KR20240044369A - 전기분해 시스템의 동작 방법 및 전기분해 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해 유닛(110)에서 물이 산소와 수소로 전환되는 전기분해 시스템(100)의 동작 방법에 관한 것으로, 물과 가스를 포함하는 유체 흐름(c, d)은 전기분해 유닛의 산소 측(116)으로부터 가스 분리기(120)로 안내되고, 점화 디바이스(152)의 점화는 유체 흐름(c)에서 능동적으로 생성된다. 본 발명은 또한 상응하는 전기분해 시스템(100)에 관한 것이다.

Description

전기분해 시스템의 동작 방법 및 전기분해 시스템{METHOD FOR OPERATING AN ELECTROLYSIS SYSTEM AND ELECTROLYSIS SYSTEM}

본 발명은 물 전기분해를 위한 전기분해 시스템을 동작하는 방법, 그리고 예를 들어 수소를 얻기 위해 사용되는 전기분해 시스템에 관한 것이다.

수소를 얻기 위해, 예를 들어 전기 에너지에 의해 물이 분해되거나 산소와 수소로 전환되는 소위 전기분해가 사용될 수 있다. 이를 물 전기분해라고도 한다. 예를 들어 여기서는 소위 양성자 교환막 전기분해(PEM 전기분해)가 가능하다.

물의 대부분은 일반적으로 PEM 전기분해 중에 막의 산소 측에 남아 있다. 수소가 생산되어 막 다른 측에서 배출되는 동안 산소는 처음에는 물 속에 남아 있다가 일반적으로 용기에 있는 물로부터 분리된다.

그러나 일부 수소는 산소 측에서 생성되거나 그곳으로 다시 확산되거나, 예를 들어 막의 결함이나 균열로 인해 다른 방식으로 산소 측에 도달하는 것도 가능하다. 특정 상황에서는 폭발성 혼합물이 발생할 수 있으며, 이로 인해 어딘가에서 발화할 수 있으며 이로 인해 전기분해 시스템이 손상될 수 있다. 이러한 배경에서, 전기분해 시스템 또는 그 동작을 보다 안전하게 만드는 목적이 발생한다.

이러한 목적은 독립항의 특징을 갖는 전기분해 시스템 및 전기분해 시스템을 동직시키는 방법에 의해 달성된다. 실시예는 종속항과 다음 설명의 주제이다.

본 발명은 이러한 목적을 위한 물 전기분해 및 전기분해 시스템 또는 이들의 동작에 관한 것이다. 이러한 전기분해 시스템은 일반적으로 전기분해를 통해 수소를 생산하거나 얻는 역할을 한다. 소위 물 전기분해에서, 물은 수소와 산소로 전환(분리)된다; 즉, 수소 외에도 산소도 항상 동시에 얻어지거나 생산된다. 예를 들어, 물 전기분해에서는, 소위 알칼리수 전기분해(AEL, "알칼리성 전기분해") 또는 소위 양성자 교환막 전기분해(PEM 전기분해, "양성자 교환막" 전기분해)가 있다. 이들의 기본 원리는 예를 들어, "Bessarabov 외: 수소 생산을 위한 PEM 전기분해. CRC Press"로부터 알려져 있다.

또한, 소위 고체 산화물 전해조 셀(SOEC, "고체 산화물 전해 전지") 및 음이온 교환막 전기분해(AEM 전기분해, "음이온 교환막" 전기분해)도 있다. 특히 저온에서 발생하는 전기분해 기술, 예를 들어 PEM, AEL, AEM 전기분해는 유연한 동작 가능성으로 인해 전력 생성을 재생 에너지로 전환하는 데 적합하다.

PEM 전기분해에서는, 예를 들어, 물, 특히 탈염수는 양성자 교환막(PEM)이 있는 전기분해 유닛에 공급 매체로 공급되며, 여기서 공급 매체, 즉 물은 수소와 산소로 전환(분리)된다.

언급된 바와 같이, PEM 전기분해에서는 일반적으로 물의 대부분이 막의 산소 측에 남아 있다. 수소가 생산되어 막 다른 측에서 배출되는 동안 산소는 처음에는 물 속에 남아 있다가 일반적으로 용기(가스 또는 산소 분리기로 사용됨)에서 물로부터 분리된다.

