DE102022206095A1

DE102022206095A1 - Elektrolysesystem mit einem Ionentauscher

Info

Publication number: DE102022206095A1
Application number: DE102022206095.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Merkl; Klaus Scheffer; Henning Schramm; Markus Ungerer
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2023-12-28
Also published as: WO2023242017A3; WO2023242017A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem (21) umfassend zumindest eine Elektrolysezelle (01) und einen kathodenseitigen Wasserkreislauf (07) mit einem Wasserstoff-Separator (05) und einen anodenseitigen Wasserkreislauf (06) mit einem Sauerstoff-Separator (04) und eine Ausgleichsverbindung (22), welche von einer kathodenseitigen Wasserverbindung (15) kommend über eine Pumpe (13) und einen Ionentauscher (12) über einen Knotenpunkt (23) und eine Betriebsleitung (24) zum anodenseitigen Wasserkreislauf (06) führt, und eine Ruheleitung (25), welche (25) vor der Betriebsleitung (24) abzweigt und zur kathodenseitigen Gasverbindung (17) führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem zur elektrochemischen Zerlegung von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mit Elektrolysezellen, wobei ein anodenseitiger Wasserkreislauf und ein kathodenseitiger Wasserkreislauf zur Abtrennung der Gase vorhanden sind. Dabei gilt es, die Reinheit des Wassers mittels Ionentauscher zu gewährleisten.
Elektrolysesysteme sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt. In jedem Fall umfasst ein solches einen Elektrolyseur. Hierzu werden wiederum verschiedene Ausführungen eingesetzt, wobei häufig ein sogenannter PEM-Elektrolyseur eingesetzt wird. Dieser weist eine Mehrzahl von Elektrolysezellen auf, welche durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer aufgeteilt sind. In den Elektrolysezellen findet die Wasserelektrolyse statt, wozu zumindest an der Anodenkammer ein Einlass vorhanden ist. An der Oberseite der Anodenkammer sowie an der Oberseite der Kathodenkammer befindet sich ein Auslass, über die jeweils das entstandene Gas mit einem Anteil Wasser abgeführt wird.
Auf einer Anodenseite gibt es üblicherweise einen Wasserkreislauf vom Auslass der Anodenkammer mit einem Sauerstoff-Separator zurück zum Einlass an der Anodenkammer. Gegebenenfalls sind im Wasserkreislauf weiterhin eine Umwälzpumpe, eine Kühlvorrichtung und eine Filteranordnung vorhanden. Um die hinreichende Reinheit des Wassers zu gewährleisten, wird bei einigen Ausführungen ein Ionentauscher beim anodenseitigen Wasserkreislauf eingesetzt.
Die Kathodenseite wird in der Regel analog zur Anodenseite aufgebaut und weist somit ebenfalls einen Wasserkreislauf vom Ausgang der Kathodenkammer über einen Wasserstoff-Separator zurück zum Eingang der Kathodenkammer auf.
Bei denjenigen Systemen, bei denen ein Ionentauscher direkt im jeweiligen Wasserkreislauf angeordnet ist, führt dies zur Notwendigkeit, diesen auf die volle Durchströmung des Wasserkreislaufes auszulegen und ist als Folge in der Regel größer als es zur Reinigung des Wassers erforderlich ist.
Alternativ sind Ausführungen bekannt, bei denen ein Reinigungskreislauf vom jeweiligen Separator und zurück in den Separator vorhanden ist, wobei im Reinigungskreislauf eine Pumpe und ein Ionentauscher vorhanden sind. Somit kann dieser vorteilhaft dimensioniert werden.
Weiterhin als nachteilig hat es sich jedoch gezeigt, dass bei längeren Stillstandszeiten die Wasserqualität im Elektrolyseur abnimmt und bei neuer Inbetriebnahme die Effizienz reduziert und die Lebensdauer beeinträchtigt ist.
Weiterhin zu berücksichtigen, ist der im Betrieb des Elektrolyseurs vorhandene Wasserübertritt von der Anodenseite zur Kathodenseite durch die PEM Membran. Das übergetretene Wasser muss folglich wieder zurückgeführt werden. Dabei sind bei bekannten Systemen Verbindungen vom kathodenseitigen Wasserkreislauf zum anodenseitigen Wasserkreislauf vorgesehen, wobei in der Verbindung in der Regel eine Pumpe und ein Ionentauscher vorhanden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, die Reinheit des Wassers auch bei einem Nicht-Betrieb des Elektrolyseurs gewährleisten zu können und dabei den Aufwand für die Reinigung gering zu halten.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Elektrolysesystem nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das gattungsgemäße Elektrolysesystem dient zur elektrochemischen Zerlegung von Wasser und somit zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff. Dabei weist das Elektrolysesystem zumindest eine Elektrolysezelle auf. In der Regel wird eine Elektrolyseeinheit verwendet, welche wiederum mehrere Elektrolysezellen besitzt. Die eine bzw. jede einzelne Elektrolysezelle besitzt dabei eine Anodenkammer und auf einer durch eine Membran getrennten gegenüberliegenden Seite eine Kathodenkammer. Um welche Art von Membran es sich hierbei handelt, ist zunächst unerheblich, wobei vorzugsweise eine Polymer-Elektrolyt-Membran eingesetzt wird. In der Anodenkammer befindet sich eine Anode und gegenüberliegend in der Kathodenkammer eine Katode.
Bestimmungsgemäß ist vorgesehen, dass im Betrieb des Elektrolysesystems eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode der einen bzw. der jeweiligen Elektrolysezelle angelegt ist, so dass der Prozess der Elektrolyse stattfinden kann und dabei Wasserstoff und Sauerstoff gebildet wird.
Demgegenüber ist bestimmungsgemäß vorgesehen, dass in einem Ruhezustand des Elektrolysesystems keine Spannung zwischen der Anode und der Kathode vorhanden ist und folglich auch keine Gasbildung vorhanden ist.
