DE102009003777A1

DE102009003777A1 - Processes and systems for assembling electrolyzer stacks

Info

Publication number: DE102009003777A1
Application number: DE102009003777A
Authority: DE
Inventors: Dana Ray Swalla
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2009-12-17
Also published as: NO20091421L; CA2662225A1; US20090301868A1

Abstract

Die vorliegenden Techniken ergeben Systeme und Verfahren zum Zusammenbau von Elektrolyseuren (66) ausgehend von Teilen, die innere Strukturen aufweisen, die, wenn sie aneinander platziert sind, Fluidströmungskanäle (34, 35, 60, 64) bilden. In einer vorgesehenen Ausführungsform kann die Technik zum Zusammenbau Ausrichtungsstäbe (98, 100) verwenden, die durch Öffnungen in den einzelnen Teilen hindurch eingeführt werden, um die Teile zueinander in Ausrichtung zu halten, während weitere Strukturen einen Druck ausüben, um die Struktur zusammenzuhalten. In einer anderen vorgesehenen Ausführungsform können die Teile ausgerichtet werden, indem sie Rippen oder sonstige Vorsprünge (102), die an den Teilen ausgebildet sind, aufweisen, die mit Öffnungen in benachbarten Teilen zusammenpassen. Der ausgeübte Druck dichtet die Fluidströmungskanäle (34, 35, 60, 64) ab, die in dem Elektrolyseur (66) gebildet werden und sich durch die zusammengefügten Teile hindurch erstrecken. Der Einsatz eines Drucks, um die Struktur zusammenzuhalten, ermöglicht eine Instandhaltung und einen Austausch einzelner Teile.The present techniques provide systems and methods for assembling electrolyzers (66) from parts having internal structures that, when placed against one another, form fluid flow channels (34, 35, 60, 64). In one contemplated embodiment, the assembly technique may utilize alignment bars (98, 100) which are inserted through apertures in the individual parts to hold the parts in alignment with one another while other structures apply pressure to hold the structure together. In another contemplated embodiment, the parts may be aligned by having ribs or other protrusions (102) formed on the parts that mate with openings in adjacent parts. The applied pressure seals the fluid flow channels (34, 35, 60, 64) formed in the electrolyzer (66) and extending through the assembled parts. The use of pressure to hold the structure together allows maintenance and replacement of individual parts.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Diese Erfindung betrifft allgemein Verfahren zum Zusammenbau von Elektrolyseurstapeln und insbesondere ein Verfahren zum Abdichten von Elektrolyseurzellen gegeneinander, um Fluidkanäle in Elektrolyseurstapeln zu bilden.These This invention relates generally to methods of assembling electrolyzer stacks and in particular a method of sealing electrolyzer cells against each other to fluid channels to form in electrolyzer stacks.

Elektrochemische Vorrichtungen sind in chemischen Reaktionen nützlich, in denen Elektronen als Reaktionspartner oder Produkte beteiligt sein können. Beispielsweise kann eine elektrolytische Zelle elektrische Energie verwenden, um Reaktionsmittel geringerer Energie in energiereichere Produktmittel aufzuteilen, die anschließend als Materialien, Reaktionspartner oder zur Stromerzeugung verwendet werden können. In einem weiteren Beispiel können galvanische Elemente oder elektrochemische Zellen und Brennstoffzellen verwendet werden, um Produkte höherer Energie chemisch zu kombinieren, um energieärmere Produkte zu bilden, wodurch Elektronen freigesetzt werden, die zur Energieversorgung anderer Vorrichtungen verwendet werden können. Während in elektrochemischen Zellen die Elektrode während der Reaktion aufgezehrt werden kann, ist in vielfältigen anderen elektrochemischen Vorrichtungen, wie beispielsweise elektrolytischen Zellen und Brennstoffzellen, die Elektrode nicht dazu vorgesehen, einen Reaktionspartner zu bilden, sondern lediglich die Reaktion zu katalysieren und den Strom aus der Reaktion abzufangen oder abzugeben.electrochemical Devices are useful in chemical reactions in which electrons are called Reactants or products may be involved. For example, a electrolytic cell use electrical energy to reactant to divide lower energy into higher energy product resources, the following used as materials, reactants or for power generation can be. In another example galvanic elements or electrochemical cells and fuel cells used to make products higher Chemically combine energy to form lower-energy products, thereby Electrons are released, which are used to power others Devices can be used. While in electrochemical cells consumed the electrode during the reaction can be is in diverse other electrochemical devices, such as electrolytic Cells and fuel cells, the electrode not intended, to form a reactant, but only the reaction to catalyze and trap or release the current from the reaction.

Elektrolytische Zellen können in vielen Prozessen, wie beispielsweise zum Aufspalten von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff in einem Elektrolyseur, nutzbar sein. Der erzeugte Wasserstoff kann in chemischen Prozessen, beispielsweise bei der Hydroformylierung oder beim Hydrocracking in Raffinerien, verwendet oder für einen späteren Einsatz, beispielsweise bei der Erzeugung von Energie in einer Brennstoffzelle, gespeichert werden. Elektrolyseure können ausgehend von einem Stapel aus einzelnen Kunststoffkomponenten zusammengebaut sein, die zur Bildung einer zusammenhängenden Struktur im Allgemeinen mittels Klebstoffe oder durch Scheißen zusammengefügt werden.electrolytic Cells can in many processes, such as splitting water in oxygen and hydrogen in an electrolyzer, be usable. The generated hydrogen can be used in chemical processes, for example in hydroformylation or hydrocracking in refineries, used or for a later one Use, for example in the generation of energy in a fuel cell, get saved. Electrolysers can start from a stack be assembled from individual plastic components to the Forming a coherent Structure generally be joined together by means of adhesives or by shitting.

Jedoch kann eine unlösbare Verbindung der Komponenten aus vielfältigen Gründen nachteilig sein. Beispielsweise kann der Ausfall eines einzelnen Teils in einem Elektrolyseurstapel den Austausch des gesamten Elektrolyseurstapels erfordern, insbesondere wenn einzelne Module, Abschnitte oder Teile nicht gewartet oder ersetzt werden können. Demgemäß wäre es erwünscht, Techniken zum Zusammenbau von Elektrolyseurstapeln zu haben, um eine hermetische Abdichtung zwischen den einzelnen Teilen auf eine Weise schaffen zu können, die eine Demontage, Instandhaltung und einen Austausch ermöglicht.however can be an insoluble one Connection of the components for various reasons to be disadvantageous. For example may be the failure of a single part in a Elektrolyseurstapel require the replacement of the entire electrolyzer stack, in particular if individual modules, sections or parts are not serviced or can be replaced. Accordingly, it would be desirable to have techniques for assembling electrolyzer stacks to have a hermetic Create a seal between the parts in a way to be able to which allows disassembly, maintenance and replacement.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine Ausführungsform der vorliegenden Techniken ergibt einen Elektrolyseur, der mehrere Elektrolyseurzellen enthält, die nebeneinander angeordnet sind, um einen Stapel zu bilden. Jede Elektrolyseurzelle enthält eine Elektrodenanordnung und eine Membrananordnung, wobei die Membrananordnung jeder Elektrolyseurzelle benachbart zu der Elektrodenanordnung einer anderen Elektrolyseurzelle angeordnet ist. Ein innerer Fluidkanal durch den Stapel ist durch eine innere Struktur jeder der Elektrolyseurzellen gebildet, und eine Halterung bzw. Einspannung ist dazu eingerichtet, eine auf den Stapel einwirkende Druckkraft aufrechtzuerhalten, die den inneren Fluidkanal dichtend verschließt.A embodiment The present techniques provide an electrolyzer that has multiple electrolyzer cells contains which are arranged side by side to form a stack. each Contains electrolyzer cell an electrode assembly and a membrane assembly, wherein the membrane assembly each electrolyzer cell adjacent to the electrode assembly of a another electrolyzer cell is arranged. An inner fluid channel through the stack is through an internal structure each of the electrolyzer cells formed, and a holder or clamping is adapted to to maintain a compressive force acting on the stack, the closes the inner fluid channel sealing.

