Versuchsanlage zur Untersuchung der Ultrahochdruckelektrolyse

Die zu beschaffende Versuchsanlage dient der Untersuchung der Ultrahochdruckelektrolyse bei Drücken bis zu 700 bar. Zentrales Element ist ein Druckbehälter zur Aufnahme einer Elektrolysezelle, der über Zu- und Ableitungen für Medienströme und Messanschlüsse verfügt. Der Behälter soll im drucklosen Zustand leicht zu öffnen und zu verschließen sein, um den Einbau von Elektrolysezellen zu ermöglichen. Die Innenwand des Behälters soll wasserresistent sein, da die Unterbringung des zu untersuchenden Elektrolysestacks in einem Inert-Wasserbad vorgesehen ist. Die Versuchszelle soll mit einer Wasserzuführung, einer Wasser-Sauerstoff-Gemisch-Ableitung (anodenseitig) und einer Wasserstoffableitung (kathodenseitig) ausgestattet sein. Zwei Zwischenbehälter, jeweils einer für Anoden- und Kathodenseite, dienen der Trennung zwischen der flüssigen Wasserphase und der gasförmigen Sauerstoff- bzw. Wasserstoffphase. Ein Trennbehälter für die Wasserstoffphase soll die Abscheidung von Wasser ermöglichen, das durch Cross-Over-Effekte in die Gasphase gelangt ist. Im Trennbehälter für die Sauerstoffphase soll permanent Flüssigkeit abgezogen und zur Elektrolysezelle zurückgeführt werden können. Die Rückführleitung soll durch einen Zusatzbehälter erweiterbar sein. Eine Wasser-Zuführungspumpe (Dosierpumpe) für die Reinstwasser-Zufuhr sowie eine Rezirkulationspumpe für den Betrieb des Versuchsstands sind ebenfalls Bestandteil der Beschaffung. Die Dosierpumpe muss in der Lage sein, geringe Wassermengen bis auf 700 bar zu verdichten und zuzuleiten. Der Deckel der Versuchsanlage soll mit einer Aufnahme für den Elektrolysestack versehen sein, um die Versorgungsleitungen mit dem Versuchssystem zu verbinden. Für die elektrische Versorgung des Stacks sind elektrische Durchführungen für Leitungen mit 50 V/50 A erforderlich. Zudem werden mindestens 40 weitere, isolierte Durchführungen für Messleitungen (T, p, Impedanzspektroskopie) benötigt. Eine Innendruckmessung soll adaptiert werden, um den Betriebsdruck und die Membrandruckdifferenz zu kontrollieren. Das Druckausgleichsystem zwischen Kathoden- und Anodenbereich soll die Druckdifferenz über die Elektrolysemembranen auf maximal 5 bar begrenzen. Eine präzise separate Druckreglung über Druckhalteventile (Vordruckregler) und Druckmessungen in den Zwischenbehältern ist vorgesehen. Aus den Abscheidebehältern für O2 und H2 muss Produktgas abgeleitet werden können. Dazu sind Überdruckventile vorzusehen, die eine Alarmabfuhr ermöglichen. Ein programmgeregelter Gas-Abtransport muss möglich sein. Beim Überschreiten der Maximaltemperaturen (ca. 100°C) und Maximaldrücke (ca. 720 bar) soll ein Abbruch der Versuchsfahrt sowie ein kontrolliertes Abblasen der Versuchsmedien erfolgen. Die Umwälzung des Arbeitsmediums und des Sicherungsmediums im Druckbehälter erfordert Pumpsysteme. Für die Stackversorgung soll Reinstwasser eingesetzt werden, das in einem Druckbehälter bevorratet wird. Eine Dosierpumpe mit einer Fördermenge von maximal 1 l/h und einer Druckerhöhung auf 700 bar ist als Versuchszuführung vorzusehen. Die Systemkomponenten müssen eine Konditionierung der Prozessbedingungen zwischen 30°C und 80°C bei Umgebungsbedingungen von 25°C ermöglichen. Druckhalteventile/Regulierventile für die Wasserstoff- und Sauerstoffphase sind erforderlich, um den Druckausgleich zu gewährleisten. Ein Ventil zur Wasserentnahme/Wasserkontrolle ist vorzusehen, um den Wasserlevel zu kontrollieren. Ein geeignetes Verrohrungssystem für den Hochdruckbereich des Teststands soll ebenfalls geliefert werden. Für die Frischwasserversorgung ist ein 1l-Behälter für Reinstwasser vorzusehen. Die elektrischen Geräte und die Messtechnologien sollen mit digitalen Systemen angesteuert werden können. Die Regelsysteme sollen mit einer Labview-Steuerung kompatibel sein, so dass Mess- und Regeldaten übertragen werden können. Die Ausgangssignale der eingebauten Sensoren sollen Messignale von 4-20mA oder 0-10V liefern. Die für die Regelung erforderlichen Druckmessdosen sollen eine Genauigkeit von ±0,1% vom Skalenendwert haben.