Bei der Elektrolyse entstehen in den Kammern Gase, so dass sich eine Strömung von unten nach oben ausbildet. Dabei ist die getrennte Ableitung der entstehenden Gase zu gewährleisten. Entsprechend werden naheliegend die Kathodenkammer und die Anodenkammer im Betrieb des Elektrolysesystems in der Regel von unten nach oben durchströmt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Wasserzufuhr zur Elektrolysezelle erforderlich. Hierzu weist das Elektrolysesystem einen anodenseitigen Wasserkreislauf auf. Dieser kann aufgeteilt werden in eine anodenseitige Wasserverbindung und eine anodenseitige Gasverbindung. Dabei führt die anodenseitige Gasverbindung von einem Auslass der Anodenkammer und zu einem Sauerstoff-Separator. Im Betrieb der Elektrolysezelle führt die Gasverbindung bestimmungsgemäß ein Gemisch von Gas und Wasser von der Anodenkammer zum Sauerstoff-Separator. Von dort führt eine Wasserverbindung zurück zu einem anodenseitigen Einlass an der Anodenkammer. Entsprechend wird im Betrieb die anodenseitige Wasserverbindung vom Sauerstoff-Separator zur Anodenkammer bestimmungsgemäß von Wasser durchströmt.
Analog weist das Elektrolysesystem einen kathodenseitigen Wasserkreislauf auf. Dieser beginnt an einem kathodenseitigen Auslass der Kathodenkammer und führt mittels einer Gasverbindung zu einem Wasserstoff-Separator. Im Betrieb der Elektrolysezelle führt auch diese Gasverbindung ein Gemisch von Gas und Wasser von der Kathodenkammer zum Wasserstoff-Separator. Von dort führt gleichfalls eine Wasserverbindung zurück zu einem kathodenseitigen Einlass an der Kathodenkammer. Entsprechend wird im Betrieb die kathodenseitige Wasserverbindung vom Wasserstoff-Separator zur Kathodenkammer von Wasser durchströmt.
Sowohl im anodenseitigen Wasserkreislauf als auch im kathodenseitigen Wasserkreislauf kann weiterhin eine Hauptpumpe und/oder eine Kühleinrichtung und/oder ein Filter vorgesehen sein. Die Reihenfolge der Elemente ist dabei gleichfalls zunächst unerheblich und ebenso, ob weitere Einrichtungen im Wasserkreislauf vorhanden sind.
Um die Rückführung des im Betrieb von der Anodenkammer zur Kathodenkammer übergetretenen Wassers zu ermöglichen, ist eine Ausgleichsverbindung vorgesehen, welche von der kathodenseitigen Wasserverbindung zum anodenseitigen Wasserkreislauf führt. Um die Reinheit des zurückgeführten Wassers sicherzustellen sind dabei in der Ausgleichsverbindung eine Pumpe und ein Ionentauscher vorgesehen.
Dabei kann in der Ausgleichsverbindung vorteilhaft eine Kühleinrichtung und/oder ein Filter vorgesehen sein. Die Reihenfolge der Elemente ist dabei gleichfalls zunächst unerheblich und ebenso, ob weitere Einrichtungen in der Ausgleichsverbindung vorhanden sind.
Erfindungsgemäß wird jedoch die Ausgleichsverbindung nicht unmittelbar zum anodenseitigen Wasserkreislauf geführt, sondern zunächst zu einem Knotenpunkt. Von dort führt eine Betriebsleitung zum anodenseitigen Wasserkreislauf und als Abzweig zusätzlich eine Ruheleitung zur kathodenseitigen Gasverbindung.
Mit dieser Ausführungsform wird es einerseits ermöglicht, in bekannter Weise von der Kathodenseite zur Anodenseite zurückzuführendes Transferwasser bei der Rückführung zu Deionisieren. Besonders vorteilhaft ist jedoch die durch die besondere Ausführungsform geschaffene Möglichkeit, bei einem Stillstand der Elektrolyse weiterhin einen Reinigungskreislauf zu betreiben.
Grundsätzlich ist die Ausgleichsverbindung dafür vorgesehen, eine Rückführung über die Betriebsleitung von in der Elektrolysezelle übergetretenem Wasser zu ermöglichen. Dabei ist die Reinigung mittels eines Ionentauschers notwendig, um eine nachteilige Ionenbelastung auf der Anodenseite zu vermeiden.
Im Betrieb des Elektrolysesystems ist die Ausgleichsverbindung und folgend die Betriebsleitung bevorzugt durchströmt, so dass eine Strömung von der kathodenseitigen Wasserverbindung zum anodenseitigen Wasserkreislauf zumindest zum Ausgleich des in der Elektrolysezelle übergetretenen Wassers erfolgt.
Dabei kann der Anschluss der Ausgleichsverbindung an verschiedenen Stellen in der kathodenseitigen Wasserverbindung erfolgen. Ebenso ist der Anschluss der Betriebsleitung an verschiedenen Stellen im anodenseitigen Wasserkreislauf möglich.
Bei Vorhandensein von mehreren Elektrolysezellen kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass an der Unterseite der Kathodenkammern und/oder an der Unterseite der Anodenkammer jeweils ein die einzelnen Kathodenkammern respektive die einzelnen Anodenkammern verbindender Wasserkanal angeordnet ist, vom dem ein Zulauf in die Kathodenkammern respektive Anodenkammer möglich ist.
Bei Vorhandensein eines Wasserkanals an der Unterseite der Kathodenkammer und/oder der Anodenkammer erfolgt bevorzugt der Anschluss der vom Wasserstoff-Separator respektive vom Sauerstoff-Separator kommenden Verrohrung der zugehörigen kathodenseitigen Wasserverbindung respektive anodenseitigen Wasserverbindung an den kathodenseitigen Wasserkanal respektive anodenseitigen Wasserkanal, d.h. der Wasserkanal bildet einen Teil der Wasserverbindung.
Bei Vorhandensein von mehreren Elektrolysezellen kann ebenso vorteilhaft vorgesehen sein, dass an der Oberseite der Kathodenkammern und/oder an der Oberseite der Anodenkammer jeweils ein die einzelnen Kathodenkammern respektive einzelnen Anodenkammern verbindender Gaskanal angeordnet ist, vom dem eine Abführung des im Betrieb gebildeten Gas-Wasser-Gemischs aus den Kathodenkammern respektive Anodenkammern möglich ist.
Bei Vorhandensein eines Gaskanals erfolgt der Anschluss einer Verrohrung der zugehörigen Gasverbindung zum Wasserstoff-Separator respektive zum Sauerstoff-Separator an den zugehörigen Gaskanal, d.h. der Gaskanal ist Teil der Gasverbindung.
