CN115989343A - 用于单极电化学装置的组合式电流载体、循环腔和框架 - Google Patents

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Abstract

公开了一种形成为单一或双重部件(CCF)的组合式电流载体、循环腔和框架(CCF)，用于单极电化学装置诸如压滤电解器设备。CCF被构造为限定供电解质、产物和反应物循环的内部循环腔以及在组装压滤装置时形成流动通路的孔口。与CCF电气接触的导电平面电活性结构附连在CCF的相对表面上。循环腔由CCF自身在相对的电活性结构之间的深度形成。多个CCF被组装并压缩在一起，以形成压滤电解器设备。组装的压滤电解器内的流动通路孔口被对齐以形成流动通路，位于循环腔的上方和下方。反应物和电解质沿底部流动通路输入。当对CCF和电活性结构施加电力时，反应物一旦与电解质一起流入循环腔，就发生氧化还原反应以产生产物，产物随后被收集并且在上部流动通路中离开电解器。

Description

用于单极电化学装置的组合式电流载体、循环腔和框架
技术领域
本公开涉及一种在电化学装置诸如电解器中使用的新型电子传导结构，其由形成为单个部件的组合式电流载体、循环腔和框架结构(“CCF”)组成，适用于将水和碱金属氯化物的碱性水溶液电解，所述新型电子传导结构可以一个或多个压滤布置配置。
背景技术
电化学池技术被设计成使得施加的电流在池内诱导反应，从而将可用反应物转化为期望产物。电解池(electrolytic cell或electrolysis cell)是完成这种转化的一种优选方法。电解池需要将电流(通常为直流)从外部源传导到极化电极。所述电解池还需要在电化学池外部或内部背离极性相反的电极进行传导以生成产物。
电化学池的一种期望配置是压滤式电解器。压滤电解器电化学池需要：具有足够刚性的机械框架；连接到外部电流源(以及从外部电流源移除)的能力；“电流载体”(本文也称为导电电流载体)，用于提供电流流动路径以将电力传导到电活性区；循环腔，用于在电活性区处提供用于生成气体产物的空间；通路，其允许反应物和产物的输入和输出；以及最后的形成外部密封的能力，所述外部密封防止流体从池的内部泄漏到外部气氛。
压滤电解器电化学池通常有由其子部件的设计驱动的三种配置：双极池设计、单极(unipolar)池设计或单极性(monopolar)池设计。
单极性池设计
压滤电解器电化学池通常有三种配置(由其子部件的设计驱动)：双极池设计、单极池设计或单极性池设计。
“单极性”池设计或配置是指基于如由图1B中的示例性正极半池所示的电流承载配置的电化学装置。这种单极性配置包括电流承载结构，并且还在电流承载结构的一侧上提供单一极性(阳极或阴极)的电活性结构。因此，在电流承载结构的具有电活性结构的侧上提供一个极性的区域。电流由电力源提供到所述配置中，并且跨电流载体流入并流到电活性结构。通常，电流在与电活性结构平行的方向上流动。图1B中的半池形成用于由正极和负极(阳极和阴极)半池对构成的单极性电化学压滤装置的基极电流承载单元。将所有单极性基极电流承载单元以电气方式并联配置在单个压滤布置内，使得在单个压滤堆叠内形成一个电化学池。
双极池设计
短语“双极配置”或“双极池配置”是指基于如图1C所示电流承载配置的电化学装置。这种双极配置包括双极壁，所述双极壁在电流承载结构的相反侧上限定极性相反的电活性区。在双极壁的相反侧上提供极性相反的区域。电流由电力源提供到所述配置中，并且以正交方式流过双极壁，从而形成用于双极电化学压滤装置的基极电流承载单元。双极压滤器内的多个电化学池以电气方式串联连接，其中每个单独的电流载体通常包括通过传导性双极壁连接的一个阳极侧和一个阴极侧。双极池中不同极性的电活性结构之间的电流路径通常比传统单极性设计和如稍后所述的单极设计中的等效电流路径短。
在双极池中，电流必须仅穿过一个双极壁才能到达极性相反的电活性结构，而在传统的单极池和单极性池中，需要附加部件将电流连接到极性相反的电活性结构。较短的电流路径通常在单一池的传导性表面内形成较低的电阻参数。传统上，与针对相似电流密度和相似电活性结构的双极池相比，对于单极池和单极性池来说，由于电子电阻电压损耗较高，因此这种情况导致电压损耗较高，并且从而使效率降低。
从历史上看，传统的单极设计和单极性设计中电子电阻对池电压损耗的贡献对这些技术继续商业化造成最大障碍。近几十年来，在选择将电解技术带向何方时，电解领域的领导者非常关注“零间隙”双极池设计的发展，因为它们减少了电子电阻对池电压损耗的贡献，并且因此，针对相似电流密度和相似电活性结构，提高了工厂能源效率。零间隙设计还允许双极池利用较高的电流密度。对零间隙双极技术的关注导致工业界相比于单极性技术和单极技术更倾向于整个双极技术。然而，利用较高的电流密度本身并不提高效率或改善工厂经济性。单极技术和单极性技术在这些领域具有许多互补优势，这将进行进一步讨论。
单极池设计
单极池设计或配置是指基于如由图1A中的示例性正极半池所示的电流承载配置的电化学装置。这种单极配置包括电流承载结构，所述电流承载结构在电流承载结构的相反侧上提供具有相同极性(阳极或阴极中的任一者)的多个电活性结构。因此，具有相同通用极性的区域被提供在电流承载结构的相反侧上。电流随后由电力源提供，并且跨电流载体流入且流到电活性结构。通常，电流在与电活性结构平行的方向上流动。图1A中的半池形成用于由正极和负极(阳极和阴极)半池对构成的单极电化学压滤装置的基极电流承载单元。与前面所述的单极性基极电流承载单元一样，将所有单极性基极电流承载单元以电气方式并联配置在单个压滤布置内，使得在单个压滤堆叠内形成一个电化学池。单极设计与单极性设计的区别在于其电活性区的存在和定位等。
从历史上看，只有“槽型”单极池具有电流载体，所述电流载体包括由两个极性相同的电活性结构环绕的单个腔，从而实现供电化学反应物和产物在电活性结构之间流动的单个通道。早期的槽型单极电解器在Alexander T.Stuart的名称为“Electrolytic Cell(电解池)”的美国专利号1,597,552中进行了描述。槽型单极设计不需要框架作为单个单极电流承载电极的一部分。相反，单极电极以电气方式并联连接，并且作为单个结构安装在槽内。Bowen等人的名称为“Electrode Structure for Electrolyser Cells(用于电解器池的电极结构)”的美国专利号4,482,448中描述的槽型单极电极设计的重大进步向世界介绍了第一次大规模制氢，其被配置为实现来自非化石能源的每个池的大的总表面积和120,000安培的电流。然而，尽管这种技术取得了工业规模化的进步，但这些槽型单极池需要独立的槽、盖板、用于电化学连接的穿透部，以及使用附加部件来形成供电化学反应物和产物穿过电化学活性区域的合适通路。“槽型”配置通常被“压滤型”配置所取代，因为其部件数量大，其组装复杂，并且难以改变每池表面积。
与双极设计相比，单极槽型池所需的附加部件在极性相反的电活性结构之间产生了更长的电流路径，并且因此在单个池所需的传导性路径内具有更高的电阻。与单极槽型池相比，形成了双板单极性压滤框架设计，其减少了部件数量且减小了电流路径长度，同时提供了以下专利中的单极技术的商业效益中的许多商业效益：A.T.B.Stuart等人的名称为“Mono-polar electrochemical system with a double electrode plate(具有双层电极板的单极性电化学系统)”的美国专利号6,080,290。
然而，美国专利号6,080,290的单极性双板设计具有难以制造的特征。此外，美国专利号6,080,290的单极性板设计要求将形成腔的非传导密封垫片定位在极性相同的单极性板之间；所述单极性板背靠背定位，其中形成腔的密封垫片在所述单极性板之间。此外，若已采用厚电活性结构来实现这种设计的横向宽度的增加(从而增加其在电流行进方向上的表面积)，则甚至需要进一步使用形成腔的“间隔垫片”。总体而言，在每次添加单极性板时提供此类间隔垫片的要求对压滤设计施加了机械限制和结构限制，特别是：限制在单个压滤器内密封大量单极性板的能力，限制在升高的内部压力下操作的能力，以及限制支撑压滤器内的隔离膜的方法。此外，提供附加垫片需要制造更多的部件，减慢池的构造，并且对用于压滤机堆叠的压缩方法施加限制。
对于本领域技术人员将显而易见的是，无论是框架38或40(限定阳极电解质或阴极电解质循环腔)还是美国专利号6,080,290中公开的电极板30或31的框架140，都没有被配置为按照单极电解器系统所要求的以相对和间隔布置保持两个导电平面电活性结构。而且，在美国专利号6,080,290中，框架38或40由弹性体或类弹性体材料(其具有橡胶垫片的属性和合适的工程塑料的硬度)制成。如所述专利中所说明，使用由弹性体或类弹性体材料制成的电解质循环框架起到使框架和垫片两者绝缘的作用，以支撑必要的电极板和隔离膜。因此，在美国专利号6,080,290中，应当理解，导电功能由电极板30执行。
Boulton的名称为“Electrolytic cell of the filter press type(压滤型电解池)”的美国专利号4,490,231中描述了单极压滤池堆叠，但是其设计具有与美国专利号6,080,290的单极性压滤设计类似的优点和限制。与美国专利号6,080,290的单极性压滤设计一样，美国专利号4,490,231的限制包括：需要使用附加间隔垫片来形成腔，限制在单个压滤器内密封大量板的能力(因为软材料被用于形成腔)，限制在升高的内部压力下操作的能力，限制用于支撑压滤器中的隔离膜的方法，以及最后，限制在电流行进的方向上扩展电活性结构长度(以增加电活性表面积，以便在较长的距离传导更大的电力)的能力。
为了详细说明后一种限制，对于美国专利号4,490,231的压滤器来说，在电流行进的方向上扩展电活性结构，同时保持相同的指定电阻性损耗，这需要较厚的电流承载结构，因为其主要电流承载结构由与其电活性结构相同的部件提供。这是不利的，因为：形成美国专利号4,490,231的电活性结构涉及切割和弯曲(随着电流载体变厚，这将使成本变得越来越高)，对扩展的电流载体施加额外的电催化会增加成本，并且最后所需的间隔垫片的厚度变得较大，这加剧了上面列出的相关联限制。另外，美国专利号4,490,231的单极压滤器的短而宽的矩形形状并没有像美国专利号6,080,290中的高而窄的单极性板实施方案那样使电化学装置的潜在占用空间最小化。
总之，单极性压滤器(美国专利号6,080,290)通过以下克服了槽型单极池的一些劣势：提供较短的电流路径，其实现较低的欧姆电阻损耗。此外，与单极槽型池相比，单极性压滤器的部件计数更小，并且构造成本要低得多。此外，美国专利号4,490,231的单极压滤器没有通常高而窄的几何形状，并且所述单极压滤器将其电流载体和电活性结构组合为一个部件，因此限制了对其厚度和制造方法可用的设计选择。
应注意，美国专利号6,080,290和美国专利号4,490,231的压滤电解器两者均对其电活性结构进行定向，使得其与电流流动方向平行。因此，这些设计允许在同一电化学池内放置多个电极结构。有鉴于此，单独的电化学池可以通过纵向将压滤器延伸至其物理限制来扩大其表面积。这使得非常高的电流能够流过单极性池或单极池。
相比之下，双极压滤布置在一个压滤堆叠中纵向合并多个单元。此外，在双极压滤器中，双极池的电极结构保持垂直于电流流动方向。通过这种构造，单一双极池的表面积存在实际限制。由于电解反应物和产物需要分布在整个双极电极结构中，同时需要平衡实际制造技术中的限制以及压滤器从制造点到操作现场的运输，因此造成了实际表面积限制。与单极性压滤器或单极压滤器相比，对实际表面积的限制使得可以流动穿过双极压滤器的电流量的限制较低。例如，在过去40年的水电解过程中，与单极池中的120,000安培相比，双极压滤器中电流通常范围高达10,000安培。此外，由于每个压滤器之间的电阻率不同，实际上并没有将多个双极压滤器相互并联来增加这个安培数。因此，为了制造大表面积电解池，双极池是不实用的。
到2020年，通过风力涡轮机和光伏等技术实施可再生形式的电力生产的成本已从历史水平大幅下降。光伏和风力涡轮机不像1970年代和1980年代那样是成本最高的电力源中的一个电力源，而是现在是世界上成本最低的电力来源之一，并且是全球每个国家所固有。将这些可再生能源技术与大规模水电解池相结合，可以以历史最低的成本生产可再生地制氢。在许多情况下，这些成本可能低于由化石燃料生产的氢的成本，并且有可能使化石能源长期被可再生能源取代。
然而，为了用基于可再生能源的氢代替化石基氢，需要比过去20年间在工业中已普遍使用的电解器大100倍到1000倍的水电解器。例如，一个大型氨生产设施(其将从可再生能源和水电解单元获取氢)将需要大约2,000MW的电力。因此，除其他特征外，还需要水电解器具有非常高的单独池电流(例如50,000安培至500,000安培)，以便最大限度地减少向电解器提供DC电流所需的小型功率调节系统的数量。
展望其他电解领域，具有最少数量的大电流功率调节系统的高电流电解技术代表针对大功率电化学过程的最新技术，诸如用于氯生产和铝生产的电解。因此，为了大规模推进可再生氢系统，非常期望具有最大化表面积的单极电解器，其因此允许最大化电流。
特别期望单极压滤电解器设计被配置为较高矩形形状，其中(与美国专利号4,490,231和美国专利号6,080,290相比)部件计数减小，电导率增大，形成腔的垫片的数量减少，提供了在升高的压力下操作的能力，提供了在电流流动方向上扩展电活性结构的能力，并且可以很轻松地在压滤器内提供附加的增量电极板，同时仍然成功密封所述压滤器。
发明内容
单极压滤电解系统基于本文公开的电流载体、循环腔和刚性支撑框架构件(CCF)的有利几何形状被设置在特别适用于大规模电化学过程诸如碱性水电解、氯酸钠电解和氯碱电解的布置中。
本公开提供了一种在单极电化学设备中使用的组合式导电电流载体、循环腔和刚性支撑框架，也称为单一CCF。单一CCF包括一体式、整体形成的刚性支撑框架，其被配置为支撑以单极布置设置的一对相对且间隔开的电活性结构。刚性支撑框架具有导电性，并且能够将电流承载到一对电活性表面。刚性支撑框架还包括循环腔，所述循环腔跨刚性支撑框架的相对的第一面和第二面延伸。刚性支撑框架的厚度由刚性支撑框架的相对的第一面和第二面之间的深度限定。此外，刚性支撑框架具有间隔开的相对的第一侧臂和第二侧臂以及在第一侧臂与第二侧臂之间延伸的第一侧向横构件和第二侧向横构件。
刚性支撑框架还包括第一内框架构件，其附接到第二侧臂和第一侧臂中的至少一者和第二侧向横构件，第一内框架构件与第二侧臂和第一侧臂中的至少一者和第二侧向横构件配合以限定第一通道限定孔口。刚性支撑框架还包括第二通道限定孔口，其设置在第二侧向横构件附近并且在第一侧臂与第二侧臂之间。
另外，刚性支撑框架包括第二内框架构件，其附接到第一侧臂和第二侧臂中的至少一者和第一侧向横构件，第二内框架构件与第一侧臂和第二侧臂中的至少一者和第一侧向横构件配合以限定第三通道限定孔口。刚性支撑框架还包括第四通道限定孔口，其设置在第一侧向横构件附近并且在第一侧臂与第二侧臂之间。
刚性支撑框架还包括循环腔，所述循环腔在刚性支撑框架内整体形成以供电解质、产物和反应物循环，所述循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第一内框架构件和第二内框架构件以及第一侧臂和第二侧臂的内边缘之间延伸。
在其他实施方案中，单一CCF包括第一内框架构件作为具有彼此接合的第一臂位置和第二臂位置的第一大致L形构件，其中第一大致L形构件的第一臂部分附接到第二侧臂或第一侧臂中的一者，并且第一大致L形构件的第二臂部分附接到第二侧向横构件。在同一实施方案中，单一CCF还包括第二内框架作为具有彼此接合的第一臂和第二臂的第二大致L形构件，其中第二大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂或第二侧臂中的一者，并且第二大致L形构件的第二臂部分附接到第一侧向横构件。单一CCF还包括循环腔，所述循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第一大致L形构件和第二大致L形构件的第一臂部分以及第一侧臂和第二侧臂的内边缘之间延伸。
进一步关于上述实施方案，第一大致L形构件的第一臂部分附接到第二侧臂，并且第二大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂。
替代地，第一大致L形构件的第一臂部分附接到第二侧臂，并且第二大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂。
单一CCF还可以包括一个或多个中间侧向横构件。中间侧向横构件可以是可释放式可拆卸的，或者可以与刚性支撑框架整体形成。中间侧向横构件还可以在第一侧臂与第二侧臂之间延伸，或者可以从第一侧臂或第二侧臂延伸并且终止于距第一侧臂和第二侧臂中的另一者的预先选择距离处。中间侧向横构件还可以包括一个或多个通孔，所述一个或多个通孔沿一个或多个中间侧向横构件的长度延伸穿过所述中间侧向横构件，以允许电解质、产物和反应物流动穿过所述中间侧向横构件。
从第一侧臂或第二侧臂延伸并终止于距第一侧臂和第二侧臂中的另一者的预先选择距离处的中间侧向横构件可以按向上取向与第一侧臂和第二侧臂中的一者成角度设置，以对应于循环腔中的气流方向。中间侧向横构件可以呈大致弓形形状。
在替代实施方案中，在第一侧臂与第二侧臂之间延伸的中间侧向横构件可以具有沿其长度的至少一部分的第一厚度，所述第一厚度小于刚性支撑框架的厚度，其中一个或多个中间侧向横构件与第一侧臂和第二侧臂物理接触和电气接触。中间侧向横构件可以包括平行于第一侧臂和第二侧臂延伸的至少一个横向构件。至少一个横向构件的厚度可以对应于第一厚度，或者可以与刚性支撑框架的厚度基本上相同。
在替代实施方案中，单一CCF可以包括在第一大致L形构件的第一臂部分与第一侧臂之间延伸的通道限定垫片支撑构件，其中第一通道限定垫片支撑构件可以具有一个或多个贯穿通道，所述一个或多个贯穿通道被配置为允许电解质、产物和反应物穿过其中。通道限定垫片支撑构件还可以在第二大致L形构件的第一臂部分与第二侧臂之间延伸。垫片支撑构件可以能够与刚性支撑框架可释放地分离，或者可以与刚性支撑框架整体形成。
在某些实施方案中，单一CCF可以包括第一面和第二面的部分，所述部分沿第一侧臂和第二侧臂的与循环腔相邻的边缘凹陷，以允许所述一对电活性结构至少部分地定位在循环腔内。
在替代实施方案中，单一CCF的第一侧臂和第二侧臂可以被配置为从电力源接收电力，其中第一侧臂和第二侧臂中的一者具有从所述侧臂向外延伸的导电片，电力导体可附接到所述导电片。导电片可以提供锯齿，以改善可附接的电力导体与刚性支撑框架之间的电气连接。
在替代实施方案中，第一侧臂和第二侧臂可以被配置为从电力源接收电力，其中第一侧臂和第二侧臂中的一者具有在第一侧臂和第二侧臂中的一者中限定的孔穴，用于接受外部电气连接机构。
单一CCF中的刚性支撑框架还可以包括用于减少刚性支撑框架质量的切口，其中切口被限定在第一侧臂、第二侧臂、第一侧向横构件和第二侧向横构件中的任一者或其组合中。
单一CCF还可以包括在第一侧臂和第二侧臂中的至少一者中限定的多个拉杆孔穴，其中拉杆孔穴可以被配置为穿过其中接收拉杆，以促进将刚性支撑框架与单极电化学设备中的其他刚性支撑框架部件对齐。
在替代实施方案中，单一CCF可以包括第一侧臂和第二侧臂中的一者，其被配置为从电力源接收电力，一个或多个第一中间侧向横构件从第一侧臂和第二侧臂中的被配置为从电力源接收电力的所述一者延伸并与其电气接触，一个或多个侧向第一横构件终止于距第一侧臂和第二侧臂中的另一者的预先选择距离处，并且一个或多个第二中间侧向横构件在第一侧臂与第二侧臂之间延伸并与所述第一侧臂和所述第二侧臂物理接触和电气接触。
单一CCF还可以包括附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第一面相邻的第一电活性结构，第一电活性结构在第一内框架构件与第二内框架构件以及第一侧臂与第二侧臂之间延伸。单一CCF还可以包括附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第二面相邻的第二电活性结构，第二电活性结构在第一内框架构件与第二内框架构件以及第一侧臂与第二侧臂之间延伸。当单一CCF操作性地连接到单极电化学设备并且施加电力时，第一电活性结构和第二电活性结构具有相同的极性，其中每个电活性结构具有在其中形成的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过电活性结构。
本公开提供了一种在单极电化学设备中使用的组合式导电电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，也称为双重CCF。双重CCF包括一体式、整体形成的刚性支撑框架，其被配置为支撑按单极布置设置的两对相对且间隔开的电活性结构。刚性支撑框架具有导电性，并且能够将电流承载到多对电活性表面对。刚性支撑框架还包括双循环腔，所述双循环腔跨刚性支撑框架的相对的第一面和第二面延伸。刚性支撑框架的厚度由刚性支撑框架的相对的第一面和第二面之间的深度限定。此外，刚性支撑框架具有间隔开的相对的第一侧臂和第二侧臂、设置在第一臂与第二臂之间并与它们间隔开的中心臂以及在第一侧臂与第二侧臂之间延伸的第一侧向横构件和第二侧向横构件。
刚性支撑框架还包括在中心臂的相反侧上与第二侧向横构件相邻设置的第一内框架构件和第三内框架构件，以及在中心臂的相反侧上与第一侧向横构件相邻设置的第二内框架构件和第四内框架构件。
刚性支撑框架还包括附接到中心臂、第二侧臂中的至少一者和第二侧向横构件的第一内框架构件，并且第一内框架构件与中心臂、第二侧臂中的至少一者和第二侧向横构件配合以限定第一通道限定孔口。
刚性支撑框架还包括附接到第二侧臂、中心臂中的至少一者和第一侧向横构件的第二内框架构件，并且第二内框架构件与第二侧臂、中心臂中的至少一者和第一侧向横构件配合以限定第二通道限定孔口。
刚性支撑框架还包括附接到中心臂、第一侧臂中的至少一者和第二侧向横构件的第三内框架构件，并且第三内框架构件与中心臂、第一侧臂中的至少一者和第二侧向横构件配合以限定第三通道限定孔口。
刚性支撑构件还包括附接到中心臂、第一侧臂中的至少一者和第一侧向横构件的第四内框架构件，并且第四内框架构件与第一侧臂、中心臂中的至少一者和第一侧臂配合以限定第四通道限定孔口。
刚性支撑构件还包括第五通道限定孔口、第六通道限定孔口、第七通道限定孔口和第八通道限定孔口，第五通道限定孔口设置在第二侧向横构件附近以及第二侧臂与中心臂之间，第六通道限定孔口设置在第二侧向横构件附近以及中心臂与第一侧臂之间，第七通道限定孔口设置在第一侧向横构件附近以及第二侧臂与中心臂之间，并且第八通道限定孔口设置在第一侧向横构件附近以及中心臂与第一侧臂之间。
此外，刚性支撑构件包括第一循环腔和第二循环腔，所述第一循环腔和所述第二循环腔在刚性支撑框架内整体形成以供循环电解质、产物和反应物，其中第一循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第一内框架构件和第三内框架构件以及第二侧臂和中心臂的内边缘之间延伸，并且其中第二循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第二内框架构件和第四内框架构件以及中心臂和第一侧臂的内边缘之间延伸。
在其他实施方案中，双重CCF包括第一内框架构件作为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第一大致L形构件，其中第一大致L形构件的第一臂部分附接到中心臂和第二侧臂中的一者，并且第一大致L形构件的第二臂部分附接到第二侧向横构件。在同一实施方案中，双重CCF还包括第二内框架构件作为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第二大致L形构件，其中第二大致L形构件的第一臂部分附接到第二侧臂和中心臂中的一者，并且第二大致L形构件的第二臂部分附接到第一侧向横构件。在同一实施方案中，双重CCF还包括第三内框架构件作为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第三大致L形构件，其中第三大致L形构件的第一臂部分附接到中心臂和第一侧臂中的一者，并且第三大致L形构件的第二臂部分附接到第二侧向横构件。在同一实施方案中，双重CCF还包括第四内框架构件作为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第四大致L形构件，其中第四大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂和中心臂中的一者，并且第四大致L形构件的第二臂部分附接到第一侧向横构件。
双重CCF还包括第一循环腔，所述第一循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第一大致L形构件和第三大致L形构件的第一臂部分以及第二侧臂和中心臂的内边缘之间延伸。此外，双重CCF还包括第二循环腔，所述第二循环腔在刚性支撑框架的第一面和第二面、第二大致L形构件和第四大致L形构件的第一臂部分以及中心臂和第一侧臂的内边缘之间延伸。
进一步关于上述实施方案，第一大致L形构件和第三大致L形构件的第一臂部分附接到第二侧臂，并且第二大致L形构件和第四大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂。
替代地，第一大致L形构件和第三大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂，并且第二大致L形构件和第四大致L形构件的第一臂部分附接到第一侧臂。
双重CCF还可以包括一个或多个中间侧向横构件。中间侧向横构件可以是可释放式可拆卸的，或者可以与刚性支撑框架整体形成。中间侧向横构件还可以在第一侧臂和第二侧臂中的一者与中心臂之间延伸，或者可以从中心臂延伸并且终止于距第一侧臂和第二侧臂中的一者的预先选择距离处。中间侧向横构件还可以包括一个或多个通孔，所述一个或多个通孔沿一个或多个中间侧向横构件的长度延伸穿过所述中间侧向横构件，以允许电解质、产物和反应物流动穿过所述中间侧向横构件。
从第一中心侧臂延伸并终止于距第一侧臂和第二侧臂中的一者的预先选择距离处的中间侧向横构件可以按向上取向与第一侧臂和第二侧臂中的一者成角度设置，以对应于循环腔中的气流方向。中间侧向横构件可以呈大致弓形形状。
在替代实施方案中，在第一侧臂和第二侧臂与中心臂之间延伸的中间侧向横构件沿其长度的至少一部分可以具有第一厚度，所述第一厚度小于刚性支撑框架的厚度，其中一个或多个中间侧向横构件与第一侧臂和第二侧臂以及中心臂物理接触和电气接触。中间侧向横构件可以包括平行于第一侧臂和第二侧臂延伸的至少一个横向构件。至少一个横向构件的厚度可以对应于第一厚度，或者可以与刚性支撑框架的厚度基本上相同。
在替代实施方案中，双重CCF可以包括第一通道限定垫片支撑构件，其在第一大致L形构件的第一臂部分与第一侧臂之间延伸。第二通道限定垫片支撑构件还可以在第二大致L形构件的第一臂部分与第二侧臂之间延伸。第一通道限定垫片支撑构件和第二通道限定垫片支撑构件可以具有一个或多个贯穿通道，其被配置为允许电解质、产物和反应物穿过其中。垫片支撑构件可以能够与刚性支撑框架可释放地分离，或者可以与刚性支撑框架整体形成。
在某些实施方案中，双重CCF可以包括第一面和第二面的部分，所述部分沿第一侧臂和第二侧臂与循环腔相邻的边缘凹陷，以允许所述一对电活性结构至少部分地定位在循环腔内。
在替代实施方案中，双重CC的第一侧臂和第二侧臂可以被配置为从电力源接收电力，其中第一侧臂和第二侧臂中的一者具有从所述侧臂向外延伸的导电片，电力导体可附接到所述导电片。导电片可以提供锯齿，以改善可附接的电力导体与刚性支撑框架之间的电气连接。
在其他实施方案中，第一侧臂和第二侧臂可以被配置为从电力源接收电力，其中第一侧臂和第二侧臂中的一者具有在第一侧臂和第二侧臂中的一者中限定的孔穴，用于接受外部电气连接机构。
双重CCF中的刚性支撑框架还可以包括用于减少刚性支撑框架的质量的切口，其中切口被限定在第一侧臂、第二侧臂、第一侧向横构件和第二侧向横构件中的任一者或其组合中。
双重CCF还可以包括在第一侧臂和第二侧臂中的至少一者中限定的多个拉杆孔穴，其中拉杆孔穴可以被配置为穿过其中接收拉杆，以促进将刚性支撑框架与单极电化学设备中的其他刚性支撑框架部件对齐。
在替代实施方案中，双重CCF可以包括从中心臂延伸并与其电气接触的一个或多个第一中间侧向横构件，一个或多个第一中间侧向横构件终止于距与其相反的侧臂预先选择距离处，并且一个或多个第二侧向横构件在中心臂与第一侧臂和第二侧臂中的一者之间延伸并且与中心臂以及第一侧臂和第二侧臂中的一者物理接触和电气接触。
双重CCF还可以包括附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第一面相邻的第一电活性结构以及附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第二面相邻的第二电活性结构，第一电活性结构和第二电活性结构中的每一者在第一内框架构件和第二内框架构件、第二侧臂以及中心臂之间延伸。双重CCF还可以包括附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第一面相邻的第三电活性结构以及附连到所述刚性支撑框架与刚性支撑框架的第二面相邻的第四电活性结构，第三电活性结构和第四电活性结构中的每一者在第三内框架构件和第四内框架构件、中心臂以及第一侧臂之间延伸。当双重CCF操作性地连接到单极电化学设备并且施加电力时，第一电活性结构和第二电活性结构具有相同的极性，并且第三电活性结构和第四电活性结构具有相同的极性，第一电活性结构和第二电活性结构的极性与第三电活性结构和第四电活性结构的极性相反，其中每个电活性结构都具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过电活性结构。
本公开提供了一种用于单极电化学设备的电化学池，电化学池包括多个单一CCF，所述多个单一CCF被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的堆叠阵列并且被对齐使得多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的通道限定孔口彼此对齐，其中多个刚性支撑框架包括一对端部刚性支撑框架构件，一个端部刚性支撑框架构件设置在堆叠阵列的一个端部处，一个端部刚性支撑框架构件设置在堆叠阵列的另一个端部处，其中每个端部刚性支撑框架构件具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构，并且其中至少一个电活性结构被设置为面向堆叠阵列的相对端部。
此外，至少一个中间刚性支撑框架构件设置在所述一对端部刚性支撑框架构件之间，其中每个中间刚性支撑框架构件具有：第一电活性结构，其附连到至少一个中间刚性支撑框架与至少一个中间刚性支撑框架的第一面相邻；以及第二电活性结构，其附连到至少一个中间刚性支撑框架与至少一个中间刚性支撑框架的第二面相邻。
多个刚性支撑框架包括多个隔离膜，其中每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的循环腔与相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的循环腔分开。多个刚性支撑框架还包括多个密封和电绝缘垫片，其具有与多个刚性支撑框架的构造基本相同的构造，其中每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口，并且刚性支撑框架构件中的每个刚性支撑框架构件中的通道限定孔口以及密封和电绝缘垫片中的第一孔口和第二孔口彼此对齐，以形成穿过所述堆叠的流动通路。
在另一个实施方案中，电化学池的每个刚性支撑框架构件具有两个电活性结构，其中一个电活性结构附连到端部刚性支撑框架与端部刚性支撑框架的第一面相邻，并且另一个电活性结构附连到端部刚性支撑框架与端部刚性支撑框架的第二面相邻。
