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EP4567155A1 - Sealing of an electrolysis stack - Google Patents

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Info

Publication number
EP4567155A1
EP4567155A1 EP23214837.9A EP23214837A EP4567155A1 EP 4567155 A1 EP4567155 A1 EP 4567155A1 EP 23214837 A EP23214837 A EP 23214837A EP 4567155 A1 EP4567155 A1 EP 4567155A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolysis
line
anode
cathode
segments
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
EP23214837.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Kress
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 EP23214837.9A priority Critical patent/EP4567155A1/en
Priority to PCT/EP2024/082969 priority patent/WO2025119649A1/en
Publication of EP4567155A1 publication Critical patent/EP4567155A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • C25B9/63Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • C25B9/65Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • the invention relates to an electrolysis stack with multiple electrolysis cells. Furthermore, the invention relates to the use of such an electrolysis stack.
  • 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 series. Pipes are often provided for the supply of the electrolyte and for the discharge of the electrolysis products, which are routed through the diaphragms of the electrolysis cell.
  • Seals are difficult. This is particularly true with regard to the thermal expansion to which electrolysis stacks are often exposed during operation. Thermal expansion is often a problem because, for example, plastic and steel expand at significantly different rates.
  • Reliable sealing is important because otherwise, the electrolysis products may mix with each other. For example, if hydrogen and oxygen, the electrolysis products of water electrolysis, mix, this can result in an explosive mixture.
  • An electrolysis stack can contain several hundred or even over a thousand seals. If one of them fails, it can be difficult to locate and replace it. This is precisely why reliable sealing is so important.
  • the object of the present invention is to provide a simple and reliable method for sealing lines in an electrolysis stack compared to the prior art. In particular, asbestos should be avoided.
  • an electrolysis stack comprises a plurality of electrolysis cells which are lined up along an axis and held adjacent to one another, wherein the electrolysis cells each comprise an anode compartment with an anode, a cathode compartment with a cathode, and a diaphragm arranged between the anode compartment and the cathode compartment.
  • the electrolysis stack further comprises a line which passes through at least the diaphragms and which has a respective anode-side connection to the anode compartments and/or a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the line is composed of a plurality of segments, wherein the segments are each formed circumferentially around an interior of the line, wherein the segments are each formed by a first part and a second part, wherein one of the diaphragms and an elastic element adjacent thereto and formed circumferentially around the interior of the line are held between the first part and the second part.
  • the electrolysis stack described 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. In particular, it is preferred that the electrolysis stack be configured for alkaline electrolysis. However, the advantages described herein can be achieved regardless of which electrolyte is used and which electrolysis products are obtained.
  • the electrolysis stack is preferably configured for high-pressure electrolysis. This is understood to mean electrolysis with an operating pressure of at least 10 bar. The sealing advantages described below are particularly relevant in this context.
  • the electrolysis stack comprises several electrolysis cells.
  • electrolysis can be carried out independently of the other electrolysis cells.
  • several electrolysis cells are provided.
  • the electrolysis cells are arranged in a row along an axis, adjacent to one another.
  • the electrolysis cells are preferably pressed together. This can be achieved, for example, using tension rods. These are rods arranged parallel to the electrolysis cells, via which a force is exerted on the electrolysis cells.
  • the electrolysis cells each comprise an anode compartment with an anode, a cathode compartment with a cathode, and a diaphragm arranged between the anode compartment and the cathode compartment.
  • 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 anodes and cathodes can each be composed of a single piece of metal or of several parts.
  • the cathodes can each be formed by a plate and a supporting fabric made of wire attached to it.
  • the plate can be very thin and very soft.
  • the supporting fabric can hold the plate in shape.
  • anode compartments In general, however, the design of the anode compartments, anodes, cathode compartments, and cathodes is irrelevant for the idea described herein. In particular, any design of anode compartments, anodes, cathode compartments, and cathodes known from the prior art can also be used.
  • the anode chambers and/or the cathode chambers are preferably each designed to withstand a pressure of at least 10 bar.
  • the diaphragms are preferably asbestos-free.
  • the electrolysis stack further comprises a line which passes through at least the diaphragms and which has a respective anode-side connection to the anode compartments and/or a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the line can also pass through other elements, in particular the anodes and the cathodes. If bipolar plates are used, The line also passes through the bipolar plates. If the anodes and/or cathodes are each composed of multiple parts, the line can pass through one or more of these parts. It can be useful for practical reasons for the line to pass through other elements in addition to the diaphragms. However, for the idea described here, it is sufficient for the line to pass through the diaphragms.
  • the electrolysis stack is preferably configured to supply an anolyte to the anode compartments via the line or to discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments.
  • the line can be referred to as an anode-side supply line and in the second case as an anode-side discharge line.
  • the electrolysis stack is preferably configured to supply a catholyte to the cathode compartments via the line or to discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments.
  • the line can be referred to as a cathode-side supply line and in the second case as a cathode-side discharge line.
  • the electrolysis stack is preferably configured to supply an electrolyte to the anode compartments and the cathode compartments via the line.
  • the line can be referred to as a supply line.
  • the electrolysis stack can have one line configured as described in order to achieve the advantages according to the invention. It is irrelevant whether this line is a supply line or a discharge line. It is also irrelevant whether this line is connected only to the anode compartments, only to the cathode compartments, or to both the anode compartments and the cathode compartments. However, it is preferred that the electrolysis stack have a plurality of lines configured as described. This is particularly the case in the following embodiments.
  • the electrolysis stack has an anode-side supply line, an anode-side discharge line, a cathode-side supply line, and a cathode-side discharge line.
  • the anode-side supply line has a respective anode-side connection to the anode compartments.
  • the anode-side discharge line has a respective anode-side connection to the anode compartments.
  • the cathode-side supply line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the cathode-side discharge line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the electrolysis stack is configured to supply an anolyte to the anode compartments via the anode-side supply line, discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments via the anode-side discharge line, supply a catholyte to the cathode compartments via the cathode-side supply line, and discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments via the cathode-side discharge line.
  • the electrolysis stack has a supply line, an anode-side discharge line, and a cathode-side discharge line.
  • the supply line has a respective anode-side connection to the anode compartments and a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the anode-side discharge line has a respective anode-side connection to the anode compartments.
  • the cathode-side discharge line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments.
  • the electrolysis stack is configured to supply an electrolyte to the anode compartments and the cathode compartments via the supply line, to discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments via the anode-side discharge line, and to discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments via the cathode-side discharge line.
  • the line is composed of several segments. Each segment represents an axial section of the line, whereby adjacent segments can overlap axially. Designing the line with segments can facilitate the manufacture and maintenance of the electrolysis stack.
  • the segments can be firmly connected to one another, but this is not required.
  • the segments can They can also be loosely connected and held together by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.
  • the segments are each designed to encircle an interior space of the pipe.
  • the segments can therefore be considered either pipe sections or pipe segments.
  • the segments are each formed by a first part and a second part.
  • the first part and the second part are preferably each formed circumferentially around the interior of the conduit.
  • Dividing the segments into a first and a second part can simplify their manufacture. This division also ensures that the diaphragms are securely held on the line. For this purpose, one of the diaphragms and an elastic element adjacent to the diaphragm and extending around the interior of the line are held between the first and second parts. The diaphragm can be clamped between the two parts. The diaphragm can be held force-fittingly between the two parts, in particular via the elastic element.
  • the elastic element is preferably compressible.
  • the elastic element can help to hold the diaphragm securely between the two parts.
  • the elastic element can press the diaphragm against the second part.
  • the diaphragm preferably rests against a surface of the second part.
  • the surface is preferably textured. This can help to hold the diaphragm sealed to the surface.
  • the elastic element primarily serves to hold the diaphragm securely, the elastic element can also contribute to sealing.
  • the textured design of the surface of the second part supports this.
  • the surface preferably has sealing grooves. This is an example of the described textured design of the surface.
  • the elastic element is preferably annular. Particularly preferably, the elastic element is formed as an O-ring.
  • the elastic element is preferably made of a plastic.
  • sealing is no longer achieved by pressing line segments onto compressible diaphragms. Instead, it is sufficient for the line segments to be held together.
  • the diaphragms are held in place by the elastic element.
  • the elastic element contributes to the sealing of the line.
  • the line is not important how many segments the line is composed of. It has proven particularly advantageous if exactly one of the segments is assigned to each of the electrolysis cells. In this case, the line has exactly one segment per electrolysis cell. In this case, the diaphragm of the electrolysis cell assigned to the segment and an elastic element adjacent to the diaphragm and formed around the interior of the line are preferably held between the first part and the second part. If the line has exactly one segment for each of the electrolysis cells, all diaphragms can be held as described above. However, there is nothing to prevent more or fewer segments than electrolysis cells.
  • bipolar plates are used, the division of the line into segments can also be used to hold the bipolar plates.
  • Bipolar plates are arranged between adjacent electrolysis cells, each held between two adjacent segments.
  • the bipolar plates are held, in particular clamped, between the first part of one of the segments and the second part of the segment following in the axial direction.
  • the fact that the bipolar plates are also held by the line can increase the stability of the electrolysis stack.
  • the segments each have a projection extending in the axial direction and a receptacle, wherein the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction.
  • the projection of one segment engages the recess of the other segment. This allows the segments to be securely held together. It is sufficient for the projection to be inserted into the recess. A force-locking connection between the projection and recess is not required.
  • the segments can also be loosely placed together and held together by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.
  • the projection is preferably configured to extend circumferentially around the interior of the line.
  • the projection can therefore be annular.
  • the receptacle is preferably configured as a counterpart to the projection of the segment following in the axial direction. This is already implicitly contained in the wording that the projection engages in the receptacle.
  • the receptacle is preferably configured to extend circumferentially around the interior of the line.
  • the receptacle can therefore be configured as an annular recess.
  • the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction, sealed by an O-ring.
  • the line is formed by the adjacent segments. To ensure a tight line seal, it may be sufficient to press the segments together. In the present embodiment, however, O-rings are also provided to seal the line. O-rings between the segments seal the interior of the line from the surroundings of the line—in particular, from the anode and cathode compartments. This seal does not interfere with the described connection of the line to the anode and/or cathode compartments.
  • the O-ring can be held in a gap between the receptacle and the projection engaging therein.
  • the O-ring is preferably in contact with both the projection and an edge of the receptacle. The O-ring thus bridges the gap and seals it.
  • the O-ring is preferably arranged radially between the edge of the receptacle and the projection engaging the receptacle.
  • the O-ring can be used to seal the line, while the elastic element is used to hold the diaphragms. These two functions can therefore be separated. Nevertheless, the elastic element can also contribute to sealing the line.
  • the receptacles each have a recess on a radially inner side which is formed circumferentially around the interior of the line, wherein the O-rings are each partially received in one of the recesses.
  • the O-ring is arranged radially between the edge of the receptacle and the projection engaging in the receptacle. This can basically be the case if the O-ring is arranged radially inside the projection or radially outside the projection. In the present embodiment, the O-ring is arranged radially inside the projection. Accordingly, a recess for the O-ring is provided on the radially inner side of the receptacle. The O-ring is partially accommodated in this recess, but not completely. The O-ring therefore protrudes radially outwards beyond the recess. This allows the O-ring to fulfill its function of sealing a gap between the projection and the receptacle. The recess can hold the O-ring in position. This facilitates the manufacture and maintenance of the electrolysis stack.
  • the receptacles and the projections each have a thread, wherein the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction by means of the thread while screwing.
  • the screw connection ensures that the projections are securely held in their respective slots, increasing the stability of the cable.
  • the projections can also be held in the corresponding receptacle in a different manner: force-fitting, form-fitting, or both force-fitting and form-fitting.
  • the projections can also engage loosely in the receptacles and be held therein by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.
  • the segments are each spaced from the segment following in the axial direction by a gap formed outside the projection.
  • the adjacent segments it is sufficient for the adjacent segments to be in contact with each other by the projection engaging the corresponding receptacle. Furthermore, a gap is formed between the segments. This gap has the advantage of being able to compensate for thermal expansion of the segments. This may even make it possible to dispense with the springs commonly used on the tie rods.
  • the first parts and/or the second parts of the segments are each formed from a polymer.
  • the "and" case is preferred.
  • the diaphragms each have a thickness of less than 1 mm.
  • the diaphragms each have a thickness in the range of 0.01 to 0.8 mm.
  • This embodiment is in particular in contrast to the solutions known from the prior art with diaphragms made of asbestos, which, for example, have a thickness of 3 mm. Instead, the present embodiment provides for the use of diaphragms with a thickness of less than 1 mm, for example with a thickness of 0.5 mm.
  • the diaphragms are preferably incompressible.
  • the diaphragms are preferably asbestos-free. Due to the small thickness, it is not possible to achieve the seal solely through the elasticity of the diaphragms and external pressure, as in the prior art. However, the described design of the segments with the elastic element still achieves a good seal.
  • the described form of sealing has the advantage over sealing by pressing pipe sections onto the diaphragms that thermal expansion has a lesser influence on the tightness.
  • the diaphragms are held only force-fitting between the elastic element and the second part of the respective segment.
  • the diaphragms are held between the parts of the respective segment by the elastic element.
  • the elastic element in particular, contributes to the frictional retention of the diaphragms.
  • the described advantages and features of the electrolysis stack are applicable and transferable to the application, and vice versa.
  • the described electrolysis stack is preferably designed for alkaline electrolysis.
  • the electrolysis is preferably a high-pressure electrolysis.
  • the electrolysis is preferably operated at an operating pressure of at least 10 bar, for example, at an operating pressure of 30 bar.
  • the described advantages regarding sealing are particularly relevant in connection with such high pressures.
  • Fig. 1 shows an electrolysis stack 1 with four electrolysis cells 2.
  • the electrolysis stack 1 can be used for alkaline water electrolysis.
  • the electrolysis cells 2 are arranged in a row along an axis 3.
  • the electrolysis cells 2 each comprise an anode chamber 4 with an anode 6, a cathode chamber 5 with a cathode 7, and a diaphragm 8 arranged between the anode chamber 4 and the cathode chamber 5.
  • the diaphragms 8 each have a thickness of less than 1 mm. In the illustration of the Fig. 1
  • the thickness of the diaphragms 8 is the extension of the diaphragms 8 in the right/left direction.
  • the anodes 6 and the cathodes 7 are each arranged close to the intermediate diaphragm 8.
  • the electrolysis cells 2 are connected to one another by bipolar plates 24.
  • an end plate 25 is provided instead of a bipolar plate 24.
  • the anodes 6 and the cathodes 7 are each electrically connected to one of the bipolar plates 24 or one of the end plates 25. This is indicated schematically by hatched connections.
  • the electrolysis stack 1 further comprises two lines 9, which pass through the diaphragms 8, the anodes 6 and the cathodes 7, respectively.
  • Fig. 1 The line 9 shown above has a respective anode-side connection 10 to the anode compartments 4. An anolyte can be supplied to the anode compartments 4 via this line 9. Alternatively, a mixture of anode-side reaction products and unused anolyte can be discharged from the anode compartments 4 via this line 9.
  • the Fig. 1 Line 9 shown below has a respective cathode-side connection 11 to the cathode compartments 5. A catholyte can be supplied to the cathode compartments 5 via this line 9. Alternatively, a mixture of cathode-side reaction products and unused catholyte can be discharged from the cathode compartments 5 via this line 9.
  • the lines 9 are each composed of several segments 12. This is shown in Fig. 1 only indicated schematically by dotted lines. This is shown in more detail in the following figures.
  • Each of the electrolysis cells 2 is assigned one of the segments 12.
  • the segments 12 are each formed circumferentially around an interior space 13 of the line 9.
  • Fig. 2 shows a section of the electrolysis stack 1 from Fig. 1 .
  • One of the lines 9 can be seen.
  • the representation of the Fig. 2 applies to both Fig. 1 marked lines 9.
  • Openings can be seen distributed around the circumference of the line 9, which represent the anode-side connections 10 and the cathode-side connections 11, respectively. Three of the segments 12 are shown. These are shown in more detail in the following figures.
  • Fig. 3 shows an excerpt from Fig. 2 .
  • the segments 12 are each formed by a first part 14 and a second part 15 made of a polymer. Between the first part 14 and the second part 15, the diaphragm 8 of the electrolysis cell 2 assigned to the segment 12 and an elastic element 16 adjacent to the diaphragm 8 and formed to encircle the interior 13 of the line 9 are held. The diaphragms 8 are held merely in a force-fitting manner between the elastic element 16 and the second part 15 of the segment 12 assigned to the respective electrolysis cell 1.
  • the segments 12 each have a section extending in the axial direction (in the example of the Fig. 3 to the left) and a receptacle 18.
  • the projections 17 each engage, sealed by an O-ring 19, in the receptacle 18 of the segment 12 following in the axial direction.
  • the receptacles 18 each have a recess 21 on a radially inner side 20 that extends around the interior 13 of the line 9.
  • the O-rings 19 are each partially received in one of the recesses 21.
  • the receptacles 18 and the projections 17 each have a thread 22.
  • the projections 17 each engage, by means of the thread 22, into the receptacle 18 of the segment 12 following in the axial direction.
  • the segments 12 are each spaced apart from the segment 12 following in the axial direction by a gap 23 formed outside the projection 17.
  • Fig. 3 It can be seen that the bipolar plates 24 are held between the segments 12.
  • the bipolar plates 24 are each held between the first part 14 of one of the segments 12 and the second part 15 of the segment 12 following in the axial direction.
  • Fig. 4 shows a segment 12 for a line 9, as it is in the electrolysis stack 1 from the Fig. 1 to 3 can be used.
  • the first part 14, the second part 15, the elastic element 16 and the O-ring 19 can be seen in particular.

