DE102012112559B3

DE102012112559B3 - Elektrolyseur-Anordnung

Info

Publication number: DE102012112559B3
Application number: DE201210112559
Authority: DE
Inventors: Joachim Löffler; Uwe Eckardt; Rolf Schicke
Original assignee: Kumatec Sondermaschb & Kunststoffverarbeitung GmbH; Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung GmbH
Current assignee: Avx/kumatec Hydrogen & Co Kg De GmbH
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2032-12-19

Abstract

Elektrolyseur-Anordnung (10) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der elektrochemischen Zersetzung eines Elektrolyten mit einem Druckbehälter (12) und einen aus einem ersten Rohr (14) und einem zweiten Rohr (16) sowie einem zwischen dem ersten und zweiten Rohr (14; 16) angeordneten Diaphragma (18) bestehenden Elektrolyseur (20), wobei der Elektrolyseur (20) vollständig von einem isolierenden Fluid (60) umgeben in dem Druckbehälter (12) angeordnet ist. Die Elektrolyseur-Anordnung (10) ist so ausgebildet, dass die Komponenten des Elektrolyseurs (20) dünnwandig ausgeführt sind und über das isolierende Fluid (60) sowie eine Membranspeichereinrichtung (62) ein entsprechender Druck auf den Elektrolyseur (20) in Abhängigkeit des Gasdrucks der in dem Elektrolyseur (20) erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff vorherrscht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolyseur-Anordnung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der elektrochemischen Zersetzung von Wasser, mit einem Druckbehälter und einem aus einem ersten Rohr, einem von dem ersten Rohr umgebenen zweiten Rohr, das beabstandet zum ersten Rohr angeordnet ist und einem zwischen den ersten Rohr und dem zweiten Rohr beabstandet zu diesen angeordneten Diaphragma bestehenden Elektrolyseur.
Ein Elektrolyseur der gattungsgemäßen Art, auch Elektrolysegerät genannt, ist aus der DE 20 2007 005 963 U1 bekannt. In dem Elektrolyseur werden unter Verwendung eines Elektrolyten unter Aufschaltung eines Gleichstroms die Gase Wasser- und Sauerstoff erzeugt. Das Gerät umfasst ein elektrolytisches Bad, das als abgeschlossener Aufnahmeraum ausgeführt ist und einen Ausgang und einen Eingang zur Zuführung des Elektrolyten, sowie zwei Ausgänge für die beiden erzeugten Gase Wasserstoff bzw. Sauerstoff aufweist. Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, an deren Außenschicht eine erste Elektrodenplatte angeordnet ist, die durch Sintermetallurgie hohlförmig hergestellt ist und eine erste Elektrode bildet. In dieser ersten hülsenförmigen Elektrode ist eine zweite runde Elektrodenplatte angeordnet, die ebenfalls durch Sintermetallurgie hergestellt ist. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenplatte ist ein Isolierkörper angeordnet, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Das umgebende Gehäuse ist zylinderförmig ausgebildet. Der Isolierkörper ist aus atmungsaktivem Melamin hergestellt und bildet das notwendige Diaphragma. Die Elektrodenplatten können auch aus Eisen- und Nickellegierungen hergestellt sein. Die zweite Elektrodenplatte kann auch aus rostfreiem Stahl, sogenannten Edelstahl, durch Sintermetallurgie unter Beigabe von Platin oder Palladium hergestellt sein. Über einen obenseitig vorgesehenen Auslass wird das Wasser-/Sauerstoffgemisch abgeleitet und einem über eine Anschlussleitung angeschlossenen Separator zugeführt, über den das Gas von dem Elektrolyt getrennt wird.
Aus der DE 10 2009 025 887 B3 ist ein Elektrolysegerät zum Erzeugen eines oder mehrerer Gase aus Wasser zur Förderung der Verbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum bekannt, welchem ein mit dem Gas angereicherter Brennstoff zuführbar ist. Das Elektrolysegerät weist ein Gehäuse mit stehend angeordneten Elektroden, einem Einlass für den Elektrolyten und/oder für das Wasser, einen Auslass für das durch Elektrolyse gewonnene Gas und einen oberhalb der Elektrodenanordnung vorgesehenen Schaumraum und eine angeschlossene Filteranordnung zum Verhindern des Durchtritts des bei der Elektrolyse entstehenden Schaums und/oder Elektrolytrückstände auf. Damit die Elektrolytflüssigkeit nicht in den Motor gelangen kann, ist in dem Auslass eine Filteranordnung angeordnet, die eine Membranfunktion aufweist, die das durch die Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit und Schaum jedoch zurückhält, wobei der Auslass unmittelbar in dem Schaumraum mündet.
Es ist ferner bekannt, für die elektrochemische Elektrolyse einen Elektrolyseur modular aufzubauen. Dies kann in einem Gehäuse durch Parallelanordnung von plattenförmigen Kathoden und Anoden unter Zwischenfügen von Diaphragmen geschehen oder aber auch durch Ineinanderschachteln von hulsenförmigen Elektroden, wobei jeweils eine Elektrode eine Kathode und die andere eine Anode ist und beide über ein Diaphragma getrennt sind.
Zur Erhöhung der Effizienz solcher Elektrolyseure ist es bekannt, den Druck in dem Elektrolyseur zu erhöhen. Dabei können Betriebsdrücke von 15 bar bis > 200 bar erreicht werden, was voraussetzt, dass das Gehäuse druckfest ausgeführt ist. Um auch beim Anlauf des Elektrolyseprozesses eine Effizienzsteigerung zu erreichen, ist es ferner bekannt, den Elektrolyten vorzuheizen. Es ist ferner bekannt, unterschiedliche Diaphragmen einzusetzen. Es können z. B. NiO- oder ZrO₂-Diaphragmen zum Einsatz kommen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Elektrolyseure sind so ausgebildet, dass sie den zum Teil sehr hohen Drücken durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung Rechnung tragen. Deshalb müssen beispielsweise die Elektroden aus massiven Metallwänden gebildet werden. Auch die Gasabscheider müssen in einem Druckbehälter aufgenommen sein, welche den während der Elektrolyse auftretenden hohen Drücken entgegenwirken. Die massive Ausgestaltung derartiger Elektrolyseure erfordert spezielle konstruktive Maßnahmen und eine entsprechende Dimensionierung der Bestandteile eines Elektrolyseurs. Dies wirkt sich auch nachteilig auf die Kosten der aus dem Stand der Technik bekannten Elektrolyseure aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektrolyseur-Anordnung anzugeben, welche einen einfachen Aufbau aufweist, kostengünstig herzustellen ist und auch bei hohen Drücken die an einen Elektrolyseur gestellten Anforderungen erfüllt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Elektrolyseur-Anordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
Eine erfindungsgemäße Elektrolyseur-Anordnung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der elektrochemischen Zersetzung eines Elektrolyten weist einen Druckbehälter und einen aus einem ersten Rohr, einen von dem ersten Rohr umgebenen zweiten Rohr, das beabstandet zu dem ersten Rohr angeordnet ist, und einem zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr beabstandet zu diesem angeordneten Diaphragma bestehenden Elektrolyseur auf. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolyseur-Anordnung ist das erste Rohr an der unteren Umfangskante mit einer ersten Bodenplatte verbunden, über der ersten Bodenplatte ist eine erste Zwischenschicht und über der ersten Zwischenschicht ist eine zweite Bodenplatte angeordnet. Die zweite Bodenplatte ist mit dem zweiten Rohr an dessen unterer Umfangskante verbunden, und die erste Zwischenschicht ist beabstandet zu der inneren Umfangsfläche des ersten Rohres und beabstandet zu der ersten und der zweiten Bodenplatte angeordnet. Von der ersten Zwischenschicht erstreckt sich das Diaphragma entlang des ersten Rohres und des zweiten Rohres, wobei das zweite Rohr mit einer zweiten Abschlussplatte verbunden ist und beabstandet zu der zweiten Abschlussplatte eine zweite Zwischenschicht angeordnet ist, welche beabstandet zu der inneren Umfangsfläche des ersten Rohres angeordnet und mit dem Diaphragma verbunden ist. Beabstandet zu der zweiten Zwischenschicht und über der zweiten Zwischenschicht ist eine erste Abschlussplatte angeordnet, die mit dem ersten Rohr verbunden ist. Das erste Rohr weist an dessen äußerer Umfangsfläche, die dem zweiten Rohr abgewandt ist, eine Kupferschicht auf und das zweite Rohr weist an dessen dem ersten Rohr abgewandten inneren Umfangsfläche eine Kupferschicht auf und die Kupferschichten weisen Anschlüsse zur Stromzufuhr auf. Der Elektrolyseur weist Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser in den zwischen dem Diaphragma, der ersten Zwischenschicht, der zweiten Zwischenschicht, der ersten Bodenplatte, der ersten Abschlussplatte und dem ersten Rohr gebildeten ersten Elektrolyseraum und Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser in den zwischen dem Diaphragma, der ersten Zwischenschicht, der zweiten Zwischenschicht, der zweiten Bodenplatte, der zweiten Abschlussplatte und dem zweiten Rohr gebildeten zweiten Elektrolyseraum auf. Von dem ersten Elektrolyseraum zwischen der ersten Abschlussplatte und der zweiten Zwischenschicht erstreckt sich ein erster Gasabscheider und von dem zweiten Elektrolyseraum zwischen der zweiten Zwischenschicht und der zweiten Abschlussplatte erstreckt sich ein zweiter Gasabscheider von dem Elektrolyseur, wobei dem ersten Gasabscheider und dem zweiten Gasabscheider jeweils ein Rücklaufrohr zugeordnet ist. Die Rücklaufrohre münden in den entsprechenden ersten und zweiten Elektrolyseraum zwischen der ersten Bodenplatte, der ersten Zwischenschicht und der zweiten Bodenplatte, wobei von den Gasabscheidern die im Elektrolyseur erzeugen Gase Wasserstoff und Sauerstoff über weitere Anschlüsse herausführbar sind und wobei mindestens eine Öffnung in der ersten Abschlussplatte, der zweiten Zwischenschicht und der zweiten Abschlussplatte vorgesehen ist, die eine Verbindung zwischen dem von dem zweiten Rohr umgebenen Raum und dem Raum außerhalb des ersten Rohres und über der ersten Abschlussplatte herstellt, wobei die mindestens eine Öffnung so ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Öffnung keine Verbindung zu dem ersten und dem zweiten Elektrolyseraum aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolyseur-Anordnung ist der Elektrolyseur vollständig in dem mit einem isolierenden Fluid gefüllten Druckbehälter aufgenommen. In dem ersten und in dem zweiten Elektrolyseraum ist ein Elektrolyt aufgenommen, welches beispielsweise eine Kalilauge ist.
