WO2024068185A2 - Electrolyser, and method for operating an electrolyser - Google Patents

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WO2024068185A2
WO2024068185A2 PCT/EP2023/074104 EP2023074104W WO2024068185A2 WO 2024068185 A2 WO2024068185 A2 WO 2024068185A2 EP 2023074104 W EP2023074104 W EP 2023074104W WO 2024068185 A2 WO2024068185 A2 WO 2024068185A2
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Erik Wolf
Christian Reller
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Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electrical current, comprising a plurality of electrolysis cells which form a plurality of electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on both sides of which electrodes are applied to which an external voltage is applied during operation, a water supply line being provided on the anode side for supplying water to an anode chamber, an oxygen product line being connected for discharging the oxygen produced from the anode chamber, and a hydrogen product line being provided on the cathode side for discharging the hydrogen produced from the cathode chamber, further comprising a control system for controlling the operation of the electrolysis stacks.
  • the invention further relates to a method for operating an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current, comprising a plurality of electrolysis cells which form a plurality of electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on which electrodes are located on both sides, to which an external voltage is applied during operation, water being added to an anode chamber on the anode side and the oxygen produced being discharged from the anode chamber, and the hydrogen produced being discharged from a cathode chamber on the cathode side through a hydrogen product line.
  • a component of a PEM electrolysis cell is a proton-permeable polymer membrane (Proton Exchange Membrane), which is contacted on both sides by porous platinum electrodes (anode and cathode). An external voltage is applied and water is added to the anode side of the electrolyzer. The catalytic effect of the platinum causes the water on the anode side to decompose. This produces oxygen, free electrons and positively charged hydrogen ions H+. The hydrogen ions H+ diffuse through the proton-conducting membrane to the cathode side, where they combine with the electrons from the external circuit to form hydrogen molecules H 2 .
  • PEM electrolysis for example.
  • a component of a PEM electrolysis cell is a proton-permeable polymer membrane (Proton Exchange Membrane), which is contacted on both sides by porous platinum electrodes (anode and cathode). An external voltage is applied and water is added to the anode side of the electrolyzer. The catalytic effect of the platinum causes the water
  • the electrolysis cells described above are grouped together in stacks. Water is introduced into the stack, which is under direct voltage, and after passing through the electrolysis cells, two product streams emerge, consisting of water and gas bubbles as oxygen and Hydrogen f. It is inherent in the system that in the product stream of one product gas the other product gas is only present in small quantities. In practice, there are small amounts of hydrogen in the oxygen gas stream and small amounts of oxygen in the hydrogen gas stream.
  • the quantity of the respective foreign gas depends on the electrolysis cell design and also varies under the influence of current density, catalyst composition, aging and, in the case of a PEM electrolysis system, the membrane material. Under certain circumstances it may be necessary to reduce the concentration of foreign gases, directly on or off. directly after the electrolytic cell or the electrolysis stack, e.g. B. in a gas separation device connected downstream of the electrolyzer. The problem is exacerbated in part-load operation and with aged membranes and leads to restrictions in operation.
  • Gas separation is therefore necessary in the following. It is common practice for several electrolysis cells and several electrolysis units to be connected to one another via piping and for the gas-water mixture emerging in each case to be fed to a central gas separator. An advantageous embodiment for this is known, for example, from WO 2020/020611 Al. The invention is therefore based on the object of ensuring safe operation of the electrolyzer and minimizing the negative consequences of membrane damage during operation of an electrolyzer.
  • an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current comprising a plurality of electrolysis cells which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on which electrodes are applied on both sides, to which an external voltage is applied during operation, a first water supply line being provided on the anode side for supplying water to an anode chamber, an oxygen product line being connected for discharging the oxygen produced from the anode chamber and a hydrogen product line being provided on the cathode side for discharging the hydrogen produced from a cathode chamber, further comprising a control system for controlling the operation of the electrolysis stacks, the control system being set up to set a higher pressure in the anode chamber than in the cathode chamber, the pressure in the anode chamber being 2-fold to 20-fold, in particular 4 to 7 times higher than the pressure in the cathode chamber.
  • the object is further achieved according to the invention by a method for operating an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current, comprising a large number of electrolysis cells which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell being a proton-permeable polymer.
  • each electrolysis with a differential pressure.
  • the pressure on the anode side is set higher than on the cathode side.
  • the pressure ratio between the anode side and cathode side is 2 to 20 bar, in particular 4 to 7 bar. This means that if z. B.
  • a lower pressure on the cathode side compared to the anode side brings several advantages. On the one hand, the migration of water molecules through the membrane is supported. On the other hand, if the membrane breaks through, less foreign gas comes through. And last but not least, there is an improvement in the foreign gas concentration during operation.
  • the control system is designed to enable circulation of water in the anode chamber.
  • the oxygen discharge line also serves as a water discharge line. If the water only circulates on the anode side, a humidified cell is present on the hydrogen side. Operating a PEM electrolyzer with only one water circuit is less complex than with two circuits.
  • the control system is designed to enable circulation of water in the cathode chamber.
  • the hydrogen product line is also used in particular to drain water. The water circulation improves the inherent safety of the electrolysis cell.
  • the circulation rate in the cathode chamber is in particular smaller than that in the anode chamber.
  • the ratio of water circulation on the hydrogen side to the oxygen side is 0.9 to 0.01.
  • the cell Preferably there is a horizontal cell structure in which the anode space is arranged above the cathode space.
  • the cell can also be oriented vertically.
  • a recombination catalyst for recombining hydrogen and oxygen to form water is integrated in the hydrogen product line.
  • the recombination catalyst prevents a reactive product gas mixture from reaching a downstream gas separator or downstream areas such as compressors due to the oxygen content in the hydrogen product stream.
  • the control system is preferably set up to detect at least one temperature value in the hydrogen product line and to compare the temperature value or a temperature correlated with the temperature value with a threshold value and to block the hydrogen product line and open a bypass line when the threshold value is exceeded .
  • the captured temperature value can be, for example, an absolute temperature in or after the recombination catalyst, a temperature change over time, an inlet and outlet temperature based on the recombination catalyst or a difference between two temperature values from the hydrogen product line. An exothermic reaction with an increase in temperature takes place in the recombination catalyst.
  • the control system is preferably set up to switch off the electrical current to the electrolysis stack when the threshold value is exceeded. In this way, an increase in the concentration of foreign oxygen on the hydrogen side is prevented in good time.