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Abstract

Elektrolysestack (1) umfassend mehrere Elektrolysezellen (2), welche jeweils einen Anodenraum (4) mit einer Anode (6), einen Kathodenraum (5) mit einer Kathode (7) und ein Diaphragma (8) umfassen, wobei der Elektrolysestack (1) weiterhin eine Leitung (9) aufweist, welche zumindest die Diaphragmen (8) durchtritt und welche eine jeweilige anodenseitige Verbindung (10) zu den Anodenräumen (4) und/oder eine jeweilige kathodenseitige Verbindung (11) zu den Kathodenräumen (5) aufweist, wobei die Leitung (9) aus mehreren Segmenten (12) zusammengesetzt ist, wobei die Segmente (12) jeweils umlaufend um einen Innenraum (13) der Leitung (9) ausgebildet sind, wobei die Segmente (12) jeweils durch ein erstes Teil (14) und ein zweites Teil (15) gebildet sind, wobei zwischen dem ersten Teil (14) und dem zweiten Teil (15) jeweils eines der Diaphragmen (8) sowie ein daran anliegendes und um den Innenraum (13) der Leitung (9) umlaufend ausgebildetes elastisches Element (16) gehalten sind.Electrolysis stack (1) comprising a plurality of electrolysis cells (2), each comprising an anode chamber (4) with an anode (6), a cathode chamber (5) with a cathode (7) and a diaphragm (8), wherein the electrolysis stack (1) further comprises a line (9) which passes through at least the diaphragms (8) and which has a respective anode-side connection (10) to the anode chambers (4) and/or a respective cathode-side connection (11) to the cathode chambers (5), wherein the line (9) is composed of a plurality of segments (12), wherein the segments (12) are each formed circumferentially around an interior space (13) of the line (9), wherein the segments (12) are each formed by a first part (14) and a second part (15), wherein between the first part (14) and the second part (15) in each case one of the diaphragms (8) and a contacting therewith and the interior (13) of the line (9) is held by an elastic element (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolysestack mit mehreren Elektrolysezellen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Elektrolysestacks.The invention relates to an electrolysis stack with multiple electrolysis cells. Furthermore, the invention relates to the use of such an electrolysis stack.