Eine weitere Ausführungsform ergibt ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektrolyseurs, der ein Zusammenfügen mehrerer Zellen zu einem fluchtend ausgerichteten Stapel enthält. Jede Zelle enthält eine Metallplatte und eine Membran und weist Öffnungen auf, die, wenn sie mit einer benachbarten Zelle ausgerichtet sind, einen Fluidkanal bilden. Der Fluidkanal wird durch Aufrechterhalten einer auf den Stapel einwirkenden Druckkraft abgedichtet.A another embodiment gives a method for assembling an electrolyzer, the a joining together contains multiple cells to an aligned stack. each Cell contains a metal plate and a membrane and has openings which, when they aligned with a neighboring cell, a fluid channel form. The fluid channel is made by maintaining one on top of the stack sealed compressive force.

Eine weitere Ausführungsform ergibt ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektrolyseurs, das ein Zusammenfügen mehrerer Elektrolyseurzellen enthält. Jede Elektrolyseurzelle enthält eine Metallplatte und eine Membran und weist eine Struktur auf, die eingerichtet ist, um einen Fluidkanal zu bilden, wenn die Elektrolyseurzelle mit anderen Elektrolyseurzellen ausgerichtet ist. Die Elektrolyseurzellen werden fluchtend ausgerichtet, um einen Elektrolyseurstapel zu bilden, der ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen inneren Fluidkanal aufweist. Ein Körper wird rings um den Elektrolyseurstapel platziert, und eine Endkappe wird über einem Ende des Körpers platziert. Die Endkappe weist eine Öffnung auf, die mit dem Kanal in dem Elektrolyseurstapel fluchtend ausgerichtet ist. Eine Grundplatte über einem anderen Ende des Körpers ermöglicht es, eine Druckkraft zu erzeugen, um bei einer Sicherung der Endkappe und der Grundplatte an dem Grundkörper den inneren Kanal in dem Elektrolyseurstapel dichtend abzuschließen.A another embodiment provides a method of assembling an electrolyzer that a joining together contains several electrolyzer cells. Every electrolyzer cell contains a metal plate and a membrane and has a structure, configured to form a fluid channel when the electrolyzer cell is aligned with other electrolyzer cells. The electrolyzer cells will be Aligned to form an electrolyzer stack, a first end, a second end and an inner fluid channel having. A body is placed around the electrolyzer stack, and an end cap will over one end of the body placed. The end cap has an opening that communicates with the channel is aligned in the electrolyzer stack. One base plate over another End of the body allows it to produce a compressive force in order to secure the end cap and the base plate on the base body, the inner channel in the Complete electrolyzer stack sealing.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleicher Teile bezeichnen.These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become more apparent when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like reference characters throughout the drawings of the same parts be to draw.

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Elektrolyseursystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Techniken; 1 FIG. 12 is a schematic illustration of an electrolyzer system in accordance with embodiments of the present techniques; FIG.

2 zeigt eine Perspektivansicht eines beispielhaften zusammengebauten Elektrolyseurs; 2 shows a perspective view of an exemplary assembled electrolyzer;

3 zeigt eine Explosionsansicht des Elektrolyseurs nach 2 unter Veranschaulichung der Einzelteile der Anordnung; 3 shows an exploded view of the electrolyzer after 2 illustrating the individual parts of the arrangement;

4 zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Elektrolyseurzelle, die in dem Elektrolyseur nach 3 eingesetzt werden kann; 4 FIG. 12 is a perspective view of an exemplary electrolyzer cell following in the electrolyzer. FIG 3 can be used;

5 zeigt eine Explosionsansicht des Elektrolyseurs nach 2 unter Veranschaulichung des Einsatzes einer vorspringenden Lippe an der Endkappe, die verwendet werden kann, um den Elektrolyseurstapel mit einer Druckkraft zu beaufschlagen; 5 shows an exploded view of the electrolyzer after 2 illustrating the use of a projecting lip on the end cap that can be used to apply a compressive force to the electrolyzer stack;

6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der vorspringenden Lippe nach 5; und 6 shows an enlarged view of the projecting lip 5 ; and

7 zeigt ein Diagramm, das beispielhafte Schritte in einem Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektrolyseurs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Techniken veranschaulicht. 7 FIG. 10 is a diagram illustrating exemplary steps in a method of assembling an electrolyzer according to embodiments of the present techniques. FIG.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Wie im Einzelnen nachstehend erläutert, ergeben die vorliegenden Techniken Systeme und Verfahren zum Zusammenbauen von Elektrolyseuren ausgehend von Teilen, die innere Strukturen haben, die, wenn sie aneinander platziert werden, Fluidströmungskanäle bilden. In einer vorgesehenen Ausführungsform kann die Zusammenbaumethode Ausrichtungsstäbe verwenden, die durch Öffnungen in den einzelnen Teilen hindurch eingeführt werden, um die Teile in zueinander ausgerichteter Anordnung zu halten, während andere Strukturen einen Druck ausüben, um die Struktur zusammenzuhalten. In einer anderen vorgesehenen Ausführungsform können die Teile ausgerichtet werden, indem Rippen oder sonstige Vorsprünge, die an den Teilen ausgebildet sind, vorgesehen werden, die mit Öffnungen an benachbarten Teilen zusammenpassen. Die ausgeübte Druckkraft schließt die Fluidströmungskanäle, die in dem Elektrolyseur gebildet werden und sich durch die verbundenen Teile hindurch erstrecken, dichtend ab. Die Verwendung einer Druckkraft, um die Struktur zusammenzuhalten, ermöglicht eine Instandhaltung und einen Austausch einzelner Teile.As explained in detail below, The present techniques provide systems and methods of assembly electrolysers starting from parts that have internal structures which, when placed against each other, form fluid flow channels. In a proposed embodiment For example, the assembly method can use alignment bars that pass through openings be introduced in the individual parts through to the parts in to hold another aligned arrangement, while other structures a Exert pressure, to hold the structure together. Intended in another embodiment can the parts are aligned by ribs or other protrusions, the are formed on the parts are provided, which with openings Match with adjacent parts. The applied compressive force closes the fluid flow channels which be formed in the electrolyzer and through the connected Parts extend through, sealing off. The use of a compressive force, to keep the structure together, allows for maintenance and an exchange of individual parts.

Ein Beispiel für ein Elektrolyseursystem 10, das durch die vorliegenden Techniken zusammengebaut werden kann, ist durch das schematisierte Diagramm nach 1 veranschaulicht. In dem Elektrolyseursystem 10 wird Wasser 12 durch einen auch als Elektrolyseurstack bezeichneten Elektrolyseurstapel 18 in Wasserstoff 14 und Sauerstoff 16 aufgespalten. Im Betrieb erhält eine Pumpe 20 einen andauernden Durchfluss einer Elektrolytlösung 22 durch den Elektrolyseurstapel 18 aufrecht. Im Allgemeinen ist die Elektrolytlösung 22 eine wässrige Lösung von etwa 20 Gew.% bis etwa 40 Gew.% oder etwa 30 Gew.% Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH), obwohl eine beliebige Anzahl sonstiger ionischer Lösungen verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Elektrolytlösung 22 Lithiumhydroxid oder andere Metalle enthalten.An example of an electrolyzer system 10 , which can be assembled by the present techniques, is shown by the schematic diagram 1 illustrated. In the electrolyzer system 10 becomes water 12 by an electrolyzer stack, also referred to as an electrolyzer stack 18 in hydrogen 14 and oxygen 16 split. In operation receives a pump 20 a continuous flow of an electrolyte solution 22 through the electrolyzer stack 18 upright. In general, the electrolyte solution 22 an aqueous solution of about 20% to about 40% or about 30% by weight potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH), although any number of other ionic solutions may be used. For example, the electrolyte solution 22 Lithium hydroxide or other metals.