  • control system is advantageously set up to introduce an inert gas into the cathode spaces of the switched off electrolysis stack.
  • nitrogen is used to flush the electrolysis stack through on the cathode side.
  • FIG 1 shows a first embodiment of an electrolysis cell in vertical orientation
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation
  • FIG 4 a fourth embodiment of an electrolysis cell in horizontal orientation
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation
  • FIG 6 a vertically aligned electrolysis cell with components shown.
  • FIG. 1 shows a vertically oriented electrolysis cell 2, which is part of an electrolyzer (not shown here) for splitting water into hydrogen f H 2 and oxygen f 0 2 by means of electric current.
  • electrolysis cells 2 are connected one behind the other in electrolysis stacks.
  • Each electrolysis cell 2 has a proton-permeable polymer membrane 4, on which electrodes 6, 8 rest on both sides, to which an external voltage is applied during operation.
  • a first water supply line 10 is provided for supplying water to an anode space 12.
  • the oxygen f O 2 generated in the electrolysis cell 2 is removed from the anode space 12 via an oxygen f product line 14.
  • a hydrogen product line 16 is provided for discharging the hydrogen produced from a cathode space 18.
  • a second water supply line 20 is also connected on the cathode side. Water therefore circulates not only through the anode space 12, but also through the cathode space 16.
  • a control system 22 is provided for controlling the operation of the electrolysis stacks, which is symbolically indicated by the block 22.
  • a higher pressure p a is set in the anode chamber 12 than the pressure p k in the cathode chamber 18, the anode-side pressure p a being approximately 2 to 20 times higher.
  • the pressure p a in the anode chamber 12 is in particular 4 to 7 times higher than the pressure p k in the cathode chamber 18. In this way, the negative consequences of membrane damage during operation of an electrolyzer are minimized, since less foreign gas gets through if the membrane 4 breaks through.
  • the electrolysis cell 2 in FIG. 2 has a horizontal structure in which the anode space 12 is arranged above the cathode space 18.
  • the cathode space 18 is only partially flooded, i.e. H .
  • water is introduced into the cathode space 18 via the second water supply line 20, the space is not completely filled with water.
  • the horizontal electrolysis cell 2 according to FIG. 3 differs from the electrolysis cell 2 in FIG. 2 only in that the anode chamber 12 and the cathode chamber 18 are not the same size, but the anode chamber 12 is larger than the cathode chamber 18, i.e. there is an asymmetrical arrangement of the polymer membrane 4 with the electrodes 6, 8.
  • FIG 6 shows further components of the electrolyzer and how they interact during operation.
  • a recombination catalyst 24 for recombination in which the hydrogen H 2 and the oxygen O 2 are recombined to form water, is integrated in the hydrogen product line 16.
  • temperature sensors 26, 28 are installed before and after the recombination catalyst 22, each of which records a temperature value T 2 , T 2 in the hydrogen product line 16.
  • the temperature values T 2 , T 2 are made available to the control system 22, and from this the control system 22 forms a temperature difference value AT, which is compared with a predetermined threshold value T s .
  • a measured temperature value such as T 2 or another temperature correlated with the temperature value T 2 can be used directly. In this way, a temperature development of the exothermic reaction in the recombination catalyst 24 is monitored.
  • the hydrogen product line 16 is blocked by the valve 30 and a bypass valve 32 is opened so that the mixture of hydrogen H 2 and oxygen O 2 via a bypass line 34 is directed out. If the threshold value T s is exceeded, the electrical current to the respective electrolysis stack is also switched off for safety reasons. In addition, a nitrogen valve 36 installed in the second water supply line 20 is opened so that nitrogen N 2 or another inert gas is introduced into the cathode spaces 18 of the switched-off electrolysis stack.

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Abstract

The invention relates to an electrolyser for splitting water into hydrogen (H2) and oxygen (O2) by means of an electric current, said electrolyser comprising: a plurality of electrolysis cells (2) which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell (2) having a proton-permeable polymer membrane (4), on both sides of which are electrodes (6, 8) to which an external voltage is applied during operation, a first water supply line (10) for supplying water to an anode chamber (12) being provided on the anode side, an oxygen product line (14) for discharging the generated oxygen (O2) from the anode chamber (12) being connected, and a hydrogen product line (16) for discharging the generated hydrogen (H2) from a cathode chamber (18) being provided on the cathode side; and a control system (22) for controlling the operation of the electrolysis stacks. In order to ensure safe operation of the electrolyser and to minimise the negative consequences of membrane damage during operation of an electrolyser, the control system (22) is designed to set a higher pressure (pa) in the anode chamber (12) than in the cathode chamber (18), the pressure (pa) in the anode chamber (12) being 2 times to 20 times higher, in particular 4 times to 7 times higher, than the pressure (pk) in the cathode chamber (18).

Description

Beschreibung Description
Elektrolyseur sowie Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs Electrolyzer and method for operating an electrolyzer
Die Erfindung betri f ft einen Elektrolyseur zur Spaltung von Wasser in Wasserstof f und Sauerstof f mittels elektrischen Stroms , umfassend eine Viel zahl von Elektrolysezellen, die mehrere Elektrolyse-Stacks bilden, wobei j ede Elektrolysezelle eine protonendurchlässige Polymer-Membran aufweist , auf der beidseitig Elektroden anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig eine Wasser-Zuleitung zum Zuführen von Wasser zu einem Anodenraum vorgesehen ist , eine Sauerstof f-Produktleitung zum Abführen des erzeugten Sauerstof fs aus dem Anodenraum angeschlossen ist und kathodenseitig eine Wasserstof f-Produktleitung zum Abführen des erzeugten Wasserstof fs aus dem Kathodenraum vorgesehen ist , umfassend weiterhin ein Kontrollsystem zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse-Stacks . The invention relates to an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electrical current, comprising a plurality of electrolysis cells which form a plurality of electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on both sides of which electrodes are applied to which an external voltage is applied during operation, a water supply line being provided on the anode side for supplying water to an anode chamber, an oxygen product line being connected for discharging the oxygen produced from the anode chamber, and a hydrogen product line being provided on the cathode side for discharging the hydrogen produced from the cathode chamber, further comprising a control system for controlling the operation of the electrolysis stacks.