Elektrolyse beispielsweise von Wasser wird im industriellen Maßstab meist mit sogenannten Elektrolysestacks durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von aneinandergereihten Elektrolysezellen. Für die Zuleitung des Elektrolyten und für die Ableitung der Elektrolyseprodukte sind dabei oft Leitungen vorgesehen, welche durch die Diaphragmen der Elektrolysezelle hindurchgeführt sind. Bei bekannten Lösungen dieser Art ist aber die Abdichtung dieser Leitungen schwierig. Das gilt insbesondere mit Blick auf die thermische Ausdehnung, der Elektrolysestacks im Betrieb oft ausgesetzt sind. Die thermische Ausdehnung ist oft ein Problem, weil sich beispielsweise Kunststoff und Stahl um Größenordnungen unterschiedlich ausdehnen.Electrolysis of water, for example, is usually carried out on an industrial scale using so-called electrolysis stacks. These consist of a large number of electrolysis cells arranged in series. Pipes are often provided for the supply of the electrolyte and for the discharge of the electrolysis products, which are routed through the diaphragms of the electrolysis cell. However, with conventional solutions of this type, sealing these pipes is difficult. This is particularly true with regard to the thermal expansion to which electrolysis stacks are often exposed during operation. Thermal expansion is often a problem because, for example, plastic and steel expand at significantly different rates.

Eine zuverlässige Abdichtung ist wichtig, weil es ansonsten dazu kommen kann, dass sich die Elektrolyseprodukte miteinander vermischen. Vermischen sich beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff als die Elektrolyseprodukte einer Wasserelektrolyse, kann dies ein explosives Gemisch ergeben.Reliable sealing is important because otherwise, the electrolysis products may mix with each other. For example, if hydrogen and oxygen, the electrolysis products of water electrolysis, mix, this can result in an explosive mixture.

Ein Elektrolysestack kann mehrere Hundert oder sogar über Tausend Dichtungen aufweisen. Versagt eine davon, kann es schwierig sein, diese zu finden und auszutauschen. Gerade deshalb ist eine zuverlässige Abdichtung von großer Bedeutung.An electrolysis stack can contain several hundred or even over a thousand seals. If one of them fails, it can be difficult to locate and replace it. This is precisely why reliable sealing is so important.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Lösungen bekannt, bei welchen Diaphragmen aus Asbest verwendet werden. Die Dicke dieser Diaphragmen kann beispielsweise bei 3 mm liegen. Durch die Verwendung von Asbest sind diese Diaphragmen hochkomprimierbar. Dadurch kann eine Abdichtung einfach dadurch erreicht werden, dass Leitungsstücke auf die Diaphragmen gedrückt werden. Heute ist die Verwendung von Asbest allerdings nicht mehr gewünscht oder sogar gar nicht mehr zulässig. Mit alternativ verfügbaren Materialien für die Diaphragmen ist eine vergleichbare Konstruktion nicht ohne Weiteres möglich.State-of-the-art solutions, in particular, involve the use of asbestos diaphragms. These diaphragms can be as thick as 3 mm, for example. The use of asbestos makes these diaphragms highly compressible. This allows sealing to be achieved simply by pressing pipe sections onto the diaphragms. However, the use of asbestos is no longer desirable or even permitted. A comparable construction is not readily possible with alternative diaphragm materials available.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gegenüber dem Stand der Technik eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zu schaffen, Leitungen in einem Elektrolysestack abzudichten. Dabei soll insbesondere auf Asbest verzichtet werden.The object of the present invention is to provide a simple and reliable method for sealing lines in an electrolysis stack compared to the prior art. In particular, asbestos should be avoided.

Diese Aufgaben werden gelöst mit dem Elektrolysestack und dessen Verwendung 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.These objects are achieved with the electrolysis stack and its use according to the independent claims. Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims. The features presented in the claims and in the description can be combined with one another in any technologically expedient manner.

Erfindungsgemäß wird ein Elektrolysestack vorgestellt. Der Elektrolysestack umfasst mehrere Elektrolysezellen, welche entlang einer Achse aufgereiht aneinander anliegend gehalten sind, wobei die Elektrolysezellen jeweils einen Anodenraum mit einer Anode, einen Kathodenraum mit einer Kathode und ein zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum angeordnetes Diaphragma umfassen, wobei der Elektrolysestack weiterhin eine Leitung aufweist, welche zumindest die Diaphragmen durchtritt und welche eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen und/oder eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen aufweist, wobei die Leitung aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, wobei die Segmente jeweils umlaufend um einen Innenraum der Leitung ausgebildet sind, wobei die Segmente jeweils durch ein erstes Teil und ein zweites Teil gebildet sind, wobei zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil jeweils eines der Diaphragmen sowie ein daran anliegendes und um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildetes elastisches Element gehalten sind.According to the invention, an electrolysis stack is presented. The electrolysis stack comprises a plurality of electrolysis cells which are lined up along an axis and held adjacent to one another, wherein the electrolysis cells each comprise an anode compartment with an anode, a cathode compartment with a cathode, and a diaphragm arranged between the anode compartment and the cathode compartment. The electrolysis stack further comprises a line which passes through at least the diaphragms and which has a respective anode-side connection to the anode compartments and/or a respective cathode-side connection to the cathode compartments. The line is composed of a plurality of segments, wherein the segments are each formed circumferentially around an interior of the line, wherein the segments are each formed by a first part and a second part, wherein one of the diaphragms and an elastic element adjacent thereto and formed circumferentially around the interior of the line are held between the first part and the second part.

Der beschriebene Elektrolysestack 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 der Elektrolysestack 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 der Elektrolysestack 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 in Bezug auf die Abdichtung relevant.The electrolysis stack described 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. In particular, it is preferred that the electrolysis stack be configured for alkaline electrolysis. However, the advantages described herein can be achieved regardless of which electrolyte is used and which electrolysis products are obtained. The electrolysis stack is preferably configured for high-pressure electrolysis. This is understood to mean electrolysis with an operating pressure of at least 10 bar. The sealing advantages described below are particularly relevant in this context.

Der Elektrolysestack umfasst mehrere Elektrolysezellen. In jeder der Elektrolysezellen kann die Elektrolyse unabhängig von den übrigen Elektrolysezellen durchgeführt werden. Um die Elektrolyseprodukte in großem Umfang erhalten zu können, sind mehrere der Elektrolysezellen vorgesehen. Die Elektrolysezellen sind entlang einer Achse aufgereiht aneinander anliegend gehalten. Vorzugsweise werden die Elektrolysezellen dabei aneinandergedrückt. Das kann beispielsweise über Zuganker oder sogenannte Tie Rods erreicht werden. Dabei handelt es sich um Stäbe, welche parallel zu den Elektrolysezellen angeordnet sind und über welche eine Kraft auf die Elektrolysezellen ausgeübt wird.The electrolysis stack comprises several electrolysis cells. In each of the electrolysis cells, electrolysis can be carried out independently of the other electrolysis cells. In order to obtain the electrolysis products on a large scale, several electrolysis cells are provided. The electrolysis cells are arranged in a row along an axis, adjacent to one another. The electrolysis cells are preferably pressed together. This can be achieved, for example, using tension rods. These are rods arranged parallel to the electrolysis cells, via which a force is exerted on the electrolysis cells.

Die Elektrolysezellen umfassen jeweils einen Anodenraum mit einer Anode, einen Kathodenraum mit einer Kathode und ein zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum angeordnetes Diaphragma. 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. Die Anoden und die Kathoden können jeweils aus einem Metallstück oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Beispielsweise können die Kathoden jeweils durch eine Platte und ein daran anliegendes Stützgewebe aus Draht gebildet sein. Die Platte kann dabei sehr dünn und sehr weich sein. Das Stützgewebe kann die Platte in Form halten. Allgemein ist es für die hierin beschriebene Idee aber unerheblich, wie die Anodenräume, Anoden, Kathodenräume und Kathoden gestaltet sind. Insbesondere kann auch jede aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltung von Anodenräumen, Anoden, Kathodenräumen und Kathoden verwendet werden.The electrolysis cells each comprise an anode compartment with an anode, a cathode compartment with a cathode, and a diaphragm arranged between the anode compartment and the cathode compartment. 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 anodes and cathodes can each be composed of a single piece of metal or of several parts. For example, the cathodes can each be formed by a plate and a supporting fabric made of wire attached to it. The plate can be very thin and very soft. The supporting fabric can hold the plate in shape. In general, however, the design of the anode compartments, anodes, cathode compartments, and cathodes is irrelevant for the idea described herein. In particular, any design of anode compartments, anodes, cathode compartments, and cathodes known from the prior art can also be used.