Die Flexibilität hinsichtlich der Verfahrensführung sowohl im Betrieb, d.h. wenn eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode angelegt ist und die Elektrolyse stattfindet, als auch im Ruhezustand, wenn keine Spannung bei der Elektrolysezelle angelegt ist, wird verbessert, wenn eine Querstromverbindung von der Kathodenkammer zur Anodenkammer vorhanden ist. Dabei ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand eine Strömung von der Kathodenkammer zur Anodenkammer oder von der Anodenkammer zur Kathodenkammer durch die Querstromverbindung möglich ist.
Vorteilhaft handelt es sich um einen freien Durchgang von der Unterseite der Anodenkammer, d.h. im Bereich des Zulaufs in die Anodenkammer, zur Unterseite der Kathodenkammer, d.h. gleichfalls im Bereich des Zulaufs in die Kathodenkammer.
Sofern ein anodenseitiger Wasserkanal und/oder kathodenseitiger Wasserkanal vorhanden ist, so werden mit der Querstromverbindung vorteilhaft die Wasserkanäle auf Anodenseite und Kathodenseite miteinander verbunden.
Wenngleich im Betrieb vorgesehen ist, dass das durch den Prozess übergetretenes Wasser über die Ausgleichsverbindung und folgend die Betriebsleitung zurückgeführt wird, so kann einerseits vorgesehen sein, dass zusätzlich ein Teil des Wassers über die Querstromverbindung zurückgeführt wird. Anderseits kann auch vorgesehen sein, dass über die Ausgleichsverbindung mehr Wasser zurückgeführt wird, als im Prozess bei den Kammern übertritt. In diesem Fall ist eine Querströmung von der Anodenseite durch die Querstromverbindung zur Kathodenseite möglich.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in der Querstromverbindung ein regelbares Ventil oder ein Rückschlagventil angeordnet wird.
Die Verbindung der Ausgleichsverbindung an die kathodenseitige Wasserverbindung kann an unterschiedlicher Stelle erfolgen. Naheliegend kann der Anschluss an einer den Wasserstoff-Separator mit der Kathodenkammer verbindenden Verrohrung als Abzweig erfolgen.
Gleichfalls als Alternative ist ein Anschluss an dem Wasserstoff-Separator umfasst, wobei sicherzustellen ist, dass ausschließlich Wasser und kein Gas über die Ausgleichsverbindung abgeführt wird. Naheliegend können am Wasserstoff-Separator beispielsweise zwei benachbarte Wasseranschlüsse vorhanden sein, wobei an einem die Leitung zur Kathodenkammer und am anderen die Ausgleichsverbindung angeschlossen ist.
Weiterhin ist alternativ ein Anschluss an der Unterseite der Kathodenkammer, beispielsweise benachbart zum Anschluss der Verrohrung vom Wasserstoff-Separator möglich. Hierdurch wird eine Ableitung des Transferwassers unmittelbar vor dessen Eintritt in die Kathodenkammer ermöglicht. Hier gilt gleiches wie zuvor, dass bei einer Ableitung von Wasser an der Kathodenkammer im Wesentlichen nur Wasser und kein Gas abgeleitet wird. Hierzu ist sicherzustellen, dass die Strömung aus der vom Wasserstoff-Separator kommenden Verrohrung anteilig, ohne in die Kathodenkammer zu durchströmen, direkt in die Ausgleichsleitung abgezweigt wird.
Sofern ein kathodenseitiger Wasserkanal vorhanden ist und vorgesehen ist, dass die Ausgleichsverbindung an der Unterseite der Kathodenkammer angeschlossen werden soll, so erfolgt der Anschluss der Ausgleichsverbindung vorteilhaft an den kathodenseitigen Wasserkanal unterhalb der Kathodenkammer.
Bei Vorhandensein einer Querverbindung kann in besonders vorteilhafter Weise die Ausgleichsverbindung an der Querverbindung angeschlossen werden. Somit bildet ein Teil der Querstromverbindung vom Anschluss der Ausgleichsverbindung bis zur Kathodenkammer zugleich die Ausgleichsverbindung. Hierdurch wird eine besonders einfache und zugleich taugliche Verrohrung ermöglicht.
Bei allen Varianten der Ableitung des Transferwassers von der Unterseite der Kathodenkammer ist bei der Abführung des Transferwassers unmittelbar vor dessen Zulauf in die Kathodenkammer zu gewährleisten, so dass eine Ableitung von gebildetem Gas im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann.
Der Anschluss der Betriebsleitung an den anodenseitigen Wasserkreislauf kann ebenso zunächst an beliebiger Stelle erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführung erfolgt der Anschluss der Betriebsleitung an die anodenseitige Wasserverbindung. Hierdurch wird im Betrieb des Elektrolysesystems der anodenseitige Wasserkreislauf durch die Rückführung des Transferwassers am wenigsten beeinflusst und ist somit einfach zu realisieren.
Für den Anschluss der Betriebsleitung an die anodenseitige Wasserverbindung gilt analog gleiches wie für den Anschluss der Ausgleichsverbindung an die kathodenseitige Wasserverbindung.
Entsprechend ist es möglich, die Betriebsleitung bei der anodenseitigen Wasserverbindung an eine vom Sauerstoff-Separator zur Anodenkammer führende Verrohrung anzuschließen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Betriebsleitung an der Unterseite der Anodenkammer angeschlossen. Hierdurch wird das rückgeführte Transferwasser auf kurzem Wege der Anodenkammer zugeführt.
Die Verbindung der Betriebsleitung zur Anodenkammer kann dabei durch einen Anschluss an die Unterseite der Anodenkammer parallel zu einer vom Sauerstoff-Separator kommenden Verrohrung erfolgen.
Sofern ein anodenseitiger Wasserkanal an der Unterseite der Anodenkammer vorhanden ist, so kann weiterhin in vorteilhafter Weise ein Anschluss der Betriebsleitung an den anodenseitigen Wasserkanal erfolgen.
Sofern eine Querverbindung vorhanden ist, kann vorteilhaft die Betriebsleitung an die Querverbindung angeschlossen werden. Dabei bildet ein Teil der Querverbindung vom Anschluss der Betriebsleitung bis zur Anodenkammer zugleich einen Abschnitt der Betriebsleitung. Hierdurch wird eine besonders einfache und zugleich taugliche Verrohrung ermöglicht.
