装配装置以及该装配装置用于装配电解器的电解单池的应用的制作方法

本发明涉及装配装置以及该装配装置用于装配在电解器中的电解单池的应用。

背景技术：

1、电解器是借助电流来达成物质转换(电解)的装置。根据各种不同的电解，还存在多种电解器，例如用于电解水的电解器。

2、当前考虑的是，利用在阳光充足和风力充足的时期由可再生能源产生的过剩能量，即利用高于平均水平的太阳能发电或风力发电，来产生有价值的物质。一种有价值的物质尤其可为利用电解水的电解器产生的氢气。借助氢气例如可生产所谓的可再生能源气体(ee-gas：erneuerbare energien-gas)。

3、电解器通常具有多个彼此相邻地布置的电解单池。借助电解水，水在电解单池中分解成氢气和氧气。在pem电解器中，通常在阳极侧供给作为反应物的蒸馏水，并且蒸馏水在质子交换膜(英语：proton-exchange-membrane；pem)处分解成氢气和氧气。在此，水在阳极处被氧化成氧气。质子穿过质子交换膜。在阴极侧产生氢气。在此，水通常从底侧输送到阳极室和/或阴极室中。

4、在电解器中，各电解单池通常被沿轴向方向堆叠并且构建成节段，该节段包括多个单池。在此，电解器通常具有多个节段，其一起形成所谓的电解堆或简称为“堆”。因此，例如50个电解单池可轴向堆叠以形成一个节段，并且例如5个节段可再次轴向堆叠以形成堆，从而这样的电解堆因此例如包括呈整体联合体的250个单池。

5、为了使单池的整体联合体能够在电解器的所希望的运行压力下有效运行，为了输送流体，必须对这些单池彼此进行密封，并且同时必须确保相邻单池之间良好的电接触，以便将电压供应到单池上。这通常通过如下方式实现，即，在装配电解器时向单池施加轴向力，以实现足够的表面压力，从而实现用于流体机械地密封电解堆的期望的机械夹紧和所需的电接触。为了在电解堆中施加和设定轴向力分量、并永久地保持表面压力以及监测表面压力的变化，相应使用非常复杂的且专门配置的挤压装置或夹紧装置、装配辅助器具以及监测装置，这相当地成本密集。

6、例如，在专利文献wo 2020/203319 a1中描述了作为电解器的一部分的这种挤压和固定装置。在此，电解器的多个电解单池沿轴向堆叠方向紧密打包并定位形成单池堆。使用集成到电解器的包围壳体中的压力装置向单池堆施加轴向挤压力，并且设定并维持期望的挤压力。压力装置在此包围整个单池堆。压力装置在单池堆的轴向端部处具有相应的、可相对于彼此移动的端板，该端板同时还用作执行器或支座。由此产生了轴向挤压力并使其保持在固定状态中，从而实现长久地保持单池的表面压力。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是，实现成本有利且对运行可靠地装配电解堆。

2、所提出的目的通过根据权利要求1的教导的根据本发明的装配装置来实现。在权利要求6中给出了根据本发明的装配装置的应用。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

3、在此，本发明已经基于如下认知，即用于初始装配并且考虑到后期维修目的而用于对堆的机械夹紧或放松的迄今已知的装置是非常不利的，主要是因为高成本和缺乏灵活性。鉴于更高功率的电解器未来预期的使用范围将显著扩大，并且在工业规模上对电解器的需求将更大，所以非常需要克服这些缺点，并且同时实现高的运行安全性以及在维修和维护方面的灵活性。这对于以约20-30bar及以上的工作压力进行压力电解尤为重要。在此，单池的耐压且不透流体的机械设计和电连接尤其重要。

4、本发明认识到了这些缺点并且通过如下方式首次以尤其有利的方式克服了这些缺点，即，在装配时，为了将必要的轴向力分量施加在已预装配的电解堆上，本发明提出了作为独立的、单独的单元和工具的灵活的且尤其单独的装配装置，并且以此克服了装配装置的不利的整体的且长久固定的安装，并且提出了可拆开的连接部。由此实现了降低整个系统的复杂度并且节省了设备的结构空间、更确切地说结构长度，这又带来了成本优势。装配装置不再必须像迄今那样作为整体的设备组成部分留在电解器处。因此，仅对于装配场合来说，由于可拆开的连接部，根据本发明的装配装置可多次用于初始制造和设定多个电解堆的期望的机械挤压。在未来预期批量制造电解器时的件数非常大的情况下，多次使用具有巨大的成本优势。此外，该装配装置易于运输，并且必要时可与另一电解器机械连接。这使得能够在维修时使用该装配装置，以进行检查工作和设定。

5、轴向力分量的施加在此通过液压组件来实现。液压组件的液压压力在此用作夹紧状态、更确切地说用于实现所期望的表面压力所必要的轴向力的直接信号，该表面压力可精确地、可再现地并且以高可靠性和质量来设定。为此目的，在将装配装置的容纳部与电解堆相连接时以及在激活液压组件时，该液压组件支撑在压板上，而执行器沿轴向方向对电解堆施加以液压方式产生的压力，并且将这些电解堆沿轴向挤压在一起，以实现所期望的表面压力。由此，电解堆中的多个单池的整体联合体在电解器的期望的运行压力下有效运行。对于电解堆，可借助合适的螺旋件或固定元件来固定电解堆的这种夹紧状态，并且随后可再次拆开装配装置的容纳部、更确切地说容纳部的连接元件，以将装配装置从电解堆移除。装配装置在此有利地不必长久地负责维持表面压力并且不需要留在堆处。可为这种类型的其他应用提供该装配装置，即，装配装置可用于电解器的初始装配和调试期间的设定工作以及用于现有电解器的维修和维护。

