EP4508262A1 - Elektrolyseur, einsatz für einen elektrolyseur, zuleitungsrohr für einen elektrolyseur und ableitungsrohr für einen elektrolyseur - Google Patents

Elektrolyseur, einsatz für einen elektrolyseur, zuleitungsrohr für einen elektrolyseur und ableitungsrohr für einen elektrolyseur

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Publication number
EP4508262A1
EP4508262A1 EP23733772.0A EP23733772A EP4508262A1 EP 4508262 A1 EP4508262 A1 EP 4508262A1 EP 23733772 A EP23733772 A EP 23733772A EP 4508262 A1 EP4508262 A1 EP 4508262A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyzer
pipe
supply pipe
insert
partial lines
Prior art date
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Pending
Application number
EP23733772.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Diehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4508262A1 publication Critical patent/EP4508262A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/06—Detection or inhibition of short circuits in the cell
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells

Definitions

  • Electrolyzer insert for an electrolyzer, supply pipe for an electrolyzer and discharge pipe for an electrolyzer
  • the invention relates to an electrolyzer with a plurality of cell elements and with a supply pipe and a discharge pipe for supplying and discharging electrolyte to and away from the cell elements.
  • the invention further relates to an insert for such an electrolyzer, a supply pipe for such an electrolyzer and a discharge pipe for such an electrolyzer.
  • electrolysis redox reactions that are associated with material conversions can be enforced by imposing an electric current through suitable cell elements.
  • a device for this purpose is called an electrolyzer and can be used to produce important raw materials in the chemical industry.
  • anode and cathode halves are separated by diaphragms (or membranes), which enable electrical conductivity (ion and/or proton exchange) but prevent material exchange.
  • diaphragms or membranes
  • liquid electrolytes are used in electrolysers, which are changed or are consumed, they can be continuously renewed during the process using appropriate supply and discharge lines.
  • the substance conversion rates for given cell elements are generally subject to narrow limits due to current density limitations. For large-scale use, the active cell element area must therefore be increased in order to increase the material conversion rates.
  • a technically sensible and frequently used method is to arrange many (same) cell elements into a stack.
  • the electrical connection of the cell elements of a stack provides represents a series connection, ie the anode of a cell element N is connected to the cathode of the cell element N+l and the cathode of the cell element N is electrically conductively connected to the anode of the cell element Nl.
  • the series connection also multiplies the low cell element voltage from a few volts to, for example, several hundred volts.
  • the hydraulic connection of the cell elements of a stack to supply fresh electrolytes represents a parallel connection.
  • the hydraulic connection of the cell elements to form a stack creates additional and undesirable electrically conductive connections between all cell elements.
  • an electrical working current flows through all cell elements.
  • unwanted so-called electrical stray currents also flow on the various parallel current paths.
  • These electrical stray currents lead to local current density increases close to the supply lines and discharge lines of the electrolytes, particularly on the first and last cell elements of a stack. This can lead to premature aging and destruction of the membranes and failure of the entire stack.
  • a reduction in electrical stray currents can be achieved by increasing the electrical resistance of the electrolyte supply and discharge lines.
  • the previous solution envisages extending the supply lines and outgoing lines, which results in an increase in resistance while maintaining the same cross-sectional area.
  • the line extensions disadvantageously lead to increased flow resistance and increased material requirements for production.
  • an electrolyzer with a plurality of cell elements, and with a supply pipe and a discharge pipe for supplying and discharging electrolyte to and away from the cell elements, the supply pipe and / or the discharge pipe being at least two galvanically separated from one another at least in sections has separately formed partial lines, wherein the partial lines are designed as eccentric partial lines and are set up in such a way that a current path extension of the current paths is caused by electrical stray currents in the supply pipe and / or the discharge pipe.
  • a supply pipe or discharge pipe is understood to mean an elongated hollow body whose length is significantly larger than its diameter.
  • a pipe is made of relatively inflexible material.
  • the supply pipe and the discharge pipe can be designed to be so rigid that manual deformation, as with a hose, such as a corrugated hose, is impossible, but the use of tools is required.
