(57)【要約】  電解槽（５）と、貯水容器（１）と、少なくとも１つのポンプ（２）とが配置された水循環路（６）を有する電気分解装置（７）において、水は該少なくとも１つのポンプ（２）によって貯水容器（１）から電解槽（５）へと送り込まれ、水循環路（６）は少なくとも１つの第１の支流（８）と、該第１の支流（８）に並列な第２の支流（９）とに分岐され、電解槽（５）は第１の支流（８）に配置され、水の冷却のための熱交換器（３）は第２の支流（９）に配置される。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽（５）と、貯水容器（１）と、少なくとも１つのポンプ（２）とが配置された水循環路（６）を有し、水が前記少なくとも１つのポンプ（２）によって前記貯水容器（１）から前記電解槽（５）へと送り込まれる、電気分解装置（７）において、
前記水循環路（６）は、少なくとも１つの第１の支流（８）と、前記第１の支流（８）に並列な第２の支流（９）とに分岐され、前記電解槽（５）は前記第１の支流（８）に配置され、前記水の冷却のための熱交換器（３）は前記第２の支流（９）に配置されることを特徴とする、電気分解装置（７）。
【請求項２】
前記水循環路（６）は、前記少なくとも１つのポンプ（２）の下流で、前記少なくとも１つの第１の支流（８）と前記第２の支流（９）とに分岐することを特徴とする、請求項１記載の電気分解装置（７）。
【請求項３】
前記第１の支流（８）は、前記貯水容器（１）へと通じる第１の戻り配管（１０）を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の電気分解装置（７）。
【請求項４】
前記第２の支流（９）は、前記貯水容器（１）へと通じる第２の戻り配管（１１）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電気分解装置（７）。
【請求項５】
前記貯水容器（１）はガスと水とを分離するように設計されていることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電気分解装置（７）。
【請求項６】
前記電解槽（５）はプロトン交換膜電解槽であることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の電気分解装置（７）。
【請求項７】
前記水循環路（６）の前記水は、前記第２の支流（９）においては、別のポンプ（２）によって前記貯水容器（１）から前記熱交換器（３）へと送り込まれることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の電気分解装置（７）。
【請求項８】
前記水循環路（６）には、特に前記第１の支流（８）の前記電解槽（５）の上流に、フィルタ（４）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の電気分解装置（７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の特徴による電気分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術水準においては、水の水素及び酸素への電解による分解のために電解槽を使用する電気分解装置が公知である。その際、そのような電気分解装置の水循環路においては、電解槽に、ポンプによって貯水容器から水が供給される。すると電解槽からは、一方側では、水素が噴出し、意図的に排出される。他方側では酸素と水との混合物が噴出し、これは再び貯水容器に供給されて、該貯水容器においてガスと水との分離が起こる。電気分解装置のすべての構成要素、すなわち貯水容器、ポンプ、放熱のための熱交換器、フィルタ、及び電解槽もしくは電解槽スタックは、技術水準において公知の構成では、唯一の水流がこれらの構成要素すべてを貫流するように、直列に配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電解槽には様々な種類、とりわけ、所謂酸電解槽又はプロトン交換膜電解槽（ＰＥＭ）があり、これはプロトン透過性の高分子膜を備えていることから、蒸留水によってのみ動作可能である。なぜなら、該高分子膜はそれ以外では損傷されるためである。
【０００４】
ここで、電気分解装置の運転時には、電解槽への水の供給のために使用されるポンプが限定要素となる。これは、循環路内で使用される蒸留水が極めて攻撃的であるために、ステンレス鋼の代わりにプラスチックで裏打ちされているポンプのみが使用可能だからである。しかしながら、こうしたポンプは最高８０℃までの温度でのみ運転可能であり、このことは、既に上述した電気分解装置の構成要素の直列配置に基づくと、問題である。前述のとおり、公知の構成では、水は循環路を巡るように送出される。使用される渦巻ポンプが換気不良であるため、水循環路における該ポンプの位置は、水とガスとの分離のための貯水容器のすぐ後ろであるのが好都合であるが、この貯水容器には、電解槽から排出される、該電解槽により極度に加熱された水が直接取り込まれる。したがって、この構造には、温度に対して敏感なポンプが、非常に高い水温により負荷を受けるという欠点がある。
【０００５】
また、電解槽から排出された水に占めるガス泡の割合が高いことから、電解槽によって加熱された水の冷却のための熱交換器を電解槽のすぐ下流に設置することはできない。技術水準から公知の構成においては、熱交換器はむしろポンプの下流に配置されるものの、これもやはり、電解槽に供給された水が熱交換器によって冷却され、それにより電解槽の効率も性能も低下するという欠点をもたらすものである。
