Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Elektrolysevorrichtungen zur Spaltung von Wasser und zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff sind seit langem bekannt. Dabei hat sich vor allem die alkalische Elektrolyse für die Anwendung in der Industrie bewährt.

Das grundlegende Funktionsprinzip der alkalischen Elektrolyse kann wie folgt erklärt werden:

Zunächst wird ein Behälter, der als Elektrolysezelle dient, mit zwei Elektroden ausgestattet. Die Elektrolysezelle wird mit einem Gemisch aus Wasser und einer Lauge, dem Elektrolyten, befüllt. Eine Gleichspannung von mindestens 1 ,5 Volt wird an der Anode, dem Pluspol, bzw. an der Kathode, dem Minuspol, der Elektrolysezelle angelegt, wobei es dadurch zu einer Spaltung von Wasser (H ₂ 0) kommt, wobei an der Kathode die Wasserstoff-Moleküle freigesetzt werden und an der Anode die Sauerstoff-Moleküle. Bei einer gleichmäßig dicken Elektrode mit einer gleichmäßig reaktiven Oberfläche findet eine gleichmäßige Produktion des Wasserstoffgases an der Elektrodenfläche statt. Bei senkrechter Positionierung der Elektrode ist im unteren Teil der Flüssigkeitsanteil sehr hoch, während sich im oberen Teil ein Gas- bzw. Schaumanteil absetzt.

Die bei der Spaltung des Wassers an der Kathode entstandenen Hydroxid-Ionen (OH ) werden durch die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden zur Anode transportiert. Die angelegte Spannung muss größer sein, je größer der Abstand zwischen Kathode und Anode ist. Um die Distanz zwischen den Elektroden verringern zu können ohne den Ablauf der Reaktion zu beeinträchtigen, wird üblicherweise eine ionendurchlässige Trennmembran zwischen der Kathode und der Anode angeordnet. Die Hydroxid-Ionen werden durch diese Membran bzw. dieses Diaphragma von der Kathode zur Anode transportiert und an der Oberfläche der Anode werden die Hydroxid-Ionen zu Wasser rekombiniert, wobei Sauerstoffatome freigesetzt werden, welche sich zu Sauerstoffmolekülen zusammenschließen. Der gebildete Sauerstoff steigt dann als Gas an der Elektrode auf.

Chemisch werden diese Reaktionen wie folgend ausgedrückt:

Kathodenreaktion: 2 H ₂ 0 + 2e - > H ₂ + 2 OH Anodenreaktion: 2 OH - > 0,50 ₂ + H ₂ 0 + 2 e

Gesamtreaktion: H ₂ + 0,50 ₂

An der dem Diaphragma zugewandten Vorderseite steigen die Produktgase auf. Die entstandenen Gase werden nach oben abgeleitet und können weiterverwendet werden.

Ein wichtiges Einsatzgebiet von Elektrolysevorrichtungen ist die Speicherung von Energie aus der Stromerzeugung in Form von Wasserstoff. Während durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe elektrische Energie bei Bedarf jederzeit bereitgestellt werden kann, ist das bei vielen anderen, insbesondere bei nachhaltigen, Stromquellen nicht möglich. Beispielsweise ist die Produktion einer Solaranlage von der aktuellen Sonneneinstrahlung abhängig und die Produktion in Windkraftanlagen von der aktuellen Windstärke. Es wird daher einerseits Strom produziert, auch wenn er nicht verwendet werden kann, bzw. kann nicht immer Strom erzeugt werden, wenn er benötigt wird. Elektrolysevorrichtungen ermöglichen die Nutzung des vorhandenen Stroms zur Durchführung einer Elektrolyse. Der entstandene Wasserstoff kann gespeichert werden und dann zu einem späteren Zeitpunkt zur Stromerzeugung verwendet werden.

Da auch der Transport von elektrischer Energie mit großen Verlusten verbunden ist, werden zunehmend kleine, dezentrale Stromerzeugungsanlagen eingesetzt. Viele Betriebe und Haushalte produzieren selbst Strom, beispielsweise mit eigenen Solaranlagen auf dem Dach oder mit eigenen Windkrafträdern. Für diese Anwendungsgebiete gibt es derzeit jedoch keine geeignete Möglichkeit der Umwandlung bzw. Speicherung des produzierten Stroms, da keine geeigneten Elektrolysevorrichtungen verfügbar sind.

Da Sauerstoff und Wasserstoff üblicherweise in Druckgefäßen gelagert werden um das Lagervolumen zu reduzieren, arbeiten viele Elektrolysevorrichtungen mit hohen Drücken. Das derzeit höchste industriell genutzte Druckniveau liegt bei über 30 bar im Konstant- Betrieb. Eine derartige Anlage ist beispielsweise in US 2012/0152734 A1 gezeigt. Diese Systeme erfordern jedoch besondere Sicherheitsvorrichtungen und sind daher groß und teuer.

Bekannt sind auch Elektrolysevorrichtungen, die bei Normaldruck betrieben werden können. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in EP 3 575 442 A1 gezeigt. Diese Vorrichtungen sind kleiner, da die Verdichtung der Gase nicht in der Elektrolysevorrichtung erfolgt, sondern üblicherweise nachgeschaltet ist. Allerdings sind auch diese Vorrichtungen für den Einsatz im kleinen und mittleren Maßstab nicht geeignet. Zum einen erfordern auch diese Vorrichtungen noch immer einen großen Platzbedarf, zum anderen weisen die Vorrichtungen aufgrund der benötigten Pumpen selbst einen hohen Energieverbrauch und eine hohe Geräuschemission auf.

Bei derzeit verfügbaren Elektrolysevorrichtungen liegen die Kosten per Kilowatt Leistung für die alkalische Elektrolyse bei mehr als 800 EUR/kW. Um eine dezentrale, wirtschaftliche Speicherung zu ermöglichen, sind jedoch wesentlich effizientere und kostengünstigere Vorrichtungen notwendig.