  • the plurality of cell elements that form a stack are divided into at least two cell element groups that are electrically better insulated from one another by means of the at least two partial lines that are designed to be galvanically isolated from one another.
  • a current path extension is achieved for at least part of the electrical stray currents, which result in a higher ohmic resistance due to the extension, without the supply pipe and/or discharge pipe being lengthened, which in turn would result in increased flow losses.
  • the partial lines are designed as eccentric running partial lines results in a particularly stable structure with optimized utilization of the cross-sectional area of the Supply pipe or drain pipe possible.
  • eccentric is understood to mean outside a circle center or pivot point, for example arrangements in which the partial lines are not arranged in relation to one another like concentric circles or rings.
  • At least one of the partial lines is designed to form a honeycomb structure.
  • the partial lines with their respective cross-sectional areas thus form a regular pattern with the cross-sectional areas as cell elements.
  • the respective cross-sectional areas can have any basic shape, for example triangular, square, or even circular.
  • Such a honeycomb structure leads to a particularly stable structure without additional stabilizing elements.
  • At least one of the partial lines has a hexagonal cross-sectional area.
  • the respective cross-sectional areas thus form a honeycomb structure, which is at the same time particularly stable and provides maximized cross-sectional areas.
  • the partial lines are each designed to provide the same cross-sectional area. This ensures that each cell element group can be supplied with the same amount of electrolyte per unit of time. This makes a particularly simple structure possible, since each of the cell element groups can have the same number of cell elements.
  • the partial lines in the supply pipe extend with a predetermined length in the direction opposite to the electrolyte flow direction and/or in the discharge pipe with a predetermined length in the direction of the electrolyte flow direction. In this way, the current path extension can be increased again.
  • at least one of the partial lines is formed by a passage which extends through an insert in the supply pipe and/or discharge pipe. The partial lines can therefore be formed particularly easily by a one-piece and/or component made of the same material.
  • At least one of the partial lines is formed by a groove which extends parallel to the passage.
  • the partial line formed by the groove is only partially covered by the insert. Rather, the insert and the pipe jacket of the supply pipe or discharge pipe together form a casing for this passage. In this way, another partial line can be formed particularly easily.
  • the insert has at least one pipe section and a ring element assigned to each pipe section, the respective ring element extending radially outwards from the pipe section and ending at least one partial line.
  • the insert can be designed in one piece and/or with the same material and thus enables the plurality of partial lines to be formed by assembling just one component.
  • the invention also includes an insert for such an electrolyzer, a supply pipe and a discharge pipe for such an electrolyzer.
  • Figure 1 shows a schematic representation of components of an electrolyzer.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an insert for the electrolyzer shown in Figure 1.
  • Figure 3 shows a schematic representation of further details of the insert shown in Figure 2.
  • Figure 4 shows a schematic representation of further details of the insert shown in Figure 2.
  • Figure 5 shows a schematic representation of further details of the insert shown in Figure 2.
  • Figure 6 shows a schematic representation of further details of the insert shown in Figure 2.
  • Figure 7 is a schematic representation of a further representation of the electrolyser shown in Figure 1 with an insert shown in Figures 2 to 7.
  • FIG. 1 Reference is first made to FIG. 1.
  • An electrolyzer 2 is shown.
  • the electrolyzer 2 has a plurality of cell elements 4, which form a stack 10 and are electrically connected in series. Furthermore, the electrolyzer 2 in the present exemplary embodiment has a supply pipe 6 and a discharge pipe 8, each with circular cross-sectional areas, with which electrolyte can first be supplied to the cell elements 4 and then removed from the cell elements 4. For this purpose, both the supply pipe 6 and the discharge pipe 8 each have a plurality of outlet and inlet openings (not shown).
  • An insert 14 is inserted into the supply pipe 6 and the discharge pipe 8.
  • the insert 14 has 19 pipe sections 16a to 16s, each of which forms a partial line 12a to 12s. Deviating from the present exemplary embodiment, the number of pipe sections 16a to 16s can also be different.
  • each of the partial lines 12a to 12s each have a hexagonal cross-sectional area and thus form a honeycomb structure or honeycomb structure.
