(57)【要約】      （修正有）【課題】水を水素と酸素に電気分解する為の装置に係わる経費とエネルギー経費とが軽減される電解セルの作動方法の提供。【解決手段】本発明は、少なくとも１つの膜２０を備える、水の電気分解のための電解セル１２の作動方法を前提としている。電解セルは、アルカリ電解セルとして形成されており、反応ゾーンに配置されている触媒層を備える２つのニッケル製多孔質電極１４、１６、及び膜を有している。この膜には、液体の水がパッシブに供給されることが提案される。膜は、水酸化カリウム溶液によって形成されている電解液に浸されており、水酸化イオンはこの膜を通過できるが、反応ゾーンで発生する、すなわち膜と電極の接触ゾーンによって形成されている反応ゾーンにおいて発生する原子及び分子の水素及び酸素は、一方の反応ゾーンから他方の反応ゾーンへの移動がこの膜によって阻止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの膜（２０）を備える、水の電気分解のための電解セル（１２）の作動方法であって、前記少なくとも１つの膜（２０）には、液体の水がパッシブに供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも１つの工程において、前記少なくとも１つの膜（２０）の中に実施されている少なくとも１つのチャンネル構造（２６）によって、水が前記膜（２０）の範囲内で分配されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの工程において、前記少なくとも１つの膜（２０）の少なくとも１つの中空構造（２８）の毛細管現象によって、水がポンピングなしで水リザーバから前記膜（２０）内に送られることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの工程において、水が前記膜（２０）内に、少なくとも２５ｍｂａｒの毛細管圧で送り込まれることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
水を電気分解するための、少なくとも１つの膜（２０）を有する少なくとも１つの電解セル（１２）、及び前記電解セルに水を供給するための水フィードユニット（３２）を備える電解システムであって、前記少なくとも１つの膜（２０）がパッシブな水供給ユニット（３０）として形成されていることを特徴とする電解システム。
【請求項６】
前記パッシブな水供給ユニット（３２）が、前記少なくとも１つの膜（２０）の範囲内で広範囲に水を分配するために、少なくとも１つのチャンネル構造（２６）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の電解システム。
【請求項７】
前記パッシブな水供給ユニット（３２）が、毛細管現象によって水を吸収するために、少なくとも１つの中空構造（２８）を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の電解システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの中空構造（２８）が、最大１０マイクロメートルの孔径を有することを特徴とする、請求項７に記載の電解システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの膜（２０）が、ポンプなしに前記水フィードユニット（３２）に接続されていることを特徴とする、少なくとも請求項６に記載の電解システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの膜（２０）が、接着接合によってセルフレーム（１８）に接続されていることを特徴とする、少なくとも請求項５に記載の電解システム。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか一項に記載の、電解システム（１０）のための電解セル。
【請求項１２】