Die Anordnung bietet den Vorteil, dass sowohl das erste Rohr als auch das zweite Rohr, welche als Elektroden dienen, sehr dünn ausgeführt werden können. Das erste Rohr und das zweite Rohr bestehen dazu aus einem entsprechenden Material. Ferner können der erste Gasabscheider und der zweite Gasabscheider sowie die entsprechenden Rücklaufrohre dünnwandig ausgeführt werden, was sich kostenreduzierend auf die Gesamtkosten der Elektrolyseur-Anordnung auswirkt. Bei herkömmlichen Elektrolyseuren müssen diese Bestandteile dickwandig ausgeführt werden, um den während der Elektrolyse auftretenden Drücken (z. B. 200 bar) stand zu halten. Dadurch, dass der Elektrolyseur vollständig in einem isolierenden Fluid aufgenommen ist, wobei der Elektrolyseur zumindest eine Öffnung aufweist, die eine Verbindung von dem äußeren Raum des Elektrolyseurs zu dem inneren Raum des Elektrolyseurs bereitstellt, liegt sowohl an dem ersten Rohr als auch an dem zweiten Rohr ein gleicher Druck an, wobei bei der Erhöhung des Drucks innerhalb des Elektrolyseurs der Druck auf das isolierende Fluid zunimmt und das Fluid dem zunehmenden Druck entgegenwirkt. Ein weiterer Vorteil der Aufnahme des Elektrolyseurs in einem mit isolierenden Fluid gefüllten Druckbehälter besteht darin, dass über das isolierende Fluid innerhalb des Druckbehälters ein Temperaturausgleich erfolgt. Darüber hinaus kann über einen mit dem Druckbehälter verbundenen Wärmetauscher, die in dem Druckbehälter auf Grund der Elektrolyse entstehende Wärme abgeführt und nachgelagerten Prozessen zugeführt und z. B. zu Heizzwecken verwendet werden.
Bei der sehr dünnwandigen Ausgestaltung des ersten Rohres und des zweiten Rohres (Elektroden) ergeben sich auch geringere Ohmsche Verluste des Elektrolyseurs, was zu einer Wirkungsgraderhöhung gegenüber herkömmlichen Aufbauten mit dickwandigen Elektroden führt.
Lediglich der Druckbehälter muss massiv ausgebildet sein, um den in dem Elektrolyseur entstehenden Drücken auf Grund der Elektrolyse, die über das isolierende Fluid an die Innenwände des Druckbehälters übertragen werden, stand zu halten. Der Druckbehälter kann beispielsweise aus einem Druckbehälterstahl gefertigt sein.
Weiterhin können die in dem Elektrolyseur erzeugten Gase Wasserstoff oder Sauerstoff mindestens teilweise einer Membranspeichereinrichtung zuführbar sein, wobei die Membranspeichereinrichtung mit dem isolierenden Fluid derart in Verbindung steht, dass Druckunterschiede auf Grund der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff eine entsprechende Veränderung des Drucks des isolierenden Fluids über die Membranspeichereinrichtung bewirken. Über die Membranspeichereinrichtung erfolgt in Abhängigkeit des in dem Elektrolyseur auf Grund der Elektrolyse entstehenden Drucks eine Anpassung des Drucks, der von dem isolierenden Fluid auf den Elektrolyseur ausgeübt wird. Das heißt, steigt der Druck innerhalb des Elektrolyseurs an so steigt in gleichem Maß der Druck des isolierenden Fluids in dem Druckbehälter und der von dem isolierenden Fluid auf den Elektrolyseur erzeugte Druck an.
Das erste Rohr und das zweite Rohr können an den, dem Diaphragma gegenüberliegenden Seiten mit einem als Elektrode wirkenden Gewebe verbunden sein, wobei die Gewebe so ausgestaltet und mit dem ersten Rohr und entsprechend mit dem zweiten Rohr verbunden sind, dass die Gewebe entlang der Längsachse des ersten und des zweiten Rohres Kanäle bilden. Die als Elektrode wirkenden Gewebe führen zu einer Erhöhung der Oberfläche der Elektroden, wodurch bei einer geringen Höhe und einem geringen Durchmesser des Elektrolyseurs eine deutlich vergrößerte Elektrodenfläche bereitgestellt wird. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Schweißverbindung hergestellt sein.
Der erste und zweite Gasabscheider weisen Mittel zum Abscheiden von Flüssigkeit von den erzeugten Gasen, Wasserstoff und Sauerstoff, auf. An den Mitteln zum Abscheiden kondensieren die mit den Gasen verbundenen Wasserbestandteile bzw. wässrigen Bestandteile, so dass lediglich die erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Elektrolyseur herausgeführt werden können.
Die Mittel können als Gewebe ausgebildet sein und im oberen Bereich des ersten und zweiten Gasabscheiders angeordnet sein.
Das erste Rohr und das zweite Rohr können aus einem dünnen Blech gebildet sein. Die Verwendung eines dünnen Blechs für die als Elektroden ausgebildeten Rohre führt weiter zu sehr geringen Ohmschen Verlusten des Elektrolyseurs. Ferner wirkt sich die Verwendung von dünnen Blechrohren kostenreduzierend auf den Elektrolyseur aus und vereinfacht dessen Aufbau.
Der Elektrolyseur kann über federnde Einrichtungen in dem Druckbehälter oder über nicht federnde Einrichtungen im Druckbehälter aufgenommen sein. So ist es möglich, den Druckbehälter so auszubilden, dass der Elektrolyseur von oben in den Druckbehälter eingesetzt und darin befestigt wird und anschließend der Druckbehälter mit einem entsprechend ausgebildeten Abschlussdeckel verschlossen wird.
Die Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser und zur Abfuhr der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff können aus flexiblen Schläuchen gebildet sein, wobei der Druckbehälter mindestens eine Öffnung und einen Anschluss zur Zufuhr und Abfuhr von Wasser und der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff aufweist. Die Anschlüsse und Schläuche müssen so ausgebildet sein, dass sie den Druckanforderungen gerecht werden und eine entsprechende Widerstandsfähigkeit gegenüber dem isolierenden Fluid und einem Elektrolyten aufweisen.
In dem ersten Gasabscheider und in dessen Rücklaufrohr und in dem zweiten Gasabscheider und in dessen Rücklaufrohr kann jeweils eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Füllstands der Elektrolyten aufgenommen sein, wobei jeweils mindestens zwei voneinander beabstandete Spulen die Rücklaufrohre an deren äußeren Umfangsfläche umgeben und die Messeinrichtung einen Körper und einen Schwimmkörper aufweist, wobei der Körper über weitere Mittel mit dem Schwimmkörper verbunden ist, so dass der Schwimmkörper in Abhängigkeit der Füllstandshöhe der Elektrolyten entlang des ersten und des zweiten Gasabscheiders bewegbar ist und der Körper aus einem ferromagnetischen Metall besteht, so dass die Position des Schwimmkörpers über die mindestens zwei Spulen detektierbar ist. Die induktive Füllstandsmessung über den Schwimmkörper, wobei die Spulen direkt um die Rückflaufrohre angeordnet oder gewickelt sind, ermöglicht eine Ausführung des Schwimmkörpers und des an ihm hängenden Körpers in relativ großer Ausführung, wodurch das System hinsichtlich möglicher Störeinflüsse robust gemacht ist. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass die Spulen durch die Anbringung von außen am Rücklaufrohr keinen aggressiven Medien ausgesetzt sind, sondern lediglich von dem isolierenden Fluid umgeben sind.
Der Schwimmkörper kann als Hohlkörper ausgebildet sein und eine Öffnung aufweisen, die mit einem flexiblen schlauchartigen Element in Verbindung steht, über welches ein Druckausgleich zwischen dem Hohlraum des Hohlkörpers und dem ihn umgebenden Raum erfolgt. Ein als Hohlkörper ausgebildeter Schwimmkörper reduziert deutlich das Gewicht des Schwimmkörpers und führt dazu, dass der Schwimmkörper stets auf bzw. in der oberen Flüssigkeitsoberfläche schwimmt.