本公开提供了一种单极电化学设备，所述单极电化学设备包括多个单一CCF，所述多个单一CCF被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的堆叠阵列，并且被对齐使得多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的通道限定孔口彼此对齐。多个刚性支撑框架包括一对端部刚性支撑框架构件，其中一个端部刚性支撑架构件设置在堆叠阵列的一个端部处，并且另一个端部刚性支撑架构件设置在堆叠阵列的另一个端部处。每个端部刚性支撑框架构件具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构，其中至少一个电活性结构被设置为面向堆叠阵列的相对端部。
单极电化学设备还包括至少一个中间刚性支撑框架构件，其设置在所述一对端部刚性支撑框架构件之间，其中每个至少一个中间刚性支撑框架构件包括：第一电活性结构，其附连到至少一个中间刚性支撑框架与至少一个中间刚性支撑框架的第一面相邻；以及第二电活性结构，其附连到至少一个中间刚性支撑框架与至少一个中间刚性支撑框架的第二面相邻。
单极电化学设备还包括多个隔离膜，其中每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的循环腔与另一个相邻的刚性支撑框架的循环腔分开。
单极电化学设备还包括多个密封和电绝缘垫片，其具有与多个刚性支撑框架的构造基本相同的构造，其中每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口。
此外，单极电化学设备包括用于将多个端部刚性支撑框架和中间刚性支撑框架夹持在一起的一对端部夹持板，其中每个端部夹持板与端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与其相邻，并且每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述堆叠中的第一洞口和用于从所述堆叠提取液体和/或气体的第二洞口。
此外，单极电化学设备包括一对端部垫片，其中每个端部垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，其中每个端部垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的第一洞口和第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口。
此外，单极电化学设备包括垫片中的第一孔口和第二孔口，其与刚性支撑框架构件中的每个刚性支撑框架构件中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述堆叠的流动通路，其中流动通路与每个端部夹持板中的第一洞口和第二洞口对齐。
在一个实施方案中，单极电化学设备被配置用于碱性水电解或氯碱电解中的任一者。
本公开提供了一种用于单极压滤电解器设备的电化学多池组件，所述电化学多池组件包括多个单一CCF，其中单一CCF的多个刚性支撑框架由第一刚性支撑框架、第二刚性支撑框架、第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架组成，第一刚性支撑框架和第二刚性支撑框架并排设置，并且第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架并排设置。电化学多池组件被配置为：第一刚性支撑框架的循环腔与第三刚性支撑框架的循环腔对齐，并且第二刚性支撑框架的循环腔与第四刚性支撑框架的循环腔对齐，并且其中多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架为端部刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构。
电化学多池组件还包括至少一个双重CCF，其作为中间刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的每一者相邻的一对电活性结构。至少一个中间刚性支撑框架设置在第一端部刚性支撑框架和第二端部刚性支撑框架与第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架之间，并且中间刚性支撑框架的第一循环腔与第一端部刚性支撑框架和第三端部刚性支撑框架的循环腔对齐，并且中间刚性支撑框架的第二循环腔与第二端部刚性支撑框架和第四端部刚性支撑框架的循环腔对齐。
电化学多池组件还包括第一端部刚性支撑构件、第二端部刚性支撑构件、第三端部刚性支撑构件和第四端部刚性支撑构件以及至少一个中间刚性支撑框架，它们被布置以形成具有交替极性的刚性支撑框架的双重堆叠，并且以这样的方式对齐，使得第一端部刚性支撑框架和第三端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与中间刚性支撑框架中与第一循环腔相邻的通道限定孔口对齐，并且第二端部刚性支撑框架和第四端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与中间刚性支撑框架中与第二循环腔相邻的通道限定孔口对齐。
此外，电化学多池组件包括多个隔离膜，其中每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的循环腔与另一个相邻的刚性支撑框架的循环腔分开。
此外，电化学多池组件包括多个密封和电绝缘垫片，其具有与多个端部刚性支撑框架的构造基本相同的构造，其中每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口，并且刚性支撑框架构件中的每个刚性支撑框架构件中的通道限定孔口以及垫片中的第一孔口和第二孔口彼此对齐，以形成穿过所述双重堆叠的流动通路。
电化学多池组件的一个实施方案，其中每个端部刚性支撑框架构件具有两个电活性结构，其中一个电活性结构附连到端部刚性支撑框架与端部刚性支撑框架的第一面相邻，并且另一个电活性结构附连到端部刚性支撑框架与端部刚性支撑框架的第二面相邻。
本公开提供了一种单极压滤电解器设备，所述单极压滤电解器设备包括多个单一CCF，单一CCF的多个刚性支撑框架由第一刚性支撑框架、第二刚性支撑框架、第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架组成，其中第一刚性支撑框架和第二刚性支撑框架并排设置，并且第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架并排设置。单一CCF的第一刚性支撑框架的循环腔与第三刚性支撑框架的循环腔对齐，并且第二刚性支撑框架的循环腔与第四刚性支撑框架的循环腔对齐，其中多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架为端部刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻地的至少一个电活性结构。
单极压滤电解器还包括至少一个双重CCF，所述至少一个双重CCF为中间刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的每一者相邻的一对电活性结构，其中中间刚性支撑框架设置在第一端部刚性支撑框架和第二端部刚性支撑框架与第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架之间，并且其中中间刚性支撑框架的第一循环腔与第一端部刚性支撑框架和第三端部刚性支撑框架的循环腔对齐，并且中间刚性支撑框架的第二循环腔与第二端部刚性支撑框架和第四端部刚性支撑框架的循环腔对齐。
此外，单极压滤电解器具有第一端部刚性支撑构件、第二端部刚性支撑构件、第三端部刚性支撑构件和第四端部刚性支撑构件以及中间刚性支撑框架，它们被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的双重堆叠，并且被对齐使得第一端部刚性支撑框架和第三端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与中间刚性支撑框架中与第一循环腔相邻的通道限定孔口对齐，并且其中第二端部刚性支撑框架和第四端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与中间刚性支撑框架中与第二循环腔相邻的通道限定孔口对齐。
单极压滤电解器还包括多个隔离膜，其中每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的循环腔与另一个相邻的刚性支撑框架的循环腔分开。
单极压滤电解器还包括：多个密封和电绝缘垫片，其具有与多个端部刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，其中每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口，并且其中两对端部夹持板用于将多个端部刚性支撑框架和中间刚性支撑框架夹持在一起，并且其中每个端部夹持板与端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与其相邻，其中每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述双重堆叠中的第一洞口以及用于从所述双重堆叠提取液体和/或气体的第二洞口。
单极压滤电解器还包括两对端部垫片，其中每个端部垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，并且其中每个端部垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的第一洞口和第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口。
单极压滤电解器，其中端部垫片中的第一孔口和第二孔口与刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述双重堆叠的流动通路，其中流动通路与每个端部夹持板中的第一洞口和第二洞口对齐。
附图说明
下面结合附图，参考本发明的实施方案的以下详细描述，应更清楚地理解本发明的实施方案，在附图中：
图1A示出了单极电化学压滤装置的基极电流承载半池单元的俯视图，所述基极电流承载半池单元在以电气方式并联配置的电流载体的相对侧上包括相同极性的电活性结构；
图1B示出了单极性电化学压滤装置的基极电流承载半池单元的俯视图，所述基极电流承载半池单元在以电气方式并联配置的电流载体的一侧上包括单一极性的一个电活性结构；
图1C示出了双极电化学压滤装置的基极电流承载单元的俯视图，所述基极电流承载单元包括以电气方式串联配置的双极壁，所述双极壁限定极性相反的电活性区；
图2示出了基于图3A所示的CCF设计用CCF堆叠阵列形成的单极压滤电化学装置的分解等距视图；
图3A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图；
图3B示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图3C示出了用于一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一系列电活性结构的简化草图的等距视图；
图3D示出了还包括流量控制通道的各种可插入垫片支撑部件的分解等距视图；
图3E示出了在单极压滤电化学装置中使用的根据本公开的一对一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的示例性实施方案的等距视图，其中一个明显为阳极，并且一个明显为阴极；
图3F示出了垫片支撑部件的各种替代实施方案的分解等距视图，所述替代垫片支撑部件作为一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一部分提供；
图3G示出了在单极压滤电化学装置中使用的根据本公开的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的示例性替代实施方案的等距视图，其中垫片支撑部件的替代实施方案作为一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一部分提供；
图3H示出了一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一个实施方案的等距视图，其中孔口由所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的相应内框架构件和单个侧臂限定。
图4A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，其中附加穿孔横档用于改善电流承载能力和在加压下的部件表现；
图4B示出了图4A的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图5A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，其中自同一一体式部件提供成对角定向的矛状部，以将电流承载能力和产物生成集中在电输入源附近，从而分配剩余空间以供生成的产物离开循环腔；
图5B示出了图5A的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图5C示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架还包括替代实施方案，其具有：自同一一体式部件提供的成对角定向的矛状部、用于实现改善的热量传递的延伸的框架构件，以及设置在所述部件内以减小重量以及获得其他益处的附加材料切口；
图6A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，其中自同一一体式部件提供附加横档，以改善电流承载能力和在加压下的部件表现，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架还设有横档内通道，用于形成产物离开路径并提供用于进行横档内电活性结构附接的指定部位；
图6B示出了图6A的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图6C示出了一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一个实施方案的等距视图，其中中间侧向横构件包括用于液体流动的通道，并且其中通道由中间侧向横构件上的通道壁以及电活性结构限定。
图6D示出了一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一个实施方案的等距视图，其中中间侧向横构件沿着侧向横构件的长度包括横向构件。
图6E示出了一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的一个实施方案的等距视图，其中中间侧向横构件沿着侧向横构件的长度包括横向构件以及用于液体流动的通道，其中通道由中间侧向横构件上的通道壁以及电活性结构限定。
图7示出了使用图8A所示的双重CCF和图3A所示的单一CCF的组合以CCF堆叠阵列构造的单极压滤电化学装置的分解等距视图；
图8A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式部件的等距视图，其中电流载体和结构框架由设置在同一一体式部件中的两个不同的产物循环腔共享；
图8B示出了图8A的在单极压滤型电化学装置中使用的一体式部件的等距视图，所述一体式部件另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图9A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式部件的等距视图，其中电流载体和结构框架由设置在同一一体式部件中的两个不同的产物循环腔共享，其中附加穿孔横档用于改善电流承载能力和在加压下的部件表现；
图9B示出了图9A的在单极压滤型电化学装置中使用的一体式部件的等距视图，所述一体式部件另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图10A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式部件的等距视图，其中电流载体和结构框架由设置在同一一体式部件中的两个不同的产物循环腔共享，其中自同一一体式部件提供成对角定向的矛状部，以将电流承载能力和产物生成集中在电输入源附近，并且从而分配剩余空间以供生成的产物离开循环腔；
图10B示出了图10A的在单极压滤型电化学装置中使用的一体式部件的等距视图，所述一体式部件另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图10C示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架还包括替代实施方案，其具有：自同一一体式部件提供的成对角定向的矛状部、用于实现改善的热量传递的延伸的框架构件，以及设置在所述部件内以减小重量以及获得其他益处的附加材料切口；
图11A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式部件的等距视图，其中电流载体和结构框架由设置在同一一体式部件中的两个不同的产物循环腔共享，其中自同一一体式部件提供附加横档，以改善电流承载能力和在加压下的框架表现，所述一体式部件还设有横档内通道，用于形成产物离开路径并提供用于进行横档内电活性结构附接的指定部位；
图11B示出了图11A的在单极压滤型电化学装置中使用的一体式部件的等距视图，所述一体式部件另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图12示出了基于图13A的一体式部件的单极压滤电化学装置的分解等距视图；
图13A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的设置在一个部件中的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架还设有非限制数量的附加通路以供反应物和产物流入和流出部件，如最佳满足单极电化学应用的工程要求的；
图13B示出了图13A的一体式电流载体、产物循环腔和结构框架的等距视图，所述一体式电流载体、产物循环腔和结构框架另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图14示出了使用图15A所示的双重CCF和图13A所示的单一CCF的组合以CCF堆叠阵列构造的单极压滤电化学装置的分解等距视图；
图15A示出了在单极压滤型电化学装置中使用的根据本公开的一体式部件的等距视图，其中电流载体和结构框架由设置在同一一体式部件中的两个不同的产物循环腔共享，其中非限制数量的附加通路供反应物和产物流入和流出部件，以最佳满足单极电化学应用的工程要求；
图15B示出了图15A的在单极压滤型电化学装置中使用的一体式部件的等距视图，所述一体式部件另外包括位于所述部件的相对侧上的示例性电活性结构；
图16A示出了图2的单极压滤电化学装置的最内部部件以及在所述最内部部件及其电活性结构上的后续电流路径的简化俯视图(根据这个视图，图7的最内部部件也将等效表现)，特别示出了平行于产物生成电活性结构行进的电流；
图16B示出了图7所示的单极压滤电化学装置的最内部部件以及在所述最内部部件及其电活性结构上的后续电流路径的简化俯视图(根据这个视图，图14的最内部部件也将等效表现)，特别示出了平行于产物生成电活性结构行进的电流；
图16C示出了基于图8A和图3A(或者相当于图13A和图15A)的部件的组合的根据本公开的多单极池压滤电解器块的实施方案的最内部部件的简化俯视图，特别示出了所述部件的附加复制品可被添加到所述装置，以在单个块组件中提供多于两个的压滤堆叠，从而以较低的增量成本扩展所述装置并增加产物。
具体实施方式
将参考下面讨论的细节来描述本公开的各种实施方案和方面。以下描述和附图对本公开作出说明，并且不应被解释为限制本公开。附图未按比例绘制。描述许多具体细节以提供对本公开的各种实施方案的透彻理解。然而，在某些情况下，不描述公知的或常规的细节，以便提供对本公开的实施方案的简明讨论。
如本文所用，术语“包括”和“包含”应被解释为包括性的和开放式的，而不是排他性的。具体地，当在说明书和权利要求中使用时，术语“包括”和“包含”及其变型是指包括指定的特征、步骤或部件。不得将这些术语解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。
如本文所用，术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不应被解释为优先于或优于本文公开的其他配置。
如本文所用，术语“约”和“大约”意指涵盖可以在值范围的上限和下限中存在的变型，诸如属性、参数和尺寸的变型。在一个非限制性示例中，术语“约”和“大约”意指正或负百分之10或更小。
如本文所用，术语“通常”和“基本上”是指特征的通常整体物理和几何外观，并且不应被解释为优先于或优于本文公开的其他配置。
如本文所用，短语“电活性结构”或“电活性表面”是指传导屏幕、膨胀金属和穿孔板，优选但不一定是平坦和薄的形状，其可以经或可以不经催化剂涂覆，这取决于电活性材料和其在特定堆叠中旨在用于的电化学反应。
如本文所用，短语“密封型面”是指沿压滤电解器的纵向轴线的型面，由所述压滤电解器内的所有部件的外部边界限定，所述外部边界的作用是形成外部密封件，所述外部密封件防止流体从压滤器内部泄漏到外部气氛，所述部件包括但不限于垫片部件和掩蔽部件。
如本文所用，短语“大致L形”包括不严格意义上的“L形”形状。例如，可以形成“大致L形”构件作为通路限定结构，使得相邻通路在压滤堆叠中相互互补地形成。
部件列表
图1A：单极电流承载配置
图1B：单极性电流承载配置
图1C：双极电流承载配置
210-附接有电活性结构的基础单极电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面；
212-电流载体(本文中也称为导电电流载体或电流承载结构)的俯视图和横截面；
214-输入到池中的电力，本文中也称为电力供应器或电力源；
102-导电网格、穿孔或开槽薄板、膨胀薄板、筛网、编织网格或其类似的适当平面配置，形成阳极电活性结构并且被指定为图2中带有+号的阳极网格；
216-电流从配置的一侧进入，并与电活性结构102的表面平行地行进；
218-附接有电活性结构的基础单极性电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面；
220-基础双极电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面；
222-传导性双极壁的俯视图和横截面；
224-电流以正交方式进入传导性双极壁，并以正交方式行进穿过所述传导性双极壁；
226-正极电活性区域；
228-负极电活性区域；
图2：单一CCF部件的等距完整组装
图3A单一CCF
图3B：具有电活性结构的单一CCF
图3C：各种电活性结构
图3D：垫片支撑件
图3E：阳极变型和阴极变型
图3F：整体提供的替代垫片支撑件
图3G：CCF中的整体提供的替代垫片支撑件
10-单极压滤电解器设备；
12-两个端部夹持板中的第一端部夹持板(也称为端部板)；
14-具有两个路径限定孔口110和111的连接在第一单极性CCF21与第一端部夹持板12之间的第一全面垫片，以及具有两个路径限定孔口94和109的与第二单极性CCF 21与第二端部夹持板34连接的第二全面垫片，本文中也称为端部垫片；
20-具有正极极性的导电电流载体、循环腔和框架(双面CCF)；
21-具有负极极性的导电电流载体、循环腔和框架(单面CCF)；
22、24-掩蔽框架(本文也称为掩膜)；
26-导电网格、穿孔或开槽薄板、膨胀薄板、筛网、编织网格或其类似的适当平面配置，形成图2中带有-号的阴极电活性结构；
28-隔离膜；
30-密封和电绝缘垫片，其位于具有不同极性的CCF之间；
34-两个端部夹持板中的第二端部夹持板(也称为端部板)；
40-平面电活性结构材料的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括具有圆形穿孔的连续薄板；
41-平面电活性结构的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括具有连续狭槽的连续穿孔薄板；
42-平面电活性结构的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括连续开槽薄板；
43-平面电活性结构的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括具有六边形穿孔的连续薄板；
44-平面电活性结构的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括连续膨胀金属薄板；
45-平面电活性结构的非限制性示例，本文也称为电活性结构或电极结构，其包括连续编织网格；
48-第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板34/从其提取产物；
49-第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板12/从其提取产物；
50-CCF的示例，也称为导电金属框架、循环腔和电流载体，通称为CCF 20和21；
50A-传导性金属框架、循环腔和CCF 50的示例性阴极实施方案；
50B-传导性金属框架和电流载体导电金属框架和电流载体的示例性阳极实施方案，通称为CCF 20和21；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂(本文也称为长侧区段)；
52-CCF 20中的第一通道限定孔口；
53-CCF 50、68、74、85的第一侧向横构件(本文也称为短侧区段)；
54-CCF 20中的第三通道限定孔口；
55-CCF 50、68、74、85的相对侧臂(本文也称为相对长侧区段)；
56-非限制性通道限定垫片支撑件(本文也称为垫片支撑构件)，其具有设置在其中的通道，用于通过提供限定大小和形状的通道来控制产物和反应物进出孔口；
56A-用于待接收的垫片支撑件56的非限制性摩擦配合插入点；
56B-通道限定垫片支撑件，其被整体提供作为CCF 50的一部分，以通过提供通道来控制产物和反应物进出CCF 50；
56C-通道限定垫片支撑件，其被整体提供作为CCF 50的一部分，以通过提供孔口来控制产物和反应物进出CCF；
56D-通道限定垫片支撑件，其被整体提供作为CCF 50的一部分，以通过一个或多个支撑性T形垫片支撑件来控制产物和反应物进出CCF；
56E、56F-通道限定垫片支撑件，其被整体提供作为CCF 50的一部分，以通过嵌入整体提供的垫片支撑件中的一个或多个倒T形来控制产物和反应物进出CCF；
57-第二管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板34/从其提取产物；
59-管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板34/从其提取产物；
61-CCF 50、68、74、85的第二侧向横构件；
63-位于循环腔103与通道限定孔口52和54之间的第一定界传导撑条，本文也称为第一大致L形构件的第一臂部分，其中所述大致L形构件为内框架构件的一个实施方案；
64-导电片，用于连接到电力源；
64A-锯齿，其设置在导电片64中；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
78-CCF 50中的第四通道限定孔口；
79-切口，其设置在CCF中；
80-CCF 50中的第二通道限定孔口，由CCF 20中的孔口80和图2的CCF 21中的孔口100示出；
90-第三通道限定孔口，其位于密封和电绝缘垫片30中；
94-第一通道限定孔口，其位于第二端部垫片14中；
98-第一通道限定孔口，其位于框架21中；
99-第三通道限定孔口，其位于框架21中；
100-第四通道限定孔口，其位于框架21中；
101-第二通道限定孔口，其位于框架21中；
102-导电网格、穿孔或开槽薄板、膨胀薄板、筛网、编织网格或其类似的适当平面配置，形成阳极电活性结构并且被指定为图2中带有+号的阳极网格；
103-循环腔，其由CCF深度103A提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
104-位于循环腔103与通道限定孔口78之间的第二定界传导撑条，本文也称为第二大致L形构件的第一臂部分，其中所述大致L形构件为内框架构件的一个实施方案；
106-第一通道限定孔口，其位于密封和电绝缘垫片30中；
107-第二通道限定孔口，其位于密封和电绝缘垫片30中；
108-第四通道限定孔口，其位于密封和电绝缘垫片30中；
109-第二通道限定孔口，其位于第二端部垫片14中；
110-第一通道限定孔口，其位于第一端部垫片14中；
111-第二通道限定孔口，其位于第一端部垫片14中；
114-对CCF 50、68、74、85的第一端部处的孔口52和54进行定界的撑条，本文也称为第一大致L形构件的第二臂部分，其中所述大致L形构件为内框架构件的一个实施方案；
115-对CCF 50、68、74、85的第二端部处的孔口78和80进行定界的撑条，本文也称为第二大致L形构件的第二臂部分，其中所述大致L形构件是内框架构件的一个实施方案；
116-通过端部夹持板34中的洞口48以及孔口94、98、106和52形成的第一通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
117-通过第二端部夹持板34中的洞口57以及孔口109、101、107和80形成的第二通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
118-通过端部夹持板12中的洞口49以及孔口110、99、90、54、90和99形成的第三通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
119-通过端部夹持板12中的洞口59以及孔口111、100、108、78、108和100形成的第四通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
120-垫片支撑件的非限制性示例(本文也称为垫片支撑构件)，其具有设置在其中的开槽通道，以通过提供限定大小和形状的通道来控制产物和反应物进出孔口；
121-垫片支撑件的非限制性示例(本文也称为垫片支撑构件)，其具有设置在其中的波形通道，以通过提供限定大小和形状的通道来控制产物和反应物进出孔口；
122-垫片支撑件的非限制性示例(本文也称为垫片支撑构件)，其中在所述支撑件中通道通过其他机械手段经冲孔、冲压、钻压或插入处理，以通过提供限定大小和形状的通道来控制产物和反应物进出孔口；
图4A：具有传导性“狗骨”件的单一CCF
图4B：具有传导性“狗骨”件和电活性结构的单一CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
53-CCF 50、68、74、85的第一侧向横构件；
55-CCF 50、68、74、85的相对侧臂；
68-具有狗骨件的单一CCF的框架(导电金属框架、循环腔和电流载体，其可以等效地替换为CCF 20和21)；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
