CN117980541A - 具有气体屏障的用于电解槽的盒 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于电解槽的盒(1)。盒(1)包括冷却板(2)和电解质板(3a，3c)，在该冷却板与该电解质板之间限定了电解质流动路径(6a，6c)。电解质板(3a，3c)在第一端部区段处形成有至少一个电解质流体入口(8in，9in)且在第二相反端部区段处形成有至少一个气体出口(8out，9out)、并且在第一端部区段与第二端部区段之间限定活性区域。在具有该至少一个气体出口(8out，9out)的第二端部区段与活性区域之间形成有内部气体屏障(26)，并且该内部气体屏障(26)形成有排放口(27)。

Description

具有气体屏障的用于电解槽的盒

背景技术

电转X(Power-to-X)涉及电力转换、能量储存和使用剩余电功率的再转换路径，典型地是在波动的可再生能源发电超过负载的时段期间。

电解槽是利用电力驱动电化学反应例如将水分解成氢气和氧气的装置。电解槽的构造与电池或燃料电池非常相似；它由阳极、阴极和电解质组成。

电解槽产生的氢气非常适合用于氢燃料电池。电解槽中发生的反应与燃料电池中的反应非常相似，只是阳极和阴极中发生的反应相反。在燃料电池中，阳极是消耗氢气的地方，而在电解槽中，氢气是在阴极处产生的。当电解反应所需的电能来自可再生能源(比如风能或太阳能系统)时，可以形成非常可持续的系统。

直流电解(效率最多80％至85％)可以用于产生氢气，该氢气又可以经由甲烷化转化为甲烷(CH₄)，或将氢气与CO₂一起转化为甲醇，或转化为其他物质。

以这种方式(例如通过风力涡轮机)产生的能量(比如氢气)然后可以被储存以供以后使用。

电解槽可以以多种不同的方式配置，并且通常分为两种主要设计：单极和双极。单极设计典型地使用液体电解质(碱性液体)，双极设计使用固体聚合物电解质(质子交换膜)。

碱性水电解有两个电极在氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)的液体碱性电解质溶液中操作。这些电极由隔膜分开，从而将产物气体氧气O₂和氢气H₂分开，并将氢氧根离子(OH^-)从一个电极输送到另一个电极。

其他燃料和燃料电池包括磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、以及所有它们的子类别。此类燃料电池也适合用作电解槽。

如果设备中工作的流体溶液是在给定温度内以优化效率，则这是优点。如果设备可以紧凑且可扩展，则这也是优点。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种用于电解槽的盒，该电解槽易于生产、高效且可扩展。

本发明提供了一种用于电解槽的盒，该盒包括冷却板和电解质板，在该冷却板和电解质板之间限定了电解质流动路径，并且其中，电解质板在第一端部区段处形成有至少一个电解质流体入口且在第二相反端部区段处形成有至少一个气体出口、并且在第一端部区段与第二端部区段之间限定活性区域，其中，在具有该至少一个气体出口的第二端部区段与活性区域之间形成有内部气体屏障，其中，该内部气体屏障形成有排放口。

因此，本发明提供了一种用于电解槽的盒。该盒包括冷却板和电解质板，该冷却板和该电解质板相对于彼此布置成使得在冷却板与电解质板之间限定电解质流动路径。电解质板可以例如为阳极电解质板的形式或阴极电解质板的形式。

电解槽盒可以与几个其他电解槽盒叠置以形成电解槽。

可以在冷却板的与面向电解质板和电解质流动路径的那侧相反的一侧形成冷却流动路径。这允许在冷却路径中流动的冷却流体向在电解质流动路径中流动的电解质流体提供冷却。相应地，由此可以获得电解质流体的合适温度，并且这确保电解槽能够以高效的方式操作。

电解质板形成有至少一个电解质流体入口和至少一个气体出口。相应地，供应至电解质流动路径的电解质流体(主要呈液态形式)以及离开电解质流动路径的电解质流体(主要呈气态形式)可以穿过电解质板。这将在电解质板形成电解槽盒的一部分时以及在这种电解槽盒与其他电解槽盒叠置以形成电解槽时，允许电解质流体被供应到相应的电解质流动路径以及从相应的电解质流动路径收回。

该至少一个电解质流体入口形成在电解质板的第一端部区段处，并且该至少一个气体出口形成在电解质板的第二相反端部区段处。相应地，该至少一个流体入口和该至少一个气体出口布置在电解质板的相反两端处，例如沿电解质板的长度方向看到的。因此，在电解质流动路径中从该至少一个流体入口流动到该至少一个气体出口的电解质流体将沿着电解质板的大部分区域经过。

活性区域限定在第一端部区段与第二端部区段之间，并且由此也限定在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间。相应地，在电解质流动路径中流动的电解质经过活性区域。活性区域可以例如设置有电解质板开口和/或被膜覆盖。电解质板开口形成电解质板的多孔区域并且可以被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流体路径之间穿过电解质板。当电解槽盒叠置成电解槽时，一个电解槽盒的阳极电解质板将布置为邻近于邻近的电解槽盒的阴极电解质板，并且膜将布置在该阳极电解质板与该阴极电解质板之间。这允许水力离子(hydronic ion，H^-)从阴极电解质板经由膜输送到阳极电解质板，同时保持电解产生的产物气体(例如分别是O₂和H₂)分开。相应地，活性区域限定了电解槽中发生电解的部分。

