用于电解装置的分离器的制作方法

用于电解装置的分离器
1.本发明涉及一种用于电解装置的分离器、一种相应的电解装置、以及一种用于执行电解的方法。
2.在工业规模上，通常使用电解池堆叠体来执行电解。通过电解池，可以执行对液态介质的电解。电解产物通常是气态的，并且可以与未反应的介质一起从堆叠体中提取。随后，必须将气态产物与液态介质分离。因此，气/液分离器是已知的。在操作中，分离器暴露于介质。由于介质的高温和/或由于腐蚀一起，这可能对分离器造成损坏。对于碱性系统，在浓碱溶液中温度》90℃时，应力腐蚀开裂是关键问题。因此，必须降低介质的温度，这是低效的，或者必须对分离器使用昂贵的材料、比如镍合金，而这是昂贵的。替代性地，已经建议分离器的内表面为聚合物衬里。然而，难以在分离器的整个寿命内都获得对内表面的100％覆盖。
3.本发明的目的是改进现有技术，从而提供一种可以承受高介质温度而不需要昂贵材料的分离器。
4.该目的是通过根据独立权利要求的分离器、电解装置和方法来解决。在从属权利要求中提出了有利的改进。权利要求和说明书中描述的特征可以以任何技术上合理的方式彼此组合。
5.根据本发明，提出了一种分离器，该分离器包括分离器腔室，该分离器具有：
6.■
第一入口；
7.■
第二入口；
8.■
气体出口；
9.■
液体出口，
10.其中，该分离器被配置用于将被引入该第一入口中的气体与液体的混合物分离，使得该气体被提供在该气体出口，而该液体被提供在该液体出口处，其中，分隔元件布置在该分离器腔室中，以在该分离器腔室的内表面与该分隔元件之间形成通道，其中，该第二入口开向该通道，并且其中，该分隔元件具有低于该第二入口布置的可渗透区段。
11.该分离器可以用于将气体与液体分离。气体可以是通过将液体电解而获得的电解产物。例如，在水的电解中，可以提供相应的分离器以将气态氢与水分离并且将气态氧与水分离。
12.该分离器包括分离器腔室。该分离器腔室可以是容器，其中可以容纳气体和液体。例如，分离器腔室可以被配置为尤其具有圆形截面的器皿。分离器腔室的内直径优选地在0.8至2m、尤其在1至1.6m的范围内。分离器的长度优选地为4至15m、尤其为6至10m。优选地，除了本文明确描述的入口和出口之外，分离器腔室的所有侧面都是关闭的。这尤其适用于第一入口、第二入口、气体出口、以及液体出口。第一入口可以用于将气体与液体的混合物引入分离器腔室中。该分离器被配置为将混合物分离成气体和液体。气体可以经由气体出口从分离器腔室中提取，而液体可以经由液体出口从分离器腔室中提取。气体出口优选地由镍合金、或衬有聚合物的材料制成。
13.分离器具有单一第一入口、单一第二入口、单一气体出口、以及单一液体出口就足
够了。然而，还可能的是，存在多个第一入口、多个第二入口、多个气体出口、和/或多个液体出口。例如，分离器可以连接至多个电解堆叠体，其中，每个电解堆叠体连接至分离器的相应第一入口。
14.分离器进一步包括在分离器腔室内的分隔元件。该分隔元件被配置且布置为使得，在分隔元件与分离器腔室的内表面之间形成通道。该通道布置在分离器腔室内。该通道还可以被称为空隙。优选地，当在分离器的截面中看时，该通道被配置为环形空隙。该分隔元件将该通道与分离器腔室的其余部分部分地分开。该分离器腔室的其余部分被称为分离器腔室的内区段。该内区段是分离器腔室的、不是通道的部分。该通道没有与内区段完全分离。代替地，分隔元件具有可渗透区段。为此，在通道与分离器腔室的内区段之间存在连接，以允许通道与内区段之间进行介质交换。特别地，介质可以从该通道内经由可渗透区段流到分离器腔室的内区段中。
15.在可渗透区段内，分隔元件是液体和/或气体可渗透的。例如，分隔元件在可渗透区段中可以是穿孔的。分隔元件在可渗透区段中可以具有一个或多个开口。还可能的是，分隔元件包括多个部分，这些部分彼此间隔开，使得这些部分之间的空隙形成开口，通过这些开口形成可渗透区段。可渗透分隔促进与内区段中的介质混合，由此将内区段中的介质的温度从进入内区段中的介质温度冷却下来。