Die Anodenräume und/oder die Kathodenräume sind vorzugsweise jeweils dazu ausgebildet, einem Druck von mindestens 10 bar standzuhalten. Die Diaphragmen sind vorzugsweise asbestfrei.The anode chambers and/or the cathode chambers are preferably each designed to withstand a pressure of at least 10 bar. The diaphragms are preferably asbestos-free.

Der Elektrolysestack weist weiterhin eine Leitung auf, welche zumindest die Diaphragmen durchtritt und welche eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen und/oder eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen aufweist. Die Leitung kann neben den Diaphragmen auch weitere Elemente durchtreten, insbesondere die Anoden und die Kathoden. Werden Bipolarplatten verwendet, kann die Leitung auch die Bipolarplatten durchtreten. Sind die Anoden und/oder die Kathoden jeweils aus mehreren Teilen zusammengesetzt, kann die Leitung jeweils eines oder mehrere dieser Teile durchtreten. Dass die Leitung neben den Diaphragmen auch weitere Elemente durchtritt, kann aus praktischen Gründen sinnvoll sein. Für die hierin beschriebene Idee ist es allerdings ausreichend, dass die Leitung die Diaphragmen durchtritt.The electrolysis stack further comprises a line which passes through at least the diaphragms and which has a respective anode-side connection to the anode compartments and/or a respective cathode-side connection to the cathode compartments. In addition to the diaphragms, the line can also pass through other elements, in particular the anodes and the cathodes. If bipolar plates are used, The line also passes through the bipolar plates. If the anodes and/or cathodes are each composed of multiple parts, the line can pass through one or more of these parts. It can be useful for practical reasons for the line to pass through other elements in addition to the diaphragms. However, for the idea described here, it is sufficient for the line to pass through the diaphragms.

Weist die Leitung die anodenseitigen Verbindungen auf, nicht jedoch die kathodenseitigen Verbindungen, ist der Elektrolysestack vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Anolyten über die Leitung den Anodenräumen zuzuführen oder anodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Anodenräumen abzuleiten. Die Leitung kann in dem ersten Fall als eine anodenseitige Zuleitung bezeichnet werden und in dem zweiten Fall als eine anodenseitige Ableitung.If the line has the anode-side connections but not the cathode-side connections, the electrolysis stack is preferably configured to supply an anolyte to the anode compartments via the line or to discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments. In the first case, the line can be referred to as an anode-side supply line and in the second case as an anode-side discharge line.

Weist die Leitung die kathodenseitigen Verbindungen auf, nicht jedoch die anodenseitigen Verbindungen, ist der Elektrolysestack vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Katholyten über die Leitung den Kathodenräumen zuzuführen oder kathodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Kathodenräumen abzuleiten. Die Leitung kann in dem ersten Fall als eine kathodenseitige Zuleitung bezeichnet werden und in dem zweiten Fall als eine kathodenseitige Ableitung.If the line has the cathode-side connections but not the anode-side connections, the electrolysis stack is preferably configured to supply a catholyte to the cathode compartments via the line or to discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments. In the first case, the line can be referred to as a cathode-side supply line and in the second case as a cathode-side discharge line.

Weist die Leitung die anodenseitigen Verbindungen sowie die kathodenseitigen Verbindungen auf, ist der Elektrolysestack vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Elektrolyten über die Leitung den Anodenräumen und den Kathodenräumen zuzuführen. Die Leitung kann in dem Fall als eine Zuleitung bezeichnet werden.If the line has both the anode-side connections and the cathode-side connections, the electrolysis stack is preferably configured to supply an electrolyte to the anode compartments and the cathode compartments via the line. In this case, the line can be referred to as a supply line.

Die hierin beschriebenen Vorteile können für all die zuvor beschriebenen Zuleitungen und Ableitungen erzielt werden. Es genügt daher, dass der Elektrolysestack eine wie beschrieben ausgebildete Leitung aufweist, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen. Dabei ist unerheblich, ob diese Leitung eine Zuleitung oder eine Ableitung ist. Auch ist unerheblich, ob diese Leitung nur an die Anodenräume, nur an die Kathodenräume oder an die Anodenräume und an die Kathodenräume zugleich angebunden ist. Bevorzugt ist jedoch, dass der Elektrolysestack mehrere wie beschrieben ausgebildete Leitungen aufweist. Das ist insbesondere bei den folgenden Ausführungsformen der Fall.The advantages described herein can be achieved for all the previously described supply and discharge lines. It is therefore sufficient for the electrolysis stack to have one line configured as described in order to achieve the advantages according to the invention. It is irrelevant whether this line is a supply line or a discharge line. It is also irrelevant whether this line is connected only to the anode compartments, only to the cathode compartments, or to both the anode compartments and the cathode compartments. However, it is preferred that the electrolysis stack have a plurality of lines configured as described. This is particularly the case in the following embodiments.

In einer ersten Ausführungsform weist der Elektrolysestack eine anodenseitige Zuleitung, eine anodenseitige Ableitung, eine kathodenseitige Zuleitung und eine kathodenseitige Ableitung auf. Die anodenseitige Zuleitung hat eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen. Die anodenseitige Ableitung hat eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen. Die kathodenseitige Zuleitung hat eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen. Die kathodenseitige Ableitung hat eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen. Der Elektrolysestack ist dazu eingerichtet, über die anodenseitige Zuleitung einen Anolyten den Anodenräumen zuzuführen, über die anodenseitige Ableitung anodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Anodenräumen abzuleiten, über die kathodenseitige Zuleitung einen Katholyten den Kathodenräumen zuzuführen und über die kathodenseitige Ableitung kathodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Kathodenräumen abzuleiten.In a first embodiment, the electrolysis stack has an anode-side supply line, an anode-side discharge line, a cathode-side supply line, and a cathode-side discharge line. The anode-side supply line has a respective anode-side connection to the anode compartments. The anode-side discharge line has a respective anode-side connection to the anode compartments. The cathode-side supply line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments. The cathode-side discharge line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments. The electrolysis stack is configured to supply an anolyte to the anode compartments via the anode-side supply line, discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments via the anode-side discharge line, supply a catholyte to the cathode compartments via the cathode-side supply line, and discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments via the cathode-side discharge line.

In einer zweiten Ausführungsform weist der Elektrolysestack eine Zuleitung, eine anodenseitige Ableitung und eine kathodenseitige Ableitung auf. Die Zuleitung hat eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen und eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen. Die anodenseitige Ableitung hat eine jeweilige anodenseitige Verbindung zu den Anodenräumen. Die kathodenseitige Ableitung hat eine jeweilige kathodenseitige Verbindung zu den Kathodenräumen. Der Elektrolysestack ist dazu eingerichtet, über die Zuleitung einen Elektrolyten den Anodenräumen und den Kathodenräumen zuzuführen, über die anodenseitige Ableitung anodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Anodenräumen abzuleiten und über die kathodenseitige Ableitung kathodenseitige Elektrolyseprodukte aus den Kathodenräumen abzuleiten.In a second embodiment, the electrolysis stack has a supply line, an anode-side discharge line, and a cathode-side discharge line. The supply line has a respective anode-side connection to the anode compartments and a respective cathode-side connection to the cathode compartments. The anode-side discharge line has a respective anode-side connection to the anode compartments. The cathode-side discharge line has a respective cathode-side connection to the cathode compartments. The electrolysis stack is configured to supply an electrolyte to the anode compartments and the cathode compartments via the supply line, to discharge anode-side electrolysis products from the anode compartments via the anode-side discharge line, and to discharge cathode-side electrolysis products from the cathode compartments via the cathode-side discharge line.

Für die zur ersten Ausführungsform und zur zweiten Ausführungsform beschriebenen Zuleitungen und Ableitungen gilt das hierin für die Leitung Beschriebene jeweils entsprechend. Nachfolgend wird lediglich der Einfachheit halber allgemein auf "die Leitung" abgestellt.The description herein for the line applies accordingly to the supply lines and discharge lines described for the first and second embodiments. For the sake of simplicity, the general reference to "the line" will be made below.

Die Leitung ist aus mehreren Segmenten zusammengesetzt. Die Segmente stellen jeweils einen axialen Abschnitt der Leitung dar, wobei benachbarte der Segmente axial überlappen können. Die Ausgestaltung der Leitung mit Segmenten kann die Herstellung und die Wartung des Elektrolysestacks erleichtern. Die Segmente können fest miteinander verbunden sein. Das ist allerdings nicht erforderlich. Die Segmente können auch lose aneinandergesetzt sein und über eine externe Kraft aneinander gehalten sein. Diese externe Kraft kann die gleiche Kraft sein, welche auch die Elektrolysezellen aneinander hält.The line is composed of several segments. Each segment represents an axial section of the line, whereby adjacent segments can overlap axially. Designing the line with segments can facilitate the manufacture and maintenance of the electrolysis stack. The segments can be firmly connected to one another, but this is not required. The segments can They can also be loosely connected and held together by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.

