本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電化學(xué)設(shè)備，尤其是電解設(shè)備的方法。此外，本發(fā)明涉及一種電化學(xué)設(shè)備，尤其是電解裝置，所述電化學(xué)設(shè)備適用于實(shí)施該方法或可根據(jù)該方法運(yùn)行。電化學(xué)系統(tǒng)不僅可以是電解設(shè)備，也可以是另一種電化學(xué)設(shè)備，例如燃料電池系統(tǒng)。因此，本發(fā)明并不局限于電解設(shè)備。本發(fā)明的優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域是制氫。

背景技術(shù)：

1、電解是一種電化學(xué)過(guò)程，在這一過(guò)程中，電流用于分裂化合物。在水電解的情況下，從水(h2o)中獲得氫(h2)和氧(o2)。

2、電解是在電解槽中實(shí)施的。所述電解槽包括由大量連接成堆的電解室。已知的例子有pem電解室(其中，pem代表“質(zhì)子交換膜”)、ael電解室(其中，ael代表“液體堿性電解”)、固體氧化物電解室或soec(“solid?oxide?electrolyzer?cell”)或aem電解室(其中aem代表“陰離子交換膜”)。電解堆中的電解還需要電供應(yīng)部、水回路以及氣體準(zhǔn)備裝置，分別具有對(duì)應(yīng)的部件和線(xiàn)路。作為部件，電供應(yīng)部通常包括用于將交流電ac(“alternatingcurrent”)轉(zhuǎn)換為直流電dc(“direct?current”)的變壓器以及用于適配dc電壓的整流器。作為部件，水回路通常包括：水準(zhǔn)備裝置，以達(dá)到所需的低電導(dǎo)率；水泵，用于供水；以及氣液分離器，用于將產(chǎn)品氣體h2和o2從水中分離出來(lái)。此外，水回路還能夠包括過(guò)濾器、離子交換器、傳感器和促動(dòng)器。氣體準(zhǔn)備裝置通常包括氣體干燥和凈化裝置。作為其他的部件也存在中間存儲(chǔ)器以及壓縮機(jī)。

3、在去碳化的背景下，由可再生能源制氫變得越來(lái)越重要。除了電解制氫項(xiàng)目的純?cè)鲩L(zhǎng)外，各個(gè)項(xiàng)目的平均規(guī)模以及因此要實(shí)現(xiàn)的電解系統(tǒng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。由于堆的尺寸通常是有限的，因此需要電解系統(tǒng)的模塊化方案，所述電解系統(tǒng)從大量堆出發(fā)實(shí)現(xiàn)了大的設(shè)備的建造和高效運(yùn)行。

4、為了滿(mǎn)足當(dāng)前的安全規(guī)定，例如歐盟的atex指令，電供應(yīng)部通常與堆在空間上分開(kāi)放置，例如放在另外的房間或另外的樓層。通過(guò)這種方式應(yīng)防止泄漏時(shí)釋放的氣體或氣體混合物因火花而被點(diǎn)燃。如果沒(méi)有進(jìn)行空間分隔，則必須確保維持一定的最小距離。所有這些措施都會(huì)導(dǎo)致提高的線(xiàn)路花費(fèi)，尤其關(guān)于電和數(shù)據(jù)線(xiàn)路。由于材料用量大，成本也隨之增加。此外，由于較長(zhǎng)的線(xiàn)路的電阻增加，引起了效率方面的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所涉及的任務(wù)是在遵守相關(guān)安全規(guī)定的前提下減少線(xiàn)路長(zhǎng)度，以節(jié)約成本并優(yōu)化設(shè)備的效率，尤其是在功率電子設(shè)備與堆之間的接口處。為了解決這個(gè)任務(wù)，提出了具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求4的特征的電化學(xué)設(shè)備。本發(fā)明的其它有利的擴(kuò)展方案可參見(jiàn)相應(yīng)的從屬權(quán)利要求。

