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

背景技術(shù)：

1、電解是一種電化學過程，在這一過程中，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部、水回路以及氣體準備裝置，分別具有對應的部件和線路。作為部件，電供應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：水準備裝置，以達到所需的低電導率；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。此外，水回路還能夠包括過濾器、離子交換器、傳感器和促動器。氣體準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器以及壓縮機。

3、在去碳化的背景下，由可再生能源制氫變得越來越重要。除了電解制氫項目的純增長外，各個項目的平均規(guī)模以及因此要實現(xiàn)的電解系統(tǒng)規(guī)模也在不斷擴大。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)實現(xiàn)了大的設備的建造和高效運行。

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

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所涉及的任務是在遵守相關(guān)安全規(guī)定的前提下減少線路長度，以節(jié)約成本并優(yōu)化設備的效率，尤其是在功率電子設備與堆之間的接口處。為了解決這個任務，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的特征的電化學設備。本發(fā)明的其它有利的擴展方案可參見相應的從屬權(quán)利要求。

2、用于運行電化學設備(尤其是電解設備)的方法，所述電化學設備包括至少一個堆(尤其是電解堆)；以及用于電供應的部件。用于電供應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。堆與用于電供應的部件分開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)。在電化學系統(tǒng)的運行期間，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的部件的另一體積內(nèi)的壓力p2設定為，壓力p1小于壓力p2。

3、由于在容納所述至少一個堆的體積中的壓力低于環(huán)境壓力或容納用于電供應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的部件。這意味著不必在堆和用于電供應的部件之間實現(xiàn)較大的空間距離，以最小化爆炸風險，并符合現(xiàn)行的安全規(guī)定。因此，所有線路，尤其是電和數(shù)據(jù)線路，都可以保持得短。由于短的線路，材料成本得以節(jié)省。設備的效率也可以提高。設備還可以構(gòu)型得非常緊湊。

4、該方法的實施需要一種電化學設備，其中，至少一個堆至少是氣密地包封的。包殼必須相對于環(huán)境和/或相對于容納用于電供應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，在電化學設備運行期間，壓力p1要低于環(huán)境或另一體積的壓力p2。為此，能容納至少一個堆并相對于環(huán)境是氣密的包殼基本上就足夠了。

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

6、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，從容納至少一個堆的體積中抽出氣體，以調(diào)設壓力p1。這意味著，在容納至少一個堆的第一體積中有針對性地產(chǎn)生負壓。在這種情況下，用于電供應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相當于環(huán)境壓力。從容納至少一個堆的體積中抽出的氣體優(yōu)選地通過相應地設計的抽氣機以受控方式排出。

7、替代地或者補充地提出，為了調(diào)設壓力p2，用氣體，尤其是空氣和/或惰性氣體對容納用于電供應的部件的體積進行加載。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，用于電供應的部件必須容納在氣密的包殼中，或至少一個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，就能實現(xiàn)特別緊湊的設備。

8、此外，提出了一種電化學設備，尤其是電解設備，其包括：

9、-至少一個堆，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、-用于電供應的部件，所述部件容納在第二體積中。尤其是，用于電供應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、所提出的電化學設備尤其適用于實施以上說明的方法，或可根據(jù)該方法進行操作。因此，借助該設備可以實現(xiàn)同樣的優(yōu)點。尤其是，至少一個堆和用于電供應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，實現(xiàn)了短的電和/或數(shù)據(jù)線路。

13、至少可以通過使容納至少一個堆的體積氣密地構(gòu)造來實現(xiàn)兩個體積的氣密分離。替代地或者補充地，也可以將容納有用于電供應的部件的體積氣密地構(gòu)造。例如，至少一個氣密的體積可以通過盒或容器形式的氣密的包殼來實現(xiàn)。所述包殼也可以同時構(gòu)造兩個體積。

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

15、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，第一體積和第二體積被包殼的壁以氣密方式隔開，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施成氣密的。因此，在泄漏的情況下，氣體不會以不受控制的方式逸出所述體積外。相反，泄漏可以有針對性地排出，例如通過產(chǎn)生較低壓力的排出口。以這種方式避免逸出的氣體進入容納用于電供應的部件的第二體積中。因此，氣體不會被火花等點燃。

16、在本發(fā)明的擴展方案中提出，所述壁具有至少一個氣密地集成的壁穿引部，用于至少一個電和/或數(shù)據(jù)線路。通過所述壁穿引部可以在此確保至少一個堆的所需的電供應。此外，可將電和/或數(shù)據(jù)線路引導到安裝在堆內(nèi)或至少一個堆的環(huán)境中的電氣構(gòu)件和/或部件。例如，數(shù)據(jù)線路可用于操控閥門。此外，集成在至少一個堆中或集成到堆環(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，壁具有至少一個氣密地集成的連接裝置，用于至少一個電和/或數(shù)據(jù)線路。與壁穿引部不同的是，電和/或數(shù)據(jù)線路在連接裝置處結(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)穿過壁引導。在壁的另一側(cè)上，連接裝置又可以與電和/或數(shù)據(jù)線路連接。連接裝置優(yōu)選地包括至少一個插頭件。所述插頭件便于連接電和/或數(shù)據(jù)線路。此外，優(yōu)選地在兩側(cè)分別設有至少一個插頭件。