69-大狗骨件(跨循环腔103的可拆卸导电撑条)，本文也称为撑条或可释放式可拆卸的中间侧向横构件；
70-通孔，其位于狗骨件横档(侧向横构件69的部分，其为通道限定撑条区段；所述通道限定撑条区段在侧向横构件69内通过其他物理手段经冲孔、冲压、钻压或插入处理)中；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
114-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第一端部处的孔口52和54进行定界；
115-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第二端部处的孔口78和80进行定界；
图5A：具有传导性矛状部的单一CCF
图5B：具有传导性矛状部和电活性结构的单一CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
55-CCF 50、68、74、85的相对侧臂；
53-CCF 50、68、74、85的第一侧向横构件；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
74-具有矛状部的单一CCF的框架(导电金属框架、循环腔和电流载体，其可以等效地替换为图2和图7中的CCF 20和21)；
74A-采用矛状部76A的CCF 74；
76-单一CCF 74的“矛状部”(被提供为CCF 74的一部分的成对角定向的矛状突起部，其与电力要被提供在框架中的位置相邻地定位)；
76A-矛状部76的替代实施方案；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
114-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第一端部处的孔口52和54进行定界；
115-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第二端部处的孔口78和80进行定界；
图6A：具有传导性撑条的单一CCF
图6B：具有传导性撑条和电活性结构的单一CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
53-CCF 50、68、74、85的第一侧向横构件；
58-跨循环腔103的导电撑条，在本文中也称为跨循环腔103的侧向横构件；
60-撑条58的部分，所述部分为通道限定撑条区段；
62-撑条58的凸起部分(也称为形状)，其用作针对电活性结构的附接点；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
85-导电金属框架、循环腔和电流载体，其可以等效地替换为CCF20和21；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
114-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第一端部处的孔口52和54进行定界；
115-撑条，其对CCF 50、68、74、85的第二端部处的孔口78和80进行定界；
图7：双重CCF部件和单一CCF部件的等距完整组装
310-组合式双重CCF和单一CCF的组装堆叠(电化学多池组件)，本文中也称为单极压滤电解器设备；
312-两个端部夹持板中的第一端部夹持板(也称为端部板)；
316-通过第一端部夹持板312中的洞口358以及孔口110、54、106、352形成的第一通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
317-通过第一端部夹持板312中的管状洞口(由第一端部垫片14遮挡)以及孔口111、78、107、380形成的第二通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
318-通过第一端部夹持板334中的洞口351以及双重CCF 350的孔口94、52、90、354、孔口90和52形成的第三通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
319-通过第一端部夹持板334中的洞口353以及孔口109、80、108、378、108、80形成的第四通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
320-通过连接到第二端部夹持板334的洞口348以及孔口94(因剖切而未示出)、54、90、356形成的第五通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
321-通过第二端部夹持板334中的洞口357以及孔口109、78、108和381形成的第六通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
322-通过第二端部夹持板312中的洞口349以及双重CCF 350中的孔口110、52、106、355、孔口106、52形成的第七通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
323-通过第二端部夹持板312中的洞口359以及孔口111、80、107、379、107和80形成的第八通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
334-两个端部夹持板中的第二端部夹持板(也称为端部板)；
350-基础双重CCF框架(用于图7中的组装堆叠中的“双重”导电金属框架、循环腔和电流载体)；
348-第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板334/从其提取产物；
357-第二管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板334/从其提取产物；
351-第三管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板334/从其提取产物；
353-第四管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板334/从其提取产物；
349-(顶部)第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板312/从其提取产物；
359-(底部)第二管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板312/从其提取产物；
358-(顶部)第三管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板312/从其提取产物；
398-第一通道限定孔口，其位于框架21中；
399-第三通道限定孔口，其位于框架21中；
图8A：双重CCF
图8B：具有电活性结构的双重CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
304-位于循环腔103与通道限定孔口378之间的第二定界传导撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第二大致L形构件的第一臂部分；
305-位于循环腔103与通道限定孔口379之间的第二定界传导撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第四大致L形构件的第一臂部分；
314-对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口352和354进行定界的撑条，本文也称为第一大致L形构件的第二臂部分；
315-对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口378和380进行定界的撑条，本文也称为第二大致L形构件的第二臂部分；
332-CCF 350、368、374、385、450、550的中心轴，其中电流进入两个产物循环腔103，所述中心轴在本文中也称为中心臂或中心框架构件；
350-基础双重CCF框架(用于图7中的组装堆叠中的“双重”导电金属框架、循环腔和电流载体)；
352-CCF 350、368、374、385的第一通道限定孔口；
345-CCF 350、368、374、385、450、550的短边区段，本文也称为侧向横构件或CCF宽度；
354-CCF 350、368、374、385的第三通道限定孔口；
355-CCF 350、368、374、385的第七通道限定孔口；
356-CCF 350、368、374、385的第五通道限定孔口；
360-对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口379和381进行定界的撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第四大致L形构件的第二臂部分；
363-位于循环腔103与通道限定孔口354之间的第一定界传导撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第一大致L形构件的第一臂部分；
378-CCF 350、368、374、385中的第四通道限定孔口；
379-CCF 350、368、374、385中的第八通道限定孔口；
380-CCF 350、368、374、385中的第二通道限定孔口；
381-CCF 350、368、374、385的第六通道限定孔口；
382-对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口356和355进行定界的撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第三大致L形构件的第二臂部分；
383-位于循环腔103与通道限定孔口355之间的第一定界传导撑条，本文也称为CCF 350、368、374、385处的第三大致L形构件的第一臂部分；
图9A：具有“狗骨”件的双重CCF
图9B：具有“狗骨”件和活性结构的双重CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
69-大狗骨件(跨循环腔103的可移动导电撑条)；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
304-位于循环腔103与通道限定孔口378之间的第二定界传导撑条；
305-位于循环腔103与通道限定孔口379之间的第二定界传导撑条；
314-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口352和354进行定界；
315-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口378和380进行定界；
332-CCF 350、368、374、385、450、550的中心轴，其中电流进入两个产物循环腔103；
352-CCF 350、368、374、385的第一通道限定孔口；
345-CCF 350、368、374、385、450、550的短侧区段；
354-CCF 350、368、374、385的第三通道限定孔口；
355-CCF 350、368、374、385的第七通道限定孔口；
356-CCF 350、368、374、385的第五通道限定孔口；
360-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口379和381进行定界；
363-位于循环腔103与通道限定孔口354之间的第一定界传导撑条；
368-具有狗骨件的双重CCF(具有可移动传导性撑条的导电金属框架、循环腔和电流载体，所述可移动传导性撑条具有制造通道，所述导电金属框架、循环腔和电流载体可用在图7的组装堆叠中)；
378-CCF 350、368、374、385中的第四通道限定孔口；
379-CCF 350、368、374、385中的第八通道限定孔口；
380-CCF 350、368、374、385中的第二通道限定孔口；
381-CCF 350、368、374、385的第六通道限定孔口；
382-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口356和355进行定界；
383-位于循环腔103与通道限定孔口355之间的第一定界传导撑条；
图10A：具有传导性矛状部的双重CCF
图10B：具有传导性矛状部和电活性结构的双重CCF
图10C：具有替代矛状部的双重CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的长侧区段；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
76-单一CCF 374的“矛状部”(被提供为CCF 374的一部分的成对角定向的棒状突起部，其与电力要被提供在框架中的位置相邻地定位)；
76A-矛状部76的替代实施方案；
79-切口，其设置在CCF中；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
304-位于循环腔103与通道限定孔口378之间的第二定界传导撑条；
305-位于循环腔103与通道限定孔口379之间的第二定界传导撑条；
314-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口352和354进行定界；
315-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口378和380进行定界；
332-CCF 350、368、374、385、450、550的中心轴，其中电流进入两个产物循环腔103；
352-CCF 350、368、374、385的第一通道限定孔口；
345-CCF 350、368、374、385、450、550的短侧区段；
354-CCF 350、368、374、385的第三通道限定孔口；
355-CCF 350、368、374、385的第七通道限定孔口；
356-CCF 350、368、374、385的第五通道限定孔口；
360-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口379和381进行定界；
363-位于循环腔103与通道限定孔口354之间的第一定界传导撑条；
374-具有矛状部的双重CCF(具有传导性矛状部的导电金属框架、循环腔和电流载体，其可等效地用在图7的组装堆叠中)；
374A-采用矛状部76A的CCF 374；
378-CCF 350、368、374、385中的第四通道限定孔口；
379-CCF 350、368、374、385中的第八通道限定孔口；
380-CCF 350、368、374、385中的第二通道限定孔口；
381-CCF 350、368、374、385的第六通道限定孔口；
382-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口356和355进行定界；
383-位于循环腔103与通道限定孔口355之间的第一定界传导撑条；
图11A：具有传导性撑条的双重CCF
图11B：具有传导性撑条和电活性结构的双重CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
58-跨循环腔103的导电撑条；
60-撑条58的部分，所述部分是通道限定撑条区段；
62-撑条58的凸起部分，其用作针对电活性结构的附接点；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
76-单一CCF 374的“矛状部”(被提供为374的一部分的成对角定向的矛状突起部，其与电力要被提供在框架中的位置相邻地定位)；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
304-位于循环腔103与通道限定孔口378之间的第二定界传导撑条；
305-位于循环腔103与通道限定孔口379之间的第二定界传导撑条；
314-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口352和354进行定界；
315-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口378和380进行定界；
332-CCF 350、368、374、385、450、550的中心轴，其中电流进入两个产物循环腔103；
352-CCF 350、368、374、385的第一通道限定孔口；
345-CCF 350、368、374、385、450、550的短侧区段；
354-CCF 350、368、374、385的第三通道限定孔口；
355-CCF 350、368、374、385的第七通道限定孔口；
356-CCF 350、368、374、385的第五通道限定孔口；
360-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第二端部处的孔口379和381进行定界；
363-位于循环腔103与通道限定孔口354之间的第一定界传导撑条；
378-CCF 350、368、374、385中的第四通道限定孔口；
379-CCF 350、368、374、385中的第八通道限定孔口；
380-CCF 350、368、374、385中的第二通道限定孔口；
381-CCF 350、368、374、385的第六通道限定孔口；
382-撑条，其对CCF 350、368、374、385的第一端部处的孔口356和355进行定界；
383-位于循环腔103与通道限定孔口355之间的第一定界传导撑条；
385-具有横档的双重CCF(具有传导性撑条的导电金属框架、循环腔和电流载体，所述传导性撑条具有通道，所述导电金属框架、循环腔和电流载体可用在图7的组装堆叠中)；
图12：具有附加传递通路的单一CCF的等距完整组装
410-具有附加产物传递通路的单一CCF组装堆叠(电化学池)，本文中也称为单极压滤电解器设备；
412-两个端部夹持板中的第一端部夹持板(也称为端部板)；
414-具有三个路径的第一全面垫片，本文也称为端部垫片；
416-包括端部夹持板412中的洞口449以及端部垫片414中的孔口494、CCF 450中的孔口493、垫片430中的孔口460、CCF 450中的孔口488、孔口460和493的第一通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
417-包括端部夹持板412中的洞口459以及孔口495、480、461、478、461、480的第二通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
418-包括端部夹持板412中的洞口452以及孔口496、492、462、489、462和492的第三通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
419-包括端部夹持板434中的洞口457以及孔口495、478、463、480、463、480形成的第四通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
420-包括端部夹持板434中的洞口451、孔口496、489、464和492的第五通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
421-包括端部夹持板434中的洞口448以及孔口494、488、465、493的第六通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
430-密封和电绝缘垫片，其位于不同极性的CCF之间；
422、424-掩蔽框架；
434-两个端部夹持板中的第二端部夹持板(也称为端部板)；
450-分配给具有多个通路的单一CCF(具有用于产物和反应物的输入和输出的附加通路的导电金属框架、循环腔和电流载体，其用在图12的多通路堆叠中)；
448-第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板434/从其提取产物；
457-第二管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板434/从其提取产物；
449-第一管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板412/从其提取产物；
459-第二管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板412/从其提取产物；
451-第三管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板434/从其提取产物；
452-第三管状洞口，用于将产物馈送到端部夹持板412/从其提取产物；
460-第一孔口，其位于垫片430中；
461-第二孔口，其位于垫片430中；
462-第三孔口，其位于垫片430中；
463-第四孔口，其位于垫片430中；
464-第五孔口，其位于垫片430中；
465-第六孔口，其位于垫片430中；
494-第一通道限定孔口，其位于端部垫片414中；
495-(底部)第二通道限定孔口，其位于端部垫片414中；
496-(中间)第三通道限定孔口，其位于端部垫片414中；
图13A：具有多个传递通路的单一CCF
图13B：具有多个传递通路和电活性结构的单一CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的长侧区段；
53-CCF 50、68、74、85、450的短侧区段；
64-导电片，其用于连接到电力源；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
404-位于循环腔103与通道限定孔口478之间的第二定界传导撑条；
415-撑条，其对CCF 450的第二端部处的孔口478和480进行定界；
450-分配给具有多个通路的单一CCF(具有用于产物和反应物的输入和输出的附加通路的导电金属框架、循环腔和电流载体，其用在图12的多通路堆叠中)；
478-CCF 450中的第四通道限定孔口；
480-CCF 450中的第二通道限定孔口；
481-位于循环腔103与通道限定孔口493、492、489和488之间的第一定界传导撑条，本文也称为第一大致L形构件或撑条的第一臂部分；
483-开口，其设置在487与481之间，以允许来自孔口493的液体流动到孔口492中，所述开口在本文中也称为通道或贯穿点；
484-位于通道限定孔口488和489与第一定界传导撑条481之间的第五定界传导撑条；
486-位于通道限定孔口489和492与第一定界传导撑条481之间的第四定界传导撑条；
487-位于通道限定孔口492和493与第一定界传导撑条481之间的第三定界传导撑条；
488-第六通道限定孔口；
489-第五通道限定孔口；
492-第三通道限定孔口；
493-第一通道限定孔口；
图14：具有附加传递通路的双重-单一CCF的等距完整组装
510-具有附加产物传递通路的单一CCF和双重CCF的组装堆叠(电化学多池组件)，本文中也称为单极压滤电解器设备；
512-两个端部夹持板中的第一端部夹持板(也称为端部板)；
534-两个端部夹持板中的第二端部夹持板(也称为端部板)；
550-具有多个通路的双重CCF(具有用于产物和反应物的输入和输出的附加通路的导电金属框架、循环腔和电流载体，其用在图14的多通路堆叠中)；
连接到端部夹持板512
516-包括第一端部夹持板512中的洞口549以及双重CCF 550中的孔口494、488、460、593的第一通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
517-包括第一端部夹持板512中的管状洞口(由第一端部垫片414遮挡)、孔口495、478、461(由电活性结构遮挡)和CCF 550的阳极极化侧中的孔口580的第二通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
518-包括第一端部夹持板512中的洞口555以及孔口496、489、462、592的第三通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
525-包括第二端部夹持板512中的洞口556以及孔口495、480、461、558、461、480的第十通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
526-包括第二端部夹持板512中的洞口546以及孔口496、492、462、569、462和492的第十一通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
527-包括第二端部夹持板512中的洞口547以及孔口494、493、460、568、460、493的第十二通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
549-管状洞口，用于经由第一流动通路516将产物馈送到端部夹持板512/从其提取产物；
555-管状洞口，用于经由流动通路518将产物馈送到端部夹持板512/从其提取产物；
556-管状洞口，用于经由流动通路525将产物馈送到端部夹持板512/从其提取产物；
546-管状洞口，用于经由流动通路526将产物馈送到端部夹持板512/从其提取产物；
547-管状洞口，用于经由流动通路527将产物馈送到端部夹持板512/从其提取产物；
连接到端部夹持板534
519-包括第一端部夹持板534中的洞口553、端部垫片414中的经遮挡孔口495以及孔口480、463、578、463和480的第四通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
520-包括第一端部夹持板534中的洞口554以及孔口496、492、464、589、464、492的第五通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
521-包括第一端部夹持板534中的洞口552以及孔口494、493、465、588、465和493的第六通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
522-包括第二端部夹持板534中的洞口548以及孔口494、488、465和573的第七通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
523-包括第二端部夹持板534中的洞口557以及孔口495、478、463和560的第八通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
524-包括第二端部夹持板534中的洞口551以及孔口496、489、464和572的第九通道形成实施方案，本文也称为产物传递通路或流动通路；
548-管状洞口，用于经由流动通路522将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
557-管状洞口，用于经由流动通路523将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
551-管状洞口，用于经由流动通路524将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
552-管状洞口，用于经由流动通路521将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
553-管状洞口，用于经由流动通路519将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
554-管状洞口，用于经由流动通路520将产物馈送到端部夹持板534/从其提取产物；
图15A：具有附加传递通路的双重CCF
图15B：具有附加传递通路和电活性结构的双重CCF
44-平面电活性结构的非限制性示例，其包括连续膨胀金属薄板；
51-CCF 50、68、74、85、350、368、374、385、450、550的侧臂；
345-CCF 50、68、74、85、450的短侧区段；
66-第一凹口；
67-第二凹口；
103-循环腔，其由CCF深度提供；
103A-循环腔103的深度尺寸；
332-CCF 350、368、374、385、450、550的中心轴，其中电流进入两个产物循环腔103；
345-CCF 350、368、374、385、450、550的短侧区段；
504-位于循环腔103与通道限定孔口578之间的第二定界传导撑条；
515-撑条，其对CCF 550的第二端部处的孔口578和580进行定界；
550-具有多个通路的双重CCF(具有用于产物和反应物的输入和输出的附加通路的导电金属框架、循环腔和电流载体，其用在图14的多通路堆叠中)；
535-撑条，其对CCF 550的第二端部处的孔口558和560进行定界；
540-位于循环腔103与通道限定孔口558之间的第二定界传导撑条；
558-CCF 550中的第十通道限定孔口；
560-CCF 550中的第八通道限定孔口；
561-位于循环腔103与通道限定孔口573、572、569和568之间的第一定界传导撑条，本文也称为第一大致L形构件或撑条的第一臂部分；
563-开口，其设置在撑条567与臂部分561之间，以允许来自孔口573的液体流动到孔口572中，所述开口在本文中也称为通道或贯穿点；
564-位于通道限定孔口568和569与第一定界传导臂部分561之间的第八定界传导撑条；
566-位于通道限定孔口569和572与第一定界传导臂部分561之间的第七定界传导撑条；
567-位于通道限定孔口572和573与第一定界传导臂部分561之间的第六定界传导撑条；
568-第十二通道限定孔口；
569-第十一通道限定孔口；
572-第九通道限定孔口；
573-第七通道限定孔口；
578-CCF 550中的第四通道限定孔口；
580-CCF 550中的第二通道限定孔口；
581-位于循环腔103与通道限定孔口593、592、589和588之间的第一定界传导撑条，本文也称为第一大致L形构件或撑条的第一臂部分；
583-开口，其设置在撑条587与臂部分581之间，以允许来自孔口593的液体流动到孔口592中，所述开口在本文中也称为通道或贯穿点；
584-位于通道限定孔口588和589与第一定界传导臂部分581之间的第五定界传导撑条；
586-位于通道限定孔口589和592与第一定界传导臂部分581之间的第四定界传导撑条；
587-位于通道限定孔口592和593与第一定界传导臂部分581之间的第三定界传导撑条；
588-第六通道限定孔口；
589-第五通道限定孔口；
592-第三通道限定孔口；
593-第一通道限定孔口；
图16A：俯视图-单极单一堆叠电流流动
图16B：俯视图-单极双重堆叠电流流动
图16C：俯视图-经扩展单极CCF池块实施方案
50-基础单一CCF
26-导电网格、穿孔或开槽薄板、膨胀薄板、筛网、编织网格或其类似的适当平面配置，形成图2中带有-号的阴极电活性结构；
28-隔离膜；
30-密封和电绝缘垫片，其位于不同极性的CCF之间；
102-导电网格、穿孔或开槽薄板、膨胀薄板、筛网、编织网格或其类似的适当平面配置，形成阳极电活性结构并且被指定为图2中带有+号的阳极网格；
350-基础双重CCF。