Besonders vorteilhaft bei allen Varianten mit dem Anschluss der Betriebsleitung an die Unterseite der Anodenkammer ist die Rückführung des Transferwassers unmittelbar zum Zulauf in die Anodenkammer.
In einer alternativen Ausführung erfolgt der Anschluss der Betriebsleitung an die anodenseitige Gasverbindung. Dieses erfordert zwar mehr Aufwand bei der Berücksichtigung des in die anodenseitige Gasverbindung eingeleiteten Transferwassers, jedoch ermöglicht diese Variante weitere Optionen insbesondere hinsichtlich der Betriebsführung im Ruhezustand.
Beim Anschluss der Betriebsleitung an die anodenseitige Gasverbindung ist darauf zu achten, dass im Betrieb des Elektrolysesystems das aus der Betriebsleitung zugeführte Wasser zusammen mit dem Gas-Wasser-Gemisch aus der anodenseitigen Gasverbindung zum Sauerstoff-Separator geführt wird.
Dabei kann ebenso vorgesehen sein, dass der Anschluss der Betriebsleitung an der Oberseite des Sauerstoff-Separators erfolgt.
Für den Fall, dass der Anschluss der Ruheleitung an die kathodenseitige Gasverbindung an der Oberseite der Kathodenkammer erfolgen soll - beispielsweise aus Gründen einer einfacheren Verrohrung, wird hierzu bevorzugt ein Anschluss an den kathodenseitigen Gaskanal - sofern vorhanden - vorgesehen.
Um verschiedene Strömungszustände im Betrieb des Elektrolysesystems und im Ruhezustand zu ermöglichen, sind sowohl vorteilhaft als auch naheliegend Ventile in den Leitungen bzw. Verbindungen oder Abzweigen einzusetzen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Ventil in der Ausgleichsleitung und/oder ein Ventil in der Betriebsleitung und/oder in der Ruheleitung vorhanden ist. Auch wäre es möglich, ein Mehrwegeventil im Knotenpunkt vorzusehen.
Darüber hinaus ist es ebenso möglich, in der anodenseitigen Wasserverbindung und/oder der kathodenseitigen Wasserverbindung und/oder in der anodenseitigen Gasverbindung und/oder in der kathodenseitigen Gasverbindung jeweils ein oder mehrere Ventile vorzusehen, um die Strömung sowohl im Betrieb als auch im Ruhezustand beeinflussen zu können.
Vorteilhafterweise ist im Betrieb die Ruheleitung beispielsweise mittels eines Ventils abgesperrt, so dass dort keine Strömung vorhanden ist.
Es ist jedoch auch möglich, dass auch im Betrieb des Elektrolysesystems bestimmungsgemäß eine anteilige Strömung durch die Ruheleitung vorhanden ist und insofern ein Reinigungskreislauf aus dem Wasserstoff-Separator und zurück zum Wasserstoff-Separator vorhanden ist.
Im Ruhezustand hingegen, wenn keine Spannung an der Elektrolysezelle angelegt ist, ist die Ruheleitung vorzugsweise durchströmt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Strömung von der Ruheleitung zur Kathodenkammer und von dort über die kathodenseitige Wasserverbindung zur Ausgleichsverbindung vorhanden ist.
In Abhängigkeit davon, ob über den Ionentauscher in der Ausgleichsverbindung im Ruhezustand nur das Wasser in der Kathodenkammer oder auch das Wasser in der Anodenkammer gereinigt werden soll, ist je nach Art der Verrohrung die Betriebsleitung unterbrochen oder gleichfalls durchströmt.
Mit der in der Ausgleichsverbindung vorhandenen Pumpe kann eine Strömung von der kathodenseitigen Wasserverbindung durch die Ausgleichsverbindung und folgend die Ruheleitung zur kathodenseitigen Gasverbindung bewirkt werden. D.h. die Strömungsrichtung in der Ausgleichsverbindung von der kathodenseitigen Wasserverbindung bis zum Knotenpunkt ist sowohl im Betrieb als auch im Ruhezustand des Elektrolysesystems gleich.
Die Strömung in den Kammern der Elektrolysezelle erfolgt im Betrieb des Elektrolysesystems aufgrund der Gasbildung zwangsläufig von unten nach oben. Hingegen ist für den Ruhezustand der Elektrolysezelle keine Richtung vorbestimmt. Insofern wäre es möglich, die Kammern für die Reinigung gleichfalls von unten nach oben zu durchströmen. Besonders bevorzugt wird jedoch für den Ruhezustand eine Strömung durch die Kathodenkammer und/oder die Anodenkammer von oben nach unten entgegen der im Betrieb gegebenen Strömungsrichtung.
Mit der bevorzugten entgegengesetzten Durchströmung der Kathodenkammer ist beim Anschluss der Ruheleitung an die kathodenseitige Gasverbindung darauf zu achten, dass eine Strömung von der Ruheleitung zur Oberseite der Kathodenkammer im Ruhezustand möglich ist. Dabei wird bevorzugt eine Verbindung in eine die Kathodenkammer mit dem Wasserstoff-Separator verbindenden Verrohrung der Gasverbindung vorgesehen oder ein Anschluss an einen kathodenseitigen Gaskanal.
Bei einer Strömung im Ruhezustand durch die Kathodenkammern von oben nach unten muss naheliegend das Wasser von der Unterseite der Kathodenkammern zur Ausgleichsverbindung zurückgeführt werden.
Hierzu stehen verschiedene Varianten zur Verfügung. In einer ersten Ausführung erfolgt eine Rückströmung zumindest abschnittsweise über die kathodenseitige Wasserverbindung.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Wasser, welches entgegengesetzt die Kathodenkammer von oben nach unten durchströmt, über die kathodenseitige Wasserverbindung gleichfalls entgegen gesetzt zur im Betrieb vorhandenen Strömungsrichtung zurück zur Ausgleichsverbindung geführt wird. Sofern die Ausgleichsverbindung an der Verrohrung zwischen dem Wasserstoff-Separator und der Kathodenkammer angeschlossen ist, wird naheliegend der Abschnitt von der Kathodenkammer bis zur Ausgleichsverbindung im Ruhezustand rückwärts durchströmt. Ist hingegen die Ausgleichsverbindung am Wasserstoff-Separator angeschlossen, strömt in dieser Ausführung naheliegend im Ruhezustand das Wasser zurück zum Wasserstoff-Separator und von dort in die Ausgleichsverbindung.
