DE3603254A1 - Elektrolysezelleneinheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrolysezellen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Einheiten, von denen mehrere zusammen modulartig zu einem Elektrolysezellenblock verbunden werden können.

Es sind Elektrolysezellen bekannt, bei denen eine Vielzahl von Einheiten gestapelt oder sandwichartig angeordnet sind. Diese Elektrolysezellen sind insbesondere zur alkalischen Wasserelektrolyse einsetzbar. Diese Einheiten weisen ein Mittelblech, das aus Kunststoff oder Metall bestehen kann, und zwei zu beiden Seiten des Mittelblechs angeordnete Elektroden auf. Die beiden Elektroden sind elektrisch miteinander verbunden, eine stellt die Kathode, die andere die Anode dar. Die Betriebsspannung fällt über die zwischen den Einheiten liegenden Elektrolytbereiche ab. Die einzelne Elektrode ist einem Diaphragma zugewandt angeordnet, welches zwar die Bewegung der Ionen durch das Diaphragma zuläßt, einen Gasdurchfluß aber im wesentlichen verhindert.

Eine bekannte Ausführungsform solcher Elektrolysezellen weist perforierte Elektroden auf, die direkt am Diaphragma angeordnet sind. Das erzeugte Gas gelangt durch die Öffnungen in den Elektroden in den jeweiligen Raum zwischen Mittelblech und Elektrode. Von dort wird es über Kanäle in Rahmen, die diese Räume umgeben, abgeleitet.

Die bekannten Elektrolysezellen, insbesondere für alkalische Elektrolyse, haben zahlreiche Nachteile. So sind die Stromdichten auf 2000 bis 3000 A/m², die Betriebstemperaturen auf 70 bis 90°C und die Betriebsdrücke auf 20 bis 50 mbar beschränkt. Die Zellenspannungen betragen 1,8 bis 2,1 V, was einen Energieverbrauch von 4,4 bis 5,1 KWh pro m³ Wasserstoff entspricht. Davon müssen ca. 0,7 bis 1,4 kWh pro m³ Wasserstoff als Verlustwärme abgeführt werden. Die Werkstoffe dieser Elektrolysezellen sind galvanisch vernickelter Stahl, 2 bis 4 mm dicke Asbest-Diaphragmen zur Trennung von Anoden- und Kathodenraum sowie It-Rahmen zur äußeren Abdichtung der Zellen. Das Gewicht dieser Elektrolysezellen beträgt 60 bis 80 kg pro erzeugten m³/h Wasserstoff, der Kapitalbedarf beträgt ca. DM 3000,- bis DM 4000,- pro erzeugten m³/h Wasserstoff. Hoher Kapitalbedarf und Energieverbrauch kennzeichnen daher die bekannten Elektrolyseure.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die obigen Nachteile und Begrenzungen zu beseitigen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrolysezelleneinheit für Elektrolysezellen, sowie eine gesamte Elektrolysezelle selbst zu schaffen, bei der eines oder mehrere der folgenden Merkmale verwirklicht wird:

• a) Neue, dünne Diaphragmen, insbesondere solche aus Metalloxiden, Keramikwerkstoffen, Spezialkunststoffen sollen anwendbar sein, und diese Diaphragmen sind keiner oder einer akzeptablen mechanischen Beanspruchung in der Zelle ausgesetzt.
• b) Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Freiheit von Fremdmetallionen und von entsprechender Fremdmetall- und Fremdmetallverbindungs-Abscheidung.
• c) Ermöglichung einer Konstruktion, die Stromdichten um 10 000 A/m², Betriebstemperaturen bis etwa 120°C und/ oder Betriebsdrücke bis etwa 6 bar Überdruck zuläßt.
• d) Eine Elektrolysezelleneinheit, bei der ein Betrieb bei etwa 10 000 A/m² bei einer Zellenspannung von nur 1,8 bis 1,9 V möglich ist.
• e) Eine Konstruktion, bei der das Gewicht pro Gaseinheitsleistung und der Kapitalbedarf pro kW Leistung gegenüber bekannten Elektrolyseuren verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Elektrolysezelleneinheiten und Elektrolysezellen gelöst, wie sie in den Ansprüchen näher gekennzeichnet sind.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung bilden die Elektroden selbst den Rahmen der bipolaren Kammer, die durch das Mittelblech in zwei Abschnitte, nämlich eine Kathodenkammer und eine Anodenkammer, getrennt wird. Dabei ist es bevorzugt, daß die Elektroden und auch das Mittelblech aus Nickelblech bestehen. Das Mittelblech besteht im wesentlichen aus reinem Nickel, d. h. es enthält in der Regel weniger als 1 Gewichtsprozent anderer Metalle oder Metallverunreinigungen. Derartige reine Nickelbleche sind im Handel erhältlich. Typische Blechdicken für die Elektroden und auch das Mittelblech aus Nickelblech sind 0,1 bis 1 mm, insbesondere etwa 0,6 mm.

Während die Elektroden vorzugsweise perforiert im elastischen Nullabstand zu dem Diaphragma angeordnet sind, weisen sie am Rande keine Perforation auf. Diese Ränder bilden den Elektrolytkammer-Rahmen. Vorzugsweise sind diese Ränder der Elektroden sowie das Mittelblech miteinander verschweißt, insbesondere zur Vermeidung von mechanischen Spannungen laserverschweißt. Die Laserschweißnaht erfüllt gleichzeitig drei Aufgaben: Die Verbindung der Elektroden elektrisch und mechanisch miteinander und mit dem Mittelblech; die Abdichtung der Zelle im Randbereich und damit die Ausbildung des Kammerrahmens; und die Ermöglichung hervorragenden Stromübergangs von der Anode über das Mittelblech zur Kathode sind diese Funktionen der Laserschweißnaht.

Der sog. elastische Nullabstand zwischen den Elektroden und dem Diaphragma wird erfindungsgemäß vorzugsweise durch Sicken erreicht, die entweder in den Elektroden oder in dem Mittelblech oder in beiden ausgebildet sind. Diese Sicken sind so bemessen, daß sie im zusammengebauten Zustand eine die Elektroden von dem Mittelblech weg und zu dem Diaphragma hin drückende Kraft auf die Elektroden ausüben. Die Sicken sind dabei vorzugsweise versetzt gegeneinander in bezug auf das Mittelblech angeordnet, so daß Herstellungsungenauigkeiten durch geringe Deformation ausgeglichen werden und die Elektroden im gesamten Bereich sicher gegen die Diaphragmen gedrückt werden. Die Sicken sind dabei quer zu ihrer Längsrichtung gegeneinander versetzt. Vorzugsweise sind die Sicken nur in dem Mittelblech ausgebildet. Außerdem ist es bevorzugt, wenn das Mittelblech und die Elektroden im Bereich der Sicken, in dem sie aneinanderstoßen, miteinander verschweißt, insbesondere laserverschweißt sind. Dadurch wird ein Wärmeverzug vermieden.

Mittelblech und Elektroden werden vorzugsweise aus Blechen mit gleichen Abmessungen hergestellt. Die Elektroden werden ebenfalls vorzugsweise erfindungsgemäß mit einem Preßwerkzeug in einem Arbeitsgang unter Ausbildung der Sicken und auch des Zellenrandes hergestellt. Die Elektroden weisen damit im Bereich des nicht perforierten Randes eine rundumlaufende Abstufung auf.

Die Sicken gewährleisten den für die Gasableitung erforderlichen Abstand zwischen den Elektroden und dem Mittelblech. Die Sicken sind außerdem vorzugsweise im wesentlichen in der Flußrichtung des Mediums, insbesondere im wesentlichen in vertikaler Richtung mit ihrer Längsstreckung in der Zelle angeordnet.