图1A示出了通常由210处的半池示出的附接有电活性结构的基础单极电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面。单极电流承载配置包括电流承载结构212，所述电流承载结构在电流承载结构212的相对侧上提供具有相同极性的多个电活性结构102，使得具有相同通用极性的区域226设置在电流承载结构212的相对侧上，并且使得电流由电力源214提供并在箭头216的方向上在电流载体212中流过且流到电活性结构102。通常，电流在与电活性结构102平行的方向上从左到右流动。图1A中的半池形成用于由正极和负极半池对构成的单极电化学压滤装置的基极电流承载单元。
图1B示出了通常由218处的半池示出的附接有电活性结构的基础单极性电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面。单极性电流承载配置包括电流承载结构212，所述电流承载结构在电流承载结构212的一侧上提供具有单一极性的电活性结构102，使得具有一种极性的区域226设置在电流承载结构212的具有电活性结构102的侧上，并且使得电流由电力源214提供并在箭头216的方向上在电流载体212中流过且流到电活性结构102。通常，电流在与电活性结构102平行的方向上从左到右流动。图2A中的半池形成用于由正极和负极半池对构成的单极性电化学压滤装置的基极电流承载单元。
图1C示出了通常在220处示出的基础双极电流承载配置的电活性区域的俯视图和横截面。双极电流承载配置包括双极壁222，所述双极壁在电流承载结构的相对侧上限定具有相反极性的电活性区，使得具有相反极性的区域(226、228)设置在双极壁222的相对侧上，并且使得电流由电力源214提供并在方向224上以正交方式流过双极壁，从而形成用于双极电化学压滤装置的基极电流承载单元。双极压滤器内的池以电气方式串联连接，其中每个单独的电流载体通常包括通过传导性双极壁连接的一个阳极侧和一个阴极侧。双极壁222为无孔导电壁，其中电极将阳极半部和阴极半部分开。当然，所述双极壁不可以是多孔的，因为这会使O和H混合(这在水电解的情况下是危险的)，并交叉污染阳极电解质和阴极电解质(这在碱性氯电解中是不期望的)。
本公开中提出的单极压滤电解器设备的所有实施方案(例如图2中的10、图7中的310、图12中的410、图14中的510)可用于各种电化学过程。过程的优选示例包括：碱性水电解，以及通过氯碱和氯酸钠电解进行的氯生产。在所有此类电解过程中，暴露于池的阴极极化区域中的阴极的电解质称为“阴极电解质”，而暴露于池的阳极极化区域中的阳极的电解质称为“阳极电解质”。
在碱性水电解中(其反应为本领域技术人员所熟知)，起始电解质由高度碱性的氢氧化钠或氢氧化钾溶液组成。形成的阳极产物为氧气，并且形成的阴极产物为氢气。阴极电解质和所需的任何附加反应物被馈送到压滤堆叠的阴极端部中，并且阳极电解质和所需的任何附加反应物被馈送到所述堆叠的阳极端部中，使得达到目标浓度。
在氯电解中，起始电解质由水中氯化钠(称为“卤水”)组成。阳极产物为气态氯，并且阴极产物为氢气和氢氧化钠。在氯酸钠生产过程中，氯电解是在没有隔离膜(即与本文中提出的那些实施方案相同的实施方案，但没有如稍后描述的隔离膜28)的情况下完成的，使得氯和氢氧化钠不被分离。当氯和氢氧化钠未分离(称为“氯酸钠电解”)时，氯阳极产物与氢氧化钠阴极产物反应，从而产生次氯酸钠(NaOCl)，次氯酸钠被除去并反应以生成氯酸钠NaClO3。
当将隔离膜施加在氯池中(称为“氯碱工艺”)并且所述隔离膜通常被设置为阳离子交换膜片时，该阳离子交换膜片将阳极电解质和阴极电解质分离。卤水被馈送到阳极板中，并且钠离子和水分子穿过膜片迁移到阴极电解质中。由膜片阻止氯离子移动到阴极电解质中。阳极产物仍为气态氯，并且阴极产物仍为氢气和氢氧化钠。在较旧的氯池中，可以使用隔膜代替膜片，其中阳极电解质通过质量传递过程而非离子传递过程与阴极电解质物理分离，并且存在大量阳极电解质穿过隔膜流到阴极电解质。
在膜片氯电解过程中，从阳极板除去浓度已经降低的卤水(“废卤水”)，用盐使其重新饱和以确保保持所需的盐浓度，然后将其馈送到池中。在阴极处，水被电解以形成氢离子和羟离子，以当与钠离子结合时形成氢氧化钠。产物的气液分离和阳极电解质的再循环和再饱和可以在电解池外部或电解池内部实现，这取决于对池设计和应用的约束。氯碱工艺和氯酸钠生产工艺为电解领域技术人员所熟知，因为这些工艺的化学产品(氯、氢、氢氧化钠)被售出到广泛的化学工业中，以制造众所周知的产品，诸如漂白剂(由氯制成)、盐酸和过氧化氢(由氢制成)。
近年来氢经济的增长势头进一步提升了对将可扩展的经济工业电解工艺(诸如碱性水电解)应用于针对传统应用和新兴应用两者的氢生产的需求。本文提出的单极电化学装置在应用于大规模碱性水电解时特别优选。
图2示出了使用图3A所示类型的单一电流载体、循环腔和刚性支撑框架(“CCF”)的堆叠阵列构建的单极压滤电解器设备10(本文也称为“单极压滤电解器组件”)的分解视图。图2所示的单极组件相当于一个单极电化学压滤堆叠，作为单个电路。
在描述基于CCF技术的单极压滤堆叠时，要作出的重要说明是单一电化学池的定义。单极压滤电解器设备10(和稍后描述的410)各自表示以电气方式并联配置的一(1)个电化学池。为增加一个单极电化学池内用于生成产物的表面积，仅仅将附加的阳极CCF和阴极CCF纵向添加到压滤堆叠即可。所提供的所有阴极CCF均在外部并联连接，并且类似地，所提供的所有阳极CCF均在外部并联连接。即使在单极压滤堆叠内纵向提供附加CCF后，所述堆叠仍保持为一个电化学池，而现在每池表面积增加。
这与以电气方式串联配置的双极压滤器中的类似情况形成对比。在双极压滤器中，每纵向添加双极电极组件(诸如图1C所示的)，压滤器内的电化学池的数量就会增加。因此，串联的双极压滤器的总电压增加，而不会使每个电化学池用于生成产物的表面积增加。
在大规模碱性水电解领域，非常期望增加每个电化学池的表面积，以此提高电解器设计的产品产量和整体效率。随着每个电化学池的表面积的增加，使得每个池的安培数更大，因此根据众所周知的法拉第电解定律，实现生成更多的氢产物。这使得基于CCF的单极压滤器技术对于大规模碱性水电解(其中需要大幅增加每个电化学池的表面积以高效地扩大产物生成规模)的应用特别理想。
稍后将描述单极压滤组件，其中两个单极压滤堆叠(按比例形成两个电化学池)设置在同一单极压滤电解器设备(310和510)内。还可以通过在每个压滤堆叠内提供附加CCF以增加每池表面积来纵向扩展此类单极压滤电解器设备310和510，如稍后所述并如图16C所示。也可以横向扩展此类多池组件，以按比例增加每组件电化学池的数量，也如稍后所述并如图16C所示。
本文对图2所示的单极压滤电解器设备10的特征进行了更详细描述。
在单极压滤电解器设备10内，以电气方式并联配置两个单极正极电化学反应区域和两个单极性负极电化学反应区域，从而形成总共四个电化学活性区域。为了便于理解但不限制其他可能性，下面进一步描述的CCF 20被解释为具有正极极性，并且CCF 21被解释为具有负极极性。单极CCF 20提供具有相同极性的两个电化学反应区域(如图1A中所限定)，而每个单极性CCF 21提供具有单一极性的一个电化学反应区域(如图1B中所限定)。因此，图2所示的组件具有总共四个电活性区域，其由一个单极CCF和两个单极性CCF组成。
负极电化学反应区域定位在单极性CCF 21的电活性结构26(负极)的表面与隔离膜28之间，全部如图所示与端部垫片14相邻。以电气方式与两个负极电化学反应区域平行，两个正极电化学反应区域定位在单极CCF 20处，如由单极CCF 20的两个电活性结构102(正极)所限定。
每个电化学反应区域内用于产物循环的传导性腔(“循环腔”)103由刚性支撑框架的相对的第一面和第二面之间的空间或CCF 20和21自身的厚度(“深度”)限定，深度在图3A中在103A处指示。无需附加部件即可在组件中形成用于产物循环的深度，从而减少这个单极压滤堆叠的部件总计数。循环腔103的深度103A优选为3/16英寸，并且优选至少为1/8英寸。在其他实施方案中，深度103A可以为一(1)英寸或更多。对深度103A的选择可以基于若干因素，包括循环腔103的宽度和高度、安培数和期望气体空隙。循环腔103中的液体和气体的量基于循环腔103的可用容积，而所述可用容积继而受深度103A的影响。增加的深度103A可以增加安培容量并获得较高的电压效率。用于产物循环103A的这种深度可以根据设计空间的潜在应用和约束的要求而变化，并且被提供给当前描述的所有CCF实施方案，所述深度的优点将在稍后进行讨论。
为了便于理解，图2中的组件经简化，以示出CCF堆叠阵列，总共仅包括三个CCF；中心CCF 20处于单极配置，并且分别与端部垫片14(本文也称为全面经密封端部垫片14)和端部夹持板12和34相邻的CCF 21处于单极性配置。组装电解器所需的最小CCF数量为三。熟悉电化学领域的人员将理解，同一单极压滤堆叠内的附加电化学反应区域可以通过充分组装本公开中列出的部件来获得，如稍后所述。
同样，熟悉电化学领域的人员将理解，如图2所示的单极性CCF21可以具有附接在两个面上的电活性结构26，诸如以便处于单极配置并且与CCF 20基本相同，不同之处在于CCF 20的极性与CCF 21相反。因此，此类单极CCF 21可以插入比图2所示的组件更大的组件中。
电解器设计方面的技术人员还将理解，图2所示的末端(或“最末端”)单极性CCF21与密封端部垫片14相邻，并且因此不需要附加产物生成电活性结构26，其会将单极性CCF21转换为单极CCF21。出于这个原因，电解器设计方面的技术人员将理解，单极性CCF在与堆叠的端部组件相邻的最末端位置最实用，并且实际上只会纵向地提供单极CCF以扩展所述组件，从而增加每电化学池的表面积，如所讨论。
为了便于理解，下面描述在单极压滤电解器设备10中纵向地结合更多CCF所必须采用的部件。
在一个实施方案中，单极CCF 21可以被取代为图2中所示的第二单极性CCF 21，诸如以便允许与由被取代的单极CCF 21提供的附加电活性结构26形成一个附加电化学反应区域。通过在这个插入之后插入对应的非限制性部件(对应的隔离膜28和密封和电绝缘垫片30，以补充所示的掩蔽框架(22、24))，然后插入正极单极CCF 20(设有两个电活性结构102)，然后是对应的非限制性部件(对应的隔离膜28和密封和电绝缘垫片(30)和掩蔽框架(22、24))，最后插入具有对应的掩蔽框架(22、24)的末端单极性CCF 21，将组装成具有八个电化学活性区域的单极压滤单一电化学池。
为了进一步扩展这个组件，10或100的交替单极CCF 21(负极)和20(正极)及其对应的非限制性掩蔽框架(22、24)、密封和电绝缘垫片30以及隔离膜28可以在末端单极性CCF21之前插入堆叠中心中。单一单极压滤堆叠内的电化学活性区域(表面积)的数量将随着每个CCF的添加而扩展，从而总体在压滤组件内提供以电气方式并联配置的按比例扩展的单一单极单元。单极CCF(21、20)、其对应的非限制性掩蔽框架(22、24)、密封和电绝缘垫片30、隔离膜28和末端单极性CCF 21的组件也称为电化学池组件。
图2所示的单极压滤电解器设备10的实施方案还描绘了与全面密封端部垫片14相邻的两个刚性端部夹持板12和34。电化学领域的技术人员将理解，为了组装和密封图2中的单极压滤电解器设备10，使得防止在操作中泄漏，需要压缩系统，诸如液压机或其他夹紧装置。一个示例性压缩系统包括应用对电化学领域的技术人员已知的压滤器夹紧装置，其会以机械方式密封端部夹持板12与34之间的所有部件。为了输入反应物并从这个系统收集产物，排放和馈送通道(端部夹持板12中的洞口49、59以及板34中的洞口48和57)将附接到端部夹持板12和34上的一些外部管道元件。熟悉电化学领域的人员将理解，在本公开中，被示出用于与压滤器夹紧装置一起使用的端部夹持板12和34是非限制性的。
电化学领域的技术人员还将理解，在某些压滤堆叠配置中，拉杆可用于将刚性支撑框架与压滤堆叠内的其他刚性支撑框架或其他组件部件对齐。在此类情况下，可以在图3至图6和图13所示的任何CCF的侧臂51或55中的一个或两个侧臂内设置拉杆孔。出于同样的目的，可以如设计的工程要求所需要，任选地在图8至图11和图15所示的CCF的侧臂51或中心轴332上设置拉杆孔。
在本公开中，图2和图3A描绘了CCF 20和21，其特征为孔口52和80(以及54和78)，所述孔口成对角设置在产物循环腔103的任一端部处。熟悉电化学域的人员将理解，这不是限制性特征，因为馈送/排放通道的相对位置可不同。因此，其他非限制件(诸如端部垫片14)的孔口可以根据孔口在CCF内的位置而进行调节。在组装电解器时，CCF 20和21和密封和电绝缘垫片30的两个端部处的两个大致矩形的相邻孔口彼此对齐，并且与端部垫片14中的对应孔口对齐。
参考图3A，孔口54由附接到侧臂55的第一内框架构件和侧向横构件61限定。相邻孔口52由第一内框架构件的一部分和刚性支撑框架的一部分限定。同样，孔口58由附接到侧臂51的第二内框架构件和侧向横构件53限定。相邻孔口80由第二内框架构件的一部分和刚性支撑框架的一部分限定。
在当前实施方案中，内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的大致L形构件。对于部分地限定孔口54的第一大致L形内框架构件，第一臂部分63附接到侧臂55，并且第二臂部分114附接到侧向横构件61。相似地，对于部分地限定孔口78的第二大致L形内框架构件，第一臂部分104附接到侧臂51，并且第二臂部分115附接到侧臂55。下面讨论的CCF的另外的实施方案利用大致L形构件作为内框架构件。本领域技术人员将想到，内框架构件不限于大致L形构件，并且内框架构件可以为在CCF中限定孔口的任意数量的构件。
如前所述，孔口54由第一内框架构件和侧臂55限定，并且孔口78由第二内框架构件和侧臂51限定。熟悉电化学领域的人员还将想到，孔口54和78不限于成对角设置在产物循环腔103的任一端部处。例如，孔口54可以由第一内框架构件和侧臂51限定，并且孔口78可以由第二内框架构件和同一侧臂51限定。这个实施方案在图3H中描绘。替代地，孔口54和78可以由其相应的内框架构件和侧臂55限定。
孔口不限于由内框架构件和侧臂限定。孔口可以由内框架构件和侧向横构件限定。替代地，孔口可以由内框架构件、侧向横构件和侧臂限定。本领域技术人员将想到，孔口可以由CCF的刚性支撑框架的内框架构件、侧臂、侧向横构件或任何其他内边缘的不同组合来限定。
此外，虽然孔口54和52优选是相邻的，但它们也可分开。相似地，孔口80和78优选是相邻的，但也可分开。相邻的孔口可以节省刚性支撑框架及其CCF的所有构件的加工或构造时的材料和劳动力。通过具有相邻的孔口，需要加工以限定孔口的构件更少。构件不限于经加工以限定孔口，并且还可以经激光切割或等离子切割以限定孔口。本领域技术人员将想到孔口的不同配置及其与CCF的刚性支撑框架的关系。
如先前所示，循环腔103由深度103A和刚性支撑框架或CCF 50的第一面和第二面限定。循环腔103还由第一内框构件和第二内框构件以及侧臂51和55的内边缘限定。在CCF50的实施方案包括大致L形构件作为内框架构件的情况下，循环腔103由侧臂51和55的内边缘以及大致L形构件的第一臂部分63和104限定。
为了帮助理解单极压滤电解器设备10的功能布置，其部件在图2中被示出为处于拆卸状态，并且给出了对部件的相对位置及其功能的简要说明。
虽然所有这些部件被示出为彼此分离，但在组装的单极压滤电解器设备10中，位于CCF 20的任一侧上的两(2)个电活性结构102以电气方式连接到CCF 20的任一侧。与两个外CCF 21相邻的电活性结构26类似地连接到其相应的CCF。电活性结构还可以在第一内框架构件和第二内框架构件(或大致L形构件)与第一侧臂和第二侧臂之间延伸。
如所讨论，单极压滤电解器设备10包括两个优选刚性的端部夹持板12和34。第一端部垫片和第二端部垫片14各自具有在垫片的对角拐角处延伸穿过所述垫片的两(2)个孔口。第一端部垫片14“夹”在端部夹持板12与第一单极性CCF 21之间。第二端部垫片14夹在端部夹持板34与第二单极性CCF 21之间。这使得第一端部垫片14和端部夹持板12位于电化学多池组件的一个端部上，并且第二端部垫片14和端部夹持板34位于电化学多池组件的另一个端部上。第一端部垫片14中的孔口(孔口110和111)与端部夹持板12中的洞口(洞口49和59)对齐。相似地，第二端部垫片14中的孔口(孔口94和109)与端部夹持板34中的洞口(洞口48和57)对齐。端部垫片14另外与相应CCF 21中用于产物和反应物的通道限定路径对齐，这将在稍后描述。
在如下面所说明进行描述时，用于产物和反应物的路径或流动通路116、117、118、119被更佳地可视化。
在图2上从右到左进行阅读，形成第一流动通路116，并且其经过端部夹持板34中的洞口48以及孔口94、98、106和52，其中被收集或馈送的所有流体通常具有阳极性。对流动通路116所经过的阴极CCF 21的掩蔽由掩蔽框架22提供。
相似地，在图2上从右到左进行阅读，形成第二流动通路117，其经过第二端部夹持板34中的洞口57以及孔口109、101、107和80，其中被收集或馈送的所有流体通常具有阳极性。对流动通路117所经过的阴极CCF 21的掩蔽由掩蔽框架24提供。
在图2上从左到右进行阅读，形成第三流动通路118，其经过端部夹持板12中的洞口49以及孔口110、99、90、54、90和99，其中被收集或馈送的所有流体通常具有阴极性。对流动通路118所经过的阳极CCF 20的掩蔽由掩蔽框架22提供。
在图2上从左到右进行阅读，形成第四流动通路119，其经过端部夹持板12中的洞口59以及孔口111、100、108、78、108和100。对流动通路119所经过的阳极CCF 20的掩蔽由掩蔽框架24提供。为简单起见，掩蔽框架22和24不用于限定稍后描述的未来实施方案的流动通路，但是它们被提供为流动通路的一部分，如附图中所示。
限定流动通路116、117、118和119(以及本文描述的任何其他电解器实施方案的流动通路)的孔口的高度还可以根据基础电化学过程和压滤堆叠的应用的要求进行调节。
在图2中从左到右，第一CCF 21被定位为抵靠第一端部垫片14，随后是电活性结构26和隔离膜28。第一组掩蔽框架22和24插入CCF21的通道孔口98和101内，并且第一组通道限定垫片支撑件56通过摩擦配合插入在示例性摩擦配合插入点56A(图3A所示)处，所述示例性摩擦配合插入点被配置为接收摩擦配合垫片支撑件，以完成对第一CCF 21中的孔口100和99的限定。针对垫片支撑件的插入点56A是非限制性的，并且可以根据垫片支撑件的需要在替代实施方案中提供。垫片支撑件56通过限定大小的通道控制产物和反应物通过进出第一CCF 21中的孔口100和99，并且在系统被夹持时支持第一密封和电绝缘垫片30中的对应孔口90和108的结构完整性，使得流动通路118和119被加强，并且产物和反应物被控制在其对应的传递通道内。
第一密封和电绝缘垫片30被定位为抵靠CCF 21的右手面，随后是CCF 20的左手面上的第一电活性结构102。随后是CCF 20的右手面上的第二电活性结构102、第二隔离膜28以及用于完成第一CCF 20中的孔口52和80的第二组通道限定垫片支撑件56。第二组通道限定垫片支撑件56在系统被夹持时支持第二密封和电绝缘垫片30中的对应孔口106和107的结构完整性，使得流动通路116和117被加强，并且产物和反应物被控制在其对应的传递通道内。垫片支撑件56通过提供限定大小的通道来进一步控制产物和反应物通过进出第二CCF 20中的孔口52和80。第二组掩蔽框架22和24被插入CCF 20的对应的通道限定孔口54和78内。第二密封和电绝缘垫片30被定位为抵靠CCF 20的右手面。
第二电活性结构26定位在第二密封和电绝缘垫片30与第二CCF21的左手面之间。第三组掩蔽框架22和24插入CCF 21的对应通道限定孔口98和101内，并且第三组通道限定垫片支撑件56被插入，以完成第二CCF 21中的孔口100和99。第三组通道限定垫片支撑件在系统被夹持时支持第二密封和电绝缘垫片30中的对应孔口90和108的结构完整性，使得流动通路118和119被加强，并且产物和反应物被控制在其对应的传递通道内。垫片支撑件56通过提供限定大小的通道来进一步控制产物和反应物通过进出第二CCF 21中的孔口100和99。第二全面端部垫片14夹在第二CCF 21与第二端部夹持板34之间。
掩蔽框架22和24的功能是双重的：用于在电解器被夹持时进行负载分配；以及防止具有一种极性的带电流体与具有相反极性的金属CCF接触，以防止在四个流动通路116、117、118和119内发生不期望的电解反应。相邻的第一通道和第三通道由掩蔽框架22(例如置于CCF 20的第三孔口54中)进行电气绝缘。相似地，为了在相邻的第二通道和第四通道之间提供电气绝缘，掩蔽框架24置于CCF 20的第四孔口78中。
密封和电绝缘垫片30的目的是提供一种装置，用于对循环腔103的外围和单极压滤电解器设备10的内部压力与外部大气压力之间的四个相邻孔口的外围进行密封。也需要密封和电绝缘垫片30在压滤堆叠内分配负载。在替代实施方案中，所述掩蔽框架(22、24)置于密封和电绝缘垫片30的孔口内，使得所述掩蔽框架与其对应的产物传递通路对齐，而不是被置于CCF自身的孔口中。
当系统被夹持时，端部垫片14跨所述堆叠将压力分配到密封垫片30和掩蔽框架22、24。端部垫片14的目的还在于：在内部流体与外部气氛之间提供末端密封；以及在压滤组件的一个端部处在第一CCF 21与第一端部夹持板12之间以及在单极压滤电解器设备10的另一个端部处在第二CCF 21与第二端部夹持板34之间提供电气隔离。端部垫片14的目的还在于提供一种装置，用于对CCF 21的循环腔103和通道限定孔口98、99、100和101的外围相对于刚性端部夹持板12和34的内面进行密封。
本领域技术人员将认识到，如图所示的垫片和掩膜是非限制性的，并且可以提供附加掩蔽以在材料稳定性、工程要求和防腐蚀方面提供协助。端部垫片14和垫片30以及掩蔽框架(22、24)应由电绝缘的材料(诸如弹性体、含氟聚合物或热塑性塑料或其组合)提供。特别地，它们可以由高性能热塑性弹性体(诸如SantopreneTM)，由EPDM(乙丙二烯单体)橡胶，由聚四氟乙烯化合物(诸如TeflonTM)、聚丙烯、聚乙烯，或由合成橡胶和含氟聚合物弹性体化合物(诸如
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橡胶)提供。
进一步详细说明密封和电绝缘垫片30，此类垫片不提供任何电流承载能力，也不向池提供用于产物循环的深度。例如，CCF(20或21)深度103A与密封和电绝缘垫片30的深度的比率可以优选低至1:1，但是设计可以优选将CCF深度103A增加到10:1范围中的比率(其中CCF深度是垫片深度的10倍)，或增加到大于这个比率的任何比率，如最佳满足电化学过程的工程要求的。
此外，作为CCF(低成本金属导体)的一部分实现用于产物循环的深度比通过绝缘垫片材料提供深度更经济，特别是在CCF的金属的成本低于绝缘垫片材料的情况下。另外不实用的是，为形成用于产物循环的空间的目的而增加密封和电绝缘垫片30的深度；因为所形成的循环空间将位于电活性结构(26或102)与隔离膜28之间，这将不利地破坏产物循环的流体动力学。因此，如上所述，优选的是CCF深度103A与密封和电绝缘垫片30的深度之间的大比率，但鉴于可以使用的其他比率是非限制性的。
隔离膜28的功能是划分正极电化学反应区域和负极电化学反应区域，从而分离当前描述的所有单极压滤堆叠中的阳极电解质和阴极电解质。隔离膜28还提供屏障，所述屏障防止或最大程度减小阳极电活性结构和阴极电活性结构上产生的气体混合，同时允许溶液中的离子通过所述屏障。隔离膜28可以由如适合于基础电化学过程的隔膜型或膜片型隔离膜材料提供。作为非限制性示例，隔离膜28可以由毡、多孔聚砜、聚苯硫醚或另一类型的阳离子交换膜片或阴离子交换膜片提供。
端部夹持板12和34(以及其他图所示的等效端部夹持板312、334、412、434和端部夹持板512、534)的目的是提供坚固和刚性的机械结构，用于对端部垫片14、垫片30和掩蔽框架22和24施加所需的密封压力以通过外部压滤器夹紧装置来密封孔口的外围。
电活性结构102(在电解的情况下为正极、阳极)的目的是提供界面供电子和反应物在传导性表面上进行电化学反应并且供产物离开传导性表面。电活性结构26(在电解的情况下为负极、阴极)的目的是提供界面供电子和反应物在传导性表面上进行电化学反应并且供产物离开传导性表面。
隔离膜28和电活性结构26和102具有大致相同的大小和形状。CCF 20和21、密封和电绝缘垫片30以及端部垫片14具有大致相同的矩形尺寸。组装时，所有这些部件的外周边缘大致对齐。电活性结构26和102以及隔离膜28比CCF 20和21以及端部垫片14和垫片30短，因此它们不会侵占连接到传递通路的任何CCF孔口(52、54、80和78)。
电解领域的技术人员将理解，端部垫片14和端部夹持板12和34中的孔口的圆形度是非限制性的，并且可以交替地采用各种其他大致矩形、卵形或多边形形状的孔口。此外，当前描述的CCF中的孔口在附图中被描绘为矩形，但是电解领域的技术人员将理解，所述孔口可以以其他形状(诸如：正方形、椭圆形、卵形或其他多边形)提供。这些孔口还可以使其拐角基本上变圆以避免产生停滞流动区域，所述停滞流动区域可能导致腐蚀或降低尖锐缝隙处的气体产物的通过量。
向外延伸导电片64(图3A)的目的是提供压滤器中位置的一个实施方案，在所述位置，进行电气连接或电力导体可附接到以下中的任一者：相邻的单极压滤堆叠、电力供应器/电力源(电源调节设备)或任何其他直流电力供应源或发电源，以允许电流流到电活性结构26和102或从其流出。CCF 50的侧臂55(图3A)在侧向上比其相对的侧臂51厚，并且在一个实施方案中包括一个或多个向外延伸的导电片64。在另一实施方案中，代替导电片64，可以设置孔穴或其他特征，使得可以应用外部母线夹或其他形式的电气连接以与侧臂55形成电连接。在其中存在接受外部电气连接机构的孔穴的实施方案中，孔穴可以限定在任一侧臂51或55中。
导电片64优选等距间隔开，并且具有大约与CCF深度成比例的宽度。导电片64使电流线性地跨过整个CCF，并且在CCF与连接到外部电力供应器的母线之间提供足够的电气接触(一种类型的电气连接)。在本公开中，导电片64的尺寸是非限制性的。
在单极压滤电解器设备10的情况下，通过连接电力供应器的一种极性(通常为DC电流)和压滤堆叠的一侧上的导电片64来进行电气连接。压滤堆叠的另一侧上的导电片64附接到电力供应器的相反极性。提供给导电片64的电力供应器极性限定整个系统的极性(即图2中所示的正极符号和负极符号)。在优选实施方案中，用于电气连接的导电片64在一个或多个表面上设置有锯齿64A，以改善CCF与连接到电力供应器/电力源的可附接电力导体之间的电气连接。
为了形成连接两个单极压滤电解器设备10的电解系统，第二单极压滤电解器设备10将以这样的方式被定位为与第一单极压滤电解器设备相邻，使得它们的导电片64面对彼此大致对齐，并且在两组导电片之间建立电气连接。两组导电片64之间的电气连接可以通过多种方法(包括但不限于传导性母线和传导性丝线)提供。这样，单极压滤器彼此串联，从而共同形成具有两个压滤堆叠的电解系统。附加的单极压滤电解器设备10可以持续以这种方式被添加以横向扩展所述系统。
在这之后的段落涉及基于CCF的单极压滤电解器中针对反应物和产物循环的配置。特别是指图2所示的单极压滤电解器设备10。然而，本文所述的针对反应物和产物循环的配置可以等效地应用于单极压滤电解器设备(图7(310)、图12(410)和图14(510))的实施方案及其对应的反应物和产物洞口，如稍后所述。方法还可以应用于基于CCF的任何其他电解器实施方案。为了便于理解，下面的讨论以碱性水电解为例进行，但是下面讨论的针对循环的配置还可以等效地应用于用于氯电解的单极压滤器或针对其采用CCF单极压滤器的任何其他过程。
在碱性水电解的一种配置中，压滤器的优选取向具有高竖直定向的CCF，其允许电解产生的氢气和氧气在循环腔103内竖直上升。阳极极化CCF的电活性结构(如图2中的102所示)上产生的氧将上升并导致阳极电解质和氧气混合物在CCF的结构内(以及在具有相同阳极电位的两个电活性表面之间)的气举循环。阳极电解质和氧气产物将通过由垫片支撑件56限定的路径自CCF电活性区向外行进到相关联产物去除通道，并且随后经由第一流动通路116行进到气液分离和电解质再循环进入流动通路117可能发生在端部夹持板34中的位置。
阴极极化电活性结构26将产生氢气。氢气将提供举升手段，以使阴极电解质和氢混合物向上移动穿过由垫片支撑件56限定的CCF21的路径，并且随后经由第三流动通路118移动到气液分离和电解质再循环进入流动通路119可能发生在端部夹持板12中的位置。
在优选在端部夹持板12和34之间提供内部气体/液体循环的实施方案中，可以在堆叠中的任意点采用没有电活性结构的两个附加CCF；一个用于连接对应的阴极电解质输出/输入通路，并且一个用于连接对应的阳极电解质输出/输入通路。这些附加框架被称为“向下循环框架”，因为它们在堆叠内使反应的电解质从输出产物传递通路到输入产物传递通路向下循环。
例如，在图2中可以应用阴极向下循环框架(除了所需的非限制性垫片和掩膜部件，用于允许适当的密封和绝缘)以连接来自阴极输出流动通路118的阴极电解质，使得所述阴极电解质通过重力下降到阴极输入流动通路119中，所有这些都无需离开压滤器。阴极气体将在流动通路118中与阴极电解质分离，然后气体产物经过端部夹持板12并离开压滤器。除了阴极向下循环框架之外，还需要等效的阳极向下循环框架，以等效地将阳极输出流动通路116连接到阳极输入流动通路117。
代替使用没有电活性结构的CCF作为向下循环框架，允许针对向下循环的等效配置的任何其他部件均可以用作向下循环框架。还可以在压滤堆叠内的其他位置处设置排放通道和馈送通道，其中合适的等效产物/反应物馈送/去除洞口插入所述通道中。
本领域技术人员将理解添加馈送水、冷却水、从外部捕获装置返回电解质的方法、针对气液分离的配置以及阳极电解质和阴极电解质的混合区的创建，以确保整体电解质具有最小的差异化电解质浓度梯度。这些非限制性方法可应用于提供内部循环或外部循环。
本领域技术人员还将理解在压滤器的机械容量内保持待承受的升高的绝对压力的方法以及控制循环系统中阴极电解质和阳极电解质的水平以及循环系统中的差压的方法。
为了将关于CCF在优化压滤器效率方面特别有用的特征的另外信息提供给其目标应用，提供了一些附加细节。总之，当前描述的所有CCF实施方案的CCF宽度(如由构件53或61或345表示)、高度(如由侧臂51或55表示)和深度103A(在循环腔103处提供)是可以选择性地设计的参数，使得给定的CCF实施方案被定制为满足其应用的工程目标。特别地，宽度、高度和深度参数被定制为满足给定的成本目标、电活性表面积目标(针对产物生成空间)、加压目标和/或整体效率目标。能够根据应用的目标定制这些参数，而不受技术强加的约束或大量增量成本，是CCF设计的核心优势，如应用于形成单极压滤电化学池的。
例如，压力特性通过图4A和图6A的实施方案进行最佳优化，方式为定制设计中的撑条(分别限定为撑条69或58并且稍后进行讨论)的数量。撑条69和58的目的中的一个目的是对CCF提供机械加固强度。针对固定CCF高度的撑条的数量越多，CCF在升高的压力下操作的能力越强，同时仍保持其优选的矩形几何形状。此外，CCF的高度可以不断增加，同时通过提供附加撑条来保持这种优选的矩形几何形状，如继续支持CCF在目标压力下的机械完整性所需要的。CCF中撑条69或58的存在还使侧臂51和55的侧向宽度最小化(否则需要在针对机械支撑的更大宽度下进行)，同时仍然实现能够在大气压力以上加压的“坚固”设计。
除了传导撑条增强机械强度(由于它们由框架自身的导电材料制成)外，这些撑条还通过直接连接改善电流到电活性表面的传导。在图5A的优选实施方案中，设置传导矛状部76而非传导撑条，并且将在稍后对其进行描述。矛状部76提供了一种通过直接连接改善CCF的电导性的替代方法。矛状部76限定中间侧向横构件，其从侧臂55或51中的一个侧臂延伸，并且终止于距另一侧臂55或51的预先选择距离处。在图5A的实施方案中，矛状部76与侧臂55电气接触，但不与侧臂51接触，终止于距侧臂51的预先选择距离处。这允许矛状部76通过侧臂55从电力源接收电力。然而，矛状部76无助于加强CCF针对加压的机械完整性，如图4A和图6A的优选实施方案的撑条所做的那样。总体而言，通过提供任何附加传导特征(即任何描述的矛状部或撑条)来改善CCF电导性有助于提高单极压滤装置的整体效率。