Ist hingegen die Ausgleichsverbindung unmittelbar an der Unterseite der Kathodenkammer angeschlossen, so ist im Ruhezustand die Verrohrung der kathodenseitigen Wasserverbindung, d.h. vom Wasserstoff-Separator bis zur Unterseite der Kathodenkammer, nicht durchströmt. Dabei kann, wie zuvor ausgeführt, die Ausgleichsverbindung an einem kathodenseitigen Wasserkanal oder an einer Querverbindung angeschlossen sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, über die Ausgleichsverbindung im Ruhezustand beide Kammern zu durchströmen. D.h. es erfolgt eine Strömung von der Ausgleichsverbindung über den Knotenpunkt und die Ruheleitung zur Kathodenkammer und weiterhin über eine andere Leitung eine Strömung von der Ausgleichsverbindung zur Anodenkammer.
Hierzu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In einer ersten Variante wird die Betriebsleitung auch im Ruhezustand zur Leitung eines Wasserstroms zur Anodenkammer eingesetzt. D.h. im Betriebszustand wird im Wesentlichen nur die Betriebsleitung durchströmt und im Ruhezustand erfolgt eine Aufteilung des in der Ausgleichsverbindung deionisierten Wassers auf die Betriebsleitung und die Ruheleitung. Besonders vorteilhaft wird hierzu die Betriebsleitung an die anodenseitige Gasverbindung angeschlossen.
In einer zweiten Variante wird parallel zu der Ruheleitung zur kathodenseitigen Gasverbindung eine weitere zweite Ruheleitung zur anodenseitigen Gasverbindung eingesetzt. Hierbei verläuft sinnvollerweise die Betriebsleitung zur anodenseitigen Wasserverbindung. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die zweite Ruheleitung von der ersten Ruheleitung abzweigt oder über einen weiteren Knotenpunkt mit der Ausgleichsverbindung verbunden ist. Zumindest erfolgt im Betrieb des Elektrolysesystems eine Strömung über die Betriebsleitung im Wesentlichen zur anodenseitigen Wasserverbindung und im Ruhezustand über die Ruheleitung zur anodenseitigen Gasverbindung und über die zweite Ruheleitung zur kathodenseitigen Gasverbindung.
Im Falle der Reinigung des Wassers aus der Anodenkammer über die Ausgleichsverbindung ist naheliegend eine Rückführung des Wassers von der Anodenkammer auf die Kathodenseite notwendig.
Hierzu kann bei Vorhandensein der Querstromverbindung vorteilhaft das Wasser im Ruhezustand über die Querstromverbindung von der Anodenkammer zur Kathodenkammer bzw. von einem vorteilhaft vorhandenen anodenseitigen Wasserkanal über die Querstromverbindung zu einem vorteilhaft vorhandenen kathodenseitigen Wasserkanal geleitet werden.
Besonders vorteilhaft ist jedoch eine zweite Ausführung, bei der die Ausgleichsverbindung unmittelbar an der Querstromverbindung angeschlossen ist. Somit kann im Ruhezustand das Wasser sowohl aus der Anodenkammer als auch aus der Kathodenkammer über die Querstromverbindung von beiden Seiten zur Ausgleichsverbindung strömen.
Sofern auch eine Reinigung des Wassers auf der Anodenseite im Betrieb gefordert wird, kann eine Reinigungsschleife vorgesehen sein, welche vom und zurück zum anodenseitigen Wasserkreislauf führt. Dabei ist gleichfalls eine Pumpe und ein Ionentauscher in der Reinigungsschleife erforderlich. Darüber hinaus können weiterhin eine Kühleinrichtung und ein Filter vorgesehen sein.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Reinigungsschleife von der anodenseitigen Wasserverbindung, beispielsweise vom Sauerstoff-Separator, zur anodenseitigen Gasverbindung führt. Hierdurch wird insbesondere im Betrieb eine Wasserführung vom Sauerstoff-Separator über die Reinigungsschleife zurück zum Sauerstoff-Separator und im Ruhezustand eine Wasserführung von der anodenseitigen Wasserverbindung, beispielsweise vom Sauerstoff-Separator, über die Reinigungsschleife zur anodenseitigen Gasverbindung und durch die Anodenkammer zurück in die anodenseitige Wasserverbindung ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Elektrolysesystem ermöglicht ein neues erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines solchen Elektrolysesystems. Die wesentlichen sowie die vorteilhaften Verfahrensschritte ergeben sich in offensichtlicher Weise aus vorheriger Beschreibung des erfindungsgemäßen Elektrolysesystem sowie dessen vorteilhafter Gestaltung.
Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen dem Zustand des Betriebs des Elektrolysesystems und dessen Ruhezustand. Im Betrieb wird eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode angelegt, wodurch es zur Elektrolyse und somit der Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff kommt. Dabei entsteht eine Kreislaufströmung im anodenseitigen Wasserkreislauf und eine Kreislaufströmung im kathodenseitigen Wasserkreislauf. Von der jeweiligen Kammer strömt ein Gas-Wasser-Gemisch durch die zugehörige Gasverbindung zum zugehörigen Separator. Dort erfolgt die Abtrennung des jeweiligen Gases, wobei das Wasser über die zugehörige Wasserverbindung zurück zur zugehörigen Kammer geführt wird.
Zugleich tritt im Betrieb Wasser von der Anodenkammer in die Kathodenkammer über. Zum Ausgleich ist daher vorgesehen, dass Wasser aus der anodenseitigen Wasserverbindung über die Ausgleichsverbindung und folgend die Betriebsleitung zurück zum anodenseitigen Wasserkreislauf geführt wird. Die Strömung wird durch die Pumpe in der Ausgleichsverbindung bewirkt, wobei weiterhin ein Ionentauscher zur Reinigung des Wassers vorhanden ist.
Im Ruhezustand demgegenüber ist die Verbindung von der Anode zur Kathode spannungslos und somit entfällt naheliegend die Elektrolyse mit der Gasbildung. Demgegenüber wird die Pumpe in der Ausgleichsverbindung weiterhin betrieben, wobei jedoch durch das Wasser durch die Ruheleitung zu der Kathodenkammer geleitet wird.