在第二端部区段与活性区域之间形成有内部气体屏障，并且该内部气体屏障形成有排放口。相应地，内部气体屏障将形成有至少一个气体出口的区域(即，第二端部区段)与发生电解的活性区域分开。离开活性区域并朝向该至少一个气体出口流动的电解质流体可以呈蒸气的形式，即产物气体与液体电解质的混合物的形式。期望仅产物气体经由该至少一个气体出口离开电解槽，而期望将液体电解质保留在电解槽中。这是由于液体在系统中传递可能会导致短路。此外，期望所有液体电解质都用于电解过程。

内部气体屏障防止从活性区域朝向第二端部区段流动的蒸气直接且不受妨碍地流动到该至少一个气体出口。替代地，内部气体屏障形成了迫使蒸气流特别在由第二端部区段限定的区域内遵循较长流动路径的障碍物。这增加了蒸气流的液态部分与障碍物、侧壁或类似物相互作用的可能性，从而引起蒸气的液态部分和气态部分分开。相应地，主要产物气体将经由该至少一个气体出口离开第二端部区段，并且蒸气的液态部分将主要保留在系统中。内部气体屏障中形成的排放口允许液体排放回到活性区域中，因此该液体将应用于那里发生的电解过程。

电解质板可以形成有至少两个气体出口，并且这些气体出口中的一个气体出口可以向相应的电解质流动路径打开，而另一气体出口可以被封闭。

根据该实施例，这些气体出口中的一个气体出口可以流体连接到电解槽的阳极电解质流动路径，而另一个气体出口可以流体连接到电解槽的阴极电解质流动路径。因此，源自阳极电解质流动路径的产物气体以及源自阴极电解质流动路径的产物气体可以穿过电解质板，以便从电解槽收回这些产物气体。然而，阳极电解质流动路径和阴极电解质流动路径应当彼此分开。因此，这些气体出口中仅一个气体出口朝向形成在冷却板与电解质板之间的电解质流动路径打开，从而允许源自其的产物气体经由该气体出口离开电解槽，而另一气体出口被封闭或与之密封。

内部气体屏障中的排放口可以布置在电解质板的中心线处或附近，并且内部气体屏障可以包括两个半部，这两个半部各自朝向中心线和内部气体屏障中的排放口成斜坡，从而允许第二端部区段中的流体朝向活性区域滴回以进行进一步处理。

根据该实施例，在面向第二端部区段的一侧处遇到内部气体屏障的液体电解质将沿着成斜坡的气体屏障朝向在电解质板的中心线处或附近的排放口流动，并且因此被朝向排放口引导并引导回到活性区域中。在操作期间，盒可以有利地定向成使得第二端部区段布置在第一端部区段上方，例如沿着基本上竖直的方向直接在第一端部区段上方。在这种情况下，上述液体电解质的流动进一步受到重力的辅助。

在内部气体屏障的面向活性区域的一侧、邻近于内部气体屏障中的排放口可以定位有下部的内部气体屏障。根据该实施例，下部的内部气体屏障至少部分地从活性区域朝向第二端部区段阻挡内部气体屏障中的排放口。这阻碍了从活性区域经由排放口朝向第二端部区段的蒸气流，同时允许从第二端部区段经由排放口朝向活性区域的液体流。

内部气体屏障可以形成在电解质板中和/或所连接的冷却板中，并且内部气体屏障可以被适配成接触相邻板。根据该实施例，内部气体屏障可以形成电解质板或冷却板的一体部分。作为替代方案，内部气体屏障可以包括形成电解质板的一部分的部或部分以及形成冷却板的一部分的部或部分，这两个部或部分协作形成内部气体屏障。在任何情况下，内部气体屏障被适配成接触相邻板，即，内部气体屏障在电解质板与冷却板之间形成接触，从而在其间形成电解质流动路径。相应地，内部气体屏障在电解质流动路径中形成障碍物。

内部气体屏障可以由电解质板和/或冷却板上的一个或多个突出部形成。这是将内部气体屏障形成为电解质板和/或冷却板的一体部分的简单方式。例如，可以在形成电解质板和/或冷却板时通过冲压或类似工艺来形成突出部。

第二端部区段可以进一步包括形成为波纹和/或凹痕的气体屏障。根据该实施例，波纹和/或凹痕形成了附加障碍物，蒸气可以在第二端部区段内与该附加障碍物相互作用。这增加了蒸气与障碍物相互作用的可能性，从而使液态部分朝向活性区域排放回去，同时允许气态部分经由该至少一个气体出口离开。

与内部气体屏障类似，这些波纹和/或凹痕可以形成在电解质板中和/或冷却板中，例如作为突出部。

该至少一个气体出口可以被出口堵塞物部分地包围，在该出口堵塞物中形成有开口，从而仅允许气体经由出口堵塞物中的开口朝向该至少一个气体出口离开第二端部区段。根据该实施例，出口堵塞物形成紧邻该至少一个气体出口的另外的障碍物。从第二端部区段到该至少一个气体出口的唯一通路是经由形成在出口堵塞物中的开口。这更进一步降低了液体进入气体出口的风险。