Die Segmente sind jeweils umlaufend um einen Innenraum der Leitung ausgebildet. Die Segmente können also als Leitungsabschnitte oder als Rohrstücke aufgefasst werden.The segments are each designed to encircle an interior space of the pipe. The segments can therefore be considered either pipe sections or pipe segments.

Die Segmente sind jeweils durch ein erstes Teil und ein zweites Teil gebildet. Das erste Teil und das zweite Teil sind vorzugsweise jeweils um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildet.The segments are each formed by a first part and a second part. The first part and the second part are preferably each formed circumferentially around the interior of the conduit.

Die Unterteilung der Segmente in das erste Teil und das zweite Teil kann die Herstellung der Segmente erleichtern. Weiterhin ermöglicht diese Unterteilung, dass die Diaphragmen sicher an der Leitung gehalten sind. Dazu ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil jeweils eines der Diaphragmen sowie ein daran anliegendes und um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildetes elastisches Element gehalten sind. Das Diaphragma kann zwischen den beiden Teilen eingeklemmt sein. Dabei kann das Diaphragma kraftschlüssig zwischen den beiden Teilen gehalten sein, insbesondere über das elastische Element. Das elastische Element ist vorzugsweise komprimierbar.Dividing the segments into a first and a second part can simplify their manufacture. This division also ensures that the diaphragms are securely held on the line. For this purpose, one of the diaphragms and an elastic element adjacent to the diaphragm and extending around the interior of the line are held between the first and second parts. The diaphragm can be clamped between the two parts. The diaphragm can be held force-fittingly between the two parts, in particular via the elastic element. The elastic element is preferably compressible.

Das elastische Element kann dazu beitragen, das Diaphragma sicher zwischen den beiden Teilen zu halten. Das elastische Element kann das Diaphragma gegen das zweite Teil drücken. Das Diaphragma liegt vorzugsweise an einer Fläche des zweiten Teils an. Die Fläche ist vorzugsweise strukturiert. Das kann dazu beitragen, dass das Diaphragma unter Abdichtung an der Fläche gehalten ist. Auch wenn das elastische Element in erster Linie dazu dient, das Diaphragma sicher zu halten, kann das elastische Element auch zur Abdichtung beitragen. Die strukturierte Ausgestaltung der Fläche des zweiten Teils unterstützt dies. Die Fläche weist vorzugsweise Dichtrillen auf. Dies ist ein Beispiel für die beschriebene strukturierte Ausgestaltung der Fläche.The elastic element can help to hold the diaphragm securely between the two parts. The elastic element can press the diaphragm against the second part. The diaphragm preferably rests against a surface of the second part. The surface is preferably textured. This can help to hold the diaphragm sealed to the surface. Although the elastic element primarily serves to hold the diaphragm securely, the elastic element can also contribute to sealing. The textured design of the surface of the second part supports this. The surface preferably has sealing grooves. This is an example of the described textured design of the surface.

Das elastische Element ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das elastische Element als ein O-Ring ausgebildet. Das elastische Element ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet. Durch die Verwendung des elastischen Elements müssen die Diaphragmen nicht elastisch sein, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Diaphragmen aus Asbest der Fall ist.The elastic element is preferably annular. Particularly preferably, the elastic element is formed as an O-ring. The elastic element is preferably made of a plastic. By using the elastic element, the diaphragms do not have to be elastic, as is the case with the asbestos diaphragms known from the prior art.

Die Abdichtung wird bei dem beschriebenen Elektrolysestack nicht mehr erreicht, indem Leitungsstücke auf komprimierbare Diaphragmen gedrückt werden. Stattdessen genügt es, dass die Segmente der Leitung aneinander gehalten sind. Die Diaphragmen werden dabei durch das elastische Element gehalten. Das elastische Element trägt dabei zur Abdichtung der Leitung bei.In the electrolysis stack described, sealing is no longer achieved by pressing line segments onto compressible diaphragms. Instead, it is sufficient for the line segments to be held together. The diaphragms are held in place by the elastic element. The elastic element contributes to the sealing of the line.

Um die hierin beschriebenen Vorteile zu erzielen, kommt es nicht darauf an, aus wie vielen Segmenten die Leitung zusammengesetzt ist. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass jeder der Elektrolysezellen jeweils genau eines der Segmente zugeordnet ist. Die Leitung hat in dem Fall pro Elektrolysezelle genau ein Segment. In dem Fall sind vorzugsweise zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil jeweils das Diaphragma der dem Segment zugeordneten Elektrolysezelle sowie ein an dem Diaphragma anliegendes und um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildetes elastisches Element gehalten. Weist die Leitung für jede der Elektrolysezellen genau ein Segment auf, können alle Diaphragmen wie zuvor beschrieben gehalten sein. Allerdings sprich auch nichts dagegen, mehr oder weniger Segmente als Elektrolysezellen vorzusehen.In order to achieve the advantages described here, it is not important how many segments the line is composed of. It has proven particularly advantageous if exactly one of the segments is assigned to each of the electrolysis cells. In this case, the line has exactly one segment per electrolysis cell. In this case, the diaphragm of the electrolysis cell assigned to the segment and an elastic element adjacent to the diaphragm and formed around the interior of the line are preferably held between the first part and the second part. If the line has exactly one segment for each of the electrolysis cells, all diaphragms can be held as described above. However, there is nothing to prevent more or fewer segments than electrolysis cells.

Werden Bipolarplatten verwendet, kann die Unterteilung der Leitung in die Segmente auch dazu genutzt werden die Bipolarplatten zu halten. Es ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten der Elektrolysezellen Bipolarplatten angeordnet sind, welche jeweils zwischen zwei benachbarten der Segmente gehalten sind. Vorzugsweise sind die Bipolarplatten jeweils zwischen dem ersten Teil eines der Segmente und dem zweiten Teil des in axialer Richtung folgenden Segments gehalten, insbesondere eingeklemmt. Dass auch die Bipolarplatten über die Leitung gehalten sind, kann die Stabilität des Elektrolysestacks erhöhen.If bipolar plates are used, the division of the line into segments can also be used to hold the bipolar plates. Bipolar plates are arranged between adjacent electrolysis cells, each held between two adjacent segments. Preferably, the bipolar plates are held, in particular clamped, between the first part of one of the segments and the second part of the segment following in the axial direction. The fact that the bipolar plates are also held by the line can increase the stability of the electrolysis stack.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks weisen die Segmente jeweils einen sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung sowie eine Aufnahme auf, wobei die Vorsprünge jeweils in die Aufnahme des in axialer Richtung folgenden Segments eingreifen.In a preferred embodiment of the electrolysis stack, the segments each have a projection extending in the axial direction and a receptacle, wherein the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction.

Bei zwei aneinander angrenzenden der Segmente greift also der Vorsprung des einen Segments in die Aufnahme des anderen Segments ein. Dadurch können die Segmente sicher aneinander gehalten sein. Es genügt, dass der Vorsprung in die Aufnahme eingesteckt ist. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Vorsprung und Aufnahme ist nicht erforderlich. Die Segmente können auch lose aneinandergesetzt sein und über eine externe Kraft aneinander gehalten sein. Diese externe Kraft kann die gleiche Kraft sein, welche auch die Elektrolysezellen aneinander hält.When two adjacent segments are used, the projection of one segment engages the recess of the other segment. This allows the segments to be securely held together. It is sufficient for the projection to be inserted into the recess. A force-locking connection between the projection and recess is not required. The segments can also be loosely placed together and held together by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.

Der Vorsprung ist vorzugsweise um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildet. Der Vorsprung kann also ringförmig ausgebildet sein. Die Aufnahme ist vorzugsweise als ein Gegenstück zu dem Vorsprung des in axialer Richtung folgenden Segments ausgebildet. Das ist bereits implizit in der Formulierung enthalten, dass der Vorsprung in die Aufnahme eingreift. Die Aufnahme ist vorzugsweise um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildet. Die Aufnahme kann also als ringförmige Ausnehmung ausgebildet sein.The projection is preferably configured to extend circumferentially around the interior of the line. The projection can therefore be annular. The receptacle is preferably configured as a counterpart to the projection of the segment following in the axial direction. This is already implicitly contained in the wording that the projection engages in the receptacle. The receptacle is preferably configured to extend circumferentially around the interior of the line. The receptacle can therefore be configured as an annular recess.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks greifen die Vorsprünge jeweils unter Abdichtung durch einen O-Ring in die Aufnahme des in axialer Richtung folgenden Segments ein.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction, sealed by an O-ring.

Die Leitung wird durch die aneinander angrenzenden Segmente gebildet. Damit die Leitung dicht ist, kann es genügen, die Segmente aneinander zu drücken. In der vorliegenden Ausführungsform sind darüber hinaus jedoch O-Ringe zur Abdichtung der Leitung vorgesehen. Durch O-Ringe zwischen den Segmenten ist der Innenraum der Leitung gegenüber einer Umgebung der Leitung - also insbesondere gegenüber den Anodenräumen und den Kathodenräumen - abgedichtet. Diese Abdichtung steht der beschriebenen Anbindung der Leitung an die Anodenräume und/oder die Kathodenräume nicht entgegen.The line is formed by the adjacent segments. To ensure a tight line seal, it may be sufficient to press the segments together. In the present embodiment, however, O-rings are also provided to seal the line. O-rings between the segments seal the interior of the line from the surroundings of the line—in particular, from the anode and cathode compartments. This seal does not interfere with the described connection of the line to the anode and/or cathode compartments.

