DE102012018243A1 - Method and system for operating an electrolyzer - Google Patents

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Bruno Zekorn
Martin Greda
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Jeffrey Roth
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und ein System zum Betreiben eines Elektrolyseurs (1) mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle (2), die im Innenraum (8) eines unter Druck (p3) stehenden Behälters (3) zumindest teilweise einliegt und gegenüber dem Innenraum (8) geschlossen ist, wobei die Elektrolyseurzelle (2) zwei Polplatten (4, 5) umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit (6) derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle (2) in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle (4a) und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle (5a) geteilt ist. Die Polplatten (4, 5) werden durch den Druck (p3) im Behälter (3) gegen die Membran-Elektroden-Einheit (6) gepresst. Im Betrieb der Elektrolyseurzelle (2) in der ersten Halbzelle (4a) wird Sauerstoff und in der zweiten Halbzelle (5a) Wasserstoff erzeugt, der über jeweils einen Ausgang der Elektrolyseurzelle (2) in jeweils einen Druckspeicher (9, 10) geleitet wird. Der Druck (p1) in der ersten Halbzelle (4a) und der Druck (p2) in der zweiten Halbzelle (4b) werden im Wesentlichen gleich gehalten und der Druck (p3) im Behälter (3) dem Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) nachgeführt.The invention relates to a method and a system for operating an electrolyzer (1) with at least one electrolyzer cell (2) which at least partially lies in the interior (8) of a container (3) under pressure (p3) and is closed with respect to the interior (8) The electrolytic cell (2) comprises two pole plates (4, 5), between which a membrane electrode unit (6) is arranged such that the electrolytic cell (2) is divided into a first half cell (4a) and an anode a second half cell (5a) forming a cathode is divided. The pole plates (4, 5) are pressed against the membrane electrode assembly (6) by the pressure (p3) in the container (3). When the electrolytic cell (2) is operating in the first half-cell (4a), oxygen is generated and in the second half-cell (5a) hydrogen, which is passed via a respective outlet of the electrolytic cell (2) into a pressure accumulator (9, 10). The pressure (p1) in the first half cell (4a) and the pressure (p2) in the second half cell (4b) are kept essentially the same and the pressure (p3) in the container (3) the pressure (p1, p2) in the Half cells (4a, 5a) tracked.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Elektrolyseurs mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle, die im Innenraum eines unter Druck stehenden Behälters zumindest teilweise einliegt und gegenüber dem Innenraum geschlossen ist, wobei die Elektrolyseurzelle zwei Polplatten umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle geteilt ist, wobei die Polplatten durch den Druck im Behälter gegen die Membran-Elektroden-Einheit gepresst werden, und im Betrieb der Elektrolyseurzelle in der ersten Halbzelle Sauerstoff und in der zweiten Halbzelle Wasserstoff erzeugt wird, der über jeweils einen Ausgang der Elektrolyseurzelle in jeweils einen Druckspeicher geleitet wird.The present invention relates to a method and a system for operating an electrolyzer with at least one electrolyzer cell which at least partially rests in the interior of a pressurized container and is closed to the interior, the electrolyzer cell comprising two pole plates between which a membrane electrode Unit is arranged such that the electrolyzer cell is divided into a first, an anode-forming half-cell and a second, forming a cathode half-cell, wherein the pole plates are pressed by the pressure in the container against the membrane-electrode assembly, and in operation of the electrolyzer cell In the first half-cell oxygen and in the second half-cell hydrogen is generated, which is passed via in each case one output of the electrolyzer cell in each case a pressure accumulator.

Elektrolyseurzellen des vorgenannten Typs sind bekannt. Sie wandeln elektrische Energie in chemische Energie um, indem eine Gleichspannung zur Spaltung von destilliertem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zwischen Elektroden angelegt wird, was allgemein als Elektrolyse bekannt ist. Beispielsweise beschreibt die deutsche Patentanmeldung DE 10 2009 057 494 A1 eine Vorrichtung mit mehreren Einzelzellen, die einen sogenannten Stack bilden und die als Elektrolyseurzellen eingesetzt werden können.Electrolysis cells of the aforementioned type are known. They convert electrical energy into chemical energy by applying a DC voltage to split distilled water into hydrogen and oxygen between electrodes, which is commonly known as electrolysis. For example, the German patent application describes DE 10 2009 057 494 A1 a device with a plurality of individual cells, which form a so-called stack and which can be used as electrolyzer cells.

Die Membran-Elektroden-Einheit einer Elektrolyseurzelle der vorgenannten Gattung besteht aus einem ionenleitfähigen Polymer (PEM – Polymer-Elektrolyt-Membran), auf dem beidseitig jeweils eine dünne, poröse und elektrisch leitfähige Schicht aufgetragen ist. Diese Schichten bilden die Elektroden. Zwischen den Elektroden wird im Betrieb eine Gleichspannung von mindestens 1,23 V angelegt, sodass die eine Elektrode als Anode und die andere Elektrode als Kathode fungiert. Dies bedeutet, dass sich das ionenleitfähige Polymer zwischen den Elektroden befindet, wobei die Membran die Elektrolyseurzelle in zwei Halbzellen trennt. Jede der beiden Polplatten umschließt die ihr zugewandte Membranelektrode, d. h. elektrodenbildende Schicht auf der Membran. Die Membran ist gasdicht und im feuchten Zustand protonendurchlässig. Zumeist sind die Schichten zusätzlich noch mit einem Katalysator versehen, wobei auf der Kathodenseite Platin und auf der Anodenseite Edelmetalle wie Iridium, Ruthenium, Platin oder Metalloxide der erwähnten Metalle verwendet sein können.The membrane-electrode assembly of a Elektrolyseurzelle of the aforementioned type consists of an ion-conductive polymer (PEM - polymer electrolyte membrane), on both sides of each a thin, porous and electrically conductive layer is applied. These layers form the electrodes. During operation, a DC voltage of at least 1.23 V is applied between the electrodes, so that one electrode acts as an anode and the other as a cathode. This means that the ion-conducting polymer is between the electrodes, with the membrane separating the electrolyzer cell into two half-cells. Each of the two pole plates surrounds the membrane electrode facing it, d. H. Electrode-forming layer on the membrane. The membrane is gas-tight and proton-permeable when wet. In most cases, the layers are additionally provided with a catalyst, it being possible to use platinum on the cathode side and noble metals such as iridium, ruthenium, platinum or metal oxides of the metals mentioned on the anode side.

Für einen besseren An- und Abtransport des Wasserstoffs und des Sauerstoffs können poröse, elektrisch leitfähige Schichten, auch als Diffusionslagen bezeichnet, zwischen den Polplatten und den Membranelektroden liegen. In diesem Fall wird jede Halbzelle durch eine Polplatte, die dieser Polplatte jeweils zugewandte Oberfläche der Membran und die dazwischen liegende Diffusionslage gebildet. Da besagte Diffusionslagen leitfähig sind und an der jeweiligen Membranelektrode anliegen, bilden sie einen Teil der entsprechenden Elektrode. Dasselbe gilt für die jeweilige Polplatte, die z. B. aus Metall oder Graphit ist und wiederum an der entsprechenden Diffusionslage anliegt.For a better supply and removal of hydrogen and oxygen, porous, electrically conductive layers, also referred to as diffusion layers, can lie between the pole plates and the membrane electrodes. In this case, each half-cell is formed by a pole plate, the surface of the membrane facing this pole plate and the diffusion layer located therebetween. Since said diffusion layers are conductive and abut the respective membrane electrode, they form part of the corresponding electrode. The same applies to the respective pole plate, the z. B. of metal or graphite and in turn rests on the corresponding diffusion layer.

Zumindest auf der Anodenseite der Elektrolyseurzelle wird Wasser zugeführt, das an der Anode in elementaren Sauerstoff und positiv geladene Wasserstoffionen d. h. Protonen zersetzt wird. Der elementare Sauerstoff verbindet sich sogleich zu molekularem Sauerstoff, die Protonen diffundieren durch die protonenleitende Membran zur Kathode, wo sie mit zugeführten Elektronen zunächst zu elementarem Wasserstoff rekombinieren, welcher sich sodann zu Wasserstoffmolekülen verbindet.At least on the anode side of the electrolyzer cell water is supplied to the anode in elementary oxygen and positively charged hydrogen ions d. H. Protons is decomposed. The elemental oxygen immediately combines with molecular oxygen, the protons diffuse through the proton-conducting membrane to the cathode, where they first recombine with supplied electrons to form elementary hydrogen, which then combines to form hydrogen molecules.

Die Reaktionsgleichungen für diesen elektrochemischen Prozess lauten auf der Anodenseite 2H2O → 4H+ + 4e + 2O; 2O → O2 und entsprechend auf der Kathodenseite 4H+ + 4e → 4H; 4H → 2H2. In den beiden Halbzellen der Elektrolyseurzelle sammelt sich folglich in der Anodenhalbzelle Sauerstoff und in der Kathodenhalbzelle Wasserstoff. Ein Elektrolyseur kann damit gezielt zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff verwenden werden.The reaction equations for this electrochemical process are 2H 2 O → 4H + + 4e - + 2O on the anode side; 2O → O 2 and correspondingly on the cathode side 4H + + 4e - → 4H; 4H → 2H 2 . Consequently, in the two half cells of the electrolyzer cell, oxygen collects in the anode half cell and hydrogen in the cathode half cell. An electrolyzer can thus be used specifically for the production of hydrogen and oxygen.

Im Wesentlichen bewirkt der Druck auf die Polplatten, dass diese flächig auf die Membran-Elektroden-Einheit gepresst werden, sodass die elektrischen Verluste reduziert werden und die elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen Schichten der Elektrolyseurzelle optimal ist. Der Druck auf die Polplatten beeinflusst durch die Reduzierung der elektrischen Verluste wesentlich den Wirkungsgrad der Elektrolyse.Essentially, the pressure on the pole plates causes them to be pressed flat against the membrane-electrode assembly, so that the electrical losses are reduced and the electrical contact between the individual layers of the electrolyzer cell is optimal. The pressure on the pole plates significantly affects the efficiency of the electrolysis by reducing the electrical losses.

Es sind unterschiedliche Methoden bekannt, um die notwendige Flächenpressung innerhalb der Halbzellen zu realisieren. Beispielsweise können zwei Endplatten verwendet werden, zwischen denen die Elektrolyseurzelle oder ein aus mehreren solcher Zellen gebildeter Stack angeordnet ist, und die über Zuganker oder Gewindebolzen miteinander verspannt werden. Die beiden Endplatten übertragen den Flächendruck auf die/den dazwischenliegenden Elektrolyseurzellen/Elektrolyseurzellenstack. Durch die Verwendung von massiven Endplatten kann die an den Zugankern punktuell eingeleitete Kraft auf die gesamte Fläche der Membran-Elektroden-Einheit einigermaßen gleichmäßig verteilt werden, so dass diese weitestgehend homogen verpresst wird. Um die Gleichmäßigkeit zu erhöhen, ist aus der Patentanmeldung DE 1 930 116 A eine technische Konstruktion bekannt, bei der spezielle Hohlräume vorgesehen sind, in denen z. B. gas- oder flüssigkeitsgefüllte Druckkissen angeordnet sind. Bekannt sind auch Hohlräume, die mit einem inkompressiblen Druckmedium gefüllt sind oder die über spezielle Federanordnungen verfügen, siehe beispielsweise DE 100 03 528 A1 .There are different methods known to realize the necessary surface pressure within the half-cells. For example, two end plates can be used, between which the electrolyzer cell or a stack formed from a plurality of such cells is arranged, and which are clamped together by tie rods or threaded bolts. The two end plates transmit the surface pressure to the intervening electrolyzer cells / electrolyzer cell stack. By using solid end plates, the force introduced selectively at the tie rods can be distributed fairly uniformly over the entire surface of the membrane-electrode assembly, so that this force is pressed largely homogeneously. To increase the uniformity is from the patent application DE 1 930 116 A a technical construction known in which special cavities are provided in which z. B. Gas- or liquid-filled pressure pad are arranged. Also known are cavities which are filled with an incompressible pressure medium or which have special spring arrangements, see for example DE 100 03 528 A1 ,

