作为用于电解池堆的池外围装置的密封装置的制作方法

本发明涉及一种用于产生气态氢气的电解装置，如其在权利要求中提出的那样。所公开的电解装置的特征特别是在于具有密封装置，所述密封装置确保电解装置的程度特别高且长期可靠的密封性。

背景技术：

1、在ep1601041b1中示出具有弹簧模块的燃料电池堆，所述弹簧模块包括能相互移动的两个构件和布置在第一构件与第二构件之间的多个弹簧。此外，所述燃料电池堆具有调节螺钉和端板，其中，所述弹簧模块布置在燃料电池的端板与堆叠体之间，并且所述调节螺钉布置在弹簧模块与端板之间。在安全性和可用性方面，尤其是关于电池堆的密封，所述已知的设计方案仅是有条件地令人满意的技术解决方案。

2、此外，在de10058381b4中提出一种用于模块化的多功能燃料电池堆的适应性压力分配系统，所述适应性压力分配系统包括不锈钢螺栓、纤维增强的塑料支架、适配的密封件以及其它元件。此外，在所述装置中在至少一个端部处设置有带有集成垫圈的螺旋碟形弹簧，以用于夹紧燃料电池堆，以便均匀地构建压力和保持压力。所述公开的用于构建用于密封的预紧压力的技术解决方案又仅是有条件地令人满意的。

技术实现思路

1、本发明的任务是，克服现有技术的缺点并且提供一种装置和一种方法，借助所述装置和方法尤其提高电解装置的运行安全性和效率。

2、该任务通过根据权利要求所述的一种装置和一种方法来解决。

3、根据本发明的用于产生气态氢气的电解装置包括沿池轴线延伸的至少一个电解池，所述电解池由沿所述池轴堆叠的或者说彼此排成一排的板形元件构成。此外，所述电解装置包括在所述板形元件中的至少两个贯通部，所述贯通部分别构成流动通道，所述流动通道的主方向沿池轴线延伸。所述主方向在该意义中应理解为，在流动通道的纵向侧投影中的平均直线的主要定向示出流动通道的主方向，所述主方向沿池轴线延伸，其中，这不必强制地平行于池轴线。尤其是，流动通道的主方向沿池轴线的主方向延伸。

4、此外，所述电解装置包括至少一个密封机构或者说密封装置，以用于确保电解装置的密封性。所述密封机构包括第一支座元件和第二支座元件，所述第一支座元件和第二支座元件沿池轴线的方向彼此间隔开距离。此外，所述密封机构包括第一压板和第二压板，所述第一压板和第二压板沿池轴线的方向彼此间隔开距离并且布置在所述第一支座元件与所述第二支座元件之间，其中，所述至少一个电解池布置在所述第一压板与所述第二压板之间。所述密封机构还包括至少一个保持元件，以便沿池轴线以预先确定的间距保持所述第一支座元件和所述第二支座元件。此外，至少在彼此最近的由支座元件和压板组成的一个配对之间构造有至少一个能弹性变形的或者说弹簧弹性的压紧元件。

5、在所述电解装置中规定，所述流动通道中的每个流动通道分别配设有至少一个能弹性变形的压紧元件，并且所述压紧元件中的至少一个压紧元件的沿池轴线投影的压紧元件横截面相对于沿池轴线投影的流动通道横截面至少部分重叠地定位。

6、在此有利的是，通过所述至少一个能弹性变形的压紧元件产生定向的力锥(kraftkegel)，使得力流朝向流动通道的主定向的方向转向。由此尤其是在流动通道的区域中实现相对于电解装置的周围区域或者说外部区域以及相对于电解池的内部区域的改善的密封。在此要特别强调流动通道相对于内部区域的改善的密封，因为这带来电解装置的提高的安全性或者说特别低的潜在风险。同时，通过电解装置相对于外部区域的改善的密封实现电解装置的提高的效率，因为在其尺寸方面作为在元素周期表中最小的元素的氢在其分子状态中具有高的扩散倾向。

7、另一个特别突出的积极效果是，通过来自支座元件、压板和所述至少一个能弹性变形的压紧元件的共同作用，特别是在压力运行中确保电解装置的改善的密封。这尤其在增长的压力运行与由过程决定的温度变化相结合的情况下能更积极地察觉到，所述结合的运行状态在电解装置的运行中绝对会映射出来。通过所述的共同作用，尤其是通过使用所公开的密封装置或者说为此使用的密封机构，能以限定的方式控制密封平面的滑动，这些密封平面可以是与所述板形元件相关联的。因此，随后能在运行范围扩展的同时实现电解装置的提高的运行安全性并且能实现电解装置的延长的使用寿命或较长期的不中断的使用持续时间。