그러나 일부 수소는 산소 측에서 생성되거나 그곳으로 다시 확산되거나, 예를 들어 막의 결함이나 균열로 인해 다른 방식으로 산소 측에 도달할 수도 있다. 따라서 산소 측으로부터 배출되는 유체 흐름에는 물과 산소뿐만 아니라 수소, 즉 일반적으로 물과 가스도 포함한다; 여기서 가스라는 용어는 일반적으로 단일 가스뿐만 아니라 존재할 수 있는 가스 혼합물인 가스 매체를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서 폭발성 혼합물이 전기분해 유닛의 산소 측이나 유체 흐름에서 발생할 수 있고; 이 혼합물은 특정 상황에서 산소 또는 가스 분리기로 향하는 유체 흐름에서든 이후 그곳에서 분리되어 배출되는 가스 흐름에서든(산소뿐만 아니라 존재하는 모든 수소도 분리된다) 전기분해 유닛 하류의 전기분해 시스템 어딘가에서 발화할 수 있다. 이로 인한 폭발이나 폭파로 인해 전기분해 시스템이 손상될 수 있다.

혼합물의 점화는 특히 가스 내 수소의 비율(여기서 물의 비율은 관련이 없음)이 소위 폭발 하한계(LEL)라고 불리는 특정 미리 정의된 비율을 초과하는 경우 발생할 수 있고; 예를 들어, 대기 동작 중이나 저부하 전기분해 시스템 동작 중 이는 일반적으로 약 4%이다. 가스의 (하한) 폭발 한계는 충분한 산소 함량과 동시에 발화 또는 폭발이 가능한 가스 혼합물의 함량을 나타낸다.

전기분해 유닛 또는 하류 어딘가의 점화 소스는 일반적으로 배제되거나 피할 수 없으므로, 전기분해 시스템을 동작시킬 때 잠재적인 점화, 폭발 또는 폭파를 항상 고려해야 한다. 폭발은 층류 화염 전면을 갖는 발화성 가스 혼합물이 통제할 수 없이 연소되는 것이다. 폭발은 본질적으로 전파 속도에서 폭파와 다르다.

수소와 산소 사이의 반응은 매우 빠르게 진행되며 매우 높은 화염 속도, 즉 화염이 예를 들어 해당 유체 연결부 또는 유체 라인에서 전파되는 높은 속도를 생성한다. 폭발의 경우 이는 음속보다 낮다; 폭파의 경우 이는 일반적으로 음속보다 훨씬 높다. 가스 또는 가스 혼합물의 폭발 및 폭파는 압력을 크게 증가시킨다. 일반적으로 폭발이 발생하면 압력이 10배 증가할 것으로 예상된다. 폭파의 영향은 훨씬 더 심각하다. 여기서 압력 증가 인자는 25 또는 심지어 50 이상이 될 수 있다. 폭발은 특정 시동 시간과 최소 농도의 연료 및 산소 후에 폭파로 바뀔 수 있다. 따라서, 특히 산소 측 및 흐름의 하류, 가능하게는 상류에서 전기분해 시스템의 실제 동작 압력의 부분적으로 25배 또는 심지어 50배인 압력이 발생할 수 있다.

따라서, 전기분해 시스템에 대한 손상을 방지하기 위해, 관련 유체 또는 가스 라인은 그에 상응하는 높은 압력에 맞게 설계될 수 있다. 전기분해 시스템과 산소 사용에 따라 매우 많거나 긴 라인이 여기서 영향을 받을 수 있다. 이는 전기분해 유닛에서 가스 분리기로의 유체 라인뿐만 아니라 분리된 산소(및 가능하면 수소)가 하나 이상의 원하는 용도 또는 기타 처리 단계로 전달되는 모든 가스 라인에도 적용된다. 이로 인해 특히 높은 비용이 발생할 수 있다.

이러한 배경에서, 전술한 바와 같은 전기분해 시스템에서는 적절한 점화 디바이스를 제공함으로써 전기분해 유닛의 산소 측에서 가스 분리기(또는 가스 분리기로 사용되는 용기)로의 유체 흐름에서 점화를 적극적으로 생성(또는 유발)하는 것이 제안되었다. 이러한 방식으로 존재하는 수소나 발화성 가스 또는 가스 혼합물이 원하는 위치에서 제어된 방식으로 점화된다. 따라서 발화성 가스 또는 가스 혼합물이 활성화된 점화의 하류에 존재할 수 없기 때문에 어떤 지점에서든 통제되지 않은 점화가 방지된다. 따라서, 가능한 한 전기분해 유닛에 가깝게 또는 그 직후에 점화를 수행하는 것이 또한 편리하다. 점화 디바이스의 또는 점화 디바이스에서 점화가 발생하더라도 가스 또는 가스 혼합물은 일반적으로 점화되지 않지만, 예를 들어 수소 농도가 너무 높은 경우 또는 예외적인 상황에서만 점화된다는 점에 유의한다.