Entscheidend ist dabei, dass der Hohlkörper eine Öffnung aufweist, die mit einem flexiblen, schlauchartigen Element verbunden ist, welches an einem Bereich des Gasabscheiders angeordnet ist, der über den Mitteln zum Abscheiden der Flüssigkeit von den erzeugten Gasen Wasserstoff und Sauerstoff angeordnet ist. Wäre der Schwimmkörper lediglich topfartig ausgebildet, so könnten Flüssigkeitstropfen, die an dem Gewebe oder an anderen Mitteln zum Gasabscheiden abtropfen, in den Schwimmkörper gelangen, wobei dieser sich mit den Flüssigkeitstropfen füllen und somit schwerer werden würde und keine exakte Füllstandsbestimmung mehr durchführbar wäre. Darüber hinaus könnte der Schwimmkörper auch „volllaufen”, wodurch der Schwimmkörper innerhalb der in dem Gasabscheider aufgenommenen Flüssigkeit (Elektrolyt; z. B. Kalilauge) nach unten sinkt. Die weiteren Mittel zur Verbindung des Schwimmkörpers mit dem Körper können ein Seil, ein Draht oder eine Stange sein. Ein wichtiges Kriterium bei der Wahl entsprechender Mittel ist die Korrosionsbeständigkeit.
Die Membranspeichereinrichtung kann an einem Druckbehälter angeordnet sein und innenliegend eine Membran aufweisen, die zwei durch die Membran voneinander getrennte Druckräume aufweist, welchen das isolierende Fluid und die in dem Elektrolyseur erzeugten Gase Wasserstoff oder Sauerstoff zugeführt werden. Bei der Membran kann es sich unter Berücksichtigung und in Abhängigkeit der in dem Elektrolyseur entstehenden Drücke um eine gummiartige, kunststoffartige und auch eine Metall- Membran handeln.
Die bestimmte Form der Gewebe kann dreieckförmig, Ω-förmig, sinusförmig sein oder rechteckige Verläufe aufweisen. Auch sind andere komplexe Verläufe denkbar, wobei je größer die dadurch erzeugte Oberfläche der als Elektroden wirkenden Gewebe ist, sich eine Wirkungsgraderhöhung des Elektrolyseurs ergibt.
Es können jeweils eine Vielzahl von Geweben mit dem ersten und dem zweiten Rohr verbunden sein, wobei über einem ersten Gewebe mindestens ein zweites Gewebe beabstandet zu dem ersten Gewebe angeordnet ist, wobei das erste Gewebe und das mindestens eine zweite Gewebe an gemeinsamen Kontaktbereichen mit dem jeweiligen Rohr verbunden sind und wobei das erste Gewebe und das mindestens eine zweite Gewebe in den von dem jeweiligen Rohr am weitesten entfernten Bereichen des ersten Gewebes und des mindestens eines zweiten Gewebes unterschiedliche Abstände zu dem jeweiligen Rohr aufweisen. Dadurch wird weiter die Elektrodenoberfläche vergrößert und es werden Kanäle für die nach oben in der Flüssigkeit bzw. dem Elektrolyt aufsteigenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff gebildet.
Die Stromzufuhr kann zu den Elektroden über die Kupferschicht und über Kupferleitungen erfolgen, wobei die Kupferleitungen durch das isolierende Fluid verlaufen und der Druckbehälter Anschlüsse für die Stromzufuhr aufweist. Die Gewebe können ferner Edelstahlgewebe oder Nickelgewebe sein, welche die in dem Elektrolyseur ablaufenden Prozesse beschleunigen und eine katalytische Wirkung auf die in dem Elektrolyseur ablaufenden Prozesse aufweisen.
Die Gewebe oder die Edelstahlgewebe können auch mit Silber oder Nickel beschichtet sein. Beispielsweise sind die Gewebe mit Nickel- oder Silberfäden durchzogen. Diese weisen katalytische Eigenschaften für die in dem Elektrolyseur ablaufenden Prozesse auf.
Ferner kann das isolierende Fluid ein Öl sein, beispielsweise ein Trafoöl.
An dem Diaphragma kann beidseitig jeweils ein Distanzelement mit Öffnungen angeordnet sein. Derartige Distanzelemente verhindern, dass die als Elektroden wirkenden Gewebe direkt mit dem Diaphragma in Kontakt treten. Derartige Distanzelemente können beispielsweise Kunststofffolien mit Löchern sein.
Die Gewebe des ersten und des zweiten Rohres können partiell an den ihnen zugewandten Distanzelementen anliegen. Jedoch können die Gewebe des ersten und des zweiten Rohres auch beabstandet zu den Distanzelementen angeordnet sein.
In den Rücklaufrohren kann jeweils eine Flügelradpumpe angeordnet sein, wobei der Antrieb der Flügelradpumpe über an der äußeren Umfangsfläche der Rücklaufrohre angeordnete Spulen erfolgt und in den Rücklaufrohren jeweils ein Flügelrad aufgenommen ist, welches zwischen zwei umlaufenden Ringen im inneren der Rücklaufrohre gehalten wird, und an den äußeren Enden des Flügelrads Magnete angeordnet sind, wobei über eine Steuerung die Stromzufuhr und die Drehzahl der Flügelradpumpe in Abhängigkeit bestimmter, messbarer Parameter steuerbar ist.
Die Elektrolyseur-Anordnung kann mindestens mit einer Steuerung verbunden sein, welche den Betrieb des Elektrolyseurs und der Elektrolyseur-Anordnung in Abhängigkeit vorgebbarer Einstellungen und messbarer Parameter steuert. Messbare Parameter können beispielsweise der Druck innerhalb des Elektrolyseurs, die Füllstandshöhe in dem Elektrolyseur, die Temperatur in dem Elektrolyseur, oder die Temperatur der herausgeführten Gase Wasserstoff und Sauerstoff sowie weitere Parameter sein.
In dem Druckbehälter kann eine Vielzahl von Elektrolyseuren aufgenommen sein, wobei die einzelnen Elektrolyseure elektrische in Reihe geschaltet sind und die Elektrolyte über eine gemeinsame Zuführleitung den einzelnen Elektrolyseuren parallel geschaltet zuführbar sind und die erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff gemeinsam aus dem Druckbehälter herausführbar und mit der Membranspeichereinrichtung verbunden sind. Durch die gemeinsame Zuführung der Elektrolyte oder von Wasser den Elektrolyten (z. B. Kalilauge) der jeweiligen Elektrolyseure und der elektrischen Reihenschaltung ergeben sich im Wesentlichen die gleichen Mengen an erzeugten Gasen Wasserstoff und Sauerstoff, wodurch auch der Druck in den jeweiligen Elektrolyseuren annähernd gleich ist. Dadurch, dass die Elektrolyseure in einem gemeinsamen Druckbehälter aufgenommen sind, welcher mit einem isolierenden Fluid gefüllt ist, können dünnwandige Materialien für die Elektrolyseure verwendet werden, wobei der Druck über das isolierende Fluid und die Membranspeichereinrichtung in Abhängigkeit des Drucks der erzeugten Gase für jeden Elektrolyseur im Wesentlichen gleich ist.
Das erste Rohr oder die ersten Rohre können beabstandet zu den Innenwänden des Druckbehälters innerhalb des Druckbehälters angeordnet sein und der Elektrolyseur oder die Elektrolyseure können vollständig von dem isolierenden Fluid oder dem Öl umgeben sein.
Als Elektrolyt(e) kann/können Kalilauge(n) in den jeweiligen Elektrolyseräumen der Elektrolyseure verwendet werden. Mittels der Zuführung von Wasser über die Anschlüsse kann der verbrauchte Anteil der wässrigen Kalilauge ersetzt und die Konzentration und Füllmenge an Kalilauge im Wesentlichen gleich gehalten werden. Die Wasserzuführung in die entsprechenden Elektrolyseräume erfolgt beispielsweise über die oberen Deckel der Gasabscheider. Das so zugeführte Wasser gelangt dann in die entsprechenden Elektrolyte und wird auch über die natürliche Umwälzung und die Rücklaufrohre verteilt. Bei dieser Ausführung weist der Druckbehälter an dessen oberen Abschnitt oder ein auf den Druckbehälter aufgesetzter Deckel, welcher zusammen mit dem Druckbehälter einen geschlossenen Druckbehälter bildet, Anschlüsse zur Zufuhr des Wassers auf; z. B. über damit und mit Öffnungen/Anschlüssen in den Deckeln der Gasabscheider verbundene Schläuche.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschrieben und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren dargestellten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom Veranschaulichten abweichen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung;
2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung in Draufsicht;
3 eine weitere schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung;
4 eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus einer Elektrolyseur-Anordnung;
5 eine weitere schematische Schnittdarstellung des Aufbaus einer Elektrolyseur-Anordnung;
6 eine schematische Darstellung mehrerer Gewebe;
7 eine schematische Ansicht einer Flügelradpumpen-Anordnung;
8 eine schematische Ansicht eines Flügelrads für eine Flügelradpumpe;
9 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Flügelradpumpen-Anordnung;
10 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Füllstandsmessung in einem Elektrolyseur;
11 eine schematische Ansicht eines Schwimmkörpers; und
12 eine schematische Ansicht einer Anordnung eines schlauchartigen Elements.