少なくとも１つの第１の膜部分ユニット（５４）の中に、チャンネル構造（２６）が機械的に削り込まれることを特徴とする、請求項１１に記載の電解セル（１２）の膜（２０）の製造方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の膜部分ユニット（５４）が、少なくとも１つの第２の膜部分ユニット（５６）に接続され、該第２の膜部分ユニットは前記第１の膜部分ユニット（５４）を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に基づく、少なくとも１つの膜を備える、水の電気分解のための電解セルの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を水素と酸素に電気分解するための、従来技術による電解セルは電解液充填膜によって分離されている２つの電極を有し、このとき、電解液充填膜を介して電気分解を可能にする電荷交換が行われる。この場合、水は膜と電極との接触ゾーンの中で分解される。電気分解される水を膜の接触ゾーンに供給すること以外に、さらに、膜の給湿を確実に行うことによって乾燥による損傷を防止することが必要である。従って、これまでの従来技術による電解セルの作動方法では、例えば水素と酸素のガススペースに水及び／又は電解液を灌水することによって電界セル内に多量の水を送るか、水を適切に供給するための、例えばポンプを備えたフィード装置を膜に直接取り付けて、又は膜の中に取り付けて使用するか、いずれかの方法を行うことが常に必要である。ポンプなどのフィード装置の作動は、追加的な装置に係わる経費及び追加的なエネルギー経費を必要とする。公開されている出願人の欧州特許第２４６３４０７Ａ１号明細書（特許文献１）では、電解セルのそのような作動方法が説明されており、この場合、水が膜のマイクロチャンネルの中にポンピングされることによって、膜の中に分配される。驚くべきことに、そこで提案された膜によって、フィード装置を省略できるパッシブな水供給システムを実現できることが発見された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第２４６３４０７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする解題】
【０００４】
本発明の課題は、とくに、装置に係わる経費とエネルギー経費とが軽減される電解セルの作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴によって解決され、本発明の有利な実施形態及び発展形態は従属請求項に示されている。
【０００６】
さらに、水を電気分解するための、少なくとも１つの膜を有する少なくとも１つの電解セル、及び電解セルに水を供給するための水フィードユニットを備える電解システムが提案され、このとき、少なくとも１つの膜がパッシブな水供給ユニットとして形成されている。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つの膜を備える、水の電気分解のための電解セルの作動方法を前提としている。この少なくとも１つの膜には、液体の水がパッシブに供給されることが提案される。
【０００８】
この膜は、とくに、例えば水酸化イオン又はプロトンなどの特定のイオン輸送は可能であるが、原子又は分子の水素及び酸素は通過できず、また、例えば水酸化カリウム溶液又はその他の電解液で満たされている隔膜から形成されているか、又は陽イオン、陰イオン又は個々のプロトンだけが交換可能な陽イオン交換膜、陰イオン交換膜又はプロトン交換膜から形成されている。好ましくは、この膜がポリマーから、詳細にはポリスルホン又は硫化ポリフェニレンから作られている。「液体の水がパッシブに供給される」とは、とくに、膜に隣接しているか、又は膜に接続されている水リザーバからくる液体の水がポンプなしで膜に供給されることを意味するものとし、この膜は、膜材料の物理的力、詳細には膜材料の内側表面及び外側表面の粘着力によって、水リザーバからの水を膜の内側部分に供給し、この内側部分の範囲内で分配するために特別に形成されており、膜の抽出性能及び分配性能は、最大出力下で行う電気分解による水の消費を、より安定した作動状態の中で補給するために特別に設計されている。とくに、膜に液体の水がパッシブに供給されることは、水が水蒸気の形で膜の中に運び込まれ、この膜の中で凝縮されることで膜に水が供給されることとは異なっている。「水リザーバ」とは、とくに、膜に供給するために設けられている、水の容量、詳細には貯水タンク及び／又は水ラインに収容されている水の容量を意味するものとする。「特別に設計されている」とは、とくに、特別に形成されている、特別に処理されている及び／又は特別な材料から作られていることを意味するものとする。特に、エネルギー消費の軽減を実現することができる。