与内部气体屏障类似，出口堵塞物可以形成在电解质板中和/或冷却板中，例如作为突出部。

出口堵塞物可以进一步形成有与开口基本上相反布置的出口堵塞物排放口。根据该实施例，从第二端部区段穿过出口堵塞物中的开口的液体可以经由堵塞物排放口朝向第二端部区段排放回来，而不是进入气体出口。

出口堵塞物中的开口和堵塞物排放口可以布置成使得堵塞物排放口比出口堵塞物中的开口更靠近内部气体屏障。这确保了蒸气需要行进更长的距离才能到达出口堵塞物中的开口。此外，经由堵塞物排放口排放的液体朝向内部气体屏障并且由此朝向形成在内部气体屏障中的排放口并朝向活性区域被引导。

如上所述，盒可以例如被定向成使得在操作期间，第二端部区段被布置在第一端部区段上方且在活性区域上方。在这种情况下，出口堵塞物中的开口可以布置在气体出口上方，并且堵塞物排放口可以布置在气体出口下方。

该至少一个气体出口可以设置有外垫片，并且外垫片可以形成有伸入气体出口中的珠缘，其中，这些珠缘延伸到盒的气体出口中以及邻近的盒的气体出口中。

根据该实施例，防止液体流入气体出口中。此外，防止流体泄漏到相连接的盒之间的区段中。

附图说明

图1是用于电解槽的盒的示意图，

图2是由一堆盒形成的电解槽的图示，

图3A是由弯折区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3B是由凹入区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3C是由向下弯折区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3D是由凸缘形成的电解质板中的开口的图示，

图3E是由弯曲区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3F是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向垂直于电解质板的中心线L，

图3G是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向平行于电解质板的中心线L，

图3H是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向相对于电解质板的中心线L成角度，

图3I是电解质板中的开口的示意图，其中一些开口定位成它们的长度方向垂直于电解质板的中心线L，而其他开口定位成它们的长度方向平行于电解质板的中心线L，

图3J是电解质板中的开口的图示，其中这些开口定位成它们的长度方向相对于电解质板的中心线L成角度，并且相对于彼此处于两个相反的方向，

图3K是电解质板中的开口的图示，其中一些开口不存在或空白，

图4是电解质板和冷却板中分别围绕相应的电解质入口和冷却流体开口的区域的图示，

图5A是冷却入口开口的区域的图示，

图5B是冷却入口开口的区域的图示，展示了形成在突出部中的开口，

图5C是阴极电解质气体出口的区域的图示，

图5D是阳极电解质气体出口区域的图示，

图6是电解质气体出口的区域中的电解质板或冷却板的端截面的图示，示出了屏障，

图7是阳极电解质气体出口的区域的图示，示出了具有珠缘的外部垫片，

图8A和图8B是两个垫片部分之间的膜固定的图示，

图9是冷却板的冷却单元的图示，

图10是通过交叉突出部相接触的两个冷却板的冷却单元的图示，

图11是形成根据本发明的电解槽盒的一部分的冷却板和电解质板的侧视图，示出了接触柱，以及

图12A和图12B展示了冷却板的接触柱之间的可能的几何关系。

具体实施方式

详细描述和具体示例虽然指示了本发明的实施例，但仅以说明的方式给出。

图1展示了根据本发明的用于电解槽的盒1的基本设置。盒1由两个冷却板2和两个电解质板3a、3c(分别为阳极板3a和阴极板3c)形成。

每个冷却板2均经过图案化，冷却板2中的一个冷却板的一侧连接到阳极板3a，而两个冷却板2中的另一个冷却板在一侧连接到阴极板3c。两个冷却板2在其相应的另一侧彼此连接。因此，两个冷却板2在一侧面向彼此，并且在另一相反侧，它们各自分别面向阳极板3a和阴极板3c形式的电解质板3a、3c。

两个相连接的冷却板2之间形成了冷却路径5，该冷却路径适合于冷却流体从冷却流体入口7in流到冷却流体出口7out。

类似地，在阳极板3a与冷却板2中所连接的一个冷却板之间形成了阳极电解质路径6a，在阴极板3c与冷却板2中所连接的一个冷却板之间形成了阴极电解质路径6c。

电解质经由阳极电解质流体入口8in供给到阳极电解质路径6a中以替代被转变为气体(例如O₂)的电解质，该气体经由阳极电解质气体出口8out离开阳极电解质路径6a。类似地，电解质经由阴极电解质流体入口9in供给到阴极电解质路径6c中以替代在阴极电解质路径6c内的被转变为气体(例如H₂)的电解质，该气体经由阴极电解质气体出口9out离开阴极电解质路径6c。

图1展示了电解质如何像柱一样定位在电解质路径6a、6c内，其中电解质中被形成为气体并且经由相应电解质气体出口8out、9out离开相应电解质路径6a、6c的比例被经由相应电解质入口8in、9in供给到电解质路径6a、6c中的新电解质替代。