Die Erfindung betri f ft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs zur Spaltung von Wasser in Wasserstof f und Sauerstof f mittels elektrischen Stroms , umfassend eine Viel zahl von Elektrolysezellen, die mehrere Elektrolyse- Stacks bilden, wobei j ede Elektrolysezelle eine protonendurchlässige Polymer-Membran aufweist , auf der beidseitig Elektroden anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig in einen Anodenraum Wasser zugefügt wird und der hergestellte Sauerstof f aus dem Anodenraum abgeführt wird und kathodenseitig aus einem Kathodenraum der hergestellte Wasserstof f durch eine Wasserstof f- Produktleitung abgeführt wird . The invention further relates to a method for operating an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current, comprising a plurality of electrolysis cells which form a plurality of electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on which electrodes are located on both sides, to which an external voltage is applied during operation, water being added to an anode chamber on the anode side and the oxygen produced being discharged from the anode chamber, and the hydrogen produced being discharged from a cathode chamber on the cathode side through a hydrogen product line.
Wasserstof f wird heutzutage beispielsweise mittels PEM- Elektrolyse erzeugt . Bestandteil einer PEM-Elektrolysezelle ist eine protonendurchlässige Polymer-Membran ( Proton Exchange Membrane ) , die auf beiden Seiten von porösen Platinelektroden (Anode und Kathode ) kontaktiert wird . An diese wird ei- ne äußere Spannung angelegt und auf der Anodenseite des Elektrolyseurs wird Wasser zugeführt . Durch die katalytische Wirkung des Platins wird das Wasser an der Anodenseite zersetzt . Es entstehen dabei Sauerstof f , freie Elektronen und positiv geladene Wasserstof f ionen H+ . Die Wasserstof f ionen H+ di f fundieren durch die protonenleitende Membran auf die Ka- thodenseite , wo sie mit den Elektronen aus dem äußeren Stromkreis zu Wasserstof fmolekülen H2 kombinieren . Hydrogen is now produced using PEM electrolysis, for example. A component of a PEM electrolysis cell is a proton-permeable polymer membrane (Proton Exchange Membrane), which is contacted on both sides by porous platinum electrodes (anode and cathode). An external voltage is applied and water is added to the anode side of the electrolyzer. The catalytic effect of the platinum causes the water on the anode side to decompose. This produces oxygen, free electrons and positively charged hydrogen ions H+. The hydrogen ions H+ diffuse through the proton-conducting membrane to the cathode side, where they combine with the electrons from the external circuit to form hydrogen molecules H 2 .
Die oben beschriebenen Elektrolysezellen sind in Stacks zusammengefasst . In dem unter Gleichspannung stehenden Stack wird Wasser eingebracht und nach dem Durchlauf durch die Elektrolysezellen treten zwei Produktströme hinaus , bestehend aus Wasser und Gasblasen als Sauerstof f bzw . Wasserstof f . Systemimmanent ist dabei , dass im Produktstrom des einen Produktgases j eweils das andere Produktgas lediglich in geringen Mengen vorliegt . In der Praxis befinden sich im Sauerstof fgasstrom kleine Mengen an Wasserstof f und im Wasserstof fgasstrom kleine Mengen an Sauerstof f . Die Quantität des j eweiligen Fremdgases hängt vom Elektrolysezelldesign ab und variiert auch unter dem Einfluss von Stromdichte , Katalysatorzusammensetzung, Alterung und bei einer PEM-Elektrolyse- anlage vom Membranmaterial . Unter Umständen kann es dabei erforderlich sein, die Fremdgaskonzentration zu reduzieren, und zwar bereits unmittelbar an bzw . direkt nach der Elektrolysezelle bzw . dem Elektrolyse-Stack, z . B . in einer dem Elektrolyseur nachgeschalteten Gasabscheidevorrichtung . Das Problem wird im Teillastbetrieb und bei gealterten Membranen verstärkt und führt zu Einschränkungen der Betriebsweise . The electrolysis cells described above are grouped together in stacks. Water is introduced into the stack, which is under direct voltage, and after passing through the electrolysis cells, two product streams emerge, consisting of water and gas bubbles as oxygen and Hydrogen f. It is inherent in the system that in the product stream of one product gas the other product gas is only present in small quantities. In practice, there are small amounts of hydrogen in the oxygen gas stream and small amounts of oxygen in the hydrogen gas stream. The quantity of the respective foreign gas depends on the electrolysis cell design and also varies under the influence of current density, catalyst composition, aging and, in the case of a PEM electrolysis system, the membrane material. Under certain circumstances it may be necessary to reduce the concentration of foreign gases, directly on or off. directly after the electrolytic cell or the electrolysis stack, e.g. B. in a gas separation device connected downstream of the electrolyzer. The problem is exacerbated in part-load operation and with aged membranes and leads to restrictions in operation.
Im Folgenden ist daher eine Gasabscheidung notwendig . Hierbei ist es üblich, dass über eine Verrohrung mehrerer Elektrolysezellen und weiterhin mehrere Elektrolyseeinheiten miteinander verbunden werden und das j eweils austretende Gas- Wasser-Gemisch einem zentralen Gasabscheider zugeführt wird . Eine hierzu vorteilhafte Aus führung ist beispielsweise aus der WO 2020/ 020611 Al bekannt . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , einen sicheren Betrieb des Elektrolyseurs zu gewährleisten und die negativen Folgen eines Membranschadens in Betrieb eines Elektrolyseurs zu minimieren . Gas separation is therefore necessary in the following. It is common practice for several electrolysis cells and several electrolysis units to be connected to one another via piping and for the gas-water mixture emerging in each case to be fed to a central gas separator. An advantageous embodiment for this is known, for example, from WO 2020/020611 Al. The invention is therefore based on the object of ensuring safe operation of the electrolyzer and minimizing the negative consequences of membrane damage during operation of an electrolyzer.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektrolyseur zur Spaltung von Wasser in Wasserstof f und Sauerstof f mittels elektrischen Stroms , umfassend eine Viel zahl von Elektrolysezellen, die in Elektrolyse-Stacks aufgeteilt sind, wobei j ede Elektrolysezelle eine protonendurchlässige Polymer-Membran aufweist , auf der beidseitig Elektroden anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig eine erste Wasser-Zuleitung zum Zuführen von Wasser zu einem Anodenraum vorgesehen ist , eine Sauerstof f- Produktleitung zum Abführen des erzeugten Sauerstof fs aus dem Anodenraum angeschlossen ist und kathodenseitig eine Wasserstof f-Produktleitung zum Abführen des erzeugten Wasserstof fs aus einem Kathodenraum vorgesehen ist , umfassend weiterhin ein Kontrollsystem zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse- Stacks , wobei das Kontrollsystem dafür eingerichtet ist , einen höheren Druck im Anodenraum als im Kathodenraum einzustellen, wobei der Druck im Anodenraum 2- fach bis 20- fach, insbesondere 4- fach bis 7- fach höher ist als der Druck im Kathodenraum . The object is achieved according to the invention by an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current, comprising a plurality of electrolysis cells which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell having a proton-permeable polymer membrane on which electrodes are applied on both sides, to which an external voltage is applied during operation, a first water supply line being provided on the anode side for supplying water to an anode chamber, an oxygen product line being connected for discharging the oxygen produced from the anode chamber and a hydrogen product line being provided on the cathode side for discharging the hydrogen produced from a cathode chamber, further comprising a control system for controlling the operation of the electrolysis stacks, the control system being set up to set a higher pressure in the anode chamber than in the cathode chamber, the pressure in the anode chamber being 2-fold to 20-fold, in particular 4 to 7 times higher than the pressure in the cathode chamber.