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CN1085260C - 压力水罩封的电解装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电解水为氢和氧的电解装置，其带有一些在由压力容器(2)包围的槽组(1)中依次连接的电解槽，这些电解槽各自含有一个阳极和一个阴极，在此一个第一电极(阳极3)位于槽组(1)的一个末端上，而一个第二电极(阴极4)位于槽组的相对末端上，这些电极是各自与穿过压力容器(2)的，用于向槽组(1)供电流的各供电线(5、6)连接的，在此压力容器(2)的内部是用压力水(7)包围槽组(1)地充填的。按本发明考虑了槽组(1)内部的第一电极(3)是相对于压力水(7)罩封地电气绝缘布置的，并且安排了一种从槽组(1)穿过压力容器(2)向外引出的和对压力水(7)密封的通道(8)，与第一电极(3)连接的供电线(5)是穿过此通道引向第一电极(3)的。

Description

压力水罩封的电解装置
本发明涉及一种用于电解水为氢和氧的电解装置，此电解装置带有一些在由压力容器包围的槽组中依次连接的电解槽，这些电解槽各自含有一个阳极和一个阴极，在此一个第一电极(阳极)位于槽组的一个末端上，而一个第二电极(阴极)位于槽组的相对末端上，这些电极是各自与穿过压力容器的，用于向槽组供电流的各供电线连接的，在此，压力容器的内部是用压力水包围槽组地充填的。
所述方式的电解装置用于电解分解水为氢和氧，例如用于在未来氢工艺技术范围内获得氢。一种现代的这种方式电解装置用一种碱性电解液以及在例如为30巴的提高压力下和例如为150℃的提高温度下工作。槽组电气连接用所必需的各供电线是从槽组经过包围该槽组的压力水穿过压力容器的。在此对这些供电线的电气绝缘提出了各种特别要求，因为这些供电线既要经受住前述各种高压和高温，也尤其要经受住在工况变换时产生的各种压力差和温度差。已知的各聚合物绝缘仅短时地经受住这些条件，以致于在压力容器内部形成电分路，这些电分路可能有功率损失，分路电解和发生爆鸣气的后果。
本发明的任务在于提供带有改善供电线的一种电解装置。
通过权利要求1中所说明方式的电解装置来解决此任务。
用于电解水为氢和氧的按本发明的电解装置含有一些在由压力容器包围的槽组中依次连接的电解槽，这些电解槽各自含有一个阳极和一个阴极。一个第一电极位于槽组的一个末端上，而一个第二电极位于槽组的相对末端上，在此为了向槽组供给电流这些电极是各自与穿过压力容器向外引出的各供电线连接的。压力容器的内部是用压力水包围着槽组地充填的。按本发明考虑了槽组内部的第一电极是相对于压力水罩封地电气绝缘布置的，并且安排了一个从槽组穿过压力容器向外引出的和对压力水密封的通道，与第一电极连接的供电线是通过此通道引向第一电极。
按本发明的电解装置的优点在于，在供电线上可将电流干燥而无压力地供向第一电极。因此取消任何对供电线绝缘的各种特殊要求。
按本发明的一种进一步改进安排了第二电极和与第二电极连接的供电线位于象压力容器那样的相同电位上，并且与第二电极连接的供电线是穿过压力水向外引出的。关于此的优点在于，基于第二电极和压力容器的相同电位不存在对第二电极供电线绝缘方面的各种特殊要求。
当第二电极的电位同时为地电位(壳体电位)时是特别有利的。通过压力容器和第二电极的电位平衡没有额外的结构措施地创造了压力容器的一种本征接触防护。
按本发明的一种另外的进一步改进考虑了槽组内部的第二电极也是相对于压力水罩封地电气绝缘布置的，并且与第二电极连接的供电线也是通过一个从槽组穿过压力容器向外引出的和对压力水密封的通道干燥地引向第二电极的。通过这种实施形式因此为两个电极创造一种干燥而无压力的供电线，以致于对两种供电线不存在关于绝缘方面的各种问题。这个情况尤其出现在这些电解装置上，在这些电解装置上没有电极应位于压力容器的电位上和因此应位于地电位上。