特别令人感兴趣的是，传导特征的高度、宽度和深度可以进行精确调节，以进一步优化针对给定CCF应用的电流传导。例如，通过增加传导撑条69、58或矛状部76的深度(通过增加CCF深度实现)，同时保持特征的固定高度和宽度，特征的横截面积增加。因此，导电特征的增加的横截面积改善电流到电活性结构的传导。也可以通过增加传导特征的高度或宽度来增加其横截面积，但是，这伴随着从可用电活性表面积减去用于生成产物的空间的效率与成本权衡(即电活性结构的总面积-经由传导特征的直接接触方面的表面积＝用于生成产物的实际可用表面积)。通过增加CCF深度来改善传导，而非增加传导特征的高度和宽度，在不减去用于生成产物的任何多余的实际表面积的情况下实现对传导的改善。
与没有任何附加传导性特征的CCF实施方案相比，CCF内附加传导性特征的存在还使得能够使用较薄的电活性结构。由于添加的传导性特征支持侧向电流在电活性结构上跨CCF传导的一部分，因此使得能够使用较薄(并且因此成本更低)的电活性结构。因为附加传导性特征支持侧向电流传导，它们还允许CCF在侧向上宽于被示出以进行设计的那样，使得侧向横构件53、61的长度增加。由于应用于加宽的CCF的电活性结构具有成比例的宽度，因此可以期望实现侧向较宽的CCF设计以增加CCF的实际产物生成表面积。因此，具有附加传导性特征的CCF可以在侧向宽度上有利地进行修改，以便以低增量成本实现大表面积目标。还可以通过调节CCF的竖直高度，提供对电活性表面积的定制。CCF设计基本上是矩形的，竖直高度扩展允许高效利用工厂面积。优选地，CCF的矩形几何形状包括2:1至6:1范围内的高度宽度比率，然而这个特征是非限制性的并且可以经调节以最佳满足针对所述装置的应用的工程要求。
最后，本公开中提出的任何CCF实施方案的循环腔103内的电解质体积、气体和液体速度以及电解气体的空隙分数的变化可以通过调节CCF的深度来部分地控制。
参考图3A至图3D，将更详细地描述图2的优选CCF 20和CCF21实施方案。CCF 20和CCF 21基本上相同，不同之处在于它们具有不同的极性，这取决于它们在单极压滤电解器设备10中的位置。所述CCF在机械上没有区别。受CCF极性和腐蚀过程的影响，所述CCF可以是或可以不是在机械上彼此不同的。例如，与阴极极化CCF相比，阳极极化CCF可能需要表面处理，诸如镀镍，或尺寸稳定的构造材料。
CCF 20和21中的每个CCF包括CCF 50，其为一体式、整体形成的刚性支撑框架，具有两个侧臂51和55以及两个侧向横构件53。CCF 50由适用于CCF 20和CCF 21的预期应用(包括向以单极布置设置的电活性结构102承载电流)的导电材料制成，并且可以由碳钢、镀镍钢、钛、镍、碳和合金制成。它们还可以设置有本领域技术人员已知的涂层，所述涂层可以抵抗CCF 20和CCF 21将置于其中的环境的腐蚀作用。CCF 20和CCF 21可放置在其中的非限制性示例性环境包括但不限于氯化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氯、氢、氧、次氯酸钠、氯酸钠和硫酸。本公开中讨论的所有CCF实施方案都可以由上面列出的同一组材料制备。
CCF 50及其其他变型被特别设计为最大限度地减少腐蚀的影响。在设计中尽可能避免可能发生腐蚀的缝隙和停滞区。在本实施方案和当前公开的所有CCF实施方案中，沿着侧臂51和55的内表面或边缘存在凹陷的凹口66和67是任选的有益配置，以最大程度地增加循环腔(103)的竖直长度，同时限定其相邻孔口(52或80)的侧向宽度，从而限定经过所述孔口(52或80)的产物传递通路的侧向宽度。例如，图2中针对流动通路116和118提供的侧向宽度将受到凹口66进入孔口52的侧向宽度的影响，并且图2中针对流动通路117和119提供的侧向宽度将受到凹口67进入孔口80的侧向宽度的影响。在一个实施方案中，凹口66和67的大小被设置为在施加掩蔽框架22和24之后在相邻孔口(52、54和78、80)中提供相似的横截面积，同时使循环腔103中的可用容积最大化。在另一实施方案中，凹陷的凹口66和67沿第一侧臂和第二侧臂与循环腔103相邻的边缘凹陷，从而允许掩蔽框架22和24或电活性结构26或102部分地定位在循环腔103内。
当前公开的所有CCF作为一个整体部件提供，其可以通过多种方法制造。这些制造方法是非限制性的，并且可以包括以下中的任何一者或其组合：激光切割、等离子切割、水射流切割、机加工、砂型铸造或熔模铸造或任何其他适用的制造技术。
在一个实施方案中，当前描述的任何单一CCF可以设置有位于臂部分115(或针对双重CCF的等效的臂部分360和315，其对阴极电解质输入通路和阳极电解质输入通路定界)中的附加通道，使得阳极电解质和阴极电解质可以在馈送到循环腔103中的相关联传递通路之间发生混合，以有利地调节电解质内的浓度梯度。在其中在臂部分115(或对阴极电解质输入通路/阴极电解质输入通路进行定界的等效撑条)中插入用于在输入到压滤器中时混合的阳极电解质和阴极电解质的孔口(“混合孔口”)的实施方案中，可以提供具有通道的附加垫片支撑件56以配合在混合孔口的边界内。如稍后所述，可以设置此类垫片支撑件以在混合孔口中摩擦配合，或者在替代实施方案中，垫片支撑件可以与CCF整体地设置，其中提供附加贯穿通道以允许进行混合。
图3B示出了附接有电活性结构(相当于26或102)的优选实施方案CCF 50。图3C示出了各种示例性电活性结构40、41、42、43、44和45，其中的任一种可以被等效地取代为图2中提供的电活性结构102或26。图3C所示的结构可以由任何固体导体(单一金属、或合金、或带涂层金属或合金)构成，并且包括：具有圆形穿孔的平面薄板，作为电活性结构40；电活性结构41，其为具有连续狭槽的穿孔薄板；电活性结构42，其为具有重复狭槽的穿孔薄板；电活性结构43，其为具有六角形穿孔的薄板；电活性结构44，其为膨胀金属薄板；以及电活性结构45，其为编织网格。电解领域技术人员将理解，所采用的电极表面结构是非限制性的。例如，其他形状的穿孔薄板或者金属绒也可以用作电活性结构。虽然图3C所示的结构中的一些结构被示出为具有一些空白以简化其可视化，但所有结构都是连续的。
当前描述的所有电活性结构都是经明显穿孔的或具有形成在其中的孔口或以其他方式“经开放加工”以允许产物或反应物在隔离膜28与循环腔103之间传输，如图2所示。
图2中的电活性结构26和102以及图3B中的电活性结构44所示的菱形孔口，以及图3C中针对电活性结构40、41、42、43、44和45所示的另外孔口设计仅用于说明目的；此类孔口可以为适合使用时电化学系统的充分操作的任何配置。
虽然电活性结构40至45中的任何电活性结构可以在本公开的实施方案中的任何实施方案中采用，但是电活性结构40至45的厚、机械坚固的实施方案对于CCF实施方案(诸如图3A和图3B中的CCF 50)是优选的，所述CCF实施方案不具有用于导电和机械支撑以提供额外的刚性和传导能力的附加特征，诸如图4A至图6A所示。具有附加的传导性特征和结构特征的CCF实施方案可以设置有具有相对较低的电导率的较薄的电活性结构。
电活性结构可以通过多种制造方法附接。这些制造方法是非限制性的，并且可以包括以下中的任何一种或其组合：压合、点焊、热焊、超声波焊接、电子束焊接、激光束焊接、钨极惰性气体焊接或任何其他适用技术。
通常，为了将电活性结构附接到CCF，将在围绕循环腔103的一些或全部平面表面上，特别是在框架的侧面上执行焊接。在稍后所述的具有侧向撑条或传导性结构的实施方案(图4B、图5B、图6B)中，可以在侧向撑条或传导性结构上另外进行焊接。通常，在所有情况下，电活性结构与其所附接到的CCF的外表面基本上齐平。
如果要将金属绒用作电活性结构，则压合制造方法将为将其连接到CCF的优选方法。在压合中，可能只需要在几个(或不在)独特专用的位置处进行附接，从而降低组装所需的精度和总组装成本。在使用具有侧向撑条或传导性结构的CCF的“压合”实施方案(诸如稍后所述的图4B、图5B和图6B)中，将不需要焊接。在压合的一个实施方案中，来自稍后所述的图4和图6的传导性撑条69和58被挤压抵靠下一个CCF中的相对的撑条，从而以机械方式为屏幕提供附加支撑以改善电气接触。
当在CCF 20中使用时，CCF 50被构造为使得其限定循环腔103，所述循环腔经由如图2和图3A所示的通道限定垫片支撑件56以液压方式连接到通道限定孔口52和80。当在CCF21中使用时，CCF 50被构造为使得其限定循环腔103，所述循环腔经由通道限定垫片支撑件56以液压方式连接到通道限定孔口99和100，所述通道限定垫片支撑件未具体描述，但与如在所提供的插入点56A处与图2中的CCF 20或图3A中的CCF 50配合的垫片支撑件56相同。垫片支撑件56是非限制性的，并且还可以互换地替换为如图3D所示的垫片支撑件120、121或122中的任一个垫片支撑件，或任何替代垫片支撑件，其等效目的为：控制产物和反应物穿过CCF 21中的孔口99和100，控制产物和反应物穿过CCF 20中的孔口52和80，机械地支撑第一和第二密封和电绝缘垫片30，最终机械地支撑流动通路116、117、118和119的完整性。垫片支撑件56还可以能够从CCF 50以可释放地分离，或者可以与CCF 50的刚性支撑框架整体形成。
垫片支撑件56可以与附图中描述的任何CCF实施方案互换地使用。垫片支撑件56(或120、121或122)优选由金属材料制成，并且可以由碳钢、镀镍钢、钛、镍、碳以及本领域技术人员熟知的基材上的合金或涂层制成，所述合金或涂层可抵抗CCF 20和CCF 21将置于其中的环境的腐蚀作用。垫片支撑件56可替代地由聚合材料、陶瓷材料或满足等效目的的金属材料、聚合材料和陶瓷材料的组合提供。
垫片支撑件56可以具有一个或多个贯穿通道，其被配置为允许电解质、产物和反应物通过进入循环腔103。垫片支撑件122示出了一个实施方案，其中穿过构件钻出多个孔穴以供液体从循环腔103向上流到上部通路。垫片支撑件121被生产为波浪形结构，而垫片支撑件120具有位于其中的两个狭槽而非多个孔穴。
在一个实施方案中，垫片支撑件56可以由与CCF自身相同的一体式部件提供，如图3F和图3G中的56B所示；使得与稍后描述的横撑条58类似的具有贯穿通道的可插入导电撑条被接收，其中垫片支撑件56在图2的组件中示出。在另一实施方案中，包括嵌入其中的通道的不可拆卸垫片支撑件可以作为CCF自身的一部分设置在示出垫片支撑件56的任何位置。对可拆卸或不可拆卸垫片支撑件56的选择取决于制造成本，并且任一垫片支撑件实施方案可以适用于当前描述的任何单一CCF或双重CCF实施方案。在图3F和图3G中，垫片支撑件56在概念上示出为与CCF一体的实心构件，但是可以理解，垫片支撑件可以是由附图标记56B、56C、56D、56E、56F和56G中的任一者描绘的类型，并且可以包括如上所述的一个或多个贯穿通道，其被配置为允许电解质、产物和反应物通过进入循环腔103。
图3F和图3G中示出了整体提供的不可拆卸垫片支撑件的替代实施方案，其具有一个或多个贯穿通道，其被配置为允许产物和反应物在操作中穿过其中，具体地使得气体和液体可以以受控方式在循环腔103与流动通路(诸如116至119)之间通过。通过减材制造形成垫片支撑件56B使得通道被设置在其中，并且此外，与其他整体垫片支撑件一样，56B可以整体设置在任何相对的L形部件和CCF侧臂(所述垫片支撑件被定位在其间)之间。56C的垫片支撑件实施方案设置有一个贯通通道孔口，用于基于孔口的尺寸控制气体/液体流量。在实施方案56D中，通过以下形成垫片支撑件和两个相邻的孔口：延伸CCF的上部侧向横构件61的整体部件，从而将其下方的一个孔口划分成两个孔口，并通过大致“T形”支撑相邻的垫片。在垫片支撑实施方案56E和56F中，两个或更多个贯通通道通过“倒T形孔口”设置在整体水平横构件中。在这种配置中，水平横构件垫片支撑设置有扩展的竖直尺寸，使得其中的“倒T形”的一部分允许液体和气体流到相邻孔口(52)中。整体水平横构件将持续对相邻垫片提供支撑。在垫片支撑件实施方案56G中，水平横构件垫片支撑件连接到多个指状部，以及多个指状部之间的一系列通道，从而形成梳状布置，其允许液体和气体流到相邻孔口52中。
电解领域的技术人员还将理解，施加在CCF的相反端部处的垫片支撑件在大小或结构上可以不同。
在另一实施方案中，仅提供一个垫片支撑件56，如图3D所示在孔口52和54之间，其中经反应电解质和气体输出在电解中出现。在本实施方案中，孔口78和80之间的相反端部上的垫片支撑件是任选的，因为控制液体反应物进入循环腔103可以不需要在所有情况下都由垫片支撑件进行调整。替代地，孔口78和80之间的相反端部上的第二垫片支撑件56可以能够从CCF 50可释放地分离，或者可以与CCF 50的刚性支撑框架整体形成。同样，在稍后描述的双重CCF实施方案中，可以仅在气体产物输出和经反应电解质输出出现的位置提供垫片支撑件，使得出现液体进入循环腔103的垫片支撑件是任选的。
在另一实施方案中，如图3E所示，对CCF 50(或相当于当前描述的任何其他CCF)进行修改，以改变阳极气体传递通路和阴极气体传递通路的大小。根据电解过程，可以优选的是，一种气体产物的传递通路在横截面(侧向和/或竖向)方面大于另一种气体产物的传递通路。当臂部分114在侧臂51和55之间侧向等距时，针对相邻传递通路提供的空间是相等的，并且当被配置在压滤器(诸如图2的示例性压滤器实施方案)中时，此类CCF可以等效地用作阳极或阴极。通常使本公开中提供的CCF图使得CCF可以等效地用作阳极或阴极，以便于理解，但是这并不限制CCF阳极和CCF阴极彼此不同的CCF实施方案的其他可能性。
例如，在另一实施方案中，使CCF阴极基本上等同于CCF 21或50，然而另外，其臂部分114被定位为比侧臂51更靠近侧臂55，使得孔口52(及其相关联的产物传递通路)的侧向宽度由此增加，而孔口54(及其相关联的产物传递通路)和臂部分63的侧向宽度减小。在图3E中，本实施方案被示出为50A。在本实施方案中，为了组装基本上等同于图2的示例性压滤器实施方案，制备互补性阳极CCF实施方案50B，其臂部分114经相反地调节，使得孔口52(及其相关联的产物传递通路)的侧向宽度由此减小，而孔口54(及其相关联的产物传递通路)和臂部分63的侧向宽度增加。在另一实施方案中，提供了相反的配置，使得50A为阳极，并且50B为阴极，使得阳极产物的气体产物通路的大小增加，并且阴极产物的气体产物通路的大小减小。替代地，在另一实施方案中，臂部分115的高度或侧向位置经调节，使得馈送到循环腔103中的通路的大小被改变。
在一种产物(阳极或阴极)的气体/液体分离比另一种产物的分离更容易实现的情况下，此类实施方案特别有用。例如，针对碱性水电解的实验数据表明，氧从阳极电解质的气体液体分离比氢从阴极电解质的气体液体分离更容易提供。因此，增加阴极产物传递通路的大小可能是有益的，使得在其传递通路中对氢气允许更大的空间。
在CCF阴极和阳极周围组装完整压滤堆叠，其中气体排出传递通路被提供为具有不同大小；如先前在图2中所描述的，所有相同的部件(垫片、掩膜、隔离膜、垫片支撑件)均如图所示提供，但是根据需要对形状和与其指定的CCF相邻的放置进行对应调节，使得堆叠被适当地密封。任何其他CCF实施方案(诸如双重CCF实施方案或本公开中稍后描述的具有附加产物传递通路的实施方案)也可以提供在替代实施方案中，在所述替代实施方案中，阳极传递通路和阴极传递通路具有不同的大小，因此需要调节用于气体排出的孔口的大小以及对应的非限制性堆叠组件部件。
当需要改善组件的密封时，可以任选地对CCF进行轻微修改。循环腔103的周边可以在一个或多个面上略微凹陷，以确保电活性结构与CCF的表面基本上齐平。此外，可以另外地从当前描述的任何CCF实施方案的两个平面的面上切出一个或多个连续倒凹槽。应用时，倒凹槽优选围绕框架中所有孔口的外围施加，使得确保组件中的垫片和掩模部件与CCF的表面齐平。
为了提供关于针对图3A和图3B所示的CCF实施方案的应用的另外信息，提供一些附加细节。如图3A和图3B所示的CCF 50可以应用于任何单极压滤电化学组件(诸如图2和图7所示的那些)，然而特别优选的是，在狭窄实施方案中，例如其中CCF的侧向横构件53被设置为大约8英寸或更小，如取决于通过电活性结构44的允许电阻电压损耗，以及在CCF上采用的电活性结构的电流承载能力。
由于本实施方案中不提供附加传导特征，因此大部分电流承载单独跨电极结构出现，从与导电片64相邻的左侧开始，然后向右侧移动(即“平行”于电极结构，如图16A所示)。如在坚固的传导性电活性结构的支持下，在电流跨狭窄实施方案行进较短距离时，将出现相对较低的传导性损耗。本实施方案还将最大限度地降低制造成本，因为不需要附加传导性特征或通道，并且将最大限度地降低CCF重量。
图3A的这种低成本实施方案将优选用于低压力下的电解应用和小规模生产。所述实施方案不是对在高压力下操作的高电效率的单极压滤堆叠中进行大规模碱性水电解的优选实施方案，其中大表面积使每CCF的产物生成最大化。
每CCF的大表面积(使得侧向横构件53、61的长度大约在8英寸至56英寸之间)是针对应用于大规模碱性水电解的电解器的优选实施方案。具有附加传导性特征的优选CCF实施方案(诸如图4A、图5A、图5C和图6A中所示)旨在用于需要每CCF大表面积的碱性水电解器系统；以便在一个单极压滤电化学池内实现大生产率(例如每小时产生大约1kg至20kg以上的氢)所需的高DC电流。此类实施方案优选用于大表面积应用，因为具有如前所述的附加传导性特征的益处。
图4A示出了优选实施方案的等距视图，所述优选实施方案为类似于图3A中的CCF50的一体式CCF 68，其还包括在细长侧臂51和55之间延伸的撑条69，所述细长侧臂被配置为可插入以便于制造。撑条69的端部以球状形状扩大，从而使撑条具有“狗骨”结构，并且侧臂51和55具有形成在其中的对应的空隙或接收部，以接收撑条的端部。示出了两个撑条69，但将理解，可仅存在一个撑条，或者可存在多于两个撑条。还可以理解，撑条69的相反端部可以具有不同的形状，并且将在侧臂51和55中具有对应的接收部，从而允许插入撑条69，从而在侧臂51和55与撑条69之间提供物理接触和电气接触。图4A中撑条69的一个端部的扩大区段示出沿撑条的长度形成的多个通孔70，所述通孔在电解期间针对电解质、产物和反应物提供向上穿过撑条的流动路径。
在另一实施方案中，在制造撑条69使得通孔70设置在其中并且撑条69插入CCF 68中之后，撑条69被焊接或以其他方式电气接合到侧臂55，所述侧臂含有用于电气连接的导电片64，从而提高提供给撑条69的电气连接的鲁棒性。相似地，在稍后描述的图9A的双重CCF实施方案中，撑条69可以电气接合到中心框架构件332，以改善到撑条69的电气连接。
图4B示出了图4A的CCF 68，但具有附连到CCF的准备插入压滤堆叠中的电活性结构44。
图5A示出了单一CCF 74的优选实施方案，其不是具有在侧臂51和55之间完全延伸的撑条，而是具有整体传导性矛状部76，其部分地跨侧臂51和55之间的宽度延伸。矛状部76所整体设置于的侧臂55是装置中接受安培数最多的一侧，其与图5A中的导电片64相邻。在具有矛状部的双重CCF 374(稍后在图10A中描述)的情况下，电流侧向行进；进入一组矛状部，跨双重CCF的中心轴332行进，然后到达下一组矛状部。这种定位的好处是，在电解期间，产物生成将在很大程度上隔离到安培数最大(即设置矛状部)的区。然后，在安培数相对较小(并且因此气泡行程所“浪费”的安培数较少)的情况下，可以使进入排出传递通路的气体释放最大化。
在另一实施方案中，为改善液体电解质在循环腔103中的循环，可以在矛状部76(或稍后描述的76A)中设置一个或多个贯穿通道。优选地，一个或多个通道被设置为与侧臂55(矛状部自其设置的一侧)相邻，从而改善电解质在这些区域中的循环。相似地，在稍后描述的图10A的双重CCF实施方案中，矛状部76(或76A)可以具有被设置为与中心框架构件332相邻的贯穿通道。
在替代实施方案中，一个或多个矛状部76或76A可以跨循环腔103延伸以与外侧臂51相遇，从而形成具有矛状部和一个或多个“传导性撑条”的实施方案。所述一个或多个传导性撑条可被设置为在矛状部的向上取向或向上指向对角配置中与侧臂51成角度，或者以另一种形状设置。向上取向对应于循环腔103中的气流方向。在一个实施方案中，传导性撑条可以为基本上弓形的形状，其为有利于改善稍后讨论的循环腔103中的流体动力学的形状。所述一个或多个传导性撑条有利于提高本实施方案的机械刚性。所述一个或多个传导性撑条还在其中包括一个或多个贯穿通道，或者它们可以比深度103A薄或具有其他装置，所述其他装置被设置成支持循环腔103内气体和液体朝排出孔口的循环，同时另外支持框架的机械刚性。另外，在具有矛状部76(或76A)的CCF的任何实施方案中，矛状部的尺寸可以在同一CCF内彼此不同，使得形成流体动力学有利的梯度。相似地，稍后描述的双重CCF实施方案可以采用任何当前描述的特征来形成等效的双重CCF实施方案。
与图6A相比，图5A中的CCF的实施方案在经济上是有利的，因为形成通道所需的铣削将更少，从而降低制造CCF的成本。在CCF自身的等离子切割(或等效切割技术)期间，路径将只以“向上指向对角”布置提供矛状部76整体上作为同一CCF部件的一部分。CCF的没有附接矛状部的一侧将提供清晰路径，供气泡上升。在优选实施方案中，矛状部76如图所示向上成角度(但不是必需的)，因为向上成角度促使气体产物流到对应的产物传递通路(或“排出通路”)，从压滤器流出。
图5A的优选实施方案可以设置于在高于大气压力的压力下操作的电解器中，然而如先前所讨论，可以优选采用诸如图4A或图6A的具有用于加压操作的全撑条69或58的实施方案，或者图5A的实施方案，其中至少一个附加传导性撑条设置在矛状部76旁边。
图5B示出了图5A的CCF 74，但具有附连到CCF的准备插入压滤堆叠中的电活性结构44。
图5C示出了被示出为CCF 74A的具有矛状部76A的CCF 74的另一实施方案。提供矛状部使得其呈具有弓形斜面尖端的基本上弓形提供了流体动力学，其可以有利于以最大出口速度将流体和气体轻松地朝产物排出通路引导。然而，不同的尖端形状可以在其他方面是最佳的，因为CCF应用于不同操作压力下的不同电解过程。矛状部76A可以使其尖端形状和角度被优化为基本上弓形，并将气体和流体“向上”朝产物排出传递通路引导。矛状部76A可以设置有不同尖端形状实施方案，包括但不限于：连续弓形形状、平面形状、平面斜面形状、弓形斜面形状、多边形形状、大致圆形形状，或任何其他适当的形状。优选地，尖端以弓形斜面实施方案制成。
在另一实施方案中，可以自侧臂55或51(或稍后描述的单一CCF或双重CCF的332)提供金属的附加孔穴或“切口”79，其中金属不是进行电流传导和机械支撑所严格需要的。提供此类切口79实现部件质量减少，增加废金属价值，并支持增加侧臂55和51的侧向宽度，同时最大程度减小部件质量。扩展侧臂55和51的侧向宽度允许CCF在被配置在压滤器电解器组件实施方案中时有利地向外部突出到压滤器，使得框架在其向外部突出的位置是经风冷的。CCF从压滤器密封型面突出的部分(具有特别地突出以额外支持空气冷却的切口79)改善压滤器散热能力。然而，仅出于空气冷却的目的，切口79是任选的，并且可以提供CCF的实施方案，其中CCF的部分在没有任何切口79的情况下从压滤器密封型面突出以供进行空气冷却。CCF可以适应于增加因传导、对流或辐射发生的散热。在另一实施方案中，侧向横构件53和61可以另外增加高度，其具有用于对电解器进行空气冷却的任选的切口79以及其他益处。用于空气冷却的切口79和/或突起部还可以提供在当前描述的任何其他CCF实施方案中。在替代实施方案中，可以另外以其他几何形状提供切口79。
在另一实施方案中，CCF的外框架构件可以经形状调节以进一步提高散热能力，例如呈齿形或以其他方式弯曲或呈波形以从压滤器形成用于空气冷却的附加表面积和突起部。另外，进一步提高散热能力的涂层可以应用于任何CCF，稍后将详细讨论。
在另一实施方案中，中心框架构件332可以扩展侧向宽度，使得可以设置附加材料切口79，所述切口减轻部件重量并增加废金属价值，并且还形成用于空气冷却的另外的有益部位。
图6A示出了单一CCF 85的另一优选实施方案，所述单一CCF具有与图4A中的CCF68相同的基本结构，但不是包括撑条69，而是包括传导撑条58，所述传导撑条与侧臂51和55形成为一体式单个集成件，使得当电活性结构与撑条58和CCF框架电气接触时，电力通过撑条58传导到所述电活性结构。
返回到图6A，在当前实施方案中，撑条58具有小于深度103A(CCF 85的刚性支撑框架的厚度)的厚度，并且沿着撑条58具有形状62，其中形状62的厚度可以等同于深度103A(CCF 85的刚性支撑框架的厚度)。由于撑条58比深度103A薄，因此形成通道60，本文也称为通道限定的形状。
在操作中，气体、电解质或流体经由由提供自撑条58的材料的矩形棱柱体(或等效的“形状”)62之间的间隙形成的通道60上升穿过撑条58。通道60提供空间，供电化学反应物和产物在循环腔103内循环。虽然形状62例如在图6A中示出为基本上矩形的棱柱体，但它们可以形成为任何其他合适的形状。
在另一实施方案中，形状62可以是细长矩形棱柱体或横向构件，其平行于侧臂51和55伸展，从而形成栅栏形图案，如图6D所描绘。横向构件可以在侧向横构件和中间侧向横构件之前终止。如果存在多个撑条58，则横向构件可以在与来自其他撑条58的其他横向构件接触之前终止。
传导性撑条58上的形状62用作至电活性结构(诸如来自图2的26和102)的附接点或接触点，其允许在操作期间电力传导到电活性表面并通过所述电活性表面。如图6A所示的这些形状62仅示出在撑条的一侧上，但是它们可以位于撑条58的两侧上，其中CCF的两侧均需要附接电活性结构。
从撑条58获得形状62和通道60的效果的方法可以经由通过机加工、冲压或制造领域技术人员已知的另一种技术从撑条58减去材料。虽然通道60在图6A中被示出为大致矩形，但它们可以替代地被机加工为类似于以下中的任一者或其组合：“V”形、“U”形、梯形、半圆形或方形。通道60不限于经机加工，但可以经激光切割或等离子切割。还可以设想通道60的其他制造形式。形状62可以另外放置在沿撑条58的任何点处，并且所述形状在同一CCF内的不同撑条上的定位可以有益地轮换以允许在循环腔103中进行连续向上循环。
替代地，可以设置撑条58，其深度相对于CCF侧臂51、55和侧向横构件61和53(“薄型导电性撑条”)完全更薄，类似于如附图所示的撑条58的外观(在整个撑条减小到图6A所示的通道60的尺寸的情况下，其中不存在形状62)。随后将围绕薄型传导撑条提供循环腔103中的循环。
所述薄型传导性撑条(或“薄型侧向横构件”)可以由CCF 85整体形成，通过制造手段减去所述薄型传导性撑条的厚度。替代地，薄型传导性撑条最初可以由另一板(其具有小于所述CCF侧臂51、55和侧向横构件61和53的厚度的厚度，但材料与CCF 85相同)的区段提供，并且因此通过焊接方法接合在所述第一侧臂51和所述第二侧臂55之间，使得形成撑条与侧臂55、51之间的电气连接。包括薄型传导性撑条的CCF 85的所得实施方案在通过任一所述方法制作时基本上等效。
针对此的替代实施方案可以使材料添加到薄型传导性撑条以形成凸起形状62和通道60的效果。
在图6C中描绘的替代实施方案中，撑条58具有深度103A(CCF85的刚性支撑构件的厚度)。撑条58可以具有通道65，本文也称为凹槽或槽口，其中通道65具有小于深度103A(CCF 85的刚性支撑构件的厚度)的厚度。这使得撑条58沿其长度的大部分具有深度103A(CCF 85的刚性支撑构件的厚度)。通道65(类似于通道60)提供空间，供电化学反应物和产物在循环腔103内循环。此外，通道65由通道65的壁和电活性表面26或102限定。
图6E中描绘的替代实施方案可以是图6C和图6D中的实施方案的组合，其中撑条58具有厚度，所述厚度为同一深度103A和CCF 85，并且沿着撑条85存在凹槽65。此外，沿着撑条85存在形状62作为平行于侧臂51和55的横向构件。对于本领域技术人员显而易见的是，可获得撑条58的厚度、形状62、通道60和凹槽65的不同组合，并且可获得撑条58的不同设计。此外，凹槽65和通道60可以放置在撑条58的任一侧上。
对于本领域技术人员同样显而易见的是，撑条和中间侧向横构件，无论它们是以可释放的方式可拆卸的，还是与CCF集成，均可以按非均匀布置存在于同一CCF中。例如，CCF可以具有图5A中的矛状部76和图4A中的撑条69的组合。侧向横构件的不同组合也可以具有撑条58、形状62、通道60和凹槽65的不同厚度。例如，矛状部76可以包括凹槽65。
图6B示出了附接有与图3C的实施方案电活性结构44相对应的电活性结构的CCF85。
在另一实施方案中，当一个或多个电活性结构44设置在包括薄型传导性撑条的单一或双重CCF实施方案上时，所述电活性结构还可以设置有“凹进的面向内部的凹坑”，其被定位为直接面向薄型传导性撑条并位于其顶部上方，以允许与薄型传导性撑条进行电气连接，并在薄型传导性撑条与电活性结构的非凹坑区域之间的剩余侧向空间中限定基本上平行于侧臂55和51(或具有薄型传导性撑条的双重CCF中的51和332)的通道。这些实施方案在降低制造CCF 85的复杂性和成本方面提供优势。在另一实施方案中，在如前所述另外设置循环腔103周围的凹陷部的情况下，进行适当的工程调节，以使带凹坑的电活性表面最终与CCF的其被施加到的表面基本上齐平。
图7示出了使用CCF堆叠阵列(更具体地，四个CCF 50的组合(“单一CCF”)围绕一个CCF 350(“双重CCF”))来构建的单极压滤电解器设备310的等距分解视图。虽然在图7中示出CCF 50形式的单一CCF，但是单一CCF 68、74或85中的任一者或其组合可被替换为图7所示的任何CCF 50。如所述，单一CCF 68、74或85的实施方案各自对于给定的单极电化学装置应用具有独特的优势，并且将被应用为最满足针对单极压滤电解器设备310的预期应用。相似地，双重CCF 368、374或385的任何实施方案可以被等效地替换为图7中的双重CCF 350。本文所述的双重CCF具有先前讨论的单一CCF的所有相同优势，并且还提出显著减少电流路径长度和消除相邻单极压滤堆叠之间所需的母线频率的新优势，如将进一步讨论的。这在制造装置时实现部件计数的减少以及安装和组装劳动力的减少。先前已经描述了图7中任何未标记的部件，例如隔离膜28、密封和电绝缘垫片30、垫片支撑件56、循环腔103以及极性相反的电活性结构26和102。
单极压滤电解器设备310包括两个单极压滤池；第一单极压滤池设置有四个流动通路316、317、318和319。第二单极压滤池也设置有四个流动通路320、321、322和323。第一单极压滤池和第二单极压滤池的产物和反应物经物理方式分离，并且不在任何端部夹持板312和334内混合。由单一CCF的导电片64处提供的电力输入产生的电流跨双重CCF 350的腔行进，如稍后将在图16中所述。这种设计允许电力通过双重CCF 350的中心轴(由图8A中的332表示)集中“汇流(bussed)”，并且被分配到电活性结构，所述电活性结构安装在设置在双重CCF 350的中心轴332的任一侧上的循环腔103上方。第一单极压滤池与第二单极压滤池之间的唯一连接(电气和物理)是双重CCF 350。
从左到右，流动通路316由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板312中的洞口358以及孔口110、54、106(如前所述)和双重CCF 350中的孔口352。CCF 350的接合到流动通路316的一侧经阳极极化，如图7中的正号所示。图7所示的极化是示例性的，并且可以在另一实施方案中反转。将阳极产物(在水电解的示例中为气态产物)馈送到流动通路316，所述阳极产物由CCF 350的右手侧的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56进入孔口352，所述孔口馈送到流动通路316中。取决于适用于气体/液体分离的配置(在本公开中是非限制性的)，阳极电解质液体也可以与阳极气体产物一起进入流动通路316。从流动通路316除去所述阳极产物气体和阳极电解质液体，以通过第一端部夹持板312中的洞口358进行进一步处理。