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs zur Spaltung von Wasser in Wasserstof f und Sauerstof f mittels elektrischen Stroms , umfassend eine Viel zahl von Elektrolysezellen, die in Elektrolyse-Stacks aufgeteilt sind, wobei j ede Elektrolysezelle eine protonendurchlässige Polymer-Membran aufweist , auf der beidseitig Elektroden anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig in einen Anodenraum über eine erste Wasser-Zuleitung Wasser zugefügt wird und der hergestellte Sauerstof f über eine Sauerstof f- Produktleitung aus dem Anodenraum abgeführt wird und kathodenseitig aus einem Kathodenraum der hergestellte Wasserstof f über eine Wasserstof f-Produktleitung abgeführt wird, umfas- send weiterhin ein Kontrollsystem zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse-Stacks , wobei mittels des Kontrollsystems im Anodenraum ein höherer Druck eingestellt wird als im Katho- denraum, wobei der Druck im Anodenraum 2- fach bis 20- fach, insbesondere 4- fach bis 7- fach höher ist als der Druck im Ka- thodenraum . The object is further achieved according to the invention by a method for operating an electrolyzer for splitting water into hydrogen and oxygen by means of electric current, comprising a large number of electrolysis cells which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell being a proton-permeable polymer. Has a membrane on which electrodes rest on both sides, to which an external voltage is applied during operation, water being added to the anode side into an anode space via a first water supply line and the oxygen f produced being discharged from the anode space via an oxygen f product line and On the cathode side, the hydrogen produced is removed from a cathode compartment via a hydrogen product line, comprising: I also send a control system for controlling the operation of the electrolysis stacks, with the control system being used to set a higher pressure in the anode space than in the cathode space, with the pressure in the anode space being 2 times to 20 times, in particular 4 times to 7 times. times higher than the pressure in the cathode space.
Die in Bezug auf den Elektrolyseur nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs übertragen . The advantages and preferred embodiments listed below with regard to the electrolyzer can be transferred analogously to the method for operating an electrolyzer.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen j ede Elektrolyse mit einem Di f ferenzdruck zu betreiben . Der Druck auf der Anodenseite wird dabei höher eingestellt als auf der Kathodenseite . Das Druckverhältnis zwischen Anodenseite und Kathodenseite beträgt 2 bis 20 bar, insbesondere 4 bis 7 bar . Dies bedeutet , dass wenn im Kathodenraum z . B . ein Druck von 5 bar vorliegt , dass im Anodenraum insbesondere 20 bar eingestellt sind . According to the invention, it is proposed to operate each electrolysis with a differential pressure. The pressure on the anode side is set higher than on the cathode side. The pressure ratio between the anode side and cathode side is 2 to 20 bar, in particular 4 to 7 bar. This means that if z. B. There is a pressure of 5 bar, and in particular 20 bar is set in the anode space.
Ein niedrigerer Druck auf der Kathodenseite gegenüber der Anodenseite bringt mehrere Vorteile mit sich . Zum einen, es wird das Wandern der Wassermoleküle durch die Membran unterstützt . Zum anderen, bei einem Durchbruch der Membran kommt weniger Fremdgas durch . Und nicht zuletzt liegt im Betrieb eine Verbesserung der Fremdgaskonzentration vor . A lower pressure on the cathode side compared to the anode side brings several advantages. On the one hand, the migration of water molecules through the membrane is supported. On the other hand, if the membrane breaks through, less foreign gas comes through. And last but not least, there is an improvement in the foreign gas concentration during operation.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kontrollsystem dafür eingerichtet , eine Zirkulation des Wassers im Anodenraum zu ermöglichen . Vorzugsweise dient die Sauerstof f- Abführleitung auch als Wasser-Abführleitung . Wenn das Wasser lediglich anodenseitig zirkuliert , liegt auf der Wasserstof f- Seite eine befeuchtete Zelle vor . Der Betrieb eines PEM- Elektrolyseurs mit nur einem Wasserkreislauf ist weniger aufwendig als mit zwei Kreisläufen . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Kontrollsystem dafür eingerichtet, eine Zirkulation des Wassers im Kathodenraum zu ermöglichen. Hierbei dient die Wasserstoff-Produktleitung insbesondere auch zum Wasser abführen. Durch die Wasserzirkulation wird die inhärente Sicherheit der Elektrolysezelle verbessert. Die Zirkulationsrate im Kathodenraum ist dabei insbesondere kleiner als die im Anodenraum. Das Verhältnis der Wasserzirkulation auf der Wasserstoff seite gegenüber der Sauerstoff seite beträgt 0,9 bis 0,01. Bei einem Membranbruch würde der hindurchtretende Sauerstoff sich normallerweise mit dem Wasserstoff vermischen und ein reaktionsfähiges Gasgemisch bilden können. Es ist daher von großem Vorteil, wenn sich dabei diskrete, kleinere Volumen aus dem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch bilden, die z.B. als Blasen in Wasser eingebettet sind. Durch das kleinere Gesamtreaktionsvolumen ist auch die Energiefreisetzung geringer. According to a preferred embodiment, the control system is designed to enable circulation of water in the anode chamber. Preferably, the oxygen discharge line also serves as a water discharge line. If the water only circulates on the anode side, a humidified cell is present on the hydrogen side. Operating a PEM electrolyzer with only one water circuit is less complex than with two circuits. According to a further preferred embodiment, the control system is designed to enable circulation of water in the cathode chamber. In this case, the hydrogen product line is also used in particular to drain water. The water circulation improves the inherent safety of the electrolysis cell. The circulation rate in the cathode chamber is in particular smaller than that in the anode chamber. The ratio of water circulation on the hydrogen side to the oxygen side is 0.9 to 0.01. If the membrane were to rupture, the oxygen passing through would normally mix with the hydrogen and form a reactive gas mixture. It is therefore of great advantage if discrete, smaller volumes are formed from the hydrogen-oxygen mixture, which are embedded in water as bubbles, for example. The smaller total reaction volume also means that the energy release is lower.