按本发明电解装置的一种进一步发展考虑了罩封的电极是布置于在末端上封闭该槽组的电极压板的内侧处的，该电极压板具有一种用于与电极连接的供电线的通向向外引出的通道的缺口，罩封的电极是用一种固定框架电气绝缘地支承在该电极压板的内侧上的。这形成位于槽组内部的罩封电极的一种实际上简单可行的实施。
这种实施形式可以包含的内容在于，至少一种由电气绝缘材料制的密封板是布置在罩封的电极和电极压板之间的。
当在前述实施形式上密封板具有与电极压板的缺口连接着的各开口或通道时是特别有利的，在电极和阳极压板之间产生的水蒸气可以通过这些开口或通道逸出进入向外引出的通道。
在一种这样的其槽组含有碱性电解液的电解装置上，电解装置的按本发明实施形式是特别有利的。因为在此将干燥，无压力的供电线的各优点与热碱性电解液通过包含在压力容器中的压力水与环境水壳隔离的各优点相结合。
按一种构成安排了第一电极为阳极和由镍制成。
在前述各实施形式上当电极压板由奥氏体不锈钢制成时是有利的。
最后，一种实际上有利的实施形式在于，固定框架含有一个由合成材料制的盲框架。按本发明的一个第二实施例考虑了两个槽组在一个共同的压力容器中是端面互相挨靠地布置的，在此各第一电极位于各槽组的各相对末端上，而各第二电极位于各槽组的各相邻末端上。各第一电极在槽组内部是相对于压力水罩封地电气绝缘布置的，而这些与各第一电极连接的供电线是通过对压力水密封的各通道向外引出的。这种实施例的优点在于，可以以节省地方、方式和特别费用有利地制造各大型设备。
按第二实施例的一种进一步发展考虑了与这些第二电极连接的各供电线位于象压力容器那样的相同电位上和是穿过压力水向外引出的，尤其是各第二电极的电位同时是地电位(壳体电位)。这具有槽组完全本征接触防护的优点。
最后第二实施例是有利地如此构成的，使得压力容器由两个互相挨靠布置的容器部分组成。这使得省地和省花费的结构方式成为可能在这种结构方式上不需要特别封闭压力容器的敞开侧面的各基板，如在各槽组分开布置时的情况。
从本发明实施例的以下说明中得出本发明其它可能的各实施形式和优点。
以下用图阐述本发明的各实施例。
以下所示：
图1为通过按本发明第一实施例的一种电解装置的截面图，
图2为来自图1中称为“放大X”的放大剖面图，用于阐述在按图1实施例的槽组内部的罩封电极的实际实施；并且
图3为通过按本发明第二实施例两个电解槽组装置的截面图，这两个电解槽组是布置在一个共同压力容器中的并且是通过端面连接的。
在图1中以截面图表示的按本发明电解装置的实施例上一个电解槽组1是布置在一个压力容器2中的。该槽组1由一些机械和电气地依次互相连接的电解槽组成，这些电解槽中的每一个含有一个阳极，一个阴极，一个半渗透性的膜片和电气连接用的各集电元件，在此却未详细表示这些部分。在槽组的各末端上各自布置了一个第一和一个第二电极，经过这些电极向槽组输送为电解过程所需的电流。一个第一电极，即第一电极3位于槽组1的一个末端上，此阳极是与供电线5连接的，而一个第二电极，即阴极4位于槽组1的相对末端上，此阴极是与供电线6连接的。此外在槽组1上安排了用于输送和处理碱性电解液的以及用于收集在电解时生成的氢和氧各气体的手段，这些手段却同样是在图中未详细表示的。在压力容器2中包围槽组1的空间是用去离子的压力水7充填的，例如将此压力水7在150℃温度下保持在30巴的压力上。