Der O-Ring kann jeweils in einem Spalt zwischen Aufnahme und darin eingreifendem Vorsprung gehalten sein. Dabei steht der O-Ring vorzugsweise sowohl mit dem Vorsprung als auch mit einem Rand der Aufnahme in Kontakt. Der O-Ring überbrückt also den Spalt und dichtet diesen so ab. Der O-Ring ist vorzugsweise radial zwischen dem Rand der Aufnahme und dem in die Aufnahme eingreifenden Vorsprung angeordnet.The O-ring can be held in a gap between the receptacle and the projection engaging therein. The O-ring is preferably in contact with both the projection and an edge of the receptacle. The O-ring thus bridges the gap and seals it. The O-ring is preferably arranged radially between the edge of the receptacle and the projection engaging the receptacle.

In dieser Ausführungsform kann der O-Ring dafür vorgesehen sein, die Leitung abzudichten, während das elastische Element dafür vorgesehen ist, die Diaphragmen zu halten. Diese beiden Funktionen können also voneinander getrennt sein. Nichtsdestotrotz kann auch das elastische Element zur Abdichtung der Leitung beitragen.In this embodiment, the O-ring can be used to seal the line, while the elastic element is used to hold the diaphragms. These two functions can therefore be separated. Nevertheless, the elastic element can also contribute to sealing the line.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks weisen die Aufnahmen jeweils an einer radial innenliegenden Seite eine um den Innenraum der Leitung umlaufend ausgebildete Ausnehmung auf, wobei die O-Ringe jeweils teilweise in eine der Ausnehmungen aufgenommen sind.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the receptacles each have a recess on a radially inner side which is formed circumferentially around the interior of the line, wherein the O-rings are each partially received in one of the recesses.

Der O-Ring ist in dieser Ausführungsform radial zwischen dem Rand der Aufnahme und dem in die Aufnahme eingreifenden Vorsprung angeordnet. Das kann grundsätzlich der Fall sein, indem der O-Ring radial innerhalb des Vorsprungs oder radial außerhalb des Vorsprungs angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der O-Ring radial innerhalb des Vorsprungs angeordnet. Entsprechend ist an der radial innenliegenden Seite der Aufnahme eine Ausnehmung für den O-Ring vorgesehen. In diese ist der O-Ring teilweise aufgenommen, nicht jedoch vollständig. Der O-Ring ragt also radial nach außen über den Ausnehmung heraus. Dadurch kann der O-Ring seine Funktion erfüllen, einen Spalt zwischen Vorsprung und Aufnahme abzudichten. Durch die Ausnehmung kann der O-Ring in Position gehalten werden. Dies erleichtert die Herstellung und Wartung des Elektrolysestacks.In this embodiment, the O-ring is arranged radially between the edge of the receptacle and the projection engaging in the receptacle. This can basically be the case if the O-ring is arranged radially inside the projection or radially outside the projection. In the present embodiment, the O-ring is arranged radially inside the projection. Accordingly, a recess for the O-ring is provided on the radially inner side of the receptacle. The O-ring is partially accommodated in this recess, but not completely. The O-ring therefore protrudes radially outwards beyond the recess. This allows the O-ring to fulfill its function of sealing a gap between the projection and the receptacle. The recess can hold the O-ring in position. This facilitates the manufacture and maintenance of the electrolysis stack.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks weisen die Aufnahmen und die Vorsprünge jeweils ein Gewinde auf, wobei die Vorsprünge jeweils unter Verschraubung mittels der Gewinde in die Aufnahme des in axialer Richtung folgenden Segments eingreifen.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the receptacles and the projections each have a thread, wherein the projections each engage in the receptacle of the segment following in the axial direction by means of the thread while screwing.

Durch die Verschraubung können die Vorsprünge sicher in den entsprechenden Aufnahmen gehalten sein. Das erhöht die Stabilität der Leitung.The screw connection ensures that the projections are securely held in their respective slots, increasing the stability of the cable.

Alternativ zu der vorliegenden Ausführungsform können die Vorsprünge auch auf andere Weise kraftschlüssig, formschlüssig oder kraft- und formschlüssig in der entsprechenden Aufnahme gehalten sein. Die Vorsprünge können aber auch lose in die Aufnahmen eingreifen und über eine externe Kraft darin gehalten sein. Diese externe Kraft kann die gleiche Kraft sein, welche auch die Elektrolysezellen aneinander hält.As an alternative to the present embodiment, the projections can also be held in the corresponding receptacle in a different manner: force-fitting, form-fitting, or both force-fitting and form-fitting. However, the projections can also engage loosely in the receptacles and be held therein by an external force. This external force can be the same force that holds the electrolysis cells together.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks sind die Segmente jeweils durch einen außerhalb des Vorsprungs ausgebildeten Spalt von dem in axialer Richtung folgenden Segment beabstandet.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the segments are each spaced from the segment following in the axial direction by a gap formed outside the projection.

In dieser Ausführungsform genügt es, dass die benachbarten Segmente dadurch miteinander in Kontakt stehen, dass der Vorsprung in die entsprechende Aufnahme eingreift. Darüber hinaus ist zwischen den Segmenten der Spalt ausgebildet. Der Spalt hat den Vorteil, thermische Ausdehnung der Segmente ausgleichen zu können. Das kann sogar ermöglichen, auf die üblicherweise verwendeten Federn an den Tie-Rods zu verzichten.In this embodiment, it is sufficient for the adjacent segments to be in contact with each other by the projection engaging the corresponding receptacle. Furthermore, a gap is formed between the segments. This gap has the advantage of being able to compensate for thermal expansion of the segments. This may even make it possible to dispense with the springs commonly used on the tie rods.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks sind die ersten Teile und/oder die zweiten Teile der Segmente jeweils aus einem Polymer gebildet. Der "und"-Fall ist bevorzugt.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the first parts and/or the second parts of the segments are each formed from a polymer. The "and" case is preferred.

Es hat sich herausgestellt, dass durch die Verwendung von Polymer die Herstellung der Teile besonders einfach ist.It has been found that the use of polymer makes the production of the parts particularly easy.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks haben die Diaphragmen jeweils eine Dicke von weniger als 1 mm.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the diaphragms each have a thickness of less than 1 mm.

Vorzugsweise haben die Diaphragmen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 0,8 mm.Preferably, the diaphragms each have a thickness in the range of 0.01 to 0.8 mm.

Diese Ausführungsform steht insbesondere im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mit Diaphragmen aus Asbest, welche beispielsweise eine Dicke von 3 mm haben. Stattdessen ist in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, Diaphragmen mit einer Dicke von weniger als 1 mm zu verwenden, beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 mm. Die Diaphragmen sind vorzugsweise nicht komprimierbar. Die Diaphragmen sind vorzugsweise asbestfrei. Aufgrund der geringen Dicke fehlt die Möglichkeit, die Abdichtung wie im Stand der Technik allein über die Elastizität der Diaphragmen und über externen Druck zu erzielen. Durch die beschriebene Ausgestaltung der Segmente mit dem elastischen Element wird jedoch dennoch eine gute Abdichtung erreicht.This embodiment is in particular in contrast to the solutions known from the prior art with diaphragms made of asbestos, which, for example, have a thickness of 3 mm. Instead, the present embodiment provides for the use of diaphragms with a thickness of less than 1 mm, for example with a thickness of 0.5 mm. The diaphragms are preferably incompressible. The diaphragms are preferably asbestos-free. Due to the small thickness, it is not possible to achieve the seal solely through the elasticity of the diaphragms and external pressure, as in the prior art. However, the described design of the segments with the elastic element still achieves a good seal.

Davon abgesehen hat die beschriebene Form der Abdichtung gegenüber einer Abdichtung durch Anpressen von Leitungsstücken an die Diaphragmen den Vorteil, dass thermische Ausdehnung einen geringeren Einfluss auf die Dichtigkeit hat.Apart from that, the described form of sealing has the advantage over sealing by pressing pipe sections onto the diaphragms that thermal expansion has a lesser influence on the tightness.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Elektrolysestacks sind die Diaphragmen lediglich kraftschlüssig zwischen dem elastischen Element und dem zweiten Teil des jeweiligen Segments gehalten.In a further preferred embodiment of the electrolysis stack, the diaphragms are held only force-fitting between the elastic element and the second part of the respective segment.

Die Diaphragmen werden über das elastische Element zwischen den Teilen des jeweiligen Segments gehalten. Insbesondere das elastische Element trägt dabei dazu bei, dass die Diaphragmen kraftschlüssig gehalten sind.The diaphragms are held between the parts of the respective segment by the elastic element. The elastic element, in particular, contributes to the frictional retention of the diaphragms.

Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung eines wie beschrieben ausgebildeten Elektrolysestacks zur alkalinen Elektrolyse vorgestellt.As a further aspect of the invention, a use of an electrolysis stack designed as described for alkaline electrolysis is presented.

Die beschriebenen Vorteile und Merkmale des Elektrolysestacks sind auf die Verwendung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Der beschriebene Elektrolysestack ist vorzugsweise zur alkalinen Elektrolyse eingerichtet.The described advantages and features of the electrolysis stack are applicable and transferable to the application, and vice versa. The described electrolysis stack is preferably designed for alkaline electrolysis.