1 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung 10. Die Elektrolyseur-Anordnung 10 weist einen Druckbehälter 12 auf, in dem ein Elektrolyseur 20 aufgenommen ist. In dem Druckbehälter 12 ist ein isolierendes Fluid 60 aufgenommen, das den Elektrolyseur 20 vollständig umgibt. Über eine Öffnung 58 befindet sich auch innerhalb des Elektrolyseurs 20 das Fluid 60. Der Elektrolyseur 20 kann über in den Figuren nicht dargestellte Einrichtungen federnd oder nicht federnd mit dem Druckbehälter 12 verbunden sein. Ferner kann der Elektrolyseur 20 von oben in den Druckbehälter 12 eingesetzt werden. Dazu weist der Druckbehälter 12 einen Deckel auf, der nach dem Einsetzen des Elektrolyseur 20 in den Druckbehälter 12 auf den Druckbehälter 12 aufgesetzt und mit diesem verbunden wird. Ein Druckbehälter 12 umfasst auch diesen aus einem Druckbehälter und einen Deckel bestehenden Verbund.
Der Elektrolyseur 20 weist ein erstes Rohr 14 und ein zweites Rohr 16 auf, die jeweils als Elektrode dienen. Zwischen dem ersten Rohr 14 und dem zweiten Rohr 16 ist ein Diaphragma 18 angeordnet, wobei das erste Rohr 14 und das zweite Rohr 16 beabstandet zu dem Diaphragma 18 angeordnet sind. Das erste Rohr 14 ist an dessen unterer Umfangskante mit einer ersten Bodenplatte 22 verbunden und an dessen oberer Umfangskante mit einer ersten Abschlussplatte 30 verbunden. Das Diaphragma 18 ist mit einer ersten Zwischenschicht 26 und mit einer zweiten Zwischenschicht 28 verbunden. Die erste Zwischenschicht 26 und die zweite Zwischenschicht 28 können als Zwischenplatten ausgebildet sein. Das zweite Rohr 16 ist an dessen unterer Umfangskante mit einer zweiten Bodenplatte 24 und an dessen oberer Umfangskante mit einer zweiten Abschlussplatte 32 verbunden. Die erste Zwischenschicht 26 sowie die zweite Zwischenschicht 28 sind jeweils beabstandet zu der ersten Abschlussplatte 30 und der zweiten Abschlussplatte 32 sowie der ersten Bodenplatte 22 und der zweiten Bodenplatte 24 angeordnet. Die erste Zwischenschicht 26 und die zweite Zwischenschicht 28 sind auch beabstandet zu dem ersten Rohr 14 und dem zweiten Rohr 16 angeordnet. Ferner weisen die erste Abschlussplatte 30, die zweite Zwischenschicht 28 und die zweite Abschlussplatte 32 eine Öffnung 58 auf, welche eine Verbindung des innerhalb des Elektrolyseurs 20 zwischen dem zweiten Rohr 16 gebildeten Raum A und dem außerhalb des ersten Rohres 14 befindlichen Raum B herstellt. Anstelle einer Öffnung 58 (wie in 1, 2 und 3 dargestellt) kann eine Verbindung von dem Raum A zu dem Raum B auch über seitliche Öffnungen an Gasabscheidern 46 und 48 erfolgen.
Die erste Bodenplatte 22, die zweite Bodenplatte 24, die erste Abschlussplatte 30 und die zweite Abschlussplatte 32 können aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. In einer Ausführung sind diese als Metallplatten (z. B. Stahl) ausgebildet. Die erste Zwischenschicht 26 und die zweite Zwischenschicht 28 sind in einer Ausführung aus Kunststoff gebildet.
Zwischen der ersten Abschlussplatte 30, dem ersten Rohr 14, der ersten Bodenplatte 22 sowie dem Diaphragma 18 und der ersten Zwischenschicht 26 sowie der zweiten Zwischenschicht 28 wird ein erster Elektrolyseraum I. gebildet, in welchem ein Elektrolyt (z. B. eine Kalilauge) aufgenommen ist und in dem durch eine elektrochemische Zersetzung Wasserstoff gebildet wird. Zwischen dem zweiten Rohr 16, dem Diaphragma 18, der ersten Zwischenschicht 26, der zweiten Zwischenschicht 28 sowie der zweiten Bodenplatte 24 und der zweiten Abschlussplatte 32 wird ein zweiter Elektrolyseraum II. gebildet, in welchem ein Elektrolyt (z. B. eine Kalilauge) zur elektrochemischen Zersetzung aufgenommen und zur Erzeugung von Sauerstoff aufgenommen ist. Von dem ersten Elektrolyseraum I. erstreckt sich ein erster Gasabscheider 46, der mit der ersten Abschlussplatte 30 verbunden ist. Über Öffnungen 45 besteht eine Verbindung von dem ersten Gasabscheider 46 zu dem ersten Elektrolyseraum I. Mit dem zweiten Elektrolyseraum II. ist über Öffnungen 47 ein zweiter Gasabscheider 48 verbunden.
Die gezeigten Öffnungen 45 und 47 sind hierbei nur beispielhaft zu verstehen, da der erste Gasabscheider 46 und der zweite Gasabscheider 48 auch anderweitig mit den jeweiligen Elektrolyseräumen I. und II. verbunden sein können. Der erste Gasabscheider 46 und der zweite Gasabscheider 48 erstrecken sich von dem ersten Elektrolyseraum I. und dem zweiten Elektrolyseraum II. nach oben. Ferner weist der erste Gasabscheider 46 ein erstes Rücklaufrohr 50 auf, das sich von dem ersten Gasabscheider 46 durch die zweite Zwischenschicht 28, die zweite Abschlussplatte 32 und durch das Fluid 60 sowie durch die zweite Bodenplatte 24 und die erste Zwischenschicht 26 in den ersten Elektrolyseraum I. zwischen der ersten Zwischenschicht 26 und der ersten Bodenplatte 22 erstreckt. In dem zweiten Gasabscheider 48 ist ein zweites Rücklaufrohr 52 angeordnet, welches sich von dem zweiten Elektrolyseraum II. zwischen der zweiten Abschlussplatte 32 und der zweiten Zwischenschicht 28 durch die zweite Abschlussplatte 32 und durch das Fluid 60 sowie durch die zweite Bodenplatte 24 in den zwischen der zweiten Bodenplatte 24 und der ersten Zwischenschicht 26 gebildeten zweiten Elektrolyseraum II. erstreckt. Über die Rücklaufrohre 50 und 52 wird abgeschiedene Flüssigkeit zurückgeführt.
Der Druckbehälter 12 besteht aus einem Druckbehälterstahl und das als Elektrode wirkende erste Rohr 14 sowie das als Elektrode wirkende zweite Rohr 16 bestehen aus einem dünnen Blech. Dabei dient das erste Rohr 14 als Kathode und das zweite Rohr 16 als Anode. Die erste Zwischenschicht 26 und die zweite Zwischenschicht 28 können beispielsweise aus Kunststoff gebildet werden. Die erste Bodenplatte 22, die zweite Bodenplatte 24 sowie die erste Abschlussplatte 30 und die zweite Abschlussplatte 32 können beispielsweise aus Stahl oder Blech gebildet sein. Das erste Rücklaufrohr 50 und das zweite Rücklaufrohr 52 sowie der erste Gasabscheider 46 und der zweite Gasabscheider 48 können aus einem dünnen Blech bestehen.
Ferner weist die Elektrolyseur-Anordnung 10 Anschlüsse 42, 44 (siehe 3) zur Zufuhr von Wasser in den ersten Elektrolyseraum I. und in den zweiten Elektrolyseraum II. auf. Auch weist die Elektrolyseur-Anordnung 10 Anschlüsse zur Abfuhr der in dem Elektrolyseur 20 erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff auf. Die Stromzufuhr zu dem als Kathode wirkenden ersten Rohr 14 und zu dem als Anode wirkenden zweiten Rohr 16 erfolgt über in 1 nicht dargestellte Anschlüsse. Die Zufuhr von Wasser dient dazu, den verbrauchten Anteil der wässrigen Kalilauge zu ersetzen und die Konzentration und Füllmenge an Kalilauge gleich zu halten.
Steigt der Druck innerhalb des Elektrolyseurs 20 auf Grund der in dem Elektrolyseur 20 durchgeführten Elektrolyse an, so wird über das elektrisch nicht leitende, isolierende Fluid 60 der Druck kompensiert. Dies kann ferner über noch weiter beschriebene Einrichtungen erfolgen.
Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Elektrolyseur-Anordnungen weist die in 1 gezeigte Elektrolyseur-Anordnung 10 einen einfachen Aufbau aus dünnwandigen Materialien auf. Die Elektrolyseur-Anordnung 10 kann daher kostengünstig bereitgestellt werden.
2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung 10 in Draufsicht. Durch die in 2 gewählte Schnittdarstellung sind beispielhaft die Anordnungen des ersten Gasabscheiders 46 und des zweiten Gasabscheiders 48 sowie die Verbindung des Raumes A mit dem Raum B über die Öffnung 58 dargestellt.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist der Elektrolyseur 20 vollständig von dem Fluid 60 umgeben. Das Fluid 60 kann beispielsweise ein Öl (z. B. Trafoöl) sein. Entscheidend ist, dass das Fluid 60 isolierende Eigenschaften aufweist und elektrisch nicht leitend ist. Ferner kann über das Fluid 60 eine Wärmeübertragung erfolgen, so dass innerhalb des Druckbehälters 12 die auf Grund der Elektrolyse entstehende Wärme in dem Elektrolyseur 20 gleichmäßig innerhalb des Druckbehälters 12 verteilt wird. Weist der Druckbehälter 12 einen Anschluss für einen Wärmetauscher auf, so kann diese entstehende Wärme auch abgeführt werden. Durch die Umgebung des Elektrolyseurs 20 mit dem Fluid 60 kann daher der Wärmeabtransport sehr einfach realisiert werden. Die abtransportierte Wärme kann in nachgelagerten Prozessen für verschiedene Zwecke verwendet werden.