점화는 바람직하게는 규칙적이거나 불규칙적인 시간 간격으로, 특히 예를 들어 5 ㎐ 내지 50 ㎐ 사이의 값을 갖는 미리 결정된 주파수로 생성된다. 따라서 유체 흐름에는 약간의 새로운 수소만이 존재하고 점화 중에 반응하여 폭발 정도가 작게 유지된다.

점화가 발생하는지 여부를 모니터링하는 경우, 특히 점화가 발생하지 않는 것으로 검출되는 경우-즉, 실제로 트리거되었음에도 불구하고 오류로 인해 생성되지 않은 것으로 검출되는 경우-오류 반응이 시작되려, 예를 들어, 오류 메시지가 출력되거나 전기분해 시스템이 꺼지는 것이 바람직하다. 이를 위해, 예를 들어 점화 스파크가 생성되었는지 여부를 검출하기 위해 광학 모니터링(optical monitoring)이 점화 디바이스에 제공될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 점화 스파크가 생성되었는지 여부를 검출하는 전압 또는 전류 모니터가 제공될 수 있다. 이를 통해 가스 또는 가스 혼합물이 프로세스에서 점화되었는지 여부에 관계없이 점화 디바이스의 점화를 모니터링할 수 있다.

적극적으로 유도된 점화 중에도 고압이 생성될 수 있으므로, 점화 디바이스가 배열되고 유체 흐름이 안내되는 유체 연결부의 일부인 점화 챔버가 제공되는 것이 편리하며; 따라서 유체 흐름은 점화 챔버를 통해 안내된다. 예를 들어, 이 점화 챔버는 가능한 가장 높은 압력을 견딜 수 있도록 구형으로 설계될 수 있다. 또한, 이 점화 챔버는 작은 가스 공간과 짧은 연소 시간을 갖기 위해 가능한 한 작게 설계될 수 있다.

바람직하게는, 흐름 방향에서 점화 챔버 뒤, 특히 점화 챔버 바로 뒤의 유체 연결부는 사이펀형 또는 U자형 코스를 갖는다. 특히 유체 연결의 사이펀형 또는 U자형 코스는 흐름 방향으로, 먼저 적어도 실질적으로 수직 하향(즉, 중력 방향) 및 그 다음 적어도 실질적으로 수직 상향(즉, 중력 방향에 반대) 섹션이 제공되는 방식으로 설계되었다. 예를 들어 상응하는 형상의 튜브 형태의 유체 라인 경로는 발생하는 폭발 전면이 더 하류로 전파되지 않도록 보장하며, 그러나 사이펀형 또는 U자형 경로에 의해 더 이상의 전파는 방지된다.

수직으로 아래쪽으로 이어지는 섹션 및/또는 수직으로 위쪽으로 이어지는 섹션은 최소한 특정 길이를 가져야 한다. 직경과 내부, 그리고 수직으로 이어지는 부분의 길이도 특히 예를 들어, 소위 "버블 흐름", 소위 "슬러그플로우" 또는 소위 "휘젓기 흐름"(기울기 흐름 또는 거품 흐름)이 유지될 수 있으며, 이 흐름에서는 액체에 기포가 포함되어 있는 방식으로 설계되어야 한다. 반면에 "환형 흐름"(링 흐름 또는 필름 흐름) 또는 "미스트 흐름"(안개 흐름)은 적절한 설계 또는 형태를 통해 피해야 한다.

특히, "환형 흐름"(링 흐름 또는 필름 흐름) 및 "미스트 흐름"(안개 흐름)의 경우가 아니므로 설계에 따라 가능한 한 제외되어야 하는 액체상에 의해 기체상이 안전하게 중단되는 흐름 패턴이 바람직하다. 유체 연결부의 사이펀형 또는 U자형 코스는 원하는 흐름 모양을 달성하는 한 가지 방법이지만 특히 중요한 것은 액상에 의한 기상의 중단이기 때문에 유체 연결부의 다른 모양과 코스도 가능하다는 점을 언급해야 한다.