Es besteht somit ein Bedarf an kleinen und leisen Elektrolysevorrichtungen für den Einsatz in kleinen und mittleren Unternehmen und Privathaushalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Elektrolysevorrichtung bereitzustellen, die einen geringen Platzbedarf aufweist und einen möglichst energieeffizienten und geräuscharmen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektrolysevorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Elektrolysevorrichtung einen Ausgleichsbehälter zur Durchmischung des Elektrolyten aufweist, wobei die Wasserstoffhalbzelle und die Sauerstoffhalbzelle des zumindest einen Elektrolyseelements mit dem Ausgleichsbehälter verbunden sind, sodass ein den ersten Gasabscheiderturm, die Wasserstoffhalbzelle, den Ausgleichsbehälter, die Sauerstoffhalbzelle und den zweiten Gasabscheiderturm umfassender verbundener Fluidraum ausgebildet ist. Dabei ist der erste Gasabscheiderturm reversibel verschließbar und der zweite Gasabscheiderturm ermöglicht einen Füllstandsanstieg des Elektrolyten.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine gute Durchmischung des Elektrolyten, ohne dass ein Pumpensystem dafür notwendig wäre. Die Elektrolysevorrichtung ist dadurch klein und die Geräuschemission ist reduziert. Weiters ist die Effizienz der Wasserstoffproduktion erhöht. Der den Füllstandsanstieg des Elektrolyten ermöglichende Gasabscheiderturm kann zur Umgebung hin geöffnet sein, sodass die Elektrolyse bei Normaldruck durchgeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass auf ein aufwendiges Drucksystem verzichtet werden kann. Die Elektrolysevorrichtung ermöglicht somit einen wirtschaftlichen Betrieb auch bei geringerer Stromproduktion, wie sie beispielsweise in kleinen Solaranlagen auf Dächern oder durch kleine Windräder erfolgt. Damit kann diese Elektrolysevorrichtung auch für Privathaushalte und kleine Unternehmen eine wirtschaftliche Speicherung der Energie ermöglichen.

Zum Betrieb der Elektrolysevorrichtung wird zunächst eine Gleichspannung an die Elektroden angelegt. An den Elektroden bilden sich die Produktgase. Beide Gase steigen nach oben und werden in den Gasabscheidertürmen von der Elektrolyt-Flüssigkeit getrennt. Wenn der reversibel verschließbare Gasabscheiderturm verschlossen ist, steigt das Gas im Gasabscheiderturm nach oben und der Füllstand des Elektrolyten in diesem Gasabscheiderturm sinkt. Durch das aufsteigende Gas wird der Elektrolyt nach unten und durch das Elektrolyseelement in den Ausgleichsbehälter gedrückt. Gleichzeitig steigt im anderen Gasabscheiderturm der Füllstand, da der Elektrolyt vom Ausgleichsbehälter durch das Elektrolyseelement in den anderen Gasabscheiderturm gedrückt wird. Sobald der reversibel verschließbare Gasabscheiderturm geöffnet wird, strömt das Gas aus diesem Gasabscheiderturm und der Füllstand des Elektrolyten steigt im verschließbaren Gasabscheiderturm an, wobei der Elektrolyt durch die mit dem anderen Gasabscheiderturm verbundenen Halbzellen, den Ausgleichsbehälter und die mit dem verschließbaren Gasabscheiderturm verbundenen Halbzellen strömt. Es kommt somit zu einer ausreichenden Durchmischung des Elektrolyten um einen dauerhaften, wirtschaftlichen Betrieb der Elektrolysevorrichtung zu ermöglichen.

Aus den Gasabscheidertürmen können die Gase zur weiteren Verwendung ausgeleitet oder abgesaugt werden.

Vorteilhafte Merkmale sind im Folgenden angeführt:

Um die Elektrolysevorrichtung besonders effizient nutzen zu können, kann der Elektrolysevorrichtung eine Absaugvorrichtung nachgeschaltet sein. Dazu kann ausgangsseitig des ersten Gasabscheiderturms, insbesondere einem den ersten Gasabscheiderturm reversibel verschließenden Ventil in Strömungsrichtung nachfolgend, ein Verdichter zur Absaugung des entstehenden Wasserstoffs vorgesehen sein.

Möglich ist beispielsweise die Verbindung mit einem Verdichter, wie er in der Internationalen Anmeldung PCT/AT2020/060388 "Verdichter" des gleichen Anmelders vom 05. November 2020 offenbart ist, wobei der dort gezeigte Verdichter hiermit als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in Bezug genommen wird. Eine Anlage umfassend eine hier beschriebene Elektrolysevorrichtung und einen derartigen Verdichter erlaubt einen besonders effizienten Betrieb, da durch die zyklische Absaugung eine optimale Durchmischung des Elektrolyten und gleichzeitig eine effektive Verdichtung des entstandenen Gases, insbesondere Wasserstoffs, ermöglicht wird.

Wenn besonders reine Gase hergestellt werden sollen, kann zur weiteren Reinigung ein entsprechender Filter einem den ersten Gasabscheiderturm reversibel verschließenden Ventil in Strömungsrichtung nachfolgend an der Elektrolysevorrichtung angebracht werden.

Um einen besonders sicheren und effizienten Betrieb zu ermöglichen kann vorgesehen sein, dass der erste Gasabscheiderturm füllstandsabhängig verschließbar ist.

Um eine einfache Messung des Füllstands zu ermöglichen kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein erster Sensor zur Erfassung eines ersten Füllstandes des Elektrolyten im ersten Gasabscheiderturm vorgesehen ist. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen kann dabei vorzugsweise vorgesehen sein, dass zumindest ein erster maximaler und/oder ein erster minimaler Betriebsfüllstand erfassbar ist. Der maximale Betriebsfüllstand ist dazu im oberen Bereich des Gasabscheiderturms festgelegt, der minimale Betriebsfüllstand im unteren Bereich des Gasabscheiderturms. Anhand dieser Betriebsfüllstände kann der Zeitpunkt für das Verschließen bzw. Öffnen des verschließbaren Gasabscheiderturms besonders einfach und effizient gesteuert werden. Die gleichen Effekte können erzielt werden, wenn vorgesehen ist, dass ein zweiter Sensor zur Erfassung eines zweiten Füllstandes des Elektrolyten im zweiten Gasabscheiderturm vorgesehen ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass zumindest ein zweiter maximaler und/oder ein zweiter minimaler Betriebsfüllstand erfassbar ist. Wenn eine Füllstandsmessung des Elektrolyten in beiden Gasabscheidertürmen erfolgt, wird eine redundante Füllstandsmessung ermöglicht, die viele Fehlerquellen vermeidet und einen zuverlässigen Betrieb der Elektrolysevorrichtung ermöglicht. Die Sensoren können jeweils entweder direkt im Gasabscheiderturm oder beispielsweise in einem parallelen Bypass bzw. einem Füllstandsmessraum angeordnet sein.