Weiterhin kann die Verpressung auch hydraulisch erfolgen. In dieser Ausführungsvariante bildet das Gehäuse des Elektrolyseurs einen Druckbehälter, in dem ein druckbehaftetes Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas eingefüllt ist. Die Elektrolyseurzelle liegt in dem Medium zumindest teilweise ein, so dass beim Aufbau eines Überdrucks in dem Druckbehälter das Medium den Druck auf die Polplatten überträgt. Dies stellt eine ”hydraulische Verpressung” der Zellen dar und ist ebenfalls in der DE 10 2009 017 779 A1 und DE 10 2009 057 494 A1 beschrieben. Ein derart von außen auf die Polplatten ausgeübter Druck bewirkt dann eine entsprechende Pressung der Polplatten auf die Membran-Elektroden-Einheit. Es ist auch bekannt, die Elektrolyseurzelle(n) in elastischen Taschen anzuordnen, so dass das Medium seinen Druck zunächst auf diese Taschen ausübt, welche sich an die Polplatten legen und sodann den Druck auf die Polplatten übertragen.Furthermore, the compression can also be done hydraulically. In this embodiment, the housing of the electrolyzer forms a pressure vessel in which a pressurized medium, such as a liquid or a gas is filled. The Elektrolyseurzelle lies at least partially in the medium, so that the medium transfers the pressure on the pole plates when building up an overpressure in the pressure vessel. This represents a "hydraulic compression" of the cells and is also in the DE 10 2009 017 779 A1 and DE 10 2009 057 494 A1 described. Such pressure exerted externally on the pole plates then causes a corresponding pressure of the pole plates on the membrane electrode assembly. It is also known to arrange the electrolyzer cell (s) in elastic pockets so that the medium exerts its pressure first on these pockets which attach to the pole plates and then transfer the pressure to the pole plates.

Wie bereits ausgeführt, bilden die Anodenseite und Kathodenseite einer Elektrolyseurzelle jeweils eine Halbzelle, in der das entsprechend entstehende Gas aufgefangen werden kann, wobei die Halbzellen sind durch die gasdichte Polymer-Membran der Membran-Elektroden-Einheit voneinander getrennt sind.As already stated, the anode side and cathode side of an electrolyzer cell each form a half cell, in which the correspondingly formed gas can be collected, wherein the half cells are separated from each other by the gas-tight polymer membrane of the membrane electrode assembly.

Gase werden üblicherweise in Druckflaschen gelagert und transportiert.Gases are usually stored and transported in pressure bottles.

Zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff kann jede Halbzelle mit einem mechanischen Kompressor verbunden werden, der das entsprechende Gas verdichtet in einen Druckspeicher befördert. Die Halbzelle selbst bleibt dabei im Wesentlichen drucklos, um die empfindliche Membran nicht zu beschädigen, da es bei der Membran anderenfalls zu Rissen und Brüchen kommen kann. Der Druck wird entsprechend erst hinter dem Kompressor aufgebaut.For the production of hydrogen and oxygen, each half-cell can be connected to a mechanical compressor which compresses the corresponding gas into a pressure accumulator. The half cell itself remains essentially unpressurized, so as not to damage the sensitive membrane, as otherwise the membrane may crack and fracture. The pressure is accordingly built up only behind the compressor.

In einer weiteren Ausführungsvariante sind Elektrolyseure bekannt, die den bei der Wasserelektrolyse erzeugten Sauerstoff drucklos in die Atmosphäre entlassen, sodass sich über der Membran ein geringer Druckgradient einstellt, dem die Membran standhalten muss. Hierfür muss die Membran eine gewisse mechanische Stabilität aufweisen, was in der Regel durch eine dickere Membran erreicht wird.In a further embodiment, electrolyzers are known which discharge the oxygen produced in the electrolysis of water without pressure into the atmosphere, so that a low pressure gradient is established across the membrane, which the membrane must withstand. For this purpose, the membrane must have a certain mechanical stability, which is usually achieved by a thicker membrane.

Eine dickere Membran führt zu einem geringeren Wirkungsgrad der Elektrolyseurzelle, da sich der Weg, den die Protonen durch die Membran zurücklegen müssen, und damit der Membranwiderstand erhöht, der durch eine Anhebung der Elektrolysespannung kompensiert werden muss. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems zur Wasserstoff- und Sauerstoffherstellung wird zudem durch die für die Verdichtung der Gase erforderliche Kompressorleistung erheblich reduziert.A thicker membrane results in a lower efficiency of the electrolyzer cell as the path the proton must travel through the membrane increases, and thus the membrane resistance, which must be compensated by raising the electrolysis voltage. The efficiency of the overall system for hydrogen and oxygen production is also significantly reduced by the compressor power required for the compression of the gases.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und System zum Betrieb eines PEM-Elektrolyseurs zur Verfügung zu stellen, das die direkte Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff oberhalb atmosphärischer Bedingungen ermöglicht, sodass auf einen Kompressor zur Verdichtung der Gase, um sie in einem nachgelagerten Druckbehälter zu speichern, verzichtet werden kann, wobei die Membran der Elektrolyseurzelle weiterhin dünn sein soll.It is an object of the present invention to provide a method and system for operating a PEM electrolyzer that allows for the direct production of hydrogen and oxygen above atmospheric conditions, such that a compressor for compressing the gases to be in a downstream pressure vessel can be omitted, the membrane of the electrolyzer cell is still to be thin.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und des Systems sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1 and a system according to claim 11. Advantageous developments of the method and the system are specified in the corresponding subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrolyseurs mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle vorgeschlagen, die im Innenraum eines unter Druck stehenden Behälters zumindest teilweise einliegt und gegenüber dem Innenraum geschlossen ist, wobei die Elektrolyseurzelle zwei Polplatten umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle geteilt ist, wobei die Polplatten durch den Druck im Behälter gegen die Membran-Elektroden-Einheit gepresst werden, und im Betrieb der Elektrolyseurzelle in der ersten Halbzelle Sauerstoff und in der zweiten Halbzelle Wasserstoff erzeugt wird, der über jeweils einen Ausgang der Elektrolyseurzelle in jeweils einen Druckspeicher geleitet wird, wobei der Druck in der ersten Halbzelle und der Druck in der zweiten Halbzelle im Wesentlichen gleich gehalten werden, und der Druck im Behälter dem Druck in den Halbzellen nachgeführt wird.According to the invention, a method for operating an electrolyzer with at least one electrolyzer cell is proposed which rests at least partially in the interior of a pressurized container and is closed relative to the interior, the electrolyzer cell comprising two pole plates, between which a membrane-electrode assembly is arranged in that the electrolyzer cell is divided into a first half-cell forming an anode and a second half-cell forming a cathode, the pole plates being pressed against the membrane-electrode assembly by the pressure in the container, and in operation the electrolyzer cell in the first half-cell Oxygen and in the second half-cell hydrogen is generated, which is passed via in each case one output of the electrolyzer cell in each case a pressure accumulator, wherein the pressure in the first half-cell and the pressure in the second half-cell are kept substantially the same, and the pressure in the containerPressure is tracked in the half-cells.

Dabei wird der Druck insbesondere proportional nachgeführt, so dass eine für das Pressen der Polplatten gegen die Membran-Elektroden-Einheit notwendige Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und den Halbzellen im Wesentlichen konstant gehalten wird.In this case, the pressure is tracked in particular proportionally so that a pressure difference between the interior and the half-cells necessary for pressing the pole plates against the membrane-electrode assembly is kept essentially constant.

Dieses Verfahren ermöglicht die Verwendung eines Elektrolyseurs zur Sauerstoff- und Wasserstofferzeugung, wobei eine direkte Speicherung des Wasserstoffs und Sauerstoffs ohne einen zusätzlichen Kompressor zur Verdichtung möglich ist, denn die Halbzellen stellen die beiden Gase direkt oberhalb des atmosphärischen Drucks bereit. Sind die beiden Halbzellen der Elektrolyseurzelle mit entsprechenden Druckspeichern verbunden, liefern sie diesen kontinuierlich Gas, wobei mit fortschreitender Gaserzeugung das bereits erzeugte Gas zunehmend komprimiert wird, da das Gesamtvolumen bestehend aus einer Halbzelle, der entsprechenden Leitung zum Druckspeicher und des Druckspeichers selbst konstant bleibt. Dies hat automatisch eine Verdichtung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs in dem jeweiligen Druckspeicher zur Folge. Der erfindungsgemäße Elektrolyseur kann somit unmittelbar verdichteten Sauerstoff und Wasserstoff liefern.This method allows the use of an electrolyzer for oxygen and hydrogen production, with direct storage of the hydrogen and oxygen without an additional compressor for compression is possible because the half-cells put the two gases directly ready above the atmospheric pressure. If the two half cells of the electrolyzer cell are connected to corresponding pressure accumulators, they continuously supply gas, the gas already generated being increasingly compressed as gas generation progresses, since the total volume consisting of a half cell, the corresponding line to the pressure accumulator and the pressure accumulator itself remains constant. This automatically results in a compression of the hydrogen and the oxygen in the respective pressure accumulator. The electrolyzer according to the invention can thus supply directly compressed oxygen and hydrogen.

Da der Druck in den beiden Halbzellen auf dem gleichen Niveau gehalten wird, stellt sich keine bzw. nur eine einstellungsbedingt geringe Druckdifferenz über der Membran der Elektrolysezelle ein. Das heißt, es kann eine dünnere Membran als für Hochdruckelektrolyseure üblich gewählt werden, was dazu führt, dass der Membranwiderstand reduziert wird. Durch die Verwendung einer dünnen Membran ist somit möglich, die Elektrolyseurzelle mit einem höheren Wirkungsgrad zu betreiben.Since the pressure in the two half-cells is kept at the same level, there is no or only a low pressure difference due to the adjustment over the membrane of the electrolysis cell. That is, a thinner membrane than usual for high pressure electrolyzers can be selected, resulting in reducing the membrane resistance. By using a thin membrane is thus possible to operate the electrolyzer cell with a higher efficiency.

Das Gleichhalten der Drücke in den Halbzellen kann grundsätzlich regelungstechnisch erfolgen, wobei die Drücke gemessen werden und der eine Druck entsprechend des als Sollwertvorgabe dienenden anderen Drucks eingeregelt wird.The equalization of the pressures in the half-cells can in principle be carried out by control technology, the pressures being measured and the pressure being regulated in accordance with the other pressure serving as setpoint specification.

Dies kann beispielsweise durch ein volumenverdrängendes Stellglied erfolgen, welches das Volumen einer Halbzelle, der daran angeschlossenen Anschlussleitungen und/oder des Druckspeichers verändert. Alternativ kann das Volumen beider Halbzellen gleichzeitig entgegengesetzt beeinflusst werden.This can be done, for example, by a volume-displacing actuator which changes the volume of a half-cell, the connecting lines connected thereto and / or the pressure accumulator. Alternatively, the volume of both half-cells can simultaneously be oppositely influenced.

Ein zu hoher Druck in einer der Halbzellen dadurch ferner dadurch abgebaut werden, dass das entsprechende Gas kontrolliert abgelassen wird, beispielsweise in die Atmosphäre oder einen weiteren angeschlossen Druckbehälter. Dies ist insbesondere bei dem hergestellten Sauerstoff eine besonders einfache Lösung, einen Druckausgleich herbeizuführen, sofern der Druck in der ersten Halbzelle größer als der Druck in der zweiten Halbzelle ist. Denn bei dem Gasgewinnungsprozess durch Elektrolyse ist der Wasserstoff das wertvollere Gas.Too high a pressure in one of the half-cells are further degraded by the fact that the corresponding gas is discharged in a controlled manner, for example in the atmosphere or another connected pressure vessel. This is a particularly simple solution, in particular for the oxygen produced, to bring about a pressure equalization, provided that the pressure in the first half cell is greater than the pressure in the second half cell. Because in the gas extraction process by electrolysis of hydrogen is the valuable gas.