Wenn ein Teil des Wassers 12 in Wasserstoff 14 und Sauerstoff 16 umgesetzt wird, wird zusätzliches Wasser 12 hinzugegeben, bevor die Elektrolytlösung 22 zu dem Elektrolyseurstapel 18 zurückgeführt wird. Wie in weiteren Einzelheiten nachstehend erläutert, erzeugt der Elektrolyseurstapel 18 einen Wasserstoffstrom 24, der Wasserstoffbläschen 14 in der Elektrolytlösung 22 enthält. Der Wasserstoffstrom 24 wird zu einem Wasserstoffabscheider 26 geleitet, in dem der Wasserstoff 14 abgesondert und zur Speicherung oder Nutzung gesammelt wird. Der Elektrolyseurstapel 18 erzeugt ferner einen gesonderten Sauerstoffstrom 28, der Bläschen von Sauerstoff 16 in der Elektrolytlösung 22 enthält und der zu einem Sauerstoffabscheider 30 geleitet wird. In dem Sauerstoffabscheider 30 wird der Sauerstoff 16 von der Elektrolytlösung 22 separiert. Der Wasserstoffabscheider 26 und der Sauerstoffabscheider 30 können allgemein als Speicher für die Elektrolytlösung 22 dienen. Von den Abscheidern 26, 30 aus kann ein Elektrolytlösungsrückstrom 32 zu der Pumpe 20 geleitet werden, wo dieser zu dem Elektrolyseurstapel 18 hin umgewälzt wird.If a part of the water 12 in hydrogen 14 and oxygen 16 is implemented, additional water 12 added before the electrolyte solution 22 to the electrolyzer stack 18 is returned. As explained in more detail below, the electrolyzer stack generates 18 a hydrogen stream 24 , the hydrogen bubbles 14 in the electrolyte solution 22 contains. The hydrogen flow 24 becomes a hydrogen separator 26 directed, in which the hydrogen 14 segregated and collected for storage or use. The electrolyzer stack 18 also generates a separate oxygen stream 28 , the bubbles of oxygen 16 in the electrolyte solution 22 contains and to an oxygen separator 30 is directed. In the oxygen separator 30 becomes the oxygen 16 from the electrolyte solution 22 separated. The hydrogen separator 26 and the oxygen separator 30 can generally be used as storage for the electrolyte solution 22 serve. From the separators 26 . 30 may be an electrolytic solution backflow 32 to the pump 20 be directed, where this to the electrolyzer stack 18 is circulated.

In dem Elektrolyseurstapel 18 leiten zwei Einlasskanäle 34, 35 die Elektrolytlösung 22 zu einer Anzahl einzelner Elektrolyseurzellen 36. Die Einlasskanäle 34, 35 sind durch hintereinander fluchtend angeordnete Löcher gebildet, die in jeder der Elektrolyseurzellen 36 geformt sind. Die Elektrolyseurzellen 36 sind über- bzw. nebeneinander gestapelt und durch die Elektrolytlösung 22 in Reihe elektrisch miteinander verbunden. Allgemein sind die Elektrolyseurzellen 36 beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden, um eine einzelne Struktur zu bilden, in der die Einlasskanäle 34, 35 einen von zwei Sätzen von Strömungspfaden durch die Struktur bilden. Ausführungsformen der vorliegenden Techniken ermöglichen jedoch einen Zusammenbau eines Elektrolyseurstapels 18 ohne die Erzeugung einer festen, unlösbaren Verbindung zwischen den Elektrolyseurzellen 36, indem der Elektrolyseurstapel 18 während des Zusammenbaus und der Verwendung unter Druck gesetzt wird. Dies hält die Elektrolyseurzellen 36 mit ausreichender Druckkraft zusammen, um zwischen den einzelnen Elektrolyseurzellen 36 eine hermetische Abdichtung zu erzeugen. Ferner können diese Techniken es ermöglichen, dass der Elektrolyseurstapel 18 durch den Austausch von oder Zugang zu einzelnen Zellen 36 gewartet werden kann.In the electrolyzer stack 18 conduct two inlet channels 34 . 35 the electrolyte solution 22 to a number of individual electrolyzer cells 36 , The inlet channels 34 . 35 are formed by successively aligned holes in each of the electrolyzer cells 36 are shaped. The electrolyzer cells 36 are stacked above or next to each other and through the electrolyte solution 22 electrically connected in series. Generally, the electrolyzer cells are 36 welded together, for example, to form a single structure in which the inlet channels 34 . 35 form one of two sets of flow paths through the structure. However, embodiments of the present techniques allow for assembly of an electrolyzer stack 18 without the creation of a solid, permanent connection between the electrolyzer cells 36 by the electrolyzer stack 18 is pressurized during assembly and use. This holds the electrolyzer cells 36 with sufficient compressive force to move between the individual electrolyzer cells 36 to create a hermetic seal. Furthermore, these techniques may allow the electrolyzer stack 18 by exchanging or accessing individual cells 36 can be serviced.

In der veranschaulichten Ausführungsform enthält der Elektrolyseurstapel 18 10 Elektrolyseurzellen 36, obwohl eine beliebige Anzahl, wie beispielsweise 50, 75, 100 oder mehr Elektrolyseurzellen 36, je nach den momentan verfügbaren und den gewünschten Produktionsraten enthalten sein kann. An einem Ende des Elektrolyseurstapels 18 ist ein positives Spannungspotential 38 an einen positiven Stromabnehmer 40 angeschlossen. An dem anderen Ende des Stapels ist ein negatives Spannungspotential 42 an einen negativen Stromabnehmer 44 angeschlossen. Eine Metallplatte 46, die in jeder der Elektrolyseurzellen 36 angeordnet ist, dient als eine bipolare Elektrode. Wenn Strom durch die Elektrolytlösung 22 geschickt wird, wird eine positive Ladung auf der Seite der Metallplatte 46 induziert, die am nächsten zu der positiven Elektrode 38 liegt, so dass eine anodische Fläche 48 gebildet wird. In ähnlicher Weise wird eine negative Ladung auf der Seite der Metallplatte 46 induziert, die sich am nächsten an der negativen Elektrode befindet, wodurch eine kathodische Fläche 50 gebildet wird. Die Metallplatte 46 kann einen Maschendraht aufweisen, der an den Oberflächen 48, 50 angeschweißt ist, um den Oberflächenbereich zu vergrößern.In the illustrated embodiment, the electrolyzer stack includes 18 10 electrolyzer cells 36 although any number, such as 50, 75, 100 or more electrolyzer cells 36 , depending on the currently available and the desired production rates may be included. At one end of the electrolyzer pile 18 is a positive voltage potential 38 to a positive pantograph 40 connected. At the other end of the stack is a negative voltage potential 42 to a negative pantograph 44 connected. A metal plate 46 that in each of the electrolyzer cells 36 is arranged, serves as a bipolar electrode. When electricity passes through the electrolyte solution 22 is sent, a positive charge on the side of the metal plate 46 induced closest to the positive electrode 38 lies, leaving an anodic surface 48 is formed. Similarly, a negative charge on the side of the metal plate 46 which is closest to the negative electrode, creating a cathodic area 50 is formed. The metal plate 46 may have a wire mesh attached to the surfaces 48 . 50 is welded to increase the surface area.

Allgemein kann während einer Elektrolyse die Ladungsdifferenz zwischen der anodischen Fläche 48 und der kathodischen Fläche 50 in der Größenordnung von etwa 1,5 Volt bis etwa 2,2 Volt liegen. Da die Elektrolyseurzellen 36 in Reihe angeordnet sind, wird die Spannung und/oder der Strom, die bzw. der dem Elektrolyseurstapel 18 zugeführt wird, demgemäß erhöht, um die Anzahl von Elektrolyseurzellen 36 in dem Stapel zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Spannung, die an den Elektrolyseurstapel 18 angelegt wird, in dem Bereich von etwa 15 bis etwa 22 Volt für Ausführungsformen mit 10 Elektrolyseurzellen 36 und in einem Bereich von etwa 150 Volt bis etwa 220 Volt für Ausführungsformen mit 100 Elektrolyseurzellen 36 betragen. Es können auch andere Spannungen und in der Tat auch andere Ladungsbeaufschlagungsschemata vorgesehen werden.Generally, during an electrolysis, the charge difference between the anodic surface 48 and the cathodic area 50 are on the order of about 1.5 volts to about 2.2 volts. Because the electrolyzer cells 36 are arranged in series, the voltage and / or the current, the or the electrolyzer stack 18 is increased accordingly, by the number of electrolyzer cells 36 to be considered in the stack. For example, the voltage applied to the electrolyzer stack 18 in the range of about 15 to about 22 volts for embodiments with 10 electrolyzer cells 36 and in a range of about 150 volts to about 220 volts for embodiments with 100 electrolyzer cells 36 be. Other voltages, and indeed other charging schemes, may be provided.