Die Sicherheit der Elektrolysevorrichtung kann verbessert werden, wenn ein Sensor, zur Erfassung des Gesamtfüllstands des in der Vorrichtung befindlichen Elektrolyten ausgebildet ist. Dadurch kann festgestellt werden, ob die Menge des Elektrolyten in der Elektrolysevorrichtung ausreicht um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, insbesondere um ein Überhitzen der Vorrichtung zu vermeiden. Dabei kann der erste und/oder zweite Sensor dazu ausgebildet sein, den Gesamtfüllstand zu messen, wobei vorzugsweise der zweite Sensor den Gesamtfüllstand erfassen kann. Besonders sicher ist der Betrieb der Elektrolysevorrichtung, wenn vorgesehen ist, dass ein minimaler Gesamtfüllstand erfassbar ist. Dadurch kann bei dessen Erreichen der Betrieb der Vorrichtung automatisch gestoppt werden, um ein Überhitzen der Vorrichtung zu vermeiden. Um eine einfache Wartung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass eine Wartungsanzeige vorgesehen ist, die derart mit dem Sensor verbunden ist, dass ein vom Sensor gemessener Gesamtfüllstand angezeigt wird. Dadurch kann der Zeitpunkt für die Notwendigkeit des Nachfüllens von Wasser besonders einfach bestimmt werden.

Die Wartung der Elektrolysevorrichtung wird auch vereinfacht, wenn zur

Füllstandsmessung, insbesondere als erster und/oder zweiter Sensor, ein Messelement zur induktiven Messung vorgesehen ist. Der Sensor kann dadurch außerhalb der Gasabscheidertürme angeordnet werden und so besonders einfach gewartet oder getauscht werden. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein induktiv erfassbarer Schwimmer, vorzugsweise aus Graphit, angeordnet wird. Der Schwimmer kann entweder direkt im Gasabscheiderturm oder in einem mit dem Gasabscheiderturm in Fluidverbindung stehenden Füllstandsmessraum angeordnet sein. Eine besonders zuverlässige Messung wird dadurch ermöglicht.

Die Durchmischung des Elektrolyten wird verbessert, wenn das Volumen des

Ausgleichsbehälters zumindest dem Volumen des ersten Gasabscheiderturms entspricht. Um eine Überhitzung zu vermeiden und die Sicherheit der Elektrolysevorrichtung zu erhöhen kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Volumen des Ausgleichsbehälters 120 - 200 %, vorzugsweise 150 %, des Volumens des ersten Gasabscheiderturms entspricht. Besonders sicher ist die Elektrolysevorrichtung, wenn das Volumen des Ausgleichsbehälters 110 - 130 %, insbesondere 115 %, des Volumens in allen mit dem Ausgleichsbehälter verbundenen Elektrolyseelementen entspricht. Die Vorrichtung ist besonders effizient, wenn der Ausgleichsbehälter eine Trennwand zur teilweisen

Trennung eines ersten, mit den Wasserstoffhalbzellen verbundenen, Ausgleichsbereichs und eines zweiten, mit den Sauerstoffhalbzellen verbundenen Ausgleichsbereichs aufweist, wobei der erste und der zweite Ausgleichsbereich miteinander verbunden sind, insbesondere im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters, vorzugsweise am Boden des Ausgleichsbehälters. Wenn der Ausgleichsbehälter eine Trennwand aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Ausgleichsbereich ein Volumen aufweist, das zumindest 15 % größer ist, als das Volumen der Wasserstoffhalbzellen und/oder wenn der zweite Ausgleichsbereich eine Volumen aufweist, das zumindest 15% größer ist, als das Volumen der Sauerstoffhalbzellen. Die Reinheit der Gase kann dadurch verbessert werden. Die Durchmischung des Elektrolyten wird auch verbessert, wenn das Volumen des ersten Gasabscheiderturms 115 - 150 %, insbesondere 140 %, des Volumens aller Wasserstoffhalbzellen entspricht. Um die Sicherheit des Betriebs der Elektrolysevorrichtung zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass der zweite Gasabscheiderturm ein Volumen aufweist, dass größer oder gleich dem Volumen des ersten Gasabscheiderturms ist.

Um die Sicherheit der Elektrolysevorrichtung weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass eine Kühlkammer zur Durchflusskühlung vorgesehen ist. Besonders effizient kann die Elektrolysevorrichtung gekühlt werden, wenn die Kühlkammer zwischen den Gasabscheidertürmen, dem Ausgleichsbehälter und dem zumindest einen Elektrolyseelement angeordnet ist. Wenn die Verbindung zwischen den Verbindungsräumen und den Gasabscheidertürmen gekühlt wird und/oder eine Kühlung der Gasabscheidertürme vorgesehen ist, wird aus der Elektrolysevorrichtung gekühlter Wasserstoff bzw. gekühlter Sauerstoff abgegeben. Die gekühlten Gase können besonders einfach weiterverarbeitet werden. Bei Bedarf kann das durch die Elektrolysevorrichtung erwärmte Kühlwasser weiterverwendet werden, beispielsweise für ein Beheizungssystem. In diesem Fall kann die Elektrolysevorrichtung zusätzlich zur Warmwasseraufbereitung genutzt werden, wodurch die Energieeffizienz weiter verbessert werden kann.

Der Aufbau der Elektrolysevorrichtung kann vereinfacht werden, wenn eine Basiseinheit vorgesehen ist, wobei der Ausgleichsbehälter im unteren Bereich der Basiseinheit angeordnet ist, wobei an der Oberseite des Ausgleichsbehälters ein erster Verbindungskanal für die Verbindung zur Wasserstoffhalbzelle und ein zweiter Verbindungskanal zur Verbindung mit der Sauerstoffhalbzelle vorgesehen ist, und wobei die Gasabscheidertürme im oberen Bereich der Basiseinheit angeordnet sind, wobei an der Unterseite des ersten Gasabscheiderturms ein erster Verbindungsraum zur Verbindung mit dem ersten Gassammelraum der Wasserstoffhalbzelle angeordnet ist und an der Unterseite des zweiten Gasabscheiderraums ein zweiter Verbindungsraum zur Verbindung mit dem zweiten Gassammelraum der Sauerstoffhalbzelle. Besonders klein und platzsparend kann die Elektrolysevorrichtung aufgebaut sein, wenn vorgesehen ist, dass die Basiseinheit plattenförmig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Basiseinheit eine Dicke von 2 - 100 mm, insbesondere von 20 - 60 mm, vorzugsweise von 40 mm, aufweist. Eine besonders effiziente Kühlung ist möglich, wenn in der Basiseinheit, insbesondere im Mittelbereich, die Kühlkammer angeordnet ist, wobei vorzugsweise unterhalb der Kühlkammer der Ausgleichsbehälter angeordnet ist und oberhalb der Kühlkammer die Gasabscheidertürme angeordnet sind.

