EP4709902A1 - Elektrochemievorrichtung, insbesondere elektrolysevorrichtung - Google Patents

Elektrochemievorrichtung, insbesondere elektrolysevorrichtung

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EP4709902A1
EP4709902A1 EP24708397.5A EP24708397A EP4709902A1 EP 4709902 A1 EP4709902 A1 EP 4709902A1 EP 24708397 A EP24708397 A EP 24708397A EP 4709902 A1 EP4709902 A1 EP 4709902A1
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EP
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EP24708397.5A
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Norbert Bülow
Björn Gerloff
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Abstract

Elektrochemievorrichtung (10'), mit einem Zellstapel aus mehreren Zellstapelelementen, mit einer Kraftbeaufschlagungseinheit (13), die eine Kraft auf den Zellstapel ausübt, um die Zellstapelelemente des Zellstapels fluiddicht in Dichtbereichen (17) des Zellstapels zu verpressen, wobei die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) derart ausgebildet ist, dass die Kraft zum Verpressen des Zellstapels abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10') auf den Zellstapel und damit auf die Dichtbereiche (17) des Zellstapels einwirkt.

Description

Elektrochemievorrichtung, insbesondere Elektrolysevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine insbesondere als Elektrolysevorrichtung ausgebildete Elektrochemievorrichtung.
DE 10 2017 108 413 A1 offenbart eine als Elektrolysevorrichtung ausgebildete Elektrochemievorrichtung mit einem Zellstapel aus mehreren Zellstapelelementen. Ferner weist die aus diesem Stand der Technik bekannte Elektrolysevorrichtung eine Kraftbeaufschlagungseinheit vor, über die eine Kraft auf den Zellstapel ausgeübt werden kann, um die Zellstapelelemente des Zellstapels fluiddicht zu verpressen. Die Zellstapelelemente weisen dabei Dichtelemente auf oder stellen Dichtelemente bereit, die über die von der Kraftbeaufschlagungseinheit bereitgestellte Kraft unter Ausbildung von Dichtbereichen des Zellstapels fluiddicht aneinander bzw. aufeinander gepresst sind. Bei der aus DE 10 2017 108 413 A1 bekannten Elektrolysevorrichtung weist die Kraftbeaufschlagungseinheit Endplatten auf, zwischen welchen der Zellstapel angeordnet ist. Ferner weist die Kraftbeaufschlagungseinheit Federelemente auf, deren Federkraft die Endplatten unter Verpressen des Zellstapels gegeneinanderdrückt. Zwischen den Endplatten erstrecken sich Streben, wobei mit den Streben die Federelemente Zusammenwirken, um die Endplatten gegeneinander zu drücken.
Infolge der Verpressung der Zellstapelelemente wirken auf die Zellstapelelemente und damit auf die Dichtelemente und damit auf die Dichtbereiche des Zellstapels Kräfte. Dabei sind bei aus der Praxis bekannten Elektrochemievorrichtungen die Zellstapelelemente in jedem Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung zusammengepresst, sodass in allen Betriebszuständen die Kraft zum Verpressen des Zellstapels auf die Zellstapelelemente und damit die Dichtbereiche einwirkt. Infolge einer solchen permanenten Druckbeanspruchung können insbesondere in Kombination mit hohen Temperaturen und Spannungswechseln die Dichtelemente und damit Dichtbereiche zu einer Relaxation neigen. Hierdurch verlieren dann die Dichtbereiche ihre Dichtwirkung. Dies begrenzt die Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung, da es bei undichten Dichtbereichen zu einem Totalausfall der Elektrochemievorrichtung kommen kann.
Es besteht Bedarf an einer insbesondere als Elektrolysevorrichtung ausgebildete Elektrochemievorrichtung, die ein höhere Lebensdauer aufweist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige insbesondere als Elektrolysevorrichtung ausgebildete Elektrochemievorrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Elektrochemievorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Kraftbeaufschlagungseinheit ist derart ausgebildet, dass die Kraft zum Verpressen des Zellstapels abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung auf den Zellstapel und damit auf die Dichtbereiche einwirkt.
Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kraftbeaufschlagungseinheit so ausgebildet ist, dass die von derselben bereitgestellte Kraft zum Verpressen des Zellstapels abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung auf den Zellstapel und damit die Dichtbereiche desselben einwirkt. Das Verpressen des Zelstapels erfolgt demnach nur in solchen Betriebszuständen der Elektrolysevorrichtung, in welchem dies für den Betrieb der Elektrochemievorrichtung erforderlich ist, also dann, wenn bei einer Elektrolysevorrichtung Wasserstoff H2 produziert werden soll. Außerhalb eines solchen Produktionsbetriebs der Elektrochemievorrichtung, also beim Transport oder bei Wartungsarbeiten oder in einem Standby- Betrieb, also dann, wenn eine als Elektrolysevorrichtung ausgebildete Elektrochemievorrichtung keinen Wasserstoff H2 produziert, wirkt die Kraft zum Verpressen des Zellstapels nicht oder nur in verringertem Umfang auf den Zellstapel und damit die Dichtbereiche desselben. Hierdurch kann einer Relaxation der Dichtelemente und damit Dichtbereiche entgegengewirkt werden. Die Elektrochemievorrichtung verfügt dann über eine erhöhte Lebensdauer. Vorzugsweise ist die Kraftbeaufschlagungseinheit derart ausgebildet ist, dass in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung die Kraft zum Verpressen des Zellstapels in einem ersten Ausmaß auf den Zellstapel und damit auf die Dichtbereiche desselben einwirkt, und dass in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung die Kraft zum Verpressen des Zellstapels nicht oder in einem zweiten, im Vergleich zum ersten Ausmaß geringeren zweiten Ausmaß auf den Zellstapel damit auf die Dichtbereiche desselben einwirkt. Dies ist besonders bevorzugt, um die Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung zu erhöhen.
Vorzugsweise weist die Kraftbeaufschlagungseinheit Endplatten auf, zwischen welchen der Zellstapel angeordnet ist. Die Kraftbeaufschlagungseinheit weist mindestens ein Federelement auf, dessen Federkraft ausgebildet ist, die Endplatten unter Verpressen des Zellstapels zusammenzudrücken. Die Kraftbeaufschlagungseinheit weist mindestens ein Kraftaufnahmeelement auf, welches ausgebildet ist, die von dem mindestens einen Federelement bereitgestellte Federkraft abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung zumindest teilweise aufzunehmen und so die auf den Zellstapel und damit auf die Dichtbereiche einwirkende Kraft zumindest zu reduzieren. Über das mindestens eine Kraftaufnahmeelement kann dann, wenn keine Dichtwirkung benötigt wird, die Kraft zum Verpressen des Zellstapels zumindest teilweise aufgenommen werden. Dies erlaubt eine Verringerung der Relaxationsneigung der Dichtbereiche und so eine Erhöhung der Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Kraftaufnahmeelement zwischen den Endplatten angeordnet, wobei das jeweilige Kraftaufnahmeelement eine Zylindereinheit mit einem Zylinder, mit einem im Zylinder geführten Kolben und mit mindestens einer von einem Ventil freigebbaren und versperrbaren Leitung zum Zuführen und/oder Abführen eines inkompressiblen Mediums in den Zylinder aufweist, wobei abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung das Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Diese Ausführung ist konstruktiv einfach und daher bevorzugt, um der Relaxationsneigung entgegenzuwirken und die Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung zu erhöhen. Vorzugsweise ist in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung das Ventil geöffnet und in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung das Ventil geschlossen. Dies erlaubt eine Verringerung der Relaxationsneigung der Dichtbereiche und so eine Erhöhung der Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung.
Vorzugsweise stützt sich der Zylinder des jeweiligen Kraftaufnahmeelements an einer ersten Endplatte und der Kolben des jeweiligen Kraftaufnahmeelements an einer zweiten Endplatte ab, wobei der Zylinder und/oder der Kolben des jeweiligen Kraftaufnahmeelements eine Isolierung trägt, die an der jeweiligen Endplatte anliegt. Hiermit kann verhindert werden, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen den Endplatten kommt.
Vorzugsweise detektiert ein Steuergerät abhängig von einem Messsignal mindestens eines Drucksensors automatisch den Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung und steuert abhängig hiervon die Kraftbeaufschlagungseinheit automatisch an. Dies ist für einen automatisierten Betrieb der Kraftbeaufschlagungseinheit zur Verringerung der Relaxationsneigung und zur Erhöhung der Lebensdauer der Elektrochemievorrichtung besonders bevorzugt.