  • the partial lines 12a to 12s are each formed by a passage 20a to 20s, which extend through the insert 14 along their main extension direction and in the present exemplary embodiment are each formed in a straight line and parallel to one another.
  • the passages 20a to 20s or the webs connecting the passages 20a to 20s can form flow-optimized inlet areas through rounding.
  • a homogenization of the electrolyte distribution can be achieved through optimized cross-sectional areas of the supply and discharge lines of the respective cell element of the stack 10, accompanied by an adjustment of the flow resistance, i.e. deviations from the uniform honeycomb structure and/or through optimized inlet surfaces.
  • the partial lines 12a to 12s are designed as eccentric running partial lines 12a to 12s, that is, they are located outside a circle center or rotation. point.
  • the partial lines 12a to 12s are not arranged relative to one another like concentric circles or rings in the present exemplary embodiment.
  • one of the partial lines 12t is further formed by a groove 22 which extends parallel to the passages 20a to 20s and forms a further passage 20t.
  • the partial line 12t formed by the groove 22 is only partially covered by the insert 14. Rather, the insert 14 and the pipe jacket of the supply pipe 6 or discharge pipe 8 together form a casing of this passage 20t.
  • Each of the partial lines 12a to 12t ends at a ring element 18a to 18t, which seals the respective partial line 12a to 12t from the supply line 6 or discharge line 8.
  • a cell element group of the stack 10 can be supplied with electrolyte or electrolyte can be disposed of.
  • a first cell element group is supplied with electrolyte in the electrolyte flow direction E through the partial lines 12t formed by the groove 22 or electrolyte is disposed of.
  • the insert 14 is designed in one piece and/or using the same material.
  • the insert 14 - as well as the supply pipe 6 and the instructions 8 - are made of an electrically insulating material.
  • the supply pipe 6 and the discharge line 8 are designed to be rigid in the section in which the respective inserts 14 are located and are flexible in comparison in the remaining section.
  • the respective cross-sectional areas of the partial lines 12a to 12t are the same size. In this way, a largely homogeneous electrolyte distribution across all cell element groups of the stack 10 can be achieved.
  • a stack 10 with 20 cell elements is supplied with electrolyte.
  • the inserts 14 inserted into the supply pipe 6 and the discharge pipe 8 extend in the case of the supply pipe 6 with a predetermined length L in the direction opposite to the electrolyte flow direction E and in the case of the discharge pipe 8 with the predetermined length L in the direction Electrolyte flow direction E.
  • the respective lengths L are the same size. However, in deviation from the present exemplary embodiment, they can also be of different sizes.
  • the length L has a value in the range from 0.5 m to 3 m, for example 2 m.
  • Inserting the insert 14 separates the individual sections of the stack 10. This eliminates stray electrical currents that emerge from the rear sections and into the front ones Sections are forced to enter extended current paths S.
  • the extended current paths S are connected to an increased ohmic resistance, which reduces the electrical stray current strengths. In this way, a maximum of the electrical stray current density can be reduced by 70% (to 30%).

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseur (2), mit einer Mehrzahl von Zellelementen (4), und mit einem Zuleitungsrohr (6) und einem Ableitungsrohr (8) zum Zuführen und Ableiten von Elektrolyt zu und weg von den Zellelementen (4), wobei das Zuleitungsrohr (6) und/oder das Ableitungsrohr (8) zumindest abschnittsweise zumindest zwei galvanisch voneinander getrennt ausgebildete Teilleitungen (12a bis 12t) aufweist, wobei die Teilleitungen (12a bis 12t) als exzentrische verlaufende Teilleitungen (12a bis 12t) ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
Elektrolyseur , Einsatz für einen Ele ktrolyseur , Zuleitungsrohr für einen Ele ktrolyseur und Ableitungsrohr für einen Elektrolyseur
Die Erfindung betrifft einen Ele ktrolyseur , mit einer Mehrzahl von Zellelementen , und mit einem Zuleitungsrohr und einem Ableitungsrohr zum Zuführen und Ableiten von Elektrolyt zu und weg von den Zellelementen . Ferner betrifft die Erfindung einen Einsatz für einen derartigen Elektrolyseur , ein Zuleitungsrohr für einen derartigen Elektrolyseur und ein Ableitungsrohr für einen derartigen Elektrolyseur .