16.第二入口开向通道。由此，介质、比如液体可以被引入通道中。可渗透区段低于第二入口布置。这涉及分离器在正常操作中的取向。由于分离器被配置用于分离气体与介质，因此分离器的取向通常影响分离器的功能。为此，分离器应以某个取向使用。分离器优选地被配置为在正常操作中以水平取向使用。即，在正常取向时，分离器是水平布置的。
17.在第二入口布置在可渗透区段上方的情况下，经由第二入口被引入通道中的流体可以穿过通道、穿过可渗透区段、流到分离器腔室的内区段中。这尤其在将具有相对高温度、尤其高于被引入第二入口中的流体的温度的流体引入第一入口中的情况下是有用的。分离器腔室的外壳的温度主要受经由第二入口被引入通道中的流体的温度的影响。相比之下，被引入第一入口中的流体可以被收集在分离器腔室的内区段内。因此，优选的是，第一入口开向分离器腔室的内区段。即，第一入口开向分离器腔室的、不是通道的部分。内区段内的流体由于通道而至少在通道沿着分离器腔室的内表面延伸的范围内不与分离器腔室的外壳相接触。在轴向方向上，分隔元件优选地延伸穿越整个分离器腔室。在分离器的截面中，分隔元件优选地至少延伸穿越分离器腔室的下区段，尤其是穿越分离器腔室的下半部。在此情况下，只要不超过对应的填充液位，被引入第一入口中的流体不与分离器腔室的外壳相接触。因此，被引入第一入口中的流体的温度可以尤其高，和/或可以对分离器腔室的外壳使用不适合于高温的材料。因此，可以对分离器腔室的外壳使用实惠的材料。端板或器皿盖可以由与器皿外壳不同的金属制成。
18.所描述的优点尤其适用于分离器用于将气态电解产物与液体电解介质分离的情况。气态电解产物与液体电解介质的混合物可以经由第一入口被引入分离器腔室中。在分隔元件布置在分离器腔室的内表面与分离器腔室的内区段之间的范围内，气态电解产物与液体电解介质的混合物不与分离器腔室的外壳相接触。因此，气态电解产物与液体电解介质的混合物可以具有相对高的温度。这是有利的，因为这允许电解堆叠体在特别高的温度下操作。一般而言，电解在越高的温度下越有效。例如，碱性电解在约120℃的温度下可以达
到几乎100％的效率。第二入口可以用于将电解介质从旁路引入分离器中。旁路可以被配置为绕过电解堆叠体。流经旁路的电解介质的温度通常低于流经堆叠体的介质的温度。另外，旁路优选地包括冷却器。由此，可以进一步冷却介质。优选的是，来自旁路的介质以在30至60℃范围内、尤其在40至50℃范围内的温度经由第二入口进入通道中。在来自旁路的低温介质被引入通道中的情况下，仅低温电解介质与分离器腔室的外壳相接触。这至少适用于通道沿着分离器腔室的内表面延伸的范围。低温电解介质可以经由可渗透区段离开通道、而与分离器腔室的内区段内的电解介质混合。由此，内区段内的介质被冷却。
19.根据分离器的优选实施例，第二入口被布置在分离器的上半部内、尤其是在上30％内，和/或其中，分隔元件的可渗透区段被布置在分离器的下半部内、尤其是在下30％内。“和”的情况是优选的。
20.表述“上半部”和“下半部”是指分离器在正常操作中的取向。第二入口被布置在上半部内的这一事实意味着第二入口完全落在分离器的上半部内。在分离器的截面中，上半部从分离器的顶部延伸至到分离器底部的一半处。类似地，可渗透区段被布置在下半部内的这一事实意味着可渗透区段完全落在分离器的下半部内。在分离器的截面中，下半部从分离器地底部延伸至到分离器顶部的一半处。上半部和下半部彼此相邻。
21.在此实施例中，第二入口被布置在可渗透区段的上方，其中第二入口被布置在上半部中，而可渗透区段被布置在下半部中。由此，可以以特别显著的方式来实现第二入口布置在可渗透区段上方的上述优点。如果第二入口被布置在分离器的上30％中，而可渗透区段被布置在分离器的下30％中，则情况更是如此。在分离器的截面中，上30％从分离器的顶部延伸至与分离器顶部间隔开从分离器的顶部到底部的距离的30％的水平。类似地，在分离器的截面中，下30％从分离器的底部延伸至与分离底部间隔开从分离器底部到顶部的距离的30％的水平。分离器的上30％和分离器的下30％彼此间隔开分离器高度的40％。