Vorzugsweise ist die Elektrochemievorrichtung als Elektrolysevorrichtung ausgebildet ist, die in einem aktiven Betriebszustand aus Wasser H2O Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 erzeugt. Bei der Elektrochemievorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Elektrolysevorrichtung.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 : einen Querschnitt durch eine als Elektrolysevorrichtung ausgebildete
Elektrochemievorrichtung zusammen mit dem Detail I,
Fig. 2 ein Schema für die Elektrochemievorrichtung der Fig. 1 ;
Fig. 3 ein Schema einer erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung;
Fig. 4 das Schema der Fig. 3 mit einem Kraftfluss in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung;
Fig. 5 das Schema der Fig. 3 mit einem Kraftfluss in einem in aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung;
Fig. 6 das Detail VI der erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektrochemievorrichtung.
Fig. 1 zeigt schematisiert den Aufbau einer als Elektrolysevorrichtung ausgebildeten Elektrochemievorrichtung 10. Die Elektrochemievorrichtung 10 verfügt über einen Zellstapel 11 aus mehreren Zellstapelelementen 12, wobei das Detail I der Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Zellstapel 11 mit mehreren Zellstapelelementen 12 zeigt. Das Detail I der Fig. 1 zeigt als Zellstapelelemente 12 eine Membran 12a, welche eine Anode 12b von einer Katode 12c trennt. Ferner sind Bipolarplatten 12d, 12e gezeigt. Anodenseitig und kathodenseitig kann jeweils eine Transportschicht 12f, 12g vorhanden sein. Derjenige Bereich des Zellstapels 11 , in welchem die eigentliche Elektrolyse stattfindet, wird als aktive Fläche bzw. aktiver Bereich 16 bezeichnet.
Die Elektrochemievorrichtung verfügt weiterhin über eine Kraftbeaufschlagungseinheit 13. Die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 verfügt über Endplatten 14, 15, zwischen welchen der Zellstapel 11 angeordnet ist. Über die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 kann der Zellstapel 11 fluiddicht verpresst werden, indem die übereinander angeordneten Zellstapelelemente 12 fluiddicht aneinander gepresst werden. Im Betrieb herrscht zwischen der Anode 12b und der Katode 12c eine Druckdifferenz. Um die Anode 12b gegenüber der Katode 12c sowie Anode 12b und Katode 12c gegenüber einer Umgebung 18 abzudichten, werden die Zellstapelelemente 12, nämlich in Fig. 1 die Zellstapelelemente 12a, 12d und 12e, unter Ausbildung von Dichtbereichen 17 zusammengepresst. Die Zellstapelelemente 12d und 12e können dabei Dichtelemente 12h bzw. 12i tragen bzw. bereitstellen. Auch ein Abschnitt der Membran 12a stellt ein Dichtelement für den jeweiligen Dichtbereich 17 bereit.
Wie bereits ausgeführt, werden die zu verpressenden Zellstapelelemente 12 des Zellstapels 11 über die Kraftbeaufschlagungseinheit 13, welche die Endplatten 14, 15 aufweist, zusammengepresst, nämlich über Federelemente 19, die sich in Fig.
1 an der Endplatte 14 abstützen. Fig. 1 zeigt weiterhin schematisiert Streben 20, die sich zwischen den Endplatten 14, 15 erstrecken, wobei die Federelemente 19 vorzugsweise den Streben 20 derart zugeordnet sind, dass im Bereich jeder Strebe 20 ein Federelement 19 vorhanden ist, um die beiden Endplatten 14, 15 über die Federelemente 19 und Streben 20 zu verpressen.
Fig. 2 zeigt ein Schema für die Elektrochemievorrichtung 10 der Fig. 1 , wobei in Fig. 2 die Endplatten 14, 15 der Kraftbeaufschlagungseinheit 13 sowie von den verpressten Zellstapelelementen 12 ausgebildete Dichtbereiche 17 schematisiert gezeigt sind. Ferner zeigt Fig. 2 schematisiert eine über die Federelemente 19 aufgebrachte Federkraft F, die dem Verpressen der Zellstapelelemente 12 des Zellstapels 11 dient.
Der unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebene Aufbau einer Elektrochemievorrichtung 10 ist zum Beispiel aus der DE 10 2017 108 413 A1 bekannt. Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Elektrochemievorrichtung 10 der Fig. 1 und 2 unter Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung 10‘, wobei bei der erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung 10‘ die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 derart ausgebildet ist, dass die Kraft F, die dem Verpressen des Zellstapels 11 und damit der Dichtbereiche 17 dient, abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10 auf den Zellstapel 11 und damit auf die Dichtbereiche 17 einwirkt.