盒1适合于薄的多孔箔，该箔也称为隔膜或膜4、将定位在两个相连接的盒1的相应阳极板3a与阴极板3c之间(也参见图2)。

膜4是电绝缘的或不导电的，以避免电解质板3a、3c之间的电短路。

膜4可以连接在电解质板3a、3c的分别相对于阳极电解质路径6a和阴极电解质路径6c的外表面处，并且可以通过稍后将更详细地描述的夹式垫片来固定。

电解质溶液(例如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH))经由阳极电解质流体入口8in供给到阳极电解质路径6a，并且经由阴极电解质流体入口9in供给到阴极电解质路径6c。

图2展示了并排连接的三个盒1，其中膜4被挤压在它们之间而将产物气体分开并允许氢氧根离子(OH^-)从阴极板3c输送到阳极板3a，从而在阳极电解质路径6a中产生氧气并且在阴极电解质路径6c中产生氢气。然后可以分别在阳极气体出口8out和阴极气体出口9out处收集氧气和氢气。

电解质板3a、3c至少在被适配成与膜4匹配的区域中是多孔的，从而允许产物气体的扩散和氢氧根离子(OH^-)输送穿过膜4并且因此穿过电解质板3a、3c的多孔区域。

图3A至图3J展示了此类孔隙或电解质板开口11的不同实施例。

图3A展示了电解质板开口11形成为折片11a的实施例，这些折片是由允许切开部分形成向外弯折的折片11a的切口形成。电解质板3a、3c的与在折片11a的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面相对于所连接的冷却板2面向外，以形成与膜4的接触表面。

折片11a朝向邻近于电解质板3a、3c布置的冷却板2伸出，可能不接触该冷却板，并且因此进入相应的电解质路径6a、6c中。折片11a可以定位成使得它们“指向”相应电解质气体出口8out、9out的方向，从而确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

图3B展示了与图3A相同的实施例，其具有向外弯折的折片11a，但是其中在电解质板开口11周围形成凹部12，该凹部可能沿电解质板3a、3c的长度方向延伸，并且可能覆盖多个电解质板开口11。在每个电解质板3a、3c中可以形成多个这样的凹部，并且电解质板开口11中的一些或全部可以位于这样的凹部12内。

凹部12形成在被适配成面向膜4的原本平坦的表面处，并且形成凹部是为了方便并引导气体(比如氢气和氧气)从膜4朝向开口11的流动。

图3C展示了电解质板开口11由两个切口形成并且两个切口之间的区段形成外推区段11b的实施例，该外推区段为例如“桥形”、“弓形”、“拱形”等。外推区段11b在两个位置处接触电解质板3a、3c的其余部分，从而沿着由这两个切口限定的方向形成外推区段11b的相反两端。

外推区段11b可以定位成使得这两个开口11中的形成于外推区段11b下方的至少一个开口指向相应电解质气体出口8out、9out的方向。这确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

电解质板3a、3c的与在外推区段11b的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面相对于所连接的冷却板2面向外，以形成与膜4的接触表面。

外推区段11b于是将面向相应的冷却板2，优选地不接触该冷却板，并且因此延伸到相应电解质路径6a、6c中。

图3D展示了电解质板开口11由形成凸缘11c的下推开口形成的实施例。就生产而言，这是简单的构造，并且凸缘11c的基本上平滑的过渡使得气体(比如氢气和氧气)能够顺畅地流入相应电解质路径6a、6c中。

凸缘11c可以定位成使得凸缘11c的自由端指向相应电解质气体出口8out、9out的方向。这确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

电解质板3a、3c的与在凸缘11c的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面形成与膜4的接触表面。

凸缘11c于是将朝向相应的冷却板2伸出，优选地不接触该冷却板，并且因此延伸到相应的电解质路径6a、6c中。

图3E展示了电解质板开口11被形成为长度大于宽度并且它们可以沿至少两个不同的方向11d、11e、11f定向的实施例，如下面将参照图3F至图3J描述的。

在所示实施例中，开口11具有类似于肉骨的弯曲形状，并且因此可以被称为“肉骨”形。这意味着开口11具有凹形区段和凸形区段。在所示实施例中，从开口11d、11e的内侧看到，沿由开口11的长度限定的方向彼此相反布置的两端是凹形的，并且从开口11d、11e的内侧看到，在中间部分处存在凸形区段。因此，这些端部可以形成圆形形状或椭圆形形状的一部分。凸形区段的宽度X小于凹形区段的宽度Y。由两个点(A和B)限定的线(D)与水平轴线(H)之间的角度在5°至20°之间。

开口11d、11e、11f可以是对称的，其中两个半部彼此镜像。

图3F展示了开口11d定位成其长度方向与沿盒1的长度方向经过的中心线L垂直的实施例。中心线L还平行于冷却流体从冷却流体入口7in流到冷却流体出口7out的总体方向。

