EP4596754A1 - Einstellung des anpressdrucks in einem elektrolysestack - Google Patents

Einstellung des anpressdrucks in einem elektrolysestack

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EP4596754A1
EP4596754A1 EP24155842.8A EP24155842A EP4596754A1 EP 4596754 A1 EP4596754 A1 EP 4596754A1 EP 24155842 A EP24155842 A EP 24155842A EP 4596754 A1 EP4596754 A1 EP 4596754A1
Authority
EP
European Patent Office
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end plate
rods
electrolysis
arrangement
electrolysis cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24155842.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Antonio COSCIA
Jean-Philippe Tadiello
Markus NESSELBERGER
Dennis Widuch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to EP24155842.8A priority Critical patent/EP4596754A1/de
Publication of EP4596754A1 publication Critical patent/EP4596754A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
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    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • the invention relates to an arrangement comprising a plurality of electrolysis cells. Furthermore, the invention relates to a method for conducting electrolysis. The invention is particularly useful for producing hydrogen on an industrial scale.
  • Electrolysis of water is usually carried out on an industrial scale using so-called electrolysis stacks. These consist of a large number of electrolysis cells arranged in a row. The electrolysis cells are usually held between two end plates and pressed together by tie rods. These are rods that are each connected to the two end plates and exert a force on them in the direction of the other end plate. However, when the electrolysis stack expands thermally, these forces change. These forces can also change over time. However, the aim is for the electrolysis cells to always be pressed together with the same pressure. This is desirable so that the electrolysis stack is leak-proof across the entire operating range.
  • the mechanical construction of the electrolysis stack and its end plates becomes more complex with the increasing number of tie rods.
  • the electrolysis stack can only be supported by its end plates. This can cause the electrolysis stack to bend downward in the middle.
  • the assembly of the tie rods becomes more complicated, as all tie rods should be tightened with the same torque, if possible. This is intended to ensure that the pressure is distributed evenly across the cross-section of the electrolysis cells.
  • a similar difficulty arises when the tension rods need to be re-tensioned, especially under hot conditions.
  • the large number of tension rods makes visual inspection of the electrolysis stack more difficult.
  • Each of the tie rods offers a degree of freedom to achieve the desired locally even distribution of pressure across the cross-sectional areas of the electrolysis cells.
  • This advantage of the drawbars is lost.
  • EP 4 137 610 A1 The press used offers only a single degree of freedom for adjusting the pressure exerted on the electrolysis cells. Naturally, this cannot influence how the pressure is distributed across the cross-sectional area of the electrolysis cells.
  • the object of the present invention is to provide a simple solution for pressing electrolysis cells together with a desired pressure.
  • this pressure should be constant over time and evenly distributed spatially.
  • an arrangement comprising a plurality of electrolysis cells and a first end plate and a second end plate, wherein the electrolysis cells are arranged adjacent to one another between the first end plate and the second end plate, wherein the arrangement further comprises a plurality of rods, which are each held on the first end plate and on the second end plate in such a way that a respective first force directed towards the second end plate is exerted on the first end plate via the rods and a respective second force directed towards the first end plate is exerted on the second end plate, wherein the rods are each held on at least one of the end plates via a respective clamping unit, wherein the clamping units are designed to adjust the forces exerted on the end plates by the rod, wherein the arrangement further comprises a control which is connected to the clamping units and which is designed to adjust the forces exerted on the end plates by the rods.
  • the arrangement is preferably configured for water electrolysis. Hydrogen and oxygen can be obtained as electrolysis products through water electrolysis.
  • the electrolyte can be pure water or a water-containing mixture.
  • the arrangement is configured for alkaline electrolysis.
  • the arrangement is preferably configured for high-pressure electrolysis. This is understood to mean electrolysis with an operating pressure of at least 10 bar. The advantages described below are particularly relevant in this context.
  • the arrangement comprises several electrolysis cells. Electrolysis can be carried out in the electrolysis cells. To obtain the electrolysis products on a large scale, several electrolysis cells are provided. Preferably, the arrangement comprises between 100 and 600 electrolysis cells. However, the advantages described herein can already be achieved if the arrangement has only two electrolysis cells.
  • the electrolysis cells can be constructed like conventional electrolysis cells.
  • the electrolysis cells can each have an anode compartment with an anode, a cathode compartment with a cathode, and a
  • the anode compartment and the cathode compartment comprise a diaphragm arranged between them.
  • the anodes can be arranged within the respective anode compartment or at the edge of the respective anode compartment.
  • the cathodes can be arranged within the respective cathode compartment or at the edge of the respective cathode compartment.
  • the design of the anode compartments, anodes, cathode compartments, and cathodes is irrelevant.
  • the arrangement further comprises a first end plate and a second end plate.
  • the electrolysis cells are arranged adjacent to one another between the first end plate and the second end plate.
  • the arrangement can also comprise one or more intermediate plates arranged between the first end plate and the second end plate, which intermediate plates are preferably aligned parallel to the end plates.
  • the intermediate plates can provide additional stability to the arrangement.
  • the intermediate plates can divide the electrolysis cells into groups.
  • the groups can be referred to as cell blocks.
  • the electrolysis cells are preferably lined up along an axis and held adjacent to one another.
  • the electrolysis cells are pressed together.
  • the arrangement comprises several rods.
  • the rods are preferably tie rods.
  • the term "rod” is used here to ensure that it remains unclear whether and, if so, how the term “tie rod” is clearly defined.
  • the rods can also be referred to as tension rods or tie rods.
  • the arrangement comprises several rods, i.e., at least two rods. Preferably, the arrangement comprises between four and 20 rods.
  • the rods are preferably arranged equidistantly on a circular arc that encircles the axis along which the electrolysis cells are lined up and held adjacent to one another.
  • the rods are each held on the first end plate and the second end plate in such a way that a first force directed towards the second end plate is exerted on the first end plate via the rods, and a second force directed towards the first end plate is exerted on the second end plate.
  • the first force and the second force are thus opposite to each other.
  • the two forces clamp the electrolysis cells between the end plates. This results in Newton's third law states that the two forces have the same magnitude as long as the corresponding contact surfaces are of equal size.
  • the electrolysis cells, end plates, and rods can also be considered an electrolysis stack.
  • the arrangement may contain other elements that are not part of the electrolysis stack.
  • the term "arrangement" is generally used herein.
  • the rods are preferably made of a metal, in particular steel. However, this is not required for the idea described here. In general, it can be assumed that the rods are subject to thermal expansion. However, this is usually less than the thermal expansion of the electrolysis cells. This is because the rods are usually exposed to a lower temperature than the electrolysis cells themselves. During operation, the temperature of the rods may, for example, be only slightly above the ambient temperature. However, the thermal expansion of the electrolysis cells could fundamentally lead to the electrolysis cells being pressed against one another with different levels of pressure depending on the temperature. This is undesirable. Even independently of thermal expansion of the electrolysis cells, the pressure with which the electrolysis cells are pressed against one another can change. This is due in particular to the thermal expansion of the electrolysis cells.
  • the forces exerted by the rods on the end plates can be adjusted.
  • the rods are each held on at least one of the end plates by a respective clamping unit.
  • the clamping units are designed to adjust the forces exerted by the rod on the end plates.
  • the clamping units are preferably designed as hydraulic clamping units.
  • the clamping units can then also be referred to as hydraulic units.
  • the principle on which the clamping units function is not important. The only important thing is that the control system can adjust the clamping units - which distinguishes the clamping units from simple springs, for example.
  • the clamping units can function in numerous ways. To explain this functionality, we will first consider a single rod that is held to the first end plate via a clamping unit and that is firmly connected to the second end plate.
  • the rod can be firmly connected to a first part of the clamping unit, while the second end plate is firmly connected to a second part of the clamping unit.
  • the two parts of the clamping unit are movable relative to each other along an axis of the rod. This relative movement can be achieved by changing the hydraulic pressure present in the clamping unit.
  • the clamping unit can have an appropriately designed hydraulic chamber. By increasing the hydraulic pressure in the hydraulic chamber, the two end plates can be pressed more closely together. This increases the pressure with which the electrolysis cells are pressed together.
  • the inherently associated reduction in pressure on the electrolysis cells can be counteracted by increasing the hydraulic pressure in the clamping unit.
  • the pressure on the electrolysis cells remains unchanged.
  • the hydraulic pressure in the clamping unit can also be used to adjust how tightly the electrolysis cells are pressed together.
  • the pressure in the hydraulic chamber can be generated and maintained by a pump. However, this requires continuous operation of the pump.
  • the clamping unit can also have a locking element which mechanically maintains a set pressure in the hydraulic chamber.
  • the locking element can, for example, be locked in place and, if the setting of the clamping unit needs to be changed, can be released briefly, for example by an electric drive. It is then sufficient to operate the pump for this short period of time.
  • the locking element can, for example, be designed as a ring which interacts with one of the two parts of the clamping unit like a lock nut.
  • clamping units can be mechanically designed, for example in the form of spindles that can be adjusted by a drive.
  • the described functionality can be achieved if exactly one clamping unit is provided for each of the rods.
  • This clamping unit balances the first force exerted by the corresponding rod on the first end plate and the force exerted by the The force exerted by the corresponding rod on the second end plate influences the second force. This results from Newton's third law. Therefore, one clamping unit per rod is sufficient to adjust both forces. It is irrelevant whether the clamping unit is attached to the first end plate or the second end plate.
  • the rods are all held on the first end plate by a respective clamping unit.
  • exactly one clamping unit is provided per rod.