【０００９】
本発明に基づく方法の発展形態では、少なくとも１つの工程において、少なくとも１つの膜の中に実施されている少なくとも１つのチャンネル構造によって、水が膜の範囲内で分配されることが提案される。「チャンネル構造」とは、とくに、長方形の中空部を備える構造を意味するものとし、中空部の長さは、中空部の直径よりも少なくとも１０倍大きく、有利には少なくとも５０倍大きく、好ましくは少なくとも１００倍大きい。とくに、チャンネル構造は、細孔として形成されている中空部を備える構造とは異なっており、このチャンネル構造では、多数の細孔が一体化している。とくに、このチャンネル構造は膜の内側部分に実施されており、電極との接触面を形成している少なくとも１つの膜表面に対して開口部を持っていない。「膜の内側部分」とは、とくに、少なくとも２つの側面が少なくとも１つの膜の外側部分によって取り囲まれている膜の部分範囲を意味するものとし、膜の外側部分は、これが作られている少なくとも１つの材料及び／又は少なくとも１つの物性値、例えば多孔性又は弾性などが、膜の内側部分とは異なっている。とくに、膜の内側部分は、電極との接触部分がなく、少なくとも１つの膜の外側部分によって電極から切り離されている。とくに、チャンネル構造が配置されている膜の内側部分は、チャンネル構造がない膜の外側部分に対して粗孔隙構造を有している。この粗孔隙構造とは、膜の内側部分の平均細孔径が、膜の外側部分の平均細孔径よりも少なくとも１０％、有利には少なくとも２０％及び好ましくは少なくとも５０％大きいことを意味するものとする。とくに、このチャンネル構造は、膜の外側部分の細孔に比べ、より長い距離にわたって高い輸送性能を有している。とくに、膜の範囲内で高い水の分配性能を実現することができる。
【００１０】
さらに、少なくとも１つの工程において、少なくとも１つの膜の少なくとも１つの中空構造の毛細管現象によって、水がポンピングなしで水リザーバから膜内に送られることが提案される。「中空構造」とは、とくに、材料の中で分布している多数の中空部、好ましくは細孔を備える構造を意味するものとする。「毛細管現象」とは、とくに、液体、詳細には水が、中空構造の表面張力及び境界層効果によって、とくに重力にも逆らいながら、中空構造の中に引き込まれ、この中空構造内で広がる効果を意味するものとする。毛細管現象の強さは、とくに、毛細管圧及び／又は毛管上昇高のデータによって得ることができる。「毛細管上昇高」とは、とくに、毛細管現象により重力に逆らって中空構造内に生じる液柱、詳細には水柱の最大高さを意味するものとする。とくに、少なくとも１つの中空構造が、チャンネル構造のない少なくとも１つの膜の外側部分に実施されている。とくに、水は、中空構造の毛細管現象によって水リザーバからチャンネル構造内に送られ、次に水はこのチャンネル構造内でさらに膜の中に分配される。「ポンピングなしで水リザーバから膜内に送られる」とは、とくに、水リザーバから膜内への水の吸収が、ポンプによって生じる圧力及び／又は吸引による支援なしに、少なくとも１つの中空構造の毛細管現象によって達成されることを意味するものとする。「水リザーバ」とは、とくに、液体の水を充填したスペース及び／又は膜による吸収のために水のストックを提供するラインであり、水を充填したラインを意味するものとし、このとき、水を充填したスペース及び／又は水を充填したラインは、水を補給するための装置に接続することができる。とくに、構造的に簡単に、膜による水のパッシブな吸収を実現することができ、膜に水を供給するための装備に係わる経費及びエネルギー経費を削減することができる。
【００１１】
さらに、少なくとも１つの工程においては、水が膜内に、少なくとも２５ｍｂａｒの毛細管圧で送り込まれ、有利には少なくとも５０ｍｂａｒ、好ましくは１００ｍｂａｒ、とくに好ましくは少なくとも２００ｍｂａｒの毛細管圧で送り込まれることが提案される。とくに、毛細管圧によって達成される膜内の毛細管上昇高は少なくとも０．２５メートル、有利には少なくとも０．５メートル、好ましくは１メートル及びとくに好ましくは少なくとも２メートルである。とくに、高い膜の吸収性能を実現することができる。