Da die bipolaren Kammern der erfindungsgemäßen Elektrolysezelleneinheiten dieser ersten Ausführungsform der Erfindung keinen getrennten Rahmen mehr besitzen, durch den die Gasabfuhr und Elektrolytzufuhr erfolgen könnte, sind erfindungsgemäß Einrichtungen innerhalb der Zelle vorgesehen, die die Gasabfuhr und Elektrolytzufuhr ermöglichen. Speziell ist eine erste fluchtende Öffnung jeweils durch beide Elektroden, das Mittelblech und das Diaphragma vorgesehen, in der ein erstes Kanalelement angeordnet ist. Dieses Kanalelement umschließt den Kanalabschnitt, der im zusammengebauten Zustand einen ersten Kanal bildet. Jedes Kanalelement hat zumindest eine Zufuhröffnung, durch die der betreffende Abschnitt, d. h. der zwischen Elektrode und Mittelblech befindliche Raum mit dem von dem Kanalelement umschlossenen Kanalabschnitt in Verbindung steht.

In entsprechender Weise ist natürlich auch ein zweites Kanalelement in einer entsprechenden fluchtenden zweiten Öffnung durch beide Elektroden, das Mittelblech und das Diaphragma vorgesehen. Entsprechende Zufuhröffnungen sind auch hier angeordnet. Die Zufuhröffnungen durch die jeweiligen Kanalelemente sind so angeordnet, daß alle Anoden- Einheiten, z. B. durch alle ersten Kanalelemente mit dem ersten durch sie gebildeten Kanal in Verbindung stehen, während alle zweiten Kanalelemente Zufuhröffnungen nur für die Kathodenkammern aufweisen, so daß alle Kathodenkammern mit dem zweiten Kanal, der durch die zweiten Kanalelemente gebildet wird, in Verbindung steht.

Durch beide Elektroden, das Mittelblech und das Diaphragma ist vorzugsweise auch noch eine dritte, fluchtende Öffnung vorgesehen, in der ein drittes Kanalelement jeweils angeordnet ist. Dieses dritte Kanalelement weist dritte Zufuhröffnungen auf, durch die die jeweilige Elektrolysekammer mit dem von dem Kanalelement umschlossenen Kanalbereich in Verbindung steht. Diese dritten Kanalelemente dienen der Zufuhr von Elektrolyt. Es kann entweder nur ein Elektrolytkanal vorgesehen sein, der durch die dritten Kanalelemente gebildet wird, und erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, zwei Elektrolytkanäle vorzusehen, derart, daß aus den anodischen Kammern stammender Elektrolyt in die kathodischen Kammern zurückgeführt wird und in entsprechender Weise aus den anodischen Kammern stammender Elektrolyt nur wieder in die kathodischen Kammern zurückgeführt wird. Während letztere Konstruktion etwas aufwendiger ist, hat sie den Vorteil, daß gelöste Gase in entgegengesetzte Kammern ihres Ursprungs zurückgeführt werden, um die Zellenspannung herabzusetzen.

Es ist besonders bevorzugt, daß das Mittelblech jeweils in einem die erste und zweite Öffnung umgebenden Bereich eine Abstufung zu der ersten bzw. zweiten Elektrode hin aufweist. Dadurch wird der Kammerraum zwischen der produzierenden Elektrode und dem Mittelblech in dem die jeweilige Öffnung umgebenden Bereich auf knapp das Doppelte erweitert, so daß ein erheblich breiteres Kanalelement in diese Öffnung eingesetzt werden kann und auch eine erheblich größere Zufuhröffnung durch dieses Kanalelement vorgesehen werden kann. Dadurch wird die Gasabfuhr erheblich erleichtert und zusätzlich wird die erforderliche Anzahl von Kanalelementen oder Kanalhähnen auf die Hälfte reduziert, da an der betreffenden Öffnung nur ein einziger Ring mit entsprechender Gasabfuhröffnung, nicht aber ein ohne die Prägung des Mittelblechs erforderlicher "toter Ring" erforderlich ist. Mit anderen Worten, wäre das Mittelblech im Bereich um die Öffnung herum nicht geprägt, dann müßten zwei Kanalringe vorgesehen werden. Diese Konstruktion stellt daher einen besonderen Vorzug dieser Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung dar.

In dem Bereich der Kanalelemente bzw. Kanalringe ist es wiederum bevorzugt, daß das Mittelblech in dem die Öffnung umgebenden Bereich der Prägung des Mittelblechs mit der an dieser Prägung anliegenden Elektrode - der in diesem Kammerabschnitt nicht produzierenden Elektrode - verschweißt, insbesondere laserverschweißt ist. Dies verbessert wiederum den Stromübergang und erhöht die mechanische Stabilität der Zelle; außerdem erzielt die Verschweißung eine sichere Abdichtung der Gegenseite der Kammer zu dem betreffenden Kanal hin, so daß eine Vermischung der elektrolytisch erzeugten Gase an dieser Stelle vermieden ist.

Die erfindungsgemäßen Elektrolysezellen weisen vorzugsweise Abstandsrahmen für jede Einheit auf, die im zusammengebauten Zustand der Elektrolysezelle einen Hauptteil der die Zelle zusammenhaltenden Kräfte aufnimmt. Diese Abstandsrahmen können vorzugsweise ebenfalls elastisch nachgebend gebaut sein, um Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die Abstandsrahmen können aus Rohr bestehen. Vorzugsweise sind die Abstandsrahmen, um Kurzschlüsse zu vermeiden, elektrisch isoliert. Die Rahmen können beispielsweise kunststoffbeschichtet sein. Zur Abdichtung zwischen den einzelnen Elektrolysezelleneinheiten können Dichtungen aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen in gereckter Faserstruktur, oder allgemein aus Kunststoffen ohne Fließneigung vorgesehen sein. Derartige Dichtungen aus Polytetrafluoräthylen in gereckter Faserstruktur sind im Handel erhältlich.

In einer weiterhin bevorzugten Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrolysezelleneinheit im wesentlichen quadratisch ausgebildet und mit einer Diagonalen im wesentlichen vertikal angeordnet. Diese erfindungsgemäße Einrichtung und Anordnung hat den Vorteil, daß trotz geringsten Materialverschnitts, bedingt durch die quadratische Ausführungsform, dennoch eine annähernd optimale Strömung durch die Zelle bei Elektrolytrückführung in die Nähe der unteren Ecke des Quadrats und Gasabführung in der Nähe der oberen Ecke des Quadrats ermöglicht wird. Toträume sind damit weitestgehend vermieden.

Letztere Ausführungsform kann auch dadurch beschrieben werden, daß die Elektrolysezelle und die Elektrolysezelleneinheiten um 45 Grad gedreht angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist es bevorzugt, nur einen Elektrolytrückführkanal vorzusehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrolysezelleneinheit einen Rahmen auf, der aus einem besonderen Polymerbeton besteht. Polymerbeton aus Kunststoff und darin gebunder Kies hat sich nicht bewährt. Zellenrahmenelemente aus solchem Material haben den Nachteil, daß heißes, konzentriertes Kaliumhydroxid diese Rahmen angreift. Erfindungsgemäß wird bei dieser Ausführungsform ein Polymerbeton verwendet, bei dem der gebundene Feststoff Keramik- und/oder Porzellan in feinzerteilter Form (Mehl oder Pulver) darstellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Füllstoff um Keramik bzw. Porzellanpulver. Die Teilchengröße bei diesem bevorzugten Füllstoff liegt im Bereich von 10 bis 20 µm. Vorzugsweise enthält der Polymerbeton auch noch zusätzlich Porzellan bzw. Keramikgranulat, insbesondere mit einer Partikelgröße von 0,5 bis 2 mm.