22.根据分离器的另外的优选实施例，气体出口被布置在分离器的上半部内、尤其是在上30％内，和/或其中，液体出口被布置在分离器的下半部内、尤其是在下30％内。“和”的情况是优选的。
23.将气体出口布置在分离器的上半部内并且将液体出口布置在分离器的下半部内有助于将气体与液体分离。这尤其是由于在气体与液体的混合物中，气体倾向于向上移动。
24.根据分离器的另外的优选实施例，分隔元件在可渗透区段中以多孔的方式配置。
25.在此实施例中，分隔元件在可渗透区段中由多孔材料制成。由此，流体可以从通道渗透该可渗透区段而进入分离器腔室的内区段中。
26.根据分离器的另外的优选实施例，在分离器的截面中，分隔元件沿着分离器腔室的内表面的至少60％、尤其是至少80％延伸。
27.分隔元件沿着分离器的内表面延伸的量通过分隔元件的(多个)边缘来确定。针对分隔元件的(多个)边缘的每个点，确定分离器的内表面的相应最近点。这并不适用于由分隔元件的可渗透区段中的开口形成的分隔元件边缘。随后，确定内表面上的这些最近点之间的区域，并将其与分离器的整个内表面的区域进行比较。在本实施例中，此比较产生至少60％、尤其至少80％的值。
28.根据分离器的另外的优选实施例，在分离器的截面中，分隔元件关于沿着高度方向定向的轴线对称。
29.在分隔元件关于沿着高度方向定向的轴线对称的情况下，通道延伸穿越分离器的整个底部区域。为此，分离器腔室的内区段内的流体可以通过通道与分离器的外壳分离。可以认为通道具有在分离器底部处相交的两个支路。
30.在此实施例中，优选的是，分离器腔室包括至少两个第二入口。在分离器的截面中看到，其中一个第二入口可以被布置在分离器的右侧，而另一个第二入口可以被布置在分离器的左侧。其中，每个第二入口可以连接至通道的相应支路，其中，每个支路从分离器的底部至少延伸至分离器之一。由此，被引入第二入口中的流体可以用于冷却分离器的在第二入口下方的整个外壳。
31.根据分离器的另外的优选实施例，分隔元件平行于分离器腔室的内表面布置。
32.在此实施例中，通道具有恒定的截面。由此，可以实现均匀的流体流量被引入第二入口中。
33.根据分离器的另外的优选实施例，分隔元件由包含至少80％的镍的金属、或由塑料制成。
34.这些材料可以在浓碱环境中承受相对高的温度。由于通道，使得分隔元件由这样的材料制成就够了。分离器腔室的外壳可以由实惠的材料制成。
35.特别地，根据分离器的另外的优选实施例，分离器腔室的内表面至少部分地由不锈钢、尤其316ss制成。
36.分离器腔室可以是柱形的。优选的是，分离器的外壳包括由不锈钢、尤其316ss制成的护套、以及由镍合金或衬有聚合物的材料制成的端面。分隔元件可以具有柱形护套的一部分的形状。分隔元件可以抵接分离器的外壳的端面，由此在轴向方向上隐藏通道。
37.尤其优选的是，分离器的整个外壳由不锈钢制成。
38.作为本发明的另外的方面，描述了一种电解装置，该电解装置包括：
[0039]-用于驱动液态介质的至少一个泵单元；
[0040]-至少一个电解池堆叠体，其中，每个堆叠体包括连接至这些泵单元之一的相应堆叠体入口、相应的阳极出口、以及相应的阴极出口，其中，该至少一个堆叠体被配置为通过将被引入相应的堆叠体入口中的液态介质电解来获得气态阳极产物和气态阴极产物，该气态阳极产物与该液态介质一起被提供在相应的阳极出口处，该气态阴极产物与该液态介质一起被提供在相应的阴极出口处；
[0041]-阳极分离器，该阳极分离器包括分离器腔室，该阳极分离器具有：
[0042]
■
连接至该至少一个堆叠体的阳极出口的第一入口；
[0043]
■
气体出口；
[0044]
■
连接至这些泵单元之一的液体出口；
[0045]
其中，该阳极分离器被配置用于将被引入该阳极分离器的第一入口中的气态阳极产物与液态介质的混合物分离，使得该气态阳极产物被提供在该阳极分离器的气体出口处，而该液态介质被提供在该阳极分离器的液体出口处；