Während eines Betriebs des Elektrolyseurstapels 18 wird die Elektrolyseurlösung 22 über die anodische Oberfläche 48 der Metallplatte 46 durch einen Kanal 52 geführt, der in jeder der Elektrolyseurzellen 36 ausgebildet und mit dem Einlasskanal 34 verbunden ist. Ein zweiter Kanal 54 leitet die Elektrolytlösung 22 von dem Einlasskanal 35 über die kathodische Oberfläche 50 der Metallplatte 46. Das Wasser in der Elektrolytlösung 22 wird in Sauerstoff 16 an der anodischen Fläche 48 und Wasserstoff 14 an der kathodischen Fläche 50 aufgespalten. Die Blasen von Wasserstoff 14 und Sauerstoff 16 werden durch eine flüssigkeitsdurchlässige Membran 56 voneinander getrennt, die Wasser und Ionen aus der Elektrolytlösung 22 ermöglicht hindurchzufließen, so dass ein Strom zwischen der anodischen Fläche 48 und der kathodischen Fläche 50 geleitet wird, die jedoch den Transfer von Gasen im Wesentlichen verhindert. Die flüssigkeitsdurchlässige Membran 56 kann aus einer beliebigen Anzahl von hydrophilen Polymeren, einschließlich beispielsweise Polysulfonen, Polyacrylamiden und Polyacrylsäuren, unter anderen, hergestellt sein.During operation of the electrolyzer stack 18 becomes the electrolyzer solution 22 over the anodic surface 48 the metal plate 46 through a canal 52 led in each of the electrolyzer cells 36 trained and with the inlet channel 34 connected is. A second channel 54 directs the electrolyte solution 22 from the inlet channel 35 over the cathodic surface 50 the metal plate 46 , The water in the electrolyte solution 22 gets into oxygen 16 on the anodic surface 48 and hydrogen 14 at the cathodic area 50 split. The bubbles of hydrogen 14 and oxygen 16 be through a liquid-permeable membrane 56 separated from each other, the water and ions from the electrolyte solution 22 allows it to flow through, leaving a stream between the anodic surface 48 and the cathodic area 50 which, however, substantially prevents the transfer of gases. The liquid-permeable membrane 56 may be made of any number of hydrophilic polymers including, for example, polysulfones, polyacrylamides and polyacrylic acids, among others.

Der Sauerstoffstrom 28, der an der anodischen Fläche 48 in jeder der Elektrolyseurzellen 36 gebildet wird, wird durch einen Sauerstoffkanal 58 zu einem Sauerstoffauslasskanal 60 geleitet. Von dem Sauerstoffauslasskanal 60 aus wird der Sauerstoffstrom 28 zu dem Sauerstoffabscheider 30 geleitet. In ähnlicher Weise wird der an der kathodischen Fläche 50 jeder der Elektrolyseurzellen 36 erzeugte Wasserstoffstrom 24 durch einen Wasserstoffkanal 32 hindurch zu einem Wasserstoffauslasskanal 64 geleitet. Von dem Wasserstoffauslasskanal 64 aus wird der Wasserstoffstrom 24 zu dem Wasserstoffabscheider 26 geführt. Wie bei den Einlasskanälen 34, 35 haben die Elektrolyseurzellen 36 hintereinander ausgerichtete Löcher, die die Auslasskanäle 60, 64 bilden, wenn die Elektrolyseurzellen 36 zusammen verbunden sind, um die endgültige Struktur zu bilden. Demgemäß ist es erwünscht, dass die Elektrolyseurzellen 36 gegeneinander hermetisch abgedichtet sind, um eine Vermischung des Wasserstoffs 14 mit dem Sauerstoff 16 zwischen den Auslasskanälen 60, 64 oder anderen Teilen des Elektrolyseurstapels 18 zu verhindern.The oxygen flow 28 which is on the anodic surface 48 in each of the electrolyzer cells 36 is formed by an oxygen channel 58 to an oxygen outlet channel 60 directed. From the oxygen outlet channel 60 out becomes the oxygen flow 28 to the oxygen separator 30 directed. Similarly, the at the cathodic area 50 each of the electrolyzer cells 36 generated hydrogen stream 24 through a hydrogen channel 32 through to a hydrogen outlet channel 64 directed. From the hydrogen outlet channel 64 out becomes the hydrogen flow 24 to the hydrogen separator 26 guided. As with the inlet channels 34 . 35 have the electrolyzer cells 36 one after the other aligned holes, which are the outlet channels 60 . 64 form when the electrolyzer cells 36 connected together to form the final structure. Accordingly, it is desirable that the electrolyzer cells 36 hermetically sealed against each other, to a mixing of the hydrogen 14 with the oxygen 16 between the outlet channels 60 . 64 or other parts of the electrolyzer stack 18 to prevent.

Der Elektrolyseurstapel 18 kann in einer Ummantelung oder einem Gehäuse, wie in 2 veranschaulicht, montiert sein, so dass ein Elektrolyseur 66 gebildet wird. Der Elektrolyseur 66 weist Anschlüsse für die Einlasskanäle 34, 35 auf, die das Einströmen der Elektrolytlösung 22 in den Elektrolyseur 66 ermöglichen. Der Elektrolyseur 66 weist ferner Anschlüsse für den Sauerstoffauslasskanal 60, um das Abführen des Sauerstoffstroms 28 zu ermöglichen, und für den Wasserstoffauslasskanal 64 auf, um zu ermöglichen, dass der Wasserstoffstrom 24 abgeführt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform bildet die Struktur ein Druckgefäß, und die Anschlüsse sind Flanschanschlüsse zur Verbindung mit passenden Rohrleitungen. Es können natürlich auch andere physische Konfigurationen vorgesehen werden. Im Allgemeinen kann die Dicke 68 des Elektrolyseurs 66 in einer momentan erwogenen Ausführungsform etwa 150 cm betragen, wobei die tatsächliche Größe und die tatsächlichen Abmessungen in Abhängigkeit von der Anzahl der Elektrolyseurzellen, die eingesetzt werden, variieren wird/werden. Die Einzelheiten des Elektrolyseurs 66 sind deutlicher aus 3 ersichtlich.The electrolyzer stack 18 can be in a sheath or a housing, as in 2 illustrated, be mounted, so that an electrolyzer 66 is formed. The electrolyzer 66 has connections for the inlet channels 34 . 35 on which the inflow of the electrolyte solution 22 in the electrolyzer 66 enable. The electrolyzer 66 also has connections for the oxygen outlet channel 60 to the removal of the oxygen stream 28 and for the hydrogen outlet channel 64 on to allow the hydrogen flow 24 is dissipated. In the illustrated embodiment, the structure forms a pressure vessel and the ports are flange ports for connection to mating conduits. Of course, other physical configurations may be provided. In general, the thickness can 68 of the electrolyzer 66 in a presently contemplated embodiment is about 150 cm, the actual size and the actual dimensions in Depending on the number of Elektrolyseurzellen that are used, will / will vary. The details of the electrolyzer 66 are clearer 3 seen.

3 zeigt eine Explosionsansicht 70, die die einzelnen Komponenten des Elektrolyseurs 66 veranschaulicht. Wie in dieser Ansicht veranschaulicht, weist der Elektrolyseur eine Endkappe 72 auf, die Verbindungen zu den Einlasskanälen 34, 35 und den Auslasskanälen 60, 64 aufweist. Der Körper 74 des Elektrolyseurs weist eine Anzahl von Anschlussstücken 76 auf, die längs des Umfangs montiert sind, um die Anwendung eines Drucks im Betrieb zu ermöglichen. Der beaufschlagte Druck liegt an der Außenseite des Elektrolyseurstapels 18 (innerhalb des Körpers 74) vor, um die Umfangsspannung an dem Elektrolyseurstapel 18 zu reduzieren, indem die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum- und dem Außenraumbereich des Stapels im Wesentlichen ausgeglichen oder reduziert wird. 3 shows an exploded view 70 containing the individual components of the electrolyzer 66 illustrated. As illustrated in this view, the electrolyzer has an end cap 72 on, the connections to the inlet channels 34 . 35 and the outlet channels 60 . 64 having. The body 74 of the electrolyzer has a number of fittings 76 which are mounted along the circumference to allow the application of a pressure in operation. The applied pressure is on the outside of the electrolyzer stack 18 (inside the body 74 ) to the hoop stress on the electrolyzer stack 18 by substantially equalizing or reducing the pressure differential between the interior and exterior regions of the stack.