2、用于運(yùn)行電化學(xué)設(shè)備(尤其是電解設(shè)備)的方法，所述電化學(xué)設(shè)備包括至少一個(gè)堆(尤其是電解堆)；以及用于電供應(yīng)的部件。用于電供應(yīng)的部件尤其可以是整流器、變壓器和/或其他電氣或電子構(gòu)件。堆與用于電供應(yīng)的部件分開(kāi)地容納在填充有氣體(尤其是空氣和/或惰性氣體)的氣密地封閉的體積內(nèi)。在電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行期間，在所述體積內(nèi)的壓力p1和/或在環(huán)境中或在容納用于電供應(yīng)的部件的另一體積內(nèi)的壓力p2設(shè)定為，壓力p1小于壓力p2。

3、由于在容納所述至少一個(gè)堆的體積中的壓力低于環(huán)境壓力或容納用于電供應(yīng)的部件的另一體積中的壓力，因此避免了從堆逸出的氣體接觸到用于電供應(yīng)的部件。這意味著不必在堆和用于電供應(yīng)的部件之間實(shí)現(xiàn)較大的空間距離，以最小化爆炸風(fēng)險(xiǎn)，并符合現(xiàn)行的安全規(guī)定。因此，所有線(xiàn)路，尤其是電和數(shù)據(jù)線(xiàn)路，都可以保持得短。由于短的線(xiàn)路，材料成本得以節(jié)省。設(shè)備的效率也可以提高。設(shè)備還可以構(gòu)型得非常緊湊。

4、該方法的實(shí)施需要一種電化學(xué)設(shè)備，其中，至少一個(gè)堆至少是氣密地包封的。包殼必須相對(duì)于環(huán)境和/或相對(duì)于容納用于電供應(yīng)的部件的第二體積是氣密的。例如，包殼可以是盒或容器。第二體積可以在包殼內(nèi)構(gòu)造，然而隨后氣密地與第一體積分離。但是，第二體積也可以在自身的包殼中構(gòu)造，或者環(huán)境也可以構(gòu)造第二體積。重要的是，在電化學(xué)設(shè)備運(yùn)行期間，壓力p1要低于環(huán)境或另一體積的壓力p2。為此，能容納至少一個(gè)堆并相對(duì)于環(huán)境是氣密的包殼基本上就足夠了。

5、在多個(gè)堆時(shí)，則每個(gè)堆都可以容納在自身的氣密體積內(nèi)。替代地，也可以將多個(gè)堆一起布置在氣密體積中。理想情況下，每個(gè)氣密體積內(nèi)的堆的數(shù)量是受限的，例如每個(gè)體積內(nèi)有8個(gè)、4個(gè)或2個(gè)堆。大量的堆分布在大量的氣密的體積中，所述堆實(shí)現(xiàn)構(gòu)造大的、高性能的設(shè)備。

6、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，從容納至少一個(gè)堆的體積中抽出氣體，以調(diào)設(shè)壓力p1。這意味著，在容納至少一個(gè)堆的第一體積中有針對(duì)性地產(chǎn)生負(fù)壓。在這種情況下，用于電供應(yīng)的部件不必特別地包封，而是可以布置在環(huán)境中的用于堆的包殼之外。在此，壓力p2相當(dāng)于環(huán)境壓力。從容納至少一個(gè)堆的體積中抽出的氣體優(yōu)選地通過(guò)相應(yīng)地設(shè)計(jì)的抽氣機(jī)以受控方式排出。

7、替代地或者補(bǔ)充地提出，為了調(diào)設(shè)壓力p2，用氣體，尤其是空氣和/或惰性氣體對(duì)容納用于電供應(yīng)的部件的體積進(jìn)行加載。這意味著與第一體積中的壓力相比，第二體積中的壓力提高。為此，用于電供應(yīng)的部件必須容納在氣密的包殼中，或至少一個(gè)堆的包殼的氣密的另一體積中。如果選擇構(gòu)造所述第一體積和第二體積的包殼，就能實(shí)現(xiàn)特別緊湊的設(shè)備。