Vorzugsweise ist die Elektrolyse eine Hochdruckelektrolyse. Die Elektrolyse wird vorzugsweise mit einem Betriebsdruck von mindestens 10 bar betrieben, beispielsweise mit einem Betriebsdruck von 30 bar. Gerade im Zusammenhang mit solch hohen Drücken sind die beschriebenen Vorteile in Bezug auf die Abdichtung besonders relevant.The electrolysis is preferably a high-pressure electrolysis. The electrolysis is preferably operated at an operating pressure of at least 10 bar, for example, at an operating pressure of 30 bar. The described advantages regarding sealing are particularly relevant in connection with such high pressures.

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:
einen erfindungsgemäßen Elektrolysestack,
Fig. 2:
eine Detailansicht des Elektrolysestacks aus Fig. 1,
Fig. 3:
eine weitere Detailansicht des Elektrolysestacks aus Fig. 1,
Fig. 4:
ein Segment für eine Leitung, wie es in dem Elektrolysestack aus den Fig. 1 bis 3 verwendet werden kann.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures. The figures show a particularly preferred embodiment, to which the invention is not limited, however. The figures and the proportions depicted therein are merely schematic. They show:
Fig. 1:
an electrolysis stack according to the invention,
Fig. 2:
a detailed view of the electrolysis stack Fig. 1 ,
Fig. 3:
another detailed view of the electrolysis stack Fig. 1 ,
Fig. 4:
a segment for a line, as it is in the electrolysis stack from the Fig. 1 to 3 can be used.

Fig. 1 zeigt einen Elektrolysestack 1 mit vier Elektrolysezellen 2. Der Elektrolysestack 1 kann zur alkalinen Wasserelektrolyse genutzt werden. Die Elektrolysezellen 2 sind entlang einer Achse 3 aufgereiht aneinander anliegend gehalten. Die Elektrolysezellen 2 umfassen jeweils einen Anodenraum 4 mit einer Anode 6, einen Kathodenraum 5 mit einer Kathode 7 und ein zwischen dem Anodenraum 4 und dem Kathodenraum 5 angeordnetes Diaphragma 8. Die Diaphragmen 8 haben jeweils eine Dicke von weniger als 1 mm. In der Darstellung der Fig. 1 ist die Dicke der Diaphragmen 8 die Ausdehnung der Diaphragmen 8 in der Rechts/Links-Richtung. Die Anoden 6 und die Kathoden 7 sind jeweils nahe an dem dazwischenliegenden Diaphragma 8 angeordnet. Die Elektrolysezellen 2 sind durch Bipolarplatten 24 miteinander verbunden. Am linken und rechten Rand des Elektrolysestacks 1 ist statt einer Bipolarplatte 24 eine Endplatte 25 vorgesehen. Die Anoden 6 und die Kathoden 7 sind elektrisch leitend mit jeweils einer der Bipolarplatten 24 oder einer der Endplatten 25 verbunden. Dies ist durch schraffiert eingezeichnete Verbindungen schematisch angedeutet. Fig. 1 shows an electrolysis stack 1 with four electrolysis cells 2. The electrolysis stack 1 can be used for alkaline water electrolysis. The electrolysis cells 2 are arranged in a row along an axis 3. The electrolysis cells 2 each comprise an anode chamber 4 with an anode 6, a cathode chamber 5 with a cathode 7, and a diaphragm 8 arranged between the anode chamber 4 and the cathode chamber 5. The diaphragms 8 each have a thickness of less than 1 mm. In the illustration of the Fig. 1 The thickness of the diaphragms 8 is the extension of the diaphragms 8 in the right/left direction. The anodes 6 and the cathodes 7 are each arranged close to the intermediate diaphragm 8. The electrolysis cells 2 are connected to one another by bipolar plates 24. At the left and right edges of the electrolysis stack 1, an end plate 25 is provided instead of a bipolar plate 24. The anodes 6 and the cathodes 7 are each electrically connected to one of the bipolar plates 24 or one of the end plates 25. This is indicated schematically by hatched connections.

Der Elektrolysestack 1 weist weiterhin zwei Leitungen 9 auf, welche die Diaphragmen 8, die Anoden 6 und die Kathoden 7 jeweils durchtreten. Die in Fig. 1 oben gezeigte Leitung 9 weist eine jeweilige anodenseitige Verbindung 10 zu den Anodenräumen 4 auf. Über diese Leitung 9 kann ein Anolyt den Anodenräumen 4 zugeführt werden. Alternativ kann über diese Leitung 9 ein Gemisch aus anodenseitigen Reaktionsprodukten und nicht verbrauchtem Anolyt aus den Anodenräumen 4 abgeleitet werden. Die in Fig. 1 unten gezeigte Leitung 9 weist eine jeweilige kathodenseitige Verbindung 11 zu den Kathodenräumen 5 auf. Über diese Leitung 9 kann ein Katholyt den Kathodenräumen 5 zugeführt werden. Alternativ kann über diese Leitung 9 ein Gemisch aus kathodenseitigen Reaktionsprodukten und nicht verbrauchtem Katholyt aus den Kathodenräumen 5 abgeleitet werden.The electrolysis stack 1 further comprises two lines 9, which pass through the diaphragms 8, the anodes 6 and the cathodes 7, respectively. Fig. 1 The line 9 shown above has a respective anode-side connection 10 to the anode compartments 4. An anolyte can be supplied to the anode compartments 4 via this line 9. Alternatively, a mixture of anode-side reaction products and unused anolyte can be discharged from the anode compartments 4 via this line 9. The Fig. 1 Line 9 shown below has a respective cathode-side connection 11 to the cathode compartments 5. A catholyte can be supplied to the cathode compartments 5 via this line 9. Alternatively, a mixture of cathode-side reaction products and unused catholyte can be discharged from the cathode compartments 5 via this line 9.

Die Leitungen 9 sind jeweils aus mehreren Segmenten 12 zusammengesetzt. Dies ist in Fig. 1 lediglich durch gepunktete Linien schematisch angedeutet. In den folgenden Figuren ist dies genauer gezeigt. Jeder der Elektrolysezellen 2 ist jeweils eines der Segmente 12 zugeordnet. Die Segmente 12 sind jeweils umlaufend um einen Innenraum 13 der Leitung 9 ausgebildet.The lines 9 are each composed of several segments 12. This is shown in Fig. 1 only indicated schematically by dotted lines. This is shown in more detail in the following figures. Each of the electrolysis cells 2 is assigned one of the segments 12. The segments 12 are each formed circumferentially around an interior space 13 of the line 9.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Elektrolysestacks 1 aus Fig. 1. Zu erkennen ist eine der Leitungen 9. Die Darstellung der Fig. 2 gilt für beide in Fig. 1 eingezeichneten Leitungen 9. Fig. 2 shows a section of the electrolysis stack 1 from Fig. 1 . One of the lines 9 can be seen. The representation of the Fig. 2 applies to both Fig. 1 marked lines 9.

Über den Umfang der Leitung 9 verteilt sind Öffnungen zu erkennen, welche die anodenseitigen Verbindungen 10 beziehungsweise die kathodenseitigen Verbindungen 11 darstellen. Gezeigt sind drei der Segmente 12. Diese sind in den folgenden Figuren näher gezeigt.Openings can be seen distributed around the circumference of the line 9, which represent the anode-side connections 10 and the cathode-side connections 11, respectively. Three of the segments 12 are shown. These are shown in more detail in the following figures.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 2. Auch hierin sind drei der Segmente 12 gezeigt, einige davon aber nicht vollständig. Die Segmente 12 sind jeweils durch ein erstes Teil 14 und ein zweites Teil 15 aus einem Polymer gebildet. Zwischen dem ersten Teil 14 und dem zweiten Teil 15 ist jeweils das Diaphragma 8 der dem Segment 12 zugeordneten Elektrolysezelle 2 sowie ein an dem Diaphragma 8 anliegendes und um den Innenraum 13 der Leitung 9 umlaufend ausgebildetes elastisches Element 16 gehalten. Die Diaphragmen 8 sind lediglich kraftschlüssig zwischen dem elastischen Element 16 und dem zweiten Teil 15 des der jeweiligen Elektrolysezelle 1 zugeordneten Segments 12 gehalten. Fig. 3 shows an excerpt from Fig. 2 . Here, too, three of the segments 12 are shown, some of them, but not in full. The segments 12 are each formed by a first part 14 and a second part 15 made of a polymer. Between the first part 14 and the second part 15, the diaphragm 8 of the electrolysis cell 2 assigned to the segment 12 and an elastic element 16 adjacent to the diaphragm 8 and formed to encircle the interior 13 of the line 9 are held. The diaphragms 8 are held merely in a force-fitting manner between the elastic element 16 and the second part 15 of the segment 12 assigned to the respective electrolysis cell 1.

Die Segmente 12 weisen jeweils einen sich in axialer Richtung (im Beispiel der Fig. 3 nach links) erstreckenden Vorsprung 17 sowie eine Aufnahme 18 auf. Die Vorsprünge 17 greifen jeweils unter Abdichtung durch einen O-Ring 19 in die Aufnahme 18 des in axialer Richtung folgenden Segments 12 ein. Dazu weisen die Aufnahmen 18 jeweils an einer radial innenliegenden Seite 20 eine um den Innenraum 13 der Leitung 9 umlaufend ausgebildete Ausnehmung 21 auf. Die O-Ringe 19 sind jeweils teilweise in eine der Ausnehmungen 21 aufgenommen.The segments 12 each have a section extending in the axial direction (in the example of the Fig. 3 to the left) and a receptacle 18. The projections 17 each engage, sealed by an O-ring 19, in the receptacle 18 of the segment 12 following in the axial direction. For this purpose, the receptacles 18 each have a recess 21 on a radially inner side 20 that extends around the interior 13 of the line 9. The O-rings 19 are each partially received in one of the recesses 21.