사이펀형 또는 U자형 코스의 곡선 부분은 압력파의 반사를 방지하기 위해 상응하는 형상을 가져야 하며, 즉, 예를 들어 TRGS 407에 따르면 최소 5 L/D(L/D는 길이 대 직경의 비율을 나타냄)를 가져야 한다.

의도적으로 유도된 점화, 특히 특별히 설계된 점화 챔버는 다른 라인이 이전보다 상당히 낮은 압력에 맞게 설계될 수 있어 상당한 비용 절감 효과를 가져올 수 있음을 의미한다. 이는 또한 플라스틱, 예를 들어 섬유 강화 플라스틱을 라인의 큰 부분에 사용할 수 있게 하여 금속 라인의 사용 및 PEM에서 이와 관련된 더 높은 분해 속도를 피할 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 라인에 플라스틱을 사용하는 것은 일반적으로 예를 들어 유체 라인 또는 배출 산소 라인의 동작 압력이 3.5barg에서는 적어도 더 큰 직경에서는 가능하지 않으며, 이는 적어도 25배의 압력을 견디지 못할 것이기 때문이다. 남은 수소를 제거하기 위한 가스 흐름의 상류 압축은 지금까지는 불가능했으며, 이를 위해 필요한 압축기도 일반적으로 이러한 압력을 견딜 수 없기 때문이다.

본 발명은 주로 PEM 전기분해에 관해 설명되지만, 본 발명은 수소와 산소의 발화성 혼합물이 발생할 위험이 있는 모든 물 전기분해에 적합하다는 점에 유의해야 한다.

본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템을 도시하는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 자세히 설명된다.