8、此外，提出了一種電化學(xué)設(shè)備，尤其是電解設(shè)備，其包括：

9、-至少一個(gè)堆，尤其是電解堆，所述堆容納在填充有氣體，尤其是空氣和/或惰性氣體的第一體積中，以及

10、-用于電供應(yīng)的部件，所述部件容納在第二體積中。尤其是，用于電供應(yīng)的部件尤其可以是整流器、變壓器和/或其他電氣或電子構(gòu)件。

11、這兩個(gè)體積以氣密方式相互分離。此外，存在用于第一體積中的壓力下降的器件和/或用于第二體積的壓力加載的器件。

12、所提出的電化學(xué)設(shè)備尤其適用于實(shí)施以上說(shuō)明的方法，或可根據(jù)該方法進(jìn)行操作。因此，借助該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)同樣的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，至少一個(gè)堆和用于電供應(yīng)的部件可以彼此在空間上近地布置，這樣在遵守相關(guān)安全規(guī)定的前提下，實(shí)現(xiàn)了短的電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路。

13、至少可以通過(guò)使容納至少一個(gè)堆的體積氣密地構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)體積的氣密分離。替代地或者補(bǔ)充地，也可以將容納有用于電供應(yīng)的部件的體積氣密地構(gòu)造。例如，至少一個(gè)氣密的體積可以通過(guò)盒或容器形式的氣密的包殼來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述包殼也可以同時(shí)構(gòu)造兩個(gè)體積。

14、如果設(shè)備包括多個(gè)堆，則每個(gè)堆都可以容納在自身的氣密體積中，或者與至少一個(gè)其他堆一起容納在一個(gè)氣密體積中。在一個(gè)共同的氣密體積內(nèi)有多個(gè)堆時(shí)，體積的堆的數(shù)量?jī)?yōu)選受到限制，例如每個(gè)氣密體積內(nèi)有八個(gè)、四個(gè)或兩個(gè)堆。大量的堆分布在大量的氣密體積中，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造大的、高性能的設(shè)備。

15、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，第一體積和第二體積被包殼的壁以氣密方式隔開(kāi)，在所述包殼中至少構(gòu)造所述第一體積。這意味著至少第一體積實(shí)施成氣密的。因此，在泄漏的情況下，氣體不會(huì)以不受控制的方式逸出所述體積外。相反，泄漏可以有針對(duì)性地排出，例如通過(guò)產(chǎn)生較低壓力的排出口。以這種方式避免逸出的氣體進(jìn)入容納用于電供應(yīng)的部件的第二體積中。因此，氣體不會(huì)被火花等點(diǎn)燃。

16、在本發(fā)明的擴(kuò)展方案中提出，所述壁具有至少一個(gè)氣密地集成的壁穿引部，用于至少一個(gè)電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路。通過(guò)所述壁穿引部可以在此確保至少一個(gè)堆的所需的電供應(yīng)。此外，可將電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路引導(dǎo)到安裝在堆內(nèi)或至少一個(gè)堆的環(huán)境中的電氣構(gòu)件和/或部件。例如，數(shù)據(jù)線(xiàn)路可用于操控閥門(mén)。此外，集成在至少一個(gè)堆中或集成到堆環(huán)境中的傳感器可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿挥诘谝惑w積外部的控制器上。

17、替代地或者附加地提出，壁具有至少一個(gè)氣密地集成的連接裝置，用于至少一個(gè)電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路。與壁穿引部不同的是，電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路在連接裝置處結(jié)束，使得連接裝置必須構(gòu)型為該連接裝置能夠使電和/或數(shù)據(jù)穿過(guò)壁引導(dǎo)。在壁的另一側(cè)上，連接裝置又可以與電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路連接。連接裝置優(yōu)選地包括至少一個(gè)插頭件。所述插頭件便于連接電和/或數(shù)據(jù)線(xiàn)路。此外，優(yōu)選地在兩側(cè)分別設(shè)有至少一個(gè)插頭件。