by an electrical power specified for the system by an electrolysis device with the aid of the flow condition detection device with the control device by the actuator for influencing the electrolyte flow with regard to the electrolysis process in an improved manner can be carried out.
- an optimal process control is also possible through the disclosed system when the specified electrical power to maintain the electrolysis is not constant. hold is.
- the electrolyte flow can be adapted by the actuator in a simple yet effective manner for optimal supply of the electrolysis devices.
- determined detection values of the flow status detection device are used to draw conclusions about the operating status of the electrolysis devices and thus subsequently identify deteriorations or changes in the electrolysis process of the electrolysis device at an early stage and counteract them with control technology.
- This status monitoring based on the flow status detection device is also advantageously set up to detect gradual process-related changes such as degradation of chemically active materials that are required to carry out the electrolysis over a longer period of observation, in particular over several hours, several days or several months contribute, or insufficient chemi cal reactivities of the electrolysis devices, to be able to detect reliably and easily at the same time by evaluating the recorded values.
- the disclosed configuration of the system is particularly advantageous since at least two electrolysis devices can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device.
- the electrolysis process can be improved by influencing the electrolyte flow through the claimed design of the system with at least one flow status detection device with control device and actuator, for the electrolysis devices to be supplied are precisely controlled with regard to an optimal electrolyte flow.
- the jointly used electrolyte supply device does not have to be matched directly to the electrolytic devices in terms of its size and supply capacity.
- a detection of flow conditions and reactions initiated or derived from the control device, which are carried out or implemented via the actuator, enables the electrolytic devices to be supplied in accordance with their requirements.
- the electrolyte flow through the individual electrolysis devices can be controlled in terms of process technology by the design of the claimed system and thus the operational safety and functional availability of the electrolytic process and the entire system. Therefore, the electrolyte supply device can also be inherently redundant and/or oversized for the respective system, for example with regard to the fluidic pressure ranges or flow rates, with the protection of the implemented electrolysis devices still being ensured by the claimed technical features.
- the electrolyte supply device is therefore designed independently of the electrolysis devices with regard to the supply capacity of the electrolyte supply device, which occurs as a mutually decoupled interaction and brings with it far-reaching further advantages of the system:
- it can also the technological configurations or the types of electrolysis device used vary with regard to the electrolysis process for different systems, and an identically constructed or uniform electrolyte supply device can nevertheless be used for such diversely constructed systems.
- This advantage is primarily of economic benefit, since variants of different systems are possible with the electrolyte supply device remaining the same, which different systems are used specifically for different predetermined power ranges.
- the at least two electrolysis devices are structurally different, the different structural design of the electrolysis devices resulting in different operating ranges with regard to the electrical power of the electrolysis devices.
- This characteristic creates the possibility that more specific requirements for different operating strategies and thus an extended use of the system can be implemented.
- a first electrolysis device with a first operating range in a first electrical power range which is higher relative to a second electrolysis device, is used in order to use an electrical base load that is constant over a first period of time for the electrolytic production of oxygen and hydrogen; whereas the second electrolysis device is used in a second operating range in order to use electrical peak loads that additionally occur over a second period of time for the electrolytic production of oxygen and hydrogen.
- the overall efficiency of the system is increased over a period of time with repeatedly changing electrical load profiles, since the electrolysis devices work or are operated in their respective optimum operating or load range due to the structural measures mentioned.
- Another advantage of this configuration is that the second electrolysis device with a second operating range by means of the interaction of the flow state detection device, the control device and the actuator during operation to cover an electrical base load in an idle mode or standby mode, in particular a rinsing operation for a peak load that may occur with a minimal electrolyte flow can be transferred and thus the readiness to perform of the second electrolysis device is ensured, which increases the reaction speed for the provision of control services on the part of a connected electrical power network for the ready position of the electrical power.
- An embodiment of the system with electrolysis devices with different operating ranges in terms of electrical power is particularly advantageous since the fluidic interaction between different electrolysis devices in terms of the electrical power and one actuator is used to influence the electrolyte flow when a new operating point of the system settles in . Since the provision of electrolyte to the electrolysis devices is delayed in time due to the inertia of the electrolyte compared to the provision of electrical power to the electrolysis devices, anticipatory control of the actuator based on the detection values of the flow condition detection device, taking into account a required electrolyte current for the respective electrolysis devices counteracted a short-term lower overall efficiency of the system. In an operation for the provision of control services with frequent coverage of peak loads, a significantly higher overall efficiency of the system is thus achieved over a longer period of operation, which makes the disclosed system as an energy storage power plant with control capacities for the electrically connected power grid particularly distinguished.
- the at least two structurally different electrolysis devices to be fluidly connected in parallel with regard to the inflowing and outflowing electrolyte flow.
- This advantageous embodiment of the system means that each of the at least two electrolysis devices can be supplied directly with electrolyte from the electrolyte supply device. A precise controllability of the system, especially when the electrical wiring of the at least two electrolysis devices is designed in parallel, serial or interchangeable form.
- each of the at least two electrolysis devices can be supplied with electrolyte optimally or as required by means of the detected values via the control of the at least one actuator due to the fluidic parallel connection, in particular because the fluidic parallel connection within the electrolyte flow causes fluidly communicating repercussions in the electrolyte flow through the Change in the electrolysis process arise, which is clearly detected on the flow condition detection device and subsequently on the at least one actuator, in particular at least an electromechanical valve, can be at least partially compensated or compensated for.
- electrolytic devices that have or cause different dynamic pressures in relation to the electrolyte flows due to their design and/or due to gradual changes in process parameters can be optimized and operated with as little failure as possible.
- each of the electrolytic devices is assigned a flow state detection device for detecting the electrolytic flow through the individual electrolytic devices.
- feedback by the detection values from the flow condition detection devices about the electrolyte flow is used to ensure operational safety.
- the possibility of detecting incorrect operating behavior of each of the at least two electrolysis devices is created.
- a further advantageous effect of this further development is that, especially in the case of transient loading, the at least two electrolysis devices are operated in a specific manner, ie tailored to each of the at least two electrolysis devices, with the at least one actuator Electrolyte flow is adjusted. This is particularly advantageous if, due to demands on the system caused by a power provided by an electrical supply network that changes over time, the load requirements for the at least two electrolysis devices are different and vary over time and acceleration or Delays in the electrolyte flow while operation is continued in the optimum operating range at the same time is carried out by appropriate control of the actuator.
- a further advantage of this development is that the pulsations of the electrolyte flow induced by at least one actuator can be used in a targeted manner, which promotes gas bubble detachment from the components delimiting the electrolyte, while at the same time, based on the detection values of the flow condition detection devices for the individual electrolysis devices, operational safety is guaranteed.
- This improved detachment of gas bubbles from components adjacent to the electrolyte increases the overall efficiency of the system, since the reactivity of electrochemically active surfaces in the electrolysis devices is increased.
- control device can be set up to use the detection values of the at least one flow condition detection device to control the at least one actuator in such a way that each of the electrolysis devices is operated within its respective predefined volume flow operating range.
- This embodiment of the invention has the advantage that according to the specific flow resistance of the electrolytic devices, the electrolyte flow through the respective electrolytic devices is adjusted in such a way that a flow through the electrolytic device that is optimal in terms of process technology with regard to the electrolytic process is guaranteed, while at the same time being within the respectively predefined volume flow -Operating range a component protection, in particular an overload protection with regard to electrolyte pressures, is guaranteed.
- Another effect of this configuration is the possibility of an individual reaction to an operational load of an electrolysis device and, associated with this, the possibility of individual regulation of the respective electrolyte flow within the respective predefined volume flow operating range for each of the electrolysis devices in order to respond to operational requirements for the process heat within an electrolysis device on the one hand to ensure or increase the operational safety and on the other hand to ensure a high efficiency of the respective electrolysis device.
- the advantageous effect of a gentle operation with regard to the service life can be implemented by means of an optimal electrolyte volume flow when idling.
- the flow state detection device can comprise at least one pressure sensor.
- the possibility of more precisely detecting the flow rate of the electrolyte via a pressure measurement of the at least one pressure sensor has the advantage that the convective heat transport for targeted temperature regulation of the at least two electrolysis devices can be optimally adjusted by means of the actuator.
- the use of the at least one pressure sensor results in the advantage that this at least one pressure sensor is relatively inexpensive while at the same time having high measuring accuracy, in particular in comparison to volume flow sensors.
- the flow state detection device comprises at least one temperature sensor, which is particularly advantageous with regard to the detection of the amounts of heat absorbed or released by the electrolyte from the at least two electrolysis devices.
- the at least one actuator by regulating the electrolytic flow by means of the at least one actuator, it is possible or adjustable for the at least two electrolytic devices to have an optimal or control-technically predetermined process temperature. In addition to a high degree of efficiency of an electrolysis device in operation, this has the further positive effect that another electrolysis device can then be transferred more quickly from a rinsing operation to an optimal operation by setting the optimum process temperature.
- the use of at least one temperature sensor is advantageous because Overstressing of the at least two electrolysis devices is detected and corresponding protective mechanisms are triggered by means of the at least one actuator, in particular when insufficient gas bubble detachment from the components wetted by the electrolyte threatens thermal overstressing due to the electrochemical process of the electrolysis and thus permanent damage to the system can be prevented.
- the use of the at least one temperature sensor results in the advantage that this at least one temperature sensor is available as a cost-effective standard sensor with high measuring accuracy at the same time.
- it can also be used for chemically relatively aggressive or problematic electrolytes.
- a possible replacement of the at least one temperature sensor is also advantageous in terms of costs compared to other sensors for detecting the flow state.
- At least one of the electrolysis devices to include at least two electrolysis modules that are fluidically coupled with respect to the electrolyte flow.
- the advantage of possible adjustments to the electrolysis process within an electrolysis device results from a changeable electrical connection of the individual electrolysis modules while the electrolyte is guided through the electrolysis modules at the same time and/or unchanged.
- the power spectrum of an electrolysis device can thus be changed, which has far-reaching advantages, especially in terms of recurring optimization of the entire system when the general conditions of use of the system change.
- this embodiment of the system enables electrochemical compression and/or gas purification of hydrogen by arranging electrolysis modules in a row within an electrolysis device. This is possible through appropriate fluidic routing of the media within the electrolysis modules, with the electrolysis modules advantageously being fluidically connected in series within an electrolysis device and the at least two electrolysis devices being able to be supplied as independently operable units from the shared electrolyte supply device.
- At least one of the at least two electrolysis modules to comprise at least one anion exchange membrane which divides a cell chamber of the at least one electrolysis module.
- An anion exchange membrane as charge-selective filter for the separation of anions from the electrolyte brings the decisive advantage of lower power densities with regard to the overall system, compared to PEM electrolysers, for example.
- the lower power density increases the safety of the entire system, since the system pressures and temperature gradients in the electrolyte flow are lower, and at the same time materials for components of electrolysis systems with anion exchange membranes can be produced in a comparatively more resource-efficient manner than, for example, materials for components of electrolysis systems with proto nominal exchange membrane.
- the at least two electrolysis devices it is possible for the at least two electrolysis devices to have different electrolysis modules with regard to the cell cross section and/or with regard to a different number of cell chambers.
- a positive effect of this characteristic is the realization of different pressure stages of the electrolysis products.
- Another positive effect is that electrolytic modules that are connected in series in a fluidic manner are matched to one another according to the process-related change in the properties of the electrolyte by adjusting the number and size of cells, with the effectiveness of an electrolytic device being increased.
- the at least two electrolysis devices can be coordinated with one another in terms of performance and with regard to the supply requirements for the electrolyte flow, which has the advantage that overall improved control of the system by the at least one actuator with the aid of the detection values of the at least a flow condition detection device is possible.
- the electrolyte supply device comprises a storage tank for the electrolyte and an electrolyte preparation device for the electrolyte, with the storage tank ensuring the provision of the electrolyte for the at least two electrolysis devices.
- the system is In view of the electrolyte, it can be operated as a closed system, which brings with it the advantages of a closed encapsulation in terms of plant safety.
- this embodiment is advantageous because the electrolyte supply device with the one storage tank and corresponding auxiliary elements for ensuring the supply, in particular pumps, can be implemented redundantly. At the same time, the effect occurs that the control requirement of the at least one actuator is covered by a corresponding dimensioning of the storage tank.
- the electrolyte in the storage tank is prepared by means of the electrolyte preparation device with simultaneous mixing in the storage tank in accordance with the process engineering specifications and thus in turn the flow state of the electrolyte stream in accordance with the requirements of the electrolysis devices for the at least two electrolysis devices by means of the actuator in optima ler way can be controlled.
- the state of the electrolyte is monitored over several minutes or over several hours by means of the flow state detection device in order to estimate a necessary preparation of the electrolyte by means of the electrolyte preparation device and to trigger this necessary preparation for the system in a centralized manner by means of the control device.
- the electrolyte supply device comprises a heat transfer device, the heat transfer device being set up to supply or extract heat from the electrolyte.
- the heat transfer device according to the embodiment has the advantage of the centralized, optimized preparation of the electrolyte.
- the heat transfer device thus enables component protection of all components wetted with electrolyte within the system on the one hand, and on the other hand heat management has a positive effect on the flow state detection device, as a reference of the state of the electrolyte collected centrally in the storage tank according to the detection values of the Flow condition detection device acts as a base. This enables the electrolytic devices to be matched all the more precisely to the operating ranges of the at least two electrolytic devices in each case by means of the at least one actuator.
- the heat transfer device can also be used in conjunction with the electrolyte preparation device for the preparation and conditioning of the electrolyte.
- the control device is set up to specify an operating range or an operating point for at least one of the electrolysis devices and to transmit it to the at least one electrolysis device for implementation. This results in the advantageous effect that the electrolyte supply device can be operated independently of the number and power of the at least two electrolysis devices and the at least one electrolysis device can be operated accordingly in an independent mode of operation in the system.
- the at least one electrolyte drain to be connected to the electrolyte supply device flow s via at least one return line, so that circulation of electrolyte between the electrolyte supply device and the at least one electrolysis device can be established.
- the amount of heat to be supplied or removed to or from the at least one electrolysis device is positively influenced, since the electrolyte is not mixed through the guaranteed circulation between the electrolyte supply device and the at least one electrolysis device.
- optimal control of the at least one actuator is thus possible.
- the electrolyte outlet of the at least one electrolytic device is flow-connected to the one storage tank for the electrolyte by means of the at least one return line.
- the fluidic connection of the at least one return line to the one storage tank ensures the defined return of the electrolyte, which prevents an uncontrolled and/or unwanted influence on the flow of the electrolyte and the at least two electrolytic devices according to the requirements for the operating ranges of the at least two electrodes rolysis devices are optimally controlled by means of the at least one actuator.
- the at least one electrolyte drain can be coupled to the at least one return line by means of the at least one actuator.
- this measure has the decisive advantage that the electrolyte flow can be optimally adjusted with regard to the flow state via the at least one actuator, so that the electrolysis process is carried out in accordance with the requirements of the operating range of the electrolysis device.
- a required pressure can be set in the at least one electrolyte outlet, while at the same time a required electrolyte flow is maintained by the electrolyte supply device.
- the electrolyte flow through the at least one electrolysis device can be diverted or decoupled from a circulation line for the electrolyte by means of the at least one actuator.
- Any supply elements for supplying electrolyte, such as pumps, can also be operated in an optimal operating range, since the circulation of electrolyte in the one circulation line can be decoupled from the supply situation of the at least two electrolysis devices through the one circulation line by means of the at least one actuator.
- a decisive further advantage of this configuration results from the possibility of expanding the system with further electrolysis devices, with the electrolyte supply device being able to be operated essentially independently of a gradual expansion up to a maximum possible electrolyte flow.
- An advantageous development of the system is characterized in that the at least one actuator connects an electrolyte inlet of the at least one electrolysis device to the circulation line.
- This configuration has the advantage that an actuator reacts directly to the supply situation of the at least one electrolysis device.
- optimal reactions to load changes can be mapped by the at least one electrolysis device, which overall contributes to a higher overall efficiency of the system, since the electrical supply power provided is utilized in an optimal manner.
- flow accelerations and/or flow decelerations wrestled, which are induced by any changes in the supply situation of the electrolyte Versor supply device, adjustable in a gradual manner, which increases the protection of the structural and associated with the electrolyte components of the at least one electro lysis device.
- the at least one actuator can be switched to a blocked state, in which an electrolyte flow to the at least one electrolysis device can be completely suppressed.
- this results in the advantage that the at least one electrolysis device downstream of the actuator in the direction of flow can be protected from the at least one actuator in the blocking state in terms of process technology, or that, conversely, the system is protected in terms of process technology in the event of a malfunction of the at least one electrolysis device.
- the automatically controllable or semi-automatically initiated blocking state enables parts of the system to be easily replaced and/or expanded, even during continued operation of the electrolyte supply device.
- An embodiment of the at least one actuator as a proportionally controlled directional control valve can be particularly advantageous, since correspondingly precise changes in the electrolyte flow can be implemented, whereby the already mentioned effects of the at least one actuator are favored and can be implemented in a particularly favorable manner in accordance with the above-mentioned embodiments.
- the control device is set up to receive a target operating range for the system for carrying out the electrolysis from a supply system. It can be particularly advantageous if the supply system is a large installation, by means of which several installations are operated and supplied for carrying out an electrolysis. This results in the advantageous effect that, with the aid of the detection values of the flow condition detection device, the at least one actuator operates and/or protects the system for carrying out the electrolysis independently despite a specification of the target operating range.
- the control device is set up to to transmit detection values of the at least one flow condition detection device to a supply system. This transmission of the recorded values means that the components of the system for carrying out the electrolysis can be protected in an extended manner.