  • some of the rods can be held on the first end plate by a respective clamping unit, while the remaining rods are each held on the second end plate by a respective clamping unit.
  • one or more of the rods can be held both on the first end plate by a respective clamping unit and on the second end plate by a respective clamping unit.
  • the rods are each held on at least one of the end plates by a respective clamping unit.
  • Each of the rods is thus held on the first end plate by a respective clamping unit and/or on the second end plate by a respective clamping unit.
  • the arrangement further comprises a control system connected to the clamping units and configured to adjust the forces exerted by the rods on the end plates.
  • the forces can thus be set to a desired value.
  • the magnitude of this value and the considerations used to determine it are generally irrelevant to the design of the described arrangement. Rather, the arrangement allows the user to adjust the forces as desired.
  • control system it is sufficient for the control system to issue a single output signal, which is then sent to all clamping units.
  • all clamping units are set identically.
  • a preferred embodiment is also one in which the control system issues an individual output signal for each of the clamping units. This allows the Pressure with which the electrolysis cells are pressed together is distributed particularly evenly across the cross-section of the electrolysis cells.
  • the clamping units allow the forces exerted on the end plates by the tie rods to be varied during operation. This ensures the tightness of the assembly even under elevated pressure and temperature.
  • the clamping units can maintain a desired pressure load on seals across the entire operating range, even with thermal expansion of the rods.
  • the clamping units allow the assembly to be operated at low temperature and low pressure with reduced torque applied to the rods. As the operating temperature and pressure increase, the clamping units allow the torque to be adjusted. This makes it possible to exploit the thermal expansion of the system (which causes the electrolysis cells to expand and puts tension on the rods). This overcomes the limitations of a design with simple threaded connections in terms of the maximum forces (that can be exerted on the threads). The rods can therefore be designed with a much larger cross-section, reducing the total number of rods required. This overcomes the problems described in the prior art regarding a large number of rods.
  • the described arrangement is also particularly simple.
  • the described arrangement offers the possibility of accommodating the thermal length change of the electrolysis cells without replacing the rods with a complex press.
  • the described arrangement also has the advantage of retaining the advantages offered by solutions using tie rods.
  • the rods of the described arrangement provide stability to the electrolysis cells.
  • each of the rods offers a degree of freedom for adjusting the local pressure distribution across the cross-sectional area of the electrolysis cells. This allows the desired, particularly uniform local pressure distribution to be achieved.
  • control is designed to control the clamping units depending on a parameter which is a measure of a thermal
  • a parameter which is a measure of a thermal
  • the forces to be adjusted are not freely specified by the user, but are automatically determined by the controller. This allows the effect of the thermal change in length of the electrolysis cells on the contact pressure to be counteracted. As the temperature rises, the thermal change in length is thermal expansion.
  • the described arrangement can not only respond to the fact that the electrolysis cells lengthen as the temperature rises. Even if the electrolysis cells become shorter again as the temperature drops, this can be taken into account. Therefore, the general reference here is to the thermal change in length of the electrolysis cells, which, depending on the temperature change, is either thermal expansion or thermal shrinkage.
  • the electrolysis cells can lengthen or shorten, which is accepted.
  • this setting ensures that the effect of a thermal change in the electrolysis cells is precisely compensated, so that the electrolysis cells are pressed together with a pressure that remains constant over time.
  • this ideal situation is not required. It is already advantageous that the influence of a thermal change in the length of the electrolysis cells is counteracted. Compared to a design in which the change in the length of the electrolysis cells is not taken into account at all, any design in which the effects of a change in the length of the electrolysis cells are counteracted, even to a small extent, is advantageous.
  • a dependency is stored in the control system as to how the clamping units are to be set at which value of the parameter.
  • the control system can then send a corresponding output signal to the clamping units depending on the input signal.
  • the dependency stored in the controller can be determined experimentally, for example, once before commissioning the system.
  • the dependency can be adjusted as needed during ongoing operation of the system.
  • This single parameter can be a global measure of the length changes of all electrolysis cells. This is possible if the parameter is a variable that is the same for all electrolysis cells. In particular, this can be a temperature.
  • the single parameter can also express the length change of a single electrolysis cell or make it possible to calculate the length change of a single electrolysis cell. Such a parameter is nevertheless a measure of the length changes of the electrolysis cells because, in general, it can reasonably be assumed that the length change of one of the electrolysis cells is also a measure of the length changes of the other electrolysis cells.
  • the length change of one of the electrolysis cells can be measured, for example, using a strain gauge attached to the electrolysis cell.
  • the electrolysis cells can each have a frame surrounding the axis.
  • the strain gauge can be held to this frame. It is also conceivable to measure the linear expansion of one of the electrolysis cells, for example, using a seal. In general, linear expansion can be measured on any element subjected to load by the rods. With appropriate calibration, numerous different ways of determining this parameter are available.
  • the controller may receive multiple parameters as input, each of which, taken individually, represents a measure of the change in length of the electrolysis cells. In this case, for example, an average value of the change in length can be calculated and used to determine an output signal. It is also possible for the controller to receive multiple parameters as input, which together represent a measure of the change in length of the electrolysis cells.
  • a specific parameter can be input to the control system for a subset of the electrolysis cells or even for each of the electrolysis cells, with each parameter representing a measure of the change in length of one of the electrolysis cells.
  • control system outputs a single output signal, which is then sent to all clamping units.
  • all clamping units are set identically. This is based on the generally reasonable assumption that the bars are all subject to the same thermal elongation.
  • a preferred embodiment is one in which the controller outputs an individual output signal for each of the clamping units. This allows the pressure with which the electrolysis cells are pressed together to be distributed particularly evenly across the cross-section of the electrolysis cells. This is particularly preferred when this pressure is measured in the form of several spatially resolved measured variables, and each of these measured variables is used as one of the parameters.
  • the parameter can be measured specifically for adjusting the clamping units.
  • a variable that is also used for another purpose can be used as the parameter.
  • this can be a variable that is already available.
  • the adjustment of the clamping units described here can also be carried out without additional measuring effort.
  • Measuring the parameter specifically for adjusting the clamping units has the advantage that there is no need to select from available variables. Instead, the most suitable parameter can be used. In general, this allows for a more precise result. The additional measuring effort is worth it.
  • the parameter it is not necessary for the parameter to be determined specifically for a specific electrolysis stack. If electrolysis is carried out with multiple electrolysis stacks, a value measured or set for one of these electrolysis stacks can be used as the parameter. This value can be used as the parameter for all electrolysis stacks.
  • the parameter is a temperature, a change in length of one of the rods, a force or a pressure.
  • the parameter is a measure of the thermal change in length of the electrolysis cells. It is therefore not necessary for the parameter to represent the change in length of the
  • Electrolysis cells themselves. It is sufficient that the parameter can be used to determine the change in length of the electrolysis cells. In the present embodiment, this is utilized in the first alternative insofar as the temperature is used as a parameter.
  • the change in length can be calculated from the temperature. However, it is not even necessary for the change in length itself to be actually calculated as a numerical value.
  • the control can also be carried out directly using the temperature as the input variable. In the simplest case, the control system can store how the clamping units are to be adjusted at which temperature.
  • the temperature is the temperature of one of the electrolysis cells.
  • the temperature of an electrolysis cell can be measured, for example, with a temperature sensor attached to the electrolysis cell or integrated into the electrolysis cell. Alternatively, the global temperature of the arrangement can also be used.
  • the change in length of one of the rods can also be used to determine the change in length of the electrolysis cells. Therefore, the change in length of a rod is also a measure of the change in length of the electrolysis cells. It can be assumed that the rods are subject to less thermal expansion than the electrolysis cells. This is because the rods are usually exposed to a lower temperature than the electrolysis cells themselves. However, if the electrolysis cells expand thermally, this leads to a voltage on the rods. This, in turn, can lead to a measurable change in length of the rods. This change in length can be used as the parameter in the second alternative of the present embodiment. For this purpose, a corresponding sensor can be attached to the rod.
  • the change in length of a rod can be measured using a strain gauge attached to the rod.
  • a change in the rod's length then leads to a change in the strain gauge's load.
  • This leads to a change in the strain gauge's electrical resistance.
  • This can be measured as a change in a measuring voltage.
  • a tensile force acting on the rod can be calculated.
  • This can alternatively or additionally be expressed as a pressure. It is irrelevant which of the previously described quantities is used as the parameter.
  • the calculated force can be used as the parameter.
  • the controller is further configured to control the electrolysis, and the parameter is a quantity available in the controller.
  • the clamping units are adjusted using the same controller that also controls the electrolysis.
  • the fact that the controller also controls the electrolysis implies that various variables are available in the controller.
  • the control system comprises a main element and an additional element connected thereto.
  • the main element is designed to control the electrolysis.
  • the additional element is designed to adjust the clamping units depending on a parameter which is a measure of a thermal change in length of the electrolysis cells, in such a way that a change in the length of the electrolysis cells caused by the thermal change in length of the electrolysis cells The forces exerted on the end plates are counteracted.
  • the parameter is preferably a variable available in the main element.
  • the parameter can then be transmitted from the main element to the additional element.
  • the additional element is preferably assigned to an electrolysis stack. It can therefore also be considered a control unit for the electrolysis stack.
  • the main element in contrast, can be viewed as a central system controller.
  • the main element can control a plurality of electrolysis stacks.
  • the arrangement further comprises a sensor connected to the controller for measuring the parameter.
  • the sensor is preferably directly connected to the additional element.