Besonders klein und platzsparend kann die Elektrolysevorrichtung ausgebildet sein, wenn das Elektrolyseelement bzw. die Elektrolyseelemente plattenförmig ausgebildet sind. Das Elektrolyseelement umfasst dann eine erste plattenförmige Nickelelektrode, einen Abstand, der beispielsweise durch einen ersten Elementrahmen hergestellt werden kann, eine plattenförmige Membran, einen weiteren Abstand, der beispielsweise durch einen zweiten Elementrahmen hergestellt werden kann, und eine zweite plattenförmige Nickelelektrode. Besonders platzsparend kann die Elektrolysevorrichtung ausgebildet sein, wenn insbesondere vorgesehen ist, dass das Elektrolyseelement eine Dicke von 5 - 50 mm, insbesondere 8 - 14 mm, aufweist. Dabei sind die Wasserstoffhalbzellen, die Elektroden und das Diaphragma plattenförmig ausgebildet. Der Abstand zwischen den Elektroden ist 1 - 30 mm, insbesondere 6 - 8 mm, wobei das Diaphragma vorzugsweise mittig angeordnet ist. Der Abstand vom Diaphragma zu den Elektroden ist dann vorzugsweise jeweils 2 - 8 mm.

Die Elektrolysevorrichtung kann auch dann klein und platzsparend ausgebildet sein, wenn das zumindest eine Elektrolyseelement zwischen der ersten Elektrode und dem Diaphragma einen ersten Elementrahmen zur Aufnahme des Elektrolyten aufweist, wobei der erste Elementrahmen einen offenen ersten Gassammelraum für eine Verbindung zum ersten Gasabscheiderturm und einen offenen ersten Verbindungskanal für eine Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter aufweist und wobei der erste Elementrahmen einen abgetrennten ersten Durchflussraum für eine Verbindung zum zweiten Gasabscheiderturm und einen abgetrennten ersten Durchflusskanal für eine Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter aufweist.

Dabei weist das Elektrolyseelement zwischen dem Diaphragma und der zweiten Elektrode einen zweiten Elementrahmen zur Aufnahme des Elektrolyten auf, wobei der zweite Elementrahmen einen offenen zweiten Gassammelraum für eine Verbindung zum zweiten Gasabscheiderturm und einen offenen zweiten Verbindungskanal für eine Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter aufweist. Der zweite Elementrahmen weist einen abgetrennten zweiten Durchflussraum für eine Verbindung zum ersten Gasabscheiderturm und einen abgetrennten zweiten Durchflusskanal für eine Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter auf. Die Herstellung der Elektrolysevorrichtung kann besonders effizient erfolgen, wenn der erste und der zweite Elementrahmen baugleich ausgebildet sind.

Die Elektrolysevorrichtung ist besonders effizient, wenn 1 - 100, insbesondere 10, Elektrolyseelemente vorgesehen sind. Dadurch kann die elektrische Energie in hohem Maße genutzt werden, da eine große Fläche zur Elektrolyse zur Verfügung steht. Gleichzeitig kann eine gute Durchmischung des Elektrolyten und eine effiziente Kühlung der Elektrolysevorrichtung erfolgen. Insbesondere sind die Elektrolyseelemente zu einem Stack verbunden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Anoden der zum Stack verbundenen Elektrolyseelemente in Serie geschalten sind und die Kathoden der zum Stack verbundenen Elektrolyseelemente in Serie geschalten sind. Dabei sind vorzugsweise alle Wasserstoffhalbzellen miteinander verbunden und weisen eine gemeinsame Verbindung, insbesondere einen gemeinsamen ersten Gassammelraum, zum ersten Gasabscheiderturm und eine gemeinsame Verbindung, insbesondere einen gemeinsamen ersten Verbindungskanal, zum Ausgleichsbehälter auf. Ebenso sind vorzugsweise alle Sauerstoffhalbzellen miteinander verbunden und weisen eine gemeinsame Verbindung, insbesondere einen gemeinsamen zweiten Gassammelraum, zum zweiten Gasabscheiderturm und eine gemeinsame Verbindung, insbesondere einen gemeinsamen zweiten Verbindungskanal, zum Ausgleichsbehälter auf. Dabei sind die einzelnen Gassammelräume durch die einzelnen Durchflussräume zu einem gemeinsamen Gassammelraum verbunden. Die einzelnen Verbindungskanäle sind durch die einzelnen Durchflusskanäle zu einem gemeinsamen Verbindungskanal verbunden.

Erfindungsgemäß ist weiters ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrolysevorrichtung, wobei die Elektrolysevorrichtung zumindest ein Elektrolyseelement zur Durchführung der Elektrolyse aufweist, wobei das Elektrolyseelement mit einem ersten reversibel verschließbaren Gasabscheiderturm zur Sammlung von Wasserstoff, und mit einem zweiten, einen Füllstandsanstieg des Elektrolyten ermöglichenden, Gasabscheiderturm zur Sammlung von Sauerstoff verbunden ist, sodass ein das zumindest eine Elektrolyseelement und die Gasabscheidertürme verbindender Fluidraum ausgebildet ist, wobei die Elektrolysevorrichtung durch Anlegen einer Spannung am Elektrolyseelement in Betrieb genommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass

- der erste Gasabscheiderturm verschlossen wird, sodass der sich bildende Wasserstoff im ersten Gasabscheiderturm gesammelt wird, wodurch es zu einem Absinken des Füllstands des Elektrolyten im ersten Gasabscheiderturm kommt und durch den verbundenen Fluidraum gleichzeitig ein Anstieg des Füllstands im zweiten Gasabscheiderturm erfolgt, - wobei eine Gasproduktion abgewartet wird,

- wobei der erste Gasabscheiderturm geöffnet wird und der entstandene Wasserstoff entnommen wird, sodass es zu einem Anstieg des Füllstandes im ersten Gasabscheiderturm und einem Absinken des Füllstands im zweiten Gasabscheiderturm kommt,

- wobei das Öffnen und Schließen des ersten Gasabscheiderturms wiederholt wird.