- a feedback can be implemented through detection values on target operating range specifications, whereby a control loop is realized with the supply system and the operation of the system for carrying out the electrolysis by means of the at least one actuator is carried out with regard to an ideal utilization of the capacities of the system.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a first embodiment
- FIG. 2 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a second embodiment
- FIG. 3 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a third embodiment
- FIG. 4 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a fourth embodiment.
- Fig. 1 a first possible embodiment of a system for implementing an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen is shown schematically.
- This system is set up to generate oxygen and hydrogen using an electrical load through the electrochemical process of electrolysis with the aid of an electrolyte, with the primary purpose of the system being the generation of hydrogen for further use, storage or feeding into a corresponding infrastructure is.
- the system shown can be operated independently or equally within a large system as a semi-autonomous system. In any case, the system serves the purpose of generating hydrogen, whereby the oxygen produced by the electrolysis process does not have to be provided for any specific further use.
- the system can be used to convert electrical power from renewable energies into so-called “green” hydrogen.
- the illustrated configuration of the system for carrying out an electrolysis to generate oxygen and hydrogen comprises at least two electrolysis devices 1, in particular a first electrolysis device la and a second electrolysis device lb, which are preferably identical in construction, although they do not necessarily have to be identical in construction.
- the electrolysis devices 1 can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device 2 , the electrolysis devices 1 each having an electrolyte inlet 3 and an electrolyte outlet 4 .
- the respective electrolyte inlet 3 and the respective electrolyte outlet 4 are coupled to the common electrolyte supply device 2 so that an electrolyte flow can be built up through the respective electrolysis device 1 .
- the electrolyte flow is thus provided by the electrolyte supply device 2 through the electrolysis devices 1 , with the electrochemical process of the electrolysis being carried out by the electrolysis device 1 in each case.
- the configuration of the system shown comprises at least one electronic control device 5, which controls the system.
- This electronic control device 5 can have a communication connection 21 and an electrical supply line 22 .
- the electronic control device 5 can control the facility according to a specification of an operating range for the facility and according to the specification of an electric load for the facility.
- this can be advantageous if the illustrated Embodiments of the system are integrated as a subsystem within a large system, with corresponding specifications being provided by the large system by means of the communication link 21 and the electrical supply line 22 .
- the system also includes a flow condition detection device 6 for detecting the flow conditions of the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices 1.
- the control device 5 of the system is also set up to use the detected values of the at least one flow condition detection device 6 to detect at least one actuator 7 for Influencing the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices 1 to control.
- An electrolyte flow can thus advantageously be set up according to the operating ranges or operating points of the at least two electrolysis devices 1, monitored using the at least one flow state detection device 6 and/or manipulated using the at least one actuator 7 or influenced in terms of process technology.
- the electrolyte thus provided in the electrolysis devices 1 is used in order, with the aid of an electrical load provided on the electrolysis devices 1 by means of the control connections 23, to carry out an electrolysis for generating oxygen and hydrogen.
- this creates the possibility of operating the system in an optimal manner, whereby the possibility can also be created that the system, in accordance with the specifications of the communication link 21 and the electrical supply line 22, can perform electrolysis by inherently independent operation but in conjunction with a large scale facility.
- a product gas collection line 15 can be used to remove the hydrogen produced from the electrolysis devices 1 for any further use.
- the product gas collection line 15 can also make it possible for the electrolysis devices 1 to be flushed with fluid.
- the electrolyte supply device 2 can comprise a storage tank 10 for the electrolyte and an electrolyte preparation device 11 for the electrolyte. So can the provision of the electrolyte for the at least two electrolysis devices 1 can be ensured by means of the storage tank 10 . Provision can also be made for the at least one electrolyte outlet 4 to be flow-connected to the electrolyte supply device 2 via at least one return line 13, so that circulation of electrolyte between the electrolyte supply device 2 and the at least one electrolysis device 1 can be established. In one possible configuration of the system, the electrolyte can thus be fed from the electrolysis devices 1 into the storage tank via at least one return line 13
- the electrolyte outlet 4 of the at least one electrolysis device 1 can be flow-connected to the one storage tank 10 for the electrolyte by means of the at least one return line 13 .
- the electrolyte is fed back into the storage tank 10 from the electrolysis devices 1 and that the oxygen produced by the electrolysis can be discharged from the storage tank 10 by means of an oxygen line 16 .
- the electrolyte processing device 11 can be used to process the electrolyte again, with a corresponding additive supply line 17 being able to be used.
- the electrolyte supply device 2 can include a heat transfer device 12, wherein the heat transfer device 12 is set up to supply or extract heat from the electrolyte.
- This heat transfer device 12 can be used according to the advantages described above.
- the heat transfer device 12 can support the preparation of the electrolyte by means of the electrolyte preparation device
- the electrolyte can be stimulated by heating to a material separation by evaporation, as a result of which the chemical properties of the electrolyte can be changed.
- Further advantageous effects of this embodiment are the component protection of the components wetted with electrolyte and the increase in the reaction speed of the electrolysis devices 1 and, as a result, more efficient operation of the same.
- the system can be supplemented by a heat exchange medium supply line 18 and a heat exchanger medium discharge line 19 and a storage tank emptying line 20 will.
- the heat transfer device 12 can be operated in an effective manner with the aid of a heat exchange medium.
- the storage tank 10 can also be completely emptied in order, for example, to completely exchange the electrolyte or to prepare it externally.
- at least two storage tanks are used if multi-flow operation with, for example, two electrolytes with different or the same chemical properties is used.
- other necessary structural measures such as at least two electrolyte inlets and outlets, must be provided.
- the additive supply line 17 as a multiple use can both allow the supply of the additive and also allow the storage tank 10 to be emptied.
- This embodiment of the system enables effective operation of the system, in particular since the control device 5 is set up to control the at least one actuator 7 based on the detection values of the at least one flow condition detection device 6 in such a way that each of the Electrolytic devices 1 can be operated within half of their respective predefined or optimal volume flow operating range.
- the flow state detection device 6 can include at least one pressure sensor and/or one temperature sensor. As already described above, the use of these sensors can be advantageous for the system due to a number of effects.
- a possible configuration of the system can be that the electrolyte flow through the at least one electrolysis device 1c can be diverted/decoupled from a circulation line 14 for the electrolyte by means of the at least one actuator 7a. Provision can be made here for the at least one actuator 7a to connect an electrolyte inlet 3 which connects at least one electrolysis device 1c to the circulation line 14 .
- the system can contain a pumping device 24 for supplying the electrolytic devices 1 with electrolyte in a redundant manner.
- the pump device 24 it should be noted that it can be installed on the suction side or on the pressure side in relation to the direction of flow for supplying the electrolytic devices with electrolyte.
- the circulation line 14 enables the electrolyte to be supplied by the electrolyte supply device 2 regardless of the number and structural differences between the at least two electrolysis devices 1 .
- the pumping device 24 can also be oversized in order to ensure that the system can be expanded with several electrolytic devices 1 while at the same time complying with all the requirements of the electrolytic devices 1 for the electrolyte flow, particularly in terms of flow technology.
- the pump device 24 can be expanded in a possible embodiment to include a pump for the constant overturning and/or circulation of the electrolyte.
- Such a configuration has the advantageous effect that the flow of electrolyte is kept in constant motion, and thus the accumulation of gas bubbles on surfaces wetted by the electrolyte is advantageously reduced or prevented.
- the at least one actuator 7b is provided in the return of the circulation line.
- an ideal operating point of the at least two electrolysis devices 1 with regard to the efficiency can be set. Above all, this can bring far-reaching advantages in conjunction with a corresponding control of the pump device 24, since this enables an extremely precise dosing of the electrolyte flow.
- the arrangement of the at least one actuator 7b shown in FIG. 2 is an example of an embodiment, so the possibility of arranging this actuator in the inlet of the circulation line can also be advantageous.
- the pumping device 24 can be designed to suck or pump with respect to the direction of supply with electrolytes and that no preferred arrangement is provided with respect to the direction of supply with electrolytes. This is to be noted above all in relation to FIG. 1 .
- the different structural design of the electrolysis devices 1 results in a different operating range with regard to the electrical power of the electrolysis devices 1.
- an embodiment of the system can also be advantageous in which at least one of the electrolysis devices 1, for example the electrolysis device 1d as shown, comprises at least two electrolysis modules 8 fluidically connected in series with regard to the electrolyte flow. This results in advantageous effects, as already described above.
- the different electrolysis modules 8 are designed with regard to the cell cross-section and/or with regard to a different number of cell chambers, with at least one of the at least two electrolysis modules 8 comprising at least one anion exchange membrane 9 which divides the cell chamber.
- an increased degree of flexibility can be created with regard to covering a broad operating range of the system.
- This can also create further advantageous properties of the system, such as processing the hydrogen gas in terms of its pressure level and purity within an electrolysis device 1.
- an electrolysis module 8 can also contain a large number of anion exchange membranes 9, which anion exchange membranes 9 can thus carry out an electrolytic process in a number of cell chambers lined up next to one another.
- the advantageous configuration can be created that the routing of the electrolyte and the routing of the electrolysis products is designed within an electrolysis module 8 in such a way that hydrogen gas can be generated with increased purity and at increased pressure compared to an electrolysis with only one cell chamber.
- FIG. 3 shows a further embodiment of the system, which may be independent in itself, with the same reference numbers or component designations as in the previous FIGS. 1 and 2 being used for the same parts.
- a possible embodiment of the system can be that by means of the at least one actuator 7, the at least one electrolyte outlet 4 with the at least one Return line 13 can be coupled.
- this advantageous configuration allows the electrolyte flow to be controlled in an effective manner.
- the introduction to the description and in FIG are fluidly connected in series.
- the electrolysis module 8c and the electrolysis module 8d can differ with regard to the cell cross section and/or with regard to a different number of cell chambers. As already described in detail above, this possible embodiment of the system can have several advantageous effects. On the one hand, due to the structural differences between the electrolysis modules 8, different requirements for the electrolysis process can be mapped. For example, by suitably lining up cell chambers with a first cell cross-section, different pressure stages and degrees of purity of the hydrogen gas can be implemented.
- the second electrolysis module 8d which is serial in the flow direction of the electrolyte, can be operated in a high-performance manner by suitably adapting the number of cells and cell cross-section, even if the electrolyte already contains process-related gases may include from the first electrolysis module 8c.
- the operating range and/or the most effective operating point of the electrolysis device lf can be optimally matched to the requirements of the system, for example if the system is integrated into a large-scale system as a Unit with specific requirements is to be integrated.
- FIG. 4 shows another embodiment of the system, which may be independent in itself, with the same reference numbers or component designations as in the previous FIGS. 1, 2 and 3 being used for the same parts.
- a possible configuration of the system can be that at least one actuator 7 can be converted into a blocking state in which an electrolyte flow to the at least one electrolysis device 1, to which the at least one actuator 7 is assigned, completely is preventable.
- actuator 7f in FIG System can remain operable in an optimal manner without restrictions. In addition to the advantageous effects already described, this can open up the possibility of maintenance work or ensure the interchangeability of electrolysis devices 1 with continued operation, with the operating range of the system still being able to be kept in high-performance operation in accordance with the inventive design of the system.
- the possible configuration of the system in FIG. 4 shows the possibility of expanding the system according to the invention.
- the system can comprise a plurality of electrolysis devices 1g, 1f and 1h, with these electrolysis devices 1 in turn being able to contain a plurality of electrolysis modules 8e to 81, which are also structurally different.
- electrolysis devices 1g, 1f and 1h are also structurally different.
- electrolysis modules 8e to 81 which are also structurally different.
- this embodiment shown schematically can be particularly favorable if the disclosed system is operated in a semi-autonomous manner in the network of a large system by means of a higher-level system that can take over control and load distribution tasks.
- This possible embodiment is indicated by the exemplary supply system 25 shown in FIG. 4 .
- the supply system 25 can be provided by a large system.
- an electrolysis device lg is differentiated from an electrolysis device lf according to the respective description, with both still being electrolysis devices 1 .
- All information on value ranges in the present description is to be understood in such a way that it also includes any and all sub-ranges, e.g. the information 1 to 10 is to be understood as including all sub-ranges, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 i.e. all sub-ranges start with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.
- Electrolysis device Electrolyte supply device
- Electrolyte inlet Electrolyte outlet Control device Flow state detection device
- Actuator Electrolysis module Anion exchange membrane Storage tank
- Electrolyte treatment device Heat transfer device Return line Circulation line
- Product gas collection line Oxygen line
- Additive feed line Heat exchange medium supply line
- Heat exchange medium discharge line Storage tank emptying line
- Communication connection Electrical supply line Control connections
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Abstract
The invention relates to a system for carrying out electrolysis to produce oxygen and hydrogen. Said system comprises at least two electrolysis devices (1), and these electrolysis devices (1) can be supplied with an electrolyte by a common electrolyte supply device (2). Furthermore, these electrolysis devices (1) each have an electrolyte inlet (3) and an electrolyte outlet (4), which electrolyte inlets (3) and electrolyte outlets (4) are coupled to the common electrolyte supply device (2) to provide an electrolyte stream through each of the electrolysis devices (1). The system also comprises at least one electronic control device (5) and at least one flow state detection device (6) to detect the flow states of the electrolyte stream through at least one of the electrolysis devices (1). The control device (5) is designed to control at least one actuator (7) to influence the electrolyte stream through at least one of the electrolysis devices (1) using detection values from the at least one flow state detection device (6). In this way a system is created, by means of which the process of electrolysis for producing oxygen and hydrogen can be carried out in an effective manner. At the same time the system is designed for a flexible design of the process of electrolysis with at the same time high efficiency and extended service life of the individual components of the system.
Description
ANLAGE ZUR DURCHFÜHRUNG EINER ELEKTROLYSE PLANT FOR PERFORMING AN ELECTROLYSIS
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist. Die Anlage ist für eine flexible Ausgestaltung des Prozesses der Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Was serstoff bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und/oder erweiterter Lebensdauer der Einzel komponenten der Anlage ausgestaltet. The invention relates to a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen, as specified in the claims. The system is designed for a flexible design of the process of electrolysis for the production of oxygen and what hydrogen with high efficiency and / or extended service life of the individual components of the system.
In der EP1866996B9 wird eine Anlage, bestehend einem oder mehreren Elektrolysezellensub systemen und einem oder mehreren Brennstoffzellensubsystemen sowie einem oder mehreren Flüssigkeitsmodulen, vorgestellt, welche Anlage hinsichtlich der einen oder mehreren Brenn stoffzellensubsysteme oder der einen oder mehreren Elektrolysezellensubsysteme erweitert werden kann. Bei dieser Anlage ist zumindest ein oder sind zumindest mehrere Elektrolyse zellensubsysteme in fluidischer und elektrischer Kommunikation mit zumindest einem oder mehreren Flüssigkeitsmodulen, wobei die fluidischen und elektrischen Kommunikationsver bindungen der Anlage nicht auf eine bestimmte Anzahl limitiert sind. Weiters wird ein Steu ermittel beschrieben, welches alle Aspekte der Verbindung zwischen den funktionalen Teilen der Anlage, insbesondere zwischen Subsystemen und Fluidmodulen, aktiviert oder überwacht oder anpasst oder deaktiviert. Das Steuermittel ist dafür vorgesehen, dass Schwankungen von einzelnen funktionalen Teilen der Anlage im Betrieb erkannt werden und dass automatisch eine direkte und/oder indirekte Kompensation solcher Schwankungen durchgeführt wird, wodurch es möglich wird, dass Subsysteme mit unterschiedlichen Technologien oder von un terschiedlichem Hersteller oder Typ verwendbar sind. Weiters ist das Steuermittel dafür vor gesehen, dass die Anlage in einen Wartungsbetrieb überführt werden kann, in welchem ein modularer Austauschprozess von Subsystemen der Anlage durchgeführt werden kann. Die Nutzbarkeit und Betriebsergonomie dieser bekannten Anlage ist jedoch nur bedingt zufrieden stellend. EP1866996B9 presents a system consisting of one or more electrolysis cell subsystems and one or more fuel cell subsystems and one or more liquid modules, which system can be expanded with regard to the one or more fuel cell subsystems or the one or more electrolysis cell subsystems. In this system, at least one or at least several electrolysis cell subsystems are in fluidic and electrical communication with at least one or more liquid modules, the fluidic and electrical communication connections of the system not being limited to a specific number. Furthermore, a control device is described which activates or monitors or adjusts or deactivates all aspects of the connection between the functional parts of the system, in particular between subsystems and fluid modules. The control means is intended to detect fluctuations in individual functional parts of the system during operation and to automatically compensate for such fluctuations directly and/or indirectly, making it possible for subsystems with different technologies or from different manufacturers or types are usable. Furthermore, the control means is provided so that the system can be transferred to maintenance mode, in which a modular exchange process of subsystems of the system can be carried out. However, the usability and operating ergonomics of this known system are only partially satisfactory.