Vorzugsweise liegt ein horizontaler Zellenaufbau vor, bei dem der Anodenraum über dem Kathodenraum angeordnet ist. Alternativ kann die Zelle auch vertikal orientiert sein. Preferably there is a horizontal cell structure in which the anode space is arranged above the cathode space. Alternatively, the cell can also be oriented vertically.
Im Hinblick auf eine besondere hohe Sicherheit beim Elektrolyseprozess, ist gemäß einer bevorzugten Ausführung in der Wasserstoff-Produktleitung ein Rekombinationskatalysator zum Rekombinieren vom Wasserstoff und dem Sauerstoff zu Wasser integriert. Mit Hilfe des Rekombinationskatalysators wird verhindert, dass aufgrund von Sauerstoff-Gehalt im Wasserstoff-Produktstrom ein reaktionsfähiges Produktgas-Gemisch in einen nachgeschalteten Gasabscheider bzw. in stromabwärts gelegene Bereiche wie z.B. Verdichter gelangen kann. With regard to a particularly high level of safety in the electrolysis process, according to a preferred embodiment, a recombination catalyst for recombining hydrogen and oxygen to form water is integrated in the hydrogen product line. The recombination catalyst prevents a reactive product gas mixture from reaching a downstream gas separator or downstream areas such as compressors due to the oxygen content in the hydrogen product stream.
Vorzugsweise ist das Kontrollsystem dafür eingerichtet, zumindest einen Temperaturwert in der Wasserstoff- Produktleitung zu erfassen und der Temperaturwert oder eine mit dem Temperaturwert korrelierte Temperatur mit einem Schwellwert zu vergleichen und beim Überschreiten des Schwellwerts die Wasserstoff-Produktleitung zu sperren und eine Bypass-Leitung zu öffnen. Der erfasste Temperaturwert kann beispielsweise eine absolute Temperatur im oder nach dem Rekombinationskatalysator, eine Temperaturveränderung über die Zeit , eine Eintritts- und Austrittstemperatur bezogen auf den Rekombinationskatalysator oder eine Di f ferenz zweier Temperaturwerte aus der Wasserstof f-Produktleitung sein . Im Rekombinationskatalysator findet eine exotherme Reaktion mit Temperaturerhöhung statt . Wenn also die Temperatur im Rekombinationskatalysator oder eine andere Temperatur in der Wasserstof f-Produktleitung über den vorgegebenen Schwellwert steigt , ist dies ein Indikator dafür, dass besonders viel Fremd-Sauerstof f im Wasserstof f-Produktstrom vorhanden ist . Dies deutet wiederum auf einen Membrandefekt hin . Es ist somit essenziell , beim Überschreiten des Schwellwerts die Wasserstof f-Produktleitung zu sperren, um den Zugang zum Gasabscheider zu verhindern, und die Bypass-Leitung zu öf fnen, welche das reaktive Gemisch aus Sauerstof f und Wasserstof f aus den weiteren Komponenten der Elektrolyseanlage hinausleitet . The control system is preferably set up to detect at least one temperature value in the hydrogen product line and to compare the temperature value or a temperature correlated with the temperature value with a threshold value and to block the hydrogen product line and open a bypass line when the threshold value is exceeded . The captured temperature value can be, for example, an absolute temperature in or after the recombination catalyst, a temperature change over time, an inlet and outlet temperature based on the recombination catalyst or a difference between two temperature values from the hydrogen product line. An exothermic reaction with an increase in temperature takes place in the recombination catalyst. So if the temperature in the recombination catalyst or another temperature in the hydrogen product line rises above the specified threshold value, this is an indicator that there is a particularly large amount of foreign oxygen in the hydrogen product stream. This again indicates a membrane defect. It is therefore essential to close the hydrogen product line when the threshold value is exceeded in order to prevent access to the gas separator and to open the bypass line, which carries the reactive mixture of oxygen and hydrogen from the other components of the electrolysis system leads out.
Bevorzugt ist das Kontrollsystem dafür eingerichtet , beim Überschreiten der Schwellwerts den elektrischen Strom zum Elektrolyse-Stack abzuschalten . Auf diese Weise wird rechtzeitig eine Erhöhung der Konzentration von Fremd-Sauerstof f in auf der Wasserstof f seite verhindert . The control system is preferably set up to switch off the electrical current to the electrolysis stack when the threshold value is exceeded. In this way, an increase in the concentration of foreign oxygen on the hydrogen side is prevented in good time.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer weiteren Sicherheitsmaßnahme das Kontrollsystem dafür eingerichtet , ein Inertgas in die Kathodenräume des abgeschalteten Elektrolyse-Stacks einzuleiten . Insbesondere wird Stickstof f verwendet , mit dem der Elektrolyse-Stack kathodenseitig durchgespült wird . According to a further safety measure, the control system is advantageously set up to introduce an inert gas into the cathode spaces of the switched off electrolysis stack. In particular, nitrogen is used to flush the electrolysis stack through on the cathode side.
Ein Aus führungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert . Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht : FIG 1 ein erstes Aus führungsbeispiel einer Elektrolysezelle in vertikaler Ausrichtung, An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing. This shows schematically and in a highly simplified manner: FIG 1 shows a first embodiment of an electrolysis cell in vertical orientation,
FIG 2 ein zweites Aus führungsbeispiel einer Elektrolysezelle in hori zontaler Ausrichtung, 2 shows a second exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation,
FIG 3 ein drittes Aus führungsbeispiel einer Elektrolysezelle in hori zontaler Ausrichtung, 3 shows a third exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation,
FIG 4 ein viertes Aus führungsbeispiel einer Elektrolysezelle in hori zontaler Ausrichtung, FIG 4 a fourth embodiment of an electrolysis cell in horizontal orientation,
FIG 5 ein fünftes Aus führungsbeispiel einer Elektrolysezelle in hori zontaler Ausrichtung, und 5 shows a fifth exemplary embodiment of an electrolytic cell in a horizontal orientation, and
FIG 6 eine vertikal ausgerichtete Elektrolysezelle mit nachgeschlagenen Komponenten . FIG 6 a vertically aligned electrolysis cell with components shown.