In einer anderen Ausführungsvariante können die Drücke in den Halbzellen mittels einer externen hydraulischen Druckausgleichseinrichtung, in die die Ausgänge der Elektrolyseurzelle münden, einander angeglichen werden. Hiermit kann ein schneller Druckausgleich erreicht werden, so dass dynamische Druckänderungen wie Druckimpulse und schnelle Druckschwankungen auf einer Seite, beispielsweise infolge einer Ventilstellungsänderung, unverzüglich kompensiert werden können. Die Belastung der Membran wird dadurch reduziert.In another embodiment variant, the pressures in the half-cells can be matched to one another by means of an external hydraulic pressure compensation device, into which the outlets of the electrolyzer cell flow. Hereby, a quick pressure equalization can be achieved so that dynamic pressure changes such as pressure pulses and rapid pressure fluctuations on one side, for example as a result of a valve position change, can be compensated immediately. The load on the membrane is thereby reduced.

Die Druckausgleichseinrichtung kann beispielsweise ein Behälter sein, der zwei Raumbereiche besitzt, die durch eine elastische Membran getrennt sind. In den einen Raumbereich mündet eine von der einen Halbzelle kommende Leitung, in den anderen Raumbereich mündet eine von der anderen Halbzelle kommende Leitung. Durch die Membran wird unverzüglich ein Druckausgleich zwischen den Raumbereichen und damit zwischen den Halbzellen erreicht. Druckimpulse werden abgefangen. Des Weiteren hat die hydraulische Druckausgleichseinrichtung den Vorteil, dass auf eine elektronische Regelung mit Sensoren, Stellgliedern und Steuerleitungen verzichtet werden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die automatische Druckausgleichseinrichtung und die elektronische Druckregelung parallel benutzt werden.For example, the pressure compensating means may be a container having two spaces separated by an elastic membrane. A line coming from the one half cell opens into the one room area, while a line coming from the other half cell opens into the other room area. Through the membrane pressure equalization between the space areas and thus between the half cells is achieved immediately. Pressure pulses are intercepted. Furthermore, the hydraulic pressure compensation device has the advantage that can be dispensed with an electronic control with sensors, actuators and control lines. However, it may also be provided that the automatic pressure compensation device and the electronic pressure control are used in parallel.

Vorzugsweise kann die Elektrolyseurzelle bei einem Druck zwischen 0 bar und 300 bar betrieben werden. Da die beiden Prozessgase durch die Membran getrennt sind, lässt sich der Druck bei ausreichender Druckhaltung und Überwachung theoretisch auf beiden Seiten beliebig steigern. Physikalisch sind allerdings die Gehäusebauteile und Anschlussstellen der Polplatten und Leitungen ein limitierender Faktor.Preferably, the electrolyzer cell can be operated at a pressure between 0 bar and 300 bar. Since the two process gases are separated by the membrane, the pressure can theoretically be increased on both sides with adequate pressure maintenance and monitoring. Physically, however, the housing components and connection points of the pole plates and cables are a limiting factor.

Im Allgemeinen ist zur Erhöhung der Speicherdichte der Wasserstoff aufwendig zu komprimieren. Eine zusätzliche Kompressionsstufe, die einem Elektrolyseur zumeist nachgeschaltet ist, erhöht die Systemverluste, was unerwünscht ist. Diese Verluste sind erheblich und belaufen sich im Verhältnis zu den restlichen Systemkomponenten auf etwa 10% im Falle einer Verdichung auf 200 bar. Dadurch, dass erfindungsgemäß der Elektrolyseur bei einem höheren Systemdruck, insbesondere bis zu 300 bar betreibbar ist, ist eine zusätzliche Kompressionsstufe nicht mehr nötig bzw. kann erheblich kleiner ausfallen.In general, to increase the storage density of the hydrogen consuming to compress. An additional compression stage, which is usually downstream of an electrolyzer, increases the system losses, which is undesirable. These losses are significant and amount to about 10% in relation to the remaining system components in the case of a compaction to 200 bar. Due to the fact that according to the invention the electrolyzer can be operated at a higher system pressure, in particular up to 300 bar, an additional compression stage is no longer necessary or can be considerably smaller.

Für einen Betriebsdruck in der Größenordnung von 20 bar und mehr sind gesteigerte Anforderungen an alle Systemkomponenten zu stellen. Z. B. kann die Verrohrung mit Edelstahlrohren erfolgen. Ebenso müssen das Zellengehäuse der Elektrolyseurzelle, die Pumpe für die Zuleitung des Wassers, etwaige Ventile, Sensoren und die Druckbehälter ebenfalls den erhöhten Druckanforderungen, insbesondere hinsichtlich der jeweiligen Verbindungsstellen genügen.For an operating pressure of the order of 20 bar and more, increased demands have to be placed on all system components. For example, the piping can be done with stainless steel pipes. Likewise, the cell housing of the electrolyzer cell, the pump for the supply of water, any valves, sensors and pressure vessels must also meet the increased pressure requirements, in particular with regard to the respective connection points.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektrolyseur erfolgt eine Verpressung der Halbzellen, d. h. der Polplatten, durch den Druck in dem Behälter, der die Elektrolyseurzelle umgibt. Steigt nun der Druck in der Elektrolyseurzelle, d. h. in den beiden Halbzellen, reduziert sich die Druckdifferenz zwischen der Zelle und dem Behälterinnenraum, so dass die Verpressung nicht mehr gewährleistet ist. Die Druckdifferenz kann sogar negativ werden, wobei sich die Zelle in den Behälter aufbläht. Die Verpressung und damit die Funktionsfähigkeit der Zelle sind dann nicht mehr gegeben. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine proportionale Nachführung des Drucks in dem Behälter vorgeschlagen, so dass der Behälterdruck stets höher als der Zelleninnendruck ist.In the electrolyzer according to the invention, the half-cells, ie the pole plates, are compressed by the pressure in the container surrounding the electrolyzer cell. If the pressure in the electrolyzer cell, ie in the two half cells, increases, the pressure difference between the cell is reduced and the container interior, so that the compression is no longer guaranteed. The pressure difference can even become negative, causing the cell to inflate into the container. The compression and thus the functionality of the cell are no longer given. For this reason, a proportional tracking of the pressure in the container is proposed according to the invention, so that the container pressure is always higher than the cell internal pressure.

So kann der Druck im Gehäuse erhöht werden, wenn der Druck innerhalb der Halbzellen steigt. Ferner kann der Druck im Gehäuse reduziert werden, wenn der Druck innerhalb der Halbzellen sinkt. Insbesondere kann diese Nachführung derart erfolgen, dass stets eine konstante, vorzugsweise vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Druck im Behälter und dem Druck zwischen den Halbzellen oder zumindest ein vorgegebener Druckdifferenzbereich eingehalten wird.Thus, the pressure in the housing can be increased as the pressure within the half-cells increases. Further, the pressure in the housing can be reduced when the pressure within the half-cells decreases. In particular, this tracking can be carried out such that always a constant, preferably predetermined pressure difference between the pressure in the container and the pressure between the half-cells or at least a predetermined pressure difference range is maintained.

Die Nachführung des Drucks im Behälter ist auf verschiedene Weise möglich, beispielsweise durch eine Änderung des Innenvolumens des Behälters oder durch Einleitung weiteren Mediums in den Behälter, so dass eine stärkere Verdichtung des im Behälter befindlichen Mediums (Gas oder Flüssigkeit) erfolgt, das den Druck auf die Elektrolyseurzelle überträgt.The tracking of the pressure in the container is possible in various ways, for example by changing the internal volume of the container or by introducing further medium into the container, so that a stronger compression of the medium in the container (gas or liquid) takes place, the pressure on the electrolyzer cell transfers.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Drucknachführung im Behälter durch eine Änderung seines Innenvolumens erreicht werden. Beispielsweise kann das Volumen des Innenraums reduziert werden, wenn der Druck in den Halbzellen steigt. Entsprechend kann das Volumen des Innenraums erhöht werden, wenn der Druck in den Halbzellen sinkt. Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Druck im Behälter geregelt nachgeführt wird, wobei eine vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Behälters und den Halbzellen als Sollwert eingehalten werden sollte. Die Druckdifferenz ist für die Verpressung der Zelle erforderlich. Die Regelung kann durch Messung des Innendrucks des Behälters mittels wenigstens eines Sensors erfolgen.According to an advantageous embodiment, the pressure tracking in the container can be achieved by changing its internal volume. For example, the volume of the interior can be reduced as the pressure in the half cells increases. Accordingly, the volume of the internal space can be increased as the pressure in the half-cells decreases. It is of particular advantage if the pressure in the container is tracked regulated, with a predetermined pressure difference between the interior of the container and the half-cells should be maintained as the desired value. The pressure difference is required for the compression of the cell. The control can be done by measuring the internal pressure of the container by means of at least one sensor.

Die Änderung des Volumens des Innenraums des Gehäuses kann mittels eines mechanischen Stellmittels verändert werden, welches bevorzugt von einer Regelung angesteuert wird. Ein solches Stellglied kann beispielsweise eine motorisch betätigte Schraube oder ein Kolben sein, die oder der in den Innenraum des Behälters durch seine Außenwand hineinbewegt wird und dadurch das Innenvolumen des Behälters reduziert.The change in the volume of the interior of the housing can be changed by means of a mechanical adjusting means, which is preferably controlled by a control. Such an actuator may be, for example, a motor-operated screw or a piston, which is moved into the interior of the container by its outer wall and thereby reduces the internal volume of the container.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Volumenänderung wie folgt erfolgen. Der Behälter kann eine Nebenkammer aufweisen, die über eine von einem elastischen Membranelement verschlossene Öffnung mit dem Innenraum des Behälters verbunden ist Der Innenraum der Nebenkammer ist kommunizierend mit einer der Halbzellen verbunden, so dass im Betrieb des Elektrolyseurs Gas aus der entsprechenden Halbzelle in diese Nebenkammer eingeleitet wird. Damit entspricht der Druck in der Nebenkammer dem Druck in dieser Halbzelle. Erhöht sich nun der Druck in der Halbzelle, erhöht sich ebenfalls der Druck in der Nebenkammer. Dies bewirkt, dass sich das Membranelement in den Innenraum des Behälters ausdehnt; das Volumen der Nebenkammer vergrößert sich, wohingegen das Volumen im Innenraum des Behälters verringert wird. Hierdurch wird das Medium im Behälter stärker komprimiert und der Druck im Behälter steigt. Da der Druck im Innenraum des Behälters gegenüber dem Druck in den Halbzellen größer sein muss, um die Halbzellen zu verpressen, ist es erforderlich, das Membranelement vorzuspannen. Dies kann durch ein eine Vorspannung erzeugendes Mittel, beispielsweise eine gegen das Membranelement in Richtung des Innenraums des Behälters drückende Feder erreicht werden. In diesem Fall ist die Vorspannung durch die Federkonstante festgelegt. Es kann jedoch auch ein Mittel eingesetzt werden, das eine veränderbare Vorspannung erzeugt. Beispielsweise kann hier ein gegen die Membran drückender Bolzen verwendet werden, der bewegbar in einer Führung gehalten ist und sich mitsamt der Führung an einer Wand der Nebenkammer, insbesondere an der dem Membranelement gegenüberliegenden Wand abstützt.Alternatively or additionally, a volume change can be made as follows. The container may have an auxiliary chamber, which is connected to the interior of the container via an opening closed by an elastic membrane element. The interior of the secondary chamber is communicatively connected to one of the half cells so that, during operation of the electrolyzer, gas is introduced from the corresponding half cell into this secondary chamber becomes. Thus, the pressure in the secondary chamber corresponds to the pressure in this half-cell. If the pressure in the half-cell increases, the pressure in the secondary chamber also increases. This causes the membrane element to expand into the interior of the container; the volume of the secondary chamber increases, whereas the volume in the interior of the container is reduced. As a result, the medium in the container is compressed more and the pressure in the container increases. Since the pressure in the interior of the container must be greater than the pressure in the half-cells to compress the half-cells, it is necessary to bias the membrane element. This can be achieved by a bias generating means, for example a spring pressing against the membrane element in the direction of the interior of the container. In this case, the bias is determined by the spring constant. However, it can also be used a means that generates a variable bias. For example, a pin pushing against the diaphragm can be used here, which is held movably in a guide and, together with the guide, is supported on a wall of the secondary chamber, in particular on the wall opposite the membrane element.