도 1은 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 전기분해 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 전기분해 시스템의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 3은 다양한 유형의 흐름을 개략적으로 도시한다.
도 1은 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 전기분해 시스템(100)을 개략적으로 도시하며, 여기서 본 발명에 따른 방법이 또한 수행될 수 있다. 예를 들어, 이는 PEM을 이용한 물 전기분해를 위한 전기분해 시스템이다. 특히, 본 명세서에 도시되고 본 발명의 범위 내에서 일반적으로 설명되는 전기분해 시스템은 예를 들어 산업 규모로 수소를 얻기 위한 산업 규모의 전기분해 시스템이다. 이러한 전기분해 시스템의 일반적인 전력은 예를 들어 10MW 이상, 심지어 20MW 이상이다.
전기분해 시스템(100)은 여기서는 예로서 두 개의 소위 전기분해 셀들 또는 스택들(110.1, 110.2)을 갖는 전기분해 유닛(110)을 가지며, 각각에는 양성자 교환막(PEM)(112)이 제공된다. PEM(112)은 전기분해 셀들의 각각을 산소 측(114)과 수소 측(116)으로 분리한다. 산소 측(114) 및 수소 측(116)은 각각 전기분해 유닛(110)의 산소 측 및 수소 측으로 함께 간주될 수 있다. 전기분해 유닛(110)은 크기 및 요구 사항에 따라 예를 들어 단 하나의 전기분해 셀 또는 두 개 이상의 전기분해 셀들을 가질 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
전기분해 시스템(100)은 가스 분리기, 여기서는 특히 산소 분리기 또는 산소-물 분리기로서 사용되는 용기(120)를 추가로 포함한다. 용기(120)는 유체 연결부를 통해 전기분해 유닛(110)에 연결되거나 거기에서 각각의 전기분해 셀들(110.1, 110.2)에 연결된다. 결과적으로, 유체 흐름 b은 예를 들어 펌프(124)에 의해 용기(120)로부터 전기분해 유닛으로 펌핑될 수 있다. 전기분해 유닛(110)은 또한 유체 연결부(126), 예를 들어 파이프를 통해 용기(120)에 연결된다. 유체 연결부(126)를 통해, 유체 흐름 c은 전기분해 유닛(110), 즉 각 전기분해 전지의 산소 측(114) 또는 산소 측으로부터 용기(120)로 펌핑될 수 있고; 펌프(124)도 이 목적에 충분하다.
또한, 전기분해 시스템(100)은 또 다른 가스 분리기(130), 여기서는 수소 분리기 또는 수소-물 분리기를 갖는다.
여기서 하나의 전기분해 유닛(110)만이 도시되어 있지만, 예를 들어 전기분해 시스템(100)의 크기 및 전력에 따라 둘 이상이 제공될 수 있다. 그럼에도 불구하고 여러 전기분해 유닛들은 예를 들어 가스 또는 산소 분리를 위한 공통 용기 및/또는 공통 수소 분리기에 연결될 수 있다.
전기분해 시스템(100)의 동작 동안, 물을 포함하는 유체 흐름 b은 이제 용기(120)로부터 전기분해 유닛(110)으로 펌핑된다. 그곳에서 물은 산소와 수소로 전환된다. 이를 위해 전기분해 유닛(110)에 전압을 인가하고, 수소는 PEM(112)을 통해 수소 측(116)으로 전기화학적으로 수송되고 거기로부터 공급될 수 있으며, 가능하게는 여전히 수증기 및 액체 수상과 혼합되어 흐름 e으로서 수소 분리기(130)로 향할 수 있다. 거기에서 수소는 예를 들어 추가 사용을 위해 침전되거나 흐름 f로 저장 및 배출될 수 있다. 분리된 물은 예를 들어 처리장에 공급된 후 메인 수로(water circuit)로 되돌아간다.
산소는 대부분의 물(114)과 함께 산소 측에 남아 있다. 그러나 언급한 바와 같이, 수소는 산소 측(114)에 어느 정도 존재할 수도 있다. 결과적인 유체 흐름 c에는 물과 가스, 특히 물, 산소 및 수소가 포함된다. 이제 유체 흐름 c은 점화 디바이스(152)가 제공되는 점화 챔버(150)를 통해 안내된다. 또한, 유체 흐름은 유체 연결부(126)의 사이펀형 또는 U자형 코스(154)를 통해 안내된 후 유체 흐름 d으로서 용기 또는 가스 분리기(120)에 도달한다.따라서, 전체 유체 흐름은 용기(120)와 전기분해 유닛(110) 사이에서 순환된다.
언급한 바와 같이, 가스, 특히 산소(및 여전히 존재할 수 있는 임의의 수소)는 용기(120) 내의 물로부터 분리되고; 이 프로세스에서 분리된 가스는 예를 들어 추가 사용을 위해 흐름 g로 배출되거나 저장될 수 있다. 또한 예를 들어 여전히 존재하는 수소를 제거하고 가스를 건조시키기 위한 정제로 또는 압축기로 흐름 h을 추가로 분기시키는 것(branching)도 생각할 수 있다.
전기분해 유닛(110)에서는 물이 산소와 수소로 전환되어 산소와 수소가 배출되므로, 물의 양이 감소하고 따라서 지속적인 동작을 유지하기 위해 외부 공급원에서 흐름 a으로 새로운 물(소위 보충수)을 공급할 수 있다.
예를 들어, 이 물은 사전에 처리될 수 있지만, 이는 본 발명과 더 이상 관련이 없다. 유사하게, 필요한 경우, 수소 분리기(130)에서 분리된 물은 가능하면 사전 처리 후에 용기(120)로 복귀될 수 있다.