[0046]-阴极分离器，该阴极分离器包括分离器腔室，该阴极分离器具有：
[0047]
■
连接至该至少一个堆叠体的阴极出口的第一入口；
[0048]
■
气体出口；
[0049]
■
连接至这些泵单元之一的液体出口；
[0050]
其中，该阴极分离器被配置用于将被引入该阴极分离器的第一入口中的气态阴极产物与液态介质的混合物分离，使得该气态阴极产物被提供在该阴极分离器的气体出口处，而该液态介质被提供在该阴极分离器的液体出口处；
[0051]-从该至少一个泵单元与这些堆叠体入口之间到这些分离器中的至少一个分离器的相应第二入口的旁路，其中，此至少一个分离器具有布置在该分离器腔室中的相应分隔元件，以在该分离器腔室的内表面与该分隔元件之间形成通道，其中，该第二入口开向该通道，并且其中，该分隔元件具有低于该第二入口布置的可渗透区段。
[0052]
所描述的分离器的优点和特征可转移至所描述的电解装置，反之亦然。电解装置的阳极分离器和/或阴极分离器优选地被配置为所描述的分离器。“和”的情况是优选的。
[0053]
电解装置可以用于将介质电解。代替术语“电解装置”，还可以使用术语“电解器”。优选地，介质是水。在此情况下，作为电解产物可以获得氢和氧。该电解装置旨在用于工业规模的电解。例如，优选的是，以每个堆叠体每小时250至1500nm3的速率获得这些电解产物中的至少一种。这尤其适用于在水电解情况下产生氢气。优选地，以自动化的方式来执行电解。
[0054]
该电解装置包括至少一个堆叠体，优选地多个堆叠体。优选地，电解装置包括2个至16个堆叠体，尤其2个、4个或8个堆叠体。这些堆叠体还可以被称为电解堆叠体。每个堆叠体包括若干电解池。每个堆叠体具有至少一个堆叠体入口、阳极出口、以及阴极出口。可以经由(多个)堆叠体入口来将介质提供至堆叠体。在堆叠体内，可以使用电解池来执行对介质的电解。由此获得阳极产物和阴极产物。在水作为介质的情况下，阳极产物是氧，而阴极产物是氢。可以经由阳极出口从堆叠体中提取阳极产物。然而，因此，阳极产物将混有介质。类似地，可以经由阴极出口从堆叠体中提取阴极产物与介质的混合物。
[0055]
每个电解池优选地包括阳极、邻近于阳极的阳极空间、阴极、以及邻近于阴极的阴极空间。阴极空间优选地与阳极空间通过膜、并且可选地还通过阳极和阴极隔开。阳极出口优选地连接至阳极空间。阴极出口优选地连接至阴极空间。膜优选地是某些离子可渗透的。例如，在pem电解池的情况下，膜优选地是氢离子(h

)可渗透的。在此情况下，阳极和阴极是可渗透的并且与膜相邻地布置。并且在此情况下，优选的是，每个堆叠体具有仅一个堆叠体入口，其连接至阴极空间。作为另外的示例，在碱性电解池的情况下，膜优选地是氢氧根离子(oh-)可渗透的。在此情况下，每个堆叠体优选地具有两个堆叠体入口：相应的阳极堆叠体入口和相应的阴极堆叠体入口。阳极堆叠体入口优选地连接至阳极空间。阴极堆叠体入口优选地连接至阴极空间。
[0056]
该至少一个堆叠体的阳极出口连接至阳极分离器的第一入口。在多个堆叠体的情况下，优选地，所有堆叠体的阳极出口均连接至同一阳极分离器。优选地，仅存在一个阳极分离器。该至少一个堆叠体的阴极出口连接至阴极分离器的第一入口。在多个堆叠体的情况下，优选地，所有堆叠体的阴极出口均连接至同一阴极分离器。优选地，存在仅一个阴极分离器。
[0057]
介质由至少一个泵单元驱动。该至少一个泵单元优选地具有可变流量。即，可以例如通过控制该至少一个泵单元中的至少一个泵的旋转速度来控制泵单元产生的介质流量。在存在多个泵单元的情况下，优选的是，可以将由这些泵单元产生的介质流彼此独立地控制。该至少一个泵单元可以包括一个或多个泵。在多于一个泵的情况下，泵单元中的泵被配