  • This direct connection means, in particular, that the sensor is not connected to the additional element of the control system via the main element.
  • the parameter can be measured with the sensor specifically for adjusting the clamping units.
  • the senor is located on one of the electrolysis cells.
  • the parameter reflects the change in length of one of the electrolysis cells better the closer the sensor is to the electrolysis cell. For example, at a temperature, a measurement taken away from the electrolysis cell can also provide usable results. However, more accurate results can be obtained by measuring directly at the electrolysis cell. If the change in length of the electrolysis cells is used directly as the parameter, this can be done by measuring with a sensor attached to the electrolysis cell.
  • the rods are held on one of the end plates via a respective one of the clamping units and are held on the other end plate via a respective spring.
  • the springs serve to keep the forces exerted by the rods on the end plates constant. This is known in the art. In the present embodiment, however, it is combined with the clamping units.
  • the clamping units also allow the forces exerted on the two end plates to be adjusted.
  • the force exerted on the end plates by the rods can not only be kept constant, but can also be easily adjusted during operation.
  • the rods are held to the first end plate by a respective clamping unit and to the second end plate by a respective spring.
  • the springs are all arranged on the same side of the arrangement. This facilitates maintenance, for example.
  • Electrolysis is preferably water electrolysis. This produces both hydrogen and oxygen. However, water electrolysis is often carried out for hydrogen rather than oxygen. Therefore, the focus here is primarily on the production of hydrogen.
  • a method for electrolysis with an arrangement which comprises a plurality of electrolysis cells and a first end plate and a second end plate, wherein the electrolysis cells are arranged adjacent to one another between the first end plate and the second end plate, wherein the arrangement further comprises a plurality of rods, each of which is held on the first end plate and on the second end plate in such a way that a respective first force directed towards the second end plate is exerted on the first end plate via the rods and a respective second force directed towards the first end plate is exerted on the second end plate, wherein the rods are each held on at least one of the end plates via a respective clamping unit, wherein the clamping units are configured to adjust the forces exerted on the end plates by the rod, wherein the electrolysis is carried out with the arrangement, wherein the forces exerted on the end plates by the rods are adjusted via the clamping units, and wherein the clamping units are preferably dependent on a parameter, which is a measure of a
  • the described advantages and features of the arrangement are applicable and transferable to the method, and vice versa.
  • the arrangement is preferably intended and configured for operation according to the method.
  • the arrangement used in the method is preferably designed like the described arrangement. However, this is not required.
  • the described method does not have to be carried out with an arrangement that also has a controller in addition to the electrolysis cells. Instead, the method can also be carried out with an arrangement that is controlled by an external controller that is not part of the arrangement.
  • the controller and the electrolysis cells can only be considered part of the same arrangement if the controller and the electrolysis cells are arranged at the same location. However, this is not required for carrying out the method.
  • By using communication technologies it is possible to provide the control, in whole or in part, at a different location. The internet easily allows this different location to be anywhere in the world, possibly far away from the electrolysis cells.
  • the electrolysis is carried out at an operating temperature of at least 50 °C.
  • the described process is particularly suitable when the electrolysis is carried out at an operating temperature of at least 50 °C.
  • the electrolysis can be carried out at an operating temperature in the range of 50 to 100 °C, especially in the range of 70 to 90 °C.
  • Fig. 1 shows an arrangement 1 with which electrolysis can be carried out.
  • the arrangement 1 can be used, for example, to produce hydrogen.
  • the arrangement 1 comprises a plurality of electrolysis cells 2 as well as a first end plate 3 and a second end plate 4.
  • the electrolysis cells 2 are arranged adjacent to one another between the first end plate 3 and the second end plate 4.
  • the electrolysis cells 2 are pressed together via the two end plates 3, 4.
  • the arrangement 1 has eight rods 5, of which Fig. 1 four can be seen and of which in Fig. 2 all eight can be seen.
  • the rods 5 are each held on the first end plate 3 and on the second end plate 4 in such a way that a first force F 1 directed towards the second end plate 4 is exerted on the first end plate 3 via the rods 5, and a second force F 2 directed towards the first end plate 3 is exerted on the second end plate 4.
  • the first force F 1 and the second force F 2 press the electrolysis cells 2 together via the end plates 3, 4.
  • the electrolysis is preferably operated at an operating temperature of at least 50 °C. This can lead to thermal changes in the length of the electrolysis cells 2. In general, such a thermal change in length could change the forces F 1 , F 2 . However, this can be counteracted in the arrangement 1 shown.
  • the rods 5 are held on the first end plate 3 by a respective clamping unit 6.
  • the clamping units 6 are designed to adjust the forces F 1 , F 2 exerted by the rod 5 on the end plates 3, 4.
  • the rods 5 are held on the second end plate 4 by a respective spring 9.
  • the arrangement 1 further comprises a controller 7, which is connected to the clamping units 6 and which is configured to adjust the clamping units 6 depending on a parameter that is a measure of a thermal change in length of the electrolysis cells 2, such that a change in the forces F 1 , F 2 exerted by the rods 5 on the end plates 3, 4, caused by the thermal change in length of the electrolysis cells 2, is counteracted.
  • the parameter can be, for example, a temperature or a change in length of one of the rods 5.
  • the controller 7 has an element 13 with which this setting is made.
  • element 13 receives the parameter as an input signal. This can be done in various ways.
  • the assembly 1 has a sensor 8 connected to the controller 7 for measuring the parameter.
  • the sensor 8 is located on one of the rods 5.
  • the sensor 8 can be a sensor for measuring a temperature or a sensor for measuring a change in length of the rod 5.
  • a measurement signal output by the sensor 8 is processed by the controller 7 and fed to the element 13. This is illustrated by a box 10, which represents a measured value. This can be a temperature measured value or a change in length measured value.
  • control unit 7 is also configured to control the electrolysis. Accordingly, various parameters are available in the control unit 7. One of these can be selected as the parameter used for setting the clamping units 6. This is shown in Fig. 1 This is illustrated in that the control system 7 comprises boxes 11 and 12, which represent an operating pressure and an operating temperature, respectively. These variables can also be used to determine the thermal length change of the electrolysis cells 2.
  • Element 13 is connected to the clamping units 6.
  • the control unit 7 is also connected to the clamping units 6.
  • a control signal can be output from element 13 to the clamping units 6 via this connection. This control signal can be the same for all clamping units 6 or individual for each of the clamping units 6.
  • Fig. 2 shows a front view of the arrangement 1 from Fig. 1 .
  • the clamping units 6 of the eight rods 5 can be seen.
  • the Fig. 2 The view shown is the view from the right side in Fig. 1 . It can be recognized by Fig. 2 that the clamping units 6 and thus also the rods 5 are arranged equidistantly on a circular arc.

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Abstract

Anordnung (1) umfassend eine Vielzahl von Elektrolysezellen (2) sowie eine erste Endplatte (3) und eine zweite Endplatte (4), wobei die Elektrolysezellen (2) aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte (3) und der zweiten Endplatte (4) angeordnet sind, wobei die Anordnung (1) weiterhin mehrere Stangen (5) aufweist, welche jeweils derart an der ersten Endplatte (3) und an der zweiten Endplatte (4) gehalten sind, dass über die Stangen (5) auf die erste Endplatte (3) eine jeweilige zur zweiten Endplatte (4) gerichtete erste Kraft (F<sub>1</sub>) ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte (4) eine jeweilige zur ersten Endplatte (3) gerichtete zweite Kraft (F<sub>2</sub>) ausgeübt wird, wobei die Stangen (5) jeweils an mindestens einer der Endplatten (3,4) über eine jeweilige Spanneinheit (6) gehalten sind, wobei die Spanneinheiten (6) dazu eingerichtet sind, die jeweils mit der Stange (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F<sub>1</sub>,F<sub>2</sub>) einzustellen, wobei die Anordnung (1) weiterhin eine Steuerung (7) aufweist, welche mit den Spanneinheiten (6) verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, die mit den Stangen (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F<sub>1</sub>,F<sub>2</sub>) einzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Vielzahl von Elektrolysezellen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Elektrolyse. Die Erfindung dient insbesondere der Herstellung von Wasserstoff in industriellem Maßstab.
  • Elektrolyse beispielsweise von Wasser wird im industriellen Maßstab meist mit sogenannten Elektrolysestacks durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von aneinandergereihten Elektrolysezellen. Die Elektrolysezellen sind üblicherweise zwischen zwei Endplatten gehalten und werden über Zugstangen, sogenannte Tie Rods, aneinandergepresst. Dabei handelt es sich um Stangen, welche jeweils an die beiden Endplatten angebunden sind und auf diese eine Kraft in Richtung auf die jeweils andere der Endplatten ausüben. Bei thermischer Ausdehnung des Elektrolysestacks verändern sich diese Kräfte jedoch. Auch allgemein können sich diese Kräfte über die Zeit verändern. Es wird demgegenüber aber angestrebt, dass die Elektrolysezellen immer mit dem gleichen Druck aneinandergepresst werden. Das ist erwünscht, damit der Elektrolysestack im gesamten Betriebsbereich dicht ist.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Zugstangen über Federn an den Endplatten zu halten. Die Funktion der Federn besteht darin, sicherzustellen, dass eine konstante Last auf die Zugstangen ausgeübt wird. Mit zunehmendem Betriebsdruck (welcher aufgrund des besseren Wirkungsgrads angestrebt wird) nimmt die erforderliche Druckkraft zu, die von den Zugstangen und der vorgespannten Feder ausgeübt werden muss. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Anzahl der Zugstangen zu erhöhen, um das erforderliche Drehmoment zur Belastung der Zugstangen und der Federn zu begrenzen. Eine hohe Anzahl von Zugstangen ist jedoch aus den folgenden Gründen von Nachteil.