Bevorzugt ist die Nebenkammer mit der ersten Halbzelle verbunden. Da aus dieser sowohl Sauerstoff als auch Wasser austritt, das als Edukt dem Elektrolyseprozess wieder zugeführt werden kann, kann die Nebenkammer gleichzeitig als Auffangbehälter für dieses Wasser und zur Medientrennung (Sauerstoff, Wasser) sowie als Zwischenbehälter zwischen einem Wasservorratsbehälter und dem Elektrolyseur dienen. So kann von diesem Vorratsbehälter Wasser in die Nebenkammer gepumpt und von der Nebenkammer Wasser in die erste Halbzelle gepumpt werden. Alternativ kann die Nebenkammer mit der zweiten Halbzelle verbunden sein. Da aus dieser lediglich Wasserstoff austritt, kann die Nebenkammer ebenfalls als Tank dienen.Preferably, the auxiliary chamber is connected to the first half-cell. Since both oxygen and water escape from this, which can be fed back to the electrolysis process as starting material, the secondary chamber can simultaneously serve as a collecting container for this water and media separation (oxygen, water) and as an intermediate container between a water reservoir and the electrolyzer. So can be pumped from this reservoir water in the secondary chamber and pumped from the secondary chamber water in the first half-cell. Alternatively, the secondary chamber may be connected to the second half cell. Since only hydrogen escapes from this, the secondary chamber can also serve as a tank.

Erfindungsgemäß wird ferner ein System zum Betreiben eines Elektrolyseurs mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle vorgeschlagen, die im Innenraum eines unter Druck stehenden Behälters zumindest teilweise einliegt und zwei Polplatten umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle geteilt ist, wobei die Polplatten durch den Druck im Behälter gegen die Membran-Elektroden-Einheit gepresst werden, und im Betrieb der Elektrolyseurzelle in der einen Halbzelle Sauerstoff und in der anderen Halbzelle Wasserstoff erzeugbar ist, der über jeweils einen Ausgang der Halbzellen in jeweils einen Druckspeicher einleitbar ist, und wobei die Vorrichtung ferner Mittel zum Ausgleichen des Drucks in bzw. zwischen den Halbzellen und Mittel zur Nachführung des Drucks im Innenraum des Behälters in Abhängigkeit des Drucks in den Halbzellen umfasst.According to the invention, a system for operating an electrolyzer with at least one electrolyzer cell is proposed, which lies at least partially in the interior of a pressurized container and comprises two pole plates, between which a membrane-electrode assembly is arranged such that the electrolyzer cell is transformed into a first, an anode forming half-cell and a second, forming a cathode half-cell is divided, wherein the pole plates are pressed by the pressure in the container against the membrane-electrode assembly, and in operation of the electrolyzer cell in the A half-cell oxygen and hydrogen in the other half-cell can be generated, which in each case via an output of the half-cells in each pressure accumulator is introduced, and wherein the device further comprises means for equalizing the pressure in or between the half-cells and means for tracking the pressure in the interior of the container as a function of the pressure in the half-cells.

Bevorzugt sind die Mittel zum Ausgleichen des Drucks zwischen den Halbzellen durch einen Druckausgleichsbehälter mit zwei Raumbereichen gebildet, wobei jeweils eine Druckleitung von den Polplatten in einen der Raumbereiche mündet, und die Raumbereiche durch eine elastische Membran voneinander getrennt sind.Preferably, the means for equalizing the pressure between the half-cells are formed by a pressure equalizing tank having two space portions, each opening a pressure line from the pole plates into one of the space portions, and the space portions are separated from each other by an elastic membrane.

Ferner können die Mittel zur Nachführung des Drucks im Behälter wenigstens ein erstes Mittel zur Erfassung des Drucks in einer der Halbzellen, wenigstens ein zweites Mittel zur Erfassung des Drucks im Innenraum des Behälters, zumindest ein Stellmittel zur Änderung des Volumens des Innenraums des Behälters und damit des Drucks in einer Halbzelle, und eine Regeleinrichtung zur Einstellung des Stellmittels in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Behälter und dem Druck in den Halbzellen umfassen.Further, the means for tracking the pressure in the container at least a first means for detecting the pressure in one of the half-cells, at least a second means for detecting the pressure in the interior of the container, at least one adjusting means for changing the volume of the interior of the container and thus the Pressure in a half-cell, and a control device for adjusting the actuating means in dependence on the pressure difference between the pressure in the container and the pressure in the half-cells include.

Ferner kann der Behälter, wie bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits erläutert, eine Nebenkammer aufweisen, die eine Öffnung zum Behälterinnenraum besitzt, welche durch ein elastisches Membranelement verschlossen ist, das sich in Folge seiner Dehnbarkeit in den Behälterinnenraum bewegen kann. Die Nebenkammer ist kommunizierend mit einer der Halbzellen verbunden, so dass Gas dieser Halbzelle in die Nebenkammer einleitbar ist. Ferner kann ein Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung gegen die Membran vorhanden sein, um im Normalbetrieb des Elektrolyseurs einen höheren Druck im Behälter als in der Nebenkammer zu erhalten.Furthermore, as already explained with regard to the method according to the invention, the container may have an auxiliary chamber which has an opening to the container interior, which is closed by an elastic membrane element which can move into the container interior as a result of its extensibility. The secondary chamber is communicatively connected to one of the half cells, so that gas of this half cell can be introduced into the secondary chamber. Furthermore, a means for generating a bias against the membrane may be present to obtain a higher pressure in the container than in the secondary chamber during normal operation of the electrolyzer.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von drei konkreten Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren erläutert. Dabei bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche oder zumindest funktionsgleiche Teile.Further features and advantages of the invention will be explained below with reference to three specific embodiments and the accompanying figures. The same reference numerals mean the same or at least functionally identical parts.

Es zeigen:Show it:

1: Schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Elektrolyseurs 1 : Schematic representation of the structure of an electrolyzer according to the invention

2: Schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems mit Elektrolyseur 2 : Schematic representation of the structure of a system according to the invention with electrolyzer

3: Schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Systems mit Elektrolyseur, integriertem Gassammelbehälter und Drucknachführung. 3 : Schematic representation of the structure of a system according to the invention with electrolyzer, integrated gas collecting container and pressure tracking.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrolyseurs 1 umfassend beispielhaft eine Elektrolyseurzelle 2, die im Innenraum 8 eines unter Druck stehenden Behälters 3 vollständig einliegt. Es können jedoch auch zwei, drei oder mehr derartiger Elektrolyseurzellen 2 in dem Behälter 3 angeordnet sein, wobei die Einzelzellen 2 dann elektrische parallel oder in Reihe geschaltet sind und die Versorgungs- und Entsorgungsanschlüsse parallel liegen. Ferner ist auch möglich, dass die Zelle 2 in dem Behälter nur teilweise einliegt, wobei zumindest der aktive Teil der Zelle 2, d. h. derjenige Teil, in dem die Elektrolyse stattfindet, in den Behälter 3 hineinragt. 1 shows a schematic representation of an electrolyzer 1 comprehensively by way of example an electrolyzer cell 2 in the interior 8th a pressurized container 3 completely inserted. However, there may also be two, three or more such electrolyzer cells 2 in the container 3 be arranged, with the individual cells 2 then electrical are connected in parallel or in series and the supply and disposal ports are parallel. Furthermore, it is also possible that the cell 2 in the container only partially rests, wherein at least the active part of the cell 2 ie the part in which the electrolysis takes place in the container 3 protrudes.

Die Elektrolyseurzelle 2 ist ein geschlossenes System, das von einem Gehäuse 11 gebildet wird, in welchem die aktiven Komponente der Zelle 2 einliegen. Die aktiven Komponenten umfassen zwei Polplatten 4, 5, von denen die erste Polplatte 4 einen Teil der Anode bildet und die zweite Polplatte 5 einen Teil der Kathode bildet. Zwischen den Polplatten 4, 5 ist eine gasdichte, protonendurchlässige Membran-Elektroden-Einheit 6 (PEM, Polymer-Elektrolyt-Membran) angeordnet. Diese besteht aus einer Polymer-Membran, die beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet ist, die ebenfalls jeweils als Elektrode fungiert. Ferner liegt zwischen dieser PEM 6 und der entsprechenden Polplatte 4, 5 jeweils eine elektrisch leitfähige Diffusionslage 7. Es sei angemerkt, dass die beiden Diffusionslagen 7 aus unterschiedlichen Materialen bestehen können. Entgegen der lediglich der Veranschaulichung dienenden Darstellung in 1 liegen die Polplatten 4, 5 an den Diffusionslagen 7 an, welche wiederum an der Membran-Elektroden-Einheit 6 anliegen. Elektrisch bilden eine Polplatte, eine Diffusionslage und die dieser zugewandte Schicht auf der Polymer-Membran folglich jeweils eine Einheit, d. h. eine Elektrode wobei die Elektroden lediglich durch die elektrisch isolierende Polymer-Membran voneinander getrennt sind.The electrolyzer cell 2 is a closed system that comes from a housing 11 is formed, in which the active component of the cell 2 einliegen. The active components comprise two pole plates 4 . 5 of which the first pole plate 4 forming part of the anode and the second pole plate 5 forms a part of the cathode. Between the pole plates 4 . 5 is a gas-tight, proton-permeable membrane-electrode unit 6 (PEM, polymer electrolyte membrane) arranged. This consists of a polymer membrane, which is coated on both sides with an electrically conductive layer, which also acts as an electrode. Furthermore, lies between this PEM 6 and the corresponding pole plate 4 . 5 each an electrically conductive diffusion layer 7 , It should be noted that the two diffusion layers 7 can consist of different materials. Contrary to the purely illustrative representation in 1 lie the pole plates 4 . 5 at the diffusion layers 7 which in turn on the membrane electrode assembly 6 issue. Electrically, a pole plate, a diffusion layer and the layer facing it on the polymer membrane consequently each form a unit, ie an electrode wherein the electrodes are separated from each other only by the electrically insulating polymer membrane.

Gleichzeitig teilt die Polymer-Membran der Membran-Elektroden-Einheit 6 die Elektrolyseurzelle in eine erste, die Anode bildende Halbzelle 4a und in eine zweite, die Kathode bildende Halbzelle 5a. Die erste Halbzelle 4a besteht damit aus der ersten Polplatte 4, der dieser zugewandten Hälfte der Membran-Elektroden-Einheit 6 und der zwischen diesen liegenden Diffusionslage 7, wohingegen die zweite Halbzelle 5a aus der zweiten Polplatte 5, der dieser zugewandten Hälfte der Membran-Elektroden-Einheit 6 und der zwischen diesen liegenden Diffusionslage 7 besteht. Die Einleitung des Stroms wird über die Polplatten 4, 5 selbst, bei ausreichend hoher Leitfähigkeit der Polplatten 4, 5 oder über an den Polplatten 4, 5 flächig anliegende Platten, z. B. vergoldete. Kupferplatten erzielt.At the same time, the polymer membrane divides the membrane-electrode assembly 6 the electrolyzer cell in a first, the anode forming half cell 4a and a second half-cell forming the cathode 5a , The first half cell 4a consists of the first pole plate 4 , the facing half of the membrane electrode assembly 6 and the diffusion layer lying between them 7 whereas the second half cell 5a from the second pole plate 5 , the facing half of the membrane electrode assembly 6 and the diffusion layer lying between them 7 consists. The introduction of the current is via the pole plates 4 . 5 even, with sufficiently high conductivity of the pole plates 4 . 5 or over to the pole plates 4 . 5 flat fitting plates, z. Gilded. Achieved copper plates.