中心线L也对应于与板2、3a、3c的长度方向平行的线。

图3G展示了开口11e被定位成其长度方向平行于中心线L的实施例。

图3H展示了开口11f定位成其长度方向相对于中心线成角度(例如45度)的实施例。

图3I展示了一些开口11d定位成其长度方向垂直于中心线L、而其他开口11e定位成其长度方向平行于中心线L的实施例。在所示实施例中，它们定位成阵列状结构，其中一种取向的开口11d、11e中的每一个在所有侧面处都被另一种取向的开口11e、11d围绕。开口11e的宽度X与开口11d的宽度X的下端之间的距离Z大于宽度X。

图3J基本上是图3H与图3I的实施例的组合，其中开口11f相对于彼此在两个相反的方向上成角度，并且相对于中心线L成大约45度的角度。

图3K展示了与图3F的实施例类似的实施例，但是一些开口11e不存在或者是空白的。换句话说，电解质板3a、3c存在没有开口11的区域。这允许形成在邻近的冷却板2(参见图9至图11)中的接触柱19接触电解质板3a、3c，而不阻塞开口11。作为替代方案，接触柱19可以形成在电解质板3a、3c中并且朝向邻近的冷却板2伸出。作为另一替代方案，每个接触柱19可以由两部分形成，其中一部分形成在电解质板3a、3c中，另一部分形成在邻近的冷却板2中，并且这两个部分彼此接触而形成接触柱。

根据一个实施例，开口11在中心部分处的宽度可以小于接触柱19的上部宽度或直径。这确保了开口11的仅一部分被接触柱19阻塞，同时维持与电解质板3a、3c的接触。

具有用于接触柱19的接触区域或较小宽度直径的实施例也可以适用于图3A至图3J的实施例中的任何实施例。

电解质板3a、3c的活性区域形成在电解质流体入口8in、9in与气体出口8out、9out之间，并且形成有开口11，即活性区域是多孔的。该活性区域被适配成与膜4对齐。

图4示出了电解质板3a、3c和冷却板2在相应电解质入口8in、9in和冷却流体入口7in或冷却流体出口7out周围的区域。

在所示实施例中，作为冷却流体入口7in和/或冷却流体出口7out的冷却流体开口7in、7out定位在板3a、3c、2的拐角处，但是它们可以定位在其他地方，比如定位在板3a、3c、2的中心处。

冷却路径5中的冷却流体流动方向可以与相应电解质路径6a、6c中的电解质流体流动方向相反。作为替代方案，冷却流体流和电解质流体流可以沿相同方向。冷却流体入口7in和/或冷却流体出口7out可以分别由一个或多个开口7in、7out(比如如图所示的两个开口7in、7out)组成。

该实施例进一步示出了分别位于两个冷却开口7in、7out之间的阳极电解质入口8in和阴极电解质入口9in，比如相对于沿盒1的长度方向经过并由此沿板3a、3c、2的长度方向经过的中心线L看到，这些入口在板3a、3c、2的各自半部中。例如，电解质入口8in、9in可以定位在其各自半部的中心处或附近。

电解质板3a、3c、可能还有冷却板2可以相对于中心线L对称，相应板3a、3b、2的左半部与其右半部镜像。

盒1中的四个板3a、3c、2连接成使得冷却开口7in、7out与冷却路径5流体连接，但与电解质路径6a、6c密封。阳极电解质开口8in、8out分别与冷却流体路径5和阴极电解质开口9in、9out密封。以相同的方式，阴极电解质开口9in、9out分别与冷却流体路径5和阳极电解质开口8in、8out密封。这在图5A至图5D中更详细地展示。

图5A至图5D展示了位于阳极电解质板3a与阴极电解质板3c之间的两个冷却板2。外垫片31可以定位在相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的外圆周处，以当连接到另一盒1时朝向外部密封。当多个盒1以其相应的开口7in、7out、8in、8out、9in、9out对齐的方式叠置时，这些开口组合成穿过所有盒1的所有四个板3a、3c、2的开口体积。

图4示出了膜4覆盖电解质板3a、3c的活性区域。活性区域是电解质流体入口8in、9in与电解质气体出口8out、9out之间的区段，并且是电解质板开口11所在的地方。环绕活性区域的是垫片33'，该垫片将活性区域内的电解质流体与电解质气体出口8out、9out分开。

图5A展示了冷却入口开口7in的区域，但是冷却出口开口7out的区域可以以类似的方式设计，并且因此下面阐述的评论同等地适用于冷却出口开口7out。两个冷却板2在边沿处彼此接触并且可通过例如焊接或钎焊50彼此固定。

在板3a、3c、2中的相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的圆周处可以形成突出部55，以接触邻近的板3a、3c、2，可能接触形成在邻近的板3a、3c、2中的类似突出部55。这稳定了相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的区域。

还参见图5B，形成冷却流体入口7in的一部分的开口56形成在突出部55中，以便允许相应的流体进入相应的流动路径5、6a、6c。

在图5A和图5B中，流动路径为冷却流体路径5；在图5C中，流动路径为连接至阴极电解质气体出口9out的阴极电解质路径6c；而在图5D中，流动路径为连接至阳极电解质气体出口8out的阳极电解质路径6a。