  • Die mechanische Konstruktion des Elektrolysestacks und seiner Endplatten wird mit steigender Zahl der Zugstangen komplizierter. Bei einer großen Zahl von Zugstangen kann der Elektrolysestack nur an seinen Endplatten abgestützt werden. Dadurch kann der Elektrolysestack in seiner Mitte nach unten durchbiegen. Weiterhin wird das Montieren der Zugstangen komplizierter, da alle Zugstangen möglichst mit dem gleichen Drehmoment angezogen werden sollten. Damit soll erreicht werden, dass der Druck örtlich gleichmäßig über den Querschnitt der Elektrolysezellen verteilt ist. Eine entsprechende Schwierigkeit ergibt sich auch, wenn die Zugstangen nachgespannt werden müssen, insbesondere unter heißen Bedingungen. Darüber hinaus wird die optische Inspektion des Elektrolysestacks durch eine Große Anzahl von Zugstangen erschwert.
  • Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist in der EP 4 137 610 A1 beschrieben. Dabei wird das Konzept der Zugstangen ganz aufgegeben. Die Endplatten werden stattdessen über eine mit Öldruck betriebene Presse aneinandergepresst. Dieser wird in Abhängigkeit von einem Gasdruck eingestellt. Da es bei diesem Ansatz keine Zugstangen gibt, kann die thermische Ausdehnung des Elektrolysestacks nicht zu dem zuvor beschriebenen Problem führen. Jedenfalls insoweit ist dieses Problem damit zwar gelöst. Allerdings ist diese Lösung aufgrund des Presse unverhältnismäßig aufwendig. Dazu kommt, dass der Druck, mit welchem die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden, nicht nur zeitlich unveränderlich sein soll. Darüber hinaus ist auch erstrebenswert, dass der Druck örtlich gleichmäßig über die Querschnittsflächen der Elektrolysezellen verteilt ist. Bei einer Ausgestaltung mit Zugstangen kann dies erreicht werden, indem der Anpressdruck für jede Zugstange individuell eingestellt wird. Jede der Zugstangen bietet einen Freiheitsgrad, um die gewünschte örtlich gleichmäßige Verteilung des Drucks über die Querschnittsflächen der Elektrolysen zu erreichen. Bei der Ausgestaltung aus der EP 4 137 610 A1 fällt dieser Vorteil der Zugstangen weg. Die in der EP 4 137 610 A1 verwendete Presse bietet nur einen einzigen Freiheitsgrad, um den auf die Elektrolysezellen ausgeübten Druck einzustellen. Naturgemäß kann dadurch nicht beeinflusst werden, wie sich der Druck über die Querschnittsfläche der Elektrolysezellen verteilt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Lösung anzugeben, um Elektrolysezellen mit einem gewünschten Druck aneinanderzupressen. Insbesondere soll dieser Druck zeitlich konstant und örtlich gleichmäßig verteilt sein.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit der Anordnung und dem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.
  • Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgestellt. Die Anordnung umfasst eine Vielzahl von Elektrolysezellen sowie eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte, wobei die Elektrolysezellen aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet sind, wobei die Anordnung weiterhin mehrere Stangen aufweist, welche jeweils derart an der ersten Endplatte und an der zweiten Endplatte gehalten sind, dass über die Stangen auf die erste Endplatte eine jeweilige zur zweiten Endplatte gerichtete erste Kraft ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte eine jeweilige zur ersten Endplatte gerichtete zweite Kraft ausgeübt wird, wobei die Stangen jeweils an mindestens einer der Endplatten über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind, wobei die Spanneinheiten dazu eingerichtet sind, die jeweils mit der Stange auf die Endplatten ausgeübten Kräfte einzustellen, wobei die Anordnung weiterhin eine Steuerung aufweist, welche mit den Spanneinheiten verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte einzustellen.
  • Die Anordnung ist vorzugsweise zur Wasserelektrolyse eingerichtet. Durch die Wasserelektrolyse können Wasserstoff und Sauerstoff als Elektrolyseprodukte erhalten werden. Der Elektrolyt kann reines Wasser oder ein Wasser enthaltendes Gemisch sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Anordnung zur alkalischen Elektrolyse eingerichtet ist. Die hierin beschriebenen Vorteile lassen sich aber unabhängig davon erreichen, welcher Elektrolyt verwendet wird und welche Elektrolyseprodukte erhalten werden. Vorzugsweise ist die Anordnung für eine Hochdruckelektrolyse eingerichtet. Darunter soll hierin eine Elektrolyse mit einem Betriebsdruck von mindestens 10 bar verstanden werden. Gerade in dem Zusammenhang sind die nachfolgend beschriebenen Vorteile relevant.
  • Die Anordnung umfasst mehrere Elektrolysezellen. In den Elektrolysezellen kann die Elektrolyse durchgeführt werden. Um die Elektrolyseprodukte in großem Umfang erhalten zu können, sind mehrere der Elektrolysezellen vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Anordnung zwischen 100 und 600 der Elektrolysezellen. Die hierin beschriebenen Vorteile können aber bereits erreicht werden, wenn die Anordnung nur zwei der Elektrolysezellen hat.
  • Die hierin beschriebenen Vorteile können unabhängig davon erreicht werden, wie die Elektrolysezellen aufgebaut sind. Die Elektrolysezellen können also wie herkömmliche Elektrolysezellen aufgebaut sein. Die Elektrolysezellen können jeweils einen Anodenraum mit einer Anode, einen Kathodenraum mit einer Kathode und ein zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum angeordnetes Diaphragma umfassen. Die Anoden können innerhalb des jeweiligen Anodenraums oder am Rand des jeweiligen Anodenraums angeordnet sein. Die Kathoden können innerhalb des jeweiligen Kathodenraums oder am Rand des jeweiligen Kathodenraums angeordnet sein. Für die hierin beschriebene Idee ist es unerheblich, wie die Anodenräume, Anoden, Kathodenräume und Kathoden gestaltet sind.
  • Die Anordnung umfasst weiterhin eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte. Die Elektrolysezellen sind aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet. Neben den beiden Endplatten kann die Anordnung auch eine oder mehrere zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnete Zwischenplatten umfassen, welche vorzugsweise parallel zu den Endplatten ausgerichtet sind. Die Zwischenplatten können der Anordnung zusätzliche Stabilität verleihen. Durch die Zwischenplatten können die Elektrolysezellen in Gruppen unterteilt sein. Die Gruppen können als Zellenblöcke bezeichnet werden. Ein solcher modularer Aufbau kann die Montage und die Wartung der Anordnung erleichtern.
  • Die Elektrolysezellen sind vorzugsweise entlang einer Achse aufgereiht aneinander anliegend gehalten. Dabei werden die Elektrolysezellen aneinandergepresst. Dazu umfasst die Anordnung mehrere Stangen. Die Stangen sind vorzugsweise Tie Rods. Hierin wird dennoch der Begriff Stange verwendet, damit dahingestellt bleiben kann, ob und wenn ja wie der Begriff Tie Rod eindeutig definiert ist. Die Stangen können auch als Zugstangen oder Zuganker bezeichnet werden.
  • Die Anordnung umfasst mehrere Stangen, also mindestens zwei Stangen. Vorzugsweise umfasst die Anordnung zwischen 4 und 20 Stangen. Die Stangen sind vorzugsweise äquidistant auf einem Kreisbogen angeordnet, welcher die Achse umläuft, entlang derer die Elektrolysezellen aufgereiht aneinander anliegend gehalten sind.
  • Die Stangen sind jeweils derart an der ersten Endplatte und an der zweiten Endplatte gehalten, dass über die Stangen auf die erste Endplatte eine jeweilige zur zweiten Endplatte gerichtete erste Kraft ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte eine jeweilige zur ersten Endplatte gerichtete zweite Kraft ausgeübt wird. Die erste Kraft und die zweite Kraft sind damit einander entgegengerichtet. Durch die beiden Kräfte werden die Elektrolysezellen zwischen den Endplatten eingeklemmt. Daraus ergibt sich durch das dritte Newtonsche Gesetz, dass die beiden Kräfte den gleichen Betrag haben, soweit die entsprechenden Auflageflächen gleich groß sind.
  • Die Elektrolysezellen, die Endplatten und die Stangen können zusammen auch als ein Elektrolysestack aufgefasst werden. Neben dem Elektrolysestack kann die Anordnung jedoch weitere Elemente aufweisen, welche nicht Teil des Elektrolysestacks sind. Für die Funktionsweise der Anordnung ist es unerheblich, wo die gedankliche Grenze zwischen dem Elektrolysestack und den weiteren Elementen gezogen wird. Daher wird hierin allgemein der Begriff der Anordnung verwendet.
  • Die Stangen sind vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Stahl gebildet. Das ist für die hierin beschriebene Idee aber nicht erforderlich. Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass die Stangen einer thermischen Längenveränderung unterliegen. Diese ist aber in der Regel geringer als die thermische Ausdehnung der Elektrolysezellen. Das liegt daran, dass die Stangen üblicherweise einer geringeren Temperatur ausgesetzt sind aus die Elektrolysezellen selbst. Die Temperatur der Stangen kann im Betrieb beispielsweise nur geringfügig über der Umgebungstemperatur liegen. Die thermische Ausdehnung der Elektrolysezellen könnte jedoch grundsätzlich dazu führen, dass die Elektrolysezellen je nach Temperatur mit einem unterschiedlich großen Druck aneinandergepresst werden. Das ist jedoch unerwünscht. Auch unabhängig von thermischer Längenveränderung der Elektrolysezellen kann sich der Druck verändern, mit welchem die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden. Das liegt insbesondere an der thermischen Ausdehnung der Elektrolysezellen.