Die Polplatten 4, 5 besitzen eine nicht dargestellte Kanalstruktur, in der sich das entsprechende Gas sammelt und über die das Gas zu einem Ausgang geleitet wird. Über diese Ausgänge ist der Elektrolyseur mit jeweils einem Druckbehälter 9, 10 verbunden, siehe 2. Eine derartige Kanalstruktur ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Alternativ können die Polplatten an ihren zur Gasdiffusionslage gerichteten Wandseiten kanalartige Vertiefungen aufweisen, über die die Gase nach oben geleitet werden. Eine derartige Struktur kann beispielsweise verwendet werden, wenn die Gasdiffusionslagen aus einem Flies bestehen.The pole plates 4 . 5 have a channel structure, not shown, in which collects the corresponding gas and through which the gas is passed to an output. About these outputs is the electrolyzer, each with a pressure vessel 9 . 10 connected, see 2 , However, such a channel structure is not mandatory. Alternatively, the pole plates may have channel-like depressions on their sides facing the gas diffusion layer, through which the gases are conducted upwards. Such a structure can be used, for example, when the gas diffusion layers consist of a tile.

In dem Behälter 3, der flüssigkeitsgefüllt ist, liegt ein Innendruck p3, durch den die Polplatten 4, 5 gegen die Membran-Elektroden-Einheit 6 gepresst werden, bzw. zunächst gegen die Gasdiffusionslagen 7 und diese gegen die Membran, so dass die Polplatten 4, 5 mittelbar gegen die Membran drücken. Dieses Verpressungskonzept stellt eine hydraulische Verpressung dar.In the container 3 , which is filled with liquid, is an internal pressure p3 through which the pole plates 4 . 5 against the membrane-electrode unit 6 be pressed, or initially against the gas diffusion layers 7 and these against the membrane, leaving the pole plates 4 . 5 Press indirectly against the membrane. This compression concept represents a hydraulic compression.

Die Polplatten 4, 5 können bei dieser Ausführungsvariante direkt einen Teil der Zellenwand 11 bilden, so dass der Druck p3 im Behälter 3 unmittelbar auf sie ausgeübt wird. An ihren Randseite sind die Polplatten 4, 5 dann elektrisch isoliert miteinander verbunden und kapseln die Membran-Elektroden-Einheit 6 und die Diffusionslagen 7 auf diese Weise ein. Alternativ kann die Zellwand aus einem flexiblem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer bestehen, der die Elektrolyseurzelle vollständig umschließt. Gemäß einer weiteren Alternative kann ein offenes Konzept für die Polplatten 4, 5 verwendet sein, bei dem der Bereich zwischen den Polplatten 4, 5 oben, unten und an den Seiten offen ist und bei denen die Polplatten in einer elastischen Tasche einliegen, die die Zellenwand 11, also das Gehäuse der Zelle 2 bildet. Beispielsweise kann hier das Taschenkonzept verwendet werden, das in der DE 10 2009 057 494 A1 beschrieben ist.The pole plates 4 . 5 can in this embodiment directly a part of the cell wall 11 form so that the pressure p3 in the container 3 is exercised directly on them. At its edge are the pole plates 4 . 5 then electrically isolated from each other and encapsulate the membrane-electrode assembly 6 and the diffusion layers 7 in this way. Alternatively, the cell wall may consist of a flexible plastic, in particular an elastomer, which completely encloses the electrolyzer cell. According to another alternative, an open concept for the pole plates 4 . 5 be used where the area between the pole plates 4 . 5 is open at the top, bottom and sides and in which the pole plates are in an elastic pocket, which is the cell wall 11 So the case of the cell 2 forms. For example, the bag concept used in the DE 10 2009 057 494 A1 is described.

Die Wasserstofferzeugung mittels Wasserelektrolyse benötigt zur Zerlegung von Wasser elektrische Energie und Wärmeenergie. Die benötigte Energie ergibt sich aus der Reaktionsenthalpie von Wasser bei der Betriebstemperatur des Elektrolyseurs 1. Dabei folgt: Wasser + Energie → Wasserstoff + Sauerstoff. Die Energie wird in Form von elektrischer Energie zur Verfügung gestellt, die dann in Wärmeenergie und chemische Energie umgewandelt wird.Hydrogen production by means of electrolysis of water requires electrical energy and heat energy for the separation of water. The energy required results from the reaction enthalpy of water at the operating temperature of the electrolyzer 1 , It follows: water + energy → hydrogen + oxygen. The energy is provided in the form of electrical energy, which is then converted into heat energy and chemical energy.

Eine galvanische Zelle auf Basis von Polymer-Elektrolyt-Membranen ist allgemein in zwei Zellhälften unterteilt, von denen die Polplatten 4, 5 jeweils ein Teil bilden. Für die Wasserelektrolyse ist auf der einen Seite (Anode) Wasser zuzuführen, welches in Sauerstoff und Wasserstoffkationen und Elektronen zerlegt wird: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e.A galvanic cell based on polymer electrolyte membranes is generally divided into two cell halves, of which the pole plates 4 . 5 each form a part. For the electrolysis of water, on one side (anode) water is to be supplied, which is decomposed into oxygen and hydrogen cations and electrons: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - .

Die Wasserstoffkationen werden durch die Membran 6 auf die andere Seite, die Kathode, transportiert und rekombinieren mit von außen zugeführten Elektronen zu Wasserstoff: 4H+ + 4e → 2H2.The hydrogen cations pass through the membrane 6 on the other side, the cathode, transports and recombines with externally supplied electrons to form hydrogen: 4H + + 4e - → 2H 2 .

Eine Zellspannung an den Polplatten 4, 5 des Elektrolyseurs 1, die an den Anschlüssen 20 angelegt wird (siehe 2) ergibt sich aus der minimal benötigten Zellspannung, die sich aus den Grundsätzen der Thermodynamik ableitet, und den Überspannungen (u. a. Aktivierungsüberspannung, Überspannung aufgrund ohmscher Widerstände). Derjenige Teil der Überspannung, der sich aufgrund der verwendeten Membran-Elektroden-Einheit 6 einstellt, ist direkt abhängig von der Membranstärke. Die nachfolgende Gleichung verdeutlicht, dass eine niedrigere Überspannung aufgrund des Membranwiderstandes eine niedrigere Zellspannung erforderlich macht. E = Eeq + ηact + ηR_el + ηR_Mem, wobei E die Zellspannung, Eeq die benötigte Zellspannung bei den vorherrschenden Umgebungsbedingungen, ηact die Aktivierungsüberspannung und ηR_el die Überspannung durch ohmsche Widerstände und ηR_Mem die Überspannung durch den Membranwiderstand ist.A cell voltage on the pole plates 4 . 5 of the electrolyzer 1 at the connections 20 is created (see 2 ) results from the minimum required cell voltage, which is derived from the principles of thermodynamics, and the overvoltages (including activation overvoltage, overvoltage due to ohmic resistances). The part of the overvoltage that is due to the membrane electrode unit used 6 is directly dependent on the membrane thickness. The following equation illustrates that a lower overvoltage due to membrane resistance requires a lower cell voltage. E = E eq + η act + η R_el + η R_Mem , where E is the cell voltage, E eq is the required cell voltage under the prevailing ambient conditions, η act is the activation overvoltage and η R_el is the overvoltage through ohmic resistors and η R_Mem is the overvoltage through the membrane resistor.

Beim Betrieb einer Elektrolyseurzelle ist dem zur Folge eine höhere Spannung anzulegen als minimal rechnerisch für die Wasserzersetzung notwendig ist. Die aus den internen Verlusten resultierenden Überspannungen können durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen im Vergleich zu üblichen Bauformen deutlich reduziert werden. Dabei reduziert der optimale Verpressdruck, bei dem der ohmsche Kontaktwiderstand minimal und dennoch eine ausreichende Medienzufuhr und Medienabfuhr gewährleistet wird, die ohmschen Verluste in der Zelle, und die Drucknachführung in den beiden Halbzellen erlaubt die Verwendung einer dünnen Membran mit reduziertem Membranwiderstand.When operating a Elektrolyseurzelle the result is to create a higher voltage than a minimum is mathematically necessary for the decomposition of water. The overvoltages resulting from the internal losses can be significantly reduced by the inventive measures in comparison to conventional designs. In this case, the optimum compression pressure, in which the ohmic contact resistance is minimized and nevertheless sufficient media supply and removal is ensured, reduces the ohmic losses in the cell, and the pressure reduction in the two half cells allows the use of a thin membrane with reduced membrane resistance.

Durch die Ausnutzung der Prinzipien von Nernst ist es möglich, den Ausgangsdruck der erzeugten Gase im Rahmen der mechanischen Eigenschaften der Komponenten einzustellen. Dieses Prinzip der isothermen Kompression hat energetische Vorteile gegenüber einer mechanischen Kompression.By exploiting the principles of Nernst, it is possible to adjust the outlet pressure of the gases produced within the framework of the mechanical properties of the components. This principle of isothermal compression has energy advantages over mechanical compression.

Im Betrieb der Elektrolyseurzelle 2 nach 1 wird gemäß der obigen Ausführungen in der zweiten Halbzelle 5a (Kathode) Wasserstoff H2 und in der ersten Halbzelle 4a (Anode) Sauerstoff O2 erzeugt, der jeweils in einen Druckspeicher (9, 10) geleitet wird (siehe 2). Gemeinsam mit dem Sauerstoff O2 tritt auch nicht aufgespaltenes Wasser H2O aus der einen Halbzelle 4a aus.In operation of the electrolyzer cell 2 to 1 becomes in the second half-cell according to the above statements 5a (Cathode) hydrogen H 2 and in the first half-cell 4a (Anode) oxygen O 2 generated, each in an accumulator ( 9 . 10 ) is directed (see 2 ). Together with the oxygen O 2 , undissolved water H 2 O also comes out of the one half cell 4a out.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes System, in dem der Elektrolyseur 1 gemäß 1 integriert ist. 2 shows a system according to the invention, in which the electrolyzer 1 according to 1 is integrated.

Über eine Pumpe 15 wird der Elektrolyseurzelle 2 Wasser bereitgestellt, die von dieser in Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 gespalten wird. Der entstehende Wasserstoff H2 sammelt sich in der nicht dargestellten Kanalstruktur der Kathodenpolplatte 5, die an ihrem Ausgang über eine entsprechende Verrohrung mit einem Druckbehälter 9, beispielsweise eine konventionelle Gasflasche, in Verbindung steht, in die der Wasserstoff H2 eingeleitet wird. In der besagten Verrohrung liegt ein Absperrventil 16b, das in der Regel Teil der Gasflaschenarmatur ist. In der zweiten Halbzelle 5a, der Verrohrung und der Gasflasche herrscht der Druck p2, der über einen Sensor 17b gemessen wird.About a pump 15 becomes the electrolyzer cell 2 Water, which is split by this into hydrogen H 2 and oxygen O 2 . The resulting hydrogen H 2 collects in the channel structure of the cathode pole plate, not shown 5 , which at its exit over an appropriate piping with a pressure vessel 9 , For example, a conventional gas cylinder, is in communication, in which the hydrogen H 2 is introduced. In the said piping is a shut-off valve 16b , which is usually part of the gas cylinder fitting. In the second half cell 5a , the piping and the gas cylinder prevails the pressure p2, which is via a sensor 17b is measured.