【００１２】
さらに、水を電気分解するための、少なくとも１つの膜を有する少なくとも１つの電解セル、及び電解セルに水を供給するための水フィードユニットを備える電解システムが提案され、このとき、少なくとも１つの膜がパッシブな水供給ユニットとして形成されている。「水フィードユニット」とは、とくに、液体の水が保管されている少なくとも１つの水貯蔵スペース、とくに貯水タンク、及び少なくとも１つの水ラインを備えるユニットを意味するものとし、この水ラインは、好ましくは水チャンネルとして形成されており、貯水タンクを少なくとも１つの膜に接続している。水ラインは、液体の水を膜に導くために設けられている。とくに、水リザーバは少なくとも１つの膜に水を供給するために水フィードユニット内に配置され、そこに保管されている。「水供給ユニット」とは、とくに、水フィードユニットから取り込んだ水を膜の中に送り込み、膜の中で分配するために設けられているユニットを意味するものとする。とくに、水供給ユニットは、水が送り込まれる膜の、少なくとも１つの中空構造を備えている。従来技術による水供給ユニットは、少なくとも１つのポンプを備えることにより、水を膜の中に送り込んでいる。「パッシブな水供給ユニット」とは、とくに、例えばポンプ又は水を気化するためのヒータエレメントなど、膜への水の供給を達成するために外部のエネルギー供給が必要なエレメントをもたない水供給ユニットを意味するものとする。とくに、エネルギー要求が少なく、装備に係わる費用が少ない電解システムを実現することができる。
【００１３】
さらに、このパッシブな水供給ユニットは、少なくとも１つの膜の範囲内で広範囲に水を分配するため、少なくとも１つのチャンネル構造を備えることが提案される。とくに、膜の範囲内で高い分配性能を実現することができる。
【００１４】
さらに、このパッシブな水供給ユニットは、毛細管現象によって水を吸収するために、少なくとも１つの中空構造を有することが提案される。とくに、中空構造に隣接している液体リザーバからくる液体に対して高いフィード性能を有する膜を実現することができる。
【００１５】
さらに、少なくとも１つの中空構造が、最大１０マイクロメートルの孔径を有し、有利には最大５マイクロメートル及び好ましくは最大２マイクロメートルの孔径を有することが提案される。「中空構造の孔径」とは、とくに、中空構造の平均孔径を意味するものとし、とくに、中空構造の孔径の偏差は、中空構造の平均孔径の最大２０％であり、有利には最大１０％及び好ましくは最大５％である。「孔径」とは、とくに、平均の細孔直径を意味するものとする。とくに、中空構造の毛細管現象の毛細管上昇高が高く、従って高いフィード性能を備えている膜を実現することができる。
【００１６】
この少なくとも１つの膜は、ポンプなしに水フィードユニットに接続されていることが提案される。「ポンプなしに接続されている」とは、とくに、水フィードユニットの水ライン及び貯水タンクが、膜の中に及び／又は膜を通して水をポンピングするポンプをもたないため、ポンプなしで水が水フィードユニット内に送り込まれること、及び膜による水フィードユニットからの取水がポンプとは異なるエレメントの力、例えば膜の毛細管現象による力を使って達成されることを意味するものとする。とくに、追加的なエネルギー経費を必要とするポンプを省略することが可能となる。
【００１７】
さらに、この少なくとも１つの膜は、接着接合によってセルフレームに接続されていることが提案される。「接着接合によって接続されている」とは、とくに、原子又は分子の交換作用を使って、例えば接着、溶接及び／又は射出によって互いに固定されていることを意味するものとする。「セルフレーム」とは、とくに、電解セルのセル壁を意味するものとする。とくに、このセルフレームは、少なくとも部分的にプラスチックから製造されており、詳細には少なくとも摂氏７０度、有利には少なくとも摂氏８０度及び好ましくは少なくとも摂氏１００度の温度に耐える耐熱性プラスチックから製造されている。基本的に、このセルフレームは、少なくとも部分的にその他の材料、例えば金属又はセラミック材料から製造されていてもよい。とくに、独立したシールエレメントを節約しつつ、電解セルの密閉を達成することができる。
【００１８】
さらに、本発明に基づく電解システムのための電解セルが提案される。