在图5A中，看到开口56是形成在冷却板2中的突出部55中的凹部57。凹部57确保了形成在冷却板2中的突出部55不接触形成在邻近的电解质板3a、3c中的突出部55。作为替代方案，可以仅在冷却板2之一中形成凹部57，或者可以在两个冷却板2中均形成凹部57。如果在两个冷却板2中均形成，则凹部57可以布置成彼此面向，或者它们可相对于彼此偏移。

在图5A中，仅在两个冷却板2中形成凹部57，但是它可以替代性地在电解质板3c、3a之一或二者中形成，或者在冷却板2之一或二者中以及在阴极板3c和阳极板3a之一或二者中形成。

在图5C中，仅在冷却板2之一中，即在面向阴极板3c的冷却板2中形成凹部57。以类似的方式，在图5D中，仅在面向阳极板3a的冷却板2中形成凹部57。对于这两个实施例，可以替代性地在连接到相应的阴极板3c或阳极板3a或两者的冷却板2突出部55中形成凹部57。

图6展示了电解质气体出口8out、9out周围的区域中的电解质路径6a、6c之一(即阳极电解质路径6a或阴极电解质路径6c)的实施例截面。冷却板2在该区域中可以以类似的方式形成。

电解质路径6a、6c可以包括从板2、3a、3c的边缘60朝向中心线L和相应电解质气体出口8out、9out延伸的区段。

相应的电解质气体出口8out、9out之一将向相应的电解质路径6a、6c打开，而另一个将例如通过垫片33以类似于冷却流体开口7in、7out的方式以及可选地还通过板2、3a、3c的圆周边缘被封闭或密封。

为了将电解质气体出口8out、9out周围的上部区段电解质路径6a、6c与主要的气体产生所发生在的下部区段部分地分开，设置了内部气体屏障26，该内部气体屏障阻挡气体流回到活性区域的下部区段。

内部气体屏障26可以包括两个半部，这两个半部各自朝向中心线L下倾或成斜坡，对应于朝向内部气体屏障26中的排放口27所在的活性区域下倾或成斜坡，从而允许流体、特别是液体形式的流体在该区段中由于重力而滴回到活性区域以进行进一步处理。这进一步防止液体进入气体出口8out、9out并在系统中进一步传递。这是优点，因为液体的传递可能会带来短路的风险。

盒1可以被适配成定位在基本竖直的位置，其中气体出口8out、9out在顶部，而电解质流体入口8in、9in在底部。然后，未溶解的液体将由于重力而倾向于向下落下，并且将被内部气体屏障26收集，因为它们比气体重。下倾或成斜坡的气体屏障26将引导液体朝向气体屏障排放口27。

下部的内部气体屏障26a可以定位在气体屏障排放口27处，紧接在内部气体屏障排放口27下方面向活性区域的那侧处。

屏障26、26a、27可以形成在电解质板3a、3c或者所连接的冷却板2中的任一者中，或者形成在两者中，并且将被适配成接触邻近的板2、3a、3c。

图6所示的区段可以进一步包括例如形成为波纹24和/或凹痕25的气体屏障24、25，以使气体以蜿蜒的方式流动，以将气体和液体在该区段内进一步分布。

相应的电解质气体出口8out、9out被出口堵塞物28部分地包围，从而仅允许气体经由出口堵塞物28中的开口29离开该区段并朝向电解质气体出口8out、9out移动。面向下部区段，出口堵塞物28可以设置有出口堵塞物排放口30，该出口堵塞物排放口允许可能剩余的流体(主要呈液体形式)排回到该区段。

比如气体屏障24、内部气体屏障26和出口堵塞物28等屏障可以由板2、3a、3c上的面向彼此并相连接的突出部形成，从而阻挡流体和气体通过。类似地，凹痕25可以由突出部形成，这些突出部可能向两侧突出并且在板2、3a、3c的相对的两个侧面处接触，以便在该区段中形成支撑。

图7展示了电解质气体出口8out、9out的外垫片31的实施例，这些外垫片形成有伸入电解质气体出口8out、9out中的“珠缘”32，其中当连接到其他盒1时，珠缘32延伸到两个电解质气体出口8out、9out中。这防止流体流入气体通道、电解质路径6a、6c中，并且防止流体泄漏到两个相连接的盒1之间的区段中。

图8A和图8B示出了通过将膜4夹持在两个垫片部分13、14(第一垫片部分13(例如EPDM垫片)与第二垫片部分14(例如Viton垫片))之间而将膜4固定在两个相连接的盒1之间的实施例。

膜4被夹持在相连接的盒1的两个电解质板3a、3c之间并且放置在电解质板3a、3c中的凹槽13a'中以将它们固持在位。为此，垫片部分13、14可以形成有被适配成定位在凹槽13a'内的突出部13'、14'。

一个垫片部分(例如第二垫片部分14)形成有锁定部分15，该锁定部分延伸穿过膜4中的孔4a和另一垫片部分(例如第一垫片部分13)的垫片孔16。锁定部分15的外部部分的直径比膜4的孔4a更大并且因此必须被用力推动穿过。这确保了膜4和垫片部分13、14牢固地保持在一起，并且基本上防止了它们之间的相对移动。相应地，确保了盒1的各个部分相对于保持彼此适当对齐，并且使泄漏的风险最小化。