Der Betrieb einer Elektrolysevorrichtung wird dadurch besonders energieeffizient, da keine Pumpe zur Durchmischung des Elektrolyten notwendig ist. Gleichzeitig wird die Geräuschemission verringert und der Betrieb kann besonders leise erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren beim Betrieb einer zuvor beschriebenen Elektrolysevorrichtung.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden im Folgenden beschrieben:

Das Verfahren kann besonders effizient geführt werden, wenn der erste Gasabscheiderturm füllstandsabhängig geöffnet wird, wobei eine Messung eines Betriebsfüllstands des Elektrolyten in dem ersten und/oder in dem zweiten Gasabscheiderturm erfolgt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste Gasabscheiderturm verschlossen wird, wenn im ersten Gasabscheiderturm ein vorgegebener erster maximaler Betriebsfüllstand erreicht wird und/oder im zweiten Gasabscheiderturm ein vorgegebener zweiter minimaler Betriebsfüllstand erreicht wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der erste Gasabscheiderturm geöffnet wird, wenn im ersten Gasabscheiderturm ein vorgegebener erster minimaler Betriebsfüllstand erreicht wird und/oder im zweiten Gasabscheiderturm ein vorgegebener zweiter maximaler Betriebsfüllstand erreicht wird. Dadurch kann eine besonders effiziente Durchmischung des Elektrolyten erreicht werden und durch die füllstandsabhängige Öffnung kann die Zahl der Zyklen reduziert werden und die mit dem Öffnen und Schließen verbundene Geräuschemission verringert werden.

Die Sicherheit des Verfahrens kann verbessert werden, wenn eine Messung eines Volumens des in der Vorrichtung befindlichen Elektrolyten erfolgt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass dafür der Füllstand im zweiten Gasabscheiderturm bestimmt wird, wobei bei Erreichen eines unterhalb des minimalen Betriebsfüllstand liegenden Wartungsfüllstands die Elektrolysevorrichtung automatisch gestoppt wird. Um das Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchführen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Elektrolyse bei Umgebungsdruck durchgeführt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der im zweiten Gasabscheiderturm entstandene Sauerstoff in die Umgebung abgeführt wird.

Um die Effizienz des Verfahrens zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass das entstandene Gas, insbesondere der im ersten Gasabscheiderturm entstandene Wasserstoff, abgesaugt wird. Durch die Absaugung wird die Durchmischung des Elektrolyten verbessert.

Der selbe Effekt kann erreicht werden, wenn der erste Gasabscheiderturm 2 - 50 mal in der Minute, insbesondere 3 - 4 mal in der Minute, geöffnet und verschlossen wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden beispielhaft dargestellt:

Fig. 1a zeigt eine beispielhafte Basiseinheit für eine Elektrolysevorrichtung.

Fig. 1b zeigt die Basiseinheit aus Fig. 1a von einer ersten Seite.

Fig. 1c zeigt die Basiseinheit aus Fig. 1a von einer zweiten Seite.

Fig. 2a zeigt einen beispielhaften ersten Elementrahmen für eine Elektrolysevorrichtung von einer ersten Seite.

Fig. 2b zeigt einen beispielhaften zweiten Elementrahmen für eine Elektrolysevorrichtung von einer ersten Seite.

Fig. 2c zeigt den ersten bzw. zweiten Elementrahmen aus Fig. 2a und Fig. 2b von einer zweiten Seite.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Elektrolysevorrichtung.

Fig. 4 zeigt die Elektrolysevorrichtung aus Fig. 3 in einer seitlichen Ansicht.

Fig. 5 zeigt die Elektrolysevorrichtung aus Fig. 3 von unten.

Fig. 6 zeigt die Elektrolysevorrichtung aus Fig. 3 aus einer seitlichen Ansicht.

Fig. 7 zeigt die Elektrolysevorrichtung aus Fig. 3 von einer Vorderseite.

Fig. 8 zeigt die Elektrolysevorrichtung aus Fig. 3 von einer Rückseite.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Elektrolysevorrichtung. Die Elektrolysevorrichtung weist eine Basiseinheit 10 auf. Im oberen Bereich der Elektrolysevorrichtung sind ein erster Gasabscheiderturm 1 zur Aufnahme des bei der Elektrolyse entstehenden Wasserstoffs vorgesehen. Der erste Gasabscheiderturm 1 ist durch ein Ventil reversibel verschließbar. Weiters ist ein zweiter einen Füllstandsanstieg des Elektrolyten ermöglichender Gasabscheiderturm 2 zur Aufnahme des bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoffs vorgesehen, der in der dargestellten Ausführungsform zur Umgebung bzw. zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Im unteren Bereich ist ein Ausgleichsbehälter 4 angeordnet. Im mittleren Bereich ist zur Durchführung der Elektrolyse zumindest ein Elektrolyseelement vorgesehen, wobei in der dargestellten Ausführungsform ein Stack 3 mit 10 verbundenen Elektrolyseelementen angeordnet ist.

Jedes Elektrolyseelement ist in der dargestellten Ausführungsform plattenförmig ausgebildet und weist eine Dicke von 10 mm auf. Die Elektrolyseelemente umfassen jeweils eine Wasserstoffhalbzelle und eine Sauerstoffhalbzelle, wobei die Wasserstoffhalbzelle und die Sauerstoffhalbzelle durch ein für den Elektrolyten undurchlässiges, ionendurchlässiges Diaphragma getrennt sind. Die Wasserstoffhalbzelle umfasst eine erste Elektrode zur Ausbildung einer Kathode, die Sauerstoffhalbzelle umfasst eine zweite Elektrode zur Ausbildung einer Anode. In der dargestellten Ausführungsform sind die Elektroden 5 mm von einander beabstandet. Die Elektroden sind in der dargestellten Ausführungsform Nickel-Elektroden.