8、此外，有利的是以下实施形式，根据所述实施形式可规定，所述流动通道中的每个流动通道分别配设有一个压紧元件，并且所述压紧元件中的每个压紧元件的中轴线相对于相应的流动通道的主方向对齐地定向。当由于电解池内的由过程和/或运行决定的增长的温度波动和/或压力波动导致所述板形元件的热膨胀并且由此出现板形元件相对于彼此的滑动时，所述实施形式是特别有利的。通过与流动通道对齐地定向的压力引入或者说力引入和与此相关的沿流动通道的主定向的力锥的构型，防止各个板形元件关于相应的流动通道的相对滑动错位。因此，防止流动通道的流动横截面出现变化，并且也由此改善流动通道的密封并提高电解装置的安全性。

9、此外可规定，所述流动通道由在所述板形元件中的椭圆形贯通部形成，并且每个流动通道分别配设有两个压紧元件。在此产生相互作用的积极效果，即一方面所述椭圆形的流动通道在相应的定向下在电解池的外表面和内表面的附近区域中具有流动通道的减小的内表面，其中，同时通过所述椭圆形的流动通道横截面的相应的尺寸来确保相同的流动通过量。另一方面产生协同作用的效果，即相应两个配属于一个流动通道的压紧元件实现所述椭圆形的流动通道沿所述椭圆形的流动通道横截面的主轴线的再改善的密封。

10、此外可适宜的是，所述流动通道在电解装置的周向方向上分布地设置，其中，配属于相应流动通道的压紧元件的中轴线距所述池轴线的法向距离小于相应的流动通道的主方向距所述池轴线的法向距离。在此，特别有利的是通过压紧元件产生的、在朝向电解池的内部区域的方向上偏移的用于改善流动通道相对于电解池的所述内部区域的密封的力锥。如在前面已经提到的那样，由于电解的产物气体的反应性，流动通道相对于电解池的内部区域的密封性特别重要。因此，利用所述措施确保改善的运行安全性。

11、此外可规定，所述至少一个保持元件包括引导布置结构，通过所述引导布置结构将所述第一压板和/或所述第二压板相对于所述第一支座元件和/或所述第二支座元件沿所述池轴线以能调节的方式引导。通过这种有利的设计方式，通过所述压板引导而在动态出现的运行方式或者说运行状态中在任何时刻以优化的方式给定电解装置的密封性。尤其是对于强烈波动的温度和由此导致的电解装置的组件的热膨胀，通过所述的设计方式防止所述板形元件的过度滑动。同时，由于动态效应得到缓冲(例如避免由于个别敏感元件的热膨胀而导致的过大的表面压力)，因此实现对电解装置的所有组件的保护。因此，随后能使用更薄的板形元件，这带来广泛的在生产技术上以及因此也在经济上的积极效果。这种有利的设计方式尤其也在单个组件的经济的可更换性和与此相关的在电解装置的多个寿命周期上节省资源的运行方面发生作用。

12、根据一个特别的实施形式可行的是，所述至少一个保持元件包括销栓、销钉、绳索或尤其是螺钉，或由所述元件中的至少一个元件形成，所述至少一个保持元件沿所述池轴线的方向贯穿所述第一压板和所述第二压板。因此，一方面产生整个电解装置的非常紧凑的结构，这在在例如模块化构造的设备中使用所述电解装置方面带来广泛的优点。其次，通过所述实施形式有利于理想地、尤其是尽可能无卡住地或者说平稳运转地沿引导布置结构引导压板，这相对于传统的实施方式相反地实现在所述板形元件之间均匀的表面压力。

13、也有利的是以下实施形式，根据所述实施形式可规定，所述能弹性变形的压紧元件由螺旋弹簧和/或碟形弹簧、尤其是由相同层叠的碟形弹簧形成，其中，所述压紧元件中的第一组被各一个保持元件沿所述池轴线的方向贯穿。因此，在电解装置的整个横截面上产生压力的均匀化，并且因此也对于电解池产生改善的密封。通过避免局部应力峰值也改善板形元件的由温度和压力决定的滑动。同时，由于所述均匀化而能使用更薄的压板，并且提供如下可行性，即使用由塑料或刚度比金属更小的其它材料制成的压板。由此，确保电解装置的刚度和稳定性被传递到支座元件上，并且同时通过压板的提高的柔性在动态的运行管理中实现改善的密封。