第一垫片部分13和/或第二垫片部分14中的任一个可以分别设置有锁定部分15和垫片开口16。

第一垫片部分13或第二垫片部分14相应地可以是环绕活性区域的垫片33'。

在实施例中，垫片33'相应地由第一垫片部分13和第二垫片部分14形成，该第一垫片部分和该第二垫片部分被适配成在膜4的各自侧面处进行密封。相应的第一垫片部分13和第二垫片部分14可以由适合于其各自在膜4的两侧的环境的不同材料形成，其中一个可能由廉价的材料制成。

这样的固定件4a、13a'、13'、14'、15、16可以以规则的间隔定位在膜4的圆周上。

图9展示了形成有冷却单元17的冷却板2，这些冷却单元至少分布在接触被适配成被膜4覆盖的电解质板3a、3c的区域中，即活性区域。

冷却单元17的目的是确保冷却流体或冷却在冷却板2上均匀分布，并且相应地在邻近的电解质板3a、3c上均匀分布。图9仅示出了几个冷却单元17(总共八个冷却单元17)，并且相应地仅示出了冷却板2的小部分。然而，应当理解，它们可以分布在整个活性区域上，或者至少其大部分上，或者甚至分布在冷却板2的整个区域上。

冷却单元17可以形成有图案18，该图案被适配成接触所连接的邻近冷却板2的类似图案18，从而在冷却单元17内形成冷却路径5。然而，图案18不接触位于相反侧的电解质板3a、3c，因此接触柱19分布在冷却板2上，比如在冷却单元17内，如图9所示。形成在相应冷却单元17中的接触柱19指向邻近的电解质板3a、3c，而不是指向邻近的冷却板2。相应地，相应的邻近冷却板2的接触柱19不会指向彼此或伸入形成在两个冷却板2之间的冷却单元17中。

接触柱19被定位成在电解质板开口11之间的区域中接触相应的邻近电解质板3a、3c。这确保了板2、3a、3c的支撑以及冷却板2与电解质板3a、3c之间在整个活性区域上的均匀距离，并且基本上与电解槽盒内的压力条件无关。接触柱19还可以形成与电解质板3a、3c的电接触，从而向它们供应电流/电压。

接触柱19可以例如通过焊接或软焊固定地附接至相应的电解质板3a、3c。替代性地，可以简单地通过将板2、3a、3c压在一起来推动接触柱19与相应的电解质板3a、3c接触。

在图9所示的实施例中，接触柱19形成冷却板2的一部分，并且附接到相应的电解质板3a、3c或被推动成与相应的电解质板接触。作为替代方案，接触柱19可以形成电解质板3a、3b的一部分，并且附接到冷却板2或被推动成与冷却板接触。作为另一替代方案，每个接触柱19可以包括形成冷却板2的一部分的部分以及形成电解质板3a、3c的一部分的部分，并且这两个部分可以彼此附接或被推动成彼此接触以形成接触柱19。

每个冷却单元17经由相应的冷却单元入口21从在冷却单元17之间延伸的冷却单元供应通道20被提供冷却流体。每个冷却单元供应通道20可以连接到多个冷却单元17。

冷却流体(现在具有升高的温度)经由冷却单元出口23离开冷却单元17，并且被供给到冷却单元返回通道22，其中每个冷却单元返回通道22可以连接到多个冷却单元17。

根据一个实施例，冷却板2的形成有冷却单元17的区域可以被适配成与电解质板3a、3c的活性区域对齐，使得能够控制电解质流动路径6a、6c中的电解质流体中发生的气体产生过程的温度。

冷却单元17被冷却单元壁17a围住，其中相应的冷却单元入口21和冷却单元出口23形成在冷却单元壁17a中。冷却单元壁17a将各个冷却单元17彼此分开，并且可以形成为两个冷却板2中相连接而形成流动屏障的突出部。

图10展示了上下定位的两个冷却板2的冷却单元17。相应的冷却单元17的波纹图案18被定位成彼此交叉并且在由图案18限定的交叉点处相接触。这确保冷却流体的流动在穿过每个冷却单元17内的冷却流体路径5时改变方向，因为它在由图案18限定的波纹上方和下方流动。

图9和图10所示的波纹图案18只是实施例，也可以应用任何其他合适的图案，如V形、凹痕等。

相应的两个相连接的冷却板2的相连接的冷却单元17的冷却单元入口21和冷却单元出口23被定位成对齐。在所示实施例中，相对于冷却流体流的流动方向看到，入口21位于冷却单元壁17a的上部部分处，而出口23位于底部部分处。

图11是在两个电解质板3a、3c处具有膜4的盒1的截面视图。在两个冷却板2之间形成冷却流动路径5，并且在冷却板2与相应的电解质板3a、3c之间形成阳极电解质路径6a和阴极电解质路径6c。