3 zeigt eine weitere schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Elektrolyseur-Anordnung 10. Die mit den gleichen Bezugszeichen versehen Teile von 3 entsprechenden den bereits in Bezug auf die 1 und 2 gezeigten und beschriebenen Teilen.
Ferner ist bei 3 eine Membranspeichereinrichtung 62 dargestellt, welche zwei über eine Membran 72 voneinander getrennte Druckräume D₁ und D₂ aufweist. Der Druckraum D₁ ist über einen Schlauch 84 mit dem ersten Gasabscheider 46 derart verbunden, dass der in dem ersten Gasabscheider 46 auf Grund der Elektrolyse vorherrschende Druck auch in dem Druckraum D₁ vorherrscht. Der Druckraum D₂ ist über eine Verbindung 82 mit dem Raum innerhalb des Druckbehälters 12, in dem das Fluid 60 aufgenommen ist, verbunden. Damit herrscht in dem Druckraum D₂ der Druck des Fluids 60 vor. Steigt der Druck in dem Druckraum D₁ auf Grund eines Druckanstiegs in dem Elektrolyseur 20 bzw. dem ersten Gasabscheider 46, so wird über die Membran 72 der Membranspeichereinrichtung 62 der Druck über den Druckraum D₂ auf das Fluid 60 erhöht, so dass der Druck des Fluid 60 auf den Elektrolyseur 20 in Abhängigkeit des benötigen Drucks auf den Elektrolyseur 20 vorliegt.
In 3 sind ferner die Anschlüsse 54 und 56 zum Herausführen der in dem Elektrolyseur erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff sowie die jeweiligen Schläuche 78 und 80 für die Verbindung von dem ersten Gasabscheider 46 und dem zweiten Gasabscheider 48 zu den Anschlüssen 56 und 54 schematisch dargestellt.
Ferner sind in 3 schematisch die Anschlüsse 44 und 42 zur Zuführung von Wasser in den ersten Elektrolyseraum I. und den zweiten Elektrolyseraum II. über entsprechende Einrichtungen dargestellt. Die Wasserzufuhr erfolgt über den Deckel des Druckbehälters 12 oder Anschlüsse 42, 44, die in der oberen Deckenwand des Druckbehälters 12 angeordnet sind. Über z. B. weitere Schläuche erfolgt die Wasserzufuhr zu entsprechenden Anschlüssen in den Deckenwänden oder Deckeln der Gasabscheider 46, 48, so dass das zugeführte Wasser von oben eingebracht wird. Die Zuführung muss jedoch nicht mittig erfolgen; eine seitliche oder versetzt zur Mitte angeordnete Zuführung über entsprechende Anschlüsse ist in Abhängigkeit der Ausgestaltung von Elektrolyseuren bei anderen Ausführungen vorgesehen.
Zur Stromzuführung für die elektrochemische Zersetzung weist der Druckbehälter 12 Anschlüsse 38 und 40 auf, über welche mittels Kupferleitungen 74 und 76 eine elektrische Verbindung zu einer Kupferschicht 34 des ersten Rohres 14 und zu einer Kupferschicht 36 des zweiten Rohres 16 erfolgt.
Das erste Rohr 14 weist dazu an dessen äußerer Umfangsfläche eine erste Kupferschicht 34 auf. Das zweite Rohr 16 weist an dessen innerer Umfangsfläche eine zweite Kupferschicht 36 auf. Die Kupferschichten 34, 36 können z. B. als massive Kupferbleche oder durch eine Kupferbeschichtung aufgebracht werden.
Der in 3 dargestellte Elektrolyseur 10 kann ferner so ausgebildet sein, dass das erste Rohr 14 und das zweite Rohr 16 jeweils auf den einander zugewandten Seiten mit einem Gewebe 64, 66 (in 3 nicht dargestellt) versehen sind, die als Elektroden dienen. Die Gewebe 64, 66 können beispielsweise Edelstahlgewebe oder Nickelgewebe sein, wobei die Gewebe 64, 66 auch mit Silber oder Nickel beschichtet sein oder mit Silber- oder Nickelfäden durchzogen sein können.
Ferner weisen die Gasabscheider 46 und 48 (1, 2 und 3) an ihren oberen, den Anschlüssen 56 und 54 zugewandten Enden Mittel (in den Fig. nicht dargestellt) zum Gasabscheiden auf. Diese Mittel zum Gasabscheiden können beispielsweise Bleche sein, an denen das/die mit den erzeugten Gasen Wasserstoff und Sauerstoff verbundene Wasser bzw. Flüssigkeit kondensiert und über die Rücklaufrohre 50 und 52 nach dem Abtropfen von den Ableitblechen zurückströmen kann. Die Mittel zum Gasabscheiden können aber auch ein Gewebe umfassen, welches so ausgebildet ist, dass stets ausreichend Gas (Wasser- oder Sauerstoff) das Gewebe durchströmen kann.
Die in 3 dargestellte Elektrolyseur-Anordnung 10 weist ferner jeweils eine Flügelradpumpe 150 auf, die in dem ersten Rücklaufrohr 50 und dem zweiten Rücklaufrohr 52 angeordnet ist. Die Flügelradpumpe 150 wird mit Bezug auf die 7, 8 und 9 ausführlicher beschrieben.
Auch weist die in 3 dargestellte Elektrolyseur-Anordnung 10 eine Einrichtung zur Füllstandsmessung der Elektrolyten in dem ersten Gasabscheider 46 und dem zweiten Gasabscheider 48 auf. Die Einrichtung zur Füllstandsmessung umfasst einen Schwimmkörper 90, ein Seil 92 und einen Körper 94, wobei die Position des Körpers 94, der aus einem ferromagnetischen Metall besteht, über Spulen 98, 100, 102 und 104 ermittelt werden kann. Die Einrichtung zur Füllstandsmessung wird mit Bezug auf die 10, 11 und 12 ausführlicher beschrieben.
4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus einer Elektrolyseur-Anordnung 10. Diese zeigt einen Ausschnitt des Aufbaus, wobei die in 4 gezeigte Darstellung einen Querschnitt durch einen Teil der Elektrolyseur-Anordnung 10 darstellt.
Die Elektrolyseur-Anordnung 10 weist einen Druckbehälter 12 auf, welcher mit einem isolierenden Fluid 60 gefüllt ist. Von dem isolierenden Fluid 60 umgeben, ist innerhalb des Druckbehälters 12 in dem isolierenden Fluid 60 ein erstes Rohr 14 aufgenommen, welches an dessen äußerer Umfangsfläche eine Kupferbeschichtung 34 aufweist. Das erste Rohr 14 weist darüber hinaus ein Gewebe 64 auf, welches zur Vergrößerung der Elektrodenfläche dient und auf der einem Diaphragma 18 zugewandten Seite des ersten Rohres 14 angeordnet ist.
Zwischen dem Diaphragma 18 und dem Gewebe 64 ist ein Distanzelement 86 angeordnet. Das Distanzelement 86 umgibt das Diaphragma 18 um die gesamte äußere Umfangsfläche des Diaphragmas 18.
Ferner umgibt ein weiteres Distanzelement 88 die komplette innere Umfangsfläche des Diaphragmas 18 zwischen dem Distanzelement 88 und einem zweiten Rohr 16. Das zweite Rohr 16 weist ein Gewebe 66 auf, das auf der dem Diaphragma 18 zugewandten Seite des zweiten Rohres angeordnet ist. Das Gewebe 66 dient ebenso zur Vergrößerung der Elektrodenfläche. Das zweite Rohr 16 weist an dessen innerer Umfangsfläche eine Kupferschicht 36 auf.
Über die Kupferschichten 34 und 36 erfolgt die Stromzufuhr zu den jeweiligen Elektroden (Kathode und Anode), bzw. dem ersten Rohr 14 und dem damit verbundenen Gewebe 64 sowie dem zweiten Rohr 16 und dem damit verbundenen Gewebe 66.
5 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Aufbaus in einer Elektrolyseur-Anordnung 10. In 5 ist die Ausgestaltung der Gewebe 64 und 66 dargestellt, die jeweils mit dem ersten Rohr 14 bzw. dem zweiten Rohr 16 verbunden sind. Bei der in 5 gezeigten Darstellung ragen die Gewebe 64 und 66 in die Distanzelemente 86 und 88 sowie in das Diaphragma 18 hinein bzw. darüber hinaus, jedoch ist diese Darstellung nur beispielhaft und zeigt nicht die tatsächliche Anordnung in einer Elektrolyseur-Anordnung 10. Denn durch die Distanzelemente 86 und 88 soll verhindert werden, dass die Gewebe 64 und 66 mit dem Diaphragma 18 in Verbindung kommen. Die hier gewählte Darstellung von 5 soll nur verdeutlichen, dass durch die Gewebe 64 und 66 Kanäle 68 und 70 gebildet werden, in denen die erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff ungehindert nach oben strömen können. Wären die Gewebe 64 und 66 so ausgebildet, dass sie vollständig den Raum zwischen dem ersten Rohr 14 und dem ersten Distanzelement 86 sowie dem zweiten Rohr 16 und dem zweiten Distanzelement 88 einnehmen und nur kleine nicht geordnet verlaufende Kanäle aufweisen würden, würden sich Gasbläschen der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff an dem Gewebe anlagern, wodurch auf Grund der Besetzung der Oberfläche der Elektroden (Gewebe) die elektrochemische Zersetzung stark gehemmt werden würde.