置为使得此泵单元中的一个、一些或所有泵可以贡献于此泵单元产生的流量。例如，泵单元可以具有两个泵，其中一个泵可以工作，而另一泵用作备用泵。替代性地，泵单元中的这两个泵可以同时使用，以避免其中一个泵必须以其最大功率操作。应注意的是，电解装置可以包括多个泵单元，每个泵单元包括多个泵。为此，电解装置可以具有例如四个泵，其中两个泵形成第一泵单元，而另两个泵形成第二泵单元。
[0058]
在第一实施例中，存在仅一个泵单元。在此情况下，泵单元出口连接至所有的堆叠体入口。这并不意味着，泵单元必须直接连接至堆叠体入口。特别地，可以在泵单元与堆叠体入口之间布置用于将多余的流返回至分离器以平衡给送介质流的器件。在泵单元与堆叠体入口之间设置了集管，用于将泵单元提供的介质流分为针对每个堆叠体的相应流。即，通过集管，将介质流分配至这些堆叠体入口。另外，阳极分离器的液体出口和阴极分离器的液体出口连接至泵单元的入口。这可以经由中间的共用器皿来实现。即，介质可以被泵单元循环穿过堆叠体和分离器。第一实施例可以被称为单一给送或共用给送，因为介质经由分配至堆叠体的仅一个给送管线给送至堆叠体。特别地，在此实施例中，每个堆叠体可以具有仅一个堆叠体入口。在pem电解池的情况下，这是尤其优选的。替代性地，每个堆叠体可以具有相应的阳极堆叠体入口和相应的阴极堆叠体入口。在碱性电解池的情况下，这是尤其优选的。某个堆叠体的阳极堆叠体入口和阴极堆叠体入口可以共同连接至集管。即，分派给相应堆叠体的相应集管出口可以连接至此堆叠体的阳极堆叠体入口和阴极堆叠体入口两者。为此，单一给送物不仅通过集管流出至各个堆叠体，还进一步流到阳极堆叠体入口和阴极堆叠体入口。在堆叠体具有多于一个堆叠体入口的情况下，优选的是，在分派给此堆叠体的共用流被划分为通向堆叠体入口的相应流之处的上游，布置相应的控制阀。
[0059]
在第二实施例中，存在两个泵单元。在此情况下，优选的是，每个堆叠体具有相应的阳极堆叠体入口和相应的阴极堆叠体入口。第一泵单元的泵单元出口经由第一集管连接至所有阳极堆叠体入口，并且第二泵单元的泵单元出口经由第二集管连接至所有阴极堆叠体入口。这并不意味着，泵单元必须直接连接至堆叠体入口。特别地，可以在泵单元与相应的堆叠体入口之间布置用于将多余的流返回至分离器以平衡给送介质流的相应器件。第一集管被设置用于将由第一泵单元提供的介质流分为针对每个阳极堆叠体入口的相应流。第二集管被设置用于将由第二泵单元提供的介质流分为针对每个阴极堆叠体入口的相应流。即，通过第一集管，介质流被分配至这些阳极堆叠体入口，并且通过第二集管，介质流被分配至这些阴极堆叠体入口。在此情况下，并且尤其对于碱性系统，一部分给送流可以在分离器中混合以确保维持电解质浓度的平衡。此实施例还可以被称为分开给送，因为介质被分开给送至阳极堆叠体入口和阴极堆叠体入口。由此，阳极分离器连接至第一泵单元的入口、但是不连接至第二泵单元，并且阴极分离器连接至第二泵单元的入口、但是不连接至第一泵单元。即，介质可以单独地在阳极循环和阴极循环中循环。
[0060]
优选地，在任何情况下，对每个堆叠体存在至少一个控制阀。由此，可以独立地控制到堆叠体中的介质流。这允许多个堆叠体与单一阳极分离器和单一阴极分离器一起使用。通过该电解装置，可以实现高水平的压力控制。这是有利的，因为期望以精确控制的压力来操作电解池。电解池的膜优选地是介质非常不可渗透的。然而，阳极空间与阴极空间之间的较大压差可以驱动较大量的介质穿过该膜。如果太多的介质被驱动穿过该膜，则可能导致阳极分离器与阴极分离器之间的流体静力不平衡。为了避免这种情况，期望控制阳极
空间与阴极空间之间的压差。特别地，优选的是，对于每个堆叠体，阳极空间与阴极空间之间的相应压差小于0.05巴、尤其小于0.02巴。
[0061]
该电解装置进一步包括从该至少一个泵单元与堆叠体入口之间到至少一个分离器的相应第二入口的旁路。优选地，该旁路连接至阳极分离器和阴极分离器两者。在存在仅一个泵单元的情况下，旁路优选地从泵单元与集管之间的点、并且经由第一出口支路延伸至阳极分离器、并且经由第二出口支路延伸至阴极分离器。在存在多个泵单元的情况下，旁路优选地具有针对每个泵单元的相应入口支路，其中每个入口支路在泵单元与相应集管之间开始。并且，在此情况下，旁路优选地经由第一出口支路终止于阳极分离器处、并且经由第二出口支路终止于阴极分离器处。