In der CN 111826669A wird eine Anlage mit Elektrolysevorrichtungen in modularer Bauart beschrieben. Die Anlage zeigt eine Modularisierung bezogen auf den wiederholten Aufbau von Elektrolysevorrichtungen, wobei diese Elektrolysevorrichtungen wiederum mehrere Elektrolysemodule beinhalten, welche Elektrolysemodule unterschiedliche Leistungsbereiche
aufweisen. Die Versorgung mit einem Elektrolyten ist bei dieser Anlage für jedes Elektrolyse modul separat ausgestaltet. Hinsichtlich der Versorgung mit Elektrolyt ist bei dieser Anlage die Nutzbarkeit der Elektrolysemodule und die Betriebsergonomie nur bedingt zufriedenstel lend. CN 111826669A describes a plant with electrolytic devices of modular design. The system shows a modularization based on the repeated construction of electrolysis devices, these electrolysis devices in turn contain several electrolysis modules, which electrolysis modules have different power ranges exhibit. The supply of an electrolyte is configured separately for each electrolysis module in this system. With regard to the supply of electrolyte, the usability of the electrolysis modules and the operating ergonomics in this system are only partially satisfactory.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu über winden und eine Elektrolyseanlage zur Verfügung zu stellen, bei welcher der Aufbau und der Prozess der Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff verbessert ist. The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an electrolysis system in which the design and the process of the electrolysis for generating oxygen and hydrogen is improved.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff gemäß den Ansprüchen gelöst. This object is achieved by a system for carrying out an electrolysis to produce oxygen and hydrogen according to the claims.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen, welche Elektrolysevorrichtungen von einer gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung mit ei nem Elektrolyten versorgbar sind, welche zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen jeweils einen Elektrolytzulauf und einen Elektrolytablauf aufweisen, welche Elektrolytzuläufe und Elektrolytabläufe mit der gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungs Vorrichtung zum Aufbau eines Elektrolytstroms durch jede der Elektrolysevorrichtungen fluidisch gekoppelt sind, und we nigstens eine elektronische Steuervorrichtung. Es sei an dieser Stelle festgehalten, dass ob der Lesbarkeit der gebrauchte Begriff Elektrolyt, wie im Fachjargon üblich, sowohl Medien, die als Elektrolyt gelten, als auch Alkohole oder Reinstwasser umfasst. Zur Erfassung der Strö mungszustände des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der Elektrolysevorrichtungen ist wenigstens eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung ausgebildet. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, anhand von Erfassungswerten der wenigstens einen Strömungszustand- Erfassungsvorrichtung wenigstens ein Stellglied zum Beeinflussen des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der Elektrolysevorrichtungen anzusteuem. The system according to the invention comprises at least two electrolysis devices, which electrolysis devices can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device, which at least two electrolysis devices each have an electrolyte inlet and an electrolyte outlet, which electrolyte inlets and electrolyte outlets are connected to the common electrolyte supply device to build up an electrolyte flow fluidly coupled through each of the electrolyzers, and at least one electronic controller. It should be noted at this point that, for reasons of legibility, the term electrolyte used, as is customary in technical jargon, includes both media that are considered electrolytes and alcohols or ultrapure water. At least one flow condition detection device is designed to detect the flow conditions of the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices. The control device is set up to control at least one actuator for influencing the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices on the basis of values detected by the at least one flow state detection device.
Eine solche Anlage ist besonders praktikabel, weil die elektrolytische Erzeugung von Sauer stoff und Wasserstoff durch eine für die Anlage vorgegebene elektrische Leistung durch eine Elektrolysevorrichtung unter Zuhilfenahme der Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung mit der Steuervorrichtung durch das Stellglied zur Beeinflussung des Elektrolytstroms hinsicht lich des Elektrolyseprozesses in verbesserter Weise durchgeführt werden kann. Insbesondere wird eine optimale Prozess Steuerung durch die offenbarte Anlage auch dann möglich, wenn die vorgegebene elektrische Leistung zur Aufrechterhaltung der Elektrolyse nicht konstant ge-
halten ist. In solchen Fällen kann der Elektrolytstrom zur optimalen Versorgung der Elektro lysevorrichtungen durch das Stellglied in einfacher und trotzdem wirksamer Art und Weise adaptiert werden. Hinsichtlich der optimalen Versorgung der Elektrolysevorrichtungen finden ermittelte Erfassungswerte der Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung Verwendung, um Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Elektrolysevorrichtungen zu ziehen und somit in weiterer Folge Verschlechterungen oder Änderungen im Elektrolyseprozess der Elektrolyse vorrichtung frühzeitig erkennen und diesen steuerungstechnisch entgegen wirken zu können. Diese Zustandsüberwachung auf Basis der Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung ist wei ters vorteilhafterweise dazu eingerichtet, um innerhalb eines längeren Beobachtungszeitrau mes, insbesondere über mehrere Stunden, mehrere Tage oder mehrere Monate, allmähliche prozesstechnische Veränderungen wie beispielsweise eine Degradation von chemisch aktiven Materialien, welche zur Durchführung der Elektrolyse beitragen, oder unzureichende chemi sche Reaktivitäten der Elektrolysevorrichtungen, durch die Auswertung von Erfassungswerten zuverlässig und zugleich einfach detektieren zu können. Such a system is particularly practicable because the electrolytic generation of oxygen and hydrogen by an electrical power specified for the system by an electrolysis device with the aid of the flow condition detection device with the control device by the actuator for influencing the electrolyte flow with regard to the electrolysis process in an improved manner can be carried out. In particular, an optimal process control is also possible through the disclosed system when the specified electrical power to maintain the electrolysis is not constant. hold is. In such cases, the electrolyte flow can be adapted by the actuator in a simple yet effective manner for optimal supply of the electrolysis devices. With regard to the optimal supply of the electrolysis devices, determined detection values of the flow status detection device are used to draw conclusions about the operating status of the electrolysis devices and thus subsequently identify deteriorations or changes in the electrolysis process of the electrolysis device at an early stage and counteract them with control technology. This status monitoring based on the flow status detection device is also advantageously set up to detect gradual process-related changes such as degradation of chemically active materials that are required to carry out the electrolysis over a longer period of observation, in particular over several hours, several days or several months contribute, or insufficient chemi cal reactivities of the electrolysis devices, to be able to detect reliably and easily at the same time by evaluating the recorded values.
Die offenbarte Ausgestaltung der Anlage ist vor allem vorteilhaft, da zumindest zwei Elektro lysevorrichtungen von einer gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung mit einem Elektrolyten versorgbar sind. Abgesehen von den baulich-technischen Vorteilen einer ge meinsamen Versorgung durch den Elektrolyten auf Grund einer reduzierten Anzahl von Ein zelkomponenten, kann der Elektrolyseprozess, durch eine Beeinflussung des Elektrolytstroms durch die anspruchsgemäße Ausgestaltung der Anlage mit wenigstens einer Strömungszu stand-Erfassungsvorrichtung mit Steuervorrichtung und Stellglied, für die zu versorgenden Elektrolysevorrichtungen hinsichtlich eines optimalen Elektrolytstroms präzise gesteuert wer den. Somit muss die gemeinsam genutzte Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung nicht in deren Baugröße und Versorgungsleistung unmittelbar auf die Elektrolysevorrichtungen abgestimmt sein. Eine Erfassung von Strömungszuständen und von der Steuervorrichtung ab- bzw. einge leitete Reaktionen, die über das Stellglied ausgeführt bzw. umgesetzt werden, ermöglicht die Versorgung der Elektrolysevorrichtungen entsprechend deren Anforderungen. Darüber hinaus ist von Vorteil, dass die Elektrolysevorrichtungen vor unzureichendem oder übermäßigem Elektrolytdurchfluss geschützt sind. Der Elektrolytdurchfluss durch die einzelnen Elektrolyse vorrichtungen ist prozesstechnisch durch die Ausgestaltung der anspruchsgemäßen Anlage steuerbar und somit wird die Betriebssicherheit und funktionale Verfügbarkeit des Elektroly-
seprozesses und der gesamten Anlage erhöht. Daher kann weiters die Elektrolyt-Versorgungs- vorrichtung inhärent redundant und/oder überdimensioniert für die jeweilige Anlage ausge staltet sein, beispielsweise hinsichtlich der fluidischen Druckbereiche oder Strömungsmen gen, wobei der Schutz der implementierten Elektrolysevorrichtungen durch die anspruchsge mäßen technischen Merkmale weiterhin gewährleistet ist. The disclosed configuration of the system is particularly advantageous since at least two electrolysis devices can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device. Apart from the constructional and technical advantages of a joint supply by the electrolyte due to a reduced number of individual components, the electrolysis process can be improved by influencing the electrolyte flow through the claimed design of the system with at least one flow status detection device with control device and actuator, for the electrolysis devices to be supplied are precisely controlled with regard to an optimal electrolyte flow. Thus, the jointly used electrolyte supply device does not have to be matched directly to the electrolytic devices in terms of its size and supply capacity. A detection of flow conditions and reactions initiated or derived from the control device, which are carried out or implemented via the actuator, enables the electrolytic devices to be supplied in accordance with their requirements. In addition, it is advantageous that the electrolytic devices are protected against insufficient or excessive flow of electrolyte. The electrolyte flow through the individual electrolysis devices can be controlled in terms of process technology by the design of the claimed system and thus the operational safety and functional availability of the electrolytic process and the entire system. Therefore, the electrolyte supply device can also be inherently redundant and/or oversized for the respective system, for example with regard to the fluidic pressure ranges or flow rates, with the protection of the implemented electrolysis devices still being ensured by the claimed technical features.
Somit ist die Elektrolyt-Versorgungs Vorrichtung von den Elektrolysevorrichtungen im Hin blick auf die Versorgungsleistung der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung unabhängig ausge staltet, was als beiderseitig entkoppelte Wechselwirkung auftritt und weitreichende weitere Vorteile der Anlage mit sich bringt: Es können neben der eingesetzten Anzahl von Elektroly sevorrichtungen auch die technologischen Ausgestaltungen bzw. die verwendeten Bauarten der Elektrolysevorrichtung hinsichtlich des Elektrolyseprozesses für unterschiedliche Anlagen variieren und trotzdem kann für solche diversitär aufgebauten Anlagen eine baugleiche bzw. einheitliche Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung verwendet werden. Dieser Vorteil kommt vor allem wirtschaftlich zu tragen, da Varianten von unterschiedlichen Anlagen bei gleichbleiben der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung möglich sind, welche unterschiedlichen Anlagen spe zifisch für unterschiedliche vorgegebene Leistungsbereiche eingesetzt werden. The electrolyte supply device is therefore designed independently of the electrolysis devices with regard to the supply capacity of the electrolyte supply device, which occurs as a mutually decoupled interaction and brings with it far-reaching further advantages of the system: In addition to the number of electrolytic devices used, it can also the technological configurations or the types of electrolysis device used vary with regard to the electrolysis process for different systems, and an identically constructed or uniform electrolyte supply device can nevertheless be used for such diversely constructed systems. This advantage is primarily of economic benefit, since variants of different systems are possible with the electrolyte supply device remaining the same, which different systems are used specifically for different predetermined power ranges.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass die zumin dest zwei Elektrolysevorrichtungen baulich unterschiedlich ausgestaltet sind, wobei die unter schiedliche bauliche Ausgestaltung der Elektrolysevorrichtungen unterschiedliche Betriebsbe reiche hinsichtlich der elektrischen Leistung der Elektrolysevorrichtungen zur Folge hat. Durch diese Ausprägung ist die Möglichkeit geschaffen, dass spezifischere Anforderungen an unterschiedliche Betriebsstrategien und somit eine erweiterte Nutzung der Anlage umsetzbar sind. Beispielhaft wird eine erste Elektrolysevorrichtung mit einem ersten Betriebsbereich in einem ersten, relativ zu einer zweiten Elektrolysevorrichtung höheren Bereich elektrischer Leistung verwendet, um eine, über einen ersten Zeitraum konstante elektrische Grundlast zur elektrolytischen Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff zu nutzen; wohingegen die zweite Elektrolysevorrichtung in einem zweiten Betriebsbereich genutzt wird, um über einen zweiten Zeitraum zusätzlich auftretende elektrische Spitzenlasten zur elektrolytischen Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff zu nutzen. Insgesamt wird somit über einen Zeitraum mit wieder holt wechselnden elektrischen Lastprofilen der Gesamtwirkungsgrad der Anlage gesteigert, da die Elektrolysevorrichtungen durch die angeführten baulichen Maßnahmen in ihrem jeweili gen optimalen Betriebs- bzw. Lastbereich arbeiten bzw. betrieben werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die zweite Elektrolysevorrichtung mit ei nem zweiten Betriebsbereich mittels dem Zusammenwirken der Strömungszustand-Erfas- sung s Vorrichtung, der Steuervorrichtung und dem Stellglied während eines Betriebes zur Ab deckung einer elektrischen Grundlast in einen Leerlaufbetrieb oder Bereitschaftsbetrieb, ins besondere einem Spülbetrieb für eine etwaig auftretende Spitzenlast mit einem minimalen Elektrolytstrom überführbar ist und somit die Leistungsbereitschaft der zweiten Elektrolyse vorrichtung sichergestellt wird, wodurch sich die Reaktionsgeschwindigkeit zur Erbringung von Regeldienstleistungen seitens eines angeschlossenen elektrischen Stromnetzes zur Bereit stellung der elektrischen Leistung erhöht. Also advantageous is an embodiment according to which it can be provided that the at least two electrolysis devices are structurally different, the different structural design of the electrolysis devices resulting in different operating ranges with regard to the electrical power of the electrolysis devices. This characteristic creates the possibility that more specific requirements for different operating strategies and thus an extended use of the system can be implemented. By way of example, a first electrolysis device with a first operating range in a first electrical power range, which is higher relative to a second electrolysis device, is used in order to use an electrical base load that is constant over a first period of time for the electrolytic production of oxygen and hydrogen; whereas the second electrolysis device is used in a second operating range in order to use electrical peak loads that additionally occur over a second period of time for the electrolytic production of oxygen and hydrogen. Overall, the overall efficiency of the system is increased over a period of time with repeatedly changing electrical load profiles, since the electrolysis devices work or are operated in their respective optimum operating or load range due to the structural measures mentioned. Another advantage of this configuration is that the second electrolysis device with a second operating range by means of the interaction of the flow state detection device, the control device and the actuator during operation to cover an electrical base load in an idle mode or standby mode, in particular a rinsing operation for a peak load that may occur with a minimal electrolyte flow can be transferred and thus the readiness to perform of the second electrolysis device is ensured, which increases the reaction speed for the provision of control services on the part of a connected electrical power network for the ready position of the electrical power.