6、该装配装置在此尤其配置用于装配具有多个电解单池的电解器，这些电解单池沿轴向方向借助集中杆彼此集中堆叠成电解堆，并且该装配装置还可用于可拆开的紧固和挤压。在这种类型的电解堆中，集中杆通常具有多个轴向平行的杆件，这些杆件优选地对称地布置在电解堆的周边处，从而可实现精确配合地接合以及必要时紧固装配装置。通过压板的周边处的连接元件进行的联接显著使得更容易接近和处理，并且因此使得装配、运行使用和在施加了所期望的挤压之后的拆卸更为容易。利用该装配装置可灵活地适应相应的集中杆的不同几何形状。

7、因此，容纳部有利地具有根据电解堆的配置布置在压板的周边处的多个连接元件。这些连接元件被设计用于与电解堆可拆开的连接，从而在激活液压组件时，通过轴向力可引起电解堆的所期望的机械挤压。

8、由此，电解堆的单池彼此密封，以用于传输加压流体，而且同时确保了相邻单池的良好的电接触，以在运行时将电压供应到单池上。在约20-30bar以及更高的的运行压力的情况下用于加压电解器中时，这是尤其有利的。在此，通过使用具有可拆开的液压组件的装配装置，实现了电解器的尤其紧凑的结构类型，这节省了结构空间并因此节省了成本。

9、在该装配装置中，容纳部有利地具有可拆开的螺纹连接部。该容纳部尤其设计为具有内螺纹的联结套筒。利用可拆开的螺纹连接部，装配装置的容纳部允许装配装置与电解堆可拆开地连接，以便在激活液压组件时产生表面压力。其他连接元件也是可行的，其根据电解堆的设计方案实现连接。例如，在电解堆的端部处可存在螺纹杆，该螺纹杆允许与带有内螺纹的联结套筒、螺母或类似作用的构件方便的可拆开的螺纹连接。

10、在装配装置的尤其有利的设计方案中，压板被设计成使得在激活液压组件时，该压板形成固定支承，液压组件支撑在该固定支承上。由此，经由可移动的执行器将轴向力作用在电解堆上，并根据执行器的轴向移动将该电解堆挤压一定的行进距离，由此引起多个单池的表面压力。固定支承形成固定点并静止。

11、在另一有利的设计方案中，设有压力测量装置，以便通过液压压力设定轴向力(f)。

12、由此，在激活液压组件时，通过压力显示器精确地监测挤压过程，并且可监测和设定所期望的挤压压力。该压力与轴向力成比例，并且因此与经由执行器受此轴向力的电解堆的行进距离或挤压距离成比例。

13、此外，有利地设置用于激活的液压泵，借助该液压泵可输送工作介质。工作介质在此位于储存器中，并且根据需要经由泵在压力下输送至执行器，以便利用液压力使执行器抵靠着电解堆沿轴向方向移动。采用液压油来作为工作介质。

14、在装配电解器的电解单池时，使用根据本发明的装配装置是尤其有利的。在装配或维修具有约20-30bar及更高工作压力的加压电解器时，使用该装配装置尤其有利。

15、根据本发明的装配装置的尤其优选的应用是在电解器中，在该电解器中，多个电解单池沿轴向方向彼此集中地布置形成电解堆，其中，液压组件与电解堆机械连接，使得在激活液压组件时，通过轴向力引起电解堆的机械挤压。这是一特别的应用场景。

16、在此，在另一优选的应用中，设定轴向力，直到通过电解堆中的电解单池7的表面压力实现预定的夹紧状态。

17、在优选的应用中，固定电解堆的夹紧状态，尤其是对于后期的运行。为了固定，在电解组处特意使用了锁定元件，例如螺旋件。另一方面，装配装置自身不执行长久的固定任务，并且可有利地用于电解器中的其他装配和维修工作。

18、为此，在特别优选的应用中，在固定夹紧状态之后，拆开液压组件与电解堆的机械连接。装配装置由此可用于上述的另外的应用。

19、在特别优选的应用中，装配装置用于包括多个电解单池的电解堆，所述电解单池沿轴向方向借助集中杆紧密堆叠。在装配电解器时，将单池一个接一个地沿轴向串在集中杆上并堆叠成节段，并且使多个节段在集中杆上聚集成堆。集中杆例如包括多个金属杆，这些金属杆可具有螺纹区段，优选地在其端部处具有螺纹区段以固定夹紧。通过这种方式，例如50个电解单池可沿轴向堆叠形成节段，并且例如5个节段再次沿轴向堆叠形成堆，从而这样的电解堆因此例如包括呈轴向整体联合体的250个单池。这些数字仅是示例性的，并且还可根据电解器的设计和构造而变化。特别有利的是，使用该装配装置有极大灵活性，其很大程度上独立于或容易适应沿轴向堆叠形成电解堆的电解单池的不同设计的特定结构设计和给定条件。

20、在特别优选的应用中，集中杆具有多个轴向平行的杆件，这些杆件布置在电解堆的周边处。集中杆例如设计为多个、尤其是四个柱形的金属杆，其负责多个电解单池的良好可堆叠性，同时负责单池联合体中的机械稳定性。这些杆件尤其具有尽可能光滑的、优选地经过抛光的表面，这使得在制造过程中单池的彼此堆叠、更确切地说沿轴向彼此相邻的堆叠或沿轴向的串入明显更加容易。这可与单池的几何形状相适应。例如，如果比如结构相同的电解单池相应形成垂直于堆叠方向、即轴向方向的正方形或矩形的面，则这里优选四个轴向平行的杆件。不过，根据单池的几何形状，关于集中杆的杆件的数量和布置方式的其他设计方案也是可行的。