Besonders vorteilhaft wird im Ruhezustand das Wasser aus der kathodenseitigen Wasserverbindung über die Ausgleichsverbindung einerseits über die Ruheleitung zur Kathodenkammer und anderseits über die Betriebsleitung oder eine zweite Ruheleitung zur Anodenkammer geführt.
In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungen für ein Elektrolysesystem skizziert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Elektrolysesystem mit einer Ausgleichsverbindung angeschlossen am Wasserstoff-Separator, einer Betriebsleitung zur Anodenkammer;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Elektrolysesystem, wobei ergänzend zur Ausführung aus 1 eine zweite Ruheleitung zur anodenseitigen Gasverbindung führt;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Elektrolysesystem mit einer an einer Querstromverbindung angeschlossenen Ausgleichsverbindung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel für eine optionale Reinigungsschleife auf der Anodenseite.

In der 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Elektrolysesystem 21 skizziert. Dieses 21 weist zunächst einmal die Elektrolysezelle 01 mit der darin befindlichen an Anodenkammer 02 und Kathodenkammer 03 auf. Die beiden Kammern 02, 03 sind durch eine PEM-Membran getrennt. An der Unterseite der jeweiligen Kammer 02, 03 befindet sich jeweils ein Wasserkanal um die einfache Zuführung des Wassers in die jeweilige Kammer 02, 03 gewährleisten zu können. Weiterhin umfasst das Elektrolysesystem 21 einen Sauerstoff-Separator 04 sowie einen Wasserstoff-Separator 05.
Auf der rechten Seite der 1 befindet sich der kathodenseitige Wasserkreislauf 07. Dieser 07 umfasst eine kathodenseitige Wasserverbindung 15 vom Wasserstoff-Separator 05 bis zur Kathodenkammer 03 sowie eine kathodenseitige Gasverbindung 17 von der Kathodenkammer 03 bis zum Wasserstoff-Separator 05. Im Betrieb des Elektrolysesystems 21 strömt dabei Wasser vom Wasserstoff-Separator 05 durch die kathodenseitige Wasserverbindung 15 zur Unterseite der Kathodenkammer 03 und ein Gas-Wasser-Gemisch von der Oberseite der Kathodenkammer 03 durch die kathodenseitige Gasverbindung 17 zum Wasserstoff-Separator 05.
Auf der linken Seite der 1 befindet sich der anodenseitige Wasserkreislauf 06. Dieser 06 umfasst eine anodenseitige Wasserverbindung 14 vom Sauerstoff-Separator 04 zur Anodenkammer 02 sowie eine anodenseitige Gasverbindung 16 von der Anodenkammer 02 zum Sauerstoff-Separator 04. Im Betrieb des Elektrolysesystems 21 strömt dabei Wasser vom Sauerstoff-Separator 04 zur Unterseite der Anodenkammer 02 und ein Gas-Wasser-Gemisch von der Oberseite der Anodenkammer 02 durch die anodenseitige Gasverbindung 16 zum Sauerstoff-Separator 04.
Die Strömungsrichtung im Betrieb des Elektrolysesystems 21 ist mit den langen Pfeilen 08 skizziert.
In den Wasserverbindungen 14, 15 ist jeweils ein Kühler 11 vorgesehen.
Weiterhin dargestellt ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Querstromverbindung 18, welche 18 die Unterseite der Anodenkammer 02 mit der Unterseite der Kathodenkammer 03 verbindet, d.h. in diesem Falle die jeweiligen Wasserkanäle der beiden Kammern 02, 03 miteinander verbindet.
Weiterhin dargestellt ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Reinigungsschleife 26, welche 26 vom Sauerstoffseparator 04 zur anodenseitigen Gasverbindung 16 führt. Dabei ist in der Reinigungsschleife 26 eine Pumpe 13, ein Ionentauscher 12 und ein Kühler 11 angeordnet.
Mittels der Reinigungsschleife 26 ist im Betrieb des Elektrolysesystems 21 eine anteilige Reinigung des im anodenseitigen Wasserkreislauf umlaufenden Wassers möglich.
Alternativ wäre es hierzu auch möglich, die Reinigungsschleife 26 unmittelbar zum Sauerstoff-Separator 04 zurückzuführen - siehe alternative Leitung 27.
Besonders vorteilhaft ist mit der Reinigungsschleife 26 im Ruhezustand des Elektrolysesystems 21 eine fortgesetzte Reinigung des Wassers in der Anodenkammer 02 möglich. Dabei strömt das Wasser von der Reinigungsschleife 26 in entgegengesetzter Richtung durch die Anodenkammer 02 und durch die anodenseitige Wasserverbindung 14 gleichfalls in entgegengesetzter Richtung zurück zum Sauerstoff-Separator 04.
Auf der Kathodenseite ist am Wasserstoff-Separator 05 eine Ausgleichsverbindung 22 angeschlossen, welche 22 über einen Knotenpunkt 23 und einer Betriebsleitung 24 zur Unterseite der Anodenkammer 02, d.h. zum anodenseitige Wasserkanal führt. In der Ausgleichverbindung 22 ist eine Pumpe 13, ein Ionentauscher 12 sowie ein Kühler 11 angeordnet. Somit kann im Betrieb des Elektrolysesystems 21 das in der Elektrolysezelle 01 übergetretenen Wasser über die Ausgleichsverbindung 22 gereinigt wieder zur Anodenseite zurückgeführt werden.
Weiterhin vorhanden ist eine Ruheleitung 25, welche 25 vom Knotenpunkt 23 zur kathodenseitige Gasverbindung 17 führt. Dabei ist vorgesehen, dass im Betrieb des Elektrolysesystems 21 die Ruheleitung 25 unterbrochen ist. Im Ruhezustand des Elektrolysesystems 21 wird demgegenüber die Betriebsleitung 24 abgesperrt und die Strömung von der Ausgleichsverbindung 22 führt über die Ruheleitung 25 zur Kathodenkammer 03. Diese 03 wird rückwärts durchströmt, wobei das Wasser im Folgenden durch die kathodenseitige Wasserverbindung 15 rückwärts zurück zum Sauerstoff-Separator 05 geführt wird.
Die vorgesehene Strömungsrichtung für den Ruhezustand, wird hierbei durch die kurzen Pfeile 09 skizziert.