Eine Ausführungsform der Anlage mit Elektrolysevorrichtungen mit unterschiedlichen Be trieb sbereichen hinsichtlich der elektrischen Leistung ist insbesondere vorteilhaft, da die flui- dische Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Elektrolysevorrichtungen hinsichtlich de ren elektrischer Leistung und dem einen Stellglied zum Beeinflussen des Elektrolytstroms beim Einschwingen eines neuen Betriebspunktes der Anlage ausgenutzt wird. Da die Bereit stellung von Elektrolyt an den Elektrolysevorrichtungen durch die Trägheit des Elektrolyten gegenüber der Bereitstellung von elektrischer Leistung an den Elektrolysevorrichtungen zeit lich verzögert ist, wird durch vorausschauendes Ansteuem des Stellglieds auf Basis der Erfas sungswerte der Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung unter Berücksichtigung eines benö tigten Elektrolytstroms für die jeweiligen Elektrolysevorrichtungen einem kurzzeitig geringe ren Gesamtwirkungsgrad der Anlage entgegengewirkt. Bei einem Betrieb zur Erbringung von Regeldienstleistungen mit oftmaliger Abdeckung von Spitzenlasten wird damit insgesamt über eine längere Betriebszeit ein signifikant höherer Gesamtwirkungsgrad der Anlage er reicht, wodurch sich die offenbarte Anlage als Energiespeicherkraftwerk mit Regelungskapa zitäten für das elektrisch angeschlossene Stromnetz besonders auszeichnet. An embodiment of the system with electrolysis devices with different operating ranges in terms of electrical power is particularly advantageous since the fluidic interaction between different electrolysis devices in terms of the electrical power and one actuator is used to influence the electrolyte flow when a new operating point of the system settles in . Since the provision of electrolyte to the electrolysis devices is delayed in time due to the inertia of the electrolyte compared to the provision of electrical power to the electrolysis devices, anticipatory control of the actuator based on the detection values of the flow condition detection device, taking into account a required electrolyte current for the respective electrolysis devices counteracted a short-term lower overall efficiency of the system. In an operation for the provision of control services with frequent coverage of peak loads, a significantly higher overall efficiency of the system is thus achieved over a longer period of operation, which makes the disclosed system as an energy storage power plant with control capacities for the electrically connected power grid particularly distinguished.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die zumindest zwei baulich unterschiedlichen Elektrolysevorrichtungen hinsichtlich des zufließenden und abfließenden Elektrolytstroms fluidisch parallelgeschaltet sind. Diese vorteilhafte Ausgestaltungsform der Anlage hat zur Folge, dass jede der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen direkt mit Elektrolyt von der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung versorgbar ist. In Verbindung mit ermittelten Erfassungs werten durch die zumindest eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung und einer darauf gestützten Steuerung des Elektrolytstroms durch das zumindest eine Stellglied resultiert eine
präzise Steuerbarkeit der Anlage, insbesondere wenn die elektrische Verschaltung der zumin dest zwei Elektrolysevorrichtungen in paralleler, serieller oder wechselbarer Form ausgeführt ist. Da sich vor allem bei einem Wechsel der elektrischen Verschaltung von elektrischer Pa rallelschaltung zu Serien Schaltung der Elektrolysevorrichtungen, oder in umgekehrter Reihen folge, durch die Änderung des Elektrolyseprozesses innerhalb der Elektrolysevorrichtungen wechselnde Anforderungen an den Elektrolytstroms von und/oder zu den zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen ergeben, kann mittels der ermittelten Erfassungswerte über die An steuerung des zumindest einen Stellglieds auf Grund der fluidischen Parallelschaltung jede der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen optimal bzw. bedarfsgerecht mit Elektrolyt ver sorgt werden, insbesondere weil durch die fluidische Parallelschaltung innerhalb des Elektro lytstroms fluidisch kommunizierende Rückwirkungen im Elektrolytstrom durch die Änderung des Elektrolyseprozesses entstehen, die über die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung eindeutig erfasst und in weiterer Folge über das wenigstens eine Stellglied, insbesondere über wenigstens ein elektromechanisches Ventil, zumindest teilweise kompensiert bzw. ausgegli chen werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass dadurch auch Elektrolysevorrich tungen, welche aufbaubedingt und/oder aufgrund allmählicher Veränderungen von Prozesspa- rametem unterschiedliche Staudrücke in Bezug auf die Elektrolytströme aufweisen bzw. ver ursachen, optimiert und möglichst ausfallssicher betrieben werden können. According to one development, it is possible for the at least two structurally different electrolysis devices to be fluidly connected in parallel with regard to the inflowing and outflowing electrolyte flow. This advantageous embodiment of the system means that each of the at least two electrolysis devices can be supplied directly with electrolyte from the electrolyte supply device. A precise controllability of the system, especially when the electrical wiring of the at least two electrolysis devices is designed in parallel, serial or interchangeable form. Since changing the electrical wiring from electrical parallel connection to series connection of the electrolysis devices, or in reverse order, results in changing demands on the electrolyte flow from and/or to the at least two electrolysis devices due to the change in the electrolysis process within the electrolysis devices, each of the at least two electrolysis devices can be supplied with electrolyte optimally or as required by means of the detected values via the control of the at least one actuator due to the fluidic parallel connection, in particular because the fluidic parallel connection within the electrolyte flow causes fluidly communicating repercussions in the electrolyte flow through the Change in the electrolysis process arise, which is clearly detected on the flow condition detection device and subsequently on the at least one actuator, in particular at least an electromechanical valve, can be at least partially compensated or compensated for. Another advantage is that electrolytic devices that have or cause different dynamic pressures in relation to the electrolyte flows due to their design and/or due to gradual changes in process parameters can be optimized and operated with as little failure as possible.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass jede der Elektro lysevorrichtungen eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Elektro lytstroms durch die einzelnen Elektrolysevorrichtungen zugeordnet ist. Dadurch ist die Mög lichkeit geschaffen, dass auf Basis der Erfassungswerte der Strömungszustand-Erfassungsvor richtungen für jede der zumindest zwei Elektrolysevorrichtung der Elektrolytstrom durch die jeweilige Elektrolysevorrichtung mittels dem zumindest einen Stellglied während dem laufen den Betrieb der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen in optimaler Weise einstellbar ist. Gleichzeitig werden Rückmeldungen durch die Erfassungswerte von den Strömungszustand- Erfassungsvorrichtungen über den Elektrolytstrom zur Gewährleistung der Betriebssicherheit herangezogen. Insbesondere ist die Möglichkeit zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebs verhaltens von jeder der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen geschaffen. Eine weitere vorteilhafte Wirkung dieser Weiterentwicklung liegt darin, dass vor allem bei transientem Be trieb der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen auf spezifische Weise, also abgestimmt auf jede der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen, mit dem zumindest einen Stellglied der
Elektrolytstrom angepasst wird. Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn, auf Grund von Anfor derungen an die Anlage durch eine sich im zeitlichen Verlauf ändernde bereitgestellte Leis tung seitens eines elektrischen Versorgungsnetzes, die Lastanforderungen an die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen unterschiedlich sind und im zeitlichen Verlauf variieren und ein Abfedem von Beschleunigungen oder Verzögerungen des Elektrolytstroms bei gleichzei tig weitergeführtem Betrieb im optimalen Betriebsbereich durch eine entsprechende Ansteue- rung des Stellglieds durchgeführt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist, dass ge zielt, durch das zumindest eine Stellglied induzierte Pulsationen des Elektrolytstroms nutzbar werden, wodurch eine Gasblasenablösung von den, den Elektrolyt begrenzenden Bauteilen begünstigt wird, wobei gleichzeitig auf Basis der Erfassungswerte der Strömungszustand-Er- fassungsvorrichtungen für die einzelnen Elektrolysevorrichtungen die Betriebssicherheit ge währleistet ist. Durch diese verbesserte Gasblasenablösung von an den Elektrolyten angren zenden Bauteilen wird der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht, da für elektrochemisch aktive Flächen in den Elektrolysevorrichtungen die Reaktivität erhöht wird. According to an advantageous development, it can be provided that each of the electrolytic devices is assigned a flow state detection device for detecting the electrolytic flow through the individual electrolytic devices. This creates the possibility for the electrolyte flow through the respective electrolysis device to be optimally adjustable using the at least one actuator while the at least two electrolysis devices are in operation, based on the detection values of the flow state detection devices for each of the at least two electrolysis devices. At the same time, feedback by the detection values from the flow condition detection devices about the electrolyte flow is used to ensure operational safety. In particular, the possibility of detecting incorrect operating behavior of each of the at least two electrolysis devices is created. A further advantageous effect of this further development is that, especially in the case of transient loading, the at least two electrolysis devices are operated in a specific manner, ie tailored to each of the at least two electrolysis devices, with the at least one actuator Electrolyte flow is adjusted. This is particularly advantageous if, due to demands on the system caused by a power provided by an electrical supply network that changes over time, the load requirements for the at least two electrolysis devices are different and vary over time and acceleration or Delays in the electrolyte flow while operation is continued in the optimum operating range at the same time is carried out by appropriate control of the actuator. A further advantage of this development is that the pulsations of the electrolyte flow induced by at least one actuator can be used in a targeted manner, which promotes gas bubble detachment from the components delimiting the electrolyte, while at the same time, based on the detection values of the flow condition detection devices for the individual electrolysis devices, operational safety is guaranteed. This improved detachment of gas bubbles from components adjacent to the electrolyte increases the overall efficiency of the system, since the reactivity of electrochemically active surfaces in the electrolysis devices is increased.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, an hand der Erfassungswerte der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung das wenigstens eine Stellglied derart anzusteuem, dass jede der Elektrolysevorrichtungen inner halb ihres jeweils vordefinierten Volumenstrom-Betriebsbereiches betrieben wird. Diese Aus gestaltung der Erfindung hat zum Vorteil, dass entsprechend der spezifischen Strömungswi derstände der Elektrolysevorrichtungen der Elektrolytstrom durch die jeweiligen Elektrolyse vorrichtungen dahingehend angepasst wird, dass eine prozesstechnisch, hinsichtlich des Elekt rolyseprozesses optimale Durchströmung der Elektrolysevorrichtung gewährleistet ist, wobei gleichzeitig innerhalb des jeweils vordefinierten Volumenstrom-Betriebsbereiches ein Bau teilschutz, insbesondere ein Überlastungsschutz in Bezug auf Elektrolytdrücke, gewährleistet ist. Ein weiterer Effekt dieser Ausgestaltung ist die Möglichkeit der individuellen Reaktion auf eine betriebsbedingte Last einer Elektrolysevorrichtung und damit einhergehend die Mög lichkeit der individuellen Regulierung des jeweiligen Elektrolytstroms innerhalb des jeweils vordefinierten Volumenstrom-Betriebsbereiches für jede der Elektrolysevorrichtungen, um als Reaktion auf betriebsbedingte Anforderungen an die Prozesswärme innerhalb einer Elektroly sevorrichtung einerseits die Betriebssicherheit zu gewährleisten bzw. zu erhöhen und anderer seits einen hohen Wirkungsgrad der jeweiligen Elektrolysevorrichtung zu gewährleisten. Zu-
dem kann durch diese Ausgestaltungsform die vorteilhafte Wirkung eines schonenden Be triebs hinsichtlich der Lebensdauer, durch einen optimalen Elektrolytvolumenstrom im Leer lauf, umgesetzt werden. Furthermore, it can be expedient for the control device to be set up to use the detection values of the at least one flow condition detection device to control the at least one actuator in such a way that each of the electrolysis devices is operated within its respective predefined volume flow operating range. This embodiment of the invention has the advantage that according to the specific flow resistance of the electrolytic devices, the electrolyte flow through the respective electrolytic devices is adjusted in such a way that a flow through the electrolytic device that is optimal in terms of process technology with regard to the electrolytic process is guaranteed, while at the same time being within the respectively predefined volume flow -Operating range a component protection, in particular an overload protection with regard to electrolyte pressures, is guaranteed. Another effect of this configuration is the possibility of an individual reaction to an operational load of an electrolysis device and, associated with this, the possibility of individual regulation of the respective electrolyte flow within the respective predefined volume flow operating range for each of the electrolysis devices in order to respond to operational requirements for the process heat within an electrolysis device on the one hand to ensure or increase the operational safety and on the other hand to ensure a high efficiency of the respective electrolysis device. To- With this embodiment, the advantageous effect of a gentle operation with regard to the service life can be implemented by means of an optimal electrolyte volume flow when idling.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung kann die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung wenigstens einen Drucksensor umfassen. Dadurch wird es möglich, dass der Elektrolyt- Volu menstrom zeitlich hochaufgelöst erfassbar ist, was zur Folge hat, dass der Elektrolytstrom durch die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen hinsichtlich einer transienten Betriebs weise der Elektrolysevorrichtungen und daraus resultierenden Pulsationen mittels des zumin dest einen Stellglieds besonders reaktionsschnell adaptiert werden kann. Dies hat in Bezug auf die Betriebssicherheit der Anlage insbesondere auch den vorteilhaften Effekt, als dass zusätz lich der Druck des Elektrolyten durch die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung über wachbar ist und dass auf sicherheitskritische Betriebspunkte bzw. Schwellwerte der zumin dest zwei Elektrolysevorrichtungen unmittelbar durch das zumindest eine Stellglied reagiert werden kann. Darüber hinaus hat die Möglichkeit zur genaueren Erfassung der Strömungsge schwindigkeit des Elektrolyten über eine Druckmessung des zumindest einen Drucksensors den Vorteil, dass der konvektive Wärmetransport zur gezielten Temperaturregulierung der zu mindest zwei Elektrolyse Vorrichtungen mittels dem Stellglied optimal einstellbar ist. Baulich ergibt sich durch die Verwendung des wenigstens einen Drucksensors der Vorteil, dass dieser wenigstens eine Drucksensor bei gleichzeitig hoher Messgenauigkeit relativ kostengünstig ist, insbesondere im Vergleich zu Volumenstromsensoren. According to an expedient embodiment, the flow state detection device can comprise at least one pressure sensor. This makes it possible for the electrolyte volume flow to be recorded with high temporal resolution, with the result that the electrolyte flow through the at least two electrolysis devices is adapted in a particularly fast-reacting manner with regard to transient operation of the electrolysis devices and the resulting pulsations by means of the at least one actuator can. With regard to the operational safety of the system, this also has the advantageous effect that the pressure of the electrolyte can also be monitored by the flow state detection device and that safety-critical operating points or threshold values of the at least two electrolysis devices can be monitored directly by the at least one actuator can be reacted to. In addition, the possibility of more precisely detecting the flow rate of the electrolyte via a pressure measurement of the at least one pressure sensor has the advantage that the convective heat transport for targeted temperature regulation of the at least two electrolysis devices can be optimally adjusted by means of the actuator. Structurally, the use of the at least one pressure sensor results in the advantage that this at least one pressure sensor is relatively inexpensive while at the same time having high measuring accuracy, in particular in comparison to volume flow sensors.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung we nigstens einen Temperatur-Sensor umfasst, was vor allem hinsichtlich der Erfassung der durch den Elektrolyten von den zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen aufgenommenen oder abgegebenen Wärmemengen vorteilhaft ist. So ist mittels einer Regulierung des Elektro lytstroms mittels des zumindest einen Stellglieds eine optimale bzw. steuerungstechnisch vor bestimmte Prozesstemperatur für die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen möglich bzw. einstellbar. Dies hat neben einem hohen Wirkungsgrad von einer in Betrieb befindlichen Elektrolysevorrichtung den weiteren positiven Effekt, dass eine weitere Elektrolysevorrich tung durch das Einstellen der optimalen Prozesstemperatur aus einem Spülbetrieb anschlie ßend schneller in einen Optimalbetrieb überführt werden kann. Weiters ist aus Sicht der Be triebssicherheit die Verwendung des wenigstens einen Temperatur-Sensors vorteilhaft, da
Überbeanspruchungen der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen erkannt werden und ent sprechende Schutzmechanismen mittels des zumindest einen Stellglieds ausgelöst werden, insbesondere dann wenn durch unzureichende Gasblasenablösung von den vom Elektrolyt be netzten Bauteilen eine thermische Überbeanspruchung durch den elektrochemischen Prozess der Elektrolyse droht und somit ein dauerhafter Schaden an der Anlage verhindert werden kann. Baulich ergibt sich durch die Verwendung des wenigstens einen Temperatur-Sensors der Vorteil, dass dieser wenigstens eine Temperatur-Sensor bei gleichzeitig hoher Messgenau igkeit als kostengünstiger Standardsensor verfügbar ist. Darüber hinaus kann er auch für che misch relativ aggressive bzw. problematische Elektrolyte verwendet werden. Ein allfälliger Austausch des zumindest einen Temperatur-Sensors ist weiters kostenmäßig im Vorteil ge genüber anderen Sensoren zur Erfassung des Strömungszustandes. In addition, it can be provided that the flow state detection device comprises at least one temperature sensor, which is particularly advantageous with regard to the detection of the amounts of heat absorbed or released by the electrolyte from the at least two electrolysis devices. Thus, by regulating the electrolytic flow by means of the at least one actuator, it is possible or adjustable for the at least two electrolytic devices to have an optimal or control-technically predetermined process temperature. In addition to a high degree of efficiency of an electrolysis device in operation, this has the further positive effect that another electrolysis device can then be transferred more quickly from a rinsing operation to an optimal operation by setting the optimum process temperature. Furthermore, from the standpoint of operational safety, the use of at least one temperature sensor is advantageous because Overstressing of the at least two electrolysis devices is detected and corresponding protective mechanisms are triggered by means of the at least one actuator, in particular when insufficient gas bubble detachment from the components wetted by the electrolyte threatens thermal overstressing due to the electrochemical process of the electrolysis and thus permanent damage to the system can be prevented. Structurally, the use of the at least one temperature sensor results in the advantage that this at least one temperature sensor is available as a cost-effective standard sensor with high measuring accuracy at the same time. In addition, it can also be used for chemically relatively aggressive or problematic electrolytes. A possible replacement of the at least one temperature sensor is also advantageous in terms of costs compared to other sensors for detecting the flow state.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass wenigstens eine der Elektrolysevorrichtungen zumindest zwei hinsichtlich des Elektrolytstroms fluidisch gekoppelte Elektrolysemodule um fasst. Entsprechend dieser Ausgestaltungsform ergibt sich der Vorteil von möglichen Anpas sungen des Elektrolyseprozesses innerhalb einer Elektrolysevorrichtung durch eine änderbare elektrische Verschaltung der einzelnen Elektrolysemodule bei gleichzeitig gleichgehaltener und/oder unveränderter Führung des Elektrolyten durch die Elektrolysemodule. Somit kann das Leistungsspektrum einer Elektrolysevorrichtung verändert werden, was vor allem hin sichtlich einer wiederkehrenden Optimierung der Gesamtanlage bei sich ändernden Rahmen bedingungen des Einsatzes der Anlage weitreichende Vorteile mit sich bringt. According to one development, it is possible for at least one of the electrolysis devices to include at least two electrolysis modules that are fluidically coupled with respect to the electrolyte flow. According to this embodiment, the advantage of possible adjustments to the electrolysis process within an electrolysis device results from a changeable electrical connection of the individual electrolysis modules while the electrolyte is guided through the electrolysis modules at the same time and/or unchanged. The power spectrum of an electrolysis device can thus be changed, which has far-reaching advantages, especially in terms of recurring optimization of the entire system when the general conditions of use of the system change.
Des Weiteren wird durch diese Ausgestaltungsform der Anlage erreicht, dass eine elektroche mische Kompression und/oder die Gasreinigung von Wasserstoff durch eine Aneinanderrei hung von Elektrolysemodulen innerhalb einer Elektrolysevorrichtung möglich ist. Dies ist durch eine entsprechende fluidische Führung der Medien innerhalb der Elektrolysemodule möglich, wobei vorteilhafterweise die Elektrolysemodule innerhalb einer Elektrolysevorrich tung fluidisch in Serie geschaltet sind und die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen wei terhin als unabhängig voneinander betreibbare Einheiten von der gemeinsamen Elektrolyt- Versorgung s Vorrichtung versorgbar sind. Furthermore, this embodiment of the system enables electrochemical compression and/or gas purification of hydrogen by arranging electrolysis modules in a row within an electrolysis device. This is possible through appropriate fluidic routing of the media within the electrolysis modules, with the electrolysis modules advantageously being fluidically connected in series within an electrolysis device and the at least two electrolysis devices being able to be supplied as independently operable units from the shared electrolyte supply device.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass wenigstens eines der zumindest zwei Elektro lysemodule wenigstens eine Anionen-Austauschermembran umfasst, welche eine Zellkammer des wenigstens einen Elektrolysemoduls unterteilt. Eine Anionen-Austauschermembran als
ladungs selektiver Filter zur Separation von Anionen aus dem Elektrolyten bringt hinsichtlich der Gesamtanlage den entscheidenden Vorteil von geringeren Leistungsdichten, im Vergleich zu beispielsweise PEM-Elektrolyseuren. Durch die geringere Leistungsdichte ist die Sicher heit der Gesamtanlage erhöht, da geringere Systemdrücke und Temperaturgradienten im Elektrolytstrom vorherrschen und gleichzeitig sind Materialien für Komponenten von Elektro lyse-Anlagen mit Anionen-Austauschermembrane vergleichsweise ressourcenschonender her stellbar als beispielsweise Materialien für Komponenten von Elektrolyse- Anlagen mit Proto nen- Austauschermembrane. Jedoch werden für eine effektive Prozessgestaltung der Elektro lyse sehr dünne Anionen-Austauschermembrane verwendet, wodurch eine sensible Überwa chung und Steuerung des Elektrolytstroms zweckmäßig ist. Diese Problematik wird in einfa cher und effektiver Art und Weise mittels der zumindest einen Strömungszustand-Erfassungs vorrichtung in Kombination mit dem zumindest einen Stellglied zum Beeinflussen des Elekt rolytstroms gelöst, wodurch ein gegenseitig wechselwirkender positiver Effekt für einen per- formanteren Gesamtwirkungsgrad der Anlage erzielt wird. According to one development, it is possible for at least one of the at least two electrolysis modules to comprise at least one anion exchange membrane which divides a cell chamber of the at least one electrolysis module. An anion exchange membrane as charge-selective filter for the separation of anions from the electrolyte brings the decisive advantage of lower power densities with regard to the overall system, compared to PEM electrolysers, for example. The lower power density increases the safety of the entire system, since the system pressures and temperature gradients in the electrolyte flow are lower, and at the same time materials for components of electrolysis systems with anion exchange membranes can be produced in a comparatively more resource-efficient manner than, for example, materials for components of electrolysis systems with proto nominal exchange membrane. However, for an effective electrolysis process design, very thin anion exchange membranes are used, which makes sensitive monitoring and control of the electrolyte flow expedient. This problem is solved in a simple and effective manner by means of the at least one flow state detection device in combination with the at least one actuator for influencing the electrolyte flow, whereby a mutually interacting positive effect for a better overall efficiency of the system is achieved.
Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass die zumindest zwei Elektrolysevor richtungen unterschiedliche Elektrolysemodule hinsichtlich des Zellenquerschnitts und/oder hinsichtlich einer unterschiedlichen Anzahl an Zellkammem aufweisen. Ein positiver Effekt dieser Ausprägung ist die Realisierung von unterschiedlichen Druckstufen der Elektrolysepro dukte. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass fluidisch seriell verbundene Elektrolysemodule entsprechend der prozes stechnischen Änderung der Eigenschaften des Elektrolyten durch An passung der Zellenanzahl und Zellengröße aufeinander abgestimmt werden, wobei die Effek tivität einer Elektrolysevorrichtung gesteigert wird. Gleichzeitig können dadurch die zumin dest zwei Elektrolysevorrichtungen leistungsmäßig und im Hinblick auf die Versorgung san- forderungen an den Elektrolytstrom aufeinander abgestimmt werden, was zum Vorteil hat, dass insgesamt eine verbesserte Steuerung der Anlage durch das zumindest eine Stellglied un ter Zuhilfenahme der Erfassungswerte, der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungs vorrichtung möglich ist. According to one particular embodiment, it is possible for the at least two electrolysis devices to have different electrolysis modules with regard to the cell cross section and/or with regard to a different number of cell chambers. A positive effect of this characteristic is the realization of different pressure stages of the electrolysis products. Another positive effect is that electrolytic modules that are connected in series in a fluidic manner are matched to one another according to the process-related change in the properties of the electrolyte by adjusting the number and size of cells, with the effectiveness of an electrolytic device being increased. At the same time, the at least two electrolysis devices can be coordinated with one another in terms of performance and with regard to the supply requirements for the electrolyte flow, which has the advantage that overall improved control of the system by the at least one actuator with the aid of the detection values of the at least a flow condition detection device is possible.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung einen Speichertank für den Elektrolyten und eine Elektrolyt- Aufbereitungsvorrichtung für den Elektrolyten um fasst, wobei der Speichertank die Bereitstellung des Elektrolyten für die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen gewährleistet. Durch diese Ausführungsform wird die Anlage hin-
sichtlich des Elektrolyten als geschlossenes System betreibbar, was hinsichtlich der Anlagen sicherheit die Vorteile einer geschlossenen Kapselung mit sich bringt. Des Weiteren ist diese Ausführungsform vorteilhaft, da die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung mit dem einen Spei chertank und entsprechenden Hilfsorganen zur Gewährleistung der Versorgung, insbesondere Pumpen, redundant ausführbar ist. Gleichzeitig tritt der Effekt ein, dass der Regelbedarf des zumindest einen Stellglieds über eine entsprechende Dimensionierung des Speichertankts ab gedeckt wird. Des Weiteren ist gewährleistet, dass mittels der Elektrolyt- Aufbereitungsvor richtung der Elektrolyt im Speichertankt bei gleichzeitiger Durchmischung im Speichertank entsprechend den prozesstechnischen Vorgaben aufbereitet wird und somit wiederum der Strömungszustand des Elektrolytstroms entsprechend den Anforderungen der Elektrolysevor richtungen für die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen mittels dem Stellglied in optima ler Weise gesteuert werden kann. Als erweiternder Synergieeffekt dieser Ausgestaltungsform wird die Zustandsüberwachung des Elektrolyten über mehrere Minuten oder über mehrere Stunden mittels der Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung verwendet um eine notwendige Aufbereitung des Elektrolyten mittels der Elektrolyt- Aufbereitungsvorrichtung abzuschätzen und mittels der Steuervorrichtung diese notwendige Aufbereitung zentralisiert für die Anlage auszulösen. Furthermore, it can be provided that the electrolyte supply device comprises a storage tank for the electrolyte and an electrolyte preparation device for the electrolyte, with the storage tank ensuring the provision of the electrolyte for the at least two electrolysis devices. With this embodiment, the system is In view of the electrolyte, it can be operated as a closed system, which brings with it the advantages of a closed encapsulation in terms of plant safety. Furthermore, this embodiment is advantageous because the electrolyte supply device with the one storage tank and corresponding auxiliary elements for ensuring the supply, in particular pumps, can be implemented redundantly. At the same time, the effect occurs that the control requirement of the at least one actuator is covered by a corresponding dimensioning of the storage tank. Furthermore, it is ensured that the electrolyte in the storage tank is prepared by means of the electrolyte preparation device with simultaneous mixing in the storage tank in accordance with the process engineering specifications and thus in turn the flow state of the electrolyte stream in accordance with the requirements of the electrolysis devices for the at least two electrolysis devices by means of the actuator in optima ler way can be controlled. As an expanding synergy effect of this embodiment, the state of the electrolyte is monitored over several minutes or over several hours by means of the flow state detection device in order to estimate a necessary preparation of the electrolyte by means of the electrolyte preparation device and to trigger this necessary preparation for the system in a centralized manner by means of the control device.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung eine Wär meübertragungsvorrichtung umfasst, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung dazu einge richtet ist, um dem Elektrolyten Wärme zuzuführen oder zu entziehen. Die ausführungsge- mäße Wärmeübertragung s Vorrichtung bringt den Vorteil der zentralisiert optimierten Aufbe reitung des Elektrolyten. Durch die Wärmeübertragungsvorrichtung wird somit einerseits der Bauteilschutz aller mit Elektrolyt benetzten Bauteile innerhalb der Anlage ermöglicht, und an dererseits wirkt sich ein Wärmemanagement dahingegen positiv auf die Strömungszustand- Erfassungsvorrichtung aus, als dass eine Referenz des Zustandes des zentral im Speichertank gesammelten Elektrolyten entsprechend der Erfassungswerte der Strömungszustand-Erfas- sungsvorrichtung als Basis fungiert. Somit ist eine umso genauere Abstimmung der Elektroly sevorrichtungen mittels des zumindest einen Stellglieds auf die Betriebsbereiche der jeweils zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen ermöglicht. Gleichzeitig kann die Wärmeübertra gungsvorrichtung zusätzlich im Zusammenwirken mit der Elektrolyt- Aufbereitungsvorrich tung zur Aufbereitung und Konditionierung des Elektrolyten eingesetzt werden.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, we nigstens einer der Elektrolysevorrichtungen einen Betriebsbereich oder einen Betriebspunkt vorzugeben und an die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung zur Umsetzung zu übermitteln. Dadurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass die Elektrolyt-Versorgungseinrichtung unab hängig von der Anzahl und Leistung der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen betrieben werden kann und die zumindest eine Elektrolysevorrichtung entsprechend in einer unabhängi gen Betriebsweise in der Anlage betrieben werden kann. In addition, it can be provided that the electrolyte supply device comprises a heat transfer device, the heat transfer device being set up to supply or extract heat from the electrolyte. The heat transfer device according to the embodiment has the advantage of the centralized, optimized preparation of the electrolyte. The heat transfer device thus enables component protection of all components wetted with electrolyte within the system on the one hand, and on the other hand heat management has a positive effect on the flow state detection device, as a reference of the state of the electrolyte collected centrally in the storage tank according to the detection values of the Flow condition detection device acts as a base. This enables the electrolytic devices to be matched all the more precisely to the operating ranges of the at least two electrolytic devices in each case by means of the at least one actuator. At the same time, the heat transfer device can also be used in conjunction with the electrolyte preparation device for the preparation and conditioning of the electrolyte. In particular, it can be advantageous if the control device is set up to specify an operating range or an operating point for at least one of the electrolysis devices and to transmit it to the at least one electrolysis device for implementation. This results in the advantageous effect that the electrolyte supply device can be operated independently of the number and power of the at least two electrolysis devices and the at least one electrolysis device can be operated accordingly in an independent mode of operation in the system.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass der wenigstens eine Elektrolytablauf über wenigstens eine Rücklaufleitung mit der Elektrolytversorgungsvorrichtung Strömung s verbun den ist, sodass eine Zirkulation von Elektrolyt zwischen der Elektrolyt-Versorgungsvorrich tung und der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung aufbaubar ist. Entsprechend dieser Ausführungsform ist gewährleistet, dass Bauteile innerhalb einer der zumindest zwei Elektro lysevorrichtung, welche mit dem Elektrolyt benetzt sind, insbesondere dann vor übermäßiger Beanspruchung geschützt sind, wenn eine Fehlfunktion einer weiteren der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen auftritt und es im Elektrolytstrom zu einer, durch die Fehlfunktion bedingten Rückkopplung von beispielsweise überhöhten Drücken kommen sollte. Des Weite ren wird die zuzuführende oder abzuführende Wärmemenge zu bzw. von der zumindest einen Elektrolysevorrichtung positiv beeinflusst, da der Elektrolyt durch die gewährleistete Zirkula tion zwischen der Elektrolyt-Versorgungs Vorrichtung und der wenigstens einen Elektrolyse vorrichtung keine Durchmischung erfährt. In Bezug auf die Strömungszustand-Erfassungsvor richtung ist somit eine optimale Steuerung des zumindest einen Stellglieds möglich. According to one development, it is possible for the at least one electrolyte drain to be connected to the electrolyte supply device flow s via at least one return line, so that circulation of electrolyte between the electrolyte supply device and the at least one electrolysis device can be established. According to this embodiment, it is ensured that components within one of the at least two electrolysis devices that are wetted with the electrolyte are protected from excessive stress, in particular if a malfunction of another of the at least two electrolysis devices occurs and the electrolyte flow leads to a Malfunction-related feedback should come from, for example, excessive pressures. Furthermore, the amount of heat to be supplied or removed to or from the at least one electrolysis device is positively influenced, since the electrolyte is not mixed through the guaranteed circulation between the electrolyte supply device and the at least one electrolysis device. With regard to the flow state detection device, optimal control of the at least one actuator is thus possible.
Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn der Elektrolytablauf der wenigstens einen Elektroly sevorrichtung mittels der wenigstens einen Rücklaufleitung mit dem einen Speichertank für den Elektrolyten strömungsverbunden ist. Durch die fluidische Verbindung der wenigstens einen Rücklaufleitung mit dem einen Speichertank wird die definierte Rückführung des Elekt rolyten sichergestellt, wodurch eine unkontrollierte und/oder ungewollte strömungstechnische Beeinflussung des Elektrolyten ausgeschlossen ist und die zumindest zwei Elektrolysevor richtung entsprechend der Anforderungen an die Betriebsbereiche der zumindest zwei Elekt rolysevorrichtungen optimal mittels dem zumindest einen Stellglied gesteuert werden. In addition, it is expedient if the electrolyte outlet of the at least one electrolytic device is flow-connected to the one storage tank for the electrolyte by means of the at least one return line. The fluidic connection of the at least one return line to the one storage tank ensures the defined return of the electrolyte, which prevents an uncontrolled and/or unwanted influence on the flow of the electrolyte and the at least two electrolytic devices according to the requirements for the operating ranges of the at least two electrodes rolysis devices are optimally controlled by means of the at least one actuator.
Des Weiteren kann von Vorteil sein, dass mittels dem wenigstens einen Stellglied der wenigs tens eine Elektrolytablauf mit der wenigstens einen Rücklaufleitung koppelbar ist. Diese
Maßnahme hat im Hinblick auf die Elektrolysevorrichtung den entscheidenden Vorteil, dass über das wenigstens eine Stellglied der Elektrolytstrom hinsichtlich des Strömungszustandes optimiert eingestellt werden kann, sodass der Prozess der Elektrolyse entsprechend den An forderungen des Betriebsbereiches der Elektrolysevorrichtung durchgeführt wird. Beispiels weise ist ein geforderter Druck in dem wenigstens einen Elektrolytablauf einstellbar wobei gleichzeitig ein geforderter Elektrolytstrom durch die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung ein gehalten wird. Furthermore, it can be advantageous that the at least one electrolyte drain can be coupled to the at least one return line by means of the at least one actuator. This With regard to the electrolysis device, this measure has the decisive advantage that the electrolyte flow can be optimally adjusted with regard to the flow state via the at least one actuator, so that the electrolysis process is carried out in accordance with the requirements of the operating range of the electrolysis device. For example, a required pressure can be set in the at least one electrolyte outlet, while at the same time a required electrolyte flow is maintained by the electrolyte supply device.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Elektrolytstrom durch die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung mittels dem wenigstens einen Stellglied aus einer Zirkulationsleitung für den Elektrolyten abzweigbar bzw. auskoppelbar ist. Dies hat den vorteilhaften Effekt zur Folge, dass die Versorgung mit Elektrolyt durch die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung unab hängig von der Anzahl und von baulichen Unterschieden der zumindest zwei Elektrolysevor- richtungen bereitgestellt werden kann. Somit ist die Möglichkeit geschaffen, dass die Elektro lyt-Versorgungsvorrichtung in redundanter Weise auch überdimensioniert ausgeführt werden kann, was keine negative Beeinflussung der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen zur Folge hat. Auch sind etwaige Versorgungsorgane zur Elektrolyt- Versorgung, wie beispiels weise Pumpen, in einem optimalen Betriebsbereich betreibbar, da durch die eine Zirkulations leitung mittels des zumindest einen Stellglieds die Zirkulation von Elektrolyt in der einen Zir kulationsleitung von der Versorgungssituation der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen entkoppelbar ist. Ein entscheidender weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ergibt sich durch eine nun mögliche Erweiterbarkeit der Anlage mit weiteren Elektrolysevorrichtungen, wobei die Elektrolyt-Versorgungs Vorrichtung bis zu einem maximal möglichen Elektrolytstrom im Wesentlichen unabhängig von einer allmählichen Erweiterung betrieben werden kann. In addition, it can be provided that the electrolyte flow through the at least one electrolysis device can be diverted or decoupled from a circulation line for the electrolyte by means of the at least one actuator. This has the advantageous effect that the supply of electrolyte can be provided by the electrolyte supply device regardless of the number and structural differences between the at least two electrolysis devices. This creates the possibility that the electrolyte supply device can also be oversized in a redundant manner, which does not result in any negative influence on the at least two electrolysis devices. Any supply elements for supplying electrolyte, such as pumps, can also be operated in an optimal operating range, since the circulation of electrolyte in the one circulation line can be decoupled from the supply situation of the at least two electrolysis devices through the one circulation line by means of the at least one actuator. A decisive further advantage of this configuration results from the possibility of expanding the system with further electrolysis devices, with the electrolyte supply device being able to be operated essentially independently of a gradual expansion up to a maximum possible electrolyte flow.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stellglied einen Elektrolytzulauf der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung mit der Zirkulationsleitung verbindet. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil, dass ein Stellglied in direkter Weise auf die Versorgungssituation der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung rea giert. Dadurch lassen sich optimale Reaktionen auf Laständerungen von der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung abbilden, was insgesamt zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad der Anlage beiträgt, da die bereitgestellte elektrische Versorgungsleistung in optimaler Weise ausgenützt wird. Gleichzeitig sind Strömungs-Beschleunigungen und/oder Strömungs-Verzö-
gerungen, die durch etwaige Änderungen der Versorgungs Situation der Elektrolyt- Versor gungsvorrichtung induziert sind, in gradieller Weise einstellbar, was den Schutz der baulichen und mit dem Elektrolyt in Verbindung stehenden Komponenten der wenigstens einen Elektro lysevorrichtung erhöht. An advantageous development of the system is characterized in that the at least one actuator connects an electrolyte inlet of the at least one electrolysis device to the circulation line. This configuration has the advantage that an actuator reacts directly to the supply situation of the at least one electrolysis device. As a result, optimal reactions to load changes can be mapped by the at least one electrolysis device, which overall contributes to a higher overall efficiency of the system, since the electrical supply power provided is utilized in an optimal manner. At the same time, flow accelerations and/or flow decelerations wrestled, which are induced by any changes in the supply situation of the electrolyte Versor supply device, adjustable in a gradual manner, which increases the protection of the structural and associated with the electrolyte components of the at least one electro lysis device.