【００１９】
さらに、本発明に基づく電解セルの膜の製造方法が提案され、この場合、少なくとも１つの第１の膜部分ユニットの中に、チャンネル構造が機械的に削り込まれる。「削り込まれる」とは、とくに、フライス盤によって、少なくとも１つの膜部分ユニットの材料から製造されることを意味するものとする。基本的に、このチャンネル構造は、フライス加工の代わりに、例えばエッチング又は切削などのその他のプロセスによって製造することもできる。とくに、第１の膜部分ユニットは、膜の内側部分として使用するために設けられている。基本的に、代替の方法として、チャンネル構造は、第１の膜部分ユニットとして中空繊維又は細管によって製造することもできる。とくに、チャンネル構造の簡単かつ自動化しやすい製造を実現することができる。
【００２０】
さらに、少なくとも１つの第１の膜部分ユニットは、少なくとも１つの第２の膜部分ユニットに接続され、この第２の膜部分ユニットは少なくとも１つの第１の膜部分ユニットを少なくとも部分的に覆っていることが提案される。「少なくとも部分的に覆う」とは、とくに、少なくとも１つの第２の膜部分ユニットが、接続後には少なくとも１つの第１の膜部分ユニットの少なくとも１つの側面、有利には少なくとも２つの側面を覆っていることを意味するものとする。とくに、第１の膜部分ユニットは、第２の膜部分ユニットに対して粗孔隙構造を有している。とくに、少なくとも１つの第２の膜部分ユニットは、水リザーバからの水を吸収する毛細管現象を発生させるために中空構造を有している。とくに好ましくは、少なくとも１つの第２の膜部分ユニットが、最大１０マイクロメートルの孔径をもつ中空構造を有し、有利には最大５マイクロメートル及び好ましくは最大２マイクロメートルの孔径をもつ中空構造を有し、この中空構造は、少なくとも４０ｍｂａｒの毛細管圧をもつ毛細管現象を発生させ、有利には少なくとも５０ｍｂａｒ、好ましくは１００ｍｂａｒ、とくに好ましくは少なくとも２００ｍｂａｒの毛細管圧をもつ毛細管現象を発生させる。とくに、少なくとも１つの第２の膜部分ユニットにはチャンネル構造がない。とくに、構造的に簡単な膜の製造を実現することができる。
【００２１】
その他の利点は、以下の図から説明される。図には、本発明の実施例が示されている。これらの図、説明及び請求項には、組合せの形で多数の特徴が含まれている。当業者は、これらの特徴を個々においても有利なものとみなし、その他の有効な組合せにまとめるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づく方法によって作動する、水の電気分解のための電解セルを備える電解システムである。
【図２】本発明に基づく電解システムの膜の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、水を電気分解するための、膜２０を有する電解セル１２、及び電解セル１２に水を供給するための水フィードユニット３２を備える電解システム１０を示している。電解セル１２は、少なくとも１つの膜２０を備える、水の電気分解のための電解セル１２の本発明に基づく作動方法を実施するために形成されており、この場合、膜２０にはパッシブに水が供給される。電解セル１２は、アルカリ電解セル１２として形成されており、反応ゾーンに配置されている触媒層を備える２つのニッケル製多孔質電極１４、１６、及び膜２０を有している。反応ゾーンは、電極１４、１６と膜２０のそれぞれの接触ゾーンによって形成されている。膜２０は、水酸化カリウム溶液によって形成されている電解液に浸されており、水酸化イオンはこの膜を通過できるが、反応ゾーンで発生する、すなわち膜２０と電極１４の接触ゾーン及び膜２０と電極１６の接触ゾーンによって形成されている反応ゾーンにおいて発生する原子及び分子の水素及び酸素は、一方の反応ゾーンから他方の反応ゾーンへの移動がこの膜によって阻止される。電極１４、１６は電源５２に接続されており、膜２０内の電解液を介して、閉じられた電流回路において電源５２と接続されている。電流回路を介して、水を電気分解するためのエネルギーが電源５２から送られる。