In der nachfolgenden 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Elektrolysesystem 31 skizziert. Wiederum ist die Elektrolysezelle 01 mit der Anodenkammer 02 und der Kathodenkammer 03 vorhanden sowie der Sauerstoff-Separator 04 und der Wasserstoffseparator 05.
Gleichfalls gibt es einen anodenseitigen Wasserkreislauf 06 mit der anodenseitigen Wasserverbindung 14 und der anodenseitigen Gasverbindung 16. Gleichfalls übereinstimmend mit vorherigem Beispiel ist der kathodenseitige Wasserkreislauf 07 mit der kathodenseitigen Wasserverbindung 15 und der kathodenseitigen Gasverbindung 17 vorhanden.
Ebenso ist übereinstimmend mit vorherigem Beispiel ist die Ausgleichsverbindung 32 mit der sich daran anschließenden Betriebsleitung 34 vorhanden.
Im Unterschied zum vorherigen Beispiel ist nunmehr jedoch vorgesehen, dass es ergänzend zur Rohrleitung 35a vom Knotenpunkt 33a zur kathodenseitigen Gasverbindung 17 zusätzlich eine zweite Ruheleitung 35b von einem zweiten Knotenpunkt 33b zur anodenseitigen Gasverbindung 16 gibt.
Zunächst ist übereinstimmend mit vorherigem Beispiel vorgesehen, dass im Betrieb des Elektrolysesystems 31 die Betriebsleitung 34 freigeschaltet und die Ruheleitungen 35a, 35b abgesperrt sind.
Demgegenüber ist im Ruhezustand des Elektrolysesystems 31 bei gesperrter Betriebsleitung 34 eine Strömung durch beide Ruheleitungen 35a und 35b parallel einerseits zur Anodenkammer 02 und andererseits zur Kathodenkammer 03 gegeben.
Das in der Kathodenkammer 03 rückwärts strömende Wasser wird wie zuvor über die kathodenseitige Wasserleitung 15 zum Wasserstoff-Separator 05 zurückgeführt.
Demgegenüber wird das in der Anodenkammer 02 rückwärts strömende Wasser zunächst über die Querstromverbindung 18 zur Unterseite der Kathodenkammer 03 geführt, sodass das Wasser von dort über die kathodenseitige Wasserverbindung 15 zurückgeleitet werden kann.
In der 3 wird ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Elektrolysesystem 41 skizziert. Übereinstimmend mit vorherigen Beispielen weist dieses wiederum die Elektrolysezelle 01 mit der Anodenkammer 02 und der Kathodenkammer 03 auf. Gleichfalls ist der Sauerstoff-Separator 04 und der Wasserstoff-Separator 05 vorhanden, welcher 04, 05 jeweils in den entsprechenden anodenseitige Wasserkreislauf 06 bzw. kathodenseitige Wasserkreislauf 07 eingebunden ist.
Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist hier jedoch vorgesehen, dass die Ausgleichsverbindung 42 an der Querstromverbindung 18 angeschlossen ist. Dabei weist die Ausgleichsverbindung 42 gleichfalls eine Pumpe 13, den Ionentauscher 12 sowie einen Kühler 11 auf.
Die Betriebsleitung 44 führt vom Knotenpunkt 43 nachfolgend der Ausgleichsverbindung 42 nunmehr zur anodenseitige Gasverbindung 16. Die Ruheverbindung 45 verbindet analog zu den vorherigen Beispielen den Knotenpunkt 43 mit der kathodenseitige Gasverbindung 17.
Im Betriebszustand des Elektrolysesystems 41 strömt dabei das von der Kathodenseite zurückzuführende Wasser von der Unterseite der Kathodenkammer 03 durch ein Teilstück der Querstromverbindung 18 über die Ausgleichsverbindung 42 und die Betriebsleitung 44 zur anodenseitigen Gasverbindung 16.
Demgegenüber wird im Ruhezustand des Elektrolysesystems 41 eine Strömung von der Ausgleichsverbindung 42 einerseits durch die Betriebsleitung 44 und andererseits durch die Ruheverbindung 45 einmal zur anodenseitigen Gasverbindung 16 und andererseits zur kathodenseitigen Gasverbindung 17 ermöglicht. Dies führt zu einer rückwärtigen Strömung durch die Anodenkammer 02 sowie durch die Kathodenkammer 03. An der Unterseite der Kammern 02, 03 wird das Wasser von beiden Seiten kommend durch die Querstromverbindung 18 wieder zurück zur Ausgleichsverbindung 42 geführt.
Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass lastabhängig weiterhin auch im Betrieb des Elektrolysesystems 41 zusätzlich ein Anteil des gereinigten Wassers von der Ausgleichsverbindung 42 kommend zugleich anteilig über die Ruheleitung der kathodenseitigen Gasverbindung 17 zugeführt wird.
In der 4 wird ein weiteres Beispiel für ein Elektrolysesystem 51 skizziert. Hierbei wird insbesondere eine alternative Verrohrung für die Reinigung auf der Anodenseite dargestellt. Auf die Darstellung der erfindungsgemäßen Verbindung einer Ruheleitung von der Ausgleichsverbindung 52 zur kathodenseitigen Gasverbindung 17 wurde dabei verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird zunächst einmal eine mit dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 übereinstimmende Reinigungsschleife skizziert. Insofern ist die mit dem ersten Beispiel gleiche Verfahrensführung möglich.
Jedoch ist vorgesehen, dass im Betrieb des Elektrolysesystems 51 die Strömung von einer am Sauerstoff-Separator 04 angeschlossenen Reinigungsverbindung 56 über einen Knotenpunkt 57 und einer Reinigungsbetriebsleitung 58 zur anodenseitigen Wasserverbindung 14 nahe dem Zulauf in die Anodenkammer 02 geführt wird. Hierdurch wird eine Beeinträchtigung der in der Gasverbindung 16 vorhandenen Strömung des Gas-Wasser-Gemischs vermieden.
Im Ruhezustand wird demgegenüber die Reinigungsbetriebsleitung 58 abgesperrt und die Strömung erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel von der Reinigungsverbindung 56 über eine Reinigungsruheleitung 59 zur anodenseitigen Gasverbindung 16.