  • Bei der beschriebenen Anordnung können die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte eingestellt werden. Dazu sind die Stangen jeweils an mindestens einer der Endplatten über eine jeweilige Spanneinheit gehalten. Die Spanneinheiten sind dazu eingerichtet, die jeweils mit der Stange auf die Endplatten ausgeübten Kräfte einzustellen. Die Spanneinheiten sind vorzugsweise als hydraulische Spanneinheiten ausgebildet. Die Spanneinheiten können dann auch als Hydraulikeinheiten bezeichnet werden. Für die hierin beschriebene Funktionsweise der Anordnung kommt es jedoch nicht darauf an, nach welchem Prinzip die Spanneinheiten funktionieren. Maßgeblich ist lediglich, dass die Steuerung die Spanneinheiten einstellen kann - was die Spanneinheiten beispielsweise von einfachen Federn unterscheidet.
  • Die Funktionsweise der Spanneinheiten kann auf zahlreiche Weisen verwirklicht werden. Zur Erläuterung dieser Funktionsweise wird zunächst eine einzelne Stange betrachtet, welche über eine Spanneinheit an der ersten Endplatte gehalten ist und welche fest mit der zweiten Endplatte verbunden ist. Die Stange kann beispielsweise mit einem ersten Teil der Spanneinheit fest verbunden sein, während die zweite Endplatte fest mit einem zweiten Teil der Spanneinheit verbunden ist. Die beiden Teile der Spanneinheit sind entlang einer Achse der Stange relativ zueinander beweglich. Diese Relativbewegung kann durch Verändern eines in der Spanneinheit vorliegenden Hydraulikdrucks bewirkt werden. Dazu kann die Spanneinheit eine entsprechend ausgestaltete Hydraulikkammer aufweisen. Durch Erhöhen des Hydraulikdrucks in der Hydraulikkammer können die beiden Endplatten stärker aufeinander zu gedrückt werden. Das erhöht den Druck, mit welchem die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden. Dehnt sich beispielsweise eine Stange thermisch aus, kann der damit grundsätzlich einhergehenden Verringerung des Drucks auf die Elektrolysezellen durch Erhöhung des Hydraulikdrucks in der Spanneinheit entgegengewirkt werden. Im Idealfall bleibt der Druck auf die Elektrolysezellen im Ergebnis unverändert. Auch allgemein kann über den Hydraulikdruck in der Spanneinheit eingestellt werden, wie stark die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden. Der Druck in der Hydraulikkammer kann im einfachsten Fall durch eine Pumpe erzeugt und aufrechterhalten werden. Dazu ist aber ein dauerhafter Betrieb der Pumpe erforderlich. Um dies zu umgehen, kann die Spanneinheit auch ein Arretierungselement aufweisen, welche einen einmal eingestellten Druck in der Hydraulikkammer mechanisch aufrechterhält. Das Arretierungselement kann beispielsweise grundsätzlich arretiert sein und, sofern die Einstellung der Spanneinheit verändert werden soll, kurzzeitig beispielsweise durch einen elektrischen Antrieb gelöst werden. Es genügt dann, die Pumpe in diesem kurzen Zeitraum zu betreiben. Das Arretierungselement kann beispielsweise als ein Ring ausgebildet sein, welcher wie eine Kontermutter mit einem der beiden Teile der Spanneinheit zusammenwirkt.
  • Möglich ist auch, dass die Spanneinheiten mechanisch ausgebildet sind, beispielsweise in Form von Spindeln, welche durch einen Antrieb verstellt werden können.
  • Die beschriebene Funktionsweise kann erreicht werden, wenn für jede der Stangen genau eine Spanneinheit vorgesehen ist. Durch diese Spanneinheit werden die mit der entsprechenden Stange auf die erste Endplatte ausgeübte erste Kraft und die mit der entsprechenden Stange auf die zweite Endplatte ausgeübte zweite Kraft beeinflusst. Das ergibt sich aus dem dritten Newtonschen Gesetz. Es genügt daher eine Spanneinheit pro Stange, um beide Kräfte einzustellen. Dabei ist es unerheblich, ob die eine Spanneinheit an der ersten Endplatte oder an der zweiten Endplatte gehalten ist.
  • Im einfachsten Fall sind die Stangen alle jeweils an der ersten Endplatte über eine jeweilige Spanneinheit gehalten. In dem Fall ist pro Stange genau eine Spanneinheit vorgesehen. Nach den vorstehenden Ausführungen gibt es aber verschiedene Alternativen zu dieser einfachsten Ausgestaltung, bei welchen der gleiche Effekt erzielt werden kann. Beispielsweise kann ein Teil der Stangen jeweils an der ersten Endplatte über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sein, während die übrigen Stangen jeweils an der zweiten Endplatte über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind. Auch ist es möglich, dass eine oder mehrere der Stangen jeweils sowohl an der ersten Endplatte über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind als auch an der zweiten Endplatte über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind. Bevorzugt ist demgegenüber jedoch, dass für jede der Stangen nur genau eine der Spanneinheiten vorgesehen ist. Damit kann auf nicht zwingend erforderliche Spanneinheiten verzichtet werden.
  • Allgemein ist also vorgesehen, dass die Stangen jeweils an mindestens einer der Endplatten über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind. Jede der Stangen ist also über eine jeweilige Spanneinheit an der ersten Endplatte gehalten und/oder über eine jeweilige Spanneinheit an der zweiten Endplatte gehalten. Damit sind alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten in dieser Hinsicht abgedeckt.
  • Die Anordnung weist weiterhin eine Steuerung auf, welche mit den Spanneinheiten verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte einzustellen. Die Kräfte können so auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Wie groß dieser Wert ist und anhand welcher Überlegungen dieser Wert bestimmt wird, ist im Allgemeinen für die Ausgestaltung der beschriebenen Anordnung unerheblich. Die Anordnung ermöglicht vielmehr dem Benutzer, die Kräfte nach seinem Wunsch einzustellen.
  • Es genügt, dass die Steuerung ein einziges Ausgangssignal ausgibt, welches allen Spanneinheiten zugeleitet wird. In dem Fall werden alle Spanneinheiten identisch eingestellt. Bevorzugt ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Steuerung für jede der Spanneinheiten ein individuelles Ausgangssignal ausgibt. Damit kann der Druck, mit welchem die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden, örtlich besonders gleichmäßig über den Querschnitt der Elektrolysezellen verteilt werden.
  • Durch die Spanneinheiten können die mit den Zugstangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte während des Betriebs variiert werden. Damit kann die Dichtigkeit der Anordnung auch bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur gewährleistet werden. Insbesondere kann über die Spanneinheiten eine gewünschte Druckbelastung von Dichtungen über den gesamten Betriebsbereich aufrechterhalten werden, auch bei thermischer Ausdehnung der Stangen.
  • Darüber hinaus ermöglichen die Spanneinheiten, dass die Anordnung bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck mit reduziertem an den Stangen anliegendem Drehmoment in Betrieb genommen werden kann. Bei steigender Betriebstemperatur und steigendem Betriebsdruck ermöglichen die Spanneinheiten eine Anpassung des Drehmoments. Dabei kann die thermische Ausdehnung des Systems (durch welche sich die Elektrolysezellen ausdehnen und die Stangen unter Spannung setzen) ausgenutzt werden. Auf diese Weise können die Beschränkungen, die eine Konstruktion mit einfachen Gewindeverbindungen in Bezug auf die maximalen Kräfte (die auf die Gewinde ausgeübt werden können) mit sich bringt, überwunden werden. Die Stangen können dadurch im Querschnitt viel größer ausgelegt werden, wodurch die Gesamtzahl der erforderlichen Stangen verringert werden kann. Die zum Stand der Technik beschriebenen Probleme einer großen Anzahl von Stangen werden so überwunden.
  • Die beschriebene Anordnung ist zudem besonders einfach ausgebildet. Insbesondere bietet die beschriebene Anordnung eine Möglichkeit, der thermischen Längenveränderung der Elektrolysezellen Rechnung zu tragen, ohne die Stangen durch eine aufwendig zu gestaltende Presse zu ersetzen. Gegenüber einer solchen Lösung hat die beschriebene Anordnung auch den Vorteil, dass nicht auf die bei Lösungen mit Tie Rods gegebenen Vorteile verzichtet werden muss. Die Stangen der beschriebenen Anordnung verleihen den Elektrolysezellen Stabilität. Zudem bietet jede der Stangen einen Freiheitsgrad, um die örtliche Verteilung des Drucks über die Querschnittsfläche der Elektrolysezellen einzustellen. Damit kann die gewünschte örtlich besonders gleichmäßige Verteilung des Drucks erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Spanneinheiten in Abhängigkeit eines Parameters, welcher ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen ist, derart einzustellen, dass einer durch die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen bedingten Veränderung der mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte entgegengewirkt wird.