Die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 ist dabei derart ausgebildet, dass in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ die Kraft zum Verpressen des Zellstapels 11 in einem ersten Ausmaß auf den Zellstapel 11 und damit auf die Dichtbereiche 17 des Zellstapels 11 einwirkt, und dass in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ die Kraft F zum Verpressen des Zellstapels 11 nicht oder in einem zweiten, im Vergleich zum ersten Ausmaß geringeren zweiten Ausmaß auf den Zellstapel und damit auf die Dichtbereiche 17 des Zellstapels 11 einwirkt.
So zeigt Fig. 4 einen Kraftfluss der dem Verpressen des Zellstapels 11 dienenden Kraft F bei der erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung 10‘ in einem aktiven Betriebszustand derselben, wobei gemäß Fig. 4 die Federkraft F im Sinne der Kraftpfeile 21 auf den Zellstapel 11 einwirkt, nämlich auf die Dichtbereiche 17 desselben.
In Fig. 5 visualisieren die Kraftpfeile 22, dass in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ der Kraftfluss der dem Verpressen des Zellstapels 11 dienenden Federkraft F des mindestens einen Federelements 19 nicht aus den Zellstapel 11 und demnach nicht auf die Dichtbereiche 17 desselben wirkt, sondern vielmehr im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel von Kraftaufnahmeelementen 23 der Kraftbeaufschlagungseinheit 13 der erfindungsgemäßen Elektrochemievorrichtung 10‘ aufgenommen wird. Bei einer als Elektrolysevorrichtung ausgebildeten Elektrochemievorrichtung 10‘ handelt es sich beim aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ um denjenigen Betriebszustand, in welchem aus Wasser H2O Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 produziert wird. In einem inaktiven Betriebszustand einer Elektrolysevorrichtung 10‘ wird kein Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 aus Wasser H2O produziert. Den inaktiven Betriebszustand kann die Elektrolysevorrichtung 10‘ entweder im Standby-Betrieb oder im ausgeschalteten Betrieb einnehmen, welchen dieselbe zu Transportzwecken und Wartungszwecken einnimmt.
Fig. 6 zeigt das Detail VI der Fig. 3, wobei in Fig. 6 ein jeweiliges Kraftaufnahmeelement 23 der Kraftbeaufschlagungseinheit 13 der Elektrochemievorrichtung 10‘ im größeren Detail gezeigt ist. Das Kraftaufnahmeelement 23 ist eingerichtet, die von dem mindestens einem Federelement 19 bereitgestellte Federkraft F abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ zumindest teilweise aufzunehmen und so die auf den Zellstapel 11 und damit auf die Dichtbereiche 17 desselben einwirkende Kraft zumindest zu reduzieren. Dabei kann im inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ das mindestens eine Kraftaufnahmeelement 23 die von den Federelementen 19 bereitgestellte Federkraft F vollständig aufnehmen, sodass dann, wie in Fig. 5 gezeigt, in den jeweiligen Dichtbereich 17 keine Kraft mehr eingeleitet wird.
Das jeweilige Kraftaufnahmeelement 23 ist zumindest teilweise zwischen den Endplatten 14, 15 angeordnet. So verfügt das jeweilige Kraftaufnahmeelement 23 über ein zwischen den Endplatten 14, 15 angeordnete Zylindereinheit 24 mit einem Zylinder 25 und einem im Zylinder 25 geführten Kolben 26. Mit dem Zylinder 25 wirkt eine Leitung 27 zusammen, die mit einem Ausgleichsbehälter 28 gekoppelt ist und in die ein Ventil 29 integriert ist. Über das Ventil 29 kann die Leitung 27 freigegeben und versperrt werden, um im freigegebenen Zustand der Leitung 27 ein inkompressibles Medium entweder ausgehend vom Ausgleichsbehälter 28 dem Zylinder 25 zuzuführen oder in umgekehrte Richtung aus dem Zylinder 25 in den Ausgleichsbehälter 28 abzuführen. Der Kolben 26 stützt sich an der Endplatte 14 und der Zylinder 25 an der gegenüberliegenden Endplatte 15 ab. Dann, wenn das Ventil 29 geschlossen ist, ist die Leitung 27 versperrt und erlaubt dann keinen Abfluss des inkompressiblen Mediums aus dem Zylinder 25.