14、此外可规定，所述压紧元件的第二组由配属于所述流动通道的压紧元件形成，所述第二组的压紧元件具有不同于所述第一组的压紧元件的压紧力，尤其是具有高于所述第一组的压紧元件的压紧力。由此实现以下有利的设计方式，在所述设计方式中，所述板形元件在整个接触面上的压力可根据关于板形组件滑动的要求在热膨胀和/或压力负荷下以理想的方式来控制。例如，在考虑到所产生的且叠加的力锥的情况下，可在流动通道的区域中调节高压紧力和相对较低的压紧力，以便关于运行要求状态对所述板形元件的滑动施加限定的膨胀方向、限定的膨胀形状和数量级。

15、尤其可有利的是，在彼此最近的由相应一个支座元件和相应一个压板组成的配对中的每个配对之间分别布置有至少一个能弹性变形的压紧元件。在此有利的是，所述板形元件的压力能从电解装置的两侧或者说从电解装置的两个轴向端部出发来调节，或者以优化的方式来实施，以便在所有板形元件上确保沿池轴线的密封性。因此，压力元件的作用由于所述双侧的布置结构而在池堆的长度上被均匀化，由此尤其实现进一步的协同效应，具有多个电解池的电解装置能如已经解释的那样以理想的方式被密封。因此，能实现相对于已知的实施方式的经济上的优点，其中，随后加强上面已经描述的关于保护用于制造电解装置的单个组件的资源的优点。

16、此外可适宜的是，所述密封机构或者说密封装置在所述能弹性变形的压紧元件的数量和/或构型方面设计成关于所述电解装置的垂直于所述池轴线定向的中间平面而言是不对称的。由于在电解池内部具有多个半池的电解装置中压力水平和温度负荷不是强制沿池轴线均匀分布的或者关于池轴线的法向平面对称的，因此有利的是，借助所述能弹性变形的压紧元件对这种不均匀性做出反应。因此，对所述压紧元件的单独适配实现再改善整个电解装置在其沿池轴线的整个延伸长度上的密封的有利效果。

17、根据一个有利的改进方案可规定，所述至少一个弹性的压紧元件分别借助设置在相应的支座元件中和/或在相应的压板中的凹部和/或芯轴而能沿所述池轴线的方向滑动地定位。在此，所述至少一个压紧元件的精确的定位是有利的。此外，通过所述改进方案得到使用由非固定连接的单个元件组成的压紧元件的一种简单的可行性，由此能实现对压紧元件的压力弹簧特性曲线但还有压紧元件在其与支座元件和压板的接触面上的线性压力的精确影响。尤其是，可随后通过所述改进方案影响最大的弹簧变形量，这特别是在指示电解装置的运行极限方面是有利的，以便及早识别可能的损坏或超负荷。

18、此外可规定，压板的刚度小于或等于最靠近该压板的支座元件的刚度。在此，优点是，构件不平度被压板吸收或至少部分地补偿，其中，同时，支座元件在整个密封装置的复合结构中确保电解装置的稳定性。同时能因此弥补压紧元件的疲劳现象。

19、此外可规定，压板具有平面的接纳面，以用于所述弹性的压紧元件，所述接纳面借助接片状的结构元件连接。在此有利的是，所述平面的接纳面根据其基于通过压紧元件的负荷的要求结合所述接片状的结构元件来改善特定的力锥的构型，以用于精确密封流动通道。同时，通过由于所述接片状的结构元件的适当的布置结构而产生的定向的力流实现节省用于压板的材料使用，这不仅是保护资源的，而且随后带来经济上的优点。

20、此外设置有一种用于密封电解装置的方法，其中，将由压板和最近的支座元件组成的第一配对与配属于所述第一配对的压紧元件借助预紧装置预紧并且沿所述池轴线布置。接着，邻接于所述第一配对沿池轴线堆叠由板形元件构成的至少一个电解池。此外，将由压板和最近的支座元件组成的第二配对与配属于所述第二配对的压紧元件借助另一个预紧装置预紧并且将其邻接于所述至少一个电解池沿池轴线顺序排列。此外，借助至少一个保持元件将所述第一配对的支座元件与所述第二配对的支座元件以预先确定的间距保持。最后将每个预紧装置从由压板和支座元件组成的相应的配对脱开，并且借助所述至少一个保持元件精密调整所述密封装置的预紧力，从而实现所述至少一个电解池的板形元件的密封并且因此实现电解装置的密封。

21、在这种方法中尤其有利的是，由压板和最近的支座元件组成的相应的配对连同所配属的压紧元件在预紧状态中沿池轴线堆叠或者说排列。因此，在装配过程中已经能实现预先限定的预紧力并且因此能借助密封装置实现对电解装置的密封。此外，能实现在所述板形元件的扁平侧上的压力的均匀化，从而在装配过程期间不会出现不均匀的负荷情况。因此实现径向均匀的夹紧，所述夹紧尤其是在所使用的板形元件的使用寿命方面是有利的。