  • In dieser Ausführungsform werden die einzustellenden Kräfte nicht frei vom Benutzer vorgegeben, sondern automatisch mit der Steuerung bestimmt. Damit kann der Auswirkung der thermischen Längenveränderung der Elektrolysezellen auf den Anpressdruck entgegengewirkt werden. Bei steigender Temperatur ist die thermische Längenveränderung eine thermische Ausdehnung. Allerdings kann mit der beschriebenen Anordnung nicht nur darauf reagiert werden, dass sich die Elektrolysezellen bei steigender Temperatur verlängern. Auch wenn die Elektrolysezellen bei sinkender Temperatur wieder kürzer werden, kann dies gleichermaßen berücksichtigt werden. Daher wird hierin allgemein auf die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen abgestellt, welche je nach Temperaturveränderung eine thermische Ausdehnung oder eine thermische Schrumpfung ist.
  • Es wird nicht der Längenveränderung der Elektrolysezellen als solcher entgegengewirkt, sondern der Auswirkung der thermischen Längenveränderung der Elektrolysezellen auf den Anpressdruck. Die Elektrolysezellen können sich also verlängern bzw. verkürzen, was in Kauf genommen wird.
  • Durch diese Einstellung wird im Idealfall erreicht, dass die Auswirkung einer thermischen Änderung der Elektrolysezellen genau kompensiert wird, so dass die Elektrolysezellen mit zeitlich unveränderlichem Druck aneinandergepresst werden. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass dieser Idealfall erreicht wird. Vorteilhaft ist bereits, dass dem Einfluss einer thermischen Längenveränderung der Elektrolysezellen entgegengewirkt wird. Gegenüber einer Ausgestaltung, bei welcher die Längenveränderung der Elektrolysezellen gar nicht berücksichtigt wird, ist jede Ausgestaltung vorteilhaft, bei welcher den Auswirkungen einer Längenveränderung der Elektrolysezellen auch nur in geringem Umfang entgegengewirkt wird.
  • Im einfachsten Fall ist in der Steuerung eine Abhängigkeit hinterlegt, wie die Spanneinheiten bei welchem Wert des Parameters einzustellen sind. Die Steuerung kann dann je nach Eingangssignal ein entsprechendes Ausgangssignal an die Spanneinheiten ausgeben. Die in der Steuerung hinterlegte Abhängigkeit kann experimentell beispielsweise einmalig vor Inbetriebnahme der Anordnung ermittelt werden. Im laufenden Betrieb der Anordnung kann die Abhängigkeit bei Bedarf nachgebessert werden.
  • Es genügt, dass die Steuerung einen einzigen Parameter als Eingangsgröße erhält. Dieser einzige Parameter kann global ein Maß für die Längenveränderungen aller Elektrolysezellen sein. Das ist möglich, indem der Parameter eine Größe ist, welche für alle Elektrolysezellen gleich ist. Das kann insbesondere eine Temperatur sein. Der einzige Parameter kann aber auch die Längenveränderung einer einzigen der Elektrolysezellen ausdrücken oder ermöglichen, die Längenveränderung einer einzigen der Elektrolysezellen zu berechnen. Ein solcher Parameter ist nichtsdestotrotz ein Maß für die Längenveränderungen der Elektrolysezellen, weil im Allgemeinen sinnvollerweise angenommen werden kann, dass die Längenveränderung einer der Elektrolysezellen zugleich ein Maß für die Längenveränderung der übrigen Elektrolysezellen ist. Die Längenveränderung einer der Elektrolysezellen kann beispielsweise mit einem Dehnungsmessstreifen gemessen werden, welcher an der Elektrolysezelle anliegt. Beispielsweise können die Elektrolysezellen jeweils einen um die Achse umlaufenden Rahmen aufweisen. An diesem kann der Dehnungsmessstreifen gehalten sein. Denkbar ist auch eine Messung der Längenausdehnung einer der Elektrolysezellen beispielsweise an einer Dichtung. Allgemein kann die Längenausdehnung an jedem Element gemessen werden, welches durch die Stangen belastet wird. Durch geeignete Kalibrierung ergeben sich also zahlreiche verschiedene Möglichkeiten, den Parameter zu bestimmen.
  • Möglich ist auch, dass die Steuerung mehrere Parameter als Eingangsgröße erhält, welche jeweils für sich genommen ein Maß für die Längenveränderung der Elektrolysezellen sind. In dem Fall kann beispielsweise ein Mittelwert der Längenveränderung berechnet und für die Bestimmung eines Ausgangssignals berücksichtigt werden. Auch ist es möglich, dass die Steuerung mehrere Parameter als Eingangsgröße erhält, welche zusammen ein Maß für die Längenveränderung der Elektrolysezellen sind.
  • Auch können mehrere Parameter berücksichtigt werden, welche jeweils ein Maß für die Längenveränderung einer der Elektrolysezellen sind. Insbesondere kann für eine Teil der Elektrolysezellen oder sogar für jede der Elektrolysezellen ein jeweiliger Parameter als Eingangsgröße in die Steuerung eingehen, wobei die Parameter jeweils ein Maß für die Längenveränderung einer der Elektrolysezellen sind.
  • Weiterhin genügt es, dass die Steuerung ein einziges Ausgangssignal ausgibt, welches allen Spanneinheiten zugeleitet wird. In dem Fall werden alle Spanneinheiten identisch eingestellt. Das beruht auf der im Allgemeinen sinnvollen Annahme, dass die Stangen alle der gleichen thermischen Längenveränderung unterliegen.
  • Bevorzugt ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Steuerung für jede der Spanneinheiten ein individuelles Ausgangssignal ausgibt. Damit kann der Druck, mit welchem die Elektrolysezellen aneinandergepresst werden, örtlich besonders gleichmäßig über den Querschnitt der Elektrolysezellen verteilt werden. Das ist besonders dann bevorzugt, wenn dieser Druck in Form von mehreren Messgrößen örtlich aufgelöst gemessen wird und die Messgrößen jeweils als einer der Parameter verwendet werden.
  • Grundsätzlich kann der Parameter eigens für die Einstellung der Spanneinheiten gemessen werden. Alternativ kann aber auch eine Größe als der Parameter verwendet werden, welche auch zu einem anderen Zweck verwendet wird. Dabei kann es sich insbesondere um eine ohnehin verfügbare Größe handeln. Insoweit kann die hierin beschriebene Einstellung der Spanneinheiten auch ohne zusätzlichen Messaufwand auskommen. Den Parameter eigens für die Einstellung der Spanneinheiten zu messen, hat demgegenüber den Vorteil, dass dabei nicht aus verfügbaren Größen ausgewählt werden muss. Vielmehr kann der am besten geeignete Parameter verwendet werden. Im Allgemeinen kann damit ein genaueres Ergebnis erzielt werden. Dafür kann der zusätzliche Messaufwand in Kauf genommen werden.
  • Es ist nicht erforderlich, dass der Parameter eigens für einen bestimmten Elektrolysestack bestimmt wird. Wird die Elektrolyse mit einer Vielzahl von Elektrolysestacks durchgeführt, kann als der Parameter eine Größe verwendet werden, welche bei einem dieser Elektrolysestacks gemessen oder eingestellt wurde. Diese Größe kann für alle Elektrolysestacks als der Parameter verwendet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist der Parameter eine Temperatur, eine Längenveränderung einer der Stangen, eine Kraft oder ein Druck.
  • Der Parameter ist ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen. Es ist also nicht erforderlich, dass der Parameter die Längenveränderung der
  • Elektrolysezellen selbst ist. Es genügt, dass von dem Parameter auf die Längenveränderung der Elektrolysezellen geschlossen werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies in der ersten Alternative insoweit genutzt, als dass die Temperatur als Parameter verwendet wird. Die Längenveränderung kann aus der Temperatur berechnet werden. Allerdings ist es nicht einmal erforderlich, dass die Längenveränderung selbst tatsächlich als Zahlenwert berechnet wird. Die Steuerung kann auch direkt mit der Temperatur als Eingangsgröße durchgeführt werden. Im einfachsten Fall kann in der Steuerung hinterlegt sein, wie die Spanneinheiten bei welcher Temperatur einzustellen sind.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, an welcher Stelle die Temperatur betrachtet werden kann. Die genauesten Ergebnisse lassen sich im Allgemeinen in dem bevorzugten Fall erreichen, in welchem die Temperatur die Temperatur einer der Elektrolysezellen ist. Die Temperatur einer Elektrolysezelle kann beispielsweise mit einem an der Elektrolysezelle anliegenden oder mit einem in der Elektrolysezelle integrierten Temperatursensor gemessen werden. Alternativ kann aber auch eine globale Temperatur der Anordnung verwendet werden.
  • Auch von der Längenveränderung einer der Stangen kann auf die Längenveränderung der Elektrolysezellen geschlossen werden. Daher ist auch die Längenveränderung einer Stange ein Maß für die Längenveränderung der Elektrolysezellen. Es kann zwar davon ausgegangen werden, dass die Stangen einer geringeren thermischen Ausdehnung unterliegen als die Elektrolysezellen. Das liegt daran, dass die Stangen üblicherweise einer geringeren Temperatur ausgesetzt sind aus die Elektrolysezellen selbst. Dehnen sich die Elektrolysezellen jedoch thermisch aus, führt dies zu einer Spannung auf die Stangen. Diese wiederum kann zu einer messbaren Längenveränderung der Stangen führen. Diese Längenveränderung kann in der zweiten Alternative der vorliegenden Ausführungsform als der Parameter verwendet werden. Dazu kann ein entsprechender Sensor an der Stange angebracht werden.