分子の形の水素は、電極１４でのレドックス反応で水が還元されることによって、図では左に示されている電解セル１２側の、膜２０と電極１４との接触ゾーンで生成され、このとき、電子が電極１４を通して供給されることにより、水分子が水酸化イオンと分子水素に変換され、この水素は電極１４からガススペース４０の中に放散し、このガススペースからガスライン４２を介して貯蔵のためにガスタンク４４へ送られる。図の右に示されている電解セル１２側の、膜２０と電極１６との接触ゾーンでは、酸化によって分子の形の酸素が生成され、このとき、水酸化イオンは電子を電極１６に放出して水と分子酸素に酸化され、この酸素は電極１６からガススペース４６の中に放散し、このガススペースからガスライン４８を介してガスタンク５０へ送られる。電解セル１２は、さらに、ラインを備えるヒータユニット３８を有し、このラインを加熱された水が流れることにより電解セル１２が８０度の作動温度まで熱せられる。
【００２４】
水を電気分解するための、膜２０を有する本発明に基づく電解セル１２の作動方法では、膜２０に液体の水がパッシブに供給される。この場合、１つの工程では、膜２０内に実施されたチャンネル構造２６を用いて水が膜２０の範囲内で分配され、同時に行われる工程において、少なくとも１つの膜２０の中空構造２８の毛細管現象によってポンプなしで水が５０ｍｂａｒの毛細管圧で水リザーバから膜２０の中へ送り込まれる。中空構造２８の適切な仕様によって、詳細には孔径を変更することによって、例えば１００ｍｂａｒ又は２００ｍｂａｒのより高い毛細管圧で、又は例えば４０ｍｂａｒのより低い毛細管圧で液体の水を送り込むことも考えられる。従って、膜２０はパッシブな水供給ユニット３０として形成されており、水は電解システム１０の水フィードユニット３２から膜２０内へ送られ、膜２０の中で分配される。水リザーバは、水フィードユニット３２の中に収容されている液体の水によって形成されている。このパッシブな水供給ユニット３０は、膜２０の範囲内で広範囲に水を分配するために膜２０のチャンネル構造２６を備え、毛細管現象によって水を吸収するために孔径２マイクロメートルの中空構造２８を有している。中空構造２８は、精密な細孔構造として形成されている。基本的に、中空構造２８は、例えば０．２マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲で異なる孔径を有することもできる。言及した孔径の値は、中空構造２８の平均孔径として理解されなければならない。膜２０のチャンネル構造２６のチャンネル直径は１ミリメートルの１０分の１であり、基本的には、例えば１０マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲で異なる直径も可能である。
【００２５】
膜２０は、孔径が１０マイクロメートルの粗孔隙による膜の内側部分２２を有し、この中にチャンネル構造２６が取り付けられている（図２）。チャンネル構造２６のチャンネルは膜の内側部分２２の長さ全体にわたって伸び、さらに、分岐している横方向チャンネルも有し、吸収された水の横方向への分配を引き受けている。基本的に、チャンネル構造２６のチャンネルは膜の内側部分２２をまっすぐに通過して、横方向チャンネルなしに形成することもできる。チャンネル構造２６のチャンネルの線密度は好ましくは約２／ｍｍ、少なくとも０．５／ｍｍ及び最大５／ｍｍである。中空構造２８は、膜の外側部分２４の中に取り付けられており、膜の内側部分２２に対して細孔構造を形成している。膜の内側部分２２及び膜の外側部分２４は、ポリスルホンから作られている同じ材料から製造されており、孔径だけが異なっている。膜の内側部分２２と膜の外側部分２４を備える膜２０は平坦な膜として形成されており、このとき、膜の外側部分２４は膜の内側部分２２を２つの側面で取り囲み、膜の外側部分２４は電極１４、１６と接触し、一方、膜の内側部分２２は電極１４、１６と接触していない。
【００２６】