Vorteilhaft ist weiters eine Ausgestaltung, bei der das wenigstens eine Stellglied in einen Sperrzustand überführbar ist, in welchem ein Elektrolytstrom zu der wenigstens einen Elekt rolysevorrichtung zur Gänze unterbindbar ist. Hinsichtlich der Betriebssicherheit ergibt sich daraus der Vorteil, dass die wenigstens eine, dem Stellglied in Strömungsrichtung nachge schaltete Elektrolysevorrichtung von dem wenigstens einen Stellglied im Sperrzustand pro zesstechnisch schützbar ist, oder dass im Umkehrschluss die Anlage bei eine Fehlfunktion der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung prozesstechnisch geschützt wird. Des Weiteren ist durch den automatisiert steuerbaren oder teilautomatisiert eingeleiteten Sperrzustand eine ein fache Austauschbarkeit und/oder Erweiterbarkeit von Teilen der Anlage auch während einem fortgesetzten Betrieb der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung ermöglicht. Also advantageous is an embodiment in which the at least one actuator can be switched to a blocked state, in which an electrolyte flow to the at least one electrolysis device can be completely suppressed. With regard to operational safety, this results in the advantage that the at least one electrolysis device downstream of the actuator in the direction of flow can be protected from the at least one actuator in the blocking state in terms of process technology, or that, conversely, the system is protected in terms of process technology in the event of a malfunction of the at least one electrolysis device. Furthermore, the automatically controllable or semi-automatically initiated blocking state enables parts of the system to be easily replaced and/or expanded, even during continued operation of the electrolyte supply device.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Stellglied durch ein mit der Steuervorrichtung leitungsverbundenes, steuerbares Drosselventil, ein elektromagnetisch be tätigbares Wegeventil, insbesondere ein proportionalgesteuertes Wegeventil, oder ein Um schaltventil gebildet sein kann. Besonders vorteilhaft kann eine Ausgestaltungsform des we nigstens einen Stellglieds als ein proportionalgesteuertes Wegeventil sein, da entsprechend genaue Änderungen des Elektrolytroms umsetzbar sind, wodurch die bereits genannten Ef fekte des wenigsten einen Stellglieds begünstigt werden und entsprechend der oben genannten Ausführungsformen in besonders günstiger Weise ausführbar werden. Provision can also be made for the at least one actuator to be formed by a controllable throttle valve line-connected to the control device, an electromagnetically actuatable directional valve, in particular a proportionally controlled directional valve, or a switching valve. An embodiment of the at least one actuator as a proportionally controlled directional control valve can be particularly advantageous, since correspondingly precise changes in the electrolyte flow can be implemented, whereby the already mentioned effects of the at least one actuator are favored and can be implemented in a particularly favorable manner in accordance with the above-mentioned embodiments.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrich tung dazu eingerichtet ist, um von einem Versorgungssystem einen Soll-Betriebsbereich für die Anlage zur Durchführung der Elektrolyse zu empfangen. Besonders vorteilhaft kann sein, wenn das Versorgungssystem eine Großanlage ist, mittels derer mehrere Anlagen zur Durch führung einer Elektrolyse betrieben und versorgt werden. Dadurch ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass unter Zuhilfenahme der Erfassungswerte der Strömungszustand-Erfassungsvor richtung das zumindest eine Stellglied die Anlage zur Durchführung der Elektrolyse trotz ei ner Vorgabe des Soll-Betriebsbereichs in unabhängiger Weise betrieben und/oder geschützt wird. Insbesondere kann vorteilhaft sein, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, um
Erfassungswerte der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung an ein Ver sorgungssystem zu übermitteln. Durch diese Übermittlung der Erfassungswerte ist ein Scho nen der Komponenten der Anlage zur Durchführung der Elektrolyse in erweiterter Weise um setzbar. Beispielsweise ist eine Rückmeldung durch Erfassungswerte auf Soll-Betriebsbe- reichsvorgaben umsetzbar, wodurch eine Steuerungsschleife mit dem Versorgungssystem rea lisiert ist und der Betrieb der Anlage zur Durchführung der Elektrolyse mittels dem zumindest einen Stellglied hinsichtlich einer idealen Ausnützung der Kapazitäten der Anlage durchge führt wird. According to an advantageous development, it can be provided that the control device is set up to receive a target operating range for the system for carrying out the electrolysis from a supply system. It can be particularly advantageous if the supply system is a large installation, by means of which several installations are operated and supplied for carrying out an electrolysis. This results in the advantageous effect that, with the aid of the detection values of the flow condition detection device, the at least one actuator operates and/or protects the system for carrying out the electrolysis independently despite a specification of the target operating range. In particular, it can be advantageous that the control device is set up to to transmit detection values of the at least one flow condition detection device to a supply system. This transmission of the recorded values means that the components of the system for carrying out the electrolysis can be protected in an extended manner. For example, a feedback can be implemented through detection values on target operating range specifications, whereby a control loop is realized with the supply system and the operation of the system for carrying out the electrolysis by means of the at least one actuator is carried out with regard to an ideal utilization of the capacities of the system.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: They each show in a greatly simplified, schematic representation:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff in einer ersten Ausgestaltung; 1 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a first embodiment;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff in einer zweiten Ausgestaltung; 2 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a second embodiment;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff in einer dritten Ausgestaltung; 3 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a third embodiment;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff in einer vierten Ausgestaltung. 4 shows a schematic representation of a plant for carrying out an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen in a fourth embodiment.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In der Fig. 1 ist schematisch eine erste mögliche Ausgestaltungsform einer Anlage zur Durch führung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff gezeigt. Diese An lage ist dazu eingerichtet, um mittels einer elektrischen Last durch den elektrochemischen Prozess der Elektrolyse unter Zuhilfenahme eines Elektrolyten Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen, wobei der vorrangige Zweck der Anlage die Erzeugung von Wasserstoff zur weite ren Verwendung, Speicherung oder Einspeisung in einer entsprechenden Infrastruktur ist. Die dargestellte Anlage kann in eigenständiger Weise betrieben werden oder gleichermaßen inner halb einer Großanlage als teilautonome Anlage betrieben werden. Die Anlage dient in jedem Fall dem Zweck der Erzeugung von Wasserstoff, wobei der durch den Elektrolyseprozess gleichermaßen anfallende Sauerstoff für keine spezifische weitere Verwendung vorgesehen sein muss. Insbesondere kann die Anlage zur Umwandlung von elektrischer Leistung aus er neuerbaren Energien in sogenannten „grünen“ Wasserstoff Verwendung finden. As an introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numbers or the same component designations, and the disclosures contained throughout the description can be transferred to the same parts with the same reference numbers or the same component designations. The position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc., is related to the directly described and illustrated figure and these position information are to be transferred to the new position in the event of a change in position. In Fig. 1, a first possible embodiment of a system for implementing an electrolysis for the production of oxygen and hydrogen is shown schematically. This system is set up to generate oxygen and hydrogen using an electrical load through the electrochemical process of electrolysis with the aid of an electrolyte, with the primary purpose of the system being the generation of hydrogen for further use, storage or feeding into a corresponding infrastructure is. The system shown can be operated independently or equally within a large system as a semi-autonomous system. In any case, the system serves the purpose of generating hydrogen, whereby the oxygen produced by the electrolysis process does not have to be provided for any specific further use. In particular, the system can be used to convert electrical power from renewable energies into so-called “green” hydrogen.
Die dargestellte Ausgestaltung der Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff umfasst zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen 1, insbe sondere eine erste Elektrolysevorrichtung la und eine zweite Elektrolysevorrichtung lb, wel che vorzugsweise baugleich sind, wobei diese nicht zwingend baugleich sein müssen. Jedoch ergäbe sich durch die Verwendung von mehreren baugleichen Elektrolysevorrichtungen 1 ein wirtschaftlicher Vorteil, da Einzelkomponenten kostengünstig in Serie fertigbar sind. Die Elektrolysevorrichtungen 1 sind von einer gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 mit einem Elektrolyten versorgbar, wobei die Elektrolysevorrichtungen 1 jeweils einen Elekt- rolytzulauf 3 und einen Elektrolytablauf 4 aufweisen. Der jeweilige Elektrolytzulauf 3 und der jeweilige Elektrolytablauf 4 sind mit der gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 gekoppelt, sodass ein Elektrolytstrom durch die jeweilige Elektrolysevorrichtung 1 aufbaubar ist. Somit wird von der Elektrolyt-Versorgungs Vorrichtung 2 der Elektrolytstrom durch die Elektrolysevorrichtungen 1 bereitgestellt, wobei der elektrochemische Prozess der Elektrolyse jeweils von der Elektrolysevorrichtung 1 durchgeführt wird. The illustrated configuration of the system for carrying out an electrolysis to generate oxygen and hydrogen comprises at least two electrolysis devices 1, in particular a first electrolysis device la and a second electrolysis device lb, which are preferably identical in construction, although they do not necessarily have to be identical in construction. However, the use of several electrolytic devices 1 of identical construction would result in an economic advantage, since individual components can be mass-produced at low cost. The electrolysis devices 1 can be supplied with an electrolyte from a common electrolyte supply device 2 , the electrolysis devices 1 each having an electrolyte inlet 3 and an electrolyte outlet 4 . The respective electrolyte inlet 3 and the respective electrolyte outlet 4 are coupled to the common electrolyte supply device 2 so that an electrolyte flow can be built up through the respective electrolysis device 1 . The electrolyte flow is thus provided by the electrolyte supply device 2 through the electrolysis devices 1 , with the electrochemical process of the electrolysis being carried out by the electrolysis device 1 in each case.
Weiters umfasst die dargestellte Ausgestaltung der Anlage wenigstens eine elektronische Steuervorrichtung 5, welche die Anlage steuert. Diese elektronische Steuervorrichtung 5 kann eine Kommunikationsverbindung 21 und eine elektrische Versorgungsleitung 22 aufweisen. Somit kann die elektronische Steuervorrichtung 5, entsprechend einer Vorgabe eines Betriebs bereiches für die Anlage und entsprechend der Vorgabe einer elektrischen Last für die An lage, die Anlage steuern. Wie oben erwähnt, kann das vorteilhaft sein, wenn die dargestellten
Ausführungsformen der Anlage als Teilanlage innerhalb einer Großanlage eingebunden sind, wobei von der Großanlage entsprechende Vorgaben mittels der Kommunikationsverbindung 21 und der elektrischen Versorgungsleitung 22 bereitgestellt werden. Furthermore, the configuration of the system shown comprises at least one electronic control device 5, which controls the system. This electronic control device 5 can have a communication connection 21 and an electrical supply line 22 . Thus, the electronic control device 5 can control the facility according to a specification of an operating range for the facility and according to the specification of an electric load for the facility. As mentioned above, this can be advantageous if the illustrated Embodiments of the system are integrated as a subsystem within a large system, with corresponding specifications being provided by the large system by means of the communication link 21 and the electrical supply line 22 .
Weiters umfasst die Anlage eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung 6 zur Erfassung der Strömungszustände des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der Elektrolysevorrich tungen 1. Auch ist die Steuervorrichtung 5 der Anlage dazu eingerichtet, um anhand von Er fassungswerten der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung 6 wenigstens ein Stellglied 7 zum Beeinflussen des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der Elektrolyse vorrichtungen 1 anzusteuem. Zu diesem Zweck bestehen entsprechende Steuerungs Verbin dungen 23 zwischen der Steuervorrichtung 5 und den jeweiligen Komponenten der Anlage. The system also includes a flow condition detection device 6 for detecting the flow conditions of the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices 1. The control device 5 of the system is also set up to use the detected values of the at least one flow condition detection device 6 to detect at least one actuator 7 for Influencing the electrolyte flow through at least one of the electrolysis devices 1 to control. For this purpose there are corresponding control connec tions 23 between the control device 5 and the respective components of the system.
Ein Elektrolytstrom kann somit in vorteilhafter Art und Weise entsprechend den Betriebsbe reichen oder Betriebspunkten der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen 1 aufgebaut, mit tels der zumindest einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung 6 überwacht und/oder mit tels dem zumindest einen Stellglied 7 manipuliert bzw. prozesstechnisch beeinflusst werden. Der somit in den Elektrolysevorrichtungen 1 bereitgestellte Elektrolyt wird verwendet um, unter Zuhilfenahme jeweils einer an den Elektrolysevorrichtungen 1, mittels der Steuerungs verbindungen 23 bereitgestellten elektrischen Last, eine Elektrolyse zur Erzeugung von Sau erstoff und Wasserstoff durchzuführen. Dadurch ist, entsprechend der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte, die Möglichkeit geschaffen, die Anlage in optimaler Weise zu betrei ben, wobei somit auch die Möglichkeit geschaffen werden kann, dass die Anlage, entspre chend der Vorgaben der Kommunikationsverbindung 21 und der elektrischen Versorgungslei tung 22, die Elektrolyse durch einen inhärent unabhängigen Betrieb, aber in Verbindung mit einer Großanlage durchführen kann. An electrolyte flow can thus advantageously be set up according to the operating ranges or operating points of the at least two electrolysis devices 1, monitored using the at least one flow state detection device 6 and/or manipulated using the at least one actuator 7 or influenced in terms of process technology. The electrolyte thus provided in the electrolysis devices 1 is used in order, with the aid of an electrical load provided on the electrolysis devices 1 by means of the control connections 23, to carry out an electrolysis for generating oxygen and hydrogen. In accordance with the advantageous effects described above, this creates the possibility of operating the system in an optimal manner, whereby the possibility can also be created that the system, in accordance with the specifications of the communication link 21 and the electrical supply line 22, can perform electrolysis by inherently independent operation but in conjunction with a large scale facility.
Entsprechend der in Fig. 1 dargestellte Ausgestaltung der Anlage kann eine Produktgas-Sam- melleitung 15 verwendet werden, um den erzeugten Wasserstoff von den Elektrolysevorrich tungen 1 zur etwaigen weiteren Verwendung abzuführen. Auch kann durch die Produktgas- Sammelleitung 15 die Möglichkeit geschaffen sein, dass die Elektrolysevorrichtungen 1 mit Fluid gespült werden können. According to the configuration of the system shown in FIG. 1, a product gas collection line 15 can be used to remove the hydrogen produced from the electrolysis devices 1 for any further use. The product gas collection line 15 can also make it possible for the electrolysis devices 1 to be flushed with fluid.
Die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 kann einen Speichertank 10 für den Elektrolyten und eine Elektrolyt- Aufbereitungsvorrichtung 11 für den Elektrolyten umfassen. Somit kann
mittels dem Speichertank 10 die Bereitstellung des Elektrolyten für die zumindest zwei Elekt rolysevorrichtungen 1 gewährleistet werden. Auch kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Elektrolytablauf 4 über wenigstens eine Rücklaufleitung 13 mit der Elektrolyt- Versor gungsvorrichtung 2 strömungsverbunden ist, sodass eine Zirkulation von Elektrolyt zwischen der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 und der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung 1 aufbaubar ist. In einer möglichen Ausgestaltung der Anlage kann der Elektrolyt somit über wenigstens eine Rücklaufleitung 13 von den Elektrolysevorrichtungen 1 in den SpeichertankThe electrolyte supply device 2 can comprise a storage tank 10 for the electrolyte and an electrolyte preparation device 11 for the electrolyte. So can the provision of the electrolyte for the at least two electrolysis devices 1 can be ensured by means of the storage tank 10 . Provision can also be made for the at least one electrolyte outlet 4 to be flow-connected to the electrolyte supply device 2 via at least one return line 13, so that circulation of electrolyte between the electrolyte supply device 2 and the at least one electrolysis device 1 can be established. In one possible configuration of the system, the electrolyte can thus be fed from the electrolysis devices 1 into the storage tank via at least one return line 13
10 zurückgeführt werden, da der Elektrolytablauf 4 der wenigstens einen Elektrolysevorrich- tung 1 mittels der wenigstens einen Rücklaufleitung 13 mit dem einen Speichertank 10 für den Elektrolyten strömungsverbunden sein kann. Es ergibt sich somit die Möglichkeit, dass der Elektrolyt in den Speichertank 10 von den Elektrolysevorrichtungen 1 zurückgeführt wird und dass der, durch die Elektrolyse entstandene Sauerstoff aus dem Speichertank 10 mittels einer Sauerstoffleitung 16 abgeführt werden kann. Da durch die Elektrolyse der Elektrolyt in dessen chemischen Eigenschaften verändert wird, kann die Elektrolyt- Aufbereitungsvorrich tung 11 verwendet werden, um den Elektrolyten wieder aufzubereiten, wobei eine entspre chende Zusatzmittel-Zulaufleitung 17 verwendet werden kann. 10 are returned, since the electrolyte outlet 4 of the at least one electrolysis device 1 can be flow-connected to the one storage tank 10 for the electrolyte by means of the at least one return line 13 . There is thus the possibility that the electrolyte is fed back into the storage tank 10 from the electrolysis devices 1 and that the oxygen produced by the electrolysis can be discharged from the storage tank 10 by means of an oxygen line 16 . Since the chemical properties of the electrolyte are changed by the electrolysis, the electrolyte processing device 11 can be used to process the electrolyte again, with a corresponding additive supply line 17 being able to be used.
Weiters kann die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 eine Wärmeübertragungsvorrichtung 12 umfassen, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung 12 dazu eingerichtet ist, um dem Elektrolyten Wärme zuzuführen oder zu entziehen. Diese Wärmeübertragungsvorrichtung 12 kann entsprechend den oben beschriebenen Vorteilen Verwendung finden. Als weitere vor teilhafte Zusatzfunktion kann mittels der Wärmeübertragung s Vorrichtung 12 in unterstützen der Weise die Aufbereitung des Elektrolyten mittels der Elektrolyt- AufbereitungsvorrichtungFurthermore, the electrolyte supply device 2 can include a heat transfer device 12, wherein the heat transfer device 12 is set up to supply or extract heat from the electrolyte. This heat transfer device 12 can be used according to the advantages described above. As a further advantageous additional function, the heat transfer device 12 can support the preparation of the electrolyte by means of the electrolyte preparation device
11 performanter gestaltet werden. Beispielsweise kann durch die Verwendung der Wärme übertragungsvorrichtung 12 der Elektrolyt durch Erwärmung zu einer Stofftrennung durch Verdampfung angeregt werden, wodurch die chemischen Eigenschaften des Elektrolyten ver änderbar sind. Weitere vorteilhafte Effekte durch diese Ausgestaltungsform sind der Bauteil schutz der, mit Elektrolyt benetzten Bauteile sowie die Erhöhung der Reaktionsgeschwindig keit der Elektrolysevorrichtungen 1 und ein dadurch effizienterer Betrieb dergleichen. 11 be made more performant. For example, by using the heat transfer device 12, the electrolyte can be stimulated by heating to a material separation by evaporation, as a result of which the chemical properties of the electrolyte can be changed. Further advantageous effects of this embodiment are the component protection of the components wetted with electrolyte and the increase in the reaction speed of the electrolysis devices 1 and, as a result, more efficient operation of the same.