Die in 5 dargestellte Ausführung der Gewebe 64 und 66 stellt jedoch sicher, dass eine große Elektrodenoberfläche (Kathode; Anode) bereitgestellt ist und die Gase in den Kanälen 68 und 70 ungehindert nach oben zu den Gasabscheidern 46 und 48 bzw. zu den Schläuchen 78 und 80 sowie den Anschlüssen 54 und 56 strömen können.
6 zeigt eine schematische Darstellung mehrer übereinander angeordnete Gewebe 66, 182 und 184 die mit dem zweiten Rohr 16 verbunden sind. Die Gewebe 66, 182 und 184 sind jeweils an Verbindungsstellen 186 mit dem zweiten Rohr verbunden. Jedoch weisen die Gewebe 66, 182 und 184 in ihren dem zweiten Rohr 16 entferntesten Bereichen unterschiedliche Abstände zu dem zweiten Rohr 16 auf, so dass weitere Kanäle 188 und 190 zu dem Kanal 70 gebildet werden.
Die in den 5 und 6 dargestellte Form der Gewebe 64, 66, 182 und 184 ist nur beispielhaft zu verstehen. Die Gewebe 64, 66, 182 und 184 können auch dreieckförmig, Ω-formig, sinusförmig, rechteckig oder andere die jeweiligen Elektrodenflächen vergrößernde Formen aufweisen.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Flügelradpumpen-Anordnung, wie sie z. B. bei der in 3 dargestellten Elektrolyseur-Anordnung 10 gezeigt ist. Die Flügelradpumpe 150 wird in 7 mit Bezug auf ein erstes Rücklaufrohr 50 beschrieben, wobei eine derartige Flügelradpumpe 150 auch bei einem zweiten Rücklaufrohr 52 vorgesehen sein kann.
An der inneren Umfangsfläche 164 des Rücklaufrohres 50 sind übereinander zwei Lagerringe 160 und 162 angeordnet, zwischen welchen ein Flügelrad 152 drehbar gelagert aufgenommen ist. Die Lagerringe 160 und 162 können so ausgestaltet sein, dass das Flügelrad 152 sich leicht zwischen den Lagerringen 160, 162 und der inneren Umfangsfläche 164 des Rücklaufrohres 50 drehen kann. Ferner ist das Flügelrad 152 um eine Achse L in der Richtung des Pfeils 174 drehbar. Der Pfeil 174 gibt an, dass eine Drehbewegung sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn möglich ist, was jedoch in der Praxis je nach Ausgestaltung des Flügelrads 152 nicht zwingend erforderlich ist. Zur Einstellung einer Strömungsrichtung des sich innerhalb des Rücklaufrohres 50 befindlichen Elektrolyts (z. B. Kalilauge), wie durch die Pfeile 176 und 178 dargestellt, ist eine Drehbewegung 174 des Flügelrads 152 entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn erforderlich.
Zur Erzeugung der Drehbewegung des Flügelrads 152 ist an der äußeren Umfangsfläche 166 des Rücklaufrohres 50 im Bereich der Lagerringe 160 und 162 eine Spulenanordnung 156 angeordnet, über welche ein Magnetfeld 172 erzeugt wird. Der Antrieb des Flügelrads 152 erfolgt Induktiv ohne eine physische Verbindung zwischen der Spulenanordnung 156 und dem Flügelrad 152. Dazu weist das Flügelrad 152 innenliegend bzw. daran befestigte Magnete 154 auf (siehe hierzu 9).
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Flügelrads 152 für eine Flügelradpumpe 150. Das hier dargestellte Flügelrad 152 weist einen Ring 170 auf, von dem sich zu einem Verbindungsteil 180 drei Flügel 168 erstrecken. Die Flügel 168 sind so ausgebildet, dass sich in Abhängigkeit der Drehrichtung 174 eine Strömung 192 (siehe 3) in dem Rücklaufrohr 50 des Wassers in Richtung der Pfeile 176, 178 einstellt. Die in 8 gewählte Darstellung für das Flügelrad 152 ist beispielhaft; es können auch anders ausgestaltete Flügelräder verwendet werden. Wichtig ist jedoch, dass in den Flügeln 168 bzw. in dem Ring 170 Magnete angeordnet sind, welche im Zusammenspiel mit der Spulenanordnung 156 und deren Steuerung eine Drehbewegung hervorrufen.
Das Flügelrad 152 kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein und die Magnete 154 während der Herstellung des Flügelrads 152 in die Flügel 168 oder den Ring 170 eingebracht werden. Auch kann sich die Form der Flügel 168 von der in den Fig. gezeigten Form unterscheiden.
9 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Flügelradpumpen-Anordnung mit einer Flügelradpumpe 150, wobei eine exemplarische Anordnung der Spulenanordnung 158 und deren Magnete 154 dargestellt ist. Die Magnete 154 sind in bestimmten Abständen innerhalb des Rings 170 aufgenommen. Bei den Magneten 154 handelt es sich um Dauermagnete. Anstelle der in 9 gezeigten Darstellung können die Magnete 154 auch an den äußeren Enden der Flügel 168 angeordnet sein. Die Spulen 158 der Spulenanordnung 156 können in Abhängigkeit einer gewünschten Drehzahl derart von Strom durchflossen werden, dass sich auf Grund des dadurch in den jeweiligen Spulen 158 erzeugten Magnetfelds 172 die Magnete 154 in einer gewünschten Weise zu den Spulen 158 bewegen. In Abhängigkeit der Steuerung und Beaufschlagung mit Strom der jeweiligen Spulen 158 erfolgt eine Drehbewegung des Flügelrads 152 um die Achse L, um eine Strömung des sich in dem Rücklaufrohr 50 befindlichen Elektrolyts (z. B. Kalilauge) einzustellen. Die Spulen 158 der Spulenanordnung 156 sind an der äußeren Umfangsfläche 166 des Rücklaufrohres 50 angeordnet, wobei diese von dem isolierenden Fluid 60 umgeben sind.
Bei der beschriebenen Elektrolyseur-Anordnung 10 kann mittels der Flügelradpumpe 150 eine Strömung 192 (wie in 3 dargestellt) erreicht oder unterstützt werden. Jedoch kann sich auch auf Grund der Elektrolyse und dem Aufsteigen von Gasen Wasserstoff und Sauerstoff zwischen dem ersten Rohr 14 und dem Diaphragma 18 sowie dem zweiten Rohr 16 und dem Diaphragma 18 eine Durchströmung bzw. eine natürliche Umwälzung des Elektrolyten (Kalilauge) in dem Elektrolyseur 20 einstellen. Ebenso unterstützt die Rückführung über die Rücklaufrohre 50 und 52 eine natürliche Durchströmung. Gerade beim Anfahren bzw. beim Start der Elektrolyse in dem Elektrolyseur 20 kann diese natürliche Durchströmung noch nicht ausreichend sein, so dass zumindest anfangs eine Flügelradpumpe 150 zur Unterstützung der Durchströmung und zum Einstellen der Strömung 192 verwendet werden kann.
10 zeigt eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Füllstandsmessung in einem Elektrolyseur 20, wobei die Einrichtung beispielhaft für ein Rücklaufrohr 50 und einen Gasabscheider 46 dargestellt ist. Zusätzlich zu dem Rücklaufrohr 50 und dem Gasabscheider 46 können auch das Rücklaufrohr 52 und der Gasabscheider 48 eine derartige Einrichtung aufweisen.
Die Einrichtung besteht aus einem Schwimmkörper 90, welcher als Hohlkörper ausgebildet ist. Der Schwimmkörper 90 ist über ein Seil 92 mit einem Körper 94 verbunden, der aus einem ferromagnetischen Metall besteht. Der Schwimmkörper 90 weist eine Öffnung 106 auf, welche über ein flexibles, schlauchartiges Element 108 mit einem Raum 112 verbunden ist. Alternativ dazu kann, wie in 12 dargestellt, ein zweites Ende mit einer zweiten Öffnung 142 des flexiblen, schlauchartigen Elements 108 mit einem Abschnitt 126 an einer oberen Deckenwand des Gasabscheider 46 verbunden sein. Dazu ist das zweite Ende des flexiblen, schlauchartigen Elements 108 über ein Haltemittel 146 mit der oberen Deckenwand des Gasabscheiders 46 derart verbunden, dass die zweite Öffnung 142 in dem oberen Bereich 114 des Gasabscheiders 46 freiliegt. Der auf Grund der Elektrolyse herrschende Gasdruck im oberen Bereich 114 des Gasabscheiders 46 stellt sich über das flexible, schlauchartige Element 108 und die Öffnung 106 in dem Schwimmkörper 90 auch im Inneren des Schwimmkörpers 90 in dessen Hohlraum 110 ein. Der Innendruck P_Innen des Raums 138 entspricht daher dem Außendruck P_Außen des Raums 140.
Durch die Ausgestaltung des Schwimmkörpers 90 als Hohlkörper schwimmt dieser immer in Abhängigkeit des Pegels 116 des in dem Gasabscheider 46 befindlichen Elektrolyts (z. B. Kalilauge) und kann zudem nicht durch sich von Mitteln zum Gasabscheiden abtropfende Flüssigkeitstropfen mit diesen füllen, was zu einem Sinken bzw. Untergehen des Schwimmkörpers 90 in dem Gasabscheider 46 führen würde.