Bei der Elektrolyse können durch Einprägen eines elektrischen Stroms durch geeignete Zellelemente Redoxreaktionen erzwungen werden , die mit Stof f Umwandlungen verbunden sind . Eine Vorrichtung zu diesem Zweck wird Elektrolyseur genannt und kann zur Erzeugung wichtiger Grundstoffe der chemis chen Industrie eingesetzt werden . Vielfach sind Anoden- und Kathoden- Halbräume mittels Diaphragmen (bzw . Membranen ) getrennt , die elektrische Leitfähigkeit ( Ionen- und/oder Protonen- Austausch ) ermöglichen , j edoch Stof f austausch verhindern . Wenn in Elektrolyseuren flüs sige Ele ktrolyte eingesetzt werden , die durch die Stof f Umwandlung verändert bzw . verbraucht werden , können die se durch entsprechende Zuleitungen und Ableitungen während des Prozes ses fortlaufend erneuert werden . Den Stof f Umwandlungsraten sind für gegebene Zellelemente in der Regel enge Grenzen aufgrund von Stromdichtelimitierungen gegeben . Für den großtechnis chen Einsatz mus s daher zur Erhöhung der Stof f Umwandlungsraten die a ktive Zellelementfläche erhöht werden . Die s kann durch Vergrößerung der Zellelemente oder durch den gleichzeitigen Betrieb einer Mehrzahl von kleineren Zellelementen erreicht werden . Eine technisch sinnvolle und häufig angewendete Methode ist die Anordnung von vielen ( gleichen ) Zellelementen zu einem Stapel . Die elektrische Verbindung der Zellelemente eines Stapels stellt dabei eine Reihenschaltung dar, d.h. die Anode eines Zellelements N wird mit der Kathode des Zellelements N+l und die Kathode des Zellelements N wird mit der Anode des Zellelements N-l elektrisch leitend verbunden. Durch die Reihenschaltung wird zudem die geringe Zellelementspannung von wenigen Volt auf bspw. mehrere hundert Volt vervielfacht. Die hydraulische Verschaltung der Zellelemente eines Stapels zur Versorgung mit frischen Elektrolyten stellt hingegen eine Parallelschaltung dar. Durch die hydraulische Verschaltung der Zellelemente zu einem Stapel werden zusätzliche und unerwünschte elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen allen Zellelementen geschaffen. Beim Betrieb des Stapels von Zellelementen, d.h. dem Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. dem Einprägen eines elektrischen Stromes vom erstem zum letzten Zellelement fließt ein elektrischer Arbeitsstrom durch alle Zellelemente hindurch. Jedoch auf den verschiedenen parallelen Strompfaden fließen zusätzlich unerwünschte sogenannte elektrische Streuströme. Diese elektrischen Streuströme führen insbesondere an dem ersten und letzten Zellelement eines Stapels zu lokalen Stromdichtüberhöhungen nahe an den Zuleitungen und Ableitungen der Elektrolyten. Dies kann zur vorzeitigen Alterung und Zerstörung der Membranen und zum Ausfall des gesamten Stapels führen.
Eine Reduzierung der elektrischen Streuströme kann durch eine Erhöhung der elektrischen Widerstände der Zuleitungen und Ableitungen der Elektrolyte erreicht werden. Die bisherige Lösung sieht vor, die Zuleitungen und Ableitungen zu verlängern, womit sich bei gleichbleibenden Querschnittsfläche eine Widerstanderhöhung ergibt. Die Leitungsverlängerungen führen jedoch nachteilig zu erhöhten Strömungswiderständen und erhöhtem Materialbedarf zur Fertigung.
Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie hier Abhilfe geschaffen werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Elektrolyseur, mit einer Mehrzahl von Zellelementen, und mit einem Zuleitungsrohr und einem Ableitungsrohr zum Zuführen und Ableiten von Elektrolyt zu und weg von den Zellelementen, wobei das Zuleitungsrohr und/oder das Ableitungsrohr zumindest abschnittsweise zumindest zwei galvanisch voneinander getrennt ausgebildete Teilleitungen aufweist, wobei die Teilleitungen als exzentrische Teilleitungen ausgebildet und derart eingerichtet sind, dass eine Strompfadverlängerung der Strompfade von elektrischen Streuströmen in dem Zuleitungsrohr und/oder dem Ableitungsrohr bewirkt ist.
Unter einem Zuleitungsrohr bzw. Ableitungsrohr wird dabei ein länglicher Hohlkörper verstanden, dessen Länge wesentlich größer als sein Durchmesser ist. Im Gegensatz zu einem Schlauch ist ein Rohr aus relativ unflexiblem Material gefertigt. So können das Zuleitungsrohr und das Ableitungsrohr derart steif ausgebildet sein, dass ein händisches Verformen wie bei einem Schlauch, wie z.B. auch einem Wellschlauch, unmöglich ist, sondern hier ein Werkzeugeinsatz erforderlich ist .
Mit anderen Worten, durch die zumindest abschnittsweise zumindest zwei galvanisch voneinander getrennt ausgebildeten Teilleitungen wird die Mehrzahl der Zellelemente, die einen Stapel bilden, in zumindest zwei Zellelementgruppen geteilt, die elektrisch voneinander besser isoliert sind. So wird eine Strompfadverlängerung für zumindest einen Teil der elektrischen Streuströme erreicht, die aufgrund der Verlängerung einen höheren ohmschen Widerstand zur Folge haben, ohne dass es zu einer Verlängerung des Zuleitungsrohres und/oder Ableitungsrohres kommt, was wiederum erhöhte Strömungsverluste zur Folge hätte.
Dadurch, dass die Teilleitungen als exzentrische verlaufende Teilleitungen ausgebildet sind wird ein besonders stabiler Aufbau mit optimierter Ausnutzung der Querschnittsfläche des Zuleitungsrohres bzw. des Ableitungsrohres möglich. Dabei wird unter exzentrisch außerhalb eines Kreiszentrums bzw. Drehpunktes verstanden, also z.B. Anordnungen, bei denen die Teilleitung nicht wie konzentrische Kreise bzw. Ringe zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine der Teilleitungen eine Wabenstruktur bildend ausgebildet. Somit bilden die Teilleitungen mit ihren jeweiligen Querschnittsflächen ein regelmäßiges Muster mit den Querschnittsflächen als Zellelementen. Die jeweiligen Querschnittsflächen können eine beliebige Grundform aufweisen, z.B. dreieckförmig, viereckförmig, oder auch kreisförmig ausgebildet sein. Eine derartige Wabenstruktur führt zu einem besonders stabilen Aufbau ohne zusätzliche Stabilisierungselemente.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der Teilleitungen eine sechseckförmige Querschnittsfläche auf.
Somit bilden die jeweiligen Querschnittsflächen eine Honigwabenstruktur, die zugleich besonders stabil ist und maximierte Querschnittsflächen bereitstellt .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Teilleitungen jeweils eine gleiche Querschnittsfläche bereitstellend ausgebildet. So wird sichergestellt, dass jede Zellelementgruppe mit der gleichen Menge an Elektrolyt pro Zeiteinheit versorgt werden kann. Es wird so ein besonders einfacher Aufbau möglich, da jede der Zellelementgruppe jeweils die gleiche Anzahl von Zellelementen aufweisen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Teilleitungen in dem Zuleitungsrohr mit einer vorbestimmten Länge in Richtung entgegen der Elektrolytströmungsrichtung und/oder in dem Ableitungsrohr mit einer vorbestimmten Länge in Richtung der Elektrolytströmungsrichtung . So kann die Strompfadverlängerung nochmals vergrößert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Teilleitungen durch einen Durchgang gebildet, der sich durch einen Einsatz in dem Zuleitungsrohr und/oder Ableitungsrohr erstreckt. So können die Teilleitungen besonders einfach durch ein einstückiges und/oder materialeinheitliches Bauteil gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Teilleitungen durch eine Nut gebildet, die sich parallel zu dem Durchgang erstreckt. Mit anderen Worten, während die anderen Teilleitungen von dem Einsatz vollumfänglich ummantelt sind, ist die durch die Nut gebildete Teilleitung nur teilweise von dem Einsatz ummantelt. Vielmehr bilden der Einsatz und der Rohrmantel des Zuleitungsrohes bzw. Ableitungsrohres zusammen eine Ummantelung dieses Durchgangs. So kann eine weitere Teilleitung besonders einfach gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Einsatz zumindest einen Rohrabschnitt und ein jedem Rohrabschnitt zugeordnetes Ringelement auf, wobei sich das jeweilige Ringelement radial auswärts vom Rohrabschnitt erstreckt und zumindest je eine Teilleitung beendet. Z.B. kann der Einsatz einstückig und/oder materialeinheitlich ausgebildet sein und ermöglicht so durch Montage lediglich eines Bauteils die Mehrzahl an Teilleitungen zu bilden.