  • Beispielsweise kann die Längenveränderung einer Stange mit einem an der Stange anliegenden Dehnungsmessstreifen gemessen werden. Eine Längenveränderung der Stange führt dann zu einer Veränderung der Belastung des Dehnungsmessstreifens. Diese wiederum führt zu einer Veränderung eines elektrischen Widerstandes des Dehnungsmessstreifens. Diese wiederum kann als eine Veränderung in einer Messspannung gemessen werden. Aus dieser kann eine auf die Stange wirkende Zugkraft berechnet werden. Diese kann alternativ oder zusätzlich als ein Druck ausgedrückt werden. Es ist unerheblich, welche der zuvor beschriebenen Größen als der Parameter verwendet wird. Beispielsweise kann die berechnete Kraft als der Parameter verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, die erste Kraft oder die zweite Kraft als den Parameter zu verwenden. Unerheblich ist auch, ob eine Kraft oder ein sich daraus ergebender Druck als der Parameter verwendet wird. Auch bereits die Veränderung der Messspannung kann als der Parameter verwendet werden, ohne den letzten Schritt der Umrechnung in eine Kraft oder einen Druck durchführen zu müssen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist die Steuerung weiterhin zur Steuerung der Elektrolyse eingerichtet und ist der Parameter eine in der Steuerung verfügbare Größe.
  • In dieser Ausführungsform werden die Spanneinheiten mit der gleichen Steuerung eingestellt, welche auch die Elektrolyse steuert. Dass die Steuerung auch die Elektrolyse steuert, impliziert, dass in der Steuerung verschiedene Größen verfügbar sind. Das können einerseits Größen sein, welche von der Steuerung als Ausgangssignale ausgegeben werden, beispielsweise Sollwerte für eine Betriebsspannung, eine Betriebstemperatur oder einen Betriebsdruck. Andererseits können dies aber auch Messwerte sein, welche den aktuellen Zustand der Anordnung charakterisieren. Dies können Messwerte für die Betriebsspannung, die Betriebstemperatur oder den Betriebsdruck sein. Soweit eine in der Steuerung verfügbare Größe ein Maß für die Längenveränderung der Elektrolysezellen ist, kann diese als der Parameter verwendet werden.
  • Es ist unerheblich, ob die Steuerung durch eine einzige Einrichtung wie einen Computer oder durch mehrere miteinander verbundene Elemente gebildet ist. Allgemein ist es unerheblich, wo die Steuerung physisch angeordnet ist und durch welche Hardware die Steuerung realisiert ist. Vorzugsweise weist die Steuerung ein Hauptelement und ein damit verbundenes Zusatzelement auf. Das Hauptelement ist für die Steuerung der Elektrolyse eingerichtet. Das Zusatzelement ist dazu eingerichtet, die Spanneinheiten in Abhängigkeit eines Parameters, welcher ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen ist, derart einzustellen, dass einer durch die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen bedingten Veränderung der mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte entgegengewirkt wird. Der Parameter ist in dem Fall vorzugsweise eine in dem Hauptelement verfügbare Größe. Der Parameter kann dann von dem Hauptelement an das Zusatzelement übermittelt werden. Das Zusatzelement ist vorzugsweise einem Elektrolysestack zugeordnet. Es kann daher auch als Steuerungseinheit des Elektrolysestacks aufgefasst werden. Das Hauptelement kann demgegenüber als zentrale Systemsteuerung betrachtet werden. Das Hauptelement kann eine Vielzahl von Elektrolysestacks steuern.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung weiterhin einen mit der Steuerung verbundenen Sensor zur Messung des Parameters.
  • Weist die Steuerung das Hauptelement und das damit verbundene Zusatzelement auf, ist der Sensor vorzugsweise unmittelbar mit dem Zusatzelement verbunden. Dass diese Verbindung unmittelbar ist, bedeutet insbesondere, dass der Sensor nicht über das Hauptelement mit dem Zusatzelement der Steuerung verbunden ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann der Parameter mit dem Sensor eigens für die Einstellung der Spanneinheiten gemessen werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung liegt der Sensor an einer der Elektrolysezellen an.
  • Im Allgemeinen kann angenommen werden, dass der Parameter die Längenveränderung einer der Elektrolysezellen umso besser wiedergibt, je näher der Sensor an der Elektrolysezellen angeordnet ist. Beispielsweise bei einer Temperatur kann zwar auch eine von der Elektrolysezelle entfernte Messung brauchbare Ergebnisse liefern. Genauere Ergebnisse lassen sich aber durch eine Messung direkt an der Elektrolysezelle erhalten. Wird die Längenveränderung der Elektrolysezellen unmittelbar als der Parameter verwendet, kann dies durch Messung mit einem an der Elektrolysezellen angebrachten Sensor erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung sind die Stangen über eine jeweilige der Spanneinheiten an einer der Endplatten gehalten und über eine jeweilige Feder an der anderen Endplatte gehalten.
  • Die Federn dienen dazu, die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte konstant zu halten. Das ist für sich genommen aus dem Stand der Technik bekannt. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies aber mit den Spanneinheiten kombiniert.
  • Die Spanneinheiten ermöglichen auch in dieser Ausführungsform, dass die auf die beiden Endplatten ausgeübten Kräfte eingestellt werden. Insoweit kann - anders als bei Lösungen nur mit Federn - die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübte Kraft nicht nur auf einem konstanten gehalten werden. Vielmehr kann dieser Wert auch während des Betriebs noch einfach verändert werden.
  • Im einfachsten Fall sind die Stangen über eine jeweilige der Spanneinheiten an der ersten Endplatte gehalten und über eine jeweilige Feder an der zweiten Endplatte gehalten. In dem Fall sind die Federn alle an der gleichen Seite der Anordnung angeordnet. Das erleichtert beispielsweise die Wartung. Für das hierin beschriebene wesentliche Wirkprinzip kommt es jedoch nicht darauf an, auf welcher Seite die Feder und auf welcher Seite die Spanneinheit an einer Stange angeordnet ist. Folglich können die Stangen jeweils individuell orientiert sein.
  • Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird die Verwendung einer wie beschrieben ausgebildeten Anordnung zur Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse vorgestellt.
  • Die Elektrolyse ist vorzugsweise eine Wasserelektrolyse. Dabei entsteht neben Wasserstoff auch Sauerstoff. Oft wird die Wasserelektrolyse aber weniger wegen des Sauerstoffs als wegen des Wasserstoffs durchgeführt. Daher wird hierin vordergründig auf die Herstellung von Wasserstoff abgestellt.
  • Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Elektrolyse mit einer Anordnung vorgestellt, welche eine Vielzahl von Elektrolysezellen sowie eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte umfasst, wobei die Elektrolysezellen aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet sind, wobei die Anordnung weiterhin mehrere Stangen aufweist, welche jeweils derart an der ersten Endplatte und an der zweiten Endplatte gehalten sind, dass über die Stangen auf die erste Endplatte eine jeweilige zur zweiten Endplatte gerichtete erste Kraft ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte eine jeweilige zur ersten Endplatte gerichtete zweite Kraft ausgeübt wird, wobei die Stangen jeweils an mindestens einer der Endplatten über eine jeweilige Spanneinheit gehalten sind, wobei die Spanneinheiten dazu eingerichtet sind, die jeweils mit der Stange auf die Endplatten ausgeübten Kräfte einzustellen, wobei die Elektrolyse mit der Anordnung durchgeführt wird, wobei die mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte über die Spanneinheiten eingestellt werden, und wobei die Spanneinheiten vorzugsweise in Abhängigkeit eines Parameters, welcher ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen ist, derart eingestellt werden, dass einer durch die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen bedingten Veränderung der mit den Stangen auf die Endplatten ausgeübten Kräfte entgegengewirkt wird.
  • Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Anordnung sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Die Anordnung ist vorzugsweise zum Betrieb gemäß dem Verfahren bestimmt und eingerichtet. Die beim Verfahren verwendete Anordnung ist vorzugsweise wie die beschriebene Anordnung ausgebildet. Das ist aber nicht erforderlich. Insbesondere muss das beschriebene Verfahren nicht mit einer Anordnung durchgeführt werden, welche neben den Elektrolysezellen auch eine Steuerung aufweist. Stattdessen kann das Verfahren auch mit einer Anordnung durchgeführt werden, welches durch eine externe Steuerung, welche nicht Teil der Anordnung ist, gesteuert wird. Das ist insoweit relevant, als dass die Steuerung und die Elektrolysezellen nach dem hierin zugrunde gelegten Verständnis nur dann als Teil der gleichen Anordnung aufgefasst werden können, wenn die Steuerung und die Elektrolysezellen am gleichen Ort angeordnet sind. Das ist für die Durchführung des Verfahrens aber nicht erforderlich. Durch die Verwendung von Kommunikationstechnologien ist es möglich, die Steuerung ganz oder teilweise an einem anderen Ort vorzusehen. Das Internet ermöglicht es ohne Weiteres, dass dieser andere Ort irgendwo auf der Welt ist, unter Umständen weit von den Elektrolysezellen entfernt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Elektrolyse bei einer Betriebstemperatur von mindestens 50 °C durchgeführt.
  • Je größer die Betriebstemperatur ist, umso größer ist im Allgemeinen die mögliche Längenveränderung der Elektrolysezellen. Daher ist das beschriebene Verfahren besonders gut geeignet, wenn die Elektrolyse bei einer Betriebstemperatur von mindestens 50 °C durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Elektrolyse bei einer Betriebstemperatur im Bereich von 50 bis 100 °C durchgeführt werden, insbesondere im Bereich von 70 bis 90 °C.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
    Fig. 2:
    eine Vorderansicht der Anordnung aus Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1, mit welcher eine Elektrolyse durchgeführt werden kann. Die Anordnung 1 kann beispielsweise zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden.