Bei der obigen Ausführungsform der Erfindung mit dem speziellen Polymerbeton wird vorzugsweise Polymethylmethacrylat eingesetzt.

Bei dieser Ausführungsform ist es weiterhin bevorzugt, wenn das Diaphragma in den Polymerbetonrahmen mit eingegossen ist.

Die oben definierten Materialien in dem Zellrahmen können auch bei der zuerst genannten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, bei der Abstandsrahmen vorgesehen sind. Diese Abstandsrahmen sind vorzugsweise aus dem oben definierten Polymerbeton erzeugt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Zellenrahmen bei dieser Ausführungsform aus einem extrudierten Polysulfon- Profil besteht.

Weitere Einzelheiten, bevorzugte Ausführungsformen und besondere erfindungsgemäße Kombinationen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen. In dieser sind:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische und zum Teil auseinandergezogene, zum Teil im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Elektrolyseurs des Standes der Technik,

Fig. 2 bis 7 schematische Schnittansichten durch einen Teil einer Elektrolysezelle mit mehreren Zelleneinheiten

Fig. 8 bis 11 Schnittansichten durch verschiedene Abstandsrahmen- Konfigurationen mit zugehörigen Gaskanal und Elektrolytkanalabschnitten.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Elektrolyseur sind mehrere Elektrolysezelleneinheiten 1, z. B. 20 bis 70 derartige Einheiten, zu einem Zellenblock verbunden. Die Zelleneinheiten sind bevorzugterweise in einem Zellenblock in Reihe geschaltet, d. h. die Spannungszuführung erfolgt bei einem Zellenblock oder bei einer Elektrolysezelle zu jeweils der äußersten Elektrode und die Spannungsverteilung zwischen den einzelnen Elektroden erfolgt durch den jeweiligen Spannungsabfall über den Elektrolyten. Die Zelleneinheiten werden wie bei einer Filterpresse zu einem Block 2 von bipolaren Zelleneinheiten verbunden. Die bekannten Zellen sind in vertikaler Richtung in 2 bis 6 vertikale Kammern 3 unterteilt. Jede dieser Kammern hat einen eigenen Elektrolyteinlaß 4 und Gasauslaß 5. Zusätzlich haben die Zellen Diagonalverbindungen.

Die Elektrolysezelleneinheiten sind die gaserzeugenden Elemente des Elektrolyseurs und bestehen aus folgenden Einzelelementen:

Mittelplatten oder Mittelblechen 6 mit darauf angeordneten Nickelsulfid NiS-aktivierten Elektroden 7; Dichtrahmen 8 mit Elektrolyteinlaß 4 und Gasauslaß 5, Abstandsrahmen 9, im Festrahmen 10 angeordnete Diaphragmen.

Die Mittelbleche 6 fungieren als Trennwände zwischen den kathodischen und anodischen Teilen der bipolaren Elektrolysezelleneinheit. Die aktiven Elektroden sind auf die Mittelbleche über eine Großzahl von Schweißstellen, z. B. 700 Punktschweißungen pro m² angebracht. Dadurch wird mechanische Festigkeit und gleichmäßige Stromverteilung und verringerter Ohm'scher Verlust sichergestellt. Die aktiven Elektroden fungieren als Kathode zur Erzeugung von Wasserstoff und ans Anode zur Erzeugung von Sauerstoff. Die Anoden bestehen aus reinem Nickel, um dem Angriff von heißem Sauerstoff und Elektrolyt zu widerstehen.

Anoden und Kathoden sind Nickelsulfid-aktiviert, um den Energieverbrauch des Elektrolyseurs zu verringern.

Die Abstandsrahmen und die Dichtrahmen bilden die Zellenwand. Sie teilen die Zelle in einen anodischen und einen kathodischen Raum. Die Gase sollten nicht durch das Diaphragma hindurchtreten können, während die Stromträger so wenig wie möglich Widerstand finden sollten. Chrysotil- Asbest erfüllt diese Voraussetzungen und widersteht dem elektro-chemischen Angriff des Elektrolyten.

Das Paket von Zelleneinheiten ist zwischen Spannblöcken 12 eingespannt und wird mit Hilfe von Spannstangen 11 zusammengedrückt. An der Vorderseite der Elektrolytkammer 14 ist ein Filter 15 für den Elektrolyten angeflanscht.

Fig. 1 zeigt weiterhin Wärmetauscher sowie Gas/ Flüssigkeitstrenneinrichtungen auf der Elektrolysezelle. Auf diese dem Fachmann bekannten Einzelheiten soll hier nicht näher eingegangen werden.

In den Fig. 2 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen der Elektrolysezelleneinheit gemäß der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt. In jeder der Figuren sind 3 solcher Elektrolysezelleneinheiten 100 gezeigt, die zusammen in größerer Anzahl in einem Zellenblock angeordnet sind.

Einem Diaphragma 101 zugewandt ist eine erste Elektrode 103. Diese erste Elektrode 103 und eine zweite Elektrode 104 sind fest mit einem Mittelblech 102 verbunden. Diese Verbindung besteht in Laserschweißstellen 123. Die Elektroden 103 und 104 sind in diesem Beispiel der Fig. 2 wie in der Zeichnung dargestellt, geprägt. Die Elektroden weisen Sicken 107 auf, deren Längsrichtung senkrecht zu der Zeichenebene verläuft. Sicken 107 sind auch in der zweiten Elektrode 104 vorgesehen. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Sicken 107 einer Einheit gegenüber den Sicken 107 der darauf folgenden Einheit versetzt angeordnet sind, wie das in Fig. 2 deutlich zu sehen ist; dort sind zwei Sickengruppen 107 für die obere Elektrolysezelleneinheit gezeigt, während die mittlere Elektrolysezelleneinheit nur ein Sickenpaar 107 aufweist, während die dritte Elektrolysezelleneinheit wiederum zwei Sickenpaare aufweist. Auf diese Weise wird der elastische Nullabstand zwischen den Elektroden und dem Diaphragma gewährleistet.

Die Elektroden sind in ihren Randbereichen 113 bzw. 114 so geprägt, daß der Rand auf dem Mittelblech über dem gesamten Umfang der Elektrode aufliegt. Dort ist auch der Rand mit dem Mittelblech laserverschweißt. Die umlaufenden nicht perforierten Randbereiche 113 und 114 der Elektroden 103 und 104 zusammen mit der dichten Laserschweißnaht 123 bilden den Rahmen der Elektrolysezelle gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Außerhalb der Umfangsschweißnaht 123 sind die beiden Randbereiche 113 bzw. 114 der Elektroden 103 und 104 von dem Mittelblech weggebogen. Die äußersten Ränder der Elektroden umfassen teilweise die Abstandsrahmen 200. Die Elektroden 103 und 104 sowie das Mittelblech 102 sind aus 0,6 mm starkem Nickelblech gleicher Größe hergestellt. Dies bedeutet einen Vorteil bei der Beschaffung der Nickelbleche. Besonders bei quadratischer Ausführung der Elektroden und Nickelbleche wird eine beinahe verschnittfreie Herstellung ermöglicht.

Sowohl die Kathode 103 als auch die Anode 104 der in Fig. 2 gezeigten Elektrolysezelleneinheit ist perforiert, was durch den gestrichelten Bereich der Elektroden 103 und 104 angedeutet ist. Am wirtschaftlichsten können diese Elektroden dadurch hergestellt werden, daß sowohl die Kathode als auch die Anode mit der gleichen Perforation versehen werden. Die Elektroden 103 und 104 können in einem Arbeitsvorgang und mit einem Preßwerkzeug sowohl mit den Sicken 107 als auch mit dem geprägten Zellenrand 113 bzw. 114 versehen werden.