Ferner gehören zur Erfindung ein Einsatz für einen derartigen Elektrolyseur, ein Zuleitungsrohr und ein Ableitungsrohr für einen derartigen Elektrolyseur.
Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung Komponenten eines Elektrolyseurs . Figur 2 in schematischer Darstellung einen Einsatz für den in Figur 1 gezeigten Elektrolyseur.
Figur 3 in schematischer Darstellung weitere Details des in Figur 2 gezeigten Einsatzes.
Figur 4 in schematischer Darstellung weitere Details des in Figur 2 gezeigten Einsatzes.
Figur 5 in schematischer Darstellung weitere Details des in Figur 2 gezeigten Einsatzes.
Figur 6 in schematischer Darstellung weitere Details des in Figur 2 gezeigten Einsatzes.
Figur 7 in schematischer Darstellung eine weitere Darstellung des in Figur 1 gezeigten Elektrolyseurs mit einem in den Figuren 2 bis 7 gezeigten Einsatz.
Es wird zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen.
Dargestellt ist ein Elektrolyseur 2.
Der Elektrolyseur 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Zellelementen 4 auf, die einen Stapel 10 bilden und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Ferner weist der Elektrolyseur 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zuleitungsrohr 6 und ein Ableitungsrohr 8 mit jeweils kreisförmigen Querschnittsflächen auf, mit der Elektrolyt den Zellelementen 4 zuerst zugeführt und dann von den Zellelementen 4 abgeführt werden kann. Hierzu weisen sowohl das Zuleitungsrohr 6 wie auch das Ableitungsrohr 8 jeweils eine Mehrzahl von Auslass- und Einlassöffnungen auf (nicht dargestellt) .
Um eine Strompfadverlängerung der Strompfade von elektrischen Streuströmen zu bewirken sind im vorliegenden Ausf ührungsbei- spiel in dem Zuleitungsrohr 6 und dem Ableitungsrohr 8 jeweils ein Einsatz 14 eingesetzt.
Der Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Einsatzes 14 wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 erläutert .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Einsatz 14 19 Rohrabschnitte 16a bis 16s auf, die je eine Teilleitung 12a bis 12s bilden. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Rohrabschnitte 16a bis 16s auch eine andere sein.
Ferner weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der Teilleitungen 12a bis 12s je eine sechseckförmige Querschnittsfläche auf und bilden somit eine Wabenstruktur bzw. Honigwabenstruktur. Mit anderen Worten, die Teilleitungen 12a bis 12s sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils durch einen Durchgang 20a bis 20s gebildet, die sich durch den Einsatz 14 entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung erstrecken und im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils geradlinig und parallel zueinander ausgebildet sind.
Die Durchgänge 20a bis 20s bzw. die die Durchgänge 20a bis 20s verbindenden Stege können durch Verrundungen strömungsoptimierte Einlassbereiche bilden.