  • Die Anordnung 1 umfasst eine Vielzahl von Elektrolysezellen 2 sowie eine erste Endplatte 3 und eine zweite Endplatte 4. Die Elektrolysezellen 2 sind aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte 3 und der zweiten Endplatte 4 angeordnet. Über die beiden Endplatten 3,4 werden die Elektrolysezellen 2 aneinandergepresst. Dazu weist die Anordnung 1 acht Stangen 5 auf, von welchen in Fig. 1 vier zu erkennen sind und von welchen in Fig. 2 alle acht zu erkennen sind. Die Stangen 5 sind jeweils derart an der ersten Endplatte 3 und an der zweiten Endplatte 4 gehalten, dass über die Stangen 5 auf die erste Endplatte 3 eine jeweilige zur zweiten Endplatte 4 gerichtete erste Kraft F1 ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte 4 eine jeweilige zur ersten Endplatte 3 gerichtete zweite Kraft F2 ausgeübt wird. Durch die erste Kraft F1 und die zweite Kraft F2 werden die Elektrolysezellen 2 über die Endplatten 3,4 aneinandergepresst.
  • Die Elektrolyse wird vorzugsweise mit einer Betriebstemperatur von mindestens 50 °C betrieben. Dabei kann es zur thermischen Längenveränderung der Elektrolysezellen 2 kommen. Im Allgemeinen könnte eine solche thermische Längenveränderung die Kräfte F1,F2 verändern. Dem kann jedoch bei der gezeigten Anordnung 1 entgegengewirkt werden. Dazu sind die Stangen 5 an der ersten Endplatte 3 über eine jeweilige Spanneinheit 6 gehalten. Die Spanneinheiten 6 sind dazu eingerichtet, die jeweils mit der Stange 5 auf die Endplatten 3,4 ausgeübten Kräfte F1,F2 einzustellen. An der zweiten Endplatte 4 sind die Stangen 5 über eine jeweilige Feder 9 gehalten.
  • Die Anordnung 1 weist weiterhin eine Steuerung 7 auf, welche mit den Spanneinheiten 6 verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, die Spanneinheiten 6 in Abhängigkeit eines Parameters, welcher ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen 2 ist, derart einzustellen, dass einer durch die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen 2 bedingten Veränderung der mit den Stangen 5 auf die Endplatten 3,4 ausgeübten Kräfte F1,F2 entgegengewirkt wird. Der Parameter kann beispielsweise eine Temperatur oder eine Längenveränderung einer der Stangen 5 sein.
  • Die Steuerung 7 weist ein Element 13 auf, mit welchem diese Einstellung vorgenommen wird. Dazu erhält das Element 13 den Parameter als Eingangssignal. Das kann auf verschiedene Weisen erfolgen.
  • Einerseits hat die Anordnung 1 einen mit der Steuerung 7 verbundenen Sensor 8 zur Messung des Parameters. Der Sensor 8 liegt an einer der Stangen 5 an. Der Sensor 8 kann ein solcher zur Messung einer Temperatur oder ein solcher zur Messung einer Längenveränderung der Stange 5 sein. Ein vom Sensor 8 ausgegebenes Messsignal wird von der Steuerung 7 verarbeitet und dem Element 13 zugeleitet. Das ist durch einen Kasten 10 veranschaulicht, welcher einen Messwert repräsentiert. Dabei kann es sich um einen Temperaturmesswert oder einen Längenveränderungsmesswert handeln.
  • Andererseits ist die Steuerung 7 auch zur Steuerung der Elektrolyse eingerichtet. Entsprechend sind in der Steuerung 7 ohnehin verschiedene Größen verfügbar. Davon kann eine als der bei der Einstellung der Spanneinheiten 6 verwendete Parameter ausgewählt werden. Das ist in Fig. 1 insoweit veranschaulicht, als dass die Steuerung 7 Kästen 11 und 12 umfasst, welche einen Betriebsdruck bzw. eine Betriebstemperatur repräsentieren. Auch aus diesen Größen kann auf die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen 2 geschlossen werden.
  • Das Element 13 ist mit den Spanneinheiten 6 verbunden. Insoweit ist die Steuerung 7 mit den Spanneinheiten 6 verbunden. Über diese Verbindung kann von dem Element 13 ein Steuersignal an die Spanneinheiten 6 ausgegeben werden. Dieses kann für alle Spanneinheiten 6 das gleiche sein oder für jede der Spanneinheiten 6 individuell sein.
  • Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Anordnung 1 aus Fig. 1. Dabei sind die Spanneinheiten 6 der acht Stangen 5 zu erkennen. Die in Fig. 2 gezeigte Ansicht ist also die Ansicht von der rechten Seite in Fig. 1. Zu erkennen ist an Fig. 2, dass die Spanneinheiten 6 und damit auch die Stangen 5 äquidistant auf einem Kreisbogen angeordnet sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung
    2
    Elektrolysezelle
    3
    erste Endplatte
    4
    zweite Endplatte
    5
    Stange
    6
    Spanneinheit
    7
    Steuerung
    8
    Sensor
    9
    Feder
    10
    Messwert
    11
    Betriebsdruck
    12
    Betriebstemperatur
    13
    Element
    F1
    erste Kraft
    F2
    zweite Kraft

Claims (10)

  1. Anordnung (1) umfassend eine Vielzahl von Elektrolysezellen (2) sowie eine erste Endplatte (3) und eine zweite Endplatte (4), wobei die Elektrolysezellen (2) aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte (3) und der zweiten Endplatte (4) angeordnet sind, wobei die Anordnung (1) weiterhin mehrere Stangen (5) aufweist, welche jeweils derart an der ersten Endplatte (3) und an der zweiten Endplatte (4) gehalten sind, dass über die Stangen (5) auf die erste Endplatte (3) eine jeweilige zur zweiten Endplatte (4) gerichtete erste Kraft (F1) ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte (4) eine jeweilige zur ersten Endplatte (3) gerichtete zweite Kraft (F2) ausgeübt wird, wobei die Stangen (5) jeweils an mindestens einer der Endplatten (3,4) über eine jeweilige Spanneinheit (6) gehalten sind, wobei die Spanneinheiten (6) dazu eingerichtet sind, die jeweils mit der Stange (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F1,F2) einzustellen, wobei die Anordnung (1) weiterhin eine Steuerung (7) aufweist, welche mit den Spanneinheiten (6) verbunden ist und welche dazu eingerichtet ist, die mit den Stangen (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F1,F2) einzustellen.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (7) dazu eingerichtet ist, die Spanneinheiten (6) in Abhängigkeit eines Parameters, welcher ein Maß für eine thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen (2) ist, derart einzustellen, dass einer durch die thermische Längenveränderung der Elektrolysezellen (2) bedingten Veränderung der mit den Stangen (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F1,F2) entgegengewirkt wird.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 2, wobei der Parameter eine Temperatur, eine Längenveränderung einer der Stangen (5), eine Kraft oder ein Druck ist.
  4. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Steuerung (7) weiterhin zur Steuerung der Elektrolyse eingerichtet ist und der Parameter eine in der Steuerung verfügbare Größe ist.
  5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin umfassend einen mit der Steuerung (7) verbundenen Sensor (8) zur Messung des Parameters.
  6. Anordnung (1) nach Anspruch 5, wobei der Sensor (8) an einer der Elektrolysezellen (2) anliegt.
  7. Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stangen (5) über eine jeweilige der Spanneinheiten (6) an einer der Endplatten (3,4) gehalten sind und über eine jeweilige Feder (9) an der anderen Endplatte (3,4) gehalten sind.
  8. Verwendung einer Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse.
  9. Verfahren zur Elektrolyse mit einer Anordnung (1) umfassend eine Vielzahl von Elektrolysezellen (2) sowie eine erste Endplatte (3) und eine zweite Endplatte (4), wobei die Elektrolysezellen (2) aneinander anliegend zwischen der ersten Endplatte (3) und der zweiten Endplatte (4) angeordnet sind, wobei die Anordnung (1) weiterhin mehrere Stangen (5) aufweist, welche jeweils derart an der ersten Endplatte (3) und an der zweiten Endplatte (4) gehalten sind, dass über die Stangen (5) auf die erste Endplatte (3) eine jeweilige zur zweiten Endplatte (4) gerichtete erste Kraft (F1) ausgeübt wird und auf die zweite Endplatte (4) eine jeweilige zur ersten Endplatte (3) gerichtete zweite Kraft (F2) ausgeübt wird, wobei die Stangen (5) jeweils an mindestens einer der Endplatten (3,4) über eine jeweilige Spanneinheit (6) gehalten sind, wobei die Spanneinheiten (6) dazu eingerichtet sind, die jeweils mit der Stange (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F1,F2) einzustellen, wobei die Elektrolyse mit der Anordnung (1) durchgeführt wird, wobei die mit den Stangen (5) auf die Endplatten (3,4) ausgeübten Kräfte (F1,F2) über die Spanneinheiten (6) eingestellt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Elektrolyse bei einer Betriebstemperatur von mindestens 50 °C durchgeführt wird.
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US4273641A (en) * 1979-02-07 1981-06-16 Creusot-Loire Improvements in electrolyzers
EP4137610A1 (de) 2020-04-16 2023-02-22 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Elektrolysesystem und verfahren zur verwendung davon
WO2023215605A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 Electric Hydrogen Co. Methods, devices, and systems for controlling compression of an electrochemical cell stack

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