Fig. 1a zeigt eine beispielhafte Basiseinheit 10. Die Basiseinheit 10 ist plattenförmig ausgebildet. Die Basiseinheit 10 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Flöhe von 150 cm, eine Breite von 30 cm und eine Dicke von 4 cm auf. Im unteren Bereich der Basiseinheit 10 ist der Ausgleichsbehälter 4 angeordnet, im oberen Bereich sind der erste Gasabscheiderturm 1 und der zweite Gasabscheiderturm 2 angeordnet. Der erste Gasabscheiderturm 1 und der zweite Gasabscheiderturm 2 sind in der Basiseinheit 10 durch einen Steg 18 fluiddicht, also flüssigkeitsdicht und gasdicht, getrennt. Zwischen dem Ausgleichsbehälter 4 und den Gasabscheidertürmen 1 , 2 ist eine Kühlkammer 5 für eine Durchflusskühlung vorgesehen. Vor der Kühlkammer 5 kann das Stack 3 angeordnet werden. Die Basiseinheit 10 und die Elektrolyseelemente des Stacks 3 werden an Bohrungen 15 miteinander verbunden.

An der Oberseite des Ausgleichsbehälters 4 ist ein erster Verbindungskanal 12 für die Verbindung zu den Wasserstoffhalbzellen der Elektrolyseelemente und ein zweiter Verbindungskanal 14 zur Verbindung mit den Sauerstoffhalbzellen der Elektrolyseelemente vorgesehen. An der Unterseite des ersten Gasabscheiderturms 1 ist ein erster Verbindungsraum 11 zur Verbindung mit dem ersten Gassammelraum 21 der Wasserstoffhalbzelle angeordnet ist und an der Unterseite des zweiten Gasabscheiderraums 2 ein zweiter Verbindungsraum 13 zur Verbindung mit dem zweiten Gassammelraum 33 der Sauerstoffhalbzelle vorgesehen.

In der Elektrolysevorrichtung ist somit ein durchgehender verbundener Fluidraum für den Elektrolyten bzw. die gebildeten Gase ausgebildet, der sich vom ersten Gasabscheiderturm 1 , durch die Wasserstoffhalbzellen der Elektrolyseelemente des Stacks 3, über den Ausgleichsbehälter 4, die Sauerstoffhalbzellen der Elektrolyseelemente des Stacks 3 und den zweiten Gasabscheiderturm 2 erstreckt.

Zur Füllstandsmessung ist ein erster Füllstandsmessraum 8, der mit dem ersten Gasabscheiderturm 1 korrespondiert und ein zweiter Füllstandsmessraum 9, der mit dem zweiten Gasabscheiderturm 2 korrespondiert, vorgesehen. Die Füllstandsmessräume 8, 9 sind so an den Gasabscheidertürmen 1 , 2 angebracht, dass an der Unterseite ein Einströmen von Elektrolyt ermöglicht ist und an der Oberseite ein Einströmen von Gas. Dadurch wird eine Schaumbildung in den Füllstandsmessräumen 8, 9 vermieden und eine besonders genaue Füllstandsmessung wird ermöglicht.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein Sensor zur induktiven Füllstandsmessung vorgesehen. In den Füllstandsmessräumen 8, 9 kann ein induktiv erfassbarer Schwimmer angeordnet werden, der sich mit dem Füllstand des Elektrolyten im Füllstandsmessraum 8, 9 bzw. im Gasabscheiderturm 1 , 2 hebt und senkt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schwimmer aus Graphit vorgesehen, der einfach erfasst werden kann und besonders beständig im Milieu des Elektrolyten ist.

Jede andere geeignete Methode zur Messung der Füllstände kann ebenso verwendet werden, wobei beispielsweise eine kapazitive Messung vorgesehen sein kann.

An der Außenseite des ersten Füllstandsmessraums 8 ist in der dargestellten Ausführungsform ein erster Sensor zur Erfassung eines ersten Füllstandes vorgesehen. Der erste Sensor kann zumindest einen ersten maximalen und einen ersten minimalen Betriebsfüllstand erfassen. Der erste maximale Betriebsfüllstand ist im oberen Bereich des ersten Gasabscheiderturms 1 angeordnet. Bei Erreichen des ersten maximalen Betriebsfüllstands kann der erste Gasabscheiderturm verschlossen werden, sodass ein Überlaufen des Elektrolyten aus dem ersten Gasabscheiderturm 1 vermieden werden kann. Der erste minimale Betriebsfüllstand ist im unteren Bereich des Gasabscheiderturms 1 angeordnet. Bei Erreichen des erste minimalen Betriebsfüllstands kann der erste Gasabscheiderturm 1 geöffnet werden, sodass Wasserstoff aus dem ersten Gasabscheiderturm 1 ausströmen kann und der Elektrolyt in den ersten Gasabscheiderturm 1 einströmen kann, sodass die mit dem ersten Gasabscheiderturm 1 verbundenen Wasserstoffhalbzellen mit Elektrolyt gefüllt bleiben.

An der Außenseite des zweiten Füllstandsmessraums 9 ist ein zweiter Sensor zur Erfassung eines zweiten Füllstandes im zweiten Gasabscheiderturm 2 vorgesehen. Der Sensor erfasst zumindest einen zweiten maximalen und einen zweiten minimalen Betriebsfüllstand. Der zweite maximale Betriebsfüllstand ist im oberen Bereich des zweiten Gasabscheiderturms 2 vorgegeben. Bei Erreichen des zweiten maximalen Betriebsfüllstands wird der erste Gasabscheiderturm 1 geöffnet, sodass der Wasserstoff abgeführt wird und der Elektrolyt im ersten Gasabscheiderturm 1 ansteigt und im zweiten Gasabscheiderturm 2 absinkt. Dadurch kann ein Überlaufen des zweiten Gasabscheiderturms 2 vermieden werden. Der zweite minimale Betriebsfüllstand ist im unteren Bereich des zweiten Gasabscheiderturms 2 vorgegeben. Dadurch kann verhindert werden, dass der Füllstands im zweiten Gasabscheiderturm 2 zu weit absinkt und ein Trockenlaufen der Sauerstoffhalbzellen kann vermieden werden.

Weiters kann der zweite Sensor den Gesamtfüllstand des in der Vorrichtung befindlichen Elektrolyten erfassen, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Differenz der Füllstände herangezogen wird. Dabei ist durch den Sensor zumindest ein minimaler Gesamtfüllstand erfassbar. Bei Erreichen des minimalen Gesamtfüllstands wird die Elektrolyse automatisch gestoppt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann eine Wartungsanzeige, beispielsweise eine Skala, vorgesehen sein, die den Füllstand des Elektrolyten in der Vorrichtung anzeigt. Dadurch kann besonders einfach festgestellt werden, wann Wasser in die Vorrichtung nachgefüllt werden muss um ein Erreichen des minimalen Gesamtfüllstands und das Stoppen der Elektrolyse zu vermeiden.