Eine Homogenisierung der Elektrolytverteilung kann durch optimierte Querschnittsflächen der Zu- und der Ableitung des jeweiligen Zellelements des Stapels 10 einhergehend mit einer Anpassung des Strömungswider stands , d.h. Abweichungen von der gleichmäßigen Wabenstruktur erreicht werden und/oder durch optimierte Eintrittsflächen.
Des Weiteren sind die Teilleitungen 12a bis 12s als exzentrische verlaufende Teilleitungen 12a bis 12s ausgebildet, d.h. sie befinden sich außerhalb eines Kreiszentrums bzw. Dreh- punktes. Mit anderen Worten, die Teilleitung 12a bis 12s sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht wie konzentrische Kreise bzw. Ringe zueinander angeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ferner eine der Teilleitungen 12t durch eine Nut 22 gebildet, die sich parallel zu den Durchgängen 20a bis 20s erstreckt und einen weiteren Durchgang 20t bildet.
Die durch die Nut 22 gebildete Teilleitung 12t wird nur teilweise von dem Einsatz 14 ummantelt. Vielmehr bilden der Einsatz 14 und den Rohrmantel des Zuleitungsrohres 6 bzw. Ableitungsrohres 8 zusammen eine Ummantelung dieses Durchgangs 20t.
Jeder der Teilleitungen 12a bis 12t endet an einem Ringelement 18a bis 18t, der die jeweilige Teilleitung 12a bis 12t gegenüber der Zuleitung 6 bzw. Ableitung 8 abdichtet. Somit kann mit jeder der Teilleitungen 12a bis 12t je eine Zellelementgruppe des Stapels 10 mit Elektrolyt versorgt bzw. es wird Elektrolyt entsorgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine erste Zellelementgruppe in Elektrolytströmungsrich- tung E durch die durch die Nut 22 gebildete Teilleitungen 12t mit Elektrolyt versorgt bzw. es wird Elektrolyt entsorgt.
Der Einsatz 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig und/oder materialeinheitlich ausgebildet. Insbesondere ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Einsatz 14 - wie auch das Zuleitungsrohr 6 und die Anleitung 8 - aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt.
Es wird nun zusätzlich auf die Figur 7 Bezug genommen.
Dargestellt ist, dass im in dem Zuleitungsrohr 6 oder Ableitungsrohr 8 eingesetzten Zustand das jeweilige Ringelemente 18a bis 18t in Kontakt mit der Innenwand des Zuleitungsrohres 6 oder des Ableitungsrohres 8 tritt und so einen Abschluss bereitstellt , der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine der Teilleitungen 12a bis 12t verschließt, wobei hier zusätzlich Dichtungen zur Abdichtung vorgesehen sein können. Kleine Leckagen des Einsatzes 14 zwischen benachbarten Zellelementgruppen des Stapels können toleriert werden, was zu einem einfachen Dichtungskonzept führt.
Das Zuleitungsrohr 6 und die Ableitung 8 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Abschnitt, in dem sich die jeweiligen Einstätze 14 befinden, steif ausgebildet und im restlichen Abschnitt im Vergleich dazu flexibel.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Querschnittsflächen der Teilleitungen 12a bis 12t gleich groß. So kann eine weitgehend homogene Elektrolytverteilung auf alle Zellelementgruppen des Stapels 10 erreicht werden.
Z.B. wird so ein Stapel 10 mit 20 Zellelementen mit Elektrolyt versorgt.
Des Weiteren erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel die in das Zuleitungsrohr 6 und das Ableitungsrohr 8 jeweils eingesetzten Einsätze 14 im Fall des Zuleitungsrohres 6 mit einer vorbestimmten Länge L in Richtung entgegen der Elektrolytströmungsrichtung E und im Fall des Ableitungsrohres 8 mit der vorbestimmten Länge L in Richtung der Elektrolytströmungsrichtung E. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Längen L gleich groß. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel können sie aber auch unterschiedlich groß sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Länge L einen Wert im Bereich von 0,5 m bis 3 m, z.B. 2m auf.