In Fig. 6 ist im Zylinder 24 ferner eine Feder 30 aufgenommen. Die Feder 30 sorgt für eine definierte Vorspannung des Kolbens 26, um den Kolben 26 mit einer definierten Vorspannung gegen die Innenseite der Endplatte 14 zu drücken. Die Anpresskraft des Kolbens 26 an die Endplatte 14 ist ferner vom inkompressiblen Medium abhängig, welches bei geöffnetem Ventil 29 zwischen Ausgleichsbehälter 28 und Zylinder 25 strömen kann, welches jedoch bei geschlossenem Ventil 29 nicht zwischen Ausgleichsbehälter 28 und Zylinder 25 strömen kann. Dann, wenn die Elektrochemievorrichtung 10‘ aktiv ist, also der Erzeugung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 aus Wasser H2O dient, ist das Ventil 29 geöffnet und der Kolben 26 ist beweglich, sodass das inkompressible Medium in Folge der Einwirkung der Federkraft F aus dem Zylinder 25 in den Ausgleichsbehälter 28 strömen kann. Ein von der Federkraft F herleitender Kraftfluss wird dann in den Zellstapel 11 , nämlich in die Dichtbereiche 17 desselben, geleitet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Ist hingegen die Elektrochemievorrichtung 10‘ inaktiv, so ist das Ventil 29 geschlossen und der Kolben 26 sitzt fest im Zylinder 25. In diesem Zustand wird die Federkraft F im Sinne des Kraftflusses 22 der Fig. 5 abhängig von der Position des Kobens 26 vom Kraftaufnahmeelement 23 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aufgenommen, um in die Dichtbereiche 17 eine geringere oder keine Kraft einzuleiten. Die Position des Kobens 26 bei geschlossenem Ventil ist davon abhängig, wieviel inkompressibles Medium sich im Zylinder 25 befindet.
Fig. 7 zeigt eine schematisierte Draufsicht auf die Elektrolysevorrichtung 10‘, nämlich auf die Endplatte 14 der Kraftbeaufschlagungseinheit 13, wobei in Fig. 7 an vier Eckpositionen zwischen den Endplatten 14, 15 jeweils eine Zylindereinheit 24 angeordnet ist, die über Leitungen 27 mit einem gemeinsamen Ausgleichsbehälter 28 gekoppelt sind. Bei aktiver Elektrochemievorrichtung 10‘ ist das Ventil 29 geöffnet, bei inaktiver Elektrochemievorrichtung 10‘ ist das Ventil 29 geschlossen. Mit der Erfindung kann sichergestellt werden, dass nur dann auf den Zellstapel 11, nämlich die Dichtbereiche 17 desselben, Kräfte einwirken, wenn dies infolge des Betriebsmodus bzw. Betriebszustands der Elektrochemievorrichtung 10‘ auch erforderlich ist. Anderenfalls wird die Kraft der Federelemente 19 von den Zylindereinheiten 24 aufgenommen, sodass in die Dichtbereichen 17 keine Kraft oder nur eine sehr geringe Kraft eingeleitet wird. Hierdurch können die Dichtwerkstoffe vor einer Relaxation geschützt werden. Die Gesamtlebensdauer der Elektrochemievorrichtung 10‘ kann erhöht werden.
In Fig. 6 trägt der Kolben 26 eine Isolation 31 . Auch der Zylinder 25 kann eine Isolation tragen. Mit der jeweiligen Isolation stützt sich dann in Fig. 1 der Kolben 26 an der Endplatte 14 und der Zylinder 25 an der Endplatte 15 ab. So kann verhindert werden, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen den beiden Endplatten 14, 15 kommt.
Die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 ist derart ausgebildet ist, dass die Kraft zum Verpressen des Zellstapels 11 automatisch abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ auf den Zellstapel 11 und damit auf die Dichtbereiche 17 des Zellstapels 11 einwirkt. Hierzu weist die Elektrochemievorrichtung 10‘ ein Steuergerät 33 auf, welches abhängig von einem Messsignal mindestens eines Drucksensors 32 den Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung 10‘ automatisch detektiert und abhängig hiervon die Kraftbeaufschlagungseinheit 13 automatisch ansteuert, nämlich das oder jedes Ventil 29.