[0062]
介质可以经由该旁路从泵单元出口流到泵单元入口，而不穿过堆叠体。由此，(多个)泵单元可以产生高于所需的流量。优选地，旁路包括旁通阀。尤其与调节泵单元中的一个或多个泵的旋转速度相比，通过旁通阀，可以特别快速地调节穿过旁路并且因此穿过堆叠体的流量。因此，流量控制特别快。
[0063]
流经旁路的介质的温度通常低于介质与电解产物的混合物离开堆叠体时的温度。在流经旁路的介质穿过第二入口进入分离器腔室中的情况下，相应分离器的外壳可以同相应分离器腔室的内区段内的介质与电解产物的较暖混合物分离。为此，通过所描述的电解装置来实现上述优点。
[0064]
优选地，阳极分离器和阴极分离器两者都像上述分离器一样配置。在此情况下，旁路优选地被布置成从该至少一个泵单元与堆叠体入口之间到阳极分离器和阴极分离器的相应第二入口，其中，阳极分离器和阴极分离器两者都具有被布置在相应分离器腔室内的相应分隔元件，以在分离器腔室的内表面与分隔元件之间形成通道，其中第二入口开向通道，并且其中，分隔元件具有低于第二入口布置的可渗透区段。
[0065]
除了经由分离器的出口和/或入口的间接连接之外，阳极分离器和阴极分离器优选地彼此不连接。旁路可以用于平衡阳极分离器和阴极分离器中的介质水平。
[0066]
根据该电解装置的优选实施例，这些电解池被配置为pem电解池、阴离子交换膜电解池、或碱性电解池。
[0067]
已经发现，尤其通过使用这些电解池，可以获得所描述的优点。pem电解池是尤其优选的。在此情况下，并且在阴离子交换膜电解池的情况下可能的是，介质是水、尤其是去离子水。在碱性电解池并且可能在阴离子交换膜电解池的情况下，介质是氢氧化钾(koh)的水溶液。介质可以是浓度大于25％wt的koh。
[0068]
根据该电解装置的另外的优选实施例，堆叠体各自具有在1至20mw范围内、尤其在3至10mw范围内的最大额定dc功率消耗。
[0069]
所描述的电解装置优选地用于工业规模的电解。特别地，这应与实验室规模的实验设置形成对比来进行理解。在本实施例中，在堆叠体的最大额定dc功率消耗的意义上来量化工业规模。最大额定dc功率消耗通常被用来描述电解堆叠体。例如，“5mw堆叠体”具有5mw的最大额定dc功率消耗。
[0070]
电解装置的总最大额定dc功率消耗是堆叠体的相应最大额定dc功率消耗的总和。电解装置的总最大额定dc功率消耗优选地在10至80mw的范围内。尤其在这种总最大额定dc功率消耗的情况下，每个堆叠体具有相应的阳极分离器和相应的阴极分离器将是低效的，
如现有技术中的情况那样。
[0071]
作为本发明的另外的方面，描述了一种用于使用如所描述的进行配置的电解装置来对液态介质执行电解以获得气态阳极产物和气态阴极产物的方法，该方法包括通过泵单元来驱动液态介质以及对电解池施加电压。
[0072]
所描述的分离器和电解装置的优点和特征可转移给所描述的方法，反之亦然。所描述的分离器和电解装置优选地被配置为在所描述的方法中使用。所描述的方法优选地使用所描述的分离器、尤其在所描述的电解装置的背景下执行。
[0073]
根据该方法的优选实施例，堆叠体入口处的液态介质的温度在70至90℃之间。
[0074]
由于所描述的(多个)分离器构型，可以使得堆叠体在相对高的温度下操作。在本实施例中，这是量化的。即使在堆叠体入口处的液态介质的温度在70至90℃之间，仍发现(多个)分离器的外壳的温度低于85℃。
[0075]
根据该方法的另外的优选实施例，阳极分离器的第一入口处的液态介质与气态阳极产物的混合物的温度高于85℃，和/或阴极分离器的第一入口处的液态介质与气态阴极产物的混合物的温度高于85℃。“和”的情况是优选的。
[0076]