Gleiche Bezugs zeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung . Like reference symbols have the same meaning in the figures.
In FIG 1 ist eine vertikal ausgerichtete Elektrolysezelle 2 dargestellt , welche Teil eines hier nicht gezeigten Elektrolyseurs zur Spaltung von Wasser in Wasserstof f H2 und Sauerstof f 02 mittels elektrischen Stroms ist . Mehrere solche Elektrolysezellen 2 sind in Elektrolyse-Stacks hintereinan- dergeschaltet . Jede Elektrolysezelle 2 weist eine protonendurchlässige Polymer-Membran 4 auf , auf der beidseitig Elektroden 6 , 8 anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird . Anodenseitig ist eine erste Wasser- Zuleitung 10 zum Zuführen von Wasser zu einem Anodenraum 12 vorgesehen ist . Aus dem Anodenraum 12 wird der in der Elektrolysezelle 2 erzeugte Sauerstof f O2 über eine Sauerstof f- Produktleitung 14 abgeführt . Kathodenseitig ist eine Wasserstof f-Produktleitung 16 zum Abführen des erzeugten Wasserstof fs aus einem Kathodenraum 18 vorgesehen . Gemäß FIG 1 ist zudem auch kathodenseitig eine zweite Wasser-Zuleitung 20 angeschlossen . Somit zirkuliert Wasser nicht nur durch den Anodenraum 12 , sondern auch durch den durch den Kathodenraum 16 . 1 shows a vertically oriented electrolysis cell 2, which is part of an electrolyzer (not shown here) for splitting water into hydrogen f H 2 and oxygen f 0 2 by means of electric current. Several such electrolysis cells 2 are connected one behind the other in electrolysis stacks. Each electrolysis cell 2 has a proton-permeable polymer membrane 4, on which electrodes 6, 8 rest on both sides, to which an external voltage is applied during operation. On the anode side, a first water supply line 10 is provided for supplying water to an anode space 12. The oxygen f O 2 generated in the electrolysis cell 2 is removed from the anode space 12 via an oxygen f product line 14. On the cathode side, a hydrogen product line 16 is provided for discharging the hydrogen produced from a cathode space 18. According to FIG. 1, a second water supply line 20 is also connected on the cathode side. Water therefore circulates not only through the anode space 12, but also through the cathode space 16.
Weiterhin ist ein Kontrollsystem 22 zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse-Stacks vorgesehen, der symbolisch durch den Block 22 angedeutet ist . Mit Hil fe des Kontrollsystems 22 wird im Anodenraum 12 ein höherer Druck pa eingestellt als der Druck pk im Kathodenraum 18 , wobei der anodenseitige Druck pa etwa 2- fach bis 20- fach höher ist . Bevorzugt ist der Druck pa im Anodenraum 12 insbesondere 4- fach bis 7- fach höher ist als der Druck pk im Kathodenraum 18 . Auf diese Weise werden die negativen Folgen eines Membranschadens in Betrieb eines Elektrolyseurs minimiert , da bei einem Durchbruch der Membran 4 weniger Fremdgas durchkommt . Furthermore, a control system 22 is provided for controlling the operation of the electrolysis stacks, which is symbolically indicated by the block 22. With the help of the control system 22 a higher pressure p a is set in the anode chamber 12 than the pressure p k in the cathode chamber 18, the anode-side pressure p a being approximately 2 to 20 times higher. Preferably, the pressure p a in the anode chamber 12 is in particular 4 to 7 times higher than the pressure p k in the cathode chamber 18. In this way, the negative consequences of membrane damage during operation of an electrolyzer are minimized, since less foreign gas gets through if the membrane 4 breaks through.
Die Elektrolysezelle 2 in FIG 2 weist einen hori zontalen Aufbau auf , bei dem der Anodenraum 12 über dem Kathodenraum 18 angeordnet ist . Der Kathodenraum 18 ist dabei lediglich teilgeflutet , d . h . über die zweite Wasser-Zuleitung 20 wird zwar Wasser in den Kathodenraum 18 eingeleitet , allerdings ist der Raum nicht komplett mit Wasser befüllt . The electrolysis cell 2 in FIG. 2 has a horizontal structure in which the anode space 12 is arranged above the cathode space 18. The cathode space 18 is only partially flooded, i.e. H . Although water is introduced into the cathode space 18 via the second water supply line 20, the space is not completely filled with water.
Die hori zontale Elektrolysezelle 2 gemäß FIG 3 unterscheidet sich von der Elektrolysezelle 2 in FIG 2 lediglich dadurch, dass der Anodenraum 12 und der Kathodenraum 18 nicht gleich groß sind, sondern der Anodenraum 12 ist größer ausgebildet als der Kathodenraum 18 , d . h . es liegt eine unsymmetrische Anordnung der Polymer-Membran 4 mit den Elektroden 6 , 8 vor . The horizontal electrolysis cell 2 according to FIG. 3 differs from the electrolysis cell 2 in FIG. 2 only in that the anode chamber 12 and the cathode chamber 18 are not the same size, but the anode chamber 12 is larger than the cathode chamber 18, i.e. there is an asymmetrical arrangement of the polymer membrane 4 with the electrodes 6, 8.
Im Unterschied zu FIG 2 wird in FIG 4 in den Kathodenraum 18 kein flüssiges Wasser zugeführt , sondern Wasserdampf , so dass kathodenseitig eine befeuchtete Halbzelle vorliegt . In contrast to FIG 2 , in FIG 4 no liquid water is supplied into the cathode chamber 18 , but rather water vapor , so that a humidified half cell is present on the cathode side .
Bei der Aus führung der Elektrolysezelle 2 gemäß FIG 5 liegt kathodenseitig ebenfalls eine befeuchtete Halbzelle vor, dabei ist auch hier, wie in FIG 3 , der Anodenraum 12 größer ausgebildet als der Kathodenraum 16 . In the design of the electrolysis cell 2 according to FIG 5, there is also a humidified half-cell on the cathode side, and here too, as in FIG 3, the anode chamber 12 is larger than the cathode chamber 16.