Der Elektrolyseurstapel 18 wird zusammengebaut, indem die Elektrolyseurzellen 36 zusammengestapelt werden, um eine einzelne Einheit zu bilden, wobei die Löcher in jeder der Elektrolyseurzellen 36 fluchtend ausgerichtet sind, um die Einlasskanäle 34, 35 und die Auslasskanäle 60, 64 zu bilden. Die Ausrichtung der Elektrolyseurzellen 36 kann bewerkstelligt werden, indem ein Ausrichtungsstab 78 durch die Teile, beispielsweise durch den Wasserstoffauslasskanal 64, wie veranschaulicht, hindurch eingeführt wird. Es können weitere Ausrichtungsstäbe (nicht veranschaulicht) durch die anderen Kanäle 34, 35 und 60 hindurch eingeführt werden, um die Ausrichtung weiter zu verbessern. Ferner können die Elektrolyseurzellen 36 durch paarweise zusammenpassende Vorsprünge (nicht ver anschaulicht) an der Oberfläche der Elektrolyseurzelle 36 mit zugehörigen Vertiefungen an benachbarten Elektrolyseurzellen 36 ausgerichtet werden.The electrolyzer stack 18 is assembled by the electrolyzer cells 36 be stacked together to form a single unit, with the holes in each of the electrolyzer cells 36 Aligned to the inlet channels 34 . 35 and the outlet channels 60 . 64 to build. The orientation of the electrolyzer cells 36 can be accomplished by an alignment bar 78 through the parts, for example through the hydrogen outlet channel 64 as illustrated, is introduced therethrough. There may be further alignment bars (not illustrated) through the other channels 34 . 35 and 60 through to further improve alignment. Furthermore, the Elektrolyseurzellen 36 by pairs of matching projections (not ver anschaulicht) on the surface of the Elektrolyseurzelle 36 with associated recesses on adjacent electrolyzer cells 36 be aligned.

Eine Grundplatte 80 wird an dem Körper 74 der Endkappe 72 gegenüberliegend montiert. Die Grundplatte 80 kann Einsenkungen 81 haben, in die der Ausrichtungsstab 78 eingefügt werden kann, wodurch die Grundplatte 80 mit dem Rest des Elektrolyseurs 66 ausgerichtet wird. Die Endkappe 72, die Grundplatte 80 und der Körper 74 können aus allen beliebigen geeigneten Materialien, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Hastelloy, Nickel und dergleichen, konstruiert sein. Ferner müssen die Teile nicht aus Metall hergestellt sein, da ein hochleistungsfähiger Kunststoff ausreichende Eigenschaften bieten kann. Geeignete Hochleistungskunststoffe können unter anderem beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) enthalten. Außerdem können die Teile aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise können die Endkappe 72 und die Grundplatte 80 aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, während der Körper 74 aus einem Hochleistungskunststoff hergestellt sein kann, wodurch die Endkappe 72 gegenüber der Grundplatte 80 isoliert wird. Die Endkappe 72 kann ferner von der Grundplatte 80 durch die Verwendung von (nicht veranschaulichten) Dichtungen zwischen der Endkappe 72, dem Körper 74 und der Grundplatte 80 isoliert sein.A base plate 80 gets on the body 74 the end cap 72 mounted opposite. The base plate 80 can depressions 81 in which the alignment bar 78 can be inserted, reducing the base plate 80 with the rest of the electrolyzer 66 is aligned. The end cap 72 , the base plate 80 and the body 74 may be constructed of any suitable materials such as stainless steel, Hastelloy, nickel and the like. Furthermore, the parts need not be made of metal because a high performance plastic can provide sufficient properties. Suitable high performance plastics may include, for example, polyphenylene sulfide (PPS) or polyetheretherketone (PEEK). In addition, the parts may be made of the same material or of different materials. For example, the end cap 72 and the base plate 80 be made of stainless steel while the body 74 can be made of a high performance plastic, reducing the end cap 72 opposite the base plate 80 is isolated. The end cap 72 can also from the base plate 80 by the use of seals (not shown) between the end cap 72 , the body 74 and the base plate 80 be isolated.

Um die Elektrolyseurzellen 36 einer Druckkraft auszusetzen, können eine oder mehrere Abstandsplatten 82 eingefügt sein, die den Elektrolyseurstapel 18 von der Endkappe 72 isolieren. Ferner kann eine Dichtungsscheibe 84 eingefügt sein, um zusätzlichen Druck hinzuzufügen und/oder den Stapel gegenüber der Grundplatte 80 zu isolieren. Der den Elektrolyseurstapel 18 beaufschlagende Druck kann durch die Anzahl und Dicke der Abstandsplatten 82 gesteuert bzw. kontrolliert werden. Beispielsweise können zwei Abstandsplatten 82 einen Druck von etwa 6,89 bar (100 psi) ergeben. Andere Drücke, die in Ausführungsformen verwendet werden können, hängen von den eingesetzten Materialien ab, wie dies nachstehend weiter erläutert ist. Es können andere Arten zur Aufbringung eines Drucks auf den Elektrolyseurstapel 18 verwendet werden, wozu auch eine Endkappe 72 mit einer vorspringenden Lippe gehört, wie dies im Zusammenhang mit 5 nachstehend beschrieben ist.To the electrolyzer cells 36 To suspend a compressive force, one or more spacer plates 82 be inserted that the electrolyzer stack 18 from the end cap 72 isolate. Furthermore, a sealing washer 84 be inserted to add additional pressure and / or the stack opposite the base plate 80 to isolate. The electrolyzer stack 18 acting pressure can by the number and thickness of the spacer plates 82 be controlled or controlled. For example, two spacer plates 82 give a pressure of about 6.89 bar (100 psi). Other pressures that may be used in embodiments depend on the materials used, as further explained below. There may be other ways of applying pressure to the electrolyzer stack 18 be used, including an end cap 72 heard with a protruding lip, as related to 5 described below.

Die gesamte Anordnung kann durch Schraubenbolzen 86 zusammengehalten sein, die durch die Endkappe 72 und die Grundplatte 80 hindurch eingeführt sind und die nach der Einführung durch die Grundplatte 80 in Muttern 88 eingeschraubt werden. Die Bolzen 86 üben den Druck aus, der verwendet wird, um die Elektrolyseurzellen 36 gegeneinander abzudichten, wodurch die Einlasskanäle 34, 35 und die Auslasskanäle 60, 64 gebildet werden. Ein Stromanschlussstück 90 kann an der Endkappe 72 angeschweißt sein, das dann als einer der Stromabnehmer 40, 44 dienen kann. Ein weiterer Stromanschluss 92, der auf der Grundplatte 80 angeschweißt ist, kann der Grundplatte 80 ermöglichen, als der entgegengesetzt geladene Stromabnehmer zu dienen.The entire assembly can be done by bolts 86 held together by the end cap 72 and the base plate 80 are introduced through and after the introduction through the base plate 80 in nuts 88 be screwed. Bolts 86 exercise the pressure used to control the electrolyzer cells 36 seal against each other, eliminating the inlet channels 34 . 35 and the outlet channels 60 . 64 be formed. A power connector 90 can on the end cap 72 welded, then as one of the current collector 40 . 44 can serve. Another power connection 92 on the base plate 80 welded, the base plate can 80 allow to serve as the opposite charged pantograph.

Es sollte beachtet werden, dass zwischen den Zellen ferner zusätzliche Elemente platziert werden können, um die Montage und/oder Abdichtung zu unterstützen. Beispielsweise können die Zellen durch eine als Zwischenstück eingefügte Dichtung oder Dichtungsanordnung (nicht veranschaulicht) aneinander angepasst sein, die zwischen benachbarten Zellen oder Zellenelementen (d. h. benachbarten Elektroden- und Membrananordnungen) eingefügt sein kann. Derartige Dichtungen können auf einer Oberfläche eines der benachbarten Elemente oder beider benachbarter Elemente angeordnet oder in Nuten oder sonstige Struk turen eingelassen sein, die in den Elementen ausgebildet oder maschinell eingearbeitet worden sind.It should be noted that additional cells may also be placed between the cells to aid in assembly and / or sealing. For example, the cells may be mated by a gasket or seal assembly (not illustrated) inserted as an interface that may be interposed between adjacent cells or cell elements (ie, adjacent electrode and membrane assemblies). Such seals may be arranged on a surface of one of the adjacent elements or both adjacent elements or embedded in grooves or other structural structures, the have been trained in the elements or incorporated by machine.