Des Weiteren sammelt sich der entstehende Sauerstoff O2 in einer nicht dargestellten Kanalstruktur der Anodenpolplatte 4, die an ihrem Ausgang ebenfalls über eine entsprechende Verrohrung zu einem Behälter verfügt. Dabei wird über diese Kanalstruktur nicht nur der entstehende Sauerstoff O2 sondern auch das nicht verbrauchte Wasser H2O befördert. Hinter dem Ausgang folgt deshalb eine Medientrennung in einem Behälter 30, in dem das Wasser 14 gesammelt wird. Wie in 2 dargestellt, kann aus diesem Behälter 30 das Wasser 14 durch die Pumpe 15 der Elektrolyseurzelle 2 wieder zur Verfügung gestellt werden. Der Sauerstoff O2 sammelt sich in dem Behälter 30 oberhalb des Wassers und wird über ein Ventil 16a in einen weiteren Druckbehälter 10 eingeleitet, der auch hier beispielsweise eine konventionelle Gasflasche sein kann. In der ersten Halbzelle 4a, der Verrohrung zum Behälter 30, im oberen Teil des Behälters 30 sowie in der Gasflasche 10 herrscht der Druck p1, der über einen ersten Sensor 17a überwacht wird. Aus einem separaten Vorratsbehälter 21 wird Wasser über ein Ventil 16c in den Behälter 30 geleitet.Furthermore, the resulting oxygen O 2 accumulates in a channel structure, not shown, of the anode pole plate 4 , which also has at its output via a corresponding piping to a container. In this case, not only the resulting oxygen O 2 but also the unused water H 2 O is conveyed through this channel structure. Behind the exit therefore follows a media separation in a container 30 in which the water 14 is collected. As in 2 shown, can from this container 30 the water 14 through the pump 15 the electrolyzer cell 2 be made available again. The oxygen O 2 accumulates in the container 30 above the water and is via a valve 16a in another pressure vessel 10 introduced, which can also be a conventional gas cylinder here, for example. In the first half cell 4a , the piping to the tank 30 , in the upper part of the container 30 as well as in the gas bottle 10 the pressure p1 prevails, which via a first sensor 17a is monitored. From a separate storage container 21 will water over a valve 16c in the container 30 directed.

Erfindungsgemäß wird nun der Druck p1 in der ersten Halbzelle 4a und der Druck p2 in der zweiten Halbzelle 5a im Wesentlichen gleich gehalten. Hierzu dient der Behälter 30 als Druckausgleichsbehälter. Um einen Druckausgleich zu erreichen, ist der Behälter 30 in einen oberen Raumbereich 30a und einen unteren Raumbereich 30b geteilt, wobei diese Trennung durch eine elastische Membran 13 erreicht wird. Der obere Raumbereich 30a ist kommunizierend mit der ersten Halbzelle 4a, der untere Raumbereich 30b ist kommunizierend mit der zweiten Halbzelle 5a verbunden, so dass im oberen Raumbereich 30a der Druck p1 in der Anodenhalbzelle 4a und im unteren Raumbereich 30b der Druck p2 in der Kathodenhalbzelle 5a vorliegt.According to the invention, the pressure p1 is now in the first half-cell 4a and the pressure p2 in the second half cell 5a essentially the same. For this purpose, the container is used 30 as a surge tank. To achieve pressure equalization, the container is 30 in an upper room area 30a and a lower room area 30b divided, this separation by an elastic membrane 13 is reached. The upper room area 30a is communicating with the first half cell 4a , the lower room area 30b is communicating with the second half cell 5a connected so that in the upper room area 30a the pressure p1 in the anode half cell 4a and in the lower room area 30b the pressure p2 in the cathode half cell 5a is present.

Alternativ zu der elastischen Membran 13 kann auch ein Ballon verwendet werden, wie er üblicherweise bei Heizungsanlagen als hydraulischer Ausgleich bekannt ist. Würde der Druck p2 beispielsweise in der Kathodenhalbzelle 5a steigen, so dass die Membran-Elektroden-Einheit 6 zwischen den Polplatten 4, 5 zur Anodenpolplatte 4 gedrückt wird, würde gleichzeigt die Membran 13 im Druckausgleichsbehälter 30 in den oberen Raumbereich 30a gedrückt werden, so dass der Druck p1 im oberen Raumbereich 30a und damit in der Anodenhalbzelle 4a erhöht wird. Hierdurch wird einer Aufwölbung der Membran-Elektroden-Einheit 6 zur Anodenpolplatte 4 entgegengewirkt.Alternative to the elastic membrane 13 can also be used a balloon, as is commonly known in heating systems as hydraulic compensation. If the pressure p2, for example, in the cathode half-cell 5a soar, leaving the membrane-electrode unit 6 between the pole plates 4 . 5 to the anode pole plate 4 is pressed, the membrane would be the same 13 in the surge tank 30 in the upper room area 30a be pressed so that the pressure p1 in the upper room area 30a and thus in the anode half cell 4a is increased. As a result, a bulge of the membrane-electrode unit 6 to the anode pole plate 4 counteracted.

In der Ausführungsvariante gemäß 2 wird zudem der Druck p3 im Behälter 3 in Abhängigkeit des nivellierten Drucks p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a durch eine regelungstechnische Druckregelung nachgeführt. Dies erfolgt wie nachfolgend erläutert:
Für die Funktionsfähigkeit und für einen hohen Wirkungsgrad der Elektrolyseurzelle 2 ist es erforderlich, dass die Halbzellen 4a, 5a verpresst werden, d. h. die Polplatten 4, 5 gegen die Membran-Elektroden-Einheit 6 drücken. Dies erfolgt dadurch, dass der Druck p3 in dem die Elektrolyseurzelle 2 umgebenden Behälter 3 stets höher ist als der Druck p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a ist. Anderenfalls würde sich die Polplatten 4, 5 von der Membran-Elektroden-Einheit 6 lösen und in den Behälter aufblähen. Steigt der Druck p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a muss daher der Druck p3 im Behälter 3 nachgeführt werden. Dies erfolgt regelungstechnisch über eine entsprechende Druckregelungseinheit 19.
In the embodiment according to 2 In addition, the pressure p3 in the container 3 depending on the leveled pressure p1, p2 in the half cells 4a . 5a tracked by a control engineering pressure control. This is done as follows:
For the functionality and high efficiency of the electrolyzer cell 2 it is necessary that the half cells 4a . 5a be pressed, ie the pole plates 4 . 5 against the membrane-electrode unit 6 to press. This is done by the pressure p3 in which the electrolyzer cell 2 surrounding container 3 is always higher than the pressure p1, p2 in the half cells 4a . 5a is. Otherwise, the pole plates would 4 . 5 from the membrane-electrode unit 6 loosen and inflate into the container. If the pressure p1, p2 in the half cells increases 4a . 5a must therefore the pressure p3 in the container 3 be tracked. This is done by control technology via a corresponding pressure control unit 19 ,

Dabei wird der Druck p3 im Innenraum 8 des Behälters 3 mittels eines Sensors 17c und einer der Drücke p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5b mittels zumindest eines weiteren Sensors 17a und/oder 17b gemessen. Da die Drücke p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a gleich gehalten werden, ist es nicht erforderlich, beide Drücke p1, p2 zu messen. Dennoch kann aus Sicherheitsgründen eine Überwachung des Drucks in der entsprechend anderen Halbzelle erfolgen. Wie in 2 dargestellt, wird der Druckregelung 19 der gemessene Druck p2 in der Kathodenhalbzelle 5a und der gemessene Druck p3 im Behälterinnenraum 8 zugeführt. In Abhängigkeit der Differenz zwischen diesen Drücken p2, p3 führt die Druckregelung 19 den Druck p3 im Behälter 3 nach, so dass eine vorgegebene Druckdifferenz Δp gehalten oder zumindest ein Druckdifferenzbereich eingehalten wird.At the same time, the pressure p3 in the interior becomes 8th of the container 3 by means of a sensor 17c and one of the pressures p1, p2 in the half cells 4a . 5b by means of at least one further sensor 17a and or 17b measured. Since the pressures p1, p2 in the half cells 4a . 5a are held equal, it is not necessary to measure both pressures p1, p2. Nevertheless, for security reasons, the pressure in the corresponding other half cell can be monitored. As in 2 shown, the pressure control 19 the measured pressure p2 in the cathode half cell 5a and the measured pressure p3 in the container interior 8th fed. Depending on the difference between these pressures p2, p3 performs the pressure control 19 the pressure p3 in the tank 3 to, so that a predetermined pressure difference .DELTA.p is maintained or at least a pressure difference range is maintained.

Die Änderung des Drucks p3 im Behälter erfolgt durch ein Stellmittel 12, das von der Druckregelung 19 angesteuert wird. Das Stellmittel 12 wirkt als Volumenverdrängungssystem und umfasst ein Stellmotor, der einen Kolben oder eine Schraube in den Innenraum 8 des Behälters 3 hineinbewegt und dessen Volumen somit reduziert. Dies führt zu einer Druckerhöhung. Die Schraube liegt zu einem Teil in einer Bohrung in der Behälterwand ein und wird von einem Gewinde der Bohrung geführt, wobei sie teilweise in den Behälter 3 hineinragt. Wird diese Schraube in den Innenraum 8 des Behälters 3 hineingedreht, verringert sich sein Volumen und der Innendruck p3 erhöht sich. Die Schraube ist durch den Stellmotor elektromotorisch betrieben, wobei der Elektromotor die Stellposition der Schraube einstellt. Die entsprechende Ansteuerung erfolgt über elektrische Anschlüsse 18, siehe 1.The change in the pressure p3 in the container is made by an actuating means 12 that of the pressure control 19 is controlled. The adjusting agent 12 acts as a volume displacement system and includes a servomotor, a piston or a screw in the interior 8th of the container 3 moved in and thus reduces its volume. This leads to an increase in pressure. The screw is partly in a bore in the container wall and is guided by a thread of the bore, being partially in the container 3 protrudes. Will this screw in the interior 8th of the container 3 screwed into it, its volume decreases and the internal pressure p3 increases. The screw is operated by the servo motor electric motor, wherein the electric motor adjusts the position of the screw. The appropriate control is via electrical connections 18 , please refer 1 ,