Bei der dargestellten Bauform ist es möglich, daß eine Elektrolysezelle ein Gewicht von nur etwa 4 bis 16 kg pro m³ Wasserstoff Leistung (Produktion pro Stunde) besitzt, und dennoch durch die Sandwich-Bauweise mechanisch sehr stabil ist.

Die einzelnen Elektrolysezelleneinheiten werden durch Abstandsrahmen 200 in der korrekten Zuordnung zueinander gehalten. Diese Abstandsrahmen 200 besteht aus Edelstahl. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen ist eine Isolierung erforderlich. Diese kann aus einem Kunststoffüberzug über die Edelstahlrohre 200 und/oder ein isolierendes Dichtungsmaterial 205 erfolgen. Dieses Dichtungsmaterial 205 ist vorzugsweise Polytetrafluoräthylen in gereckter Faserstruktur und ohne Fließneigung. Derartiges Dichtungsmaterial ist als Meterware im Handel erhältlich und wird vorzugsweise in einseitig klebender Form eingesetzt, wobei die Ecken überlappend in dem Zellenrahmen angeordnet werden.

In Fig. 3 sind die Einzelheiten der bevorzugten Form für die Gasabfuhr dargestellt. Da die Elektroden 103 und 104 mit ihren Rändern 113 und 114 selbst den Rahmen der Elektrolysezelleneinheit bilden, kann die Gasabfuhr nicht wie in sonst üblicher Weise durch Gaskanäle in dem Rahmen erfolgen. Eine erste Öffnung durch Diaphragma 101, Mittelblech 102 und Elektroden 103 und 104 ist vorgesehen. Diese erste, fluchtende Öffnung wurde schematisch in Fig. 3 mit der Ziffer 108 gekennzeichnet. Diese Öffnung ist natürlich als die durchgehende Öffnung zu verstehen, die sowohl in dem Diaphragma als auch in dem Mittelblech als auch in den beiden Elektroden vorgesehen ist. In dieser fluchtenden ersten Öffnung 108 ist, nach der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, nur ein erstes Kanalelement 118 in Form eines Ringes 118 vorgesehen. Dieser Ring 118 weist einen Kopfbereich 178, einen Mittelbereich 168 und einen Fußbereich 158 auf. In dem Mittelbereich 168 ist zumindest eine Zufuhröffnung 148 vorgesehen. Im Bereich der ersten Öffnung 108 ist das Mittelblech 102 geprägt, wie es durch die Prägung 142 näher angedeutet ist. Diese Prägung bringt das Mittelblech 102 zu der Elektrode 103, und Elektrode und Mittelblech sind in dem betreffenden Kreis, der die Öffnung 108 umgibt, miteinander verbunden, vorzugsweise laserverschweißt. Dadurch ist der Anodenraum um die Öffnung 108 herum auf rund das Doppelte aufgeweitet, so daß pro Elektrolysezelleneinheit nur ein Ring verwendet werden muß, und die Gasabfuhröffnung 148 erheblich größer ausgebildet werden kann, als wenn das Mittelblech nicht in dieser Weise geprägt wäre. Die Öffnung 148 verbindet die zwischen Mittelblech 102 und Anode 104 gebildete Kammer 138 mit dem Kanal 188.

Kopfteil 178 und Fußteil 158 des Ringes 118 sind so ausgebildet, daß der Fußteil 158 in den Kopfteil 178 paßt. Dies erleichtert den Zusammenbau der Zelle erheblich. Zwischen aufeinanderfolgenden Ringen kann vorzugsweise eine Dichtung eingelegt werden. Mehrere der Ringe 118 zusammen bilden den Anodengaskanal oder ersten Gaskanal 188.

In entsprechender Weise, und in der Regel benachbart zu dem Anodengaskanal 188, ist ein Kathodengaskanal 198 vorgesehen. Während in dem Anodengaskanal der Sauerstoff gesammelt wird, dient der Kathodengaskanal zur Sammlung und Abfuhr des Wasserstoffs. Ganz entsprechend ist für den Kathodengaskanal zunächst eine zweite Öffnung, ebenfalls fluchtend, im Diaphragma 101, Mittelblech 102 und den Elektroden 103 und 104 vorgesehen. In dieser zweiten Öffnung 109 ist ein, vorzugsweise zum ersten Kanalelement 118 kongruentes, zweites Kanalelement 119 angeordnet. Dieses zweite Kanalelement weist ebenso ein Kopfteil 179, ein Mittelteil 169 und ein Fußteil 159 auf. Die zweite Gaszufuhröffnung 149 ist in dem zweiten Kanalelement 119 ebenfalls im Mittelbereich 169 vorgesehen.

Das Mittelblech 102 ist in diesem Falle ebenfalls geprägt, jedoch in der entgegengesetzten Richtung. Die Prägung 143 verläuft nach oben, so daß das Mittelblech 102 diesmal mit der Anode 104 in dem die zweite Öffnung 109 umgebenden Bereich verbunden ist - wiederum vorzugsweise durch eine Laserschweißnaht -, so daß diesmal der Kathodenraum, d. h. der zwischen dem Mittelblech 102 und der Kathode 103 befindliche Raum in dem Bereich der zweiten Öffnung 109 erweitert ist. Wiederum gestattet dies die Verwendung von nur einem Kanalelement oder zweiten Ring 119, und auch die vergrößerte Dimensionierung der Gaszufuhröffnung 149, welche den Kanal 198 mit der zwischen Mittelblech 102 und Kathode 103 gebildeten Kammer 139 verbindet.

Die Symmetrie der Anordnungen wird aus Fig. 3 deutlich. Insbesondere ist erkennbar, wie die Ringe 118 in einer Richtung angeordnet sind, während die zweiten Ringe 119 in der entgegengesetzten Richtung angeordnet sind.

Für den Zusammenbau der Einheit gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist folgendes zu bemerken. Der untere zweite Ring 119, also der Ring der in Fig. 3 rechts unten dargestellt ist, wird in die dort gezeigte Stellung gebracht. Dann wird auf diesem Ring die erste Elektrolysezelleneinheit aufgelegt, die vorher durch Prägen des Mittelblechs der Elektroden und Verschweißen hergestellt worden ist. Dabei ist zu beachten, daß der Durchmesser der zweiten Öffnung 109 für die unterste Kathode 103 einen Durchmesser haben muß, derart, daß die Elektrode 103 über den zweiten Ring 119 insgesamt hinwegbewegt werden kann. Der Durchmesser der Öffnung 109 für das Mittelblech 102 und die Anode 104, dagegen, ist vorzugsweise etwas kleiner, so daß Mittelblech 102 und Anode 104, die an dieser Ringstelle miteinander verschweißt sind, auf dem Mittelbereich 169 des ersten Ringelements 119 aufliegen. In entsprechender Weise ist bei dieser unteren Elektrolysezelleneinheit für den ersten Kanal die erste Öffnung 108 in dem Mittelblech und der Kathode 103, also in Fig. 3 links unten, klein gehalten, so daß nur der Kopfteil 158 des ersten Ringes 118 durch die Öffnung 108 hindurch paßt. Ebenfalls in entsprechender Weise ist die erste Öffnung 108 für die Anode 104 auf der linken Seite so groß bemessen, daß der gesamte Ring 118 durch diese Öffnung paßt.