Fig. 1b zeigt die Basiseinheit 10 von der dem Stack 3 abgewandten Seite.

Fig. 1c zeigt die dem Stack 3 zugewandte Seite der Basiseinheit 10. Der erste und der zweite Gasabscheiderturm 1 , 2 weisen in der dargestellten Ausführungsform das gleiche Volumen von 5 I auf.

Das Volumen des Ausgleichsbehälters 4 umfasst in der dargestellten Ausführungsform 7,5 I und entspricht in der dargestellten Ausführungsform 150 % des Volumens des ersten Gasabscheiderturms 1. Das Volumen des Ausgleichsbehälters 4 entspricht damit 115 %, des Volumens in allen mit dem Ausgleichsbehälter 4 verbundenen Elektrolyseelementen des Stacks 3. Der Ausgleichsbehälter 4 weist eine Trennwand 17 auf. Diese Trennwand 17 ragt vom oberen Ende des Ausgleichsbehälters 4 nach unten, wobei sie im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters 4 endet. Die Trennwand 17 trennt einen ersten, mit den Wasserstoffhalbzellen verbundenen, Ausgleichsbereichs und einen zweiten, mit den Sauerstoffhalbzellen verbundenen Ausgleichsbereichs teilweise voneinander. Dadurch wird vermieden, dass die gebildeten Gase in die jeweils anderen Halbzellen gelangen und es dadurch zu einer Vermischung der gebildeten Gase kommt. Die beiden Ausgleichsbereiche sind am unteren Ende, in der dargestellten Ausführungsform am Boden des Ausgleichsbehälters 4 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Ausgleichsbereiche gleich groß. Das Volumen der Ausgleichsbereiche ist jeweils 15 % größer, als das Volumen der mit dem Ausgleichsbereich verbundenen Elektrolysehalbzellen.

Jedes Elektrolyseelement ist aus einer ersten Elektrode, einem ersten Elementrahmen 20 für die Wasserstoffhalbzellen, einem Diaphragma, einem zweiten Elementrahmen 30 für die Sauerstoffhalbzellen und einer zweiten Elektrode aufgebaut.

Fig. 2a zeigt den ersten Elementrahmen 20 für die Wasserstoffhalbzelle eines Elektrolyseelements des Stacks 3.

Der Elementrahmen 20 ist plattenförmig ausgebildet und hat einen quadratischen Umriss. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Elementrahmen 20 etwa 5 mm dick. In den Eckbereichen sind auf einer ersten Seite oben der erste Gassammelraum 21 zum Verbinden mit dem ersten Verbindungsraum 11 der Basiseinheit 10 und zum ersten Gasabscheiderturm 1 und unten der Verbindungskanal 22 zum Verbinden mit dem erste Verbindungskanal 12 zum Ausgleichsbehälter 4 ausgebildet. Der Gassammelraum 21 und der Verbindungskanal 22 sind zum Innenraum des ersten Elementrahmens 20 geöffnet, sodass der Innenraum in Betrieb mit dem Elektrolyten gefüllt ist und der Kontakt des Elektrolyten mit der Kathode hergestellt ist. In den Eckbereichen auf der anderen zweiten Seite des ersten Elementrahmens 20 sind oben ein erster Durchflussraum 23 und unten ein erster Durchflusskanal 24 ausgebildet, die vom Innenraum des ersten Elementrahmens 20 getrennt sind und die mit den Sauerstoffhalbzellen, dem zweiten Gasabscheiderturm 2 und dem Ausgleichsbehälter 4 verbunden sind.

Fig. 2b zeigt den zweiten Elementrahmen 30 für die Sauerstoffhalbzelle des Elektrolyseelements 3. Der zweite Elementrahmen 30 ist baugleich mit dem ersten Elementrahmen 20 aus Fig. 2a. Dabei ist der zweite Elementrahmen 30 um 180° gedreht, sodass in den Eckbereichen auf der ersten Seite oben ein zweiter Durchflussraum 31 und unten ein zweiter Durchflusskanal 32 ausgebildet ist, die jeweils vom, in Betrieb mit dem Elektrolyten gefüllten Innenraum des zweiten Elementrahmens 30 getrennt sind und mit den Wasserstoffzellen, dem ersten Gasabscheiderturm 1 und dem Ausgleichsbehälter 4 verbunden sind. Auf der zweiten Seite sind oben der zweite Gassammelraum 33 zum Verbinden mit dem zweiten Verbindungsraum 13 und zur Verbindung mit dem zweiten Gasabscheiderturm 2 ausgebildet. Unten ist der Verbindungskanal 34 zum Verbinden mit dem zweiten Verbindungskanal 14 zur Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter 4 ausgebildet. Der Gassammelraum 33 und der Verbindungskanal 34 sind zum Innenraum des zweiten Elementrahmens 30 geöffnet, sodass der Elektrolyt in Betrieb an der Anode vorbeifließen kann.

Fig. 2c zeigt die Rückseite der Elementrahmen 20, 30.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Basiseinheit 10 und der Elementrahmen 20, 30 aus PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt, da dieses besonders beständig und haltbar ist. Die Dichtungen sind in der dargestellten Ausführungsform aus EPDM (Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk) hergestellt, da dies besonders gut dichtende Eigenschaften aufweist. Als Elektroden sind in der dargestellten Ausführungsform Nickel-Elektroden vorgesehen.

Fig. 3 zeigt, den ersten Gasabscheiderturm 1 , den zweiten Gasabscheiderturm 2, den Ausgleichsbehälter 4 und das Stack 3. Im Stack 3 sind die Elektrolyseelemente hintereinander angeordnet und in Serie geschaltet. Die erste Anschlussstelle 6 ist mit den Anoden der Elektrolyseelemente verbunden, die zweite Anschlussstelle 7 ist mit den Kathoden der Elektrolyseelemente verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist weiters eine Kühlung 5 vorgesehen, die zwischen den Gasabscheidertürmen 1 , 2, dem Stack 3 und dem Ausgleichsbehälter 4 angeordnet ist.