3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems. Der Behälter 3 weist hier eine Nebenkammer 40 auf, die über eine von einem elastischen Membranelement 42 verschlossene Öffnung 41 mit dem Innenraum 8 des Behälters 3 verbunden ist. Das Membranelement 42 wird in den Innenraum 8 des Behälters 3 hineingedrückt. Der Innenraum der Nebenkammer 40 ist kommunizierend mit der ersten Halbzellen 4a verbunden. Im Betrieb des Elektrolyseurs 1 wird Sauerstoff aus der ersten Halbzelle 4a in die Nebenkammer 40 eingeleitet. Damit entspricht der Druck p4 in der Nebenkammer 40 dem Druck p1 in dieser Halbzelle 4a. Erhöht sich nun der Druck p1 in der Halbzelle 4a, erhöht sich ebenfalls der Druck p4 in der Nebenkammer 40. Dies bewirkt, dass sich das Membranelement 42 in den Innenraum 8 des Behälters 3 ausdehnt. Das Volumen der Nebenkammer 40 vergrößert sich dadurch, wohingegen das Volumen im Innenraum 8 des Behälters 3 verringert wird. Hierdurch wird das Medium im Behälterinnenraum 8 stärker komprimiert und der Druck p3 im Behälterinnenraum 8 steigt. Da dieser Druck p3 gegenüber dem Druck p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a größer sein muss, um die Halbzellen 4a, 5a zu verpressen, ist es erforderlich, das Membranelement 42 vorzuspannen. Dies erfolgt durch eine Druckfeder 43 mit einer entsprechenden Federkraft FF, die sich an der dem Membranelement 42 gegenüberliegenden Innenwand der Nebenkammer 40 abstützt und das Membranelement 42 in Richtung des Innenraums 8 des Behälters 3 drückt. An dem Membranelement 42 liegt dann an der einen Seite in der Nebenkammer 40 die Kraft der Feder 43 und der Druck p4, der dem Druck p1 entspricht, an und an der anderen Seite im Innenraum 8 des Behälters 3 der Druck p3 an. Es gilt FF + p4·A1 = p3·A2, wobei A1, die nebenkammerseitige Fläche des Membranelements 42 ist und A2, die Fläche des Membranelements 42 ist, auf die der Druck p3 wirkt. Die beiden Flächen sind in 3 annähernd gleich groß. 3 shows a further embodiment of the system according to the invention. The container 3 here has a side chamber 40 on top of one of an elastic membrane element 42 closed opening 41 with the interior 8th of the container 3 connected is. The membrane element 42 gets into the interior 8th of the container 3 pushed. The interior of the side chamber 40 is communicating with the first half cells 4a connected. In operation of the electrolyzer 1 becomes oxygen from the first half cell 4a in the side chamber 40 initiated. This corresponds to the pressure p4 in the secondary chamber 40 the pressure p1 in this half cell 4a , Now increases the pressure p1 in the half cell 4a , the pressure p4 in the secondary chamber also increases 40 , This causes the membrane element 42 in the interior 8th of the container 3 expands. The volume of the secondary chamber 40 increases thereby, whereas the volume in the interior 8th of the container 3 is reduced. As a result, the medium in the container interior 8th more compressed and the pressure p3 in the container interior 8th increases. Since this pressure p3 against the pressure p1, p2 in the half cells 4a . 5a must be larger, around the half-cells 4a . 5a it is necessary to press the membrane element 42 pretension. This is done by a compression spring 43 with a corresponding spring force FF, which is at the membrane element 42 opposite inner wall of the secondary chamber 40 supports and the membrane element 42 in the direction of the interior 8th of the container 3 suppressed. On the membrane element 42 then lies on one side in the secondary chamber 40 the power of the spring 43 and the pressure p4, which corresponds to the pressure p1, on and on the other side in the interior 8th of the container 3 the pressure p3 on. It is FF + p4 · A1 = p3 · A2, where A1, the side chamber side surface of the membrane element 42 and A2, the area of the membrane element 42 is, on which the pressure p3 acts. The two surfaces are in 3 almost the same size.

Die Nebenkammer 40 ist mit der ersten Halbzelle 4a verbunden. Da aus dieser sowohl Sauerstoff O2 als auch Wasser H2O austritt, das als Edukt dem Elektrolyseprozess wieder zugeführt wird, dient die Nebenkammer 40 gleichzeitig als Auffangbehälter für dieses Wasser und zur Medientrennung (Sauerstoff, Wasser) sowie als Zwischenbehälter zwischen dem Wasservorratsbehälter 21 und der Elektrolyseurzelle 2. Es wird von diesem Vorratsbehälter 21 Wasser in die Nebenkammer 40 gepumpt und von der Nebenkammer 40 Wasser in die erste Halbzelle 4a gepumpt.The secondary chamber 40 is with the first half cell 4a connected. Since both oxygen O 2 and water H 2 O exit from this, which is fed back into the electrolysis process as starting material, the secondary chamber serves 40 at the same time as a collecting container for this water and for separating media (oxygen, water) as well as an intermediate container between the water reservoir 21 and the electrolyzer cell 2 , It is from this reservoir 21 Water in the side chamber 40 pumped and from the side chamber 40 Water in the first half cell 4a pumped.

Auf die vorbeschriebene Weise kann der Wasserstoff H2 bei einem Druckniveau oberhalb atmosphärischer Bedingungen bereitgestellt werden, ohne eine zusätzliche, mechanische Kompressorstufe zu verwenden. Durch den Druckausgleich zwischen den Halbzellen 4a, 5a können dünnere Membranen mit günstigeren Eigenschaften zur Wasserelektrolyse genutzt werden. Zudem ist es durch die integrierte Verpressung der Elektrolyseurzelle möglich, den Gasdruck der erzeugten Prozessgase nahezu beliebig zu erhöhen. Eine nachgeschaltete zusätzliche mechanische Kompression der Gase kann entfallen.In the manner described above, the hydrogen H 2 can be provided at a pressure level above atmospheric conditions without using an additional mechanical compressor stage. By the pressure balance between the half cells 4a . 5a Thinner membranes with more favorable properties for water electrolysis can be used. In addition, the integrated pressing of the electrolyzer cell makes it possible to increase the gas pressure of the generated process gases almost arbitrarily. A downstream additional mechanical compression of the gases can be omitted.

Erfindungsgemäß wird folglich über eine intelligente, kaskadierte Regelung zunächst der Druck p1 der Anodenseite 4a und der Druck p2 der Kathodenseite 5a überwacht und geregelt, sodass sich in beiden Zellhälften 4a, 5a der gleiche Druck einstellt, p1 = p2. Darauf aufbauend wird der Druck p3 im Druckbehälter 3, der die Einzelzellen 4a, 5a umschließt, mit einem Stellmittel 12 nachgeführt, das als geregeltes mechanisches Volumenverdrängungssystem ausgebildet ist. Die Nachführung erfolgt derart, das ein definierter vorgegebener Druckgradient Δp gemäß Δp = p3 – p1 bzw. Δp = p3 – p2, wenn p1 = p2 gilt, einstellt wird. Damit wird sichergestellt, dass die Zelle 2 weiterhin verpresst wird, wenn der Druck p1, p2 in den Halbzellen 4a, 5a steigt. Der Druckgradient oder Differenzdruck Δp ist so zu wählen (je nach verwendeten Komponenten bis 10 bar), dass eine optimale Verpressung der Polplatten 4, 5 mit der Membran-Elektroden-Einheit 6 über dem gesamten Last- und Betriebsbereich des Elektrolyseurs 1 gewährleistet wird.In accordance with the invention, therefore, the pressure p1 of the anode side is initially determined via an intelligent, cascaded control 4a and the pressure p2 of the cathode side 5a monitored and regulated, so that in both cell halves 4a . 5a the same pressure is set, p1 = p2. Based on this, the pressure p3 in the pressure vessel 3 that the single cells 4a . 5a encloses, with an adjusting agent 12 tracked, which is designed as a regulated mechanical volume displacement system. The tracking takes place in such a way that a defined predetermined pressure gradient Δp is set according to Δp = p3-p1 or Δp = p3-p2, if p1 = p2. This will ensure that the cell 2 continues to be squeezed when the pressure p1, p2 in the half-cells 4a . 5a increases. The pressure gradient or differential pressure Ap is to be selected (depending on the components used up to 10 bar), that optimum pressing of the pole plates 4 . 5 with the membrane-electrode unit 6 over the entire load and operating range of the electrolyzer 1 is guaranteed.

Mit diesem Prinzip ist es möglich, den mit dem Elektrolyseur 1 erzielbaren Prozessgasdruck beliebig zu steigern. Limitierender Faktor hierbei ist die mechanische Stabilität des Druckbehälters 3, der Verrohrung, der Pumpe 15, der Druckausgleicheinrichtung 30 und der Druckbehälter 10 und 9.With this principle it is possible to use the electrolyser 1 Achieve achievable process gas pressure as desired. Limiting factor here is the mechanical stability of the pressure vessel 3 , the piping, the pump 15 , the pressure compensation device 30 and the pressure vessel 10 and 9 ,

Durch die erfindungsgemäße Methode der Druckerhöhung in direkter Kombination mit den Prozessgasdrücken ergeben sich folgende Vorteile gegenüber konventionellen Elektrolyseur-Konzepten mit zusätzlich angeschlossenen mechanischen und/oder chemischen Kompressionsstufen:

  • 1. Die über der Zellmembran anliegende Druckdifferenz zwischen Anode und Kathode, die so gering wie möglich gehalten wird, ermöglicht den Einsatz dünnerer Membranen als allgemein bei Elektrolyseuren üblich, die Wasserstoff bei einem Druckniveau oberhalb atmosphärischer Bedingungen bereitstellen. Die Membranstärke d ist neben der Stromdichte i und dem Wassergehalt der Membran λ maßgeblich für die parasitären Überspannungen und damit einhergehenden Verluste verantwortlich (ηCCM = η(d, λ, i)). λ ist ein Maß für die Befeuchtung der Membran. Bei der beschriebenen Ausführungsvariante ist eine Seite der Zelle mit Wasser geflutet und damit die Befeuchtung der Membran stets 100%.
  • 2. Durchgeführte Beispielrechnungen zeigen, dass gerade bei kleinen Baugrößen bei der hier beschriebenen Kompressionstechnik höhere Wirkungsgrade erzielt werden können als bei der Verwendung von nachgeschalteten, mechanischen Kompressoren.
  • 3. Der erfindungsgemäße Elektrolyseur besitzt eine kompakte Bauweise, da die Elektrolyseurzelle und das Stellmittel zur Erhöhung des Drucks im Behälter gemeinsam in diesem Behälter integriert sind.
  • 4. Es wird kein Kompressor benötigt.
  • 5. Die Anlage kann geräuschlos betrieben werden.
  • 6. Druckspeicher die für unterschiedliche Drücke ausgelegt sind können direkt betankt werden.
The method according to the invention of increasing the pressure in direct combination with the process gas pressures affords the following advantages over conventional electrolyzer concepts with additionally connected mechanical and / or chemical compression stages:
  • 1. The pressure differential across the cell membrane between anode and cathode, which is kept as low as possible, allows the use of thinner membranes than is common in electrolysers that provide hydrogen at a pressure level above atmospheric conditions. The membrane thickness d is in addition to the current density i and the water content of the membrane λ significantly responsible for the parasitic overvoltages and associated losses (η CCM = η (d, λ, i)). λ is a measure of the humidification of the membrane. In the described embodiment, one side of the cell is flooded with water and thus the humidification of the membrane is always 100%.
  • 2. Example calculations performed show that higher efficiency can be achieved with the compression technique described here, especially with small sizes, than with the use of downstream mechanical compressors.
  • 3. The electrolyzer according to the invention has a compact design, since the Elektrolyseurzelle and the adjusting means for increasing the pressure in the container are integrated together in this container.
  • 4. No compressor is needed.
  • 5. The system can be operated noiselessly.
  • 6. Accumulators are designed for different pressures can be refueled directly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrolyseurelectrolyzer
22
ElektrolyseurzelleElektrolyseurzelle
33
Behälter/DruckbehälterTank / pressure vessel
44
Polplatte, AnodePole plate, anode
4a4a
erste Halbzelle, Anodenseitefirst half cell, anode side
55
Polplatte, KathodePole plate, cathode
5a5a
erste Halbzelle, Anodenseitefirst half cell, anode side
66
Membran-Elektroden-EinheitMembrane-electrode assembly
77
GasdiffusionslageGas diffusion layer
88th
Innenraum des Behälters 3 Interior of the container 3
99
Druckspeicher für WasserstoffPressure accumulator for hydrogen
1010
Druckspeicher für SauerstoffPressure accumulator for oxygen
1111
elastische Ummantelung der Elektrolyseurzelleelastic sheathing of the electrolyzer cell
1212
Stellmittelactuating means
1313
Membranmembrane
1414
Wasserwater
1515
Pumpepump
16a, 16b, 16c16a, 16b, 16c
Ventilevalves
17a, 17b, 17c17a, 17b, 17c
Drucksensorenpressure sensors
1818
elektrische Anschlüsse des Stellgliedselectrical connections of the actuator
1919
DruckregelungseinheitPressure control unit
2020
elektrische Anschlüsse des Elektrolyseurselectrical connections of the electrolyzer
2121
Vorratsbehälterreservoir
3030
DruckausgleichseinrichtungPressure compensator
30a30a
oberer Raumbereich der DruckausgleichseinrichtungUpper space area of the pressure compensation device
30b30b
unterer Raumbereich der Druckausgleichseinrichtunglower area of the pressure compensation device
4040
Nebenkammersecondary chamber
4141
Öffnungopening
4242
Membranelementmembrane element
4343
Vorspannung erzeugendes Mittel, FederBiasing means, spring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009057494 A1 [0002, 0009, 0050] DE 102009057494 A1 [0002, 0009, 0050]
  • DE 1930116 A [0008] DE 1930116 A [0008]
  • DE 10003528 A1 [0008] DE 10003528 A1 [0008]
  • DE 102009017779 A1 [0009] DE 102009017779 A1 [0009]