Eine einzelne Elektrolyseurzelle 36, die in dem Elektrolyseurstapel 18 eingesetzt werden kann, ist in der Perspektivansicht nach 4 veranschaulicht. Die Elektrolyseurzelle 36 enthält im Wesentlichen zwei Teile, nämlich eine Elektrodenanordnung 94, die an einer Membrananordnung 96 montiert ist. Beide Anordnungen 94, 96 weisen Öffnungen auf, die zueinander und mit denjenigen anderer Elektrolyseurzellen fluchtend ausgerichtet sind, um die Einlasskanäle 34, 35 und die Auslasskanäle 60, 64 zu bilden. Die Elektrodenanordnung 94 hält die Metallplatte 46, die die bipolare Elektrode bildet. Eine Seite der Elektrodenanordnung 94 weist den darin eingegossenen bzw. eingespritzten Kanal 54 auf, der den Fluss des Elektrolyten von einem der Einlasskanäle 35 über die kathodische Fläche 50 der Metallplatte 46 leitet. Der Fluss mit den mitgeführten Wasserstoffblasen wird anschließend zu dem Wasserstoffauslasskanal 64 über den Wasserstoffkanal 62 geleitet, der ebenfalls in der Elektrodenanordnung 94 eingegossen bzw. eingespritzt sein kann. Ein analoger Satz von Kanälen auf der gegenüberliegenden Seite der Metallplatte 46 führt den Fluss des Sauerstoffs 16.A single electrolyzer cell 36 in the electrolyzer stack 18 can be used, is in the perspective view after 4 illustrated. The electrolyzer cell 36 contains essentially two parts, namely an electrode assembly 94 attached to a membrane assembly 96 is mounted. Both arrangements 94 . 96 have openings that are aligned with each other and with those of other Elektrolyseurzellen aligned to the inlet channels 34 . 35 and the outlet channels 60 . 64 to build. The electrode arrangement 94 holds the metal plate 46 which forms the bipolar electrode. One side of the electrode assembly 94 has the channel cast or injected therein 54 on which the flow of the electrolyte from one of the inlet channels 35 over the cathodic area 50 the metal plate 46 passes. The flow with the entrained hydrogen bubbles then becomes the hydrogen outlet channel 64 over the hydrogen channel 62 passed, which is also in the electrode assembly 94 can be poured or injected. An analogous set of channels on the opposite side of the metal plate 46 leads the flow of oxygen 16 ,

Die Elektrodenanordnung 94 und die Membrananordnung 96 können aus einer beliebigen Anzahl von Materialien hergestellt sein und enthalten in einer momentan vorgesehenen Ausführungsform einen Umfangsrand oder -rahmen, der aus einem nicht leitfähigen, chemisch resistenten Kunststoff hergestellt ist. Das Kunststoffmaterial kann allgemein gegenüber einer oxidativen Umgebung, einer reduzierenden Umgebung, einer sauren Umgebung, einer basischen Umgebung oder einer beliebigen Kombination von diesen chemisch resistent sein. Beispielsweise können die Rahmen bzw. Ränder der Anordnungen 94, 96 aus Polyimiden, Polya miden, Polyetheretherketonen, Polyethylenen, Fluorpolymeren, Polypropylenen, Polysulfonen, Polyphenylenoxiden, Polyphenylensulfiden, Polyphenylenethern, Polystyrolen, Polyetherimiden, Epoxiden, Polycarbonaten, schlagzäh modifizierten Polyethylenen, schlagzäh modifizierten Fluorpolymeren, schlagzäh modifizierten Polypropylenen, schlagzäh modifizierten Polysulfonen, schlagzäh modifizierten Polyphenylenoxiden, schlagzäh modifizierten Polyphenylenethern, schlagzäh modifizierten Polyphenylensulfiden, schlagzäh modifizierten Polystyrolen, schlagzäh modifizierten Polyetherimiden, schlagzäh modifizierten Epoxiden, schlagzäh modifizierten Polycarbonaten oder beliebigen Kombinationen von diesen hergestellt sein. Weitere Polymere, die verwendet werden können, umfassen Hochleistungsblends, wie beispielsweise Noryl, das ein Gemisch aus Polyphenylenether und Polystyrol (PS) ist (verfügbar von SABIC Innovative Plastics aus Pittsfield, MA, USA).The electrode arrangement 94 and the membrane assembly 96 may be made of any number of materials, and in a presently contemplated embodiment, includes a peripheral rim or frame made of a nonconductive, chemically resistant plastic. The plastic material may generally be chemically resistant to an oxidative environment, a reducing environment, an acidic environment, a basic environment, or any combination thereof. For example, the frames or edges of the arrangements 94 . 96 from polyimides, polyamides, polyetheretherketones, polyethylenes, fluoropolymers, polypropylenes, polysulfones, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfides, polyphenylene ethers, polystyrenes, polyetherimides, epoxides, polycarbonates, impact-modified polyethylenes, impact-modified fluoropolymers, impact-modified polypropylenes, impact-modified polysulfones, impact-modified polyphenylene oxides, impact-modified polyphenylene ethers, impact-modified polyphenylene sulfides, impact-modified polystyrenes, impact-modified polyetherimides, impact-modified epoxides, impact-modified polycarbonates or any combinations thereof. Other polymers that can be used include high performance blends, such as Noryl, which is a blend of polyphenylene ether and polystyrene (PS) (available from SABIC Innovative Plastics of Pittsfield, MA, USA).

Die für die Elektrodenanordnung 94 und die Membrananordnung 96 ausgewählten Materialen bestimmen den Druck, der auf den Elektrolyseurstapel 18 aufgebracht werden muss, um zwischen allen Elektrolyseurzellen 36 eine hermetische Abdichtung zu schaffen. Insbesondere bestimmt die Nachgiebigkeit oder der Elastizitätsmodul des Kunststoffs es, welcher aufgebrachte Druck zur Erzielung einer Abdichtung führen wird. Wenn der Druck zu gering ist im Vergleich zu der Nachgiebigkeit, kann der Kunststoff gegebenenfalls nicht richtig abdichten, wodurch dem Wasserstoff 14 und dem Sauerstoff 16 ermöglicht wird, sich durch Leckströme zwischen den Auslasskanälen 60, 64 miteinander zu vermischen. Wenn der Druck so hoch ist, kann der Kunststoff reißen oder platzen und somit ebenfalls ermöglichen, dass sich Leckströme bilden. In momentan vorgesehenen Ausführungsformen kann der Druck, mit dem der Elektrolyseurstapel 18 beaufschlagt wird, etwa 2 bar, 3 bar, 5 bar, 7 bar, 9 bar oder mehr betragen.The for the electrode assembly 94 and the membrane assembly 96 selected materials determine the pressure on the electrolyzer stack 18 must be applied to between all electrolyzer cells 36 to create a hermetic seal. In particular, the compliance or elastic modulus of the plastic dictates which applied pressure will result in achieving a seal. If the pressure is too low compared to the compliance, the plastic may not properly seal, thereby reducing the hydrogen 14 and the oxygen 16 is enabled by leakage currents between the outlet channels 60 . 64 to mix with each other. If the pressure is so high, the plastic can rupture or burst and thus also allow leakage to form. In currently contemplated embodiments, the pressure at which the electrolyzer stack 18 2 bar, 3 bar, 5 bar, 7 bar, 9 bar or more.