Fig. 4 und 6 zeigen jeweils eine Seitenansicht der Elektrolysevorrichtung. In der gezeigten Ausführungsform ist die Basiseinheit 10 besonders flach ausgebildet und daher besonders platzsparend. Das Stack 3 weist eine Seitenfläche von 300 ^* 400 mm auf.

Fig. 5 zeigt die Elektrolysevorrichtung von unten. Die Grundfläche des Stacks 3 ist in der dargestellten Ausführungsform 300 ^* 400 mm.

Fig. 7 zeigt die Elektrolysevorrichtung in einer Ansicht auf das Stack 3. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vorderfläche das Stacks 3 300 ^* 300 mm. In der dargestellten Ausführungsform ist des Stack 3 quaderförmig aufgebaut und weist daher ein besonders kleines Volumen auf und stellt gleichzeitig eine große Oberfläche zur Durchführung der Elektrolyse bereit.

Die dargestellte Elektrolysevorrichtung weist dabei eine Höhe von 150 cm, eine Breite von 33 cm und eine Tiefe von 45 cm auf. Dabei wird in der dargestellten Ausführungsform

1 qm Elektrolysefläche bereitgestellt. Bei Betrieb der Elektrolysevorrichtung mit Normaldruck kann so bei einem Stromverbrauch von 8 kWh mit der dargestellten Ausführungsform 1800 - 2200 I Wasserstoff/ Std. erzeugt werden.

Ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysevorrichtung kann durch die folgenden Schritte geführt werden:

Zu Beginn des Elektrolysebetriebes sind beide Gasabscheidertürme 1 , 2 zirka zur Hälfte gefüllt. Der erste Gasabscheiderturm 1 ist durch ein Ventil verschlossen, der zweite Gasabscheiderturm 2 ist zur Umgebung hin geöffnet. In der beschriebenen Ausführungsform ist am ersten Gasabscheiderturm 1 eine Absaugvorrichtung vorgesehen bzw. ist der erste Gasabscheiderturm 1 mit einem Verdichter verbunden.

Zunächst wird an die Elektrolyseelemente der Elektrolysevorrichtung eine Spannung angelegt, um die Elektrolyse zu starten. In der beschriebenen Ausführungsform wird dabei je Elektrolyseelement eine Gleichspannung von mindestens 1 ,5 Volt verwendet.

Der gebildete Wasserstoff steigt auf, kann jedoch nicht durch den geschlossenen ersten Gasabscheiderturm 1 entweichen. Dadurch wird ein Druck aufgebaut, der die

Elektrolytsäule nach unten drückt, sodass der erste Füllstand des Elektrolyten sinkt. Der Elektrolyt wird durch die Wasserstoffhalbzellen des Stacks 3 in den Ausgleichsbehälter 4 gedrückt. Über den Ausgleichsbehälter 4 sind die Wasserstoffhalbzellen mit den Sauerstoffhalbzellen verbunden. Der Elektrolyt wird daher aus dem Ausgleichsbehälter 4, durch die Sauerstoffhalbzellen und aus den Sauerstoffhalbzellen in den zweiten Gasabscheiderturm 2 gedrückt. Dadurch steigt der zweite Füllstand im zweiten Gasabscheiderturm 2 im gleichen Maße an, wie der Füllstand im ersten

Gasabscheiderturm 1 sinkt. Das Volumen des gebildeten Wasserstoffs verdrängt somit den Elektrolyten aus dem ersten Gasabscheiderturm 1 und führt zu einem Füllstandsanstieg im zweiten Gasabscheiderturm 2. Wenn im zweiten Gasabscheiderturm

2 der zweite Füllstand einen maximalen Betriebsfüllstand erreicht hat, wird gleichzeitig im ersten Gasabscheiderturm 1 ein minimaler Betriebsfüllstand erreicht. Bei Erreichen dieser Füllstände wird der erste Gasabscheiderturm 1 geöffnet. Dadurch kommt es zu einem Füllstandsausgleich zwischen erstem und zweitem Gasabscheiderturm 1 , 2. In der dargestellten Ausführungsform schaltet sich die zyklische Absaugung ein, die in Strömungsrichtung auf das Ventil des ersten Gasabscheiderturms folgend angeordnet ist. Durch das Öffnen des ersten Gasabscheiderturms 1 kann das gesammelte Gas entweichen. Dabei wird der Elektrolyt durch die Elektrolyseelemente des Stacks 3 in Richtung des ersten Gasabscheiderturms 1 gesaugt. Durch den Anstieg und die Senkung des Füllstands wird eine exzellente Durchmischung des Elektrolyten und eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht. Gleichzeitig kann auf eine Pumpe zur Durchmischung des Elektrolyten verzichtet werden, sodass das Verfahren energieeffizienter geführt werden kann und die Vorrichtung besonders geräuscharm arbeitet.

Wenn der Elektrolyt im ersten Gasabscheiderturm 1 einen maximalen Betriebsfüllstand erreicht, wird gleichzeitig im zweiten Gasabscheiderturm 2 ein minimaler Betriebsfüllstand erreicht. Daraufhin wird der erste Gasabscheiderturm 1 verschlossen. Der Prozess beginnt damit von vorne. In dem beschriebenen beispielhaften Verfahren wird der erste Gasabscheiderturm 1 in etwa 3 - 4 mal in der Minute geöffnet und verschlossen.

Durch die Kombination von beidseitiger Füllstandsmessung lässt sich die Füllmenge des Elektrolyten in der Vorrichtung besonders genau bestimmen. Das Verfahren kann dadurch besonders zuverlässig und störungsfrei ablaufen. Weiters kann die bei einer Wartung nachzufüllende Menge an Wasser genau festgestellt werden. Falls der Gesamtfüllstand des Elektrolyten einen minimalen Wartungsfüllstand erreicht, wird die Elektrolyse automatische gestoppt, um ein Überhitzen der Vorrichtung zu vermeiden.

Die alkalische Elektrolyse kann bei einer Temperatur von 40 bis 90 °C durchgeführt werden. Zum Abführen der entstehenden Wärme kann eine Durchflusskühlung vorgesehen sein. Das aufgewärmte Kühlwasser kann beispielsweise zur Warmwasseraufbereitung weiterverwendet werden.

Durch die gezeigte Vorrichtung und das gezeigte Verfahren wird eine sichere, kostengünstige, platzsparende und geräuschemissionsreduzierte Möglichkeit geschaffen, elektrische Energie effizient in Wasserstoff umzuwandeln und damit zu speichern.