점화 챔버(150)에서, 이제 유체 흐름 c에 존재할 수 있는 수소와 산소의 발화성 가스 혼합물을 점화시키기 위해 점화 디바이스(152)(즉, 점화 소스)의 점화가 예를 들어 특정 주파수로 생성된다.사이펀형 또는 U자형 코스(154)와 거기에 설정된 흐름 방식으로 인해 결과적인 압력파는 하류로 더 이상 전파되지 않으며; 재료 흐름 c에 단지 적은 양의 수소(점화 하한 미만)가 있었거나 더 높은 농도에서 점화가 이미 점화 챔버(150)에서 발생했기 때문에 결과적인 유체 흐름 d은 확실히 점화 하한계 미만의 수소 함량을 갖는다.
또한, 제어 유닛(160)이 예로서 도시되어 있으며, 이에 의해 예를 들어 점화 디바이스(152)가 제어될 수 있고, 필요한 경우 모니터링될 수도 있다.
도 2는 도 1의 전기분해 시스템의 일부, 즉 점화 챔버(150)로부터 사이펀형 또는 U자형 코스(154) 뒤까지의 유체 연결부(126)를 보다 상세하게 개략적으로 도시한다. 전기분해 유닛의 산소 측에서 나오는 유체 흐름 c는 점화 챔버(150)로 들어가고 가스 분리기로 이어지는 유체 흐름 d은 끝에서 나온다. 이미 언급된 바와 같이, 점화 챔버는 전기분해 유닛에 최대한 가깝게 배치될 수 있다. 따라서 설계 압력이 높은 영역을 작게 유지할 수 있다. 또한, (중력 방향에서 볼 때) 전기분해 유닛 위의 점화 챔버의 배열은 전기분해 유닛을 물로 안전하게 덮는 데 특히 편리하다. 점화 챔버(150) 내로의 유체 흐름 c의 통합은 도 2에 도시된 바와 같이 특히 액체 레벨 위에서 아래로 이루어져야 한다.
예를 들어, 점화 챔버(150)는 여기서 대략 구형으로 만들어지고, 점화 디바이스(152)는 예를 들어 점화 챔버의 내부로 연장되는 2개의 전기 접점(electrical contact)들을 포함한다. 이러한 접점들에 전압을 가함으로써 점화 챔버(150)에서 점화가 능동적으로 유도되거나 생성될 수 있다. 점화는 예를 들어 번개 기호(lightning symbol)로 표시된다.
예를 들어, 점화 챔버(150) 하류의 흐름 방향으로 유체 연결부(126)는 사이펀형 또는 U자형 코스(154)를 갖는다. 여기서, 유체 연결부(126)-이는 기본적으로 파이프 등이 될 수 있음-는 잠시 수평으로 이어진 다음 아치형 섹션(154.1)(약 90°의 굽힘)을 갖고 따라서 수직으로 아래쪽으로 이어지는 섹션(154.2)으로 넘어간다. 그런 다음 섹션(154.2)은 아치형 섹션(154.3)(약 180° 굽힘)과 함께 수직 상향 섹션(154.4)으로 이어진다. 그런 다음 아치형 섹션(154.5)(약 90° 굽힘)을 갖는 섹션(154.4)이 다시 수평으로 이어지는 섹션으로 넘어가고; 그런 다음 용기까지 수평으로 계속 이어질 수 있다.
여기서, 유체 연결부의 사이펀형 또는 U자형 코스는 흐름 방향에서 먼저 적어도 실질적으로 수직으로 아래쪽(즉, 중력 방향) 및 그 다음 적어도 실질적으로 수직으로 위쪽(즉, 중력 방향에 반대) 섹션이 제공되는 방식으로 설계된다. 예를 들어 상응하는 형상의 튜브 형태의 유체 라인 경로는 발생하는 폭발 전면이 하류로 더 이상 전파되지 않도록 보장하며, 그러나 사이펀형 또는 U자형 경로에 의해 더 이상 전파되는 것을 방지한다.
언급된 바와 같이, 점화 챔버(150)에서의 점화는 존재하는 발화성 혼합물의 폭발을 야기하며, 그러나 이의 압력파는 사이펀형 또는 U자형 경로로 인해 섹션(154.4)의 대략 끝 부분(흐름 방향에서)까지만 전파된다. 이러한 점에서, 추가 하류의 유체 연결부(126)-마찬가지로 용기(120) 및 추가 가스 연결부(예를 들어, 흐름 g 및 h의 경우)-는 폭발 방지 또는 폭파 방지형으로 설계될 필요가 없다. 오히려, 점화 챔버(150), 섹션(154.4)까지의 유체 연결부(126)(또는 필요한 경우 다소 더) 및 점화 챔버(150)의 상류가 폭발 및 폭파에 저항하도록 설계되면 충분하다.
이미 언급된 바와 같이, 특히 개별 섹션의 직경과 길이와 관련하여, 사이펀형 또는 U자형 코스(154)는 "환형 흐름"(링 흐름 또는 필름 흐름) 및 "미스트 흐름"(안개 흐름)이 발생하지 않도록 설계되어야 한다.
이를 위해, 다양한 흐름 유형이 도 3에 도시되어 있다. 각 뷰들 (A) 내지 (F)에서, 특히 사이펀형 또는 U자형 코스(154) 영역에 유체 연결부(126)의 일부가 도시되어 있으며, 특히 도 2의 내부에 밝은 해칭이 도시되어 있다. 여기서 기포는 i로 표시되고 액체는 k로 표시된다.
뷰(A)는 중간 크기의 기포가 액체에 분포되는 소위 "버블 흐름"을 예시한다. 뷰(B)는 소위 "슬러그 흐름"을 보여주고 뷰(C)와 뷰(D)는 각각 소위 "이탈 흐름"을 보여 주지만 방식이 다르다. 이들 세 가지 또는 네 가지 유형의 흐름은 점화 챔버(150)와 유체 연결부(126) 사이의 가스상을 안전하게 차단하고 압력파가 하류 방향으로 전파되는 것을 방지하기 위해 허용되거나 요구된다.
뷰(E)는 소위 "환형 흐름"(링 흐름 또는 필름 흐름)을 예시하며, 여기서 순수한 액체가 유체 연결부(또는 파이프)의 벽에 모이는 반면, 더 안쪽에는 가스와 액체의 미세한 혼합물이 있다. 뷰(F)는 가스와 액체의 미세한 혼합물이 전체적으로 발생하는 소위 "미스트 흐름"을 예시한다. 이러한 유형의 흐름은 모두 사이펀형 또는 U자형 코스(154)를 적절하게 형성함으로써 방지되어야 한다. 흐름 형상은 흐름 속도, 즉 특히 파이프라인의 직경, 특히 수직으로 상승하는 부분에 의해 영향을 받을 수 있다.