Die Membrananordnung 96 kann mit der Elektrodenanordnung 94 dauerhaft, unlösbar verbunden sein, um die Elektrolyseurzelle 36 zu bilden. Die beiden Anordnungen 94, 96 können durch jede beliebige von vielfältigen Techniken, einschließlich mit Klebstoffen, durch Ultraschallschweißen, durch Wärmeschweißen, Kompression und dergleichen, zusammengefügt werden. Die Membrananordnung 96 hält die flüssigkeitsdurchlässige Membran 56, die eine Vermischung des Wasserstoffs 16, der an der anodischen Fläche 48 der Metallplatte 56 gebildet wird, mit Wasserstoff 14, der auf der kathodischen Oberfläche 50 einer benachbarten Metallplatte gebildet wird, verhindert. In anderen in Erwägung gezogenen Ausführungsformen können die Elektrodenanordnung 94 und die Membrananordnung 96 als separate Einheiten belassen und durch eine Druckkraft in dem endgültig zusammengebauten Elektrolyseur 66 zusammengehalten werden.The membrane arrangement 96 can with the electrode assembly 94 permanently, inextricably linked to the electrolyzer cell 36 to build. The two arrangements 94 . 96 can be joined by any of a variety of techniques, including adhesives, ultrasonic welding, heat welding, compression, and the like. The membrane arrangement 96 holds the liquid-permeable membrane 56 that is a mixture of hydrogen 16 which is on the anodic surface 48 the metal plate 56 is formed with hydrogen 14 standing on the cathodic surface 50 an adjacent metal plate is formed prevented. In other contemplated embodiments, the electrode assembly 94 and the membrane assembly 96 as separate units and by a compressive force in the final assembled electrolyzer 66 held together.

Die Elektrolyseurzelle 36 kann auf die Ausrichtungsstäbe 98, 100 aufgeschoben werden, die durch die Kanäle 34 und 35 hindurch eingeführt sind, um die Elektrolyseurzelle 36 mit benachbarten Elektrolyseurzellen 36 auszurichten, so dass der Elektrolyseurstapel 18 gebildet wird. Weitere Ausrichtungsstäbe (nicht veranschaulicht) können durch die Kanäle 60 und 64 eingeführt werden. Die Ausrichtungsstäbe können im Wesentlichen zylindrisch sein, wobei jedoch eine beliebige Gestalt, die einen ausreichenden Kontakt mit den Seiten der Kanäle 34, 35, 60 und 64 herstellt, verwendet werden kann. Die Ausrichtungsstäbe können Kunststoffstäbe oder -zylinder sein und können auch Kunststoffhülsen und -rohre enthalten. Wie vorstehend erwähnt, können andere Techniken verwendet werden, um die Elektrolyseurzellen 36 fluchtend auszurichten. Es können (nicht veranschaulichte) Vorsprünge an der Elektrodenanordnung 94 oder der Membrananordnung 96 angespritzt oder angegossen oder maschinell eingearbeitet und eingerichtet sein, um mit passen den Löchern oder Oberflächenvertiefungen in benachbarten Teilen verbunden zu werden. Der Einsatz von passenden Vorsprüngen kann zusätzlich oder anstelle der Ausrichtungsstäbe verwendet werden.The electrolyzer cell 36 Can on the alignment bars 98 . 100 be deferred through the channels 34 and 35 are introduced to the electrolyzer cell 36 with neighboring electrolyzer cells 36 align so that the electrolyzer stack 18 is formed. Other alignment bars (not illustrated) may pass through the channels 60 and 64 be introduced. The alignment bars may be substantially cylindrical, but with any shape that makes sufficient contact with the sides of the channels 34 . 35 . 60 and 64 can be used. The alignment rods may be plastic rods or cylinders and may also include plastic sleeves and tubes. As mentioned above, other techniques can be used to control the electrolyzer cells 36 align in alignment. There may be projections (not shown) on the electrode assembly 94 or the membrane assembly 96 is sprayed or molded or machined and set up to mate with the holes or surface indentations in adjacent parts. The use of mating projections may be used in addition to or in place of the alignment rods.

Zusätzlich zu der Verwendung der Abstandsplatten 82, wie vorstehend beschrieben, ist eine weitere momentan vorgesehene Technik, die verwendet werden kann, um einen Druck auf den Elektrolyseurstapel aufzubringen, in der oberen Ansicht des Elektrolyseurs 66 in 5 veranschaulicht. In dieser Konfiguration hat die Endkappe 72 eine vorspringende Lippe 102, die in der unteren Fläche maschinell eingearbeitet ist. Die vorspringende Lippe 102 weist einen O-Ring 104 auf, der in einem Kanal festgesetzt ist, der in der vorspringenden Lippe 104 maschinell eingearbeitet ist. Die Prozedur ist im Wesentlichen die gleiche, wie für die 3 beschrieben, so dass ein Ausrichtungsstab 78 durch wenigstens einen der Kanäle 64 positioniert wird, die durch die fluchtend zueinander ausgerichteten Öffnungen in den Elektrolyseurzellen 36 gebildet sind. Die Abstandsplatten 82 und die Dichtung 84 können verwendet werden, um den Druck auf den Elektrolyseurstapel 18 weiter zu erhöhen. Die vorspringende Lippe 102 ist entworfen, um eng in den Körper 74 des Elektrolyseurs 66 zu passen, wobei der O-Ring 104 eine Abdichtung schafft.In addition to the use of the spacer plates 82 As described above, another currently contemplated technique that can be used to apply pressure to the electrolyzer stack is in the top view of the electrolyzer 66 in 5 illustrated. In this configuration has the end cap 72 a protruding lip 102 , which is machined in the lower surface. The projecting lip 102 has an O-ring 104 which is fixed in a channel which in the projecting lip 104 machined is. The procedure is essentially the same as for the 3 described, so that an alignment rod 78 through at least one of the channels 64 positioned through the aligned openings in the electrolyzer cells 36 are formed. The spacer plates 82 and the seal 84 can be used to relieve pressure on the electrolyzer stack 18 continue to increase. The projecting lip 102 is designed to fit tight in the body 74 of the electrolyzer 66 to fit, with the O-ring 104 creates a seal.

Eine vergrößerte Ansicht der vorspringenden Lippe 102 ist in der vergrößerten Ansicht gemäß 6 ersichtlich, die entlang der Schnittlinie 6-6 in 5 aufgenommen ist. In 6 ist zu ersehen, dass die vorspringende Lippe 102 sich nur geringfügig innerhalb des Innenrandes 106 des Körpers 74 befinden kann. Diese Presspassung kann dem O-Ring 104 ermöglichen, sicher mit dem Innenrand 106 des Körpers 74 verbunden zu sein, um die Abdichtung zu erzeugen. Wenn die Muttern 88 auf den Schraubenbolzen 86 festgezogen werden, kann die vorspringende Lippe 102 als ein Kolben dienen, der einen Druck auf den Elektrolyseurstapel 18 ausübt und die Kanäle 34, 35, 60 und 64 abdichtet.An enlarged view of the projecting lip 102 is in the enlarged view according to 6 can be seen along the section line 6-6 in 5 is included. In 6 you can see that the projecting lip 102 only slightly inside the inner edge 106 of the body 74 can be located. This interference fit can the O-ring 104 allow, secure with the inner edge 106 of the body 74 connected to create the seal. If the nuts 88 on the bolt 86 can be tightened, the protruding lip 102 serve as a piston that puts pressure on the electrolyzer stack 18 exercises and the channels 34 . 35 . 60 and 64 seals.

Ein Verfahren 108 zum Zusammenbauen eines Elektrolyseurs 66 ist in dem Flussdiagramm in 7 veranschaulicht. Das Verfahren 108 beginnt mit der Erzeugung der Unterbaugruppen (Block 110). Die Unterbaugruppen enthalten die Elektrolyseurzellen 36, die durch Verbindung einer Elektrodenanordnung 94 mit einer Membrananordnung 96, wie vorstehend beschrieben, hergestellt werden. Sobald die Unterbaugruppen hergestellt sind, werden sie auf einem Ausrichtungsstab 78 platziert (Block 112), um einen Elektrolyseurstapel 18 zu bilden. Alle weiteren gewünschten Teile, wie beispielsweise die Abstandsplatten 82 und die Dichtungsscheibe 84, werden dann auf den Ausrichtungsstäben platziert. In anderen in Erwägung gezogenen Ausführungsformen können Vorsprünge auf jeder der Elektrolyseurzellen 36 an Vertiefungen an benachbarten Elektrolyseurzellen 36 angepasst sein, um die Fluidkanäle 34, 35, 60, 64 auszurichten. In dieser erwogenen Ausführungsform können passende Vorsprünge und Vertiefungen auch in den Abstandsplatten 82 und der Dichtung 84 ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform können passende Vertiefungen oder Vorsprünge auch in der Endkappe 72 und der Grundplatte 74 maschinell eingearbeitet sein.A procedure 108 to assemble an electrolyzer 66 is in the flowchart in 7 illustrated. The procedure 108 begins with the creation of the subassemblies (block 110 ). The subassemblies contain the electrolyzer cells 36 by connecting an electrode assembly 94 with a membrane arrangement 96 as described above. Once the subassemblies are made, they are placed on an alignment rod 78 placed (block 112 ) to an electrolyzer stack 18 to build. All other desired parts, such as the spacer plates 82 and the sealing washer 84 , are then placed on the alignment bars. In other contemplated embodiments, protrusions may be on each of the electrolyzer cells 36 at depressions on adjacent electrolyzer cells 36 be adapted to the fluid channels 34 . 35 . 60 . 64 align. In this contemplated embodiment, mating projections and recesses may also be found in the spacer plates 82 and the seal 84 be educated. In this embodiment, mating depressions or protrusions may also be present in the end cap 72 and the base plate 74 be machined incorporated.