Claims (18)

Verfahren zum Betreiben eines Elektrolyseurs (1) mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle (2), die im Innenraum (8) eines unter Druck (p3) stehenden Behälters (3) zumindest teilweise einliegt und gegenüber dem Innenraum (8) geschlossen ist, wobei die Elektrolyseurzelle (2) zwei Polplatten (4, 5) umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit (6) derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle (2) in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle (4a) und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle (5a) geteilt ist, wobei die Polplatten (4, 5) durch den Druck (p3) im Behälter (3) gegen die Membran-Elektroden-Einheit (6) gepresst werden, und im Betrieb der Elektrolyseurzelle (2) in der ersten Halbzelle (4a) Sauerstoff und in der zweiten Halbzelle (5a) Wasserstoff erzeugt wird, der über jeweils einen Ausgang der Elektrolyseurzelle (2) in jeweils einen Druckspeicher (9, 10) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p1) in der ersten Halbzelle (4a) und der Druck (p2) in der zweiten Halbzelle (4b) im Wesentlichen gleich gehalten werden, und dass der Druck (p3) im Behälter (3) dem Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) nachgeführt wird.Method for operating an electrolyzer ( 1 ) with at least one electrolyzer cell ( 2 ) in the interior ( 8th ) of a container under pressure (p3) ( 3 ) at least partially rests and with respect to the interior ( 8th ), the electrolyzer cell ( 2 ) two pole plates ( 4 . 5 ) between which a membrane-electrode unit ( 6 ) is arranged such that the electrolyzer cell ( 2 ) in a first, an anode forming half-cell ( 4a ) and a second, a cathode forming half-cell ( 5a ), the pole plates ( 4 . 5 ) by the pressure (p3) in the container ( 3 ) against the membrane electrode assembly ( 6 ) and in operation of the electrolyzer cell ( 2 ) in the first half cell ( 4a ) Oxygen and in the second half cell ( 5a ) Hydrogen is generated, which in each case via an outlet of the electrolyzer cell ( 2 ) in each case an accumulator ( 9 . 10 ), characterized in that the pressure (p1) in the first half cell ( 4a ) and the pressure (p2) in the second half cell ( 4b ) are kept substantially the same, and that the pressure (p3) in the container ( 3 ) the pressure (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ) is tracked. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichhalten der Drücke (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) regelungstechnisch erfolgt, wobei die Drücke (p1, p2) gemessen werden und der eine Druck entsprechend des als Sollwertvorgabe dienenden anderen Drucks eingeregelt wird.Method according to claim 1, characterized in that the equalization of the pressures (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ) is carried out by control technology, wherein the pressures (p1, p2) are measured and the one pressure is adjusted in accordance with the other pressure serving as setpoint specification. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drücke (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) mittels einer externen hydraulischen Druckausgleichseinrichtung (30), mit der die Ausgänge der Elektrolyseurzelle (2) kommunizieren, einander angeglichen werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the pressures (p1, p2) (in the half-cell 4a . 5a ) by means of an external hydraulic pressure compensation device ( 30 ), with which the outputs of the electrolyzer cell ( 2 ) communicate, be aligned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3) im Behälter (3) erhöht wird, wenn der Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) steigt, und/oder reduziert wird, wenn der Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) sinkt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure (p3) in the container ( 3 ) is increased when the pressure (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ) increases and / or is reduced when the pressure (p1, p2) in the half-cells ( 4a . 5a ) sinks. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3) im Behälter (3) durch Änderung des Volumens seines Innenraums (8) verändert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure (p3) in the container ( 3 ) by changing the volume of its interior ( 8th ) is changed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckausgleich zwischen den Halbzellen (4a, 5a) dadurch erreicht wird, dass ein höherer Druck in der einen Halbzelle durch kontrolliertes Ablassen von Gas aus dieser Halbzelle abgebaut wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure equalization between the half-cells ( 4a . 5a ) is achieved by reducing a higher pressure in the one half-cell by controlled discharge of gas from this half-cell. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3) im Behälter (3) durch Änderung der Menge des im Behälter (3) vorhandenen Mediums eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure (p3) in the container ( 3 ) by changing the amount in the container ( 3 ) existing medium is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p3) im Behälter (3) derart proportional geregelt wird, dass eine vorgegebene Druckdifferenz (Δp) zwischen dem Druck (p3) im Behälter (3) und dem Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) eingehalten wird, oder dass ein vorgegebener Druckdifferenzbereich eingehalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure (p3) in the container ( 3 ) is controlled proportionally such that a predetermined pressure difference (Δp) between the pressure (p3) in the container ( 3 ) and the pressure (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ) is maintained, or that a predetermined pressure difference range is maintained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff und der Sauerstoff ohne einen zusätzlichen Kompressor in den entsprechenden Druckspeicher (9, 10) geleitet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen and the oxygen without an additional compressor in the corresponding pressure accumulator ( 9 . 10 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Innenraums (8) des Behälters (3) mittels eines volumenverdrängenden mechanischen Stellgliedes (12) eingestellt wird.Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that the volume of the interior ( 8th ) of the container ( 3 ) by means of a volume-displacing mechanical actuator ( 12 ) is set. System zum Betreiben eines Elektrolyseurs (1) mit wenigstens einer Elektrolyseurzelle (2), die im Innenraum (8) eines unter Druck (p3) stehenden Behälters (3) zumindest teilweise einliegt und zwei Polplatten (4, 5) umfasst, zwischen denen eine Membran-Elektroden-Einheit (6) derart angeordnet ist, dass die Elektrolyseurzelle (2) in eine erste, eine Anode bildende Halbzelle (4a) und eine zweite, eine Kathode bildende Halbzelle (5a) geteilt ist, wobei die Polplatten (4, 5) durch den Druck (p3) im Behälter (3) gegen die Membran-Elektroden-Einheit (6) gepresst werden, und im Betrieb der Elektrolyseurzelle (2) in der ersten Halbzelle (4a) Sauerstoff und in der zweiten Halbzelle (5a) Wasserstoff erzeugbar ist, der über jeweils einen Ausgang der Halbzellen (4a, 5a) in jeweils einen Druckspeicher (9, 10) einleitbar ist, gekennzeichnet durch – Mittel (30) zum Ausgleichen des Drucks (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) und – Mittel (12, 17a, 17b, 17c; 40, 42) zur Nachführung des Drucks (p3) im Gehäuse (3) in Abhängigkeit des Drucks (p1, p2) in zumindest einer der Halbzellen (4a, 5a).System for operating an electrolyzer ( 1 ) with at least one electrolyzer cell ( 2 ) in the interior ( 8th ) of a container under pressure (p3) ( 3 ) at least partially rests and two pole plates ( 4 . 5 ) between which a membrane-electrode unit ( 6 ) is arranged such that the electrolyzer cell ( 2 ) in a first, an anode forming half-cell ( 4a ) and a second, a cathode forming half-cell ( 5a ), the pole plates ( 4 . 5 ) by the pressure (p3) in the container ( 3 ) against the membrane electrode assembly ( 6 ) and in operation of the electrolyzer cell ( 2 ) in the first half cell ( 4a ) Oxygen and in the second half cell ( 5a ) Hydrogen is generated, which in each case via an output of the half-cells ( 4a . 5a ) in each case an accumulator ( 9 . 10 ), characterized by - means ( 30 ) for equalizing the pressure (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ) and - means ( 12 . 17a . 17b . 17c ; 40 . 42 ) for tracking the pressure (p3) in the housing ( 3 ) as a function of the pressure (p1, p2) in at least one of the half cells ( 4a . 5a ). System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Ausgleichen des Drucks (p1, p2) zwischen den Halbzellen (4a, 5a) durch einen Druckausgleichsbehälter (30) mit zwei Raumbereichen (30a, 30b) gebildet sind, wobei jeweils eine Druckleitung von den Halbzellen (4a, 5a) in einen der Raumbereiche (30a, 30b) mündet und die Raumbereiche (30a, 30b) durch eine elastische Membran (13) voneinander getrennt sind.System according to claim 11, characterized in that the means ( 30 ) for equalizing the pressure (p1, p2) between the half-cells ( 4a . 5a ) through a surge tank ( 30 ) with two spatial areas ( 30a . 30b ) are formed, wherein in each case a pressure line from the half-cells ( 4a . 5a ) in one of the room areas ( 30a . 30b ) and the room areas ( 30a . 30b ) by an elastic membrane ( 13 ) are separated from each other. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Nachführung des Drucks (p3) im Behälter (3) – wenigstens ein erstes Mittel (17a) zur Erfassung des Drucks (p1, p2) in einer der Halbzellen (4a, 5a), – wenigstens ein zweites Mittel (17b) zur Erfassung des Drucks (p3) im Innenraum (8) des Behälters (3), – zumindest ein Stellmittel (12, 43) zur Änderung des Drucks (p3) im Innenraum (8) des Gehäuses (3) und – eine Regeleinrichtung (19) zur Einstellung des Stellmittels (12) in Abhängigkeit der Druckdifferenz (Δp) zwischen dem Druck (p3) im Behälter (3) und dem Druck (p1, p2) in den Halbzellen (4a, 5a) umfassen. System according to claim 11 or 12, characterized in that the means for tracking the pressure (p3) in the container ( 3 ) - at least a first means ( 17a ) for detecting the pressure (p1, p2) in one of the half cells ( 4a . 5a ), - at least a second means ( 17b ) for detecting the pressure (p3) in the interior ( 8th ) of the container ( 3 ), - at least one actuating means ( 12 . 43 ) for changing the pressure (p3) in the interior ( 8th ) of the housing ( 3 ) and - a control device ( 19 ) for adjusting the actuating means ( 12 ) as a function of the pressure difference (Δp) between the pressure (p3) in the container ( 3 ) and the pressure (p1, p2) in the half cells ( 4a . 5a ). System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (12) dazu eingerichtet ist, Volumen des Innenraums (8) des Behälters (3) zu verdrängen.System according to claim 13, characterized in that the actuating means ( 12 ) is adapted to volume of the interior ( 8th ) of the container ( 3 ) to displace. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40, 42) zur Nachführung des Drucks (p3) im Gehäuse (3) von einer Nebenkammer (40) des Behälters (3) und einem elastischem Membranelement (43) gebildet sind, wobei die Nebenkammer (40) über eine von dem Membranelement verschlossenen Öffnung (41) mit dem Innenraum (8) des Behälters (3) verbunden ist, und der Innenraum der Nebenkammer (40) kommunizierend mit einer der Halbzellen (4a, 5a) verbunden ist.System according to one of claims 11 to 14, characterized in that the means ( 40 . 42 ) for tracking the pressure (p3) in the housing ( 3 ) from a secondary chamber ( 40 ) of the container ( 3 ) and an elastic membrane element ( 43 ), wherein the secondary chamber ( 40 ) via a closed by the membrane element opening ( 41 ) with the interior ( 8th ) of the container ( 3 ), and the interior of the secondary chamber ( 40 ) communicating with one of the half-cells ( 4a . 5a ) connected is. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nebenkammer Mittel (43) zur Vorspannung des Membranelements (42) angeordnet sind.System according to claim 15, characterized in that in the secondary chamber means ( 43 ) for biasing the membrane element ( 42 ) are arranged. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbzelle (4a) mit der Nebenkammer (40) kommunizierend verbunden ist.System according to claim 15 or 16, characterized in that the first half cell ( 4a ) with the secondary chamber ( 40 ) is communicatively connected. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbzelle (5a) mit der Nebenkammer (40) kommunizierend verbunden ist.System according to claim 15 or 16, characterized in that the second half cell ( 5a ) with the secondary chamber ( 40 ) is communicatively connected.
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