位于槽组1一个末端上的第一电极3是在槽组1的内部相对于压力水7罩封的，并且电气绝缘地布置的。与第一电极3连接的供电线5是通过对压力水7密封的通道8干燥而无压力地向外引出的。通道8是通过一种圆柱形套管形成的，此套管在它的各末端上是用法兰配备的，并且经过各种密封8a一侧是与压力容器2上的一个法兰连接和另一侧是与槽组1末端上的一个阳极压板12连接的，并且是对压力水密封的。通道8的法兰是通过螺栓与压力容器2的法兰和与阳极压板连接的。一个环隙形的空间位于供电线5和通道8的内部之间。此供电线5是用一种绝缘配备的，对此绝缘却未提出各种特殊的要求，因为供电线5仅穿过空气，却不穿过热的压力水7引向外面。阳极压板12在此末端上向外对压力水7密封槽组1。
处在槽组1的另外末端上的阴极4位于象压力容器2那样相同的电位上，此电位同时是地电位(壳体电位)。形成槽组1外包封的各壳体部分也位于此电位上。与阴极4连接的供电线6是穿过压力水7向外引出的和因而形成一种“湿的”供电线。由于供电线6、槽组1的壳体和压力容器2位于相同的电位上，对此供电线6不需要电气绝缘，或者如果仍然安排了一种这样的绝缘的话，则对此绝缘不提出各种特殊要求。由于在阴极4、供电线6、槽组1的壳体和压力容器2之间不存在电位差，则存在容器向外的一种完全本征的接触防护，并且不存在电腐蚀的危险。
压力容器2是构成钟状的和在其敞开末端的周围上配备了一种法兰。压力容器2的开口是由一个基板11封闭的，此基板与压力容器2的法兰是用螺栓连接的。在压力容器2的法兰和基板11之间配备了一种密封。
如同图2中详细所示那样，第一电极3是用共同形成固定框架13，13a的阳极框架13a和盲框架13，电气绝缘地支承在阳极压板12内侧上。
此盲框架13由合成材料制成。在盲框架13和阳极压板12之间布置了两个由电气绝缘的、抗蠕变和抗压的材料制成的密封板14、15，对这些密封板是借助盲框架13和阳极框架13a对着阳极压板12施加压力，并且在盲框架13和阳极压板12之间形成一种平面的绝缘和密封。朝向阳极压板12的密封板15是既在盲框架13范围内也在第一电极3范围内满面积构成的，与此相反地朝向第一电极3的密封板14虽然在盲框架13范围内是满面积构成的，可是在第一电极3的范围内却具有各种开口或通道18，这些开口或通道与由通道8和阳极压板12形成的，包围着供电线5的环隙处于连接之中，并且在第一电极3和阳极压板12之间产生的水蒸气可以通过这些开口或通道经通道8逸出。盲框架13和第一电极3之间的空间是用一种绝缘浇注材料浇注满的。一种密封17位于阳极框架13a和第一电极3之间。各密封板14，15形成在第一电极3和位于阴极电位上的阳极压板12之间的电气绝缘。基于槽组1内部的超压围绕供电线5从阳极压板12中挖空的面积导致在第一电极3上向外作用的合压力，此压力有助于施加用于阳极相对于阳极压板12的密封所需的压紧力。
按照本发明电解装置第一实施例的一种另外的实施形式，在槽组1内部的阴极4也可以是相对于压力水7罩封地电气绝缘布置的，在此与阴极4连接的供电线也是通过从槽组1穿过压力容器2的和对压力水7密封的通道干燥且无压力地向外引出的。在此情况下阴极和与此阴极连接的供电线因此相对于压力容器2电气上也是完全和可靠地绝缘的。
按图3中所示的一个第二实施例两个电解槽组1是经共同的各阴极法兰板19端面互相挨靠地连接的，并且安置在一个共同的压力容器2中。类似于在用图1所述的第一实施例上经过各种供电线5实施向两个槽组1的这些阳极供电，这些供电线是引入对在压力容器2内部的压力水7密封的各通道8中的，这些通道靠在位于槽组1各末端上的阳极处。位于两个槽组1互相挨靠的末端处的各阴极的这些供电线6同样象这些阴极本身那样，位于象压力容器2那样相同的电位和地电位(壳体电位)上。因此对这些供电线在绝缘方面没有提出各种值得一提的要求。并且这些供电线是作为“湿的”供电线穿过压力水向外引出的。