Das Zusammensetzen des gesamten Blocks erfolgt also in der Weise, daß zunächst ein zweiter Ring 119 mit dem Kopfteil nach unten gelegt wird, daß dann eine aus Mittelblech 102 und den Elektroden 103 und 104 bestehende Einheit darübergelegt wird, wobei sich das Mittelblech und die Anode entlang ihres Verbindungsbereichs auf dem Rand des Mittelbereichs des Ringes 119 abstützen. Dann wird ein erster Ring 118 in die Öffnung 108 dieser Anordnung eingelegt, wobei sich dieser erste Ring 118 in entsprechender Weise auf dem Mittelblech in dem Bereich abstützt, in dem es mit der Kathode verschweißt ist. Auf diese Anordnung wird nun das Diaphragma 101 gelegt. Die erste Öffnung 108 in dem Diaphragma 101 und auch die zweite Öffnung 109 in dem Diaphragma 101 kann dabei in vorteilhafter Weise so klein bemessen sein, daß das Diaphragma lediglich über den Fußteil 159 des zweiten Ringes paßt, bzw. daß der Fußteil 158 des ersten Ringes durch die Diaphragmaöffnung hindurch geht. Damit wird das Diaphragma 101 sicher von zwei aufeinanderliegenden Ringen und den betreffenden Elektroden gehalten und keiner zu starken mechanischen Beanspruchung in diesem Bereich ausgesetzt.

Diese Arbeitsweise wird nun für jede Elektrolysezelleneinheit wiederholt. Somit wird zunächst ein weiterer zweiter Ring 119 aufgelegt, dann eine weitere aus Mittelblech und zwei Elektroden bestehende Elektrolysezelleneinheit aufgelegt, dann ein weiterer erster Ring 118 aufgelegt und schließlich ein weiteres Diaphragma aufgebracht. Dazwischen werden natürlich immer auch die Abstandsrahmenelement 200 eingelegt. Am Ende ist damit ein Elektrolysezellenblock gebaut, die aus einer großen Anzahl solcher Einheiten besteht und aus der das kathodisch gebildete Gas über den Kanal 198 und das anodisch gebildete Gas über den Kanal 188 abgeführt wird.

In ganz entsprechender Weise wie die Gasabführkanäle können für diese erfindungsgemäße Ausführungsform der Elektrolysezelle auch die Elektrolytzuführkanäle ausgebildet werden. Dabei werden wiederum entweder zwei Kanäle vorgesehen, von denen einer sämtliche Anodenzellenabschnitte mit rückgeführtem und frischem Elektrolyten beliefert, während der andere sämtliche Kathodenabschnitte der bipolaren Zellen mit rückgeführtem und frischem Elektrolyt beliefert. Es ist indessen auch möglich, nur einen einzigen Kanal für die Elektrolytzufuhr vorzusehen, wobei dann allerdings doppelt so viele Ringelemente vorgesehen sein müssen, da ja für jede Elektrolysezelleneinheit dann zwei Ringe mit entsprechenden Zufuhröffnungen vorgesehen sein müssen. Für den Fachmann ist es nach der obigen Beschreibung ersichtlich, wie derartige Zufuhrkanäle ausgebildet sein können, und eine wiederholende Beschreibung dieser Anordnung ist daher hier nicht erforderlich.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Elektrolysezelleneinheiten gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Sicken 107 in dem Mittelblech 102 vorgesehen. Durch die besondere Ausgestaltung des Mittelblechs ist in diesem Beispiel auch lediglich eine Prägung des Mittelblechs, nicht dagegen eine Prägung der Elektroden 103 und 104 erforderlich. In sehr einfacher Weise können bei dieser Ausführungsform die Elektroden durch die Dimensionierung der Sicken 107 in elastischem Nullabstand an dem Diaphragma 101 gehalten werden. Der Rahmen der Elektrolysezelleneinzeit gemäß Fig. 4 besteht auch hier wiederum aus einem mit den nichtperforierten Elektrodenrändern verschweißten metallischen Ringrahmen 134. In diesem Falle wird der Rahmen nicht unmittelbar von den Rändern der Elektroden 103 und 104 gebildet, sondern stellt gewissermaßen eine Verlängerung dieser Elektrodenränder dar und besteht aus einem massiven Edelstahlrahmenelement 134. Der Zellenrahmen 134 wird aus Flachstahl gebogen und an einer Stelle elektrisch stumpfgeschweißt. Die Anode 104 und das Mittelblech 102 werden in einem Vorgang mit dem Zellenrahmen 134 verschweißt, vorzugsweise laserverschweißt. Ebenso wird die Kathode 103 in einem Vorgang mit dem Zellenrahmen verschweißt, insbesondere laserverschweißt. Auch in dieser Ausführungsform sind natürlich Gasentnahmekanäle, wie sie in Fig. 3 näher dargestellt wurden, sowie Elektrolytzuführungskanäle entsprechend der Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 3, notwendig. Der Zusammenbau der Zelleneinheiten gemäß Fig. 4 erfolgt in weitgehend derselben Art, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde.

Der Vorteil der Ausführungsform gemäß Fig. 4, bei der die Sicken 107 im Mittelblech angeordnet sind, besteht im wesentlichen darin, daß praktisch keine Elektrodenfläche verloren geht. Der Nachteil besteht darin, daß der Stromübergang von der Anode zur Kathode durch einen längeren Weg durch das Mittelblech 102 mit höheren Verlusten verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind indessen die Sicken 107 in vorteilhafter Weise versetzt gegeneinander angeordnet, wie das deutlich in Fig. 4 zu sehen ist. Damit wird in sehr einfacher Weise der elastische Nullabstand erreicht. Auch bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß das Mittelblech in den Bereichen, in denen die Sicken 107 die Elektroden 103 bzw. 104 berühren, mit diesen Elektroden laserverschweißt ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird der Rahmen jeder Elektrolysezelleneinheit wiederum durch die Randbereiche 113 und 114 der Elektroden 103 und 104 gebildet. Insoweit ähnelt die Ausführungsform der Fig. 5 derjenigen der Fig. 2 und 3. Die Sickenanordnung ist bei dieser Ausführungsform indessen derjenigen in Fig. 4 ähnlich. Auch hier sind die Sicken 107 in dem Mittelblech 102 ausgebildet. Der Abstandsrahmen 200 besteht in diesem Fall aus Kunststoff. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist auf der linken Seite eine Form eines Kunststoffrahmens 200 dargestellt, der einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt. Die äußersten Ränder der Elektroden 103 und 104 sind bei dieser Ausführungsform nach außen abgewinkelt.

Bei der auf der rechten Seite von Abb. 5 dargestellten Ausführungsform weist der Kunststoffrahmen 200 auf der Ober- und Unterseite je eine Ausnehmung oder Nut 210 auf. Diese Ausnehmungen 210 sind so bemessen, daß sie die umgebogenen Ränder der Elektroden 103 und 104 aufnehmen können. Zusätzlich sind die Ausnehmungen 210 derart bemessen, daß Ausdehnungsunterschiede zwischen den Zellenrahmenteilen 200 und den übrigen Zellenteilen ausgeglichen werden. Aufgrund dieser Ausführungsform des Zellenrahmens können die einzelnen Rahmenteile 200 durch Schweißnähte 215 miteinander verbunden werden. Durch diese Schweißverbindung entsteht eine völlig dicht geschweißte Elektrolysezelle. Die abgekanteten Anoden und Kathoden nehmen zumindest teilweise den Innendruck der Zelle auf.