Die im Zusammenhang mit den hori zontal ausgerichteten Elektrolysezellen 2 gemäß Figuren 2 , 3 , 4 und 5 gezeigten Aus führungen lassen sich auch auf vertikal ausgerichtete Elektrolysezelle 2 übertragen und umgekehrt . In FIG 6 sind weitere Komponenten des Elektrolyseurs und deren Zusammenwirkung im Betrieb gezeigt. In der Wasserstoff- Produktleitung 16 ist ein Rekombinationskatalysator 24 zum Rekombinieren integriert, in dem der Wasserstoff H2 und der Sauerstoff 02 zu Wasser rekombiniert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vor und nach dem Rekombinationskatalysator 22 Temperatursensoren, 26, 28 angebracht, die jeweils ein Temperaturwert T2, T2 in der Wasserstoff-Produktleitung 16 erfassen. Die Temperaturwerte T2, T2 werden dem Kontrollsystem 22 zur Verfügung gestellt und daraus wird durch das Kontrollsystem 22 ein Temperatur-Differenzwert AT gebildet und dieser wird mit einem vorgegebenen Schwellwert Ts vergleichen. Anstelle des Temperatur-Differenzwerts AT kann direkt ein gemessener Temperaturwert wie z.B. T2 oder eine andere mit dem Temperaturwert T2 korrelierte Temperatur verwendet werden. Auf diese Weise wird eine Temperaturentwicklung der exothermen Reaktion im Rekombinationskatalysator 24 überwacht . The embodiments shown in connection with the horizontally oriented electrolysis cells 2 according to Figures 2, 3, 4 and 5 can also be transferred to vertically oriented electrolysis cells 2 and vice versa. FIG 6 shows further components of the electrolyzer and how they interact during operation. A recombination catalyst 24 for recombination, in which the hydrogen H 2 and the oxygen O 2 are recombined to form water, is integrated in the hydrogen product line 16. In the exemplary embodiment shown, temperature sensors 26, 28 are installed before and after the recombination catalyst 22, each of which records a temperature value T 2 , T 2 in the hydrogen product line 16. The temperature values T 2 , T 2 are made available to the control system 22, and from this the control system 22 forms a temperature difference value AT, which is compared with a predetermined threshold value T s . Instead of the temperature difference value AT, a measured temperature value such as T 2 or another temperature correlated with the temperature value T 2 can be used directly. In this way, a temperature development of the exothermic reaction in the recombination catalyst 24 is monitored.
Wenn der Temperatur-Differenzwert AT den Schwellwert Ts überschreitet, wird die Wasserstoff-Produktleitung 16 durch das Ventil 30 gesperrt und ein Bypass-Ventil 32 wird geöffnet, so dass die Mischung aus Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 über eine Bypass-Leitung 34 hinausgeleitet wird. Beim Überschreiten der Schwellwerts Ts wird zudem aus Sicherheitsgründen der elektrische Strom zu dem jeweiligen Elektrolyse-Stack abgeschaltet. Zusätzlich wird ein in der zweiten Wasser-Zuleitung 20 eingebautes Stickstoff-Ventil 36 geöffnet, so dass in die Kathodenräume 18 des abgeschalteten Elektrolyse-Stacks Stickstoff N2 oder ein anderes Inertgas eingeleitet wird. If the temperature difference value AT exceeds the threshold value T s , the hydrogen product line 16 is blocked by the valve 30 and a bypass valve 32 is opened so that the mixture of hydrogen H 2 and oxygen O 2 via a bypass line 34 is directed out. If the threshold value T s is exceeded, the electrical current to the respective electrolysis stack is also switched off for safety reasons. In addition, a nitrogen valve 36 installed in the second water supply line 20 is opened so that nitrogen N 2 or another inert gas is introduced into the cathode spaces 18 of the switched-off electrolysis stack.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Elektrolyseur zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) mittels elektrischen Stroms, umfassend eine Vielzahl von Elektrolysezellen (2) , die in Elektrolyse-Stacks aufgeteilt sind, wobei jede Elektrolysezelle (2) eine protonendurchlässige Polymer- Membran (4) aufweist, auf der beidseitig Elektroden (6, 8) anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig eine erste Wasser- Zuleitung (10) zum Zuführen von Wasser zu einem Anodenraum (12) vorgesehen ist, eine Sauerstoff- Produktleitung (14) zum Abführen des erzeugten Sauerstoffs (O2) aus dem Anodenraum (12) angeschlossen ist und kathodenseitig eine Wasserstoff-Produktleitung (16) zum Abführen des erzeugten Wasserstoffs (H2) aus einem Kathodenraum (18) vorgesehen ist, umfassend weiterhin ein Kontrollsystem (22) zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse-Stacks, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, einen höheren Druck (pa) im Anodenraum (12) als im Kathodenraum (18) einzustellen, wobei der Druck (pa) im Anodenraum (12) 2-fach bis 20- fach, insbesondere 4-fach bis 7-fach höher ist als der Druck (pk) im Kathodenraum (18) . 1. Electrolyzer for splitting water into hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) using electric current, comprising a plurality of electrolysis cells (2) which are divided into electrolysis stacks, each electrolysis cell (2) having a proton-permeable polymer Has a membrane (4) on which electrodes (6, 8) rest on both sides, to which an external voltage is applied during operation, a first water supply line (10) being provided on the anode side for supplying water to an anode space (12), an oxygen product line (14) is connected for discharging the generated oxygen (O 2 ) from the anode space (12) and a hydrogen product line (16) is provided on the cathode side for discharging the generated hydrogen (H 2 ) from a cathode space (18). , further comprising a control system (22) for controlling the operation of the electrolysis stacks, characterized in that the control system (22) is set up to set a higher pressure (p a ) in the anode space (12) than in the cathode space (18), wherein the pressure (p a ) in the anode space (12) is 2 times to 20 times, in particular 4 times to 7 times higher than the pressure (p k ) in the cathode space (18).
2. Elektrolyseur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, eine Zirkulation des Wassers im Anodenraum (12) zu ermöglichen. 2. Electrolyzer according to claim 2, characterized in that the control system (22) is arranged to enable circulation of the water in the anode chamber (12).
3. Elektrolyseur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, eine Zirkulation des Wassers im Kathodenraum (18) zu ermöglichen. 4. Elektrolyseur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein horizontaler Zellenaufbau vorliegt, bei dem der Anodenraum (12) über dem Kathodenraum (18) angeordnet ist. 3. Electrolyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the control system (22) is arranged to enable circulation of the water in the cathode chamber (18). 4. Electrolyzer according to one of the preceding claims, characterized in that there is a horizontal cell structure in which the anode chamber (12) is arranged above the cathode chamber (18).