由于所描述的(多个)分离器构型，可以使(多个)分离器在相对高的温度下操作。在本实施例中，这是量化的。即使在分离器的第一入口处的液态介质与气态产物的混合物的温度高于85℃，仍发现相应分离器的外壳的温度低于85℃。
[0077]
根据该方法的另外的优选实施例，针对每个堆叠体，确定期望的相应液态介质流量，其中控制泵单元中的至少一个泵的速度，使得泵单元提供的液态介质流量超过用于所有堆叠体的期望流量的总和的至少20％。
[0078]
在此实施例中，旁路被操作来使得在正常操作中，泵单元提供超过堆叠体需求的流量。一方面，这使得在正常操作中连续的流量进入分离器的第二入口中。另一方面，尤其与调节(多个)泵单元中的一个或多个泵的旋转速度相比，通过旁通阀，可以特别快速地调节穿过旁路并且因此穿过堆叠体的流量。因此，在本实施例中，流量控制特别快。
[0079]
根据该方法的另外的优选实施例，该至少一个分离器的、连接至旁路的第二入口处的压力比此分离器的第一入口处的压力尤其高了至少2巴。优选地，阳极分离器的第二入口处的压力高于阳极分离器的第一入口处的压力，而阴极分离器的第二入口处的压力高于阴极分离器的第一入口处的压力。
[0080]
在此实施例中，介质可以从通道穿过分隔元件的可渗透区段被驱动至相应分离器的分离器腔室的内区段中。可以避免从分离器腔室的内区段穿过分隔元件的可渗透区段到通道中的回流。这有利于防止暖的流体从分离器腔室的内区段进入通道中并且由此与分离器的外壳相接触。
[0081]
下面将参考附图描述本发明。附图示出了优选实施例，本发明不限于此。本文中所示的附图和尺寸仅是示意性的。附图示出：
[0082]
图1：根据本发明的电解装置，并且
[0083]
图2：图1的电解装置的分离器的截面。
[0084]
图1示出了电解装置1，该电解装置包括多个电解池堆叠体3。这些电解池可以被配置为pem电解池、阴离子交换膜电解池、或碱性电解池。堆叠体3各自具有在1至20mw范围内的最大额定dc功率消耗。并且，电解装置1包括用于驱动介质的泵单元2。在本实施例中，存
在仅一个泵单元2。因此，本实施例可以被称为单一给送。代替图1所示的单一给送，电解装置还可以被配置为分开给送(附图未示出)。
[0085]
泵单元2包括离心泵，该离心泵被配置用于提供介质的可调流量。在图1的实施例中，泵单元2包括仅单一泵。每个堆叠体3包括两个堆叠体入口4a、4b，这两个堆叠体入口经由集管5连接至泵单元2，该集管用于将由泵单元2提供的介质流分为针对每个堆叠体3的相应流。在泵单元2与集管5之间布置冷却器24和过滤器25。另外，每个堆叠体3包括相应的阳极出口6和相应的阴极出口7。堆叠体3被配置为通过将被引入相应的堆叠体入口4a、4b中的介质电解来获得阳极产物和阴极产物，该阳极产物与介质一起被提供在相应的阳极出口6处，该阴极产物与介质一起被提供在相应的阴极出口7处。
[0086]
另外，电解装置1包括用于每个堆叠体3的、布置在集管5与相应的堆叠体入口4a、4b之间的相应控制阀8，其中，控制阀8被配置用于独立地控制流到相应堆叠体3中的介质流。这并不一定意味着，可以独立于流入阴极堆叠体入口4b中的流来控制流到阳极堆叠体入口4a中的流。在根据图1的实施例中，这是不可能的，因为分派给某个堆叠体3的流在控制阀8的下游被划分为针对阳极堆叠体入口4a和阴极堆叠体入口4b的单独流。然而，可以独立于流入一个堆叠体3的堆叠体入口4a、4b中的流来控制流入其他堆叠体3的堆叠体入口4a、4b中的流。
[0087]
电解装置1进一步包括阳极分离器9，该阳极分离器具有连接至泵单元2的液体出口15。堆叠体3的每个阳极出口6连接至阳极分离器9的相应第一入口12。阳极分离器9被配置用于将气态阳极产物与被引入阳极分离器9的第一入口12中的液态介质分离，使得气态阳极产物被提供在阳极分离器9的气体出口14处，而介质被提供在阳极分离器9的液体出口15处。控制阀26控制阳极分离器9的压力。电解装置1进一步包括阴极分离器10，该阴极分离器具有连接至泵单元2的液体出口15。堆叠体3的每个阴极出口7连接至阴极分离器10的相应第一入口12。阴极分离器10被配置用于将气态阴极产物与被引入阴极分离器10的第一入口12中的液态介质分离，使得气态阴极产物被提供在阴极分离器10的气体出口14处，而液态介质被提供在阴极分离器10的液体出口15处。控制阀26控制阴极分离器10的压力。控制阀26的操作是使得这两个分离器9、10之间的压差最小化。