水フィードユニット３２は、貯水タンク３６及び液体の水を膜２０に送る水ライン３４を備えている。貯水タンク３６及び水ライン３４はポンプを持たない。従って、膜２０は、ポンプなしで水フィードユニット３２に接続されている。水フィードユニット３２内の液体の水は、粗孔隙による膜の内側部分２２及び膜の内側部分２２のチャンネル構造２６のチャンネルの中に流れ、膜の外側部分２４の中空構造２８の毛細管現象によってチャンネル構造２６と水フィードユニット３２から吸収され、膜の外側部分２４及び分解のための反応ゾーンに送られる。膜の内側部分２２のチャンネル構造２６は膜２０内で水を分配する。中空構造２８及びチャンネル構造２６は、互いに適合されているため、電解セル１２が水を最大に消費して最大出力で作動している場合も、膜２０への十分な水供給が達成される。チャンネル構造２６がないと、膜２０には十分に水が供給されないと考えられる。なぜなら、毛細管現象が、孔径と膜２０の材料によって規定される毛細管上昇高によって水を膜２０の中に送り、次に水の再分配が膜２０の範囲内で拡散によって行われるからである。中空構造２８の細孔による拡散のフィード性能は小さいため、パッシブな水供給ユニット３０を形成するには、膜の外側部分２４だけから成る膜２０では、水のフィード性能は十分ではない。従って、膜の内側部分２２のチャンネル構造２６のチャンネルによる水の再分配と、膜の外側部分２４の中空構造２８によって達成されるフィード性能とが組み合わされて、膜２０がパッシブな水供給ユニット３０として形成されていることになる。細孔による膜の外側部分２４の中空構造２８がない場合、毛細管現象が小さくなるために、膜２０は水フィードユニット３２内の水リザーバからの水を僅かしか吸収できず、従って、膜２０は、パッシブな水供給ユニット３０を形成するための十分な水フィード性能を持たなくなると考えられる。
【００２７】
膜２０は、接着接合によってセルフレーム１８に接続されており、このフレームは電解セル１２のセル壁を形成する。セルフレーム１８は、作動温度でも形状が安定している耐熱性プラスチックから作られている。膜２０とセルフレーム１８との接着接合は、本発明に基づく電解セル１２の製造方法の１つの工程において接着によって達成され、基本的に、ホットプレスなどのその他の接合方法も使用することができる。接着接合によって、追加のシールエレメントを節約しつつ、電解セル１２の密閉が達成される。
【００２８】
当業者には明らかなように、本発明に基づく電解システム１０は個々の電解セル１２に制限されるものではなく、別々の水フィードユニット３２又は共通の水フィードユニット３２にポンプなしで接続されている多数の電極セル１２を含むことができる。
【００２９】
本発明に基づく電極セル１２の膜２０の提案されている製造方法では、製造後に粗孔隙による膜の内側部分２２を形成する第１の膜部分ユニット５４に、機械的にチャンネル構造２６が削り込まれる。別の工程では、第１の膜部分ユニット５４が第２の膜部分ユニット５６と接続され、この第２の膜部分ユニットは、第１の膜部分ユニット５４を完全に覆い、製造後に中空構造２８を備える膜の外側部分２４を形成する。
【００３０】
図２には、膜２０を備える本発明に基づく電解システム１０の電解セル１２の一部及び水フィードユニット３２の一部が拡大図で示されている。
【符号の説明】
【００３１】
１０                  電解システム
１２                  電解セル
１４                  電極
１６                  電極
１８                  セルフレーム
２０                  膜
２２                  膜の内側部分
２４                  膜の外側部分
２６                  チャンネル構造
２８                  中空構造
３０                  水供給ユニット
３２                  水フィードユニット
３４                  水ライン
３６                  貯水タンク
３８                  ヒータユニット
４０                  ガススペース
４２                  ガスライン
４４                  ガスタンク
４６                  ガススペース
４８                  ガスライン
５０                  ガスタンク
５２                  電源
５４                  膜部分ユニット
５６                  膜部分ユニット
【図１】
2014152399.tif 000003
【図２】
2014152399.tif 000004