5. Elektrolyseur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasserstoff- Produktleitung (16) ein Rekombinationskatalysator (24) zum Rekombinieren vom Wasserstoff (H2) und dem Sauerstoff (02) zu Wasser integriert ist. 5. Electrolyzer according to one of the preceding claims, characterized in that a recombination catalyst (24) for recombination of hydrogen (H 2 ) and oxygen (0 2 ) to water is integrated in the hydrogen product line (16).
6. Elektrolyseur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, zumindest einen Temperaturwert (T2, T2) in der Wasserstoff-Produktleitung (16) zu erfassen und der Temperaturwert (T2, T2) oder eine mit dem Temperaturwert (T2, T2) korrelierte Temperatur (AT) mit einem Schwellwert (Ts) zu vergleichen und beim Überschreiten des Schwellwerts (Ts) die Wasserstoff- Produktleitung (16) zu sperren und eine Bypass-Leitung (34) zu öffnen. 6. Electrolyzer according to one of the preceding claims, characterized in that the control system (22) is set up to detect at least one temperature value (T 2 , T 2 ) in the hydrogen product line (16) and to compare the temperature value (T 2 , T 2 ) or a temperature (AT) correlated with the temperature value (T 2 , T 2 ) with a threshold value (T s ) and to block the hydrogen product line (16) and to open a bypass line (34) when the threshold value (T s ) is exceeded.
7. Elektrolyseur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, beim Überschreiten des Schwellwerts (Ts) den elektrischen Strom zum jeweiligen Elektrolyse-Stack abzuschalten. 7. Electrolyzer according to claim 6, characterized in that the control system (22) is designed to switch off the electric current to the respective electrolysis stack when the threshold value (T s ) is exceeded.
8. Elektrolyseur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem (22) dafür eingerichtet ist, ein Inertgas (N2) in die Katho- denräume (18) des abgeschalteten Elektrolyse-Stacks einzuleiten . 8. Electrolyzer according to claim 6 or 7, characterized in that the control system (22) is designed to introduce an inert gas (N 2 ) into the cathode spaces (18) of the switched off electrolysis stack.
9. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) mittels elektrischen Stroms, umfassend eine Vielzahl von Elektrolysezellen (2) , die in Elektrolyse-Stacks aufge- teilt sind, wobei jede Elektrolysezelle (2) eine protonendurchlässige Polymer-Membran (4) aufweist, auf der beidseitig Elektroden (6, 8) anliegen, an welche im Betrieb eine äußere Spannung angelegt wird, wobei anodenseitig in einen Anodenraum (12) über eine erste Wasser- Zuleitung (10) Wasser zugefügt wird und der hergestellte Sauerstoff (O2) über eine Sauerstoff-Produktleitung (14) aus dem Anodenraum (12) abgeführt wird und katho- denseitig aus einem Kathodenraum (18) der hergestellte Wasserstoff (H2) über eine Wasserstoff-Produktleitung9. Method for operating an electrolyzer for splitting water into hydrogen (H 2 ) and oxygen (0 2 ) by means of electric current, comprising a plurality of electrolysis cells (2) arranged in electrolysis stacks. are divided, each electrolysis cell (2) having a proton-permeable polymer membrane (4) on which electrodes (6, 8) are applied on both sides, to which an external voltage is applied during operation, wherein on the anode side, water is added to an anode chamber (12) via a first water supply line (10) and the oxygen (O 2 ) produced is discharged from the anode chamber (12) via an oxygen product line (14) and on the cathode side, the hydrogen (H 2 ) produced is discharged from a cathode chamber (18) via a hydrogen product line
(16) abgeführt wird, umfassend weiterhin ein Kontrollsystem (22) zum Steuern des Betriebs der Elektrolyse- Stacks , dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Kontrollsystems (22) im Anodenraum (12) ein höherer Druck (pa) eingestellt wird als im Kathodenraum (18) , wobei der Druck (pa) im Anodenraum 2-fach bis 20-fach, insbesondere 4-fach bis 7-fach höher ist als der Druck (pk) im Kathodenraum. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch den Anodenraum (12) zirkuliert. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch den Kathoden- raum (18) zirkuliert. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasserstoff- Produktleitung (16) ein Rekombinationskatalysator (24) integriert ist, in dem der Wasserstoff (H2) und der Sauerstoff (O2) zu Wasser rekombiniert werden. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperaturwert (Tx, T2) in der Wasserstoff-Produktleitung (16) erfasst wird und der Temperaturwert (T2, T2) oder eine mit dem Temperaturwert korrelierte Temperatur (AT) mit einem Schwellwert (Ts) vergleichen wird und beim Überschreiten des Schwellwerts (Ts) die Wasserstoff- Produktleitung (16) gesperrt und eine Bypass-Leitung (34) geöffnet wird. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, beim Überschreiten des Schwellenwerts (Ts) der elektrische Strom zu dem jeweiligen Elektrolyse-Stack abgeschaltet wird. Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kathodenräume (18) des abgeschalteten Elektrolyse-Stacks ein Inertgas (N2) eingeleitet wird. (16) is discharged, further comprising a control system (22) for controlling the operation of the electrolysis stacks, characterized in that by means of the control system (22) a higher pressure (p a ) is set in the anode chamber (12) than in the cathode chamber (18), wherein the pressure (p a ) in the anode chamber is 2 times to 20 times, in particular 4 times to 7 times higher than the pressure (p k ) in the cathode chamber. Method for operating an electrolyzer according to claim 9, characterized in that water circulates through the anode chamber (12). Method for operating an electrolyzer according to one of claims 9 or 10, characterized in that water circulates through the cathode chamber (18). Method for operating an electrolyzer according to one of claims 9 to 11, characterized in that a recombination catalyst (24) is integrated in the hydrogen product line (16), in which the hydrogen (H 2 ) and the oxygen (O 2 ) are recombined to form water. Method for operating an electrolyzer according to claim 12, characterized in that at least one temperature value (Tx, T 2 ) is detected in the hydrogen product line (16) and the temperature value (T 2 , T 2 ) or a temperature correlated with the temperature value (AT) is compared with a threshold value (T s ) and when the threshold value (T s ) is exceeded, the hydrogen product line (16) is blocked and a bypass line (34) is opened. Method for operating an electrolyzer according to claim 13, characterized in that when the threshold value (T s ) is exceeded, the electrical current to the respective electrolysis stack is switched off. Method for operating an electrolyzer according to claim 14, characterized in that an inert gas (N 2 ) is introduced into the cathode chambers (18) of the switched off electrolysis stack.
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