Der ausgerichtete Elektrolyseurstapel 18 wird anschließend in den Körper 74 eingebaut (Block 114). Die Ausrichtungsstäbe werden durch die Endkappe 72 hindurch angeordnet, um die Kanäle 34, 35, 60 und 64 mit der Endkappe 72 auszurichten. Das gegenüberliegende Ende der Ausrichtungsstäbe kann in Einsenkungen in der Grundplatte 80 platziert werden, um die Grundplatte 80 mit den restlichen Teilen auszurichten. Nachdem sämtliche Teile zusammengefügt worden sind, werden die Schraubenbolzen 86 durch die Endkappe 72 und die Grundplatte 80 hindurch positioniert, und die Muttern 88 werden auf die Bolzen 86 aufgeschraubt (Block 116).The aligned electrolyzer stack 18 is subsequently in the body 74 installed (block 114 ). The alignment rods are through the end cap 72 arranged through to the channels 34 . 35 . 60 and 64 with the end cap 72 align. The opposite end of the alignment rods can be in depressions in the base plate 80 be placed to the base plate 80 to align with the remaining parts. After all parts have been assembled, the bolts are 86 through the end cap 72 and the base plate 80 positioned through, and the nuts 88 be on the bolts 86 screwed on (block 116 ).

Wenn die Bolzen 86 an den Muttern 88 angebracht sind, werden sie festgezogen, um einen Druck auf den Elektrolyseurstapel 18 auszuüben (Block 118). Der Druck dichtet die Elektrolyseurzellen 36 gegeneinander ab, so dass die Einlasskanäle 34, 35 und Auslasskanäle 60, 64 gebildet sind. Sobald die Montage vollendet ist, werden die Ausrichtungsstäbe entfernt, indem sie aus den Kanälen 34, 35, 60 und 64 in der Endkappe 72 herausgezogen werden (Block 120), wodurch eine vollständig zusammengebaute Elektrolyseureinheit hinterlassen wird.If the bolts 86 at the nuts 88 are attached, they are tightened to a pressure on the electrolyzer stack 18 exercise (block 118 ). The pressure seals the electrolyzer cells 36 against each other, leaving the inlet channels 34 . 35 and outlet channels 60 . 64 are formed. Once the assembly is completed, the alignment rods are removed by removing them from the channels 34 . 35 . 60 and 64 in the end cap 72 be pulled out (block 120 ), leaving a fully assembled electrolyzer unit.

Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden sich einem Fachmann viele Modifikationen und Veränderungen erschließen. Es ist folglich zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche dazu vorgesehen sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen mit zu umfassen, sofern sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen.While only certain features of the invention are illustrated and described herein Many modifications and modifications will be made to a person skilled in the art changes tap. It is therefore to be understood that the appended claims are intended to all such modifications and changes as far as they fall within the true scope of the invention.

Die vorliegenden Techniken ergeben Systeme und Verfahren zum Zusammenbau von Elektrolyseuren 66 ausgehend von Teilen, die innere Strukturen aufweisen, die, wenn sie aneinander platziert sind, Fluidströmungskanäle 34, 35, 60, 64 bilden. In einer vorgesehenen Ausführungsform kann die Technik zum Zusammenbauen Ausrichtungsstäbe 98, 100 verwenden, die durch Öffnungen in den einzelnen Teilen hindurch eingeführt werden, um die Teile zueinander in Ausrichtung zu halten, während weitere Strukturen einen Druck ausüben, um die Struktur zusammenzuhalten. In einer anderen vorgesehenen Ausführungsform können die Teile ausgerichtet werden, indem sie Rippen oder sonstige Vorsprünge 102, die an den Teilen ausgebildet sind, aufweisen, die mit Öffnungen an benachbarten Teilen zusammenpassen. Der ausgeübte Druck dichtet die Fluidströmungskanäle 34, 35, 60, 64 ab, die in dem Elektrolyseur 66 gebildet werden und sich durch die zusammengefügten Teile hindurch erstrecken. Der Einsatz eines Drucks, um die Struktur zusammenzuhalten, ermöglicht eine Instandhaltung und einen Austausch einzelner Teile.The present techniques provide systems and methods for assembling electrolyzers 66 starting from parts having internal structures which, when placed against one another, provide fluid flow channels 34 . 35 . 60 . 64 form. In one contemplated embodiment, the technique for assembling alignment rods 98 . 100 which are inserted through apertures in the individual parts to keep the parts in alignment with each other while other structures apply pressure to hold the structure together. In another proposed embodiment, the parts can be aligned who by adding ribs or other protrusions 102 formed on the parts that mate with openings on adjacent parts. The applied pressure seals the fluid flow channels 34 . 35 . 60 . 64 starting in the electrolyser 66 are formed and extend through the assembled parts. The use of pressure to hold the structure together allows maintenance and replacement of individual parts.

Claims

Electrolyzer ( 66 ) comprising: a plurality of electrolyzer cells ( 36 ), which are positioned together to form a stack ( 18 ), each electrolyzer cell ( 36 ) an electrode arrangement ( 94 ) and a membrane assembly ( 96 ) and wherein the membrane arrangement ( 96 ) each electrolyzer cell ( 36 ) adjacent to an electrode assembly ( 94 ) of another electrolyzer cell ( 36 ) is arranged; one through the stack ( 18 ) leading inner fluid channel ( 34 . 35 . 60 . 64 ) caused by an internal structure of each of the electrolyzer cells ( 36 ) is formed; a bracket that is set up to put one on top of the stack ( 18 ) to maintain an applied compressive force sufficient to cause the inner fluid channel ( 34 . 35 . 60 . 64 ) seal.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein the pressing force is a pressure between the cells ( 36 ), which is between about 3 bar and a pressure which is less than the maximum allowable pressure load of the cell material.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein the holder is adapted to be opened to allow access to each one of the plurality of electrolyzer cells ( 36 ).

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein either the electrode arrangement ( 94 ) or the membrane arrangement ( 96 ) or both having a plastic material which is chemically resistant to an oxidative environment, a reducing environment, an acidic environment, a basic environment, or any combination thereof.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein the holder is a body ( 74 ) around the stack ( 18 ), an end cap ( 72 ) having a manifold arranged to communicate with the inner fluid channel ( 34 . 35 . 60 . 64 ) to be in fluid communication, and a base plate ( 80 ), wherein the end cap ( 72 ) and the base plate ( 80 ) are arranged to maintain the pressure force.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 5, wherein the end cap ( 72 ) a lip ( 102 ) adapted to enter the body ( 74 ) and to maintain the compressive force.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 5, comprising a spacer ( 82 ) between the stack ( 18 ) and the end cap ( 72 ), wherein the spacer ( 82 ) maintains the pressure force.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein the electrode arrangement ( 94 ) and the membrane assembly ( 96 ) each electrolyzer cell ( 36 ) form a single entity.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, wherein the electrode arrangement ( 94 ) and the membrane assembly ( 96 ) each electrolyzer cell ( 36 ) are held together by the pressure force.

Electrolyzer ( 66 ) according to claim 1, having an inlet channel ( 34 . 35 ) for introducing an electrolyte solution into the electrolyzer ( 66 ), a hydrogen outlet channel ( 64 ), an oxygen outlet channel ( 60 ) or any combination of these.