可看到接触柱19指向电解质板3a、3c，从而接触这些电解质板。通过接触柱19与电解质板3a、3c建立电接触，因此冷却板2本身用作电导体。

接触柱19可以不固定至电解质板3a、3c，并且在实施例中，可以通过电解质路径6a、6c中的电解质溶液的压力高于冷却流体路径5中的冷却流体2的压力来确保接触。

图12A和图12B示出了冷却板2的接触柱19之间的几何关系。冷却板2的厚度(t)优选地在0.5mm至0.7mm的范围内。接触柱19放置在矩形的拐角处。位于矩形的第一拐角处的接触柱19与位于矩形的第二拐角处的接触柱19之间的水平距离为Z。X是水平距离Z的长度的一半，且小于冷却板2的厚度t的160(一百六十)倍，并且高于冷却板2的厚度t的30(三十)倍。位于矩形的第一拐角处的接触柱19与位于矩形的第四拐角处的接触柱19之间的竖直距离为Y，并且大于X的一半且小于X的两倍。

图12A示出了冷却板2的实施例，其中接触柱19分布在矩形的拐角处并且在矩形的对角线(D)的交点处放置了一个接触柱19。

图12B示出了冷却板2的实施例，其中接触柱19分布在矩形的拐角处并且在水平距离Z的一半长度(即X)处定位了两个接触柱19。

附图标记

1–盒

2–冷却板

3a–阳极电解质板

3c–阴极电解质板

4–膜

4a–膜孔

5–冷却路径

6a–阳极电解质路径

6c–阴极电解质路径

7in–冷却流体入口

7out–冷却流体出口

8in–阳极电解质流体入口

8out–阳极电解质流体气体出口

9in–阴极电解质流体入口

9out–阴极电解质流体气体出口

10–夹式垫片

11–电解质板开口

11a–切开区段

11b–下推区段

11c–凸缘

11d、11e、11f–具有弯曲形状的电解质板开口

12–凹部

13–第一垫片部分

13'–突出部

13a'–凹槽

14–第二垫片部分

14'–突出部

15–锁定部分

16–垫片孔

17–冷却单元

17a–冷却单元壁

18–图案

19–接触柱

20–冷却单元供应通道

21–冷却单元入口

22–冷却单元返回通道

23–冷却单元出口

24–气体屏障

25–凹痕

26–内部气体屏障

26a–下部内部气体屏障

27–内部气体屏障中的排放口

28–出口堵塞物

29–出口堵塞物中的开口

30–出口堵塞物排放口

31–外垫片

32–气体出口垫片的珠缘

33–垫片

33'–环绕活性区域的垫片

50–焊接/钎焊

55–突出部

56–开口

57–凹部

60–板边缘。

Claims (10)

1.一种用于电解槽的盒(1)，该盒(1)包括冷却板(2)和电解质板(3a，3c)，在该冷却板(2)和该电解质板(3a，3c)之间限定了电解质流动路径(6a，6c)，并且其中，该电解质板(3a，3c)在第一端部区段处形成有至少一个电解质流体入口(8in，9in)且在第二相反端部区段处形成有至少一个气体出口(8out，9out)、并且在该第一端部区段与该第二端部区段之间限定活性区域，其中，在具有该至少一个气体出口(8out，9out)的该第二端部区段与该活性区域之间形成有内部气体屏障(26)，其中，该内部气体屏障(26)形成有排放口(27)。

2.根据权利要求1所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该电解质板(3a，3c)形成有至少两个气体出口(8out，9out)，并且其中，这些气体出口(8out，9out)中的一个气体出口向相应的电解质流动路径(6a，6c)打开，而另一气体出口(9out，8out)被封闭。

3.根据权利要求1或2所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该内部气体屏障(26)中的该排放口(27)布置在该电解质板(3a，3c)的中心线(L)处或附近，并且其中，该内部气体屏障(26)包括两个半部，所述两个半部各自朝向该中心线(L)和该内部气体屏障(26)中的该排放口(27)成斜坡，从而允许该第二端部区段中的流体朝向该活性区域滴回以进行进一步处理。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于电解槽的盒(1)，其中，在该内部气体屏障(26)的面向该活性区域的一侧、邻近于该内部气体屏障(26)中的该排放口(27)定位有下部的内部气体屏障(26a)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该内部气体屏障(26)形成在该电解质板(3a，3c)中和/或所连接的冷却板(2)中，并且其中，该内部气体屏障(26)被适配成接触相邻板(2，3a，3c)。

6.根据权利要求5所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该内部气体屏障(26)由该电解质板(3a，3c)和/或该冷却板(2)上的一个或多个突出部形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该第二端部区段进一步包括形成为波纹(24)和/或凹痕(25)的气体屏障(24，25)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该至少一个气体出口(8out，9out)被出口堵塞物(28)部分地包围，在该出口堵塞物中形成有开口(29)，从而仅允许气体经由该出口堵塞物(28)中的开口(29)朝向该至少一个气体出口(8out，9out)离开该第二端部区段。

9.根据权利要求8所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该出口堵塞物(28)进一步形成有与该开口(29)基本上相反布置的出口堵塞物排放口(30)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用于电解槽的盒(1)，其中，该至少一个气体出口(8out，9out)设置有外垫片(31)，并且其中，该外垫片(31)形成有伸入该气体出口(8out，9out)中的珠缘(32)，其中，这些珠缘(32)延伸到该盒(1)的气体出口(8out，9out)中以及邻近的盒(1)的气体出口(8out，9out)中。