Um die Funktionalität der Wärmeübertragungsvorrichtung 12 und des Speichertanks 10 zu erweitern, kann die Anlage um eine Wärmetauschermedium-Zuführleitung 18 und eine Wär metauschermedium- Abführleitung 19 sowie um eine Speichertank-Entleerleitung 20 ergänzt
werden. Somit kann die Wärmeübertragungsvorrichtung 12 mit Hilfe eines Wärmetauscher mediums in effektiver Weise betrieben werden. Auch kann der Speichertank 10 vollständig entleert werden, um beispielsweise den Elektrolyten vollständig auszutauschen oder extern aufzubereiten. Weiters ist eine mögliche Ausgestaltungsform denkbar, bei der zumindest zwei Speichertanks Verwendung finden, wenn ein mehrflutiger Betrieb mit beispielsweise zwei Elektrolyten mit unterschiedlichen oder gleichen chemischen Eigenschaften Verwendung fin det. Bezüglich dieser möglichen Ausgestaltungsform sei festgehalten, dass weitere notwen dige bauliche Maßnahmen, wie beispielsweise jeweils zumindest zwei Elektrolytzu- und -ab- läufe vorzusehen sind. Bezüglich dem Speichertank 10 ist weiters eine mögliche Ausfüh rungsform denkbar, bei der die Zusatzmittel-Zulaufleitung 17 als Mehrfachverwendung so wohl den Zulauf des Zusatzmittels, als auch eine etwaige Entleerung des Speichertankts 10 ermöglichen kann. In order to extend the functionality of the heat transfer device 12 and the storage tank 10, the system can be supplemented by a heat exchange medium supply line 18 and a heat exchanger medium discharge line 19 and a storage tank emptying line 20 will. Thus, the heat transfer device 12 can be operated in an effective manner with the aid of a heat exchange medium. The storage tank 10 can also be completely emptied in order, for example, to completely exchange the electrolyte or to prepare it externally. Furthermore, a possible embodiment is conceivable in which at least two storage tanks are used if multi-flow operation with, for example, two electrolytes with different or the same chemical properties is used. With regard to this possible embodiment, it should be noted that other necessary structural measures, such as at least two electrolyte inlets and outlets, must be provided. With regard to the storage tank 10, a possible embodiment is also conceivable, in which the additive supply line 17 as a multiple use can both allow the supply of the additive and also allow the storage tank 10 to be emptied.
Diese Ausgestaltungsform der Anlage, wie in Fig. 1 dargestellt, ermöglicht einen effektiven Betrieb der Anlage, insbesondere da die Steuervorrichtung 5 dazu eingerichtet ist, anhand der Erfassungswerte der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung 6 das we nigstens eine Stellglied 7 derart anzusteuern, dass jede der Elektrolysevorrichtungen 1 inner halb ihres jeweils vordefinierten bzw. jeweils optimalen Volumenstrom-Betriebsbereiches be trieben werden kann. Dabei kann die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung 6 wenigstens eine Drucksensor und/oder einen Temperatursensor umfassen. Die Verwendung dieser Senso ren kann, wie bereits oben beschrieben, auf Grund mehrerer Effekte vorteilhaft für die Anlage sein. This embodiment of the system, as shown in Fig. 1, enables effective operation of the system, in particular since the control device 5 is set up to control the at least one actuator 7 based on the detection values of the at least one flow condition detection device 6 in such a way that each of the Electrolytic devices 1 can be operated within half of their respective predefined or optimal volume flow operating range. The flow state detection device 6 can include at least one pressure sensor and/or one temperature sensor. As already described above, the use of these sensors can be advantageous for the system due to a number of effects.
In Fig. 2 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der An lage gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeich nungen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung der vorangegangenen Fig.l und die vo rangegangene Beschreibungseinleitung hingewiesen bzw. Bezug genommen. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann eine mögliche Ausgestaltung der Anlage sein, dass, der Elektrolytstrom durch die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung lc mittels dem wenigstens einen Stellglied 7a aus einer Zirkulationsleitung 14 für den Elektrolyten abzweigbar/auskoppelbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Stellglied 7a einen Elektrolytzulauf 3 der we nigstens eine Elektrolysevorrichtung lc mit der Zirkulationsleitung 14 verbindet. Entspre chend der oben beschriebenen Effekte ergeben sich durch diese Ausgestaltung der Anlage
mehrere Vorteile hinsichtlich deren Betrieb. Weiters kann die Anlage eine Pumpvorrichtung 24 für die Versorgung der Elektrolysevorrichtungen 1 mit Elektrolyt in redundanter Art und Weise beinhalten. Für die Pumpvorrichtung 24 sei festgehalten, dass diese in Bezug auf die Strömungsrichtung zur Versorgung der Elektrolysevorrichtungen mit Elektrolyt saugseitig oder druckseitig eingebaut werden kann. Wie bereits oben beschrieben, ermöglicht die Zirku lationsleitung 14, dass die Versorgung mit Elektrolyt durch die Elektrolyt-Versorgungsvor richtung 2 unabhängig von der Anzahl und von baulichen Unterschieden der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen 1 bereitgestellt werden kann. So kann die Pumpvorrichtung 24 bei spielsweise auch überdimensioniert ausgeführt sein, um eine Erweiterung der Anlage mit mehreren Elektrolysevorrichtungen 1, bei gleichzeitiger Einhaltung aller Anforderungen der Elektrolysevorrichtungen 1 an den Elektrolytstrom, insbesondere in strömungstechnischer Hinsicht, zu gewährleisten. In gleicher Weise kann die Pumpvorrichtung 24 in einer mögli chen Ausgestaltungsform um eine Pumpe zur ständigen Umwälzung und/oder Zirkulation des Elektrolyten erweitert werden. Eine derartige Ausgestaltung hat den vorteilhaften Effekt, dass der Elektrolytstrom in ständiger Bewegung gehalten wird, und somit Gasblasenansammlun gen an, vom Elektrolyt benetzten Flächen in günstiger Weise vermindert oder unterbunden werden. In Fig. 2, a further and possibly for itself independent embodiment of the situation is shown, again for the same reference numerals or component designations as in the previous Fig. 1 are used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description of the preceding FIG. 1 and the preceding introduction to the description. As shown in FIG. 2, a possible configuration of the system can be that the electrolyte flow through the at least one electrolysis device 1c can be diverted/decoupled from a circulation line 14 for the electrolyte by means of the at least one actuator 7a. Provision can be made here for the at least one actuator 7a to connect an electrolyte inlet 3 which connects at least one electrolysis device 1c to the circulation line 14 . Correspondingly, the effects described above result from this configuration of the system several advantages in terms of their operation. Furthermore, the system can contain a pumping device 24 for supplying the electrolytic devices 1 with electrolyte in a redundant manner. For the pump device 24 it should be noted that it can be installed on the suction side or on the pressure side in relation to the direction of flow for supplying the electrolytic devices with electrolyte. As already described above, the circulation line 14 enables the electrolyte to be supplied by the electrolyte supply device 2 regardless of the number and structural differences between the at least two electrolysis devices 1 . For example, the pumping device 24 can also be oversized in order to ensure that the system can be expanded with several electrolytic devices 1 while at the same time complying with all the requirements of the electrolytic devices 1 for the electrolyte flow, particularly in terms of flow technology. In the same way, the pump device 24 can be expanded in a possible embodiment to include a pump for the constant overturning and/or circulation of the electrolyte. Such a configuration has the advantageous effect that the flow of electrolyte is kept in constant motion, and thus the accumulation of gas bubbles on surfaces wetted by the electrolyte is advantageously reduced or prevented.
Weiters ist denkbar, dass bei einer möglichen vorteilhaften Ausgestaltungsform das zumindest eine Stellglied 7b im Rücklauf der Zirkulationsleitung vorgesehen ist. Somit kann beispiels weise, bei Kenntnis der inneren Widerstände der Elektrolysevorrichtungen 1, ein idealer Be triebspunkt der zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen 1 hinsichtlich des Wirkungsgrades dergleichen eingestellt werden. Vor allem kann dies im Zusammenwirken mit einer entspre chenden Ansteuerung der Pumpvorrichtung 24 weitreichende Vorteile mit sich bringen, da dadurch eine überaus genaue Dosierung des Elektrolytstroms ermöglicht wird. Es sei auch festgehalten, dass die in Fig. 2 gezeigte Anordnung des zumindest einen Stellglieds 7b ein Beispiel einer Ausführungsform ist, so auch die Möglichkeit der Anordnung dieses Stellglieds im Zulauf der Zirkulationsleitung vorteilhaft sein kann. An dieser Stelle sei weiters ange merkt, dass die Pump Vorrichtung 24 in Bezug auf die Versorgungsrichtung mit Elektrolyten saugend oder pumpen ausgeführt sein kann und bezogen auf die Versorgungsrichtung mit Elektrolyten keine präferierte Anordnung vorgesehen ist. Dies ist vor allem auch in Bezug auf Fig. 1 zu beachten.
Hinsichtlich einer baulich unterschiedlichen Ausgestaltung der Elektrolyse Vorrichtungen 1 kann vorgesehen sein, dass die unterschiedliche bauliche Ausgestaltung der Elektrolysevor richtungen 1 einen unterschiedlichen Betriebsbereich hinsichtlich der elektrischen Leistung der Elektrolysevorrichtungen 1 zur Folge hat. So kann, wie in Fig. 2 dargestellt, weiters eine Ausführungsform der Anlage von Vorteil sein, bei der wenigstens eine der Elektrolysevor richtungen 1, beispielsweise wie dargestellt die Elektrolysevorrichtung ld, zumindest zwei, hinsichtlich des Elektrolytstroms fluidisch in Serie geschaltete Elektrolysemodule 8 umfasst. Dadurch ergeben sich vorteilhafte Effekte, wie bereits weiter oben beschrieben. Auch kann vorteilhaft sein, dass die unterschiedlichen Elektrolysemodule 8 hinsichtlich des Zellenquer schnitts und/oder hinsichtlich einer unterschiedlichen Anzahl an Zellkammer ausgeführt sind, wobei wenigstens eines der zumindest zwei Elektrolysemodule 8 wenigstens eine Anionen- Austauschermembran 9 umfasst, welche die Zellkammer unterteilt. Somit kann mit der ge zeigten Ausgestaltung der Anlage ein erhöhter Grad an Flexibilität hinsichtlich einer Abde ckung eines breiten Betriebsbereiches der Anlage geschaffen werden. Auch können dadurch weitere vorteilhafte Eigenschaften der Anlage geschaffen werden, wie beispielsweise eine Aufbereitung des Wasserstoffgas hinsichtlich dessen Druckniveau und Reinheit innerhalb ei ner Elektrolysevorrichtung 1. Exemplarisch kann die Möglichkeit der Aufbereitung durch die beschriebene serielle Aneinanderreihung der Elektrolysemodule 8 geschaffen werden, wobei denkbar ist, dass ein Elektrolysemodul 8 auch eine Vielzahl an Anionen-Austauschermembra- nen 9 beinhalten kann, welche Anionen-Austauschermembrane 9 somit in mehreren aneinan dergereihten Zellkammern einen elektrolytischen Prozess durchführen können. So kann die vorteilhafte Ausgestaltung geschaffen werden, dass innerhalb eines Elektrolysemoduls 8 die Führung des Elektrolyten und die Führung der Elektrolyseprodukte so ausgestaltet ist, dass Wasserstoffgas in erhöhter Reinheit und mit erhöhtem Druck, verglichen mit einer Elektro lyse mit nur einer Zellkammer, erzeugt werden kann. It is also conceivable that in a possible advantageous embodiment the at least one actuator 7b is provided in the return of the circulation line. Thus, for example, if the internal resistances of the electrolysis devices 1 are known, an ideal operating point of the at least two electrolysis devices 1 with regard to the efficiency can be set. Above all, this can bring far-reaching advantages in conjunction with a corresponding control of the pump device 24, since this enables an extremely precise dosing of the electrolyte flow. It should also be noted that the arrangement of the at least one actuator 7b shown in FIG. 2 is an example of an embodiment, so the possibility of arranging this actuator in the inlet of the circulation line can also be advantageous. At this point it should also be noted that the pumping device 24 can be designed to suck or pump with respect to the direction of supply with electrolytes and that no preferred arrangement is provided with respect to the direction of supply with electrolytes. This is to be noted above all in relation to FIG. 1 . With regard to a structurally different design of the electrolysis devices 1, it can be provided that the different structural design of the electrolysis devices 1 results in a different operating range with regard to the electrical power of the electrolysis devices 1. As shown in FIG. 2, an embodiment of the system can also be advantageous in which at least one of the electrolysis devices 1, for example the electrolysis device 1d as shown, comprises at least two electrolysis modules 8 fluidically connected in series with regard to the electrolyte flow. This results in advantageous effects, as already described above. It can also be advantageous that the different electrolysis modules 8 are designed with regard to the cell cross-section and/or with regard to a different number of cell chambers, with at least one of the at least two electrolysis modules 8 comprising at least one anion exchange membrane 9 which divides the cell chamber. Thus, with the configuration of the system shown, an increased degree of flexibility can be created with regard to covering a broad operating range of the system. This can also create further advantageous properties of the system, such as processing the hydrogen gas in terms of its pressure level and purity within an electrolysis device 1. For example, the possibility of processing can be created by the described serial arrangement of the electrolysis modules 8, it being conceivable that an electrolysis module 8 can also contain a large number of anion exchange membranes 9, which anion exchange membranes 9 can thus carry out an electrolytic process in a number of cell chambers lined up next to one another. In this way, the advantageous configuration can be created that the routing of the electrolyte and the routing of the electrolysis products is designed within an electrolysis module 8 in such a way that hydrogen gas can be generated with increased purity and at increased pressure compared to an electrolysis with only one cell chamber.
In Fig. 3 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der An lage gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeich nungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 und Fig. 2 verwendet werden. Um unnötige Wie derholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung der vorangegangenen Fig.l, Fig. 2 und die vorangegangene Beschreibungseinleitung hingewiesen bzw. Bezug genommen. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann eine mögliche Ausgestaltung der Anlage sein, dass mittels dem wenigstens einen Stellglied 7 der wenigstens eine Elektrolytablauf 4 mit der wenigstens einen
Rücklaufleitung 13 koppelbar ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann, wie bereits beschrieben, der Elektrolytstrom in effektiver Weise gesteuert werden. Wie schon in der Be schreibungseinleitung und in der Fig.2 erwähnt, kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der An lage, insbesondere der Elektrolysevorrichtung lf sein, dass diese Elektrolysevorrichtung lf zumindest zwei unterschiedliche Elektrolysemodule 8, insbesondere das Elektrolysemodul 8c und das Elektrolysemodul 8d umfassen, wobei diese fluidisch in Serie geschalten sind. Ent sprechend der schematischen Darstellung können sich das Elektrolysemodul 8c und das Elekt rolysemodul 8d hinsichtlich des Zellenquerschnitts und/oder hinsichtlich einer unterschiedli chen Anzahl an Zellkammern unterscheiden. Wie bereits oben ausführlich beschrieben, kann diese mögliche Ausgestaltung der Anlage mehrere vorteilhafte Effekte haben. Einerseits sind durch die baulichen Unterschiede der Elektrolysemodule 8 unterschiedliche Anforderungen an den Prozess der Elektrolyse abbildbar. Beispielsweise können durch geeignete Aneinander reihung von Zellkammern mit einem ersten Zellenquerschnitt unterschiedliche Druckstufen und Reinheitsgrade des Wasserstoffgases realisiert werden. Andererseits kann in Bezug auf die serielle Aneinanderreihung von den zumindest zwei Elektrolysemodulen 8, durch eine ge eignete Anpassung von Zellenanzahl und Zellenquerschnitt das, in Fließrichtung des Elektro lyten seriell zweite Elektrolysemodul 8d in performanter Art und Weise betrieben werden, wenn auch der Elektrolyt bereits prozessbedingte Gase aus dem ersten Elektrolysemodul 8c beinhalten kann. Weiters kann durch eine geeignete Anpassung von Zellenanzahlen und Zel lenquerschnitten der zumindest zwei Elektrolysemodule 8 der Betriebsbereich und/oder der effektivste Betriebspunkt der Elektrolysevorrichtung lf in optimaler Art und Weise auf die Anforderungen an die Anlage abgestimmt werden, beispielsweise, wenn die Anlage in eine Großanlage als Teilanlage mit bestimmten Anforderungen eingebunden werden soll. An die ser Stelle sei zusätzlich der Hinweis auf die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte der er- findungsgemäßen Anlage, hinsichtlich einer optimalen Abstimmung auf Basis einer Vorgaben einer veränderbaren elektrischen Last seitens eines angeschlossenen elektrischen Netztes und dem daraus resultierendem Regelvermögen der Anlage, vermerkt. FIG. 3 shows a further embodiment of the system, which may be independent in itself, with the same reference numbers or component designations as in the previous FIGS. 1 and 2 being used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description of the preceding FIGS. 1, 2 and the preceding introduction to the description. As shown in Fig. 3, a possible embodiment of the system can be that by means of the at least one actuator 7, the at least one electrolyte outlet 4 with the at least one Return line 13 can be coupled. As already described, this advantageous configuration allows the electrolyte flow to be controlled in an effective manner. As already mentioned in the introduction to the description and in FIG are fluidly connected in series. According to the schematic representation, the electrolysis module 8c and the electrolysis module 8d can differ with regard to the cell cross section and/or with regard to a different number of cell chambers. As already described in detail above, this possible embodiment of the system can have several advantageous effects. On the one hand, due to the structural differences between the electrolysis modules 8, different requirements for the electrolysis process can be mapped. For example, by suitably lining up cell chambers with a first cell cross-section, different pressure stages and degrees of purity of the hydrogen gas can be implemented. On the other hand, with regard to the serial arrangement of the at least two electrolysis modules 8, the second electrolysis module 8d, which is serial in the flow direction of the electrolyte, can be operated in a high-performance manner by suitably adapting the number of cells and cell cross-section, even if the electrolyte already contains process-related gases may include from the first electrolysis module 8c. Furthermore, by suitably adapting the number of cells and cell cross-sections of the at least two electrolysis modules 8, the operating range and/or the most effective operating point of the electrolysis device lf can be optimally matched to the requirements of the system, for example if the system is integrated into a large-scale system as a Unit with specific requirements is to be integrated. At this point, reference should also be made to the above-described advantageous effects of the system according to the invention, with regard to optimal coordination based on specifications for a variable electrical load on the part of a connected electrical network and the resulting control capability of the system.
In Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der An lage gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeich nungen wie in den vorangegangenen Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung der vorangegangenen
Fig.l, Fig. 2, Fig. 3 und die vorangegangene Beschreibungseinleitung hingewiesen bzw. Be zug genommen. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann eine mögliche Ausgestaltung der Anlage sein, dass wenigstens ein Stellglied 7 in einen Sperrzustand überführbar ist, in welchem ein Elekt- rolytstrom zu der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung 1, welcher das wenigstens eine Stellglied 7 zugeordnet ist, zur Gänze unterbindbar ist. Beispielhaft veranschaulicht eine sol che mögliche Ausgestaltungsform das Stellglied 7f in Fig. 4. An diesem Stellglied 7f kann wie gezeigt auch keine Elektrolysevorrichtung 1 mittels einem Elektrolytzulauf 3 an die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung 2 gekoppelt sein, wobei durch den Sperrzustand des Stell glieds 7f weiterhin die erfindungsgemäße Anlage ohne Einschränkungen in optimaler Art und Weise betreibbar bleiben kann. Das kann neben den bereits beschriebenen vorteilhaften Ef fekten die Möglichkeit von Wartung s arbeiten eröffnen oder die Austauschbarkeit von Elekt rolysevorrichtungen 1 bei weitergeführtem Betrieb gewährleisten, wobei entsprechend der er- findungsgemäßen Ausführung der Anlage der Betriebsbereich der Anlage weiterhin in einem performanten Betrieb gehalten werden kann. 4 shows another embodiment of the system, which may be independent in itself, with the same reference numbers or component designations as in the previous FIGS. 1, 2 and 3 being used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description of the previous ones Fig.l, Fig. 2, Fig. 3 and the previous introduction to the description pointed out or Be taken train. As shown in Fig. 4, a possible configuration of the system can be that at least one actuator 7 can be converted into a blocking state in which an electrolyte flow to the at least one electrolysis device 1, to which the at least one actuator 7 is assigned, completely is preventable. An example of such a possible embodiment is illustrated by actuator 7f in FIG System can remain operable in an optimal manner without restrictions. In addition to the advantageous effects already described, this can open up the possibility of maintenance work or ensure the interchangeability of electrolysis devices 1 with continued operation, with the operating range of the system still being able to be kept in high-performance operation in accordance with the inventive design of the system.
Weiters zeigt die mögliche Ausbauform der Anlage in Fig.4 die Möglichkeit zur Erweiterung der erfindungsgemäßen Anlage auf. So kann beispielsweise die Anlage eine Mehrzahl an Elektrolysevorrichtungen lg, lf und lh umfassen, wobei diese Elektrolysevorrichtungen 1 wiederum jeweils mehrere und auch baulich unterschiedliche Elektrolysemodule 8e bis 81 um fassen können. Durch diese mögliche Konstellation kann eine graduelle und genaue Abstim mung der Anlage an betriebliche Anforderungen erfolgen, wobei gleichzeitig eine Erweite rung mit zusätzlichen Elektrolysevorrichtungen 1 bis hin zur Auslastungsgrenze der Elektro lyt-Versorgungsvorrichtung 2 nicht ausgeschlossen ist. Neben den bereits oben beschriebenen Vorteilen, kann diese schematisch dargestellte Ausführungsform besonders günstig sein, wenn die offenbarte Anlage im Verbund einer Großanlage mittels einem übergeordneten Sys tem, das Steuerungs- und Lastverteilungsaufgaben übernehmen kann, in teilautonomer Art und Weise betrieben wird. Diese mögliche Ausführungsform ist durch das in Fig. 4 gezeigte beispielhafte Versorgungssystem 25 angedeutet. Das Versorgungssystem 25 kann wie be schrieben von einer Großanlage bereitgestellt sein. Furthermore, the possible configuration of the system in FIG. 4 shows the possibility of expanding the system according to the invention. For example, the system can comprise a plurality of electrolysis devices 1g, 1f and 1h, with these electrolysis devices 1 in turn being able to contain a plurality of electrolysis modules 8e to 81, which are also structurally different. With this possible constellation, a gradual and precise tuning of the system to operational requirements can take place, while at the same time an extension with additional electrolytic devices 1 up to the utilization limit of the electrolytic supply device 2 is not ruled out. In addition to the advantages already described above, this embodiment shown schematically can be particularly favorable if the disclosed system is operated in a semi-autonomous manner in the network of a large system by means of a higher-level system that can take over control and load distribution tasks. This possible embodiment is indicated by the exemplary supply system 25 shown in FIG. 4 . As described, the supply system 25 can be provided by a large system.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der
Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. The exemplary embodiments show possible variants, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated variants of the same ben, but rather that various combinations of the individual variants are possible and this possibility of variation is due to the The teaching of technical action through a concrete invention lies within the ability of the person skilled in the art working in this technical field.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den. The scope of protection is determined by the claims. However, the description and drawings should be used to interpret the claims. Individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can represent independent inventive solutions. The task on which the independent inventive solutions are based can be found in the description.
Entsprechend der Bezugszeichenliste werden Begriffe aus der Bezugszeichenliste mit und/oder ohne bestimmten Index in der Beschreibung der Offenbarung verwendet. Sofern eine genaue Differenzierung der Begriffe hinsichtlich deren spezifischer Ausgestaltungsform nicht notwendig ist, werden keine Indizes verwendet. Im Umkehrschluss wird beispielsweise eine Elektrolysevorrichtung lg von einer Elektrolysevorrichtung lf entsprechend der jeweili gen Beschreibung differenziert, wobei beides weiterhin Elektrolysevorrichtungen 1 sind. According to the list of reference numbers, terms from the list of reference numbers are used with and/or without a specific index in the description of the disclosure. If an exact differentiation of the terms with regard to their specific form is not necessary, no indices are used. Conversely, for example, an electrolysis device lg is differentiated from an electrolysis device lf according to the respective description, with both still being electrolysis devices 1 .
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10. All information on value ranges in the present description is to be understood in such a way that it also includes any and all sub-ranges, e.g. the information 1 to 10 is to be understood as including all sub-ranges, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 i.e. all sub-ranges start with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung Elektrolysevorrichtung Elektrolyt- Versorgungsvorrichtung Elektrolytzulauf Elektrolytablauf Steuervorrichtung Strömungszustand-Erfassungsvor richtung Stellglied Elektrolysemodul Anionen-Austauschermembran Speichertank Elektrolyt- Aufbereitungsvorrichtung Wärmeübertragungsvorrichtung Rücklaufleitung Zirkulationsleitung Produktgas-Sammelleitung Sauerstoffleitung Zusatzmittel-Zulaufleitung Wärmetauschermedium-Zuführlei- tung Wärmetauschermedium-Abführlei- tung Speichertank-Entleerleitung Kommunikationsverbindung Elektrische- Versorgungsleitung Steuerungs Verbindungen Pumpvorrichtung Versorgungssystem
Finally, for the sake of clarity, it should be pointed out that some elements are shown not to scale and/or enlarged and/or reduced in order to better understand the structure. List of reference numbers Electrolysis device Electrolyte supply device Electrolyte inlet Electrolyte outlet Control device Flow state detection device Actuator Electrolysis module Anion exchange membrane Storage tank Electrolyte treatment device Heat transfer device Return line Circulation line Product gas collection line Oxygen line Additive feed line Heat exchange medium supply line Heat exchange medium discharge line Storage tank emptying line Communication connection Electrical supply line Control connections Pumping device supply system
Claims
1. Anlage zur Durchführung einer Elektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff, umfassend zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen (1), welche Elektrolysevorrichtungen (1) von einer gemeinsamen Elektrolyt- Versor gungsvorrichtung (2) mit einem Elektrolyten versorgbar sind, welche Elektrolysevorrichtungen (1) wenigstens jeweils einen Elektrolytzulauf (3) und einen Elektrolytablauf (4) aufweisen, welche Elektrolytzuläufe (3) und Elektrolytabläufe (4) mit der gemeinsamen Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung (2) zum Aufbau eines Elektro- lytstroms durch jede der Elektrolysevorrichtungen (1) fluidisch gekoppelt sind, und wenigstens eine elektronische Steuervorrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) zur Erfassung der Strömungszustände des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der Elektrolysevorrichtungen (1) ausgebildet ist, und dass die Steuervorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, anhand von Erfassungswerten der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) wenigstens ein Stellglied (7) zum Beeinflussen des Elektrolytstroms durch wenigstens eine der zumindest zwei Elektro lysevorrichtungen (1) anzusteuern. 1. Plant for carrying out an electrolysis to produce oxygen and hydrogen, comprising at least two electrolysis devices (1), which electrolysis devices (1) from a common electrolyte supply device (2) can be supplied with an electrolyte, which electrolysis devices (1) at least each have an electrolyte inlet (3) and an electrolyte outlet (4), which electrolyte inlets (3) and electrolyte outlets (4) are fluidically coupled to the common electrolyte supply device (2) to build up an electrolyte flow through each of the electrolysis devices (1), and at least one electronic control device (5), characterized in that at least one flow condition detection device (6) is designed to detect the flow conditions of the electrolyte stream through at least one of the electrolysis devices (1), and in that the control device (5) is set up to detection values of the least s a flow state detection device (6) to control at least one actuator (7) for influencing the flow of electrolyte through at least one of the at least two electrolytic devices (1).
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Elekt rolysevorrichtungen (1) baulich unterschiedlich ausgestaltet sind, wobei die unterschiedliche bauliche Ausgestaltung der Elektrolysevorrichtungen (1) einen unterschiedlichen Betriebsbe reich hinsichtlich der elektrischen Leistung der Elektrolysevorrichtungen (1) zur Folge hat. 2. System according to claim 1, characterized in that the at least two electrolysis devices (1) are structurally different, the different structural design of the electrolysis devices (1) resulting in a different operating range with regard to the electrical power of the electrolysis devices (1). .
3. Anlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu mindest zwei Elektrolyse Vorrichtungen (1) hinsichtlich ihrer zu- und abfließenden Elektrolyt ströme fluidisch parallelgeschaltet sind. 3. Plant according to claim 1 or claim 2, characterized in that the at least two electrolysis devices (1) are fluidically connected in parallel with regard to their inflowing and outflowing electrolyte streams.
4. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Elektrolysevorrichtungen (1) eine Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) zur Erfas sung des Elektrolytstroms durch die einzelnen Elektrolysevorrichtungen (1) zugeordnet ist.
4. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that each of the electrolysis devices (1) is assigned a flow state detection device (6) for detecting the solution of the electrolyte flow through the individual electrolysis devices (1).
5. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, anhand der Erfassungswerte der wenigstens einen Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) das wenigstens eine Stellglied (7) derart anzu- steuem, dass jede der Elektrolysevorrichtungen (1) innerhalb ihres jeweils vordefinierten Vo- lumenstrom-Betriebsbereiches betrieben wird. 5. System according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is set up to control the at least one actuator (7) based on the detection values of the at least one flow condition detection device (6) in such a way that each of the electrolysis devices (1) is operated within its respective predefined volumetric flow operating range.
6. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) wenigstens einen Drucksensor umfasst. 6. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the flow condition detection device (6) comprises at least one pressure sensor.
7. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) wenigstens einen Temperatur-Sensor umfasst. 7. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the flow condition detection device (6) comprises at least one temperature sensor.
8. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass we nigstens eine der Elektrolysevorrichtungen (1) zumindest zwei hinsichtlich des Elektrolyt stroms fluidisch gekoppelte Elektrolysemodule (8) umfasst. 8. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the electrolysis devices (1) comprises at least two electrolysis modules (8) which are fluidically coupled with respect to the electrolyte current.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der zu mindest zwei Elektrolysemodule (8) wenigstens eine Anionen- Austauschermembran (9) um fasst, welche eine Zellkammer des wenigstens einen Elektrolysemoduls (8) unterteilt. 9. Plant according to claim 8, characterized in that at least one of the at least two electrolysis modules (8) comprises at least one anion exchange membrane (9) which divides a cell chamber of the at least one electrolysis module (8).
10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Elekt rolysevorrichtungen (1) unterschiedliche Elektrolysemodule (8) hinsichtlich des Zellenquer schnitts und/oder hinsichtlich einer unterschiedlichen Anzahl an Zellkammem aufweisen. 10. Plant according to claim 8, characterized in that the at least two electrolysis devices (1) have different electrolysis modules (8) with regard to the cell cross-section and/or with regard to a different number of cell chambers.
11. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyt- Versorgungsvorrichtung (2) einen Speichertank (10) für den Elektrolyten und eine Elektrolyt- Aufbereitungsvorrichtung (11) für den Elektrolyten umfasst, wobei der Speicher tank (10) die Bereitstellung des Elektrolyten für die zumindest zwei Elektrolysevorrichtungen (1) gewährleistet. 11. System according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte supply device (2) comprises a storage tank (10) for the electrolyte and an electrolyte preparation device (11) for the electrolyte, the storage tank (10) providing of the electrolyte for the at least two electrolysis devices (1).
12. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung (2) eine Wärmeübertragung s Vorrichtung (12) umfasst,
wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, um dem Elektrolyten Wärme zuzuführen und/oder zu entziehen. 12. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte supply device (2) comprises a heat transfer device (12), wherein the heat transfer device (12) is set up to supply and/or extract heat from the electrolyte.
13. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, wenigstens einer der Elektrolysevorrichtungen (1) einen Betriebsbereich oder Betriebspunkt vorzugeben und an die wenigstens eine Elektrolyse vorrichtung (1) zur Umsetzung zu übermitteln. 13. System according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is set up to specify an operating range or operating point for at least one of the electrolysis devices (1) and to transmit it to the at least one electrolysis device (1) for implementation.
14. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektrolytablauf (4) über wenigstens eine Rücklaufleitung (13) mit der Elekt rolyt-Versorgung s Vorrichtung (2) strömungsverbunden ist, sodass eine Zirkulation von Elekt- rolyt zwischen der Elektrolyt-Versorgungsvorrichtung (2) und der wenigstens einen Elektro lysevorrichtung (1) aufbaubar ist. 14. System according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrolyte outlet (4) via at least one return line (13) with the electrolyte supply s device (2) is flow-connected, so that a circulation of electrolyte between the Electrolyte supply device (2) and the at least one electric lysis device (1) can be built up.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytablauf (4) der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung (1) mittels der wenigstens einen Rücklaufleitung (13) mit einem Speichertank (10) für den Elektrolyten strömungsverbunden ist. 15. Plant according to claim 14, characterized in that the electrolyte outlet (4) of the at least one electrolysis device (1) is flow-connected by means of the at least one return line (13) to a storage tank (10) for the electrolyte.
16. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem wenigstens einen Stellglied (7) der wenigstens eine Elektrolytablauf (4) mit der wenigstens einen Rück laufleitung (13) koppelbar ist. 16. Plant according to claim 14, characterized in that the at least one electrolyte outlet (4) can be coupled to the at least one return line (13) by means of the at least one actuator (7).
17. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytstrom durch die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung (1) mittels dem wenigstens einen Stellglied (7) aus einer Zirkulationsleitung (14) für den Elektrolyten abzweigbar/aus koppelbar ist. 17. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte flow through the at least one electrolysis device (1) by means of the at least one actuator (7) from a circulation line (14) for the electrolyte can be branched off / coupled.
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stellglied (7) einen Elektrolytzulauf (3) der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung (1) mit der Zirkulationsleitung (14) verbindet.
18. Plant according to claim 17, characterized in that the at least one actuator (7) connects an electrolyte inlet (3) of the at least one electrolysis device (1) to the circulation line (14).
19. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stellglied (7) in einen Sperrzustand überführbar ist, in welchem ein Elektro- lytstrom zu der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung (1) zur Gänze unterbindbar ist. 19. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one actuator (7) can be converted into a blocked state in which an electrolyte flow to the at least one electrolysis device (1) can be completely suppressed.
20. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stellglied (7) durch ein mit der Steuervorrichtung (5) leitungs verbunde nes, steuerbares Drosselventil, ein elektromagnetisch betätigbares Wegeventil, insbesondere ein proportionalgesteuertes Wegeventil, oder ein Umschaltventil gebildet ist. 20. System according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one actuator (7) is formed by a controllable throttle valve connected to the control device (5), an electromagnetically actuable directional valve, in particular a proportionally controlled directional valve, or a switching valve .
21. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, um von einem Versorgungssystem (25) einen Soll-Betriebsbereich für die Anlage zur Durchführung der Elektrolyse zu empfangen. 21. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is set up to receive a target operating range for the plant for carrying out the electrolysis from a supply system (25).
22. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, um Erfassungswerte der wenigstens einen Strö- mungszustand-Erfassungsvorrichtung (6) an ein Versorgungssystem (25) zu übermitteln.
22. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (5) is set up to transmit detection values of the at least one flow state detection device (6) to a supply system (25).
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