Bei der in 10 dargestellten Ausführung ist die in 12 dargestellte Ausführung, bei der ein Abschnitt 126 des flexiblen, schlauchartigen Elements 108 in den oberen Bereich 114 des Gasabscheiders 46 mündet, gestrichelt dargestellt. Alternativ dazu zeigt die 10 eine Ausführung, bei der das flexible, schlauchartige Element 108 mit dessen zweiter Öffnung 142 in den Raum 112 mündet, wobei in den Raum 112 auch das in dem Gasabscheider 46 nach oben strömende Gas gelangt, wobei sich dadurch ein Druckausgleich zwischen dem Raum 138 und dem Raum 140 einstellt. Der Pfeil 120 deutet das nach oben strömende Gas an.
Die Pfeile 118 deuten an, dass über die zwischen dem Gasabscheider 46 und dem Rücklaufrohr 50 gebildeten Öffnungen das in dem Elektrolyseur 20 erzeugte Gas nach oben steigt. Die gestrichelte Linie 32 deutet die zweite Abschlussplatte 32 eines Elektrolyseurs 20 an. Die Pfeile 124 und 122 geben sowohl die Bewegungsrichtung des Schwimmkörpers 90, also auch die Bewegungsrichtung des Körpers 94 an, wobei sich in Abhängigkeit der Bewegung des Schwimmkörpers 90 in Richtung des Pfeils 124 eine Bewegung des Körpers 94 in Richtung des Pfeils 122 einstellt. Diese Bewegung des Körpers 94 kann über die Spulen 98, 100, 102 und 104 detektiert werden. Die Spulen sind an der äußeren Umfangsfläche 166 des Rücklaufrohres 50 angeordnet und von einem isolierenden Fluid 60 umgeben. Die Spulen 98, 100, 102 und 104 sind mit einer Auswerteschaltung verbunden und mit Strom durchflossen, so dass bei einem Eintauchen des Körpers 94 zwischen die Spulen 98, 100, 102 und 104 auf Grund der ferromagnetischen Ausgestaltung des Körpers 94 eine Positionsänderung detektierbar ist.
Taucht der Körper 94 beispielsweise von dem zwischen den Linien 128 und 130 gebildeten Bereich in den zwischen den Linien 130 und 132 gebildeten Bereich ein, so wird dies von der Auswerteschaltung und über die Spulen 98 und 100 detektiert. Da die Länge des Seils 92 bekannt ist, kann die Auswerteschaltung daraus direkt die Füllstandshöhe bzw. die Position des Pegels 116 in dem Gasabscheider 46 ermitteln. Sinkt der Pegel 116 in dem Gasabscheider 46, so kann über eine Steuerung beispielsweise dem ersten Elektrolyseraum I. Wasser zugeführt werden. Ferner kann auch bei einem Bewegen des Körpers 94 von dem zwischen den Linien 130 und 132 gebildeten Bereich in den zwischen den Linien 128 und 130 gebildeten Bereich eine Steuerung die Zufuhr von Wasser in den ersten Elektrolyseraum I. reduzieren. In der Position des Körpers 94 in dem zwischen den Linien 128 und 130 gebildeten Bereich, dem zwischen den Linien 130 und 132 gebildeten Bereich, dem zwischen den Linien 132 und 134 gebildeten Bereich und dem zwischen den Linien 134 und 136 gebildeten Bereich können entsprechende Maßnahmen durch eine Steuerung ergriffen werden.
Um die Bewegung des Schwimmkörpers 90 auszugleichen ist das flexible, schlauchartige Element 108, wie in 10 dargestellt, spiralförmig ausgebildet. Das flexible, schlauchartige Element 108 kann dabei unabhängig von der Position des Schwimmkörpers 90 den Druckausgleich zwischen dem Raum 138 und 140 bereitstellen.
11 zeigt eine schematische Ansicht eines Schwimmkörpers 90. Der Schwimmkörper 90 weist an dessen oberen Ende eine Öffnung 106 auf, von der sich aus das flexible, schlauchartige Element 108 erstreckt. Der Schwimmkörper 90 kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein. Die Öffnung 106 kann über eine Bohrung in den Schwimmkörper 90 eingebracht sein oder der Schwimmkörper 90 kann einen Deckel mit einer Öffnung 106 aufweisen, die auf einen topfartigen Abschnitt des Schwimmkörpers 90 aufgesetzt und mit diesem verbunden ist.
12 zeigt wie vorstehend beschrieben, eine alternative Ausführungsform zur Bereitstellung des Druckausgleichs zwischen dem Raum 138 und dem Raum 140. Die in Bezug auf 3 beschriebene Zuführung von Wasser über die Gasabscheider 46, 48 erfolgt jedoch derart bzw. ist das flexible, schlauchartige Element 108 derart im oberen Bereich 114 angeordnet, dass das zugeführte Wasser nicht in die zweite Öffnung 142 des flexiblen, schlauchartigen Elements 108 gelangt.
Bezugszeichenliste

10: Elektrolyseur-Anordnung
12: Druckbehälter
14: erstes Rohr
16: zweites Rohr
18: Diaphragma
20: Elektrolyseur
22: erste Bodenplatte
24: zweite Bodenplatte
26: erste Zwischenschicht
28: zweite Zwischenschicht
30: erste Abschlussplatte
32: zweite Abschlussplatte
34: Kupferschicht
36: Kupferschicht
38: Anschluss
40: Anschluss
42: Anschluss
44: Anschluss
45: Öffnung
46: Gasabscheider
47: Öffnung
48: Gasabscheider
50: Rücklaufrohr
52: Rücklaufrohr
54: Anschluss
56: Anschluss
58: Öffnung
60: Fluid
62: Membranspeichereinrichtung
64: Gewebe
66: Gewebe
68: Kanal
70: Kanal
72: Membran
74: Kupferleitung
76: Kupferleitung
78: Schlauch
80: Schlauch
82: Verbindung
84: Schlauch
86: Distanzelement
88: Distanzelement
90: Schwimmkörper
92: Seil
94: Körper
98: Spule
100: Spule
102: Spule
104: Spule
106: Öffnung
108: Element
110: Hohlraum
112: Raum
114: oberer Bereich
116: Pegel
118: Pfeil
120: Pfeil
122: Pfeil
124: Pfeil
126: Abschnitt
128: Linie
130: Linie
132: Linie
134: Linie
136: Linie
138: Raum
140: Raum
142: zweite Öffnung
144: Schraube
146: Haltemittel
150: Flügelradpumpe
152: Flügelrad
154: Magnet
156: Spulenanordnung
158: Spule
160: Lagerring
162: Lagerring
164: innere Umfangsfläche
166: äußere Umfangsfläche
168: Flügel
170: Ring
172: Magnetfeld
174: Pfeil
176: Pfeil
178: Pfeil
180: Verbindungsteil
182: Gewebe
184: Gewebe
186: Verbindungsstelle
188: Kanal
190: Kanal
192: Strömung
I.: erster Elektrolyseraum
II.: zweiter Elektrolyseraum
A: Raum
B: Raum
D₁: Druckraum
D₂: Druckraum
L: Achse
P_Innen: Druck
P_Außen: Druck

Claims

Elektrolyseur-Anordnung (10) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der elektrochemischen Zersetzung eines Elektrolyten, mit einem Druckbehälter (12) und einem aus einem ersten Rohr (14), einem von dem ersten Rohr (14) umgebenen zweiten Rohr (16), das beabstandet zu dem ersten Rohr (14) angeordnet ist, und einem zwischen dem ersten Rohr (14) und dem zweiten Rohr (16) beabstandet zu diesen angeordneten Diaphragma (18) bestehenden Elektrolyseur (20), wobei – das erste Rohr (14) an der unteren Umfangskante mit einer ersten Bodenplatte (22) verbunden ist, über der ersten Bodenplatte (22) eine erste Zwischenschicht (26) und über der ersten Zwischenschicht (26) eine zweite Bodenplatte (24) angeordnet ist, wobei die zweite Bodenplatte (24) mit dem zweiten Rohr (16) an dessen unterer Umfangskante verbunden ist, und die erste Zwischenschicht (26) beabstandet zu der inneren Umfangsfläche des ersten Rohres (14) und beabstandet zu der ersten und der zweiten Bodenplatte (22, 24) angeordnet ist und sich von der ersten Zwischenschicht (26) das Diaphragma (18) entlang des ersten Rohres (14) und des zweiten Rohres (16) erstreckt, wobei das zweite Rohr (16) mit einer zweiten Abschlussplatte (32) verbunden und beabstandet zu der zweiten Abschlussplatte (32) eine zweite Zwischenschicht (28) angeordnet ist, welche beabstandet zu der inneren Umfangsfläche des ersten Rohres (14) angeordnet und mit dem Diaphragma (18) verbunden ist, wobei beabstandet zu der zweiten Zwischenschicht (28) und über der zweiten Zwischenschicht (28) eine erste Abschlussplatte (30) angeordnet ist, die mit dem ersten Rohr (14) verbunden ist, – das erste Rohr (14) an dessen äußerer Umfangsfläche, die dem zweiten Rohr (16) abgewandt ist, eine Kupferschicht (34) aufweist und das zweite Rohr (16) an dessen dem ersten Rohr (14) abgewandten inneren Umfangsfläche eine Kupferschicht (36) aufweist und die Kupferschichten (34, 36) Anschlüsse zur Stromzufuhr aufweisen, – der Elektrolyseur (20) Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser in den zwischen dem Diaphragma (18), der ersten Zwischenschicht (26), der zweiten Zwischenschicht (28), der ersten Bodenplatte (22), der ersten Abschlussplatte (30) und dem ersten Rohr (14) gebildeten ersten Elektrolyseraum (I.) und Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser in den zwischen dem Diaphragma (18), der ersten Zwischenschicht (26), der zweiten Zwischenschicht (28), der zweiten Bodenplatte (24), der zweiten Abschlussplatte (32) und dem zweiten Rohr (16) gebildeten zweiten Elektrolyseraum (II.) aufweist, und sich vom ersten Elektrolyseraum (I.) zwischen der ersten Abschlussplatte (30) und der zweiten Zwischenschicht (28) ein erster Gasabscheider (46) und sich vom zweiten Elektrolyseraum (II.) zwischen der zweiten Zwischenschicht (28) und der zweiten Abschlussplatte (32) ein zweiter