此第二实施例的压力容器2是由两个钟形容器部分形成的，这些容器部分相似于第一实施例的容器部分。由于这两个钟形容器部分在它们的敞开侧上互相挨靠连接，而取消了在第一实施例上所必需的，封闭压力容器的基板11，这导致重要的费用节约。
图3中所示连接的槽组例如可以具有2×150个各有1m2面积的槽和具有4.8MW的接线功率。

Claims (15)

1.用于电解水为氢和氧的电解装置，此电解装置带有一些在由压力容器(2)包围的槽组(1)中依次连接的电解槽，这些电解槽各自含有一个阳极和一个阴极，在此，一个第一电极(3)位于槽组(1)的一个末端上，而一个第二电极(4)位于槽组的相对末端上，这些电极是各自与穿过压力容器(2)的、用于向槽组(1)供电流的供电线(5，6)连接的，在此，压力容器(2)的内部是用压力水(7)包围槽组(1)地充填的，其特征在于，槽组(1)内部的第一电极(3)是相对于压力水(7)罩封地电气绝缘布置的，并且安排了一个从槽组(1)穿过压力容器(2)的和对压力水(7)密封的通道(8)，与第一电极(3)连接的供电线(5)是通过此通道引向第一电极(3)的。
2.按权利要求1的电解装置，其特征在于，第二电极(4)和与第二电极连接的供电线(6)位于如压力容器(2)那样的相同电位上，并且与第二电极(4)连接的供电线(6)是穿过压力水(7)的。
3.按权利要求2的电解装置，其特征在于，第二电极(4)的电位同时是地电位或壳体电位。
4.按权利要求1的电解装置，其特征在于，槽组(1)内部的第二电极也是相对于压力水(7)罩封地电气绝缘布置的，并且与第二电极连接的供电线(6)也是通过一个从槽组(1)穿过压力容器(2)的和相对压力水(7)密封的通道引向第二电极的。
5.按权利要求1的电解装置，其特征在于，罩封的第一电极(3)是布置于在末端上封闭该槽组(1)的阳极压板(12)的内侧处的，该阳极压板具有一个用于与第一电极(3)连接的供电线(5)的通向通道(8)的缺口，罩封的第一电极(3)是用一种固定框架(13，13a)电气绝缘地支承在该阳极压板的内侧上的。
6.按权利要求5的电解装置，其特征在于，至少一种由电气绝缘材料制的密封板(14，15)是布置在罩封的第一电极(3)和阳极压板(12)之间的。
7.按权利要求6的电解装置，其特征在于，密封板(14)具有与阳极压板(12)中的缺口连接着的各开口或通道(18)，在第一电极(3)和阳极压板(12)之间产生的水蒸气可以通过这些开口或通道逸出进入通道(8)。
8.按权利要求1的电解装置，其特征在于，槽组(1)含有一种碱性电解液。
9.按权利要求1的电解装置，其特征在于，第一电极(3)是阳极和由镍制成。
10.按权利要求5的电解装置，其特征在于，阳极压板(12)由奥氏体不锈钢制成。
11.按权利要求5的电解装置，其特征在于，固定框架(13，13a)含有一种由合成材料制成的盲框架(13)。
12.按权利要求1的电解装置，其特征在于，两个槽组(1)在一个共同的压力容器(2)中是端面互相挨靠地布置的，在此，各第一电极(3)位于各槽组(1)的各相对末端上，而第二电极位于各槽组(1)的各相邻末端上，在此，各第一电极在各槽组(1)内部是相对于压力水(7)罩封地电气绝缘布置的，以及与这些第一电极(3)连接的各供电线(5)是穿过对压力水(7)密封的各通道(8)的。
13.按权利要求12的电解装置，其特征在于，与这些第二电极连接的各供电线(6)位于如压力容器(2)那样的相同电位上并且是穿过压力水(7)向外引出的。
14.按权利要求13的电解装置，其特征在于，各第二电极的电位同时是地电位或者壳体电位。
15.按权利要求12的电解装置，其特征在于，压力容器(2)是由两个互相挨靠布置的容器部分组成的。
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