In den Fig. 6 und 7 sind weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrolysezelleneinheiten mit aus Kunststoffbeton hergestellten Zellenrahmen 200 dargestellt. Bei diesen Ausführungsformen wird der elastische Nullabstand zwischen den Elektroden 103 und 104 und dem Diaphragma 101 durch Federn 194 erzeugt. In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind die Rahmenteile 200 jeweils mit einer Nut 222 und einer Feder 223 versehen. Nut und Feder sind umlaufend ausgebildet. Zwischen den einzelnen Zellenelementen ist als Dichtung 224 dauerelastische Flüssigdichtung oder eine Polytetrafluoräthylenrundschnur vorgesehen.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist der Rahmen 200 stufenartig aus extrudiertem Polysulfon-Profil gebaut. Diese Ausführungsform ermöglicht ein einfaches Einlegen und Fixieren des Diaphragmas 101 durch die Federn 194 im Zellenrahmen. Bei dieser Ausführungsform ist das Mittelblech am Rand mit einer Prägung 192 versehen, die den Zellenrahmen 200 abstützt. Dies gestattet wiederum, die Elektrolysezelle mit Überdruck zu betreiben. Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform bestehen die Rahmenteile 200 vorzugsweise aus extrudiertem Kunststoff-Profil, das an den Ecken durch eine Spiegelschweißung zu dem Rahmen zusammengesetzt wird. Als Kunststoff kommen bei diesen Ausführungsformen, und auch bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen, vorzugsweise Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polypropylen, Polymethylmethacrylat zur Anwendung. Als fester Füllstoff für Polymethylmethacrylat ist feinstes Porzellangranulat oder Keramikgranulat, insbesondere Porzellan- und Keramikmehl einsetzbar. Die Zusammensetzung der Polymerbeton-Mischung hängt sowohl von der Art des festen Füllmaterials als auch von den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs ab. Generell liegt der Kunststoffgehalt und der Festkörpergehalt des einzusetzenden Polymerbetons in folgenden Bereichen: Die angegebenen Zahlen sind Gewichtsprozent. Dabei beziehen sich die Zahlen für das Füllstoffmaterial auf das eingesetzte Kunststoffmaterial einschließlich der in dem Kunststoffmaterial enthaltenen Zusätze wie Pigmente, Weichmacher, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren etc.

In Fig. 8 ist ein Zellenrahmen 200 dargestellt, der bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden kann, bei denen der Zellenrahmen nicht aus den Elektrodenrändern oder mit den Elektrodenrändern verschweißten Metallteilen besteht. Das gleiche gilt für die in den folgenden Fig. 9, 10 und 11 dargestellten Kunststoffrahmenanordnungen. Der in Fig. 8 dargestellte Kunststoffrahmen 200 besteht aus extrudierten Profilelementen 208 und Spritzgußteilen 209 bzw. 207. Diese einzelnen Teile sind wiederum durch Spiegelschweißen an den Stellen 206 verbunden. In den Spritzgußteilen 207 und 209 sind sowohl Gasauslaßöffnungen 204 als auch Elektrolytrückführöffnungen 205 vorgesehen. Bei dieser in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform des Zellenrahmens ist das Kunststoffmaterial vorzugsweise Polypropylen und Polysulfon.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist der Zellenrahmen 200 aus Polymerbeton gefertigt. Gaskanalabschnitte 188 bzw. 198 sind vorgesehen, ebenso wie Zugangsöffnungen 204 zu diesen Gaskanalabschnitten. Im unteren Bereich des in Fig. 9 dargestellten Zellenrahmens 200 sind Elektrolytkanalabschnitte 288 sowie entsprechende Elektrolytzufuhröffnungen 205 vorgesehen.

Bei denen in Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rahmen liegen die Gaskanäle und auch die Elektrolytkanäle außerhalb der Elektrodenfläche und verringern nicht deren Oberfläche.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Rahmen 200 sind die jeweiligen Gaskanalabschnitte 188 und 198 durch eingegossene Öffnungen 204 mit den Zellenräumen verbunden. Rückführkanäle 205 in der Unterseite des Profils lassen den Elektrolyten aus den Kammern 188 und 198 zurück in die Zelle strömen.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rahmens ist dieser Rahmen 300 durch einen Außenrahmenabschnitt 301, einen Kathodengas-Anodengas- Trennabschnitt 302, der oben mit dem Außenrahmenabschnitt 301 verbunden ist, einen Innenrahmenabschnitt 303, der die Elektrolysezelle selbst umgibt, und mit dem unteren Ende des Kathodengas-Anodengas-Trennabschnitts 302 verbunden ist, ausgebildet. Dieser Rahmen 300 umschließt einen Kathodengasabschnitt 320, einen Anodengasabschnitt 330, einen Elektrolysezellenabschnitt 310 und zwei Elektrolytsammel- und rückführabschnitte 340 und 341.

Mehrere Rahmen 300 zusammen bilden jeweils eine aus mehreren Kathodengasabschnitten 320 aufgebaute Kathodengaskammer, eine aus mehreren Anodengasabschnitten 330 zusammengesetzte Anodengaskammer, zwei aus mehreren Elektrolytsammel- und Rückführabschnitten 340 bzw. 341 zusammengesetzte Elektrolytrückführkammern. In der Kathodengaskammer (320) und in der Anodengaskammer (330) sind vorzugsweise Wärmetauscher 321 bzw. 331 angeordnet. In ähnlicher Weise sind in den Elektrolytrückführkammern (340) und (341) Wärmetauscher (342 bzw. 343) angeordnet.

Je nachdem, ob der Rahmen 300 Rahmen einer Anodenkammer oder einer Kathodenkammer ist, verbindet der Kanal 380 oder der Kanal 390 den Elektrolysezellenabschnitt 310 mit dem betreffenden Kathodengasabschnitt 320 oder dem Anodengasabschnitt 330. Die einzelnen Elektrolysezellenabschnitte 310 stehen mit den Elektrolytrückführkammern 340 und 341 über Verbindungsöffnungen 381 und 391 in Verbindung.

Auch bei dieser Ausführungsform wird der gesamte Rahmen 300 mit allen Kanälen aus Polymerbeton gegossen. Eine mechanische Bearbeitung des Zellenrahmens ist nicht erforderlich.

In Fig. 11 ist ein Rahmen gezeigt, bei dem die Kathodengaskammer 320 und die Anodengaskammer 330 oberhalb der Zelle angeordnet sind. Die Rückführkanäle 340 und 341 sind mit kleinem Querschnitt ausgeführt, um Nebenströme klein zu halten.

Weitere besondere Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausführungsformen bestehen darin, daß

• a) für den Elektrolytkreislauf keine Pumpe erforderlich ist;
• b) beim Abschalten des Elektrolyseurs der Elektrolyt aus den Elektrolytrückführkammern in die Zellen zurückfließt;
• c) die Größe der Kammern automatisch mit der Zunahme der Zahl der Einheiten steigt und damit für jede Zellenzahl richtig dimensioniert ist;
• d) die Gasabführkanäle aus der Zelle und Elektrolytrückführkanäle in die Zelle nur für eine Zelle optimal ausgelegt werden müssen, d. h. daß deren Dimensionierung ebenfalls unabhängig von der Zellenzahl ist;
• e) die Gesamtzahl der bipolaren Zellen des Wasserelektrolyseurs nur durch die Transportgröße des komplett montieren Zellenblocks abgegrenzt ist.