Gasabscheider (48) von dem Elektrolyseur (20) erstrecken, wobei dem ersten Gasabscheider (46) und dem zweiten Gasabscheider (48) jeweils ein Rücklaufrohr (50, 52) zugeordnet ist, welche in den entsprechenden ersten und zweiten Elektrolyseraum (I., II.) zwischen der ersten Bodenplatte (22), der ersten Zwischenschicht (26) und der zweiten Bodenplatte (24) münden, wobei von den Gasabscheidern (46, 48) die im Elektrolyseur (20) erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff über weitere Anschlüsse (54, 56) herausführbar sind und wobei mindestens eine Öffnung (58) in der ersten Abschlussplatte (30), der zweiten Zwischenschicht (28) und der zweiten Abschlussplatte (32) vorgesehen ist, die eine Verbindung zwischen dem von dem zweiten Rohr (16) umgebenen Raum (A) und dem Raum (B) außerhalb des ersten Rohres (14) und über der ersten Abschlussplatte (30) herstellt, wobei die mindestens eine Öffnung (58) so ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Öffnung (58) keine Verbindung zu dem ersten und dem zweiten Elektrolyseraum (I., II.) aufweist, wobei der Elektrolyseur (20) vollständig in dem mit einem isolierenden Fluid (60) gefülltem Druckbehälter (12) aufgenommen ist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die in dem Elektrolyseur (20) erzeugten Gase Wasserstoff oder Sauerstoff mindestens teilweise einer Membranspeichereinrichtung (62) zuführbar sind, wobei die Membranspeichereinrichtung (62) mit dem isolierenden Fluid (60) derart in Verbindung steht, dass Druckunterschiede aufgrund der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff eine entsprechende Veränderung des Drucks des isolierenden Fluids (60) über die Membranspeichereinrichtung (62) bewirken.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Rohr (14) und das zweite Rohr (16) an den, dem Diaphragma (18) gegenüberliegenden Seiten mit einem als Elektrode wirkenden Gewebe (64, 66) verbunden sind, wobei die Gewebe (64, 66) so ausgestaltet und mit dem ersten Rohr (14) und entsprechend mit dem zweiten Rohr (16) verbunden sind, dass die Gewebe (64, 66) entlang der Längsachse des ersten und des zweiten Rohres (14, 16) Kanäle (68, 70) bilden.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Gasabscheider (46, 48) Mittel zum Abscheiden von Flüssigkeit von den erzeugten Gasen Wasserstoff und Sauerstoff aufweisen, die aus Gewebe bestehen und im oberen Bereich (114) des ersten und des zweiten Gasabscheiders (46, 48) angeordnet sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Rohr (14) und das zweite Rohr (16) aus einem dünnen Blech gebildet sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anschlüsse zur Zufuhr von Wasser und zur Abfuhr der erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff aus flexiblen Schläuchen (78, 80) gebildet sind, wobei der Druckbehälter (12) mindestens eine Öffnung oder einen Anschluss (42, 44; 54, 56) zur Zu- und Abfuhr von Wasser und der Gase Wasserstoff und Sauerstoff aufweist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem ersten Gasabscheider (46) und in dessen Rücklaufrohr (50) und in dem zweiten Gasabscheider (48) und in dessen Rücklaufrohr (52) jeweils eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Füllstands der Elektrolyten aufgenommen ist, wobei jeweils mindestens zwei von einander beabstandete Spulen (98, 100, 102, 104) die Rücklaufrohre (50, 52) an deren äußeren Umfangsflächen (166) umgeben und die Messeinrichtung einen Körper (94) und einen Schwimmkörper (90) aufweist, wobei der Körper (94) über weitere Mittel mit dem Schwimmkörper (90) verbunden ist, wobei der Schwimmkörper (90) in Abhängigkeit der Füllstandshöhe der Elektrolyten entlang des ersten und des zweiten Gasabscheiders (46, 48) bewegbar ist und der Körper (94) aus einem ferromagnetischen Metall besteht, so dass die Position des Schwimmkörpers (90) über die mindestens zwei Spulen (98, 100, 102, 104) detektierbar ist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach Anspruch 7, wobei der Schwimmkörper (90) als Hohlkörper ausgebildet ist und eine Öffnung (106) aufweist, die mit einem flexiblen schlauchartigen Element (108) in Verbindung steht, über welches ein Druckausgleich zwischen dem Hohlraum (110) des Hohlkörpers und dem ihn umgebenden Raum (140) erfolgt.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Membranspeichereinrichtung (62) an dem Druckbehälter (12) angeordnet ist und innenliegend eine Membran (72) aufweist, welche zwei durch die Membran (72) voneinander getrennte Druckräume (D₁, D₂) aufweist, welchen das isolierende Fluid (60) und die in dem Elektrolyseur (20) erzeugten Gase Wasserstoff oder Sauerstoff zuführbar sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei eine bestimmte Form der Gewebe (64, 66) dreieckförmige, Ω-förmige, sinusförmige oder rechteckige Verläufe aufweist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei jeweils eine Vielzahl von Geweben (64, 66, 182, 184) mit dem ersten und dem zweiten Rohr (14, 16) verbunden ist, wobei über einem ersten Gewebe (66) mindestens ein zweites Gewebe (182, 184) beabstandet zu dem ersten Gewebe (66) angeordnet ist, wobei das erste Gewebe (66) und das mindestens eine zweite Gewebe (182, 184) an gemeinsamen Kontaktbereichen mit dem jeweiligen Rohr (14, 16) verbunden sind und wobei das erste Gewebe (66) und das mindestens eine zweite Gewebe (182, 184) in den von dem jeweiligen Rohr (14, 16) am weitesten entfernten Bereichen des ersten Gewebes (66) und des mindestens einen zweiten Gewebes (182, 184) unterschiedliche Abstände zu dem jeweiligen Rohr (14, 16) aufweisen.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die Stromzufuhr zu den als Elektroden wirkenden ersten Rohr und zweiten Rohr und/oder als Elektrode wirkenden Gewebe (64, 66) über die Kupferschichten (34, 36) und über Kupferleitungen (74, 76) erfolgt, wobei die Kupferleitungen (74, 76) durch das isolierende Fluid (60) verlaufen und der Druckbehälter (12) Anschlüsse (38, 40) für die Stromzufuhr aufweist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die Gewebe (64, 66, 182, 184) Edelstahlgewebe oder Nickelgewebe sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach Anspruch 13, wobei die Gewebe (64, 66, 182, 184) oder die Edelstahlgewebe mit Silber oder Nickel beschichtet sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das isolierende Fluid (60) ein Öl ist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei an dem Diaphragma (18) beidseitig jeweils ein Distanzelement (86, 88) mit Öffnungen angeordnet ist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach Anspruch 16, wobei die Gewebe (64, 66; 182; 184) des ersten und des zweiten Rohres (14, 16) partiell an den ihnen zugewandten Distanzelementen (86, 88) anliegen.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei in den Rücklaufrohren (50, 52) jeweils eine Flügelradpumpe (150) angeordnet ist, wobei der Antrieb der Flügelradpumpe (150) über an der äußeren Umfangsfläche (166) der Rücklaufrohre (50, 52) angeordnete Spulen (158) erfolgt und in den Rücklaufrohren (50, 52) jeweils ein Flügelrad (152) aufgenommen ist, welches zwischen zwei umlaufenden Ringen (160, 162) im Inneren der Rücklaufrohre (50, 52) gehalten wird, und an den äußeren Enden des Flügelrads (152) Magnete (154) angeordnet sind, wobei über eine Steuerung die Stromzufuhr und die Drehzahl der Flügelradpumpe (150) in Abhängigkeit bestimmter, messbarer Parameter steuerbar ist.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Elektrolyseur-Anordnung (10) mindestens mit einer Steuerung verbunden ist, welche den Betrieb des Elektrolyseurs (20) und der Elektrolyseur-Anordnung (10) in Abhängigkeit vorgebbarer Einstellungen und messbarer Parameter steuert.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine Vielzahl von Elektrolyseuren (20) in dem Druckbehälter (12) aufgenommen ist, wobei die einzelnen Elektrolyseure (20) elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Elektrolyte über eine gemeinsame Zuführleitung den einzelnen Elektrolyseuren (20) parallel geschaltet zuführbar sind und die erzeugten Gase Wasserstoff und Sauerstoff gemeinsam aus dem Druckbehälter (12) herausführbar und mit einer Membranspeichereinrichtung (62) verbunden sind.
Elektrolyseur-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das erste Rohr (14) oder die ersten Rohre beabstandet zu den Innenwänden des Druckbehälters (12) innerhalb des Druckbehälters (12) angeordnet sind und der Elektrolyseur (20) oder die Elektrolyseure vollständig von dem isolierenden Fluid (60) oder dem Öl umgeben sind.