Das Einsetzen des Einsatzes 14 separiert die einzelnen Abschnitte des Stapels 10. Damit werden elektrische Streuströme, die aus hinteren Abschnitten austreten und in vorderen Abschnitten eintreten auf verlängerte Strompfade S gezwungen. Die verlängerten Strompfade S sind mit einem erhöhten ohmschen Widerstand verbunden, womit die elektrischen Streustromstärken reduziert werden. Es kann so ein Maximum der elektrischen Streustromdichte um 70% (auf 30%) reduziert werden .
Mit anderen Worten, es werden so eine elektrische Serienschaltung und zugleich eine hydraulische Parallelschaltung bereitgestellt bei zugleich besonders kompakter Bauweise.
So wird eine Strompfadverlängerung für zumindest einen Teil der elektrischen Streuströme erreicht, die aufgrund der Verlängerung einen höheren ohmschen Widerstand zur Folge hat, ohne dass es zu einer Verlängerung des Zuleitungsrohres 6 und/oder Ableitungsrohres 8 kommt, was wiederum erhöhte Strömungsverluste zur Folge hätte. Zugleich wird ein einfach zu fertigender und aufgrund der Wabenstruktur besonders stabiler Einsatz 14 bereitgestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrolyseur (2) , mit einer Mehrzahl von Zellelementen (4) , und mit einem Zuleitungsrohr (6) und einem Ableitungsrohr (8) zum Zuführen und Ableiten von Elektrolyt zu und weg von den Zellelementen (4) , wobei das Zuleitungsrohr (6) und/oder das Ableitungsrohr (8) zumindest abschnittsweise zumindest zwei galvanisch voneinander getrennt ausgebildete Teilleitungen (12a bis 12t) aufweist, wobei die Teilleitungen (12a bis 12t) als exzentrische Teilleitungen (12a bis 12t) ausgebildet und derart eingerichtet sind, dass eine Strompfadverlängerung der Strompfade von elektrischen Streuströmen in dem Zuleitungsrohr (6) und/oder dem Ableitungsrohr (8) bewirkt ist.
2. Elektrolyseur (2) nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Teilleitungen (12a bis 12t) eine Wabenstruktur bildend ausgebildet ist.
3. Elektrolyseur (2) nach Anspruch 2, wobei zumindest eine der Teilleitungen (12a bis 12t) eine sechseckförmige Querschnittsfläche aufweist.
4. Elektrolyseur (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Teilleitungen (12a bis 12t) jeweils eine gleiche Querschnittsfläche bereitstellend ausgebildet sind.
5. Elektrolyseur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Teilleitungen (12a bis 12t) sich in dem Zuleitungsrohr (6) mit einer vorbestimmten Länge (L) in Richtung entgegen der Elektrolytströmungsrichtung (E) und/oder sich in dem Ableitungsrohr (8) mit einer vorbestimmten Länge (L) in Richtung der Elektrolytströmungsrichtung (E) erstrecken.
6. Elektrolyseur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest eine der Teilleitungen (12a bis 12s) durch einen Durchgang (20a bis 20s) gebildet ist, der sich durch einen Einsatz (14) in dem Zuleitungsrohr (6) und/oder Ableitungsrohr (8) erstreckt.
7. Elektrolyseur (2) nach Anspruch 6, wobei zumindest eine der Teilleitungen (12t) durch eine Nut (22) gebildet ist, die sich parallel zu dem Durchgang (20a bis 20s) erstreckt.
8. Elektrolyseur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einsatz zumindest einen Rohrabschnitt (16a, bis 16t) und ein jedem Rohrabschnitt (16a, bis 16t) zugeordnetes Ringelement (18a, bis 18t) aufweist, wobei sich das jeweilige Ringelement (18a, bis 18t) radial auswärts vom jeweiligen Rohrabschnitt (16a, bis 16t) erstreckt und je eine Teilleitung (12a bis 12t) beendet.
9. Einsatz (14) für einen Elektrolyseur (2) nach einem der
Ansprüche 1 bis 8.
10. Zuleitungsrohr (6) für einen Elektrolyseur (2) mit einem
Einsatz (14) nach Anspruch 9.
11. Ableitungsrohr (8) für einen Elektrolyseur (2) mit einem
Einsatz (14) nach Anspruch 9.
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