Claims (29)

1. Elektrolysezelleneinheit mit

• a) einem Diaphragma (101)
• b) einem Mittelblech (102)
• c) zwei metallisch leitend miteinander verbundene Elektroden (103, 104), die zu beiden Seiten des Mittelblechs angeordnet sind und mit dem Mittelblech jeweils eine Kammer bilden, und von denen eine Elektrode dem Diaphragma zugewandt angeordnet ist,
• d) einem Rahmen, der den Umfang der von Mittelblech und Elektroden gebildeten Kammern abschließt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein mit den beiden Elektroden (103, 104) metallisch verbundener Rahmen ist, insbesondere daß der Rahmen von den Randbereichen der Elektroden (103, 104) selbst gebildet ist.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (103, 104) in an sich bekannter Weise perforiert sind, daß jedoch der den Rahmen bildende Rand (113 bzw. 114) der Elektroden (103 bzw. 104) frei von Perforationen ist.

3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (103, 104) aus Nickelblech bestehen.

4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (103, 104) und das Mittelblech (102) aus Nickelblech bestehen.

5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Diaphragma (101) zugewandte Elektrode in elastischem Nullabstand zu diesem angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelblech (102) und/oder die Elektroden (103, 104) mit in die Kammern hineinragenden und im zusammengebauten Zustand eine Mittelblech und Elektrode auseinanderdrängende Kraft verursachenden Sicken (107) versehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (107) relativ zu beiden Seiten des Diaphragmas (101) versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Einheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (107) in dem Mittelblech (102) ausgebildet sind und zu beiden Seiten des Mittelblechs abstehen.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (107) ein Verhältnis von Breite zu Länge von zumindest etwa 10 : 1 haben und daß die Längsrichtung der Sicken im eingebauten Zustand im wesentlichen vertikal verläuft.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine fluchtende erste Öffnung (108) durch beide Elektroden (103, 104), das Mittelblech (102) und das Diaphragma (101) vorgesehen ist,
daß in der ersten Öffnung (108) zwischen der zweiten Elektrode (104) und dem Mittelblech (102) ein erstes Kanalelement (118), welches zumindest einen ersten Kanalabschnitt (188) bildet und diesen ersten Kanalabschnitt (188) umschließt, und derart angeordnet ist, daß zumindest eine erste Zufuhröffnung (148) in dem ersten Kanalelement (118) den ersten Kanalabschnitt (188) mit der zwischen der zweiten Elektrode (104) und dem Mittelblech (102) gebildeten Kammer (138) verbindet, wodurch der Abfluß von Gas aus dieser ersten Kammer in den ersten Kanal ermöglicht wird,
und daß eine fluchtende zweite Öffnung (109) durch beide Elektroden (103, 104), das Mittelblech (102) und das Diaphragma (101) vorgesehen ist,
daß in der zweiten Öffnung (109) zwischen der ersten Elektrode (103) und dem Mittelblech (102) ein zweites Kanalelement (119), das zumindest einen zweiten Kanalabschnitt (198) für einen zweiten Kanal bildet und diesen zweiten Kanalabschnitt (198) umschließt, derart angeordnet ist, daß zumindest eine zweite Zufuhröffnung (149) in dem zweiten Kanalelement (119) den zweiten Kanalabschnitt (198) mit der zwischen der ersten Elektrode (103) und dem Mittelblech (102) gebildeten Kammer (139) verbindet, wodurch der Abfluß von Gas aus dieser zweiten Kammer (139) in den zweiten Kanal ermöglicht wird.

11. Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelblech (102) in einem die erste Öffnung (108) umgebenden Bereich eine Abstufung zu der ersten Elektrode (103) hin aufweist, derart, daß die zwischen der zweiten Elektrode (104) und dem Mittelblech (102) ausgebildete erste Kammer (138) einen um die erste Öffnung (108) herum angeordneten erweiterten Bereich hat, daß das erste Kanalelement (118) eine dementsprechend erweiterte Abmessung besitzt, und
daß die zumindest eine Zufuhröffnung (148) eine dem erweiterten Bereich angepaßte Größe hat
und/oder dieselbe Ausgestaltung von Öffnung und Kanalelement auch für die zweite Öffnung (109) und das zweite Kanalelement (119) gilt, nämlich
daß das Mittelblech (102) in einem die zweite Öffnung (109) umgebenden Bereich eine Abstufung zu der zweiten Elektrode (104) hin aufweist, derart, daß die zwischen der ersten Elektrode (103) und dem Mittelblech (102) ausgebildete zweite Kammer (139) einen um die zweite Öffnung (109) herum angeordneten erweiterten Bereich hat,
daß das zweite Kanalelement (119) eine dementsprechend erweiterte Abmessung besitzt, und
daß die zumindest eine Zufuhröffnung (149) eine dem erweiterten Bereich angepaßte Größe hat.

12. Einheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kanalelement (118) und das zweite Kanalelement (119) jeweils als Ring ausgebildet sind,
daß dieser Ring jeweils einen Fußbereich (158 bzw. 159), einen Mittelbereich (168 bzw. 169) und einen Kopfbereich (178 bzw. 179) aufweist,
daß der Kopfbereich (178 bzw. 179) innen annähernd komplementär zur Außenseite des Fußbereichs (158 bzw. 159) ausgebildet ist, derart, daß der Fußbereich (158 bzw. 159) eines Rings in den Kopfbereich (178, 179) des folgenden bzw. des vorausgehenden Rings paßt,
daß die zumindest eine Zufuhröffnung (148, 149) durch den Mittelbereich (168, 169) des Rings verläuft, und daß die Orientierung des Rings, der das erste Kanalelement (118) darstellt, entgegengesetzt zu der Orientierung des Ringes ist, der das zweite Kanalelement (119) darstellt.

13. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (103) und die zweite Elektrode (104) entlang ihres Randes abgestuft sind und dort dicht auf dem Mittelblech (102) aufliegen und dort mit diesem unter Ausbildung des Rahmens für die Kammern verschweißt sind.

14. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Elektrolysezelleneinheit eine Mehrzahl weiterer im wesentlichen identisch zu dieser ausgebildeter Elektrolysezelleneinheiten (100) zu einem Elektrolysezellenblock verbunden sind.

15. Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektrolysezelleneinheiten (100) durch Abstandsrahmen (200) und eine Presseinrichtung miteinander verbunden sind.

16. Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsrahmen aus einem Kunststoffbeton geformt sind, wobei der Kunststoffbeton im wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial und einem festen Füllstoff besteht, der feinverteiltes Porzellan oder Keramikmaterial ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsrahmen auf beiden Seiten eine Ausnehmung oder Nut (210) aufweist,
daß die Elektroden (103, 104) und das Mittelblech (102) entlang deren Randbereich miteinander verschweißt sind,
daß der äußerste und außerhalb der Verschweißung liegende Randbereich (113 bzw. 114) der Elektroden (103 bzw. 104) von der Ebene des Mittelblechs (102) weggebogen ist und in die jeweilige Nut (210) des Abstandsrahmens (200) eingreift, und
daß benachbarte Abstandsrahmen (200) außen miteinander unter Ausbildung einer dichten, geschlossenen, druckfesten Elektrolysezelle verbunden, insbesondere durch eine Kunststoffschweißung oder Kunststoffschweißnaht (215), verschweißt sind.

18. Einheit nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (103, 104) und das Mittelblech (102) entlang deren Randbereich miteinander verschweißt sind,
daß der äußerste und außerhalb der Verschweißung liegende Randbereich der Elektroden (103, 104) von der Ebene des Mittelblechs (102) weggebogen ist, und
daß die weggebogenen äußersten Randbereiche der Elektroden (103, 104) die jeweiligen Abstandsrahmen (200) teilweise umfassen.

19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (101) in einem Abstandsrahmen (200) aus Polymerbeton eingegossen angeordnet ist.

20. Einheit nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelleneinheiten (100) im wesentlichen quadratisch ausgebildet sind, und daß diese in der Elektrolysezelle so angeordnet sind, daß eine Diagonale der Quadrate annähernd vertikal verläuft.