Die Aufnahmen 18 und die Vorsprünge 17 weisen jeweils ein Gewinde 22 auf. Die Vorsprünge 17 greifen jeweils unter Verschraubung mittels der Gewinde 22 in die Aufnahme 18 des in axialer Richtung folgenden Segments 12 ein.The receptacles 18 and the projections 17 each have a thread 22. The projections 17 each engage, by means of the thread 22, into the receptacle 18 of the segment 12 following in the axial direction.

Die Segmente 12 sind jeweils durch einen außerhalb des Vorsprungs 17 ausgebildeten Spalt 23 von dem in axialer Richtung folgenden Segment 12 beabstandet.The segments 12 are each spaced apart from the segment 12 following in the axial direction by a gap 23 formed outside the projection 17.

Weiterhin ist an Fig. 3 zu erkennen, dass die Bipolarplatten 24 zwischen den Segmenten 12 gehalten sind. Dazu sind die Bipolarplatten 24 jeweils zwischen dem ersten Teil 14 eines der Segmente 12 und dem zweiten Teil 15 des in axialer Richtung folgenden Segments 12 eingeklemmt.Furthermore, Fig. 3 It can be seen that the bipolar plates 24 are held between the segments 12. For this purpose, the bipolar plates 24 are each held between the first part 14 of one of the segments 12 and the second part 15 of the segment 12 following in the axial direction.

Fig. 4 zeigt ein Segment 12 für eine Leitung 9, wie es in dem Elektrolysestack 1 aus den Fig. 1 bis 3 verwendet werden kann. Zu erkennen sind insbesondere das erste Teil 14, das zweite Teil 15, das elastische Element 16 und der O-Ring 19. Fig. 4 shows a segment 12 for a line 9, as it is in the electrolysis stack 1 from the Fig. 1 to 3 can be used. The first part 14, the second part 15, the elastic element 16 and the O-ring 19 can be seen in particular.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ElektrolysestackElectrolysis stack
22
ElektrolysezelleElectrolysis cell
33
Achseaxis
44
AnodenraumAnode compartment
55
KathodenraumCathode compartment
66
Anodeanode
77
Kathodecathode
88
Diaphragmadiaphragm
99
LeitungLine
1010
anodenseitige Verbindunganode-side connection
1111
kathodenseitige Verbindungcathode-side connection
1212
Segmentsegment
1313
InnenraumInterior
1414
erstes Teilfirst part
1515
zweites Teilsecond part
1616
elastisches Elementelastic element
1717
Vorsprungprojection
1818
AufnahmeRecording
1919
O-RingO-ring
2020
radial innenliegende Seiteradially inner side
2121
Ausnehmungrecess
2222
Gewindethread
2323
Spaltgap
2424
BipolarplatteBipolar plate
2525
EndplatteEnd plate

Claims (9)

1. Elektrolysestack (1) umfassend mehrere Elektrolysezellen (2), welche entlang einer Achse (3) aufgereiht aneinander anliegend gehalten sind, wobei die Elektrolysezellen (2) jeweils einen Anodenraum (4) mit einer Anode (6), einen Kathodenraum (5) mit einer Kathode (7) und ein zwischen dem Anodenraum (4) und dem Kathodenraum (5) angeordnetes Diaphragma (8) umfassen, wobei der Elektrolysestack (1) weiterhin eine Leitung (9) aufweist, welche zumindest die Diaphragmen (8) durchtritt und welche eine jeweilige anodenseitige Verbindung (10) zu den Anodenräumen (4) und/oder eine jeweilige kathodenseitige Verbindung (11) zu den Kathodenräumen (5) aufweist, wobei die Leitung (9) aus mehreren Segmenten (12) zusammengesetzt ist, wobei die Segmente (12) jeweils umlaufend um einen Innenraum (13) der Leitung (9) ausgebildet sind, wobei die Segmente (12) jeweils durch ein erstes Teil (14) und ein zweites Teil (15) gebildet sind, wobei zwischen dem ersten Teil (14) und dem zweiten Teil (15) jeweils eines der Diaphragmen (8) sowie ein daran anliegendes und um den Innenraum (13) der Leitung (9) umlaufend ausgebildetes elastisches Element (16) gehalten sind. 1. Electrolysis stack (1) comprising a plurality of electrolysis cells (2) which are arranged in a row along an axis (3) and are held adjacent to one another, wherein the electrolysis cells (2) each comprise an anode chamber (4) with an anode (6), a cathode chamber (5) with a cathode (7) and a diaphragm (8) arranged between the anode chamber (4) and the cathode chamber (5), wherein the electrolysis stack (1) further comprises a line (9) which passes through at least the diaphragms (8) and which has a respective anode-side connection (10) to the anode chambers (4) and/or a respective cathode-side connection (11) to the cathode chambers (5), wherein the line (9) is composed of a plurality of segments (12), wherein the segments (12) are each formed circumferentially around an interior space (13) of the line (9), wherein the segments (12) are each formed by a first part (14) and a second part (15) are formed, wherein between the first part (14) and the second part (15) one of the diaphragms (8) and an elastic element (16) adjacent thereto and formed to encircle the interior (13) of the line (9) are held. 2. Elektrolysestack (1) nach Anspruch 1, wobei die Segmente (12) jeweils einen sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung (17) sowie eine Aufnahme (18) aufweisen, und wobei die Vorsprünge (17) jeweils in die Aufnahme (18) des in axialer Richtung folgenden Segments (12) eingreifen. 2. Electrolysis stack (1) according to claim 1, wherein the segments (12) each have a projection (17) extending in the axial direction and a receptacle (18), and wherein the projections (17) each engage in the receptacle (18) of the segment (12) following in the axial direction. 3. Elektrolysestack (1) nach Anspruch 2, wobei die Vorsprünge (17) jeweils unter Abdichtung durch einen O-Ring (19) in die Aufnahme (18) des in axialer Richtung folgenden Segments (12) eingreifen. 3. Elektrolysestack (1) nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmen (18) jeweils an einer radial innenliegenden Seite (20) eine um den Innenraum (13) der Leitung (9) umlaufend ausgebildete Ausnehmung (21) aufweisen, und wobei die O-Ringe (19) jeweils teilweise in eine der Ausnehmungen (21) aufgenommen sind. 3. The electrolysis stack (1) according to claim 2, wherein the projections (17) each engage in the receptacle (18) of the axially following segment (12) while being sealed by an O-ring (19). 3. The electrolysis stack (1) according to claim 2, wherein the receptacles (18) each have, on a radially inner side (20), a recess (21) circumferentially formed around the interior space (13) of the line (9), and wherein the O-rings (19) are each partially received in one of the recesses (21). 4. Elektrolysestack (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Aufnahmen (18) und die Vorsprünge (17) jeweils ein Gewinde (22) aufweisen, und wobei die Vorsprünge (17) jeweils unter Verschraubung mittels der Gewinde (22) in die Aufnahme (18) des in axialer Richtung folgenden Segments (12) eingreifen. 4. Electrolysis stack (1) according to claim 2 or 3, wherein the receptacles (18) and the projections (17) each have a thread (22), and wherein the projections (17) each engage in the receptacle (18) of the segment (12) following in the axial direction by means of the thread (22). 5. Elektrolysestack (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Segmente (12) jeweils durch einen außerhalb des Vorsprungs (17) ausgebildeten Spalt (23) von dem in axialer Richtung folgenden Segment (12) beabstandet sind. 5. Electrolysis stack (1) according to one of claims 2 to 4, wherein the segments (12) are each spaced from the segment (12) following in the axial direction by a gap (23) formed outside the projection (17). 6. Elektrolysestack (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Teile (14) und/oder die zweiten Teile (15) der Segmente (12) jeweils aus einem Polymer gebildet sind. 6. Electrolysis stack (1) according to one of the preceding claims, wherein the first parts (14) and/or the second parts (15) of the segments (12) are each formed from a polymer. 7. Elektrolysestack (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diaphragmen (8) jeweils eine Dicke von weniger als 1 mm haben. 7. Electrolysis stack (1) according to one of the preceding claims, wherein the diaphragms (8) each have a thickness of less than 1 mm. 8. Elektrolysestack (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diaphragmen (8) lediglich kraftschlüssig zwischen dem elastischen Element (16) und dem zweiten Teil (15) des jeweiligen Segments (12) gehalten sind. 8. Electrolysis stack (1) according to one of the preceding claims, wherein the diaphragms (8) are held only in a force-fitting manner between the elastic element (16) and the second part (15) of the respective segment (12). 9. Verwendung eines Elektrolysestacks (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur alkalinen Elektrolyse. 9. Use of an electrolysis stack (1) according to one of the preceding claims for alkaline electrolysis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4076609A (en) * 1975-01-14 1978-02-28 Societe De Recherches Techniques Et Industrielles Electrolysis apparatus
WO2016034183A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Greenhydrogen.Dk Aps Pressurised electrolysis stack

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