Bei der Elektrochemievorrichtung 10‘ handelt es sich vorzugsweise um eine Elektrolysevorrichtung. Es kann sich jedoch auch um eine Brennstoffzelle handeln. Bezugszeichenliste
10, 10‘ Elektrochemievorrichtung
11 Zellstapel
12 Zellstapelelement
13 Kraftbeaufschlagungseinheit
14 Endplatte
15 Endplatte
16 aktiver Bereich
17 Dichtbereich
18 Umgebung
19 Federelement
20 Strebe
21 Kraftpfeil
22 Kraftpfeil
23 Kraftaufnahmeelement
24 Zylindereinheit
25 Zylinder
26 Kolben
27 Leitung
28 Ausgleichsbehälter
29 Ventil
30 Feder
31 Isolation
32 Drucksensor
33 Steuergerät

Claims

Ansprüche
1. Elektrochemievorrichtung (10‘), mit einem Zellstapel (11) aus mehreren Zellstapelelementen (12), mit einer Kraftbeaufschlagungseinheit (13), die eine Kraft auf den Zellstapel (11) ausübt, um die Zellstapelelemente (12) des Zellstapels (11) fluiddicht in Dichtbereichen (17) des Zellstapels (11) zu verpressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) derart ausgebildet ist, dass die Kraft zum Verpressen des Zellstapels (11) abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) auf den Zellstapel (11) und damit auf die Dichtbereiche (17) des Zellstapels (11) einwirkt.
2. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 1 , wobei die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) derart ausgebildet ist, dass in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) die Kraft zum Verpressen des Zellstapels (11) in einem ersten Ausmaß auf den Zellstapel (11) und damit auf die Dichtbereiche (17) desselben einwirkt, und in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) die Kraft zum Verpressen des Zellstapels (11) nicht oder in einem zweiten, im Vergleich zum ersten Ausmaß geringeren zweiten Ausmaß auf den Zellstapel (11) und damit auf die Dichtbereiche (17) desselben einwirkt.
3. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) derart ausgebildet ist, dass die Kraft zum Verpressen des Zellstapels (11) automatisch abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) auf den Zellstapel (11) und damit auf die Dichtbereiche (17) des Zellstapels (11) einwirkt.
4. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) Endplatten (14, 15) aufweist, zwischen welchen der Zellstapel (11) angeordnet ist, die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) mindestens ein Federelement (19) aufweist, dessen Federkraft ausgebildet ist, die Endplatten (14, 15) unter Verpressen des Zellstapels (11) zusammenzudrücken, die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) mindestens ein Kraftaufnahmeelement (23) aufweist, welches ausgebildet ist, die von dem mindestens einen Federelement (19) bereitgestellte Federkraft abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) zumindest teilweise aufzunehmen und so die auf den Zellstapel (11) und damit auf die Dichtbereiche (17) des Zellstapels (11) einwirkende Kraft zumindest zu reduzieren.
5. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Kraftaufnahmeelement (23) zwischen den Endplatten (14, 15) angeordnet ist, das eine Zylindereinheit (24) mit einem Zylinder (25), mit einem im Zylinder (25) geführten Kolben (26) und mit mindestens einer von einem Ventil (29) freigebbaren und versperrbaren Leitung (27) zum Zuführen und/oder Abführen eines inkompressiblen Mediums in den und/oder aus dem Zylinder (25) derselben aufweist, wobei abhängig vom Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) das Ventil (29) geöffnet oder geschlossen ist.
6. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 5, wobei in einem aktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) das Ventil (29) geöffnet und in einem inaktiven Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung das Ventil (29) geschlossen ist.
7. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 5 oder 6, wobei sich der Zylinder (25) des jeweiligen Kraftaufnahmeelements (23) an einer ersten Endplatte (15) und der Kolben (26) des jeweiligen Kraftaufnahmeelements (23) an einer zweiten Endplatte (14) abstützt, der Zylinder (25) und/oder der Kolben (26) des jeweiligen Kraftaufnahmeelements (23) eine Isolierung (31) trägt, die an der jeweiligen Endplatte (14, 15) anliegt.
8. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Zylindereinheit (24) des jeweiligen Kraftaufnahmeelements (23) weiterhin eine im jeweiligen Zylinder (25) angeordnete Feder (30) aufweist.
9. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Steuergerät (33) derselben abhängig von einem Messsignal mindestens eines Drucksensors (32) den Betriebszustand der Elektrochemievorrichtung (10‘) automatisch detektiert und abhängig hiervon die Kraftbeaufschlagungseinheit (13) automatisch ansteuert.
10. Elektrochemievorrichtung (10‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei dieselbe als Elektrolysevorrichtung (10‘) ausgebildet ist, die in einem aktiven Betriebszustand aus Wasser H2O Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 erzeugt.
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