21. Elektrolysezelleneinheit für einen aus mehreren solcher modulartig zusammengebauter Elektrolysezelleneinheiten aufgebauten Elektrolysezellenblock, wobei diese Elektrolysezelleneinheit

• a) ein Diaphragma (101)
• b) ein Mittelblech (102)
• c) zwei metallisch leitend miteinander verbundene Elektroden (103, 104), die zu beiden Seiten des Mittelblechs (102) angeordnet sind und mit diesem jeweils eine Kammer bilden, und von denen eine Elektrode dem Diaphragma (101) zugewandt angeordnet ist,
• d) einen Rahmen (300), der den Umfang der von Mittelblech und Elektrode gebildeten Kammer abschließt und der zumindest eine Elektrolytzufuhröffnung (205; 381; 391) und zumindest eine Gasabfuhröffnung (204; 380; 390) aufweist,
  dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen im wesentlichen aus Kunststoffbeton, nämlich aus Kunststoff mit einem festen Füllmaterial besteht,
  daß der Kunststoffbeton als fester Füllstoff fein verteilte Partikel aus Porzellan und/oder Keramik enthält.

22. Elektrolysezelleneinheit für eine aus mehreren solcher modulartig zusammengebauter Elektrolysezelleneinheiten aufgebaute Elektrolysezelle, wobei diese Elektrolysezelleneinheit dadurch gekennzeichnet ist,

• a) daß der Rahmen (300) einstückig ausgebildet ist, im wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist, und zumindest vier Kanalabschnitte umschließt, nämlich
  einen Elektrolysezellenabschnitt (310)
  einen Kathodengasabschnitt (320)
  einen Anodengasabschnitt (330) und
  einen Elektrolytsammel- und -rückführabschnitt (340),
• b) daß der Kathodengasabschnitt (320) und der Anodengasabschnitt (330) oberhalb des Elektrolysezellenabschnitts (310) angeordnet sind,
• c) daß die zumindest eine Gasabfuhröffnung (290) in dem Rahmen (300) nur entweder den Elektrolysezellenabschnitt (310) und den Kathodengasabschnitt (320) oder den Elektrolysezellenabschnitt (310) und den Anodengasabschnitt (330) miteinander verbindet, und
• d) daß zumindest eine Elektrolytöffnung (381; 391) in dem Rahmen (300) vorgesehen ist, die den betreffenden Elektrolytsammel- und -rückführabschnitt (340) mit dem Elektrolysezellenabschnitt (310) verbindet.

23. Einheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Elektrolytsammel- und -rückführabschnitt (340) über eine erste Verbindungsöffnung (381) in dem Rahmen (300) mit dem Kathodengasabschnitt (320) in Verbindung steht, bzw.
daß ein zweiter Elektrolytsammel- und -rückführabschnitt (341) über eine zweite Verbindungsöffnung (391) in dem Rahmen (300) mit dem Anodengasabschnitt (330) in Verbindung steht, und
daß eine Elektrolytöffnung (381 bzw. 391) in dem Rahmen (300) eine Verbindung zwischen dem ersten Elektrolytsammel- und -rückführabschnitt (340) und dem Elektrolysezellenabschnitt (310) herstellt, der mit dem Anodengasabschnitt (330) in Verbindung steht bzw. zwischen dem zweiten Elektrolysesammel- und -rückführabschnitt (341) und dem Elektrolysezellenabschnitt (310) herstellt, der mit dem Kathodengasabschnitt (320) in Verbindung steht, unter Ausbildung einer Überkreuz-Elektrolytrückführung.

24. Einheit nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelleneinheit (100) mit einer Mehrzahl von im wesentlichen zu dieser identischen Elektrolysezelleneinheiten zu einer Elektrolysezellenblock verbunden ist,
daß die von den einzelnen Rahmen (300) umschlossenen Kathodengasabschnitte (320) einen Kathodengaskanal bilden,
daß die von den einzelnen Rahmen (300) umschlossenen Anodengasabschnitte (330) einen Anodengaskanal bilden, daß die von den einzelnen Rahmen (300) umschlossenen Elektrolytsammel- und rückfuhrabschnitte (340 bzw. 341) jeweils einen Elektrolytkanal bilden,
daß in zumindest einer der Kanäle, nämlich des Kathodengaskanals, des Anodengaskanals, und der Elektrolytkanäle, ein Wärmetauscherraum ausgebildet ist, in dem eine Wärmetauscher-Einrichtung (321, 331, 342 bzw. 343) zum indirekten Wärmeaustausch zwischen einem diese Wärmetauscher-Einrichtung durchfließenden Material und einem in dem betreffenden Wärmetauscherraum vorhandenen Material, angeordnet ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste derartige Wärmetauschereinrichtung (321) in dem Kathodengaskanal, eine zweite derartige Wärmetauscheinrichtung (331) in dem Anodengaskanal, eine dritte Wärmetauscheinrichtung (342) in einem ersten, an einer Seite der Elektrolysezellenabschnitte (310) angeordneten Elektrolytkanal (340), und eine vierte derartige Wärmetauschereinrichtung (343) in einem zweiten an der anderen Seite der Elektrolysezellenabschnitte (310) angeordneten Elektrolytkanal (341) angeordnet sind.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (300) einen im wesentlichen quadratischen Elektrolysezellenabschnitt (310) umschließt, der mit einer Quadrat-Diagonalen im wesentlichen vertikal angeordnet ist.

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (300), im wesentlichen in einer Ebene liegend, einen ununterbrochenen Außenrahmenabschnitt (301), einen von der Oberseite dieses ununterbrochenen Außenrahmenabschnitts (301) nach unten verlaufenden Kathodengas-Anodengas-Trennabschnitts (302), einen Innenrahmenabschnitt (303), der innerhalb des Außenrahmenabschnitts (301) angeordnet, oben mit der Unterseite des Kathodengas-Anodengas-Trennabschnitts (302) und unten mit dem Außenrahmenabschnitt (301) verbunden ist, aufweist, und
daß eine nutartige Ausnehmung in dem Rahmen entweder eine Verbindung (380) zwischen dem durch den Innenrahmenabschnitt (303) umschlossenen Elektrolysezellenabschnitt (310) und dem von Außenrahmenabschnitt (301), Kathodengas-Anodengas-Trennabschnitt (302) und der Außenseite des Innenrahmenabschnitts (303) umschlossenen Kathodengasabschnitt (320) oder eine Verbindung (390) zwischen dem von dem Innenrahmenabschnitt (303) umschlossenen Elektrolysezellenabschnitt (310) und dem von der anderen Seite des Kathodengas-Anodengas-Trennabschnitts (302), dem Außenrahmenabschnitt (301) und der Außenseite des Innenrahmenabschnitts (303) gebildeten Anodengasabschnitts (330) definiert bzw. herstellt.

28. Einheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Rahmen (300) eine Verbindung zwischen dem Kathodengasabschnitt (320) und einem ersten Elektrolytsammel- und rückführabschnitt (340), und eine Verbindung zwischen dem Anodengasabschnitt (330) und einem zweiten Elektrolytsammel- und rückführabschnitt (341) bestehen,
daß nur jeweils zwischen denjenigen der beiden Elektrolytsammel- und rückführabschnitte (340 bzw. 341) und dem Elektrolysezellenabschnitt (310) in dem betreffenden Rahmen (300) eine Elektrolytrückführverbindung besteht, deren betreffender Gasabschnitt (320 oder 330) nicht mit diesem Elektrolysezellenabschnitt (310) in Verbindung steht, wodurch eine Überkreuz-Elektrolytrückführung erreicht wird.