【０００６】
したがって、これらの欠点を少なくとも部分的に回避する電気分解装置を提供することが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の電気分解装置により解決される。本発明の有利な展開例は、従属項及び以下の説明において述べられる。
【０００８】
本発明によれば、電解槽と、貯水容器と、少なくとも１つのポンプとが配置された水循環路を有する電気分解装置が提供される。ここで、水は少なくとも１つのポンプによって貯水容器から電解槽へと送り込まれ、水循環路は少なくとも１つの第１の支流と、該第１の支流に並列な第２の支流とに分岐され、電解槽は第１の支流に配置され、水の冷却のための熱交換器は第２の支流に配置される。
【０００９】
本発明の基本理念は、電解槽に供給された水流を冷却することではなく、冷却を副流において行わせることである。そうすれば、一方ではポンプの運転のために許容し得る温度を最大限利用することができ、他方では電解槽にこの温度の水を供給することが可能となって、効率が高められる。冷却は副流において行われるため、電解過程への直接の影響はない。
【００１０】
好適な一実施形態によれば、水循環路は、少なくとも１つのポンプの下流で、少なくとも１つの第１の支流と第２の支流とに分岐する。このような循環路の配置には、たった１つのポンプによって両方の支流へ水を循環させることができるという利点がある。
【００１１】
第１の支流は、貯水容器へと通じる第１の戻り配管を備えるのが有利である。
【００１２】
第２の支流が貯水容器へと通じる第２の戻り配管を備えていると、さらに有利である。
【００１３】
好ましくは、貯水容器はガスと水とを分離するように設計されている。
【００１４】
電解槽がプロトン交換膜電解槽であると、特に好適である。
【００１５】
さらなる好適な一実施形態によれば、水循環路の水は、第２の支流においては、別のポンプによって貯水容器から熱交換器へと送り込まれる。
【００１６】
さらに、水循環路には、特に第１の支流の電解槽の上流に、フィルタが配置されているのが好ましい。
【００１７】
本発明による電気分解装置の構成によれば、既にポンプの前で水を冷却することが可能であるが、同時に、電解槽自体には比較的高温の水を供給し、もしくはそうすることで電解槽を比較的高い水温で運転し、それにより設備の効率を向上させることができる。
【００１８】
以下では、図面に示された一実施形態によって本発明を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による電気分解装置の水循環路の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１には、本発明の一実施形態による電気分解装置７の水循環路６が示されている。水循環路６には、ガスと水との分離のための貯水容器１と、ポンプ２と、熱交換器３と、フィルタ４と、水を水素と酸素とに分解するための電解槽５とが配置されている。電解槽５とはプロトン交換膜電解槽（ＰＥＭ）のことであり、したがって水循環路６は蒸留水で運転される。
【００２１】
技術水準において公知の、前述のとおり貯水容器１と、ポンプ２と、熱交換器３と、フィルタ４と、電解槽５とが直列に配置されることによって唯一の水流がすべての構成要素を貫流する構成とは対照的に、ここでは水循環路６が、第１の支流８と、該第１の支流８に並列な第２の支流９とに分岐する。このとき、ポンプ２によって貯水容器１から送り込まれる水流の分岐は、ポンプ２のすぐ後ろもしくは下流、且つフィルタ４の前もしくは上流で行われる。
【００２２】
フィルタ４と、水循環路６に熱をもたらす電解槽５とは、第１の支流８に配置されている。第２の支流９には、水の冷却のための熱交換器３がある。
【００２３】
第１の支流８の第１の戻り配管１０及び第２の支流９の第２の戻り配管１１は、ガスと水との分離のための貯水容器１へと通じており、この貯水容器１内で、熱交換器３により冷却された水と電解槽５により加熱された水とが混合する。こうして、技術水準より公知の、電解槽５によって加熱された水のみが貯水容器１に戻る構成とは対照的に、貯水容器１において比較的低い水温が達成される。このようにして、水が、貯水容器１から水を送り込むポンプ２の前で既に冷却されるため、プラスチックで裏打ちされているポンプ２を使用することは、問題なく可能である。同時に、この構成によれば、電解槽５を比較的高い運転温度で運転することができ、それによって効率及びその性能が高められる。
【００２４】
ここに示されていない別の一実施形態によれば、さらに、第１の支流８も第２の支流９も、それぞれ１つの固有のポンプにより供給を受けることが可能である。その上、さらに別の一実施形態によれば、水循環路６を２つよりも多くの支流に分割することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  貯水容器
２  ポンプ
３  熱交換器
４  フィルタ
５  電解槽
６  水循環路
７  電気分解装置
８  第１の支流
９  第２の支流
１０  第１の戻り配管
１１  第２の戻り配管
【図１】
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【国際調査報告】
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