再次从左到右进行阅读，流动通路317由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板312中的管状洞口(被第一端部垫片14遮挡)以及CCF 350的阳极极化侧中的孔口111、78、107和孔口380。通过孔口380及其对应的垫片支撑件将阳极电解质液体馈送到双重CCF 350的阳极产物循环腔103。初始通过第一端部夹持板312中的经遮挡洞口361将阳极电解质反应物液体馈送到流动通路317中。输入到流动通路317中的阳极电解质液体可以为原始电解质，或者其可以为已经从流动通路316或322除去并经外部处理的回收阳极电解质。
从右到左进行阅读，流动通路318由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板334中的洞口351以及双重CCF 350的孔口94、52、90、354、孔口90和52。阴极极化CCF 50通过垫片支撑件56将气态阴极产物馈送到孔口52中，所述孔口随后馈送到流动通路318中。如针对阳极气态产物所等效地指出，取决于压滤堆叠中用于气体/液体分离的配置，部分阴极电解质液体可以与气态阴极产物一起进入流动通路318。在洞口351处除去产物和任何残余阴极电解质。
从右到左进行阅读阅读，流动通路319由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板334中的洞口353以及孔口109、80、108、378、108、80。通过孔口80及其对应的垫片支撑件将阴极电解质液体馈送到CCF 50的阴极产物循环腔103。初始通过第一端部夹持板334中的洞口353将阴极电解质反应物液体馈送到流动通路319中。输入到流动通路319中的阴极电解质液体可以是水，或者其可以是已经从流动通路318或320除去并经外部处理的回收阴极电解质。
从右到左进行阅读，流动通路320由具有以下的通道形成组合形成：连接到第二端部夹持板334的洞口348以及双重CCF 350的孔口94(因剖切而未示出)、54、90、356。双重CCF350的阴极极化部分将气态阴极产物从其阴极循环腔103向上通过垫片支撑件56馈送到孔口356中，所述孔口随后馈送到流动通路320中。取决于压滤堆叠中用于气体/液体分离的配置，部分阴极电解质液体可以与气态阴极产物一起进入流动通路320。在洞口348处除去气态阴极产物和任何残余阴极电解质。
从右到左进行阅读阅读，流动通路321由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板334中的洞口357以及孔口109、78、108和381。通过孔口381及其对应的垫片支撑件将阴极电解质液体馈送到CCF 350的阴极产物循环腔103。初始通过第二端部夹持板334中的洞口357将阴极电解质反应物液体馈送到流动通路321中。输入到流动通路321中的阴极电解质液体可以是水，或者其可以是已经从流动通路320或318除去并经外部处理的回收阴极电解质。
从左到右进行阅读，流动通路322由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板312中的洞口349以及双重CCF 350中的孔口110、52、106、355、孔口106，并且终止于第二孔口52。接合到流动通路322的CCF 50经阳极极化。将阳极气态产物馈送到流动通路322，所述阳极产物由阳极CCF 50的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56并且进入孔口52，所述孔口随后馈送到流动通路322中。取决于适用于气体/液体分离的配置，阳极电解质液体也可以与阳极气体产物一起进入流动通路322。从流动通路322除去所述阳极产物气体和阳极电解质液体，以通过第二端部夹持板312中的洞口349进行进一步处理。
从左到右进行阅读阅读，流动通路323由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板312中的洞口359以及孔口111、80、107、379、107和80。通过孔口80及其对应的垫片支撑件将阳极电解质液体馈送到单一CCF 50的阳极产物循环腔103。初始通过第二端部夹持板312中的洞口359将阳极电解质反应物液体馈送到流动通路323中。输入到流动通路323中的阳极电解质液体可以为原始电解质，或者其可以为已经从流动通路316或322除去并经外部处理的回收阳极电解质。
图8A示出了双重CCF 350的实施方案，其包括与侧臂51间隔开的中心臂332，所述中心臂在所述CCF的侧向横构件345之间延伸。CCF 350充当两个相邻的单极压滤池之间的电流母线。出于这个原因，双重CCF上不需要用于电气连接的导电片(诸如图3A中的导电片64)。双板CCF 350还可用于形成具有多于两(2)个电化学单极压滤池堆叠的多堆叠CCF，参见图16C和相关联讨论。
与单一CCF 50类似，双重CCF 350是具有双循环腔103的一体式整体形成的刚性支撑框架，其具有限定厚度103A，所述限定厚度为双重CCF 350的刚性支撑框架的厚度。此外，与以上前述CCF类似，双重CCF具有一系列内框架构件，以帮助限定孔口355、354、378和379。
孔口355、354、378和379可以由附接到中心臂332或侧臂51或侧向横构件345的内框架构件，或者中心臂332、侧臂51和侧向横构件345的组合限定。在当前实施方案中，孔口355和379成对角设置在第一循环腔中，并且孔口354和378成对角设置在第二循环腔中。孔口355、379、354和378不限于成对角设置，并且可以在同一侧上沿侧臂51或沿中心臂332设置。此外，孔口355、379、354和378不限于处于均匀配置。例如，孔口355和379可以成对角设置在第一循环腔中，并且孔口354和378可以沿侧臂51设置在第二循环腔中。对于本领域技术人员显而易见的是，双重CCF 350中的循环腔中的孔口配置的不同组合是可能的。
在图8A所描绘的当前实施方案中，内框架为大致L形。孔口355由中心臂332的一部分、第一侧向横构件345的一部分，以及第一臂部分383和第二臂部分382限定，其中第一臂部分383和第二臂部分382构成第一大致L形构件(第一内框架构件的实施方案)。第一臂部分383的第一端部连接到中心臂332，并且第一臂部分383的第二端部连接到第二臂部分382，并且其中第二臂部分382连接到第一侧向横构件345的所述部分。相邻孔口356由第二臂部分382、左侧臂51的一部分和侧向横构件345的一部分限定。孔口379由左侧臂51的一部分、第二侧向横构件345的一部分、第一臂部分305和第二臂部分360限定，其中第一臂部分305和第二臂部分360构成第二大致L形构件(第二内框架构件的实施方案)。第一臂部分305的第一端部连接到左侧臂51，并且第一臂部分305的第二端部连接到第二臂部分360，并且其中第二臂部分360连接到第二侧向横构件345的一部分。相邻孔口381由第二臂部分360、中心臂332的一部分和第二侧向横构件345的一部分限定。
孔口354和378以及相邻孔口352和380跨中心臂332成镜像。更具体地，孔口354由中心臂332的一部分、第一侧向横构件345的一部分、第一臂部分363和第二臂部分314限定，其中第一臂部分363和第二臂部分314构成第三大致L形构件(第三内框架构件的实施方案)。第一臂部分363的第一端部连接到中心臂332，并且第一臂部分363的第二端部连接到第二臂部分314，并且其中第二臂部分314连接到第一侧向横构件345的所述部分。相邻孔口352由第二臂部分314、右侧臂51的一部分和侧向横构件345的一部分限定。孔口378由右侧臂51的一部分、第二侧向横构件345的一部分、第一臂部分304和第二臂部分315限定，其中第一臂部分304和第二臂部分315构成第四大致L形构件(第四内框架构件的实施方案)。第一臂部分304的第一端部连接到右侧臂51，并且第一臂部分304的第二端部连接到第二臂部分315，并且其中第二臂部分315连接到第二侧向横构件345的一部分。相邻孔口380由第二臂部分315、中心臂332的一部分和第二侧向横构件345的一部分限定。
如前所述，双重CCF 350具有两个循环腔130。循环腔130位于双重CCF 350的刚性支撑框架的第一面与第二面之间。第一循环腔130还由第一臂部分305和383以及第一侧臂51和中心臂332的内边缘限定。第二循环腔130还由第一臂部分304和363以及第二侧臂51和中心臂332的内边缘限定。
与单一CCF 50类似，凹陷凹口66和67在双重CCF 350中的存在允许电活性结构44部分地定位在循环腔103内。双重CCF 350中的凹口66和67沿着侧臂51和中心臂332的内表面或边缘。
这个双板CCF 350，其中一个半部为一个单极压滤池堆叠的阳极，并且一个半部为相邻单极压滤池堆叠中的阴极。通过消除对相邻单极压滤池堆叠之间的母线的需求，减少堆叠之间的金属电阻损耗，并且单极堆叠可以接近通过最先进的双极压滤堆叠实现的低电阻损耗。电流路径长度的减小是由于双重CCF能够充当两个单极压滤堆叠之间的改进的池间电气连接(对池间母线进行改进)。改进来自双重CCF的特征，即电流仅在相邻池之间侧向行进，而非如具有导电片64的单一CCF所要求的侧向和竖向行进。在制造中，切割一个大部件比切割两个小部件来完成相同的任务也更高效。
图8B示出了图8A的CCF 350，但现在在CCF的相对侧上具有电活性结构44。
图9A示出了具有狗骨形撑条69的双重CCF 368的实施方案，所述狗骨形撑条与图4A的单一CCF 68中的撑条基本相同，但现在独立撑条69设置在两个循环腔103中，并且提供与单一CCF 68相同的益处。如先前在单一CCF 68中所提及，撑条69可以是以可释放的方式可拆卸的，并且可以包括沿着撑条69的长度的通孔，以允许电解质、产物和反应物流动。撑条69还可以具有相反的端部，所述端部被成形和配置为可插入到侧臂51和中心臂332上的互补形接收部中，从而允许撑条69被插入为在侧臂51中的一个侧臂与中心臂332之间物理接触和电气接触。
图9B示出了图9A的CCF 368，但现在在CCF的相对侧上具有电活性结构44。
图10A示出了具有矛状部76的双重CCF 374的实施方案，类似于图5A的单一CCF，但应注意，矛状部与中心框架构件332整体形成并突出到循环腔103中。与图5A的单一CCF类似，矛状部76可以在向上取向上与中心臂332成角度设置，以对应于第一循环腔和第二循环腔130中的一者中的气体流动方向。图10B示出了图10A的CCF 374，但现在在CCF的相对侧上具有电活性结构44。来自双重CCF的电流从一个单极压滤池堆叠的矛状部到相邻池堆叠的矛状部侧向传递穿过中心框架构件332。因此，“矛状部”从框架部件332延伸，使得电流可以侧向行进穿过双重CCF。这些矛状部76提供与单一CCF 74中相同的益处。
图10C示出了具有矛状部76A的双重CCF 374A的实施方案，类似于图5C的单一CCF和图10A的双重CCF。如前所述，CCF 374A还具有切口79。因此，图10C所示的双重CCF实施方案受益于图5C的CCF和图10A的双重CCF两者的先前所述的优势。当前描述的任何双重CCF实施方案的中心轴332可以增加侧向宽度以允许制作附加切口79，从而进一步提高CCF的热量传递能力。与单一CCF类似，矛状部76A为大致弓形形状，但是可以设置有不同尖端形状实施方案，包括但不限于：连续弓形形状、平面形状、平面斜面形状、弓形斜面形状、多边形形状、大致圆形形状，或任何其他适当的形状。优选地，尖端以弓形斜面实施方案制成。
此外，在另一实施方案中，用于提高散热能力的涂层可以另外施加到双重CCF的框架构件，优选施加到中心框架构件332。用于提高散热能力的涂层可以由以下构成但不限于：高辐射涂料、陶瓷基或硅陶瓷基涂层、黑色颜料涂层，例如Aremco的840-MS。在替代实施方案中，用于提高CCF的散热能力的涂层可以施加到当前描述的任何CCF实施方案。
此外，在另一实施方案中，可以为CCF框架构件提供从压滤器突出的附加材料形状以增加框架表面积，使得改善热量传递。此类附加的突出材料形状可优选地设置为翅片或另一可传热形状。
图11A示出了双重CCF 385，其为图6A中的CCF 85的双重CCF版本。图11B示出了具有附接到其的电活性结构44的CCF 385。撑条58具有与单一CCF 85中相同的结构并且提供相同的益处，并且撑条58不是连接在单一CCF 85中的侧臂51和55之间，而是连接在双重CCF385中的中心臂332与侧臂51中的一个侧臂之间。
具有以下的先前所述替代实施方案对于双重CCF 385是可能的并且提供相同的益处：单一CCF 85的撑条58、撑条58的厚度、形状62和凹槽65的不同可能的配置和组合。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，可获得撑条58的厚度、形状62和凹槽65的不同组合，并且针对双重CCF 385可获得撑条58的不同设计。
对于本领域技术人员同样显而易见的是，撑条和中间侧向横构件，无论它们是以可释放的方式可拆卸的，还是与双重CCF 385集成，均可以按非均匀布置存在于同一双重CCF中，而不管撑条和中间侧向横构件是在第一循环腔还是第二循环腔103中。
虽然未描述，但与单一CCF 50类似，双重CCF 350可以利用垫片支撑件56，其具有一个或多个贯穿通道，其被配置为允许电解质、产物和反应物穿过，从而使对孔口356、381、352和380的限定完成。此外，与单一CCF 50类似，垫片支撑件56可以与双重CCF 350的刚性支撑框架以可释放的方式可拆卸，或者在其他实施方案中，可以与双重CCF 350的刚性支撑框架整体形成。
图12示出了使用单一CCF 450的堆叠阵列构建的单极压滤电解器设备410的等距分解视图，其中提供了用于产物传递的附加孔口。稍后描述或先前已经描述了图12中的任何未标记的部件，例如隔离膜28、垫片支撑件56、循环腔103以及极性相反的电活性结构26和102。端部垫片414、垫片430和掩膜422和424的用途与先前描述的端部垫片14、垫片30和掩膜框架22和24以及端部夹持板412和434相同，但是它们提供在图12和图14中，并适用于附加产物传递通路。
虽然单一CCF 450被示出为具有类似于单一CCF 50的裸产物循环腔103，但所述单一CCF的产物循环腔103可以配置在包括先前描述的单一CCF 68、74或85的传导性特征的优选实施方案中，使得图12的具有用于产物传递的附加孔口的CCF 68和85可以另外具有跨其产物循环腔设置的传导撑条或矛状部76。相似地，先前描述的双重CCF 368、374或385的传导撑条或矛状部可以应用于如图14所示的具有附加通路的双重CCF 550。然而，含有图12和图14中用于产物传递的附加孔口的CCF实施方案不能在不对整个配置进行附加适应性改变使得有效地重新形成图12和图14的情况下等效地替换到图2和图7的装置中。
单极压滤电解器设备410由一个单极压滤池构成，具有六个流动通路416、417、418、419、420、421。
从左到右，流动通路416由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板412中的洞口449以及端部垫片414中的孔口494、CCF 450中的孔口493、垫片430中的孔口460、CCF 450中的孔口488、孔口460和493。以物理方式接合到流动通路416的CCF 450经阳极极化，如图12中的正号所示。图12所示的极化是示例性的，并且可以在另一实施方案中反转。将阳极产物(在水电解或氯电解的情况下为气态产物)馈送到流动通路416，所述阳极产物由接合到流动通路416的CCF 450的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56进入孔口493，所述孔口馈送到流动通路416中。
从左到右，流动通路417由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板412中的洞口459以及孔口495、480、461、478、461、480。通过孔口480及其对应的垫片支撑件将阳极电解质液体馈送到以物理方式接合到流动通路417的CCF 450的阳极产物循环腔103。初始通过端部夹持板412中的洞口459将阳极电解质反应物液体馈送到流动通路417中。输入到流动通路417中的阳极电解质液体可以为原始电解质，或者其可以为已经从流动通路418除去并经外部处理的回收阳极电解质。
从左到右进行阅读，流动通路418由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板412中的洞口452以及孔口496、492、462、489、462和492。初始通过孔口480及其对应的垫片支撑件将来自流动通路417的阳极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路418的CCF 450的阳极产物循环腔103。阳极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口493中以进入流动通路416。剩余的经反应液体阳极电解质另外流到孔口493中，然而随后穿过通道483进入相邻孔口492(如图13A所示)，最终进入流动通路418，在所述流动通路处，其将在端部夹持板412中的洞口452处被除去。从洞口452除去的经反应阳极电解质可以像在氯电解中所做的那样进行富集以富集废卤水，然后所述经反应阳极电解质经再循环返回到系统中。
从右到左进行阅读，流动通路419由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板434中的洞口457以及孔口495、478、463、480、463、480。通过孔口480及其对应的垫片支撑件将阴极电解质液体馈送到以物理方式接合到流动通路419的CCF 450的阴极产物循环腔103，其由负号指示。初始通过端部夹持板434中的洞口457将阴极电解质反应物液体馈送到流动通路419中。输入到流动通路419中的阴极电解质液体可以为原始电解质、水或已经从流动通路420除去并经外部处理的回收阴极电解质。
从右到左进行阅读，流动通路420由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板434中的洞口451以及孔口496、489、464和492。初始通过孔口480及其对应的垫片支撑件将来自流动通路419的阴极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路420的CCF 450的阴极产物循环腔103。阴极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口493中以进入流动通路421。剩余的经反应液体阴极电解质另外流到孔口493中，然而随后穿过通道483进入相邻孔口492(如图13A所示)，最终进入流动通路420，在所述流动通路处，其将在端部夹持板434中的洞口451处被除去。从洞口451除去的经反应阴极电解质可以作为最终产物进行外部处理，或通过流动通路419再循环返回到系统中。
从右到左进行阅读，流动通路421由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板434中的洞口448以及孔口494、488、465、493。以物理方式接合到流动通路421的CCF 450经阴极极化，如图12中的负号所示。将阴极产物(在水电解或氯电解的情况下为气态产物)馈送到流动通路421，所述阴极产物由接合到流动通路421的阴极CCF 450的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56进入孔口493，所述孔口馈送到流动通路421中。
图13A示出了单一CCF 450，其具有在CCF的下部或底部处的两个孔口478和480以及限定在CCF 450的上部或顶部中的多个孔口488、489、492和493。孔口488、489、492和493由从连接到侧向横构件的第一臂部分481延伸的撑条限定。孔口488还由侧臂55的一部分限定，并且孔口493还由侧臂51的一部分限定。撑条487中的间隙或开口483允许液体电解质在操作期间从孔口493流动到孔口492中。这个通道允许经反应电解质与将进入孔口493的气态产物分离，使得可以提供用于经反应电解质和气态产物的两个独立相邻产物传递通路。
图13B示出了现在具有附接到其的电活性结构44的CCF 450。
图14示出了使用CCF堆叠阵列(更具体地，四个单一CCF 450的组合围绕一个双重CCF 550)来构建的单极压滤电解器设备510的等距分解视图。先前已经描述了图14中的任何未标记的部件，例如隔离膜28、端部垫片414、垫片430、垫片支撑件56、循环腔103以及极性相反的电活性结构26和102。
单极压滤电解器设备510包括两个单极压滤池；第一单极压滤池设置有六个流动通路516、517、518、519、520、521。第二单极压滤池也设置有六个流动通路522、523、524、525、526和527。第一单极压滤池和第二单极压滤池的产物和反应物经物理方式分离，并且不在任何端部夹持板512和534内混合。由单一CCF的导电片64处提供的电力输入产生的电流跨双重CCF 550的腔行进，如稍后将在图16中所述。这种设计允许电力通过双重CCF 550的中心轴(由图15A中的332表示)集中“汇流”，并且被分配到电活性结构，所述电活性结构安装在设置在双重CCF 550的中心轴332的任一侧上的循环腔103上方。第一单极压滤池与第二单极压滤池之间的唯一连接为双重CCF 550。
从左到右，流动通路516由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板512中的洞口549以及双重CCF 550中的孔口494、488、460、593。CCF 550的接合到流动通路516的一侧经阳极极化，如图14中的正号所示。图14所示的极化是示例性的，并且可以在另一实施方案中反转。将阳极产物(在水电解或氯电解的情况下为气态产物)馈送到流动通路516，所述阳极产物由CCF 550的右手侧的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56进入孔口593，所述孔口馈送到流动通路516中。从流动通路516除去该阳极产物气体和任何残余阳极电解质液体(如果存在)，以通过第一端部夹持板512中的管状洞口549进行进一步处理。
从左到右进行阅读，流动通路517由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板512中的管状洞口(被第一端部垫片414遮挡)以及CCF 550的阳极极化侧中的孔口495、478、461(被电活性结构遮挡)和580。通过孔口580及其对应的垫片支撑件将阳极电解质液体馈送到双重CCF 550的阳极产物循环腔103。初始通过第一端部夹持板512中的经遮挡管状洞口将阳极电解质反应物液体馈送到流动通路517中。输入到流动通路517中的阳极电解质液体可以为原始电解质，或者其可以为已经从流动通路518或526除去并经外部处理的回收阳极电解质。
从左到右进行阅读，流动通路518由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板512中的洞口555以及孔口496、489、462、592。初始通过孔口580及其对应的垫片支撑件将来自流动通路517的阳极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路518的CCF 550的阳极产物循环腔103。阳极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口593中以进入流动通路516。剩余的经反应液体阳极电解质另外流到孔口593中，然而随后穿过通道583进入相邻孔口592(如图15A所示)，最终进入流动通路518，在所述流动通路处，其将在第一端部夹持板512中的洞口555处被除去。从洞口555除去的经反应阳极电解质可以像在氯电解中所做的那样进行富集以富集废卤水，然后所述经反应阳极电解质经再循环返回到系统中。气体也可以流过通道583。
从右到左进行阅读，流动通路519由具有以下的通道形成组合形成：第一端部夹持板534中的洞口553、端部垫片414中的经遮挡孔口495，以及孔口480、463、578、463和480。通过孔口480及其对应的垫片支撑件将阴极电解质液体馈送到阴极单一CCF 450的阴极产物循环腔103。初始通过第一端部夹持板534中的洞口553将阴极电解质反应物液体馈送到流动通路519中。输入到流动通路519中的阴极电解质液体可以为水，或者其可以为已经从流动通路520或524除去并经外部处理的回收阴极电解质。
从右到左进行阅读，流动通路520由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板534中的洞口554以及孔口496、492、464、589、464、492。初始通过孔口480及其对应的垫片支撑件将来自流动通路519的阴极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路520的单一CCF 450的阴极产物循环腔103。阴极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口493中以进入流动通路521。剩余的经反应液体阴极电解质另外流到孔口493中，然而随后穿过通道483进入相邻孔口492(如图13A所示)，最终进入流动通路520，在所述流动通路处，其将在第一端部夹持板534中的洞口554处被除去。从洞口554除去的经反应阴极电解质可以作为最终产物进行外部处理，或通过流动通路519或523再循环返回到系统中。
从右到左进行阅读，流动通路521由具有以下的通道形成组合形成：端部夹持板534中的洞口552以及孔口494、493、465、588、465和493。阴极极化CCF 450通过垫片支撑件56将气态阴极产物馈送到孔口493中，所述孔口随后馈送到流动通路521中。在洞口552处除去产物和残余阴极电解质(如果存在)。
从右到左进行阅读，流动通路522由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板534中的洞口548以及孔口494、488、465和573。双重CCF 550的阴极极化部分将气态阴极产物从其阴极循环腔103向上通过垫片支撑件56馈送进入孔口573，所述孔口随后馈送到流动通路522中。在洞口548处除去气态阴极产物和任何残余阴极电解质(如果存在)。
从右到左进行阅读，流动通路523由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板534中的洞口557以及孔口495、478、463和560。通过孔口560及对应的垫片支撑件将阴极电解质液体馈送到双重CCF 550的阴极部分的阴极产物循环腔103。初始通过第二端部夹持板534中的洞口557将阴极电解质反应物液体馈送到流动通路523中。输入到流动通路523中的阴极电解质液体可以为水，或者其可以为已经从流动通路520或524除去并经外部处理的回收阴极电解质。
从右到左进行阅读，流动通路524由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板534中的洞口551以及孔口496、489、464和572。初始通过孔口560及其对应的垫片支撑件将来自流动通路523的阴极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路524的双重CCF 550的阴极产物循环腔103。阴极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口573中以进入流动通路522。剩余的经反应液体阴极电解质另外流到孔口573中，然而随后穿过通道563进入相邻孔口572(如图15A所示)，最终进入流动通路524，在所述流动通路处，其将在第二端部夹持板534中的洞口551处被除去。从洞口551除去的经反应阴极电解质可以作为最终产物进行外部处理，或通过流动通路519或523再循环返回到系统中。
从左到右进行阅读，流动通路525由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板512中的洞口556以及孔口495、480、461、558、461、480。通过孔口480及其对应的垫片支撑件将阳极电解质液体馈送到阳极单一CCF 450的阳极产物循环腔103。初始通过第二端部夹持板512中的洞口556将阳极电解质反应物液体馈送到流动通路525中。输入到流动通路525中的阳极电解质液体可以为原始电解质，或者其可以为已经从流动通路526或518除去并经外部处理的回收阳极电解质。
从左到右进行阅读，流动通路526由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板512中的洞口546以及孔口496、492、462、569、462和492。初始通过孔口480及其对应的垫片支撑件将来自流动通路525的阳极电解质液体向上馈送到以物理方式接合到流动通路526的单一CCF 450的阳极产物循环腔103。阳极气态产物在产物循环腔103中生成并流到孔口493中以进入流动通路527。剩余的经反应液体阳极电解质另外流到孔口493中，然而随后穿过通道483进入相邻孔口492(如图13A所示)，最终进入流动通路526，在所述流动通路处，其将在第二端部夹持板512中的洞口546处被除去。从洞口546除去的经反应阳极电解质可以像在氯电解中所做的那样进行富集以富集废卤水，然后所述经反应阳极电解质通过洞口556或流动通路517的管状洞口经再循环返回到系统中。
从左到右进行阅读，流动通路527由具有以下的通道形成组合形成：第二端部夹持板512中的洞口547以及孔口494、493、460、568、460、493。接合到流动通路527的单一CCF450经阳极极化。将阳极产物(在水电解或氯电解的情况下为气态产物)馈送到流动通路527，所述阳极产物由CCF 450的循环腔103产生，穿过垫片支撑件56进入孔口493，所述孔口馈送到流动通路526中。从流动通路527除去所述阳极产物气体和残余阳极电解质液体(如果存在)，以通过第二端部夹持板512中的管状洞口547进行进一步处理。
图12和图14的实施方案对于氯电解特别优选，因为附加产物传递通路高效地将气态产物与液态的经反应的阳极电解质和阴极电解质分离。在氯电解中，从气态产物输出额外分离经反应的阳极电解质和阴极电解质特别优选，因为期望经反应阴极电解质(氢氧化钠)作为独立的产物，所述产物可以在外部稀释并泵回到产生更多氢氧化钠的阴极电解质输入中。
图12和图14的实施方案对于碱性水电解也是优选的。与针对这种单极压滤电解器实施方案的所有潜在应用一样，所提供的附加传递通路使电解器的设计者在如何操作和控制所述电解器以及如何处理和管理经反应电解质方面具有额外的灵活性。如前所述，在图12和图14的实施方案中可以提供两个向下循环框架(一个为阳极，一个为阴极)，以促进经反应电解质从适当的离开路径内部再循环到适当的进入路径中。
图15A示出了图13A的单一CCF 450的双重CCF 550实施方案，其中中心框架构件332的任一侧上的上部通路和下部通路是彼此的镜像。图15B示出了具有附接到其的电活性结构44的CCF 550。
在具有附加传递通路(即图2和图7所示的每单极电化学池压滤器多于4个传递通路)的CCF的其他实施方案中，可以根据应用的需要提供与图13至图15所示不同的数量的附加传递通路。
例如，一个实施方案包括类似于图13A的单一CCF，其中撑条486被移除，从而合并孔口492和489以形成一个孔口。当应用于形成如图12所示的单一压滤电化学池时，阴极电解质和阳极电解质当放置在示出CCF 450的位置时，将在离开本实施方案的框架时混合。如前所述，混合阳极电解质和阴极电解质可有利于在碱性水电解中恢复期望的电解质浓度。