Claims

Elektrolysesystem (21,31,41) zur elektrochemischen Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff umfassend - einen Wasserstoff-Separator (05) und einen Sauerstoff-Separator (04); und - zumindest eine Elektrolysezelle (01) mit einer eine Anode aufweisenden Anodenkammer (02) und einer eine Kathode aufweisenden Kathodenkammer (03); und - einen kathodenseitigen Wasserkreislauf (07) mit einer vom Wasserstoff-Separator (05) zur Kathodenkammer (03) führenden Wasserverbindung (15) und einer von der Kathodenkammer (03) zum Wasserstoff-Separator (05) führenden Gasverbindung (17); und - einen anodenseitigen Wasserkreislauf (06) mit einer vom Sauerstoff-Separator (04) zur Anodenkammer (02) führenden Wasserverbindung (14) und einer von der Anodenkammer (02) zum Sauerstoff-Separator (04) führenden Gasverbindung (16); und - eine Ausgleichsverbindung (22,32,42), welche (22,32,42) von der kathodenseitigen Wasserverbindung (15) kommend über eine Pumpe (13) und einen Ionentauscher (12) zu einem Knotenpunkt (23,33,43) führt; und - eine Betriebsleitung (24,34,44), welche (24,34,44) vom Knotenpunkt (23,33,43) zum anodenseitigen Wasserkreislauf (06) führt; und - eine Ruheleitung (25,35,45), welche (25,35,45) vom Knotenpunkt (23,33,43) zur kathodenseitigen Gasverbindung (17) führt.
Elektrolysesystem (21,31,41) nach Anspruch 1, umfassend eine die Unterseite der Kammern (02,03) verbindende Querstromverbindung (18).
Elektrolysesystem (21,31,41) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einer Wasserverbindung (14,15) oder in beiden Wasserverbindungen (14,15) jeweils ein Kühler (11) und/oder ein Filter und/oder eine Pumpe angeordnet ist; und/oder wobei in der Ausgleichsverbindung (22,32,42) und/oder der Betriebsleitung (24,34,44) ein Kühler (11) und/oder ein Filter angeordnet ist; und/oder wobei in der Betriebsleitung (24,34,44) und/oder der Ruheleitung (25,35,45) und/oder im Knotenpunkt (23,33,43) ein Ventil angeordnet ist.
Elektrolysesystem (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgleichsverbindung (42) abschnittsweise über die Querstromverbindung (18) mit der kathodenseitigen Wasserverbindung (15) verbunden ist oder an der Unterseite der Kathodenkammer angeschlossen ist.
Elektrolysesystem (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Betriebsleitung (24,34) zur anodenseitigen Wasserverbindung (14) führt; oder wobei die Betriebsleitung (44) zur anodenseitigen Gasverbindung (16) führt.
Elektrolysesystem (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Betriebsleitung (24,34) abschnittsweise über die Querstromverbindung (18) zur anodenseitigen Wasserverbindung (14) führt oder an der Unterseite der Anodenkammer angeschlossen ist.
Elektrolysesystem (21,31,41) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bestimmungsgemäß die Ruheleitung (25,35,45) im Betrieb unterbrochen und im Ruhezustand durchströmt ist; und wobei insbesondere die Betriebsleitung (24,34,44) im Betrieb durchströmt und im Ruhezustand unterbrochen ist.
Elektrolysesystem (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bestimmungsgemäß die Kathodenkammer (03) im Ruhezustand von der Ausgleichsverbindung (22) kommend über die Ruheleitung (25) von oben nach unten durchströmt wird.
Elektrolysesystem (31,41) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Betriebsleitung (44) oder eine zweite Ruheleitung (35b) zur anodenseitigen Gasverbindung (16) führt, wobei bestimmungsgemäß im Ruhezustand von der Ausgleichsverbindung (32,42) kommend die Kathodenkammer (03) über die Ruheleitung (35a,45) und die Anodenkammer (02) über die Betriebsleitung (44) respektive zweite Ruheleitung (35b) von oben nach unten durchströmt werden.
Elektrolysesystem (21,31) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei bestimmungsgemäß im Ruhezustand in der kathodenseitigen Wasserverbindung (15) zumindest abschnittsweise eine Strömung von der Kathodenkammer (03) in Richtung Wasserstoff-Separator (05) gegeben ist.
Elektrolysesystem (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Reinigungsschleife (26), welche (26) von der anodenseitigen Wasserverbindung (14) zur anodenseitigen Gasverbindung (16) führt und eine Pumpe (13) und einen Ionentauscher (12) aufweist.
Elektrolysesystem (21) nach Anspruch 11, wobei bestimmungsgemäß im Betrieb eine Strömung von der Reinigungsschleife (26) zum Sauerstoff-Separator (04) und im Ruhezustand eine Strömung zur Anodenkammer (02) gegeben ist; und/oder wobei bestimmungsgemäß im Ruhezustand in der anodenseitigen Wasserverbindung (14) eine Strömung von der Anodenkammer (02) in Richtung Sauerstoff-Separator (04) gegeben ist.
Verfahren zur Steuerung eines Elektrolysesystems (21,31,41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb des Elektrolysesystems (21,31,41) eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode angelegt ist und ein Gas-Wasser-Gemisch durch die jeweilige Gasverbindung (16,17) von der zugehörigen Kammer (02,03) zum zugehörigen Separator (04,05) strömt und Wasser vom jeweiligen Separator (04,05) durch die zugehörige Wasserverbindung (14,15) zur zugehörigen Kammer (02,03) strömt, wobei durch eine Pumpe eine Strömung von der kathodenseitigen Wasserverbindung (15) abgezweigt und durch eine Ausgleichsverbindung (22,32,42) durch einen Ionentauscher (12) und durch eine Betriebsleitung (24,34,44) zum anodenseitigen Wasserkreislauf (06) bewirkt wird; und wobei im Ruhezustand des Elektrolysesystems (21,31,41) keine Spannung zwischen der Anode und der Kathode vorhanden ist, wobei durch eine Pumpe (13) eine Strömung von der kathodenseitigen Wasserverbindung (15) durch eine Ausgleichsverbindung (22,32,42) durch einen Ionentauscher (12) und durch eine Ruheleitung (25,35,45) zur kathodenseitigen Gasverbindung (17) und weiter zur Kathodenkammer (03) bewirkt wird.