[0088]
电解装置1进一步包括从泵单元2与集管5之间的点到阳极分离器9和阴极分离器10的旁路20。通路20具有连接至阳极分离器9的第二入口13的阳极支路22和连接至阴极分离器10的第二入口13的阴极支路23。旁路20的阳极支路22和阴极支路23两者均包括相应的旁通阀21。
[0089]
图2示出了根据本发明的分离器9、10的截面。图1的电解装置1的阳极分离器9和/或阴极分离器10可以根据图2的实施例进行配置。分离器9、10包括在外壳29内的分离器腔室11。分离器腔室11具有两个第一入口12、两个第二入口13、气体出口14、以及液体出口15。分离器9、10被配置用于将被引入第一入口12中的气体与液体的混合物分离，使得气体被提供在气体出口14，而液体被提供在液体出口15处。分离器9、10进一步包括分隔元件16，该分隔元件被布置在分离器腔室11内以在分离器腔室11的内表面18与分隔元件16之间形成通道17。第二入口13开向通道17。特别地，其中一个第二入口13开向通道17的左侧支路，而另一个第二入口13开向通道17的右侧支路。分隔元件16具有低于第二入口13布置的可渗透区段19。这涉及分离器9、10在正常操作中的取向，如图2所示。指示了对应的高度方向z。在可
渗透区段19中，分隔元件16以多孔的方式配置。
[0090]
第二入口13被布置在分离器9、10的上半部27内，并且分隔元件16的可渗透区段19被布置在分离器9、10的下半部28内。气体出口14被布置在分离器9、10的上半部27内，并且液体出口15被布置在分离器9、10的下半部28内。
[0091]
在图2所示的截面中，除了分隔元件16被第一入口12、气体出口14和液体出口15中断的地方之外，分隔元件16沿着分离器腔室11的整个内表面18延伸。应注意的是，第一入口12、气体出口14、和液体出口15沿轴向方向(垂直于图2的绘图平面)延伸少于通道17沿此轴向方向的轴向延伸。即，虽然通道17被第一入口12、气体出口14、和液体出口15局部地中断，但是通道17的不同区段在图2的绘图平面外彼此流体地连接。在图2所示的截面中，分隔元件16关于沿着高度方向z定向的轴线对称。分隔元件16平行于分离器腔室11的内表面18布置。
[0092]
由于该通道17，分离器9、10可以用于在相对高的温度下进行电解。因此，分离器9、10的外壳29不必由特别耐热的材料制成。
[0093]
附图标记清单
[0094]1ꢀꢀ
电解装置
[0095]2ꢀꢀ
泵
[0096]3ꢀꢀ
堆叠体
[0097]
4a 阳极堆叠体入口
[0098]
4b 阴极堆叠体入口
[0099]5ꢀꢀ
集管
[0100]6ꢀꢀ
阳极出口
[0101]7ꢀꢀ
阴极出口
[0102]8ꢀꢀ
控制阀
[0103]9ꢀꢀ
阳极分离器
[0104]
10 阴极分离器
[0105]
11 分离器腔室
[0106]
12 第一入口
[0107]
13 第二入口
[0108]
14 气体出口
[0109]
15 液体出口
[0110]
16 分隔元件
[0111]
17 通道
[0112]
18 内表面
[0113]
19 可渗透区段
[0114]
20 旁路
[0115]
21 旁通阀
[0116]
22 阳极支路
[0117]
23 阴极支路
[0118]
24 冷却器
[0119]
25 过滤器
[0120]
26 控制阀
[0121]
27 上半部
[0122]
28 下半部
[0123]
29 外壳
[0124]zꢀꢀ
高度方向