相似地，另一示例性实施方案包括类似于图15A的双重CCF，其中撑条586和566被移除以实现阳极电解质和阴极电解质在离开循环腔103时进行混合的等效效果。如果CCF适合潜在的电化学过程，则其可以被设计为具有其他数量的传递通路。
应注意，当前描述的传导性特征(传导性撑条、矛状部、薄型传导性撑条、弓形传导性撑条等)中的任一传导性特征的任何实施方案均可以组合在一个CCF的循环腔内。例如，一个CCF(单一或双重)可以设置有矛状部和传导性撑条两者，或多个传导性撑条和一个矛状部。还可以采用当前描述的传导性特征的任何其他组合。此外，任何此类实施方案可以包括：在所述传导性特征内允许流体通过的任何形式的一个或多个贯穿通道；与深度103A相比，所述传导性特征在所述特征上的任何位置的厚度可以减小，以允许流体通过；所述传导性特征可以向上或向下成角度或以任何有益的取向或形状以其他方式调节以用于流体动力流动，或者与上述的任意组合提供在实施方案中。能够实现特征的低增量成本定制以适应CCF的环境的条件是本公开的关键方面。
另外，在给定压滤器内采用的CCF不必相同。例如，CCF的给定压滤堆叠可以包括CCF实施方案，其未设置有在其循环腔中的特征、矛状部或传导性撑条或它们的组合，所有这些均存在于同一堆叠内。此外，可以调节CCF框架的形状使得外部框架和/或其中的孔口是圆形的，或者可以以其他方式调节其形状。
除了碱性水电解和氯电解的优选应用之外，还存在可以对其采用基于本文公开的各种CCF实施方案的单极压滤电化学装置的许多其他可能的电化学过程。
虽然本CCF可用于形成完全基于CCF型电流载体和框架的电化学装置，但如本公开全文所讨论，CCF也可以适应需要更换部件的其他电化学装置。
经规模扩展的组合式单一-双重CCF系统
图16A示出了图2的单极压滤电化学装置的最内部部件以及在最内部部件及其电活性结构上的后续电流路径的简化俯视图(根据这个视图，图12的最内部部件也将等效表现)，特别示出了平行于导电产物生成电活性结构行进的并且位于其内的电流。在图16A中，电流从左手侧(用符号+表示)进入装置，行进穿过中间CCF 20到达中心单极CCF 20的任一面上的经附接传导性电活性结构102。设置在电活性结构102上的箭头表示电流穿过装置的路径，所述路径从“左”平行地跨电活性结构沿行，其中功率输入呈现在“右”。电流以带电离子的形式行进穿过隔离膜28。隔离膜28被描绘为压缩到图16中的密封和电绝缘垫片30的中心孔中，而非以先前组件图的分解形式示出。两(2)个外阴极CCF 21对应于如图2所示和描述的CCF21，其中附接有传导性电活性结构26。图16A中描绘的压滤堆叠组件被示出为具有三(3)个CCF，但可以理解，仅通过在位于堆叠的端部处的两个CCF 21之间插入尽可能多的与交替极性的CCF 20类似的单极CCF，使用单一CCF的这种压滤配置可在纵向方向上扩展，其中这些附加CCF具有附连到CCF的相反侧的电活性结构102或26(+或-取决于极性)，如图16A中的中间CCF所示。
图16B示出了图7所示的单极压滤电化学装置的最内部部件以及在最内部部件及其电活性结构上的后续电流路径的简化俯视图(根据这个视图，图14的最内部部件也将等效表现)，特别示出了平行于产物生成电活性结构行进的电流。与图16A类似，在系统的一侧中提供电流，然后所述电流进入左手侧上的单一CCF 50(这个CCF基本上等同于如先前描述的仅具有正极极性的单极性CCF 21)，从左到右平行于正极电活性结构102行进，并且跨过隔离膜28到达图8A所示的中心双重CCF 350的阴极部分。如图16B所描绘，阴极部分中的电流继续从“左到右”跨电极结构行进，但电流也被设置为跨过CCF本身的顶部和底部以及穿过CCF 350的中心框架构件332，如前所示。电流被设置为穿过中心框架构件332，然后延伸到双重CCF 350的阳极部分，跨过右手侧上的隔离膜28，并且最后到达最右侧的阴极单一CCF 50。
图16B对电流穿过以电气方式并联配置的单极压滤电解器电化学装置的路径进行了有效总结。图16B中描绘的压滤堆叠组件被示出为具有一个双重CCF 350，但可以理解，仅通过在位于堆叠的端部处的四个单一CCF 50之间插入尽可能多的交替极性的双重CCF 350类，使用双重CCF的这种压滤配置可在纵向方向上扩展，其中这些附加双重CCF具有附连到附加双重CCF的相反侧的电活性结构102或26(+或-取决于极性)，如图16B中的中间CCF所示。压滤堆叠组件可以在纬度方向上进一步扩展，如图16C所示和描述。为了前述的目的，组件的非限制性部件(隔离膜、垫片、掩膜)也必须在扩展期间在纬度和纵向上应用。
图16C示出了基于图8A和图3A(或者相当于图13A和图15A)的部件的组合的根据本公开的多单极池电解器块的实施方案的最内部部件的简化俯视图，特别示出了所述部件的附加复制品可被添加到装置，以在单个组件中提供多于两个的池堆叠，从而以较低的增量成本在纵向和侧向上扩展所述装置并增加产物产出。图7和图14(其示出应用在一起的双重CCF和单一CCF的组合)中的先前示出的堆叠被描述为包括两个单极池，其中三个CCF纵向地设置在压滤堆叠中。因此，由此可见，图16C的简化CCF组件包括三个电化学池，每个池在其中包括七个CCF，如图16C中描写CELL(池)1、CELL 2和CELL 3的虚线所指示。
图16C的组件还可以容易地在侧向上扩展，以包括多于3个电化学池，方式为将定位在图的右手侧上的阴极(由负号指示)“单一CCF”50替换为附加“双重CCF”350，以及继续这种交替模式，直到组件中设置所需数量的电化学池，此时将应用末端阴极单一CCF50，如当前在图16C的右手栏中所示。图16C的组件也可以如图16A中的堆叠一样在纵向上进一步扩展，从而在两(2)个维度上提供可扩展性。鉴于对CCF的竖直高度没有约束(除了其中设置池块的空间的可用高度)，池块实际上在所有三(3)个维度上都是可扩展的，同时保持其纵向平行的电气配置，并在侧向上串联扩展。如所讨论，针对纵向和纬向扩展将另外需要按比例数量的垫片、掩膜和隔离膜。这种扩展能力允许制备高电流布置和高DC总电压布置。因此，单电源调节设备(仅受其提供高输出DC电流和高输出DC电压的能力的限制)决定构成电化学工厂的单个电路的最大总额定功率。
另外，如前所讨论，被定位为与端部组件相邻的CCF被设置为处于单极性配置，其具有一个内电活性结构(如图16C所示)。在直接面向端部组件的末端CCF的相反侧上不需要第二电活性结构。
因此可以看出，当前公开的单一CCF和双重CCF实施方案对于能够缩放所得的单极压滤池块是非常有用和有利的。
本描述是示例性的，并且不应被解释为限制本发明或其应用。描述中提到的特定部件或部件号可以用功能等效物替换。

Claims (77)

1.一种在单极电化学设备中使用的组合式导电电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其包括：
一体式、整体形成的刚性支撑框架，所述刚性支撑框架被配置为支撑被设置为单极布置的一对相对的、间隔开的电活性结构，所述刚性支撑框架是导电的并且能够向所述一对电活性结构承载电流，所述刚性支撑框架具有：
相对的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面限定所述刚性支撑框架的厚度，所述厚度足以容纳在所述第一面与所述第二面之间延伸的循环腔，
间隔开的相对的第一侧臂和第二侧臂以及在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的第一侧向横构件和第二侧向横构件；
第一内框架构件，所述第一内框架构件附接到所述第二侧臂和所述第一侧臂中的至少一者和所述第二侧向横构件，所述第一内框架构件与所述第二侧臂和所述第一侧臂中的所述至少一者和所述第二侧向横构件配合以限定第一通道限定孔口；
第二通道限定孔口，所述第二通道限定孔口设置在所述第二侧向横构件附近并且在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间；
第二内框架构件，所述第二内框架构件附接到所述第一侧臂和所述第二侧臂中的至少一者和所述第一侧向横构件，所述第二内框架构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述至少一者和所述第一侧向横构件配合以限定第三通道限定孔口；
第四通道限定孔口，所述第四通道限定孔口设置在所述第一侧向横构件附近并且在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间；
循环腔，所述循环腔在所述刚性支撑框架内整体形成以循环电解质、产物和反应物，所述循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第一内框架构件和所述第二内框架构件以及所述第一侧臂和所述第二侧臂的内边缘之间延伸。
2.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第一大致L形构件；所述第一大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第二侧臂和所述第一侧臂中的一者，并且所述第一大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第二侧向横构件；
所述第二内框架为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第二大致L形构件，所述第二大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者，并且所述第二大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第一侧向横构件；
所述循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分以及所述第一侧臂和所述第二侧臂的内边缘之间延伸。
3.根据权利要求2所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第二侧臂；并且
所述第二大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂。
4.根据权利要求2所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂；并且
所述第二大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂。
5.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个可释放式可拆卸的中间侧向横构件。
6.根据权利要求5所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件各自具有相反的端部，所述端部被成形和配置为能够插入到所述第一侧臂和所述第二侧臂中的互补成形和配置的接收部中，使得所述一个或多个中间侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂物理接触和电气接触。
7.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者被配置为从电力源接收电力；并且
所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架还包括一个或多个中间侧向横构件，所述中间侧向横构件从所述第一侧臂和所述第二侧臂中的被配置为从所述电力源接收电力的所述一者延伸并且与其电气接触；所述一个或多个中间侧向横构件终止于距所述第一侧臂和所述第二侧臂中的另一者的预先选择距离处。
8.根据权利要求7所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，所述一个或多个中间侧向横构件按向上取向与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者成角度设置，以对应于所述循环腔中的气流方向。
9.根据权利要求8所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件为大致弓形形状。
10.根据权利要求8所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件包括尖端，所述尖端具有选自由以下项组成的组的形状：(a)连续弓形；(b)平面斜面；(c)弓形斜面；(d)多边形；或(e)大致圆形。
11.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂物理接触和电气接触并与其整体形成，并且被配置为允许液体和气体穿过或围绕所述一个或多个中间侧向横构件通过。
12.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件各自具有沿其长度的至少一部分的第一厚度，所述第一厚度小于所述刚性支撑框架的所述厚度，并且所述一个或多个中间侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂物理接触和电气接触。
13.根据权利要求12所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件包括平行于所述第一侧臂和所述第二侧臂延伸的至少一个横向构件。
14.根据权利要求13所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述至少一个横向构件的厚度对应于所述第一厚度。
15.根据权利要求13所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述至少一个横向构件具有与所述刚性支撑框架的所述厚度基本上相同的厚度。
16.根据权利要求2所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括：
一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，所述第一电活性结构在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分以及所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第二电活性结构在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分以及第一侧臂与第二侧臂之间延伸；
当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构；并且
所述一个或多个中间侧向横构件与每个电活性结构配合以限定基本上平行于所述侧臂的至少一个通道，所述至少一个通道形成在沿着具有所述第一厚度的所述一个或多个中间侧向横构件的所述长度的所述至少一部分的位置处。
17.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个中间侧向横构件；所述一个或多个中间侧向横构件各自具有沿着其长度的大部分的第一厚度以及限定在其中的至少一个槽口，所述第一厚度与所述刚性支撑框架的所述厚度基本上相同，所述至少一个槽口形成所述一个或多个中间侧向横构件的第二厚度，所述第二厚度小于所述刚性支撑框架的所述厚度；所述一个或多个中间侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂物理接触和电气接触。
18.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件具有沿着其长度间隔开并且从其朝所述刚性支撑框架的所述面中的至少一个面突起的一个或多个传导性通道限定形状，其中所述一个或多个中间侧向横构件的厚度在所述一个或多个传导性通道限定形状的位置处与所述刚性支撑框架的所述厚度基本上相同。
19.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件包括沿着所述一个或多个中间侧向横构件的长度延伸穿过其中的一个或多个通孔，以允许电解质、产物和反应物流动穿过所述一个或多个中间侧向横构件。
20.根据权利要求2所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一大致L形构件的所述第一臂部分与所述第一侧臂之间延伸的第一通道限定垫片支撑构件；所述第一通道限定垫片支撑构件具有一个或多个贯穿通道，所述贯穿通道被配置为当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，允许电解质、产物和反应物穿过所述一个或多个贯穿通道。
21.根据权利要求20所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一通道限定垫片支撑构件能够与所述刚性支撑框架可释放地拆卸。
22.根据权利要求20所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一通道限定垫片支撑构件与所述刚性支撑框架整体形成。
23.根据权利要求2和22中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第二大致L形构件的所述第一臂部分与所述第二侧臂之间延伸的第二通道限定垫片支撑构件；所述第二通道限定垫片支撑构件具有一个或多个贯穿通道，所述贯穿通道被配置为当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，允许电解质、产物和反应物穿过所述一个或多个贯穿通道。
24.根据权利要求23所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第二通道限定垫片支撑构件能够与所述刚性支撑框架可释放地拆卸。
25.根据权利要求23所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第二通道限定垫片支撑构件与所述刚性支撑框架整体形成。
26.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一面和所述第二面的部分沿所述第一侧臂和所述第二侧臂的与所述循环腔相邻的边缘凹陷，以允许所述一对电活性结构至少部分地定位在所述循环腔内。
27.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者被配置为从电力源接收电力，所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者具有从所述侧臂向外延伸的导电片，电力导体能够附接到所述导电片。
28.根据权利要求27所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述导电片设置有用于改善所述可附接电力导体与所述刚性支撑框架之间的电气连接的锯齿。
29.根据权利要求27所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者被配置为从电力源接收电力，所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者具有限定在所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者中用于接受外部电气连接机构的孔穴。
30.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述刚性支撑框架设置有用于减少所述刚性支撑框架的质量的切口，其中所述切口被限定在所述第一侧臂、所述第二侧臂、所述第一侧向横构件和所述第二侧向横构件中的任一者或其组合中。
31.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者被配置为从电力源接收电力；
所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架还包括：
一个或多个第一中间侧向横构件，所述第一中间侧向横构件从所述第一侧臂和所述第二侧臂中的被配置为从所述电力源接收电力的所述一者延伸并且与其电气接触，所述一个或多个第一侧向横构件终止于距所述第一侧臂和所述第二侧臂中的另一者的预先选择距离处；
一个或多个第二中间侧向横构件，所述第二中间侧向横构件在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸并且与其物理接触和电气接触。
32.根据权利要求1至15和17至31中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括：
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，所述第一电活性结构在所述第一内框架构件与所述第二内框架构件以及所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第二电活性结构在所述第一内框架构件与所述第二内框架构件以及所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；
当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构。
33.根据权利要求2中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括：
一个或多个中间侧向横构件，所述中间侧向横构件从所述第一侧臂和所述第二侧臂中的被配置为从所述电力源接收电力的至少一者延伸并且与其电气接触；
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，所述第一电活性结构在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分以及所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第二电活性结构在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分以及所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸；
当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构；
所述一个或多个中间侧向横构件被配置为允许电解质、产物和反应物在所述一个或多个中间侧向横构件与所述电活性结构中的每个电活性结构之间通过。
34.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述刚性支撑框架具有大致矩形形状、高度和宽度；所述刚性支撑框架的所述高度大于其宽度。
35.根据权利要求1至31中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括一个或多个撑条，所述一个或多个撑条从所述第一大致L形构件的所述第一臂延伸，以连接所述第二侧向横构件，以便将所述第一通道限定孔口细分以限定另外的通道限定孔口。
36.根据权利要求35所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一大致L形构件的所述第二臂具有至少一个贯穿点，以允许液体从所述第一通道限定孔口流动到所述第二通道限定孔口。
37.根据权利要求1所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述第一侧臂和所述第二侧臂中的至少一者中限定的多个拉杆孔穴，所述多个拉杆孔穴中的所述拉杆孔穴被配置为穿过其中接收穿过其中的拉杆，以促进将所述刚性支撑框架与单极电化学设备中的其他刚性支撑框架部件对齐。
38.一种在单极电化学设备中使用的组合式导电电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其包括：
一体式、整体形成的刚性支撑框架，所述刚性支撑框架被配置为支撑被设置为单极布置的两对相对的、间隔开的电活性结构，所述刚性支撑框架是导电的并且能够向所述两对电活性结构承载电流，所述刚性支撑框架具有：
相对的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面限定所述刚性支撑框架的厚度，所述厚度足以容纳在所述第一面与所述第二面之间延伸的双循环腔，
间隔开的相对的第一侧臂和第二侧臂、设置在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间并与所述第一侧臂与所述第二侧臂间隔开的中心臂以及在所述第一侧臂与所述第二侧臂之间延伸的第一侧向横构件和第二侧向横构件；
第一内框架构件、第二内框架构件、第三内框架构件和第四内框架构件；
所述第一内框架构件和所述第三内框架构件设置为在所述中心臂的相反侧上与所述第二侧向横构件相邻；
所述第二内框架构件和所述第四内框架构件设置为在所述中心臂的相反侧上与所述第一侧向横构件相邻；
所述第一内框架构件附接到所述中心臂、所述第二侧臂中的至少一者和所述第二侧向横构件；所述第一内框架构件与所述中心臂、所述第二侧臂中的所述至少一者和所述第二侧向横构件配合以限定第一通道限定孔口；
所述第二内框架构件附接到所述第二侧臂、所述中心臂中的至少一者和所述第一侧向横构件；所述第二内框架构件与所述第二侧臂、所述中心臂中的所述至少一者和所述第一侧向横构件配合以限定第二通道限定孔口；
所述第三内框架构件附接到所述中心臂、所述第一侧臂中的至少一者和所述第二侧向横构件；所述第三内框架构件与所述中心臂、所述第一侧臂中的所述至少一者和所述第二侧向横构件配合以限定第三通道限定孔口；
所述第四内框架构件附接到所述中心臂、所述第一侧臂中的至少一者和所述第一侧向横构件；所述第四内框架构件与所述第一侧臂、所述中心臂中的至少一者和所述第一侧臂配合以限定第四通道限定孔口；
第五通道限定孔口、第六通道限定孔口、第七通道限定孔口和第八通道限定孔口，所述第五通道限定孔口设置在所述第二侧向横构件附近并且在所述第二侧臂与所述中心臂之间；所述第六通道限定孔口设置在所述第二侧向横构件附近并且所述中心臂与所述第一侧臂之间；所述第七通道限定孔口设置在所述第一侧向横构件附近并且所述第二侧臂与所述中心臂之间；所述第八通道限定孔口设置在所述第一侧向横构件附近并且所述中心臂与所述第一侧臂之间；
第一循环腔和第二循环腔，所述第一循环腔和所述第二循环腔在所述刚性支撑框架内整体形成以供电解质、产物和反应物循环；所述第一循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第一内框架构件和所述第三内框架构件以及所述第二侧臂和所述中心臂的内边缘之间延伸；所述第二循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第二内框架构件和所述第四内框架构件以及所述中心臂和所述第一侧臂的内边缘之间延伸。
39.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第一大致L形构件；所述第一大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述中心臂和所述第二侧臂中的一者，并且所述第一大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第二侧向横构件；
所述第二内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第二大致L形构件；所述第二大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第二侧臂和所述中心臂中的一者，并且所述第二大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第一侧向横构件；
所述第三内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第三大致L形构件；所述第三大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述中心臂和所述第一侧臂中的一者，并且所述第三大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第二侧向横构件；
所述第四内框架构件为具有彼此接合的第一臂部分和第二臂部分的第四大致L形构件；所述第四大致L形构件的第一臂部分附接到所述第一侧臂和所述中心臂中的一者，并且所述第四大致L形构件的所述第二臂部分附接到所述第一侧向横构件；
所述第一循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第一大致L形构件和所述第三大致L形构件的所述第一臂部分以及所述第二侧臂和所述中心臂的内边缘之间延伸；
所述第二循环腔在所述刚性支撑框架的所述第一面和所述第二面、所述第二大致L形构件和所述第四大致L形构件的所述第一臂部分以及所述中心臂和所述第一侧臂的内边缘之间延伸。
40.根据权利要求39所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一大致L形构件和所述第三大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第二侧臂；并且
所述第二大致L形构件和所述第四大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂。
41.根据权利要求39所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中：
所述第一大致L形构件和所述第三大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂；并且
所述第二大致L形构件和所述第四大致L形构件的所述第一臂部分附接到所述第一侧臂。
42.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个可释放式可拆卸的中间侧向横构件。
43.根据权利要求42所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件各自具有相反的端部，所述端部被成形和配置为能够插入所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者以及所述中心臂中的互补成形和配置的接收部中，使得所述一个或多个侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者以及所述中心臂物理接触和电气接触。
44.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架还包括从所述中心臂延伸并与所述中心臂电气接触的一个或多个中间侧向横构件；所述一个或多个中间侧向横构件终止于距与其相反的所述侧臂的预先选择距离处。
45.根据权利要求44所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中当所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，所述一个或多个中间侧向横构件按向上取向与所述中心臂成角度设置，以对应于所述第一循环腔和所述第二循环腔中的一者中的气流方向。
46.根据权利要求45所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件为大致弓形形状。