Claims (10)

1. 전기분해 유닛(electrolysis unit)(110)에서 물이 산소와 수소로 전환되는 전기분해 시스템(100)의 동작 방법에 있어서,
   물과 가스를 포함하는 유체 흐름(c, d)은 상기 전기분해 유닛의 산소 측(116)으로부터 가스 분리기(gas separator)(120)로 안내되고,
   점화 디바이스(ignition device)(152)의 점화는 상기 유체 흐름(c)에서 능동적으로 생성되는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 점화는 규칙적이거나 불규칙적인 시간 간격으로, 특히 미리 결정된 주파수로 생성되는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 점화가 발생하는지 여부가 모니터링되고, 특히 상기 점화가 발생하지 않는 것으로 검출되면 결함 응답이 개시되는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 디바이스(152)와 상기 가스 분리기(120) 사이의 상기 유체 흐름(c)에서 가스상(gas phase)은 액체상에 의해, 특히 2-상 흐름의 흐름 형태의 적응에 의해 차단되는, 방법.
5. 물이 산소와 수소로 전환될 수 있는 전기분해 유닛(110), 가스 분리기(120) 및 상기 전기분해 유닛(110)의 산소 측(114)이 상기 가스 분리기(120)에 연결되는 유체 연결부(126)을 포함하는 전기분해 시스템(100)에 있어서,
   상기 전기분해 시스템(100)은 상기 유체 연결부(126)에서 상기 전기분해 유닛의 상기 산소 측(114)으로부터 상기 가스 분리기(120)까지 유체 흐름(c, d)을 생성하도록 설정되고, 상기 유체 흐름은 물과 가스를 포함하며,
   상기 전기분해 시스템(100)은 상기 유체 연결부(126)에 점화 디바이스(152)를 갖고 상기 유체 연결부에서 상기 점화 디바이스(152)의 점화를 능동적으로 생성하도록 설정되는, 전기분해 시스템(100).
6. 제5항에 있어서, 상기 유체 연결부(126)의 일부로서 점화 챔버(ignition chamber)(150)를 갖고, 상기 점화 디바이스(152)는 상기 점화 챔버(150)에 배열되는, 전기분해 시스템(100).
7. 제6항에 있어서, 상기 흐름 방향에서 상기 점화 챔버(150) 뒤, 특히 상기 점화 챔버 바로 뒤의 상기 유체 연결부(126)는 사이펀형(siphon) 또는 U자형 코스(154)를 갖는, 전기분해 시스템(100).
8. 제7항에 있어서, 상기 유체 연결부의 상기 사이펀형 또는 U자형 코스(154)는 상기 흐름 방향에서 먼저 적어도 실질적으로 수직 하향(154.2) 및 적어도 실질적으로 수직 상향 운영(running) 섹션(154.4)이 제공되는 방식으로 설계되는, 전기분해 시스템(100).
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 챔버(150)는 상기 전기분해 유닛(110) 위에 및/또는 상기 흐름 방향에서 상기 전기분해 유닛(110)의 바로 하류에 배열되는, 전기분해 시스템(100).
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된, 전기분해 시스템(100).