47.根据权利要求45所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述一个或多个中间侧向横构件包括尖端，所述尖端具有选自由以下项组成的组的形状：(a)连续弓形；(b)平面斜面；(c)弓形斜面；(d)多边形；或(e)大致圆形。
48.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述中心臂与所述第一侧臂与所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件与所述中心臂以及所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者物理接触和电气接触并与其整体形成，并且被配置为允许液体和气体穿过或围绕所述一个或多个中间侧向横构件通过。
49.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件各自具有沿其长度的至少一部分的第一厚度，所述第一厚度小于所述刚性支撑框架的所述厚度，并且所述一个或多个中间侧向横构件与所述中心臂以及所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者物理接触和电气接触。
50.根据权利要求39所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架构件，其还包括第一电活性结构、第二电活性结构、第三电活性结构和第四电活性结构以及在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，并且其中：
所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且所述第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构中的每一者在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分、所述第二侧臂以及所述中心臂之间延伸；并且
所述第三电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且所述第四电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第三电活性结构和所述第四电活性结构中的每一者在所述第三大致L形构件和所述第四大致L形构件的所述第一臂部分、所述中心臂以及所述第一侧臂之间延伸；并且
当所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性，并且所述第三电活性结构和所述第四电活性结构具有相同的极性；所述第一电活性结构和所述第二电活性结构的所述极性与所述第三电活性结构和所述第四电活性结构的所述极性相反；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构；
所述一个或多个中间侧向横构件与每个电活性结构配合以限定基本上平行于所述中心臂的至少一个通道，所述至少一个通道形成在沿着具有所述第一厚度的所述一个或多个中间侧向横构件的所述长度的所述至少一部分的位置处。
51.根据权利要求38所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件；所述一个或多个中间侧向横构件各自具有沿着其长度的大部分的第一厚度以及限定在其中的至少一个槽口，所述第一厚度与所述刚性支撑框架的所述厚度基本上相同，所述至少一个槽口形成所述一个或多个中间侧向横构件的第二厚度，所述第二厚度小于所述刚性支撑框架的所述厚度；所述一个或多个侧向横构件与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的所述一者物理接触和电气接触。
52.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件具有沿其长度间隔开并且从其朝所述刚性支撑框架的所述面中的一个面突起的一个或多个传导性通道限定形状，其中所述一个或多个中间侧向横构件的厚度在所述一个或多个传导性通道限定形状的位置处与所述刚性支撑框架的所述厚度基本上相同。
53.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括在在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸的一个或多个中间侧向横构件，所述一个或多个中间侧向横构件包括沿着所述一个或多个中间侧向横构件的长度延伸穿过其中的一个或多个通孔，以允许电解质、产物和反应物流动穿过所述一个或多个中间侧向横构件。
54.根据权利要求39所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括第一通道限定垫片支撑构件和第二通道限定垫片支撑构件；所述第一通道限定垫片支撑构件在所述第一大致L形构件的所述第一臂部分与所述第二侧臂之间延伸；所述第二通道限定垫片支撑构件在所述第三大致L形构件的所述第一臂部分与所述第一侧臂之间延伸；所述第一通道限定垫片支撑构件和所述第二通道限定垫片支撑构件中的每一者具有一个或多个贯穿通道，所述贯穿通道被配置为当所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，允许电解质、产物和反应物穿过所述一个或多个贯穿通道。
55.根据权利要求54所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一通道限定垫片支撑构件和所述第二通道限定垫片支撑构件能够与所述刚性支撑框架可释放地拆卸。
56.根据权利要求55所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一通道限定垫片支撑构件和所述第二通道限定垫片支撑构件与所述刚性支撑框架整体形成。
57.根据权利要求54所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括第三通道限定垫片支撑构件和第四通道限定垫片支撑构件；所述第三通道限定垫片支撑构件在所述第二大致L形构件的所述第一臂部分与所述第二侧臂之间延伸；所述第四通道限定垫片支撑构件在所述第四大致L形构件的所述第一臂部分与所述第一侧臂之间延伸；所述第三通道限定垫片支撑构件和所述第四通道限定垫片支撑构件中的每一者具有一个或多个贯穿通道，所述贯穿通道被配置为当所述组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架在所述单极电化学设备内操作时，允许电解质、产物和反应物穿过所述一个或多个贯穿通道。
58.根据权利要求57所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第三通道限定垫片支撑构件和所述第四通道限定垫片支撑构件能够与所述刚性支撑框架可释放地拆卸。
59.根据权利要求57所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第三通道限定垫片支撑构件和所述第四通道限定垫片支撑构件与所述刚性支撑框架整体形成。
60.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一面和所述第二面的部分沿着所述中心臂以及所述第一侧臂和所述第二侧臂的与所述第一循环腔和所述第二循环腔中的每一者相邻的边缘凹陷，以允许所述两对电活性结构至少部分地定位在所述循环腔内。
61.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述刚性支撑框架设置有用于减少所述刚性支撑框架的质量的切口，其中所述切口被限定在所述第一侧臂、所述第二侧臂、所述第一侧向横构件和所述第二侧向横构件中的任一者或其组合中。
62.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双腔和刚性支撑框架，其包括：
一个或多个第一侧向中间横构件，所述第一侧向中间横构件从所述中心臂延伸并与所述中心臂电气接触，所述一个或多个第一侧向中间横构件终止于距与其相反的所述侧臂的预先选择距离处；以及
一个或多个第二侧向横构件，所述第二侧向横构件在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸并且与其物理接触和电气接触。
63.根据权利要求38至48和51至62中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括第一电活性结构、第二电活性结构、第三电活性结构和第四电活性结构，并且其中：
所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且所述第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构中的每一者在所述第一内框架构件和所述第二内框架构件、所述第二侧臂以及所述中心臂之间延伸；并且
所述第三电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且所述第四电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第三电活性结构和所述第四电活性结构中的每一者在所述第三内框架构件和所述第四内框架构件、所述中心臂以及所述第一侧臂之间延伸；并且
当所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性，并且所述第三电活性结构和所述第四电活性结构具有相同的极性；所述第一电活性结构和所述第二电活性结构的所述极性与所述第三电活性结构和所述第四电活性结构的所述极性相反；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构。
64.根据权利要求39中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括：
一个或多个中间侧向横构件，所述中间侧向横构件在所述中心臂与所述第一侧臂和所述第二侧臂中的一者之间延伸；
所述第一电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且第二电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构中的每一者在所述第一大致L形构件和所述第二大致L形构件的所述第一臂部分、所述第二侧臂以及所述中心臂之间延伸；并且
所述第三电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第一面相邻，并且所述第四电活性结构附连到所述刚性支撑框架与所述刚性支撑框架的所述第二面相邻，所述第三电活性结构和第四电活性结构中的每一者在所述第三大致L形构件和所述第四大致L形构件的所述第一臂部分、所述中心臂以及所述第一侧臂之间延伸；并且
当所述组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架操作性地连接到所述单极电化学设备并且施加电力时，所述第一电活性结构和所述第二电活性结构具有相同的极性，并且所述第三电活性结构和所述第四电活性结构具有相同的极性；所述第一电活性结构和所述第二电活性结构的所述极性与所述第三电活性结构和所述第四电活性结构的所述极性相反；
每个电活性结构具有形成在其中的孔口，以允许液体和气体从一侧到另一侧穿过所述电活性结构；
所述一个或多个中间侧向横构件被配置为允许电解质、产物和反应物在所述一个或多个侧向横构件与所述电活性结构中的每个电活性结构之间通过。
65.根据权利要求38所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述刚性支撑框架具有大致矩形形状、高度和宽度；所述刚性支撑框架的所述高度大于其宽度。
66.根据权利要求39中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其还包括一个或多个撑条，所述一个或多个撑条从所述第一大致L形构件的所述第一臂延伸，以连接所述第二侧向横构件，以便将所述第一通道限定孔口细分以限定另外的通道限定孔口。
67.根据权利要求66所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其中所述第一大致L形构件的所述第二臂具有至少一个贯穿点，以允许液体和/或残余气体从所述第一通道限定孔口流动到所述第五通道限定孔口。
68.一种用于单极压滤电解器设备的电化学池，所述电化学池包括：
多个根据权利要求1至15、17至31和34至37中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的堆叠阵列并且被对齐使得所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的通道限定孔口彼此对齐；所述多个刚性支撑框架包括：
一对端部刚性支撑框架构件，一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的一个端部处，并且另一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的另一个端部处；每个端部刚性支撑框架构件具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构，所述至少一个电活性结构被设置为面向所述堆叠阵列的相反端部；
至少一个中间刚性支撑框架构件，所述中间刚性支撑框架构件设置在所述一对端部刚性支撑框架构件之间；每个至少一个中间刚性支撑框架构件具有：
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第一面相邻；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第二面相邻；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；并且
所述刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的所述通道限定孔口和所述密封和电绝缘垫片中的第一孔口和第二孔口彼此对齐，以形成穿过所述堆叠阵列的流动通路。
69.根据权利要求68所述的电化学池，其中每个端部刚性支撑框架构件具有两个电活性结构，其中一个电活性结构附连到所述端部刚性支撑框架与所述端部刚性支撑框架的第一面相邻，并且另一个电活性结构附连到所述端部刚性支撑框架与所述端部刚性支撑框架的第二面相邻。
70.一种单极压滤电解器设备，其包括：
多个根据权利要求1至15、17至31和34至37中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的堆叠阵列并且被对齐使得所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的通道限定孔口彼此对齐；所述多个刚性支撑框架包括：
一对端部刚性支撑框架构件，一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的一个端部处，并且另一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的另一个端部处；每个端部刚性支撑框架构件具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构，所述至少一个电活性结构被设置为面向所述堆叠阵列的相反端部；
至少一个中间刚性支撑框架构件，所述中间刚性支撑框架构件设置在所述一对端部刚性支撑框架构件之间；每个至少一个中间刚性支撑框架构件具有：
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第一面相邻；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第二面相邻；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；
一对端部夹持板，所述一对端部夹持板用于将所述多个端部刚性支撑框架和所述中间刚性支撑框架夹持在一起，每个端部夹持板与所述端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与所述一个端部刚性支撑框架相邻，每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述堆叠阵列中的第一洞口和用于从所述堆叠阵列提取液体和/或气体的第二洞口；
一对端部垫片，每个端部垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，每个端部垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口；并且
所述垫片中的第一孔口和第二孔口与所述刚性支撑框架构件中的每个刚性支撑框架构件中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述堆叠阵列的流动通路，所述流动通路与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐。
71.根据权利要求69所述的单极压滤电解器设备，其中所述电解器设备被配置用于碱性水电解和氯碱电解中的一者。
72.一种单极压滤电解器设备，其包括：
多个根据权利要求20至22中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架，其被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的堆叠阵列并且被对齐使得所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的通道限定孔口彼此对齐；所述多个刚性支撑框架包括：
一对端部刚性支撑框架构件，一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的一个端部处，并且另一个端部刚性支撑框架构件设置在所述堆叠阵列的另一个端部处；每个端部刚性支撑框架构件具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构，所述至少一个电活性结构被设置为面向所述堆叠阵列的相反端部；
至少一个中间刚性支撑框架构件，所述中间刚性支撑框架构件设置在所述一对端部刚性支撑框架构件之间；每个至少一个中间刚性支撑框架构件具有：
第一电活性结构，所述第一电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第一面相邻；以及
第二电活性结构，所述第二电活性结构附连到所述至少一个中间刚性支撑框架与所述至少一个中间刚性支撑框架的所述第二面相邻；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；
一对端部夹持板，所述一对端部夹持板用于将所述多个端部刚性支撑框架和所述中间刚性支撑框架夹持在一起，每个端部夹持板与所述端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与所述一个端部刚性支撑框架相邻，每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述堆叠阵列中的第一洞口和用于从所述堆叠阵列提取液体和/或气体的第二洞口；
一对端部垫片，每个端部垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，每个端部垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口；并且
所述端部垫片中的所述第一孔口和所述第二孔口与所述刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述堆叠阵列的流动通路，所述流动通路与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐并且被配置为经由与每个刚性支撑框架相关联的所述通道限定垫片支撑构件来容纳进出每个刚性支撑框架的所述循环腔的气体流和/或液体流。
73.一种用于单极压滤电解器设备的电化学多池组件，所述电化学多池组件包括：
多个根据权利要求1至15、17至31和34至37中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架；所述多个刚性支撑框架包括第一刚性支撑框架、第二刚性支撑框架、第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架；所述第一刚性支撑框架和所述第二刚性支撑框架并排设置，并且所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架并排设置；所述第一刚性支撑框架的循环腔与所述第三刚性支撑框架的循环腔对齐，并且所述第二刚性支撑框架的循环腔与所述第四刚性支撑框架的循环腔对齐；所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架为端部刚性支撑框架，并且具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构；
至少一个根据权利要求38至48、51至62和65至67中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其为中间刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的每一者相邻的一对电活性结构；所述至少一个中间刚性支撑框架设置在所述第一端部刚性支撑框架和所述第二端部刚性支撑框架与所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架之间；所述至少一个中间刚性支撑框架的第一循环腔与所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐，并且所述至少一个中间刚性支撑框架的第二循环腔与所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐；
第一端部刚性支撑构件、第二端部刚性支撑构件、第三端部刚性支撑构件和第四端部刚性支撑构件以及所述至少一个中间刚性支撑框架被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的双堆叠阵列，并且被对齐使得：
所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第一循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第二循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个端部刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；并且
所述刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的所述通道限定孔口和所述垫片中的第一孔口和第二孔口彼此对齐，以形成穿过所述双堆叠阵列的流动通路。
74.根据权利要求73所述的电化学多池组件，其中每个端部刚性支撑框架构件具有两个电活性结构，其中一个电活性结构附连到到所述端部刚性支撑框架与所述端部刚性支撑框架的第一面相邻，并且另一个电活性结构附连到所述端部刚性支撑框架与所述端部刚性支撑框架的第二面相邻。
75.一种单极压滤电解器设备，其包括：
多个根据权利要求1至5、17至31和33至37中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架；所述多个刚性支撑框架包括第一刚性支撑框架、第二刚性支撑框架、第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架；所述第一刚性支撑框架和所述第二刚性支撑框架并排设置，并且所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架并排设置；所述第一刚性支撑框架的循环腔与所述第三刚性支撑框架的循环腔对齐，并且所述第二刚性支撑框架的循环腔与所述第四刚性支撑框架的循环腔对齐；所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架为端部刚性支撑框架，并且具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构；
至少一个根据权利要求36至46、48至58和61至63中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其为中间刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的每一者相邻的一对电活性结构；所述至少一个中间刚性支撑框架设置在所述第一端部刚性支撑框架和所述第二端部刚性支撑框架与所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架之间；所述至少一个中间刚性支撑框架的第一循环腔与所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐，并且所述至少一个中间刚性支撑框架的第二循环腔与所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐；
第一端部刚性支撑构件、第二端部刚性支撑构件、第三端部刚性支撑构件和第四端部刚性支撑构件以及所述至少一个中间刚性支撑框架被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的双堆叠阵列，并且被对齐使得：
所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第一循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第二循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个端部刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；以及两对端部夹持板，所述两对端部夹持板用于将所述多个端部刚性支撑框架和所述至少一个中间刚性支撑框架夹持在一起，每个端部夹持板与所述端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与所述一个端部刚性支撑框架相邻，每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述双堆叠阵列中的第一洞口以及用于从所述双堆叠阵列提取液体和/或气体的第二洞口；
两对端部垫片，每个端部垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，每个端部垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口；并且
所述端部垫片中的所述第一孔口和所述第二孔口与所述刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述双堆叠阵列的流动通路，所述流动通路与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐。
76.根据权利要求74所述的单极压滤电解器设备，其中所述电解器设备被配置用于碱性水电解和氯碱电解中的一者。
77.一种单极压滤电解器设备，其包括：
多个根据权利要求13至19中任一项所述的组合式电流载体、循环腔和刚性支撑框架；所述多个刚性支撑框架包括第一刚性支撑框架、第二刚性支撑框架、第三刚性支撑框架和第四刚性支撑框架；所述第一刚性支撑框架和所述第二刚性支撑框架并排设置，并且所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架并排设置；所述第一刚性支撑框架的循环腔与所述第三刚性支撑框架的循环腔对齐，并且所述第二刚性支撑框架的循环腔与所述第四刚性支撑框架的循环腔对齐；所述多个刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架为端部刚性支撑框架，并且具有附连到其与其第一面和第二面中的一者相邻的至少一个电活性结构；
至少一个根据权利要求53至56中任一项所述的组合式电流载体、双循环腔和刚性支撑框架，其为中间刚性支撑框架并且具有附连到其与其第一面和第二面中的每一者相邻的一对电活性结构；所述至少一个中间刚性支撑框架设置在所述第一端部刚性支撑框架和所述第二端部刚性支撑框架与所述第三刚性支撑框架和所述第四刚性支撑框架之间；所述至少一个中间刚性支撑框架的第一循环腔与所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐，并且所述至少一个中间刚性支撑框架的第二循环腔与所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架的所述循环腔对齐；
第一端部刚性支撑构件、第二端部刚性支撑构件、第三端部刚性支撑构件和第四端部刚性支撑构件以及所述至少一个中间刚性支撑框架被布置为形成具有交替极性的刚性支撑框架的双堆叠阵列，并且被对齐使得：
所述第一端部刚性支撑框架和所述第三端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第一循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
所述第二端部刚性支撑框架和所述第四端部刚性支撑框架中的通道限定孔口与所述至少一个中间刚性支撑框架中与所述第二循环腔相邻的通道限定孔口对齐；
多个隔离膜，每个隔离膜安装在一对相邻的刚性支撑框架之间，以将所述相邻的刚性支撑框架中的一个刚性支撑框架的所述循环腔与所述相邻的刚性支撑框架中的另一个刚性支撑框架的所述循环腔分开；
多个密封和电绝缘垫片，所述多个密封和电绝缘垫片具有与所述多个端部刚性支撑框架的配置基本上相同的配置，每个密封和电绝缘垫片具有限定在其中的通道限定孔口；以及
两对端部夹持板，所述两对端部夹持板用于将所述多个端部刚性支撑框架和所述至少一个中间刚性支撑框架夹持在一起，每个端部夹持板与所述端部刚性支撑框架中的一个端部刚性支撑框架相关联并且被设置为与所述一个端部刚性支撑框架相邻，每个端部夹持板包括用于将液体和/或气体馈送到所述双堆叠阵列中的第一洞口以及用于从双堆叠提取液体和/或气体的第二洞口；
两对垫片，每个垫片定位在每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架之间，用于将每个端部夹持板与其相关联的端部刚性支撑框架绝缘，每个垫片包括限定在其中以与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐的第一孔口和第二孔口；并且
所述垫片中的所述第一孔口和所述第二孔口与所述刚性支撑框架中的每个刚性支撑框架中的对应通道限定孔口对齐，以形成穿过所述双堆叠阵列的流动通路，所述流动通路与每个端部夹持板中的所述第一洞口和所述第二洞口对齐并且被配置为经由与每个刚性支撑框架相关联的所述通道限定垫片支撑构件来容纳进出每个刚性支撑框架的所述循环腔的气体流和/或液体流。
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